【視覺知識】光波動過程中的三個基本特征

光波動過程中的三個基本特征17世紀(jì)，對于光的本質(zhì)成立了兩大對立學(xué)說，一方是以牛頓為代表的光的粒子說，另一方是以惠更斯為代表的光的波動說。為了驗證光的波動理論，惠更斯提出了著名的惠更斯原理。但由于牛頓的聲望以及當(dāng)時光波動說沒有完整的數(shù)學(xué)模型，粒子說的勢力一直為主導(dǎo)。直到1800年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊提出了干涉的概念，并利用著名的楊氏干涉實驗證明了光的波動性，之后，在此基礎(chǔ)上，馬呂斯和菲涅爾分別利用波動性對偏振和衍射做出解釋，并建立光波動性的數(shù)學(xué)理論和計算體系。最后，愛因斯坦將兩種學(xué)說統(tǒng)一為波粒二象性。所以光的干涉現(xiàn)象，衍射現(xiàn)象和偏振現(xiàn)象是光波動過程中的基本特征，也是物理光學(xué)的主要研究對象。特點一光的干涉現(xiàn)象是指兩個或多個光波（光束）在某區(qū)域疊加時，在疊加區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的各點強(qiáng)度穩(wěn)定的強(qiáng)弱分布現(xiàn)象。要滿足干涉，需要兩束或多束光振動方向相同，頻率相同的單色光疊加才能產(chǎn)生干涉。楊氏雙縫干涉實驗（圖1），利用同一光源S通過兩個狹縫S1和S2得到的兩束相干光束。由于兩條狹縫到光源距離相同，所以，兩束相干光束在同一波面，相位差為0，并且光強(qiáng)相等。圖1 楊氏雙縫干涉實驗這里，我們用a1和a2分別代表P點處兩束光的振幅大小。此處利用代數(shù)相加法計算光強(qiáng)有其中δ是光程差，其中Δ為光程，是路程與所在空間折射率相乘所得。將δ代入公式就有P點和振動光強(qiáng)公式，設(shè)I0為單束光光強(qiáng)最后可得出結(jié)論，光程差為波長的整數(shù)倍時，P點有最大光強(qiáng)，光程差為波長的奇數(shù)倍時，P點光強(qiáng)最小。這個實驗很有力的證明了光的波動理論。特點二光的偏振與干涉衍射不同的是證明了光是橫波，也證明了麥克斯韋電磁理論的正確性。生活中大部分照明光如日光都是自然光，自然光的振動方向是向各個方向，無規(guī)則的振動。光的偏振是一束自然光入射到各項異性晶體中，會分解為兩束偏振光。在光波中，如果光矢量的振動方向在傳播過程中保持不變，只是它的大小隨相位改變，這種光成為線偏振光；圓偏振光在傳播過程中，它的光矢量大小不變，而方向，繞傳播軸均勻的轉(zhuǎn)動，端點的軌跡是一個圓；橢圓偏振光在傳播過程中大小和方向都有規(guī)律的變化，光矢量端點沿著一個橢圓軌跡轉(zhuǎn)動。圖2 偏振光在生活中，最常見的是線偏振光，比如電腦液晶顯示器，它的原理是利用背光板發(fā)出的自然光，經(jīng)過偏振片，形成固定為以某一方向振動的線偏振光，之后會經(jīng)過液晶層，液晶的兩側(cè)包裹著電極會對液晶通入電壓，液晶的特性是會在電壓的作用下，會使線偏振光產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，也就是說會改變偏振光的振動方向。改變振動方向的光再遇到一個與第一個偏振片起偏方向垂直的偏振片。根據(jù)不同的偏轉(zhuǎn)角度，得到的光強(qiáng)隨液晶將光偏轉(zhuǎn)角度的不同會有強(qiáng)有弱，由電壓控制，最后由三個這樣的單位，分別通過紅綠藍(lán)三種顏色的濾色器，得到一個RGB像素點。圖3 液晶顯示器發(fā)光原理特點三衍射，光波在傳播過程中遇到障礙物時，會偏離原來的傳播方向彎入障礙物的幾何影區(qū)內(nèi)，并在幾何影區(qū)和幾何照明區(qū)內(nèi)形成光強(qiáng)的不均勻分布的現(xiàn)象。17世紀(jì)菲涅爾在惠更斯的干涉理論上加以補(bǔ)充，發(fā)展成為惠更斯-菲涅爾原理。菲涅爾在研究了光的干涉現(xiàn)象以后，考慮到干涉現(xiàn)象來自于同一光源，它們是相干光，因而波前任意一點的光振動應(yīng)該是波前上所有子波相干的結(jié)果。這種子波相干疊加的思想叫做惠更斯-菲尼爾原理。在成像系統(tǒng)中，衍射問題是不可避免的，在幾何光學(xué)中，因為任何光學(xué)儀器都有限制光束的光瞳。這樣使原本在像方成像的點，變成一個衍射光斑。但相比波長來說，光瞳尺寸要大的多，就使得衍射像斑還是極小的。圖4 衍射圖案如圖4所示，一個圓孔的衍射圖形實際使一個環(huán)形圖案，這種可以稱為多級衍射條紋。圖5 分辨兩個衍射點當(dāng)兩個接近的點成像后就會如圖5所示，兩個衍射圓會有部分重疊在一起，如果距離更加接近，光強(qiáng)分界線變得模糊，不明顯，使得我們無法分辨兩個點，此時兩個點之間的距離有了一個定義，當(dāng)兩個點逐漸接近，使得我們能恰好分辨兩個點的距離，稱為分辨率。這也是衍射對幾何光學(xué)最主要的影響。為了更好統(tǒng)一恰好分辨這個概念，一般在光學(xué)中利用瑞利判據(jù)，定義一個點物衍射圖樣的中央極大與近旁另一點物衍射圖樣的第一極小重合，作為光學(xué)成像系統(tǒng)的分辨極限，認(rèn)為此時恰好可以分辨開兩個點物。【來源：光虎光學(xué)內(nèi)部培訓(xùn)資料】光虎光學(xué)專業(yè)生產(chǎn)由德國設(shè)計的工業(yè)鏡頭。以高精度雙遠(yuǎn)心鏡頭為核心，涵蓋高性能FA定焦鏡頭、變倍鏡頭等產(chǎn)品?？蓪崿F(xiàn)為客戶定制化研發(fā)生產(chǎn)。光虎光學(xué)還代理歐美日機(jī)器視覺全系列產(chǎn)品。如面陣與線掃工業(yè)相機(jī)、智能相機(jī)、3D相機(jī)、紅外與紫外相機(jī)、光源、圖像采集卡、機(jī)器視覺軟件及其他周邊產(chǎn)品。http://www.jiuyangjiaxing.com/

