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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 數(shù)碼測(cè)微目鏡的研制及其數(shù)字化實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 數(shù)理
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品基于“傳統(tǒng)儀器+傳感器+計(jì)算機(jī)”的模式，進(jìn)行了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化升級(jí)研究，研制了數(shù)碼測(cè)微目鏡，可適用明亮環(huán)境實(shí)驗(yàn)；并以其作為數(shù)字化接口，開(kāi)發(fā)了數(shù)字化光學(xué)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)一步進(jìn)行了遠(yuǎn)程授課和共享研究，初步實(shí)現(xiàn)了視頻的遠(yuǎn)程傳輸功能。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品在信息技術(shù)與傳統(tǒng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)的整合方面作了一些探索，基于“傳統(tǒng)儀器+傳感器+計(jì)算機(jī)”的模式，進(jìn)行了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化升級(jí)研究，以傳統(tǒng)普通光學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的測(cè)微目鏡為數(shù)字化升級(jí)對(duì)象，研制出了數(shù)碼測(cè)微目鏡，可適用明亮環(huán)境實(shí)驗(yàn)；并以數(shù)碼測(cè)微目鏡作為數(shù)字化接口，開(kāi)發(fā)了十個(gè)數(shù)字化光學(xué)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)基于C/S模式，進(jìn)一步進(jìn)行了遠(yuǎn)程授課和共享研究，初步實(shí)現(xiàn)了視頻的遠(yuǎn)程傳輸功能。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 本作品在信息技術(shù)與傳統(tǒng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)的整合方面作了一些探索，進(jìn)行了傳統(tǒng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化升級(jí)研究。 基本思路： 本作品基于“傳統(tǒng)儀器+傳感器+計(jì)算機(jī)”模式，以普通光學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的測(cè)微目鏡為數(shù)字化升級(jí)對(duì)象，研制了數(shù)碼測(cè)微目鏡，將其作為相關(guān)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化接口，進(jìn)行了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，并基于C/S模式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程授課和共享研究，初步實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)視頻的遠(yuǎn)程傳輸共享功能。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、基于微距成像，以CMOS為圖像傳感器，研制了數(shù)碼測(cè)微目鏡，可在提高實(shí)驗(yàn)精度的同時(shí)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)效果； 2、以數(shù)碼測(cè)微目鏡為接口，進(jìn)行了普通光學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，目前已完成10個(gè)項(xiàng)目，具有可在明亮環(huán)境下實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)； 3、以數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行了基于C/S模式的實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程授課和共享研究，初步實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)視頻的遠(yuǎn)程傳輸功能。 4、應(yīng)用創(chuàng)新點(diǎn)：用于實(shí)驗(yàn)的教學(xué)研究和分組實(shí)驗(yàn)。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、數(shù)碼測(cè)微目鏡的研制：在微距成像條件下，鏡頭、光闌、刻度分劃板等的匹配設(shè)計(jì)，達(dá)到抑制像差并滿(mǎn)足在明室環(huán)境下實(shí)驗(yàn)的要求； 2、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)：（1）單機(jī)版觀測(cè)系統(tǒng)，涉及圖像的拍攝、定標(biāo)、測(cè)量等；（2）網(wǎng)絡(luò)版遠(yuǎn)程授課和共享系統(tǒng)，在單機(jī)版的基礎(chǔ)上增加實(shí)驗(yàn)視頻和音頻的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸功能。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1、傳感器規(guī)格：彩色CMOS，1/4inch； 2、分辨率:640×480，像元尺寸8μm； 3、最大幀頻:30fps; 4、量程:10mm。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品在光學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化升級(jí)和遠(yuǎn)程共享等方面進(jìn)行了一些探索。本作品首先針對(duì)市場(chǎng)上已有產(chǎn)品的一些問(wèn)題進(jìn)行了探討?；凇皞鹘y(tǒng)儀器+傳感器+計(jì)算機(jī)”模式，研制了數(shù)碼測(cè)微目鏡，通過(guò)鏡頭、光闌、刻度分劃板等的匹配設(shè)計(jì)，對(duì)相關(guān)成像畸變進(jìn)行了抑制，適用在明室環(huán)境下實(shí)驗(yàn)。在數(shù)碼測(cè)微目鏡設(shè)計(jì)和觀測(cè)軟件編制時(shí)完全模擬傳統(tǒng)測(cè)微目鏡的測(cè)量方式，并沒(méi)有放棄對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)器材需要學(xué)生自行搭建擺放，有利于學(xué)生理解相關(guān)原理，提升實(shí)驗(yàn)效果。 在實(shí)驗(yàn)硬件資源的共享方面，以上述數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)嘗試開(kāi)發(fā)基于C/S模式的、較易推廣的實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程授課和共享系統(tǒng)。即將傳感器采集的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同步傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)端的采集界面，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作視頻、音頻等實(shí)時(shí)地傳輸?shù)竭h(yuǎn)端，以現(xiàn)場(chǎng)直播的方式為遠(yuǎn)端反饋現(xiàn)場(chǎng)信息。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年 浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃（新苗人才計(jì)劃）項(xiàng)目支持 2010年 浙師大第四屆“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 普通許可
