衍射计算及数字全息(上册)

衍射计算及数字全息(上册)
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作者:
出版社: 科学出版社
2014-06
版次: 1
ISBN: 9787030409584
定价: 109.00
装帧: 精装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 292页
正文语种: 简体中文
15人买过
  • 在标量衍射理论的框架下,衍射计算及数字全息.上册系统总结经典及广义衍射公式的数值计算方法,对空间曲面光源衍射场的数值计算进行专门讨论,并且以数字全息及3D物体的计算全息为衍射计算的应用载体,对数字全息涉及的理论、技术及数字全息干涉计量进行详细介绍,对目前迅速发展的全息3D显示技术进行研究。书附光盘给出衍射计算及数字全息.上册的主要计算程序及计算涉及的图像文件。衍射计算及数字全息.上册由9章及4个附录构成,分上、下两册出版。上册包含1~5章,下册包含6~9章及附录。第1章是数学预备知识;第2章介绍标量衍射理论及不同形式的衍射计算公式;第3章基于取样定理详细讨论不同衍射公式的数值计算方法;第4章对光全息术进行介绍;第5、6章是数字全息的基本理论;第7、8章介绍全息干涉计量理论及数字全息干涉计量的应用实例;第9章对数字全息3D显示及3D动画算法进行研究。附录A是计算机图像的基本知识;附录B循序渐进地给出MATLAB编写的衍射计算及数字全息.上册主要计算程序、程序说明及计算实例;附录C是衍射计算及数字全息.上册重要的彩色图像;附录D是书附光盘的内容介绍。为便于阅读衍射计算及数字全息.上册,附录A~C同时由光盘给出。
    (上册)
    序言
    第1章数学预备知识.1
    1.1常用的几种非初等函数.1
    1.1.1矩形函数.1
    1.1.2sinc函数.2
    1.1.3阶跃函数.3
    1.1.4符号函数.4
    1.1.5三角函数.4
    1.1.6圆域函数.5
    1.1.7狄拉克±函数6
    1.1.8梳状函数.8
    1.2二维傅里叶变换9
    1.2.1二维傅里叶变换的定义和存在条件9
    1.2.2傅里叶变换定理.9
    1.2.3二维傅里叶变换在极坐标下的表示.11
    1.3线性系统12
    1.3.1线性系统的定义13
    1.3.2脉冲响应和叠加积分13
    1.3.3二维线性空间不变系统的定义14
    1.3.4线性空间不变系统的传递函数和本征函数.15
    1.4二维取样定理16
    1.4.1函数的取样.16
    1.4.2原函数的复原18
    1.4.3空间{带宽积19
    参考文献.19
    第2章标量衍射理论20
    2.1光波的复函数表示.20
    2.1.1单色光的复函数表示202.1.2三维空间中光波场的表达式.22
    2.1.3空间平面上平面波及球面波的复振幅23
    2.2标量衍射理论24
    2.2.1波动方程24
    2.2.2波动方程的平面简谐波解.25
    2.2.3衍射的角谱理论26
    2.2.4基尔霍夫公式及瑞利{索末菲公式29
    2.2.5衍射问题的傍轴近似||菲涅耳衍射积分30
    2.2.6夫琅禾费衍射32
    2.3夫琅禾费衍射的计算实例33
    2.3.1矩形孔在透镜焦平面上的衍射图像.33
    2.3.2圆形孔的夫琅禾费衍射34
    2.3.3三角形孔在透镜焦平面上的衍射图像36
    2.3.4振幅型正弦光栅的夫琅禾费衍射39
    2.4菲涅耳衍射积分的解析及半解析计算41
    2.4.1正弦振幅光栅的菲涅耳衍射.41
    2.4.2矩形孔的菲涅耳衍射44
    2.4.3复杂形状孔径的菲涅耳衍射.45
    2.4.4利用矩形孔衍射公式计算折射棱镜阵列的衍射场.48
    2.4.5三角形孔的菲涅耳衍射51
    2.5柯林斯公式52
    2.5.1傍轴光学系统的ABCD矩阵表示.53
    2.5.2傍轴球面波的ABCD定律及等效傍轴透镜光学系统58
    2.5.3柯林斯公式推导60
