光学成像原理范文
时间：2023-12-04 17:26:36
光学成像原理篇1
在复习光学部分内容时，要注意如下问题：
1. 光的直线传播特点：
（1）光的直线传播条件有两个，同种介质且是均匀介质，二者缺一不可。
（2）光速的大小与介质有关，真空中的光速最大。
（3）用光沿直线传播来解释的实例主要有影子、日食、月食、小孔成像等。
2. 光的反射规律中，只能说“反射角=入射角”而不能说“入射角=反射角”，因为是反射角随入射角变化而变化，而不是入射角随反射角变化而变化。无论是镜面反射还是漫反射，都遵守光的反射规律。
3. 在折射现象中，空气中的光线与法线的夹角始终大于其他介质中的光线与法线的夹角（垂直入射除外）。
4. 无论是反射还是折射，光路皆可逆。光年是长度单位而不是时间单位。
5. 光的色散：
（1）白光是复色光。
（2）物体颜色是由它反射或透过的色光决定。
（3）色光的三原色与颜料的三原色不同。
6. 成像问题：实像皆倒立，可以用光屏承接。凸透镜既可以成实像，也可以成虚像，成像的大小由物距与焦距决定。
7. 用对比法记一些规律容易快速掌握，如反射规律与折射规律对比，平面镜成像规律与凸透镜成像规律对比。
8. 作光路图问题：实际光线用实线表示，反向延长线与虚像都用虚线表示。折射与反射的作图方法都要掌握。
考点一：光沿直线传播
冲刺点金考生需要知道光在同种均匀介质中沿直线传播并能列举出相关的生活实例，知道光在真空中的速度，能通过实验分析出光沿直线传播的条件及相关结论。这部分实验比较简单，真空中的光速也容易记忆，因此，复习该节内容应该重点围绕光沿直线传播的生活实例来展开。2008年各地的中考试题，针对本部分内容，大多只出了一道选择题，且都是关于影子与小孔成像的问题。今年，考点应该不会出现偏差，仍将是用光沿直线传播来解释生活实例。
预测1：（考查生活中看到的光斑就是小孔成像所致，属于光沿直线传播的运用，检验学生能否将光现象运用到生活实际中）
下列现象中，属于光沿直线传播的是（）
A. 清晨，人们看见东边的一轮红日分外惹眼
B. 人在河边看见“白云”在水中飘动
C. “海市蜃楼”奇观
D. 太阳光穿过茂密的树叶，在地面上留下光斑
预测2：（考查对成语意思的理解与物理知识的联系，将语文与物理结合）
下列词语中，从物理上说与众不同的一个是（）
A. 湖光耀金
B. 一叶障目
C. 绿树成荫
D. 管中窥豹
考点二：光的反射
冲刺点金根据中考要求，本部分在画光路图及平面镜成像特点上有所侧重，实验部分主要考查反射规律及平面镜成像特点。2008年各地中考题，皆是围绕利用反射规律作图，平面镜成像特点及实验展开的。对于2009年可能会出现什么样的考题，不敢妄加揣测，但可以肯定，在实验的细节问题以及创新实验考查上会有所加强。
预测1：（考查学生对镜面反射与漫反射的理解情况。部分考生会认为镜面反射光比漫反射光强，因而会出现镜面反射时会比漫反射时亮些的错误认识）
如图1，小明用手电筒对着光滑的地面照射，无意中发现对面粗糙的墙壁上会出现一个明亮的光斑，而光滑地面上的光斑却很暗。对此现象解释较合理的是（）
A． 地面吸收了所有的光
B． 墙壁对光发生漫反射
C． 地面对光发生漫反射
D． 墙壁对光发生镜面反射
预测2：（该题重点考查学生在探究平面镜成像时的各种可能现象，是否对这些现象进行了深入的思考，同时也是检验学生是否亲自动手参与过平面镜成像实验）
图2是小明同学探究平面镜成像特点的实验装置。
（1）实验中选择两根完全一样的蜡烛A和B，是为了比较像与_______________的大小。
（2）点燃竖直放置在水平桌面上的蜡烛A，小明同学在桌面上无论怎样移动玻璃板后面的蜡烛B，都无法与蜡烛A的像完全重合，请你推断其原因
________________________________________________。
（3）小明在实验过程中，发现平面镜中的虚像有时能看到两个，有时只能看到一个。在平面镜_________（选填“正前方”或“斜前方”）能看到两个。原因是
________________________________________________。
（4）做此实验时宜选择__________（选填“较暗”或“较亮”）的环境下进行才能使成的像更清晰。
（5）通过该实验的探究，可以发现蜡烛A和它的像到镜面的距离______________。蜡烛A和它的像的连线与镜面___________。
预测3：（该题是课外阅读中的一个内容，与生活联系紧密，旨在考查学生是否细致观察生活，是否能通过像的形变及结合平面镜成像特点推理得出镜面的形状，考查了学生的分析推理能力）
生活中有各种各样的镜面，图3是某镜面中像的情况。
（1）根据镜中的像的特征，可初步判定该镜面是____________。（选填“平面”或“曲面”）
（2）如果将一束平行光照到该镜面上，该镜面会将平行光________。（选填“会聚”或“发散”）
（3）生活中哪些地方会使用该镜面，举例：________。使用该镜的好处有：________________。
考点三：光的折射
冲刺点金本知识点内容较多，知识考查上覆盖了折射规律及现象，透镜的作用，眼睛的原理及近、远视眼的矫正方法，光的色散，三原色问题。技能考查上要求会作折射光路图。实验部分考查折射规律与凸透镜成像规律两部分。从2008年中考内容来看，考点集中在生活中的折射现象及作图。根据物理学与生活联系紧密的特点分析，2009年中考将广泛从生活中取材，来考查对折射规律的理解及凸透镜成像规律的运用。
预测1：（检验学生是否真正掌握并能运用凸透镜成像规律表，并通过计算得出物距大小，属于物理与数学相结合的一个范例）
把高2 cm的物体立于焦距为5 cm的凸透镜前，在凸透镜后的光屏上成了3 cm高的像。物体离凸透镜的距离可能是（）
A． 7.5 cm B． 12.5 cm
C． 4.5 cm D． 10 cm
预测2：（该题联系学生生活实际，具有一定的现实意义。对中学生近视原理进行考查，既关注了学生健康，又检验了物理知识）
全国中学生体质健康调研数据表明：中学生近视发生率约为55．22%，且急剧低龄化。如图4所示，_______（选填“甲”或“乙”）图表示近视眼折光系统的光路示意图，矫正近视眼应佩带_______（选填“凸”或“凹”）透镜制成的眼镜片。如果要防治近眼视，需经常做眼保健操，且不宜长时间近距离看书，通常看书之后要向远处望一会儿。因为远望能使晶状体凸度变_______。（选填“大”或“小”）
预测3：（检验学生对凸透镜成像规律实验的掌握情况，同时考查了学生在实验细节问题上的思考能力）
图5所示是小明同学用蜡烛、凸透镜和光屏在光具座上研究凸透镜成像规律的实验装置。其中明显还需要调整的是__________，调整后的好处是______________。调整后烛焰能在光屏上成缩小_________的实像；若要在透镜固定的情况下，得到再大一些的清晰实像，除将蜡烛适当向右移动外，还应将光屏向_______移动。当小明将蜡烛移到F点时，通过调节光屏，发现屏上并非一个圆形光斑，而是仍有一个形如烛焰的“像”。你认为出现该现象的原因是___________________________________________
光学成像原理篇2
关键词：运动模糊； 散焦模糊；频域特性
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）18-0178-02
The Analysis of Frequency Domain Properties of Blurred Image Based on Optical System
XIE Qing
（Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory of Image Processing and Intelligent Information System， Wuzhou University，Wuzhou 543002，China）
Abstract： The restoration of blurred image is a hot research topic in the field of digital image processing. Motion blur and defocus blur are the most common two types of blurred images based on the optical system. Compares frequency domain characteristics of two kinds of blurred image through examples and analyzes the causes of differences between two kinds of frequency domain feature， lay the foundation of better restoration of the blurred images through extracting geometric features from frequency domain to automatically identify the blurred type.
