光影的基本原理精选(九篇)

第1篇：光影的基本原理范文

关键词：私募证券基金 阳光私募 投资行为 影响因素

私募证券投资基金因其蕴含的巨大的资本能量，已经成为影响中国证券市场稳定的重要力量之一，因此研究其投资行为的影响因素及其行为特征，对其进行有针对性的引导和监管，对中国证券市场良性发展尤为必要。但长期以来因私募基金私募性所决定的其特有的信息披露透明度低等方面的原因，决定了对私募证券投资基金实证方面的研究成果比较缺乏，本文拟以“阳光私募”为研究标的从实证角度研究中国私募证券投资基金投资行为及影响因素，具有较强的理论和实际意义。

私募基金行为理论辨析

至今并没有学者从实证的角度特别研究私募基金的投资行为特征及其对证券市场的影响，但私募基金毕竟是机构投资者中的一类，机构投资者的行为特征对于研究私募基金的行为特征应具有参考价值。

（一）视界理论

视界理论是行为金融理论的基本理论之一， Kahne man和Tversky通过价值函数的引进对这一理论进行了严密和完善的表述，该理论否定了新古典金融理论的预期效用理论。Kahne man和Tversky的研究证明：其一，人们在风险条件下的选择过程分为编辑阶段和估值阶段两个阶段。其二，投资者的价值函数并不总是凹的，在某一基准点之上（获利区间）投资者的价值函数是凹的，此时投资者是风险厌恶的。在某一参考点之下（亏损区间）投资者的价值函数是凸的，此时投资者是风险偏好的。其三，人们对损失产生的负效用，大于同等金额的盈利产生的正效用。

（二）典型示范偏差

典型示范偏差理论，是1986年由A.Tversky 和D.Kahneman的实验研究证明的，该理论指出：人们在对不确定性事件进行判断时不是以全部信息为依据，而是以事件发生时所伴随的部分典型信息为依据，推断预测事件进展和结果，并采取相应行为。投资者这种行为会导致金融市场“相反原理”、“反应过度”和“趋势追逐”等非理，造成股价波动。该理论否定了有效市场理论关于投资者都是理性人的假设，有效市场理论理性人的典型特征是投资者能够根据全部相关信息，对证券价格作出推断。

（三）锚定效应和保守主义偏差

锚定效应是指人们面对不确定事件进行判断时，某些特定的数值，如：股票的买入价格、以前某个时点的股票价格）会成为判断的参照值，而不是根据全部信息作出理性判断。保守主义偏差是指人们在对不确定事件进行判断过程中，当市场外在环境发生改变出现新的信息时，人们不愿因根据新的信息理性的更改他们现有的判断，采取合理的行为。

保守主义偏差会导致固执效应和偏执偏差。固执效应是指人们对不确定事件进行判断时，一般会设定一个初始值，然后根据反馈信息对这个初始值进行修正。Robert（1998）指出，固执效应中投资者不是错误的解读新信息，而是忽略新信息，即对新信息视而不见。偏执偏差指的是行为人不但不根据新信息对原有的判断进行修正，而是片面地认为新信息是对其原有错误判断的新证据。

（四）机构投资者行为特征

行为金融学基于行为金融理论，证券市场上信息不对称状况的普遍存在性，及投资者认知上的偏差，认为投资者是有限理性的，个人投资者在投资行为上表现为：从众性、投机性、反应过度和反应不足等特征。机构投资者同样面临信息不对称的市场状况，领导者认知偏差等，所以机构投资者同样也表现为有限理性的行为特征。但机构投资者主要采取有组织的决策形式、通过投资组合分散风险，所以机构投资者和个人投资者的行为特征又完全一致。行为金融学研究表明机构投资者常表现为如下特征：其一，“有意识”的投机行为、市场操纵；其二，羊群行为和反馈交易策略；其三，窗饰行为。

研究思路

“阳光私募”是对中国目前存在的定期披露业绩的一类证券私募基金的俗称，特指借助信托公司平台发行，经过监管机构备案，资金实现第三方银行托管，有定期业绩报告，主要投资于证券市场，重点投资于股票市场的基金，阳光私募与一般私募证券基金的区别主要在于规范化、透明化。从目前中国私募基金的表现形式来看主要有证券信托计划、券商集合资产管理计划、基金公司特定客户资产管理计划和“民间私募基金”，其中证券信托计划对应业内俗称的“阳光私募”。在上述几类私募基金中，阳光私募无论从资金规模，还是影响力都占据主导地位，其发行运作方式与国外的私募基金，尤其是对冲基金极为相似，是未来中国私募证券投资基金的发展方向，其投资风格和行为模式对其它类私募证券投资基金具有一定的导向作用，因此“阳光私募”的投资行为可以作为中国私募证券投资基金的一个代表，以“阳光私募”作标的，从实证的角度研究私募基金的行为具有合理性。本文研究阳光私募的时间边界选取2007年1季度至2011年1季度之间，该时间段A股市场正好经历了一个上升到下跌的周期，因而该时间段的选择使得研究结论更具有普适性。

本文主要通过对私募证券基金投资行为影响因素的Granger因果检验和协整检验，分析影响私募证券基金投资行为的主要因素及私募证券投资基金投资行为特征，从而提出有针对性的监管建议。

私募证券基金投资行为影响因素的Granger因果检验

（一）时间序列变量的选取

本研究主要以Granger因果检验的方法对阳光私募投资行为与证券市场的因果性进行分析。私募证券基金投资行为与证券市场Granger因果检验的目的是检验私募基金是否存在反馈交易，反馈交易的影响因素是什么，以及私募基金的反馈交易对证券市场稳定性的影响。

指标选取如下：

1.阳光私募基金累计净值平均增长率。该指标是通过对市场上300多家阳光私募进行筛选，挑出10家投资期较长的，经历了中国股市牛市期、翻转期和熊市期的阳光私募，分别为中国龙1、中国龙进取、万利富达、Lighthorse稳健增长、东方港湾马拉松、亿龙中国2期、天马、尚诚、平安德丰、明达1，数据来源万维数据库WIND。文章截取从2007年第一季度至2011年第一季度的单位累积均值的季度数据，并分别计算增长率后，对以上10家阳光私募的单位累积均值增长率求算数平均数，意在去量纲化，作为反映阳光私募投资行为的主要指标。

2.深证成指增长率。鉴于现实中阳光私募偏好投资深圳证券市场的特点，本文选取“深证成指”作为代表深圳证券市场表现的指标，并计算指数的增长率，参考时间序列的观测期与阳光私募单位累积均值平均增长率的观测期相匹配，即从2007年第一季度至2011年第一季度。

3.上证综指增长率。上证综指作为常用的主要反映沪市甚至中国证券市场变化趋势的指数化指标也被本文纳入与阳光私募投资行为相关性研究的变量中。同样，计算上证综指的季度增长率，观测期与阳光私募单位累积均值平均增长率的观测期相匹配，即从2007年第一季度至2011年第一季度。

4.中小盘指数增长率。中小盘股票由于本身流通股数较小，方便阳光私募在内的机构投资者进行“炒作”，也是阳光私募投资的重点之一。本文选取中小盘指数增长率作为反映中小盘走势的指标，并计算增长率去量纲化，观测期与阳光私募单位累积均值平均增长率的观测期相匹配，即从2007年第一季度至2011年第一季度。

（二） Granger因果检验分析

1.阳光私募单位累计净值平均增长率和深证成指的Granger因果检验。从检验结果可见（见表1），在5%的置信区间内，阳光私募累计净值平均增长率与深证成指互为Granger因果关系。这说明，阳光私募基金的投资行为对深证成指的走势有助长或助跌的作用；深证成指对阳光私募未来投资行为具有显著影响。

2.阳光私募单位累计净值平均增长率和上证综指的Granger因果检验。从检验结果可见（见表2），F检验的概率值为0.4839（大于0.05），即在5%的置信区间内，上证综指的增长率不是阳光私募累计净值平均增长率的Granger原因。而在5%的置信区间内，阳光私募累计净值平均增长率是上证综指的增长率的Granger原因。这说明，阳光私募的投资行为在一定程度上影响了未来上证综指的走势，对其具有助长或助跌的作用。而上证指数不是阳光私募投资行为的主要影响因素，这是由于大多数阳光私募的投资重心在深圳证券市场而非上海证券市场。

3.阳光私募单位累计净值平均增长率和中小盘指数的Granger因果检验。 由检验结果可见（见表3、表4、表5），将中小盘指数的增长率和阳光私募基金累计净值平均增长率的Granger因果检验分别滞后2、3、4期后，在5%的置信区间内，二者互不为对方的Granger原因。鉴于阳光私募通常偏好于投资中小盘股票，因此不能以Granger检验的结果完全否认两者的相关关系。而且，二者的散点图表明了二者之间较强的线性关系（见图1）。

