光学成像原理篇1

关键词：光的折射；自治实验教具；教学设计

中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003-6148（2013）2（S）-0032-4

1教学目标

1.1知识与技能

（1）了解眼睛的简单构造和眼睛看清物体的基本原理；（2）了解放大镜、显微镜、望远镜等光学仪器的用途。

1.2过程与方法

（1）让学生亲身体验拍照，知道照相机成像原理；（2）通过类比照相机，知道眼睛看清物体的基本原理，了解近视眼、远视眼的成因及其矫正方法；（3）通过自制实验教具，知道投影仪的原理；（4）利用实际应用的体验，巩固凸透镜成像规律。

1.3情感态度价值观

（1）通过对光学仪器的介绍，使学生认识物理学知识在生产、生活和科技方面的应用，增强学生对物理的热爱；（2）通过介绍显微镜、望远镜的功能，使学生认识科技能给人类生活带来许多方便。通过自制教具展示，激发学生动手探究身边的物理现象的好奇心。

2教学重难点

重点：照相机、眼睛、投影仪（幻灯机）的成像原理

难点：视力矫正

3教学器材

自制简易幻灯机、自制简易望远镜、投影仪、照相机、放大镜

4教学环节

4.1知识树导入新课

课前提前在黑板上画成像规律的三个图（u>2f，f

师：在最近阶段我们学习了有关光的折射的有关内容，那么同学们一起通过知识树（图1）来回顾这部分知识。什么是光的折射？

生a：光从一种物质斜射入另一种物质，传播方向发生改变的现象。

师：非常好！光的折射规律呢？对比反射规律简单的说。

生b：三线共面；两线分居；折射角随入射角的改变而改变。

师：非常棒！我们运用这些规律能够解释生活中的很多现象，比如筷子为什么向上弯折、用鱼叉捕鱼为什么要叉向看到的鱼的下面等等，学习物理规律就是为了解决现实生活中的实际问题的。后面我们又学了光学器材中的元件——透镜。它分为凸透镜和凹透镜。那么凹透镜有什么作用？

生：发散作用。

师：凸透镜呢？

生：会聚作用。

师：通过前面实验课，大家对凸透镜的成像规律有了深刻的理解，我们一起来看黑板上三幅图，（学生回答，教师黑板书写）第一幅u>2f，f

师：同学们都掌握得不错！同时在凸透镜成实像中，如果要使得像变大，像距、物距怎么变化？

生：物近，像远，像变大。

师：很好！那么我们学习了这些规律后，究竟在生活中有怎样的运用呢？

师生互动。通过知识树问答式地完成知识的回顾，同时引出本节课的主线：凸透镜成像规律在生活中的应用有哪些？学生积极回答，总结后按照黑板三幅图的顺序来进行讲解。

4.2透析照相机，体验拍照的乐趣

以学生的集体照来开始调动学生的学习热情，以此过渡：看看曾经的你们，定格在这张照片中，现在的你们坐在教室里，这一张照片就装下了需要一个教室才能容纳下的你们，很神奇的一件事情，那么我们就先来认识一下第一个神奇的眼睛——照相机。

1、照相机的结构

照相机结构比较复杂，我们今天就研究它的成像原理，因此我们就关注两个元件（图2）：镜头相当于一个凸透镜，感光片（数码相机，老式相机这里就是胶片）相当于光屏。

2、照相机成像原理

师：既然有这块凸透镜那么它一定满足这些成像规律，同学们猜猜满足那条规律呢？

生：第一幅u>2f，f

师：为什么呢？

生：不对啊，没有倒立啊。

师：我们抓住其中明显主要的特征，刚刚那一张照片将全部同学都装进去了，而我们现在需要这样大的一个教室才能容纳大家，所以是不是像缩小了啊？

生：是。

师：同时能在感光片上成像（能在胶片上呈现出来），那是不是也说明是实像？

生：对。

师：其实老式的照相机装胶卷都是倒着装的，我们这里看到正的像是由于经过数码芯片处理了，因此其实照相机的成像原理就是第一幅u>2f，f

3、“物近，像远，像变大”的应用

介绍照相机实际拍照中的物距、像距，说明镜头是可以伸缩的。提问：拍照远处一棵大树，现在需要拍出的图像大一些怎么操作？

学生思考，适时提醒运用成像规律中的一些结论。请学生回答，运用flas同步展示学生回答的操作。人往前进，同时要图片清晰。照相机镜头要向外伸，总结出这里实际运用了“物近，像远，像变大”的规律。同时提问学生：如果现在需要拍出的图像小一些怎么操作？请个别学生回答，人往后退，同时要图片清晰，照相机镜头要向内缩，再类比总结出“物远，像近，像变小”。