Key words： motion blur； defocus blur； spectrum property
用数码相机在真实场景中拍摄的图像经常会出现模糊现象，造成图像降质。很多原因都可能造成图像模糊，如摄像设备和对象在曝光瞬间存在相对运动形成的运动模糊[1]和拍摄时成像光学系统没有正焦造成的散焦模糊[2]。
图像复原研究既是数字图像处理领域的研究热点，也是一个研究难点，众多学者对运动模糊和散焦模糊这两种最常见的基于光学系统的模糊图像复原方法进行了深入的研究，取得了一系列的研究成果。
洪景新、陈栩在匀速运动模糊图像复原的过程中引入了图像稀疏表示的思想[3]；赵志刚、陈莹莹等在单幅运动模糊图像的复原中使用了边缘先验模型和小波分析方法[4]；张怡卓、苏耀文等人对逆滤波法、维纳滤波法和约束最小二乘方滤波等传统运动模糊图像复原方法进行了对比研究，得出约束最小二乘方滤波方法最优的结论[5]；文献[6]研究了传统的散焦模糊图像的复原方法，分析了圆盘散焦模型和高斯散焦模型这两种常见的散焦模型，并提出了基于清晰度评价函数的图像还原方法。
由于不同类型的模糊图像在频域会显示出不同的特性，因此，分析不同类型模糊图像频域特性的差异及形成原因，从而研究针对性的模糊图像复原算法很有必要。
1 不同类型模糊图像频谱图对比
由于造成运动模糊和散焦模糊的原因不同，因此，这两种模糊图像的频域特性也存在差异。如图所示，图1是运动模糊图像，图2是散焦模糊图像，人眼很难仅仅通过观察图像来区分出两种不同的模糊类型。但是如图3、图4所示，两幅图像具有不同的频域特性，运动模糊频谱图呈现条状，其与水平方向的夹角跟模糊方向有关。散焦模糊图像的频谱图成中心向外发散的圆形。由此证明，利用模糊图像频域特性的差异可以较容易地识别出模糊图像的类型。图5、图6是对频谱图进行了二值化、平滑滤波、腐蚀等数学形态学处理后的结果，可以更加清晰地看出不同模糊图像频域特性的差异。
4 处理结果
由于不同类型模糊图像的频域特性存在差异，可以通过对图像的频谱图进行必要的处理后从中提取出主要的几何特征，并作为依据自动识别出模糊图像的模糊类型，从而在图像复原时采用更有效的复原方法。
2 不同类型模糊图像频域特性差异原因分析
运动模糊是由于曝光时间内相机和拍摄对象之间的相对位移造成的。如图7所示，假设相机固定，拍摄目标在相机曝光时间内沿水平方向移动了3个像素，则曝光前拍摄目标上的点1通过光学系统后成像于A1点，而在接下来的时刻，随着目标和相机之间的相对运动，点2、3、4相继成像于A12、A123、A1234点，因此曝光结束后，最终的像点实际上是由1、2、3、4四个目标点的成像叠加形成的，因此就造成了模糊。如果曝光时间较长，在这段时间叠加起来的点会越多，反映到频谱图中就形成了长条状，并且条状的宽度以及与水平方向的角度跟模糊程度及模糊方向有关。
图7 运动模糊原理示意图
散焦模糊图像是由于光学系统对焦不准形成的，其光学原理图如图8所示，当对焦准确时，物平面上的一个点A成像为一个清晰点A′，而当焦点在被摄点之前或之后，即对焦不准时就会形成模糊的光斑，即图中B和C。由于目前大部分光学系统中都采用圆形或正多边形的光圈，因此散焦模糊图像的频谱图中形成一个近似于圆形的区域。
图8 散焦模糊原理示意图
3 结论
图像降质是一个非常常见的现象，如何恢复出模糊图像的真实面目一直是数字图像处理领域的研究热点。本文通过实例对比了运动模糊和散焦模糊这两种最常见的模糊图像的频域特性，并分析了造成频域特性差异的原因。从频谱图中提取几何特征实现模糊图像类型的自动识别，从而采用针对性的复原方法，必将取得更好的复原效果。此外，用数码相机在真实环境中拍摄的图像，情况往往比较复杂，如文献[2]和文献[7]中提到的，由于场景中目标物比较多，出现一些目标清晰一些目标模糊的局部模糊图像，或者是运动模糊与散焦模糊混合的模糊图像，如何对这些复杂的模糊图像更好的实施复原，是本文下一步的研究方向。
参考文献：
[1] 廖宇，郭黎.一种运动模糊图像的模糊参数估计方法[J].计算机工程与科学，2014，36（10）： 5，2002-2008.
[2] 刘子伟，许廷发，赵鹏.运动和离焦耦合的模糊图像参数辨识方法[J].北京理工大学学报，2014，34（3）：327-330.
[3] 洪景新，陈栩.基于l1正则化的匀速运动模糊图像复原[J].厦门大学学报：自然科学版，2014，53（1）：26-30.
