Многоцветная линейная визуализирующая диафрагма теневого прибора Советский патент 1981 года по МПК G01N21/45 

I. . -; .Изобретение относится к приборам для исследования оптических неоднородностей в прозрачных средах теневым методом и может быть использовано при изучении обтекания тел сверхзвуковым потоком, исследовании проце сов горения и взрыва, изучении взаимодействия сильных ударных волн в ударных и детонационных трубах и т.п. Известна многоцветная кольцевая визуализирующая диафрагма, вьшолнейная в виде -круга, к которому примцкают кольца -контрастирующих цветных тонов l 3 Однако такая кольцевая визуализирующая диафрагма позволяет определить только величину угла, на который отклоняются лучи света в объекте исследования, оставляя открытым о направлении, в котором отклоняются лучи. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является многоцветная линейная визуализирукщая диафрагма, выполненная в виде одинаковых по размерам плотно примыкающих . друг к другу прямоугольных фильтров 2. Однако при использовании этой мно- гоцветной линейной визуализирующей диафрагмы увеличение диапазона теневого прибора связано либо с згменьше- нием чувствительности (при увеличении ширины фильтров), либо с уменьшением цветового контраста в изображении объекта исследования (при увеличении количества фильтров за счет использования фильтров, мало отличающихся по цвету). Кроме того, дешифровка изображения, полученного с помощью многоцветной линейной визуализирующей диафраг1« 1, затруднена. При смещении изображения осветительной диаф- i рагмы на часть ширины фильтра визуализирующей диафрагмы в изображении объекта исследования появляются, цвета, образовавшиеся при смещении двух световых потоков, прошедших через соседние фильтры. В силу того, что одинаковые цвета могут иметь различный спектральный состав, часто глаз не может установить различие между цветом монохроматического излучения и таким же цветом, полученным аддитивным смещением двух световых потоков. Например, нельзя различить два желтых цвета, один из которых обра-зован излучением одной длины волны, а второй - получен в результате сложения красного и зеленого световых потоков в KaiFOM-TO определенном соот ношении . Цель изобретения - увеличение диапазона измерения прибора при сохра нении чувствительности и облегчение дешифровки цветного изображения объекта исследования. Поставленная цель достигается тем что многоцветная линейная визуализирующая диафрагма теневого прибора в виде примыкающих друг к другу прямоугольных фильтров выполнена из одина ковых по размерам нейтральных фильт .ров различной оптической плотности, между которыми расположены пары филь ров дополнительных цветов, причем оп тическая плотность нейтральных фильт goB равна 0,3-3, а различие их опти ческих плотностей не менее 0,2. На чертеже представлено взаимное расположение визуализирующей диафрагмы и изображений щелевой ответительной диафрагмы, построенных лучами света, прошедшими через однородную среду и через объект исследования. Визуализирующая диафрагма выполнена из одинаковых по размерам прямоугольных нейтральных фильтров 1-6 различной оптической плотности, имеющих ширину, равную ширине изображения осветительной диафрагмы, между которыми парами расположены фильтры дополнительных цветов 7 и 8, 9 и 10, 11 и 12, 13 и 14 15 и 16 тех же размеров. Оптическая плотность фильтров лежит в интервале 0,, а различие между ними составляет не менее 0.2. Кооме того на чертеже показана осветительная, диафрагма 17 с ее изображениями 18 и 19. В данном случае первая пара цвет ных Фильтров 7 и 8 соответственно з лено-голубого и красного цвета. Вто рая пара фильтров 9 и 10 соответственно голубого и оранжевого цвета. Фильтр Н зеленого цвета, Фильтр 12 44 пурпурного цвета. Фильтры 13 и 14 соответственно желтого и синего а филЬтры 15 и 16 соответственно желтозеленого и фиолетового цвета. Визуализирующая диафрагма работает -следующим образом. В ОТСУТСТВИИ объекта исследования ее устанавливают в Фокальной плоскости основного объектива приемной части теневого прибора так,- чтобы изображение осветительной диафрагмы 17 попало на один из цветных фильтров визуализирующей диафрагмы, например, на зеленый фильто 11. Изображение однородной среды окрашивается в зелёный цвет. Лучи света , отклоненные в объекте исследования , строят смещен - №ie изображения осветительной диафр.агмы, например 18 и 19, обозначенные на чертеже пунктирными линиями. По мере смещения изображения осветительной диафрагмы вправо(положение 18) в изображении оптически неоднородной Среды уменьшается чистота зеленого цвета за счет разбавления насыщенного зеленого белым, полученным при смешении в равных долях световых потоков, проходящих через зеленый фильтр и соседний с ним фильтр дополнительного цвета. При дальнейшем смещении изображенин осветительной диафрагмы вправо увеличивается чистота дополнительного (пурпурного) цвета. Насыщенный пурпурный цвет появляется, когда изображение осветительной ди-i афрагмы целиком попадает на пурпурный фильтр (положение 19). Пеоекоытне части изображения осветительной диафоагмы нейтоальным Фильтоом 4 влечет за собой уменьшение яокости пуопуоного цвета.и, наконец, появление ахроматического тона, степень черноты которого определяется оптической плотностью фильтра 4. Желтый цвет в изображении объекта исследования появляется, когда изображение осветительной диафрагмы начинает выходить из-за нейтрального фильтра 4 и попадать на фильтр 13 (желтый фильтр). По мере смещения вправо яркость желтого цвета в изображении объекта исследования будет расти и т.д. Использование фильтров дополнительных цветов в сочетании с нейтральными фильтрами различной оптической плотности позволяет не только- расширить цветовую и яркостную гамму в изображении объекта исследования, но и увеличить диапазон измерения теневого прибора при сохранении чувствительности .

