RU173576U1 - Device for obtaining stereoscopic images of small objects - Google Patents

Device for obtaining stereoscopic images of small objects Download PDF

Info

Publication number
RU173576U1
RU173576U1 RU2017103661U RU2017103661U RU173576U1 RU 173576 U1 RU173576 U1 RU 173576U1 RU 2017103661 U RU2017103661 U RU 2017103661U RU 2017103661 U RU2017103661 U RU 2017103661U RU 173576 U1 RU173576 U1 RU 173576U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
telephoto
focusing screen
distance
optical axis
Prior art date
Application number
RU2017103661U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марина Евгеньевна Дворниченко
Владимир Геннадьевич Каменев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА")
Priority to RU2017103661U priority Critical patent/RU173576U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU173576U1 publication Critical patent/RU173576U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B35/00—Stereoscopic photography
    • G03B35/08—Stereoscopic photography by simultaneous recording
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/239—Image signal generators using stereoscopic image cameras using two 2D image sensors having a relative position equal to or related to the interocular distance

Abstract

Устройство для получения стереоскопических изображений малоразмерных объектов включает в себя регистрирующие устройства, лазер подсветки. Также устройство содержит последовательно расположенные на двух параллельных оптической осях: телеобъектив, микрообъектив, фокусировочный экран, регистрирующее устройство. Расположение элементов на первой и второй оптической оси симметрично относительно оптической оси, которая соотнесена с лазером подстветки. Технический результат заключается в увеличении разрешающей способности за счёт уменьшения поля обзора. 2 ил.A device for obtaining stereoscopic images of small objects includes recording devices, a laser backlight. The device also contains sequentially located on two parallel optical axes: a telephoto lens, a micro lens, a focusing screen, a recording device. The arrangement of elements on the first and second optical axis is symmetrical with respect to the optical axis, which is correlated with the backlight laser. The technical result consists in increasing the resolution by reducing the field of view. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к оптике, а именно - к технике получения стереоскопических изображений, и может быть использовано с целью измерения параметров малоразмерных объектов.The utility model relates to optics, namely, to the technique of obtaining stereoscopic images, and can be used to measure the parameters of small objects.

Параллаксная стереосъемка - техника, используемая для записи и восстановления объемных изображений. Использование двух фотографий, снятых с двух разнесенных в пространстве ракурсов, позволяет установить пространственное расположение объектов. При раздельной подаче двух изображений соответственно на правый и левый глаз человека, за счет явления фузии - совмещения мозгом двух изображений - создается иллюзия пространственной глубины. Компьютерная обработка позволяет локализовать регистрируемый объект в пространстве, определить расстояние до него и трехмерную форму поверхности объекта. Существуют два возможных пути получения такого рода изображений: за счет использования стереоскопической насадки на входе камеры или с помощью регистрации изображения двумя камерами с разных ракурсов.Parallax stereo recording is a technique used to record and restore three-dimensional images. Using two photographs taken from two angles spaced apart in space allows you to set the spatial arrangement of objects. When two images are fed separately to the right and left eyes of a person, due to the fusion phenomenon - the brain combining two images - an illusion of spatial depth is created. Computer processing allows you to localize the registered object in space, to determine the distance to it and the three-dimensional shape of the surface of the object. There are two possible ways to obtain this kind of image: by using a stereoscopic nozzle at the input of the camera or by registering the image with two cameras from different angles.

Стереоскопическое изображение позволяет вычислить расстояние от камеры до выбранного объекта на изображении, а также определить размеры этого объекта исходя из полученных данных. При расчете величины расстояния до объекта учитывается разница между картинками и дополнительные технические характеристики, такие как фокусное расстояние и расстояние между камерами. Расчет позиции объекта осуществляется путем решения геометрической задачи об определении расстояния до удаленного объекта при обзоре его с двух точек с известным расстоянием между ними.The stereoscopic image allows you to calculate the distance from the camera to the selected object in the image, as well as determine the size of this object based on the data obtained. When calculating the distance to the object, the difference between the pictures and additional technical characteristics, such as the focal length and the distance between the cameras, are taken into account. The calculation of the position of the object is carried out by solving the geometric problem of determining the distance to a distant object when viewing it from two points with a known distance between them.

В настоящее время существуют устройства, в основе принципа которых, лежит определение смещения двух изображений, полученных с пары камер, образующих параллаксный базис.Currently, there are devices based on the principle of which is determining the displacement of two images obtained from a pair of cameras forming a parallax basis.

В патенте "Apparatus for determing the distances of points on a surface from a reference axis" US 4937445, МПК G01B 11/02, 26.06.1990, устройство для определения расстояния точек поверхности до базисной оси содержит фотодиод, два записывающих устройства, систему собирающих линз, обеспечивающих равномерное распределение пучка по поверхности исследуемого объекта и равномерное заполнение поля регистрации устройства, объект с нанесенными отметками, до которых определяется расстояние, устройства вывода данных. В данной системе свет от фотодиода направляется на поверхность объекта, после чего отраженный в обратном направлении проходит через собирающую линзу и фокусируется на камере. Из корреляции полученных изображений извлекают информацию о геометрических размерах поверхности.In the patent "Apparatus for determining the distances of points on a surface from a reference axis" US 4937445, IPC G01B 11/02, 06/26/1990, a device for determining the distance of surface points to the base axis contains a photodiode, two recording devices, a collecting lens system ensuring uniform distribution of the beam over the surface of the object under study and uniform filling of the registration field of the device, the object with marked marks to which the distance is determined, data output devices. In this system, the light from the photodiode is directed to the surface of the object, after which the reflected in the opposite direction passes through the collecting lens and focuses on the camera. Information on the geometric dimensions of the surface is extracted from the correlation of the obtained images.