（三）Granger因果检验结论

综合上述检验结果，可得如下结论：

结论1：阳光私募累计净值平均增长率与深证成指增长率互为Granger原因。这说明阳光私募的投资行为能显著影响未来深证成指的走势，同时，深证成指也显著影响阳光私募未来投资行为，深成指是影响阳光私募投资行为的重要因素之一。

结论2：阳光私募累计净值平均增长率是上证综指增长率的Granger原因，而上证综指增长率不是阳光私募累计净值平均增长率的格兰杰原因。这说明阳光私募的投资行为能显著影响未来上证综指的走势，而上证综指的走势对阳光私募的投资行为没有显著影响，上证综指不是影响阳光私募的投资行为或反馈交易的重要参考因素。

结论3：阳光私募累计净值平均增长率与中小盘指数间不存在Granger原因，但是二者间存在着显著的线性关系，一定程度上反映了现实阳光私募的投资偏好，阳光私募的投资行为更多地考虑小盘股效应，说明阳光私募的投机性较强。

私募证券基金投资行为的多变量协整检验

传统观点认为，机构投资者是理性的，其投资策略的选择取决于其对实体经济预期，当实体经济发生变化时机构投资者会对投资组合作出相应的调整。对阳光私募的投资行为进行多变量协整检验，目的是检验宏观经济因素与阳光私募投资行为之间的关系，考察宏观经济因素是否是阳光私募投资行为的重要参考指标，判断阳光私募投资行为，是更多地考虑宏观经济因素、实体经济因素，还是证券市场变化情况，采取反馈交易策略。

（一）研究思路及变量选取

1.研究思路。私募基金投资组合调整，必然反映到私募基金净值上来，基金净值是反映其投资组合的综合指标，因此本文选择基金累积净值作为衡量私募基金投资策略调整的指标，并考察基金净值的变化与实体经济指标的变化相关性。如果二者相关性强，说明实体经济因素是私募基金投资行为的重要参考指标；否则，说明基金选择投资组合时更多考虑市场环境本身，其行为倾向于反馈交易。这种反馈交易不是理性的价值投资行为，会随市场价格变化而随时调整，往往具有短期交易特征。

2.数据及变量选取。本文选取标志实体经济变化情况的主要经济指标，及阳光私募累积净值增长率，时间序列为季度数据，自2007年3月到2011年3月，考察实体经济变化对阳光私募净值的影响，具体如下：

Y——阳光私募单位累计净值平均增长率

X1——国内生产总值（GDP）增长率

X2——货币供应量（M2）增长率

X3——消费价格指数（CPI）增长率

X4——制造业采购经理人指数（PMI） 增长率

（二） 时间序列协整检验结果

首先，进行各变量时间序列的ADF检验，检验结果见表6。结果表明，阳光私募累计平均净值增长率和PMI增长率的时间序列是平稳的，而GDP增长率的时间序列是2阶单整的，CPI增长率的时间序列是1阶单整的。由于不满足多变量协整要求的单整条件，故阳光私募累计平均净值与GDP、CPI、PMI间不存在长期均衡关系，无法建立协整模型。

（三）协整检验结论

综合上述检验结果，可得如下结论：

宏观经济因素不是阳光私募的投资行为重要的参考因素，具体表现为主要宏观经济指标趋势的变化无法显著影响阳光私募投资行为及策略的变化，说明阳光私募投资行为更多地考虑市场本身的因素，短期投资策略、反馈交易策略明显。这样的投资行为往往起到助涨、助跌、助长投资炒作的效果，不利于市场稳定，也不利于价值投资理念的形成，容易造成市场定价扭曲，市场效率低下。因此对阳光私募的行为加以正确的规范引导尤为必要。传统观点认为，宏观经济政策的调整通常被市场参与者认定为利好或利空，并以此对自身的投资行为和投资组合配置做出调整。然而上述检验结果从实证角度表明，阳光私募的投资行为不显著受到宏观经济指标变化的影响，即存在非理性的投资行为。

结论

结论1：私募证券投资基金的投资行为能显著影响未来深证成指的走势，同时，深证成指也显著影响私募证券投资基金未来投资行为，深成指是私募证券基金投资行为的重要影响因素之一；而上证综指不是私募证券基金投资行为或反馈交易的重要参考因素，私募基金的投资行为更多地考虑小盘股效应，说明其投机性较强。

结论2：宏观经济因素不是私募证券基金投资行为的重要参考因素，主要宏观经济指标趋势的变化无法显著影响私募证券投资基金投资行为及策略。说明私募基金投资行为更多地考虑市场本身的因素，短期投资策略、反馈交易策略明显，即存在非理性的投资行为。这样的投资行为往往起到助涨、助跌、助长投资炒作的效果，不利于市场稳定，也不利于价值投资理念的形成，容易导致市场定价扭曲、市场效率低下，因此对私募证券投资基金的行为加以正确的规范引导尤为必要。

参考文献

1.Juraj Alexander. A New Model of Hedge Fund Regulation： Shorting Federalism or Bernie’s Nightmare.Working Paper， 2009

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3.Linda Chatman Thomsen， Daniel M. Hawke and Pauline E. Calande， Hedge Funds： An Enforce Perspective， Rutgers Law Journal， 2008

4.Michel Aglietta，Sandra Rigot.The regulation of hedge funds under the prism of the financial crisis Policy implications.Working Paper，2008

5.Tamar Frankel.The Regulation of Private Funds： Article： Private Investment Funds： Hedge Funds’ Regulation by Size， Rutgers Law Journal，2008

6.陈磊.基于股市下跌背景的处置效应研究.管理评论，2005（3）

第2篇：光影的基本原理范文

本文主要介绍了激光雷达系统的特点和基本结构，着重讨论了基于激光三角测距法的激光雷达的工作原理，详细论述了二维激光扫描的测量方法，并延伸讨论了三维激光扫描的测量方法及光路结构。

【关键词】激光雷达 激光三角测距法 2D/3D激光扫描

1 引言

激光雷达LiDAR（Light Detection and Ranging），是激光探测及测距系统的统称，是一种通过位置、距离、角度等测量数据直接获取对象表面点三维坐标，实现地表信息提取和三维场景重建的对地观测技术。激光雷达最基本的工作原理与普通雷达相似，均是通过发射系统发送一个信号，由接收系统收集并处理与目标作用产生的返回信号，来获得对象表面的三维信息。目前激光雷达的测量原理主要分为脉冲法，相干光法和三角法三种，本文主要讨论基于激光三角测距法的激光雷达系统的工作原理。

2 激光雷达基本理论

2.1 激光雷达系统的特点及应用前景

激光雷达相比于传统接触式测量具有快速、不接触、精度高等优点，同时该技术受成像条件影响小，反应时间短，自动化程度高，对测量对象表面的纹理信息要求低。

在激光雷达应用的主要测量原理中，脉冲法和相干光法对激光雷达的硬件要求高，但测量精度比激光三角法要高得多，故多用于军事领域。相比于此，激光三角测距法因其成本低，精度满足大部分工业及民用要求，得以受到关注。

目前移动机器人的导航方式主要包括：磁导航、惯性导航和视觉导航，其中视觉导航由于具有信号探测范围广，获取信息完整等优点，是移动机器人导航的一个主要发展方向。目前机器人的SLAM（Simultaneous localization and mapping，同步定位与地图构建）算法中最理想的设备仍旧是激光雷达，机器人通过激光扫描得到所处环境的2D或3D点云，从而可以进行诸如SLAM等定位算法，确定自身在环境当中的位置并创建出所处环境的地图。激光雷达的非接触式测量特点，具有快速、精度高、识别准确等优点，广泛应用于移动机器人视觉系统的距离、角度、位置的测量方面，成为测量研究领域的热点。

2.2 激光三角测距法的基本原理

用一束激光以一定的入射角度照射被测物体，激光在物体表面发生反射和散射，在另一角度利用透镜对反射激光汇聚成像，光斑成像在CCD（Charge-coupled Device，感光耦合组件）位置传感器上。当被测物体沿激光方向发生移动时，位置传感器上的光斑将产生移动，其位移大小对应被测物体的移动距离，因此可通过算法设计，由光斑位移距离计算出被测物体与基线的距离值。由于入射光和反射光构成一个三角形，对光斑位移的计算运用了几何三角定理，故该测量法称为激光三角测距法。

