光学成像原理篇1
一、引言
《光电成像原理》是光信息科学与技术等专业的一门专业选修课。《光电成像原理》是一门研究光电成像转换、存储、传输的学科[1-4]。通过本课程的学习，可以使学生了解和掌握光电成像技术的基础理论及其器件的工作原理，并对光电成像特性进行分析。一方面为相关行业和研究领域的人才培养提供专业知识教育，另一方面利于学生个人拓展视野，了解本专业的专业特点，及为未来的职业规划提供参考。
《光电成像原理》课程既要把课程特点和专业性质结合起来，如何深入浅出的在传授知识的同时，提高学生的学习能力，为个人的深造或是未来工作打下全面、坚实的基础，同时也为相关行业的发展添砖加瓦。
二、现有教学手段效果分析
（一）由问题引出教学内容
大学生不同于中小学生，“填鸭式”的教学方式是不可取的。发挥学生的主观能动性，启发学生去提出问题，并想要去寻求答案。由问题带动教学内容的出现，并在教学内容中找到答案，获取新的知识，将实际问题与理论知识联系起来，能够使所学知识记忆更加牢固。例如，CCD成像器件和真空管型成像器件，你见过吗，用过吗？它们的异同在哪，工作原理有什么不同呢？解决这样一个问题，学生不仅能够了解到不同成像器件或摄像器件的特点，也更容易去理解它们的工作原理。
（二）课前回顾与复习
大学生学习有自己特点，课后很少复习，而且到课率也不能保证。因此，在本课程的授课过程中，每一节课开始时都设置了回顾环节，主要内容为回顾上一次的内容。一方面，可以帮助听过课的学生回忆和巩固，特别是有助于基础和学习效率相对较低的学生获得较好的学习效果。另一方面，对于缺课的同学，可以填补缺失内容，比较好的做到前后知识的衔接。从学生的在该过程中流露出的申请和反应来看，该措施起到的效果还是不错的。
（三）学生授课与习题讲解
学生的主观能动性的调动有多钟方法，而采取学生与学生互动的方式可能比老师的直接参与效果更好。课程结束时利用2课时的时间，安排几位平时学习的不错的学生讲解习题。在学生准备ppt的过程中，能够体会到教师备课的不易，更加珍惜自己的讲解机会并端正学习态度。几位同学在讲解的过程中，学生听的也会比较专心和仔细，有的抱着学习的态度，有的抱着挑错误的态度，但不管是哪种心态，最终都取得了比较好的听课效果。
（四）课外小论文
课本知识是有限的，教师的知识积累和能力也是有限的。因此，课堂教学是远远不够的。现在很多学生对于专业的认同感不够，一方面是因为所学知识太窄、太浅，另一方面是没有找到自己的兴趣点。结合本课程的内容，布置课外小论文，主题可以是你感兴趣的根本课程相关的内容。一个简单的作业，锻炼了学生搜集信息的能力、完成完整格式论文的能力，并且还拓展了自己兴趣点和知识面。
三、学生意见与建议调查
大学生的课堂教学没有应试的压力，因此教学效果的检验方式也就更加的丰富多样化。授课对象对教师授课内容、形式和方法的评价显得特别重要。在最后一次课程结束时，在所有授课学生中做了一个调查，可以自由发挥，想提什么意见都可以。
调查结果显示，现有的教学方法和手段基本都得到了学生的认可。课前回顾与复习，有一位学生表示有点浪费时间。综合考虑大的授课集体，学习能力较好和学习比较勤奋的学生还是比较少的，因此这个方式值得继续延续下去。对于学生授课与习题讲解的方式，受到了学生的好评。很大比例的学生主动提出，觉得这个方式新颖有效，能够提高同学们的学习积极性，并且实施效果较好。课外小论文的形式也基本得到认可，部分学生通过这个方式，对相关领域有了新的深入了解，并且进一步提高了学生对本专业的认同度。
在现有的教学方法和手段的基础上，学生还提出了新的意见。例如，在课堂教学中引入视频或实物教学，以更加直观生动的方式让学生们去发现问题并寻求答案，并获得知识。
这门课是专业课，同学们迫切想要了解现在的研究动态、市场行情及相关企业的情况。这样对学生们的继续深造，研究领域的选择，或者今后职业的选择，能起到一定的指导作用。因此，在今后的教学中应当适当补充该方面的信息和知识。
部分同学还对考核方式提出了反对意见，建议开卷考试。结合实际情况，可操作性，以及大多学生的意见，专业课的闭卷考试的考核形式应该会继续保持。
还有些意见是关于课程安排的。比如开设与理论课同步匹配的实验课，做到理论联系实际，加深对概念理解的同时，也提升学生的实际动手能力。另外，部分同学还提出将该门课提前开设，既可以有效地学习到专业知识，又不会与后期的考研或者找工作的时间安排相冲突。
光学成像原理篇2
关键词“鬼像”；“次像”；平板玻璃；视场
中图分类号o439文献标识码a文章编号1673-9671-（2013）012-0243-01
在某电视测角仪调试中发现有鬼像产生，当鬼像亮到一定程度时，会影响到测角波门对弹标的正常捕获。因而引起对鬼像产生原因的分析，和消除鬼像产生措施研究的重视。
1光电观测器电视系统
1.1电视系统的结构组成
光电观测器电视系统由成像组件和自检组件两部分组成。成像组件又由物镜和CCD摄像机组成；自检组件则由平板保护玻璃、反光棱镜、反光镜、自检物镜、自检分划板、聚光镜、照明光源等组成。见图1。
图1电视系统结构组成图
1.2电视系统的工作原理
光电观测器电视系统承担着测试导弹飞行角偏差的任务，它首先通过物镜和CCD摄像机将外界场景和弹标光源的图像，经光电转换以标准视频信号输送给测角电路进行图像数据处理，得到导弹飞行的俯仰和方位角偏差信号，并经编码用于制导导弹，最终使导弹精确命中目标。自检系统是在导弹发射前将一个位于自检分划板上的光点，经自检物镜、反光镜、反光棱镜、物镜成像在CCD摄像机靶面上的预定位置，检查预定位置发生的变化，为确定系统能否进行正常工作提供依据。
2问题分析
2.1光学系统鬼像来源
任何光学系统，由于多种原因，都存在一些非预定光线最后投到成像面上，这些光线统称杂散光，它是影响光学系统正常成像的有害光束。大部分杂散光并不在像面上成像，而在像面上产生一个亮的背景，使图像对比度下降，影响成像质量；还有一些高亮度的目标，会在像面上形成鬼像（也称次像）。鬼像比主像要弱，而且在像面上与主像成轴对称。
理论分析和经验表明，电视系统“鬼像”产生的根本原因在于光学系统中有平板玻璃，尤其在物镜前存在平板玻璃。平板玻璃表面的多次反射会使物体在像面上成自身像之外，还会成—鬼像，该鬼像往往较弱，不易被觉察，而当物体很亮时，鬼像就比较明显，尤其在电视测角仪里，弹标是一个亮度很强的目标物体，因此它的鬼像会影响到波门对弹标的正确捕获。
2.2解剖分析
在理论分析的基础上，我们认识到在该产品的电视系统物镜前的确存在平板玻璃，它为产生鬼像创造了条件。进一步在产品上通过几个简单的试验发现：①取掉该平板保护玻璃，则“鬼像”消失；②摆动平板保护玻璃，则图像不动，“鬼像”发生会移动。这些简单的现象足以说明了理论分析的正确，更加明确了处于物镜前的平板保护玻璃是产生“鬼像”的根源。
2.3试验验证
为了确定平板玻璃与鬼像的关系，我们制定了下述详细试验：将一块平板玻璃放置在一台可移动、可转动的工作台上，并将该工作台上置于产品电视系统物镜和一台能产生强光源目标的平行光管之间，平板玻璃基本垂直光轴放置：
试验①：将平板玻璃移入/移出光路：发现平板玻璃移出时“鬼像”消失，移入时“鬼像”出现。确定了平板玻璃是“鬼像”产生的根源。
试验②：平板玻璃与物镜光轴基本垂直放置时，水平或者俯仰摆动平行光管：发现“鬼像”与原目标图像呈轴对称状态存在。
试验③：平板玻璃沿X（垂直于光轴水平方向）、Y（垂直于光轴垂直方向）、Z（光轴方向）三轴方向移动：发现平板玻璃无论如何平移，目标原图像与“鬼像”位置均保持不动。
试验④：平板玻璃绕光轴旋转：发现当平板玻璃放置与物镜光轴基本垂直时，绕Z轴（光轴）旋转平板玻璃，目标原图像与“鬼像”在轴上重合，位置基本保持不动；如果平板玻璃放置与光轴不垂直时，那么绕光轴旋转平板玻璃，目标原图像不动，而“鬼像”将以与平板玻璃旋转的同方向、同角速度画园旋转，园的半径随不垂直度的增加而增加。
试验⑤：平板玻璃绕与光轴垂直的X轴或者Y轴转动：发现当平板玻璃分别绕X轴或者Y轴转动时，目标原图像并不移动，而“鬼像”与平板玻璃转动方向同向移动，直到从画面边沿移出视场。如果目标原图像在画面中央，那么当平板玻璃绕X轴或者Y轴转动到与光轴（Z轴）垂直时，“鬼像”将与目标原图像重合。
2.4分析及验证结论
通过以上的理论分析、解剖分析及试验，从理论及实践上均
说明了，当平板玻璃倾斜角大于最大半视场角时，“鬼像”即可移到可见视场之外，以克服“鬼像”带来的不利影响。
3该产品“鬼像”的解决方案
试验表明，当平板玻璃倾斜角大于最大半视场角时，“鬼像”即可移到可见视场之外。为避免太阳光及其“鬼像”进入到系统当中，物镜前的平板保护玻璃一般采取前倾办法。
根据产品平板保护玻璃在系统中，即对内部起保护作用，又是自检组件中反光棱镜的固定支撑体的特点，解决“鬼像”的方案应该保证：①保留平板保护玻璃，使“鬼像”移出视场之外；②不能改变自检光路走向，保证反光棱镜反射面空间位置不变。
为此，解决方案具体为：平板保护玻璃前倾，使视场内亮目标产生的“鬼像”移出视场之外，倾斜角度不小于最大视场角之半，倾斜角大约为0.75倍视场角即可；为了保证反射面空间位置不发生改变，反射棱镜胶合面随着倾斜角同向等角度变化就可以了。本产品前倾角选为2°。
该方案经过模拟试验，确保了进入电视视场的任何强光源目标均不会在视场内出现“鬼像”。而且减少了太阳光对系统的影响。
参考文献
[1]付跃刚，刘智颖，张磊，等.机载激光通讯系统的杂散光分析[J].仪器仪表学报，2006，27（6）：684-688.
