Устройство для получения цветныхТЕНЕВыХ изОбРАжЕНий Советский патент 1981 года по МПК G01N21/45 

1

Изобретение относится к приборам для исследования теневым методом оптических неоднородностей в прозрачных средах и может быть использовано при изучении обтекания тел сверхзвуковым потоком, исследовании взрьшкых процессов, изучении процессов, идущих в сильных магнитных и электрических полях и т.д.

Известно устройство (схема Теплера), позволяющее визуализировать оптические неоднородности прозрачной среды. Эта оптическая схема включает в себя осветительную часть и приемную часть свизуализирующей диафрагмой (ножом Фуко . Исследуемая оптическая неоднородность просвечивается световым пучком, сформированным осветительной частью схемы. В фокальной плоскости основного объектива устанавливают нож Фуко, перекрывающий часть изображения источника света. До тех пор, пока среда однородна, плоскость изображения освещена равномерно. Освещенность ее пропорциональна ширине незадиафрагмированной ножом Фуко части изображения источника св.ета. Лучи, проходящие через неоднородность, отклоняются. Построенное ими изображение иcтoчIl,l а света смещено относительно изображения, построенного неотклоненными лучами. В зависимости от направления сме щения, отклоненные лучи либо про0ходят над кромкой ножа, либо задерживаются им.

Теплеровское изображение прозрачной среды представляет совокупность зон, освещенность которых отличается

5 от освещенности фона С 1}.

Недостатком этого устройства является небольшой диапазон измерения. Он не превосходит ширину изображения источника света. Расширение диапазона измерения за счет увеличения ширины изображения источника света сопровождается уменьшением чувствительности.

Наиболее близким по технической сущности к .предлагаемому является

устройство дая получения цветных тенвых изображений , содержащее источни caeta с щелевой осветительной диафра мой и приемную часть с многоцветной визуализирующей диафрагмой, выполненной в виде прямоугольника, составленного из расположенных в один ряд фигур, контрастирующих цветов (фш1ьт ров . В отсутствие оптической неоднородности изображение источника света совмещают с одним из фильтров визуализирующей диафрагмы. Плоскость изображения окрашивается в цвет этог фильтра. Лучи света, отклоненные неоднородностью, строят изображение осветительной диафрагмы на других фильтрах визуализирующей диафрагмы, что вызывает появление в плоскости изображения цветов, отличных от фона. По цвету каждой зоны изображения судят о величине составляющей углового отклонения света в направлении, перпендикулярном боковым Кромкам фильтров С ЗНедостатками известного устройства являются небольшая чувствительность, лимитируемая шириной фильтров визуализирующей диафрагмы (смещение изображения осветительной диафрагмы в пределах одного фильтра не сопровождается изменением цвета в плоскости изображения) и невозможность увеличить диапазон измерения при сохранении чувствительности и цветового контраста в изображении неоднородности. Увеличение ширины фильтров сопровождается уменьшением чувствительности.Использование фильт ров не только спектральных цветов, но и их оттенков снижает контраст изображения.

Кроме того, недостатком известно.го устройства является невысокий контраст в изображении неоднородной среды, связанный с появлением смешанных цветов, обусловленных смещением изображения источника света на часть ширины фильтра визуализирующей диафрагмы.

Цель изобретения - увеличение чувствительности, расширение диапазона измерения и повышение контраста изображения неоднородной среды.

Поставленная цель достигается тем, что визуализирующая диафрагма содержит боковые фигуры и центральную фигуру прямоугольной формы шириной не более 1/6-1/4 ширины боковых фигур, примыкающих к ней и друг к другу параллельными сторонами и ограниченных по высоте по заданному закону с одной стороны от центрально фигуры бесцветным экраном, а с другой стороны - непрозрачным экраном, причем высота изображения осветительной диафрагмы превьшает наибольшую высоту боковых фигур.

При этом высота боковых Фигур ограничена кривой вида -Са , где С - половина наименьшей высоты боковой фигуры;

а - отношение высот фигуры при перемещении по .оси X на единицу.

Кроме того, высота боковых фигур может быть ограничена кривой вида vjriCCtbx),

где п - величина, характеризующая порядок кривой боковой фигуры;

b ,- отношение полуразности наибольшей и наименьшей высот боковой фигуры к ее ширине при п 1.

На фиг.1 представлена оптическая схема устройства; на фиг. и-3 - вариант выполнения фигур с бесцветным и непрозрачным экранами; на фиг.4 взаимное расположение визуализирующе диафрагмы и изображения осветительной диафрагмы.

Устройство содержит последовательно расположенные на одной оптической оси источник 1 света, конденсатор 2, щелевую осветительную диафрагму 3, объективы 4 и 5, визуализирующую диафрагму 6 и съемочную камеру 7.

На фиг.2 изображена фигура визуализирующей диафрагмы 8 с бесцветны экраном.9, ограничивающим ее высоту кривой, описьшаемой показательной функцией вида vjriCo . Чем меньше величина Н,тем круче идет кривая. При смещении по оси х на величину h высота возрастает в а раз. Величина С определяет мицимадьную высоту фигуры. Она не мрнее 1/10 высоты изображения осветительной диафрагмы. Максимальная высота не более высоты изображения осветительной диафрагмы.

