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光學有兩個主要分支，物理光學和幾何光學。物理光學主要研究光本身的性質和特性。幾何光學涉及控制透鏡、鏡子和其他利用光的設備的成像特性的原理。它還包括光學數據處理，這涉及對由相干光學系統形成的圖像的信息內容進行處理。

一、光學圖像

光學圖像可以被視為物體通過透鏡或鏡子系統借助光作為載體的明顯再現。通常整個圖像是同時產生的，就像相機中的透鏡那樣，但圖像也可以通過逐點掃描依次產生，就像在電視系統中或在空間中遠距離無線電傳輸圖片那樣。

然而，所有圖像的最終探測器始終是人類的眼睛，并且無論使用何種手段來傳輸和控制光，最終圖像必須要么同時產生，要么掃描得如此之快，以至于觀察者的視覺暫留會給他一種覆蓋有限視場的完整圖像的心理印象。為了達到這個效果，圖像必須每秒至少重復(如在電影中)或掃描(如在電視中)40 次，以消除閃爍或任何間歇出現的跡象。

二、歷史背景

對古人來說，圖像形成的過程充滿了神秘。事實上，在很長一段時間里，人們一直在熱烈討論在視覺中是有東西從物體移動到眼睛，還是有東西從眼睛伸向物體。然而，到了 17 世紀初，人們知道光線沿直線傳播。

1604 年，德國天文學家約翰內斯?開普勒出版了一本關于光學的書，在書中他假設一個擴展的物體可以被視為大量獨立的點，每個點向各個方向發射光線。其中一些光線會進入一個透鏡，通過透鏡它們會被彎曲并匯聚到一個點，即光線起源的物體點的 “像”。眼睛的晶狀體與其他透鏡沒有區別，它在視網膜上形成外部物體的圖像，產生視覺感覺。

有兩種主要類型的圖像需要考慮：實像和虛像。實像是在系統外部形成的，在那里出射光線實際上相交;這樣的圖像可以被捕捉在屏幕或膠片上，是幻燈片投影儀或相機中形成的那種圖像。另一方面，虛像是在儀器內部形成的，在發散光線如果向后延伸進入儀器時會相交的點處。這樣的圖像是在顯微鏡或望遠鏡中形成的，可以通過觀察目鏡看到。

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