①光学基础知识2测试解像的基本理论
光学基础知识详细版.pptx
2. 物像关系基础公式
• 高斯公式：
p 为物距，q 为像距，f 为焦距
在一般摄影时像距其实与焦距非常接近， 但是在微距摄影时，像距则可能大于焦距，此 时放大率会超过 1。利用高斯公式其实也可以 导出放大率公式：
放大率 M﹦p/q
2. 色差
• 透镜最主要像差一般为色差，大家都知道三棱 镜会将白光分散为光谱，透镜的侧面看来其实 也像棱镜，所以会有色差，红光波长较长，结 果红光焦点就比蓝光焦点长，因此焦点不在同 一平面上，所以目镜看红光影像清晰，蓝光影 像就不清晰，反之亦然，用没有消色差的透镜 当物镜就会看到物体镶了红边或蓝边，不够清 晰。
称轴线 今后我们主要研究的是共轴球面系统和平面镜、
二、成像基本概念 1、透镜类型 正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜
会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转
负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜
发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转
2、透镜作用－－－成像
1. 焦距
在单透镜而言，如果窗外景物够远，那么透镜到倒立影像之距离 可视为焦距。如要更确实的量测，可以对着太阳在地面呈像，再 量测透镜到影像的距离。
• 要知道真正的焦距，还有一个方法，就是用物距与像距来计算， 因为物距与像距的比与物高与像高的比值是一样的，物高可以找 一个已知高度的物体，像高可以量测，物距可以量测，像距就可 以计算出来，而物距超过焦距五十倍以上时，算出来的像距已经 极接近焦距的数值。
第五节 光学系统类别和成像的概念
各种各样的光学仪器 显微镜:观察细小的物体 望远镜:观察远距离的物体
各种光学零件——反射镜、透镜和棱镜
光学系统：把各种光学零件按一定方式组合起来，满足一定的要求
光学成像及其应用知识点
光学成像及其应用知识点光学成像是研究光的传播和变换规律的一门学科，是指通过光的折射、反射、散射等现象，将物体的形象投射在感光介质上的过程。
光学成像的应用广泛，涵盖了许多领域，如摄影、望远镜、显微镜、激光技术等。
以下是关于光学成像及其应用的知识点。
1.光的折射定律：光线从一个介质进入另一个介质时，会发生折射。
折射定律规定了光线在介质之间的传播规律，即入射角、折射角和介质折射率之间的关系。
2.成像原理：成像原理是研究物体形象如何通过光学系统进行成像的理论。
光学系统包括透镜、镜面等光学元件。
透镜是用于聚焦光线的光学元件，根据透镜的形状和厚度不同，可以生成不同类型的成像，如凸透镜和凹透镜。
3.焦距和焦点：焦距是指透镜的光学焦点与透镜的主要光学属性之一，它是指透镜使平行光线汇聚到的点的距离。
透镜的两个焦点从数学上来看是对称的，光线从一个焦点经过透镜后会汇聚到另一个焦点。
4.显微镜：显微镜是一种用于观察微小物体的光学设备。
它利用透镜的成像原理放大细微的物体，以观察物体的细节和结构。
显微镜有不同类型，如光学显微镜、电子显微镜等。
5.望远镜：望远镜是一种光学设备，用于观察遥远物体。
它通过透镜或反射镜的成像原理，放大远离观察者的物体，使其能够看清远处的细节。
望远镜有分光型和反射型，分别使用透镜和反射镜进行成像。
6.橡筋相机：橡筋相机是一种简易的相机模型，用来解释光的传播和成像原理。
它由一个透镜和一个感光介质组成，透镜用来聚焦光线，感光介质记录光线的图像。
通过改变透镜和感光介质的位置和形状，可以模拟不同类型的成像现象。
7.线性畸变和非线性畸变：线性畸变是指成像中出现的比例失真，即物体的形状和大小在成像过程中发生变化。
非线性畸变是指成像中出现的形状失真，即物体的形状在成像过程中发生变形。
这些畸变可以通过适当的光学设计和校正技术来减小或校正。
8.激光技术：激光是一种具有特殊性质的波长狭窄、相干性好的光束。
激光技术在光学成像中有广泛的应用，如激光打印、激光切割、激光医学等。
光学教程知识点总结
光学教程知识点总结光学是物理学的一个分支，研究光的产生、传播、探测和应用。
光学的研究对象包括光的发射和吸收、光的传播、光与物质的相互作用等。
光学在现代科学技术领域中具有非常重要的地位，并且在日常生活中也有着广泛的应用。
下面将对光学的一些基本知识点进行总结。
一、光的波动特性1. 光的波动模型光是一种电磁波，具有波动特性。
光的电场与磁场互相垂直并在空间中传播，这两个相互垂直的场构成了横波。
光的波动模型可以用来解释光的干涉、衍射等现象。
2. 光的波长和频率光的波长是指在空间中波峰到波峰（或波谷到波谷）之间的距离，通常用λ表示。
光的频率是指单位时间内波峰通过的次数，通常用ν表示。
光的波长和频率之间有着确定的关系，即λν=c，其中c是光速。
3. 光的干涉和衍射当光通过两个或多个狭缝时会产生干涉现象，即光的波峰和波谷相遇，会相互叠加和抵消。
光的衍射是指光在通过狭缝或物体边缘时发生偏离直线传播的现象。
4. 光的相位和相速光的波动模型中，相位是指光波在空间中的位置，可以用来描述光波的相对位移；相速是指光波传播的速度，是光波正弦波前进速度的大小。
