SU1444695A1 - Устройство дл проверки фотографической разрешающей способности высокоскоростных камер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптико- механической пpo в шшeннocти и позвол ет повысить точность контрол  аппаратуры дл  высокоскоростной съемки. Устройство содержит тест-объекты 6 в виде прозрачных полос на боковой поверхности 5 части полого цилиндра. укрепленной на корпусе 19. Тест-объекты 6 последовательно разворачиваютс  посредством зеркального многогранника 8 и проецируютс  объективом 9 на тест-объект 3 в виде пластины с группами щелей, установленной в плоскости кадрового окна 4. Картина, полученна  при наложении друг на друга тест-объектов 3 и 6, проецируетс  коллективом 12, объективом 1 и цилиндрической линзой 11 во входной зрачок испытуемой камеры 10. Корпус 19 с осветительной, системой 13, 14 и размещенными в нем тест-объектами 6, многогранником 8 и объективом 9 может поворачиватьс  вокруг оптической оси объектива 1 во втулках 21 и 22. Стакан 25 с расположенными в нем кадровым окном 2, коллективом 12, объективом 1 и цилиндрической линзой 11 также установлен с возможностью поворота относительно оптической оси объектива 1. 3 з.п. , 7 ил. (Л е

Description

13

4 4ib 4;

Од

;о &1

Изобретение относитс  к оптико- механической промьшшениости, в част- кости к контрольно-юстировочной аппаратуре .

Цель изобретени  - повышение точности .

На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; на фиг. 2 и 3 - тест-объекты , используемые в устройстве; на 10 фиг. 4 - принцип получени  движущегос  изображени  с использованием тест- объектов; на фиг. 5 - принцип образоустановлен коллектив 12, который совместно с коллимационным объективом 1 проецирует изображение зрачка проекционного объектива 9 во входной зрачок исследуемой высокоскоростной камеры 10. Тест-объекты 6, расположенные на цилиндрической поверхности 5, освещаютс  осветительной системой в виде источников 13 света и конденсоров 14. Дл  стабилизации угловой скорости вращени  привода 7 р дом с зеркальным многогранником 8 установлен датчик положени , состо щий из

вани  линейной периодической структуры в поле зрени  исследуемой камеры; 15источника 15 света, объектива 16 и . 6 - вьшод скорости перемеще-фотоприемника 17. Сигнал от фотопри- ни  изображени  тест-объектов; наемника 17 поступает на блок 18 управ- фиг. 7 - распределение освещенностилени . Напр жение питани , соответст- в линейной периодической структуре.вующее требуемой угловой скорости

Устройство дл  проверки фотографи- 20вращени  зеркального многогранника ческой разрешающей способности высоUJ , поступает на привод 7 с блока 18 управлени . Дп  проверки разрешающей способности высокоскоростной камеры 10 в различных направлени х в плос- 25 кости кадра высокоскоростной камеры 10 корпус 19 устройства, с которым жестко св зана часть полого цилиндра 5, установлен в подставке 20, имеющей втулки 21 и 22. Во втулки вход т соответственно палец 23, закреплен- ньш на корпусе 19, и труба 24, котора   вл етс  частью корпуса 19 и укреплена в его световом окне в. Внут- ри трубы 24 установлен стакан 25, в котором закреплены кадровое окно 2, объектив 1 коллиматора, цилиндрическа  линза 11 и коллектив 12. Стакан 25 установлен в трубе 24 с возможностью вращени  вокруг оптической оси объектива 1. Оси втулок 21 и 22 также соосны с оптической осью объектива 1, таким образом, корпус 19 с установленными на нем тест-объектами 6, источниками света 13, конденсорами

коскоростных камер содержит коллимационный объектив 1, кадровое окно 2, в котором установлен тест-объект в виде пластины 3 с параллельными щел ми а. Щели а выполнены несколькими группами, причем в каждой группе полосы выполнены с равным шагом ti, но дл  каждой группы шаг полос

