Устройство для сканирования изображения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ .К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Cele@ Советскмх

Соцмалмстмческмх

Республик

< 1>66289? (61) Дополнительное к ввт. свид-ву

1 (22) Заявлено 0 301,77 (21) 24 36778/18-10 (5 f )М";-Кл -.. с присоединением заявки М— (23) Приоритет

G 02 В 27/17

ГосударственныА комитет

СССР по дезам изобретений и открытнА (53) УДК535.8 (088.8) Опубликовано 15.05,79. Бюллетень, М 18

Дата опубликования описания 150579 (72) Автор: изОбретения

A.Á.Ëû!oâ (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКАНИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Изобретение относится к оптико,! механическим устройствам и предназначено для использования в приборах, принцип работы которых основан на сканировании изображения, например, в оптических системах сканирующих фотометров.

Известны устройства, в которых сканирующим элементом является зеркало (зеркальная призма), расположенное в параллельном пучке лучей перед объективом (1),(2).

Также известны устройства, в которых сканирование осущестзляется зеркалом, помещенном в сходящемся пучке лучей объектива, вращающимся вокруг оси, перпендикулярной оси объектива (3), (4).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее объектив, сканирующее зеркало, расположенное в сходящемся пучке лучей объектива, и фотоприемник, в котором зеркало (зеркальная призма) расположено под углам 45 к оптической осН объектива и вращается вокруг оси, параллельной оси объектива, а фотоприемник расположен на оси вращения зеркала (5).

Недостаток этого устройства заключается в нескомпенсированности кривизны поля изображений.

Целью изобретения является компенсация кривизны поля изображения.

Эта цель достигается тем, что зеркало жестко закреплено на механике, сообщающем ему одновременно с вращательным движением и поступательное в соответствии с зависимостью n = -P!2 где п — радиус-вектор нормали к отражающей поверхности зеркала в системе координат с центром, совмещенным с приемником; р -радиусвектор, описывающий поверхность изображений в той же системе координат, а также тем, что подвижное зеркало жестко закреплено на кулисе секансного кулисного механизма; его отражающая поверхность совмещена с осью шарнира кулисы и расположена перпендикулярно линии, проходящей через оси шарниров секансного кулисного механизма, а приемник установлен на оси шарнира ползуна, направляющего поступательное движение кулисы. Для обеспечения линейной скорости развертки ползун кинематически связан с кулач-! ковым возвратно-поступательным меха662897 ниэмом, приводная поверхность которого выполнена по спирали Архимеда.

На фиг.1 показан общий вид описываемого устройства) на фиг.2 - вариант

Устройства с производным расположением приемника и зеркала в рабочем положении; на фиг.3 — вариант устрой- 5 ,ства при работе его c объективом с .плоским полем изображения; на фиг.4 возможность измерения координат точек, проектируемых на приемник; на фиг.5 — три положения сканирующе- l0 го зеркал ; на фиг.б — вариант устройства, в котором приемник помещен в центре. системы координат.

Устройство (фиг.1) содержит объектив 1, зеркало 2, жестко закреплен- Г5 ное на кулисе 3 секансного кулисного механизма (секансный механизм, кроме кулисы 3 содержит полэун 4, направляющий поступательное движение кулисы 3, шарнирно связанный с опорой 5, щ ползун 6, ш рнирно связанный с кулисой 3, возвратно-поступательно перемещающийся н направляющих /), связанного возвратно-поступательным кулачконым механизмом 8 с приводом 9, и фотоприемник 10.

Устройство работает следующим образом..

Объектив l строит изображение пространства предметов на поверх- 30 ности, которая представлена на фиг.1 кривой линией АА, . Перемещение секансным кулисным механизмом зеркало 2 обеспечивает последовательный перенос точек изображения, построенного объективом 1, на фотоприемник 10.

При этом, параметры кулисного механизма, взаимное расположение объектива, зеркала и фотоприемника таковы, что расфокусировка изображения íà 40 фотоприемнике не превышает требуемой величины.

