入门篇-光学第一讲-视觉-V1
小学科学第一课视觉(课件)
小学科学第一课视觉（课件）视觉是人类感知世界的一种重要方式，对于小学生学习科学来说，视觉的认识和运用是非常重要的。
本文将从视觉的基本原理、视觉在生活中的应用和视觉的保护三个方面进行介绍。
一、视觉的基本原理视觉是人类通过眼睛感知外界事物的方式，它是由光线经过眼睛中的角膜、瞳孔、晶状体等结构折射和聚焦在视网膜上，然后由视网膜传递到大脑进行解读，最终形成图像的过程。
在这一过程中，光线的颜色、亮度、方向等因素都会对视觉产生影响。
二、视觉在生活中的应用视觉在生活中的应用非常广泛，它对于我们观察和了解世界起着重要的作用。
在日常生活中，我们可以通过视觉感知到周围的景物、人物、颜色等，从而增加对世界的认知。
此外，视觉也在许多行业和领域有着重要的应用，比如医学影像学、农业的观测和测量等。
三、视觉的保护视觉的保护对于小学生的健康成长至关重要。
以下是几个保护视觉的方法:1.保证良好的照明环境：学习和生活的环境都应该有足够的光线，避免过暗或过亮的环境对眼睛的伤害。
2.正确用眼姿势：小学生在学习和用眼过程中，应当保持正确的坐姿和用眼距离，避免长时间近距离用眼。
3.适当的休息：每隔一段时间，小学生应该进行一些眼部放松操，同时远离电子屏幕，给眼睛一些休息时间。
4.合理安排学习时间：小学生的学习时间不宜过长，每天需要适度的运动和户外活动，保持眼睛和全身的健康。
5. 饮食健康：适量摄入维生素A、C和E等对眼睛健康有益的营养素，如鱼类、蔬菜、水果等。
通过这些方法，我们可以更好地保护我们的视觉健康，使我们的眼睛能够更好地发挥作用，同时也提高了学习和生活的质量。
综上所述，视觉对于小学生学习科学来说是非常重要的。
在教学中我们应该注重培养学生对视觉的认识和运用能力，让他们能够更好地理解世界，感受科学的魅力。
同时也要关注视觉的保护，让学生养成良好的学习和生活习惯，保护自己的视觉健康。
这样，他们才能更好地学习和成长。
希望这节小学科学的第一课视觉能够引起学生们的兴趣，激发他们对科学的探索热情。
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
光学基础知识详细版
光学基础知识详细版一、光的本质光是一种电磁波，是自然界中的一种能量传递形式。
光的本质可以通过波动理论和粒子理论来解释。
波动理论认为光是一种波动现象，具有波长、频率、振幅等特性；粒子理论则认为光是由光子组成的，光子是光的能量载体。
二、光的传播光在真空中的传播速度是恒定的，约为299,792,458米/秒。
光在不同介质中的传播速度不同，这是由于介质的折射率不同所致。
当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象，即光线方向发生改变。
三、光的反射和折射光的反射是指光线在遇到界面时，按照一定规律返回原介质的现象。
光的折射是指光线在通过两种不同介质的界面时，传播方向发生改变的现象。
光的反射和折射遵循斯涅尔定律，即入射角和折射角满足一定的关系。
四、光的干涉和衍射光的干涉是指两束或多束相干光波相遇时，由于光波的叠加，形成新的光强分布的现象。
光的衍射是指光波在遇到障碍物或通过狭缝时，发生弯曲并绕过障碍物传播的现象。
五、光的偏振光的偏振是指光波的振动方向具有一定的规律性。
自然光是由无数个振动方向不同的光波组成的，因此不具有偏振性。
当光波通过某些特殊材料或经过反射、折射等过程后，可以形成具有一定偏振性的光波。
六、光的吸收和发射光的吸收是指光波在传播过程中，能量被物质吸收的现象。