имеет свое значение (фиг.З). Пластина 3 установлена в направл ющих 4 и расположена в фокальной плоскости объектива 1. На боковой поверхности 5 части полого цилиндра радиусом R расположены тест-объекты 6, вьтолнен ные в виде параллельных прозрачных полос б на непрозрачном фоне, расположенных под углом к образующей цилиндрической поверхности 5, причем начало последующей полосы и конец предыдущей полосы лежат на пр мой, совпадающей с образующей цилиндрической поверхности 5. На выходном

UJ, поступает на привод 7 с блока 18 управлени . Дп  проверки разрешающей способности высокоскоростной камеры 10 в различных направлени х в плос- 25 кости кадра высокоскоростной камеры 10 корпус 19 устройства, с которым жестко св зана часть полого цилиндра 5, установлен в подставке 20, имеющей втулки 21 и 22. Во втулки вход т соответственно палец 23, закреплен- ньш на корпусе 19, и труба 24, котора   вл етс  частью корпуса 19 и укреплена в его световом окне в. Внут- ри трубы 24 установлен стакан 25, в котором закреплены кадровое окно 2, объектив 1 коллиматора, цилиндрическа  линза 11 и коллектив 12. Стакан 25 установлен в трубе 24 с возможностью вращени  вокруг оптической оси объектива 1. Оси втулок 21 и 22 также соосны с оптической осью объектива 1, таким образом, корпус 19 с установленными на нем тест-объектами 6, источниками света 13, конденсорами

Устройство работает следующим образом .

Дл  проверки фотографической развалу стабилизированного привода 7

установлен зеркальный многогранник 8,45 т.п. имеет возможность вращатьЪсъ вращени  которого параллельна вокруг оптической оси объектива 1. разующей цилиндрической поверхности 5. Между многогранником 8 и кадровым окном 2 на оптической оси объектива

1 установлен проекционный объектив Э.прешающей способности высокоскоростЧерез проекционный объектив 9 и гра-ной камеры 10 по центру пол  зрени 

ни многогранника 8 тест-объекты 6(в центре кадра) последнюю устанавлиоптически сопр жены с тест-объектомвают так, чтобы объектив камеры и

3, установленным в кадровом окне 2.объектив 1 устройства были соосны.

Между объективом 1 и исследуемой ка- 55Подвижкой пластины 3 вдоль направл мерой 10 установлена цилиндрическа ющих 4 устанавливают тест-объект 3

линза 11, образующа  цилиндрическойтак, чтобы против кадрового окна 2

поверхности которой параллельна ще-находилась группа-параллельных щелей

л м а пластины 3. За пластиной 3а, расположенных на пластине 3, с

установлен коллектив 12, который совместно с коллимационным объективом 1 проецирует изображение зрачка проекционного объектива 9 во входной зрачок исследуемой высокоскоростной камеры 10. Тест-объекты 6, расположенные на цилиндрической поверхности 5, освещаютс  осветительной системой в виде источников 13 света и конденсоров 14. Дл  стабилизации угловой скорости вращени  привода 7 р дом с зеркальным многогранником 8 установлен датчик положени , состо щий из

источника 15 света, объектива 16 и фотоприемника 17. Сигнал от фотопри- емника 17 поступает на блок 18 управ- лени . Напр жение питани , соответст- вующее требуемой угловой скорости

вращени  зеркального многогранника

UJ, поступает на привод 7 с блока 18 управлени . Дп  проверки разрешающей способности высокоскоростной камеры 10 в различных направлени х в плос- кости кадра высокоскоростной камеры 10 корпус 19 устройства, с которым жестко св зана часть полого цилиндра 5, установлен в подставке 20, имеющей втулки 21 и 22. Во втулки вход т соответственно палец 23, закреплен- ньш на корпусе 19, и труба 24, котора   вл етс  частью корпуса 19 и укреплена в его световом окне в. Внут- ри трубы 24 установлен стакан 25, в котором закреплены кадровое окно 2, объектив 1 коллиматора, цилиндрическа  линза 11 и коллектив 12. Стакан 25 установлен в трубе 24 с возможностью вращени  вокруг оптической оси объектива 1. Оси втулок 21 и 22 также соосны с оптической осью объектива 1, таким образом, корпус 19 с установленными на нем тест-объектами 6, источниками света 13, конденсорами

Устройство работает следующим образом .