[2]谭吉春，景峰，朱启华，等.多通道放大器腔内杂散光[J].强激光与粒子束，2000，12（2）：159-163.
[3]徐昌杰，权贵秦，编.应用光学.
[4]崔宏滨，李永平，编.光学.
作者简介
李玲（1961—），女，大专，工程师，主要从事光学结构技术工作。
光学成像原理篇3
关键词：显微测量；超分辨图像复原；圆孔边缘判据；核孔膜
中图分类号：o439文献标志码：adoi：10.3969/j.issn.1005-5630.2016.05.002
文章编号：1005-5630（2016）05-0383-05
引言
数字显微图像测量是重要的微结构横向尺寸非接触测量方法[1]。目前用于显微测量的主要设备有扫描隧道显微镜、电子显微镜、原子力显微镜、光学共焦显微镜和普通光学显微镜。其中，扫描隧道显微镜、原子力显微镜、电子显微镜横向分辨力具有纳米级横向分辨力，其图像能够直接用于微结构的横向尺寸测量，但这些设备造价昂贵、操作复杂、测量时间长，适于计量标定使用。光学共焦显微镜横向分辨力比普通光学显微镜提高了1.4倍，且具有独特的三维成像能力，是重要的微结构三维尺寸测量仪器，但光学共焦显微镜属于相干成像系统，其图像不能直接采用超分辨复原等处理方法，横向分辨力难以进一步提高，加之扫描成像速度较慢，造价较高，也不适于用作在线实时工业测量设备[2]。普通光学显微镜成像速度快，图像处理算法丰富，成本低廉，特别适合在线实时工业测量设备。但是，受卷积效应影响，微结构的光学边缘与微结构的物理边缘不一致[3-4]。建立准确的微结构边缘判据，依据光学图像精确确定微结构的边缘是普通光学显微成像测量的关键[5]。常规的边缘检测方法首先采用固定阈值或动态阈值对图像进行分割，然后再通过二值化来确定边缘，或者利用边缘检测算法求取数字图像梯度来确定边缘。但受显微镜分辨力影响，直接采用原始图像测量，精度难以满足需求[6]。
本文利用0.550μm单色光作为照明光源对圆孔结构显微成像，然后利用超分辨复原算法处理原始图像，消除衍射效应影响，提高圆孔结构图像分辨力，并依据超分辨后图像建立圆孔图像的边缘判据，探测圆孔边缘，进而测量直径，提高了对微米级圆孔直径的光学显微测量精度。该方法能够实现对圆孔结构快速、准确的显微图像测量。
由图5可见，测量误差随着采样间隔的变大而变大，为保证测量结果准确性，应采用小的采样间隔。当图像归一化采样间隔小于1（当λ=0.550μm，nsinu=0.40，约0.2μm）时，测量误差小于0.2（当λ=0.550μm，nsinu=0.40，约4.4nm）。常用图像传感器的像元尺寸和物镜参数能够满足归一化图像采样间隔要求。
4核孔膜核孔测量实验
核孔膜是具有理想圆孔形状、尺寸均一的过滤薄膜，广泛用于膜分离（即过滤）、安全识别、防伪等领域[10]。核孔孔径是决定核孔膜过滤性能的核心参数，在化学腐蚀工序中亟需在线快速测量手段以精确控制圆孔孔径[11]。核孔孔径范围为零点几微米到十几微米。常规光学显微测量方法不能准确测量其孔径。以参数为λ=0.550μm、nsinu=0.40、m=10×，图像传感器像元尺寸10μm（对应归一化图像像素尺寸vΔ=0.4570，约vairy/8）的光学显微镜作为测量设备，利用超分辨复原方法实现了对图6所示名义值为6μm（vd≈27.4）直径核孔的测量。核孔膜准确孔径由扫描电子显微镜得到，为6.268μm，测量不确定度为0.083μm（3σ）。核孔膜光学显微图像如图7所示。
图7中超分辨复原图像比原始图像更为清晰，便于观察；二值化图像便于对核孔膜进行分析、测量和计数。由二值化图像得到孔径测量结果为6.35μm，测量不确定度为0.08μm，与扫描电镜测量结果相符，误差为0.08μm。实验中图像处理和孔径测量时间小于30s，较为准确地测量了核孔直径，适用于较大孔径核孔化学腐蚀过程中在线测量以及核孔膜产品质量快速检查。
5结论
通过对圆孔显微图像的超分辨复原，本文建立了圆孔复原图像的边缘判据ie=0.399，实现了对核孔膜核孔的精确探测和准确孔径测量，为核孔膜产品的生产过程检测和产品质量分析提供了低成本、精度满足需要、快捷易用的新方法。本方法也可以用于针孔等样品的直径测量。
参考文献：
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光学成像原理篇4
关键词：数轴模型；凸透镜成像；照相机；投影仪；放大镜；规律；涵义
光学知识的应用，历年来，无论在毕业考试还是中考都是必考内容。凸透镜成像规律及其应用，是光学中的重中之重，一直都是初中物理教学中的重点和难点。本人利用数学中的“数轴模型”，把抽象的凸透镜成像规律及其应用，直观地反映在数轴图像的不同区域，加深了学生对凸透镜成像规律的深刻理解，有效地提高了学生对重点知识的得分率，较为轻松地解决了本章教学的重点和难点。现介绍如下：
一、数轴图像的建立
沿水平方向画一条数轴，数轴的原点设在凸透镜的中心，用“o”表示，并代表凸透镜的光心。在光心位置竖直放置一个凸透镜，在数轴上标出间距等于一倍焦距的特殊点F、2F（如下图所示）。
二、由数轴图像得规律（数轴图像以下简称“图像”）
1.照相机原理：物体放在凸透镜2倍焦距以外，得到倒立、缩小的实像。观察图像理解其原理的涵义有四点：
（1）照相机的物体在二倍焦距以外（u>2f），像一定在一倍焦距和二倍焦距之间（f
（2）照相机的物距大于像距（u
（3）照相机的像是呈在光屏（胶片）上，所以是实像且是倒立的。
（4）照相机的物距增大时，像距一定减小，物距减小时像距一定会增大（简记：u与v变化相反）。
2.投影仪原理：物体在凸透镜一倍焦距和二倍焦距之间，得到放大的倒立的实像。观察图像理解其原理的涵义有四点：
（1）投影仪的物体在一倍焦距和二倍焦距之间（f
（2）投影仪的物距小于像距（u
（3）投影仪的像是呈在光屏上的，所以是实像且是倒立的。
（4）投影仪的物距增大时，像距一定减小，物距减小时像距一定增大（简称：u与v变化相反）。
3.放大镜原理：物体放在凸透镜一倍焦距以内，得到放大正立的虚像。观察图像理解其原理的涵义有四点：
（1）物体放在一倍焦距以内（uu的范围内。
（2）放大镜的像距大于物距（v>u），所以像一定是放大的。
（3）放大镜的像不能呈在光屏上，所以是虚像且是正立的。
（4）放大镜的物距增大时，像距变大，物距减小时像距一定变小（简记：u与v的变化相同）。
4.比较原理，观察图像，得出推论：
（1）凸透镜成实像时，像一定是倒立的，像与物体在凸透镜的异侧；凸透镜成虚像时，像一定是正立的，像与物体在凸透镜的同侧。
（2）凸透镜成实像时，有放大、等大和缩小的像，但成虚像时只有放大的像。
（3）一倍焦距处是成虚像和实像的分界点；二倍焦距处，凸透镜成等大的实像。因此二倍焦距处是成放大、缩小实像的分界点。
（4）凸透镜成实像时，物距与像距变化相反；成虚像时，物距与像距变化相同。
（5）凸透镜成实像时，总有|u+v|≥4f，因此，当物体和光屏的位置不变时，只移动凸透镜要得到两次实像的条件是|u+v|>4f。
（6）照相机的物体和所成的像与投影仪的物体和所成的像，刚好交换位置。因此，知道照相机的原理就能推出投影仪的原理。
三、利用图像规律解决中考问题
例1（2014黄冈中考）小明用凸透镜先后两次观察书本上的字，看到如图所示两种情景。以下说法中正确的是（）
a.甲图中成的是实像；乙图中成的是虚像
B.甲图中书本在凸透镜2倍焦距以外；乙图中书本在凸透镜1倍焦距以内
C.甲图中凸透镜靠近书本，所成的像变小；乙图中凸透镜远离书本，所成的像也变小
D.甲图中成像规律可应用于投影仪；乙图中成像规律可应用于照相机
解析：选C。本题主要考查的是投影仪和放大镜原理。由甲图知，凸透镜成正立放大的像，一定是放大镜，且是虚像。乙图是倒立放大的实像，一定是投影仪原理，所以a、B、D都是错误的。因为甲图是虚像，物距和像距变化相同，乙图是实像，物距和像距变化相反，所以C正确。