Недостатком такой конструкции является использование некогерентного источника света, что дает достаточно слабый обратный сигнал, и по этой причине появляется необходимость использования усилителя.The disadvantage of this design is the use of an incoherent light source, which gives a rather weak feedback signal, and for this reason there is a need to use an amplifier.

В патенте "Method of automatically measuring the shape of a continuous surface" US 4842411, G01B 11/24, 27.06.1989, устройство автоматического измерения формы непрерывной поверхности содержит непрерывный лазер, систему собирающих линз, обеспечивающих равномерную засветку поля регистрации устройства, два записывающих устройства, устройства вывода информации, конвертор смещения объекта на двух ракурсах изображения. Лазерный луч расщепляется собирающей линзой на несколько отдельных пучков, каждый из которых отражается от определенной точки исследуемой поверхности плиты, с нанесенными на нее контрольными точками. Отраженные лучи попадают на датчики изображения с зарядовой связью, разделенные на смежные зоны, с каждой из которых сканирующее устройство собирает информацию и передает на блок обработки изображений. Данная конструкция позволяет повысить точность нанесения меток на интересующую поверхность. Данное устройство принято в качестве прототипа.In the patent "Method of automatically measuring the shape of a continuous surface" US 4842411, G01B 11/24, 06/27/1989, a device for automatically measuring the shape of a continuous surface contains a continuous laser, a system of collecting lenses, providing uniform illumination of the registration field of the device, two recording devices , information output devices, an object displacement converter on two camera angles. The laser beam is split by a collecting lens into several separate beams, each of which is reflected from a certain point on the investigated surface of the plate, with control points applied to it. The reflected rays fall on charge-coupled image sensors, divided into adjacent zones, from each of which the scanning device collects information and transfers it to the image processing unit. This design allows to increase the accuracy of marking on the surface of interest. This device is adopted as a prototype.

Недостатком данного устройства является низкое линейное разрешение устройства. Это обусловлено широким полем обзора. Низкое линейное разрешение не позволяет производить стереоскопическую съемку малоразмерных объектов.The disadvantage of this device is the low linear resolution of the device. This is due to the wide field of view. Low linear resolution does not allow stereoscopic shooting of small objects.

Техническим результатом полезной модели является увеличение линейного разрешения устройства. При этом происходит пропорциональное уменьшение поля обзора. За счет увеличения разрешающей способности становится возможным получение стереоскопических изображений малоразмерных объектов.The technical result of the utility model is to increase the linear resolution of the device. In this case, a proportional decrease in the field of view occurs. By increasing the resolution, it becomes possible to obtain stereoscopic images of small objects.

Технический результат достигается тем, что устройство для получения стереоскопических изображений малоразмерных объектов, содержащее регистрирующие устройства и лазер подсветки содержит последовательно расположенные на первой оптической оси: первый телеобъектив, первый микрообъектив, первый фокусировочный экран, первое регистрирующее устройство; последовательно расположенные на второй оптической оси: второй телеобъектив, идентичный первому, второй микрообъектив, идентичный первому, второй фокусировочный экран, идентичный первому, второе регистрирующее устройство, идентичное первому; расположение элементов на первой и второй оптической оси симметрично относительно третьей оптической оси, при этом первая и вторая оптические оси параллельны и расстояние B между ними лежит в интервале от 20 до 50 см; расстояние между первым фокусировочным экраном и первым регистрирующим устройством, а также расстояние между вторым фокусировочным экраном и вторым регистрирующим устройством равны и лежат в интервале от 5 до 15 см, расстояния x между первым телеобъективом и первым микрообъективом, а также между вторым телеобъективом и вторым микрообъективом равны и определяются соотношением:The technical result is achieved by the fact that the device for obtaining stereoscopic images of small objects, comprising recording devices and a backlight laser, comprises successively located on the first optical axis: a first telephoto lens, a first micro lens, a first focusing screen, a first recording device; sequentially located on the second optical axis: the second telephoto lens identical to the first, the second micro lens identical to the first, the second focusing screen identical to the first, the second recording device identical to the first; the arrangement of elements on the first and second optical axis is symmetrical with respect to the third optical axis, while the first and second optical axes are parallel and the distance B between them lies in the range from 20 to 50 cm; the distance between the first focusing screen and the first recording device, as well as the distance between the second focusing screen and the second recording device are equal and lie in the range from 5 to 15 cm, the distances x between the first telephoto lens and the first micro lens, as well as between the second telephoto lens and the second micro lens are equal and are determined by the ratio:

Figure 00000001
Figure 00000001

где ƒ1 - фокусное расстояние телеобъективов, ƒ2 - фокусное расстояние микрообъективов, d - расстояние между микрообъективами и фокусировочными экранами,