按入射光束与被测物体表面法线的角度关系，一般可分为斜射式和直射式两种测距方式。

2.2.1 斜射式激光三角测距法

当光路系统中，激光入射光束与被测物体表面法线夹角小于90°时，该入射方式即为斜射式。如图1所示的光路图为激光三角法斜射式光路图。

由半导体激光器发射的激光与物体表面法线成一定角度入射到被测物体表面，反（散）射光经B处的透镜汇聚成像，最后被光敏单元采集。

由图1可知入射光AO与基线AB的夹角为α，AB为激光器中心与CCD中心的距离，BF为透镜的焦距f，D为被测物体距离基线无穷远处时反射光线在光敏单元上成像的极限位置。DE为光斑在光敏单元上偏离极限位置的位移，记为x。当系统的光路确定后，α、AB与f均为已知参数。由光路图中的几何关系可知ABO∽DEB，则有边长关系：

在确定系统的光路时，可将CCD位置传感器的一个轴与基线AB平行（假设为y轴），则由通过算法得到的激光光点像素坐标为（Px，Py）可得到x的值为：

其中CellSize是光敏单元上单个像素的尺寸，DeviationValue是通过像素点计算的投影距离和实际投影距离x的偏差量。当被测物体与基线AB产生相对位移时，x改变为x’，由以上条件可得被测物体运动距离y为

2.2.2 直射式激光三角测距法

如图2所示，当激光光束垂直入射被测物体表面，即入射光线与被测物体表面法线共线时，为直射式激光三角法。

由光路图，仿照斜射式激光三角测距法的结论可知：

2.2.3 两种激光三角测距法入射方式的比较

斜射式和直射式激光三角测距法均可实现对被测物体的高精度、非接触测量，但两者之间存在区别，主要有以下几点：

（1）斜射式激光三角法可以测量被测物体表面接近镜面的反射光，但斜射式激光三角法主要接收物体表面的散射光，因此对被测物体表面的散射性能要求较高。

（2）斜射式激光三角法成像的光斑较大，光强不集中，随入射角度的变化有差异，体积比直射式大，测量范围小，但直射式的分辨率没有斜射式的高。

（3）斜射式激光三角法在被测物体发生位移时，被测物体上的光斑将照射在不同位置，对被测物体上某一定点，无法确定其位移情况，而直射式的光斑与位置是一一对应的。

基于直射式激光三角法在几何算法上更为简单，误差较之斜射式小，且体积可以设计得更为紧凑小巧，故工程应用上常采用直射式激光三角法。

2.2.4 三维激光扫描原理

以上的激光三角测距原理给出了2D激光扫描的方式：点状激光器产生的激光在被测物体表面形成入射光点，其发射光和散射光在CCD位置传感器上形成光斑，通过算法测定出入射光点距离基线的距离，通过旋转物体可得到物体表面相对于基线的二维信息。但二维激光扫描的效率低，不利于快速获取被测物体表面的三维信息，因此常采用线状激光器代替点状激光器以实现三维扫描。图3为3D扫描测距原理示意图。

由线状激光器产生的激光在被测物体表面形成光斑，图中P1点位于CCD投影画面高度的中点，易知该点在光敏单元上的投影P1’到B点处透镜的距离应为焦距f，则P1点到基线的距离可按上文的公式求出。任取光斑上的另一点P2，其在光敏单元上的成像点为P2’，记f ’为投影点P2’到透镜中心B的距离，由AP2B∽CBP2’，则P2到基线的距离d ’为：

其中P1’.y和P2’.y分别为点P1’、P2’在成像元件上的实际高度，均可由各自点像素坐标Py乘以像素高度计算得出。

3 总结

激光雷达作为非接触式测量领域的新技术，可以快速、准确地获取测量物体的高精度三维坐标数据、建立数字线画地图、数字正射影像图、数字高程模型等，在各个领域得到广泛的应用。激光三角测距法作为低成本的激光雷达设计方案，在近距离、低速的条件下，可以获得高精度、高性价比的应用效果，并可作为室内机器人导航的首选方案，已成为行业研究的热点，备受关注。随着激光雷达性能的不断改进和提高，其应用领域及作用将会不断扩大。

参考文献

[1]梁欣廉，张继贤，李海涛，闫平.激光雷达数据特点[J].遥感学报，2005（03）：71.

[2]王德志.激光雷达原理[J].科协论坛，2008.

[3]K.Konolige，J.Augenbraun，N. Donaldson，C.Fiebig，and P.Shah.A low-cost laser distance sensor.In Int.Conference on Robotics and Automation （ICRA），2008.

[4]姜洪.激光三角测距法用于路面平整度测量的实验研究[D].西安：西北工业大学，2000.

[5]刘斌，张军，鲁敏，滕书华，马燕新，张文广.激光雷达应用技术研究进展[J].激光与红外LASER&INFRARED，2015.

作者简介

周俞辰（1996-），男，江苏省宜兴市人。现就读于重庆科技学院，机械与动力工程学院，机械电子工程系本科。

第3篇：光影的基本原理范文

【关键词】 数字水准仪 测量 误差

自第一台数字水准仪问世以来，随着科学技术的发展，数字水准仪经不断地改进，其观测精度有了很大的提高。数字水准仪具有光学水准仪无可比拟的优点，与光学水准仪相比，它具有测量速度快、操作简单、读数客观、不存在误读或误记等人为误差，自动记录存储测量数据，容易实现水准测量内外业一体化等诸多优点，数字水准仪是代替传统光学水准仪的理想产品。作为数字水准仪，在实际野外观测工作中，也存在着测量方面的误差，由于数字水准仪的工作原理和方法与传统的光学水准仪不同，构造比较复杂，本文只对数字水准仪在测量上产生的误差加以概念性的分析和论述。

1 数字水准仪的原理

1.1 数字水准仪的基本结构

数字水准仪是利用电子工程学的原理制造，能够进行自动观测、记录信息、处理数据的电子仪器，它是在自动安平水准仪基础上发展起来的。数字水准仪基本结构是由光学部件、机械部件、自动补偿装置和电子设备组成。光学和机械部件同光学仪器基本相同，自动补偿装置包括了重力摆和阻尼器等部件，电子设备方面，主要是由调焦编码器、光电传感器（线阵CCD器件）、读数电子元件、单片微处理机、GIS接口、显示器、键盘和影像、数据处理软件等组成，这些部件使仪器具备了智能化，观测更加便捷。

1.2 数字水准仪的测量原理

数字水准仪采用相关法进行测量和读数，该水准仪有两个视准轴，一是光视准轴，它由光学分划板十字丝中心和望远镜物镜的光心构成，另一个是电视准轴，它是由线阵CCD器件上中点附近的一个像素和望远镜物镜光心构成。光视准轴用于照准和调焦，电视准轴用于读数。数字水准仪的望远镜照准编码标尺，通过所发射出的红外光线进行自动测量，在测量过程中，标尺条码一方面被望远镜物镜组成像在光学分划板上，供目视观察，另一方面通过光学分划板前的分光镜，把标尺条形码成像在线阵CCD器件的光敏面上，供电子读数。仪器自身存储的标尺的条纹码能作为参照信号，仪器的线译码器捕获仪器视场内的标尺影像作为测量信号，然后与仪器的参照信号进行比较，就获得视线高度和水平距离。

2 数字水准仪的误差分析

数字水准仪测量精度是由条形码本身及其数字化和离散化产生的背景噪声所决定的。光学系统的成像质量，补偿器的精度，以及视轴稳定性等因素也都会影响测量精度。由数字水准仪的结构和测量原理，可返现影响测量精度的误差来源包括以下几个方面。

2.1 光学和机械部件引起的误差

数字水准仪是光学机械设备和电子设备相结合的产物，具有与传统水准仪相同的光学和机械结构，因此数字水准仪光学和机械部件本身引起的误差与光学水准仪相同。主要表现为：圆水准器误差；调焦透镜运行误差；竖轴倾斜引起的视轴的误差。

2.2 自动补偿器的误差

数字水准仪的补偿器与自动安平水准仪的原理相同，结构和工艺上略有不同，它是由重力摆和阻尼器构成。数字水准仪的自动补偿器误差包括：补偿器的安平精度；剩余补偿误差；迟滞影响；地磁影响。

