光學(xué)成像原理精選(九篇)

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第1篇：光學(xué)成像原理范文

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目教學(xué)法 教學(xué)能力 學(xué)習(xí)能力 就業(yè)能力

中圖分類號(hào)：G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2010）12-126-02

高職院校廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程是廣告專業(yè)在校三年中最后一門專業(yè)課程，它的開設(shè)建立在該專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)已經(jīng)完成，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了廣告導(dǎo)論、廣告創(chuàng)意、廣告欣賞、廣告策劃、廣告心理學(xué)、市場營銷、影視廣告創(chuàng)意與制作等專業(yè)基礎(chǔ)課程，并按每門課程的具體要求完成了每門課程的實(shí)訓(xùn)部分，在此基礎(chǔ)上，完成一個(gè)或數(shù)個(gè)關(guān)于產(chǎn)品或企業(yè)的全案策劃，它包括產(chǎn)品開發(fā)、市場調(diào)研、品牌規(guī)劃、市場推廣四部分。廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程的開設(shè)目的是幫助學(xué)生掌握所學(xué)廣告基礎(chǔ)課程的知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力及對(duì)知識(shí)融匯貫通的應(yīng)變能力，對(duì)學(xué)生自學(xué)能力是一次考驗(yàn)和挑戰(zhàn)。廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程將會(huì)使學(xué)生對(duì)知識(shí)和技能的掌握有一個(gè)質(zhì)的飛躍，它要求學(xué)生通過對(duì)實(shí)訓(xùn)案例的真實(shí)策劃、組織、管理與執(zhí)行，達(dá)到一個(gè)廣告策劃師、廣告文案、廣告設(shè)計(jì)師、攝像、后期編輯等應(yīng)具備的崗位就業(yè)能力，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生從學(xué)校向社會(huì)的轉(zhuǎn)型。

高職院校廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)過程中導(dǎo)入項(xiàng)目教學(xué)法，可以使學(xué)生在教師的指導(dǎo)下親自處理一個(gè)廣告項(xiàng)目的全過程，在這一過程中學(xué)習(xí)掌握廣告教學(xué)計(jì)劃內(nèi)的教學(xué)內(nèi)容。這種教學(xué)活動(dòng)的開展，其目的是在課堂教學(xué)中把理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。項(xiàng)目教學(xué)法中所設(shè)置的“項(xiàng)目”包含多門課程的知識(shí)。學(xué)生通過該項(xiàng)目的進(jìn)行，了解并把握整個(gè)工作或創(chuàng)作過程及每一個(gè)環(huán)節(jié)中的基本要求。

一、廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程導(dǎo)入項(xiàng)目教學(xué)法的案例探索

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，只有當(dāng)一個(gè)人已有的知識(shí)無法解決他所面臨的問題時(shí)，真正的學(xué)習(xí)才會(huì)發(fā)生。學(xué)習(xí)不是由教師向?qū)W習(xí)者傳遞知識(shí)的活動(dòng)，而是學(xué)習(xí)者自己建構(gòu)知識(shí)的過程。學(xué)習(xí)者不是被動(dòng)地吸收信息，而是主動(dòng)地通過已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)對(duì)新信息進(jìn)行加工和建構(gòu)，這種學(xué)習(xí)更強(qiáng)調(diào)主動(dòng)性、社會(huì)性、情境性、協(xié)作性。建立在建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)之上的項(xiàng)目教學(xué)法是以學(xué)生的自主性、探索性學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，采用類似科學(xué)研究及實(shí)踐的方法，它既是促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)積極發(fā)展的一種新型的教學(xué)方法，也是一種學(xué)生探究型學(xué)習(xí)的方法。

1.教學(xué)任務(wù)。此次實(shí)訓(xùn)任務(wù)是廣播電影電視管理干部學(xué)院2008級(jí)影視廣告專業(yè)廣告策劃方向31名學(xué)生、平面廣告設(shè)計(jì)方向兩個(gè)班74名學(xué)生以及影視廣告方向31名學(xué)生分別由3名老師帶隊(duì)輔導(dǎo)，導(dǎo)入了以項(xiàng)目案例教學(xué)為核心的“項(xiàng)目教學(xué)法”，立足于培養(yǎng)學(xué)員技術(shù)技能、項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和職業(yè)素質(zhì)三方面的能力。按教學(xué)要求需要每個(gè)團(tuán)隊(duì)在一個(gè)學(xué)期的時(shí)間里完成一個(gè)項(xiàng)目案例。教師將需要完成的任務(wù)以項(xiàng)目的形式交給學(xué)生，在教師的指導(dǎo)下，以小組工作方式，由學(xué)生自己按照實(shí)際工作的完整程序，共同制定計(jì)劃、共同或分工完成整個(gè)項(xiàng)目。學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐過程中，理解和把握課程要求的知識(shí)和技能，體驗(yàn)創(chuàng)造的艱辛與樂趣，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力、團(tuán)隊(duì)合作精神等。

2.項(xiàng)目主題。2010年9月，2008級(jí)廣告專業(yè)的學(xué)生進(jìn)入到了為期18周的廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程學(xué)習(xí)階段。廣告專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程的帶隊(duì)教師為本次課題設(shè)計(jì)了一個(gè)關(guān)于本次項(xiàng)目教學(xué)的大型主題：“經(jīng)濟(jì)山西，設(shè)計(jì)山西?！币髲V告專業(yè)的學(xué)生在這一大主題之下完成對(duì)山西地方產(chǎn)品的挖掘、產(chǎn)品品牌規(guī)劃及產(chǎn)品市場推廣等創(chuàng)意策劃、執(zhí)行工作，為振興山西經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)微薄之力。

3.關(guān)于產(chǎn)品。這次廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程是由2008級(jí)廣告專業(yè)平面廣告設(shè)計(jì)方向的學(xué)生率先啟動(dòng)的。這批學(xué)生在暑假期間就已經(jīng)接到了課題，他們?cè)谑罴倨陂g，深入山西各地、市、縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及村村落落，挖掘到有價(jià)值的山西地方產(chǎn)品70多件，這些產(chǎn)品涉及食品類、禮品類、酒類、干果類等，包括山西運(yùn)城地區(qū)聞喜縣的煮餅，柳林的紅棗，汾陽的核桃以及平陸的雜糧、炒棋等等，做到了每位學(xué)生人手一份，并站在一個(gè)平面設(shè)計(jì)師的角度為產(chǎn)品進(jìn)行了形象設(shè)想，在開學(xué)時(shí)每人都遞交了自己的產(chǎn)品方向，為廣告專業(yè)整體迅速進(jìn)入綜合實(shí)訓(xùn)創(chuàng)造了條件。

4.團(tuán)隊(duì)建設(shè)。廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程的執(zhí)行者――2008級(jí)廣告專業(yè)的學(xué)生按照所挖掘到的產(chǎn)品迅速組織起了關(guān)于產(chǎn)品的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，它的結(jié)構(gòu)類似于一個(gè)綜合性廣告公司的策劃部與創(chuàng)意制作部，在團(tuán)隊(duì)里就職崗位分別有策劃、市場調(diào)研、廣告文案、平面設(shè)計(jì)師、影視廣告制作等小組。

（1）策劃。負(fù)責(zé)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行品牌市場調(diào)研、品牌規(guī)劃、市場推廣等策劃工作，使執(zhí)行團(tuán)隊(duì)的工作在策劃的管理下能夠有的放矢。2008級(jí)廣告專業(yè)策劃方向的學(xué)生主要擔(dān)當(dāng)策劃一職。

（2）市場調(diào)研。負(fù)責(zé)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行品牌市場調(diào)研的執(zhí)行工作。2008級(jí)廣告專業(yè)策劃方向的學(xué)生根據(jù)市場調(diào)研的問卷對(duì)2009級(jí)和2010級(jí)廣告策劃方向的部分學(xué)生進(jìn)行調(diào)研培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)實(shí)驗(yàn)室傳幫帶的功能，市場調(diào)研小組利用課余時(shí)間幫助產(chǎn)品項(xiàng)目小組完成部分市場調(diào)查及數(shù)據(jù)整理工作。