例2（2014泰安中考）在某些重要会议入场时，采用人脸识别系统，识别系统的摄像机可以自动将镜头前0.5m处的人脸拍摄成数码相片，通过信号线传递给计算机识别。摄像机的镜头（）
a.相当于凸透镜，焦距可为0.5m
B.相当于凹透镜，焦距可为0.5m
C.相当于凸透镜，焦距可为0.2m
D.相当于凹透镜，焦距可为0.2m
解析：选C。本题考查的是照相机原理。此题应该让学生明白摄像机实质是可以连续拍照的照相机，所以镜头相当于一个凸透镜；由u>2f即0.5m>2f，所以f
例3（2013常州中考）物体从距凸透镜12cm移到距凸透镜18cm的过程中，调整光屏的位置，总能在光屏上得到倒立、放大的像，此凸透镜的焦距可能是（）
a.6cmB.10cmC.16cmD.20cm
解析：选B。因为在光屏上总是得到放大的实像，所以是投影仪原理。由f
光学成像原理篇5
考点1光的传播
基础知识链接：光在同种均匀介质中沿直线传播，光传至两种物质的分界面，又返回原物质中去的现象叫光的反射，光从一种物质进入到另一种物质。传播方向发生改变叫光的折射。
例1(2006北京市考题)如图1所示的4种现象中，由于光的直线传播形成的是( )
【分析】了解生活中的光现象所蕴涵的光学知识是解决此类问题的关键。选项a是铅笔上的光从水中射入空气时发生折射形成的。B是岸边物体射向水面的光，反射进入人眼形成的，是光的反射。C中屏幕上的手影是由于光的直线传播形成的。D中的平面镜成像是光的反射现象。
答案：C．
考点预测：以生活中的光现象为载体，将光的几种传播方式融和在一起考查，是该考点的主要命题形式。此类题在中考中逐年增多，这就要求同学们在日常生活中，应多留心观察发生在身边的自然现象并思考其背后所包含的知识和规律。如倒影和日光下的影子，小孔成像、平面镜成像和凸透镜成像的区别。
考点2光的反射与折射的规律
基础知识链接：光射向两种透明物质的分界面时，将同时发生光的反射和折射。反射光线遵循光的反射定律，折射光线遵循光的折射规律。光的反射和折射的相同点：(1)反射光线和折射光线都与对应的入射光线、法线在同一平面上；(2)反射光线、折射光线都和对应的入射光线分居法线两侧；(3)反射角和折射角都随对应的入射角的增大而增大；(4)光在反射和折射时光路都是可逆的。不同点：(1)反射有两种类型，镜面反射与漫反射，折射也有两种情况，斜射与垂直入射；(2)反射角总等于入射角，而折射角不等于入射角，当光线从空气斜射入水或玻璃时，折射角小于入射角，当光线从水或玻璃斜射入空气时，折射角大于入射角，简记为“空气中的角总是大的”。
例2(2006山东省济宁市考题)某实验小组在探究光的折射规律时，将光从空气分别射入水和玻璃，测得数据如下表：
分析表格中的数据，你肯定能得出一些规律，请写出一条：________．
【分析】对于这类多个物理量的数据变化的问题，分析时要注意运用科学的方法，类比联想，找到各个物理量之间的变化规律。例如：光从空气分别射入水和玻璃时，入射角在变化，找出折射角变化的规律。
答案：①入射角为0°，折射角也为0°；②入射角增大，折射角也随着增大；③光从空气斜射入不同介质中的折射角不同。
考点预测：光的反射与折射规律的实验探究是今后中考命题的趋势。在平时学习中要注重培养科学探究能力，同时要掌握控制变量法、转化法、等效替代法等常见的物理方法。另外，通过作光路图考查同学们对光的反射与折射规律的认识，是该考点的基本命题形式。
考点3平面镜成像
基础知识链接：平面镜成像的特点是：物体在平面镜中所成的像是虚像，像和物体大小相等，上下(或左右)相反。它们的连线垂直于镜面，它们到镜面的距离相等。简记为：正立、等大、对称、虚像。
例3(2006山东省济宁市考题)“猴子捞月”的寓言故事说，猴子看到井中有个月亮，就以为月亮掉进井水中了，以下说法中正确的是()
a．水中出现月亮属于光的反射现象
B．水中出现月亮属于光的折射现象
C．水中的月亮到水面的距离比天上的月亮到水面的距离近
D．水中的月亮比天上的月亮小
【分析】“水中出现月亮”这个现象是平面镜成像形成的，属于光的反射现象，不属于光的折射现象。如果同学们误选C或D，是受平时错误的生活经验误导所致。根据平面镜成像的特点，可以判断水中的月亮到水面的距离等于天上的月亮到水面的距离，水中的月亮和天上的月亮一样大。
答案：a．
考点预测：平面镜成像特点的应用及其探究一直是中考的热点。解答有关平面镜成像特点的应用型题目，重在熟记平面镜成像特点，然后再利用其成像特点解题。而对于平面镜成像特点的探究型试题，关键是掌握运用等效替代法来比较像与物的关系。
考点4光的色散及其看不见的光
基础知识链接：太阳光是一种复合光。透明物体的颜色由日光中物体能透过的色光的颜色决定；不透明物体的颜色由日光中被物体反射的色光的颜色决定；混合颜料的颜色由各种颜料共同反射的色光的颜色决定。
“红、黄、蓝”称为颜料的“三原色”；“红光、绿光、蓝光”称为光的“三基色”。
红外线的主要特性是热作用强。各种物体吸收了红外线后温度升高。因此人们利用红外线来加热物品。由于红外线穿透云雾的能力比较强，利用灵敏的红外探测器吸收物体发出的红外线。再用电子仪器对吸收的信号进行处理，可以显示出被测物体的形状和特征，这就是红外遥感。紫外线的主要特性是化学作用强，很容易使照相底片感光；紫外线的生理作用强，能杀菌；应用紫外线的萤光效应，可以进行防伪。
例4(2006浙江省嘉兴市考题)2006年3月某日7时40分，黑龙江省大庆市市民惊奇地发现东方冉冉升起的太阳周围出现了多个“小太阳”(如图3所示)，太阳的上方还有一道美丽的彩虹。出现这种天象的原因主要是在特殊的天气条件下，云中竖直挂列着许多小冰晶(小冰晶相当于三棱镜)。
(1)天空出现的彩虹，可以说明太阳光是一种________(填“单色光”或“复色光”)。
(2)人们能够看到多个“小太阳”，是由于太阳光经小冰晶反射和________后所形成的虚像。
【分析】由于云中竖直挂列着许多小冰晶，而小冰晶相当于三棱镜，太阳光通过小冰晶后分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种色光。形成了美丽的彩虹。说明太阳光是一种复色光。至于人们能够看到多个“小太阳”，是由于太阳光经小冰晶反射和折射后形成了虚像。
答案：复色光；折射。
考点预测：光的色散、红外线、紫外线等内容贴近生活实际，将是2007年中考的亮
点。其中牛顿的色散实验既可以作为光学史问题考查，也可以作为实验探究题出现。红外线与紫外线还可以与电磁波结合在一起考查，具有一定的综合性和开放性。命题形式以信息题居多，解题的窍门是从所给材料中汲取与问题相关的信息。再进行分析、处理，得出正确的结论。
考点5透镜
基础知识链接：透镜是利用光的折射规律来工作的光学器具，有主光轴、光心、焦点和焦距，可分为凸透镜和凹透镜两类。远视镜片中间厚、边缘薄叫凸透镜；近视镜片中间薄、边缘厚叫凹透镜。凸透镜对光线有会聚作用，能使平行于主光轴的光线会聚到焦点上；凹透镜对光线有发散作用，使平行于主光轴的光线向外发散。
例5(2006福建省厦门市考题)在图4中，完成光线从左边射向凸透镜折射后，再射向凹透镜折射后的光路。
【分析】在作透过透镜的光路图时，主要是利用3条特殊光线作图，即：过光心的光线传播方向不变；平行于主轴的光线经凸(或凹)透镜后过实焦点(或虚焦点)；过实焦点(或虚焦点)的光线经凸(或凹)透镜后平行于主轴
答案：所作光路图如图5所示。
考点预测：作透过透镜的光路图历来是中考作图题的主要内容，利用3条特殊光线作图是解题的关键。另外。对透镜对光线的作用的考查也要引起重视。
考点6凸透镜成像及视力矫正
基础知识链接：
例6(2006江苏省扬州市考题)在做“探究凸透镜成像规律”的实验时，在光屏上得到了一个缩小清晰的像(如图6所示)，此时物距范围：______。有位同学摘下近视眼镜放在蜡烛与透镜之间(靠近透镜)。结果光屏上原来清晰的像变模糊了。
(1)若不改变蜡烛和透镜位置，将光屏向_______(左／右)调节，才能使像变清晰。
(2)请根据此实验，简要说明近视眼看不清楚物体的原因：________.
