Устройство для проверки фотографической разрешающей способности высокоскоростных камер

 

Изобретение относится к оптикомеханической пpo в шшeннocти и позволяет повысить точность контроля аппаратуры для высокоскоростной съемки. Устройство содержит тест-объекты 6 в виде прозрачных полос на боковой поверхности 5 части полого цилиндра. укрепленной на корпусе 19. Тест-объекты 6 последовательно разворачиваются посредством зеркального многогранника 8 и проецируются объективом 9 на тест-объект 3 в виде пластины с группами щелей, установленной в плоскости кадрового окна 4. Картина, полученная при наложении друг на друга тест-объектов 3 и 6, проецируется коллективом 12, объективом 1 и цилиндрической линзой 11 во входной зрачок испытуемой камеры 10. Корпус 19 с осветительной, системой 13, 14 и размещенными в нем тест-объектами 6, многогранником 8 и объективом 9 может поворачиваться вокруг оптической оси объектива 1 во втулках 21 и 22. Стакан 25 с расположенными в нем кадровым окном 2, коллективом 12, объективом 1 и цилиндрической линзой 11 также установлен с возможностью поворота относительно оптической оси объектива 1. 3 з.п. , 7 ил. (Л е

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (sD 4 G 03 В 43!00 ш щ

OCVQAPCTBLHHblA H0MHTET CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4252381/24-10 (22) 09.04.87 (46} 15.12.88. Бюл. У 46 (72) И.И.Кожухов и М.П.Белова (53) 528.711.11.089.6 (088.8} (56) Кривовяз Л.М. и др. Практика оптической измерительной лаборатории. М.> Машиностроение, 1974, с.312.

Авторское свидетельство СССР

У 434364, кл. G 03 В 43/00, 1972. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ФОТОГРАФИЧЕСКОЙ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ BblСОКОСКОРОСТНЫХ КАМЕР (57) Изобретение относится к оптикомеханической промьппленности и позволяет повысить точность контроля аппаратуры для высокоскоростной съемки.

Устройство содержит тест-объекты 6 в виде прозрачных полос на боковой поверхности 5 части полого цилиндра, / укрепленной на корпусе 19. Тест-объекты 6 последовательно разворачиваются посредством зеркального многогранника 8 и проецируются объективом

9 на тест-объект 3 в виде пластины с группами щелей, установленной в плоскости кадрового окна 4. Картина, полученная при наложении друг на дру" га тест-объектов 3 и 6, проецируется коллективом 12, объективом 1 и цилиндрической линзой 11 во входной зрачок испытуемой камеры 10. Корпус

19 с осветительной системой 13, 14 и размещенными в нем тест-объектами

6, многогранником 8 и объективом 9 может поворачиваться вокруг оптической оси объектива 1 во втулках 21 и

22. Стакан 25 с расположенными в нем кадровым окном 2, коллективом 12, объективом 1 и цилиндрической линзой также установлен с возможностью поворота относительно оптической оси объектива 1. 3 з.п. ф-лы, 7 ил, 1444695

Изобретение относится к оптикомеханической промышленности, в част- . ности к контрольно-юстировочной аппаратуре. 5

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; на фиг. 2 и 3 — тест-объекты, используемые в устройстве; Hà 10 фиг. 4 — принцип получения движущегося изображения с использованием тестобъектов; на фиг. 5 — принцип образования линейной периодической структуры в поле зрения исследуемой камеры," 15 на фиг. 6 — вывод скорости перемещения иэображения тест-объектов; на фиг. 7 — распределение освещенности в линейной периодической структуре.