Figure 00000002
- расстояние от первого и второго телеобъективов до исследуемого объекта; при этом лазер подсветки находится от исследуемого объекта на расстоянии
Figure 00000003
, которое лежит в интервале от 250 до 600 см, лазер подсветки расположен на третьей оптической оси, параллельной первой и второй оптической оси, равноудаленной от них и лежащей с ними в одной плоскости; лазер подсветки содержит линзовую насадку, формирующую расходящийся пучок с углом расходимости
Figure 00000004
, первый телеобъектив, первый микрообъектив, первый фокусировочный экран, первое регистрирующее устройство образуют первую регистрирующую систему с углом поля зрения
Figure 00000005
, второй телеобъектив, второй микрообъектив, второй фокусировочный экран, второе регистрирующее устройство образуют вторую регистрирующую систему с углом поля зрения
Figure 00000005
, исследуемый объект располагается между первой и второй оптической осью, в области пространственного пересечения конуса поля зрения первой регистрирующей системы, конуса поля зрения второй регистрирующей системы и конуса лазерной подсветки; при этом лазер подсветки, первый телеобъектив, первый микрообъектив, первый фокусировочный экран, первое регистрирующее устройство, второй телеобъектив, второй микрообъектив, второй фокусировочный экран, второе регистрирующее устройство расположены на одной оптической плите.where ƒ 1 is the focal length of telephoto lenses, ƒ 2 is the focal length of micro lenses, d is the distance between micro lenses and focusing screens,
Figure 00000002
- the distance from the first and second telephoto lenses to the studied object; while the backlight laser is at a distance from the object under study
Figure 00000003
, which lies in the range from 250 to 600 cm, the backlight laser is located on the third optical axis parallel to the first and second optical axis, equidistant from them and lying with them in the same plane; The backlight laser contains a lens nozzle forming a diverging beam with an angle of divergence
Figure 00000004
, the first telephoto lens, the first micro lens, the first focusing screen, the first recording device form the first recording system with a field of view angle
Figure 00000005
, a second telephoto lens, a second micro lens, a second focusing screen, a second recording device form a second recording system with a field of view angle
Figure 00000005
, the studied object is located between the first and second optical axis, in the area of the spatial intersection of the cone of the field of view of the first recording system, the cone of the field of view of the second recording system and the cone of laser illumination; wherein the backlight laser, the first telephoto lens, the first micro lens, the first focusing screen, the first recording device, the second telephoto lens, the second micro lens, the second focusing screen, the second recording device are located on one optical plate.

На фиг. 1 приведена схема устройства для регистрации стереоскопического изображения частиц, где 1 - исследуемый объект, 2 -первый телеобъектив, 3 - второй телеобъектив, 4 - первое промежуточное изображение, 5 - второе промежуточное изображение, 6 - первый микрообъектив, 7 - второй микрообъектив, 8 - третье промежуточное изображение, 9 - четвертое промежуточное изображение, 10 - первый фокусировочный экран, 11 - второй фокусировочный экран, 12 - первое регистрирующее устройство, 13 - второе регистрирующее устройство, 14 - лазер подсветки, 15 - оптическая плита.In FIG. 1 shows a diagram of a device for recording a stereoscopic image of particles, where 1 is the object under study, 2 is the first telephoto lens, 3 is the second telephoto lens, 4 is the first intermediate image, 5 is the second intermediate image, 6 is the first micro lens, 7 is the second micro lens, 8 is third intermediate image, 9 - fourth intermediate image, 10 - first focusing screen, 11 - second focusing screen, 12 - first recording device, 13 - second recording device, 14 - backlight laser, 15 - optical plate.

На фиг. 2 схематически изображен принцип записи стереоскопического изображения двумя регистрирующими системами, где x1 - смещение (в пикселях) изображения исследуемого объекта 1 относительно правого края кадра для первой регистрирующей системы, x2 - смещение (в пикселях) изображения исследуемого объекта относительно левого края кадра для второй регистрирующей системы, α0 - угол поля зрения первой регистрирующей системы и второй регистрирующей системы, α1 - угол, образованный оптической осью первой регистрирующей системы и прямой, соединяющей первую регистрирующую систему и исследуемый объект 1, α2 - угол, образованный оптической осью второй регистрирующей системы и прямой, соединяющей вторую регистрирующую систему и исследуемый объект 1, x0 - горизонтальное разрешение кадра (в пикселях), В - расстояние между оптическими осями регистрирующих систем.In FIG. 2 schematically depicts the principle of recording a stereoscopic image by two recording systems, where x 1 is the offset (in pixels) of the image of the investigated object 1 relative to the right edge of the frame for the first recording system, x 2 is the offset (in pixels) of the image of the studied object relative to the left edge of the frame for the second the recording system, α 0 is the angle of the field of view of the first recording system and the second recording system, α 1 is the angle formed by the optical axis of the first recording system and the straight line connecting recording system and the studied object 1, α 2 is the angle formed by the optical axis of the second recording system and the straight line connecting the second recording system and the studied object 1, x 0 is the horizontal resolution of the frame (in pixels), B is the distance between the optical axes of the recording systems .