[4] 赵志刚，陈莹莹，赵毅，等，基于边缘先验模型的运动去模糊[J].计算机科学，2015，42（5）：305-308.
[5] 张怡卓，苏耀文，李超，等，运动模糊图像的经典复原方法分析[J].哈尔滨师范大学：自然科学学报，2015，31（1）：57-59.
[6] 马云燕，基于圆对称性的离焦模糊图像的还原方法[D].上海师范大学，2014.
光学成像原理篇3
如图3-⑴所示（注：图中未标2F和F点）：蜡烛位于C点时，光屏能够呈现倒立、放大的实像（注：以上亦可变成填空题）；如图3-⑵所示：若将蜡烛移动2cm至D点，光屏仍然不动、只向___（填“左”或“右”）移动凸透镜___（填“大”或“小”）于2cm，光屏仍可呈现比原来___（填“大”或“小”）的实像。网络里给出的答案是：蜡烛在2f和f之间移动时，若将蜡烛移2cm至D点，物距减小，所以光屏不动、只向左移动凸透镜（注：原答又将“凸透镜”误写成“光屏”），由于物距减小的慢（少），像距增大得快（多），所以移动凸透镜大于2cm。又由于物距减小，像距增大、像增大。所以光屏仍可呈现比原来大的实像。当我们再次安排学生做验证性实验时，奇迹出现了：向左移动凸透镜时、光屏呈像更加摸糊；有的向右移动凸透镜时，光屏才能呈现实像；有的向左或向右移动凸透镜光屏均无实像！……
为深入探究，我们依据图4和凸透镜成像公式1/ =1/ +1/，按假定的物距并算出像距如下表：
再列解1/ =1/1+1/（DE-1）方程，还根据“凸透镜成实像时光路可逆原理”填写上表格空项：其中：凸透镜焦距采用光具座上配套的规格：9～11cm；C距2F点的长度为假设值。从表中数据可知：“将蜡烛移动2cm至D点”是有条件限制的：必须满足“4≥（υ+-2cm）”才能成实像！
在初中物理教学中、是不能引用凸透镜成像公式的。现在只好依据凸透镜三条特殊光线，给出类似该题的通用解法如图5所示（注：图中未标2F和F点）：⑴画出倒立、放大的实像；⑵物体移2cm至D点；⑶此时实像稍微变大；⑷由于焦点随凸透镜一起移动，所以只能应用“过光心的入射光线，传播方向不改变”，画出通过物与像的顶点的光线；⑸此条光线跟主光轴的交点，即为凸透镜移动后的新位置！⑹再确定两个焦点的新位置、画出另外两条特殊光线：它们均能相交于放大实像的顶点！证明含用此法解答图1问题亦为可以引用。
光学成像原理篇4
关键词:盲复原;点扩展函数;高斯噪声;维纳滤波
中图分类号:TP391文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)02-109-03
Research on Blind Restoration Algorithms of Underwater Image
MA Tian1,JI Fang2
(1.Ocean University of China,Qingdao,266100,China;2.Jiangmen Entry_Exit Inspection and Quarantine Bureau,Jiangmen,529000,China)
Abstract:The goal of image restoration is to rebilud primitive image from degenerated image which is observed,it is the foundation of image processing,pattern recognition,machine vision and so on.As an important branch,the main thought of blind restoration is to acquisitive best clear effect in situation of unknown of the point spread funtion.As usual,the PSF is Gaussian model in underwater image degeneration model,so error _ parameter estimation is made,it′s according to the degenerative process of the image,provides the error form of the frequency land and changes the range of selecting parameter,and then uses the restoration algorithms to make a curve of error _ parameter,and estimates parameter values,then uses classic restoration algorithms as Wiener filter to restorate image.The experiment proves this method has obtained clearer result.
Keywords:blind restoration;point spread funtion;Gaussian noise;Wiener filter
0 引 言
随着计算机科学技术日新月异的发展,数字图像处理技术已经应用到相当多的领域之中,如交通、天文、医学、遥感等。海洋是人类生存和发展的重要领域,不仅能为人类提供丰富的物质资源,而且在现代战争中具有重要的战略地位。由于海洋的重要性,水下图像也日渐成为人们研究的重要领域和方向。对水下图像的处理主要包括目标识别、图像复原、图像增强、图像压缩等。其中,图像复原是水下图像处理中一个非常重要的环节,近年来得到了越来越多的重视与研究。
所谓数字图像盲复原是指图像处理过程中,由于不能预先知道确切的模糊过程降质模型,而必须根据模糊图像确定降质模型,并同时使模糊图像复原的一类算法[1]。图像盲复原技术的最大特点是不依赖于图像的先验知识或仅依靠很少量的部分知识,对模糊图像进行最佳情况复原。即在降质过程中所有信息或部分信息都未知的情况下,利用降质图像的特征来估计原始图像和降质点扩展函数(Point Spread Function,PSF)的过程。其中,对点扩展函数PSF的准确估计尤为重要[2]。
水下图像处理以其特殊的成像背景,需要对其做专门的图像复原算法研究,并依靠模糊图像确定其降质模型。自然光在进入海水中之后,受到海水的作用产生衰减。实验表明,光的衰减是光波长的复函数,它由两个互不相关的过程,即吸收和散射引起,因此光在水中传输时,能量按指数规律迅速衰减。由于受海水中水分子及其浮游生物和大量悬浮颗粒的影响,摄像机成像系统所拍摄到的图像是经过被海水层层散射和吸收后得到的,成像质量大幅下降,因此需要对模糊图像做复原处理,以尽可能恢复原图像。
1 数字图像盲复原原理及相应算法研究
点扩展函数PSF的物理含义是在不考虑加性观测噪声影响的情况下,一个点源通过该成像系统后所形成的扩散图像。对于每一个点源,它通常是一个有限冲击响应滤波器。
