RU2324914C2 - Method of identification of image areas distorted by comatic aberration, with subsequent correction - Google Patents
Method of identification of image areas distorted by comatic aberration, with subsequent correction Download PDFInfo
- Publication number
- RU2324914C2 RU2324914C2 RU2005131683/28A RU2005131683A RU2324914C2 RU 2324914 C2 RU2324914 C2 RU 2324914C2 RU 2005131683/28 A RU2005131683/28 A RU 2005131683/28A RU 2005131683 A RU2005131683 A RU 2005131683A RU 2324914 C2 RU2324914 C2 RU 2324914C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- distorted
- points
- brightness
- areas
- image
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано как для нахождения областей изображения, искаженных коматической аберрацией, так и для коррекции коматической аберрации оптической системы оптико-электронного датчика.The invention relates to computer technology and can be used both to find areas of the image distorted by comic aberration, and to correct comic aberration of the optical system of an optoelectronic sensor.
Известен объектив (патент РФ №2258247, опубликованный 10.08.2005, по заявке №2003107773/28 от 17.03.2003), коррекция коматической аберрации в котором осуществляется способом, который заключается в том, что для коррекции аберрации объектив содержит положительный компонент, расположенный со стороны предмета и включающий две линзы, одна из которых двояковыпуклая, и отрицательный компонент, расположенный со стороны изображения и выполненный в виде мениска.A known lens (RF patent No. 2258247, published August 10, 2005, according to application No. 2003107773/28 of March 17, 2003), in which the comatic aberration is corrected by a method that consists in the fact that the lens contains a positive component located on the side to correct aberration subject and including two lenses, one of which is biconvex, and a negative component located on the image side and made in the form of a meniscus.
Недостатком является наличие после коррекции остаточных аберраций, вызванных введением дополнительных линз.The disadvantage is the presence after correction of residual aberrations caused by the introduction of additional lenses.
Наиболее близким к предлагаемому является способ компенсации коматической аберрации, (патент США №5726436, опубликованный 10.03.1998, по заявке №762508 от 10.12.1996), заключающийся в том, что линза объектива собирает световой пучок лучей, излучаемый источником света, расположенным на оптической оси, разветвитель пучка лучей разделяет пучок света, излучаемый источником света, отраженный световым отражателем от оптического диска, детектор обнаруживает возвращенный свет, отделенный от светового пучка, излучаемого источником света. Первое оптическое компенсирующее устройство имеет выпуклую асферическую поверхность и располагается на оптическом пути, где световой пучок излучается источником света. Второе оптическое компенсирующее устройство имеет вогнутую асферическую поверхность и располагается на оптическом пути, где световой пучок излучается источником света.Closest to the proposed is a method of compensating for comatic aberration, (US patent No. 5726436, published March 10, 1998, according to the application No. 762508 of December 10, 1996), namely, that the objective lens collects a light beam of rays emitted by a light source located on an optical axis, the beam splitter separates the light beam emitted by the light source reflected by the light reflector from the optical disk, the detector detects the returned light separated from the light beam emitted by the light source. The first optical compensating device has a convex aspherical surface and is located on the optical path where the light beam is emitted by the light source. The second optical compensating device has a concave aspherical surface and is located on the optical path where the light beam is emitted by the light source.
Недостатком этого способа является внесение дополнительных погрешностей введенными для коррекции компенсирующими устройствами.The disadvantage of this method is the introduction of additional errors introduced for correction of compensating devices.
Технической задачей изобретения является повышение точности коррекции коматической аберрации.An object of the invention is to increase the accuracy of correction of comic aberration.
