CS242314B1

CS242314B1 - A method of determining the distance of optically opaque tees

Info

Publication number: CS242314B1
Application number: CS833273A
Authority: CS
Inventors: Ivan Turak; Jozef Majer
Original assignee: Ivan Turak; Jozef Majer
Priority date: 1983-05-10
Filing date: 1983-05-10
Publication date: 1986-04-17
Also published as: CS327383A1

Abstract

Určovanie vzdialenosti opticky nepriehladných teiies uložených v prostrediach, ktorých index lomu vykazuje miestne a časové fluktuácle, zapríčiňujúce mihotavé zobrazenie. Na určovanie vzdialenosti sa využívá mihotavé zobrazenie takým spósobom, že vložením nepriehladného telesa do prostredia s fluktuáciami indexu lomu sa změní rozloženie strednej hodnoty osvetlenia v rovině detektora, pozorované ako rozostrenie geometrického tieňa telesa. Rozostrenie geometrického tieňa zapríčinia odklony lúča, prechádzajúceho okrajom telesa, vyvolané fluktuáciami indexu lomu medzi telesom a detekčnou rovinou, a to, že z povodně rovnoběžného lúča sa vytvoří taký zvazok, pri ktorom jedným miestom prechádzajú luče s různými smermi šírenia sa. Oba tieto efekty závisia od vzdialenosti tieniaceho předmětu a detekčnej rovinyDetermining the distance of optically opaque bodies placed in environments whose refractive index exhibits local and temporal fluctuations, causing flickering images. For determining the distance, flickering images are used in such a way that by inserting an opaque body into an environment with refractive index fluctuations, the distribution of the mean illumination value in the detector plane changes, observed as a blurring of the geometric shadow of the body. The blurring of the geometric shadow is caused by the deflection of the beam passing through the edge of the body, caused by fluctuations in the refractive index between the body and the detection plane, namely that a bundle is created from the flood of a parallel beam, in which beams with different propagation directions pass through one place. Both of these effects depend on the distance of the shadowing object and the detection plane

Description

(54) Sposob určovania vzdialenosti opticky nepriehladných teiies(54) Method of determining the distance of optically opaque bodies

22

Určovanie vzdialenosti opticky nepriehladných teiies uložených v prostrediach, ktorých index lomu vykazuje miestne a časové fluktuácle, zapríčiňujúce mihotavé zobrazenie.Determining the distance of optically opaque bodies stored in environments whose refractive index exhibits local and temporal fluctuations, causing flickering images.

Na určovanie vzdialenosti sa využívá mihotavé zobrazenie takým spósobom, že vložením nepriehladného telesa do prostredia s fluktuáciami indexu lomu sa změní rozloženie strednej hodnoty osvetlenia v rovině detektora, pozorované ako rozostrenie geometrického tieňa telesa. Rozostrenie geometrického tieňa zapríčinia odklony lúča, prechádzajúceho okrajom telesa, vyvolané fluktuáciami indexu lomu medzi telesom a detekčnou rovinou, a to, že z povodně rovnoběžného lúča sa vytvoří taký zvazok, pri ktorom jedným miestom prechádzajú luče s různými smermi šírenia sa. Oba tieto efekty závisia od vzdialenosti tieniaceho předmětu a detekčnej roviny.Shimmering is used to determine the distance in such a way that by inserting an opaque body into a refractive index fluctuation environment, the distribution of the mean illumination value in the plane of the detector observed as a blur of the geometric shadow of the body is changed. Blurring of the geometric shadow will cause the deflection of the beam passing through the body edge, caused by the fluctuations of the refractive index between the body and the detection plane, and that the flood parallel beam creates a bundle in which a meadow with different propagation directions passes. Both of these effects depend on the distance of the shielding object and the detection plane.

Vynález sa zaoberá určováním vzdialenosti opticky nepriehíadných telies uložených v prostředí, ktorého index lomu vykazuje miestne a časové fluktuácie zapríčiňujúce mihotavé, t. j. scintilačné zobrazovanie, například v tunelovéj tehllarskej peci, pomocou světelného lúča prechádzajúceho týmto prostředím.The invention is concerned with determining the distance of optically opaque bodies stored in an environment whose refractive index exhibits local and temporal fluctuations causing flickering, i.e., flashing. j. scintillation imaging, for example in a tunnel brick furnace, by means of a light beam passing through this environment.

