СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2013 года по МПК G01M11/02 G03B43/00 H04N17/00 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к системам измерения характеристик оптоэлектронных устройств, и может быть использовано для измерения характеристик оптических систем, фото- и телевизионных камер, телевизионных систем.

Известны устройства для оценки разрешающей способности телевизионных систем на основе коллиматора (оптическая скамья).

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для оценки и сравнения характеристик элементов оптических, фото- и телевизионных систем, описанное в патенте РФ №54216, в котором на одной направляющей закреплены видеокамера и тест-объект, причем тест-объект расположен в предметной плоскости объектива видеокамеры. Данное устройство выбрано в качестве прототипа заявленного изобретения.

Недостатком устройства прототипа является невысокая точность измерений вследствие отсутствия возможности точной регулировки освещенности тест-объекта, отсутствия контроля равномерности освещенности, а также отсутствия возможности снятия характеристик с использованием тест-объектов различного контраста.

Задачей заявленного изобретения является создание системы измерения характеристик оптоэлектронных устройств с повышенной точностью измерений за счет выполнения точной регулировки освещенности тест-объекта.

Кроме того, наличие в конструкции заявленного изобретения высокоточного устройства сбора данных и программного обеспечения позволяет автоматизировать и ускорить процесс получения характеристик испытуемого оптоэлекетронного устройства. Цифровой анализ сигнала позволяет получить независящие от субъективного восприятия пользователя результаты. При этом, также реализована возможность визуального контроля пользователем за ходом цифровых измерений с помощью отображающего устройства, на которое подают выходной видеосигнал с испытуемого оптоэлектронного устройства.

Поставленная задача решена путем создания системы измерения характеристик оптоэлектронных устройств, содержащей осветитель; по меньшей мере, один тест-объект; по меньшей мере, два пространственно разнесенных светочувствительных датчика, установленных в плоскости тест-объекта и соединенных с устройством управления освещенностью, которое соединено с осветителем; испытуемое оптоэлектронное съемочное устройство, соединенное с системой обработки данных, которая соединена с устройством управления освещенностью, при этом предметная плоскость объектива испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства совпадает с плоскостью тест-объекта, причем устройство управления освещенностью выполнено с возможностью изменения уровня освещенности тест-объекта, а также с возможностью контроля равномерности освещенности тест-объекта, при этом получения заданного значения освещенности тест-объекта, отправки соответствующего управляющего сигнала в осветитель, корректировки этого управляющего сигнала в соответствии с сигналом обратной связи об освещенности тест-объекта от светочувствительных датчиков и измерения реального установившегося значения уровня освещенности тест-объекта; при этом испытуемое оптоэлектронное съемочное устройство выполнено с возможностью съемки тест-объекта и передачи данных съемки в систему обработки данных, выполненную с возможностью определения характеристик испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства на основе данных съемки и значений уровня освещенности тест-объекта.

Для функционирования системы имеет смысл, чтобы она дополнительно содержала рассеиватель, расположенный перед осветителем.

Для функционирования системы имеет смысл, чтобы осветитель, рассеиватель, тест-объект, светочувствительные датчики и испытуемое оптоэлектронное съемочное устройство были расположены внутри светонепроницаемого бокса.

Для функционирования системы имеет смысл, чтобы устройство управления освещенностью содержало устройство ввода данных, выполненное с возможностью получения заданного значения освещенности тест-объекта.

Для функционирования системы имеет смысл, чтобы испытуемое оптоэлектронное съемочное устройство было выполнено в виде устройства, выбранного из набора устройств, содержащего видеокамеру и цифровой фотоаппарат.

Для функционирования системы имеет смысл, чтобы она содержала несколько тест-объектов с тестовыми изображениями различного контраста.

Для функционирования системы имеет смысл, чтобы тест-объект был выполнен в виде тестовой телевизионной таблицы.

Для функционирования системы имеет смысл, чтобы испытуемое оптоэлектронное съемочное устройство было установлено на подвижном держателе.

Для функционирования системы имеет смысл, чтобы осветитель был выполнен в виде светодиодной матрицы.

Для функционирования системы имеет смысл, чтобы система обработки данных содержала отображающее устройство, соединенное с испытуемым оптоэлектронным съемочным устройством и выполненное с возможностью отображения данных съемки тест-объекта, а также дисплей, соединенный с устройством управления освещенностью и выполненный с возможностью отображения итогового значения освещенности текущего тест-объекта, при этом пользователь получает возможность определять характеристики испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства с помощью метода субъективной оценки на основе данных съемки и значений уровня освещенности, отображаемых на отображающем устройстве и дисплее.

Для функционирования системы имеет смысл, чтобы система обработки данных содержала ЭВМ, соединенную с испытуемым оптоэлектронным съемочным устройством через устройство сбора данных и с устройством управления освещенностью и выполненную с возможностью определения характеристик испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства на основе данных съемки, получаемых из испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства и значений уровня освещенности, получаемых из устройства управления освещенностью.

