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基本信息
- 項目名稱：
- 數(shù)碼測微目鏡的研制及其數(shù)字化實驗開發(fā)
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品基于“傳統(tǒng)儀器+傳感器+計算機(jī)”的模式，進(jìn)行了傳統(tǒng)實驗的數(shù)字化升級研究，研制了數(shù)碼測微目鏡，可適用明亮環(huán)境實驗；并以其作為數(shù)字化接口，開發(fā)了數(shù)字化光學(xué)實驗，同時進(jìn)一步進(jìn)行了遠(yuǎn)程授課和共享研究，初步實現(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)實驗的整合方面作了一些探索，基于“傳統(tǒng)儀器+傳感器+計算機(jī)”的模式，進(jìn)行了傳統(tǒng)實驗的數(shù)字化升級研究，以傳統(tǒng)普通光學(xué)實驗中常用的測微目鏡為數(shù)字化升級對象，研制出了數(shù)碼測微目鏡，可適用明亮環(huán)境實驗；并以數(shù)碼測微目鏡作為數(shù)字化接口，開發(fā)了十個數(shù)字化光學(xué)實驗，同時基于C/S模式，進(jìn)一步進(jìn)行了遠(yuǎn)程授課和共享研究，初步實現(xiàn)了視頻的遠(yuǎn)程傳輸功能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、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)實驗的整合方面作了一些探索，進(jìn)行了傳統(tǒng)光學(xué)實驗的數(shù)字化升級研究。 基本思路： 本作品基于“傳統(tǒng)儀器+傳感器+計算機(jī)”模式，以普通光學(xué)實驗中常用的測微目鏡為數(shù)字化升級對象，研制了數(shù)碼測微目鏡，將其作為相關(guān)傳統(tǒng)實驗的數(shù)字化接口，進(jìn)行了數(shù)字化實驗系統(tǒng)的開發(fā)，并基于C/S模式進(jìn)行了實驗的遠(yuǎn)程授課和共享研究，初步實現(xiàn)了實驗視頻的遠(yuǎn)程傳輸共享功能。 創(chuàng)新點： 1、基于微距成像，以CMOS為圖像傳感器，研制了數(shù)碼測微目鏡，可在提高實驗精度的同時強(qiáng)化實驗效果； 2、以數(shù)碼測微目鏡為接口，進(jìn)行了普通光學(xué)數(shù)字化實驗系統(tǒng)的開發(fā)，目前已完成10個項目，具有可在明亮環(huán)境下實驗的優(yōu)點； 3、以數(shù)字化實驗為基礎(chǔ)，進(jìn)行了基于C/S模式的實驗遠(yuǎn)程授課和共享研究，初步實現(xiàn)了實驗視頻的遠(yuǎn)程傳輸功能。 4、應(yīng)用創(chuàng)新點：用于實驗的教學(xué)研究和分組實驗。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、數(shù)碼測微目鏡的研制：在微距成像條件下，鏡頭、光闌、刻度分劃板等的匹配設(shè)計，達(dá)到抑制像差并滿足在明室環(huán)境下實驗的要求； 2、數(shù)字化實驗平臺系統(tǒng)軟件的開發(fā)：（1）單機(jī)版觀測系統(tǒng)，涉及圖像的拍攝、定標(biāo)、測量等；（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)上增加實驗視頻和音頻的遠(yuǎn)程實時傳輸功能。 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)實驗的數(shù)字化升級和遠(yuǎn)程共享等方面進(jìn)行了一些探索。本作品首先針對市場上已有產(chǎn)品的一些問題進(jìn)行了探討。基于“傳統(tǒng)儀器+傳感器+計算機(jī)”模式，研制了數(shù)碼測微目鏡，通過鏡頭、光闌、刻度分劃板等的匹配設(shè)計，對相關(guān)成像畸變進(jìn)行了抑制，適用在明室環(huán)境下實驗。在數(shù)碼測微目鏡設(shè)計和觀測軟件編制時完全模擬傳統(tǒng)測微目鏡的測量方式，并沒有放棄對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，實驗器材需要學(xué)生自行搭建擺放，有利于學(xué)生理解相關(guān)原理，提升實驗效果。 在實驗硬件資源的共享方面，以上述數(shù)字化實驗為基礎(chǔ)嘗試開發(fā)基于C/S模式的、較易推廣的實驗遠(yuǎn)程授課和共享系統(tǒng)。即將傳感器采集的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象通過網(wǎng)絡(luò)同步傳輸?shù)浆F(xiàn)場及遠(yuǎn)端的采集界面，同時將現(xiàn)場實驗操作視頻、音頻等實時地傳輸?shù)竭h(yuǎn)端，以現(xiàn)場直播的方式為遠(yuǎn)端反饋現(xiàn)場信息。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年 浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃（新苗人才計劃）項目支持 2010年 浙師大第四屆“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 普通許可