数字图像复原处理的关键问题在于建立降质模型。如果降质过程为线形和空间不变的过程,则降质图像g(x,y)在空间域可表示为:
g(x,y)=f(x,y)*h(x,y)+n(x,y)
式中:f(x,y)为原图像;h(x,y)为点扩展函数PSF;n(x,y)为噪声,一般为加性噪声。图像复原就是对g(x,y)寻找一个逆变换,以估计出复原图像(x,y)[3]。其中,对PSF的估计方法可以分成两类进行:第一类是将点扩展函数的估计与图像复原分离开来进行,通过对点扩展函数的先验辨识,可以将图像盲复原问题转化成经典的图像复原问题;第二类是将点扩展函数的估计与图像复原结合起来进行。一般使用第一类处理方法对点扩展函数进行估计和恢复图像,由此给出误差_参数估计法。
误差_参数估计法的前提条件是要知道退化图像中点扩展函数的参数化模型。首先,分别用高斯模型和线性移动模型作用于标准Lnea灰度图像上,加上方差不同的高斯白噪声,得到不同退化程度的观测图像。根据图像退化过程,给出频率域的误差形式:E=Y-XH2,选定参数的变化范围。利用复原算法,依据PSF和观测图像估计原始图像,计算频率域误差,做出误差参数曲线,由此估计PSF的参数值,从而获得PSF的具体形式。最后利用经典的复原算法维纳滤波法对退化图像进行了复原,获得比较清楚的复原效果。
2 水下数字图像成像原理
影响水下图像成像质量的因素主要有光在水中的吸收与散射。由于海水对不同波长的光,有不同的衰减率,对于波长在400~600 nm之间的光不易吸收,对其他颜色的光很容易吸收,故一般进行近距离(大约为1~2 m)成像可获得彩色图像,对远距离目标成像则多采用黑白图像的方式。光在水中的散射分为前向散射和后向散射,前向散射指光在水中传播时遇到水中悬浮粒子,发生光向前各方向散射;后向散射指光遇到水中悬浮粒子时发生光向后各方向散射[4]。海水的散射主要集中于前向散射,占总散射的90%左右。散射光对水下影像衬度会产生极为有害的影响,它会造成图像的对比度下降,使影像衬度成为水下成像中最严重的问题。由于水的光学特点,光学成像的作用距离是很有限的。图1为影响水下成像的各种因素。
针对水下图像复杂的成像特点,由于成像过程中,不能预先知道确切的模糊过程降质模型,故采用图像盲复原的方法对降质图像进行恢复处理。成像过程中光的前向散射是影响成像质量的最主要因素,可看成为高斯白噪声,故对模糊图像的复原处理就转化为对PSF的参数估计和用维纳滤波复原图像的问题上来,即误差_参数估计法。
图1 水下图像成像原理
3 误差_参数估计法原理
误差_参数分析法,适合于利用参数来表征点扩展函数的辨识,如线形移动、散焦和Guass模型。该方法允许观测图像的点扩散函数的尺寸较大。这里所研究的就是在知道退化图像的PSF为对称Guass模型的情况下,用此方法估计PSF的参数。
对称Guass模型的参数表示式为:
h(x,y)=kexp{-α\
式中:Dh是PSF的支持域;(x0,y0)是Dh的中心点;K是归一化系数,它使得∑(x,y)∈Dhh(x,y)=1,因此只用α就能表征这个Guass函数。所以,可以将此退化模型与参数的关系都写成h(α)[5]。误差_参数分析法是用下面的方法产生一个误差_参数曲线,由曲线来决定PSF的参数。具体计算步骤如下:
(1) 选定一个参数搜索范围,用α0,Δα和搜索步数k来表示。
(2) 由参数α产生点扩散函数h(x,y);实施复原算法,依据h(x,y)和观测图像g(x,y)决定图像f^(x,y)。计算复原误差E=g(x,y)-f^(x,y)*h(x,y)2或频域误差E=G(u,v)-f^(u,v)H(u,v)2。
(3) 作出E_α曲线,由此估计点扩展函数的参数α值,并获得相应的PSF。
(4) 根据估计得到的PSF,采用常规的复原算法对退化图像进行复原。
估计出点扩展函数PSF后,再通过维纳滤波,对图像进行复原处理,即可得到f^(x,y)[6]。
维纳滤波是一种抑制和减小噪声的方法。维纳滤波复原是寻找一个滤波器,使得复原后的图像f^(x,y)与原图像的均方差min E[(f-f^)2]最小[7]。设f(x,y)与n(x,y)不相关,且n(x,y)有零均值,则由上述条件可得出维纳滤波器的传递函数为:
M(u,v)=H*(u,v)|H(u,v)|2+Pn(u,v)/Pf(u,v)
式中:H*(u,v)为H(u,v)的复共轭;Pf(u,v)和Pn(u,v)分别表示原图像和噪声的功率谱,即分别是f(x,y)和n(x,y)的自相关函数的傅里叶变换。根据上式可得:
F^(u,v)=M(u,v)G(u,v)=
H(u,v)|H(u,v)|2+Pn(u,v)/Pf(u,v)G(u,v)
对F^(u,v)取傅里叶逆变换,即可得在维纳滤波意义下的最佳原图像估计[8]f^(x,y)。
在实际图像处理过程中,Pf(u,v)和Pn(u,v)通常是未知的,可用一个常数γ来近似Pn(u,v)/Pf(u,v),所以上式可变为:
(u,v)=M(u,v)G(u,v)=H*(u,v)|H(u,v)|2+γG(u,v)
4 实验结果分析
图2是在水下拍摄的模糊图像;图3是用误差_参数法进行处理后再用维纳滤波复原后的图像。
图2 水下模糊图像
图3 用误差_参数法复原图像
根据以上得到的结果可发现,使用误差_参数估计法对高斯模型进行参数估计,获得的参数值比较接近实际参数值的大小,误差比较小。另外,依据所估计的高斯模型的具体形式,利用维纳滤波法复原退化图像后,从视觉效果来看,复原前后图像的模糊度较小,轮廓比较清晰;从模糊信噪比的大小来看,复原后图像的BSNR明显得到提高。所以,得出在知道退化图像的PSF是高斯模型时,利用误差_参数估计法对退化图像进行处理,是可以取得比较有效的结果的。
5 结 语
在此对图像盲复原算法进行了研究,并重点研究了误差_参数法在水下图像恢复中的应用,获得了较为可行的结果。图像复原技术是一门涉及面广,算法非常复杂的技术,同时又是一门发展前景十分广阔的技术。本文仅讨论了其中一种复原算法,在理论和实践中还有很多需要解决的问题有待深入研究。对今后图像复原算法的研究,仍以提高复原的有效性和效率为主要研究方向,不断提高复原图像的质量和速度,并降低算法的复杂度,提高抗噪性能,提高复原算法的适用性。
参考文献
[1]张航,罗大庸.图像盲复原算法研究现状及展望[J].中国图像图形学报,2004,10(10):1 145-1 152.
[2]Kenneth R Castleman.数字图像处理[M].北京:清华大学出版社,1998.
[3]刘政凯,瞿建雄.数字图像恢复与重建[M].合肥:中国科技大学出版社,1989.
[4]孙传东,陈良益,高立民,等.水的光学特性及其对水下成像的影响[J].应用光学,2000,21(4):39-46.
[5]Kundu D.Blind Image Deconvolution[J].IEEE Signal Processing Magazine,1996,13(3):43-64.