（3）廣告文案。負(fù)責(zé)完成產(chǎn)品品牌規(guī)劃案中的廣告創(chuàng)意策略的文案執(zhí)行部分。2008級(jí)廣告專業(yè)策劃方向的學(xué)生主要擔(dān)當(dāng)該職位。

（4）平面設(shè)計(jì)師。負(fù)責(zé)完成產(chǎn)品品牌規(guī)劃案中的廣告創(chuàng)意策略的平面設(shè)計(jì)執(zhí)行部分。2008級(jí)廣告專業(yè)平面廣告方向的學(xué)生主要擔(dān)當(dāng)該職位。

（5）影視廣告制作小組。負(fù)責(zé)完成產(chǎn)品品牌規(guī)劃案中的廣告創(chuàng)意策略的影視廣告執(zhí)行部分。2008級(jí)廣告專業(yè)影視廣告方向的學(xué)生主要擔(dān)當(dāng)該職位。針對(duì)74個(gè)產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目，廣告專業(yè)學(xué)生組織起了相應(yīng)的60個(gè)山西地方產(chǎn)品項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，根據(jù)人數(shù)匹配原則，廣告策劃方向的學(xué)生每人負(fù)責(zé)兩個(gè)項(xiàng)目的策劃工作，平面廣告設(shè)計(jì)方向的學(xué)生正好是人手一案，由于項(xiàng)目在策劃中，影視制作團(tuán)隊(duì)同時(shí)參與到廣告策劃的團(tuán)隊(duì)中為產(chǎn)品的品牌進(jìn)行創(chuàng)意工作。

5.市場調(diào)研。針對(duì)產(chǎn)品的市場調(diào)研工作正式啟動(dòng)起來，為了保證學(xué)生們挖掘到的產(chǎn)品都能夠順利地投放市場，廣告策劃的學(xué)生開始策劃關(guān)于產(chǎn)品品牌規(guī)劃的市場調(diào)研工作。工作目標(biāo)主要是通過對(duì)同業(yè)市場、產(chǎn)品自身狀態(tài)的了解以及消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的購買心理、購買習(xí)慣及行為的一系列調(diào)查，為產(chǎn)品的品牌進(jìn)行科學(xué)而準(zhǔn)確的定位。工作內(nèi)容主要包括：論證市場調(diào)研的必要性，完成市場調(diào)研建議書；定義問題，確定工作思路；確立調(diào)研目標(biāo)；進(jìn)行調(diào)研方案的設(shè)計(jì)工作；確定信息的類型和來源，進(jìn)行資料的收集工作等；消費(fèi)者問卷設(shè)計(jì)、抽樣方案及樣本容量收集資料；資料分析；撰寫市場調(diào)查報(bào)告，為品牌定位提供意見與建議。與此同時(shí)，平面廣告設(shè)計(jì)的學(xué)生開始了關(guān)于品牌名稱的商標(biāo)注冊(cè)的調(diào)研工作以及同類產(chǎn)品平面廣告投放及表現(xiàn)的調(diào)查工作；影視廣告制作的學(xué)生開始了同類產(chǎn)品影視廣告投放及表現(xiàn)的調(diào)查工作。

6.品牌規(guī)劃與市場推廣。根據(jù)市場調(diào)研的結(jié)果，關(guān)于產(chǎn)品的品牌規(guī)劃工作正式展開。此階段的工作目標(biāo)是建設(shè)產(chǎn)品與眾不同的品牌識(shí)別，為產(chǎn)品品牌建設(shè)設(shè)立目標(biāo)、方向、原則與指導(dǎo)策略，為日后的具體品牌建設(shè)戰(zhàn)術(shù)與行為制定行為規(guī)范。工作內(nèi)容主要包括提煉品牌的核心價(jià)值；對(duì)品牌進(jìn)行準(zhǔn)確的形象描述；規(guī)范品牌識(shí)別系統(tǒng)；根據(jù)目標(biāo)消費(fèi)群的觸媒習(xí)慣選擇合適的媒體，確定媒體溝通策略；根據(jù)媒體策略制定品牌的創(chuàng)意策略，并進(jìn)行品牌化的產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)、展示設(shè)計(jì)、影視廣告片的制作、以及平面、網(wǎng)絡(luò)等媒體的文案撰寫工作；運(yùn)用廣告、公關(guān)贊助、新聞炒作、市場生動(dòng)化、關(guān)系營銷、銷售促進(jìn)等多種手段開展品牌傳播和推廣的策劃與執(zhí)行工作。

7.階段式項(xiàng)目展示。項(xiàng)目完成的每個(gè)重要階段，參加實(shí)訓(xùn)的同學(xué)交流寫出各具特色的實(shí)踐報(bào)告，舉辦成果報(bào)告展，同時(shí)邀請(qǐng)廣告行業(yè)、產(chǎn)品行業(yè)、市場專家等與實(shí)訓(xùn)師生一起對(duì)學(xué)生作品進(jìn)行評(píng)估。通過自評(píng)和專家的評(píng)估，使學(xué)生對(duì)本次項(xiàng)目活動(dòng)有一個(gè)客觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)所學(xué)知識(shí)有進(jìn)一步的鞏固和提升，使該項(xiàng)目所用的理論和所得到的經(jīng)驗(yàn)真正進(jìn)入學(xué)生的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，縮短學(xué)生與就業(yè)崗位之間的差距，為零距離就業(yè)提供機(jī)會(huì)和可能。

二、廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程導(dǎo)入項(xiàng)目教學(xué)的意義

項(xiàng)目教學(xué)法的理論認(rèn)為，知識(shí)可以在一定的條件下自主建構(gòu)獲得。學(xué)習(xí)是知識(shí)、技能與行為、態(tài)度與價(jià)值觀等方面的長進(jìn)；教育是滿足長進(jìn)需要的有意識(shí)、有系統(tǒng)、有組織的持續(xù)交流活動(dòng)。在高職高專院校廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程過程中引入“項(xiàng)目教學(xué)法”，具有非常重要的實(shí)踐意義。

1.符合廣告行業(yè)對(duì)人才需求的特點(diǎn)，校內(nèi)廣告實(shí)訓(xùn)基地實(shí)至名歸。高職高專院校廣告專業(yè)建設(shè)應(yīng)與廣告公司的職業(yè)崗位密切掛鉤，以市場需求為指引，以就業(yè)為導(dǎo)向，突出對(duì)學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)。廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程導(dǎo)入項(xiàng)目教學(xué)法的目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、動(dòng)手能力、研究和分析問題的能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、交流能力、職業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力等，把課堂學(xué)習(xí)與企業(yè)實(shí)踐結(jié)合起來，所培養(yǎng)的學(xué)生才能符合廣告行業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的要求，實(shí)現(xiàn)畢業(yè)后一步上崗，零距離就業(yè)。

高職高專院校廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)過程是以廣告公司的職業(yè)崗位的工作過程為參照系的，強(qiáng)調(diào)的是對(duì)工作過程的學(xué)習(xí)過程，這樣的教學(xué)行動(dòng)恰恰需要廣告的專業(yè)情境來配合。校內(nèi)廣告實(shí)訓(xùn)基地為項(xiàng)目教學(xué)提供了實(shí)現(xiàn)這一情境的工作場所，營造了企業(yè)崗位工作氛圍、鍛煉了學(xué)生適應(yīng)社會(huì)和適應(yīng)市場的能力，校內(nèi)廣告實(shí)訓(xùn)基地成為了真實(shí)意義上的廣告公司。

