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作者簡介
名人/編輯推薦
目次
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本書系統而深入地介紹了傅裡葉光學及其光學系統設計的基本概念、基礎理論，以及在一些研究領域的應用。全書內容共分7章，其中第1章和第2章介紹了從波動光學過渡到傅裡葉變換光學的主要基礎理論，第3章～第6章分別介紹了光學傳遞函數、全息術、光學信息存儲、傅裡葉光譜技術的系統知識，第7章則介紹了傅裡葉變換鏡頭及光學信息處理系統的設計知識。
本書可作為高等院校光電類本科生及研究生教材，也可作為相關研究領域科技人員的參考書。
本書可作為高等院校光電類本科生及研究生教材，也可作為相關研究領域科技人員的參考書。
作者簡介
李林，男，北京理工大學教授，博士生導師。主要研究方向為光學系統設計、光電儀器設計、紅外仿真、空間光學與照明光學。總裝備部重大專項專家組成員，中央軍委科技委重點項目專家組成員，戰略支援部隊航空專家組成員，全國高等學校光學教學研究會副理事長，中國照明學會理事，交通運輸照明和光信號專業委員會副主任，中國宇航學會光電專委會委員，全國光學和光學儀器標準化技術委員會委員，中國兵工學會光學專委會委員。主持或參與完成了多個863、973項目及數十個國家及省部級項目，近年來，共獲得了6次部委級科研獎勵，其中一等獎1次，二等獎1次，三等獎4次。出版了包括國家規劃教材、國家規劃專著、國家出版基金、北京市精品教材等在內的11本教材及專著。獲評國家精品視頻公開課及國家精品在線開放課程。
名人/編輯推薦
1.展現了我國光學信息處理研究領域的原創性科研成果
2.反映了傅裡葉光學信息處理與光學系統設計的融合發展
3.體現我國傅裡葉光學、光學傳遞函數、全息術、光學信息存儲、傅裡葉光譜技術以及光學設計的系統知識
4.叢書由李林教授領銜，金國藩、周立偉二位院士聯袂推薦
5.力圖為光學信息處理研究領域技術人員提供新的設計思路和方法
2.反映了傅裡葉光學信息處理與光學系統設計的融合發展
3.體現我國傅裡葉光學、光學傳遞函數、全息術、光學信息存儲、傅裡葉光譜技術以及光學設計的系統知識
4.叢書由李林教授領銜，金國藩、周立偉二位院士聯袂推薦
5.力圖為光學信息處理研究領域技術人員提供新的設計思路和方法
目次
第 1章 傅裡葉光學的數理基礎 001
1．1 常用非初等函數與特殊函數 002
1．1．1 常用非初等函數 002
1．1．2 函數和梳狀函數 011
1．1．3 貝塞爾函數 021
1．2 傅裡葉變換的基本概念及運算 025
1．2．1 傅裡葉級數及頻譜的概念 025
1．2．2 一維傅裡葉變換的定義和運算舉例 027
1．2．3 廣義傅裡葉變換 030
1．2．4 二維傅裡葉變換 032
1．3 卷積和相關 035
1．3．1 卷積的定義和運算 035
1．3．2 卷積的基本性質 037
1．3．3 互相關函數 041
1．3．4 自相關函數 043
1．4 傅裡葉變換的性質和有關定理 045
1．4．1 傅裡葉變換的性質 045
1．4．2 傅裡葉變換定理 049
1．5 光波的傅裡葉分析 059
1．5．1 平面波基元函數分析方法 059
1．5．2 復雜波的分解 060
習題 064
第 2章 光的衍射及光學傅裡葉變換 067
2．1 衍射問題概述 068
2．2 球面波衍射理論 070
2．2．1 惠更斯 菲涅耳原理 070
2．2．2 基爾霍夫衍射積分公式 073
2．2．3 菲涅耳衍射與夫瑯和費衍射 076
2．2．4 一維孔徑的衍射 079
2．2．5 在有限距離觀察夫瑯和費衍射的方法 081
2．2．6 計算衍射問題的傅裡葉變換方法 085
2．3 平面波角譜理論 087
2．3．1 角譜的傳播 088
2．3．2 角譜理論的菲涅耳近似 090
2．3．3 泰伯效應 091
2．4 透鏡的傅裡葉變換性質 092
2．4．1 薄透鏡的位相變換因子 093
2．4．2 透鏡的傅裡葉變換性質 095