光的发射是指物质在吸收光能后，以光波的形式释放能量的现象。
光的吸收和发射遵循一定的规律，如光的吸收强度与光的频率有关，光的发射强度与物质的性质有关。
七、光的成像光的成像是指利用光学系统（如透镜、反射镜等）使物体发出的光波或反射的光波在另一位置形成实像或虚像的过程。
光的成像原理是光的折射和反射现象，通过光学系统可以实现对物体形状、大小、位置的观察和研究。
八、光的测量光的测量是光学研究中的重要内容，主要包括光强、光强分布、波长、频率、相位等参数的测量。
光的测量方法有直接测量和间接测量两种，直接测量是通过光学仪器直接测量光波参数，间接测量是通过测量光波与物质相互作用的结果来推算光波参数。
透镜和视觉1PPT课件
光“点燃 ”了2021旁边的纸团-------
第6节 透镜和视觉
大脑中90％的信息来自眼睛，你 知道眼睛是如何看见物体的呢？ 先让我们学习有关透镜的知识。
32
射后折射光线平行于主光轴
2021
5、三条特殊光线 (1)平行主光轴的光经凸
F O F 透镜折射后过焦点
(2)过焦点的入射光经凸透 F O F 镜折射后平行主光轴出射
F OF
(3)过光心的光经凸透镜折 射后光路不变
完成下列光路图：
F
F
F
F
F
F
F
F
2021
S
凹透镜对光线的作用：发散
光心
焦点
主光轴
2021
辨别下列透镜:
ABCDEF
ABD
CEF
2021
一、透镜
1.透镜的种类
中央厚,边缘薄 凸透镜 中央薄,边缘厚 凹透镜
2021
不同透镜对光的作用
◆用光源对着凸透镜照射，拿一张白纸 在它的
另一侧，来回移动凸透镜或者纸，直到纸上的光 斑变得最小、最亮。 ◆换用凹透镜再做上面的实验，纸上还能得到最 小、最亮的光斑吗？
F
F
2）延长线通过虚焦点的光线经凹透镜折 射后折射光线将平行于主光轴
3）通过光心的光线，传播方向不改变。 2021
完成下列光路图：
· · ··
··
··
2021
巩固练习
4.在下列空格中填入适当的透镜：
2021
小
结
一、分类：凸透镜和凹透镜
二、概念：1、主光轴 2、光心
3、焦 点 4、焦距
三、透镜对光线的作用：
1 光与视觉的基础知识介绍
光与视觉的基础知识郭奉杰杭州浙大三色仪器有限公司人眼的视觉特性•光是一种电磁波，广义上它的波长从几个纳米至一毫米左右，而人眼所能看见的只是一小部分，通常波长范围为380nm至780nm，我们把这部分光称为可见光。
•可见光的波长不同，引起人眼的颜色感觉就不同。
单色光波长由长至短，对应的颜色感觉由红到紫。
一般认为:•红色780nm～620nm 橙色620nm～590nm 黄色590nm～560nm•黄绿色560nm～530nm 绿色530nm～500nm 青色550nm～470nm•蓝色470nm～430nm 紫色430nm～380nm•上述的范围只是根据人们的习惯大致划分。
实际上随着波长的变化，颜色是连续渐变的，没有严格的界限。
•物体分为发光体和不发光体。
•发光体的颜色由它本身发出的光谱所确定，如白炽灯发黄和日光灯发白。
•不发光体的颜色与照射光的光谱和不发光体对照射光的反射、透射特性有关。
如绿叶反射绿色的光、吸收其他颜色的光而呈现绿色；绿叶拿到暗室的红灯下观察成了黑色。
•由此可见，光是一种客观存在的物质，而色是人眼对这种物质的视觉反应白炽灯卤粉荧光灯低压汞灯三基色荧光灯三基色绿粉蓝色LED色温与标准光源•照明光源的作用非常重要，其光谱功率分布情况会直接影响被照物体的颜色。
通常的照明光源，如太阳光、日光等发的光虽然都是白光，但它们的光谱成分相差很大，用它们照射相同物体时，呈现的颜色则相差较大。