2.對(duì)教師和學(xué)生都提出了更高的能力要求。教育家陶行知先生說過：“教、學(xué)、做應(yīng)是一體化的，教、學(xué)、做是一件事，不是三件事?！钡拇_如此，高職高專院校廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程導(dǎo)入項(xiàng)目教學(xué)，對(duì)指導(dǎo)教師是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。它不僅要求教師具備完整的廣告理論體系，對(duì)教學(xué)的組織和管理能力，對(duì)案例的考評(píng)能力，而且必須具備豐富的廣告前線實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，能與學(xué)生在廣告專業(yè)領(lǐng)域同進(jìn)退、共成長，成為真正意義上的廣告雙師型教師。同時(shí)，項(xiàng)目教學(xué)使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體，通過獨(dú)立完成項(xiàng)目把廣告理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，不僅提高了廣告理論水平和實(shí)際執(zhí)行能力，豐富了廣告實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，而且又在教師有目的地引導(dǎo)下，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、獨(dú)立操作、合作學(xué)習(xí)、解決問題等綜合能力，減少了學(xué)生對(duì)教師的依賴，提高了高職院校廣告專業(yè)的學(xué)生的就業(yè)能力。這也正符合了國際學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域所公認(rèn)的一句話：“聽來的忘得快，看到的記得住，做過的才能會(huì)?！?/p>

教育部在《關(guān)于高職高專人才培養(yǎng)工作的意見》中指出，高職教育是培養(yǎng)適應(yīng)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線需要的，具有綜合能力和全面素質(zhì)的高等技術(shù)應(yīng)用型人才。廣告綜合實(shí)訓(xùn)課程導(dǎo)入項(xiàng)目教學(xué)縮短了學(xué)生對(duì)廣告理論與實(shí)踐的距離，強(qiáng)化了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，打破了傳統(tǒng)課程原有的學(xué)科體系及傳統(tǒng)教學(xué)方法，根據(jù)“必需、夠用”的原則對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行重新組合，注意專業(yè)知識(shí)的相互融合與解決實(shí)際問題相結(jié)合，切實(shí)做到了理論聯(lián)系實(shí)際。

參考文獻(xiàn)：

1.范捷平譯著.德國教育思想概論.上海譯文出版社,2003

2.程曉棠.任務(wù)型語言教學(xué).高等教育出版社,2004

3.張黨省.職業(yè)教育項(xiàng)目課程實(shí)施研究.職教通訊,2003

第2篇：光學(xué)成像原理范文

直接按“MENU”鍵進(jìn)入菜單，找到相片大小設(shè)置，用導(dǎo)航鍵進(jìn)行選擇，按SET鍵確定；或者在屏幕參數(shù)上按“打印鍵”進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置，導(dǎo)航鍵選擇相片大小設(shè)置，用拔盤調(diào)整。

照相機(jī)簡稱相機(jī)，是一種利用光學(xué)成像原理形成影像并使用底片記錄影像的設(shè)備。很多可以記錄影像設(shè)備都具備照相機(jī)的特征。醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、天文觀測(cè)設(shè)備等等。照相機(jī)是用于攝影的光學(xué)器械。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

第3篇：光學(xué)成像原理范文

eos70d配微單鏡頭即可，所謂微單鏡頭，即指微單相機(jī)的鏡頭。微單，即微型單反相機(jī)的簡稱。所謂微單，是一種定位于單反相機(jī)，與卡片機(jī)之間的相機(jī)。

照相機(jī)是一種利用光學(xué)成像原理形成影像并使用底片記錄影像的設(shè)備，是用于攝影的光學(xué)器械。在現(xiàn)代社會(huì)生活中有很多可以記錄影像的設(shè)備，它們都具備照相機(jī)的特征，比如醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、天文觀測(cè)設(shè)備等。被攝景物反射出的光線通過照相鏡頭（攝景物鏡）和控制曝光量的快門聚焦后，被攝景物在暗箱內(nèi)的感光材料上形成潛像，經(jīng)沖洗處理（即顯影、定影）構(gòu)成永久性的影像，這種技術(shù)稱為攝影術(shù)，分為一般照相與專業(yè)攝像。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

第4篇：光學(xué)成像原理范文

反差高是指光與暗之間明顯分隔，反差低則指光與暗之間不夠明顯或不夠鮮明。

2、反差是相機(jī)畫面設(shè)置的一個(gè)參數(shù)。調(diào)整反差就是改變畫面亮區(qū)與暗區(qū)的對(duì)比情況。這個(gè)參數(shù)通常稱為也被稱為對(duì)比度。

3、照相機(jī)是一種利用光學(xué)成像原理形成影像并使用底片記錄影像的設(shè)備，是用于攝影的光學(xué)器械。

第5篇：光學(xué)成像原理范文

相機(jī)uw是指這個(gè)相機(jī)鏡頭的生產(chǎn)地和年份，字母u代表宇都宮工廠，W代表生產(chǎn)年份是2008。

照相機(jī)是一種利用光學(xué)成像原理形成影像并使用底片記錄影像的設(shè)備，是用于攝影的光學(xué)器械。在現(xiàn)代社會(huì)生活中有很多可以記錄影像的設(shè)備，它們都具備照相機(jī)的特征，比如醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、天文觀測(cè)設(shè)備等。被攝景物反射出的光線通過照相鏡頭（攝景物鏡）和控制曝光量的快門聚焦后，被攝景物在暗箱內(nèi)的感光材料上形成潛像，經(jīng)沖洗處理（即顯影、定影）構(gòu)成永久性的影像，這種技術(shù)稱為攝影術(shù)，分為一般照相與專業(yè)攝像。

2018年9月，世界海關(guān)組織協(xié)調(diào)制度委員會(huì)對(duì)將無人機(jī)歸類為“會(huì)飛的照相機(jī)”。1550年，意大利的卡爾達(dá)諾將雙凸透鏡置于原來的針孔位置上，映像的效果比暗箱更為明亮清晰。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

第6篇：光學(xué)成像原理范文

關(guān)鍵詞：空間濾波測(cè)速 濾波效應(yīng) 功率譜密度函數(shù)

中圖分類號(hào)：V475 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）10-0078-03

1 引言

20世紀(jì)60年代，隨著光學(xué)與電子學(xué)的快速發(fā)展，光學(xué)測(cè)量在科研和工程領(lǐng)域的重要性逐漸凸顯，特別是非相干光源如激光的發(fā)明使很多以前不存在的光學(xué)測(cè)量技術(shù)得到了發(fā)展，其中最典型應(yīng)用即速度的測(cè)量。

為了對(duì)速度進(jìn)行測(cè)量，人們提出了很多種類的光學(xué)測(cè)量方法，可將它們分為非相干和相干技術(shù)兩種，需要注意的是，這種分類并不意味著它們必然使用了非相干光源或相干光源。相干技術(shù)利用了光的振幅和相位信息，如激光多普勒測(cè)速法（LDV）[1]，激光斑紋測(cè)速法（LSV）[2]等；而非相干技術(shù)利用了目標(biāo)成像的光強(qiáng)信息，兩者的區(qū)別一般被認(rèn)為是“圖像”和“干涉圖樣”的區(qū)別[3]。在光學(xué)發(fā)展的早期，非相干技術(shù)包括照相法和攝影法，這些方法在測(cè)速時(shí)簡單的對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行觀察或攝影，如光電圖像追蹤技術(shù)，后期被稱為空間濾波技術(shù)（SFV）。在多種非相干和相干技術(shù)中，激光多普勒測(cè)速法由于其較高的空間分辨率和較高的測(cè)量精度而被很多學(xué)者進(jìn)行了廣泛的研究，雖然空間濾波法的測(cè)量性能與多普勒法是類似的，但一開始并未得到足夠的重視，近些年來，空間濾波法以其光學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定、光源可選的實(shí)用優(yōu)點(diǎn)而得到了越來越多的重視。本文對(duì)空間濾波測(cè)速的發(fā)展進(jìn)行了介紹，并從數(shù)學(xué)角度對(duì)空間濾波特性進(jìn)行了分析。

