Устройство для проверки фотографической разрешающей способности высокоскоростных камер Советский патент 1988 года по МПК G03B43/00 

13

4 4ib 4;

Од

;о &1

Изобретение относится к оптико- механической промьшшениости, в част- кости к контрольно-юстировочной аппаратуре.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; на фиг. 2 и 3 - тест-объекты, используемые в устройстве; на 10 фиг. 4 - принцип получения движущегося изображения с использованием тест- объектов; на фиг. 5 - принцип образоустановлен коллектив 12, который совместно с коллимационным объективом 1 проецирует изображение 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

вания линейной периодической структуры в поле зрения исследуемой камеры; 15источника 15 света, объектива 16 и . 6 - вьшод скорости перемеще-фотоприемника 17. Сигнал от фотопри- ния изображения тест-объектов; наемника 17 поступает на блок 18 управ- фиг. 7 - распределение освещенностиления. Напряжение питания, соответст- в линейной периодической структуре.вующее требуемой угловой скорости

Устройство для проверки фотографи- 20вращения зеркального многогранника ческой разрешающей способности высоUJ, поступает на привод 7 с блока 18 управления. Дпя проверки разрешающей способности высокоскоростной камеры 10 в различных направлениях в плос- 25 кости 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, закреплен- ньш 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

коскоростных 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 ti, но для каждой группы шаг полос

имеет свое значение (фиг.З). 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, вьтолнен ные в виде параллельных прозрачных полос б на непрозрачном фоне, расположенных под углом к образующей цилиндрической поверхности 5, причем начало последующей полосы и конец предыдущей полосы лежат на прямой, совпадающей с образующей цилиндрической поверхности 5. На выходном

UJ, поступает на привод 7 с блока 18 управления. Дпя проверки разрешающей способности высокоскоростной камеры 10 в различных направлениях в плос- 25 кости 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, закреплен- ньш 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

Устройство работает следующим образом.

Для проверки фотографической развалу стабилизированного привода 7

установлен зеркальный многогранник 8,45 т.п. имеет возможность вращатьЪсъ вращения которого параллельна вокруг оптической оси объектива 1. разующей цилиндрической поверхности 5. Между многогранником 8 и кадровым окном 2 на оптической оси объектива

1 установлен проекционный объектив Э.прешающей способности высокоскоростЧерез проекционный объектив 9 и гра-ной камеры 10 по центру поля зрения

ни многогранника 8 тест-объекты 6(в центре кадра) последнюю устанавлиоптически сопряжены с тест-объектомвают так, чтобы объектив камеры и

3, установленным в кадровом окне 2.объектив 1 устройства были соосны.

Между объективом 1 и исследуемой ка- 55Подвижкой пластины 3 вдоль направлямерой 10 установлена цилиндрическаяющих 4 устанавливают тест-объект 3

линза 11, образующая цилиндрическойтак, чтобы против кадрового окна 2

поверхности которой параллельна ще-находилась группа-параллельных щелей

лям а пластины 3. За пластиной 3а, расположенных на пластине 3, с

установлен коллектив 12, который совместно с коллимационным объективом 1 проецирует изображение 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 фотопри- емника 17 поступает на блок 18 управ- ления. Напряжение питания, соответст- вующее требуемой угловой скорости

вращения зеркального многогранника

UJ, поступает на привод 7 с блока 18 управления. Дпя проверки разрешающей способности высокоскоростной камеры 10 в различных направлениях в плос- кости 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, закреплен- ньш 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

Устройство работает следующим образом.

Для проверки фотографической вокруг оптической оси объектива 1.

требуемым шагом t; . Подают напряжение питания на Слок 18 управления и лампы 13 накаливания. Лампы 13 накаливания через конденсоры 14 равномерно с 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 из ис- Точников 15 света (светодиода), объектива 16 и фотоприемника 17. Изображение 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, выраба- тьтая сигнал, частота которого соответствует угловой скорости вращения многогранника. В блоке 18 управления частота сигнала от датчика сравнивается с эталонной частотой. В зависимости от знака рассогласования с бло- 30 ка 18 управления подается большее или меньшее напряжение на привод 7, который соответственно увеличивает или уменьщает угловую скорость вращения

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 поло сы щели а пластины 3, работает как плоскопараллельная пластина (фиг.5), а во взаимно перпендикулярной плоскости - как положительная линза, которая фокусирует изображение фигур г с пластины 3 в плоскость зрачка камеры 10. Поэтому в фокальной плос- 15 кости высокоскоростной камеры 10 изо

ражаются полосы с шагом Р , который

определяют из выражения

Р

fgcT

(2)

25

f. где Р - шаг ромбовидных фигур г

в горизонтальном направлении ;

эквивалентное фокусное расстояние проверяемой камеры 10;

фокусное расстояние объектива 1 устройства.

