光学成像

实像与虚像的区别是：

实像是实际光线(会聚)而成的，虚像是实际光线(反向延长线相交)而成，(实)像能在光屏上呈现出，而(虚)像则不能

小孔成像是光沿直线传播的原理，所成的像是倒立的实像；

平面镜成像是光的反射成像，所成的像是正立等大的虚像；

放大镜成像是光的折射成像，所成的像是放大正立的虚像；

照相机成像是光的折射成像，所成的像是缩小倒立的实像；

幻灯机成像是光的折射成像，所成的像是放大倒立的实像；

凸透镜成像规律：

理解：⑴u＝f是成实像和虚象，正立像和倒立像，像物同侧和异侧的分界点。

⑵u＝2f是放大像和缩小像的分界点

⑶成实像时：物近像远像变大，物远像近像变小

⑷成虚像时：物近像近像变小，物远像远像变大

光学显微镜的原理及构造

光学显微镜的原理及构造显微镜是人类认识物质微观世界的重要工具，是现代科学研究工作不可缺少的仪器之一。显微镜自1666年问世以来已有300多年的历史了，其间随着科学技术不断发展，显微镜的品种不断增加，结构和性能逐步得到完善和提高。 根据不同的使用用途，光学显微镜可分为普通光学显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜、倒置显微镜、体视显微镜、偏光显微镜等10多种。目前，世界上许多国家都可以生产光学显微镜，牌名、种类繁杂，其中德国、日本等国制造的显微镜品质、数量占优势，但价格昂贵。 对于现代的光学显微镜，包括各种简单的常规检验用显微镜、万能研究以及万能照相显微镜等，首先要认识其构造及各部件的功能，同时要掌握正确的调试、使用和保养方法，才能在实际应用中面对各种要求时以不同的显微镜检方法，充分发挥显微镜应有的功能，提高常规检验工作效率. 光学显微镜的原理和构造 随着科学技术的发展，显微镜检方法由最传统的明视野、暗视野发展出了相差法、偏光方法；荧光方法也由透射光激发进展为落射光激发，使荧光效率大为提高；微分干涉相衬方法基于偏光方法，而巧妙地利用了微分干涉棱镜，使之能应用于医学与生物学的样品，又能应用于金相样品的分析与检验。 下面以德国ZEISS公司生产的Axioplan万能研究用显微镜，简单介绍万能显微镜的基本组成部件。 1. 显微镜主机体（stand）　显微镜的主机体设计成金字塔形，而底座的截面呈T字形，使显微镜的整体相当稳固。显微镜的光学部件和机构调节部件、光源的灯室、显微照相装置、电源变压稳压器等，都可安装在主机体上或主机体内。 2. 显微镜的底座（base）　底座和主机体通常组成一个稳固的整体。底座内通常装有透射光照明光路系统（聚光、集光和反光）部件，光源的滤光片组，粗/微调焦机构，光源的视场光阑也安装在底座上。 3. 透射光光源（tranilluminator）　透射光光源由灯室（lamp housing）、灯座（lamp socket）、卤素灯（halogen lamp）、集光与聚光系统（lamp collector and lamp condenser）及其调整装置组成。 4. 透射光光源与反射光光源的转换开关（toggle switch）　这是新一代AXIO系列显微镜特有的装置，透射光和反射光可通用。当具有透/反两用的配置时，利用这一转换开关能方便而又迅速的使透射光 和反射光互相转换。在纯透射光的配置中，这一开关就改为电源开关。

光学成像原理

光学成像原理 光学成像原理简介 一个成像系统主要包含以下几个要素： ·视场：能够在显示器上看到的物体上的部分 ·分辨率：能够最小分辨的物体上两点间的距离 ·景深：成像系统能够保持聚焦清晰的最近和最远的距离之差 ·工作距离：观察物体时，镜头最后一面透镜顶点到被观察物体的距离 ·畸变：由镜头所引起的光学误差，使得像面上各点的放大倍数不同，导致变形 ·视差：是由传统镜头引起的，在最佳聚焦点外物体上各点的变化，远心镜头可以解决此难题。 ·图像传感器尺寸：图像传感器（一般是CCD 或CMOS ）有效的工作区域，一般指的是水平尺寸。对所希望的视场来说，这个参数对决定预先放大倍数（PMAG ）是很重要的。多数图像传感器的长度与宽度之比是4:3 ，如下图所示。

·预放大倍数：是指视场与图像传感器尺寸的比值，这个过程是由镜头来完成的 ·系统放大倍数：是指显示器上的图像与实际物体大小的比值，也就是整个系统的放大倍数。它也可以写成预放大倍数与电子放大倍数的乘积，而电子放大倍数则是显示器尺寸与图像传感器尺寸的比值。 ·分辨率：分辨率的大小表征了对物体上细节的辨别能力，下图简单的说明了物体上的两个方块区域成像到CMOS/CCD相机上。可以看出，因为图像传感器上像素间的距离已经确定，如果想要区分物体上很近的两点，它们之间必须隔开一定的距离。 与分辨率相关的术语有以下几个： ·每毫米对线（lp/mm）：如上图所示，一对线是指一个红色的区域和一个空白的区 域。分辨率就是用每毫米上对线的数量来表示，因此分辨率常常被看作是空间频率。 这个频率的倒数是指最小可分辨的物体上两点间的距离，用毫米来表示。这个参数可 以用来表征镜头或者相机的分辨率。 ·像素数：数码相机的分辨率也可以用图像传感器的像素数来表示。如图所示，一对线 与两个像素相对应，换句话说，如果要使两个红色区域分开，就必须一个像素贡献于 红色区域，一个像素贡献于红色区域间的空白。