Для функционирования системы имеет смысл, чтобы система обработки данных содержала устройство сбора данных, соединенное с испытуемым оптоэлектронным съемочным устройством и с ЭВМ и выполненное с возможностью аналого-цифрового преобразования данных съемки.

Для функционирования системы имеет смысл, чтобы устройство сбора данных было выполнено в виде цифрового осциллографа большой разрядности и с большой частотой дискретизации.

Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующим чертежом, на котором изображена схема варианта выполнения системы измерения характеристик оптоэлектронных устройств согласно изобретению.

Элементы:

1 - светонепроницаемый бокс;

2 - отображающее устройство;

3 - устройство сбора данных;

4 - ЭВМ;

5 - устройство управления освещенностью;

6 - дисплей;

7 - тест-объект;

8 - светочувствительные датчики;

9 - осветитель;

10 - рассеиватель;

11 - держатель испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства;

12 - подвижная платформа;

13 - испытуемое оптоэлектронное съемочное устройство;

14 - звено видеотракта.

Рассмотрим представленный на фигуре вариант выполнения заявленной системы измерения характеристик оптоэлектронных устройств. Система включает в себя: светонепроницаемый бокс 1, отображающее устройство 2, устройство сбора данных 3, соединенное с ЭВМ 4, которая содержит программное обеспечение для обработки данных и отображения результатов, устройство 5 управления освещенностью, дисплей 6. Бокс 1 содержит кассету со сменными тест-объектами 7, светочувствительные датчики 8, осветитель 9, рассеиватель 10, держатель 11 испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства 13. Держатель 11 крепится на подвижную платформу 12 с возможностью регулировки расстояния от устройства получения изображения до тест-объекта. С помощью осветителя 9 достигается равномерная освещенность сцены с показателем неравномерности не более 10%, согласно ГОСТ Р 507772-95. В плоскости тест-объекта 7 расположены светочувствительные датчики 8 для измерения освещенности тест-объекта 7. Светочувствительные датчики 8 разнесены в плоскости тест-объекта 7, что позволяет контролировать показатель неравномерности освещенности тест-объекта 7. Данные с датчиков 8 поступают в устройство 5 управления освещенностью, которое обеспечивает равномерность освещенности тест-объекта 7 с заданным значением освещенности путем отправки соответствующего управляющего сигнала в осветитель 9, корректировки этого управляющего сигнала в соответствии с сигналом обратной связи об освещенности тест-объекта 7, получаемом от светочувствительных датчиков 8 и измерения реального установившегося значения уровня освещенности тест-объекта 7. Устройство управления освещенностью тест-объекта 7 также выполнено с возможностью соединения с ЭВМ 4 для управления уровнем освещенности и для контроля измерений при помощи программного обеспечения ЭВМ 4. Кроме того, реализовано управление уровнем освещенности в ручном режиме без использования ЭВМ посредством ввода заданного значения освещенности через устройство ввода данных. Данные, полученные устройством управления освещенностью 5, выводят на дисплей 6 для возможности работы системы в ручном режиме.

Предусмотрена возможность вывода выходного изображения испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства 13 на отображающее устройство 2, что позволяет определять характеристики испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства 13 на основе метода субъективной визуальной оценки пользователем. Также возможно получение выходного изображения с испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства 13 с высокоточного устройства 3 сбора данных для комплексного анализа его характеристик. Анализ может быть произведен с помощью ЭВМ 4 и специально разработанного ПО, исключая субъективную оценку полученных данных пользователем.

Заявленная система измерения характеристик оптоэлектронных устройств предусматривает возможность работы в ручном или в автоматическом режиме. В ручном режиме пользователь, регулируя самостоятельно уровень освещенности сцены, получает данные о значении освещенности с дисплея 6 и фиксирует необходимую информацию с отображающего устройства 2. Для работы в автоматическом режиме требуется использование ЭВМ 4. Высокоточное устройство 3 сбора данных и устройство 5 управления освещенностью сцены подключают к ЭВМ 4. При помощи программного обеспечения ЭВМ производят настройку режима предстоящего измерения и запуск измерения. Заявленная система производит измерение и анализ характеристик испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства 13 при разных уровнях освещенности тест-объекта 7. Каждое такое измерение производят для тест-объектов 7 различного контраста. Пользователь может следить за ходом измерений, посредством отображающего устройства 2 и дисплея 6.

Заявленная система измерения характеристик оптоэлектронных устройств позволяет измерять характеристики оптоэлектронных съемочных устройств 13, в том числе звеньев видеотракта, включающих в себя устройства получения, передачи, обработки и записи видеосигнала.

Методика измерений подразумевает использование тест-объектов 7 различного контраста для получения более полной информации об испытуемом оптоэлектронном устройстве.

В качестве осветителя 9 может быть использован любой произвольный источник света. Например, может быть использован источник типа А, стоящий перед молочным стеклом, с диафрагмой для регулировки яркости согласно ГОСТ Р 507772-95. Вместо диафрагмы может быть применена система из двух поляризаторов. Также может быть использован осветитель 9, выполненный в виде светодиодной матрицы и рассеивателя с возможностью управления яркостью отдельных ее частей. Это позволяет добиться максимально равномерной освещенности тест-объекта 7.