Дл  проверки фотографической вокруг оптической оси объектива 1.

требуемым шагом t; . Подают напр жение питани  на Слок 18 управлени  и лампы 13 накаливани . Лампы 13 накаливани  через конденсоры 14 равномерно с освещают тест-объекты 6, нанесенные на цилиндрической поверхности 5 в виде параллельных прозрачных полос б. С блока 18 управлени  напр жение, соответствующее заданной угловой ско-10 рости вращени  многогранника 8, поступает на привод 7. Обратна  св зь дл  стабилизации привода 7 по заданной угловой скорости осуществл етс  с помощью датчика, состо щего из ис- Точников 15 света (светодиода), объектива 16 и фотоприемника 17. Изображение источника 15 света с помощью объектива 16 строитс  на фотоприемнике 17 после отражени  от многогран- 20 ника 8. При вращении многогранника 8 изображение источника 15 света, отраженное от каждой грани многогранника, проходит по фотоприемнику 17, выраба- тьта  сигнал, частота которого соответствует угловой скорости вращени  многогранника. В блоке 18 управлени  частота сигнала от датчика сравниваетс  с эталонной частотой. В зависимости от знака рассогласовани  с бло- 30 ка 18 управлени  подаетс  большее или меньшее напр жение на привод 7, который соответственно увеличивает или уменьщает угловую скорость вращени 

кой линзы 11 и оптической системы испытуемой высокоскоростной камеры 10 переноситс  в фокальную плоскость высокоскоростной камеры 10. При этом цилиндрическа  линза 11 в плоскости параллельно которой расположены поло сы щели а пластины 3, работает как плоскопараллельна  пластина (фиг.5), а во взаимно перпендикул рной плоскости - как положительна  линза, котора  фокусирует изображение фигур г с пластины 3 в плоскость зрачка камеры 10. Поэтому в фокальной плос- 15 кости высокоскоростной камеры 10 изо

ражаютс  полосы с шагом Р , который

определ ют из выражени 

Р

fgcT

(2)

25

f. где Р - шаг ромбовидных фигур г

в горизонтальном направлении ;

эквивалентное фокусное рассто ние провер емой камеры 10;

фокусное рассто ние объектива 1 устройства.

(}

сг

Полосы в фокальной плоскости каме ры образуютс  из-за размыти  изображени  цилиндрической линзой в направ лении, перпендикул рном щел м а пластины 3. Например, точки а,Ь,с

зеркального многогранника до достиже- .gg (фиг. 6) тест-объектов 6 отражаютс 

от зеркальной грани многогранника 8

ВИЯ требуемой угловой скорости. Изображение тест-объектов 6, отраженное от грани зеркального многогранника 8, с помощью проекционного объектива 9 строитс  в плоскости тест-объекта 3. При этом изображение прозрачных освещенных полос б тест-объектов 6 накладываетс  на щели а пластины 3, нанесенные с шагом t- (фиг.4), которые вьфезают из полос б тест-объектов 6 ромбовидные фигуры г, расположенные в горизонтальном направлении с шагом

и изображаютс  как а

Объек

тив 9 переносит изображение точек а, Ь,с в плоскость пластины 3 и формиН , (I Я

40 РУет изображени  а

Ь,

При вра

45

щении многогранника 8 со скорость(О точки а , Ь , с перемещаютс  в направлении , перпендикул рном статической оси проекционного объектива 9. Соответственно перемещаютсй и точ , Ъ, с в направлении, перпендикул рном щел м а пластины 3. Следовательно , скорость перемещени  изображени  тест-объектов ,6 в плоскости пластины 3

Р . , tgot

(1)

кой линзы 11 и оптической системы испытуемой высокоскоростной камеры 10 переноситс  в фокальную плоскость высокоскоростной камеры 10. При этом цилиндрическа  линза 11 в плоскости, параллельно которой расположены полосы щели а пластины 3, работает как плоскопараллельна  пластина (фиг.5), а во взаимно перпендикул рной плоскости - как положительна  линза, котора  фокусирует изображение фигур г с пластины 3 в плоскость зрачка камеры 10. Поэтому в фокальной плос- кости высокоскоростной камеры 10 изображаютс  полосы с шагом Р , который

определ ют из выражени 

Р

fgcT

(2)

f. где Р - шаг ромбовидных фигур г

в горизонтальном направлении ;

эквивалентное фокусное рассто ние провер емой камеры 10;

фокусное рассто ние объектива 1 устройства.