在这些理论分析后，拿出相机让学生来体验分别拍一张全身像和一个大头贴（相机最好用老式的，实在找不到就用单反相机，事先说明镜头的调节相机会自动进行），有2—3组学生上台来体验。其他学生来观察他们拍照时候是怎么样移动的。拍完后，马上把照片呈现在屏幕上，课堂氛围达到一个小高潮，马上让体验者来介绍拍照的心得，巩固“物近，像远，像变大”和“物远，像近，像变小”的规律。

4.3类比相机，认识眼睛

这么多美丽的图景，通过照片记录下来，其实只要我们身临其境，也能欣赏到这些美景，那么我们怎么看到这些物体的呢？由此问题从照相机过渡到眼睛。

眼睛就是一台精密的照相机，那么我们先来了解一下它的结构，类比照相机我们也只关注眼睛的几个关键结构：晶状体相当于照相机的镜头（凸透镜）；睫状肌能够调节晶状体，使得晶状体变薄变厚；视网膜相当于感光片（光屏）。因此眼睛的成像原理也就是第一幅u>2f，f

介绍一个小知识，凸透镜的厚度影响焦距，教师用尽量通俗的语言来描述。给出图3，带领学生的思维，相同材质的凸透镜越厚。对光的偏折能力越强，会聚就越靠近凸透镜；相同材质的凸透镜越薄，对光的偏折能力越弱，会聚就越远离凸透镜。

学生小活动体验：让戴眼镜的学生摘掉眼镜，问：你能否看到远处的同学？那你能否看清远处的同学？引出我们眼睛看清物体的原理，同样用flash展示，得到结论是由于睫状肌对晶状体的调节使得远近的光线能成像在视网膜上。同时引出近视眼成因，如果长期使睫状肌处于紧张状态，那么它就会对晶状体进行不断挤压，造成晶状体变厚，造成近视。

近视眼、远视眼的成因及矫正（flash模拟动画）：

师：如果长期使睫状肌处于紧张状态，那么它就会对晶状体进行不断挤压，造成晶状体变厚，凸透镜越厚，对光的偏折能力越______？

生：强。

师：导致光线会聚_______？

生：靠近凸透镜。

师：那么成像就在视网膜的前面。导致看不清远处的物体。那么怎么来矫正呢？

生：戴眼镜。

师：戴凸透镜可以吗？

生：不可以，凸透镜有会聚作用，它会使光线会聚更加靠前，要用凹透镜。

师（flas展示）：对，我们要先让光线发散一点，因此我们需要用凹透镜来矫正。

总结：

1、成因：

2、矫正：

凹透镜

拓展：激光治疗近视眼就是在明确近视眼成因后发展的一个医疗技术，它就是利用激光使得厚的晶状体变薄。

师：理解了近视眼，那么远视眼也就很清楚了，如果睫状肌处于过度松弛状态，那么它就会对晶状体有一个拉伸作用，造成晶状体变薄，凸透镜越薄，对光的偏折能力越_______？

生：弱。

师：导致光线会聚_______？

生：远离凸透镜。

师：那么成像就在视网膜的后面，导致看不清近处的物体。那么怎么来矫正呢？

生：凸透镜。

师（flas展示）：对，凸透镜有会聚作用，我们要先让光线会聚一点，因此我们需要用凸透镜来矫正。

总结：

1、成因：

2、矫正：

凸透镜（老花镜）

学生练习巩固：

下列图片中近视眼成因及其矫正的是__________________。

4.4巧制简易投影仪（幻灯机）教具，激发学生探究兴趣

过渡提问：刚刚讲述的都是缩小的像，那么我们教室里有没有放大的像啊？

展示自制投影仪（幻灯机），介绍结构和功能。

通过自制幻灯片上的“F”在墙壁上所成的像来让学生分析投影仪（幻灯机）的成像规律，满足黑板上第二幅f

抛出问题：怎样使图像由天花板投影到墙壁上？（可做适当的提示：什么光学元件可以改变光路？）（图4）

由图4过渡，展示实物投影仪，介绍各个部件，让学生明白物距和像距以及如何调节物距和像距，通过学生活动解决实际问题：如果要屏幕上呈现更大的清晰图像，怎样操作？学生（2组）上台来尝试。学生自己总结：像变大了，像距就要变大，投影仪应该远离屏幕；物距应该变小，凸透镜应该向下调。同样运用了“物近，像远，像变大”。

