基本信息
- 项目名称：
- 数码测微目镜的研制及其数字化实验开发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品基于“传统仪器+传感器+计算机”的模式，进行了传统实验的数字化升级研究，研制了数码测微目镜，可适用明亮环境实验；并以其作为数字化接口，开发了数字化光学实验，同时进一步进行了远程授课和共享研究，初步实现了视频的远程传输功能。
- 详细介绍：
- 本作品在信息技术与传统光学实验的整合方面作了一些探索，基于“传统仪器+传感器+计算机”的模式，进行了传统实验的数字化升级研究，以传统普通光学实验中常用的测微目镜为数字化升级对象，研制出了数码测微目镜，可适用明亮环境实验；并以数码测微目镜作为数字化接口，开发了十个数字化光学实验，同时基于C/S模式，进一步进行了远程授课和共享研究，初步实现了视频的远程传输功能。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 本作品在信息技术与传统光学实验的整合方面作了一些探索，进行了传统光学实验的数字化升级研究。 基本思路： 本作品基于“传统仪器+传感器+计算机”模式，以普通光学实验中常用的测微目镜为数字化升级对象，研制了数码测微目镜，将其作为相关传统实验的数字化接口，进行了数字化实验系统的开发，并基于C/S模式进行了实验的远程授课和共享研究，初步实现了实验视频的远程传输共享功能。 创新点： 1、基于微距成像，以CMOS为图像传感器，研制了数码测微目镜，可在提高实验精度的同时强化实验效果； 2、以数码测微目镜为接口，进行了普通光学数字化实验系统的开发，目前已完成10个项目，具有可在明亮环境下实验的优点； 3、以数字化实验为基础，进行了基于C/S模式的实验远程授课和共享研究，初步实现了实验视频的远程传输功能。 4、应用创新点：用于实验的教学研究和分组实验。 技术关键： 1、数码测微目镜的研制：在微距成像条件下，镜头、光阑、刻度分划板等的匹配设计，达到抑制像差并满足在明室环境下实验的要求； 2、数字化实验平台系统软件的开发：（1）单机版观测系统，涉及图像的拍摄、定标、测量等；（2）网络版远程授课和共享系统，在单机版的基础上增加实验视频和音频的远程实时传输功能。 主要技术指标： 1、传感器规格：彩色CMOS，1/4inch； 2、分辨率:640×480，像元尺寸8μm； 3、最大帧频:30fps; 4、量程:10mm。
科学性、先进性
- 本作品在光学相关实验的数字化升级和远程共享等方面进行了一些探索。本作品首先针对市场上已有产品的一些问题进行了探讨。基于“传统仪器+传感器+计算机”模式，研制了数码测微目镜，通过镜头、光阑、刻度分划板等的匹配设计，对相关成像畸变进行了抑制，适用在明室环境下实验。在数码测微目镜设计和观测软件编制时完全模拟传统测微目镜的测量方式，并没有放弃对学生动手能力的培养，实验器材需要学生自行搭建摆放，有利于学生理解相关原理，提升实验效果。 在实验硬件资源的共享方面，以上述数字化实验为基础尝试开发基于C/S模式的、较易推广的实验远程授课和共享系统。即将传感器采集的数据、现象通过网络同步传输到现场及远端的采集界面，同时将现场实验操作视频、音频等实时地传输到远端，以现场直播的方式为远端反馈现场信息。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年 浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）项目支持 2010年 浙师大第四届“挑战杯”课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 普通许可
作品可展示的形式
- 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品以数码测微目镜的研制为基础，可实现传统光学实验的数字化升级，可充分利用已有资源，更新仪器，节约成本。 本作品以采用计算机实时图像监测代替人眼的相关观测，实验时可根据需要进行观测、拍照等，可将各类光学现象尽可能形象直观地呈现在学生面前，在提高学生计算机使用能力的同时把学生从以往重复性观察、读数操作及长时间观测造成的视觉疲劳中解放出来，以便把更多的精力放在实验本身的理解与分析上。 本作品具有适用明亮环境实验的优点，可使学生更加清晰地认识到相关操作对实验现象的影响，强化学生对实验细节的把握。 本作品具有远程授课和共享功能，可以有效地将某一学校的优质师资及实验设备以授课或演示的方式向不具备相应条件的学校输出共享，从而提高实验相关优质资源的利用效益，促进实验教学均衡发展。 本作品符合教育现代化发展的趋势，可以很好的用于实验教学和研究，同时可为其它相关学科实验仪器的信息化整合与发展提供借鉴。
同类课题研究水平概述
- 《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》指出要“强化信息技术应用。”以计算机为核心的信息技术在科学研究、工业应用和日常生活等领域的使用越来越广泛，实验教学、技术的改革也应当要适应这个趋势。实验教学的数字化、信息化及相关资源的共享利用已成我国当前实验教学发展的热点话题。 上世纪七八十年代，美国就开始将传感器技术、计算机技术等应用于实验仪器的改进及教学当中，我国在这方面的起步相对较晚。目前在数字化实验仪器方面，国际上知名的当数美国PASCO公司，其产品涵盖了物理、化学等多个学科。国内较为知名的是山东远大网络多媒体股份有限公司，其推出较为系统的朗威系列数字化实验仪器品牌，但往往自成体系，不利于传统仪器的升级利用。 在光学实验数字化方面，目前市场上通常的解决方案有：（1）采用高分辩率的面阵CCD为图像传感器，但成本高，不适宜学生分组实验；（2）采用线阵CCD或光电二极管为传感器，如PASCO与朗威的产品，其成本降低了但实验的直观性和效果大打折扣。本作品基于微距成像，采用市场上通用的CMOS为图像传感器，研制了数码测微目镜，可在大幅降低成本的同时保证良好的实验效果。 在实验硬件资源的网络共享方面，即远程实验或者说网络共享实验方面目前主要有三种模式，包括虚拟实验、交互屏实验和远程控制实验。最好的实验方式是能随时允许在真实的实验室中开展实验。远程实验的两种模式虽然实现成本相对较低，但其与真实实验有较大差别，存在一定的局限性；第三种模式与真实实验基本相近，许多学者把这种远程控制/访问控制实验称作SBBT(Second Best to Being there)。国外一些大学已发展基于WEB的远程控制实验，目前美国和德国在这方面做的最好。第三模式虽然效果较好，但其实现和维护成本也较高，不利于大范围地推广应用。 综合考虑三种模式的优缺点，本作品选择了便于推广、接近现场实验的折中解决方案，即基于改造的数字化仪器将传感器采集的数据、现象同步传输到现场及远端的采集界面，同时将现场实验操作视频、音频等通过互联网实时地传输到远端，以现场直播的方式为远端反馈现场信息，并提供实时的教学互动，让远端的学习者有很强的参与感与临场感。