【分析】根据图6所示，在光屏上得到了一个缩小清晰的像，根据凸透镜成像规律可知，此时物距范围是u>2f(或物体在2倍焦距之外)。照相机就是根据这个成像原理制成的。由于近视眼镜是凹透镜，对光线起发散作用，所以将近视眼镜(凹透镜)放在蜡烛与透镜之间(靠近透镜)，使原来所成的像向右移动了，那么在不改变蜡烛和透镜位置的情况下，应将光屏向右调节，才能使像变清晰。近视眼看不清楚物体是因为物体成像的位置在视网膜之前。
答案：u>2f或物体在2倍焦距之外)；右；物体成像在视网膜之前。
考点预测：随着中考试题与生活、生产实际结合得越来越紧密，凸透镜的成像规律及其应用必将成为光学考查的重点，牢记成像规律是此类试题的解题关键。同学们在平时学习时应熟练掌握照相机、投影仪、放大镜、眼睛、近视眼镜等原理与凸透镜成像规律的对应关系，说不定在07年中考中就会应用到。
考点7显微镜、望远镜及光污染
基础知识链接：通常的望远镜(或显微镜)可看做是由两个透镜组成的。靠近眼睛的透镜叫做目镜。靠近被观察物体的透镜叫做物镜。显微镜的目镜和物镜都相当于凸透镜，将物体两次放大。而有一种望远镜的目镜和物镜也都是凸透镜，物镜的作用是使远处的物体在焦点附近成实像。目镜的作用相当于放大镜，用来把这个像放大。
例7(2006湖北省宜昌市考题)显微镜镜筒的两端各有一组透镜，每组透镜的作用相当于一个_____透镜，人眼通过显微镜观察微小物体时，看到的是放大的______像(填“虚”或“实”)。
【分析】由于显微镜对物体是起放大作用，其目镜和物镜的作用都相当于凸透镜，将物体两次放大，成放大的虚像。
答案：凸；虚。
考点预测：望远镜、显微镜及光污染也是中考的热点问题。考查的题型多以选择题、填空题或分析简答题为主，目的在于培养同学们将科学技术应用于日常生活的意识，是新课改基本要求的具体体现，值得同学们重视
光学成像原理篇6
关键词：光的折射；自治实验教具；教学设计
中图分类号：G633.7文献标识码：a文章编号：1003-6148（2013）2（S）-0032-4
1教学目标
1.1知识与技能
（1）了解眼睛的简单构造和眼睛看清物体的基本原理；（2）了解放大镜、显微镜、望远镜等光学仪器的用途。
1.2过程与方法
（1）让学生亲身体验拍照，知道照相机成像原理；（2）通过类比照相机，知道眼睛看清物体的基本原理，了解近视眼、远视眼的成因及其矫正方法；（3）通过自制实验教具，知道投影仪的原理；（4）利用实际应用的体验，巩固凸透镜成像规律。
1.3情感态度价值观
（1）通过对光学仪器的介绍，使学生认识物理学知识在生产、生活和科技方面的应用，增强学生对物理的热爱；（2）通过介绍显微镜、望远镜的功能，使学生认识科技能给人类生活带来许多方便。通过自制教具展示，激发学生动手探究身边的物理现象的好奇心。
2教学重难点
重点：照相机、眼睛、投影仪（幻灯机）的成像原理
难点：视力矫正
3教学器材
自制简易幻灯机、自制简易望远镜、投影仪、照相机、放大镜
4教学环节
4.1知识树导入新课
课前提前在黑板上画成像规律的三个图（u>2f，f
师：在最近阶段我们学习了有关光的折射的有关内容，那么同学们一起通过知识树（图1）来回顾这部分知识。什么是光的折射？
生a：光从一种物质斜射入另一种物质，传播方向发生改变的现象。
师：非常好！光的折射规律呢？对比反射规律简单的说。
生b：三线共面；两线分居；折射角随入射角的改变而改变。
师：非常棒！我们运用这些规律能够解释生活中的很多现象，比如筷子为什么向上弯折、用鱼叉捕鱼为什么要叉向看到的鱼的下面等等，学习物理规律就是为了解决现实生活中的实际问题的。后面我们又学了光学器材中的元件——透镜。它分为凸透镜和凹透镜。那么凹透镜有什么作用？
生：发散作用。
师：凸透镜呢？
生：会聚作用。
师：通过前面实验课，大家对凸透镜的成像规律有了深刻的理解，我们一起来看黑板上三幅图，（学生回答，教师黑板书写）第一幅u>2f，f
师：同学们都掌握得不错！同时在凸透镜成实像中，如果要使得像变大，像距、物距怎么变化？
生：物近，像远，像变大。
师：很好！那么我们学习了这些规律后，究竟在生活中有怎样的运用呢？
师生互动。通过知识树问答式地完成知识的回顾，同时引出本节课的主线：凸透镜成像规律在生活中的应用有哪些？学生积极回答，总结后按照黑板三幅图的顺序来进行讲解。
4.2透析照相机，体验拍照的乐趣
以学生的集体照来开始调动学生的学习热情，以此过渡：看看曾经的你们，定格在这张照片中，现在的你们坐在教室里，这一张照片就装下了需要一个教室才能容纳下的你们，很神奇的一件事情，那么我们就先来认识一下第一个神奇的眼睛——照相机。
1、照相机的结构
照相机结构比较复杂，我们今天就研究它的成像原理，因此我们就关注两个元件（图2）：镜头相当于一个凸透镜，感光片（数码相机，老式相机这里就是胶片）相当于光屏。
2、照相机成像原理
师：既然有这块凸透镜那么它一定满足这些成像规律，同学们猜猜满足那条规律呢？
生：第一幅u>2f，f
师：为什么呢？
生：不对啊，没有倒立啊。
师：我们抓住其中明显主要的特征，刚刚那一张照片将全部同学都装进去了，而我们现在需要这样大的一个教室才能容纳大家，所以是不是像缩小了啊？
生：是。
师：同时能在感光片上成像（能在胶片上呈现出来），那是不是也说明是实像？
生：对。
师：其实老式的照相机装胶卷都是倒着装的，我们这里看到正的像是由于经过数码芯片处理了，因此其实照相机的成像原理就是第一幅u>2f，f
3、“物近，像远，像变大”的应用
介绍照相机实际拍照中的物距、像距，说明镜头是可以伸缩的。提问：拍照远处一棵大树，现在需要拍出的图像大一些怎么操作？
学生思考，适时提醒运用成像规律中的一些结论。请学生回答，运用flas同步展示学生回答的操作。人往前进，同时要图片清晰。照相机镜头要向外伸，总结出这里实际运用了“物近，像远，像变大”的规律。同时提问学生：如果现在需要拍出的图像小一些怎么操作？请个别学生回答，人往后退，同时要图片清晰，照相机镜头要向内缩，再类比总结出“物远，像近，像变小”。
在这些理论分析后，拿出相机让学生来体验分别拍一张全身像和一个大头贴（相机最好用老式的，实在找不到就用单反相机，事先说明镜头的调节相机会自动进行），有2—3组学生上台来体验。其他学生来观察他们拍照时候是怎么样移动的。拍完后，马上把照片呈现在屏幕上，课堂氛围达到一个小高潮，马上让体验者来介绍拍照的心得，巩固“物近，像远，像变大”和“物远，像近，像变小”的规律。
4.3类比相机，认识眼睛
这么多美丽的图景，通过照片记录下来，其实只要我们身临其境，也能欣赏到这些美景，那么我们怎么看到这些物体的呢？由此问题从照相机过渡到眼睛。
眼睛就是一台精密的照相机，那么我们先来了解一下它的结构，类比照相机我们也只关注眼睛的几个关键结构：晶状体相当于照相机的镜头（凸透镜）；睫状肌能够调节晶状体，使得晶状体变薄变厚；视网膜相当于感光片（光屏）。因此眼睛的成像原理也就是第一幅u>2f，f
介绍一个小知识，凸透镜的厚度影响焦距，教师用尽量通俗的语言来描述。给出图3，带领学生的思维，相同材质的凸透镜越厚。对光的偏折能力越强，会聚就越靠近凸透镜；相同材质的凸透镜越薄，对光的偏折能力越弱，会聚就越远离凸透镜。
学生小活动体验：让戴眼镜的学生摘掉眼镜，问：你能否看到远处的同学？那你能否看清远处的同学？引出我们眼睛看清物体的原理，同样用flash展示，得到结论是由于睫状肌对晶状体的调节使得远近的光线能成像在视网膜上。同时引出近视眼成因，如果长期使睫状肌处于紧张状态，那么它就会对晶状体进行不断挤压，造成晶状体变厚，造成近视。
近视眼、远视眼的成因及矫正（flash模拟动画）：
师：如果长期使睫状肌处于紧张状态，那么它就会对晶状体进行不断挤压，造成晶状体变厚，凸透镜越厚，对光的偏折能力越______？
生：强。
师：导致光线会聚_______？
生：靠近凸透镜。
师：那么成像就在视网膜的前面。导致看不清远处的物体。那么怎么来矫正呢？
生：戴眼镜。
师：戴凸透镜可以吗？
生：不可以，凸透镜有会聚作用，它会使光线会聚更加靠前，要用凹透镜。
师（flas展示）：对，我们要先让光线发散一点，因此我们需要用凹透镜来矫正。
总结：
1、成因：
2、矫正：
凹透镜
拓展：激光治疗近视眼就是在明确近视眼成因后发展的一个医疗技术，它就是利用激光使得厚的晶状体变薄。
师：理解了近视眼，那么远视眼也就很清楚了，如果睫状肌处于过度松弛状态，那么它就会对晶状体有一个拉伸作用，造成晶状体变薄，凸透镜越薄，对光的偏折能力越_______？
生：弱。
师：导致光线会聚_______？
生：远离凸透镜。
师：那么成像就在视网膜的后面，导致看不清近处的物体。那么怎么来矫正呢？
生：凸透镜。
