在光学成像系统中使用相干光源照明的叫做相干光学成像系统，相干光源满足单一波长，单一偏振方向，光场中光程差恒定。
在相干光学成像系统中，点扩散函数(PSF)是对系统输入点光源的响应，表示的是在空间域中衍射受限系统的成像能力。
在频域中描述相干成像系统的成像能力的函数称为相干传递函数(CTF)，一个线性系统的相干传递函数是由空间域点扩散函数（脉冲函数）傅里叶变换而来的相干光学系统的点扩散函数和相干传递函数都代表着光学系统对目标的分辨能力。
在上图的相干光学成像系统中，空间相干光源用于照明物体（称后称之为相干照明）。在相干照明条件下，光场复振幅分布在相干成像系统中是线性的，用数学表示为：
在上面的这个等式中
代表着光场的输入复振幅信息，
代表的是光场的输出复振幅信息，
代表的是相干成像系统中空间域的点扩散函数，
代表着光场的二维卷积。
将上述空间域关系转到傅里叶域，得到以下关系：
在上面的这个等式中，
代表在傅里叶域输入复振幅信息，
代表的在傅里叶域的输出复振幅信息，
分别是空间域和傅里叶域的坐标，代表的是相干成像系统中点扩散函数
的傅里叶变换得到的相干传递函数 CTF，在衍射受限相干成像系统中空间频率响应恰和孔径形状一致，此时光学成像系统是一个空间频率低通滤波器，所以系统孔径函数和相干传递函数可以看作是一样的。
下图给出了相干光学成像系统物像关系示意图。
从图中可以看到，相干成像系统内的孔径在频域内对物体频谱进行了低通滤波，导致孔径以外的频谱信息没有利用起来，在成像过程中使高频信息丢失（高频信息保留着物体的细节部分），因此限制了在像面获得的图像分辨率。若想提高分辨率，就需要增大孔径范围，在孔径面获取更高频、范围更大的物体频谱信息。
而相干光学成像系统的孔径决定了频谱采集范围，为了增大所采集的频谱区域，可以利用傅里叶叠层成像技术，使孔径发生移动或者使物体频谱发生移动，让两者之间产生相对位移，此时像面得到的信息是频谱上不同位置的子频谱傅里叶变换得到的，尽管小孔径系统的采集频谱范围有限，但是频谱和孔径之间发生相对运动后，成像系统可以获得其他位置的子频谱信息，然后在像面将这些子频谱信息全部捕获后利用算法恢复出完整的物体频谱信息。其等价于利用小孔径成像系统合成大孔径成像系统的频谱采集能力，从而实现高分辨率图像重构。
傅里叶叠层成像过程主要可以分为两个步骤，在频谱不同位置上采集子频谱信息得到强度图像和利用采集的数据通过计算的方法进行子频谱拼接，重构高分辨率图像。
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