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第1章 历史背景1

1.1 17世纪1

1.2 18世纪4

1.3 19世纪6

1.4 20世纪16

第2章 基本概念25

2.1 非均匀介质中光的传播25

2.2 纹影的定义27

2.3 纹影与阴影方法的区别28

2.4 直接阴影法29

2.5 经典透镜型纹影系统31

2.5.1 点光源31

2.5.2 扩展光源33

2.6 纹影图像35

第3章 Toepler纹影技术37

3.1 透镜型与反射型纹影系统37

3.1.1 透镜系统38

3.1.2 反射型系统39

3.2 灵敏度45

3.2.1 定义与几何原理45

3.2.2 灵敏度举例48

3.2.3 灵敏度的极限51

3.2.4 后处理提升灵敏度53

3.3 测量范围56

3.3.1 测量范围的定义56

3.3.2 测量范围的调节57

3.4 灵敏度和范围的估算58

3.5 分辨能力60

3.6 衍射效应61

3.6.1 测试区不透明边缘产生的衍射晕61

3.6.2 刀口边缘的衍射63

3.7 放大倍率与景深67

3.7.1 成像放大倍率与聚焦透镜67

3.7.2 景深68

第4章 大视场与聚焦纹影方法70

4.1 大型单/双反射镜系统70

4.1.1 大型纹影镜的可用性70

4.1.2 大型反射镜系统实例71

4.1.3 宾州州立大学的1m重合纹影系统72

4.2 大尺寸光源传统纹影系统73

4.3 透镜与栅格技术76

4.3.1 简单背景畸变76

4.3.2 背景栅格畸变77

4.3.3 大型彩色栅格背景79

4.3.4 现代聚焦与大视场纹影系统80

4.3.5 宾州州立大学的全尺寸纹影系统88

4.4 大视场扫描纹影系统94

4.4.1 针对移动对象的扫描纹影系统94

4.4.2 基于扫描光源与刀口的纹影技术96

4.5 莫尔条纹干涉法98

4.6 全息层析纹影99

第5章 特种纹影技术100

5.1 专用纹影刀口100

5.1.1 梯度滤光片100

5.1.2 指数刀口与光源滤光片103

5.1.3 光源和刀口处的匹配空间滤光片104

5.1.4 相位对比107

5.1.5 光致变色与光折变刀口109

5.2 彩色纹影方法110

5.2.1 引入色彩的原因110

5.2.2 单色纹影到彩色纹影的转换110

5.2.3 分类彩色纹影技术111

5.2.4 最新进展115

5.3 立体纹影116

5.4 纹影干涉118

5.4.1 Wollaston棱镜剪切干涉仪119

5.4.2 基于衍射的纹影干涉仪121

5.5 计算机仿真纹影122

5.6 各种专业技术123

5.6.1 谐振折射率与声音可视化123

5.6.2 变形纹影系统124

5.6.3 纹影数据示踪124

5.6.4 双视纹影125

5.6.5 浸泡方法126

5.6.6 红外纹影126

第6章 阴影技术128

6.1 背景128

6.1.1 发展历史128

6.1.2 阴影技术的作用129

6.1.3 优势与局限129

6.2 直接阴影成像132

6.2.1 发散光的直接阴影法132

6.2.2 在平行光中的直接阴影成像136

6.3 聚焦阴影技术139

6.3.1 操作原理139

6.3.2 历史背景与术语139

6.3.3 优势与局限140

6.3.4 放大倍率、光照度与虚拟阴影效果141

6.3.5 弹道射程中的聚焦阴影技术141

6.4 特殊阴影成像技术142

6.4.1 大型阴影成像142

6.4.2 微观、立体与全息阴影图像143

6.4.3 计算机阴影成像144

6.4.4 锥形阴影成像145

第7章 实际问题147

7.1 光学组件147

7.1.1 光源147

7.1.2 反射镜152

7.1.3 纹影刀口和光源滤光片152

7.1.4 聚光透镜和光源狭缝154

7.1.5 所需的光学质量156

7.2 设备制造、校准和操作157

7.2.1 使用光线跟踪代码进行纹影系统设计157

7.2.2 制作装置158

7.2.3 搭建、校准、调整159

7.2.4 振动和机械稳定性162

7.2.5 杂散光、自发光和二次成像163

7.2.6 周围气流的干扰164

7.3 纹影图像与阴影图像的捕捉165

7.3.1 摄影与录影165

7.3.2 录像168