(}

сг

Полосы в фокальной плоскости камеры образуютс  из-за размыти  изображени  цилиндрической линзой в направлении , перпендикул рном щел м а пластины 3. Например, точки а,Ь,с

и изображаютс  как а

Объектив 9 переносит изображение точек а, Ь,с в плоскость пластины 3 и формиН , (I Я

РУет изображени  а

Ь,

При вра

щении многогранника 8 со скорость(О точки а , Ь , с перемещаютс  в направлении , перпендикул рном статической оси проекционного объектива 9. Соответственно перемещаютсй и точ- , Ъ, с в направлении, перпендикул рном щел м а пластины 3. Следовательно , скорость перемещени  изображени  тест-объектов ,6 в плоскости пластины 3

t;

Л шаг i-rpynm.i щелей а пластины 3;

угол наклона полос б тест- объектов 6 относительно полос щелей а пластины 3.

Изображение ромбовидных фигур г помощью объектива 1, цнлиндричесVe

2шар

(3)

где Vg - скорость перемещени  изобра жени  тест-объектов 6; Q - углова  скорость зеркально-

го многогранника 8; R - радиус цилиндрической верхности 5;

fi - линейное увеличение объектива 9.

Поскольку изображение тест-объектов 6 имеет наклон oi (фиг.4), то перемещение изображени  в направлении Vg вызьгоает смещение ромбовидных гур г в направлении щелей а, вьшол- ненных на пластине 3, со скоростью

Ve 2 оэКв tgoi tgli.

(4)

Смещение (движение) фигур г в плоскости пластины 3 вызывает смещение полос линейной структуры с шагом Р в фокальной плоскости высокоскоростной камеры 10 со скоростью t

ffc

V. V, (5)

Смещение полос линейной структуры происходит в одном направлении с сохранением шага Р в фокальной плоскости высокоскоростной камеры 10. В устройстве предусмотрено как плавное, так и ступенчатое изменение периода Р полос в фокальной плоскости провер емой камеры 10. Плавное изменение шага полос осуществл етс  на основании выражени  (1) за счет изменени  угла 6L . Дп  изменени  угла oi предусмотрен разворот стакана 25, в котором закреплены кадровое окно 2, пластина 3, коллектив 12, объектив 1

14446956

ройства также пластина 3, цилиндрическа  линза 11, источник 13 света и конденсоры 14. Это приводит к повороту полос в фокальной плоскости высокоскоростной камеры 10 на нужный угол. Корпус 19 фиксируетс  на выбранном угле расположени  полос, и при вращении многогранника 8 полосы

IQ б непрерывно смещаютс  в направлении, перпендикул рном образованным полосам . В фокальной плоскости камеры 10 происходит непрерывное движение полос б, так как после полного смеще ., НИН одной полосы б тест-объекта 6 подходит друга  полоса, поскольку полосы тест-объектов 6 расположены так, что конец предьщущей полосы расположен на одной пр мой с началом

2Q последующей полосы (фиг.2). Причем эта пр ма   вл етс  образующей боковой поверхности части полого цилиндра 5. Таким образом, в поле зрени  высокоскоростной камеры 10 в.любой

25 момент времени присутствуют движущн- ес  полосы, причем движение полос происходит в пределах любой наперед заданной зоне пол  зрени . Выбором соотношени  фокусных рассто ний объ30