Задача решается тем, что по изображению, переданному оптической системой, определяют расстояние от точки предмета до главной оптической оси оптической системы, по радиусу диафрагмы и координатам геометрического центра тяжести изображения точки в виде светового пятна определяют диафрагменные координаты, находят величину коматчиеской аберрации, определяют искаженные области изображения, для чего производят поиск точек, при построении от которых заданной фигуры функция распределения яркости f(х,у) в этой фигуре удовлетворяет значению, экспериментально определенному для оптической системы, формируют массивы точек, входящих в искаженные области, осуществляют коррекцию яркостей точек в искаженных областях путем определения истинной яркости точек искаженной области. Изобретение может быть использовано для повышения точности передачи изображения оптических систем при их эксплуатации.The problem is solved in that the image transmitted by the optical system determines the distance from the point of the object to the main optical axis of the optical system, the diaphragm coordinates are determined by the radius of the aperture and the coordinates of the geometric center of gravity of the image as a light spot, the magnitude of the com aberration is determined, the distorted areas are determined image, for which they search for points, when constructing from which a given figure, the brightness distribution function f (x, y) in this figure satisfies the value, e experimentally determined for the optical system, form arrays of points included in the distorted areas, correct the brightness of the points in the distorted areas by determining the true brightness of the points of the distorted area. The invention can be used to improve the accuracy of image transmission of optical systems during their operation.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан ход лучей при коматической аберрации и обозначены точки, используемые в расчетах, на фиг.2 - схема, используемая для определения областей, искаженных коматической аберрацией.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows the path of rays during comatic aberration and indicates the points used in the calculations, Fig. 2 is a diagram used to determine areas distorted by comatic aberration.
Коматическая аберрация является одним из видов монохроматических аберраций и заключается в том, что симметричный относительно главного луча пучок, входящий в оптическую систему, становится асимметричным по выходе из системы (фиг.1) [Теория оптических систем. Учебник для вузов / Б.Н.Бегунов, Н.П.Заказнов, С.И.Кирюшин, В.И.Кузичев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1981. - С.158].Comatic aberration is one of the types of monochromatic aberration and consists in the fact that a beam that is symmetrical with respect to the main beam and enters the optical system becomes asymmetric upon exit from the system (Fig. 1) [Theory of optical systems. Textbook for high schools / B.N. Begunov, N.P. Zakaznov, S.I. Kiryushin, V.I. Kuzichev. - 2nd ed., Revised. and add. - M .: Mechanical Engineering, 1981. - P.158].
Наличие коматической аберрации в оптической системе приводит к тому, что вместо изображения в виде точки, в геометрическом смысле слова, имеет место световое пятно, напоминающее своей формой комету.The presence of comatic aberration in the optical system leads to the fact that instead of the image in the form of a point, in the geometric sense of the word, there is a light spot that resembles a comet in its shape.
[Прикладная оптика. Апенко М.И., Дубовик А.С. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1971. - С.147].[Applied Optics. Apenko M.I., Dubovik A.S. M .: Nauka, Main edition of the physics and mathematics literature, 1971. - P.147].
Коматическая аберрация зависит от расстояния у от точки предмета до главной оптической оси, диафрагменных координат m и М, постоянного для оптической системы коэффициента В.Comatic aberration depends on the distance y from the point of the object to the main optical axis, the diaphragm coordinates m and M, constant for the optical system coefficient B.
Рассмотрим определение расстояния у от точки предмета до главной оптической оси.Consider the determination of the distance y from the point of an object to the main optical axis.
Т.к. расстояние от диафрагмы до главной оптической системы по отношению к расстоянию от точки предмета до оптической системы мало, то можно им пренебречь. Таким образом, для того, чтобы найти расстояние от точки предмета до главной оптической оси, производят следующие расчеты:Because the distance from the diaphragm to the main optical system with respect to the distance from the point of the object to the optical system is small, then it can be neglected. Thus, in order to find the distance from the point of the object to the main optical axis, the following calculations are performed:
r - радиус диафрагмы;r is the radius of the diaphragm;
f - фокусное расстояние;f is the focal length;
r=ON=OK;r = ON = OK;
СТ - расстояние от центра изображения до крайней точки светового пятна.ST is the distance from the center of the image to the extreme point of the light spot.
Так как треугольники АТС и АОК подобны, тоSince the triangles of ATS and AOK are similar, then
Из фиг.1:From figure 1:
OC=f,OC = f,
Из треугольника АОКFrom triangle AOK
DT=|CT-r|,DT = | CT-r |,
ND=ОС=f.ND = OS = f.