    2.6基于柯林斯公式讨论单透镜系统的光学变换性质65
    2.6.1物体在透镜前66
    2.6.2物体在透镜后69
    参考文献.71
    第3章衍射的数值计算及应用实例73
    3.1离散傅里叶变换与傅里叶变换的关系73
    3.1.1二维连续函数的离散及周期延拓73
    3.1.2离散傅里叶变换与傅里叶变换的关系74
    3.2菲涅耳衍射积分的快速傅里叶变换计算.78
    3.2.1菲涅耳衍射积分的S-FFT算法.78
    3.2.2菲涅耳衍射的S-FFT计算与实际测量的比较.813.2.3菲涅耳衍射的D-FFT算法81
    3.2.4D-FFT算法的实验证明84
    3.2.5菲涅耳衍射的分数傅里叶变换表示及其计算86
    3.2.6菲涅耳衍射的综合孔径表示及其计算93
    3.3经典衍射公式的快速傅里叶变换计算96
    3.3.1基尔霍夫公式及瑞利{索末菲公式的卷积形式.96
    3.3.2经典衍射公式的统一表述.97
    3.3.3计算卷积形式的经典衍射公式时取样条件的讨论.98
    3.3.4基于能量守恒原理对实际取样条件的讨论100
    3.3.5不同衍射积分的计算实例101
    3.3.6不同经典衍射公式的FFT计算研究小结103
    3.3.7经典衍射积分的逆运算104
    3.4柯林斯公式的计算106
    3.4.1柯林斯公式及其逆运算式106
    3.4.2柯林斯公式的S-FFT计算.107
    3.4.3柯林斯公式逆运算的S-IFFT计算109
    3.4.4柯林斯公式的D-FFT计算.110
    3.4.5柯林斯公式逆运算的D-FFT计算112
    3.4.6数值计算及实验证明.112
    3.5空间曲面衍射场的计算.116
    3.5.1倾斜发光面及倾斜观测面的衍射计算.116
    3.5.2发光面为空间曲面的衍射场计算123
    3.5.3观测面为空间曲面的衍射场计算128
    3.6衍射数值计算的应用实例.129
    3.6.1二元光学元件的设计.129
    3.6.2三角形面源集合算法在计算全息中的应用136
    3.6.3空间观测曲面衍射场计算的应用实例.139
    参考文献143
    第4章光全息的基本理论146
    4.1光全息术的基本原理.146
    4.1.1光全息术概述.146
    4.1.2同轴全息图148
    4.1.3离轴全息图149
    4.1.4离轴全息图衍射像分离的条件.153
    4.2部分相干理论及其在全息研究中的应用1544.2.1非单色光波场的解析信号表示.155
    4.2.2非单色光杨氏干涉实验研究158
    4.2.3全息研究中将光波视为完全相干波时应满足的条件讨论161
    4.2.4记录菲涅耳平面全息图的光学系统166
    4.3菲涅耳全息图及重现像性质研究166
    4.3.1点源全息图的记录167
    4.3.2点源全息图的再现168
    4.3.3像的放大率171
    4.3.4像的线模糊172
    4.4几种常用的平面全息图.174
    4.4.1夫琅禾费全息图174
    4.4.2傅里叶变换全息图175
    4.4.3无透镜傅里叶变换全息图179
    4.4.4像全息图.182
    4.4.5相位型全息图.183
    4.5平面全息图的衍射效率.184
    4.5.1振幅全息图的衍射效率185
    4.5.2相位全息图的衍射效率185
    参考文献187
    第5章数字全息及物光波前重建计算188
    5.1离轴数字全息及波前的1-FFT重建.188
    5.1.1离轴数字全息记录系统188
    5.1.2数字全息图的记录及重建过程中透射光的传播特性189
    5.1.3离轴数字全息系统的设计193
    5.1.4离轴数字全息系统的优化模拟及实验研究195
    5.1.5波前重建质量讨论197
    5.21-FFT方法重建波前的噪声研究及消除202
    5.2.1数字全息图的衍射效率.202
    5.2.2零级衍射干扰的直接消除203