同样让学生说如何得到一个更小的清晰图像，教师操作，起到巩固的作用。

4.5放大镜、显微镜和望远镜

1、由物像同侧的体验，提问学生放大镜的成像原理，学生基本能答出是第三幅u

刚刚介绍的都是一块透镜的，那现在来介绍一些透镜组合的。

2、普通显微镜：它的作用是将微小的东西放大。目镜和物镜都是凸透镜。物镜的作用相当于投影仪的那块凸透镜的作用，成放大的实像；目镜的作用相当于放大镜的作用，成放大的虚像。

3、望远镜：展示几种望远镜，同时展示自制的简易望远镜（两个焦距不同的放大镜，中间用两个大小不同的圆筒连接可进行伸缩调节），鼓励学生课下上网收集有关资料并自己动手尝试做一个望远镜。

5教学小结

1、

2、近视眼成因及矫正：

1、成因：

2、矫正：凹透镜

远视眼成因及矫正：

1、成因：

2、矫正：凸透镜（老花镜）

3、“物近，像远，像变大”

“物远，像近，像变小”

6教学反思

课后，参加研讨课的各位老师对笔者这节课进行了点评：第一个老师点评认为：优点是教师的基本功扎实，语言规范，板书作图规范；教学设计中细节考虑周到，符合学生的认知规律。教学有特色，知识树的运用很好体现了一种教学思路，善于动手自制教具，让学生真实体会照相的过程，用所学的知识解决一个个实际问题，体现了从生活到物理，从物理到生活的理念，讲练结合达到巩固作用。课件精美，利用flash突破了难点。不足之处是教学容量稍大，重点部分可在加强训练巩固，学生总是处于被调动，再开放一些，放开手把课堂交给学生。有老师也提出一个值得研讨的问题：我们初中物理课堂的定位究竟该是什么？

初中物理更多的给予学生感性认识，但作为一门严谨的科学，我们必须培养学生的理性思维，依靠正确的理论，而这些并不是一定从枯燥的公式题目中培养起来的。它可以来自很多方面，丰富多彩的生活需要我们物理教师去开发利用，不断挖掘生活中的物理，让学生感觉物理就在自己手边。只有学生感兴趣了，物理课堂才会“活’’起来。学生才会感受到物理带来的乐趣。

参考文献：

光学成像原理篇2

例1（2007年烟台市）图中小猫抓不着鱼，觉得很奇怪.请你说明其中的物理道理.

解析在利用光的折射规律分析问题时，要搞清楚光的传播方向.小猫在水面上看水中的鱼，光线是从水中斜射入空气，折射角大于入射角，小猫眼睛逆着折射光线看去，看到的是比实际位置高的鱼的虚像，而鱼叉插入水中时是沿直线的，故小猫只能叉到鱼的虚像位置而叉不到鱼.

答案水中鱼反射向空气的光线在界面处发生折射，折射光线远离法线，此时猫所看到的鱼实际是鱼的虚像.猫根据光沿直线传播的经验，叉向鱼的虚像，所以抓不着鱼.

点拨本题通过小猫叉鱼的情景来考查光的折射现象，是一道新颖的题目，让同学们通过所学的知识分析和解决实际问题.

二、透镜

例2（2007年韶关市）下图是小明同学画的一条通过凸透镜或凹透镜后折射的光线光路图，错误的是

解析凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用，但“会聚”和“发散”都是相对于原来的光线而言的，是相对的会聚和发散.

答案C

点拨在判断经透镜折射后的光线是发生了“会聚”还是“发散”，可以把折射光线和入射光线的方向进行比较，如果折射光线相对入射光线的方向是靠近主光轴，是会聚，如果折射光线相对入射光线的方向是远离主光轴，是发散.

三、凸透镜成像规律

例3（2007年内江市）如图2所示，F、F′到凸透镜的距离均等于焦距，P、P′到凸透镜的距离均为2倍焦距.那么，烛焰在光屏上呈的应是倒立、________（填“放大”、“缩小”或“等大”）的实像；若把蜡烛移到P与F之间，调整光屏后，在光屏上得到的像将会________（填“变小”、“变大”或“不变”）.

解析烛焰在凸透镜的二倍焦距外，所以成倒立缩小的实像；当把蜡烛移到P与F之间时，蜡烛处在焦距和二倍焦距之间，将成倒立放大的实像，因此像将变大.

