影子成像原理

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

一、实验背景

影子，是光在传播过程中遇到不透明物体时，在物体后面形成的一种光射不到的区域。影子是光的基本特性之一，也是日常生活中常见的现象。为了深入了解影子的形成原理和影响因素，我们进行了影子综合探究实验。

二、实验目的

1. 了解影子的形成原理。

2. 探究影响影子大小的因素。

3. 分析光斑的形状与形成原因。

4. 深入认识光的直线传播和小孔成像现象。

三、实验原理

1. 影子的形成原理：光在传播过程中遇到不透明物体，物体阻挡了光的传播，导致物体后面形成光射不到的区域，即影子。

2. 影子大小的影响因素：影子大小与光源距离、物体高度、物体与光源的角度等因素有关。

3. 光斑的形成原因：光斑是小孔成像现象，光通过树叶间空隙等小孔，形成太阳的像。

4. 光的直线传播和小孔成像现象：光在同一均匀介质中沿直线传播，小孔成像原理是光通过小孔时，光线在孔后聚焦，形成像。

四、实验器材

1. 白纸

2. 铅笔

3. 橡皮泥

4. 木板

5. 电筒

6. 带孔卡片 7. 尺子

8. 记录本

五、实验步骤

1. 影子形成原理实验：

（1）将木板放在阳光下，将白纸铺在木板上面。

（2）用橡皮泥将铅笔固定在白纸中央。

（3）分别在早上、中午、下午观察铅笔的影子，并记录数据。

2. 影子大小影响因素实验：

（1）将白纸放在桌子上，将笔竖直放在纸上，让电筒照在笔上，观察笔在纸上的影子。

（2）改变电筒与笔的距离，观察影子大小的变化，并记录数据。

（3）改变电筒照射的角度，观察影子大小的变化，并记录数据。

3. 光斑形成原因实验：

（1）将带孔卡片放在阳光下，将白纸铺在卡片上方。

（2）让太阳光通过卡片上的孔，观察纸面上出现的光斑形状。

（3）改变卡片与纸之间的距离，观察光斑形状的变化，并记录数据。

4. 光的直线传播和小孔成像现象实验：

（1）将白纸放在桌子上，将电筒照在白纸上。

（2）将笔放在电筒与白纸之间，观察笔在白纸上的影子。

光电成像原理论文

院系：物理学系

专业：光信息科学与技术

姓名：王世明

学号：2007113143

2 嵌入式光电成像系统及高分辨率的实现

王世明

(西北大学2007级 陕西 西安 710069)

摘要：自上世纪初人类揭示光电效应的本质以来，光电成像技术一直是成像领域的热点技术，并得到了迅速的发展。目前，光电成像技术已广泛应用于国防、航天、生物科学、化工检测、工业监控乃至日常消费等领域。本论文分析了目前光电成像系统结构和性能上的优势和不足，从提高系统移动性和集成度、突破传输受限和增强系统实时处理和分析三个方面出发，设计了一套新型的光电成像系统，并详细分析了这套系统的整体构造、软硬件设计和实现形式、调试技术和实验结果。

嵌入式技术的引入，可以大大减小光电成像系统的体积，降低功耗，提高便携性，从而扩展光电成像技术的应用领域。本论文将该系统应用于图像采集，得到了理想的实验结果。论文最后，总结了设计过程中所做的工作和创新点，同时对于系统的进一步完善和开发进行了展望。本文主要介绍了光电成像原理的发展过程及其在实际生活中的运用，为我们介绍了具体的应用及未来的发展前景。

实现成像系统的超高分辨是光电探测领域中探索和追求的重要目标。对提高天文观测、空间侦察和资源探铡的信息容量及精度具有重要意义。归纳总结了近年来国内外从光学系统结构、光电探测器及软件重建等方面对提高系统分辨能力所进行的部分研究和进展．结合本实验室在这一领城

开展的研究，时其中的一些理论及工程方法探索进行了阐述和分析，旨在为进一步实现超高分辨光电成像系统的研究提供建设性参考意见。

关键词：光电成像、嵌入式系统、ADS调试、图像采集

一．光电成像系统的发展

现代人类是生活在信息时代，获取图像信息是人类文明生存和发展的基本需要，据统计，在人类接受的信息中，视觉信息占到了60％。但是由于视觉性能

1

目录

摘 要 ........................................... 2

Abstract ......................................... 3

第一章 绪 论 .................................... 5

1.1阿贝成像的发现和其对光学信息处理的影响 ................................................................ 5

1.2阿贝成像理论在教学中的推广 ........................................................................................ 6

1.3阿贝成像理论在工程设计领域中的推广 ........................................................................ 6

第二章 阿贝成像原理与空间滤波 ................... 7

2.1 二维傅里叶变换 ............................................................................................................. 7

2.2 光学傅里叶变换 ............................................................................................................. 8

2.3 阿贝成像原理 ................................................................................................................... 8