再添两支蜡烛效果更好——“平面镜成像”案例分析

对于"平面镜成像"的教学,凭着以往的经验以及以前的教学后记可知,学生记住平面镜成像的特点比较容易,但要真正灵活运用却有困难.学生虽然知道像与物体的大小相等,但还是根深蒂固地认为:人离镜子越近,像就越大;镜子越大,像也越大.也就是学生并没有真正理解平面镜成像的规律,只是靠机械的记忆.如何改变学生的错误认识呢?我作了以下尝试.     

魔术中的平面镜

 平面镜是我们生活中常用的物件,它所成的像与原物体关于镜面对称,与原物大小相等、左右相反,镀银很好的光洁平面镜几乎能将入射光全部反射,用眼睛是看不见这样的平面镜的,看见的只是镜框或镜子的边缘,以及一切映在镜子里的像---但镜子本身是看不见的。我们看见的物体是因为物体表面的漫反射。看室内平面镜中的场景就像透过窗户看隔壁的房间一样,只是所看到的是本室的情景。魔术表演中的道具里常隐藏着镜子,正是利用镜子本身看不见,看得见的只是镜子里反映的物体这个特性。在许多魔术表演中常巧妙地利用平面镜来产生令观众意想不到的奇妙效果。     

基于多级微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪:原理及数据处理

介绍了一种基于多级阶梯微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的原理及数据处理方法.仪器利用一块多级阶梯微反射镜取代传统迈克尔逊干涉仪中的动镜以实现静态干涉,通过摆镜扫描使目标物体成像在不同的子阶梯反射面上从而获得目标物体不同光程差的干涉信息.某一时刻,目标物体经摆镜与前置成像系统后在平面镜与多级阶梯微反射镜上形成两个一次像点,两个一次像点被平面镜和多级阶梯微反射镜反射之后经后置成像系统最终成像在探测器焦平面上.平面镜与多级阶梯微反射镜之间的高度差会使到达探测器的两束光的光程差不同,因此探测器焦平面上可以获得目标物体的二维空间信息及一维干涉信息.根据多级阶梯微反射镜参数及光学系统设计参数计算得到摆镜步进角度为0.095°.利用实验获得的三维数据立方体进行了图像拼接与光谱复原.针对子阶梯反射镜存在宽度差异的问题,提出了一种基于极坐标霍夫变换的图像分割方法.为缓解拼接全景图中的间断线效应,将图像变换到HSI颜色空间并插值拟合其亮度分量后再变换回原空间.对拼接后的干涉图像进行了降维、去直流、寻址、切趾、相位校正、傅里叶变换及光谱分辨率增强等处理,完成了光谱复原工作.复原光谱分辨率为194 cm-1,优于设计指标(250 cm-1).     

两个平面镜成像的规律

对两个有一定夹角的平面镜成像问题的研究,是单个平面镜成像知识的扩展和延伸,两个平面镜成像的现象存在于我们生活中,只要我们稍加留意就不难发现它.因此,研究这一现象,发现它的规律也具有实际意义.先对成像过程及相关名称作简单介绍.如图1所示,设M,N两平面镜镜面夹角为θ(0<θ<180°),两镜面被纸面所截,且均垂直于纸面.AA′和BB′是两镜及其延展面跟纸面的交线,O点是这两直线的交点(也是三面交点).今在两镜面间的纸面上任一位置放一个小物体S(可视为一个点),线段SO跟M镜面的夹角∠SOA=α,跟N镜     

单目多视点立体图像提取及应用

设计并实现了一种基于广角相机和平面镜的单目多视点立体图像摄像系统,给出了硬件装置的设计指标和优化方法;同时,在研究了硬件系统的标定方法基础上,实现了其在三维测距方面的应用。多枚平面镜构成的对称斗型腔体被放置在广角相机前面,物体光线经过不同平面镜反射后,投影到相机图像平面的不同区域,在相机投影平面上生成物体多个影像,形成单目多视点投影图像。该类图像等价于视点不同的多幅图像,可以使用多视点立体视觉算法实现三维测量。     