2．5 傅裡葉變換運算的光學模擬 100
2．5．1 光學傅裡葉變換系統 100
2．5．2 傅裡葉變換運算的光學模擬 103
習題 105
第3章 光學成像系統的頻譜分析 109
3．1 二維線性系統分析 111
3．1．1 系統 111
3．1．2 線性系統與疊加積分 112
3．1．3 線性空間不變系統與卷積 113
3．2 光學系統的頻域描述：傳遞函數 114
3．2．1 線性不變系統的頻域描述 115
3．2．2 線性空間不變系統的本征函數 116
3．2．3 傳遞函數 117
3．3 光學成像系統的相幹傳遞函數 117
3．3．1 物理模型 118
3．3．2 衍射受限系統的相幹傳遞函數 119
3．3．3 相幹傳遞函數與光瞳函數的關係 122
3．3．4 像差的影響 124
3．4 光學傳遞函數 124
3．4．1 非相幹成像系統的物像關係 124
3．4．2 光學傳遞函數的定義和物理意義 125
3．4．3 光學傳遞函數和光瞳函數的關係 127
3．4．4 像差對OTF的影響 131
3．5 相幹與非相幹成像系統的比較 134
3．5．1 像強度的頻譜 134
3．5．2 兩點分辨率 136
3．5．3 線擴散函數和邊緣擴散函數 138
3．6 OTF的計算 139
3．6．1 計算光學傳遞函數的幾何光學方法 140
3．6．2 計算光學傳遞函數的物理光學方法 142
3．7 OTF的測量 144
3．7．1 OTF測量概述 144
3．7．2 刀口掃描法 145
3．7．3 變頻光柵掃描法 147
習題 151
第4章 全息術 155
4．1 全息術的基本原理 156
4．1．1 波前記錄 157
4．1．2 波前重現 158
4．2 平面全息圖理論 159
4．2．1 菲涅耳全息圖 160
4．2．2 傅裡葉變換全息圖 168
4．2．3 像全息圖和彩虹全息圖 171
4．2．4 位相全息圖 173
4．2．5 平面全息圖的主要性能參數 175
4．3 體積全息圖 179
4．3．1 體積全息圖的記錄和再現 180
4．3．2 耦合波理論 182
4．3．3 透射式體積全息圖的衍射效率及布喇格選擇性 188
4．3．4 反射式體積全息圖的衍射效率及布喇格選擇性 193
4．4 真彩色全息圖 196
4．5 計算機全息圖 197
4．5．1 迂回位相法計算機全息圖 197
4．5．2 改進的離軸計算機全息圖 199
4．5．3 計算機幹涉全息圖 200
4．5．4 二元光學元件 203
4．6 全息術的應用 205
4．6．1 全息顯示技術 206
4．6．2 全息幹涉測量 208
4．6．3 全息光學元件 211
4．6．4 數字全息顯微術 215
4．6．5 光學掃描全息術 216
習題 221
第5章 現代光學信息處理 225
5．1 早期研究成果 227
5．1．1 阿貝成像理論 227
5．1．2 阿貝 波特實驗 228
5．1．3 相襯顯微鏡 229
5．2 復空間濾波器的綜合 231
5．2．1 萬道朗特濾波器的綜合 231
5．2．2 相幹光卷積和相關運算 233
5．3 光學圖像識別 234
5．3．1 基於匹配濾波的光學圖像識別 234
5．3．2 實時圖像識別系統 237
5．3．3 平移、縮放、旋轉不變圖像識別 239
5．3．4 聯合傅裡葉變換相關器 242
5．3．5 畸變不變聯合傅裡葉變換相關器 246
5．4 改善圖像質量的相幹光處理技術 248
5．4．1 逆濾波和圖像消模糊 249
5．4．2 圖像的微分濾波和邊緣增強 251
5．5 非相幹和部分相幹光信息處理 253
5．5．1 非相幹與相幹光信息處理 253
5．5．2 非相幹光處理系統 254
5．5．3 合成孔徑技術 255
5．5．4 計算機層析攝影術 259
5．5．5 部分相幹光處理系統 261
5．5．6 部分相幹光處理的應用 265
習題 270
第6章 傅裡葉光譜技術 275
6．1 傅裡葉光譜技術基本理論 276
6．1．1 傅裡葉光譜原理 277