Из треугольника DTN:From the triangle DTN:
LH=уLH = y
Так как треугольники LSH и SON подобны,Since the triangles LSH and SON are similar,
Пусть LO=lLet LO = l
Из треугольника OSN:From the OSN triangle:
Из треугольника ЕНК:From the ENK triangle:
ЕН=r-y,EH = r-y,
Пусть n - коэффициент преломления, определяющийся следующим образом:Let n be the refractive index, defined as follows:
sin φ=n·sin φ',sin φ = n
sin γ=n·sin γ'.sin γ = n
tgγ=tg(arcsin(sin γ))=tg(arcsin(n·sin γ')),tgγ = tg (arcsin (sin γ)) = tg (arcsin (n · sin γ ')),
tgφ=tg(arcsin(sin φ))=tg(arcsin(n·sin φ')),tgφ = tg (arcsin (sin φ)) = tg (arcsin (n · sin φ ')),
tgγ=tg(arcsin(n·sin(arctg(tgγ')))),tgγ = tg (arcsin (n * sin (arctan (tgγ ')))),
tgφ=tg(arcsin(n·sin(arctg(tgφ')))),tgφ = tg (arcsin (n * sin (arctan (tgφ ')))),
Из формулы (*) следует:From the formula (*) it follows:
l=tgφ·(r+y)l = tgφ (r + y)
Из формул (*) и (**) следует:From the formulas (*) and (**) it follows:
при γ>90°:at γ> 90 °:
tgγ·tgφ·(r+y)=r-y,tgγ · tgφ · (r + y) = r-y,
tgγ·tgφ·r+tgγ·tgφ·y=r-y,tgγ · tgφ · r + tgγ · tgφ · y = r-y,
r·(1-tgγ·tgφ)=у·(1+tgγ·tgφ),r · (1-tgγ · tgφ) = y · (1 + tgγ · tgφ),
при γ<90°:at γ <90 °:
tgγ·(r-y)=tgφ·(r+y),tgγ · (r-y) = tgφ · (r + y),
tgγ·r-tgγ·y=tgφ·r+tgφ·y,tgγ · r-tgγ · y = tgφ · r + tgφ · y,
r·(tgγ-tgφ)=у·(tgγ+tgφ),r · (tgγ-tgφ) = y · (tgγ + tgφ),
Таким образом,In this way,
Диафрагменные координаты определяются по изображению при известном радиусе диафрагмы путем определения полярных координат (r, а), где а - угол, определяемый по координатам геометрического центра тяжести изображения светового пятна, r - радиус диафрагмы, и последующего перехода к декартовым координатам (m, М).Aperture coordinates are determined by the image with a known aperture radius by determining the polar coordinates (r, a), where a is the angle determined by the coordinates of the geometric center of gravity of the light spot image, r is the radius of the aperture, and the subsequent transition to Cartesian coordinates (m, M) .
После нахождения расстояния от точки предмета до оптической оси у и диафрагменных координат m и М находят величину коматической аберрации по формулеAfter finding the distance from the point of the object to the optical axis y and the aperture coordinates m and M, the amount of comatic aberration is found by the formula
Δy'=By(3m2+M2),Δy '= By (3m 2 + M 2 ),
где Дy' - величина коматической аберрации.where Дy 'is the value of comatic aberration.
Для исправления коматической аберрации выявляют искаженные области. Для этого от крайней точки Т светового пятна (фиг.2) откладывают расстояние, равное величине коматической аберрации. После чего от полученной точки Р строят две вспомогательные прямые под углом 30 градусов к прямой PT (фиг.2). Далее строят окружность радиусом RT.To correct comic aberration, distorted areas are detected. For this, from the extreme point T of the light spot (Fig. 2), a distance equal to the amount of comatic aberration is laid aside. Then, from the obtained point P, two auxiliary lines are constructed at an angle of 30 degrees to the line PT (Fig. 2). Next, build a circle of radius RT.
