在光學成像系統(tǒng)中使用相干光源照明的叫做相干光學成像系統(tǒng)，相干光源滿足單一波長，單一偏振方向，光場中光程差恒定。
在相干光學成像系統(tǒng)中，點擴散函數(shù)(PSF)是對系統(tǒng)輸入點光源的響應，表示的是在空間域中衍射受限系統(tǒng)的成像能力。
在頻域中描述相干成像系統(tǒng)的成像能力的函數(shù)稱為相干傳遞函數(shù)(CTF)，一個線性系統(tǒng)的相干傳遞函數(shù)是由空間域點擴散函數(shù)（脈沖函數(shù)）傅里葉變換而來的相干光學系統(tǒng)的點擴散函數(shù)和相干傳遞函數(shù)都代表著光學系統(tǒng)對目標的分辨能力。
在上圖的相干光學成像系統(tǒng)中，空間相干光源用于照明物體（稱后稱之為相干照明）。在相干照明條件下，光場復振幅分布在相干成像系統(tǒng)中是線性的，用數(shù)學表示為：
在上面的這個等式中
代表著光場的輸入復振幅信息，
代表的是光場的輸出復振幅信息，
代表的是相干成像系統(tǒng)中空間域的點擴散函數(shù)，
代表著光場的二維卷積。
將上述空間域關系轉(zhuǎn)到傅里葉域，得到以下關系：
在上面的這個等式中，
代表在傅里葉域輸入復振幅信息，
代表的在傅里葉域的輸出復振幅信息，
分別是空間域和傅里葉域的坐標，代表的是相干成像系統(tǒng)中點擴散函數(shù)
的傅里葉變換得到的相干傳遞函數(shù) CTF，在衍射受限相干成像系統(tǒng)中空間頻率響應恰和孔徑形狀一致，此時光學成像系統(tǒng)是一個空間頻率低通濾波器，所以系統(tǒng)孔徑函數(shù)和相干傳遞函數(shù)可以看作是一樣的。
下圖給出了相干光學成像系統(tǒng)物像關系示意圖。
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從圖中可以看到，相干成像系統(tǒng)內(nèi)的孔徑在頻域內(nèi)對物體頻譜進行了低通濾波，導致孔徑以外的頻譜信息沒有利用起來，在成像過程中使高頻信息丟失（高頻信息保留著物體的細節(jié)部分），因此限制了在像面獲得的圖像分辨率。若想提高分辨率，就需要增大孔徑范圍，在孔徑面獲取更高頻、范圍更大的物體頻譜信息。
而相干光學成像系統(tǒng)的孔徑?jīng)Q定了頻譜采集范圍，為了增大所采集的頻譜區(qū)域，可以利用傅里葉疊層成像技術，使孔徑發(fā)生移動或者使物體頻譜發(fā)生移動，讓兩者之間產(chǎn)生相對位移，此時像面得到的信息是頻譜上不同位置的子頻譜傅里葉變換得到的，盡管小孔徑系統(tǒng)的采集頻譜范圍有限，但是頻譜和孔徑之間發(fā)生相對運動后，成像系統(tǒng)可以獲得其他位置的子頻譜信息，然后在像面將這些子頻譜信息全部捕獲后利用算法恢復出完整的物體頻譜信息。其等價于利用小孔徑成像系統(tǒng)合成大孔徑成像系統(tǒng)的頻譜采集能力，從而實現(xiàn)高分辨率圖像重構(gòu)。
傅里葉疊層成像過程主要可以分為兩個步驟，在頻譜不同位置上采集子頻譜信息得到強度圖像和利用采集的數(shù)據(jù)通過計算的方法進行子頻譜拼接，重構(gòu)高分辨率圖像。
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