Známe spůsoby optického určovania vzdialenosti založené na principe dialkomerov sú v prostředí s fluktuáciami, t. j. takými časovými a priestorovými změnami, pri ktorých středná hodnota indexu lomu sa nemění, index lomu nepoužitelné. Podobné je použitie difrakčného zobrazovania znemožněné fluktuáciami indexu lomu. Fluktuácie indexu lomu sú spravidla zapříčiněné rozdielom teplot různých častí prostredia, rozdielom ich chemického zloženia, alebo tlaku. Ich odstránenie spravidla znamená prerušenie technologického procesu na dobu potrebnú na dosiahnutie ustáleného stavu. Tým sa ale predlžuje doba potřebná na meranie vzdialenosti překážky a zároveň sa nežiadúco ovplyvňuje technologický postup.Known optical distance determination methods based on the principle of dialcometers are in a fluctuating environment, i. j. such time and spatial changes in which the mean value of the refractive index does not change, the refractive index is not applicable. Similarly, the use of diffraction imaging impeded by refractive index fluctuations. Refractive index fluctuations are usually caused by differences in temperatures of different parts of the environment, their chemical composition or pressure. Removing them usually means interrupting the technological process for the time required to reach a steady state. This, however, extends the time required to measure the distance of the obstacle and at the same time adversely affects the technological process.

Pri spósoboch založených na použití lúčov s různými smermi š(renia sa existujú miesta, v ktorých sa poloha telies určit nedá. To robí použitie týchto spósobov nespolehlivým.In methods based on the use of beams with different directions of direction, there are places where the position of the bodies cannot be determined. This makes the use of these methods unreliable.

Předkládaný vynález umožňuje uvedené nedostatky odstrániť využitím samotnej scintilácie, t. j. mihotavého zobrazenla vyvolanej fluktuáciami indexu lomu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že světelný lúč vyslaný světelným zdrojom, naprílad laserom pri přechode prostředím s meniacim sa indexom lomu mění směr šírenia sa. V důsledku toho v různých časoch prechádza lúč různými miestami detekčnej roviny. Středná hodnota intenzity osvetlenia v detekčnej rovině je preto různé od nuly v značné širšej oblasti, než by tomu bolo pri přechode rovnakého lúča prostředím homogénnym. Vložením nepriehladného telesa do cesty světelnému lúču sa změní rozloženie strednej hodnoty intenzity osvetlenia v rovině detektora. Charakter nového rozloženia intenzity v detekčnej rovině však závisí od miesta, v ktorom bolo teleso uložené, konkrétné od jeho vzdialenosti od detekčnej roviny. Například, ak sa toto teleso umiestni v malej vzdialenosti od detekčnej roviny, jeho přítomnost sa prejaví vytvořením geometrického tieňa s ostrým rozhraním. Keď je teleso uložené ďalej od roviny detektora, jeho přítomnost sa tiež prejaví geometrickým tieňom, ale hranica tohto tieňa bude menej ostrá ako vtedy, keď predmet je blízko detekčnej roviny. Rozostřeme hranice geometrického tieňa zapríčinia odklony lúča prechádzajúceho okrajom telesa, vyvolané fluktuáciami indexu lomu medzi telesom a rovinou, v ktorej sa intenzita světla detekuje. Na neostrosti tieňa sa podiela tiež to, že pri nepravidelné sa meniacom indexe lomu sa z původně rovnoběžného osvetlovacieho lúča vytvoří taký zvázok, pri ktorom jedným miestom prechádzajú lúče s různým smerom šírenia sa. Neostrost vyvolaná týmto efektom tiež priamo závisí od vzdialenosti tieniaceho předmětu a roviny, v ktorej sa tvar tieňového obrazca určuje. Pri vkládání nepriehladného telesa do cesty světelného zvázku blízko zdroja, t. j. v miestach, v ktorých je tvar světelného lúča zdroja fluktuáciami indexu lomu ovplyvnený ešte iba zanedbatelné málo, co bude Intenzita, osvetlenia v detekčnej ko, sa bude intenzita osvetlenia v detekčnej rovině meniť vo všetkých miestach rovnako, úměrně tomu, aká část lúča je predmetom zatienená. V takomto případe je vytvorenie geometrického tieňa výrazné překryté scintiláciou, t. j. mihotáním lúča.The present invention makes it possible to overcome these drawbacks by using scintillation alone, i. j. shimmering induced by refractive index fluctuations. The principle of the invention is that the light beam emitted by a light source, for example a laser, changes the direction of propagation when passing through an environment with a changing refractive index. As a result, at different times the beam passes through different locations of the detection plane. The mean value of the illumination intensity in the detection plane is therefore different from zero in a considerably wider area than would be the case when passing the same beam through a homogeneous environment. Inserting an opaque body into the path of the light beam changes the distribution of the mean illumination intensity in the plane of the detector. However, the nature of the redistribution of intensity in the detection plane depends on the location where the body was stored, namely its distance from the detection plane. For example, if this body is placed at a short distance from the detection plane, its presence is manifested by creating a geometric shadow with a sharp interface. When the body is placed further away from the plane of the detector, its presence will also be manifested by a geometric shadow, but the boundary of that shadow will be less sharp than when the object is near the detection plane. Blurring the boundaries of the geometric shadow causes the deflection of the beam passing through the edge of the body, caused by the fluctuations of the refractive index between the body and the plane in which the light intensity is detected. The shadow fuzziness is also due to the fact that the irregularly varying refractive index creates a beam from the originally parallel illumination beam in which beams with different directions of propagation pass through one location. The blur caused by this effect also directly depends on the distance of the shielding object and the plane in which the shape of the shadow pattern is determined. When inserting an opaque body into the path of the light beam near the source, i. j. in places where the shape of the light beam of the source is only negligibly affected by the fluctuations of the refractive index, the intensity of the illumination in the detection plane will change the intensity of illumination in the detection plane equally in proportion to the part of the object . In such a case, the formation of the geometric shadow is significantly overlaid by scintillation, i. j. shimmering the beam.