答案缩小变大

点拨应用凸透镜成像规律解题要明确：（1）焦点是实像和虚像的分界点；（2）二倍焦距处是放大实像与缩小实像的分界点；（3）成实像时，像与物体移动方向相同且像距越远，像越大.

四、生活中的透镜

例4（2007年兰州市）如图3，小明用一个透镜观看书上的一个英文单词，他看到了两个字母“YS”的放大的像.这个透镜是________透镜，这种透镜对光线有__________作用，利用这种透镜可制成的光学仪器有__________（只需填写一种）.

解析由凸透镜成像规律可知，只有凸透镜能作放大镜用；凸透镜对光线有会聚作用；凸透镜可用来制成照相机、投影仪、放大镜等.

答案凸会聚幻灯机（或照相机、放大镜、投影仪）

点拨生活中常用的透镜是凸透镜，同学们要熟悉凸透镜成像的各种条件，条件不同，成的像不同，则用途也不同.

五、眼睛和眼镜

例5（2007年深圳市）图4为表示近视眼或远视眼成像情况及对其进行矫正的图，其中表示近视眼成像和矫正情况的图是

A.①③B.②④

C.①④D.②③

解析近视眼形成的原因是晶状体变厚，折光能力变强，使像成在了视网膜的前方，因此要矫正应配戴凹透镜对其进行发散，使像向后成在视网膜上；远视眼是因为晶状体变薄，折光能力弱，光线到达视网膜时还未成像，即像成在了视网膜的后方，因此应该用凸透镜帮助其会聚.

答案A

点拨人的眼睛里面的晶状体相当一个凸透镜，当晶状体的曲度发生变化时，所成的像不能呈现在视网膜上，会造成近视或远视.所以，同学们必须明白近视眼和远视眼的形成原因，才能确定矫正的方法.

六、不可见光

例6（2007年苏州市）验钞机是利用荧光物质在________线的照射下能够发光的原理制成的；家中的电视遥控器是靠__________线来实现对电视机的遥控的.

解析紫外线的应用主要有“灭菌”、“帮助人体合成维生素D”、“使荧光物质发光”等；红外线的应用主要有“拍摄人体热谱图”、“红外线夜视仪”、“红外摄像仪”、“电视机的遥控器”等.

答案紫外红外

光学成像原理篇3

关键词：CCD，DH-CG300，比色测温，灰度

图像采集设备一般包括电视摄像机、CCD摄像器件、扫描仪、图像采集卡等。对于工业应用上来讲，一般通过工业CCD摄像头采集图像，再利用图像采集卡对图像进行处理分析[1]。我们采用工业CCD摄像头对水泥回转窑内工况实时采集，因为特殊的工作环境（高温多尘），所以要求CCD的精度比较高，而且其精度直接影响到所采集图像的质量。

1.图像的获取

本课题采用面阵CCD摄像机作为探测器进行现场图像的采集，面阵CCD是具有自扫描方式的面阵成像器件。CCD摄像机又是一种传感器件”,它将外界的图像转变为模拟电信号，CCD摄像机的精度由像元素决定，像元素越多，精度就越高[2]。在本课题的图像采集中，使用的是512*512像素的CCD摄像机，为实现对工业图像进行分析和处理，必须对摄像机的视频信号进行数据采集，并对视频信号进行数字化处理，再对量化的数值进行分析与处理，然后将处理后的结果显示在监视器上。

目前，CCD固体摄像器件作为光电变换传感器已经在许多领域得到了广泛的使用，被检测对象的光信息通过光学系统在CCD的光敏元件上形成光学图像。CCD器件把光信息转换成与光强成正比例的电荷量，用一定频率的脉冲对CCD进行驱动，在CCD的输出端可获得被测对象的视频信号。

CCD比色测温原理图如图2.1所示：

图2.1CCD比色测温原理图

2.图像采集卡

图像采集卡是工业图像采集必不可少的硬件设备，本课题用到的是DH-CG300视频采集卡。DH-CG300视频采集卡是彩色视频/音频采集卡，它具有使用灵活、集成度高、功耗低等特点，并且拥有PCI图像卡的功能，它可将图像直接传送到计算机内存或显存，是前两年市场上相当流行的一种图像采集卡，适用于图像处理、工业控制、多媒体监控、办公自动化等领域。本课题就是通过此采集卡把CCD采集到的图像传输到显示器的。