7.3.3 高速摄影169

7.3.4 前照明172

7.4 商业和便携式纹影仪174

7.4.1 苏联仪器174

7.4.2 西方设备177

7.4.3 便携式纹影仪177

第8章 构建简单的纹影和阴影系统179

8.1 纹影系统设计179

8.2 成本决定180

8.3 安装位置选择182

8.4 光路调节183

8.5 问题排除183

8.6 纹影图像或阴影记录185

8.7 结论186

第9章 应用187

9.1 固体中现象187

9.1.1 玻璃技术187

9.1.2 聚合物薄膜特性189

9.1.3 断裂力学和终端弹道学189

9.1.4 表面镜面反射191

9.2 液体中的现象191

9.2.1 液体对流传热191

9.2.2 液体表面波193

9.2.3 液雾化和喷雾剂194

9.2.4 超声速194

9.2.5 水洞试验和终端弹道195

9.3 气体中的现象196

9.3.1 农业气流196

9.3.2 航空光学197

9.3.3 建筑声学197

9.3.4 边界层198

9.3.5 气体对流传热199

9.3.6 暖气、通风和空调200

9.3.7 气体泄漏检测203

9.3.8 电击穿放电203

9.3.9 爆炸、爆轰、冲击波、冲击和管204

9.3.10 弹道205

9.3.11 气体动力学和高速风洞试验207

9.3.12 超声速喷气机和喷气噪声209

9.3.13 涡轮机和旋翼机210

9.4 其他应用210

9.4.1 艺术和音乐210

9.4.2 生物医学应用213

9.4.3 燃烧216

9.4.4 地球物理217

9.4.5 工业应用218

9.4.6 材料加工219

9.4.7 显微镜221

9.4.8 光学处理224

9.4.9 光学镜片测试224

9.4.10 室外纹影成像与阴影成像225

9.4.11 等离子体动力学230

9.4.12 光电子管电视投影230

9.4.13 湍流231

第10章 定量评价233

10.1 分光法定量纹影评价234

10.1.1 绝对光度法235

10.1.2 标准光度法236

10.2 栅格刀口方法237

10.2.1 焦格238

10.2.2 散焦栅格240

10.2.3 散焦细丝刀口241

10.3 定量图像测速242

10.3.1 背景242

10.3.2 多重曝光涡流与激波速度243

10.3.3 纹影图像相关测速243

10.3.4 聚焦纹影偏折244

10.3.5 背景纹影系统245

10.4 定量的阴影246

10.4.1 ？2n/？y2 sin2θ二重积分246

10.4.2 湍流研究246

10.4.3 冲击波强度的定量分析246

10.4.4 栅格阴影成像方法246

第11章 总结与展望248

11.1 总结248

11.1.1 不科学的一些认知248

11.1.2 其他教训249

11.1.3 历史发展的进一步评论249

11.1.4 图像和可视化的进一步评论250

11.1.5 重新焕发活力251

11.2 展望：未来的问题252

11.2.1 预测252

11.2.2 机会254

11.2.3 建议256

11.3 闭幕词256

参考文献258

附录A 光学基础310

A.1 辐射度量法与光度法310

A.2 折射角ε311

A.2.1 小光学角度与近轴空间311

A.2.2 惠更斯原理与折射311

A.3 光学组件与装置311

A.3.1 共轭面311

A.3.2 透镜光圈数（f/数值）312

A.3.3 薄透镜近似312

A.3.4 观察屏和毛玻璃312

A.3.5 光学密度312

A.4 光学畸变313

A.5 光与人眼313

A.6 纹影的光线折射几何理论314

附录B 纹影系统在傅里叶光学中的应用317

B.1 不带纹影的基本傅里叶处理器318

B.2 加入纹影测试对象319

B.3 纹影刀口320

B.4 其他空间滤波器322

B.5 部分相干与多色照明325

附录C 一个简单的纹影与阴影系统组件列表327

C.1 光学器件327

C.2 光源327

C.3 其他组件328

C.4 光学组件328

附录D 纹影系统及其组件的供应商329

D.1 完整的纹影系统329

D.2 纹影反射镜330

D.3 光源331

D.4 组件332

D.5 聚焦纹影透镜332

D.6 其他333

彩色图例335