根据CIE（国际照明委员会）的规定，使用的标准光源主要有A、B、C、D、E五种，并以“色温”来表征。
65• 1. 色温•光源的色温是用来描述光源的光谱分布的物理量。
在色度学上，它通常用光源的光与绝对黑体发出的光相比较，并用绝对黑体的绝对温度来表征。
•绝对黑体是指既不反射也不透射光线，而能完全吸收入射光的物体。
当绝对黑体被加热时，能以电磁波形式向外辐射能量，其光谱能量的分布只与加热的温度有关，温度低时光谱能量偏重于长波长区，温度升高时光谱能量逐渐偏重到短波长区。
光学与视觉基础知识
2.1 辐射度学基本知识
2.1.4 辐射亮度
辐射亮度Le，表示的是面辐射源沿不同方向 的辐射能力的差异，也就是单位面积单位立体角内 的辐射通量。其计算公式如下：
Le ,
dI e dS cos
dS
d2Φe dΩ cos
（2-1）
其中，有一种特殊的辐射体，其辐射强度在空
间的分布上满足余弦关系，这种辐射体的辐射亮度 是均匀的，与方向角θ无关。太阳、漫反射面都可以 看作是余弦辐射体。
辐射强度Ie表示的是在给定方向上单位立体角 的辐射通量，辐射强度的单位是：瓦/球面度。辐射 强度反映了辐射源能量分布的各向异性的特点，也 就是说Ie随方向改变而改变。
图2-1辐射强度
光电图像处理
2.1 辐射度学基本知识
2.1.3 辐射出射度与辐射照度
辐射出度Me，指的是面辐射源的辐射能 力及单位面积的辐射通量。另外一个与之比 较相近的量辐射，辐射照度Ee，定义也基本 类似，它指的是，辐射接收面上单位面积接 受的辐射通量。它们的单位都是瓦/平方米， 计算公式也一致。但要注意它们两者之间的 区别。
（2-5）
光电图像处理
2.3 光度学的概念与物理量
2.3.2 光度量的基本物理量
表2-1 光度量与辐射度量的对应关系
辐射度量
符号
单位名称
光度量
符号
辐［射］能
Qe
辐［射］通量
或
Φe
辐［射］功率
焦耳 (J) 瓦 (W)
光能
Qv
光通量
或
Φv
光功率
辐［射］照度
Ee
瓦/平方米 (W·m-2) [光]照度
Ev
光电图像处理
2.4 色度学基础知识
光学基本知识讲座PPT课件
.
10
物像基本概念
4.同心光束与光程 ★ 一个发光点或实物点总是发出同心光束，
它与球面波相对应 ★ 一个像点如果由对应的同心光束汇聚而成，这样
的像点称为完善像点
★ 要成为完善像点，必须使入射波面与出射波面之 间光程是相等的：Σ n× d=const
n 介质折射率 d 光线所经过的实际长度
.
11
四.材料与色散
3.波像差：以波像差作为像质的评判依据，激光头物镜的设
计中常以此为评价标准；
4.光学传递函数：把物的亮度分布函数展开为傅里叶级数或
傅里叶积分，光学系统的特性就表现为它对各种频率正弦波的传
递和反应能力，于是出现了较全面评价光学系统的新的评价手段-
光学传递函数。在照相物镜设计中已得到普遍采用。
.
36
光学基本知识
两列波相遇时，必须满
足下述条件才能发生干涉：
1.频率相同；
2.振动方向相同；
3.具有恒定的相位差。
右图称为牛顿环，是光干涉 的典型例子。
.
39
二.光的衍射
波在传播过程中，
当遇到障碍物就会偏 离直线传播的现象， 犹如声音可以绕过大 墙，无线电波能够跨 越高山。光在一定条 件下也偏离直线，这 就是光的衍射。
24
像差知识介绍
像差：由光线传播定律决定，从光路实 际计算表明，
任意组合的光学系统只能对近轴物点以细光束
成像。随着视场和孔径的增大，成像光束的同
心性将遭到破坏，产生各种成像缺陷。这种成
像缺陷就是像差。
像差分类：
对单色光：球差、彗差、象散、场曲、畸变
对多色光：位置色差、倍率色差
.