2.1DH-CG300主要技术性能及指标

三路复合视频输入，一路S-Video输入，软件切换。其中第一路为音视频复用，S-Video的亮度信号输入也可作为复合视频输入。

支持PAL，NTSC或黑白视频输入，信号幅度Vp-p=1V。论文参考网。

图像最高分辨率：

PAL制：768×576×24位；

NTSC制：640×480×24位；

支持YUV422、RGB8888、RGB888、RGB565、RGB555及256模式。

支持计算机内容与图像同屏显示，图形覆盖功能。

支持裁剪与比例压缩模式。

支持单场、单帧、连续场、连续帧的采集方式。

支持Win9x、WinNT、Win2000、WinXP等操作系统。

支持单声道音频采集。

2.2DH-CG300基本结构及工作原理

图像被CCD采集以后，输出的多路视频信号，同时进入视频采集卡，通过计算机对每帧内存的访问，在显示屏上可得到动态的水泥窑内的煅烧带图像。在PC机windows平台下，经过软件开发，形成图像界面风格的专用图像处理软件系统，软件系统通过对屏幕上显示的动态图像进行分析、处理，利用比色测温原理可得到水泥窑内的熟料温度和火焰温度。然后将检测到的参数及时反馈到控制操作台，如果参数偏离正常工作范围，则控制装置需要实时对窑速、喷煤量等参数进行调整，以保证回转窑尽可能在最佳状态下运行。

DH-CG300的工作原理框图如图1.2所示：

图1.2CG300工作原理框图

由上图可知，CG300图像采集卡可同时对四路复合视频输入，但是就某一具体时刻来说只能有一路视频输入，这四路视频的切换必须用软件编程来实现。所以此卡可同时对四个水泥回转窑进行循环控制。

3.图像采集及显示功能的软件实现途径

CG300图像采集卡所带的函数库及控件都可以运行于VisualC++环境之下，因此采用VisualC++作为开发工具。VisualC++提供了良好人机交互界面，使软件操作方便、简单，适用于普通技术工人操作。

图像采集卡安装好以后，要对其初始化才能发挥它的采集处理功能。图像采集卡的开始操作和初始化参数的设置需要在应用程序的初始化中完成，图像卡的结束操作在应用程序退出前执行。

DH-CG300图像采集卡有3个复合视频接口，可以实现三路视频切换输入与一路输出。在工厂中一般都不是只有一条窑，考虑应该在同一界面下对多条水泥窑同时进行控制。在本课题程序中可同时实现对3条窑的控制，即有3路视频信号输入，一路信号输出。论文参考网。

图1.3图像显示调节窗口

4.图像灰度值与温度之间的关系

4.1比色测温的计算

将(1-1)比(1-2)式有：

因为水泥回转窑图像经CCD获取后，再经图像卡量化为24位/每像素逐点存储。每一像素点24位包括红色亮度值（R）、绿色亮度值（G）、蓝色亮度值（B）,每个亮度值8位。在对CCD的分光特性作了辐射强度与CCD的接受亮度成正比的理想化假设后，有：

根据国际照明委员会规定，标准色光三原色的代表波长是：红光(R)700nm、绿光(G)546.1nm。论文参考网。蓝光(B)435.8nm。

由以上公式，就能对采集的图像上任一点的温度进行计算。

4.2温度与灰度的对应关系

由红外线成像原理及红外线测温原理可知，不同温度在图像上表现为不同的亮度。一般来说，图像的平均灰度值越小，其表现的温度越低，反之，温度越高。也就是说平均灰度值同对应温度之间成正比关系[5]。现场看火工就是应用了此原理对煅烧带的温度进行推断的。温度与图像灰度之间的对应关系如图2.4所示：

图2.4温度与灰度的对应关系图

5.结束语

利用CCD摄像机、图像采集卡把水泥窑工作状况采集到计算机后，是进一步实现炉火温度自动控制的基础，有较强的应用价值。

【参考文献】

[1]杨举宪.水泥窑煅烧带图像实时温度检测与动态数据库[D].内蒙古:内蒙古工业大学硕士论文,2004:5-8.

[2]吕凤军.数字图像处理编程入门[M].北京:清华大学出版社，1999:112-113.

[3]沈庭芝,方子文.数字图像处理及模式识别[M].北京:北京理工大学出版社，1998:39-43.

[4]徐伟勇等.数字图像处理技术在火焰监测上的应用[J].北京:中国电力,1994,10:63-65.

[5]李聪，张勇，耿欣.水泥旋窑窑内物料温度图像处理[J].济南:山东建材学院学报,1998,12（2）:146-148.