二、光的粒子特性1. 光的光子理论20世纪初，爱因斯坦提出了光子的概念，认为光呈现出波粒二象性，既可以看作是波动，也可以看作是微粒。
光子是光的能量的量子，具有一定的能量和动量。
2. 光的光电效应光的光电效应是指当光照射到金属表面时，会引起电子的逸出现象。
如果光的波长小于一定值，金属才会发生光电效应。
光电效应的现象可以用光子理论来解释。
3. 光的康普顿散射康普顿散射是指X射线或γ射线与物质发生散射的现象。
康普顿发现，X射线与物质发生散射时，散射光子的波长发生变化，这一现象可以用光子理论来解释。
三、光学成像1. 光学成像理论光学成像是指利用光的传播特性，通过光学系统将物体的信息传递到感光介质上，形成物体的像。
根据成像原理，可以分为点成像和像差的理论。
根据成像方向，又可以分为远成像和近成像。
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第一章几何光学基本定律与成像概念1、波面：某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面成为波阵面，简称波面。
光的传播即为光波波阵面的传播。
2、光束：与波面对应的所有光线的集合。
3、波面分类：a)平面波：对应相互平行的光线束（平行光束）b)球面波：对应相较于球面波球心的光束（同心光束）c)非球面波4、全反射发生条件：a)光线从光密介质向光疏介质入射b)入射角大于临界角5、光程：光在介质中传播的几何路程l与所在介质的折射率n的乘积s。
光程等于同一时间内光在真空中所走的几何路程。
6、费马原理：光从一点传播到另一点，期间无论经过多少次折射和反射，其光程为极值。
7、马吕斯定律：光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
8、完善像：a)一个被照明物体每个物点发出一个球面波，如果该球面波经过光学系统后仍为一球面波，那么对应光束仍为同心光束，则称该同心光束的中心为物点经过光学系统后的完善像点。
b)每个物点的完善像点的集合就是完善像。
c)物体所在空间称为物空间，像所在空间称为像空间。
10、完善成像条件：a)入射波面为球面波时，出射波面也为球面波。
b)或入射光为同心光束时，出射光也为同心光束。
c)或物点A1及其像点之间任意两条光路的光程相等。
11、物像虚实：几个光学系统组合在一起时，前一系统形成的虚像应看成当前系统的实物。
12、子午面：物点和光轴的截面。
13、决定光线位置的两个参量：a)物方截距：曲面顶点到光线与光轴交点A的距离，用L表示。
b)物方孔径角：入射光线与光轴的夹角，用U表示。
14、符号规则a)沿轴线段：以折射面顶点为原点，由顶点到光线与光轴交点或球心的方向于光线传播方向相同时取证，相反取负b)垂轴线段：以光轴为基准，在光轴上方为正，下方为负。
c)夹角：i.优先级：光轴》光线》法线。
ii.由优先级高的以锐角方向转向优先级低的。
iii.顺时针为正，逆时针为负。
光学知识点整理及解题技巧详解
光学知识点整理及解题技巧详解一、光的传播和折射定律光的传播和折射是光学中的基本概念。
光在同种介质中传播是直线传播，而在介质之间传播时则会发生折射。
根据光的传播和折射定律，可以解决一些与光线在不同介质中传播相关的问题。
1. 光的传播定律光在同种介质中传播的路径是直线。
这一定律在光学中被广泛应用，例如解释物体的成像原理以及光的衍射现象等。
2. 光的折射定律光线从一种介质射向另一种介质时，会发生折射。
根据折射定律，光线入射角和折射角之间的正弦比等于两种介质的折射率的比。
这一定律在解决折射问题时非常有用。
二、光的反射和透射光线在遇到不同的界面时会发生反射和透射现象。
根据光的反射和透射定律，可以解决一些与光线在界面上的反射和透射相关的问题。
1. 光的反射定律光线在遇到界面时会反射回去，遵守反射定律。
根据反射定律，入射角和反射角相等，并位于同一平面。
这一定律可以用于解决镜面反射问题。
2. 光的透射定律光线从一种介质经过界面进入另一种介质时，会发生透射。
根据透射定律，入射角、折射角和两种介质的折射率之间存在一定的关系。
这一定律适用于解决光线通过透明介质的问题。
三、光的偏振光的偏振是光学中的重要概念，它表示光波在某个特定方向上的振动方式。
光的偏振特性对于解决一些与偏振相关的问题非常重要。
1. 偏振光的产生偏振光可以通过一些特定的方法产生，例如透过偏振片、反射等。
在解决偏振光问题时，需要考虑光波的振动方向和光的传播方向。
2. 偏振光的传播偏振光在不同介质中传播时，会发生吸收和转动等现象。
在解答与偏振光传播相关的问题时，需要考虑光波在介质中的吸收情况以及透射光的偏振方向变化。
四、解题技巧在解决光学问题时，以下是一些常用的解题技巧。
1. 明确已知条件和需要求解的量在解题过程中，需要清楚地明确已知条件和需要求解的量。
这包括光的折射率、入射角、折射角，以及光的传播路径等。
2. 应用光学定律和公式根据已知条件和需要求解的量，应用光学定律和公式来推导出答案。
光学基础知识
轴向色像差：指的是光轴上的位置，因波长不同产生不同颜色有不同焦点的现象。由于不同色光焦距 不同，物点不能很好的聚焦成一个完美的像点，所以成像模糊。