Устройство для проверки фотографи- 20 ческой разрешающей способности высокоскоростных камер содержит коллимационный объектив 1, кадровое окно 2, в котором установлен тест-объект в виде пластины 3 с параллельными щелями а. Щели а выполнены несколькими группами, причем в каждой группе полосы выполнены с равным шагом

t(но для каждой группы шаг полос имеет свое значение (фиг.3). Пластина 3 установлена в направляющих 4 и расположена в фокальной плоскости объектива 1. На боковой поверхности

5 части полого цилиндра радиусом R расположены тест-объекты 6, выполнен- 35 ные в виде параллельных прозрачных полос б на непрозрачном фоне, расположенных под углом к образующей цилиндрической поверхности 5, причем начало последующей полосы и конец 40 предыдущей полосы лежат на прямой, совпадающей с образующей цилиндрической поверхности 5. На выходном валу стабилизированного привода 7 установлен зеркальный многогранник 8, 45

Ъсь вращения которого параллельна образующей цилиндрической поверхности

5. Между многогранником 8 и кадровым окном 2 на оптической оси объектива

1 установлен проекционный объектив 9. 50

Через проекционный объектив 9 и грани многогранника 8 тест-объекты 6 оптически сопряжены с тест-объектом установленным в кадровом окне 2.

Между объективом 1 и исследуемой камерой 10 установлена цилиндрическая линза 11, образующая цилиндрической поверхности которой параллельна щелям а пластины 3. За пластиной 3 установлен коллектив 12, который совместно с коллимационным объективом проецирует иэображение зрачка проекционного объектива 9 во входной зрачок исследуемой высокоскоростной камеры 10. Тест-объекты 6, расположенные на цилиндрической поверхности 5, освещаются осветительной системой в виде источников 13 света и конденсоров 14. Для стабилизации угловой скорости вращения привода 7 рядом с зеркальным многогранником 8 установлен датчик положения, состоящий из источника 15 света, объектива 16 и фотоприемника 17. Сигнал от фотоприемника 17 поступает на блок 18 управления. Напряжение питания, соответствующее требуемой угловой скорости вращения зеркального многогранника

8, поступает на привод 7 с блока 18 управления. Для проверки разрешающей способности высокоскоростной камеры

10 в различных направлениях в плоскости кадра высокоскоростной камеры

10 корпус 19 устройства, с которым жестко связана часть полого цилиндра

5, установлен в подставке 20, имеющей втулки 21 и 22. Во втулки входят соответственно палец 23, закрепленный на корпусе 19, и труба 24, которая является частью корпуса 19 и укреплена в его световом окне в. Внут" ри трубы 24 установлен стакан 25, в котором закреплены кадровое окно 2, объектив 1 коллиматора, цилиндрическая линза 11 и коллектив 12. Стакан

25 установлен в трубе 24 с возможностью вращения вокруг оптической оси объектива 1. Оси втулок 21 и 22 также соосны с оптической осью объектива

1, таким образом, корпус 19 с установленными на нем тест-объектами 6, источниками света 13, конденсорами

14 и т.п. имеет воэможность вращаться вокруг оптической оси объектива 1.

Устройство работает следующим образом.

Для проверки фотографической разрешающей способности высокоскоростной камеры 10 по центру поля зрения (в центре кадра) последнюю устанавливают так, чтобы объектив камеры и объектив 1 устройства были соосны.

Подвижкой пластины 3 вдоль направляющих 4 устанавливают тест-объект 3 так, чтобы против кадрового окна 2 находилась группа-параллельных щелей а, расположенных на пластине 3, с

14446 где P

t;

Р = ---- 1

tg eL требуемым шагом Т.; . Подают напряжение питания на блок 18 управления и лампы 13 накаливания. Лампы 13 накаливания через конденсоры 14 равномерно освещают тест-объекты 6, нанесенные на цилиндрической поверхности 5 в виде параллельных прозрачных полос б. С блока 18 управления напряжение, соответствующее заданной угловой ско- 10 рости вращения многогранника 8, поступает на привод 7. Обратная связь для стабилизации привода 7 по заданной угловой скорости осуществляется с помощью датчика, состоящего иэ ис- 15

"гочников 15 света (светодиода), объ.ектива 16 и фотоприемника 17. Иэображение источника 15 света с помощью объектива 16 строится на фотоприемнике 17 после отражения от многогран- 20 ника 8. При вращении многогранника 8 изображение источника 15 света, отраженное от каждой грани многогранника, проходит по фотоприемнику 17, вырабатывая сигнал, частота которого соответствует угловой скорости вращения многогранника. В блоке 18 управления частота сигнала от датчика сравнивается с эталонной частотой. В зависи мости от знака рассогласования с бло- З0 ка 18 управления подается большее или меньшее напряжение на привод 7, который соответственно увеличивает или уменьшает угловую скорость вращения зеркального многогранника до достиже-:З5 ния требуемой угловой скорости.