6．1．2 傅裡葉光譜系統的性能優勢 282
6．1．3 光譜分辨率 285
6．1．4 儀器譜線函數 288
6．1．5 幹涉圖的采樣間隔 291
6．1．6 光譜變跡術 294
6．1．7 位相誤差校正 296
6．1．8 光譜FFT重建 299
6．2 成像型傅裡葉光譜技術 304
6．2．1 時間調制幹涉光譜成像 304
6．2．2 空間調制幹涉光譜成像 305
6．2．3 高通量幹涉光譜成像 309
6．2．4 偏振幹涉光譜成像 311
6．2．5 分波前幹涉光譜成像 316
6．2．6 CT投影幹涉光譜成像 318
習題 323
第7章 光信息處理光學系統的設計 325
7．1 光信息處理光學系統及傅裡葉變換鏡頭 326
7．2 光學系統像質評價方法 329
7．2．1 幾何像差的定義及其計算 330
7．2．2 垂軸像差的概念及其計算 333
7．2．3 用波像差評價光學系統的成像質量 334
7．2．4 光學傳遞函數 335
7．2．5 點列圖 335
7．2．6 包圍圓能量 335
7．3 光信息處理光學系統設計 337
7．4 光信息處理光學系統設計實例 341
參考文獻 348
1．1 常用非初等函數與特殊函數 002
1．1．1 常用非初等函數 002
1．1．2 函數和梳狀函數 011
1．1．3 貝塞爾函數 021
1．2 傅裡葉變換的基本概念及運算 025
1．2．1 傅裡葉級數及頻譜的概念 025
1．2．2 一維傅裡葉變換的定義和運算舉例 027
1．2．3 廣義傅裡葉變換 030
1．2．4 二維傅裡葉變換 032
1．3 卷積和相關 035
1．3．1 卷積的定義和運算 035
1．3．2 卷積的基本性質 037
1．3．3 互相關函數 041
1．3．4 自相關函數 043
1．4 傅裡葉變換的性質和有關定理 045
1．4．1 傅裡葉變換的性質 045
1．4．2 傅裡葉變換定理 049
1．5 光波的傅裡葉分析 059
1．5．1 平面波基元函數分析方法 059
1．5．2 復雜波的分解 060
習題 064
第 2章 光的衍射及光學傅裡葉變換 067
2．1 衍射問題概述 068
2．2 球面波衍射理論 070
2．2．1 惠更斯 菲涅耳原理 070
2．2．2 基爾霍夫衍射積分公式 073
2．2．3 菲涅耳衍射與夫瑯和費衍射 076
2．2．4 一維孔徑的衍射 079
2．2．5 在有限距離觀察夫瑯和費衍射的方法 081
2．2．6 計算衍射問題的傅裡葉變換方法 085
2．3 平面波角譜理論 087
2．3．1 角譜的傳播 088
2．3．2 角譜理論的菲涅耳近似 090
2．3．3 泰伯效應 091
2．4 透鏡的傅裡葉變換性質 092
2．4．1 薄透鏡的位相變換因子 093
2．4．2 透鏡的傅裡葉變換性質 095
2．5 傅裡葉變換運算的光學模擬 100
2．5．1 光學傅裡葉變換系統 100
2．5．2 傅裡葉變換運算的光學模擬 103
習題 105
第3章 光學成像系統的頻譜分析 109
3．1 二維線性系統分析 111
3．1．1 系統 111
3．1．2 線性系統與疊加積分 112
3．1．3 線性空間不變系統與卷積 113
3．2 光學系統的頻域描述：傳遞函數 114
3．2．1 線性不變系統的頻域描述 115
3．2．2 線性空間不變系統的本征函數 116
3．2．3 傳遞函數 117
3．3 光學成像系統的相幹傳遞函數 117
3．3．1 物理模型 118
3．3．2 衍射受限系統的相幹傳遞函數 119
3．3．3 相幹傳遞函數與光瞳函數的關係 122
3．3．4 像差的影響 124
3．4 光學傳遞函數 124
3．4．1 非相幹成像系統的物像關係 124
3．4．2 光學傳遞函數的定義和物理意義 125
3．4．3 光學傳遞函數和光瞳函數的關係 127
3．4．4 像差對OTF的影響 131
3．5 相幹與非相幹成像系統的比較 134
3．5．1 像強度的頻譜 134
3．5．2 兩點分辨率 136
3．5．3 線擴散函數和邊緣擴散函數 138