На фиг.З изображена фигура визуализирующей диафрагмы 10 с непрозрач-ным экраном 11, ограничивающим ее высоту кривой того же типа. При смещении по оси X на величину h высота незадиафрагмированной экраном части, фигуры возрастает в а раз. Величина 5 С определяет размер минимального просвета экрана, Максимальньш просвет не 0олее высоты изображения осветительной диафрагмы. Фиг.4 иллюстрирует взаимное расположение фигур 12-18 виз уализирунщ диафрагмы с бесцветным 9 и непрозрачным 20 экранами и изображения осветительной диафрагмы 21, Фигуры 12-14 визуализирующей диафрагмы, ограниченные по высоте бесцветным экраном 19, примыкают друг к другу и к центральной фигуре 15 диафрагмы шириной IQ не более 1/6-1/4 ширины 1 остальных фигур визуализирующей диафрагмыт С другой стороны к центральной фигуре примыкают фигуры 16-18 с непрозрачным экраном 20, Изображение осветительной диафрагмы 21 высотой не менее наибольше высоты фигур визуализирующей диафра мы и шириной не больше ширины ее це ральной фигуры совмещено с централь ной фигурой диафрагмы так, что их боковые стороны параллельны, Устройство работает следующим образом. Изображение источника 1 света конденсором 2 строится в плоскости осветительной диафрагмы 3, вырезающей из него равномерно освещенную площадку прямоугольной формы. Объек тив 4 создает параллельный пучок света, просвечивающий прозрачную неоднородность S, помещенную между объективами 4 и 5, Объектив 5 собир лучи и строит в фокальной плоскости изображение осветительной диафрагмы Визуализирующая диафрагма 6 установ лена в той же плоскости так, что изображение осветительной диафрагмы совмещается с ее центральной фигурой. До тех пор, пока исследуемая сре да однородна, плоскость изображения окрашена в цвет центральной фигуры 15, визуализирующей диафрагмы. При появлении в поле- зрения оптической неоднородности изображение построенное лучами, прошедшими чере неоднородность, смещается. Смещение изображения осветительной даафрагмы в пределах одной из фигур 12-14 с бесцветным экраном 19 в направлении, перпендикулярном их боковым сторонам, сопровождается изменением чистоты цвета при сохранении цветов го тона. 36 При смещении изображения осветительной диафрагмы в пределах одной из фигур 16-18 с непрозрачным 20 при сохранении одного и того же цветового тона изменяется яркость в плоскости изображения. Замена прямоугольных фильтров в известном устройстве 4«гурами контрастирующих цветов, ограниченными по высоте бесцветным и непрозрачным экранами, позволяет использовать в качестве независимых параметров теневой картины цветовой тон, чистоту цвета и его яркость. Это разрешает увеличить чувствительность, расширить диапазон измерения, улучшить контраст в изображении неоднородности. Чувствительность возрастает за счет того, что смещение изображения осветительной диафрагмь в пределах фигуры одного цветового тона, сопровождается, в зависимости от направления смещения, изменением чистоты цвета или изменением яркости в плоскости изображения. Диапазон измерения может быть увеличен при сохранении чувствительности и контраста изображения, так как чувствительность определяется не шириной цветной фигуры, как в известном устройстве, а параметрами кривой, ограничивающей высоту боковых фигур визуализирующей диафрагмы. Формула изобретения 1, Устройство для получения цветных теневых изображений, содержащее источник света с щелевой осветительной диафрагмой и приемную часть с многоцветной визуализирующей диафрагмой, выполненной в виде прямоугольника, составленного из расположенных в один ряд фигур контрастирующих цветов, отличающееся тем, что, с целью увеличения чувствительности, расширения диапазона измерения и по- вьш1ения контраста изображения, визуализирукмцая диафрагма содержит боковые фигуры и центральную фигуру прямоугольной формы шириной не более 1/6-1/4 пирины боковых фигур, примыкающих к ней друг к другу параллельными сторонами и ограниченных по высоте по заданному закону с одной стороны от центральной фигуры бесцветным экраном, а с другой - непрозрачным экраном, причем высота изображения осветительной диафрагмы правь к ет наибольшую высоту боковых фигур. 2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что высота боковых фигур ограничена кривой вида .±Са где С - половина наименьшей Высоты боковой фигуры; а - отношение высот фигуры при перемещении по оси х на единицу. 3.Устройство по п.1, о т -л и ч аю щ е е с я тем, что высота боковь х фигур ограничена кривой вида ±(С±Ь)Г) is

.f 84071 5 0 8 где п - величина, характеризующая порядок кривой боковой фигуры;b - отношение полуразности наибольшей и наименьшей высот боковой фигуры к ее ширине при п 1. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Васильев Л. А. Теневые методы, Наука, 1968, с.19. 2. Саламандра F. Д. Фотографические методь исследования быстропротекающих процессов. М., Наука, 1974, с, 28 (прототип).