(}

сг

Полосы в фокальной плоскости каме ры образуются из-за размытия изображения цилиндрической линзой в направ лении, перпендикулярном щелям а пластины 3. Например, точки а,Ь,с

зеркального многогранника до достиже- .gg (фиг. 6) тест-объектов 6 отражаются

от зеркальной грани многогранника 8

ВИЯ 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 t- (фиг.4), которые вьфезают из полос б тест-объектов 6 ромбовидные фигуры г, расположенные в горизонтальном направлении с шагом

и изображаются как а

Объек

тив 9 переносит изображение точек а, Ь,с в плоскость пластины 3 и формиН , (I Я

40 РУет изображения а

Ь,

При вра

45

щении многогранника 8 со скорость(О точки а , Ь , с перемещаются в направлении, перпендикулярном статической оси проекционного объектива 9. Соответственно перемещаютсй и точ , Ъ, с в направлении, перпендикулярном щелям а пластины 3. Следовательно, скорость перемещения изображения тест-объектов ,6 в плоскости пластины 3

Р . , tgot

(1)

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 плоскости - как положительная линза, которая фокусирует изображение фигур г с пластины 3 в плоскость зрачка камеры 10. Поэтому в фокальной плос- кости высокоскоростной камеры 10 изображаются полосы с шагом Р , который

определяют из выражения

Р

fgcT

(2)

f. где Р - шаг ромбовидных фигур г

в горизонтальном направлении ;

эквивалентное фокусное расстояние проверяемой камеры 10;

фокусное расстояние объектива 1 устройства.

(}

сг

Полосы в фокальной плоскости камеры образуются из-за размытия изображения цилиндрической линзой в направлении, перпендикулярном щелям а пластины 3. Например, точки а,Ь,с

и изображаются как а

Объектив 9 переносит изображение точек а, Ь,с в плоскость пластины 3 и формиН , (I Я

РУет изображения а

Ь,

При вра

щении многогранника 8 со скорость(О точки а , Ь , с перемещаются в направлении, перпендикулярном статической оси проекционного объектива 9. Соответственно перемещаютсй и точ- , Ъ, с в направлении, перпендикулярном щелям а пластины 3. Следовательно, скорость перемещения изображения тест-объектов ,6 в плоскости пластины 3

Изобретение относится к оптико- механической 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

t;

Л шаг i-rpynm.i щелей а пластины 3;

угол наклона полос б тест- объектов 6 относительно полос щелей а пластины 3.

Изображение ромбовидных фигур г помощью объектива 1, цнлиндричесVe

2шар

(3)

где Vg - скорость перемещения изобра жения тест-объектов 6; Q - угловая скорость зеркально-

го многогранника 8; R - радиус цилиндрической верхности 5;

fi - линейное увеличение объектива 9.

Поскольку изображение тест-объектов 6 имеет наклон oi (фиг.4), то перемещение изображения в направлении Vg вызьгоает смещение ромбовидных гур г в направлении щелей а, вьшол- ненных на пластине 3, со скоростью

Ve 2 оэКв tgoi tgli.

(4)

Смещение (движение) фигур г в плоскости пластины 3 вызывает смещение полос линейной структуры с шагом Р в фокальной плоскости высокоскоростной камеры 10 со скоростью t

ffc

V. V,(5)

Смещение полос линейной структуры происходит в одном направлении с сохранением шага Р в фокальной плоскости высокоскоростной камеры 10. В устройстве предусмотрено как плавное, так и ступенчатое изменение периода Р полос в фокальной плоскости проверяемой камеры 10. Плавное изменение шага полос осуществляется на основании выражения (1) за счет изменения угла 6L . Дпя изменения угла oi предусмотрен разворот стакана 25, в котором закреплены кадровое окно 2, пластина 3, коллектив 12, объектив 1

14446956

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

IQ б непрерывно смещаются в направлении, перпендикулярном образованным полосам. В фокальной плоскости камеры 10 происходит непрерывное движение полос б, так как после полного смеще., НИН одной полосы б тест-объекта 6 подходит другая полоса, поскольку полосы тест-объектов 6 расположены так, что конец предьщущей полосы расположен на одной прямой с началом

2Q последующей полосы (фиг.2). Причем эта прямая является образующей боковой поверхности части полого цилиндра 5. Таким образом, в поле зрения высокоскоростной камеры 10 в.любой

25 момент времени присутствуют движущн- еся полосы, причем движение полос происходит в пределах любой наперед заданной зоне поля зрения. Выбором соотношения фокусных расстояний объ30

ектива 1 (цст ) эквивалентного фокусного расстояния камеры 10 (f) достигают того, чтобы движение линейной структуры в фокальной плоскости камеры 10 составляло 1-1,5 мм, что позволяет судить о разрешакнцей спои цилиндрическая линза 11. Разворот собности высокоскоростной камеры в осуществляется в трубе 24 соосно с определенной точке поля зрения. Вы- объективом 1. За счет разворота обес- зоД полос линейной структуры в нужную печивается плавное изменение угла oi. между щелями а пластины 3 и полосами б тест-объектов 6. Угол d- изме 40

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 V, определяемой выражением (4). Изменение скорости V, осуществляется изменением угловой скорости а вращения зеркального многогранника 8 за счет изменения напряжения, подаваемого от блока 18 управления. Изменение а приводит к изменению V. согласно вы- 55 ражению (4).