作品可展示的形式
- 實物
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本作品以數(shù)碼測微目鏡的研制為基礎(chǔ)，可實現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)實驗的數(shù)字化升級，可充分利用已有資源，更新儀器，節(jié)約成本。 本作品以采用計算機(jī)實時圖像監(jiān)測代替人眼的相關(guān)觀測，實驗時可根據(jù)需要進(jìn)行觀測、拍照等，可將各類光學(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)生計算機(jī)使用能力的同時把學(xué)生從以往重復(fù)性觀察、讀數(shù)操作及長時間觀測造成的視覺疲勞中解放出來，以便把更多的精力放在實驗本身的理解與分析上。 本作品具有適用明亮環(huán)境實驗的優(yōu)點，可使學(xué)生更加清晰地認(rèn)識到相關(guān)操作對實驗現(xiàn)象的影響，強(qiáng)化學(xué)生對實驗細(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)師資及實驗設(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，從而提高實驗相關(guān)優(yōu)質(zhì)資源的利用效益，促進(jìn)實驗教學(xué)均衡發(fā)展。 本作品符合教育現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢，可以很好的用于實驗教學(xué)和研究，同時可為其它相關(guān)學(xué)科實驗儀器的信息化整合與發(fā)展提供借鑒。
同類課題研究水平概述
- 《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出要“強(qiáng)化信息技術(shù)應(yīng)用。”以計算機(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)域的使用越來越廣泛，實驗教學(xué)、技術(shù)的改革也應(yīng)當(dāng)要適應(yīng)這個趨勢。實驗教學(xué)的數(shù)字化、信息化及相關(guān)資源的共享利用已成我國當(dāng)前實驗教學(xué)發(fā)展的熱點話題。 上世紀(jì)七八十年代，美國就開始將傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等應(yīng)用于實驗儀器的改進(jìn)及教學(xué)當(dāng)中，我國在這方面的起步相對較晚。目前在數(shù)字化實驗儀器方面，國際上知名的當(dāng)數(shù)美國PASCO公司，其產(chǎn)品涵蓋了物理、化學(xué)等多個學(xué)科。國內(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)字化實驗儀器品牌，但往往自成體系，不利于傳統(tǒng)儀器的升級利用。 在光學(xué)實驗數(shù)字化方面，目前市場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)生分組實驗；（2）采用線陣CCD或光電二極管為傳感器，如PASCO與朗威的產(chǎn)品，其成本降低了但實驗的直觀性和效果大打折扣。本作品基于微距成像，采用市場上通用的CMOS為圖像傳感器，研制了數(shù)碼測微目鏡，可在大幅降低成本的同時保證良好的實驗效果。 在實驗硬件資源的網(wǎng)絡(luò)共享方面，即遠(yuǎn)程實驗或者說網(wǎng)絡(luò)共享實驗方面目前主要有三種模式，包括虛擬實驗、交互屏實驗和遠(yuǎn)程控制實驗。最好的實驗方式是能隨時允許在真實的實驗室中開展實驗。遠(yuǎn)程實驗的兩種模式雖然實現(xiàn)成本相對較低，但其與真實實驗有較大差別，存在一定的局限性；第三種模式與真實實驗基本相近，許多學(xué)者把這種遠(yuǎn)程控制/訪問控制實驗稱作SBBT(Second Best to Being there)。國外一些大學(xué)已發(fā)展基于WEB的遠(yuǎn)程控制實驗，目前美國和德國在這方面做的最好。第三模式雖然效果較好，但其實現(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，本作品選擇了便于推廣、接近現(xiàn)場實驗的折中解決方案，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)場及遠(yuǎn)端的采集界面，同時將現(xiàn)場實驗操作視頻、音頻等通過互聯(lián)網(wǎng)實時地傳輸?shù)竭h(yuǎn)端，以現(xiàn)場直播的方式為遠(yuǎn)端反饋現(xiàn)場信息，并提供實時的教學(xué)互動，讓遠(yuǎn)端的學(xué)習(xí)者有很強(qiáng)的參與感與臨場感。