作品可展示的形式
- 實(shí)物
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品以數(shù)碼測(cè)微目鏡的研制為基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化升級(jí)，可充分利用已有資源，更新儀器，節(jié)約成本。 本作品以采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)圖像監(jiān)測(cè)代替人眼的相關(guān)觀測(cè)，實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行觀測(cè)、拍照等，可將各類(lèi)光學(xué)現(xiàn)象盡可能形象直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，在提高學(xué)生計(jì)算機(jī)使用能力的同時(shí)把學(xué)生從以往重復(fù)性觀察、讀數(shù)操作及長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)造成的視覺(jué)疲勞中解放出來(lái)，以便把更多的精力放在實(shí)驗(yàn)本身的理解與分析上。 本作品具有適用明亮環(huán)境實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，可使學(xué)生更加清晰地認(rèn)識(shí)到相關(guān)操作對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的把握。 本作品具有遠(yuǎn)程授課和共享功能，可以有效地將某一學(xué)校的優(yōu)質(zhì)師資及實(shí)驗(yàn)設(shè)備以授課或演示的方式向不具備相應(yīng)條件的學(xué)校輸出共享，從而提高實(shí)驗(yàn)相關(guān)優(yōu)質(zhì)資源的利用效益，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)均衡發(fā)展。 本作品符合教育現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢(shì)，可以很好的用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)和研究，同時(shí)可為其它相關(guān)學(xué)科實(shí)驗(yàn)儀器的信息化整合與發(fā)展提供借鑒。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出要“強(qiáng)化信息技術(shù)應(yīng)用?！币杂?jì)算機(jī)為核心的信息技術(shù)在科學(xué)研究、工業(yè)應(yīng)用和日常生活等領(lǐng)域的使用越來(lái)越廣泛，實(shí)驗(yàn)教學(xué)、技術(shù)的改革也應(yīng)當(dāng)要適應(yīng)這個(gè)趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化、信息化及相關(guān)資源的共享利用已成我國(guó)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的熱點(diǎn)話(huà)題。 上世紀(jì)七八十年代，美國(guó)就開(kāi)始將傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)及教學(xué)當(dāng)中，我國(guó)在這方面的起步相對(duì)較晚。目前在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器方面，國(guó)際上知名的當(dāng)數(shù)美國(guó)PASCO公司，其產(chǎn)品涵蓋了物理、化學(xué)等多個(gè)學(xué)科。國(guó)內(nèi)較為知名的是山東遠(yuǎn)大網(wǎng)絡(luò)多媒體股份有限公司，其推出較為系統(tǒng)的朗威系列數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器品牌，但往往自成體系，不利于傳統(tǒng)儀器的升級(jí)利用。 在光學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)字化方面，目前市場(chǎng)上通常的解決方案有：（1）采用高分辯率的面陣CCD為圖像傳感器，但成本高，不適宜學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)；（2）采用線(xiàn)陣CCD或光電二極管為傳感器，如PASCO與朗威的產(chǎn)品，其成本降低了但實(shí)驗(yàn)的直觀性和效果大打折扣。本作品基于微距成像，采用市場(chǎng)上通用的CMOS為圖像傳感器，研制了數(shù)碼測(cè)微目鏡，可在大幅降低成本的同時(shí)保證良好的實(shí)驗(yàn)效果。 在實(shí)驗(yàn)硬件資源的網(wǎng)絡(luò)共享方面，即遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)或者說(shuō)網(wǎng)絡(luò)共享實(shí)驗(yàn)方面目前主要有三種模式，包括虛擬實(shí)驗(yàn)、交互屏實(shí)驗(yàn)和遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)。最好的實(shí)驗(yàn)方式是能隨時(shí)允許在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的兩種模式雖然實(shí)現(xiàn)成本相對(duì)較低，但其與真實(shí)實(shí)驗(yàn)有較大差別，存在一定的局限性；第三種模式與真實(shí)實(shí)驗(yàn)基本相近，許多學(xué)者把這種遠(yuǎn)程控制/訪(fǎng)問(wèn)控制實(shí)驗(yàn)稱(chēng)作SBBT(Second Best to Being there)。國(guó)外一些大學(xué)已發(fā)展基于WEB的遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)，目前美國(guó)和德國(guó)在這方面做的最好。第三模式雖然效果較好，但其實(shí)現(xiàn)和維護(hù)成本也較高，不利于大范圍地推廣應(yīng)用。 綜合考慮三種模式的優(yōu)缺點(diǎn)，本作品選擇了便于推廣、接近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的折中解決方案，即基于改造的數(shù)字化儀器將傳感器采集的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象同步傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)端的采集界面，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作視頻、音頻等通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)地傳輸?shù)竭h(yuǎn)端，以現(xiàn)場(chǎng)直播的方式為遠(yuǎn)端反饋現(xiàn)場(chǎng)信息，并提供實(shí)時(shí)的教學(xué)互動(dòng)，讓遠(yuǎn)端的學(xué)習(xí)者有很強(qiáng)的參與感與臨場(chǎng)感。