25
1.球差
光学基础知识1
二、实用光学知识
光学可以说是一项实验的科学，它的每一点进展都伴随着实践的脚 步。
在中国古代就有过利用冰块来取火的记载：“削冰为球，举以向日， 可以取火。”而古希腊也有过在海战中利用镜面反射日光焚毁敌船 的传说。
• 中心点E为等能白，色坐 标为x=y=z=0.3333
• C点为正午日光色，很接 近等能白，其色坐标为： x=0.3101, y=0.3162, z=0.3737。
混色原理：加色混色
• 人的视觉只能分辨颜色的三种变化：明度，色调，饱和度。
• 由两组分组成的混合色中，如其中一个组分连续的变化，则混合 色的外貌也将连续的变化。
• 干涉：等厚干涉→牛顿环可理解为等高线，每个圈光程差为λ∕2。
• 面型误差形势判断
• 偏振：光是电磁波，是振动方向垂直于传播方向的横波。
但由于光是由无数光子集合而成，每个光子的振动方向随机分布、 机会均等，因而自然光并不表现出偏振特性。
• 但在某些特定情况下会产生偏振光，而某些器件会对光产生特殊 的偏振效果。 偏振片：只允许特定方向偏振的光通过
反射棱镜
成像公式与图解
• 对于透镜的成像关系可用下述牛顿公式进行计算：
1∕f’ = 1∕l’ - 1∕l
• 并可用下列原则作图求解 ①平行于光轴入射的光线经过透镜后通过焦点。 ②通过焦点的光线经过透镜后平行于光轴出射。 ③通过主点（透镜中心）的光线方向不变。
像面 像方焦面
物方焦面 物面
波动光学方面涉及的主要内容
清洁要求：像素尺寸 18∕1024=0.017mm • 照明——积分→起偏→分色
光学基础知识PPT课件
球面像差在镜头光圈全开或者接近全开的时候 表现最为明显，口径愈大的镜头，这种倾向愈明显。
在镜头使用上，通过缩小光圈可适当消除球面像 差。
44
球差的产生是因为理想的折射镜面不是球面，但 是为了加工方便一般都是用球面来近似，所以引起 球差。解决的方法是采用非球面技术。
45
目前主要有三种制造非球面镜片的方法： 1、研磨非球面镜片：在整块玻璃上直接研磨，这 种制造工艺成本相对较高； 2、模压非球面镜片：采用金属铸模技术将融化的 光学玻璃/光学树脂直接压制而成，这种制造工艺 成本相对较低；
41
当平行的光线由镜面的边缘(远轴光线)通过时， 它的焦点位置比较靠近镜片；而由镜片的中央通过 的光线(近轴光线)，它的焦点位置则比较远离镜片 (这种沿着光轴的焦点错间开的量，称为纵向球面像 差)。
42
由于球面像差的缘故，就会在通过镜头中心部分 的近轴光线所结成的影像周围，形成由通过镜头边 缘部分的光线所产生的光斑(光晕)，使人感到所形 成的影象变成模糊不清，画面整体好象蒙上一层纱 似的，变成缺少鲜锐度的灰蒙蒙的影像。这个光斑 的半径称为横向球面像差。
46
3、复合非球面镜片：在研磨成球面的玻璃镜片表 面上覆盖一层特殊的光学树脂，然后将光学树脂部 分研磨成非球面。这种制造工艺的成本界于上述两 种工艺之间。
47
像散
48
由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出 的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不 能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则 此光学系统的成像误差称为像散。
4
对于理想的反射面而言，镜面表面亮度取决 于视点，观察角度不同，表面亮度也不同；
一个理想的漫射面将入射光线在各个方向做 均匀反射，其亮度与视点无关，是个常量。
视觉光学知识
视觉光学知识嘿，朋友们！今天咱来聊聊视觉光学这神奇的玩意儿。
你说这眼睛啊，就像两个超级神奇的小相机，随时随地都在捕捉着这个五彩斑斓的世界。
咱每天一睁开眼，哇，各种各样的颜色、形状、东西就一股脑儿地涌进来了。
你想想看，那阳光透过树叶的缝隙洒下来，形成一片片光斑，这可不是简单的现象呀！这背后就是视觉光学在起作用呢。
就好像一场奇妙的魔术表演，光线在我们的眼睛里变来变去，最后让我们看到了这么多美好的景象。
咱平时看东西，为啥能看清楚呢？这就得归功于眼睛里那些精巧的结构啦。
那晶状体就像是一个会自动调节的镜头，能根据不同的距离把物体清晰地呈现在视网膜上。
这不就跟咱拍照调焦距似的嘛，多有意思！还有啊，颜色是怎么回事呢？这可真是个有趣的问题。
不同的颜色其实就是不同波长的光呀。