ектива 1 (цст ) эквивалентного фокусного рассто ни  камеры 10 (f) достигают того, чтобы движение линейной структуры в фокальной плоскости камеры 10 составл ло 1-1,5 мм, что позвол ет судить о разрешакнцей спои цилиндрическа  линза 11. Разворот собности высокоскоростной камеры в осуществл етс  в трубе 24 соосно с определенной точке пол  зрени . Вы- объективом 1. За счет разворота обес- зоД полос линейной структуры в нужную печиваетс  плавное изменение угла oi. между щел ми а пластины 3 и полосами б тест-объектов 6. Угол d- изме 40

точку ПОЛЯ зрени  осуществл ют наклонами подставки 20 относительно камеры 10 либо наклонами оптической оси самой высокоскоростной камеры 10. Таким образом, обеспечиваетс  проверка высокоскоростной камеры 10 на возможность регистрации объектов, содержащих периодическую структуру с шагом Р, определ емым выражением (1), и движущихс  со скоростью V, определ емой выражением (4). Изменение скорости V, осуществл етс  изменением угловой скорости а вращени  зеркального многогранника 8 за счет изменени  напр жени , подаваемого от блока 18 управлени . Изменение а приводит к изменению V. согласно вы- 55 ражению (4).

н етс  в пределах +3 , .что позвол ет плавно измен ть разрешающую способность в пределах +3 . Ступенчатое изменение периода осуществл етс  пе- демещением пластины 3 в направл ющих 4 и установкой группы щелей а с разным шагом tj перед кадровым окном 2. Изменение шага t; соответствует изменению Р на 5 мм между группами полос . Дл  обеспечени  проверки разрешающей способности во всех направлени х в плоскости кадра высокоскоростной камеры 10 корпус 19 устройства йоворачиваетс  на угол ±90° во втулках 21 и 22 подставки 20. Во втулки вход т палец 23 и труба 24 корпуса 19. При развороте корпуса 19 разворачиваютс  вокруг оптической оси уст

собности высокоскоростной камеры в определенной точке пол  зрени . Вы- зоД полос линейной структуры в нужную

0

.г

точку ПОЛЯ зрени  осуществл ют наклонами подставки 20 относительно камеры 10 либо наклонами оптической оси самой высокоскоростной камеры 10. Таким образом, обеспечиваетс  проверка высокоскоростной камеры 10 на возможность регистрации объектов, содержащих периодическую структуру с шагом Р, определ емым выражением (1), и движущихс  со скоростью V, определ емой выражением (4). Изменение скорости V, осуществл етс  изменением угловой скорости а вращени  зеркального многогранника 8 за счет изменени  напр жени , подаваемого от блока 18 управлени . Изменение а приводит к изменению V. согласно вы- 5 ражению (4).

Методика определени  по реальным параметрам быстродвижущихс  объектов требуемых t и CJ при проверке фотогра50

фической разрешающей способности вы-- |Сокоскоростных камер на данном устройстве заключаетс  в следующем.

Пусть требуетс  проверить способность высокоскоростной камеры зарегистрировать объект, движущийс  со скоростью Vft и имеющий вид линейной структуры, с шагом Р, Пусть объект расположен на рассто нии 1 от высокоскоростной камеры, причем рассто ние 1 значительно больше фокусного рассто ни  камеры f . Тогда

Vo

Vr

(6) 15

де 1 f .

V. V . рассто ние от камеры до объекта;

эквивалентное фокусное рассто ние высокоскоростной камеры;

скорость объек-ра в направлении , перпендикул рном оптической оси камеры; скорость смещени  изображени  в фокальной плоскости высокоскоростной камеры.

Использу  выражение (5),получают

(7)

Отсюда, использу  выражение (4), получают требуемую угловую скорость вращени  зеркального многогранника устройства

Q

Vo-fj|CK tgoL

(8)

Ь,х о; -|- tg -I -jj

У

-tgai,X

о, X Обозначим

t Kb.

(12)

Функци  у из выражени  (11) периодическа  и четна , поэтому при разложении ее в р д Фурье по косинусам получают

Аналогично получают выражение дл  t. Дл  этоГо используем зависимость, аналогичную (6):

ir p

(9)

где Pjj - период линейной структуры

объекта;

P - период изображени  линейной структуры в фокальной плоскости высокоскоростной камеры .