Изображение тест-объектов 6, отраженное от грани зеркального многогранника 8, с помощью проекционного объектива 9 строится в плоскости тест-объекта 3. При этом изображение прозрачных освещенных полос б тест-объектов 6 накладывается на щели а пластины 3, нанесенные с шагом й; (фиг.4), которые вырезают из 45 полос б тест-объектов 6 ромбовидные фигуры r, расположенные в горизонтальном направлении с шагом

4 кой линзы 11 и оптической системы испытуемой высокоскоростной камеры

10 переносится в фокальную плоскость высокоскоростной камеры 10 ° При этом цилиндрическая линза 11 в плоскости, параллельно которой расположены полосы щели а пластины 3, работает как плоскопараллельная пластина (фиг.5), а во взаимно перпендикулярной плос- кости — как положительная линза, которая фокусирует изображение фигур r с пластины 3 в плоскость зрачка камеры 10. Поэтому в фокальной плоскости высокоскоростной камеры 10 иэоб" ражаются полосы с шагом P который . определяют из выражения

Р- 4

P = - — --1 (2) ст шаг ромбовидных фигур r в горизонтальном направлении; эквивалентное фокусное расстояние проверяемой камеры 10; фокусное расстояние объектива 1 устройства.

Полосы в фокальной плоскости камеры образуются из-за размытия изображения цилиндрической линзой в направлении, перпендикулярном щелям а пластины 3. Например, точки а,Ь,с (фиг. 6) тест-объектов 6 отражаются от зеркальной грани многогранника 8 и изображаются как а, Ь", с . Объектив 9 переносит изображение точек а, Ь,с в плоскость пластины 3 и формив в в рует изображения а, Ь, с . При вращении многогранника 8 со скоростью Q точки а, Ъ, с перемещаются в на-! правлении, перпендикулярном статической оси проекционного объектива

9. Соответственно перемещаются и точки а", Ь", с" в направлении, перпендикулярном щелям а пластины 3. Следовательно, скорость перемещения изображения тест-объектов,6 в плоскости пластины 3 где t; — шаг i-группы щелей .а пластины 3

К вЂ” угол наклона полос б тест.объектов 6 относительно по- 55

sioc щелей а пластины 3.

Изображение ромбовидных фигур г с помощью объектива 1, цилиндричес1 в = 2 RE (3) где V — скорость перемещения иэобра жения тест-объектов 6;

Q — угловая скорость зеркально го многогранника 8;

К вЂ” радиус цилиндрической по-:верхности 5;

14446 — линейНое увеличение объекти1 ва 9.

Поскольку иэображение тест-объектов 6 имеет наклон р (фиг.4), то перемещение изображения в направлении

Uz вызывает смещение ромбовидных фугур г в направлении щелей а, выполненных на пластине 3, со скоростью

10 (4) Ve 2uR>

ы

tgC tg oC

Смещение (движение) фигур г в плоскости пластины 3 вызывает смещение полос линейной структуры с шагом

P в фокальной плоскости высокоскоростной камеры 10 со скоростью к

V = V г т (5) Смещение полос линейной структуры происходит в одном направлении с сохранением шага Р в фокальной плоскости высокоскоростной камеры 10, В 25 устройстве предусмотрено как плавное, так и ступенчатое изменение периода (Р полос в фокальной плоскости проверяемой камеры 10. Плавное изменение шага полос осуществляется на основа- 30 нии выражения (1) за счет изменения угла о . Для изменения угла о предусмотрен разворот стакана 25, в котором закреплены кадровое окно 2, пластина 3, коллектив 12, объектив и цилиндрическая линза 11. Разворот

35 осуществляется в трубе 24 соосно с объективом 1. За счет разворота обеспечивается плавное изменение угла о между щелями а пластины 3 и полоса- 0 ми б тест-объектов 6. Угол о измео няется в пределах +3, .что позволяет плавно изменять разрешающую способность в пределах +3 мм . Ступенчатое изменение периода осуществляется перемещением пластины 3 в.направляющих

4 и установкой группы щелей а с разным шагом t; перед кадровым окном 2.