Устройство содержит последовательно расположенные на первой оптической оси: первый телеобъектив 2, формирующий первое промежуточное изображение 4 исследуемого объекта 1, первый микрообъектив 6, формирующий третье промежуточное изображение 8 исследуемого объекта 1, первый фокусировочный экран 10, первое регистрирующее устройство 12; последовательно расположенные на второй оптической оси: второй телеобъектив 3, идентичный первому, формирующий второе промежуточное изображение 5 исследуемого объекта 1, второй микрообъектив 7, идентичный первому, формирующий четвертое промежуточное изображение 9 исследуемого объекта 1, второй фокусировочный экран 11, идентичный первому, второе регистрирующее устройство 13; расположение элементов на первой и второй оптической оси симметрично относительно третьей оптической оси, при этом первая и вторая оптические оси параллельны и расстояние B между ними лежит в интервале от 20 до 50 см, в пределах данного интервала для исследуемого объекта 1 обеспечивается достаточная разница двух ракурсов изображения, при этом области регистрации камер перекрываются; лазер 14 подсветки находится на третьей оптической оси, параллельной первой и второй оптической оси, равноудаленной от них и лежащей с ними в одной плоскости; при этом фокусировочные экраны 10, 11 расположены в предметной плоскости регистрирующих устройств 12, 13. Экспериментально установлено, что расстояния d между первым микрообъективом 6 и первым фокусировочным экраном 10 и между вторым микрообъективом 7 и вторым фокусировочным экраном 11 равны и лежат в интервале от 50 до 80 см. Экспериментально установлено, что расстояния х между первым телеобъективом 2, и первым микрообъективом 6, вторым телеобъективом 3 и вторым микрообъективом 7 равны и лежат в интервале от 10 до 30 см. Экспериментально установлено, что расстояния между первым регистрирующим устройством 12 и первым фокусировочным экраном 10, и между вторым регистрирующим устройством 13 и вторым фокусировочным экраном 11 равны и лежат в интервале от 5 до 15 см. Лазер 14 подсветки находится на расстоянии от 250 до 600 см от исследуемого объекта 1, что обусловлено размером оптической плиты 15. Расстояние

Figure 00000002
от первого 2 и второго 3 телеобъективов до исследуемого объекта 1 лежит в интервале от 150 до 500 см, что обусловлено экспериментально установленным диапазоном работы телеобъективов 2,3 в рамках данной оптической схемы.The device contains sequentially located on the first optical axis: the first telephoto lens 2, forming the first intermediate image 4 of the investigated object 1, the first micro lens 6, forming the third intermediate image 8 of the studied object 1, the first focusing screen 10, the first recording device 12; sequentially located on the second optical axis: the second telephoto lens 3, identical to the first, forming the second intermediate image 5 of the studied object 1, the second micro lens 7, identical to the first, forming the fourth intermediate image 9 of the studied object 1, the second focusing screen 11, identical to the first, the second recording device 13; the arrangement of elements on the first and second optical axis is symmetrical with respect to the third optical axis, while the first and second optical axes are parallel and the distance B between them lies in the range from 20 to 50 cm, within this interval for the object under study 1, a sufficient difference of two image angles is ensured , while the registration areas of the cameras overlap; the backlight laser 14 is located on a third optical axis parallel to the first and second optical axis equidistant from them and lying in the same plane with them; the focusing screens 10, 11 are located in the subject plane of the recording devices 12, 13. It has been experimentally established that the distances d between the first micro-lens 6 and the first focusing screen 10 and between the second micro-lens 7 and the second focusing screen 11 are equal and lie in the range from 50 to 80 cm. It was experimentally established that the distances x between the first telephoto lens 2, and the first micro lens 6, the second telephoto lens 3 and the second micro lens 7 are equal and lie in the range from 10 to 30 cm. Experimentally established then the distances between the first recording device 12 and the first focusing screen 10, and between the second recording device 13 and the second focusing screen 11 are equal and lie in the range from 5 to 15 cm. The backlight laser 14 is located at a distance of 250 to 600 cm from the object under study 1 due to the size of the optical plate 15. Distance
Figure 00000002
from the first 2 and second 3 telephoto lenses to the studied object 1 lies in the range from 150 to 500 cm, which is due to the experimentally established range of telephoto lenses 2,3 in the framework of this optical scheme.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

Лучи от лазера подсветки 14 освещают площадь поверхности исследуемого объекта 1, отразившись от которого, попадают в телеобъектив 2 и телеобъектив 3, и формируют соответственно первое промежуточное изображение 4 и второе промежуточное изображение 5, представляющие собой уменьшенное перевернутое изображение двух ракурсов объекта 1. Микрообъектив 6 проецирует первое промежуточное изображение 4 в плоскость первого фокусировочного экрана 10, и формирует третье промежуточное изображение 8. Микрообъектив 7 проецирует второе промежуточное изображение 5 в плоскость второго фокусировочного экрана 11, и формирует четвертое промежуточное изображение 9. Третье промежуточное изображение 8 считывается с первого фокусировочного экрана 10 первым регистрирующим устройством 12. Четвертое промежуточное изображение 9 считывается со второго фокусировочного экрана 11 вторым регистрирующим устройством 13. Все элементы устройства располагаются на оптической плите 15.The rays from the backlight laser 14 illuminate the surface area of the investigated object 1, reflected from it, fall into the telephoto lens 2 and the telephoto lens 3, and form respectively the first intermediate image 4 and the second intermediate image 5, which is a reduced inverted image of two camera angles of object 1. The micro lens 6 projects the first intermediate image 4 in the plane of the first focusing screen 10, and forms a third intermediate image 8. A micro lens 7 projects a second intermediate image 5 in the plane of the second focusing screen 11, and forms a fourth intermediate image 9. The third intermediate image 8 is read from the first focusing screen 10 by the first recording device 12. The fourth intermediate image 9 is read from the second focusing screen 11 by the second recording device 13. All elements of the device are located on the optical plate 15.

