基本信息
- 項目名稱：
- 數碼測微目鏡的研制及其數字化實驗開發(fā)
- 小類：
- 數理
- 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”的模式，進行了傳統(tǒng)實驗的數字化升級研究，研制了數碼測微目鏡，可適用明亮環(huán)境實驗；并以其作為數字化接口，開發(fā)了數字化光學實驗，同時進一步進行了遠程授課和共享研究，初步實現了視頻的遠程傳輸功能。
- 詳細介紹：
- 本作品在信息技術與傳統(tǒng)光學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”的模式，進行了傳統(tǒng)實驗的數字化升級研究，以傳統(tǒng)普通光學實驗中常用的測微目鏡為數字化升級對象，研制出了數碼測微目鏡，可適用明亮環(huán)境實驗；并以數碼測微目鏡作為數字化接口，開發(fā)了十個數字化光學實驗，同時基于C/S模式，進一步進行了遠程授課和共享研究，初步實現了視頻的遠程傳輸功能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的： 本作品在信息技術與傳統(tǒng)光學實驗的整合方面作了一些探索，進行了傳統(tǒng)光學實驗的數字化升級研究。 基本思路： 本作品基于“傳統(tǒng)儀器+傳感器+計算機”模式，以普通光學實驗中常用的測微目鏡為數字化升級對象，研制了數碼測微目鏡，將其作為相關傳統(tǒng)實驗的數字化接口，進行了數字化實驗系統(tǒng)的開發(fā)，并基于C/S模式進行了實驗的遠程授課和共享研究，初步實現了實驗視頻的遠程傳輸共享功能。 創(chuàng)新點： 1、基于微距成像，以CMOS為圖像傳感器，研制了數碼測微目鏡，可在提高實驗精度的同時強化實驗效果； 2、以數碼測微目鏡為接口，進行了普通光學數字化實驗系統(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、以數字化實驗為基礎，進行了基于C/S模式的實驗遠程授課和共享研究，初步實現了實驗視頻的遠程傳輸功能。 4、應用創(chuàng)新點：用于實驗的教學研究和分組實驗。 技術關鍵： 1、數碼測微目鏡的研制：在微距成像條件下，鏡頭、光闌、刻度分劃板等的匹配設計，達到抑制像差并滿足在明室環(huán)境下實驗的要求； 2、數字化實驗平臺系統(tǒng)軟件的開發(fā)：（1）單機版觀測系統(tǒng)，涉及圖像的拍攝、定標、測量等；（2）網絡版遠程授課和共享系統(tǒng)，在單機版的基礎上增加實驗視頻和音頻的遠程實時傳輸功能。 主要技術指標： 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。
科學性、先進性
- 本作品在光學相關實驗的數字化升級和遠程共享等方面進行了一些探索。本作品首先針對市場上已有產品的一些問題進行了探討。基于“傳統(tǒng)儀器+傳感器+計算機”模式，研制了數碼測微目鏡，通過鏡頭、光闌、刻度分劃板等的匹配設計，對相關成像畸變進行了抑制，適用在明室環(huán)境下實驗。在數碼測微目鏡設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，并沒有放棄對學生動手能力的培養(yǎng)，實驗器材需要學生自行搭建擺放，有利于學生理解相關原理，提升實驗效果。 在實驗硬件資源的共享方面，以上述數字化實驗為基礎嘗試開發(fā)基于C/S模式的、較易推廣的實驗遠程授課和共享系統(tǒng)。即將傳感器采集的數據、現象通過網絡同步傳輸到現場及遠端的采集界面，同時將現場實驗操作視頻、音頻等實時地傳輸到遠端，以現場直播的方式為遠端反饋現場信息。
獲獎情況及鑒定結果
- 2010年 浙江省大學生科技創(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”課外學術科技作品競賽一等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 普通許可
作品可展示的形式
- 實物
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 本作品以數碼測微目鏡的研制為基礎，可實現傳統(tǒng)光學實驗的數字化升級，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實時圖像監(jiān)測代替人眼的相關觀測，實驗時可根據需要進行觀測、拍照等，可將各類光學現象盡可能形象直觀地呈現在學生面前，在提高學生計算機使用能力的同時把學生從以往重復性觀察、讀數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，可使學生更加清晰地認識到相關操作對實驗現象的影響，強化學生對實驗細節(jié)的把握。 本作品具有遠程授課和共享功能，可以有效地將某一學校的優(yōu)質師資及實驗設備以授課或演示的方式向不具備相應條件的學校輸出共享，從而提高實驗相關優(yōu)質資源的利用效益，促進實驗教學均衡發(fā)展。 本作品符合教育現代化發(fā)展的趨勢，可以很好的用于實驗教學和研究，同時可為其它相關學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“強化信息技術應用?！币杂嬎銠C為核心的信息技術在科學研究、工業(yè)應用和日常生活等領域的使用越來越廣泛，實驗教學、技術的改革也應當要適應這個趨勢。實驗教學的數字化、信息化及相關資源的共享利用已成我國當前實驗教學發(fā)展的熱點話題。 上世紀七八十年代，美國就開始將傳感器技術、計算機技術等應用于實驗儀器的改進及教學當中，我國在這方面的起步相對較晚。目前在數字化實驗儀器方面，國際上知名的當數美國PASCO公司，其產品涵蓋了物理、化學等多個學科。國內較為知名的是山東遠大網絡多媒體股份有限公司，其推出較為系統(tǒng)的朗威系列數字化實驗儀器品牌，但往往自成體系，不利于傳統(tǒng)儀器的升級利用。 在光學實驗數字化方面，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絡共享方面，即遠程實驗或者說網絡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。遠程實驗的兩種模式雖然實現成本相對較低，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，許多學者把這種遠程控制/訪問控制實驗稱作SBBT(Second Best to Being there)。國外一些大學已發(fā)展基于WEB的遠程控制實驗，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，但其實現和維護成本也較高，不利于大范圍地推廣應用。 綜合考慮三種模式的優(yōu)缺點，本作品選擇了便于推廣、接近現場實驗的折中解決方案，即基于改造的數字化儀器將傳感器采集的數據、現象同步傳輸到現場及遠端的采集界面，同時將現場實驗操作視頻、音頻等通過互聯(lián)網實時地傳輸到遠端，以現場直播的方式為遠端反饋現場信息，并提供實時的教學互動，讓遠端的學習者有很強的參與感與臨場感。