3．6 OTF的計算 139
3．6．1 計算光學傳遞函數的幾何光學方法 140
3．6．2 計算光學傳遞函數的物理光學方法 142
3．7 OTF的測量 144
3．7．1 OTF測量概述 144
3．7．2 刀口掃描法 145
3．7．3 變頻光柵掃描法 147
習題 151
第4章 全息術 155
4．1 全息術的基本原理 156
4．1．1 波前記錄 157
4．1．2 波前重現 158
4．2 平面全息圖理論 159
4．2．1 菲涅耳全息圖 160
4．2．2 傅裡葉變換全息圖 168
4．2．3 像全息圖和彩虹全息圖 171
4．2．4 位相全息圖 173
4．2．5 平面全息圖的主要性能參數 175
4．3 體積全息圖 179
4．3．1 體積全息圖的記錄和再現 180
4．3．2 耦合波理論 182
4．3．3 透射式體積全息圖的衍射效率及布喇格選擇性 188
4．3．4 反射式體積全息圖的衍射效率及布喇格選擇性 193
4．4 真彩色全息圖 196
4．5 計算機全息圖 197
4．5．1 迂回位相法計算機全息圖 197
4．5．2 改進的離軸計算機全息圖 199
4．5．3 計算機幹涉全息圖 200
4．5．4 二元光學元件 203
4．6 全息術的應用 205
4．6．1 全息顯示技術 206
4．6．2 全息幹涉測量 208
4．6．3 全息光學元件 211
4．6．4 數字全息顯微術 215
4．6．5 光學掃描全息術 216
習題 221
第5章 現代光學信息處理 225
5．1 早期研究成果 227
5．1．1 阿貝成像理論 227
5．1．2 阿貝 波特實驗 228
5．1．3 相襯顯微鏡 229
5．2 復空間濾波器的綜合 231
5．2．1 萬道朗特濾波器的綜合 231
5．2．2 相幹光卷積和相關運算 233
5．3 光學圖像識別 234
5．3．1 基於匹配濾波的光學圖像識別 234
5．3．2 實時圖像識別系統 237
5．3．3 平移、縮放、旋轉不變圖像識別 239
5．3．4 聯合傅裡葉變換相關器 242
5．3．5 畸變不變聯合傅裡葉變換相關器 246
5．4 改善圖像質量的相幹光處理技術 248
5．4．1 逆濾波和圖像消模糊 249
5．4．2 圖像的微分濾波和邊緣增強 251
5．5 非相幹和部分相幹光信息處理 253
5．5．1 非相幹與相幹光信息處理 253
5．5．2 非相幹光處理系統 254
5．5．3 合成孔徑技術 255
5．5．4 計算機層析攝影術 259
5．5．5 部分相幹光處理系統 261
5．5．6 部分相幹光處理的應用 265
習題 270
第6章 傅裡葉光譜技術 275
6．1 傅裡葉光譜技術基本理論 276
6．1．1 傅裡葉光譜原理 277
6．1．2 傅裡葉光譜系統的性能優勢 282
6．1．3 光譜分辨率 285
6．1．4 儀器譜線函數 288
6．1．5 幹涉圖的采樣間隔 291
6．1．6 光譜變跡術 294
6．1．7 位相誤差校正 296
6．1．8 光譜FFT重建 299
6．2 成像型傅裡葉光譜技術 304
6．2．1 時間調制幹涉光譜成像 304
6．2．2 空間調制幹涉光譜成像 305
6．2．3 高通量幹涉光譜成像 309
6．2．4 偏振幹涉光譜成像 311
6．2．5 分波前幹涉光譜成像 316
6．2．6 CT投影幹涉光譜成像 318
習題 323
第7章 光信息處理光學系統的設計 325
7．1 光信息處理光學系統及傅裡葉變換鏡頭 326
7．2 光學系統像質評價方法 329
7．2．1 幾何像差的定義及其計算 330
7．2．2 垂軸像差的概念及其計算 333
7．2．3 用波像差評價光學系統的成像質量 334
7．2．4 光學傳遞函數 335
7．2．5 點列圖 335
7．2．6 包圍圓能量 335
7．3 光信息處理光學系統設計 337
7．4 光信息處理光學系統設計實例 341
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