Получение информации о расстоянии до исследуемого объекта 1 осуществляется с помощью сравнения положения зарегистрированного объекта на двух кадрах, полученных соответственно, с первого регистрирующего устройства 12 и второго регистрирующего устройства 13. При описании механизма вычисления расстояния до исследуемого объекта 1, назовем систему, состоящую из первого телеобъектива 2, первого микрообъектива 6, первого фокусировочного экрана 10 и первого регистрирующего устройства 12 первой регистрирующей системой, а систему, состоящую из второго телеобъектива 3, второго микрообъектива 7, второго фокусировочного экрана 11 и второго регистрирующего устройства 13 второй регистрирующей системой. Обе регистрирующих системы будут иметь одинаковый угол поля зрения и одинаковый формат кадра.Obtaining information about the distance to the studied object 1 is carried out by comparing the position of the registered object on two frames obtained, respectively, from the first recording device 12 and the second recording device 13. When describing the mechanism for calculating the distance to the studied object 1, we call the system consisting of the first telephoto 2, the first micro-lens 6, the first focusing screen 10 and the first recording device 12 by the first recording system, and a system consisting of a second a telephoto lens 3, a second micro lens 7, a second focusing screen 11 and a second recording device 13 with a second recording system. Both recording systems will have the same angle of view and the same frame format.

Оптические оси первой регистрирующей системы и второй регистрирующей системы параллельны, α1- угол между оптической осью первой регистрирующей системы и исследуемым объектом 1 и α2 - угол между оптической осью второй регистрирующей системы и исследуемым объектом 1, В - расстояние между оптическими осями первой и второй регистрирующей системы, расстояние D до исследуемого объекта рассчитывается следующим образом:The optical axes of the first recording system and the second recording system are parallel, α 1 is the angle between the optical axis of the first recording system and the object 1 and α 2 is the angle between the optical axis of the second recording system and the object 1, B is the distance between the optical axes of the first and second recording system, the distance D to the object under study is calculated as follows:

Figure 00000006
Figure 00000006

Используя фиг. 2 и руководствуясь основными геометрическими понятиями, получаем:Using FIG. 2 and guided by the basic geometric concepts, we get:

Figure 00000007
Figure 00000007

где α0 - угол поля зрения регистрирующих систем и x0 - горизонтальное разрешение кадра регистрирующих систем, x1 - смещение (в пикселях) изображения исследуемого объекта 1 относительно правого края кадра для первой регистрирующей системы, x2 - смещение (в пикселях) изображения исследуемого объекта относительно левого края кадра для второй регистрирующей системы, В - расстояние между оптическими осями регистрирующих систем.where α 0 is the angle of field of view of the recording systems and x 0 is the horizontal resolution of the frame of the recording systems, x 1 is the offset (in pixels) of the image of the investigated object 1 relative to the right edge of the frame for the first recording system, x 2 is the offset (in pixels) of the image of the investigated object relative to the left edge of the frame for the second recording system, B is the distance between the optical axes of the recording systems.

Для оптимизации расстояний между компонентами и корректного выбора характеристик используемых компонентов, были проведены экспериментальные исследования разрешающей способности с помощью набора мир по методике, изложенной в ГОСТ15114-78С. Последовательно проверялось влияние расстояния между компонентами и фокусного расстояния оптических компонентов, на разрешающую способность всей системы.To optimize the distances between the components and the correct selection of the characteristics of the components used, experimental studies of the resolution were carried out using a set of the world according to the method described in GOST15114-78C. The effect of the distance between the components and the focal length of the optical components on the resolution of the entire system was successively checked.

Экспериментально установлено, что оптимальное расстояние

Figure 00000002
между исследуемым объектом 1 и телеобъективами 2 и 3, лежит в интервале от 150 до 500 см. На расстояниях
Figure 00000002
меньших 150 см, телеобъективы 2 и 3 не обеспечивает построения изображения надлежащего качества (разрешение падает до 63 пар линий на миллиметр). При расстояниях
Figure 00000002
более 500 см происходит падение разрешающий способности до 85 пар линий на миллиметр. При этом, в экспериментах наилучшие результаты по разрешению показывают длиннофокусные телеобъективы с переменным фокусным расстоянием ƒ1 в интервале от 50 до 300 мм.It has been experimentally established that the optimal distance
Figure 00000002
between the studied object 1 and telephoto lenses 2 and 3, lies in the range from 150 to 500 cm. At distances
Figure 00000002
smaller than 150 cm, telephoto lenses 2 and 3 do not provide images of the proper quality (resolution drops to 63 pairs of lines per millimeter). At distances
Figure 00000002
more than 500 cm there is a drop in resolution to 85 pairs of lines per millimeter. Moreover, in experiments, the best resolution results are shown by telephoto lenses with a variable focal length ƒ 1 in the range from 50 to 300 mm.

С помощью объектива MDL-0550D с переменным фокусным расстоянием было исследовано оптимальное фокусное расстояние для микрообъективов 6 и 7. При росте фокусного расстояния наблюдается резкое падение разрешения. Экспериментально установлено, что оптимальное фокусное расстояние ƒ2 лежит в интервале от 1 до 15 мм.Using an MDL-0550D zoom lens, we studied the optimal focal length for microscopic lenses 6 and 7. As the focal length increases, a sharp drop in resolution is observed. It was experimentally established that the optimal focal length ƒ 2 lies in the range from 1 to 15 mm.