    5.2.3物光复振幅直接获取法206
    5.3基于衍射“接力”运算及虚拟数字全息图的物光场重建208
    5.3.1基于衍射“接力”运算的波前重建.209
    5.3.2基于虚拟数字全息图的波前重建算法.213
    5.4基于球面重建波及角谱衍射理论的波前重建.217
    5.4.1球面波为重建波的可控放大率波前重建方法.2175.4.2可控放大率波前重建实验220
    5.4.3可控放大率波前重建噪声消除的研究.222
    5.4.4FIMG4FFT法波前重建质量研究.233
    5.5数字全息重建图像的焦深239
    5.5.1数字全息重建图像焦深的理论研究240
    5.5.2数字全息重建像焦深的实验研究246
    5.5.3焦深研究的讨论及推广249
    5.6散射物体的真彩色数字全息249
    5.6.1统一彩色图像物理尺寸的补零1-FFT重建法251
    5.6.2DDBFT与FIMG4FFT算法的实验证明及比较254
    5.6.3FIMG4FFT与SPH4FFT重建真彩色图像的比较研究256
    5.6.4VDH4FFT算法重建真彩色图像的实验研究259
    5.7数字全息物光场的超分辨率记录与重建260
    5.7.1基于取样定理及角谱衍射理论对CCD探测信息的研究261
    5.7.2离轴数字全息超分辨率记录系统的优化设计.264
    5.7.3超分辨率记录全息图的波前重建方法.264
    5.7.4超分辨率记录系统波前重建质量模拟.265
    5.7.5改变照明物光角度实现离轴数字全息超分辨率记录的基本理论267
    5.7.6超分辨率物光场波前重建模拟.270
    5.7.7基于飞秒激光特性的子全息图准同时记录与物光场重建271
    参考文献273
    (下册)
    第6章物光通过光学系统的波前重建
    第7章全息干涉计量的基本原理及常用技术
    第8章数字全息在光学检测中的应用
    第9章数字全息的3D显示及动画算法研究
    附录A计算机图像的基础知识
    附录B基本计算程序及应用实例
    附录C彩色图像附页
    附录D《衍射计算及数字全息》书附光盘内容
    后记
  • 内容简介:
    在标量衍射理论的框架下,衍射计算及数字全息.上册系统总结经典及广义衍射公式的数值计算方法,对空间曲面光源衍射场的数值计算进行专门讨论,并且以数字全息及3D物体的计算全息为衍射计算的应用载体,对数字全息涉及的理论、技术及数字全息干涉计量进行详细介绍,对目前迅速发展的全息3D显示技术进行研究。书附光盘给出衍射计算及数字全息.上册的主要计算程序及计算涉及的图像文件。衍射计算及数字全息.上册由9章及4个附录构成,分上、下两册出版。上册包含1~5章,下册包含6~9章及附录。第1章是数学预备知识;第2章介绍标量衍射理论及不同形式的衍射计算公式;第3章基于取样定理详细讨论不同衍射公式的数值计算方法;第4章对光全息术进行介绍;第5、6章是数字全息的基本理论;第7、8章介绍全息干涉计量理论及数字全息干涉计量的应用实例;第9章对数字全息3D显示及3D动画算法进行研究。附录A是计算机图像的基本知识;附录B循序渐进地给出MATLAB编写的衍射计算及数字全息.上册主要计算程序、程序说明及计算实例;附录C是衍射计算及数字全息.上册重要的彩色图像;附录D是书附光盘的内容介绍。为便于阅读衍射计算及数字全息.上册,附录A~C同时由光盘给出。
  • 目录:

    (上册)
    序言
    第1章数学预备知识.1
    1.1常用的几种非初等函数.1
    1.1.1矩形函数.1
    1.1.2sinc函数.2
    1.1.3阶跃函数.3
    1.1.4符号函数.4
    1.1.5三角函数.4
    1.1.6圆域函数.5
    1.1.7狄拉克±函数6
    1.1.8梳状函数.8
    1.2二维傅里叶变换9
    1.2.1二维傅里叶变换的定义和存在条件9
    1.2.2傅里叶变换定理.9
    1.2.3二维傅里叶变换在极坐标下的表示.11
    1.3线性系统12
    1.3.1线性系统的定义13