2 空間濾波測(cè)速的發(fā)展及原理

2.1 空間濾波測(cè)速的發(fā)展

空間濾波測(cè)速的基本概念來源于于航空相機(jī)控制技術(shù)和紅外光學(xué)跟蹤技術(shù)。明確的提出將空間濾波法用于速度測(cè)量來自于Ator的研究[4]，他從理論上明確了利用平行狹縫作為空間濾波器進(jìn)行測(cè)速的原理，還從相關(guān)性理論的角度對(duì)這種方法進(jìn)行了分析；Gaster[5]則對(duì)空間濾波法進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，他將其應(yīng)用于液體流速的研究；Naito和Tsutsumi[6]給出了空間濾波法的理論基礎(chǔ)，他們對(duì)透射光柵進(jìn)行了空間域的分析，給出了它的功率譜密度函數(shù)和空間透射比，并成功的證明了透射光柵相當(dāng)于一個(gè)空間濾波器，能夠用于進(jìn)行速度測(cè)量；為了增強(qiáng)空間濾波器的選擇性，Kobayashi和Naito[7]討論了窄帶通濾波器的最優(yōu)性問題；為了改善低空間頻率域內(nèi)的濾波特性，Tsudagawa[8]等介紹了平行四邊形視場，從而使空間濾波器性能得到了改進(jìn)；Ushizaka和Asakura[9]研究了一種擁有顯微鏡的光學(xué)成像系統(tǒng)空間濾波測(cè)速法，并將其應(yīng)用到在一個(gè)直徑為130um～3.3mm的細(xì)小玻璃管內(nèi)用于測(cè)量液體流速的分布；Aizu[10]等構(gòu)建了一種差分式透射光柵測(cè)速計(jì)，它改善了濾波器濾除多余低頻成分的能力，并證明了其在顯微領(lǐng)域測(cè)量流速的有效性；Koyama，Aizu，Borders，Reuter和Kratzer[9]等一些研究人員則將這類空間濾波測(cè)速計(jì)應(yīng)用于進(jìn)行血液流速方面的研究。

在這些研究的基礎(chǔ)上，Kobayashi[7]團(tuán)隊(duì)將空間濾波探測(cè)器進(jìn)行了拓展，提出了具有空間濾波器功能的光電探測(cè)器；Itakura等[6]利用一個(gè)液晶元件陣列構(gòu)建了一種新型的空間濾波器，并實(shí)現(xiàn)了兩維速度分量的測(cè)量；除此之外，其它光學(xué)元件也可以用作空間濾波器。Hayashi和Kitagawa[11]利用光纖陣列構(gòu)建了一種空間濾波器，他們將這種空間濾波器用于進(jìn)行兩維的速度分量和距離的測(cè)量，并確定了速度的方向；棱鏡光柵是能夠作為空間濾波器的光學(xué)元件中很有趣的一個(gè)例子，據(jù)此，科學(xué)家們諸如Plesse，Slaaf，Reuter和Talukder等實(shí)現(xiàn)了血液流速的測(cè)量[9]；Ushizaka[12]研究了透鏡光柵的成像和折射特性，證明了它和棱鏡光柵的原理相似，同樣可以作為空間濾波器。

空間濾波測(cè)速的原理已經(jīng)以多種方式應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的測(cè)量。與雙電子束LDV類似，Ballik和Chang[13]從理論和實(shí)驗(yàn)方面研究了一種邊緣成像技術(shù)，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體上進(jìn)行仿光柵照明，而實(shí)際上在其前方并沒有放置光柵，強(qiáng)度被調(diào)制后的散射光由一個(gè)光電探測(cè)器進(jìn)行接收，通過其信號(hào)進(jìn)行分析即可實(shí)現(xiàn)速度測(cè)量；Aizu[9]等對(duì)空間濾波法進(jìn)行了改進(jìn)，使其能夠感測(cè)速度的變化程度；Ohno[14]等提出了采用空間濾波探測(cè)器來感測(cè)兩維隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的方法，如運(yùn)動(dòng)物體的平均速度，尺寸以及數(shù)量等；基于光學(xué)成像的特性，空間濾波法還可以用于測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)的離焦量，成像距離以及成像位移等。

2.2 空間濾波測(cè)速的原理

空間濾波測(cè)速（SFV）的基本光學(xué)系統(tǒng)如圖1所示，在一定的探測(cè)區(qū)域內(nèi)，照射光被一個(gè)沿x0方向以速度v0移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行散射，通過鏡頭L成像在一個(gè)沿運(yùn)動(dòng)方向有空間周期透射比的空間濾波器SF上，經(jīng)過空間濾波器的光被其后方的一個(gè)光電探測(cè)器PD接收，由PD探測(cè)到的總光強(qiáng)由于圖像以速度v運(yùn)動(dòng)以及空間濾波器的周期透射比p而產(chǎn)生周期性變化，如圖2所示，于是，PD的輸出中包含一個(gè)周期的周期信號(hào)，通過測(cè)量這個(gè)信號(hào)的頻率，則目標(biāo)速度v0可由下式確定[4]：

（1）

其中，M是光學(xué)成像系統(tǒng)的放大倍數(shù)，則。由圖2可知，輸出信號(hào)中包含一個(gè)頻率為f0的周期信號(hào)，通常為正弦波，通過測(cè)量此正弦波的頻率即可由以上公式實(shí)現(xiàn)速度的測(cè)量。

3 空間濾波效應(yīng)

空間濾波法的原理可以從數(shù)學(xué)角度和頻域的功率譜密度函數(shù)來描述。上節(jié)對(duì)空間濾波測(cè)速（SFV）的原理進(jìn)行了直觀的描述，本節(jié)對(duì)圖像強(qiáng)度分布的空間濾波效應(yīng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析。

如圖1所示，坐標(biāo)為的像平面上放置一個(gè)空間濾波器，光傳播方向垂直像平面，假設(shè)空間濾波器上所成為理想圖像。設(shè)，分別為平面上運(yùn)動(dòng)圖像的光強(qiáng)分布及空間濾波器的光強(qiáng)透射比，假設(shè)所有通過空間濾波器的光都被光電探測(cè)器接收。當(dāng)圖像以速度分量，分別在，方向上移動(dòng)，則光電探測(cè)器的輸出信號(hào)可由以下積分公式表示：

（2）

式中，，，和為常數(shù)。一般的，我們認(rèn)為地面目標(biāo)的光強(qiáng)分布在時(shí)間和空間上滿足隨機(jī)過程。假設(shè)光強(qiáng)分布在，方向上滿足靜態(tài)隨機(jī)遍歷過程，則輸出信號(hào)的相關(guān)函數(shù)為：

（3）

其中E[…]代表數(shù)學(xué)期望。對(duì)（3）式進(jìn)行傅立葉變換，去掉常數(shù)部分，可得的空間功率譜密度函數(shù)為：

（4）

其中，為光強(qiáng)分布函數(shù)在空間頻域的空間功率譜密度函數(shù)，Hp（μ，ν）為透射比的空間功率譜密度函數(shù)，用和表示即：

（5）

（6）

其中，為的傅里葉變換，和分別代表，方向上的空間頻率。

如果圖像光強(qiáng)分布函數(shù)不是隨機(jī)的，而是周期或非周期（瞬時(shí)）的，則其功率譜可表示為：

（7）

其中為函數(shù)的傅里葉變換。此時(shí)空間功率譜密度函數(shù)表示如下：

（8）

其中為輸出信號(hào)的傅立葉變換，可得：

（9）

由公式（4）可知，功率譜Gp（μ，ν）由兩個(gè)功率譜函數(shù)Fp（μ，ν）和Hp（μ，ν）相乘得出，由此可看出輸出信號(hào)是由經(jīng)過空間濾波器調(diào)制的輸入圖像給出的，由線性濾波理論可知，Hp（μ，ν）在空間頻域相對(duì)輸入Fp（μ，ν）表現(xiàn)為一個(gè)線性濾波器。

空間濾波器在待測(cè)圖像的運(yùn)動(dòng)方向上要求有一定的周期透射比，為方便數(shù)學(xué)分析，假設(shè)圖像只在方向上有速度分量，即，，此時(shí)，空間濾波器的透射比只在方向上具有周期性，而在y方向上是相同的。通過對(duì)（4）進(jìn)行積分可得相對(duì)空間頻率的功率譜密度函數(shù)為：