光学成像原理篇4

关键词：显微测量；超分辨图像复原；圆孔边缘判据；核孔膜

中图分类号：O439文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1005-5630.2016.05.002

文章编号：1005-5630（2016）05-0383-05

引言

数字显微图像测量是重要的微结构横向尺寸非接触测量方法[1]。目前用于显微测量的主要设备有扫描隧道显微镜、电子显微镜、原子力显微镜、光学共焦显微镜和普通光学显微镜。其中，扫描隧道显微镜、原子力显微镜、电子显微镜横向分辨力具有纳米级横向分辨力，其图像能够直接用于微结构的横向尺寸测量，但这些设备造价昂贵、操作复杂、测量时间长，适于计量标定使用。光学共焦显微镜横向分辨力比普通光学显微镜提高了1.4倍，且具有独特的三维成像能力，是重要的微结构三维尺寸测量仪器，但光学共焦显微镜属于相干成像系统，其图像不能直接采用超分辨复原等处理方法，横向分辨力难以进一步提高，加之扫描成像速度较慢，造价较高，也不适于用作在线实时工业测量设备[2]。普通光学显微镜成像速度快，图像处理算法丰富，成本低廉，特别适合在线实时工业测量设备。但是，受卷积效应影响，微结构的光学边缘与微结构的物理边缘不一致[3-4]。建立准确的微结构边缘判据，依据光学图像精确确定微结构的边缘是普通光学显微成像测量的关键[5]。常规的边缘检测方法首先采用固定阈值或动态阈值对图像进行分割，然后再通过二值化来确定边缘，或者利用边缘检测算法求取数字图像梯度来确定边缘。但受显微镜分辨力影响，直接采用原始图像测量，精度难以满足需求[6]。

本文利用0.550μm单色光作为照明光源对圆孔结构显微成像，然后利用超分辨复原算法处理原始图像，消除衍射效应影响，提高圆孔结构图像分辨力，并依据超分辨后图像建立圆孔图像的边缘判据，探测圆孔边缘，进而测量直径，提高了对微米级圆孔直径的光学显微测量精度。该方法能够实现对圆孔结构快速、准确的显微图像测量。

由图5可见，测量误差随着采样间隔的变大而变大，为保证测量结果准确性，应采用小的采样间隔。当图像归一化采样间隔小于1（当λ=0.550μm，nsinu=0.40，约0.2μm）时，测量误差小于0.2（当λ=0.550μm，nsinu=0.40，约4.4nm）。常用图像传感器的像元尺寸和物镜参数能够满足归一化图像采样间隔要求。

4核孔膜核孔测量实验

核孔膜是具有理想圆孔形状、尺寸均一的过滤薄膜，广泛用于膜分离（即过滤）、安全识别、防伪等领域[10]。核孔孔径是决定核孔膜过滤性能的核心参数，在化学腐蚀工序中亟需在线快速测量手段以精确控制圆孔孔径[11]。核孔孔径范围为零点几微米到十几微米。常规光学显微测量方法不能准确测量其孔径。以参数为λ=0.550μm、nsinu=0.40、M=10×，图像传感器像元尺寸10μm（对应归一化图像像素尺寸vΔ=0.4570，约vAiry/8）的光学显微镜作为测量设备，利用超分辨复原方法实现了对图6所示名义值为6μm（vd≈27.4）直径核孔的测量。核孔膜准确孔径由扫描电子显微镜得到，为6.268μm，测量不确定度为0.083μm（3σ）。核孔膜光学显微图像如图7所示。

图7中超分辨复原图像比原始图像更为清晰，便于观察；二值化图像便于对核孔膜进行分析、测量和计数。由二值化图像得到孔径测量结果为6.35μm，测量不确定度为0.08μm，与扫描电镜测量结果相符，误差为0.08μm。实验中图像处理和孔径测量时间小于30s，较为准确地测量了核孔直径，适用于较大孔径核孔化学腐蚀过程中在线测量以及核孔膜产品质量快速检查。

5结论

通过对圆孔显微图像的超分辨复原，本文建立了圆孔复原图像的边缘判据IE=0.399，实现了对核孔膜核孔的精确探测和准确孔径测量，为核孔膜产品的生产过程检测和产品质量分析提供了低成本、精度满足需要、快捷易用的新方法。本方法也可以用于针孔等样品的直径测量。

参考文献：

[1]杨国光.近代光学测试技术[M].杭州：浙江大学出版社，2001.

[2]赵维谦，陈珊珊，冯政德.图像复原式整形环形光横向超分辨共焦显微测量新方法[J].物理学报，2006，55（7）：3363-3367.

[3]GOODMANJW.IntroductiontoFourieroptics[M].3rded.Englewood：RobertsandCompany，2004.