师（flas展示）：对，凸透镜有会聚作用，我们要先让光线会聚一点，因此我们需要用凸透镜来矫正。
总结：
1、成因：
2、矫正：
凸透镜（老花镜）
学生练习巩固：
下列图片中近视眼成因及其矫正的是__________________。
4.4巧制简易投影仪（幻灯机）教具，激发学生探究兴趣
过渡提问：刚刚讲述的都是缩小的像，那么我们教室里有没有放大的像啊？
展示自制投影仪（幻灯机），介绍结构和功能。
通过自制幻灯片上的“F”在墙壁上所成的像来让学生分析投影仪（幻灯机）的成像规律，满足黑板上第二幅f
抛出问题：怎样使图像由天花板投影到墙壁上？（可做适当的提示：什么光学元件可以改变光路？）（图4）
由图4过渡，展示实物投影仪，介绍各个部件，让学生明白物距和像距以及如何调节物距和像距，通过学生活动解决实际问题：如果要屏幕上呈现更大的清晰图像，怎样操作？学生（2组）上台来尝试。学生自己总结：像变大了，像距就要变大，投影仪应该远离屏幕；物距应该变小，凸透镜应该向下调。同样运用了“物近，像远，像变大”。
同样让学生说如何得到一个更小的清晰图像，教师操作，起到巩固的作用。
4.5放大镜、显微镜和望远镜
1、由物像同侧的体验，提问学生放大镜的成像原理，学生基本能答出是第三幅u
刚刚介绍的都是一块透镜的，那现在来介绍一些透镜组合的。
2、普通显微镜：它的作用是将微小的东西放大。目镜和物镜都是凸透镜。物镜的作用相当于投影仪的那块凸透镜的作用，成放大的实像；目镜的作用相当于放大镜的作用，成放大的虚像。
3、望远镜：展示几种望远镜，同时展示自制的简易望远镜（两个焦距不同的放大镜，中间用两个大小不同的圆筒连接可进行伸缩调节），鼓励学生课下上网收集有关资料并自己动手尝试做一个望远镜。
5教学小结
1、
2、近视眼成因及矫正：
1、成因：
2、矫正：凹透镜
远视眼成因及矫正：
1、成因：
2、矫正：凸透镜（老花镜）
3、“物近，像远，像变大”
“物远，像近，像变小”
6教学反思
课后，参加研讨课的各位老师对笔者这节课进行了点评：第一个老师点评认为：优点是教师的基本功扎实，语言规范，板书作图规范；教学设计中细节考虑周到，符合学生的认知规律。教学有特色，知识树的运用很好体现了一种教学思路，善于动手自制教具，让学生真实体会照相的过程，用所学的知识解决一个个实际问题，体现了从生活到物理，从物理到生活的理念，讲练结合达到巩固作用。课件精美，利用flash突破了难点。不足之处是教学容量稍大，重点部分可在加强训练巩固，学生总是处于被调动，再开放一些，放开手把课堂交给学生。有老师也提出一个值得研讨的问题：我们初中物理课堂的定位究竟该是什么？
初中物理更多的给予学生感性认识，但作为一门严谨的科学，我们必须培养学生的理性思维，依靠正确的理论，而这些并不是一定从枯燥的公式题目中培养起来的。它可以来自很多方面，丰富多彩的生活需要我们物理教师去开发利用，不断挖掘生活中的物理，让学生感觉物理就在自己手边。只有学生感兴趣了，物理课堂才会“活’’起来。学生才会感受到物理带来的乐趣。
参考文献：
光学成像原理篇7
关键词：CCD，DH-CG300，比色测温，灰度
图像采集设备一般包括电视摄像机、CCD摄像器件、扫描仪、图像采集卡等。对于工业应用上来讲，一般通过工业CCD摄像头采集图像，再利用图像采集卡对图像进行处理分析[1]。我们采用工业CCD摄像头对水泥回转窑内工况实时采集，因为特殊的工作环境（高温多尘），所以要求CCD的精度比较高，而且其精度直接影响到所采集图像的质量。
1.图像的获取
本课题采用面阵CCD摄像机作为探测器进行现场图像的采集，面阵CCD是具有自扫描方式的面阵成像器件。CCD摄像机又是一种“传感器件”,它将外界的图像转变为模拟电信号，CCD摄像机的精度由像元素决定，像元素越多，精度就越高[2]。在本课题的图像采集中，使用的是512*512像素的CCD摄像机，为实现对工业图像进行分析和处理，必须对摄像机的视频信号进行数据采集，并对视频信号进行数字化处理，再对量化的数值进行分析与处理，然后将处理后的结果显示在监视器上。
目前，CCD固体摄像器件作为光电变换传感器已经在许多领域得到了广泛的使用，被检测对象的光信息通过光学系统在CCD的光敏元件上形成光学图像。CCD器件把光信息转换成与光强成正比例的电荷量，用一定频率的脉冲对CCD进行驱动，在CCD的输出端可获得被测对象的视频信号。
CCD比色测温原理图如图2.1所示：
图2.1CCD比色测温原理图
2.图像采集卡
图像采集卡是工业图像采集必不可少的硬件设备，本课题用到的是DH-CG300视频采集卡。DH-CG300视频采集卡是彩色视频/音频采集卡，它具有使用灵活、集成度高、功耗低等特点，并且拥有pCi图像卡的功能，它可将图像直接传送到计算机内存或显存，是前两年市场上相当流行的一种图像采集卡，适用于图像处理、工业控制、多媒体监控、办公自动化等领域。本课题就是通过此采集卡把CCD采集到的图像传输到显示器的。
2.1DH-CG300主要技术性能及指标
三路复合视频输入，一路S-Video输入，软件切换。其中第一路为音视频复用，S-Video的亮度信号输入也可作为复合视频输入。
支持paL，ntSC或黑白视频输入，信号幅度Vp-p=1V。论文参考网。
图像最高分辨率：
paL制：768×576×24位；
ntSC制：640×480×24位；
支持YUV422、RGB8888、RGB888、RGB565、RGB555及256模式。
支持计算机内容与图像同屏显示，图形覆盖功能。
支持裁剪与比例压缩模式。
支持单场、单帧、连续场、连续帧的采集方式。
支持win9x、winnt、win2000、winXp等操作系统。
支持单声道音频采集。
2.2DH-CG300基本结构及工作原理
图像被CCD采集以后，输出的多路视频信号，同时进入视频采集卡，通过计算机对每帧内存的访问，在显示屏上可得到动态的水泥窑内的煅烧带图像。在pC机windows平台下，经过软件开发，形成图像界面风格的专用图像处理软件系统，软件系统通过对屏幕上显示的动态图像进行分析、处理，利用比色测温原理可得到水泥窑内的熟料温度和火焰温度。然后将检测到的参数及时反馈到控制操作台，如果参数偏离正常工作范围，则控制装置需要实时对窑速、喷煤量等参数进行调整，以保证回转窑尽可能在最佳状态下运行。
DH-CG300的工作原理框图如图1.2所示：
图1.2CG300工作原理框图
由上图可知，CG300图像采集卡可同时对四路复合视频输入，但是就某一具体时刻来说只能有一路视频输入，这四路视频的切换必须用软件编程来实现。所以此卡可同时对四个水泥回转窑进行循环控制。
3.图像采集及显示功能的软件实现途径
CG300图像采集卡所带的函数库及控件都可以运行于VisualC++环境之下，因此采用VisualC++作为开发工具。VisualC++提供了良好人机交互界面，使软件操作方便、简单，适用于普通技术工人操作。
图像采集卡安装好以后，要对其初始化才能发挥它的采集处理功能。图像采集卡的开始操作和初始化参数的设置需要在应用程序的初始化中完成，图像卡的结束操作在应用程序退出前执行。
DH-CG300图像采集卡有3个复合视频接口，可以实现三路视频切换输入与一路输出。在工厂中一般都不是只有一条窑，考虑应该在同一界面下对多条水泥窑同时进行控制。在本课题程序中可同时实现对3条窑的控制，即有3路视频信号输入，一路信号输出。论文参考网。
图1.3图像显示调节窗口
4.图像灰度值与温度之间的关系
4.1比色测温的计算
将(1-1)比(1-2)式有：
因为水泥回转窑图像经CCD获取后，再经图像卡量化为24位/每像素逐点存储。每一像素点24位包括红色亮度值（R）、绿色亮度值（G）、蓝色亮度值（B）,每个亮度值8位。在对CCD的分光特性作了辐射强度与CCD的接受亮度成正比的理想化假设后，有：
根据国际照明委员会规定，标准色光三原色的代表波长是：红光(R)700nm、绿光(G)546.1nm。论文参考网。蓝光(B)435.8nm。
由以上公式，就能对采集的图像上任一点的温度进行计算。
4.2温度与灰度的对应关系
由红外线成像原理及红外线测温原理可知，不同温度在图像上表现为不同的亮度。一般来说，图像的平均灰度值越小，其表现的温度越低，反之，温度越高。也就是说平均灰度值同对应温度之间成正比关系[5]。现场看火工就是应用了此原理对煅烧带的温度进行推断的。温度与图像灰度之间的对应关系如图2.4所示：
图2.4温度与灰度的对应关系图
5.结束语
利用CCD摄像机、图像采集卡把水泥窑工作状况采集到计算机后，是进一步实现炉火温度自动控制的基础，有较强的应用价值。
【参考文献】
[1]杨举宪.水泥窑煅烧带图像实时温度检测与动态数据库[D].内蒙古:内蒙古工业大学硕士论文,2004:5-8.