Использу  вьфажени  (9), (2) и (1), получают

(10)

t

Выбор оптимальной величины угла ei между лини ми б тест-объектов 6 и щел ми а на пластине 3 осуществл етс  следующим образом. Пусть ширина щелей а в плоскости пластины 3, вы- полненных с шагом t, равна 1. Пусть такую же ширину составл ет изображение линий б тест-объектов 6 (фиГ.4) в плоскости пластины 3. При совмещении линий а и б образуютс  свет щиес  ромбовидные фигуры г, которые затем цилиндрической линзой t1 раз- мьгоаютс  вдоль направлени  оси ОУ (фиг.7). Распределение освещенности в каждой линии, образованной от ромбовидных фигур г, пропорционально изменению сечени  фигуры вдоль оси ОУ, т.е. имеет вид трапеций, расположенных с шагом Р вдоль оси ОХ (фиг.7). Таким образом, распределение освещенности вдоль ОХ пропорционально выражению

2b

V +

К cosoL

5

сю

г

2Ь

К

«

:i:

о

1+tg -Y

nil

sin

Jil , 1

к cosei

- 1) + sin; sin

п иК cosoi

n irl

K-J

ntgot. xcos 2n

K.U

(13)

В данном случае период Р, определ емый выражением (1),  вл етс  минимальным дл  оценки разрешающей способности высокоскоростной камеры, поэтому оптическа  система высокоскоростной камеры Ю пропускает только первую гармонику из разложени  (13). Оптимальное значение угла об находитс  из услови , чтобы на первую гармо нику приходилось: максимально возмож Ное значение переносимой энергии. Бы ло определено, что оптимальным значе нием угла об  вл етс  oi. 40 при К 2,4.

Claims (4)

1. Устройство дл  проверки фотографической разрешающей способности высокоскоростных камер, содержащее Корпус, размещенные в нем осветитель Ную систему, держатель дл  тест-объектов , привод, а также последовательно установленные за световым окном корпуса на оптической оси кадровое окно и коллимационный объектив, о тличающеес  тем, что, с целью повьпиени  точности, держатель выполнен в виде жестко св занной с Корпусом части полого цилиндра, на боковой поверхности расположены тест- объекты, каждый из которых оптически сопр жен с кадровым окном через зеркальные грани введенного многокран- ника, установленного внутри части

Фи8.2

10

15

20

25

30

35

полого цилиндра на выходном валу привода, ось вращени  которого перпендикул рна оптической оси и параллельна оси части полог© цилиндра и через введенный проекционный объектив , расположенный на оптической оси перед кадровым окном, при этом устройство снабжено дополнительным тест- объектом, вьтолненным в виде расположенной в кадровом окне с возможностью перемещени  пластины с группами па . раллельных щелей, в каждой группе щели выполнены с соответствуюпщм шагом , и цилиндрической линзой, установленной за коллимационным объективом , образующа  цилиндрической поверхности которой параллельна щел м пластины.

2.Устройство поп.1,отлича- ю щ е е с   тем, что основные тест- объекты выполнены в виде параллельных прозрачных полос на непрозрачном фоне , расположенных под углом к образующей боковой поверхности части полого цилиндра, причем начало последующей и конец предьщущей полос лежат на пр мой, совпадакщей с образующей боковой поверхности.

3.Устройство по п.1, отличающее с   тем, что кадровое окно

с расположенным в нем дополнительным тест-объектом и цилиндрическа  линза установлены с возможностью одновременного поворота.

4.Устройство по П.1, отличающеес  тем, что корпус устройства установлен с возможностью поворота вокруг оптической оси.

-&

J,-L

Фиг.З

o(

Фив4

Фи8.5

с

I

Фие.6

Составитель С.Шигалович Редактор А.Огар . Техред М.Ходанич Корректор М.Васильева

Заказ 6503/44

Тираж 442

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Фив.7

Подписное