显微成像系统资料

品名型号数量供货单价备注 奥林巴斯生物成像系统显微镜CX31 1套30000元见配置清单奥林巴斯生物显微镜CX23 1套25000元见配置清单备注：以上为人民币含税报价单，含运费和包装培训费，壹年保修期。 生物显微镜CX31技术规格： 用途：可观察普通染色的切片观察。 1．工作条件 1.1 适于在气温为摄氏-40℃～＋50℃的环境条件下运输和贮存，在电源220V （ 10%）/50Hz、气温摄氏-5℃～40℃和相对湿度85%的环境条件下运行。 1.2 配置符合中国有关标准要求的插头，或提供适当的转换插座。 2．主要技术指标 2.1 生物显微镜 *2.1.1 光学系统：无限远光学矫正系统，齐焦距离必须为国际标准45mm。 2.1.2 放大倍率：40-1000倍 *2.1.3 载物台：钢丝传动，无齿条结构，尺寸为188mm × 134mm，活动范围为 X轴向76mm × Y轴向50mm，双片标本夹 2.1.4 调焦机构：载物台垂直运动由滚柱（齿条—小齿轮）机构导向，采用粗 微同轴旋钮，粗调行程每一圈为36.8mm，总行程量为25mm，微调行程为每圈 0.2mm，具备粗调限位挡块和张力调整环 2.1.5 聚光镜：带有孔径光阑的阿贝聚光镜，N.A. 1.25，带有蓝色滤色片 *2.1.6 照明系统：内置6V30W卤素灯，内置透射光柯勒照明 *2.1.7 三目观察筒：视场数≥20，瞳距调节范围为48-75mm，铰链式 2.1.8 目镜：10X，带眼罩，视场数≥20带目镜测微尺 *2.1.9 物镜：平场消色差物镜4X（N.A.≥0.1）、10X（N.A.≥0.25）、40X（N.A.≥0.65）、 100X（N.A.≥1.25）

米级车载高分辨率光电成像系统光学设计_刘莹奇

第40卷第8期红外与激光工程2011年8月Vol.40No.8Infrared and Laser Engineering Aug.2011 米级车载高分辨率光电成像系统光学设计 刘莹奇1,2，王志1，刘欣悦1，卫沛峰1 (1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033； 2.中国科学院研究生院，北京100049) 摘要：研究了一套能实现机动式布站的米级车载可见光和红外高分辨率光学成像系统新方案。主系统口径1.2m，采用无焦卡塞格林形式，遮拦比1:10；机上中、长波红外成像通道采用共口径光谱分光、二次成像的形式，冷阑匹配效率100％，F数为4；机下成像光学系统焦距47m，F数为39，光学设计满足高分辨率与白天成像的要求，且成像质量达到衍射极限；各通道光学系统结构紧凑。光学设计与分析结果表明：该套光学系统能够用于空中和空间目标的全天时移动式高分辨率可见、红外成像。 关键词：大口径望远镜；高分辨率成像；白天成像；移动式光电跟踪系统；光学设计 中图分类号：TB133文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)08-1512-05 Optical design of vehicle-based high resolution E-O imaging system using meter class telescope Liu Yingqi1,2,Wang Zhi1,Liu Xinyue1,Wei Peifeng1 (1.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun130033,China; 2.Graduate University of the Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China) Abstract:A set of meter class aperture and vehicle-based optical system including visible,infrared imaging, which was used for motional E-O imaging,was studied.The main system aperture was1.2m,the form of afocal Cassegrain was adopted,and obstruction ratio was1:10.The front aperture of on-vehicle imaging system was shared by MWIR and LWIR,then the spectrum was separately reimaged in the terminal.The F number was4,and100%cold shield efficiency was realized.The focal length of the off-vehicle imaging system was47m and the F number was39.The optical design meet the requiement of high resolution and daylight imaging,and the imaging quality of each channel reached diffraction limit in the off-vehicle imaging system.The optical system configuration of each channel was compact.The design and analysis results indicate that mobile high resolution imaging and all-day imaging of targets in the air and space can be realized with the optical system. Key words:large aperture telescope;high resolution imaging;daylight imaging; mobile E-O tracking system;optical design 收稿日期：2010-12-05；修订日期：2011-01-03 基金项目：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所三期创新研究项目专项资金 作者简介：刘莹奇（1984-），男，研究实习员，博士研究生，主要从事新型光学系统设计工作。Email:a1032510210@https://www.wendangku.net/doc/ac10497147.html, 导师简介：卢振武(1955-),男,研究员,博士生导师,主要从事衍射光学等方面的研究。Email:luzw@https://www.wendangku.net/doc/ac10497147.html,

光学设计

大连民族学院 工程光学课程设计（论文）平行光管物镜设计 学院（系）：物理与材料工程学院 专业：光电子技术科学 学生姓名：任增鑫 学号：2010053216 指导教师：芦永军 完成日期：2013-11-18 大连民族学院

摘要 平行光管是通过它取得来自无限远的光束，此光束谓之平行光。是装校调整光学仪器的重要工具，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，连同测微目镜头，或显微镜系统，则可以测定透镜组的焦距，鉴别率，及其他成像质量。将附配的调整式平面反光镜固定于被检运动直的工件上，用附配于光管的高斯自准目镜头，通过光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。在实际成像过程中，物体成的像应该与设计的光学系统一致，达到设计要求的放大倍数。所以，可以通过近轴光学公式计算出理想成像的位置和大小，近似地代表实际光学系统中所要求成的像的位置和大小。近轴光学公式对于工程光学设计有着重要的意义和作用，根据近轴光学公式的性质，它只能适用于近轴区域，但是实际使用的光学仪器，无论是成像物体的大小，或者由一物点发出的成像光束都要超出近轴区域。平行光管物镜物镜采用双胶合结构。双胶合结构能够很好的校正几种初级像差，而且结构简单，所以大多用此结构进行设计。 关键词：平行光管物镜；微小角度；近轴光学公式；双胶合结构

