Разработка алгоритма и программы для расширения возможностей метода оценки качества изображения оптических систем
ÓÄÊ 531.714.2
ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÀ ÀËÃÎÐÈÒÌÀ È ÏÐÎÃÐÀÌÌÛ ÄËß ÐÀÑØÈÐÅÍÈß ÂÎÇÌÎÆÍÎÑÒÅÉ ÌÅÒÎÄÀ ÎÖÅÍÊÈ ÊÀ×ÅÑÒÂÀ ÈÇÎÁÐÀÆÅÍÈß ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÈÑÒÅÌ
2009 ã.
Ëå Çóé Òóàí; Â. Ê. Êèðèëëîâñêèé, äîêòîð òåõí. íàóê
Ñàíêò- Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé, ìåõàíèêè è îïòèêè, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
E-mail: DuyTuanKTQ@yahoo.com, Vkkir@mail.ru
Äëÿ óñòðàíåíèÿ íåäîñòàòêîâ ìåòîäà ïðÿìîãî îïðåäåëåíèÿ ôóíêöèè ðàññåÿíèÿ òî÷êè, îñíîâàííîãî íà ïðèìåíåíèè ÏÇÑ êàìåðû, ðàçðàáîòàíû êîìïüþòåðíûå èçîôîòîìåòðè÷åñêèå ìåòîäû ýêñïåðèìåíòàëüíîãî àíàëèçà ïÿòíà ðàññåÿíèÿ, ñôîðìèðîâàííîãî ïðè ðàáîòå èçãîòîâëåííîé îïòè÷åñêîé ñèñòåìû. Ýòè ìåòîäû ïîçâîëÿþò ïîâûñèòü äèàïàçîí ðåãèñòðàöèè îñâåùåííîñòè â îïòè÷åñêîì èçîáðàæåíèè òåñò-îáúåêòà äî 103–105 ïðè óñòðàíåíèè ïîãðåøíîñòåé îò íåëèíåéíîñòè ñâåòîâîé õàðàêòåðèñòèêè ÏÇÑ ìàòðèöû.
Êîäû OCIS: 120.0120.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 07.10.2008.
Ââåäåíèå
Ðàçâèòèå îïòèêî-ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ è êîìïëåêñîâ, íàïðèìåð, òàêèõ, êàê ïðèáîðû íî÷íîãî âèäåíèÿ, òåïëîâèçèîííûå ñèñòåìû, öèôðîâûå êàìåðû, ìåäèöèíñêèå ïðèáîðû è ìèêðîñêîïû, òðåáóåò ïðèìåíåíèÿ âûñîêîêà÷åñòâåííûõ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ òðåáóåìîãî óðîâíÿ êà÷åñòâà íåîáõîäèìî îïðåäåëÿòü îñíîâíûå ïàðàìåòðû, õàðàêòåðèçóþùèå êà÷åñòâî èçãîòîâëåííûõ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì, ïðÿìûì ìåòîäîì è ñ ìèíèìàëüíîé ïîãðåøíîñòüþ.
Ôóíêöèÿ ðàññåÿíèÿ òî÷êè (ÔÐÒ), ò. å. ôóíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ îñâåùåííîñòè â èçîáðàæåíèè òî÷å÷íîãî èñòî÷íèêà, ïîñòðîåííîãî èññëåäóåìîé îïòè÷åñêîé ñèñòåìîé, ÿâëÿåòñÿ ïåðâè÷íîé õàðàêòåðèñòèêîé êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ è ïîçâîëÿåò ïåðåéòè ê äðóãèì íåîáõîäèìûì õàðàêòåðèñòèêàì êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ, òàêèì êàê ôóíêöèÿ ðàññåÿíèÿ ëèíèè (ÔÐË), ôóíêöèÿ ïåðåäà÷è ìîäóëÿöèè (ÔÏÌ) èëè ÷àñòîòíî-êîíòðàñòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà (×ÊÕ), êðàåâàÿ ôóíêöèÿ, ôóíêöèÿ êîíöåíòðàöèè ýíåðãèè [1]. Ýòè ôóíêöèè ïðè èñïîëüçîâàíèè öèôðîâîé îáðàáîòêè â ïðîöåññå êîíòðîëÿ ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû çà îäèí ïðèåì, ÷òî ñóùåñòâåííî ñîêðàùàåò âðåìÿ êîíòðîëÿ è ïîâûøàåò åãî îïåðàòèâíîñòü.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ â ïðàêòèêå îïòè÷åñêîãî êîíòðîëÿ øèðîêî èñïîëüçóþò ÏÇÑ êàìåðû â êà÷åñòâå ïðèåìíèêà. Ñ ïîìîùüþ ÏÇÑ ìàòðèöû, óñòàíîâëåííîé â ôîêàëüíóþ ïëîñêîñòü èññëåäóåìîãî îáúåêòèâà, ïÿòíî ðàññåÿíèÿ ýòîãî îáúåêòèâà ñðàçó ðåãèñòðèðóåòñÿ â âèäå öèôðîâîé êàðòèíû, ïðåäñòàâëÿþùåé ìàññèâ çíà÷åíèé ÔÐÒ. Îäíàêî ÏÇÑ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìàòðèöó ïîòåíöèàëüíûõ ÿì,