Изменение шага t, соответствует изменению P на 5 мм между гругпами полос. Для обеспечения проверки разрешающей способности во всех направлениях в плоскости кадра высокоскоростной камеры 10 корпус 19 устройства

*оворачивается на угол +90 во втулках 21 и 22 подставки 20. Во втулки входят палец 23 и труба 24 корпуса

19. При развороте корпуса 19 развора" чиваются вокруг оптической оси уст95 6 ройства также пластина 3, цилиндрическая линза 11, источник 13 света и конденсоры 14. Это приводит к повороту полос в фокальной плоскости высокоскоростной камеры 10 на нужный угол. Корпус 19 фиксируется на выбранном угле расположения полос, и при вращении многогранника 8 полосы б непрерывно смещаются в направлении, перпендикулярном образованным полосам. В фокальной плоскости камеры 10 происходит непрерывное движение полос б, так как после полного смещения одной полосы б тест-объекта 6 подходит другая полоса, поскольку полосы тест-объектов 6 расположены так, что конец предыдущей полосы расположен на одной прямой с началом последующей полосы (фиг.2). Причем эта прямая является образующей боковой поверхности части полого цилинд" ра 5. Таким образом, в поле зрения высокоскоростной камеры 10 в.любой момент времени присутствуют движущиеся полосы, причем движение полос происходит в пределах любой наперед заданной зоне поля зрения. Выбором соотношения фокусных расстояний объI ектива 1 (f>, ) и эквивалентного фокусного расстояния камеры 10 (Е„ ) достигают того, чтобы движение линейной структуры в фокальной плоскости камеры 10 составляло 1-1;5 мм, что позволяет судить о разрешающей способности высокоскоростной камеры в определенной точке поля зрения. Вывод полос линейной структуры в нужную точку поля зрения осуществляют наклонами подставки 20 относительно камеры 10 либо наклонами оптической оси самой высокоскоростной камеры 10.

Таким образом, обеспечивается проверка высокоскоростной камеры 10 на возможность регистрации объектов, содержащих периодическую структуру с шагом Р, определяемым выражением (1), и движущихся-со скоростью Ч определяемой выражением (4). Изменение скорости V осуществляется изменением угловой скорости И вращения зеркального многогранника 8 sa счет изменения напряжения, подаваемого от блока 18 управления. Изменение Q приводит к изменению V согласно выражению (4);

Методика определения по реальным параметрам быстродвижущихся объектов требуемых t u Q при проверке фотогра1444695

Р

"-г

Е„Р (9) 1 . y.

4» Чг (6) 15 где 1

Vr

Vo- f »ск t„<

Я аъа

21R Р (8) b е 1.

bx (0 — - tg===J

2 2 + р t.

tg --- —---2

2tg 2

Ьек еС

-tg eLх + х (У

2tg

У=

Ь

0 х

oL

2tg ——

2Ь у = -- — -- +

К cosoL, Обозначим

««.

tg ——

2 (12) =КЬ, 2Ь

n nh пп

s in (-- ——

К cos<

ot.

1+ tg ——

2 п» 3

sin --- х

К

1) + — s и»

° и»

in — — -- ——

К cosa(. фической разрешающей способности вы,сокоскоростных камер на данном устройстве заключается в следующем.

Пусть требуется проверить способность высокоскоростной камеры зарегистрировать объект, движущийся со скоростью V> и имеющий вид линейной структуры, с шагом Ро. Пусть объект расположен на расстоянии 1 от высоко- 1< скоростной камеры, причем расстояние

1 значительно больше фокусного расстояния камеры Е„ . Тогда — расстояние от камеры до объекта; — эквивалентное фокусное расстояние высокоскоростной камеры;

- скорость объекта в направлении, перпендикулярном оптической оси камеры; 25 — скорость смещения изображения в фокальной плоскости высокоскоростной камеры.