[2]吕凤军.数字图像处理编程入门[m].北京:清华大学出版社，1999:112-113.
[3]沈庭芝,方子文.数字图像处理及模式识别[m].北京:北京理工大学出版社，1998:39-43.
[4]徐伟勇等.数字图像处理技术在火焰监测上的应用[J].北京:中国电力,1994,10:63-65.
[5]李聪，张勇，耿欣.水泥旋窑窑内物料温度图像处理[J].济南:山东建材学院学报,1998,12（2）:146-148.
光学成像原理篇8
关键词：《墨经》；几何学；光学；力学
中图分类号：B224文献标志码：a文章编号：1009-8135（2018）05-0107-08
墨翟著作《墨子》中的《经上》《经下》《经说上》《经说下》《大取》《小取》六篇总称为《墨经》六书，是后期墨家弟子的集体创作，成书于百家争鸣的战国后期（公元前3世纪）。《墨经》中大部分内容是战国时代墨家的逻辑学，小部分是墨家的伦理学，更有一小部分是自然科学，如几何学、光学、力学等。所以它是我国文化遗产中很重要的内容。下文拟详细介绍《墨经》中的自然哲学思想。
一、《墨经》中的几何学理论
“《墨经》涉及几何学的条目约有十几条。这些条目集中在《经上》和《经说上》两篇，主要是一些几何学概念的定义或界说，如‘体’‘尺’‘方’‘圆’‘中’‘仳’‘次’‘兼’等等。这些定义虽然看似简单，但它们涉及到几何学中整体与部分的关系，有穷无穷问题，点、线、面及形体之间相交、相切、相比等重要问题，具备了初步的几何学概念体系。”[1]222
（一）点的定义
端，体之无厚而最前者也。（《墨子·经上》）
端：是无间也。（《墨子·经说上》）
“在《墨经》中，‘端’有两种含义，既可指物理学上的质点或原子，又可指几何学上的点。李约瑟（Josephneedham）曾把这两种含义结合起来，称之为‘几何原子’。本条经文中的‘端’大概是指几何学上的点。整句话的意思是说，任何一种几何体都可以分成很多部分，其中那些没有厚度（‘无厚’）、不能再分（‘无间’），并且位于几何体最前边的部分就叫做‘端’。严格地说，‘端’在事实上并不存在，它只是几何学的假定。后期墨家用‘无厚’‘无间’来定义‘端’，说明他们对几何学意义上的点已有充分的认识。”[1]223
对于“端”的物理学意义，后期墨家也有所论述：
非半弗都则不动，说在端。（《墨子·经下》）
非：都半，进前取也，前则中无为半，犹端也。前后取，则端中也。郑必半，毋与非半，不可都也。（《墨子·经说下》）
本条主要是反驳辩者“一尺之捶，日取其半，万世不竭”的命题。按照辩者的观点，一根一尺长的棍子，每天取去一半，永远都达不到终点。后期墨家不同意这种观点。他们认为，一根有限长的棍子按照“取半”的方法一直分割下去，总有一天会到不能再分的时候，这个时候就只剩下一个“非半”的质点。不管是从棍子的一头分起，还是从棍子的两头同时分起，结果都是一样的，只不过最后的质点所处位置不同。考虑到后期墨家反对《老子》“有生于无”的说法，他们不可能同意物理学意义上的“端”等于纯粹的虚无，所以人们通常认为后期墨家所谓“端”有点接近于德谟克利特（希腊文：Δημ？κριτο？）的原子。
（二）整体与部分
体，分于兼也。（《墨子·经上》）
体：若二之一，尺之端也。（《墨子·经说上》）
《墨经》中的“体”通常指部分，“兼”指整体。“体分于兼”的意思是说，部分是由整体分出的。《经说》进一步举出两个例子予以说明，其中，“一”和“二”的关系比较清楚，“二”相对于“一”来说是整体，“一”则是“二”的部分。“尺”与“端”则需要做些解释。在《墨经》中，“尺”相当于几何学上的线，“端”相当于点，所以“尺”和“端”的关系实际上就是几何学中线与点的关系。按照后期墨家，“尺”和“端”之间是整体和部分的关系，其意思无非是说，线是点的集合，点积累起来就是线。
（三）有穷与无穷
穷，或有前不容尺也。（《墨子·经上》）
穷：或不容尺，有穷。莫不容尺，无穷也。（《墨子·经说上》）
“或”即“域”字，指区域。“尺”指“线”。本条的意思是说，一个区域前面再也不能容下一条线，就叫有穷。反之，如果该区域向前延展，永远都达不到边际，永远都能够容得下一线，称为无穷。有穷和无穷是现代数学中一对极其重要的概念，后期墨家用寥寥数语就将其精炼地表述出来。
（四）方与圆
方，柱隅四灌也。（《墨子·经上》）
方：矩写交也。（《墨子·经说上》）
圆，一中同长也。（《墨子·經上》）
圆：规写交也。（《墨子·经说下》）
“这几条是讲几何图形中‘方’和‘圆’的定义。其中，‘柱’指边，‘隅’指角，‘灌’同‘权’，意为相等。经文合起来的意思是说，‘方’是四条边四个角相等，‘圆’是从一个中心到周围的距离处处相等。《经说》则借助绘图工具‘矩’和‘规’解释方圆的性质。矩是画方的仪器，规是画图的仪器。用矩画四条线相交即成方形，用规画一条封闭的相交曲线即成圆形。”[1]225另外，为了准确地说明“圆”的含义，后期墨家给“同长”和“中”分别下定义：
同长，以正相尽也。（《墨子·经上》）
同：捷与狂之同长也。（《墨子·经说上》）
中：同长也。（《墨子·经上》）
中：心自是往相若也。（《墨子·经说上》）
“同长”的意思是两个东西的长度相等，如门楗和门框，把一个叠合到另一个上面，两者正好相尽。“中”指“圆心”，是相对于圆周而言，从圆心到圆周的半径相等，所以“中”即“同长”。《墨经》用“同长”定义“中”，再用“同长”和“中”定义“圆”，一层层地推进、深入，充分显示出后期墨家思维的严格和缜密。
《墨经》中关于几何学方面的内容大体如此。从上文的介绍可以看出，后期墨家不仅给点、方、圆等几何概念下了精确的定义，而且还讨论形体之间的相切、相交、相比、相离等关系。李约瑟说：“无论如何，‘墨经’这些残存的资料和中国古代和中古代的许多其他证据都完全排除了任何一种认为中国古代缺乏几何思想的猜测。尽管中国几何学是一种对于事实的认识，而不是逻辑推理，并且代数的思潮以及它自己的逻辑推理形式在中国一直占有支配地位。”[2]这大概是对后期墨家几何学方面成就的最公允评价。
二、《墨经》中的光学理论
《墨经》中集中讲光学的共有八个条目，其内容主要解释说明针孔成像、投影、镜像以及反射等方面的光学现象。这些关于光学的记载比古希腊欧几里德（希腊文：Ευκλειδη？）的相关理论要早一百多年。对于这八条所取得的成就，近代以来的科学史家多推崇备至。钱临照说：“这样有条理的完整的记录，文虽前后仅八条，寥寥数百字，确乎可称为二千年前世界上伟大光学著作。”[3]76由于这几条文字艰深，错落很多，下文撮其大意，略作介绍。
（一）投影
景不徙，说在改为。（《墨子·经下》）
景：光至，景亡；若在，尽古息。（《墨子·经说下》）
本条说明光和影的关系。按照常识，运动物体的投影，是随着物体一起移动的。但后期墨家经过仔细观察，发现投影并不跟随物体而移动（“景不徙”），我们之所以会感觉到影子在移动，那实际上是由于新影不断生成、旧影不断消亡的缘故，只不过这个过程太迅速，人们容易产生视觉错误而已。《经说》进一步解释说，光照射到的地方，投影马上就会消失。如果光源不动，物体也不动，那么投影将会永远地停留在原处。
（二）重影
景二，说在重。（《墨子·经下》）
景：二光夹一光，一光者景也。（墨子·经说下》）
本条说明重影现象及其原理。经文的意思是，一个物体有两种投影，是由于此物体受到两个光源的重复照射。在合适的条件下，这两种投影会有一部分交叉重叠，形成一个更暗的阴影。该阴影就是重影，又叫本影。本影之外没有交叉重叠的两部分投影就是半影。由两个光源所形成的两个半影夹着一个本影，这即《经说》所言之“二光夹一光”。“一光者景也”指的则是“本影”。后期墨家对本影与半影的解释与现代物理学的解释一致。
（三）针孔成像
景到，在午有端与景长，说在端。（《墨子·经下》）
景：光之人煦若射，下者之入也高，高者之入也下。足敝下光，故成景于上。首敝上光，故成景于下。在远近有端与于光，故景库内也。（《墨子·经说下》）
本条是后期墨家所做的世界上最早的针孔成像实验。“景”即影，也叫像。“午”的意思是交午，指光线的交叉。“端”即点，指屏中一小孔。经文的意思是说，影的倒立，在于光线交叉处（“午”）有一小孔（“端”）。这个小孔与光体的距离，关系到影的大小。《经说》则进一步解释说，光线的传播是直线进行的，所以它照入小孔就如箭一样。从人体下面射入小孔的光线就会照到壁的上方，从人体上面射入小孔的光线就会照到壁的下方。人足在下，蔽着下光，所以足影成于上；人首在上，蔽着上光，故首影在下。这样，人影所成之像自然就是倒立的。
