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第1章 绪论1

1.1 光学成像发展简史1

1.1.1 古典光学成像1

1.1.2 衍射成像3

1.1.3 近场光学成像4

1.2 光学成像的基本性质5

1.3 光学成像的应用6

1.3.1 信息技术和远距离通信中的光学成像7

1.3.2 保健、医疗与生命科学中的光学成像7

1.3.3 光学传感、照明和能源8

1.3.4 工业制造中的光学成像技术9

1.4 光学成像技术的发展9

第2章 图像的接收、记录和显示11

2.1 概述11

2.2 眼睛的结构和光学成像性质11

2.2.1 眼睛的结构1

2.2.2 眼睛的光学性质13

2.3 眼的视觉物性15

2.3.1 光觉阈值和光的辨别阀值15

2.3.2 视觉的空间特性16

2.3.3 视觉的时间特性17

2.3.4 视觉的对比特性18

2.3.5 视觉的照度适应18

2.3.6 色觉特质19

2.4 照相乳胶20

2.4.1 底片的感光特性20

2.4.2 卤化银乳胶的特性21

2.5 成像的光电探测与显示24

2.5.1 概述24

2.5.2 阴极射线管显示26

2.5.3 电致发光显示29

2.5.4 液晶显示31

2.5.5 激光显示32

2.5.6 投影显示33

2.6 彩色图像的接收、显示35

2.6.1 色度学35

2.6.2 混色原理35

2.6.3 色的表示方法36

2.7 小结39

问题39

第3章 几何光学成像41

3.1 概述41

3.2 几何光学基本定律42

3.2.1 几何光学适应范围42

3.2.2 光线传播定律42

3.2.3 成像的基本概念43

3.2.4 共轴球面光学系统的成像性质43

3.3 单折射球面的近轴区成像44

3.4 透镜成像系统46

3.4.1 理想光学系统的基本特征46

3.4.2 理想光学系统的物像关系49

3.4.3 透镜50

3.5 球面反射镜52

3.6 平面棱镜系统53

3.6.1 平面折射成像53

3.6.2 反射棱镜54

3.6.3 折射棱镜和光楔58

3.7 光学系统中的光束限制60

3.7.1 概述60

3.7.2 孔径光阑、入射光瞳和出射光瞳60

3.7.3 视场光阑、入射窗和出射窗62

3.8 像差概述63

3.8.1 轴上点的球差64

3.8.2 彗差64

3.8.3 像散和场曲66

3.8.4 畸变68

3.8.5 色差69

3.9 光学仪器的基本原理70

3.9.1 显微镜70

3.9.2 望远镜73

3.10小结76

问题76

第4章 光纤成像79

4.1 概述79

4.2 光纤传像束79

4.3 变折射率光纤（棒）的成像理论82

4.3.1 折射率分布82

4.3.2 光纤（棒）中光线的轨迹83

4.3.3 成像特性85

4.4 折射率光纤（棒）的像差87

4.5 变折射率光纤（棒）的制造91

4.6 变折射率光纤（棒）的应用91

4.6.1 光纤（棒）用作准直物镜92

4.6.2 光纤棒用作成像物镜在复印机中的应用94

4.7 小结95

问题96

第5章 衍射成像97

5.1 概述97

5.2 衍射的基本理论97

5.2.1 惠更斯—菲涅耳原理97

5.2.2 夫琅和菲衍射和菲涅耳衍射99

5.3 夫琅和菲衍射101

5.3.1 夫琅和菲单缝衍射101

5.3.2 夫琅和菲圆孔衍射104

5.4 夫琅和菲多缝衍射106

5.4.1 双缝的干涉和衍射106

5.4.2 多缝的干涉和衍射108

5.5 平面衍射光栅111

5.5.1 光栅简介111

5.5.2 光栅方程112

5.5.3 光栅的主要性能113

5.6 菲涅耳衍射115

5.6.1 圆孔衍射115

5.6.2 波带片118

5.7 波前再现成像（全息术）121

5.7.1 概述121

5.7.2 全息原理123

5.7.3 物像关系125

5.7.4 体积全息图127

5.7.5 傅里叶变换全息图130

5.7.6 全息术应用133

5.7.7 光纤在全息记录系统中的应用136

5.8 傅里叶光学137

5.8.1 概述137

5.8.2 薄透镜的傅里叶变换性质138

5.8.3 光学傅里叶变换139

5.9 二元光学141

5.9.1 概述141

5.9.2 二元光学的特点142

5.9.3 二元光学器件的制作143

5.9.4 二元光学的应用143

5.9.5 菲涅耳透镜阵列147

5.9.6 产生超分辨率的异型菲涅耳透镜147

5.10 小结148

问题149

第6章 扫描成像151

6.1 概述151

6.2 扫描成像的取样151

6.3 扫描成像的分辨率和焦深153

6.4 扫描成像系统的取样间隔155

6.5 扫描成像举例158

6.6 小结159

问题159

第7章 遥感成像160

7.1 概述160

7.2 光电遥感仪163

7.3 红外宽波段遥感的应用165

7.3.1 红外遥感在气象方面的应用165

7.3.2 红外遥感在环保方面的应用166

7.3.3 遥感在农业方面的应用167

7.3.4 红外遥感在地学方面的应用167

7.4 高光谱遥感的分析技术168

7.4.1 高光谱遥感的特点169

7.4.2 高光谱遥感的主要分析技术170

7.5 高光谱遥感在植被研究中的应用171

7.6 小结173

问题173

第8章 高速摄影174

8.1 概述174