В общем случае величину продольной расфокусиронки находят по величине отступления поверхности изобра- 45 жения объектива (на фиг.2 кривая АА„) от траектории, которую строит сканирующее зеркало (кривая BB4). Обычно при проектировании сканирующего. устройства поверхность изображе- 50 ния объектива считают заданной. Поэтому задача получения сфокусированного изображения сводится к определ знию параметроВ механизма, обеспечивающего такое пеРемещение зеркала, чтобы траектория движения иэображения, создаваемого зеркалом, совпадала с поверхностью иэображения объектива.

В предлагаемом устройстве при произвольном расположении фотоприемника и зеркала (см.фиг.2) траектория движения иэображения зеркала представляется некоторой кривой ВВ, уравнение которой может быть записано параметрически 65

X = sin 2 (д.+ () () t (tg (д. + p) -tgp)—

-n (tg (сС+ P) cos p -sin () + Q), +4)

+,„(1 — 2 „а(, +

У = 2 cos (с(+() ((tgP- tg(g+p) )+

+n (tg (+ y) cos p — sin р) — b ) +

+ u sin 2 (р(+) ) — b;

Уравнения траектории,движения иэображения, создаваемого зеркалом, записаны для прямоугольной системы координат (фиг.2), начало которых совме-. щено с осью шарнира полэуна 4, направляющего поступательное движение кулисы 3 секансного кулисного механизма и ось Х перпендикулярна направлению поступательного движения ползуна 6.

Приняты следующие обозначения. расстояние от оси шарнира ползуна 4, направляющего поступательное движение кулисы 3 до траектории, которую проходит ось шарнира кулисы;

n — расстояние от точки пересечения отражающей поверхности зеркала

2 с линией, сОединяющей оси шарниров секансного кулисного механизма до траектории, которую опиоывает ocb шарнира кулисы; а - расстояние от оси У до приемника 10, координата приемника;

Ь вЂ” расстояние от оси Х до приемника 10, координата приемника; ц — угол, образонанный прямой, проходящей через оси шарниров секансного кулисного механизма с отражающей поверхностью зеркала 2; угол, образованный прймой, проходящей через оси шарниров секансного кулисного механизма с осью Х.

Выбором параметрон g,n,CI,b и о(. можно добиться того, что траектрия движения изображения, построенная сканирующим зеркалом 2 (кривая BB<), будет с достаточной степенью точности повторять кривую — образующую поверхности изображений объектива (кривая AA<) .

Например, если объектив строит поверхность иэображений, которая имеет ось симметрии, зеркало 2 необходимо закрепить перпендикулярно линии, проходящей через оси шарниров сексансного кулисного механизма (с(= 90), а фотоприемник 10 расположить на оси Х (b = О) .

Уравнения траектории движения изображения фотоприемника в этом случае примут вид:

X = 2f,-2ncos )3 -а(соя р-1)

Y = 2KtgP-2nsinP-2asin P cosP. (2)

Значения sin p и соя р могут быть представлены как

s in/= - ==- — и cosp= —, (3)

Ь е

Ме (2 а где А- смещение оси шарнира кулисы относительно оси Х. Тогда ураннения траектории движения изображения фотоприемника могут быть преобразованы к виду

02- дй

e2 "+ дг

Y = 2b — — — — 2а — .(4)

2пь, дР /Е + дг 2+ д .

Выбором величин В, и и а добивают- 5 ся изгиба траектории движения изображения обеспечивающего компенсацию кривизны поля иэображения, вносимой объективом.

В случае, если в устройстве исполь-(О зуется объектив с плоским полем (АА4прямая линия), необходимо обеспечить прямолинейность траектории движения

Изображения. Для выполнения этого требования (см.фиг.3) фотоприемник 10 по-, 15 мещают на оси шарнира ползуна 4, направляющего поступательное движение кулисы (а = О и b О), а зеркало

2 закрепляют на кулисе 3 так, чтобы его отражающая поверхность совмещалась с осью шарнира кулисы (п = О) и была перпендикулярна прямой, проходящей через оси шарниров секансного кулисного механизма (а = 90о).

Уравнения траектории движения изобретения, создаваемого зеркалом (фиг.3),в этом случае могут быть представлены как

Y =2д (5)

Траектория движения изображения приемника — прямая линия, перпендикулярная оси Х и проходящая на расстоянии 2f от оси У.