倍率色像差：指由于不同色光焦距不同，所以放大率不同，引起的映像倍率改变，画面边缘部分明暗交 界处会有彩虹的边缘。
人眼的视网膜上有两种光感受器：视杆细胞和视锥细胞。 视杆细胞的非常灵敏，在很暗的光照下还能工作，但不能区别颜色，在较暗的环境亮度下主要是视杆细胞的 活动，称暗视觉； 视锥细胞不够灵敏，只有在较强的光照下才能工作，能区别颜色。在明亮的环境中主要是视锥细胞的活动，称 明视觉； 在中等亮度范围，两种感光细胞均参与视觉称间视觉。 正常眼睛的明视距离是250毫米。
视觉系统的空间分辨能力常用视敏度来表示，其定义为眼能够分辨的最小细节所对应的视角(以分为单位)的倒 数。
正常人眼的视敏度约对应视角1‘～30“。 物体两端对眼睛光心所张的角（即视角）不能小于1‘角度，否则人眼无法分辨该物体。
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(2)、镜头焦距 镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大；
(3)、拍摄距离 距离越远，景深越大；距离越近，景深越小。
光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；
景深的实际拍摄照片 ---------- 只改变镜头光圈和快门速度
光圈f/2.8 曝光时间1/125 s
光圈f/5.6 曝光时间1/30 s
场曲在望远镜中表现比较明显，但是害处较小，我们使用望远镜很明显可以看到边缘成像不如中心，这种边 缘模糊就主要是场曲和彗差的综合作用，其中场曲是主要的。
场曲和彗差都与视场大小有关，视场越大则越严重，所以现代望远镜不是很追求广角设计。在视场较小的天 文望远镜中，场曲和彗差就要轻微得多。
物理光学基础知识点清单 2024高考总结及题型讲解
物理光学基础知识点清单 2024高考总结及题型讲解光学是物理学的一个重要分支，它研究光的传播、成像以及光与物质相互作用的规律。
在2024年的高考物理考试中，光学是一个非常重要的考点。
本文将为大家总结物理光学的基础知识点，并对可能出现的题型进行讲解。
1. 光的传播特性光是一种电磁波，具有波粒二象性。
在传播过程中，光线按直线传播，遵循反射、折射、散射等规律。
2. 光的折射规律当光从一种介质射向另一种介质时，会发生折射现象。
折射规律由斯涅尔定律给出，即入射角的正弦与折射角的正弦之比为两种介质的折射率之比。
3. 光的反射规律当光从一种介质射向同种介质的边界表面时，会发生反射现象。
反射规律由伦琴定律给出，即入射角等于反射角。
4. 光的色散现象光的色散是指光在经过某些介质或光的传播过程中发生频率分离的现象。
常见的色散现象有正常色散和反常色散。
5. 光的干涉和衍射光的干涉是指两束或多束光相遇时，相互加强或相互抵消的现象。
光的衍射是指光通过孔径或者绕过障碍物后发生的偏离和扩散现象。
6. 光的偏振现象光的偏振是指光波中的振动方向在特定平面内进行的现象。
常见的偏振现象有偏振光的产生和偏振光的特性。
以上是物理光学的基础知识点，接下来我们将对可能出现的高考题型进行讲解。
1. 单选题单选题是一种常见的题型，考查基础知识的理解和运用。
例如，以下题目：【例题】光从光密介质射向光疏介质时，下列说法正确的是：A. 光的速度增加B. 光的频率降低C. 光的振动方向改变D. 光的波长变短正确答案为C，光的折射会导致光的振动方向改变。
2. 判断题判断题是一个考查基本原理理解和判断能力的题型。
例如，以下题目：【例题】光的反射规律是由斯涅尔定律给出的。
正确答案为错，光的反射规律由伦琴定律给出。
3. 计算题计算题是一个考查计算能力和物理公式运用的题型。
例如，以下题目：【例题】一束入射在玻璃-空气界面上的光线，入射角为45°，折射率为1.5。
大学《光学教程》复习要点
第一章几何光学1几何光学基本定律：光在均匀介质里沿直线传播2光的反射定律：光的入射角等于反射角3光的折射定律任何介质的折射率都等于光在真空中的传播速度c与光在该介质中的传播速度v的比值。
n=c/v绝对折射率4光的独立传播定律多束光传播时互不干扰5光路可逆定理光程费马定理费马原理的严格表述：光在传播过程中总是沿着光程为极值的路径传播。
沿着光程为极值的路径传播有三种情况：恒定值、最小值和最大值。
成像的基本概念光线的基本叫光束在均匀介质中，各光线从同一点发出或聚焦于(反向聚焦于)同一点的光束称为单心光束；点光源发出的是单心光束单心性的保持与破坏在光线传播路径中的若干反射面和折射面组成的光学系统叫做光具组。
物方空间与像方空间物与像的概念实物虚物实像虚像判别各种像光线在射到光具组前表面之前存在会聚点，称为实物光线在射到光具组前表面之后，其延长线会聚为一点的，称为虚物光线经光具组后表面射出后会聚一点，所形成的像称为实像；光线经光具组后表面射出后，反向延长会聚一点所形成的像称为虚像光的平面反射（保持光束单心性）全反射光的平面折射（破坏光束的单心性）光的折射的特殊情况，光垂直入射此时有个“相似深度”发生全反射现象的原因：1入射角大于或等于临界角光由光疏介质入射到光密介质全反射临界角。
符号法则新笛卡儿法左负右正，下负上正(1)光线和主轴交点的位置都从顶点算起，凡在顶点右方者，其间距离的数值为正；凡在顶点左方者，其间距离的数值为负。