Vplyv nepriehfadného telesa na rozloženie intenzity osvetlenia v rovině detektora je teda silné závislý od toho, v ktorom mieste prostredia s premenným indexom lomu je teleso uložené a od toho, aké je rozloženie fluktuácií indexu lomu v priestore medzi zdrojom světla a detektorom. Velkost rozostrenia geocetrického tieňa v závislosti od vzdialenosti telesa vytvárajúceho tieň je možné v konkrétnom prostředí zmerať, resp. pri známej závislosti rozloženia fluktuácií indexu lomu pozdlž dráhy lúča, vypočítat. Pomocou tejto závislosti potom možno v případe potřeby vzdialenosť tieniaceho telesa určit z toho, aká je velkost rozostrenia jeho tieňa.The effect of the opaque body on the distribution of illumination intensity in the plane of the detector is therefore strongly dependent on the location of the variable refractive index environment in which the body is stored and on the distribution of the refractive index fluctuations in the space between the light source and the detector. The amount of blur of the geocetric shadow as a function of the distance of the shadow-forming body can be measured or measured in a particular environment. for the known dependence of the refractive index fluctuation distribution along the beam path, calculate. By means of this dependence, the distance of the shielding body can be determined, if necessary, from the amount of blur of its shadow.

Velkost rozostrenia tieňa možno určit například tak, že sa zmeria závislost časové stredovanej hodnoty intenzity světla od súradnice v okolí okraja geometrického tieňa a z tejto závislosti sa hodnota rozostrenia tieňa priamo odčítá. Pretože velkost strmosti závislosti intenzity osvetlenia od osvetlenia v oblasti okraja geometrického tieňa nepriamo závisí od velkosti rozostrenia tieňa, možno i pomocou nej určovat velkost rozostrenia tieňa. Strmost závislosti intenzity od súradnlce sa dá stanovit například pomocou dvoch, alebo viacerých detektorov s konštantnými vzájomnými vzdialenosťami.The amount of shadow blur can be determined, for example, by measuring the dependence of the time-averaged light intensity value from the coordinate around the edge of the geometric shadow, and from that dependence the shadow blur value is read directly. Since the magnitude of the steepness of the illumination intensity versus the illumination in the region of the edge of the geometric shadow indirectly depends on the magnitude of the shadow blur, the shadow magnitude can also be determined with it. The steepness of the intensity-coordinate can be determined, for example, by means of two or more detectors with constant spacing.

Popísaný spůsob určovania vzdialenosti je vhodný najmá pri určovaní polohy nepriehladných telies v prostředí s vysokou koncentráciou různých chemických látok, alebo v zle přístupných priestoroch s vysokou teplotou prostredia, například pri kontrole zrútenia skládky v tunelových tehliarskych peciach.The described method of distance determination is particularly suitable for determining the position of opaque bodies in environments with a high concentration of various chemicals, or in poorly accessible areas with high ambient temperatures, for example in the control of landfill collapse in tunnel brick kilns.

Claims

SUBJECT

A method for determining the distance of optically opaque bodies placed between a light source and a plane of a detector in an environment whose refractive index exhibits local and time fluctuations causes a flickering image, characterized in that the source is

BACKGROUND OF THE INVENTION the light illuminates the surroundings of the body so as to form a shadow of the body in the plane of the detector, to determine the amount of defocusing of the shadow and to determine the distance of the shadowing body by the predetermined shadow defocusing.