光虎光學(xué)亮相中國（上海）機(jī)器視覺展

2023年7月11日-7月13日,光虎光學(xué)攜眾多展品亮相中國（上海）機(jī)器視覺展.作為行業(yè)內(nèi)的重要盛會,本次展會匯聚了來自世界各地的領(lǐng)先企業(yè)和專業(yè)人士.光虎光學(xué)憑借卓越的產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)創(chuàng)新在展會上備受矚目.

光虎光學(xué)受邀參加2022VisionCon蘇州站

2022年8月25日，VisionCon 視覺系統(tǒng)設(shè)計系列會議-蘇州站在福朋喜來登酒店順利召開，光虎光學(xué)作為機(jī)器視覺廠商之一受邀積極參加。

【視覺知識】液態(tài)鏡頭技術(shù)

液態(tài)鏡頭是在工業(yè)鏡頭領(lǐng)域迅速普及的一項新技術(shù),在多種應(yīng)用中它們比傳統(tǒng)鏡頭具有許多優(yōu)勢.實際上,正是它們的多功能性和靈活性成為成功采用它們的主要動力.

【視覺知識】工業(yè)鏡頭的相對照度

鏡頭的照度表示在鏡頭的光軸上,也就是成像中心的明亮度,它取決于F值. 鏡頭的相對照度是指像平面上各視場位置的照度與中心視場的照度之比,即周邊視場受鏡頭漸暈及余弦四次方定律影響,與中心相比明亮度減少的現(xiàn)象.

【視覺知識】如何評價鏡頭成像質(zhì)量——瑞利判斷法

瑞利判斷是根據(jù)成像波面相對理想球面波的變形程度來判斷光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量的.

【視覺知識】光的干涉在雙遠(yuǎn)心鏡頭研發(fā)中的作用

物理學(xué)中,干涉是兩列或兩列以上的波在空間中相遇時發(fā)生疊加或抵消從而形成新的波形的現(xiàn)象.光也是一種波,在特定情形下,光也能發(fā)生干涉現(xiàn)象,在現(xiàn)代工業(yè)中常用于精密檢測——如雙遠(yuǎn)心鏡頭的鏡片檢測,激光干涉儀也被譽(yù)為“最精密的尺子”.

【視覺知識】工業(yè)鏡頭設(shè)計之球面鏡和非球面鏡

所謂球面和非球面,主要是針對鏡片的幾何形狀而言,即球面鏡片與非球面鏡片.二者在幾何形狀上的差別決定了它們在平行的入射光的折射方向上產(chǎn)生差異,從而影響工業(yè)鏡頭成像效果的好壞.

【視覺知識】淺談可變光闌機(jī)構(gòu)的設(shè)計

可變光闌是鏡頭的一個重要機(jī)構(gòu),它主要用來控制通過光學(xué)系統(tǒng)的通光量,改變像面的照度,控制曝光時間,適應(yīng)于各種亮度的情況下拍攝,從而獲得更好的清晰度.

【光學(xué)知識】自動光學(xué)檢測（AOI）概述

AOI是一種自動化視覺檢測方法,主要用于測試印刷電路板組件（PCBA）中的缺陷.

【視覺知識】量子點CMOS

與可見光面陣相機(jī)相比，SWIR光子被對象反射或吸收，從而提供了高分辨率成像所需的強(qiáng)烈對比度。雖然LWIR成像儀會發(fā)出更模糊的熱圖像,但SWIR成像儀可提供高分辨率圖像；與可見光相機(jī)不同的是紅外相機(jī)具有很強(qiáng)的穿透性,常用于電子板檢查,太陽能電池檢查,產(chǎn)品檢查,識別和分類,監(jiān)視,防偽,過程質(zhì)量控制,塑料包裝檢測,玻璃塑性檢測,監(jiān)視系統(tǒng)以及醫(yī)學(xué)成像.它們還用于移動電話面部識別傳感器和環(huán)境模糊的自動車輛成像中