УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ И СРАВНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ ОПТИЧЕСКИХ, ФОТО- И ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и может использоваться для сравнительной оценки характеристик объективов, телевизионных камер, трактов обработки и линий передачи телевизионного сигнала в системах видеонаблюдения.
Наиболее важным параметром оценки качества изображающей оптической системы является частотно-контрастная характеристика (ЧКХ), которая, в сущности, является функцией коэффициента передачи контраста изображения от пространственной частоты, характеризуя возможности системы адекватно передавать в изображении детали объекта любых размеров. Максимальное значение этой функции равно единице, а коэффициент передачи контраста последовательной системы равен произведению коэффициентов передачи контраста каждого элемента системы (см. «Оптико-механическая промышленность» №1, 1967 г., с.12 и №8, 1978 г., с.5).
Степень «расплывания» изображения точки при ее отображении с помощью оптических средств связана с их аберрациями и увеличивается от центральной области изображения к краю, т.к. к сферической и хроматической аберрациям присущим центральной (приосевой) области добавляются внеосевые искажения - астигматизм, кривизна поля изображения и кома. Практически, все эти искажения изображения суммарно отображены в ЧКХ, снятой в центральной и периферийных
областях изображения. Однако, при оценке качества изображения двухмерного распределения яркости играет роль еще один вид внеосевых аберраций - дисторсия, заключающаяся в нарушении геометрического подобия объекта и его изображения, т.е. ЧКХ в центре изображения и на его периферии вместе с дисторсией являются параметрами, полностью характеризующими качество полученного изображения и изображающей системы.
Известно устройство для контроля частотно-контрастной характеристики, которое описано в книге Петрова В.П. Контроль качества и испытание оптических приборов, Л. Машиностроение, Ленинградское отделение, 1985 с.162. В нем щелевая диафрагма, освещаемая источником света через конденсатор и матовое стекло, находится в фокальной плоскости объектива коллиматора. Изображение щели строится в фокальной плоскости контролируемого объектива и дополнительным объективом проецируется в плоскость вращаемого электродвигателем растрового диска. Модулированные световые сигналы попадают на фотоприемник. Электронный блок обрабатывает сигналы, снимаемые с фотоприемника, и выдает информацию о годности объектива. В установке автоматически обеспечивается вращение объектива вокруг оптической оси и наклон объектива для контроля ЧКХ по полю изображения. В результате измерения происходит отбраковка объектива по минимальному значению ЧКХ. При этом, однако теряется информация, в какой области поля изображения объектив дает недопустимо низкий коэффициент передачи контраста. Кроме того, недостатком данного устройства является отсутствие технической возможности контроля дисторсии оптической системы.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели и принятым за прототип является устройство оценки и сравнения характеристик элементов оптоэлектронной системы (патент США №5629766, опубл 13.05.1997), содержащее тестовый объект, фотоэлектронный приемник изображения, а также средства для обработки получаемых данных и расчета ЧКХ. В прототипе в качестве тестовых объектов предложено использовать картины чередующихся светлых и темных полос различной толщины, а также светлых и темных квадратов, расположенных на поле объекта в шахматном порядке.
Недостатком прототипа является длительность процедуры оценки и сравнения характеристик элементов оптоэлектронной системы, связанная с необходимостью использования дополнительного оборудования в виде набора тестовых объектов различных рисунков. Кроме того, предложенные в прототипе тестовые объекты не позволяют оценивать качество оптических компонентов системы по такому важному параметру, как дисторсия.
Задачей, на решение которой направлено настоящая полезная модель, является упрощение измерительного устройства, с помощью которого производится оценка и сравнение характеристик элементов оптоэлектронной системы. При реализации полезной модели поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в совмещении рабочих функций исследуемой оптической системы с измерительными, а также в оптимизации тестовых средств измерения.