2.3 电子设备引起的误差

数字水准仪是根据条码影像在探测器上的位置和比例进行测量的。线阵CCD器件的物理特性决定其在光线过强、过弱、以及条码标尺表面光照部均匀、观测瞬间强光闪、外界热闪烁等情况，都会降低标尺成像的对比度，从而产生测量误差。因为光线过强时，线阵CCD会出现饱和，条码影像灰度值会发生不同的变化而不相等，仪器对标尺条码无法辨认，就会引起测量误差，甚至无法读数；光线过弱，就相当于标尺被遮挡，自然会产生误差。对电子设备工作的原理进行分析，可知电子设备引起的误差主要包括以下几个方面：（1）线阵CCD器件的物理特性引起的误差；（2）标尺遮挡引起的条码信息丢失；（3）调焦的准确性引起的图像分辨力误差；（4）标尺倾斜引起的图像变形；（5）外界条件的变化引起的影像误差；（6）条码标尺上伪随条码宽度的精度引起的误差；（7）条码标尺上的条码在使用中受损造成的影像误差；（8）电子设备对测量信号处理、分析时的误差；（9）水准仪内置软件的算法和技术误差。

2.4 电视轴i角的误差

电视轴i角的误差对水准测量的影响在理论上与光学水准仪i角误差相同，但电视轴在电子水准仪中又缺少像光学视轴那样绝对标定水平视线的性质，或者说，电子水准仪不是以电“横丝”为基础读数，两者的读数方式完全不同。虽然数字水准仪机内设置的程序能自动改正i角误差，在测量过程中前后视距等长又加以减弱，但电视轴i角对水准测量精度的影响是肯定存在，随着外界温度的变化而改变，而且在温度变化区间内的改成数不是线性变化的，因此电视轴i角对测量精度有很大影响。

2.5 外界因素引起的误差

外界条件的变化将会引起仪器各部件产生测量误差，而且对光学水准仪和数字水准仪的测量误差影响都很大。数字水准仪与条码标尺组成的测量系统是处在时刻变化的外界条件下进行工作的，大气垂直折光的影响，仪器与标尺垂直位移的影响，在实际测量过程中都是不可避免的。在数字水准仪读数时，所有进入视场的条码均参与读数，特别注意的是当视线观测靠近地面时，标尺的条码受折光的影响很大，对测量精度产生直接的影响。另外地面的震动影响测量精度，由于数字水准仪重量轻，受震动的影响较光学水准仪更明显。通过大量的观测经验表明，外界因素引起的测量误差，只能通过观测人员在作业过程中加以减少，无法避免。

3 结语

数字水准仪操作简单，使用方便，测量数据真实可靠，减少了人为误差，提高了作业效率，但它本身的误差是不可避免的。在实际作业中对仪器的保养和定期检查也是十分重要的，除了常规的i角检验、圆气泡检验、十字丝检验外，还必须对电子元件进行定期检验。另外对标尺的保护也是十分重要的，一旦条码标尺的条形码刻画受到损害，就会在差量读数中产生误差，因此要正确地使用数字水准仪，就必须熟悉规范，熟练掌握仪器操作步骤，同时注意仪器的保养和检验，尽量降低和减少测量误差。

参考文献：

[1]杨蓬莲.数字水准仪测量原理及其检定[J].测绘通报，2005，（8）.

第4篇：光影的基本原理范文

关键词：高光谱；拉普拉斯；降维

引言

高光谱影像波段达上千个，波谱范围广，分辨率可达纳米级，波谱信息丰富。在获取目标影像的过程中，利用几十甚至上百个波段对目标进行成像，它不仅可以获取空间域信息，还具有光谱域信息，即具有“谱像合一”的特点，但这也意味着他增加目标空间信息的同时，也产生了大量的冗余数据，带来了维度的危机，增加了目视解译的判别难度。当波段的数量成倍迅猛增加的时候，数据的分析量大而且处理缓慢[1]。因此，需要研究新的数据降维方法，它既能降低数据量，同时又可以消除冗余信息。

在高光谱数据采集的过程中，伴随着地面散射等多个步骤，其表述模型和最小反射率波长在此过程中都呈现出了非线性变化，除此以外，单个像元内可能会具有亚像元成分，并且其内部存在多种散射现象。在种种因素的协同作用下，使得高光谱数据具有了非线性的特点。而传统的数据降维方法主要是基于线性变换原理，以主成分分析为例，它的主要原理是实现波段各个成分的去相关，可将特征影像中的主成分信息通过计算和变换组合到新的特征空间中。计算方法简单，适用于线性数据，因此被广泛应用。但此方法并不能有效挖掘高光谱数据的非线性特征，造成了局部信息在某种程度上的流失。对于这样的一个困局，提出了基于流形学习的降维方法[2]。该方法是一种非线性数据处理手段，其目的是发现嵌在高维空间中待测数据的低维光滑流形。其中拉普拉斯特征映射（LE）这种流形学方法可以有效克服数据维数过大带来的灾难。

1.基于拉普拉斯算子的降维方法

拉普拉斯算子是一种非线性降维方法，在数据从高维转换为低维的过程中，试图保留数据的嵌入流形的局部性质信息。它的主要思想是选取距离很近的样本点，在其从高维空间转换到低纬度空间依然保持样本点的临近。

如果样本是从高维向低维度这种转换过程中均匀采样的情况下，则可以通过运用拉普拉斯矩阵来逼近。利用核函数分配一个权重高于近点的值参与计算：

Lv=λMv（1）

ν表示特征向量。对应的特征向量的形式表示的是从原始高维到低维数据数据最小非零特征值。与其他非线性降维方法相比，拉普拉斯特征降维的优点是它的简单性和较低的算法计算成本。最近邻域（NN）问题的定义如下：n个点在和d维空间X 里，即P={p1，p2，p3...Pn }，找到最接近查询点所有的非线性降维方法需要一个k最近邻搜索，其目标是找到k最近的邻居的每一点为基础来表示流形。这种方法的不利方面由于计算成本大产生了一个非线性降维方法瓶颈。其对应于最近邻域NN，近似最近邻（ANN）被定义为：找到一个点q∈P，在近似最近邻域中查询点q，即所有数据的p′∈P，ε代表的是近似最近邻域：

D（p，q）≤（1+ε）D（p′，q）（2）

2.实验结果与分析

2.1数据介绍

本文数据采用的是 THEMIS公司生产的VNIR400H 高光谱相机捕获的影像。其数据为2.8 nm的步长，覆盖的波段范围从可见光波段到近红外波段（370 nm-1040 nm）。图像分辨率为1像素为260毫米，260毫米×物理表面面积即是影像的面积。通过这样的高分辨率（每平方毫米30像素）仪器，可以获取可靠的空间数据。

2.2基于拉普拉斯算子的壁画数据降维

首先，传统降维方法主成分分析（PCA）的主要原理是波段的去相关以及选取特征波段。从对比主成分分析（PCA）和拉普拉斯特征映射（LE）算法的主要原理和思想出发，可初步判定和比较着两种算法应用到二维空间中的能力。拉普拉斯特征映射算法的基本原理都是来自于图谱理论的，其主要的应用程序花费了大量的时间在构建光谱分解邻接图，在数据处理中很可能会侵占大量内存，从而限制该方法在处理高光谱等大型数据中的应用。

实验数据参与降维的波段共200个，将该影像数据进行规格化的拉普拉斯（LE）降维处理，计算影像中的纯净像元指数。图为佛像数据样本经过降维后特征维数与剩余方差的关系，其中拉普拉斯前面5个分量就可以有效保留的原始佛像数据影像，仅采用各波段就能留存大量信息（如图1所示）。与此相反的是传统降维方法则需要大概35个分量左右，可见这种算法可以将信息集中在少数分量上，要远胜于主成分分析法。从速度上看，该方法也可以实现较快的信息降维和信息提取。表1显示在数据集上的实现k最近邻搜索加速比。最近的邻居的数量为K = 342。逼近误差为 005。K的最佳值为K = 35。

为了进一步证明基于拉普拉斯特征映射提取信息的有效性，将分别经过两种降维处理后的佛像数据进行监督分类。降维后的数据分别进行了最小距离方法等三种分类方法，从数据的分类精度来判断信息的保留的准确性。

2.3基于拉普拉斯的数据降维效果评价

为了评价维度减少后的数据质量，将实验数据分别经过传统降维（主成分分析）和拉普拉斯特征映射降维，同时对降维后的数据进行三个常用的基于像素的分类，分别是最小距离、最大似然法和波谱角填图分类（SAM）。如表所示，其拉普拉斯降维（LE）方法的在最小距离、波谱角填图分类和最大似然等分类的分类精度分别达到了92%、931%和942%。相比于主成分分析的降维方法（PCA），分别提高了10%、33%和3%，有效提高了分类精度。