（10）

式中：，為時(shí)域內(nèi)的頻率。公式（10）中再次表明功率譜對(duì)于輸入函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)濾波函數(shù)。由于空間濾波器在方向具有周期透射比，則它的功率譜具有窄帶通濾波特性，其中心頻率在空間頻率處。圖3給出了功率譜和在時(shí)的典型分布。由于功率譜為兩個(gè)頻譜混疊的結(jié)果，因此其分布主要以功率譜為特征。時(shí)間功率譜中包含一個(gè)在處的頻率尖峰，因此，通過測(cè)量其中心頻率，即可得出目標(biāo)圖像的速度。此種方式通過周期透射的窄帶通空間濾波器實(shí)現(xiàn)了速度測(cè)量，即本文介紹的“空間濾波測(cè)速”。

4 結(jié)語

在多種相干和非相干測(cè)速方法中，空間濾波法以其光學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定、光源可選的實(shí)用優(yōu)點(diǎn)而得到了越來越多的重視。本文對(duì)空間濾波測(cè)速的發(fā)展進(jìn)行了介紹，介紹了空間濾波測(cè)速的原理，并從數(shù)學(xué)角度對(duì)空間濾波效應(yīng)進(jìn)行了分析?？臻g濾波器的濾波特性及圖像強(qiáng)度的空間分布直接決定了信號(hào)質(zhì)量和測(cè)量精度，因此，空間濾波法的數(shù)學(xué)分析對(duì)于空間濾波器的設(shè)計(jì)、光學(xué)系統(tǒng)的配置以及實(shí)際應(yīng)用具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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第7篇：光學(xué)成像原理范文

Abstract： The application of optical information processing with rebuilding the frequency spectrum is based on the experiment of Abbe-Poter and spatial filtering. And then， building the physical model of experiment system and programming the simulation with matlab GUI are demonstrated to process the digital image.

關(guān)鍵詞： 空間濾波；MATLAB GUI；頻譜

Key words： spatial filtering；MATLAB GUI；Frequency Spectrum

中圖分類號(hào)：O436.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2012）29-0302-02

0 引言

光學(xué)信息處理是基于光學(xué)頻譜分析，利用傅立葉綜合技術(shù)，通過空域或頻域調(diào)制，借助空間濾波技術(shù)對(duì)光學(xué)信息進(jìn)行處理的過程。阿貝于1873年提出的顯微鏡成像理論，以及他本人于1893年、波特于1906年為驗(yàn)證這一理論所做的阿貝—波特實(shí)驗(yàn)，科學(xué)地說明了成像質(zhì)量與系統(tǒng)傳遞的空間頻譜之間的關(guān)系，成為空間濾波的先導(dǎo)。隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)的快速發(fā)展，把電子數(shù)字計(jì)算機(jī)與光學(xué)模擬處理器結(jié)合起來，使其在光學(xué)信息處理領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。Matlab提供的圖形用戶界面（Graphical User Interface，GUI）[1，2]是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字說明等對(duì)象構(gòu)成的一個(gè)用戶界面。用戶通過一定的方法（如鍵盤或鼠標(biāo)）選擇、激活這些圖形對(duì)象，使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動(dòng)作變化，比如實(shí)現(xiàn)計(jì)算及計(jì)算可視化、繪圖等。Matlab GUI技術(shù)集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便、界面友好的人機(jī)交互方式，給用戶帶來了操作和控制的方便與靈活性。采用MATLAB GUI設(shè)計(jì)對(duì)光信息處理進(jìn)行仿真[3，4]，過程簡單，可以設(shè)計(jì)出豐富、直觀的界面。操作方便，可以直接在界面上輸入和改變參數(shù)，直觀地分析各參數(shù)的變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

1 阿貝成像原理及4f空間濾波系統(tǒng)

1873 年阿貝首次提出了一個(gè)與幾何光學(xué)成像傳統(tǒng)理論完全不同的成像概念[5]。該理論認(rèn)為成像過程包含了兩次衍射過程。這兩次衍射過程分為兩步：一是分頻；二是合成。如圖1，由物面到后焦面物體衍射光波分解為各種頻率分量，在后焦面得到物體的頻譜，這是分頻過程。由后焦面到像面各頻譜分量又合成為像。從頻域來看，要求各空間頻率成分在傳遞過程中盡可能少受影響，所得的像逼真與物。但實(shí)際上由于物鏡有限光瞳的限制，物體的頻率分量只有一部分參與了成像。一些高頻成分被丟失，因而像產(chǎn)生失真。顯然，像和系統(tǒng)傳遞的空間頻率之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。像和物的相似程度完全取決于物體有多少頻率成分能參與成像。在頻譜面上放置狹縫、小孔等光闌改變透射的頻譜，輸出像的結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化。這樣提供了一種新的頻譜語言描述信息，啟發(fā)人們用改變頻譜的手段來改造信息，即信息光學(xué)處理基礎(chǔ)。

在成像問題中，希望物與像盡可能相似，考慮的是輸入信息的各種頻率成分在系統(tǒng)中如何傳遞。而對(duì)于空間濾波更為普遍的問題在于輸入信息實(shí)現(xiàn)所期望的變換，例如去噪、特征信息的提取等。對(duì)輸入信息所包含的各種空間頻率成分施加振幅和位相調(diào)制來實(shí)現(xiàn)特定的變換，這就是空間濾波的含義。4f相干光學(xué)信息處理系統(tǒng)是傅里葉光學(xué)的一個(gè)經(jīng)典濾波系統(tǒng)，系統(tǒng)有與空域?qū)?yīng)的輸入（物平面）、輸出（像平面）平面，以及與頻域?qū)?yīng)的確定的頻譜面，在頻譜面可以安放所需要的濾波器。圖2為4f相干光學(xué)信息處理系統(tǒng)的示意圖，物面上的信息經(jīng)透鏡L1實(shí)現(xiàn)光學(xué)傅里葉變換，在后焦面（即頻譜面）上得到物的頻譜。在頻譜面放置濾波器，透射頻譜通過透鏡L2在像平面合成為改造后的像。

2 基于MATLAB GUI模擬光的空間濾波現(xiàn)象

數(shù)字圖像處理是指計(jì)算機(jī)圖像處理，圖像的光學(xué)處理方式由于實(shí)驗(yàn)條件和光學(xué)元件的限制而缺少靈活性，計(jì)算機(jī)圖像處理可以靈活進(jìn)行各種運(yùn)算，而且具有可編程、控制、分析和判斷的能力。利用數(shù)學(xué)軟件matlab GUI技術(shù)設(shè)計(jì)空間濾波界面，可以靈活選取實(shí)驗(yàn)參數(shù)，在界面實(shí)時(shí)再現(xiàn)圖像處理過程。

用MATLAB GUI設(shè)計(jì)空間濾波實(shí)驗(yàn)仿真界面：建立五個(gè)命令按鈕，三個(gè)圖像框，三個(gè)可編輯文本框；五個(gè)命令按鈕分別為低通濾波、高通濾波、方向?yàn)V波、帶通濾波和結(jié)束執(zhí)行按鈕；三個(gè)圖像框分別為原圖像框、濾波器和濾波后圖像；兩個(gè)可編輯文本框?yàn)闉V波器帶寬設(shè)置。設(shè)計(jì)界面如圖3所示，然后編寫回調(diào)函數(shù)，點(diǎn)擊“演示”控件后出現(xiàn)的用戶界面如圖4所示。