Данный технический результат достигается также тем, что в устройстве оценки и сравнения характеристик элементов оптических, фото- и телевизионных
систем, состоящем из расположенной в плоскости объекта тестовой таблицы, испытуемой системы и фотоэлектронного приемника изображения, расположенного в плоскости изображения тестовой таблицы, в качестве тестовой таблицы выбрана испытательная таблица с повторяющейся от центра к ее краю картиной штриховой миры с переменной пространственной частотой, а фотоэлектронный приемник изображения установлен в плоскости изображения испытуемой системы с возможностью одновременной регистрации изображения тестовой таблицы во всем поле зрения испытуемой системы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 чертежей представлена схема устройства, а на фиг.2 - вид тестовой таблицы, с помощью которой можно одновременно оценивать оптические элементы по полученным изображениям в центре поля зрения и на его краю.
Заявляемое устройство оценки и сравнения характеристик элементов оптических, фото- и телевизионных систем (фиг.1) состоит из осветителей 1, установленных с возможностью равномерно освещать плоскость объекта, в которой расположена тестовая таблица 2, и расположенных с двух сторон от этой таблицы, а также испытуемой оптической системы 3, фото- или телекамеры 4, фотоприемник 5 которой расположен в плоскости изображения тестовой таблицы 2, и блока обработки телевизионного сигнала 6, вход которого электрически соединен с выходом фото- или телекамеры 4.
Устройство работает следующим образом. Осветители 1, в качестве которых предлагается использовать поочередно лампы накаливания и многоэлементные светодиодные излучатели, освещают тестовую таблицу 2. Изображение этой
таблицы проецируется с помощью испытуемой оптической системы 3 на плоскость фотоприемника 5 цифрового фотоаппарата или телевизионной камеры 4. Видеосигнал с выхода фото- или телекамеры 4 подается на вход блока обработки сигнала 6, в котором с помощью компьютерной программы осуществляют автоматизированное распознавание образов элементов тестовой таблицы 2 и определяют качество изображения путем сравнения измеренных данных ЧКХ и дисторсии со значениями, полученными для эталонного образца. По ЧКХ, в частности, определяют контраст полученного изображения штриховых мир путем измерения глубины модуляции видеосигнала. Кроме этого, определяют также степень геометрического подобия изображения и тестовой таблицы 2.
Тестовая таблица 2 в заявляемом устройстве имеет вид, показанный на фиг.2. и представляет собой телевизионную таблицу с повторяющейся от центра таблицы к ее краю картиной штриховой миры с переменной пространственной частотой, отличающуюся от стандартной по ГОСТ 14872-82 тем, что дополнительные штриховые миры 7 расположены в ней от центра к краю по диагонали с фиксированными значениями пространственных частот ряда: 250, 300, 400 и 500 телевизионных линий. При необходимости, зная размеры фотоприемника 5 (ПЗС матрицы), телевизионные линии можно пересчитать в линии на миллиметр, принятые в оптике.
Предлагаемая структура тестовой таблицы 2 в сочетании с упорядоченной матрицей идентичных светочувствительных элементов фотоприемника 5 позволяет осуществлять по полученному с помощью испытуемой оптической системы 3 изображению оценку качества этой системы при неизменных условиях.
Единственной переменной составляющей в процессе испытаний является сама испытуемая оптическая система 3 или ее отдельный элемент.
Предлагаемое устройство позволяет проводить оценку качества всех составляющих системы, в том числе и самой фото- или телекамеры 4. После отбора лучших экземпляров испытуемой оптической системы 3 и фото- или телекамеры 4, заменив оптическую систему 3 и получив худший результат испытаний по ЧКХ можно делать заключение о низком контрасте получаемого изображения. В случае же худшего результата по дисторсии становятся очевидны нарушения геометрического подобия объекта и изображения. Подобным образом могут проверяться и компоненты, стоящие после фото или телекамеры 4 по направлению прохождения телевизионного сигнала. В результате на основе полученных технических характеристик может быть обеспечен оптимальный подбор оборудования под конкретные задачи.
Заявляемое устройство позволяет осуществить совмещение рабочих функций исследуемой оптической системы с измерительными. Оптимизация тестовых средств измерения обеспечивает сокращение времени реализации способа, упрощение процедуры измерений, а также упрощение измерительного устройства.