目录 摘要...........................................................................................I 设计要求： (2) 第一章绪论 (2) 第二章Zmeax光学设计软件简介 (3) 第三章平行光管物镜参数的手工计算 (5) 第四章课程设计结果Zmeax验证 (7) 致谢 (9)

光学显微镜的发展历史

杨拓拓 (苏州大学现代光学技术研究所，江苏苏州215000) 1基本原理 显微镜成像原理及视角放大率 显微镜由物镜和目镜组成。物体AB 在物镜前焦面稍前处，经物镜成放大、倒立的实像A'B'，它位于目镜前焦面或稍后处，经目镜成放大的虚像，该像位于无穷远或明视距离处。 图1-1显微镜系统光路图 牛顿放大率公式： f f x x ''= 'x 是像点到像方焦点的距离，x 是物点到物方焦点的距离。 根据牛顿放大率公式可得物镜的垂轴放大率为 '1'1'11--f f x ?== β 目镜的视觉放大率为： '22250 f =Γ 组合系统的放大率为 '2'121250f f ? -=Γ=Γβ 显微镜系统的像方焦距 ?-=/'2'1'f f f '250 f = Γ 显微镜系统成倒像轴向放大率 ' 1 f

'2'1'2'1/f f x x =β 若物点A 沿光轴移动很小的距离，则通过显微镜系统的像点'2A 将移动很大的距离，且移动 方向相同。 显微系统的角放大率 '2'1'2'1/x x f f =γ 即入射于物镜为大孔径光束，而由目镜射出为小孔径光束。 显微镜的孔径光阑 单组低倍显微物镜，镜框是孔径光阑。 复杂物镜一般以最后一组透镜的镜框作为孔径光阑。 对于测量显微镜，孔阑在物镜的象方焦面上，构成物方远心光路。 显微镜的视场光阑和视场 在显微物镜的象平面上设置了视场光阑来限制视场。由于显微物镜的视场很小，而且要求象面上有均匀的照度，故不设渐晕光阑。 显微镜是小视场大孔径成像，为获得大孔径并保证轴上点成像质量，显微镜线视场不超过物镜的1/20,线视场要求： 1 '120202β?=≤f y 显微镜的分辨率和有效放大率 光学仪器分辨率 瑞利判据：两个相邻的“点”光源所成的像是两个衍射斑，若两个等光强的非相干点像之间的间隔等于艾里圆的半径，即一个像斑的中心恰好落在另一个像斑的第一暗环处，则这两个点就是可分辨的点。当物面在无穷远时，以两点对光学系统的张角可表示两分辨点的距离，其值为：

计算光学成像的探索者

“计算光学成像的探索者”——中关村企业借你一双慧眼 目前，上亿像素大阵列复眼成像技术的公司，全球范围内仅3家公司。而在北京中关村，就有这样一家公司叫泰邦泰平，他们被称为“计算光学成像的探索者”。这个成立于2013年的年轻企业，不仅是2016年首批中关村前沿技术企业，而且是国家高新技术企业，拥有两项世界首创技术，多项国内外发明专利技术。 科普时间到： 什么是计算成像： 传统的的光学成像的原理就是几何光学成像，核心只在镜头。比如说一个镜头，后面摆一个胶片或者一面屏幕，这样都能看到图像，拍到的是什么像，看到的就是什么像。 而计算成像中的成像首先要运用到光学的组件和技术，第二要运用图片信号处理的技术，把这两个结合到一起做成的成像技术，比如说我们现在要说的复眼成像和光圈景深联合延拓成像等，可以用计算成像做任意高分辨率的成像和光圈景深联合延拓成像。 本文重点来了！

什么是复眼成像？ 复眼成像是仿照昆虫眼睛的成像原理研发的新型成像技术，复眼成像技术相比于传统的单眼成像技术有着无法比拟的优势，比如复眼相机能够实现超高分辨率的成像，几千万到几亿甚至几十亿像素的分辨率都可以达到！其他的如超低照度，超宽视场角的性能也可以同时达到。 传统的单眼相机只能实现宽、远、清成像的三者之二，而复眼相机可以同时实现宽、远、清的成像！进一步，复眼相机具备广角和特写兼备、动态细节长时间跟拍的全新拍摄体验！

如图，通俗的说，传统技术下一个大房子经过镜头成像形成一个小房子的图片 而运用复眼技术后，可以形成更加清晰的大房子的图片 复眼技术分为两种，一是多个眼睛看同一个场景，每个眼睛的分辨率不高，看同一个场景的同时，通过计算，形成一个高分辨率的效果。二是所有的子系统都看同一个画面，形成一个高分辨率。还有一种所有的子系统都看画面的一部分，但是每一个系统的分辨率都比较高，最后的系统分辨率会非常高，就像蜻蜓的眼睛或者苍蝇的眼睛。 下图就是16个复眼监控的摄像头，通过坐标的变换、画面的拼接和融合，颜色的统一后形成一张完整的图片。