在濾波帶寬選擇下，按鈕執(zhí)行結(jié)果如圖5（a）-（e）。

3 結(jié)論

長期以來，由于信息光學(xué)課程中的概念繁多，學(xué)生對(duì)頻譜、濾波、卷積等的理解較為抽象，理論教學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)的依賴性較強(qiáng)，特別是一些光學(xué)現(xiàn)象的教學(xué)中教師一直沿襲口述筆演的教學(xué)方式，這些都給學(xué)生進(jìn)一步理解該課程帶來了諸多困難，因而信息光學(xué)的教學(xué)效果不盡人意。在這種情況下，需要用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，千方百計(jì)地為學(xué)生提供觀察、理解物理現(xiàn)象的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生的思維水平和能力。利用matlab GUI對(duì)信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，首先很好解決了真實(shí)實(shí)驗(yàn)因環(huán)境限制而不能進(jìn)入課堂的難題；其次在掌握光學(xué)理論知識(shí)和數(shù)學(xué)軟件的前提下，讓學(xué)生自主探索并通過matlab編程，去完成對(duì)知識(shí)的鞏固和拓寬；最后利用用戶對(duì)GUI界面的可控性，啟發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中的參數(shù)進(jìn)行改變，根據(jù)實(shí)際物理?xiàng)l件選擇符合要求的最優(yōu)值，并獲得最優(yōu)條件下的參數(shù)值，最后通過理論仿真來指導(dǎo)實(shí)踐，讓學(xué)生真切感受科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。

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第8篇：光學(xué)成像原理范文

關(guān)鍵詞：

顯微鏡； 掃描； 采集； 同步； 隨機(jī)噪聲

中圖分類號(hào)： O 436文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2013.05.014

引言

激光共焦掃描顯微鏡（LCSM）廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域[1]，因其具有三維成像能力和良好的橫向分辨率和縱向分辨率[24]受到了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的掃描共焦顯微鏡，一般采用光束掃描式[5]，利用兩個(gè)相互垂直的平面掃描振鏡實(shí)現(xiàn)光學(xué)切片二維掃描[6]；然而，對(duì)于超大視場的成像，光束掃描方式由于在掃描過程中使光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，會(huì)在視場邊緣產(chǎn)生球差，引起視場邊緣成像與中心成像分辨率的不一致，從而容易導(dǎo)致光斑的空間輪廓形狀凹凸不平[7]。近年來，提出了一種采用數(shù)字微鏡器件的并行共焦檢測(cè)系統(tǒng)[810]提高成像速度的方法，但是在微透鏡陣列焦平面上得到的焦點(diǎn)是非均勻分布的，產(chǎn)生了一些畸變，與理想的焦點(diǎn)發(fā)生了位移。因此，采用工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)掃描，即激發(fā)光的會(huì)聚焦點(diǎn)靜止而載物臺(tái)進(jìn)行二維或三維運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)連續(xù)掃描。這種工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)掃描方式，優(yōu)點(diǎn)是在對(duì)超大視場的逐點(diǎn)掃描成像時(shí)，可以在整個(gè)視場區(qū)域?qū)崿F(xiàn)一致的高分辨率成像，缺點(diǎn)則是成像速度慢。

為了提高成像速度，本文對(duì)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)掃描方式LCSM中傳統(tǒng)的多幀取平均的方法進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于工作臺(tái)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的LCSM系統(tǒng)，并且提出了單幀成像濾除隨機(jī)噪聲的方法。

1反射式LCSM的工作原理

圖1是設(shè)計(jì)的反射式LCSM系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)主要由幾大模塊組成，包括：光學(xué)成像模塊、光電轉(zhuǎn)換及放大模塊、機(jī)械掃描模塊、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理模塊。

其中光學(xué)成像模塊采用無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)，由于其系統(tǒng)中存在一段平行光路，在光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和像差矯正上具有一定的優(yōu)勢(shì)。入射光波為405 nm的激光，該波長不僅不會(huì)殺傷細(xì)胞，而且滿足高分辨率的要求。采用共軛技術(shù)成像，使光源、被測(cè)樣品及探測(cè)器處于彼此對(duì)應(yīng)的共軛位置上。入射激光經(jīng)過分光鏡反射后聚焦到樣品的某點(diǎn)處，由該點(diǎn)激發(fā)出來的熒光透過顯微物鏡，光束經(jīng)過分光鏡與高通濾波器后，僅有熒光波段通過，熒光通過成像透鏡聚焦于針孔處，非焦平面上的雜散光被濾掉，通過針孔的熒光被光電倍增管接收，工作臺(tái)通過作三維掃描便可以完成對(duì)光學(xué)斷層成像。

2影響LCSM分辨率的因素

2.1針孔大小及取樣間隔的選擇

針孔的大小與愛里斑的直徑相關(guān)，許多人對(duì)LCSM的三維光學(xué)傳遞函數(shù)與探測(cè)器前方針孔直徑之間的關(guān)系進(jìn)行了研究[1112]。結(jié)果表明[11]，該針孔直徑不必非常小。當(dāng)針孔直徑恰好等于一個(gè)愛里斑所成像的大小時(shí)，探測(cè)器接收到的光能量較高，既可以提高信噪比，又不會(huì)對(duì)分辨率造成特別大的影響。愛里斑經(jīng)過無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)放大后，其像的大小為：

其中，β為系統(tǒng)的放大倍率，λ為入射光波長，NA為數(shù)值孔徑。已知β=40倍，λ=405 nm，NA=0.95，根據(jù)式（1）計(jì)算得到愛里斑像的大小約為20 μm。因此，該系統(tǒng)選用20 μm針孔直徑。取樣間隔遵循的原理是奈奎斯特采樣定理，將愛里斑作為周期信號(hào)，能夠區(qū)分兩個(gè)愛里斑的取樣間隔為0.25個(gè)愛里斑直徑，將取樣間隔定位在100～125 nm之間，即可滿足還原高分辨率圖像的要求。

2.2數(shù)據(jù)分配消除隨機(jī)噪聲

隨機(jī)噪聲具有很寬的頻譜，若采用低通濾波，必然會(huì)造成圖像的高頻成分損失。傳統(tǒng)的做法是多幀平均，根據(jù)隨機(jī)噪聲互不相關(guān)的特點(diǎn)，且均值為零，可以有效的壓縮噪聲。具體的方法就是在被測(cè)實(shí)驗(yàn)樣本熒光極弱的情況下可通過多幀平均的方法來提高信噪比。盡管納米位移臺(tái)的重復(fù)精度很高（小于5 nm），但是多幀平均會(huì)使掃描時(shí)間成倍增加，為了在一次掃描時(shí)間內(nèi)完成濾除隨機(jī)噪聲的任務(wù)，提出了利用數(shù)據(jù)分配濾除隨機(jī)噪聲的方法，即在每一點(diǎn)附近采集多次，再將這些值累加或加權(quán)取平均得到該點(diǎn)的能量值。具體原理如下所述。

在任意時(shí)刻采集的數(shù)據(jù)為：

累加后的信噪比提高了K倍。

采集卡的型號(hào)是NI6120（12 bit），采樣率單位為S/s，表示每秒鐘采集的次數(shù)。最高采樣率可以達(dá)到10 000 000 S/s。當(dāng)采樣率足夠高時(shí)，可以近似認(rèn)為在一點(diǎn)處取得的平均值，就每一行而言，具體采集方法如圖2所示。

若采集范圍為50 μm，需要500個(gè)像素，工作臺(tái)掃描速度為100 μm/s，當(dāng)采樣率設(shè)置為1 000 000 S/s時(shí)，每行可以得到500 000個(gè)點(diǎn)，取樣間隔為100 nm，每個(gè)間隔內(nèi)有1 000個(gè)采集點(diǎn)可供分配，若將1 000個(gè)采集點(diǎn)都取平均，相當(dāng)于低通濾波器掩膜尺寸太大，導(dǎo)致細(xì)節(jié)被濾掉，圖像變得很平滑。為了避免這種情況，只取其中的前十分之一的數(shù)據(jù)，即100個(gè)采集點(diǎn)做加權(quán)平均，這100個(gè)采集點(diǎn)分布在10 nm范圍內(nèi)，對(duì)分辨率不會(huì)造成影響。

如圖3所示，兩幅圖均取了50次平均，圖3（a）的采樣率為10 000 S/s；圖3（b）的采樣率為100 000 S/s可以看出隨著采樣率的提高，平滑效果減弱。事實(shí)上，當(dāng)采樣率可以設(shè)置為10 000 000 S/s時(shí)，取樣平均的次數(shù)也可以增加，使均值趨于零。利用這種方法有效地濾掉了隨機(jī)噪聲，同時(shí)還保留了圖像細(xì)節(jié)。