表2 两种降维方法的分类精度对比（%）

降维方法最小距离波谱角填图分类最大似然法

PCA82.0%79.8%91.2%

LE92.0%83.1%94.2%

选取最大似然分类方法，比较不同纬度下的两种降维所导致的分类精度的变化。 实验结果表明，相比于传统的PCA降维方法，拉普拉斯特征映射降维度有效降低了高光谱数据的维数，同时最大程度高质量地保留原高维数据的特征信息。

3.结论

本章针对高光谱数据非线性并且冗余信息量大这一特点，提出数据降维的重要性和必要性。传统的数据降维方法适合线性数据并且在波段去相关的过程中遗失了部分局部信息。选取了具有代表性的传统降维方法主成分分析作对比，发现试验区数据降维后大量的信息集中在了前5个分量。将两种降维度处理后的佛像数据进行监督分类。实验证明相比于主成分分析方法，基于拉普拉斯特征映射降维方法均提高了分类精度，分别达到了92%、931%和942%。这种基于非线性的数据降维方法可以快速、高效地获得高光谱遥感影像，它能够很好的保留数据的局部信息和数据特征。（作者单位：1.北京建筑大学测绘与城市空间信息学院；2.北京市测绘设计研究院）

基金项目：国家自然科学基金项目（41171304）；973项目（2012cb725301）

参考文献：

第5篇：光影的基本原理范文

关键词：色彩模式；RGB；CMYK；HSB

色彩是人对光波的视觉反应。数字化处理图像图形中，对色彩的认识需要有一个基本标准，即所谓的色彩模式。视觉反应的色彩光波来自于发光体和反光体两种形式，典型的例子：前者是显示器屏幕上的荧光成像点（像素），后者是印刷品。在应用技术上对色彩模式，为发光(体)形式定义出RGB模式，为反光(体)形式定义出CMYK模式，为人的视觉形式定义出HSB模式。每种模式对应着独自的色彩概念，我们来讨论RGB模式的数值化定义形式，为理解软件中图像图形处理的众多概念奠定一个色彩认识的基础。

一、荧光像素颜色

显示器屏幕由称之为“像素”的可发光单位按行按列组成，像素的直径约0.35毫米或0.26毫米。其原理是一个像素由三个发光点构成，每个发光点（分别由经电子轰击可发出红绿蓝三种颜色之一的三种荧光粉制成）独立发出红绿蓝三种颜色之一，发光点可发出从低到高的多种强度等级(不妨设为256级，理论上每个发光点可发出更多等级的光，但制造技术难)的光，三个发光点各自发出不同等级的光组合后就是这个像素的发光颜色。三个发光点都发最低等级的光时像素显为黑色，三个发光点都发最高等级的光时像素显为白色，发光等级的从低到高产生了像素光色的从无到有。绿和蓝发光点发最低等级的光，红发光点发不同等级的光时，像素显示为不同等级的红色，同样道理像素可显示为不同等级的绿色和蓝色。屏幕上所有像素的颜色宏观上显示出“一幅图像”――屏幕上的视觉内容，像素颜色迅速地变化, 屏幕上的内容就动起来了。

每个像素能发出近1700万种颜色中的任意一种，虽然不及人的视觉色彩范围，但已经足以让人觉得色彩的丰富了。屏幕像素的发光原理定义出像素颜色的有限性，这样的发光特性决定了软件处理色彩的基本准则，即色彩模式。

二、RGB模式

定义称之为红（Red）绿(Green) 蓝(Blue)的三种基本颜色(三基色)，每种基本颜色定义成0至255的256个所谓强度等级，令r、g、b各自在红、绿、蓝的0至255的范围中取值，称有序三元数(r，g，b)的集合为色彩的RGB模式，即:

RGB模式={(r，g，b) |0≤r≤255, 0≤g≤255, 0≤b≤255}

这个模式共定义出256×256×256=16777216种颜色，每种颜色用形式(r，g，b)表示，谈及色彩的RGB模式就是谈及这16777216种颜色(人对自然界的色彩感觉远远多于这些种)，在数字化图像图形处理中谈到RGB模式下的一种颜色，就是在具体谈论一个三元数组(r，g，b)，反之亦然。

RGB模式中仅几种颜色能准确对应上日常言语中的名字，它们是：

红 (255， 0， 0)，绿 (0，255，0)，蓝 (0， 0，255)；

黑 (0， 0， 0)，白 (255，255，255)；

灰 (n， n， n)1≤n≤254;

黄 (255，255，0)，青 (0，255，255)，紫 (255， 0，255)。

对RGB模式应注意：

1. 灰色的特点是三元数组(r，g，b)中的值相等，值由小到大的254种灰色可简单分别称为暗灰色、中灰色、亮灰色。自然的可以认为灰色的极限是黑和白，或白和黑之间的过度是灰色。

2. 在RGB模式下没有颜色的饱和度、亮度的概念；红绿蓝是基本的色，黑灰白黄青紫是由基本色产生的颜色。

3. 取RGB模式的子集构成简单的色彩模式，如取黑白两种构成“位图”模式，取所有灰色及黑白构成“灰度”模式，任意取256种构成所谓的“索引”模式。

位图模式 = { (0，0，0)，(255，255，255) }

灰度模式 = { (n，n，n) |0≤n≤255 }

索引模式 = { ci |0≤i≤255, ci属于RGB }

三、CMYK和HSB模式

限于篇幅，我们不讨论原理和相关概念，仅给出CMYK模式和HSB模式的定义。

1.定义称之为青C（Cyan）紫M (Magenta) 黄Y (Yellow) 黑K(Back)的四种基本颜色，将每种基本颜色定义成0%至100%的101个“浓度”等级，令c、m、y、k各自在青、紫、黄、黑的0%至100%的范围中取值，称有序四元数(c、m、y、k)的集合为色彩的CMYK模式，即:

CMYK模式={( c，m，y，k) | 0%≤c≤100%, 0%≤m≤100%,0%≤y≤100%,0%≤k≤100% }

称( 0%，0%，0%，0%)为白色，称( 0%，0%，0%，100%)为黑色。

2.定义名为“白”和“黑”的两种所谓影响色，分色相H(Hue)成360种基本颜色，一种基本颜色中混有白影响色的程度称为饱和度S(Saturation)，混有黑影响色的程度称为亮度B(Bright)，令h在0至359间取值，s和b在0%至100%取值，称有序三元数(h、s、b)的集合为色彩的HSB模式，即:

HSB模式={( h，s，b) | 0≤h≤359, 0%≤s≤100%,0%≤b≤100% }

s接近100%，意味着基本颜色中混有白影响色少，称色相饱和度高；b接近100%，意味着基本颜色中混有黑影响色少，称色相亮度高。

四、色彩模式的运用

数字化的RGB模式，是根据荧光屏（人造设备）发光原理定义的，称之为“加色模式”，即RGB模式中的颜色是从无到有将基本色（电子轰击荧光粉发光）适量相加(混合)而得到的。RGB模式恰当地描述了显示器荧光屏像素的光色原理，为软件处理图像提供了颜色标准。有观点认为RGB模式适于描述发光物体的光线颜色，笔者认为应当说，RGB模式“仅适于在显示屏幕上”用“像素的发光原理”模拟描述物体的光线颜色。CMYK模式适于描述物体的反光颜色，特别是印刷品；HSB模式适于描述人的视觉对光的颜色反应。

三种模式中的颜色有同名的，但在各自模式中定义的同名颜色的本质（电磁波长及相混程度）是不同的，不能把一种模式下的颜色当成另一种模式下的同名颜色。CMYK和RGB模式中没有明确的补色、饱和度、亮度的概念。补色的概念产生于HSB模式中，意义在于调整它的相对颜色，而应用却是在CMYK模式中和RGB模式中。

数字化处理使用的显示器像素颜色“根深蒂固”地由RGB模式定义，在显示器上观看图像图形在CMYK模式下的效果，本质上是在观看图像图形在RGB模式下的颜色效果（或看到的是图像图形在CMYK模式下的近似效果）――能在RGB模式中对应的CMYK模式颜色表现出CMYK（也是RGB）颜色，不能在RGB模式中对应的CMYK模式颜色，用RGB模式中最近似的颜色代替。

色彩模式相关概念比较：

应用色彩模式时要准确对应适当的对象，一般地，人们谈论色彩时使用着HSB模式，而不管色彩(光线)是来自于发光体还是反光体，比如人用明、暗、鲜艳（都是HSB模式中的概念）与否，从感觉上谈论屏幕图像或纸上的印刷品。