[4]苏秉华，金伟其.基于Poisson-Markov场的超分辨力图像复原算法[J].电子学报，2003，31（1）：1-4.

[5]王植，贺赛先，毛庆洲，等.数字图像处理技术在钢坯在线检测系统中的应用[J].武汉大学学报（信息科学版），2005，30（3）：269-273.

[6]杜华月，顾济华，杨勇，等.数字图像消卷积在显微测量中的应用[J].光学技术，2007，33（4）：576-579.

[7]顾M.共焦显微术的三维成像原理[M].王桂英，译.北京：新时代出版社，2000.

[8]CONCHELLOJA.Superresolutionandconvergencepropertiesoftheexpectation-maximizationalgorithmformaximum-likelihooddeconvolutionofincoherentimages[J].JournaloftheOpticalSocietyofAmericaA，1998，15（10）：2609-2619.

[9]MARKHAMJ，CONCHELLOJA.Fastmaximum-likelihoodimage-restorationalgorithmsforthree-dimensionalfluorescencemicroscopy[J].JournaloftheOpticalSocietyofAmericaA，2001，18（5）：1062-1071.

光学成像原理篇5

认知目标1.理解平面镜成像特点

2.知道在光的反射现象中光路可逆

3.知道潜望镜、万花筒的光学原理

技能目标学会平面镜成像作图法

重点

平面镜成像特点

难点

“像”的概念，区别实像和虚像，全国公务员共同天地

教学过程

复习

1．光的直线传播

2．光的反射现象及反射定律

3．光路可逆

导入

学生观察课本P54照片

设问湖中的倒影是怎样产生的？为什么与湖面上的景物对称？

展示表面平的镜子、玻璃板、表面抛光的金属板、平静的水面、大理石及透明塑料片等都能产生与物体对称的影子。

这类反射面是平面的镜子称为平面镜。

新课

一、平面镜所成的像有什么特点？

实验1内容活动卡P35实验1

记录将蜡烛和蜡烛的像的位置用刻度尺连起来，

量出蜡烛到镜面的距离和蜡烛的像到镜面的距离。

结论平面镜所成的像是虚像；像和物体到平面镜的距离相等；像和物体的大小相等；像和物体对镜面来说是对称的。

实验2内容活动卡P35实验2

观察比较描画与原画的大小、左右和朝向关系

结论虚像、对称、大小相等

练习课本P56思考与练习1.2.5.

二、平面镜中的像是如何产生的？

阅读课本P54-P55

发光点S发出的光束经平面镜反射，进入人眼。所有反射光线的反向延长线都交于镜面后的S''''。因为光的直线传播，人眼感到反射光线是从镜面后的S''''发出的，好像S''''在发光，S''''实际没有光线射出，它是发光点S在平面镜中所成的虚像。物体上的每一点都会在平面镜中形成一个相应的虚像点，在平面镜中就形成了物体的像。像的大小与平面镜的大小无关。

演示平面镜成像作图法

利用物像对称性先决定像点位置，任取两根发散光线并画出反射光线。（用虚线表示反射光线的反向延长线）

提问如果入射光线沿着反射光线的方向射入，情况会怎样？

练习活动卡P36思考和讨论1.2.

课本P56思考与练习3.4.6.

三、平面镜的应用

阅读课本P55

平面镜作用：1.成像2.改变光路

练习活动卡P37探究1.2.3.

小结1.平面镜所成的像特点

2.平面镜中的虚像的产生

3.平面镜的应用

作业

活动卡P38家庭实验1.2.

板书

一、平面镜成像特点

1.平面镜所成的像是虚像；

2.像和物体到平面镜的距离相等；

3.像和物体的大小相等；

4.像和物体对镜面来说是对称的。

二、平面镜成像原因

1.光的反射

2.光路可逆

三、平面镜成像，全国公务员共同天地应用

光学成像原理篇6

关键词：数轴模型；凸透镜成像；照相机；投影仪；放大镜；规律；涵义

光学知识的应用，历年来，无论在毕业考试还是中考都是必考内容。凸透镜成像规律及其应用，是光学中的重中之重，一直都是初中物理教学中的重点和难点。本人利用数学中的“数轴模型”，把抽象的凸透镜成像规律及其应用，直观地反映在数轴图像的不同区域，加深了学生对凸透镜成像规律的深刻理解，有效地提高了学生对重点知识的得分率，较为轻松地解决了本章教学的重点和难点。现介绍如下：