3同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1同步采集方法研究

該系統(tǒng)選用PI公司的3軸壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)納米位移臺(tái)，型號(hào)是P545，3個(gè)軸移動(dòng)范圍均為200 μm，由于具有長量程和型面不高的特點(diǎn)，非常容易整合進(jìn)高分辨率的顯微鏡內(nèi)，并且位移精度可以達(dá)到1 nm，完全滿足高分辨成像的需要。

連續(xù)掃描是指工作臺(tái)可以從初始位置連續(xù)移動(dòng)到目標(biāo)位置，同時(shí)采集卡不間斷的采集數(shù)據(jù)，因此，工作臺(tái)與采集卡實(shí)現(xiàn)同步尤為重要。工作臺(tái)P545的單向重復(fù)性優(yōu)于雙向。因此，采用如圖4所示的單向梳狀掃描路徑，并以100 μm/s的速度運(yùn)動(dòng)的，在這個(gè)速度下運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)狀態(tài)比較穩(wěn)定。

采集卡需要工作在有限連續(xù)采集模式下，具體方法：給每一行分配一個(gè)指定大小的緩存區(qū)，當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到每一行的目標(biāo)位置時(shí)，恰好使采集到的數(shù)據(jù)填滿緩存區(qū)，讀取后清空緩存區(qū)；工作臺(tái)沿縱向只移動(dòng)步距，不采集數(shù)據(jù)。每行采集均重復(fù)此過程，采集卡在該模式下工作，沒有任何數(shù)據(jù)被覆蓋掉。除此之外，為了實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)與數(shù)據(jù)采集同步，還需將工作臺(tái)與采集卡參數(shù)匹配設(shè)置，表1列舉了一些工作臺(tái)與采集卡設(shè)置的參數(shù)，根據(jù)不同的需求，選擇合適的掃描范圍。其中，掃描范圍、掃描速度與像素?cái)?shù)目決定了成像時(shí)間，掃描范圍與像素?cái)?shù)目決定了取樣間隔，繼而影響了分辨率，表1給出的參數(shù)滿足實(shí)現(xiàn)高分辨率成像的要求。根據(jù)實(shí)際情況對(duì)分辨率的不同要求，調(diào)整表中的參數(shù)，在相同掃描范圍與像素?cái)?shù)目下，采樣率越高，賦值范圍越小，去噪效果越好。

3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為數(shù)據(jù)同步采集模塊的軟件設(shè)計(jì)流程圖。首先，設(shè)置工作臺(tái)掃描速度與掃描范圍；然后，設(shè)置采樣率，使采樣率、掃描速度和掃描范圍完全匹配，即保證工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置時(shí)，采集卡緩存區(qū)剛好被填滿，其中，循環(huán)次數(shù)由像素?cái)?shù)決定。

操作控制界面如圖6所示，主要包括光源控制模塊、采集參數(shù)設(shè)置、工作臺(tái)控制器參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)顯示模塊。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文所研究的顯微鏡實(shí)驗(yàn)裝置如圖7所示，鑒于穩(wěn)定性的要求，加工了三維支架，保證了絕對(duì)水平和垂直。為了方便尋找細(xì)胞，將分光鏡分離的另一束光成像在CCD上，并且在工作臺(tái)下方安裝了粗調(diào)X，Y兩個(gè)方向的底座。

實(shí)驗(yàn)中所采用的樣品是老鼠腦細(xì)胞，細(xì)胞的平均尺寸約為10 μm。將表1中的參數(shù)輸入軟件中，完成圖像掃描，可獲得如圖8（b）所示的共焦掃描圖像，并與蔡司寬場顯微鏡對(duì)該細(xì)胞拍攝的圖像進(jìn)行對(duì)比，如

5結(jié)論

本文研制的基于工作臺(tái)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的LCSM系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，利用有限連續(xù)采集模式，解決了機(jī)械控制與數(shù)據(jù)采集難以同步的問題，并在此基礎(chǔ)上完成了軟件系統(tǒng)的開發(fā)工作。與傳統(tǒng)的多幀取平均掃描方式相比，大大地提高了成像速度。本文所述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在納米位移臺(tái)單向掃描方式下獲得的，若納米位移臺(tái)雙向重復(fù)性好，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向掃描，還可以進(jìn)一步提高成像速度。

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第9篇：光學(xué)成像原理范文

關(guān)鍵詞：信息光學(xué)；傳統(tǒng)教學(xué)方法；現(xiàn)代教學(xué)方式

作者簡介：劉紅梅（1980-），女，山西山陰人，山西大同大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，講師。（山西 大同 037009）

基金項(xiàng)目：本文系博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012-B-04）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）31-0095-02

信息光學(xué)是在全息術(shù)、光學(xué)傳遞函數(shù)和激光的基礎(chǔ)上從傳統(tǒng)的、經(jīng)典的波動(dòng)光學(xué)中脫穎而出的一門新型學(xué)科，主要包括標(biāo)量衍射理論、光學(xué)成像系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、光學(xué)全息、空間濾波、波前調(diào)制、相干與非相干光學(xué)處理等內(nèi)容，是現(xiàn)代光學(xué)的核心部分。信息光學(xué)課是光信息科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修課程，其目的不僅要使學(xué)生掌握信息光學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)，而且還要培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)素養(yǎng)、信息素養(yǎng)等綜合能力，開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生探索和創(chuàng)新精神。因此，信息光學(xué)的教學(xué)要做到在兼顧課程特點(diǎn)、專業(yè)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，為從事光學(xué)相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。目前，信息光學(xué)的教學(xué)主要存在的問題是其教學(xué)與實(shí)際的技術(shù)、應(yīng)用等結(jié)合得比較少，聯(lián)系不緊密。盡管在課堂上有些教師也會(huì)摻雜一些實(shí)際應(yīng)用、技術(shù)等知識(shí)，但由于信息光學(xué)知識(shí)的理解過于抽象，內(nèi)容不易拓展，教學(xué)效果仍然不是很理想。因此，針對(duì)這種現(xiàn)狀，本文主要從信息光學(xué)的新型交叉學(xué)科特點(diǎn)入手，介紹了如何合理選擇、應(yīng)用不同的傳統(tǒng)與現(xiàn)代的教學(xué)方法，并結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)來更新原有的教學(xué)方法。具體來說，根據(jù)信息光學(xué)中各部分內(nèi)容的不同的特點(diǎn)（如實(shí)踐性強(qiáng)、前瞻性強(qiáng)等），采用傳統(tǒng)教學(xué)方式和現(xiàn)代教學(xué)方式相結(jié)合，以多樣化的現(xiàn)代教學(xué)方式為主的教學(xué)模式，達(dá)到激發(fā)學(xué)生積極性、教學(xué)效果最佳化的目的。

一、加強(qiáng)教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合

信息光學(xué)是一門新型應(yīng)用性課程，其一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是與實(shí)際應(yīng)用緊密相關(guān)，因此信息光學(xué)的教學(xué)應(yīng)該也應(yīng)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，不斷充實(shí)和更新教學(xué)內(nèi)容，加深同學(xué)對(duì)基本原理、基礎(chǔ)知識(shí)的理解，同時(shí)也增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。具體來說，可以帶領(lǐng)學(xué)生參觀一些相關(guān)的企業(yè)的生產(chǎn)線，通過與這些實(shí)際應(yīng)用的接觸，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的認(rèn)知和理解，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果，為學(xué)生日后從事光信息相關(guān)行業(yè)奠定基礎(chǔ)。例如，在講解空間濾波應(yīng)用實(shí)例策尼克相襯顯微鏡時(shí)，可以到企業(yè)讓學(xué)生看看策尼克相襯顯微鏡究竟是什么樣的，包含哪些部分，如何使用，以及與普通顯微鏡的區(qū)別在什么地方，并邀請(qǐng)企業(yè)的一線工程師實(shí)地講解這個(gè)顯微鏡的制作過程。有可能的話，可以讓學(xué)生親身體驗(yàn)、參與使用策尼克相襯顯微鏡觀察活體標(biāo)本的過程。這樣，不僅能讓學(xué)生感受到自己學(xué)習(xí)知識(shí)的有用性，而且在加深理解空間濾波原理的同時(shí)，拓展學(xué)生對(duì)信息光學(xué)應(yīng)用的了解。