光学显微镜成像原理

物体介于物镜的焦距和二倍焦距之间，成倒立放大的实相，据凸透镜成像规律，知实相在异侧二倍焦距之外。实相位于目镜焦点或者焦点之内，被再次放大，形成放大的虚像。而人的眼睛是可以看到虚像的（这个原理自然清楚）。要搞清显微镜的使用原理，就得对物理中的凸透镜成像有所理解。 { 只有当物体对人眼的张角不小于某一值时，肉眼才能区别其各个细部，该量称为目视分辨率ε。在最佳条件下，即物体的照度为50~70lx及其对比度较大时，可达到1'。为易于观测，一般将该量加大到2'，并取此为平均目镜分辨率。物体视角的大小与该物体的长度尺寸和物体至眼睛的距离有关。有公式y=Lε 距离L不能取得很小，因为眼睛的调节能力有一定限度，尤其是眼睛在接近调节能力的极限范围工作时，会使视力极度疲劳。对于标准(正视)而言，最佳的视距规定为250mm(明视距离)。这意味着，在没有仪器的条件下，目视分辨率ε=2'的眼睛，能清楚地区分大小为0.15mm的物体细节。 在观测视角小于1'的物体时，必须使用放大仪器。放大镜和显微镜是用于观测放置在观测人员近处应予放大的物体的。 （一）放大镜的成像原理 表面为曲面的玻璃或其他透明材料制成的光学透镜可以使物体放大成像，光路图如图1所示。位于物方焦点F以内的物AB，其大小为y，它被放大镜成一大小为y'的虚像A'B'。 放大镜的放大率 Γ=250/f' 式中250--明视距离，单位为mm f'--放大镜焦距，单位为mm 该放大率是指在250mm的距离内用放大镜观察到的物体像的视角同没有放大镜观察到的物体视角的比值。 （二）显微镜的成像原理 显微镜和放大镜起着同样的作用，就是把近处的微小物体成一放大的像，以供人眼观察。只是显微镜比放大镜可以具有更高的放大率而已。 图2是物体被显微镜成像的原理图。图中为方便计，把物镜L1和目镜L2均以单块透镜表示。物体AB位于物镜前方，离开物镜的距离大于物镜的焦距，但小于两倍物镜焦距。所以，它经物镜以后，必然形成一个倒立的放大的实像A'B'。A'B'位于目镜的物方焦点F2上，或者在很靠近F2的位置上。再经目镜放大为虚像A''B''后供眼睛观察。虚像A''B''的位置取决于F2和A'B'之间的距离，可以在无限远处（当A'B'位于F2上时），也可以在观察者的明视距离处（当A'B'在图中焦点F2之右边时）。目镜的作用与放大镜一样。所不同的只是眼睛通过目镜所看到的不是物体本身，而是物体被物镜所成的已经放大了一次的像。 （三）显微镜的重要光学技术参数 在镜检时，人们总是希望能清晰而明亮的理想图象，这就需要显微镜的各项光学技术参数达到一定的标准，并且要求在使用时，必须根据镜检的目的和实际情况来协调各参数的关系。只有这样，才能充分发挥显微镜应有的性能，得到满意的镜检效果。

光学设计

现代光学设计作业

一、掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。 常用指标评价光学系统成像质量的方法： 1.1 用于在光学系统实际制造完成后对其进行实际测量：分辨力检测和星点检测 星点检测：实际上每一个发光点物基元通过光学系统后，由于衍射和像差以及其他工艺瑕疵的影响，绝对地点对应点的成像是不存在的，因此卷记的结果是对原物强度分布起了平滑的作用，从而造成点物基元经系统成像后的失真，因此，采用点物基元描述成像的过程，其实是一个卷积成像过程，通过考察光学系统对一个点物基元的成像质量就可以了解和评价光学系统对任意物分布的成像质量，这就是星点检验的思想。 分辨力检测：所谓分辨力就是光学系统成像时所能分辨的最小间隔，它是衡量图像细节表现力的技术参数。测量分辨力所获得的有关被测系统像质的信息量虽然不及星点检验多，发现像差和误差的灵敏度也不如星点检验高；但分辨力能确定的数值作为评价被测系统的像质综合性指标，并且不需要多少经验就能获得正确的分辨力值。 1.2 用于设计阶段的像质评价指标主要有几何像差、垂轴像差、波象差、光学传递函数、点阵图、点扩散函数、包围圆能量等。 任何一个实际光学系统的实际成像总与理想成像存在差异，实际成像不可能绝对地清晰和没有变形，这种成像差异就是所谓的像差。

下面对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。 1.2.1 几何像差主要分为两种：轴上点像差和轴外点像差。 （1）轴上点的像差又分为：轴上点的球差和轴上点的色差。 轴上点的球差： 由物点A 发出与光轴夹角相等为在同一锥面上的光线对经系统以后，其出射光线同样位在一个锥面上，锥面顶点就是这些光线的聚焦点，而且必然位在光轴上。光线与光轴的夹角不同聚焦点的位置发生改变。也就是物点A 发出的光不再聚焦于同一点，我们称其为球差。 用不同孔径光线对理想像点'0A 的距离''''''0 1.000.8500.7A A A A A A ........表示。计算公 式为：'''L L l δ=- 轴上点的色差： 由于光学系统中介质对不同波长光线折射率不同，因此它们的理想像点位置不同。计算公式为 '''''FC OF OC F C l A A l l ?==-。 （2）轴外点的像差 轴外像点的单色像差： 轴外物点发出的通过系统的所有光线在像空间的聚焦情况比轴上点复杂的多。为简化问题，同时又能够定量地描述这些光线的弥散程度，我们从整个入射光束中取两个互相垂直的平面光束，用这两个平面光束的结构近似地代表整个光 束的结构。这两个平面一个称为子午面（由物点和光轴