物点或像点至主轴的距离，在主轴上方为正，在下方为负。
(2)光线方向的倾斜角度都从主轴(或球面法线)算起，并取小于π／2的角度。
由主轴(或球面法线)转向有关光线时，若沿顺时针方向转，则该角度的数值为正；若沿逆时针方向转动的，则该角度的数值为负(在考虑角度的符号时，不必考虑组成该角度两边的线段的符号)光的球面折射：光焦度：上式右端仅与介质的折射率及球面的曲率半径有关，因而对于一定的介质及一定形状的表面来讲是一个不变量，我们定义此量为光焦度，以Φ表示，代表折射面对光线的方向改变的能力。
光学测试技术复习资料讲解
光学检测原理复习提纲第一章 基本光学测量技术一、光学测量中的对准与调焦技术1、对准和调焦的概念(哪个是横向对准与纵向对准？) P1对准又称横向对准，指一个目标与比较标志在垂轴方向的重合。
调焦又称纵向对准，是指一个目标像与比较标志在瞄准轴方向的重合。
2、常见的五种对准方式。
P2 压线对准，游标对准。
3、常见的调焦方法最简便的调焦方法是：清晰度法和消视差法。
p2 二、光学测试装置的基本部件及其组合1、平行光管的组成、作用；平行光管的分划板的形式（abcd ）。
P14 作用：提供无限远的目标或给出一束平行光。
组成:由一个望远物镜（或照相物镜）和一个安置在物镜 焦平面上的分划板。
二者由镜筒连在一起，焦距 1000mm 以上的平行光管一般都带有伸缩筒，伸缩筒 的滑动量即分划板离开焦面的距离，该距离可由伸 缩筒上的刻度给出，移动伸缩筒即能给出不同远近 距离的分划像（目标）。
2、什么是自准直目镜（P15）（可否单独使用？），自准直法？一种带有分划板及分划板照明装置的目镜。
Zz 自准直：利用光学成像原理使物和像都在同一平面上。
3、；高斯式自准直目镜（P16）、阿贝式自准直目镜（P16）、双分划板式自准直目镜（P17）三种自准直目镜的工作原理、特点。
P15—p17（概念，填空或判断）1高斯式自准直目镜缺点--分划板只能采用透明板上刻不透光刻线的形式，不能采用不透明板上刻透光刻线的形式，因而像的对比度较低，且分束板的光能损失大，还会产生较强的杂光。
2阿贝式自准直目镜---特点射向平面镜的光线不能沿其法线入射，否则看不到亮“+”字线像。
阿贝目镜大大改善了像的对比度，且目镜结构紧凑，焦距较短，容易做成高倍率的自准直仪。
主要缺点：直接瞄准目标时的视轴（“+”字刻度线中心与物镜后节点连线）与自准直时平面（a ）"+"字或"+"字刻线分划板； （b ）分辨率板； （c ）星点板； （d ）玻罗板镜的法线不重合；且视场被部分遮挡。
光学讲义(含答案)
k b
解：因为 sin k
（4）光栅衍射（P227） 光栅方程： d sin
b
所以b=
= sin k sin 1
j
例题 17： 用白光垂直照射光栅时,能在 30 方向上观察到波长为 550nm 的第二级谱
7
光学·李佩
线,求光栅常数 d。
j 2 550nm = =2200nm 1 sin 2 例题 18：波长为 600nm 的单色平行光垂直照射到光栅，第二、三级条纹分别出现 解：因为d sin j 所以d=
1
P＇
光学·李佩
（4） 薄透镜成像问题（P37） 例题 5：在像方焦距为 10cm 的会聚透镜后面 20cm 处，垂轴放一平面镜；请问当
物放在透镜前何处， 才能使它发出的光线经透镜折射，平面镜反射最终再经透镜 折射后出射光线为平行于主轴的光线? r 解：由题可知f=10cm， f= 。 2 1 1 2 高斯公式为 ' S S r F＇ 因为最终的出射光线要平行于主光轴， O N
1 =k 2 2
例题 13：平面复色光垂直照射厚度均匀的油膜，油膜是覆盖在玻璃板上的，在
1 700nm 和 2 500nm 两波长处， 反射光呈相消干涉， 并在该两波长之间无另外
波长的相消干涉， 已知油膜和玻璃的折射率分别为 n1 1.3 和 n2 1.5 ，求油膜的厚 度。
O
所以该球面镜为凹面镜
15cm
如果虚物在镜后15cm处，即S=15cm
例题 3：一发光点位于凹球面镜前 10cm 处，镜面的曲率半径为 16cm，求像距。
解：由题可知，物距S=-10cm，r=-16cm 1 1 2 高斯公式为： ' S S r 代入可得像距为S＇=-40cm
光的成像与光学仪器知识点总结
光的成像与光学仪器知识点总结在我们的日常生活中，光学现象和光学仪器无处不在。
无论是我们所使用的眼镜、望远镜，还是我们常见的相机、显微镜等等，都离不开光学的基本原理和知识。
本文将对光的成像和光学仪器的相关知识进行总结和概述。
一、凸透镜的成像原理及公式凸透镜是常见的光学仪器，它的成像原理可由薄透镜公式表示。
薄透镜公式是描述凸透镜成像的基本方程，它可以将物体和像的距离、物的高度和像的高度联系起来。
薄透镜公式为：1/f = 1/v - 1/u其中，f是凸透镜的焦距，v是像的距离，u是物的距离。
凸透镜成像的规律可以通过一些实例来说明。
例如，当物距u大于2f时，像总是倒立、缩小、实像；当物距u等于2f时，像位于焦点处，无限大；当物距u小于2f但大于f时，像仍然是倒立的，但变成放大、实像；当物距u等于f时，像位于无穷远处，无放大率。
这些规律可以帮助我们更好地理解凸透镜成像的原理。