二、教學(xué)與技術(shù)發(fā)展有機(jī)結(jié)合

信息光學(xué)作為一門新型信息學(xué)科，其相應(yīng)技術(shù)正在或者已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中。在教學(xué)中插入關(guān)于這些技術(shù)的介紹，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。例如在講解全息成像原理時(shí)，可以從人們最初從科幻電影、電視中看到的三維人物到目前已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)的3D電影入手，指出這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)就是利用三維成像技術(shù)，進(jìn)而給出三維人物或者場景再現(xiàn)的原理及過程，達(dá)到調(diào)節(jié)課堂氣氛，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的目的。此外，還可與科學(xué)發(fā)展前沿相結(jié)合，指出這種三維成像技術(shù)的應(yīng)用前景、發(fā)展動(dòng)態(tài)以及目前所存在的待解決的問題，使學(xué)生能及時(shí)了解現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的同時(shí)，嘗試培養(yǎng)學(xué)生探索新知識(shí)、新技術(shù)的能力，為后續(xù)可能從事相關(guān)行業(yè)奠定基礎(chǔ)。當(dāng)然，還要注意一點(diǎn)，對(duì)前沿內(nèi)容的引進(jìn)要適度，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、擴(kuò)充學(xué)生的視野為目的，避免過度壓縮基本內(nèi)容的學(xué)時(shí)，增加學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

三、將科學(xué)發(fā)展史融入教學(xué)

根據(jù)信息光學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，合理恰當(dāng)?shù)貙⒖茖W(xué)發(fā)展史融入教學(xué)中，給學(xué)生介紹一些概念、技術(shù)、實(shí)驗(yàn)等的產(chǎn)生、發(fā)展歷史，讓其體會(huì)到光學(xué)知識(shí)的獲得過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。在信息光學(xué)中，光的全息術(shù)有著至關(guān)重要的作用。它的出現(xiàn)，并與光學(xué)傳遞函數(shù)相結(jié)合為整個(gè)信息光學(xué)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使人類對(duì)光的認(rèn)識(shí)向前邁進(jìn)了一大步。因此，可以以光全息術(shù)理論的講解為例，來說明科學(xué)發(fā)展史如何融入教學(xué)。在開始光學(xué)全息這一章內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，從歷史背景和相關(guān)實(shí)驗(yàn)入手，以丹尼斯-蓋伯、利思和烏帕特尼克斯等人的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)、研究為主線，講述這些科學(xué)家的研究思路、實(shí)驗(yàn)分析。追蹤他們?cè)谌⑿g(shù)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程，引出光學(xué)全息的概念及發(fā)展歷程，為后續(xù)講解同軸全息、離軸全息等做好準(zhǔn)備。這不僅使學(xué)生能比較自然地接受后續(xù)對(duì)波前再現(xiàn)、記錄、同軸全息、離軸全息等知識(shí)的學(xué)習(xí)，而且使學(xué)生能整體上對(duì)全息成像有更全面深入的理解，起到了融會(huì)貫通的作用。同時(shí)，發(fā)展史的引入也會(huì)使學(xué)生體會(huì)到科學(xué)家那種堅(jiān)持不懈、不斷創(chuàng)新的科學(xué)精神，為學(xué)生科學(xué)精神的培養(yǎng)樹立榜樣，奠定基礎(chǔ)。

四、課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行有機(jī)的互動(dòng)

在信息光學(xué)某些教學(xué)內(nèi)容的講解中，需要與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互動(dòng)，采用探索式學(xué)習(xí)的方法，來提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果，加深對(duì)新知識(shí)的理解。例如在講解阿貝成像原理時(shí)，可以先讓學(xué)生進(jìn)行阿貝-波特實(shí)驗(yàn)，在透鏡的后焦平面上放置各種不同的遮擋物（如光圈、狹縫、小光屏）時(shí)，像發(fā)生了很大的變化。根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象，以提出問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的方式引導(dǎo)學(xué)生探索學(xué)習(xí)新知識(shí)。比如可以指出，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，為什么要把遮擋物放在透鏡的焦平面上，為什么放置一水平狹縫時(shí)，出現(xiàn)的像是豎直狀條紋；這種成像方式究竟?jié)M足什么規(guī)律。帶著這些疑問，老師可以就阿貝成像原理引入的新觀點(diǎn)進(jìn)行了講解，加深學(xué)生的理解，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在學(xué)習(xí)了理論上的教學(xué)之后，還可以繼續(xù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互動(dòng)，進(jìn)行阿貝成像空間實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，比如在頻譜面上放置光圈，從而加強(qiáng)學(xué)生對(duì)新知識(shí)、基礎(chǔ)知識(shí)的認(rèn)知和理解，拓展學(xué)生自我探索新知識(shí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力的同時(shí)，增強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力。

五、滲入現(xiàn)代編程技術(shù)

信息光學(xué)將傅里葉變換和線性系統(tǒng)理論引入光學(xué)中，使光學(xué)圖像可以用空間頻率的分布和變化來描述，產(chǎn)生了新的光學(xué)信息處理方式，即可以通過在頻域內(nèi)實(shí)施某種變換來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信息的各種變化處理。信息光學(xué)中空間濾波、波前調(diào)制、相關(guān)光學(xué)處理、非相干光學(xué)處理等部分就與這種光學(xué)信息處理方式緊密相關(guān)。

在這些內(nèi)容中，關(guān)于光學(xué)圖像空間頻率的概念以及空間濾波問題的理解是至關(guān)重要的，它為后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因而，在教學(xué)中，如何使學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)接收空間頻率的新觀點(diǎn)，如何使用這個(gè)新觀點(diǎn)來看到一幅光學(xué)圖像，這是亟待解決的關(guān)鍵問題。為了讓學(xué)生更容易理解、接受空間頻率的概念和空間濾波的物理過程，在教學(xué)中引入現(xiàn)代計(jì)算機(jī)編程技術(shù)，利用MATLAB軟件來實(shí)現(xiàn)空間濾波仿真實(shí)驗(yàn)，并與實(shí)際的光學(xué)實(shí)驗(yàn)相比較，使學(xué)生真正理解了空間頻率的概念以及空間濾波的實(shí)質(zhì)。具體來說，可以通過電子教案來演示如何使用MATLAB編程軟件來實(shí)現(xiàn)空間濾波的仿真步驟。首先借助相關(guān)函數(shù)將圖像、濾波器、傅里葉頻譜等用數(shù)學(xué)的方式來表達(dá)和描述，接著通過對(duì)輸入圖像的頻譜進(jìn)行調(diào)制，從而完成對(duì)輸入圖像改造和處理的數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)。同樣，也可引入MATLAB用于仿真光學(xué)圖象增強(qiáng)處理、消模糊處理、圖象識(shí)別等方面的相關(guān)介紹，這樣不但能使復(fù)雜抽象的問題形象化、具體化，而且還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)編程技術(shù)的興趣和愛好，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的。

綜上所述，與實(shí)際應(yīng)用、技術(shù)相結(jié)合，提升了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力；科學(xué)發(fā)展史的引入、應(yīng)用提升了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的興趣和效果；課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的互動(dòng)，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解；滲入現(xiàn)代編程技術(shù)，解決了信息光學(xué)課程中的抽象問題的形象化、具體化。因此，根據(jù)信息光學(xué)各部分知識(shí)的不同特點(diǎn)，合理選擇上述不同的教學(xué)方式，有助于學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)，能很大程度上提升教學(xué)效果，達(dá)到最優(yōu)化。

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