[6]邹谋炎.反卷积和信号复原[M].北京:国防工业出版社,2001.
[7]徐飞,施晓红.Matlab应用图像处理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.
[8]王家文,曹宇.Matlab 6.5图形图像处理[M].北京:国防工业出版社,2004.
[9]王爱玲,叶明生,邓秋香.Matlab R2007图像处理技术与应用[M].北京:电子工业出版社,2008.
[10]丁玉美,阔永红,高新波.数字信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.
光学成像原理篇5
关键词： 数字全息； 二元全息干涉； 衍射效率； 再现像
中图分类号： TN919?34； O438.1 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）16?0074?03
0 引 言
与普通照相术相比较，全息术可以同时记录物体的振幅信息和相位信息，这一特点被广泛地应用于形变测量、三维显示、数字全息显微等领域[1?5]。随着CCD， CMOS等数字化记录介质的发展，全息术的记录和再现已经可以通过数字化手段实现，这就大大降低了记录全息图的难度，使全息技术具备了更好的动态性、可操作性等优点。然而，由于数字全息图冗余程度较大，占用存储空间多，直接对原全息图进行处理时计算量较大且耗费时间较长；同时，采用LCOS或DMD对数字全息图进行再现时，受其分辨率的限制，仅部分高分辨率的数字全息图得到有效再现。此外，全息图的再现像受到直透光的严重干扰，进行光电再现时得到的再现像质量较差。针对上述问题，诸多学者提出了多种解决方案： Young?HoSeo等人提出了将数字全息图分块进行DCT变换并压缩的有损编码压缩算法[6?7]，该方法可获得较好的压缩比，但计算量较大；韩超、韦穗学者提出在已知物波函数傅里叶谱的振幅和物波函数振幅的情况下通过迭代恢复出纯相位的物波函数，并用余弦二值编码生成二值全息图[8]，该方法重构效果很好，但只限于计算全息，且迭代运算的过程计算量大；金洪震学者提出对全息图傅里叶变换后仅保留物光波的相位信息，再对全息图进行重新抽样，达到了压缩全息图的目的，但再现像的质量并不理想[9]。
本文提出利用压缩二元数字全息的方法以提高再现图像质量。首先将通过保留原始像的振幅以恢复物光的相位，得到压缩后的数字全息图。采用二元全息干涉[10]将此相位与参考光干涉，生成新的二元全息图。实验表明：此方法可以显著提高衍射效率，得到较高质量的光电再现图像。
1 基于二元全息干涉的衍射效率提高
1.1 衍射效率的定义
衍射效率在传统光学全息技术中是用于评价全息图质量的一个重要指标[11]。全息图的衍射效率定义为：全息图的一级衍射成像光通量与再现时照明光的总光通量之比。衍射效率越高，表示成像光波的光能量越大，则全息图的再现像越明亮。全息图衍射效率的大小不仅能够反映再现光能的利用率和再现像的明亮程度，而且能够综合反映全息图的记录失真情况和信噪比。
全息图的衍射效率定义可用公式表示为：
η=衍射成像光通量/再现光总光通量
对于正弦型振幅全息图，在线性记录条件下，实验中的实际的衍射效率不超过6.25%。在数字全息技术中，数字全息图的衍射效率表达式[12]为：
[η=hx2dxdyNxNy] （1）
式中[hx=0.5fx-x0+0.5f*-x+x0]，[fx-x0]为原始像，[f*-x+x0]为共轭像。[Nx]和 [Ny]分别为全息图的水平像素数和垂直像素数。分子部分表示归一化后的数字全息图的原始像，分母部分表示数字全息图在照明光的光强恒为1时的总的光通量。
1.2 二元全息干涉原理
二元全息干涉原理如图1所示，若限幅器的输入函数为[cos2πxT+φx，y]，偏置函数为[cosπpx，y]，其中[px，y=sin-1Px，yπ]，则可以得到二元函数的普遍形式：
[fx，y=sinπpx，yπexp-j2πxT+φx，y =Px，yπexp-jφx，yexp-j2πxT] （2）
式中：[Px，y]为物光波的振幅函数；[φx，y]分为物光波的相位函数，输入输出波形如图1所示，由图可以看出，输出脉冲的宽度受到[px，y]（即[Px，y]）的调制，输出脉冲的位置受到[φx，y]的调制。
图1 二元全息干涉产生的脉冲宽度工作原理和脉冲位置调制
当用振幅为1的平面波垂直照射全息图时，透过光波即为：
[tx，y=n=-∞∞sinπnpx，ynπexpjn2πxT+φx，y] （3）
在式（3）中取[n=1]，可得到：
[t1x，y=sinπpx，yπexpj2πxT+φx，y =Px，yπexpjφx，yexpj2πxT] （4）
式（4）表明，透射光波的[+1]级衍射项完全再现了物光波[Px，yexpjφx，y]，包括振幅和相位信息。而线性相位项[expj2πx/T]作为载波给出了再现物光波传播的方向。因此，在保持图像整体和局部特征的情况下，利用二元全息干涉的原理可以对干涉条纹函数做类似高反差胶片的非线性处理，将实验中获得的具有256个亮度等级的灰度图像转化为二元全息干涉条纹函数，则每个像素点的灰度值为0或255，这样不仅能减小图像的数据量，而且能增强全息图的条纹对比度，从而提高数字全息图的衍射效率。
2 压缩二元全息图的再现像质改善
2.1 全息图的记录
实验所采用的记录光路如图2示，Laser为激光器，波长为632.8 nm；BS1、BS2为棱镜；M1、M2、M3为反射镜；BE1、BE2为扩束准直装置。
图2 实验数字全息图记录光路图
激光器出射的激光经过棱镜BS1分为两束：一束经M1反射和BE2扩束准直后，再由M2反射进入棱镜BS2照射在CCD上作为参考光；另一束经M3反射和BE1扩束准直后照射到三维物体上，三维物体的反射光经棱镜BS2与物体反射出的光在CCD表面合束并干涉，得到离轴菲涅尔全息图，由CCD记录后量化保存为数字全息图存放在计算机中。实验中所用的CCD光敏面积为8.47 mm（H）×7.10 mm（V） ，像素数为2 456（H）×2 058（V），像素尺寸为3.45 μm（H）×3.45 μm（V）；实验记录的物体为陶瓷脸谱，脸谱尺寸为2.7 cm（高）×2 cm（宽）×1 cm（厚），脸谱与CCD之间的距离为0.49 m，记录的全息图像素数为1 228（H）×1 228（V）。图3（a）所示为实验获得的数字全息图，图的右上方为部分全息图放大4倍后的效果，可见全息图条纹对比度较低。在实验时只能用计算机模拟再现，无法进行光电再现。计算机模拟再现图如图3（b）所示。
图3 实验记录的数字全息图及其计算机模拟再现
2.2 压缩二元全息图的生成
2.2.1 基本流程