Эксперименты также показали, что регистрация 23-25 позиции миры №1 достигается, если между телеобъективами 2 и 3, и микрообъективами 6 и 7 расстояние x лежит в интервале от 5 до 8 см. В этом интервале разрешающая способность не испытывает заметных изменений. При расстоянии менее 5 см разрешающая способность падает настолько, что резкое изображение миры не формируется. При расстоянии более 8 см разрешение также ухудшается, при этом различимы позиции не далее 10-11. Расстояние d между микрообъективами 6 и 7 и фокусировочными экранами 10 и 11 определяется условиями обеспечения максимальной резкости и оптимальных размеров изображения на фокусировочном экране. Для максимального использования разрешения регистрирующих устройств 12 и 13, необходимо формировать изображение на всю ширину поля зрения регистрирующих устройств в области фокусировочных экранов. Оптимум расстояния d между микрообъективами 6 и 7 и фокусировочными экранами 10 и 11, установленный экспериментально, лежит в интервале от 30 до 80 см.The experiments also showed that registration of position 23-25 of World No. 1 is achieved if the distance x lies between 5 and 8 cm between the telephoto lenses 2 and 3 and the micro-lenses 6 and 7. In this interval, the resolution does not experience noticeable changes. At a distance of less than 5 cm, the resolution drops so much that a sharp image of the worlds does not form. With a distance of more than 8 cm, the resolution also deteriorates, while the positions are distinguishable no further than 10-11. The distance d between the micro-lenses 6 and 7 and the focusing screens 10 and 11 is determined by the conditions for ensuring maximum sharpness and optimal image size on the focusing screen. To maximize the use of the resolution of the recording devices 12 and 13, it is necessary to form an image on the entire width of the field of view of the recording devices in the area of the focusing screens. The optimum distance d between the microscopic lenses 6 and 7 and the focusing screens 10 and 11, established experimentally, lies in the range from 30 to 80 cm.

Расстояние между регистрирующими устройствами 12 и 13 и фокусировочными экранами 10 и 11 обусловлено необходимостью максимального светосбора с фокусировочного экрана при сохроанении разрешающей способности. Экспериментально установленный оптимум лежит в интервале 5-15 см.The distance between the recording devices 12 and 13 and the focusing screens 10 and 11 is due to the need for maximum light collection from the focusing screen while maintaining the resolution. The experimentally established optimum lies in the range of 5-15 cm.

В качестве лазера подсветки 14 может быть использован лазер DTL-419QT (длина волны 532 нм, длительность импульса 10 не), в качестве первого телеобъектива 2 и второго телеобъектива 3 может быть использован телеобъектив EF 70-200mm CANON, либо другой телеобъектив с фокусным расстоянием f1, лежащим в интервале от 50 до 300 мм. В качестве первого микрообъектива 6 и второго микрообъектива 7 можно использовать микрообъектив Olympus MPlan 10х с фокусным расстоянием f2; равным 10,6 мм. В качестве первого фокусировочного экрана 10 и второго фокусировочного экрана 11 можно использовать фокусировочные экраны Canon EG-A. В качестве первого регистрирующего устройства 12 и второго регистрирующего устройства 13 можно использовать камеру SDU-R205 производства ООО «Спецтелетехника». В качестве оптической плиты 15 может быть использована фирмы STANDA opto-mechanics.As the backlight laser 14, a DTL-419QT laser can be used (wavelength 532 nm, pulse duration 10 ns), the first telephoto lens 2 and the second telephoto lens 3 can be used with an EF 70-200mm CANON telephoto lens, or another telephoto lens with focal length f 1 , lying in the range from 50 to 300 mm. As the first micro lens 6 and the second micro lens 7, you can use the Olympus MPlan 10x micro lens with a focal length f 2 ; equal to 10.6 mm. Canon EG-A focusing screens can be used as the first focusing screen 10 and the second focusing screen 11. As the first recording device 12 and the second recording device 13, you can use the SDU-R205 camera manufactured by Spetstelehnika LLC. As the optical plate 15 can be used by STANDA opto-mechanics.

При уменьшении поля зрения при сохранении разрешающей способности на то же число регистрирующих элементов распределяется изображение с меньшего угла. При этом происходит увеличение числа регистрирующих элементов, приходящихся на единицу угла. Следовательно, для повышения разрешающей способности необходимо уменьшение угла поля зрения оптической системы. Использование первого телеобъектива 2 и второго телеобъектива 3 позволяет уменьшить угол поля зрения в 6-10 раз. Первый микрообъектив 6 и второй микрообъектив 7 вырезают из поля зрения первого телеобъектива 2 и второго телеобъектива 3 узкий диапазон углов, уменьшая поле зрения еще в несколько раз. Экспериментально установлено, что оптическая система из телеобъектива EF 70-200 mm CANON и микрообъектива Olympus MPlan 10х имеет фокус в интервале 400-600 мм. Угол поля зрения связан с фокусом оптической системы известной формулой:With a decrease in the field of view while maintaining the resolution for the same number of recording elements, the image is distributed from a smaller angle. In this case, an increase in the number of recording elements per unit angle occurs. Therefore, to increase the resolution it is necessary to reduce the angle of the field of view of the optical system. Using the first telephoto lens 2 and the second telephoto lens 3 allows you to reduce the angle of the field of view by 6-10 times. The first micro-lens 6 and the second micro-lens 7 are cut from the field of view of the first telephoto lens 2 and the second telephoto lens 3 a narrow range of angles, reducing the field of view by several times. It was experimentally established that the optical system of an EF 70-200 mm CANON telephoto lens and an Olympus MPlan 10x telephoto lens has a focus in the range of 400-600 mm. The angle of the field of view is connected with the focus of the optical system by the well-known formula:

Figure 00000008
Figure 00000008

где α - угол поля зрения, d - размер фоточувствительного элемента регистрирующего устройства, ƒ - фокусное расстояние оптической системы. Для стандартных объективов, используемых для формирования изображения на ПЗС-матрицах регистрирующих устройств, фокусное расстояние лежит в интервале 20-50 мм. Для телеобъективов оно составляет 50-300 мм. Отношение углов поля зрения для двух оптических систем с фокусными расстояниями ƒ a и ƒb можно найти по формуле:where α is the angle of the field of view, d is the size of the photosensitive element of the recording device, and ƒ is the focal length of the optical system. For standard lenses used to form images on CCD arrays of recording devices, the focal length lies in the range of 20-50 mm. For telephoto lenses it is 50-300 mm. The ratio of the field of view angles for two optical systems with focal lengths ƒ a and ƒ b can be found by the formula:

Figure 00000009
Figure 00000009

где α а , αb - углы поля зрения, d - размер фоточувствительного элемента, ƒa и ƒb - фокусное расстояние оптических систем. Для неширокоугольных объективов 2arctg(d/2ƒ)≈d/ƒ, что позволяет сократить d в формуле для соотношения углов и получить приближенное соотношение:where α a , α b are the angles of the field of view, d is the size of the photosensitive element, and ƒ a and ƒ b are the focal length of the optical systems. For non-wide-angle lenses, 2 a rctg (d / 2ƒ) ≈d / ƒ, which allows us to reduce d in the formula for the ratio of angles and obtain an approximate ratio:

Figure 00000010
Figure 00000010

Согласно данной формуле, угол поля зрения уменьшится в 12-30 раз по сравнению со стандартными объективами с f=20-50 мм и в 2-12 раз по сравнению с телеобъективами. Если расстояние до объекта одинаково, а минимальный размер фокального пятна двух оптических систем меньше чем размер пикселя ПЗС-матрицы, угловая разрешающая способность будет определяться количеством пикселей ПЗС-матрицы на заданный угол поля зрения. Линейная разрешающая способность при использовании одного и того же типа ПЗС-матрицы в двух оптических системах, изменяется обратно пропорционально углу их поля зрения:According to this formula, the field of view angle will decrease 12-30 times compared to standard lenses with f = 20-50 mm and 2-12 times compared to telephoto lenses. If the distance to the object is the same, and the minimum focal spot size of two optical systems is less than the pixel size of the CCD matrix, the angular resolution will be determined by the number of pixels of the CCD matrix at a given angle of view. The linear resolution when using the same type of CCD in two optical systems varies inversely with the angle of their field of view:

Figure 00000011
Figure 00000011

где Т а и Тb - разрешение соответствующих оптических систем, α а , αb - углы их поля зрения.where T a and T b are the resolution of the corresponding optical systems, α a , α b are the angles of their field of view.

Таким образом, достигается указанный технический результат - увеличение линейного разрешения устройства.Thus, the specified technical result is achieved - an increase in the linear resolution of the device.

Claims (3)

Устройство для получения стереоскопических изображений малоразмерных объектов, содержащее регистрирующие устройства и лазер подсветки, отличающееся тем, что содержит последовательно расположенные на первой оптической оси: первый телеобъектив, первый микрообъектив, первый фокусировочный экран, первое регистрирующее устройство; последовательно расположенные на второй оптической оси: второй телеобъектив, идентичный первому, второй микрообъектив, идентичный первому, второй фокусировочный экран, идентичный первому, второе регистрирующее устройство, идентичное первому; расположение элементов на первой и второй оптической оси симметрично относительно третьей оптической оси, при этом первая и вторая оптические оси параллельны и расстояние В между ними лежит в интервале от 20 до 50 см; расстояние между первым фокусировочным экраном и первым регистрирующим устройством, а также расстояние между вторым фокусировочным экраном и вторым регистрирующим устройством равны и лежат в интервале от 5 до 15 см, расстояния x между первым телеобъективом и первым микрообъективом, а также между вторым телеобъективом и вторым микрообъективом равны и определяются соотношением:A device for obtaining stereoscopic images of small objects, comprising recording devices and a backlight laser, characterized in that it comprises sequentially located on the first optical axis: a first telephoto lens, a first micro lens, a first focusing screen, a first recording device; sequentially located on the second optical axis: the second telephoto lens identical to the first, the second micro lens identical to the first, the second focusing screen identical to the first, the second recording device identical to the first; the arrangement of elements on the first and second optical axis is symmetrical with respect to the third optical axis, while the first and second optical axes are parallel and the distance B between them lies in the range from 20 to 50 cm; the distance between the first focusing screen and the first recording device, as well as the distance between the second focusing screen and the second recording device are equal and lie in the range from 5 to 15 cm, the distances x between the first telephoto lens and the first micro lens, as well as between the second telephoto lens and the second micro lens are equal and are determined by the ratio:
Figure 00000012
Figure 00000012
 где
Figure 00000013
- фокусное расстояние телеобъективов,
Figure 00000014
- фокусное расстояние микрообъективов, d - расстояние между микрообъективами и фокусировочными экранами,
Figure 00000015
- расстояние от первого и второго телеобъективов до исследуемого объекта; при этом лазер подсветки находится от исследуемого объекта на расстоянии
Figure 00000016
, которое лежит в интервале от 250 до 600 см, лазер подсветки расположен на третьей оптической оси, параллельной первой и второй оптической оси, равноудалённой от них и лежащей с ними в одной плоскости; лазер подсветки содержит линзовую насадку, формирующую расходящийся пучок с углом расходимости
Figure 00000017
, первый телеобъектив, первый микрообъектив, первый фокусировочный экран, первое регистрирующее устройство образуют первую регистрирующую систему с углом поля зрения
Figure 00000018
, второй телеобъектив, второй микрообъектив, второй фокусировочный экран, второе регистрирующее устройство образуют вторую регистрирующую систему с углом поля зрения
Figure 00000019
, исследуемый объект располагается между первой и второй оптической осью, в области пространственного пересечения конуса поля зрения первой регистрирующей системы, конуса поля зрения второй регистрирующей системы и конуса лазерной подсветки; при этом лазер подсветки, первый телеобъектив, первый микрообъектив, первый фокусировочный экран, первое регистрирующее устройство, второй телеобъектив, второй микрообъектив, второй фокусировочный экран, второе регистрирующее устройство расположены на одной оптической плите.Where
Figure 00000013
- the focal length of telephoto lenses,
Figure 00000014
- the focal length of the micro lenses, d - the distance between the micro lens and the focusing screens,
Figure 00000015
- the distance from the first and second telephoto lenses to the studied object; while the backlight laser is at a distance from the object under study
Figure 00000016
, which lies in the range from 250 to 600 cm, the backlight laser is located on the third optical axis parallel to the first and second optical axis, equidistant from them and lying in the same plane with them; The backlight laser contains a lens nozzle forming a diverging beam with an angle of divergence
Figure 00000017
, the first telephoto lens, the first micro lens, the first focusing screen, the first recording device form the first recording system with a field of view angle
Figure 00000018
, a second telephoto lens, a second micro lens, a second focusing screen, a second recording device form a second recording system with a field of view angle
Figure 00000019
, the studied object is located between the first and second optical axis, in the area of the spatial intersection of the cone of the field of view of the first recording system, the cone of the field of view of the second recording system and the cone of laser illumination; wherein the backlight laser, the first telephoto lens, the first micro lens, the first focusing screen, the first recording device, the second telephoto lens, the second micro lens, the second focusing screen, the second recording device are located on one optical plate.
RU2017103661U 2017-02-03 2017-02-03 Device for obtaining stereoscopic images of small objects RU173576U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017103661U RU173576U1 (en) 2017-02-03 2017-02-03 Device for obtaining stereoscopic images of small objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017103661U RU173576U1 (en) 2017-02-03 2017-02-03 Device for obtaining stereoscopic images of small objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU173576U1 true RU173576U1 (en) 2017-08-31

