Датчики охранной сигнализации

11

3. С помощью механических перемещений совмещаем оптические оси объектива ТВ камеры и микроскопа. Перемещением ТВ камеры и ее объектива вдоль оптической оси добиваемся резкого изображения кружка рассеяния на экране монитора компьютера. Документируем изображения во всех точках, где измерялись размеры кружка рассеяния.

Таблица 1. Схематическое изображение дифракционной точки

Изображение точки, создаваемое безаберрационным объективом

Расфокусированное изображение точки, создаваемое безаберрационным объективом (за фокусом и до фокуса)

Расфокусированное изображение точки при на-

личии астигматизма

Изображение точки при наличии астигматизма

Изображение точки при наличии комы

Изображение точки при наличии сферической

аберрации

Изображение точки при наличии пережатия

линзы в оправе

Расфокусированное изображение точки при на-

личии свилей в стекле

12

4.Измерения по пунктам 1 ÷ 3 проводятся для различных длин волн монохроматического излучения посредством смены интерференционных фильтров.

5.Сравнивая изображения дифракционной точки, полученного в п.3, с одной из схем, приведенных в таблице 1, делаем вывод о характере аберраций, ошибках сборки и юстировки испытываемого объектива.

Примечание: 2. ТВ камера должна работать в режиме передачи цвет-

ного изображения, коэффициент гамма коррекции должен быть равен единице.

Содержание отчета

1.Схема лабораторной установки и ее описание.

2.Изображения измеренных аберраций.

3.Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.Объясните наличие минимума в зависимости глубины модуляции от величины относительного отверстия объектива.

2.Какие способы уменьшения влияния аберраций на разрешающую способность объективов вы знаете?

Литература

1.ОСТ 3-4387-79. Объективы съемочные. Метод оценки качества изготовления по виду изображения точки.

2.Кирпиченко Ю.Р., Пустынский И.Н. Датчики телевизионновычислительных систем: Учебное пособие для вузов. – Томск: В – Спектр, 2010. – 160 с.

13

Лабораторная работа №3

ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ ОБЪЕКТИВОВ

Цель работы

Изучить влияние параметров объектива и расстояния до объекта наблюдения на коэффициент оптической передачи

Краткие теоретические сведения

Основным оптическим элементом телевизионной передающей камеры является объектив, с помощью которого изображения объектов передачи проецируются на фоточувствительную поверхность датчика изображения. При выборе оптики и расчете оптических характеристик телевизионных передающих камер важно знать соотношения, связывающие освещенность изображения на фоточувствительной поверхности датчика изображения с условиями освещения объектов и их светотехническими характеристиками.

Источник света освещает объект передачи. Отраженный от объекта световой поток частично захватывается объективом и посылается на фоточувствительную поверхность, на которой образуется оптическое изображение. Элементарный световой поток dFоб отраженный перпендикулярной к главной оптической оси элементарной площадкой объекта dSоб и захватываемый объективом, определяется выражением

где В яркость площадки dSоб, а ω – телесный угол, под которым виден входной зрачок объектива из центра площадки dSоб.

Телесный угол

где Dвх – диаметр входного зрачка; Q = Dвх/f′ - относительное отверстие объектива; V = - f/x – увеличение системы; Vp = - f/xp – увеличение в зрачках.

Подставив значение ω из (2) в (1), получим

где dSф = dSобV2 – площадь изображения элементарной площадки на фоточувствительной поверхности.

Величина светового потока, прошедшего сквозь объектив, dF = τFоб, где τ – коэффициент пропускания объектива. Отсюда освещенность элементарной площадки фоточувствительной поверхности

В объективах симметричной или близкой к симметричной конструкции увеличение в зрачках близко к единице, т. е. Vp ≈ 1. Тогда

Это выражение связывает освещенность изображения на фоточувствительной поверхности с яркостью передаваемых объектов, увеличением и параметрами объектива. Соотношение между освещенностью, создаваемой на сценической площадке, и освещенностью на фоточувствительной поверхности можно получить, если учесть, что большинство объектов передачи диффузно отражает падающий на них свет. Тогда

B δдЕоб

π

и

где Еоб – освещенность на объекте, а δд – коэффициент диффузного отражения объектов.