实验中，保留原数字全息图衍射再现像的振幅并以此恢复出物光相位，生成信息压缩了的新全息图，再利用二元全息干涉原理对压缩的数字全息图进行非线性调制，流程如下：对原数字全息图进行菲涅尔衍射，保留再现像的振幅部分；对保留下来的振幅进行反傅里叶变换，并取其相位，作为物光波的相位；由保留的再现像的振幅和恢复出的物光相位制作新的数字全息图；应用二元全息干涉原理将数字全息图二值化，生成压缩二元全息图；按上述步骤对实验获得的原数字全息图（即图3（a））进行处理，得到压缩并二值化后的数字全息图，如图4所示，其右上角为部分全息图放大4倍后的效果。可见与图3（a）相比，全息图的条纹对比度有了明显的增强。
图4 二元全息干涉处理得到的全息图
2.2.2 压缩二元全息图衍射效率
根据公式（1）计算，分别计算图3（a）和图4的衍射效率。计算结果如表1所示。
表1 衍射效率计算结果对比
原数字全息图（图3（a））的像素数为1 228（H）×1 228（V），全息图的衍射效率为0.14%；利用二元全息干涉原理处理后生成的压缩二元全息图（图4）像素数为540（H）×768（V），衍射效率为3.91%，与原数字全息图（图3（a））相比，压缩比为27.5%，衍射效率提高了约27倍。
2.3 光电再现
图5所示为实验数字全息图的再现光路，Laser为激光器，与记录过程所用激光相同，激光波长为632.8 nm；BE为扩束准直装置；DMD为数字微镜器件[13]，其分辨率为1 024（H）×768（V）。将实验处理后得到的压缩二元全息图（图4）加载到DMD上，激光器出射的激光经BE扩束准直后照射在DMD表面，实现数字全息图的光电再现。光电再现结果如图6（a）所示，图6（b）为用保留相位方法得到的全息图的光电再现像，对比可以看出，处理后的压缩二元全息图的光电再现像质有了明显的提高，可以看到明亮的光电再现像。
图5 实验数字全息图记录及再现光路图
图6 DMD光电再现
3 结 语
本文提出了一种压缩二元数字全息图的生成与再现方法。通过保留一部分再现像振幅生成物光相位，依据二元全息干涉原理生成压缩二元数字全息图提高衍射效率。光电再现时采用DMD作为再现器件进行重构。实验表明：利用本方法得到的全息图具有较高的衍射效率，光电重现时图像较为明亮，同时压缩后的全息图可以满足再现器件的低分辨率要求。
参考文献
[1] BJELKHAGEN H I. Digital holography and holographic displays [J]. Opt Eng， 2011， 50（9）： 091301?091308.
[2] FERRI L C. Visualization of 3D information with digital holography using laser printers [J]. Computers and Graphic， 2001， 25（4）： 309?321.
[3] 李冠成，于艳春，王勇，等.激光全息技术的应用及发展趋势的研究[J].光学技术，2005，31（5）：769?775.
[4] HUNG M Y Y， LIN L， SHANG H M. Simple method for direct determination of bending strains by use of digital holography [J]. Applied Optics， 2001， 40（25）： 4514?4518.
[5] 徐光磊.组合数字全息技术及其防伪应用的研究[D].天津：天津大学，2012.
[6] SEO Young?Ho， CHOI Hyun?Jun， KIM Dong?Wook. Lossy coding technique for digital holographic signal [J]. Optical Engineering， 2006， 45（6）： 1?9.
[7] SEO Young?Ho， CHOI Hyun?Jun， KIM Dong?Wook. 3D scanning?based compression technique for digital hologram video [J]. Signal Processing： Image Communication， 2007， 22： 144?156.
[8] 韩超，韦穗.余弦二值编码纯相位全息图的数字微镜器件显示[J].光学学报，2008，28（4）：659?663.
[9] 金洪震，李勇，张海花，等.通过保留相位进行全息图信息压缩的方法[J].光学技术，2008（3）：761?763.
[10] 苏显渝，吕乃光.信息光学原理[M].北京：电子工业出版社，2010.
[11] 钟丽云， 张以谟，吕晓旭，等.数字全息中的一些基本问题分析[J].光学学报，2004，24（4）：465?471.
[12] WYROWSKI F. Diffraction efficiency of analog and quantized digital amplitude holograms： analysis and manipulation [J]. Journal of Opt Soc Am A， 1990， 7（3）： 383?393.
光学成像原理篇6
关于光路可逆，教材中仅指出：“光在反射时，光路是可逆的”“光在折射时，光路也是可逆的”，并没有进行深入分析及应用，以至于同学们对光路可逆不重视，认为这个知识点无关紧要，可实际上我们在解决有关光的习题中，如果能够想到利用光路可逆这一重要原理，那不仅能够有助于对某些光学知识的记忆（例如，可由“平行于主光轴的光线经凸透镜折射后会聚于焦点”得出“自凸透镜焦点发出的光线会平行于主光轴射出”；可由光从空气射入其他透明介质的折射规律得出光从其他透明介质射入空气中的折射规律等），还可以让同学们对许多光学现象的理解与运用变得非常简单，下面我们就以光的折射为例探讨一下光路可逆的应用.
例1 图1为光从空气斜射入水中的折射光路，则光从水中斜射入空气中时，折射角 （大于/等于/小于）入射角.
解析 我们只对光从空气射入其他透明介质的情况做过研究，但如果遇到光从介质射入空气的问题，根据光路可逆，就也能得出结论.本题根据光路可逆，当光沿BO入射时，折射光线必为OA，故折射角大于入射角.
例2 如图2a所示，一束光射向一块玻璃砖，画出这束光进入玻璃和离开玻璃后的轨迹.
解析 本题根据光的折射规律作出解答，有的同学可能作出图b的错误解答，认为最终的折射角大于入射角就对了，通过实验，我们知道其实正确的光路图如图c所示.那么为什么BC∥AO呢？我们可以利用光路可逆去解释，入射光线AO通过玻璃砖在玻璃砖的上、下两个表面都会发生折射.由于玻璃砖的上下表面是平行的，因此∠M′OB=∠NBO，即光由空气斜射入玻璃砖时的折射角（∠M′OB）等于光由玻璃砖斜射入空气时的入射角（∠NBO）.根据光路可逆可知，此时光由玻璃砖斜射入空气的折射角（∠N′BC）应等于光由空气斜射入玻璃砖时的入射角（∠AOM），即最终的折射光线BC应平行于原入射光线AO.