Для выявления искаженной области, нуждающейся в коррекции, необходимо знать координаты точек Р, U, V, R. Для чего при известных координатах точки Т производят следующие расчеты. Рассмотрим проводимые расчеты для первой четверти изображения (при х>0, y>0). Для остальных четвертей вычисления будут аналогичны.To identify a distorted area that needs correction, it is necessary to know the coordinates of the points P, U, V, R. For this, with the known coordinates of the point T, the following calculations are performed. Consider the calculations for the first quarter of the image (for x> 0, y> 0). For the remaining quarters, the calculations will be similar.
Пусть (хT, yT) - координаты точки Т (фиг.2).Let (x T , y T ) be the coordinates of the point T (Fig. 2).
Т.к. С - центр изображения, принимаемый за начало координат,Because C is the center of the image, taken as the origin,
СТY=ТТx=уT, СТX=хT.CT Y = TT x = y T , CT X = x T.
Из фиг.2 видно, что угол TCTx равен углу TPJ, следовательно:From figure 2 it is seen that the angle TCT x is equal to the angle TPJ, therefore:
tg∠TCTx=tg∠TPJ,tg∠TCT x = tg∠TPJ,
Известно, что РТ (фиг.2) - величина коматической аберрации, равная Дy'It is known that RT (figure 2) is the amount of comatic aberration equal to Dy '
Рассмотрим треугольник PTJ:Consider the PTJ triangle:
По теореме Пифагора:By the Pythagorean theorem:
Из формул (1) и (2):From formulas (1) and (2):
Из формул (2) и (3):From formulas (2) and (3):
Пусть (xP, yP) - координаты точки Р (фиг.2).Let (x P , y P ) be the coordinates of the point P (Fig. 2).
xP=xT-PJ,x P = x T -PJ,
yP=yT-TJ.y P = y T -TJ.
Рассмотрим равные треугольники UPR и VPR:Consider equal triangles UPR and VPR:
Т.к. угол UPJ=60° [Прикладная оптика. Апенко М.И., Дубовик А.С. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1971. - С.147], углы UPR и VPR равны 30°,Because angle UPJ = 60 ° [Applied optics. Apenko M.I., Dubovik A.S. M .: Nauka, General Physics and Mathematics, 1971. - P.147], the angles of UPR and VPR are 30 °,
sin∠UPR=sin∠VPR,sin∠UPR = sin∠VPR,
PR=2UR.PR = 2UR.
Т.к. UR=VR=RT (фиг.2)Because UR = VR = RT (Fig. 2)
Δy'=PT=PR+RT=2UR+RT=2RT+RT=3RT,Δy '= PT = PR + RT = 2UR + RT = 2RT + RT = 3RT,
Пусть (хR,уR) - координаты точки R (фиг.2). Эти координаты определяются аналогично координатам точки Р (формулы (5) и (6)).Let (x R , y R ) be the coordinates of the point R (Fig. 2). These coordinates are determined similarly to the coordinates of point P (formulas (5) and (6)).
Т.к. Because
Угол Angle
По теореме Пифагора:By the Pythagorean theorem:
Из треугольника PUUx.From the triangle PUU x .
yU=yP+UUx,y U = y P + UU x ,
Угол Angle
Координаты точки V находятся аналогично координатам точки U. Таким образом, согласно формулам (11) и (12):The coordinates of the point V are found similarly to the coordinates of the point U. Thus, according to formulas (11) and (12):
В результате получают область, ограниченную двумя прямыми и дугой окружности с центром в точке R. Данная область нуждается в коррекции.The result is an area bounded by two straight lines and an arc of a circle centered at point R. This area needs correction.
Для определения всех искаженных областей изображения последовательно по всему кадру производится поиск точек, при построении от которых заданной фигуры закон распределения яркости удовлетворяет заранее определенному для каждой конкретной оптической системы шаблонному значению, после чего при выполнении данного условия формируется массив точек, входящих в искаженную область для последующей коррекции.To determine all distorted areas of the image, a search is made for the points in sequence, when constructing from which a given figure, the law of brightness distribution satisfies the template value predefined for each specific optical system, after which, when this condition is fulfilled, an array of points is included in the distorted area for correction.