二、光的折射定律光的折射是指光线从一种介质射入另一种介质时发生偏折的现象。
光的折射定律是描述光在折射过程中的行为的基本规律，它可以用一个简洁的公式表示：n1 * sinθ1 = n2 * sinθ2其中，n1和n2分别表示两种介质的折射率，θ1和θ2表示光线和法线的夹角。
通过光的折射定律，我们可以解释很多光学现象，例如光的弯曲、光的色散、棱镜的工作原理等等。
三、光学仪器：显微镜显微镜是一种重要的光学仪器，它用于放大微小的物体，以便我们能够观察更加细微的结构和细节。
显微镜的主要组成部分包括物镜、目镜和光源。
在显微镜中，物镜起到放大物体的作用，它具有较短的焦距和较高的放大率；目镜则起到放大物镜像的作用，提供给我们一个放大后的视觉。
物镜像和目镜像的放大率可以相乘，从而得到总的放大率。
此外，显微镜还有调焦装置、光源、聚光系统等等，这些组件共同作用确保显微镜的工作正常。
四、光学仪器：望远镜望远镜是另一种重要的光学仪器，它主要用于观测远处的物体和天体。
光学基础知识测试解像度的基本理论MTF
右图为MTF随着空间线条的增加而减少的情形
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水平和垂直的测试范围
由于多数的镜头是圆形，因此测试线条 除了可以是直的测试垂直象限的表现外， 也可以测试纵向线条来表示水平象限。所 以，透过数据的整理绘制成图之后，我们 大致上可以看出以下四种模式：
8
这样的线条模式，代表其锐利度和 对比非常的好，MTF值几乎没有 衰减。
4
原本充足的反差可以很容易辨识出两条线 来，而当空间频率加大时，也就是线条越 紧密时，反差也逐渐缩小，终于反差衰减 到全部变成灰色，再也分辨不出黑白条纹 来，就表示镜头的解像力已到极限（如上 图所示）。
5
USAF 1951
早期的镜头精细度还没有达到现代的标准时， 解像力测试图可以说相当的简单，甚至使用 今日家庭用的打印机设备都可以轻易复制。 最早的标准 MTF 系列中，首推USAF1951，这是 美国空军于1951年开发出来，主要适用于侦 照设备的检测，后来成为民用镜头与显微镜 的测试标准。根据测试标的设备来拍摄以下 MTF 测试图，可以得到两种数据:对比和锐利 度，再根据计算线条密度 和 MTF 之间的关 系，我们就可以将数据转换成下图：
10
ISO12233 /WG18解像力测试图
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随着时代的进步 ISO12233 也必须跟着改 变，方能跟上日新月异的器材表现。最新 版解像力测试图（上图）已经推出，这张 名为 Digital CINE Camera Resolution Chart 同样是根植于 ISO12233 标准而建 立。除了保有原来的测试标准外，也针对 未来数字影像器材的发展，扩大展图比例， 同时也囊括了更高分辨率的判读元素（针 对千万画素以上 DSLR），CINE 图展达 60 cm x 144cm。
考试复习几何光学
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3.1 照相系统和光阑
一、照像系统的基本结构
由照相镜头、可变光阑和感光底片组成
照相系统的基本结构图
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二、 孔径光阑的位置对光束的选择
入瞳：孔径光阑经其前面的透镜或透镜组在光学系统物空间成的 像称为，是入射光束的入口
光学系统的作用： 对物体成像，扩展人眼的功能，由若干个光学元件组成。 完善像点与完善像： 若一个物点对应的一束同心光束经光学系统后仍为同心光 束，该光束的中心即为该物点的完善像点。完善像是完善 像点的集合。 物空间和像空间： 光轴和共轴光学系统： 各光学元件表面曲率中心的连线为光轴。
5
实物成实像
实物成虚像
焦距间关系
d f1 f 2
'
d f1 f 2
'
24
M
M’
∽
M F H
' ' '
∽
'
I 2 H 2 F
'
'
'
I 2 H 2 F
' 1
∽
f1 f 2
' '
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三、无限远轴外像点对应的物点
关于各种光学仪器成像原理详解
关于各种光学仪器成像原理详解几何（光学）是光学设计的基础，要做好光学设计必须懂得一些光学仪器的成像原理，今天光电资讯为大家整理了一些关于各种光学仪器成像原理内容。
光学成像利用折射、反射等手段将物的信息再现。
成像是几何光学研究的核心问题之一。
实像与虚像、实物与虚物1，物和像都是由一系列的点构成的，物点和像点一一对应。
2，实物、实像的意义在于有光线实际发自或通过该点，而虚物、虚像仅仅是由光的直线传播性质给人眼造成的一种错觉，实际上并没有光线经过该点。
3，物和像具有相对性，虚实之间也可以进行转换。
等光程面和严格成像理想成像的基本要求是满足同心光束的不变性，并且从整个物和像的对应关系看，还必须要满足物像间的相似性。
空间上各个点之间的相互位置要一一对应，同时每一对物像点的颜色要一一对应。
要求成像的光学系统不产生畸变，没有像差、色差等。
理想光具组是严格成像的必要条件。