红的、绿的、蓝的，这些颜色组合在一起，就构成了我们眼中丰富多彩的世界。
你说神奇不神奇？那晚上为啥看东西就没白天那么清楚呢？嘿嘿，这就是光线不够强呗。
就好像大白天和黑灯瞎火的时候，差别那可老大了。
咱平时要是不注意保护眼睛，那可不行哦！近视了、远视了，多麻烦呀。
就好像那小相机出故障了，拍出来的东西模模糊糊的。
所以呀，咱得好好爱护这双宝贝眼睛，别老是盯着手机、电脑看个不停，时不时也得让它们休息休息。
你说要是没有这神奇的视觉光学，我们的生活得变成啥样？那肯定是一片黑暗和无趣呀！咱还怎么欣赏美丽的花朵、壮观的风景呢？所以啊，大家可别小瞧了这视觉光学，它可是我们感知世界的重要途径呢！让我们好好珍惜这双能看到美好世界的眼睛，尽情享受视觉光学带给我们的奇妙体验吧！咱可不能浪费了这么好的“礼物”呀，对吧？。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
入門篇-光學第一講入門篇光學第講視覺瞭解靈魂之窗
光通平台
視覺
光通平台
視網膜(Retina)
光通平台
光通平台
光通平台
人眼存在的兩種光感受器細胞
椎狀細胞(cone):
.專司色彩
.分別有三種椎狀細胞對紅光//分別有種椎狀細胞對紅光綠光藍光起作用.大約有七百萬個椎狀細胞,其中紅色64%,綠色32%以及藍色2%;大部分椎狀細胞(紅綠)，是在眼睛之中心窩(Fovea);中心窩是眼睛凝視時，光落在視網膜上之點。
藍色椎狀體不在中心窩，散在其它區域(暗夜中一部裝有藍色LED燈從桿狀細胞(Rod):旁經過，不需直視久可察覺有藍光存在，夜晚許多建築物喜歡用藍色的LED也是這個道理。
. 在較暗的環境下，物體呈現灰階的亮或暗影像(不具有彩色)---桿狀體專司微弱光下之視覺；桿狀體在低輝度下(0.001cd/m 2)工作。
大約有一億個桿狀細胞. 大約有億個桿狀細胞
光通平台
()
可見光波長( 380~780nm )
人眼感受到的波段
光通平台
根據國際照明學會（CIE）1983年的定義，明視覺指亮度超過幾個cd/m2（通常認為超過3 cd/m2）的環境，此時超過幾個d/（通常認為超過3d/）的環境此時視覺主要由椎狀細胞起作用，最大的視覺回應在光譜藍綠區間的555nm處
區間的555nm處。
暗視覺指環境亮度低於10-3cd/m2時的視覺，此時桿狀細胞是主要作用的感光細胞，光譜光視效率的峰值約在507nm；
光通平台
一般從白天晴朗的太陽到晚上臺燈的照明，都是般從白天晴朗的太陽到晚上臺燈的照明都是在明視覺範圍內的；
而道路照明和明朗的月夜下，為中間視覺照明；昏暗的星空下就是暗視覺了。
(Purkinje effect)：
昏暗的星空下就是暗視覺了
普金耶效應(Purkinje effect)：亮度夠時，紅花比綠葉耀眼。
亮度夠時紅花比綠葉耀眼亮度不夠時，綠葉比紅花奪人眼睛。
光通平台
視覺神經路徑
V4: 處理顏色區域
光通平台
色覺三元素
色相明度彩度色相、明度、彩度
光通平台
光通平台
光波進入人眼睛到達視網膜上時，引起的色覺具有三種色覺的三種屬性(attribute)
屬性，即「色相」、「飽和度」及「亮度」。
色相(h )色相(hue)引起視覺的色光，可能是由數種波長的光波混合而成，但正常人眼均能感受出它最接近缸、橙、黃、綠、藍、紫但正常人眼均能感受出它最接近缸橙黃綠藍紫等純光譜色中的那一種，這種屬性稱為「色相」；而最接近的光譜色，一般也稱之為色光的「色相」。
太陽光譜中各色光的色彩，可以用其波長表示。
因此單一波長的光，就稱為「單色光」。
黑色與白色都沒有色彩，介於黑與白中間的灰色也不具有色彩或者說它們的色相未定中間的灰色，也不具有色彩，或者說它們的色相未定。
光通平台
飽和度(saturation)
色彩與飽和度合稱為「色品」。
「飽和度」指的是顏色偏離灰色接近純光譜色的程度黑白灰色的飽和度偏離灰色、接近純光譜色的程度。
黑、白、灰色的飽和度最低(0%)，而純光譜色的飽和度最高(100%)。
純光譜色與白光混合可以產生各種混合色光其中純光譜色所占與白光混合，可以產生各種混合色光，其中純光譜色所占的百分比，就是該色光的飽和度。
亮度(brightness)
「亮度」指的是光所產生的亮暗感覺。
就白、黑、灰色「亮度指的是光所產生的亮暗感覺就白黑灰色而言，白色最亮，黑色則最不亮，灰色則居中。
光通平台
光通平台
光通平台
光通平台
參考文件
1.色彩學
2.照明光學.pdf
光通平台。