基本信息
- 項(xiàng)目名稱:
- 數(shù)碼測微目鏡的研制及其數(shù)字化實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)”的模式,進(jìn)行了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化升級研究,研制了數(shù)碼測微目鏡,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)字化升級研究,以傳統(tǒng)普通光學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn);并以數(shù)碼測微目鏡作為數(shù)字化接口,開發(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。
作品專業(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(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(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?;凇皞鹘y(tǒng)儀器+傳感器+計(jì)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(jì),對相關(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)碼測微目鏡設(shè)計(jì)和觀測軟件編制時(shí)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(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)象通過網(wǎng)絡(luò)同步傳輸?shù)浆F(xiàn)場及遠(yuǎn)端的采集界面,同時(shí)將現(xiàn)場實(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)場直播的方式為遠(yuǎn)端反饋現(xiàn)場信息。
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
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)圖像監(jiān)測代替人眼的相關(guān)觀測,實(shí)驗(yàn)時(shí)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(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)操作及長時(shí)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(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)識到相關(guān)操作對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響,強(qiáng)化學(xué)生對實(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,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?!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。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當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的熱點(diǎn)話題。 上世紀(jì)七八十年代,美國就開始將傳感器技術(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,我國在這方面的起步相對較晚。目前在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)驗(yàn)儀器品牌,但往往自成體系,不利于傳統(tǒng)儀器的升級利用。 在光學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn);(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(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(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/訪問控制實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn),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(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)場及遠(yuǎn)端的采集界面,同時(shí)將現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)操作視頻、音頻等通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)的教學(xué)互動(dòng),讓遠(yuǎn)端的學(xué)習(xí)者有很強(qiáng)的參與感與臨場感。