Family

ID=59798338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017103661U RU173576U1 (en) 2017-02-03 2017-02-03 Device for obtaining stereoscopic images of small objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU173576U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU186634U1 (en) * 2018-10-23 2019-01-28 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") Device for obtaining two stereoscopic images of small objects in one digital frame

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5283640A (en) * 1992-01-31 1994-02-01 Tilton Homer B Three dimensional television camera system based on a spatial depth signal and receiver system therefor
JPH0730927A (en) * 1993-07-14 1995-01-31 Fujita Corp Stereoscopic vision video display method
JPH095050A (en) * 1995-06-20 1997-01-10 Olympus Optical Co Ltd Three-dimensional image measuring apparatus
CN104296681A (en) * 2014-10-16 2015-01-21 浙江大学 Three-dimensional terrain sensing device and method based on laser dot matrix identification

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5283640A (en) * 1992-01-31 1994-02-01 Tilton Homer B Three dimensional television camera system based on a spatial depth signal and receiver system therefor
JPH0730927A (en) * 1993-07-14 1995-01-31 Fujita Corp Stereoscopic vision video display method
JPH095050A (en) * 1995-06-20 1997-01-10 Olympus Optical Co Ltd Three-dimensional image measuring apparatus
CN104296681A (en) * 2014-10-16 2015-01-21 浙江大学 Three-dimensional terrain sensing device and method based on laser dot matrix identification

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU186634U1 (en) * 2018-10-23 2019-01-28 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") Device for obtaining two stereoscopic images of small objects in one digital frame

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7043085B2 (en) Devices and methods for acquiring distance information from a viewpoint
US9530213B2 (en) Single-sensor system for extracting depth information from image blur
CN102687056B (en) Sensor for microscopy
KR101605392B1 (en) Digital imaging system, plenoptic optical device and image data processing method
CN101496033B (en) Depth-varying light fields for three dimensional sensing
CN102944305B (en) Spectral imaging method and spectrum imaging instrument of snapshot-type high throughput
JP2009300268A (en) Three-dimensional information detection device
JP4673202B2 (en) Image input device
JP7086861B2 (en) 3D reconstruction method using a plenoptic camera
CN112469361B (en) Apparatus, method and system for generating dynamic projection patterns in confocal cameras
CN103793911A (en) Scene depth obtaining method based on integration image technology
CN109883391B (en) Monocular distance measurement method based on digital imaging of microlens array
Forman et al. Continuous parallax in discrete pixelated integral three-dimensional displays
CN108051183B (en) Focus type light-field camera parameter calibration method based on first-order theory
CN108924408B (en) Depth imaging method and system
US20140333532A1 (en) Stereoscopic image display apparatus and computer-readable recording medium storing program thereon
CN113302541A (en) Process and apparatus for capturing plenoptic images between arbitrary planes
Piao et al. Extended depth of field integral imaging using multi-focus fusion
RU173576U1 (en) Device for obtaining stereoscopic images of small objects
JP2009048033A (en) Stereoscopic image taking apparatus
JP2019213127A (en) Ip stereoscopic image display device and program thereof
JP2001275134A (en) Integral photography stereoscopic display device
US20100214395A1 (en) Camera System with Eye Finder Modules
CN110933279A (en) Method for determining relative positions of microlens array, relay lens and image sensor
KR20180048082A (en) Apparatus and method for assessing image quality of integral imaging display

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20190204

NF9K Utility model reinstated

Effective date: 20200211