光学原理在日常生活中的应用

光学原理在日常生活中的应用 学科讲坛WENLIDAOHANG 光学原理在日常生活中的应用 文/韩艳红 前言:人类的智慧之光将我们的生活点缀的五彩缤纷,大镜的作用,最后得到一个较为放大的正立虚像A"B,,,此像 赏心悦目,其中光学原理和技术的应用起到了至关重要的恰又成在人眼的明视距离附近,对于门外的情况,就看得清 作用,下面将我们日常生活中光学原理的应用从理论上进楚了. 行分析与探讨.. 一 ,九龙杯的秘密 九龙杯是传说中的稀世珍宝,在一个小巧玲珑的酒杯 里斟满酒后,杯底就出现九条神气活现的龙,在云问翻腾飞 跃,像要飞出来的样子.如果把杯里的酒喝光,龙就不见了. 其实用我们学过的光学知识去分析,就一点也不神秘 了.九龙杯由杯碗,杯底和杯座三部分组成,杯座和杯底之 间放有画着九条龙的画片,杯底是一个下表面是平面,上表 面是凸面的,焦距很大的平凸透镜.相当于一个象差很大的 放大镜. 当杯内没斟酒时,画片通过平凸透镜成一个放大,正立 的虚像.像的位置在平凸透镜的下方,而且得到的像很大, 通过杯底只能看到这个虚像的很小部分,再加上这个平凸 透镜像差也很大,得到的是模糊不清的像.所以人看不到 (或看不出来)龙的画片. 如果在酒杯内斟满酒以后,酒相当于一个平凹透镜,物 体通过凹透镜会得到缩小的虚像,把杯底成的虚像缩小了,

人就能看到画片的全景了.再加上酒形成的平凹透镜产生的像差与杯底成的象差刚好相反,可以互相抵消,人能看到的像就清晰了. 透明液体不同的形状,可以起到各种透镜的作用,比如 人的眼睛,就是用液体形成的透镜来成像的,我们不是看的很清楚吗? 九龙杯的原理是物体通过两个透镜成像,耍¨果这两个 透镜配合的很好,就可以消除象差,得到非常清晰的像.照相机的镜头往往使用透镜组,就是为了减小象差,使照片更清楚. 二,防盗门的猫眼 ,L B_ ,, 室内 —— r 解:目前市场上出现防盗门镜(俗称"猫儿眼"),正看和 倒看的效果迥然不同,而此种门镜的光学原理,为透镜成像应用的实例.现把门镜的作用及其成像的光学原理简述如下. 1.门镜的作用 从室内通过门镜向外看,能看清门外视场角约为120 度范罔内的所有景象,而从门外通过门镜却无法看到室内的任何东西.若在公房或私寓等处的大门上,装上此镜,对于家庭的防盗和安全,能发挥一定的作用. 2.门镜成像的光学原理 门镜是由两块透镜组合而成.当我们从门内向外看时, 物镜u是凹透镜,目镜L2是凸透镜(光路见图1).物镜Ll

常用光学计算公式

常用光学计算公式 文章来源：未知(发布时间：2012-07-03) 1. 焦距：反向延长的轴上成像锥形光束与延长的入射光束相交形成一个平面，从像到该平面的沿光轴距离就是焦距。焦距f、通光孔径D与f/#（F数）之间的关系： 2.视场角：由光学系统主平面与光轴交点看景物或看成像面的线长度时所张的角度。全视场角2ω、像面尺寸2y与焦距f之间的关系： 像面尺寸=像素数×像元尺寸 ω=arctg(像素数×像元尺寸/2f) 视场角分为水平视场角和垂直视场角，没有特殊说明是指由像面对角线尺寸计算出的视场角。 3. 分辨率：反映光学系统分辨物体细节的能力，通常将光学系统能够分辨名义物距处两个靠近的有间隙点源的能力定义为分辨率。瑞利判据指出，两个靠近的有间隙点源通过光学系统成像，每个点都形成一个衍射斑。如果两个衍射斑之间的距离等于艾里斑半径，两个点像是可以分辨的，此时像面上两个点的间距d 为： 4.空间分辨率：探测器的张角，为像元尺寸与焦距的比值，单位为mrad。 空间分辨率=像元尺寸/f 5. 尼奎斯特频率：是像素化传感器可以成功记录的最大空间频率，为1/（2像素周期），以lp/mm为单位。例如，某传感器的像元尺寸为25um，其尼奎斯特频率为： 1000/（2×25）=20lp/mm

6.视觉放大率：视觉光学系统的放大倍率，其定义为有光学系统（即通过光学系统观察）时目标所张的角度与无光学系统（即用肉眼直接观察）时目标所张的角度之比。在人眼为探测器的目视光学系统中，在250mm距离处定义放大倍率为1。 目镜视觉放大率Г=250/f 7.数值孔径：就是到达轴上像的边缘光线的半锥角的正弦，即来自轴上物点的半锥角的正弦。 8.红外系统识别和探测距离的计算： 其中，d s—识别距离 d t—探测距离 h—物体尺寸 f—光机系统焦距 n—识别或者探测所需像素数 d0—像元尺寸 9. 光焦度：焦距的倒数。用Φ表示： 其中，n—透镜的折射率 r1，r2—透镜的两个曲率半径