基于多级微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪:原理及数据处理（英文）

介绍了一种基于多级阶梯微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的原理及数据处理方法。仪器利用一块多级阶梯微反射镜取代传统迈克尔逊干涉仪中的动镜以实现静态干涉,通过摆镜扫描使目标物体成像在不同的子阶梯反射面上从而获得目标物体不同光程差的干涉信息。某一时刻,目标物体经摆镜与前置成像系统后在平面镜与多级阶梯微反射镜上形成两个一次像点,两个一次像点被平面镜和多级阶梯微反射镜反射之后经后置成像系统最终成像在探测器焦平面上。平面镜与多级阶梯微反射镜之间的高度差会使到达探测器的两束光的光程差不同,因此探测器焦平面上可以获得目标物体的二维空间信息及一维干涉信息。根据多级阶梯微反射镜参数及光学系统设计参数计算得到摆镜步进角度为0.095°。利用实验获得的三维数据立方体进行了图像拼接与光谱复原。针对子阶梯反射镜存在宽度差异的问题,提出了一种基于极坐标霍夫变换的图像分割方法。为缓解拼接全景图中的间断线效应,将图像变换到HSI颜色空间并插值拟合其亮度分量后再变换回原空间。对拼接后的干涉图像进行了降维、去直流、寻址、切趾、相位校正、傅里叶变换及光谱分辨率增强等处理,完成了光谱复原工作。复原光谱分辨率为194cm~(-1),优于设计指标(250cm~(-1))。     

像再次成像的条件分析及讨论

以平面镜以及平面镜与凸透镜组合为例,对像再次成像的条件进行讨论,以加深学生对成像概念的理解.     

筷子变粗了还是变细了

观察下面两幅照片,我们不难发现图1显示水中的筷子比实际筷子粗了,而图2却显示水中的筷子比实际筷子细了.这是为什么?我们从水面上看水中的物体,看到的是物体的像,而不是实际的物体.这是由于光线从水中射向空气时发生了折射.折射成像为什么不和平面镜一样     

相交平面镜成像规律的再研究

运用初等数学的相关知识及中学物理光的反射定律,研究得出任意位置的物体通过互成任意角度的两个平面镜所成的像的位置及个数的规律,并介绍此规律在教学中的应用.     

究竟能成多少个像

在物理教学杂志、课外辅导习题册上常会遇到这样一道光学选择题：两相交平面镜反射面间夹角恰为６０°,在其中任一位置放置一点光源Ｓ．那么,它所成的像共有［Ｃ］ Ａ．３个 　Ｂ．４个 　Ｃ．５个 　Ｄ．６个 答案是 Ｃ．５个．有些竞赛辅导书上还给出了特殊角（如９０°、６０°、４５°、３０°等）成像个数计算式：（３６０°／θ）－１（θ为两相交平面镜反射面特殊夹角度数）． 如果两相交平面镜反射面间夹角θ是任意角,如 ５５°、４０°、３６°……,能成多少个像哪？究竟有没有规律哪？我进行了实验研究,得到了如下结论： １…     

关于双平面镜成像特性的研究

引言 双平面镜的成像机理较简单,但对于成像个数的讨论较为繁琐,文献[1]给出了在360&#176;/θ（θ为双平面镜的夹角）为整数时成像个数的计算方法;笔者认为该计算方法有其不完善和不确切之处．本文将对双平面镜的成像规律、成像个数进行讨论,并给出普遍适用的成像个数计算方法．     

基于数字微镜器件的压缩感知关联成像研究

将数字微镜器件(DMD)应用于压缩感知(CS)关联成像,在该成像方案中,只需用无空间分辨能力的桶探测器,并结合相应的算法就能得到物体的像;将此成像方案应用于多光谱成像,仅需用线列探测器就能得到物体多光谱像,简化了多光谱成像探测的光电记录过程.通过对关联成像和CS理论的介绍阐明了成像原理.在实验平台上搭建演示装置,分别用...     

单孔径多通道超分辨成像光学系统（英文）

提出了一种光学合成孔径成像系统,该系统将多个平面反射镜前置在主成像镜头之前,与主成像镜头共同组成光学系统的"主镜",通过对同一目标的多个视场通道的收集成像到主镜头的焦平面上,获得多个同一目标的像,之后再经过小透镜阵列将这些多个同一目标的像准直,在其后用大孔径的光学系统收集准直后的多个同一目标的不同通道的光束,获得同一目标的合成孔径图像.主镜头的多个视场观测同一目标,各个视场称之为不同的通道.该方案采用平面镜拼接形成主镜,平面镜可用于组装成大口径的望远镜并获得高分辨率图像,使得望远镜得到轻量化,并进行实际的光学系统和实验验证.外场实验获得了多幅外景图片,证明所获多通道图片为超分辨图像.     