后期墨家在本条中正确地说明光的直线传播原理，在科学史上是一项伟大的成就。科学史家钱临照曾称赞道：“这条《经》虽是一个极简单的光学实验的叙述，而它所说明的却是光学上最基本最重要的一个原理，这就是光是直线进行的原理。近代光学书上要说明光是直线进行的性质，就是用针孔照像匣的实验来说明的，而我们祖先却在二千年前已经发现这个光的基本性质，而加详细的描述了。”[3]83
（四）反射
景迎日，说在转。（《墨子·经下》）
景：日之光反燭人，则景在日与人之间。（《墨子·经说下》）
本条说明光的反射现象。通常，人站在阳光下，影子是背着日光的。现在的情况刚好相反，影子却迎着日光。后期墨家解释说，这是由于日光被某物反射，照在人身上，所以影子才会出现在人和太阳之间。把本条和上一条联系起来看，后期墨家在光学问题上似乎已经不再局限于被动的观察，他们很可能根据不同的条件有意设计过各种光学试验。
（五）物影变化
景之大小，说在杝正远近。（《墨子·经下》）
景：木杝，景短大；木正，景长小。大小于木，则景大于木。非独小也，远近。（《墨子·经说下》）
本条说明物体阴影变化的规律。经文的意思是说，物体的影子所以有时大有时小，是由于物体摆放的位置有斜有正，其与光源的距离有近有远。《经说》下则以一根木杆为例予以补充说明：当木杆斜放时，其影子就短而粗。当木杆正放时，其影子就长而细。当光体小于木杆时，木杆的影子就比木杆本身大。除了大小之外，光体与木杆的距离远近也会影响到杆影之间的关系。当光体离木杆远时，所成之影就比较小；当光体离木杆近时，所成之影就比较大。后期墨家通过对木杆及其影子的各种情况分析，说明物影变化的规律，充分显示出他们分析的细致和观察的周到。
（六）球面镜成像原理
临鉴而立，景到，多而若少，说在寡区。（《墨子·经下》）
临：正鉴，景多寡、貌态、白黑、远近、杝正异于光。鉴景当俱，就去亦当俱，俱用北。鉴者之臭，于鉴无所不鉴。景之臭无数，而必过正。故同处其体俱，然鉴分。（《墨子·经说下》）
本条是对球面镜成像特点的总论。经文的意思是说，当一个人正立于球面镜之前（“临鉴而立”），将会出现两种情况：一是所成之像是倒立的（“景到”），这是凹面镜成像的特点；二是所成之像比原物小（“多而若少”），这是指凸面镜成像的特点。至于球面镜为什么会成倒像和缩小之像，后期墨家的解释是，因为镜面与人体比较起来小，因而无法把整个人体都收进去（“说在寡区”）。这种解释是不正确的，它并没有把球面镜成像原理说明清楚。
《经说》对球面镜所成之像的特点作进一步的解释。“正鉴，景多寡、貌态、白黑、远近、杝正异于光”，意思是说球面镜所成之像的范围大小、状貌形态、色彩明暗、距离远近和位置倒正都和物体本身不同。“鉴景当俱，就去亦当俱，俱用北”，意思是凡在镜前之物都一定会在镜内成一个像，镜与像同时存在。而且，物体在镜面前进行离开和接近的移动，像也会跟着进行移动。不过，物体和像的移动方向刚好相反：当物体逐渐接近镜面时，像总是逐渐离开镜面；当物体逐渐离开镜面时，像则是逐渐接近镜面。“鉴者之臭于鉴无所不鉴。景之臭无数，而必过正”大概是说，人的容貌在镜中都会有所反映，镜中所成之像的容貌是多种多样的，但与人的真实容貌总有差别。最后一句“故同处，其体俱，然鉴分”的意思是，如果磨得不好的镜面，其不同部分会有不同的曲率，一个物体在镜中会形成几个不同的像。综上可知，后期墨家从经文到说文已经有所进步，《经》中对球面镜成像原理的解释还很模糊而不准确，《经说》对物体和镜像关系的说明则较清楚、准确。
（七）凹面镜成像原理
鉴洼，景一小而易，一天而正，说在中之外内。（《墨子·经下》）
鉴：中之内，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小，而必正，起于中隧，正而长其直也。中之外：鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小，而必易。合于中而长其值也。（《墨子·经说下》）
本条说明凹面镜成像的原理。“洼”即低、深的意思，“鉴洼”就是指凹面镜。按照《经》文，凹面镜成像有两种：一种是缩小而倒立的（“一小而易”），一种是放大而正立的。其根据在两者分别形成于物体的球心之外、内（“说在中之外、内”）。科学史家已经指出后期墨家这种说法不准确，因为他们没有明确区分球心和焦点，只是笼统地说中之外内，所以对凹面镜成像的第三种情况即物体在球心和焦点之间所成之像没有明确论述。
不过，《经说》则不同，其明确提出“中隧”的概念，以区别于球心。这说明后期墨家对焦点和球心的区别已有所认识。《经说》的解释同样分为两种情况：一种是物体在球心之内时，物体离球心近些（“近中”），则物体照起来也大些（“所鉴大”），因此所形成的像也大些（“景亦大”）；物体离球心远些（“远中”），则物体照起来也小些（“所鉴小”），因此所形成的像也小些（“景亦小”）。在这种情况下，像必定是正立的，物体也是从焦点开始（“起于中隧”），正立着往镜面方向挪动位置的。显然《经说》的作者已经认识到放大正立的像是物体位于焦点以内所形成。另一种情况是物体在球心之外时，物体离球心近些，则物体照起来要大些，所形成的像也要大些；当物体离球心远些时，则物体照起来要小些，所形成的像也要小些。在这种情况下，像必定是倒立的，物体也是在球心同自己的像重合之后，再背着镜面而挪动其位置的。由此可见，《经说》对《经》似乎并不限于单纯的注解或例釋，而是有所补充和修正。这从一个侧面再次说明《墨经》诸篇非出于一人之手。
（八）凸面镜成像原理
鉴团，景一。（《墨子·经下》）
鉴：鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小，而必正。景过正故招。（《墨子·经说下》）
本条说明凸面镜成像的原理。“团”即图，指球体。“鉴团”说的就是凸面镜。经文的意思是说，物体无论放在凸面镜前的什么位置，都只能形成一种像。《经说》则给予比较详细的解释：当物体距镜面近时，则物体照起来要大些，所形成的像也要大些；当物体离球心远时，则物体照起来要小些，所形成的像也要小些。而且，物体无论在何处，所成之像总是正立的。
值得注意的是，后期墨家还注意到凸面镜所成之像为虚像。《经说》中所谓“招”，即招摇、恍惚不定的意思。但他们对凸面镜成虚像原因的解释却是不对的。后期墨家认为，如果物体与镜面的距离逐渐加远到极大时，像可以从正立转变为倒立（“过正”），进而变得模糊不清。这种结论大概是他们从凹面镜成像原理推测而来的。
《墨经》中关于光学的八条内容，尽管还有不准确甚至错误之处，但并不影响其在科学史上的崇高地位。《墨经》是世界上现存最早的光学著作，后期墨家是科学史上较早试图解释和研究光学问题的一批科学家，他们对投影、反射、光的直线传播和球面镜成像原理等方面的认识和探索在当时占有绝对领先的地位。
三、《墨经》中的力学理论
“《墨经》中关于力学的条目有十几条，内容涉及到时空观念、力的定义、杠杆原理、滑轮和斜面的作用等方面。其中，对时空和运动的关系，后期墨家的认识比较深刻，对杠杆原理的发现，后期墨家也比西方为早。后期墨家之所以在力学方面取得一些成就，大概与他们从事筑城制械等军事活动有关。”[1]234
（一）时间和空间
久，弥异时也。（《墨子·经上》）
久：古今旦暮。（《墨子·经说上》）
宇，弥异所也。（《墨子·经上》）
宇：东西家南北。（《墨子·经说上》）
“力学是研究机械运动的，机械运动与时间、空间紧密相联。后期墨家对时空问题相当重视，他们首先给时间和空间分别下了一个定义：时间（‘久’）是所有不同时刻和时段的总和，空间（‘宇’）是所有不同场所或方位的总和。《经说》则从外延方面予以进一步说明：时间包括过去、现在、白天、晚上。空间包括东、西、中（‘家’）、南、北。”[1]234-235
这两个看似简单的定义，却有非常深刻的涵义。第一，它们揭示了时空具有无限性。后期墨家关于时间和空间的定义中都用了一个“弥”字。“弥”是一个全称概念，有包含万物、周全的涵义。《墨经》用“弥”字定义时间和空间，其实是揭示时间与空间的共性——无限性。第二，这两个定义说明时间和空间是有限和无限的统一。虽然时间是无始无终的，空间是无边无际的，但必须借助于有限的时段和具体的场所才能把无限的时间和空间体现出来。换言之，只能从具体的时刻（“异时”）才能体验时间，只能从具体的场所（“异所”）才能体验空间。后期墨家用“东西家南北”来定义空间、“古今旦暮”来定义时间，说明他们认识到时空观念都是从具体的感性经验中抽象出来的理性概念。