Иэ анализа уравнения (5) видим, что скорость движения изображения, создаваемого сканирующим зеркалом 2 (скорость движения иэображения, построенного объективом 1, относительно фотоприемника 10), равна удвоенной 40 скорости поступательного движения оси шарнира кулисы секансного кулисного механизма. Поэтому, для обеспечения линейной скорости сканирования, достаточно обеспечить линейность скорости поступательного перемещения оси шарнира кулисы секансного кулисного механизма. Для этого приводную поверхность кулачкового воэвратнопоступательного механизма 8, связываюцего секансный кулисный механизм с приводом 9, выполняют по спирали архимеда.

Уравнение (5) можно использовать ля измерения координат точек изображения, построенного объективом 1, 55 проектируемых на фотоприемник 10, для чего достаточно измерить величину поступательного перемещения оси шарнира кулисы 3 секансного кулисного механизма д . Тогда ордината точ- б0 ки изображения, проектируемой на фотоприемник равна

Y = 2b,.

Таким образом, для получения информации о координатах точек изоб9/ 6 ражения, проектируемых на фотоприемник, нужно связать полэун б секансного кулисного механизма, совершающий возвратно-поступательное движение в неподвижных направляющих 7, с отсчетным устройством 11, например, Ь так, как это показано на фиг.4.

Йа фиг.5 показаны три положения сканирующего зеркала 2, 2 и 2" обеспечивающие перенос соответственно точек А, A и А поверхности иэображений объектива 1 на приемник излучения 10, помещенный в точке В.

На фиг.б представлена система координат, в центре которой помещен приемник излучения 10. Если уравнение образующей поверхности изображений объектива 1 (кривая A AA ) в этой системе координат представить в виде

Р= f(4 ) то перемещение сканирующего зеркала 2, описанное законом изменения радиус-вектора нормали и к его отражающей поверхности, может быть определено как:

П

Таким образом, такое выполнение сканирующего устройства позволит получить прямолинейный растр развертки изображения, сфокусированного на фотоприемнике по всему полю. Кроме того, устройство позволяет обеспечить линейность скорости сканирования и осуществить измерение координат точек иэображения, проектируемых на приемнике.

Перечисленные достоинства предлагаемого сканирующего устройства позволяют использовать его в оптических системах приборов самого широкого назначения, например, в тепловизорах, в фотограмметрических приборах для автоматической обработки фотоснимков (стереофотоснимков), в спектро1 фотометрах и т .д.

Формула изобретения

1. Устройство для сканирования изобразкения, построенного оптической системой, содержащее подвижное зеркало, установленное в сходящемся пучке лучей, строящих изображение, и приемник электромагнитной энергии, отличающее с я тем, что, с целью компенсации кривизны поля изображений, зеркало жестко закреплено на механизме, сообщающем ему одновременно с враща-.ельным движением и поступательное,в соответствии с зависимостью n = — вЂ, где и .1

2 радиус-вектор нормали к отражающей поверхности зеркала в системе координат с центром, совмещенным с приемником; Я вЂ” радиус-вектор, описывающий поверхность изображений в той же системе координат.

662897

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что подвижное зеркало жестко закреплено на кулисе секансного кулисно о механизма.

3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что отражающая поверхность зеркала совмещена с осью шарнира кулисы и расположена перпендикулярно линии, проходящей через оси шарниров секансного кулисного механизма, а приемник установлен на оси шарнира ползуна, направляющего 10 поступательное движение кулисы.

4. Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения линейной скорости развертки, полэун кулисного механизма кинеА> матически связан с кулачковым возвратно-поступательным механизмом, приводная поверхность которого выполнена по спирали Архимеда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 .Патент США 93516722 ркл. 350-7, 1970 .

2.Патент СшА 93814494,кл.350-7,1974.

3. Катыс Г.П. Информационные сканирующие системы. М., Машиностроение, 1965, с.243-244, 320-322.

4. Дубовик А C. фотографическая регистрация быстропротекающих процес.— сов, М., Наука, 1964, с.25-55.

5. Патент CltIA 93715497, кл.178-6.8, 1969.

662897

Фие Х

Составитель В.Белоусов

Редактор Л.Бибер Техред 3.Чужик Корректор И Муска

Заказ 2698/49 Тираж 587 Подписное

IIНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130 35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул. Проектная, 4