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光学有两个主要分支,物理光学和几何光学。物理光学主要研究光本身的性质和特性。几何光学涉及控制透镜、镜子和其他利用光的设备的成像特性的原理。它还包括光学数据处理,这涉及对由相干光学系统形成的图像的信息内容进行处理。
一、光学图像
光学图像可以被视为物体通过透镜或镜子系统借助光作为载体的明显再现。通常整个图像是同时产生的,就像相机中的透镜那样,但图像也可以通过逐点扫描依次产生,就像在电视系统中或在空间中远距离无线电传输图片那样。
然而,所有图像的最终探测器始终是人类的眼睛,并且无论使用何种手段来传输和控制光,最终图像必须要么同时产生,要么扫描得如此之快,以至于观察者的视觉暂留会给他一种覆盖有限视场的完整图像的心理印象。为了达到这个效果,图像必须每秒至少重复(如在电影中)或扫描(如在电视中)40 次,以消除闪烁或任何间歇出现的迹象。
二、历史背景
对古人来说,图像形成的过程充满了神秘。事实上,在很长一段时间里,人们一直在热烈讨论在视觉中是有东西从物体移动到眼睛,还是有东西从眼睛伸向物体。然而,到了 17 世纪初,人们知道光线沿直线传播。
1604 年,德国天文学家约翰内斯・开普勒出版了一本关于光学的书,在书中他假设一个扩展的物体可以被视为大量独立的点,每个点向各个方向发射光线。其中一些光线会进入一个透镜,通过透镜它们会被弯曲并汇聚到一个点,即光线起源的物体点的 “像”。眼睛的晶状体与其他透镜没有区别,它在视网膜上形成外部物体的图像,产生视觉感觉。
有两种主要类型的图像需要考虑:实像和虚像。实像是在系统外部形成的,在那里出射光线实际上相交;这样的图像可以被捕捉在屏幕或胶片上,是幻灯片投影仪或相机中形成的那种图像。另一方面,虚像是在仪器内部形成的,在发散光线如果向后延伸进入仪器时会相交的点处。这样的图像是在显微镜或望远镜中形成的,可以通过观察目镜看到。
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