一、数轴图像的建立

沿水平方向画一条数轴，数轴的原点设在凸透镜的中心，用“O”表示，并代表凸透镜的光心。在光心位置竖直放置一个凸透镜，在数轴上标出间距等于一倍焦距的特殊点F、2F（如下图所示）。

二、由数轴图像得规律（数轴图像以下简称“图像”）

1.照相机原理：物体放在凸透镜2倍焦距以外，得到倒立、缩小的实像。观察图像理解其原理的涵义有四点：

（1）照相机的物体在二倍焦距以外（u>2f），像一定在一倍焦距和二倍焦距之间（f

（2）照相机的物距大于像距（u

（3）照相机的像是呈在光屏（胶片）上，所以是实像且是倒立的。

（4）照相机的物距增大时，像距一定减小，物距减小时像距一定会增大（简记：u与v变化相反）。

2.投影仪原理：物体在凸透镜一倍焦距和二倍焦距之间，得到放大的倒立的实像。观察图像理解其原理的涵义有四点：

（1）投影仪的物体在一倍焦距和二倍焦距之间（f

（2）投影仪的物距小于像距（u

（3）投影仪的像是呈在光屏上的，所以是实像且是倒立的。

（4）投影仪的物距增大时，像距一定减小，物距减小时像距一定增大（简称：u与v变化相反）。

3.放大镜原理：物体放在凸透镜一倍焦距以内，得到放大正立的虚像。观察图像理解其原理的涵义有四点：

（1）物体放在一倍焦距以内（uu的范围内。

（2）放大镜的像距大于物距（v>u），所以像一定是放大的。

（3）放大镜的像不能呈在光屏上，所以是虚像且是正立的。

（4）放大镜的物距增大时，像距变大，物距减小时像距一定变小（简记：u与v的变化相同）。

4.比较原理，观察图像，得出推论：

（1）凸透镜成实像时，像一定是倒立的，像与物体在凸透镜的异侧；凸透镜成虚像时，像一定是正立的，像与物体在凸透镜的同侧。

（2）凸透镜成实像时，有放大、等大和缩小的像，但成虚像时只有放大的像。

（3）一倍焦距处是成虚像和实像的分界点；二倍焦距处，凸透镜成等大的实像。因此二倍焦距处是成放大、缩小实像的分界点。

（4）凸透镜成实像时，物距与像距变化相反；成虚像时，物距与像距变化相同。

（5）凸透镜成实像时，总有|u+v|≥4f，因此，当物体和光屏的位置不变时，只移动凸透镜要得到两次实像的条件是|u+v|>4f。

（6）照相机的物体和所成的像与投影仪的物体和所成的像，刚好交换位置。因此，知道照相机的原理就能推出投影仪的原理。

三、利用图像规律解决中考问题

例1（2014黄冈中考）小明用凸透镜先后两次观察书本上的字，看到如图所示两种情景。以下说法中正确的是（）

A.甲图中成的是实像；乙图中成的是虚像

B.甲图中书本在凸透镜2倍焦距以外；乙图中书本在凸透镜1倍焦距以内

C.甲图中凸透镜靠近书本，所成的像变小；乙图中凸透镜远离书本，所成的像也变小

D.甲图中成像规律可应用于投影仪；乙图中成像规律可应用于照相机

解析：选C。本题主要考查的是投影仪和放大镜原理。由甲图知，凸透镜成正立放大的像，一定是放大镜，且是虚像。乙图是倒立放大的实像，一定是投影仪原理，所以A、B、D都是错误的。因为甲图是虚像，物距和像距变化相同，乙图是实像，物距和像距变化相反，所以C正确。

例2（2014泰安中考）在某些重要会议入场时，采用人脸识别系统，识别系统的摄像机可以自动将镜头前0.5m处的人脸拍摄成数码相片，通过信号线传递给计算机识别。摄像机的镜头（）

A.相当于凸透镜，焦距可为0.5m

B.相当于凹透镜，焦距可为0.5m

C.相当于凸透镜，焦距可为0.2m

D.相当于凹透镜，焦距可为0.2m

解析：选C。本题考查的是照相机原理。此题应该让学生明白摄像机实质是可以连续拍照的照相机，所以镜头相当于一个凸透镜；由u>2f即0.5m>2f，所以f

例3（2013常州中考）物体从距凸透镜12cm移到距凸透镜18cm的过程中，调整光屏的位置，总能在光屏上得到倒立、放大的像，此凸透镜的焦距可能是（）

A.6cmB.10cmC.16cmD.20cm

解析：选B。因为在光屏上总是得到放大的实像，所以是投影仪原理。由f