Коррекция яркостей точек в искаженных областях осуществляется путем определения истинной яркости точек искаженной области. Яркость определяется по формулеThe brightness of the points in the distorted areas is corrected by determining the true brightness of the points of the distorted area. The brightness is determined by the formula
fкор=fтек-f(x,y),f cor = f tech -f (x, y),
где fтек - текущая яркость, f(x,y) - функция распределения яркости в искаженной области в зависимости от расстояния от крайней точки светового пятна, определяемая экспериментально для каждой оптической системы.where f tech is the current brightness, f (x, y) is the brightness distribution function in the distorted region depending on the distance from the extreme point of the light spot, determined experimentally for each optical system.
Способ позволяет повысить качество изображений за счет повышения точности коррекции коматической аберрации путем нахождения областей изображения, искаженных коматической аберрацией и их последующей коррекцией.The method allows to improve the quality of images by improving the accuracy of correction of comic aberration by finding areas of the image distorted by comatic aberration and their subsequent correction.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005131683/28A RU2324914C2 (en) | 2005-10-12 | 2005-10-12 | Method of identification of image areas distorted by comatic aberration, with subsequent correction |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005131683/28A RU2324914C2 (en) | 2005-10-12 | 2005-10-12 | Method of identification of image areas distorted by comatic aberration, with subsequent correction |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005131683A RU2005131683A (en) | 2007-04-20 |
RU2324914C2 true RU2324914C2 (en) | 2008-05-20 |
Family
ID=38036674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005131683/28A RU2324914C2 (en) | 2005-10-12 | 2005-10-12 | Method of identification of image areas distorted by comatic aberration, with subsequent correction |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2324914C2 (en) |
-
2005
- 2005-10-12 RU RU2005131683/28A patent/RU2324914C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005131683A (en) | 2007-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7672049B2 (en) | Telescope and panfocal telescope comprising planoconvex of planoconcave lens and deflecting means connected thereto | |
CN107806819B (en) | Optical path alignment methods for the detection of convex aspheric surface reflecting mirror | |
WO2020094129A1 (en) | Laser radar system and laser radar | |
US10175041B2 (en) | Measuring head and eccentricity measuring device including the same | |
US20160004073A1 (en) | Geodetic instrument with diffractive optical elements | |
CN107589518B (en) | Optical lens and laser centering measurement device with same | |
CN205750080U (en) | A kind of imaging optical system of the double inclination of image | |
CN110836642A (en) | Color triangular displacement sensor based on triangulation method and measuring method thereof | |
JP2016502678A (en) | Optical device, imaging system incorporating the optical device, and method of imaging a sample implemented by the imaging system | |
JP2005265616A (en) | Optical displacement measuring device | |
RU2324914C2 (en) | Method of identification of image areas distorted by comatic aberration, with subsequent correction | |
CN106802232A (en) | A kind of microcobjective numerical aperture measuring method and system based on total reflection | |
US10690892B2 (en) | Telecentric lens | |
JP2003050109A (en) | Surface shape measuring device and measuring method | |
US20170102233A1 (en) | Image-Forming Optical Component And Optical System Of Surveying Instrument | |
CN210155433U (en) | Optical system for high-precision optical centering based on auto-collimation method | |
TWI770182B (en) | Measurement system and measurement method | |
JP2008045891A (en) | Radiation thermometer | |
CN114690393B (en) | Internal focusing telescope | |
US7876499B1 (en) | Objective lens | |
CN217689587U (en) | Line dispersion lens and line spectrum confocal sensor | |
WO2017068683A1 (en) | Optical element | |
JP4252810B2 (en) | Interferometer reference lens | |
RU118079U1 (en) | OPTICAL SYSTEM OF THE RECEIVER UNIT OF A LASER RANGE | |
CN117872595A (en) | Double-vision light pipe, sphere center image measuring method, centering instrument and centering vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |