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光學(xué)有兩個(gè)主要分支，物理光學(xué)和幾何光學(xué)。物理光學(xué)主要研究光本身的性質(zhì)和特性。幾何光學(xué)涉及控制透鏡、鏡子和其他利用光的設(shè)備的成像特性的原理。它還包括光學(xué)數(shù)據(jù)處理，這涉及對(duì)由相干光學(xué)系統(tǒng)形成的圖像的信息內(nèi)容進(jìn)行處理。

一、光學(xué)圖像

光學(xué)圖像可以被視為物體通過(guò)透鏡或鏡子系統(tǒng)借助光作為載體的明顯再現(xiàn)。通常整個(gè)圖像是同時(shí)產(chǎn)生的，就像相機(jī)中的透鏡那樣，但圖像也可以通過(guò)逐點(diǎn)掃描依次產(chǎn)生，就像在電視系統(tǒng)中或在空間中遠(yuǎn)距離無(wú)線電傳輸圖片那樣。

然而，所有圖像的最終探測(cè)器始終是人類的眼睛，并且無(wú)論使用何種手段來(lái)傳輸和控制光，最終圖像必須要么同時(shí)產(chǎn)生，要么掃描得如此之快，以至于觀察者的視覺(jué)暫留會(huì)給他一種覆蓋有限視場(chǎng)的完整圖像的心理印象。為了達(dá)到這個(gè)效果，圖像必須每秒至少重復(fù)(如在電影中)或掃描(如在電視中)40 次，以消除閃爍或任何間歇出現(xiàn)的跡象。

二、歷史背景

對(duì)古人來(lái)說(shuō)，圖像形成的過(guò)程充滿了神秘。事實(shí)上，在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，人們一直在熱烈討論在視覺(jué)中是有東西從物體移動(dòng)到眼睛，還是有東西從眼睛伸向物體。然而，到了 17 世紀(jì)初，人們知道光線沿直線傳播。

1604 年，德國(guó)天文學(xué)家約翰內(nèi)斯?開(kāi)普勒出版了一本關(guān)于光學(xué)的書(shū)，在書(shū)中他假設(shè)一個(gè)擴(kuò)展的物體可以被視為大量獨(dú)立的點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)向各個(gè)方向發(fā)射光線。其中一些光線會(huì)進(jìn)入一個(gè)透鏡，通過(guò)透鏡它們會(huì)被彎曲并匯聚到一個(gè)點(diǎn)，即光線起源的物體點(diǎn)的 “像”。眼睛的晶狀體與其他透鏡沒(méi)有區(qū)別，它在視網(wǎng)膜上形成外部物體的圖像，產(chǎn)生視覺(jué)感覺(jué)。

有兩種主要類型的圖像需要考慮：實(shí)像和虛像。實(shí)像是在系統(tǒng)外部形成的，在那里出射光線實(shí)際上相交;這樣的圖像可以被捕捉在屏幕或膠片上，是幻燈片投影儀或相機(jī)中形成的那種圖像。另一方面，虛像是在儀器內(nèi)部形成的，在發(fā)散光線如果向后延伸進(jìn)入儀器時(shí)會(huì)相交的點(diǎn)處。這樣的圖像是在顯微鏡或望遠(yuǎn)鏡中形成的，可以通過(guò)觀察目鏡看到。

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