投影仪投影仪的结构投影仪的关键参数亮度：家用一般2000-3000 ANSI 流明（辐射光学部分细讲）标准分辨率（真实分辨率或物理分辨率）对比度：明暗区域最亮的白色和最暗的黑色之间的不同亮度层级的测量（人眼一般接近2000:1）投射比：投影距离D / 画面宽度W。
（越小说明在相同距离下，投射的画面越大）计算投影和幕布大小、距离之间的最佳关系。
投射比一般在1.5-1.9之间，小于1时一般称为短焦镜头，小于0.6称为超短焦。
投影幕布一般用对角线的英寸数来标识，需要根据长宽比进行折算。
关于投影的幕布选择玻珠幕，表面增加了光学晶体玻璃球的涂层。
特点是画面有鲜明的焦点感和活力，增益高、视角小。
而最大的特点是“光线回归性”，即反射光线沿入射光线的方向返回，这也是增益高的一个原因，对光线有一定的“收集”效果。
白塑幕，直接采用粗白纹面料，不做表面处理。
特点是能把投影机的性能，原原本本的表现出来，不加修饰，增益低、视角很大、颜色自然。
照相机照相机的最简结构—箱式照相机特点：无反光镜，直接取景对焦。
光学基础知识测试解像度的基本理论
光学基础知识测试解像度的基本理论目录一、光学基础知识概述 (2)1. 光学基本概念 (2)1.1 光的产生与传播 (4)1.2 光的物理特性 (5)1.3 光学系统组成及功能 (6)2. 光学基本原理 (8)2.1 光的折射、反射与衍射 (9)2.2 光的干涉与衍射理论 (10)2.3 光的偏振现象及原理 (11)二、解像度基本理论 (12)1. 解像度概念及意义 (13)1.1 解像度定义与分类 (14)1.2 解像度在光学应用中的重要性 (15)2. 解像度影响因素分析 (16)2.1 光学系统分辨率限制因素 (17)2.2 物体特征尺寸对解像度影响 (19)2.3 环境因素及系统误差影响 (20)三、光学系统测试技术与方法 (21)1. 测试技术概述 (23)1.1 光学系统测试基本原理 (24)1.2 常见光学测试方法及特点 (25)2. 测试系统搭建与调试过程 (26)2.1 测试系统组成及原理 (27)2.2 系统调试流程与注意事项 (28)四、解像度测试实践与分析 (30)一、光学基础知识概述光学是研究光的传播、感知和控制规律的学科，是物理学的一个重要分支。
在光学领域，解像度是一个重要的概念，涉及到光学系统的成像质量和分辨率。
掌握光学基础知识是理解解像度基本理论的前提。
光的本质：光是一种电磁波，具有波粒二象性。
光的粒子性表现为光子，而光的波动性则表现为光的干涉、衍射等现象。
光的传播：光在均匀介质中沿直线传播，当遇到物体时，会发生反射、折射等现象。
光学系统：光学系统是由透镜、反射镜等组成的系统，用于调控光的传播方向、聚焦等。
光学成像：光学系统通过调整光路的参数，将物体发出的光形成图像。
成像的质量受到光学系统性能、光源、物体等多种因素的影响。
解像度是衡量光学系统成像能力的重要指标之一，决定了光学系统对物体细节的分辨能力。
理解解像度的基本理论需要掌握光学基础知识和相关的物理概念，包括光的传播规律、光学系统的性能参数等。
光学设计中必备的理论基础
实际光学系统的成像是不完善的，光线经光学系统各表面传输会形成多种像差，使成像产生模糊、变 形等缺陷。像差就是光学系统成像不完善程度的描述。光学系统设计的一项重要工作就是要校正这些像差， 使成像质量达到技术要求。光学系统的像差可以用几何像差来描述，包括：
• 看一看：照片上的色彩有什么问题吗？
对白光成像的光学系统，由于材料对不同波长的色光折射率不同，使各色光线具 有不同的成像位置和倍率。
a. 光线传播方向：从左向右
b. 线段：沿轴线段 ( L,L',r ) 以顶点 O 为基准，左“ - ”右“ + ” 垂轴线段 ( h ) 以光轴为准，上“ + ”下“ - ” 间隔 d(O1O2) 以前一个面为基准，左“ - ”右“ + ” c. 角度：光轴与光线组成角度 ( U,U' ) 以光轴为起始边，以锐角方向转到光线，顺时针“ + ”逆时针“ - ”
角度放大率 γ 返回本章要点 讨论：
描述折射前后一对光线与光轴 夹角之间的关系
当 n,n’一定， l 不同，则 β 不同当 l 一定(l’一定)时，β 为常量。 β>0 时，y,y’同号，成正像，否则成倒像,|β|>1 时，|y’|>|y|, 成放大像，否则成缩小 像 α>0, 像移动方向与物移动方向相同一般 α≠β，立体物与像不再相似 β、α、γ 之间的关系 拉氏不变量 返回本章要点
2 ． 细小平面以细光束经折射球面成像： 对于细小平面，认为像面弯曲可以忽略，平面物 —— 》平面像，完善成像 以下仅针对细小平面以细光束成像加以讨论。 3 ．细小平面以细光束成像的三种放大率与拉氏不变量
横向放大率（垂轴放大率）β 轴向（沿轴）放大率 α
利用三角形相似和阿贝不变量
光学实验基础知识
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9、 千万要注意在做实验的过程中观察与 分析实验过程与现象，尤其是出现与预期 现象反常的特殊现象，应及时将现象记录 或存储下来，向指导教师请教或分析；
10、 使用完仪器设备后应当及时整理，放 回原处或加罩防护，防止灰尘污染。