(完整word版)计算成像

计算成像 1.为何要研究计算成像？ 计算成像能够实现传统成像无法完成的任务，例如：去除运动模糊、超分辨率重建等。 2.用计算成像的方法怎样提高图像分辨率？ 增加空间分辨率最直接的解决方法就是通过传感器制造技术减少像素尺寸（例如增加每单元面积的像素数量）。然而，随着像素尺寸的减少，光通量也随之减少，它所产生的散粒噪声使得图像质量严重恶化。不受散粒噪声的影响而减少像素的尺寸有一个极限，对于0.35微米的CMOS处理器，像素的理想极限尺寸大约是40平方微米。当前的图像传感器技术大多能达到这个水平。 另外一个增加空间分辨率的方法是增加芯片的尺寸，从而增加图像的容量。因为很难提高大容量的耦合转换率，因此这种方法一般不认为是有效的。在许多高分辨率图像的商业应用领域，高精度光学和图像传感器的高价格也是一个必须考虑的重要因素。因此，有必要采用一种新的方法来增加空间分辨率，从而克服传感器和光学制造技术的限制。 （1）超分辨率重建 图像超分辨率是指由一幅低分辨率图像或图像序列恢复出高分辨率图像，高分辨率图像意味着图像具有高像素密度，可以提供更多的细节，这些细节往往在应用中起到关键作用。图像超分辨率技术分为超分辨率复原和超分辨率重建。超分辨率重构的基本过程为：先进行图像退化分析，然后进行图像的配准，最后根据配准的信息对图像进行重构。目前，图像超分辨率研究可分为3个主要范畴：基于插值、基于重建和基于学习的方法。具体方法有：规整化重建方法，均匀空间样本内插方法，迭代反投影方法(IBP)，集合理论重建方法(凸集投影POCS)，统计重建方法(最大后验概率MAP和最大似然估计ML)，混合ML/MAP/POCS 方法，自适应滤波/维纳滤波/卡尔曼滤波方法，确定性重建方法基于学习和模式识别的方法。 超分辨率重建，即通过硬件或软件的方法提高原有图像的分辨率，通过一系列低分辨率的图像来得到一幅高分辨率的图像。超分辨率重建的核心思想就是用时间带宽（获取同一场景的多帧图像序列）换取空间分辨率，实现时间分辨率向空间分辨率的转换。在基于超分辨率重建的空间分辨率增强技术中，其基本前提是通过同一场景可以获取多幅低分辨率细节图像。在超分辨率重建中，典型地认为低分辨率图像代表了同一场景的不同侧面，也就是说低分辨率图像是基于亚像素精度的平移亚采样。如果仅仅是整数单位的像素平移，那么每幅图像中都包含了相同的信息，这样就不能为高分辨率图像的复原提供新的信息。如果每幅低分辨率图像彼此之间都是不同的亚像素平移，那么它们彼此之间就不会相互包含，在这种情况下，每一幅低分辨率图像都会为高分辨率图像的复原提供一些不同的信息。为了得到同一场景的不同侧面，必须通过一帧接一帧的多场景或者视频序列的相关的场景运动。我们可以通过一台照相机的多次拍摄或者在不同地点的多台照相机获取多个场景，例如在轨道卫星一类可控制的图像应用中，这种场景运动是能够实现的；对于局部对象移动或者震荡一类的不可控制的图像应用也是同样能实现的。如果这些场景运动是已知的或者是在亚像素精度范围了可估计的，同时如果我们能够合成这些高分辨率图像，那么超分辨率重建图像复原是可以实现的。

光电成像原理与技术部分答案(北理工)

第一章 5.光学成像系统与光电成像系统的成像过程各有什么特点？在光电成像系统性能评价方面通常从哪几方面考虑？ 答：a、两者都有光学元件并且其目的都是成像。而区别是光电成像系统中多了光电装换器。 b、灵敏度的限制，夜间无照明时人的视觉能力很差；分辨力的限制，没有足够的视角和对比度就难以辨认；时 间上的限制，变化过去的影像无法存留在视觉上；空间上的限制，隔开的空间人眼将无法观察；光谱上的限制，人眼只对电磁波谱中很窄的可见光区感兴趣。 6．反映光电成像系统光电转换能力的参数有哪些？表达形式有哪些？答：转换系数：输入物理量与输出物理量之间的依从关系。 在直视型光电成像器件用于增强可见光图像时，被定义为电镀增益G1 ，光电灵敏度：或者： 8.怎样评价光电成像系统的光学性能？有哪些方法和描述方式？答，利用分辨力和光学传递函数来描述。 分辨力是以人眼作为接收器所判定的极限分辨力。通常用光电成像系统在一定距离内能够分辨的等宽黑白条纹来表示。 光学传递函数：输出图像频谱与输入图像频谱之比的函数。对于具有线性及时间、空间不变性成像条件的光电成像过程，完全可以用光学传递函数来定量描述其成像特性。 第二章 6.影响光电成像系统分辨景物细节的主要因素有哪些？ 答：景物细节的辐射亮度（或单位面积的辐射强度）景物细节对光电成像系统接受孔径的张角；景物细节与背景之间的辐射对比度。 第三章 13.根据物体的辐射发射率可见物体分为哪几种类型？答：根据辐射发射率的不同一般将辐射体分为三类： 黑体，=1 ； 灰体，<1, 与波长无关；选择体，<1 且随波长和温度而变化。 14.试简述黑体辐射的几个定律，并讨论其物理意义。答：普朗克公式：普朗克公式描述了黑体辐射的光谱分布规律，是黑体理论的基础。斯蒂芬- 波尔滋蔓公式：表明黑体在单位面积上单位时间内辐射的总能量与黑体温度T 的四次方成正比。 维恩位移定律：他表示当黑体的温度升高时，其光谱辐射的峰值波长向短波方向移动。 最大辐射定律：一定温度下，黑体最大辐射出射度与温度的五次方成正比。 第五章 1、像管的成像包括哪些物理过程？其相应的理论或实验依据是什么？ （1 ）像管的成像过程包括 3 个过程 A、将接收的微弱的可见光图像或不可见的辐射图像转换成电子图像 B 、使电子图像聚焦成像并获得能量增强或数量倍增 C、将获得增强后的电子图像转换成可见的光学图像 （2） A 过程：外广电效应、斯托列夫定律和爱因斯坦定律 B 过程：利用的是电子在静电场或电磁复合场中运动规律来获得能量增强；或者利用微通道板中二次电 子发射来增加电子流密度来进行图像增强 C 过程：利用的是荧光屏上的发光材料可以将光电子动能转换成光能来显示光 学图像