第6篇：光影的基本原理范文

电影的诞生有赖于人类掌握了用化学方法记录影像的技术手段，其基本原理就是将感光剂涂抹在片基之上，这样就形成了我们通常所说的胶片，胶片通过曝光和洗印就能够得到我们想要捕获的影像。感光剂和片基可以说是胶片最主要的组成部分。最早的电影胶片都是黑白的，感光剂一般是卤化银明胶乳剂，卤化银在光的作用下产生化学反应，这一过程被称为曝光，摄影机的重要功用之一就是控制曝光。经过曝光的胶片通过洗印就可以形成我们人眼可见的图像。拍电影时用的胶片是负片，它冲洗出来的图像与现实情况正好是相反的，比如说现实中黑色的头发在负片中就是白色的，而白色的雪在负片中则是黑色的。对于彩色胶片而言，实际物体的颜色与负片上的颜色为互补色，蓝、绿、红被称为三原色，而黄、品红、青分别为蓝、绿、红的补色，称为三补色。电影要想放印，必须将负片转为正片，也就是与实际物体颜色一致的胶片，电影拷贝的制作也要通过正片来完成。

胶片的片基最早用的是硝酸纤维酯，是一种透明的具有一定韧度的材料。但是这种材料和火棉的易燃程度差不多，而电影拍摄和放映的过程中由于胶片的运动会产生高温，很容易引起胶片的燃烧。所以，在电影诞生之初，片场和电影院都是火灾常发的地方。据说当年有人给慈禧拍摄的时候，就因为胶片着火惊了老佛爷的驾，也引得慈禧一段时间内对摄影师谈虎色变。1 923年，随着安全稳定的三乙酸纤维素片基研制成功，才使得拍电影和放电影从高危作业中解放出来，上世纪50年代以后的电影胶片基本上全部使用了三乙酸纤维素安全片基。

最早的胶片都是黑白胶片，从对于人眼可见光的敏感程度上又分为色盲片和全色片，拍摄黑白电影多用色盲片，而制作电影拷贝多用色盲片。为了获得有色彩的影像，人类经过了长期的不懈努力，从最早的给黑白胶片人工上色，到使用彩色滤镜，再到后来利用三原色原理制作出能够逼真的记录和还原现实的彩色胶片。电影也从单调的黑白灰时代步入了绚丽的彩色时代。这一过程中，有一家公司的名字名垂青史，这就是美国的伊斯曼柯达公司。世界上第一张感光彩色胶片就是柯达公司研制并生产的。之后，作为传统影像时代最大的胶片生产商，柯达的胶片成为很多电影制作者的首选，许多经典影片都是用柯达的胶片拍摄出来的。即使是在数码技术大行其道的今天，不少优秀的电影人仍然选择胶片来拍摄电影，毕竟，胶片这一传统的影像记录工具仍然能够呈现出具有独特质感的画面，相比于电子感光的数字影像技术，胶片这种依靠化学感光的呈像方式将会成为人类又一项古老却又无比精湛的技艺。

第7篇：光影的基本原理范文

一、初中物理教学中生活物理社会教育原则

一是，以生为本原则。教师在教学活动组织设计过程中应始终坚持以生为本的原则，保障教学设计符合全体学生的学习需要，并在细节设计上突出教学的针对性，让不同层次学生的发展型需求得到满足，从而能够让学生在丰富的教学内容中根据自身的需求找到合适的学习内容，实现自我个性与自我能力的发展。

二是，开放性原则。目前大部分初中物理教师的教学设计都局限在教材内容上，从而限制了学生眼界的拓展，教师应系统的总结当前的教学资源，充分利用多种渠道丰富物理教学资源与教学信息。例如，在温度计这部分知识教学过程中，可以让学生通过网络详细了解热力学温标以及华氏温标的具体规定，丰富学生的知识储备，将知识延伸到课堂外的具体实践中，对学生展开更科学的引导[1]。

三是，综合性原则。为了实现生活物理社会教育更好的渗透，在教学过程中对于与物理学科相关的历史、生物、化学等知识都会有所涉及，教师应从综合性角度看待学生的发展以及物理的教学，实现学科精神、科学精神、人文精神三者的统一，在重视学生学科素养提升基础上，也重视学生道德素养、人文素养的培养，帮助学生树立正确的科学观、价值观。

二、初中物理教学中加强生活物理社会教育的策略

教学通常基于建构主义，将学科知识细化后由学生根据自己的理解重新构建知识体系，因此，其强调学生主动构建，在学习中发挥主观能动性。而实现学生正确构建知识体系的主要方式则是通过社会实践活动。基于生活物理社会教育教学观，教师可以将教材中与社会生活相关的内容有效结合在一起，为学生创造社会实践的机会，让学生主动感受、感知物理知识，实现学生主观能动性与积极性的充分发挥。文章以《光现象》这部分知识教学为例，探究了初中物理教学中加强生活物理社会教育的具体策略。生活物理社会教育实践设计如下：

在《光现象》这部分知识学习中通过对光的传播、反射、平面镜成像、折射、色散等知识有了深入的了解，也认识到光的重要性，其为人类社会带来了光明，让这个世界的绚烂多彩为人们带来更愉快与幸福的生活。从城市的发展来看，流光溢彩的华灯使整个城市的夜晚更加璀璨，明亮、整洁的玻璃幕墙实现了城市的亮化，但是这些设施在美化城市的基础上也产生了光污染，如掩盖了星辰、使人们身体受到不良影响等[2]。因此，教师可以组织学生基于所学知识对光污染现象产生原因、危害、防治展开具体的探究。

探究的主要目的为了解城市光污染的产生、对民众的影响，探究防治光污染的有效方法。探究可以以学习小组为单位，以学生自身所在城市或生活区域为探究对象，通过访谈、网上查询、实地考察等方式展开具体探究。从学生的探究结果来看，大部分同学都找到了光污染产生的主要原因，导致光污染的最主要原因是镜面反射，同时，通过查找资料学生发现当前国际社会已高度重视城市光污染问题，并对污染类型以及污染程度进行了划分。现阶段，光污染主要有人工白昼、白亮污染、彩光污染三种类型，其产生源头为室外建筑外墙污染；室内装修不良光色导致的污染；以及工业产品等帶来的局部污染。人长时间处于光污染环境中，会对正常的生活、休息以及身体健康造成影响，严重时会出现失眠、情绪低落、食欲下降等情况；在办公中如果受到光污染的影响会影响办公效率以及办公效果，而且在室外环境中强烈的光污染会对正常的交通造成干扰[3]。

基于学生对光污染来源、产生原因、危害的了解，学生利用所学知识提出以下防治方法：争取政府的支持，在城市建设中对玻璃幕墙、反光材料的使用做出限制，并尽量减少光滑幕墙，通过增加幕墙褶皱，避免镜面反射；倡导城市建筑建设与装修中使用水性涂料，减少金属板、瓷砖等材料的应用；并建议重新对城市亮化进行规划与设计，适当的通过隔离带将居民区与商业区隔开。

第8篇：光影的基本原理范文

关键词： 硅基液晶；光引擎；成像测试；实验

中图分类号：TN141.8 文献标识码：B

Testing Experiment and Analysis of the Result for Imaging of LCoS Light Engine

LIU Hao

(Nanjing College of Information Technology, Nanjing Jiangsu 210046, China)

Abstract: In order to master the actual work situation of LCoS light engine, and understand the influence of the image quality by practical assemble error. This paper introduced a method for test image made by LCoS light engine using an optical path system based on optical experimental flatform and analysed the result of the experiment.