    1.3.2脉冲响应和叠加积分13
    1.3.3二维线性空间不变系统的定义14
    1.3.4线性空间不变系统的传递函数和本征函数.15
    1.4二维取样定理16
    1.4.1函数的取样.16
    1.4.2原函数的复原18
    1.4.3空间{带宽积19
    参考文献.19
    第2章标量衍射理论20
    2.1光波的复函数表示.20
    2.1.1单色光的复函数表示202.1.2三维空间中光波场的表达式.22
    2.1.3空间平面上平面波及球面波的复振幅23
    2.2标量衍射理论24
    2.2.1波动方程24
    2.2.2波动方程的平面简谐波解.25
    2.2.3衍射的角谱理论26
    2.2.4基尔霍夫公式及瑞利{索末菲公式29
    2.2.5衍射问题的傍轴近似||菲涅耳衍射积分30
    2.2.6夫琅禾费衍射32
    2.3夫琅禾费衍射的计算实例33
    2.3.1矩形孔在透镜焦平面上的衍射图像.33
    2.3.2圆形孔的夫琅禾费衍射34
    2.3.3三角形孔在透镜焦平面上的衍射图像36
    2.3.4振幅型正弦光栅的夫琅禾费衍射39
    2.4菲涅耳衍射积分的解析及半解析计算41
    2.4.1正弦振幅光栅的菲涅耳衍射.41
    2.4.2矩形孔的菲涅耳衍射44
    2.4.3复杂形状孔径的菲涅耳衍射.45
    2.4.4利用矩形孔衍射公式计算折射棱镜阵列的衍射场.48
    2.4.5三角形孔的菲涅耳衍射51
    2.5柯林斯公式52
    2.5.1傍轴光学系统的ABCD矩阵表示.53
    2.5.2傍轴球面波的ABCD定律及等效傍轴透镜光学系统58
    2.5.3柯林斯公式推导60
    2.6基于柯林斯公式讨论单透镜系统的光学变换性质65
    2.6.1物体在透镜前66
    2.6.2物体在透镜后69
    参考文献.71
    第3章衍射的数值计算及应用实例73
    3.1离散傅里叶变换与傅里叶变换的关系73
    3.1.1二维连续函数的离散及周期延拓73
    3.1.2离散傅里叶变换与傅里叶变换的关系74
    3.2菲涅耳衍射积分的快速傅里叶变换计算.78
    3.2.1菲涅耳衍射积分的S-FFT算法.78
    3.2.2菲涅耳衍射的S-FFT计算与实际测量的比较.813.2.3菲涅耳衍射的D-FFT算法81
    3.2.4D-FFT算法的实验证明84
    3.2.5菲涅耳衍射的分数傅里叶变换表示及其计算86
    3.2.6菲涅耳衍射的综合孔径表示及其计算93
    3.3经典衍射公式的快速傅里叶变换计算96
    3.3.1基尔霍夫公式及瑞利{索末菲公式的卷积形式.96
    3.3.2经典衍射公式的统一表述.97
    3.3.3计算卷积形式的经典衍射公式时取样条件的讨论.98
    3.3.4基于能量守恒原理对实际取样条件的讨论100
    3.3.5不同衍射积分的计算实例101
    3.3.6不同经典衍射公式的FFT计算研究小结103
    3.3.7经典衍射积分的逆运算104
    3.4柯林斯公式的计算106
    3.4.1柯林斯公式及其逆运算式106
    3.4.2柯林斯公式的S-FFT计算.107
    3.4.3柯林斯公式逆运算的S-IFFT计算109
    3.4.4柯林斯公式的D-FFT计算.110
    3.4.5柯林斯公式逆运算的D-FFT计算112
    3.4.6数值计算及实验证明.112
    3.5空间曲面衍射场的计算.116
    3.5.1倾斜发光面及倾斜观测面的衍射计算.116
    3.5.2发光面为空间曲面的衍射场计算123
    3.5.3观测面为空间曲面的衍射场计算128
    3.6衍射数值计算的应用实例.129
    3.6.1二元光学元件的设计.129
    3.6.2三角形面源集合算法在计算全息中的应用136
    3.6.3空间观测曲面衍射场计算的应用实例.139
    参考文献143
    第4章光全息的基本理论146
    4.1光全息术的基本原理.146