光学设计总结

1.什么是光学设计？ 所谓光学系统设计，就是根据仪器所提出的使用要求，设计出光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。 2.光学设计工作内容？ 光学设计所要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。 3.光学设计各个阶段的主要内容？ （1）. 根据仪器总体的技术要求，拟定光学系统的原理图，并初步计算系统的外形尺寸。称为“初步设计”或者“外形尺寸计算”； （2）. 根据初步设计的结果，确定每个透镜组的具体结构参数。称为“像差设计”或称“光学设计”。 4.光学系统设计的一般过程和步骤？ 一、光学系统设计的一般过程 1、制定合理的技术参数； 2、光学系统总体设计和布局； 3、光学部件（光组、镜头）的设计； 一般分为选型、确定初始结构参数、像差校正三个阶段。 （1）选型; （2）初始结构的计算和选择； A、解析法； B、缩放法； （3）像差校正、平衡与像质评价。 4、长光路的拼接与统算； 5、绘制光学系统图、部件图和光学零件图； 6、编写设计说明书； 7、必要时进行技术答辩。 二、光学设计的具体设计步骤 1、选择系统的类型； 2、分配元件的光焦度和间隔； 3、校正初级像差； 4、减小残余像差(高级像差)。 5.光学仪器对光学系统的性能和质量要求 一、光学系统的基本特性 二、系统的外形尺寸 三、成像质量 四、仪器的使用条件与环境 此外，在进行光学系统设计时，还要考虑它应具有良好的工艺性和经济性。

1.什么是孔径？什么是视场？ 2.七种像差的基本概念、怎样表示、特点、初级像差描述形式、基本校正方法？ 像差：实际像与理想像之间的差异 （1）球差 概念：轴上点发出的同心光束经光学系统各个球面折射以后，不再是同心光束，其中与光轴成不同角度的光线交光轴于不同的位置上，相对于理想像点有不同的偏 离，这种偏离称之为球差。 表示：或 特点：

正置显微成像系统

正置显微成像系统 1.主机 （1）光学系统：无限远校正光学系统，保证光通过目镜到物镜整个光路中的所有棱镜及镜片时的绝对平行； （2）具有明场具有顶部摄像出口； （3）五位物镜转换器； （4）放大倍数：40X-400X； （5）透射光照明：卤素灯光源； （6）调焦：带有同轴粗、微调焦装置；调焦旋钮高度可调节、操作舒适； （7）宽视野三目镜筒，倾角30度 （8）载物台：低位置同轴驱动旋钮的高抗磨损性陶瓷覆盖层载物台； 2. 光学部件 （1）万能聚光镜：带有孔径光阑的聚光镜 （2）物镜：4X或5X（NA=0.12）工作距离≥12mm 10X（NA=0.25）工作距离≥6mm 40X（NA=0.65）工作距离≥0.36mm 100X（NA=1.25）工作距离≥0.17mm （3）目镜：10X宽视野目镜 3. 图像捕捉及分析系统 摄录系统：与显微镜同品牌高分辨率显微成像系统 有效像素≥1000万像素

像素面积：3.4u x 3.4u 彩色深度：36位RGB色彩深度 4. 软件：图像分析系统基本平台： （1）用户界面，工作流程导向用户界面，操作容易和符合人工学要求。优化的数据处理为快速采集图像和大量数据集显示，直观的设定实验条件给快速设置和采集单色通道图像，多次采集后做图像叠加。（2）采图，高速图象采集。完全控制照相机性能如曝光，增益，binning，黑的，白的和伽马值，局部图象采集。图象显示和管理，大图象视窗在采集中或后复览显示单通道，多通道图像。 （3）图象滑动杆作快速地在大量数据集中滚动，实验树结构管理数据如储存、重新命名、拷贝、删除、输出为tif,avi,jpeg.接触实验条件来输出为XML或使用在另外的实验中。

摄影的基本光学知识和相机透镜及成像原理

第三章摄影的基本光学知识和相机透镜及成象原理 中国俗话说的好，磨刀不误砍柴工。对于我们拍摄照片来说，要能加快拍得好的照片，就要先“磨刀”，就是说，如果你是第一次使用你过去没用过的数码相机，那先要耐心的从头至尾的一步步的对着你的相机使用说明书了解和掌握相机的操作方法。然后再学习和掌握有关的照象理论知识，只有首先这样办，摄影者才能更快更好的拍出理想的照片，也就是说，首先这样办，不仅不会耽误你的照象工作速度，相反会使你少走弯路提高照象工作的速度及提高照象质量，能主动的自由的遨游摄影自然王国，否则由于你不得照象要领而会陷于被动，忙乱，耽误了大好的拍照时机甚至拍出不理想的照片。 第一节照象光学基本知识 光与照象的关系是密切不可分割的关系，摄影艺术在很大程度上是用光艺术。所以摄影者要拍出好照片，就应了解光的基本知识。DC通过被摄景物所发出的光的作用而把被摄物体的影像记录在DC的存储器上。借助光的作用还能把肉眼难以看见的一些细微特征或者看不清的痕迹等拍照下来。因此，没有光，感光物质（CCD，底片）就不起变化，就不能成像，光对感光物质所起的照射效果不同，就会显示不同效果的图象。因而，善于运用光，控制光，是打造照片的艺术性，更好的表现被摄景物的特征，使照片具有强感染力的重要手法。要善于运用光，控制光，就要对光的基本知识有所了解。 首先说，光是电磁波，既然是电磁波，它的传播就具有波动性而且向四面八方传播。光又是由极小的质点光子组成的，因此，它的传播又具有粒子性。光的粒子从发光体上辐射出来，并以极快的速度（光在真空中的运行速度为30万公里／秒）呈直线性向四面八方传播。光的两向性现已被人们证实，在解释光的干涉，绕射和偏振等现象时，需用波动学说。在说明光的发射和吸收时，要用微粒学说。另外，光波如同水波一样，是一种横波，它的特点是波的振动方向垂直于波的传播方向。光波的波长与频率和速度的关系为： V=λ×f 式中v是光速，λ是光的波长，f是光的振动频率。 第二，光是电磁波，而且是电磁波的一部分。我们通常所说的光是电磁波中的可见部分电磁波（即我们眼睛所能感受到的），即光波。由于光波波长很小，所以为方便起见，一般用毫微（m μ）米单位度量。可见光的波长范围是380－780mμ米，在整个电磁波中占很小一部分。见下图 太阳光通过棱镜的折射后，折射出一条红橙黄绿青蓝紫的光带，这说明太阳光是由各种不同的颜色的色光所组成。各种色光的波长如下： 红760-620毫微米 橙620-590毫微米 黄590-530毫微米 绿530-500毫微米 青500-470毫微米 蓝470-430毫微米 紫430-380毫微米 第三，光是直线传播的，几何光学把光作了点和线的假设。以发光体作为发光点，发出的光是直线形。从发光体发出的光，向四面八方直线传播，每一条光线的一端都连在发光点上，形成无限光束。光的直线传播现象在日常生活中随处可见。如物体被照射而形成背影，小园孔透光，而其它光线被挡等。