Для обеспечения нормальных уело- ВИЙ работк визуализирующей диафрагмы оптические плотности входящих в нее нейтральных фильтров должны удовлетворять двум условиям:фильтр с минимапьной оптической плотностью должен обеспечить изменение яркости цветного светового потока не менее, чем в два раза; при полном перекрывании ичобоажения осветительной пиафрагмы нейтральными фильтрами яркости проходящих через них световых потоков должны различаться на величину, в несколько раз превосходящую порог яркости (порог светлоты). Желательно максимально возможное различие.

Для удовлетворения первого требования достаточно ограничит снизу оптическую плотность D нейтральных фильтров. Поскольку коэффициент пропускания Т и оптическая плотность связаны соотношением D Ig f/T первое условие выполняется при ,3.

Фехнером и другими исследователям показано, что величина относительного порога яркости (различие яркостей глаз обнаруживает как различие светлот) в диапазоне яркостей 1 нт1000 нт составляет 2%. Логарифм порогового изменения яркости составляет 0,01 .

Оценим максимальное количество нейтральных фильтров, которое может понадобиться для изготовления визуализирующей диафрагмы, обеспечиваю-., щей максимально возможный для прибора ИАБ-451 (наиболее распространенный теневой прибор) диапазон измерения;

При выходном зрачке прибора 30 мм и высоте визуализирующей диафрагмы 15 мм длина ее рабочей части не должна первосходить 25 мм. Минимальная ширина фильтра 0,8 мм. (При меньшей ширине становятся заметными дифракционные помехи, снижающие разрушающую силу прибора). Для создания визуализирующей диафрагмы, содержащей п пар цветных фильтров, необходим п + 1 нейтральный фильтр. Необходимо количество нейтральных фильтров легко получить из соотношения

(2п- -п-|- 1), где А - ширина фильтра, мм. При А 0,8 мм пЛ10. Необходимое количество нейт-- ральных фильтров составляет I Г. При изменении оптических плотносг тей нейтральных фильтров в интервале 0,3-3 (глаз хорошо регистрирует это различие ) легко выполнить второе требование. При различии оптических плотностей фильтров на 0,2 в интервале оптических плотностей 0,33 можно создавать равноконтрастную шкалу яркостей, состоящую из 14 полей. Различие оптических плотностей

нейтральных фильтров на 0,2 обеспечивает различие в 20 порогов светлоты.

Предлагаемая визуализирующая ди- афрагма позволяет кодировать отклонение света в объекте исследования цветовым тоном, чистотой цвета и яркостью хроматических и ахроматических цветов. Цветовая гамма в изображении объекта исследования расширяется за счет использования, кроме хроматических цветов, черного цвета и всех оттен1 ов серого.

Чувствительность теневого прибора, работающего с предлагаемой

визуализирующей диафрагмой, лимитируется шириной ее фильтров. Поскольку на п пар цветных фильтров приходится п + 1 нейтральный фильтр, ди- апазон измерения прибора, использующего визуализирующую диафрагму, значительно больше, чем при использовании известной диафрагмы с тем же числом цветных элементов. Таким образом, обеспечивается увеличение диапазона

измерения при сохранении чувствительности .

Дешифровка цветного изображения объекта исследования при использовании предлагаемой визуализирующей диафрагмы не представляет труда, так как при любой последовательности размещения пар фильтров сохраняется однозначное соответствие между смещением изображения осветительной диафрагмы и цветовой гаммой в изображении объекта исследования.

Формула изобретения Многоцветная линейная визуализирующая диафрагма теневого прибора, выполиенная в виде примыкающих друг к другу прямоугольных фильтров, отличающаяся тем, что, с целью увеличения диапазона измерения прибора при сохранении чувствительности и облегчения дешифровки цветного изображения объекта исследования, визуализируилцая диафрагма выполнена из одинаковых по размерам нейтральных фильтров различной оптической плотности, между которыми расположены пары фильтров дополнительных цветов, причем оптическая плотность нейтральных фильтров равна 0,3-3, а различие их оптических плотностей не менее 0,2.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Саламандра Г. Д. Фотографические методы исследования быстропротекающих процессов. М., Наука, 1974, с. 28.

2. Васильев Л. А. Теневые методы. М., Наука, 1968, с. 46 (прототип) .

1 7 S 2 S 10 . 3 ff /г / II I / / / III

f7 / /5 / 5 fS 16 I J I I I