Для оценки световой эффективности всей системы проекции используется коэффициент оптической передачи КЕ, представляющая собой отношение освещенности на фоточувствительной поверхности к освещенности на объекте передачи:

Описание лабораторной установки

Установка (рис. 1) состоит источника подсвета 1, набора нейтральных светофильтров 2, обеспечивающих необходимую освещенность в плоскости изображения объектива, матового стекла 3, на которую накладывается диафрагма 4, исследуемого объектива 6, имеющего механизм перемещения 7, экрана контроля фокусировки 8 с механизмом перемещения 9, фотоприемника 5 и измерительного прибора 10.

Источник подсвета создает параллельный пучок света, который, пройдя через набор нейтральных светофильтров, попадает на матовое стекло, имитирующее диффузно рассеивающий объект наблюдения. Границы объекта наблюдения ограничиваются диафрагмой. Показания измерительного прибора, помещенного в плоскости матового стекла, пропорциональны освещенности объекта наблюдения (диафрагмы). Исследуемый объектив фокусирует изображение диафрагмы в плоскости экрана контроля фокусировки, точное положение которого в плоскости изображения объекта обеспечивается меха-

15

низмом перемещения экрана в продольном направлении. С помощью фотоприемника, размещенного в плоскости экрана, измеряется сигнал пропорциональный освещенности в плоскости изображения.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 – источник подсвета; 2 – набор нейтральных светофильтров; матовое стекло; 4 – диафрагма; 5 - фотоприемник; 6 – исследуемый объектив; 7 – механизм перемещения объектива; 8 – экран контроля фокусировки; 9 – механизм перемещения экрана контроля

фокусировки; 10 – измерительный прибор

Порядок выполнения работ

1.Установить исследуемый объектив на платформе крепления объектива на максимальном расстоянии Lmax от объекта наблюдения (диафрагмы).

2.Помещаем входное окно фотоприемника в плоскость объекта наблюдения (диафрагмы) и снимаем показание измерительного прибора.

3.Перемещая экран контроля фокусировки в продольном направлении, добиваемся резкого изображения диафрагмы, тем самым, определяем положение плоскости изображения.

4.Помещаем входное окно фотоприемника в плоскость изображения и снимаем показание измерительного прибора.

5.Определяем отношение КЕ величин показаний измерительного прибора в п.4 к величине показания в п.2. Записываем полученное значение КЕ для установленного расстояния Lmax по п.1 в таблицу.

6.Уменьшая расстояние L в интервале Lmin – Lmax на величину ∆L, повторяем измерения по п.п. 2 – 6, где ∆L = (Lmax – Lmin)/n: Lmin = 2fоб; fоб – фокусное расстояние исследуемого объектива; n – число точек положения объ-

екта наблюдения, задаваемого преподавателем.

7.Изменяем размер объекта наблюдения (диафрагмы) и повторяем действия по п.п. 2 – 6.

8.Устанавливаем новый исследуемый объектив. Повторяем действия по п.п. 2 – 7.

9.Для исследуемых объективов строим зависимости КЕ от L, полученных при разных размерах объекта наблюдения (диафрагмы).

16

Содержание отчета

1.Схема лабораторной установки и ее описание.

2.Таблицы с результатами измерений.

2. Зависимости коэффициент оптической передачи от расстояния до объекта наблюдения.

4. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.Объясните понятие глубины резкости и, как она зависит от величины относительного отверстия объектива.

2.На какую характеристику ТВ камеры влияет относительное отверстие объектива?

3.Что нужно знать для определения угла зрения ТВ камеры?

Литература

1. Кирпиченко Ю.Р., Пустынский И.Н. Датчики телевизионновычислительных систем: Учебное пособие для вузов. – Томск: В–Спектр, 2010. – 160 с.