няется в пределах +3 , .что позволяет плавно изменять разрешающую способность в пределах +3 . Ступенчатое изменение периода осуществляется пе- демещением пластины 3 в направляющих 4 и установкой группы щелей а с разным шагом tj перед кадровым окном 2. Изменение шага t; соответствует изменению Р на 5 мм между группами полос. Для обеспечения проверки разрешающей способности во всех направлениях в плоскости кадра высокоскоростной камеры 10 корпус 19 устройства йоворачивается на угол ±90° во втулках 21 и 22 подставки 20. Во втулки входят палец 23 и труба 24 корпуса 19. При развороте корпуса 19 разворачиваются вокруг оптической оси уст

собности высокоскоростной камеры в определенной точке поля зрения. Вы- зоД полос линейной структуры в нужную

0

.г

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 V, определяемой выражением (4). Изменение скорости V, осуществляется изменением угловой скорости а вращения зеркального многогранника 8 за счет изменения напряжения, подаваемого от блока 18 управления. Изменение а приводит к изменению V. согласно вы- 5 ражению (4).

Методика определения по реальным параметрам быстродвижущихся объектов требуемых t и CJ при проверке фотогра50

фической разрешающей способности вы-- |Сокоскоростных камер на данном устройстве заключается в следующем.

Пусть требуется проверить способность высокоскоростной камеры зарегистрировать объект, движущийся со скоростью Vft и имеющий вид линейной структуры, с шагом Р, Пусть объект расположен на расстоянии 1 от высокоскоростной камеры, причем расстояние 1 значительно больше фокусного расстояния камеры f . Тогда

Vo

Vr

(6) 15

де 1 f .

V. V. расстояние от камеры до объекта;

эквивалентное фокусное расстояние высокоскоростной камеры;

скорость объек-ра в направлении, перпендикулярном оптической оси камеры; скорость смещения изображения в фокальной плоскости высокоскоростной камеры.

Используя выражение (5),получают

(7)

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

Q

Vo-fj|CK tgoL

(8)

Ь,х о; -|- tg -I -jj

У

-tgai,X

о, X Обозначим

t Kb.

(12)

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

Аналогично получают выражение для t. Для этоГо используем зависимость, аналогичную (6):

ir p

(9)

где Pjj - период линейной структуры

объекта;

P - период изображения линейной структуры в фокальной плоскости высокоскоростной камеры.

Используя вьфажения (9), (2) и (1), получают

(10)

t

Выбор оптимальной величины угла ei между линиями б тест-объектов 6 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 6 (фиГ.4) в плоскости пластины 3. При совмещении линий а и б образуются светящиеся ромбовидные фигуры г, которые затем цилиндрической линзой t1 раз- мьгоаются 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, расположенных с шагом Р вдоль оси ОХ (фиг.7). Таким образом, распределение освещенности вдоль ОХ пропорционально выражению

2b

V +

К cosoL

5

сю

г

2Ь

К

«

:i:

о

1+tg -Y

nil

sin

Jil , 1

к cosei

- 1) + sin; sin

п иК cosoi

n irl

K-J

ntgot. xcos 2n

K.U

(13)

В данном случае период Р, определяемый выражением (1), является минимальным для оценки разрешающей способности высокоскоростной камеры, поэтому оптическая система высокоскоростной камеры Ю пропускает только первую гармонику из разложения (13). Оптимальное значение угла об находится из условия, чтобы на первую гармо нику приходилось: максимально возмож Ное значение переносимой энергии. Бы ло определено, что оптимальным значе нием угла об является oi. 40 при К 2,4.

Формула изобретения 20

Фи8.2

10

15

20

25

30

35

полого цилиндра на выходном валу привода, ось вращения которого перпендикулярна оптической оси и параллельна оси части полог© цилиндра и через введенный проекционный объектив, расположенный на оптической оси перед кадровым окном, при этом устройство снабжено дополнительным тест- объектом, вьтолненным в виде расположенной в кадровом окне с возможностью перемещения пластины с группами па . раллельных щелей, в каждой группе щели выполнены с соответствуюпщм шагом, и цилиндрической линзой, установленной за коллимационным объективом, образующая цилиндрической поверхности которой параллельна щелям пластины.

с расположенным в нем дополнительным тест-объектом и цилиндрическая линза установлены с возможностью одновременного поворота.

-&

J,-L

Фиг.З

o(

Фив4

Фи8.5

с

I

Фие.6

Составитель С.Шигалович Редактор А.Огар . Техред М.Ходанич Корректор М.Васильева

Заказ 6503/44

Тираж 442

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фив.7

Подписное