例3 站在岸上的人看到平静的水面下有一静止的物体，如图3所示，如果他想用一束强光照亮物体，则应该瞄准（ ）.
A.看到的物体的上方
B.看到的物体的下方
C.看到的物体
D.看到的物体的前方
解析 这是一道极易解错的题目，学生易与“叉鱼”时偏下方才能叉到鱼混淆.其实，在明确“看到的物体”实际是真实物体虚像的基础上，运用光路可逆来分析，若激光沿原来的折射光线路径反方向入射，则其对应的折射光线必沿原来的入射光线路径的反方向传播，从而照亮物体，故选C.
例4 小义某次在实验室做“探究凸透镜成像规律”实验时，烛焰通过凸透镜恰好在光屏上成一个倒立放大的像，若保持凸透镜位置不变，把烛焰和光屏的位置对调一下，则（ ）.
A.光屏上仍能得到一个倒立放大的像
B.透过透镜可观察到一个正立放大的像
C.光屏上能得到一个倒立缩小的像
D.光屏上没有像，需调节光屏才能成像
解析 由凸透镜成像规律可知，当烛焰通过凸透镜在光屏成一个倒立放大的像时，物距大于1倍焦距小于2倍焦距，像距大于2倍焦距.若保持凸透镜位置不变，把烛焰和光屏的位置对调，则物距将变为大于2倍焦距，烛焰可以通过凸透镜在大于1倍焦距小于2倍焦距的某处成一个倒立缩小的像.但这时的像是否一定能成在原来物体所处的位置上呢？为了便于研究，我们仅取烛焰上处于透镜主光轴上的A点来研究，如图4所示.我们知道，A点所成的像，是由从A点发出的光经凸透镜折射后相交而成的，所以图中主光轴上的点A′必是A点所对应的像点.如果把烛焰和光屏的位置对调，即把A点换放到A′点的位置，那么由光路可逆可知，这时处于A′点位置的烛焰上发出的光必会沿图中光路的反方向传播，并在图中的A点处成相应的像点.由此可见，保持凸透镜位置不变，把烛焰和光屏的位置对调一下，相应的物距与像距也是互换的，也就是现在所成像的位置就是原来物体的位置，故选C.
光学成像原理篇7
关键词：直线传播；反射；折射；光的颜色；成像
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2014）09-0035
我们的眼睛是如何看到物体的呢？首先，让我们来了解眼睛是如何成像的。实际上眼睛成像是透镜成像规律的重要应用。照相机与眼睛有相似的结构，自制照相机能使学生对利用凸透镜成缩小的实像有较直观、深刻的印象。因此，对眼睛成像的认识，可以从自制照相机开始。通过生理学中的眼模型或课件，将生理眼抽象成简化眼模型。将自制照相机与简化眼对比，使学生认识到眼睛可以看成是精巧的照相机，眼球中的角膜和晶状体的共同作用，相当于一个“凸透镜”，视网膜相当于照相机的底片。从物体发出的光线经过人眼的凸透镜在视网膜上形成倒立、缩小的实像，分布在视网膜上的视神经细胞受到光的刺激，把这个信号传输给大脑，人就可以看到这个物体了，这就是眼睛成像的基本原理。因此，必须有光线进入到我们的眼睛才能引起视觉。
我们看到影子和光的直线传播是有很大的关系的。光从光源传播出来，当光遇到不透明的物体时，部分光线会被物体吸收，部分光线会被反射，而其他未被物体挡住的光线，会继续前进，有光的地方有反射光线进入人的眼睛，在不透光的物体后面受不到光照射的地方就就没有反射光线进入人的眼睛，而呈现阴影的现象，所以形成了影子。例如，日食月食的形成是影子形成的例子。所以说，要是没有光，哪会有影子呢？
我们又是如何看清物体呢？那也是物体把各部分光线反射进入人的眼睛才能看见。例如，我们在教室内可以看到黑板上的字，是因为反射光线进入到我们的眼睛；黑板不光滑，光照到黑板上会向各个方向反射，发生了漫反射，所以坐在教室里的我们都能从各个方向看到黑板上的字。在一般情况下，光线是直线传播的，但是光导纤维却能让光线通过在内部的数次反射，走过一条“弯曲”的路线。类似地，如果能够发明出一种隐身器的表面材料以及合理的外形，使得光能够沿表面发生弯曲，绕过物体并继续沿直线传播，所以有反射光线进入人的眼睛，那么我们就可以看到物体背后的东西。同时，虽然隐身器就在我们面前，但是没有光线从其上反射到我们眼里，我们是看不到隐身器的。显然这个隐身器应该是球形，这样在各个方位都能达到“隐身”的目的。实际上物体是实实在在存在的，只是人的眼睛感受不到而已。
我们从水面上看水中物体，看到的是比物体的实际位置偏高（浅）的虚像，这是因为当光从水中射入空气时，在水与空气的交界面上发生折射，进入空气中的折射光线向水面偏折，位置降低，折射光线进入我们的眼睛，而我们认为光是沿直线传播的，所以看到的像比物体的实际位置偏浅。同理根据光路的可逆性，我们可以解释为什么潜水员从水中看水面以上的物体，看到的位置比物体的实际位置偏高的原因。
很多人认为我们能看到实像是因为光线进入人的眼睛，而我们看到虚像并没有光线进入人的眼睛，这种说法是错误的。因为无论我们看到的是实象还是虚象，都有光线进入我们的眼睛，只是他们的区别是：1. 成像原理不同：物体射出的光线经光学元件反射或折射后，重新会聚所成的像叫做实像，它是实际光线的交点。在凸透镜成像中，所成实像都是倒立的。如果物体发出的光经光学元件反射或折射后发散，则它们反向延长后相交所成的像叫做虚像。2. 承接方式不同：虚像能用眼睛直接观看，但不能用光屏承接；实像既可以用光屏承接，也可以用眼睛直接观看。人看虚像时，仍有光线进入人眼，但光线并不是来自虚像，而是被光学元件反射或折射的光线，只是人们有“光沿直线传播”的经验，以为它们是从虚像发出的。虚像可能因反射形成，也可能因折射形成，如平面镜成等大的虚像，凸透镜成放大的虚像。例子：我们看到的镜子里的像就是虚象，我们用相机照出来的就是实象。我们是如何看到物体的颜色的呢？为什么物体有各种各样的颜色呢？是物体吸收了特定的光，而反射了部分的光，那为什么物体会吸收特定的光呢？