Используя выражение (5),получают

< ч е

Ч (7) г 1

Отсюда, используя выражение (4), получают требуемую угловую. скорость вращения зеркального многогранника устройства

Функция у из выражения (11) периодическая и четная, поэтому при разложении ее в ряд Фурье по косинусам получают

Аналогично получают выражение для

Для этого используем зависимость, аналогичную (6): где P, — период линейной структуры объекта;

P — период иэображения линейной структуры в фокальной плоскости высокоскоростной камеPbl

Используя выражения (9), (2) и (1), получают!

Р f ц«>- tp Ы.

-- —.а-- - й-» (10)

Выбор оптимальной величины угла ос между линиями б тест-объектов б и щелями а на пластине 3 осуществляется следующим образом. Пусть ширина ..щелей а в плоскости пластины 3, вы° полненных с шагом t, равна 1. Пусть такую же ширину составляет изображение линий б тест-объектов б (фиг.4) в плоскости пластины 3. При совмещении линий а и б образуются светящиеся ромбовидные фигуры r которые затем цилиндрической линзой 11 pasмываются вдоль направления оси ОУ (фиг.7). Распределение освещенности в каждой линии, образованной от ромбовидных фигур г, пропорционально изменению сечения фигуры вдоль оси ОУ, т,е. имеет вид трапеций, расположен-ных с шагом P вдоль оси ОХ (фиг.7).

Таким образом, распределение освещенности вдоль ОХ пропорционально выражению

1444695

ntg oL

x cos 2n — -"— кь (13) В данном случае период Р, определяемый выражением (1) является минимальным для оценки разрешающей способности высокоскоростной камеры, поэтому оптическая система высокоскоростной камеры 10 пропускает только 10 первую гармонику из разложения (13).

Оптимальное значение угла еС находится иэ условия, чтобы на первую гармонику приходилось максимально возмож- . ное значение переносимой энергии. Бы- 15 ло определено что оптимальным значеУ

О нием угла < является о = 40 при

К= 2,4.

Формула изобретения 20

1. Устройство для проверки фотографической разрешакнцей способности высокоскоростных камер, содержащее корпус, размещенные в нем осветитель- 25 ную систему, держатель для тест-объектов, привод, а также последовательно установленные за световым окном корпуса на оптической оси кадровое окно и коллимационный объектив, о т — 39 л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, держатель выполнен в виде жестко связанной с корпусом части полого цилиндра, на боковой поверхности расположены тестобъекты, каждый из которых оптически сопряжен с кадровым окном через зеркальные грани введенного многокранника, установленного внутри части полого цилиндра на выходном валу привода, ось вращения которого перпендикулярна оптической оси и параллельна оси части пологе цилиндра и через введенный проекционный объектив, расположенный на оптической оси перед кадровым окном, при этом устройство снабжено дополнительным тестобъектом, выполненным в виде расположенной в кадровом окне с возможностью перемещения пластины с группами параллельных щелей, в каждой группе щели выполнены с соответствующим шагом, и цилиндрической линзой, установленной за коллимационным объективом, образующая цилиндрической поверхности которой параллельна щелям пластины.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что основные тестобъекты выполнены в виде параллельных прозрачных полос на непрозрачном фоне, расположенных под углом к образующей боковой поверхности части полого цилиндра, причем начало последующей и конец предыдущей полос лежат на прямой, совпадающей с образующей боковой поверхности.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что кадровое окно с расположенным в нем дополнительным тест-объектом и цилиндрическая линза установлены с возможностью одновременного поворота.

4. Устройство по п.1> о т л и ч аю щ е е с я тем, что корпус устройства установлен с воэможностью поворота вокруг оптической оси.

1444б95

1444695

Составитель С.Шигалович

Редактор А.Огар . Техред М.Ходанич Корректор M,Âàñèëüåâà

Заказ 6503/44 Тираж 442 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r ° Ужгород, ул. Проектная, 4