    4.1.1光全息术概述.146
    4.1.2同轴全息图148
    4.1.3离轴全息图149
    4.1.4离轴全息图衍射像分离的条件.153
    4.2部分相干理论及其在全息研究中的应用1544.2.1非单色光波场的解析信号表示.155
    4.2.2非单色光杨氏干涉实验研究158
    4.2.3全息研究中将光波视为完全相干波时应满足的条件讨论161
    4.2.4记录菲涅耳平面全息图的光学系统166
    4.3菲涅耳全息图及重现像性质研究166
    4.3.1点源全息图的记录167
    4.3.2点源全息图的再现168
    4.3.3像的放大率171
    4.3.4像的线模糊172
    4.4几种常用的平面全息图.174
    4.4.1夫琅禾费全息图174
    4.4.2傅里叶变换全息图175
    4.4.3无透镜傅里叶变换全息图179
    4.4.4像全息图.182
    4.4.5相位型全息图.183
    4.5平面全息图的衍射效率.184
    4.5.1振幅全息图的衍射效率185
    4.5.2相位全息图的衍射效率185
    参考文献187
    第5章数字全息及物光波前重建计算188
    5.1离轴数字全息及波前的1-FFT重建.188
    5.1.1离轴数字全息记录系统188
    5.1.2数字全息图的记录及重建过程中透射光的传播特性189
    5.1.3离轴数字全息系统的设计193
    5.1.4离轴数字全息系统的优化模拟及实验研究195
    5.1.5波前重建质量讨论197
    5.21-FFT方法重建波前的噪声研究及消除202
    5.2.1数字全息图的衍射效率.202
    5.2.2零级衍射干扰的直接消除203
    5.2.3物光复振幅直接获取法206
    5.3基于衍射“接力”运算及虚拟数字全息图的物光场重建208
    5.3.1基于衍射“接力”运算的波前重建.209
    5.3.2基于虚拟数字全息图的波前重建算法.213
    5.4基于球面重建波及角谱衍射理论的波前重建.217
    5.4.1球面波为重建波的可控放大率波前重建方法.2175.4.2可控放大率波前重建实验220
    5.4.3可控放大率波前重建噪声消除的研究.222
    5.4.4FIMG4FFT法波前重建质量研究.233
    5.5数字全息重建图像的焦深239
    5.5.1数字全息重建图像焦深的理论研究240
    5.5.2数字全息重建像焦深的实验研究246
    5.5.3焦深研究的讨论及推广249
    5.6散射物体的真彩色数字全息249
    5.6.1统一彩色图像物理尺寸的补零1-FFT重建法251
    5.6.2DDBFT与FIMG4FFT算法的实验证明及比较254
    5.6.3FIMG4FFT与SPH4FFT重建真彩色图像的比较研究256
    5.6.4VDH4FFT算法重建真彩色图像的实验研究259
    5.7数字全息物光场的超分辨率记录与重建260
    5.7.1基于取样定理及角谱衍射理论对CCD探测信息的研究261
    5.7.2离轴数字全息超分辨率记录系统的优化设计.264
    5.7.3超分辨率记录全息图的波前重建方法.264
    5.7.4超分辨率记录系统波前重建质量模拟.265
    5.7.5改变照明物光角度实现离轴数字全息超分辨率记录的基本理论267
    5.7.6超分辨率物光场波前重建模拟.270
    5.7.7基于飞秒激光特性的子全息图准同时记录与物光场重建271
    参考文献273
    (下册)
    第6章物光通过光学系统的波前重建
    第7章全息干涉计量的基本原理及常用技术
    第8章数字全息在光学检测中的应用
    第9章数字全息的3D显示及动画算法研究
    附录A计算机图像的基础知识
    附录B基本计算程序及应用实例
    附录C彩色图像附页
    附录D《衍射计算及数字全息》书附光盘内容
    后记
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