В качестве отображающего устройства 2 можно использовать любое устройство отображения графической информации с достаточной разрешающей способностью и с минимальным искажением отображаемого сигнала (например, ЭЛТ монитор). В качестве тест-объекта 7 может быть использован любой элемент в зависимости от измеряемых параметров тестируемой аппаратуры. Для определения частотно-контрастной характеристики оптоэлектронного устройства, либо его разрешающей способности, либо чувствительности рекомендуется использовать в качестве тест-объекта испытательную оптическую телевизионную таблицу согласно ГОСТ 148-82. Устройство 5 управления освещенностью может быть выполнено в виде микроконтроллера.

Хотя указанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

Система содержит осветитель, тест-объект, пространственно разнесенные светочувствительные датчики, установленные в плоскости тест-объекта и соединенные с устройством управления освещенностью, которое соединено с осветителем. Испытуемое оптоэлектронное съемочное устройство соединено с системой обработки данных, соединенной с устройством управления освещенностью. Предметная плоскость объектива испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства совпадает с плоскостью тест-объекта. Устройство управления освещенностью выполнено с возможностью изменения уровня освещенности тест-объекта и контроля ее равномерности путем отправки соответствующего управляющего сигнала в осветитель, корректировки этого управляющего сигнала в соответствии с сигналом обратной связи от светочувствительных датчиков и измерения реального установившегося значения уровня освещенности тест-объекта. Испытуемое устройство осуществляет съемку тест-объекта и передает данные съемки в систему обработки данных, определяющую характеристики испытуемого устройства на основе данных съемки и значений уровня освещенности тест-объекта. Технический результат - повышение точности измерений за счет выполнения точной регулировки освещенности тест-объекта. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система измерения характеристик оптоэлектронных устройств, содержащая осветитель; по меньшей мере, один тест-объект; по меньшей мере, два пространственно разнесенных светочувствительных датчика, установленных в плоскости тест-объекта и соединенных с устройством управления освещенностью, которое соединено с осветителем; испытуемое оптоэлектронное съемочное устройство, соединенное с системой обработки данных, которая соединена с устройством управления освещенностью, при этом предметная плоскость объектива испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства совпадает с плоскостью тест-объекта, причем устройство управления освещенностью выполнено с возможностью изменения уровня освещенности тест-объекта, а также с возможностью контроля равномерности освещенности тест-объекта, при этом получения заданного значения освещенности тест-объекта, отправки соответствующего управляющего сигнала в осветитель, корректировки этого управляющего сигнала в соответствии с сигналом обратной связи об освещенности тест-объекта от светочувствительных датчиков и измерения реального установившегося значения уровня освещенности тест-объекта; при этом испытуемое оптоэлектронное съемочное устройство выполнено с возможностью съемки тест-объекта и передачи данных съемки в систему обработки данных, выполненную с возможностью определения характеристик испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства на основе данных съемки и значений уровня освещенности тест-объекта.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит рассеиватель, расположенный перед осветителем.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что осветитель, рассеиватель, тест-объект, светочувствительные датчики и испытуемое оптоэлектронное съемочное устройство расположены внутри светонепроницаемого бокса.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство управления освещенностью содержит устройство ввода данных, выполненное с возможностью получения заданного значения освещенности тест-объекта.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что испытуемое оптоэлектронное съемочное устройство выполнено в виде устройства, выбранного из набора устройств, содержащего видеокамеру и цифровой фотоаппарат.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит несколько тест-объектов с тестовыми изображениями различного контраста.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что тест-объект выполнен в виде тестовой телевизионной таблицы.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что испытуемое оптоэлектронное съемочное устройство установлено на подвижном держателе.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что осветитель выполнен в виде светодиодной матрицы.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что система обработки данных содержит отображающее устройство, соединенное с испытуемым оптоэлектронным съемочным устройством и выполненное с возможностью отображения данных съемки тест-объекта, а также дисплей, соединенный с устройством управления освещенностью и выполненный с возможностью отображения итогового значения освещенности текущего тест-объекта, при этом пользователь получает возможность определять характеристики испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства с помощью метода субъективной оценки на основе данных съемки и значений уровня освещенности, отображаемых на отображающем устройстве и дисплее.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что система обработки данных содержит ЭВМ, соединенную с испытуемым оптоэлектронным съемочным устройством через устройство сбора данных и с устройством управления освещенностью и выполненную с возможностью определения характеристик испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства на основе данных съемки, получаемых из испытуемого оптоэлектронного съемочного устройства, и значений уровня освещенности, получаемых из устройства управления освещенностью.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что система обработки данных содержит устройство сбора данных, соединенное с испытуемым оптоэлектронным съемочным устройством и с ЭВМ и выполненное с возможностью аналого-цифрового преобразования данных съемки.

13. Система по п.12, отличающаяся тем, что устройство сбора данных выполнено в виде цифрового осциллографа большой разрядности и с большой частотой дискретизации.