17

Лабораторная работа №4 ИЗМЕРЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПЗС КАМЕРЫ

Цели работы

1.Дать практические навыки по экспериментальному определению разрешающей способности ТВ камер;

2.Изучить физические и конструктивные факторы, влияющие на индикатрисы излучения ПИД.

Краткие теоретические сведения

Как дискретный датчик ПЗС осуществляет двумерную пространственную и одномерную временную выборку отсчетов. Из-за того, что непрерывное распределение освещенности преобразуется в дискретный сигнал распределения зарядов, изображающая система с выборкой оказывается пространственно неинвариантной, то есть изображение точечного источника зависит от его положения относительно двумерной решетки выборки (матрицы) рис. 1.

Как видно из рис. 1, с увеличением размера изображения точечного источника (на рис. сверху вниз, первый и третий столбцы). Размеры изображения точечного источника (первый и третий столбы) равны в порядке сверху вниз 0,5, 1, 2, 3 элемента, соответственно. Во втором и четвертом столбцах показаны распределения освещенности в воспроизводимом изображении ПЗС. Из рис. 1 видно, что даже при размере изображения точечного источника в 3 раза больше размера элемента ПЗС наблюдается зависимость характера распределения освещенности в воспроизводимом изображении от взаимного положения изображения точечного источника и элемента ПЗС.

Рис. 1 – Зависимость распределения освещенности в изображении точки от ее положения относительно элементов ПЗС и размеров

На модуляционную передаточную функцию (МПФ) оказывают влияние геометрическая форма светочувствительного элемента, диффузное растекание неосновных носителей заряда в полупроводнике и неэффективность переноса.

19

Фоточувствительными элементами ТВ-датчика могут быть ЭОП и (или) ПЗС. Их разрешающая способность при низких уровнях освещенности может ограничиваться не геометрической МПФ, а шумами преобразуемого оптического изображения.

Описание лабораторной установки

Схема экспериментальной установки для измерения разрешающей способности приведена на рис. 4.

2

4

Рис 4. Схема экспериментальной установки: 1 – испытательная таблица; 2 – источник постоянного подсвета испытательной таблицы; 3 – блок нейтральных светофильтров; 4 – объектив; 5 – ТВ камера; 6 – монитор; 7 – осциллограф.

Порядок выполнения работ

1.Устанавливаем в качестве объекта передачи универсальную таблицу

сразрешением 300 TVL (рис. 5)

Разработана на кафедре ТУ ТУСУРА

Рис. 5. Универсальная испытательная таблица

2.Вписываем размер таблицы в размер растра на экране монитора с помощью взаимного перемещения положения испытательной таблицы и приемника излучения, добиваясь при этом оптимальной фокусировки приемника излучения по критерию субъективной оценки качества изображения универсальной испытательной таблицы на экране монитора.

3.Устанавливаем таблицу для измерения разрешающей способности по горизонтали (рис. 6) с разрешением 300 TVL и, регистрируя изображение в

20

центре таблицы с помощью осциллографа, добиваемся оптимальной фокусировки, т. е. максимальной глубины модуляции на данной пространственной частоте.

Разработана на кафедре ТУ ТУСУРА

Рис. 6. Испытательная таблица для измерения разрешающей способности по горизонтали

4.Устанавливаем режим запуска осциллографа по ТВ сигналу. Выбирая строку и регулируя время задержки, выбираем нужный участок растра.

5.Измеряем параметры сигнала (рис. 8) и по формуле (1) вычисляем глубину модуляции

M imax imin

I0

(1)

5. Вычисленное значение глубины модуляции, измеренные значения величин I0, imax, imin и участок растра, где проводится измерение, заносим в таблицу. Форма таблицы приведена на рис 9.

I0

imax

imin

Рис. 8. К измерению разрешающей способности

Участок растра

Разрешение испыта-

100 150 225 300 375 450 510

тельной таблицы

I0

imax

imin

M

Рис. 9. Форма таблицы результатов измерения 6. Устанавливая последовательно испытательные таблицы с разным

разрешением, для каждой из них, выполняем действия в соответствии с пунк-

тами 1.2.6 – 1.2.8.