（二）瞬时的定义
始，当时也。（《墨子·经上》）
始：时，或有久，或无久，始当无久。（《墨子·经说上》）
这里所说的“瞬时”是力学中的一个重要概念。如果要考察物体的运动，就必须把时间概念区分为两种：一种是无时隔的瞬间，一种是有时隔的时段。《墨经》中称瞬间为“始”，无时隔的时间为“无久”，有时隔的时间为“有久”。由于“始”的含义是“当时”，即当下的一刹那，所以“始”等同于无时隔的瞬间。把本条和上一条联系起来看，意思就是说，从整体上说时间上是无始无终的，但是具体到个别的事物，可以有一个开端，从研究具体事物的运动变化来说，则有必要设定一个时间值无限趨近于零的瞬间。后期墨家对“始”的定义为他们进一步研究物体的运动奠定基础[4]。
（三）运动与时、空
宇或徙，说在长宇久。（《墨子·经下》）
长宇：徙而有处宇，宇南北，在旦有在莫。宇徙久。（《墨子·经说下》）
行修以久，说在先后。（《墨子·经下》）
行：行者必先近而后远。远近，修也。先后，久也。民行修必以久也。（《墨子·经说下》）
这两条讨论运动和时间、空间的关系。第一条的意思是说，物体在空间的位置移动，实际上就是它在空间随时间的持续而自近而远。物体在空间的移动随时都有其所处的空间。如物体在空间自北向南，相应时间就从早晨到晚上。这说明物体在空间移动是需要时间的[5]。第二条的意思是说，物体行经一定的距离，相应地需要一定的时间，因为该物体行经各处有先有后。如人走路必须先近而后远，先后是时间，远近是距离，行走一定距离必须用一定的时间。两条合起来，可以看出后期墨家对运动和时空关系的基本看法：物质存在的形式是时间和空间，物质的运动是在一定的时间和空间中的运动。时间和空间紧密联系在一起，密不可分，物质在空间的运动需要相应的时间。这种看法比较符合现代科学的观点。
（四）力的定义
力，刑之所以奋也。（《墨子·经上》）
力：重之谓。下与重，奋也。（《墨子·经说上》）
光学成像原理篇9
认知目标1.理解平面镜成像特点
2.知道在光的反射现象中光路可逆
3.知道潜望镜、万花筒的光学原理
技能目标学会平面镜成像作图法
重点
平面镜成像特点
难点
“像”的概念，区别实像和虚像，全国公务员共同天地
教学过程
复习
1．光的直线传播
2．光的反射现象及反射定律
3．光路可逆
导入
学生观察课本p54照片
设问湖中的倒影是怎样产生的？为什么与湖面上的景物对称？
展示表面平的镜子、玻璃板、表面抛光的金属板、平静的水面、大理石及透明塑料片等都能产生与物体对称的影子。
这类反射面是平面的镜子称为平面镜。
新课
一、平面镜所成的像有什么特点？
实验1内容活动卡p35实验1
记录将蜡烛和蜡烛的像的位置用刻度尺连起来，
量出蜡烛到镜面的距离和蜡烛的像到镜面的距离。
结论平面镜所成的像是虚像；像和物体到平面镜的距离相等；像和物体的大小相等；像和物体对镜面来说是对称的。
实验2内容活动卡p35实验2
观察比较描画与原画的大小、左右和朝向关系
结论虚像、对称、大小相等
练习课本p56思考与练习1.2.5.
二、平面镜中的像是如何产生的？
阅读课本p54-p55
发光点S发出的光束经平面镜反射，进入人眼。所有反射光线的反向延长线都交于镜面后的S''''。因为光的直线传播，人眼感到反射光线是从镜面后的S''''发出的，好像S''''在发光，S''''实际没有光线射出，它是发光点S在平面镜中所成的虚像。物体上的每一点都会在平面镜中形成一个相应的虚像点，在平面镜中就形成了物体的像。像的大小与平面镜的大小无关。
演示平面镜成像作图法
利用物像对称性先决定像点位置，任取两根发散光线并画出反射光线。（用虚线表示反射光线的反向延长线）
提问如果入射光线沿着反射光线的方向射入，情况会怎样？
练习活动卡p36思考和讨论1.2.
课本p56思考与练习3.4.6.
三、平面镜的应用
阅读课本p55
平面镜作用：1.成像2.改变光路
练习活动卡p37探究1.2.3.
小结1.平面镜所成的像特点
2.平面镜中的虚像的产生
3.平面镜的应用
作业
活动卡p38家庭实验1.2.
板书
一、平面镜成像特点
1.平面镜所成的像是虚像；
2.像和物体到平面镜的距离相等；
3.像和物体的大小相等；
4.像和物体对镜面来说是对称的。
二、平面镜成像原因
1.光的反射
2.光路可逆
三、平面镜成像，全国公务员共同天地应用
光学成像原理篇10
例1（2007年烟台市）图中小猫抓不着鱼，觉得很奇怪.请你说明其中的物理道理.
解析在利用光的折射规律分析问题时，要搞清楚光的传播方向.小猫在水面上看水中的鱼，光线是从水中斜射入空气，折射角大于入射角，小猫眼睛逆着折射光线看去，看到的是比实际位置高的鱼的虚像，而鱼叉插入水中时是沿直线的，故小猫只能叉到鱼的虚像位置而叉不到鱼.
答案水中鱼反射向空气的光线在界面处发生折射，折射光线远离法线，此时猫所看到的鱼实际是鱼的虚像.猫根据光沿直线传播的经验，叉向鱼的虚像，所以抓不着鱼.
点拨本题通过小猫叉鱼的情景来考查光的折射现象，是一道新颖的题目，让同学们通过所学的知识分析和解决实际问题.
二、透镜
例2（2007年韶关市）下图是小明同学画的一条通过凸透镜或凹透镜后折射的光线光路图，错误的是
解析凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用，但“会聚”和“发散”都是相对于原来的光线而言的，是相对的会聚和发散.
答案C
点拨在判断经透镜折射后的光线是发生了“会聚”还是“发散”，可以把折射光线和入射光线的方向进行比较，如果折射光线相对入射光线的方向是靠近主光轴，是会聚，如果折射光线相对入射光线的方向是远离主光轴，是发散.
三、凸透镜成像规律
例3（2007年内江市）如图2所示，F、F′到凸透镜的距离均等于焦距，p、p′到凸透镜的距离均为2倍焦距.那么，烛焰在光屏上呈的应是倒立、________（填“放大”、“缩小”或“等大”）的实像；若把蜡烛移到p与F之间，调整光屏后，在光屏上得到的像将会________（填“变小”、“变大”或“不变”）.
解析烛焰在凸透镜的二倍焦距外，所以成倒立缩小的实像；当把蜡烛移到p与F之间时，蜡烛处在焦距和二倍焦距之间，将成倒立放大的实像，因此像将变大.
答案缩小变大
点拨应用凸透镜成像规律解题要明确：（1）焦点是实像和虚像的分界点；（2）二倍焦距处是放大实像与缩小实像的分界点；（3）成实像时，像与物体移动方向相同且像距越远，像越大.
四、生活中的透镜
例4（2007年兰州市）如图3，小明用一个透镜观看书上的一个英文单词，他看到了两个字母“YS”的放大的像.这个透镜是________透镜，这种透镜对光线有__________作用，利用这种透镜可制成的光学仪器有__________（只需填写一种）.
解析由凸透镜成像规律可知，只有凸透镜能作放大镜用；凸透镜对光线有会聚作用；凸透镜可用来制成照相机、投影仪、放大镜等.
答案凸会聚幻灯机（或照相机、放大镜、投影仪）
点拨生活中常用的透镜是凸透镜，同学们要熟悉凸透镜成像的各种条件，条件不同，成的像不同，则用途也不同.
五、眼睛和眼镜
例5（2007年深圳市）图4为表示近视眼或远视眼成像情况及对其进行矫正的图，其中表示近视眼成像和矫正情况的图是
a.①③B.②④
C.①④D.②③
解析近视眼形成的原因是晶状体变厚，折光能力变强，使像成在了视网膜的前方，因此要矫正应配戴凹透镜对其进行发散，使像向后成在视网膜上；远视眼是因为晶状体变薄，折光能力弱，光线到达视网膜时还未成像，即像成在了视网膜的后方，因此应该用凸透镜帮助其会聚.
答案a
点拨人的眼睛里面的晶状体相当一个凸透镜，当晶状体的曲度发生变化时，所成的像不能呈现在视网膜上，会造成近视或远视.所以，同学们必须明白近视眼和远视眼的形成原因，才能确定矫正的方法.
六、不可见光
例6（2007年苏州市）验钞机是利用荧光物质在________线的照射下能够发光的原理制成的；家中的电视遥控器是靠__________线来实现对电视机的遥控的.
解析紫外线的应用主要有“灭菌”、“帮助人体合成维生素D”、“使荧光物质发光”等；红外线的应用主要有“拍摄人体热谱图”、“红外线夜视仪”、“红外摄像仪”、“电视机的遥控器”等.
答案紫外红外