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3.
O′
α
y′
2α
2α
OO
y
α
f′
分划板
透镜
平面镜
物平面与反射镜平面相对位置影响实像的位置， 例如：分光计的调节就是利用自准直光路实现光轴与 主轴的垂直。 应用：自准直目镜。
阿贝整理目p镜pt
高斯目镜
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（二）三棱镜分光光路
复色光→棱镜 →单色光 同一棱镜对不同波长的光具有不同的折射率。（针
（4）测量结束后， 应用 保护套罩好仪器。
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（五） 单色仪
（六）摄谱仪
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（七）光源 1.热辐射光源 基于热辐射原理，白炽灯，灯丝加热到白炽状态而发光。 连续光谱，功率较低，碘钨灯，溴钨灯。 2.气体放电光源 电流——气体介质——放电发光。 低压汞灯：小于1个大气压工作，在可见光区产生4条明
用光路图表示为
（1），若望远镜向下偏，由图：
若偏斜严重将得不到像
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若偏斜不严重，由图
像点P将会在物S的下方， 现象为十字叉丝将向下偏
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（2）若望远镜上偏：
现象为：
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叉丝上偏
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棱镜下偏：
现象为：
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ISO12233 /WG18解像力测试图
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?随着时代的进步 ISO12233 也必须跟着改 变，方能跟上日新月异的器材表现。最新 版解像力测试图（上图）已经推出，这张 名为 Digital CINE Camera Resolution Chart 同样是根植于 ISO12233 标准而建 立。除了保有原来的测试标准外，也针对 未来数字影像器材的发展，扩大展图比例， 同时也囊括了更高分辨率的判读元素（针 对千万画素以上 DSLR），CINE 图展达 60 cm x 144cm。
这张图表示镜头的解像力表现相当好， 但红虚线(40 lp/mm)的异常下降告诉 我们，这个镜头对结构细腻的对象拍 摄仍有它的极限。
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此图的曲线告诉我们，这个镜头 有好的解像力，因为曲线下降的 斜率较缓。但对比较差 (蓝色的 实线和虚线（5 lp/mm）MTF值低 于 90%)
这样的表现，代表您可能需要多花点 钱买个好镜头才是。
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?不同年代的解像力测试图：
左：NBS 1963A Microcopy Target / 右：NBS 1952 Resolution Target
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? 因此，MTF发展了几十年，同样的所翻拍 的样图也不断的在跟着演进，已符合目前 一般拍摄状况时的实际需要。我们看PIMA /
ISO Camera Resolution Chart ISO12233 /
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ISO12233 标准解像力测试图
PIMA / ISO Camera Resolution Chart ISO12233 / WG18
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? 既然已经有了 MTF方式可以判断相机和镜头的解 像力，为什么还要发展不同的解像力测试方法 呢？MTF理论经过千锤百炼，验证无误！但关键 却出在拍摄的样版图上！由于单纯以线条所组 成的MTF测试图，本质上就受制于输出设备的极 限，当高达千万画素的 DSLR 推出时，例 如:Nikon D2X 或 Canon EOS 1Ds MKII 等，其 拍摄解像力就已经超越传统底片的表现（过去 定义传统135mm底片约为千画画素）。换言之， 当设备的进步开始超越 USAF1951 和 ISO12233 的极限时，该测试其实就已经不存在相对上的 意义。
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锐利度和反差的对比 「空间频率 / Spatial frequency」由小----------->大
(原始尺寸）1 （1X放大）2. （3X放大）3.