我们知道光是一种电磁波，不同的光对应着不同的波长，物体不管是有机物还是无机物，其原子、电子都有一定的能量当某一波长的光照射在这些物体表面而能引起物体表面原子、电子发生共振时，光就被吸收了，原子、电子就得到了光的能量，当一个连续波长的光。比如说是太阳光照射到物体表面能发生共振的波长的光被物体吸收了，其他的光则被原子挡在外面并反射出去，然后这些光经过组合原理就形成我们看到的物体的颜色。如果物体不吸收光也不反射光，而是让光通过，那物体就是透明的。在日常生活中，人们能看到各种色彩，如蓝蓝的天空、绿色的草原、朵朵白云、鲜红的玫瑰花瓣、绿色的庄稼、黄色的油菜花等。所有这些颜色都是在白天才能看见、分辨，也就是说只有在光线照射的条件下才能呈现出来。总之，透明物体的颜色就是它透过色光的颜色。不透明物体的颜色就是它反射色光的颜色。同时人们还注意到，在太阳光下看见某一物体呈现某种颜色，如果再把它放在白炽灯下（特别是某种彩色灯下），该物体的颜色就发生了改变。于是，人们推断人眼之所以能看到色彩，是由于有光的存在.颜色都是光作用在物体表面后，发生了不同的反映，再刺激人的眼睛后产生的。不同的光会产生不同的刺激，所以眼睛看到不同的物体就会有不同的颜色感觉。在黑暗条件下，人眼看不见不发光物体颜色的，只有当外来的光线照射在其表面后，它的颜色才能被人眼感知。所以，颜色是光照射到物体表面后的结果。但最终必须有光线进入人的眼睛，才能感受多彩的世界。
总之，无论是日、月食，还是岸上的人看到的是比物体的实际位置偏浅，还是看到物体的颜色，还是我们看到的是实象还是虚象，都是是否有光线进入人的眼睛的结果，都是是否能引起眼睛的视觉，都是眼睛惹的祸。正因如此，我们学会了光的反射、折射以及它们的应用，从而丰富了我们的认识。
光学成像原理篇8
关键词：摄影原理 数码摄影 全息技术
引言：
过去人们靠画像留下自己的倩影，而摄影技术的发展让人们可以抓住每一个精彩瞬间，自1839年法国画家达盖尔发明了世界上第一台真正的照相机以来，从传统的针孔摄影到随拍即现的数码摄影，至展现三维效果的全息摄影，可以说摄影技术的发展日新月异。
1.、传统针孔摄影
物体在凸透镜的二倍焦距之外可以成缩小倒立的实像，根据这一性质，人们开始了对摄影的探索。当然相机并不单单只靠凸透镜这么简单。我们常常会在电视剧里看到这样的情节：随着“碰”一声巨响，幕布下探出一个脑袋，对大家说：“ok”。这就是最早的暗室银版摄影法。1888年，美国人伊斯曼发明了将卤化银乳剂均匀的涂在明胶基片上的新型感光材料上，这为照相机的发展掀开了新的篇章，小巧的相机从此走进千家万户。其基本原理是把立体景物通过光学系统成像在涂有感光材料的胶片上，胶片曝光后，胶片上的卤化银便生成潜影，在显影液的还原作用下，这些潜影显现出来，成为了由细微的黑白金属银颗粒组成的影像，便在胶片上得到了与原景物色调正好相反的底片，冲洗后就是我们看到的照片。
2.、数码摄影
数码照相机现在已成为年轻人出门随身携带的工具之一，其拍摄后瞬间便可显示并且可以直接储存印放，收到了许多人的热捧。数码摄影主要运用了光电传感，即使用传感器将光转化成电荷，将影像存储在电子芯片上，光电转换了自然中各种色频的频率值，真实的显现了万紫千红的世界。对同一个景物，在同一时刻，用传统相机拍出的照片会有很大差异。传统相机的化学还原过程色彩会失真，而数码相机就克服了这一点。数码摄影的存储、处理、以及传输的方便快捷，提高了摄影的表现力和时效性，对传统摄影技术产生了强烈的冲击，也为摄影业开拓了崭新的领域，可以说是摄影史上一个新的里程碑。
3.、数码单镜头反光摄影
数码单反相机是现在摄影专业人士使用的一款相机，是使用单镜头取景方式对景物进行拍摄，其基本原理与普通数码相机相同，区别在于反光镜和上端圆拱形结构内部安装了五面镜或五棱镜，可以从取景器中直接去观察通过镜头的影像。光线透过镜头到达反光镜后，折射到上面的对焦屏，形成影像，透过目镜和五棱镜，拍摄者就可以在取景器中看到外面的景物了。反相机的出现使转瞬即逝的美景留存记忆成为可能，是相机发展史上又一个新的突破。
但是，单反相机也有一些劣势，比如快门操作瞬间会有片刻的黑幕，工艺苛刻，体积庞大，不便携带等都期待着技术的发展。
4.、激光全息摄影
无论是传统胶片相机还是数码相机都是利用透镜成像原理，仅仅记录了物光中的振幅信息，没有立体感。而全息照相技术则利用了光的干涉原理，记录了物光中的振幅和位相，有了立体效果。正如大家看3D电影时， 当观众戴上特制的偏光眼镜时，左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，而通过双眼汇聚功能将左、右像叠和在视网膜上，由大脑神经产生三维立体的视觉效果。全息照相的原理可以简述为：一个物点的物光形成一组干涉条纹，干板上的干涉图像就是许多不同疏密、不同走向和不同反差的干涉条纹组。这些干涉条纹组就是被拍摄物的全息图。感光后的全息干板，经显影、定影等处理得到的全息照片，相当于一幅复杂的“衍射光栅”。
除光学全息外，还发展了红处、微波、超声全息术等等。这些技术如今已逐步广泛用于军事侦察监视、无损检验与探伤、信息存储和处理、精密干涉计量、遥感技术、全息x射线显微镜、生物医学、立体显示和全息防伪等，全息技术作为一门新兴技术，已经深入到我们生活的方方面面，同时也仍在不断地实验当中，成熟的全息技术还会在科学研究领域和生产实践中发挥更广阔的作用。
我相信，随着科学技术的发展，正如芯片使计算机一步步小型化而走进寻常百姓家一样，“全息相机”也会不断地精巧化，走进千家万户，从此，人们珍藏记忆的就不仅仅是“画像”，或许可以称它为“电子雕塑”吧。
参考文献：
[1]赵凯华《光学》北京大学出版社
[2]岳优兰、王琛《摄影技术的发展与展望》焦作大学学报2009年1月