Keywords: LCoS; light engine; imaging test; experiment

引 言

LCoS投影显示实际上是背投显示的一种，投影机固定安装在箱体的后部，它发出的图像经过高品质反光镜的反射（可能是多次反射），投影在半透明的背投屏上，观众看到的便是部分透射的图像（如图1所示）[1]。

可以看到，在这个系统中，投影机（光引擎）是其中最核心的部件。

总的说来，LCoS光引擎所起的作用是把电学图像信号转化成为可供观看的光学图像信号，并同时把它放大、发送出去。这其中，液晶板承担了电信号转换为光学图像信号的具体任务，但是由于液晶本身并不能发光，因此在实际应用中还必须为它提供合适的照明光，这样图像信号和经过光学器件处理后的照明光一起作用于液晶板，最终产生所需要的光学图像（如图2所示）[2]。

为了掌握实际环境下LCoS光引擎组件的工作情况，了解装配过程中的误差对最终成像结果的影响，我们可以在光学平台上搭建系统光路以进行LCoS光引擎的成像测试实验。

1 实验原理

本实验采用了ColorCorner结构的LCoS光引擎，它具有结构简单、便于安装的特点。

光源发出的光先经过紫外、红外截止滤镜，除掉红外光、紫外光。进入矩形抛光玻璃棒后，在其内表面发生多次反射，得到能量均匀分布的矩形照明光束。进入偏振转换系统，转化为单一偏振态的光。在会聚透镜的作用下，光束被准直、压缩，进入ColorCorner结构。在那里，白光被分为三基色光，进入LCoS液晶片中调制，最后再合成为彩色图像，通过投影镜头向外发送（如图3所示）。

2 实验方法

为了减少背景光对结果的影响，本实验安排在暗室中进行。实验方法为先在光学平台上初步搭建光路，然后根据具体成像分析各器件的工作情况，从而相应地调整和修改光路，使之成优质的图像，实际搭建的光路如图4所示。

3 实验中出现的问题及其分析

在正常状况下，ColorCorner结构的LCoS光引擎所成的图像应该呈现亮度均匀分布、对比度较高、画面清晰的特点，但在该实验中却出现了一些异常状况。总的来说，这与系统光路的搭建有关。

3.1 投影画面亮度分布不均匀

在实验中发现，投影屏幕上的图像呈现中心亮、四周暗的趋势。经过分析，根本原因是照明光场亮度分布不均匀。

对于UHP弧光灯，它通过位于椭圆反射器焦点处的微小电极对来发光。因此，在出射光场中心位置光场强，边缘的位置光场弱。如果对此不加处理，直接用作液晶板的照明光源，上述情况就会发生。但在这里，导致这一现象的直接原因却是光束与抛光玻璃棒的耦合位置不准确。

该实验采用的是反射式光场均匀系统。在耦合区域，上面的每一点都可视为一个点光源，发射的光线进入抛光玻璃，多次发生全反射。具体来说，入射点、入射方向不同，经过的光程、路径也就会不同，从而便在后端面上发生均匀化作用，最终变成均匀光向外出射（如图5所示）。

经分析可知，非均匀光场与抛光玻璃棒耦合的位置不同，出射光场的均匀性就会不同，这其中必然存在一个最佳位置。所以通过调整抛光玻璃棒与光源的相对位置，便可以解决投影画面亮度分布不均匀的问题。

3.2 投影画面对比度不高

在实验中发现，投影画面的对比度不高，经分析其根本原因是LCoS液晶片在对照明光进行调制时受到杂散光的干扰。

LCoS液晶片的工作方式是反射式，它本身并不能发光，当要显示一幅图像时，基板上的CMOS电路部分会通过控制ITO薄膜上集成二极管的充电、放电，产生、消除电场，从而控制液晶分子的排列，进而最终控制每个像素的“开”与“关”。照明光从LCoS液晶片上反射时，便已经带有图像信息。当杂散光存在时，它所包含的背景信息便会与图像信息相叠加，这就相当于在交流分量的基础上叠加了直流分量，从而使得整个画面的对比度下降。杂散光的干扰越强，对比度越低。

在此实验中，导致画面对比度不高的具体原因是液晶片的周围存在漏光区域，相应的解决方法是在其周围安装遮光片。

3.3 投影画面出现重影

此实验中还可能出现的问题是，在投影画面上出现重影，尤其是在图像轮廓的边缘。产生这种现象的根本原因是，三基色图像在重新合成时存在有较大的错位，这种错位的产生，与投影系统的工作方式密切相关。

为了达到显示彩色图像的目的，投影系统采用了分光、合光装置。通过分光，把白光分为R、G、B三色，使之进入各自的液晶片调制；通过合光，三色图像重新合成为彩色图像。对合光过程而言，最基本的要求是图像在合成时尽可能减少错位。

在具体工作中，分光、合光的过程是在PBS上的偏振分束膜上完成的，由于PBS不可避免地存在有加工误差，这使得三基色图像在合成时必然存在错位。但是，当错位相对较小时，人眼不会发觉重影现象。在此实验中，导致重影出现的具体原因是，照明光源未被会聚透镜压缩为近似平行光，从而在垂直（以光束中心为基准，光束边缘与PBS不垂直）进入PBS后，边缘光离散，产生错位。相应的解决方法是，调整会聚透镜，压缩照明光束，使之成为近似平行光，从而垂直进入PBS。

参考文献

第9篇：光影的基本原理范文

摄影技术从传统向数码的过渡并实现质的飞跃，离不开传统摄影产生的基本条件，相机构造及功能的极大优化，记录与存储介质的改变，后期处理技术中传统唁房向电子暗房转化，促进了影像质量控制技术体系的完善与发展。数码技术与网络技术的高速发展使得数码摄影技术日新月异，社会将迎来摄影技术的新一轮变革。

关键词：

摄影 数码 影像质量 区域曝光法

中图分类号：TB85

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2015）04-0064-02

1826年，法国人尼埃普斯采用“日光蚀刻法”原理，将沥清作为感光材料涂在锡合金板上面，装在木质箱子的相机里面，经过长达8小时的曝光，得到一张工作室窗外的模糊影像，这一实践为摄影后来的成功指明了方向。1829年尼埃普斯与达盖尔签了10年的合作合同，共同研究永久性感光材料技术。尼埃普斯去世后，1837年达盖尔用镀银铜版作为感光版经曝光后，再用加热的食盐溶液定影的达盖尔摄影法获得成功。1839年达盖尔的银版摄影法被法国科学院向全世界公布，标志着摄影术的正式诞生。在之后170多年的漫长时间里，伴随着科技的发展，摄影技术走过了卡罗式摄影法、火棉胶湿版摄影法、干版法、传统胶片、数码摄影等阶段。摄影技术的出现大大延伸了人类观看世界的方式，并渗透到社会的方方面面。摄影术的出现也为其后电影、电视技术的发展奠定了基础，对人类社会的发展起到深远的影响。170多年的摄影史相对数千年的人类文明史而言显得微不足道，但是技术上的进步的确极其迅速，尤其是最近十多年来数码技术的进步更加助推了数码摄影技术的高速发展。

一 传统摄影产生的三个基本条件

一般而言，传统摄影是指以传统感光材料作为介质记录影像的摄影方法，传统摄影技术的完善必须具备三个条件：1、透镜暗箱技术的完善；2、感光化学进入研究领域；3、找到能够固定影像的方法。

（一）透镜暗箱技术的完善。透镜暗箱技术就是照相机技术，主要由光学成像技术、机械制造技术及电子应用技术构成。“针孔成像”原理是照相机暗箱的光学成像原理，据史料记载，最早出现于我国春秋末年的《墨经》之中，其后还有北宋时期沈括的《梦溪笔谈》及元朝赵友钦的实验报告《小罅观影编》均有相关记载。照相机技术是人类科技多个领域的集中体现，包含了光学、电子学和制造工艺的尖端技术。达盖尔起初的照相机非常简陋，只是一个仅有透镜的箱子，随后出现了金属机身，机械化光圈和快门装置以及电子液晶显示装置等。照相机类别上还出现一些特殊的照相机，如立体相机和多镜头相机等。1888年美国人伊斯曼的胶片相机“柯达一号”的出现，为照相机轻便化开创了先例。至此，照相机制造技术经历了如下几个方面的发展：大型向小型化发展；单层镀膜镜头到多层镀模和超低色散镜头的发展；纯机械机身向电子化机身的发展。

（二）感光化学进入研究领域。摄影家路易斯，达盖尔说：“达盖尔银版法不只是一件用来描绘自然的工具，他把力量赋予自然，让自然去再创造”，摄影就是光的艺术，用光线作画，起初尼埃普斯用沥青作为感光剂拍摄只是一种尝试，因效果不好而放弃。德国科学家阿尔策发现硝酸盐溶液在阳光下变黑的现象，为找到溴化银作为理想感光剂提供依据。在传统感光材料发展过程中，为了提高感光材料影像质量，科学家做了大量的研究，如：改进感光乳剂的颗粒，提高感光度、研究染色层色彩还原技术等等。对胶片片基材料的研究也经历了由金属板、纸、玻璃、明胶、硝化纤维、醋酸纤维素酯、涤纶等不同材料的演化。传统摄影的后期加工工艺相对不同的感光胶片也有所不同，最常用的有如下几种：相对于黑白胶片的D-76工艺、相对于彩色负片的C-41工艺、相对于彩色反转片的E-6工艺等等。

（三）找到能够固定影像的方法。拍摄的最终目的是为了获得图像并永久保存下来。但早期摄影家在实践中发现，经过曝光并显影后的感光版只要见到光线就会再次感光，致使影像无法保留，达盖尔经多年实践最终找到海波作为固定影像的主要材料，才使得研究最终获得成功。可见，影像的稳定和永久性保存在摄影技术中起到了举足轻重的作用。二数码摄影的出现与快速发展