模拟拍摄 ISO12233以目测法判断相 100％的反差比，只有在理想 镜头解像力较差，但
机镜头的解像力
状态下才可能出现。
对比反差尚可。
解像力和反差均无法比对 （表示镜头已达极限）
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右图为MTF随着空间线条的增加而减少的情形
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水平和垂直的测试范围
? 由于多数的镜头是圆形，因此测试线条 除了可以是直的测试垂直象限的表现外， 也可以测试纵向线条来表示水平象限。所 以，透过数据的整理绘制成图之后，我们 大致上可以看出以下四种模式：
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这样的线条模式，代表其4
?原本充足的反差可以很容易辨识出两条线 来，而当空间频率加大时，也就是线条越 紧密时，反差也逐渐缩小，终于反差衰减 到全部变成灰色，再也分辨不出黑白条纹 来，就表示镜头的解像力已到极限（如上 图所示）。
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USAF 1951
?早期的镜头精细度还没有达到现代的标准时， 解像力测试图可以说相当的简单，甚至使用 今日家庭用的打印机设备都可以轻易复制。 最早的标准 MTF 系列中，首推USAF1951，这是 美国空军于1951年开发出来，主要适用于侦 照设备的检测，后来成为民用镜头与显微镜 的测试标准。根据测试标的设备来拍摄以下 MTF 测试图，可以得到两种数据:对比和锐利 度，再根据计算线条密度 和 MTF 之间的关 系，我们就可以将数据转换成下图：
②.对比指示条（Contrast Indicator)-- 用于显 示在空间频率不同下的对比状况。
③.对角线解像力条 （Diagonal Res)-- 45度倾 斜的对角线解像力条 。
④.中央对焦区 (Center Focusing Area)-- 两种 不同频率的同心圆，协助对焦。
⑤.水平解像力条 （Horizontal Res) ---可目测 镜头对水平影像的解像力。 ISO12233 标准解像力测试图
WG18 就是很好的例子，这个时期的解像力 图已针对模仿实际场景做了调整，不仅线 条改以双曲线逼近制作，格式也不再清一 色是直线和横线了。请注意到上面用红色 号码标记的五个点，为此图特有用于目测 解像力之性能：
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①.垂直解像力条 (Vertical Res)--- 可目测镜 头对垂直影像的解像力。
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?SFR 美系测量的新标准 新名词 SFR！Spatial frequency response
测试解像力的基本理论MTF
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?镜筒测试有两大项目：解像力和色彩。 测试解像力简单的说就是量度，计算影像 从清晰→模糊之间的转换点，受光学，材 料和其他种种的因素，每一个镜头，每一 台相机都有其分辨能力的极限。解像力测 试就是应用科学的方法将这个极限找出来。
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?首先，我们来看看几个重要的基础理论。 为了可以清楚的计算解像力的数据，目前 使用历史最悠久，也同时是最多人采用的 就是MTF=Modulation Transfer Function(调 制传输函数)为基础的测试程序。MTF主要 是引进反差对比的概念来测定镜头解像力。 使用者必须对『空间频率/Spatial frequency 』这个概念进行了解。所谓空间 频率就是1mm的宽度中（或是等宽的其他单 位），正弦浓度变化反复有几次的意思。 （请想象空间频率如同海浪一样的波型变 化）。
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? 新版 Digital CINE Camera Resolution Chart 加上了 Sector Star Target 可以测试散光 效果。 WG18图不仅可以满足直接目测来评估 解像力的效果（部分线条细达0.1mm，几乎 等同人发粗细），也同样的可借用计算机 软件的协助，计算出不同位置的SFR值。