摘要：在光学教学领域中，

CCD 技术能有着广阔的应用前景，在推行教育数字化的形势下，

利用

CCD 与计算机技术在光学中进行施压优化，提高观察与计算效率，是一种辅助教学的

新方法。本文以光的衍射、干涉、光谱、莫尔条纹为例，阐述在教学中如何利用和实现

CCD 技

术，展现了教学数字化的应用方向。

 

　　关键词：

CCD 技术 光学实验 教学数字化 

　　中图分类号：

TN386 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0088-01 

　　

CCD 是一种电荷耦合元件，亦称为 CCD 图像传感器，可将光学影像转化为数字信号 ，

在将影像转换为数字信号后输入到计算机中，可进行数字处理，得到实验所需的数据。在获
取图像像素数据时，一般采用先选取图像一端

Y 方向上各点的 point 值，再将 Y 轴向另一

端推移，可得到图像所有像素的

point 值，进而进行处理。以下将列举几种光学实验的例子，

进一步阐述其应用方法。

 

　　

1 光学实验举例 

　　

1.1 光的衍射实验（以圆孔衍射为例） 

　　在普通物理实验中，用

CCD 视频装置代替刻度板和光屏，在排除杂光干扰的情况下，

调整好

CCD 的位置，可以在计算机视频中可到圆孔衍射的图像。在圆孔的夫琅合费衍射中，

假设圆孔半径为

0.1mm，透镜 L2 与 CCD 视频装置的合焦距 f=50cm，所用单色光波长为

589.3nm，则可得衍射图样中艾里斑的半径大小为 1.5cm 左右，远远大于 CCD 摄像装置的
分辨距离。通过调节

CCD 的焦距可使图案达到最清晰。 

　　处理图案像素时，可得到图案中的每一个像素

point 值。具体处理方法为：For x = 1 To 

Picture1.ScaleWidth 
　　

For y = 1 To Picture1.ScaleHeight 

　　

c = c & strRGB（Picture1.Point（x - 1， y - 1）） 

　　如果直接用

point 值进行作图，可能会因为 point 值过大造成图像出错，此时可将 point

值进一步进行处理，转化为图像

RGB 值。 

　　

Dim r As Integer， g As Integer， b As Integer 

　　

r = （color And &HFF） Mod 256 

　　

g = （（color And &HFF00） ＼ &H100） Mod 256 

　　

b = （（color And &HFF0000） ＼ &H10000） Mod 256 

　　

strRGB = "RGB（" & b & "，" & g & "，" & r & "）" 

　　得到图像各点的

RGB 之后，重新计算各点的光强度值，记作 Y，此时 Y 的值在较小数

值范围内，容易作图与控制

 

　　

Y=0.212671*R+0.715160*G+0.072169*B 

　　在图像中做横纵坐标，其中横坐标为衍射图像中经过艾里斑圆心的水平轴的坐标，纵
坐标是此坐标上各点的

Y 值。 

　　可得到类似图

1 的结果： 

　　两图为改变孔径大小所得到的结果不同。

 

　　在具体的计算时，需要将真实的艾里斑大小进行定标。可以通过下述方法解决，在原有
光路上用

2mm 狭缝代替圆孔，保持 CCD 位置不变，此时可得到 2mm 狭缝像所对应的像素

X，根据透镜成像原理，狭缝像的宽度 L=狭缝的物距/狭缝的像距。则 CCD 图像上 2mm 所
对应的长度为

X/L.利用此原理定标可得图像中所有距离的实际长度。 

　　

1.2 光的干涉实验（以牛顿环为例） 

　　在光的干涉中，牛顿环实验是典型实验，在现有的实验过程中，一般用读数显微镜进
行数据记录，人眼读数过程中将产生较大误差，且十分繁琐。将

CCD 安装在原来的读数显

微镜上，并将图像传入进计算机处理，将提高效率和准确率。