单像素探测频谱重构成像理论分析

迄今为止,基于频谱重建的单像素探测成像技术没有提供一个比较全面的理论基础,因此,本文对此成像技术进行了比较详细的理论分析.分析了若干因素对成像重建的影响,包括对来自成像物体散射光的直接探测,或间接探测即物体的散射光顺次经过多个漫射面漫射后由探测器探测;多通道探测即物体的散射光分别沿几个不同路径、各自经几个漫射面顺次漫反射后由探测器探测;探测器尺寸和位置.理论分析结果表明,无论是直接探测还是间接探测,无论是单通道探测还是多通道探测,只要能接收物体的散射光,就能够重构成像;探测器面积对成像重建的影响相当于位于不同位置的多个点探测器探测重建像的叠加.为了加快成像重建速度,导出了三步相移频谱重建公式.对表面光强反射率均匀的物体,采用三步相移技术,给出了成像重建结果.     

物、像速度关系初探

有关运动物体经透镜成像时,物体的运动速度和其像的运动速度之间的关系,定性的讨论在一些刊物上已有零星的出现,这些文章都没能就物和像的移动速度之间给出一个确定的函数关系。本文将分别就凹透镜和凸透镜在近轴光学条件及物体的运动速度远远小于光速的条件下成像时,物、像的速度关系作些探讨。1 凹透镜成像时,物、像速度关系     

几何光学的物与像

 学习几何光学必须弄清物和像的意义和区别.物一般指实物,即发光物体(有直接发光物体和间接发光物体),在研究光具组的成像问题时,还会产生虚物的概念.像又有实像和虚像之分.在研究几何光学的成像问题时,弄清上述概念是很重要的.     

自准法测薄透镜焦距实验中的干扰像

自准法测凸凹薄透镜焦距的光路图如下．该方法简单易行，物理图象清晰，不失为薄透镜焦距测量的好方法．原则上，作反光用的平面镜M和待测透镜之间的距离不大影响成像的清晰度，但平面镜过远会因反射成像时对其法线方向要求变严而使成像变暗．因此，一般认为为使成像亮度较高，测凹透镜焦距时，应尽量使平面镜M高物屏P近一些，凸透镜L；高物屏P的距离以凸透镜焦距的2倍为宜．实验表明这种选法可能会在物屏P上出现干扰像，即不是经平面镜M反射的光形成的等大倒立的实像，结果使约15％的学生产生错误测量．即使是自准法测凸透镜焦距，也往…     

Stokes参量数字全息法实现相位物体成像

为实现对相位物体的无损检测和成像,克服数字同轴全息相位物体成像技术在消除零级像和孪生像的干扰时存在的系列问题,提出一种基于Stokes参量的新的数字同轴全息技术。该方法区别于传统的利用干涉光场来记录原始像项的数字全息方法,通过测量物参光合成光束的Stokes参量来分别得到这两束光的振幅和相位差,从而准确、唯一地获得原始像项;再利用数字再现即可重构物光的振幅和相位信息。实验中对弱吸收的相位样品进行了测量,得到样品清晰的振幅和相位分布。结果表明,采用该方法对相位物体进行数字全息再现,可以克服传统同轴全息图中零级像和共轭像对相位物体信息的严重干扰,对于提取相位物体的振幅和相位信息是可行和有效的。     

飞秒互相关时间选通技术用于光学层析成像的实验研究

利用飞秒互相关二次谐波信号时间选通技术。实现了对埋藏在高度散射介质中物体的透射成像和反射以析成像。互相关选通门有效地选出携带物体信息的弹道光子和蛇行光子，排除了给成像带来背景噪声的温射光子，分别获得了散射介质中物体的二次谐波一维和二维图像。     

运用Geogebra软件模拟水中月亮像的大小和位置

对于水面上飞翔的小鸟,平静的水面可以看做平面镜,但是对于月亮等硕大的物体,地球表面水面的弯曲程度相当可观,不应该作为平面镜来处理,所以月亮在水面上成的像的大小应与月亮本身大小不同.用Geogebra软件通过作图进行分析得到水中的月亮实际很小,距离我们实际很近,只是看起来和天上月亮一样大而已的结论.