ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ

После некоторого затишья в развитии теории структуры изображения, даваемого оптическими системами, под давлением нужд практики внимание многих ученых вновь обратилось к этому вопросу. Исследования в этом направлении дают возможность глубже понять процесс формирования дифракционного изображения и в результате оценить предельные возможности оптики и указать пути дальнейшего усовершенствования оптических приборов. Но оптические приборы работают всегда в сочетании с теми или другими приемниками (глаз, светочувствительный слой фотопластинки, фотоэлемента, катода электрооптического преобразователя и т. д.). В связи с этим представляет большой интерес вопрос о взаимодействии света с приемником и выбор критерия качества изображения, пригодного для характеристики как оптической системы, так и приемника. Желательно, чтобы качество изображения на приемнике всегда можно было оценить, зная в отдельности качество изображения, создаваемого оптической системой, и характеристику приемника. Таким критерием долгое время служило понятие разрешающей способности, но практика показала, что этот критерий не удовлетворяет нуждам практики. Его пришлось значительно усовершенствовать, что оказалось возможным благодаря, с одной стороны, некоторым успехам прикладной математики, а с другой, выбору определенного типа тест-объектов (в виде мир с периодической структурой).

Сравнительно недавно появившаяся книга Герцбергера [1 ] относится еще к первой группе перечисленных выше исследований. В ней рассмотрена главным образом структура оптического изображения с точки зрения геометрической оптики (теория эйконалов и аберраций всех порядков).

Вопрос о структуре изображения с точки зрения физической оптики (дифракционное изображение), а также развитие теории разрешающей способности в направлении использования таких новых понятий, как частотноконтрастная характеристика, подробно и с большой ясностью освещены в книге Марешаля и Франсона [2].

Этим же вопросам, но с большим уклоном в сторону изучения свойств приемников, а именно с учетом «шумов» (зернистость приемника, рассеяние в слоях последнего и т. д.), посвящена книга Линфута [3], а также сборник [4].

Поскольку структура оптического изображения связана со свойствами источника света, в частности с его когерентностью, оказалось необходимым изучить более подробно вопросы когерентности, что сделано отчасти в вышеупомянутой книге Марешаля и Франсона, а более полно в обзоре Вольфа и Манделя [5].

Немалую роль в вопросе структуры изображения играет поляризация света. Этому вопросу посвящена книга Шерклиффа [6].

В последнее время разработан новый подход к характеристике качества изображения, основанный на количестве разрешаемых деталей в изображении, и, таким образом, появляется связь между оценкой качества изображения и некоторыми аспектами теории информации, возникшей в результате глубоких исследований в области теории связи. Первые шаги в анализе законности

такого подхода сделаны Габором [7], который показал, с какой осторожностью нужно переносить понятия теории информации в область оптики.

Следует отметить также большие успехи, достигнутые в последнее время в области голографии — техники получения интерференционным путем особого рисунка на фотопластинке, позволяющего простым образом получать изображение пространственных объектов и рассматривать их с различных положений. Этот метод, разработанный сначала Габором, в настоящее время благодаря работам Строука и его учеников, использовавших лазеры в качестве источников света, приближается к практическому решению (см. книгу Строука [8]).

Вопрос о структуре изображений все больше и больше связывается с вопросом о помехах («шумах»), играющих особенно важную роль в приемниках, но отчасти и в самой оптической системе, в которой неизбежно рассеяние света на поверхностях и оправах линз, а также на других дефектах материала или обработки линз и зеркал. Ясно, что эти явления имеют статистический характер, так как не могут быть заранее определены. Частично этот вопрос рассмотрен в упомянутой выше книге Линфута [3]. Значительно полнее он исследован в предлагаемой вниманию читателя монографии известного американского ученого О’Нейла «Введение в статистическую оптику».

В этой книге сделана удачная попытка изложить процесс образования изображения, начиная с объекта и кончая приемником, с единой точки зрения частотно-контрастных представлений. Автор при рассмотрении прохождения света через оптическую систему рассматривает саму систему как фильтр пространственных частот с ограниченной полосой пропускания, и при этом стремится найти в оптике понятия, эквивалентные соответствующим

понятиям в радиоэлектронике. Такой метод изложения облегчает понимание оптики радиоинженерам, а оптики найдут в книге ряд интересных аналогий между оптикой и радиоэлектроникой.

Ценной особенностью книги является наглядное сопоставление действия оптических и электрических элементов цепей при прохождении «частотного импульса» через систему. При этом результаты применения преобразования Фурье в обоих случаях сопоставляются в таблицах, что придает книге справочный оттенок. В некотором отношении форма изложения материала напоминает книгу Харкевича [9], пользующуюся широкой популярностью среди советских специалистов.

Особый интерес представляет гл. 7, где автор дает последовательное статистическое рассмотрение процессов регистрации объектов на фотоматериалах с подробным обсуждением различных критериев, применяемых при оценке качества изображения, и статистических моделей, учитывающих свойство зернистости приемников. В гл. 8 и 9 на основе матричной теории рассматриваются свойства когерентного и частично когерентного излучения, а также вопросы частичной поляризации. Следует отметить, что в этих главах на основе единого метода автору удалось просто и наглядно вывести из общих формул предельные случаи, соответствующие строго когерентному и некогерентному освещению. Аналогичные предельные соотношения выведены и для случая поляризации света. Материал этих глав представляет большой научный интерес и выгодно отличается от содержания книг [2] и [61, где эти вопросы изложены в более популярной форме, но зато значительно беднее в познавательном отношении.

Следует, однако, заметить, что книга не лишена недостатков. Материал гл. 1 почти без всякого ущерба

для изложения последующих глав мог бы быть опущен. В ней рассматриваются различные задачи, связанные с решением дифференциальных уравнений второго порядка. Показано, что во многих типичных случаях решение можно найти с помощью функции Грина. По-видимому, автор этими примерами хотел как-то обосновать принцип линейной суперпозиции при рассмотрении в дальнейшем процесса формирования оптического изображения. В связи с этим следует отметить, что принцип линейной суперпозиции не нуждается в доказательстве, а возможность его применения следует искать в физике явления. Далее заметим, что гл. 3—5, посвященные вопросам геометрической оптики и дифракционной теории, изложены слишком сжато и имеют ряд недостатков, отмеченных в примечаниях редактора. Стиль изложения несколько небрежен. При переводе встречались неясности в изложении и трудности в расшифровке ряда новых терминов, введенных автором. Поэтому пришлось иногда несколько отходить от текста, чтобы сделать его более понятным. Эти недостатки связаны, по-видимому, с лекционным характером книги. Дополнительная литература, приведенная автором, не может претендовать на полноту, ибо содержит лишь основные источники.

При переводе мы добавили литературу по данному вопросу, которая была издана главным образом в Советском Союзе за последние годы.

Книга может быть полезной для студентов старших курсов университетов и оптико-механических факультетов втузов, специализирующихся в вопросах вычислительной и физической оптики, а также для аспирантов и научных работников.

Г. Г. Слюсарев

П. Ф. Паршин