数码摄影是数码技术发展到一定阶段的必然产物，是传统摄影技术与数码技术的完美结合。其最大的特点是电子感光芯片（CCD＼CMOS）和快速储存卡共同取代了传统胶片的感光和储存功能，实现了传统摄影无法达到的数字影像即拍即现功能；其次，感光芯片（CCD＼CMOS）的高动态记录范围使微光摄影成为可能。1975年柯达应用电子研究中心的赛尚先生成功研究出世界上第一台数码照相机，这台当时只有0.01百万像素的黑白反转数码相机使用飞利浦数码磁带作为存储介质。今天，数码相机厂家包含日系和欧美系为主的众多品牌、画幅从微型到单反再到数字后背。数码摄影技术在短短40年中突飞猛进，感光芯片从当初的0.01百万像素发展到八千万像素以上（数字后背）。由于数码摄影的数据包可以直接在各种计算机、打印机、显示器等设备和互联网平台上自由流通，加上数马相机即拍即现功能，使数码摄影使用起来更加方便，导致传统摄影几乎一夜之间退出历史舞台，就连赛尚本人也曾表示“对于数码摄影技术的发展速度感到吃惊”。

（一）相机构造及功能的极大优化

传统照相机与数码照相机的构造，两者最大的区别是数码相机使用感光芯片（CCD或CMOS）代替传统相机的胶片，图像处理引擎对影像传感器所捕捉到的信号进行实时处理，使用储存的高速储存卡，为了便于即时浏览还增设LCD显示屏及相关的操作按钮。数码相机的即拍即显功能，弥补了传统相机无法实现的缺陷，数码相机直接获取的数码数据可以在各种相关设备上方便流通，给使用者提供了前所未有的拍摄乐趣，人们在使用照相机的同时也享受着高科技所带来的快乐。但是，无论如何数码摄影技术只是传统摄影技术基础上的一次蜕变，它们之间的关系是继承与发展而非完全否定，第一、传统摄影的光学理论、曝光控制理论、银晶排列规律、胶片宽容度、互易律关系、胶片感色性原理恰恰为感光芯片的研究提供理论根据。第二、数码相机保留了传统摄影中胶卷以外的大部分功能，例如摄影镜头，尽管厂家专门针对数字感光芯片成像特点开发出数码镜头，但传统镜头仍然可以使用；第三、机身的整体外形设计基本未变，主要的键盘及操控模式等基本秉承了传统相机的特点，尤其在拍摄模式中将手动功能和B门等专业性较强的功能加以保留，这给从操控传统相机过来的摄影者留了深刻的印象。数码摄影解决了传统相机不能解决的一些难题，如色温、感光度、影像即时再现等问题。还摆脱了传统摄影需要从拍摄到冲印相片的流程，往往从拍摄到看到图像效果，需要一个漫长的等待过程，摄影师如果没有扎实的基本功，就难以盛载客户满腔的期待，摄影师可以把图像储存为电子信息，可以观看LCD即时了解拍摄的效果。如对拍摄效果不满意，还可以及时再拍一次，这些都是传统相机无法比拟的优越性能。

（二）记录与存储介质的发展

传统胶片的结构与成像过程大约是这样：胶片在摄影过程中起感光作用，彩色胶片由三个主要感光乳剂层组成，分别对三原色敏感，同时每个主要感光乳剂层大致上又由三层组成，它们分别具有高中低不同的感光度。这样，彩色胶片就由十层以上的感光乳剂层组成。一层一层相互覆盖形成一个三维的感光体系。换句话说，彩色胶片的设计目的就是要在较小的篇幅内捕捉较大动态范围的全色影像。在显影过程中，只有表面有潜影中心的卤化银颗粒会被显影剂还原而变成银粒子，同时生成显影剂的氧化产物再经定影和水洗去除。现在的常规做法是在每个图像传感器单元的前面加上滤色镜，这又可以分为原色RGB滤镜和补色CMYG滤镜两种，这种技术被称为马赛克技术。以RGB原色滤镜为例，红色滤色镜只能通过红色成分光线而拒绝其他颜色光线通过，同样蓝色滤色镜只能通过蓝色成分光线。这样红、绿、蓝滤镜有规律的严格排列，通过这种方式在所有感光单元前都加上滤色镜。再编制一个工作程序，使得照相机CPU中央处理器知道每个感光单元对应的位置，这样每个感光单元就有了一个加权排列序号，输出的信号中不但包括色彩信息和亮度信息，同时还包括位置信息。最后所有这些加权图像信息汇总后由图像处理引擎运算得出一个复原图像，这就是我们最后获得的数码图像。实现了传统影像向数字影像的过渡。

（三）后期处理技术的发展――传统暗房向电子暗房转化

传统彩色负片的放大无论是借助手工或者机器都必须解决两个问题，一个是准确的影调还原，当然这主要靠准确的曝光来达到，以手动放大为例，以调整放大机镜头光圈大小与定时器曝光时间进行调整，要做到准确曝光必须进行试条测试，这点有过手工放大经验的摄影师都知道。如果是用黑白底片并使用可变反差相纸制作黑白照片，还要通过调整放大机上的品色和黄色滤色镜的数据来改变照片的反差，黄色滤镜数据越高照片反差越小，反之越强；品色数据越高反差越大，相反即越小。第二个问题是色彩还原，对于彩色负片的色彩校正，主要通过拍摄前和放大时进行干预完成，传统胶片不像数码感光芯片那样具备较多的白平衡选择，一般只有日光型、灯光型两种型号，拍前干预可以借助滤色片完成，但是碰到复杂光源时就难于处理了。其次，放大时借助放大机上虑色片来校正色彩，利用R-C、G-M、B-Y相对应的补色关系原理，例如色彩偏红时可以通过加品加黄进行校正，偏绿时可以通过加品校正。一般不采用改变底片显影时间进行校正的做法，因为0-41系统中在特定温度下显影时间最佳是3分15秒，改变时间会导致色偏现象。

数码摄影的后期处理与输出色彩控制相对而言，可控性更为灵活，各种后期处理软件和专业冲图软件都可以校正，如果是图像原始文件（RAW格式）效果更好，如数码相机的白平衡选项中提供了较多常用光源色温供选择，此外还有更为强大的K色温和自定义模式，这是传统摄影无法相比的。最常用的后期处理软件是PhotoShop，该软件中一些工具秉承了传统胶片的曲线特性关系，如曲线图，与胶片的特性曲线有相通性，可以通过改变曲线位置来达到改变图像反差、色彩的密度分布，最终达到改变影调和色调的目的。PhotoShop中的直方图直接显示图片影调分布的实际状况，为摄影师控制曝光状况提供便利。数码摄影的后期处理与输出还可以用色彩管理软、硬件进行影像色彩校正，将拍摄、处理、输出整个过程全部纳入色彩管理之系统中。随着彩色喷墨打印技术的进步和打印介质的多样化，数码输出质量也达到令人满意的效果，高精度数码打印技术被广泛应用于艺术品复制市场。

三 影像质量控制技术体系的完善与发展

数码摄影出现之前，传统摄影经过一百多年的发展在影像质量方面已达到相当成熟的程度。例如以F64小组为核心的“纯影派”摄影团体，他们中的爱德华.韦斯顿、保罗，斯特兰德及安塞尔.亚当斯等人，他们作品以丰富的影调、精良的制作而著称。尤其是美国摄影家安塞尔.亚当斯在黑白影调控制上达到里程碑式的高度。他所推广的“区域曝光法”被许多摄影教育机构和摄影艺术家所推崇，成为摄影界影响至今的摄影应用科学理论，使传统摄影技术达到视觉上的高峰。美国摄影小百科这样描述：“当你站在一张安塞尔，亚当斯的照片前，就无法不被他那技术上的铺张与华丽所掩没，那实际上没有粒子的照片提供了外观无限丰富层次的色调，从纯白色到漆黑。”根据亚当斯的区域曝光法理论，景物影调可以分为十一个“区域”，由零区域至第十区域。第V区域在照片上的灰度接近18%灰；0区为理论上的纯黑区域，第X区为理论上纯白区域，没有任何影调，第Ⅲ区域是画面上曝光不足2档但仍有丰富影调细节的部分，而第V0区域则是曝光过度2档仍有细节的强光部分，摄影者便可以根据景物的亮度范围来判断照片的最后影调分布情况，并使底片能够根据摄影者预想的影调关系去曝光。这个系统的建立包括以下几个过程：1、感光测定；2、精确曝光；3、底片、中洗；4、照片制作。