在光學(xué)成像系統(tǒng)中使用相干光源照明的叫做相干光學(xué)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(xué)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(yīng)，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(xué)系統(tǒng)的點擴散函數(shù)和相干傳遞函數(shù)都代表著光學(xué)系統(tǒng)對目標(biāo)的分辨能力。
在上圖的相干光學(xué)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(fù)振幅分布在相干成像系統(tǒng)中是線性的，用數(shù)學(xué)表示為：
在上面的這個等式中
代表著光場的輸入復(fù)振幅信息，
代表的是光場的輸出復(fù)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(guān)系轉(zhuǎn)到傅里葉域，得到以下關(guān)系：
在上面的這個等式中，
代表在傅里葉域輸入復(fù)振幅信息，
代表的在傅里葉域的輸出復(fù)振幅信息，
分別是空間域和傅里葉域的坐標(biāo)，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(yīng)恰和孔徑形狀一致，此時光學(xué)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(xué)成像系統(tǒng)物像關(guān)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(dǎo)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(xué)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(shù)，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(fù)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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