8.2 转镜式高速相机的光学特性175

8.2.1 光学原理175

8.2.2 扫描速度V?175

8.2.3 时间分辨本领176

8.2.4 相对孔径177

8.2.5 空间分辨率177

8.3 转镜式高速分幅相机178

8.3.1 工作原理178

8.3.2 光快门的作用原理178

8.4 高速变像管相机179

8.5 间接成像式高速摄影180

8.5.1 通过光强的变化记录高速过程180

8.5.2 通过相位变化记录高速过程182

8.5.3 通过偏振态的变化记录高速过程184

8.5.4 通过频率（波长）的变化记录高速过程185

8.5.5 利用受抑全反射光测量高速过程189

8.6 小结189

问题190

第9章 软X射线和极紫外光显微成像191

9.1 概述191

9.2 软X射线和极紫外光源193

9.2.1 同步辐射软X射线源193

9.2.2 X射线激光193

9.2.3 电子束靶低能X射线源194

9.3 软X射线和极紫外光的传输194

9.3.1 分界面上的反射、折射和掠射194

9.3.2 掠射法194

9.3.3 空芯波导法196

9.3.4 波带片法196

9.4 软X射线显微成像方法201

9.4.1 接触式X射线显微术201

9.4.2 投影式X射线显微术203

9.4.3 波带片全场成像X射线显微术203

9.4.4 扫描X射线显微术203

9.5 软X射线图像记录技术204

9.6 极短波的应用204

9.6.1 极紫外与X射线光刻204

9.6.2 极短波在生命科学中的应用204

9.6.3 极短波在物理学中的应用205

9.6.4 极短波全息术206

9.7 小结206

问题207

第10章 计算机层析成像技术208

10.1 概述208

10.2 计算机层析成像的原理208

10.2.1 概述208

10.2.2 投影数据和拉冬变换209

10.2.3 投影的中心频谱定理212

10.2.4 回投影、取和及模糊图像的重现213

10.3 医用X射线CT成像技术214

10.4 核辐射CT成像技术215

10.4.1 引言215

10.4.2 正电子发射CT成像216

10.4.3 单光子发射CT成像219

10.5 工业CT成像技术219

10.5.1 工业CT成像的原理219

10.5.2 工业CT成像系统的组成220

10.5.3 工业CT成像系统的主要性能221

10.5.4 工业CT成像的应用221

10.6 中子成像技术222

10.7 光学层析成像223

10.7.1 概述223

10.7.2 光学CT发展现状224

10.7.3 光学相干层析成像技术227

10.7.4 光弥散层析成像技术229

10.7.5 光过程层析成像229

10.8 小结233

问题233

第11章 近场光学成像234

11.1 概述234

11.2 近场光学显微镜的基本原理235

11.2.1 光学显微镜的分辨本领与瑞利判据235

11.2.2 突破分辨率衍射极限的可能性236

11.2.3 突破分辨率衍射极限的途径238

11.2.4 全反射中的渐逝场239

11.2.5 光栅衍射场240

11.2.6 渐逝场的特点243

11.2.7 近场探测的基本原理243

11.3 近场显微镜简介244

11.3.1 基本结构244

11.3.2 光学探针246

11.3.3 探针与样品距离的测控247

11.4 近场光学显微镜的应用250

11.4.1 超分辨成像250

11.4.2 近场光谱成像251

11.4.3 近场光刻／光写和近场光存储253

11.5 小结254

问题254

第12章 综合孔径成像255

12.1 前言255

12.2 综合孔径成像的基本原理255

12.3 干涉法孔径综合256

12.3.1 干涉法孔径综合原理256

12.3.2 迈克尔逊星体干涉仪259

12.4 组合孔径法孔径综合260

12.4.1 概述260

12.4.2 组合望远镜260

12.4.3 部分孔径成像261

12.5 相干编码法孔径综合—综合孔径雷达261

12.5.1 线性调频信号和透镜聚焦261

12.5.2 多普勒孔径结合264

12.6 小结265

问题266

第13章 编码孔成像267

13.1 概述267

13.2 提高信噪比的“称重法”267

13.3 阿达玛（Hadamard）编码269

13.4 阿达玛编码在光谱学和成像技术中的应用270

13.4.1 阿达玛编码光谱仪270

13.4.2 阿达玛变换成像271

13.5 小结272

问题272

第14章 图像处理273

14.1 概述273

14.2 空间滤波274

14.2.1 概述274

14.2.2 光学频谱分析系统275

14.2.3 空间频率滤波275

14.2.4 空间振幅滤波器276

14.3 空间相位滤波器280

14.4 空间全息滤波器281

14.5 自适应校正成像282

14.5.1 概述282

14.5.2 波前传感283

14.5.3 波前校正器285

14.5.4 波前控制器285

14.5.5 自适应光学的应用285

14.6 光学成像系统的频谱分析289

14.6.1 概述289

14.6.2 成像系统的一般分析291

14.6.3 衍射受限的相干成像系统的频率响应293

14.6.4 衍射受限的非相干成像系统的频率响应295

14.7 小结299

问题300

参考文献301