成像 Imaging

2022-11-17 10:28:55 浏览:280

定义

将对象点映射到图像点;涉及此类方法的应用。

术语成像既可以表示涉及此类问题的某些方法和应用。

光学成像方法

光学图像的生成通常意味着从物体点接收到的光被发送到某个图像平面上的点。 更一般地说,成像可能意味着某个平面中的点(包含或不包含任何对象)映射到某个其他平面中的点。 在某些情况下,人们进行三维成像,不仅在一个平面上收集物体点的信息。

最简单的光学成像是通过针孔相机(暗箱相机)实现的,只需要一个针孔,不需要其他光学元件,如镜头或镜子。 由于该操作原理具有相当大的局限性,特别是由于分辨率和光收集效率之间的权衡,因此在大多数情况下应用其他成像方法。

光学成像最常见的原理是使用单镜头,或类似地使用多镜头系统,也称为物镜。 这在关于镜头成像的文章中进行了解释。

还有其他成像方法,不需要镜头,而是在电子图像传感器前面使用某些幅度或相位模板。 在这里,图像需要使用复杂的算法从原始数据中计算出来。

成像 Imaging

图1:来自3DOptix的模拟小部件,演示使用镜头成像。单击预览图像以加载模拟。

一些成像设备的工作原理是逐点扫描对象并将这些数据组合成完整的图像。 在某些情况下,仅在一个维度上进行线扫描。

一些成像方法适用于获取三维图像。 这可以通过全息术和一些扫描方法(如光学相干断层扫描)来实现。

在大多数情况下,光学成像可实现的分辨率受衍射限制在光学波长的一半量级。 然而,有几种方法可以超越衍射极限进行超分辨率成像。 例如,有近场显微镜方法和某些荧光显微镜方法。

在某些情况下,成像不是使用透镜等传统光学器件完成的,而是基于光纤。 例如,有成像光纤束和光纤板(面板)可以产生一对一的图像传输,有时在使用锥形结构时还包括一些放大倍率。

成像不仅可以使用可见光,还可以使用电磁辐射和其他频率区域以及其他类型的辐射:

  • 红外光广泛用于成像;有特殊的红外热像仪,例如用于热成像和夜视。
  • 在某些情况下,使用紫外线,例如在激光光刻的背景下。
  • X射线成像有多种方法。 该领域的一个困难是,除了玻璃入射之外,很难生产出有效的镜子。 例如,Wolter望远镜在太空中用于恒星的X射线观测。
  • 太赫兹成像利用太赫兹辐射穿透物质。

如果使用几个光谱波段,则术语多光谱成像很常见。 如果一个连续的波段被相当大的分辨率覆盖,人们就会谈论高光谱成像。

成像应用

广泛的应用需要某种光学成像。 一些重要的示例案例简要说明以下内容:

  • 在照相机中,人们使用摄影物镜将物体成像到摄影胶片或电子图像传感器上。 还有各种各样的其他类型的相机,包括用于运动图像的摄像机。
  • 显微镜可以将微小物体成像到人眼或显微镜相机中。
  • 对于小放大倍率,放大镜和放大镜通常就足够了。
  • 各种望远镜,包括双筒望远镜和单筒望远镜,可用于观察远处的物体。
  • 内窥镜、管道镜、纤维内窥镜和视频内窥镜用于通过刚性或柔性管观察物体。
  • 红外观察器可用于基于红外光进行观察。
  • 投影仪是成像设备,还包含用于消除物体的光源。 例如,高架投影仪可以将大放大倍率的幻灯片中的图像投影到屏幕上,激光投影仪也可以对数字图像执行相同的操作。
  • 各种类型的机器视觉设备提供机器使用的图像,例如自动驾驶汽车。
  • 光学相干断层扫描(OCT)是一种获取显微图像的扫描方法。 某些类型的激光显微镜还通过扫描物体来获取图像。
  • 光学轮廓仪采集显示表面轮廓的高分辨率图像。
  • 在光刻术中,例如用于制造计算机芯片,复杂的精细结构被成像到波浪器上。 在这里,需要特别短的波长才能获得非常高的空间分辨率。
  • 太赫兹成像可用于安全检查、无损工业检查和农产品检查。

基础光学

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