基于Offner结构分视场成像光谱仪光学设计

第!!卷! 第"期!!!!!!!!!!!!光谱学与光谱分析#$%&!!!'$&"!(( )),)-)),=)*+!年"月!!!!!!!!!!!!.(/012$30$(4567.(/0125%865%43938:; :31!)*+!!基于"::425结构分视场成像光谱仪光学设计 吴从均+ ) 颜昌翔+" 刘!伟+ 代!虎+ )+<中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学一部!吉林长春!+!**!! )<中国科学院大学!北京! +***J I 摘!要!为满足航天应用中仪器小型和轻量化)大视场的观测要求!通过分析现有C R R 6/2成像光谱仪!给出了一种简单的采用凸面光栅设计成像光谱仪的方法"并据此方法设计了一应用于J **^P 高度!波段范围为*&J " +*P !焦距为,)*P P !E 数为L !全视场大小为J &!V 的分视场成像光谱仪系统"分视场采用光纤将望远系统的细长像面连接到光谱仪的三个不同狭缝而实现"三狭缝光谱面共用一个像元数为+*)J c +*)J !像元大小+"*Pc +"*P 的B B E 探测器"通过g H S 8N 软件优化和公差分析后!系统在)"%(+P P \+处S ?>优于*&=)!光谱分辨率优于L 6P !地面分辨率小于+*P !能很好的满足大视场应用要求!该光学系统 刈幅宽度相当于国内已研制成功的同类最好仪器的三倍"关键词!C R R 6/2 %成像光谱仪%分视场%光学设计中图分类号 C J !!!!文献标识码 8!!!%"& +*&!I =J K &9336&+***-*L I ! )*+! *"-)),)-*L !收稿日期 )*+)-++-)+ 修订日期 )*+!-*)-+=!基金项目 国家# "=!计划$项目#)*++88+)8+*!$资助!作者简介 吴从均!+I "=年生!中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博士研究生!!/-P 59%&Q :0$6;K :6,"I ! +=!<0$P "通讯联系人!!/-P 59%&4560j ! 09$P (<50<06引!言 !!星载超光谱成像仪按地面像元分辨率分为中分辨率和高 分辨率!中分辨率超光谱成像仪地面分辨率为数百米至数千 米量级!高分辨率超光谱成像仪为数十米量级' +("目前制约星载成像光谱仪发展的主要是探测器和分光方式!国内星载设备探测器一般都通过国外购买!价格昂贵!而且购买的渠道越来越窄%分光方式上!光栅和棱镜作为传统的分光元件!各自存在一定的缺点"傅里叶变换光谱仪虽然是一种比较理想的成像光谱仪形式!但环境要求非常高!往往信噪比并不是很高%基于8C ?>)T B ?> )波带片等二元光学元件和折衍射系统组合的分光在星载应用中相对还不成熟')!!("传 统光谱仪系统包括准直和成像系统!一些独特结构的光谱仪系统采用汇聚光路!这种方法在很大程度上都采用了准直和成像对称形式!C R R 6/2结构就是一种对称严格的结构形式"C R R 6/2光栅成像光谱仪在)*世纪I *年代初就已经被提 出了!随着光栅制造水平的提高!其结构简单)利于小型化 的突出优势逐渐被放大!已经在应用中崭露头角'J ("文献 'L !=(分别从如何消除像散等离轴像差上分析了C R R 6/2成像 光谱仪的设计方法!文献',(给出了在汇聚光路中和在发散光路中分别采用光栅和曲面棱镜设计成像光谱仪的光学系统 并比较了两者的优缺点!程欣等' "(采用在汇聚光路中加入>p 24棱镜作为分光元件设计了光谱范围在* &J ")&L *P 的成像光谱仪"一些相关文献中还对C R R 6/2成像光谱仪的机械结构设计'I ()图像数据压缩)装调方法'+*(和杂散光'++(的分 析研究" 分视场成像光谱仪#3:Z -R 9/%79P 5;96;3(/012$P /1/2!.>@. $能有效增大地面刈副宽度!利用视场分割思想!将望远镜宽线视场分割)折叠成窄线视场阵列!通过一个光谱仪进行分光!充分发挥面阵探测器的优势!各窄线视场的光谱图像数据按序首尾相连!便得到了宽线视场情况下的高分辨率超光谱成像数据"早期的宽视场大部分采用视场分离器分 别进入不同光谱仪系统' +)(!这种情况下光谱仪必须根据视场分离的结果置很多台!而且体积大"本方法大大减小了仪器的体积和重量" +!C R R 6/2光谱仪的设计方法!!对于C R R 6/2结构的数值分析设计在文献'L !=(中给出了详细的设计过程!而且这些结构都是通过离轴形式对其进行分析!过程极为繁琐"下面从同轴结构出发进行分析!可以很快得到这种初始结构"'('!确定凸面光栅的曲率半径