êàæäàÿ èç êîòîðûõ ðàáîòàåò êàê îòäåëüíûé ôîòîïðèåìíèê, ïîýòîìó íàïðÿæåíèå âèäåîñèãíàëà çàâèñèò îò ôîðìû ñâåòîâîé õàðàêòåðèñòèêè ôîòîïðèåìíèêà, èìåþùåé ïðÿìîëèíåéíûé ó÷àñòîê. Çà ïðåäåëàìè ýòîãî ëèíåéíîãî ó÷àñòêà íàïðÿæåíèå ñèãíàëà íå ïðîïîðöèîíàëüíî óðîâíþ îñâåùåííîñòè, ïðè÷åì îòêëîíåíèå îò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè èçìåíÿåòñÿ ïî íåëèíåéíîìó çàêîíó. Íà ðèñ. 1 ïîêàçàíî, ÷òî ôîòîìåòðè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà ïÿòíà, êîòîðóþ ñîçäàåò ÏÇÑ êàìåðà, èñêàæàåòñÿ è ñèëüíî îòëè÷àåòñÿ îò ðåàëüíîé ÔÐÒ. Êðîìå òîãî, íà êàðòèíå ðåãèñòðèðóåòñÿ òîëüêî ïåðâîå äèôðàêöèîííîå êîëüöî. Âòîðîå, ñîîòâåòñòâóþùåå óðîâíþ îòíîñèòåëüíîé îñâåùåííîñòè 0,0045, íå çàðåãèñòðèðîâàíî. Ýòî äîêàçûâàåò, ÷òî äèàïàçîí ðåãèñòðàöèè îñâåùåííîñòè êàìåðîé â îáû÷íîì ðåæèìå ñîîòâåòñòâóåò ïåðåïàäó îñâåùåííîñòåé â èçîáðàæåíèè òî÷êè íå áîëåå ÷åì â 200 ðàç è ÿâëÿåòñÿ íåäîñòàòî÷íûì.
Ñïîñîá ðàñøèðåíèÿ âîçìîæíîñòåé àíàëèçà ïðè îöåíêå êà÷åñòâà îïòè÷åñêîãî
èçîáðàæåíèÿ ñ ïîìîùüþ ÏÇÑ êàìåðû
Äëÿ ðàñøèðåíèÿ äèàïàçîíà ðåãèñòðèðóåìûõ îñâåùåííîñòåé è óñòðàíåíèÿ âëèÿíèÿ íåëèíåéíîñòè ñâåòîâîé õàðàêòåðèñòèêè ÏÇÑ ìàòðèöû â äàííîé ðàáîòå ðàçðàáàòûâàëèñü àëãîðèòìè÷åñêîå è ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèÿ, êîòîðûå ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ðåàëèçàöèè êîìïüþòåðíîé âåðñèè ýôôåêòèâíîãî ìåòîäà èçîôîòîìåòðèè [2–4]. Ìåòîä îñíîâàí íà ðåãèñòðàöèè ñåðèè èçîáðàæåíèé ïÿòíà ðàññåÿíèÿ ñ ïåðåìåííûì âðåìåíåì ýêñïîçèöèè íà îäíîì è òîì æå ôîòîïðèåìíèêå è íà ïîëó÷åíèè ñîâîêóïíîñòè ôîòîìåòðè÷åñêèõ ñå÷åíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ ðàç-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
19
(à) (á) (â)
Å~ Å~ Å~ 0,8 0,8 0,8
0,4 0,4 0,4
0 –2
0
2 x, ìì
0 –2
0
2 x, ìì 0 –2
0
2 x, ìì
lgÅ~ 1
lgÅ~ 1
lgÅ~ 1
0,1 0,1 0,1
0,01 0,01 0,01
0,001 –2 0 2 x, ìì 0,001 –2 0 2 x, ìì 0,001 –2 0 2 x, ìì
Ðèñ. 1. Äèôðàêöèîííàÿ êàðòèíà íà îòâåðñòèè äèàìåòðîì d = 0,2 ìì çàðåãèñòðèðîâàíà íà ðàññòîÿíèè l = 230 ìì ðàçíûìè ìåòîäàìè. à – ïÿòíî, ðàññ÷èòàííîå ïî äèôðàêöèîííîé òåîðèè, á – ïÿòíî, êîòîðîå äàåò êàìåðà EVÑ-135,
â – ïÿòíî, ïîëó÷åííîå ìåòîäîì èçîôîòîìåòðèè.
ëè÷íûì óðîâíÿì ðàâíîé îñâåùåííîñòè. Êîíòóð êàæäîãî ôîòîìåòðè÷åñêîãî ñå÷åíèÿ ÿâëÿåòñÿ èçîôîòîé. Èç ñèñòåìû èçîôîò ìîæíî ïîëó÷èòü êàðòó è âîññòàíîâèòü ôóíêöèþ ðàñïðåäåëåíèÿ îñâåùåííîñòè â ïÿòíå ðàññåÿíèÿ (ðèñ. 2). Òàêîé ìåòîä íàçâàí ìåòîäîì èçîôîòîìåòðèè ñ èçìåíÿþùèìñÿ âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ [2–4]. Ìåòîä áûë ïðèìåíåí ïðè òåõíîëîãè÷åñêîì êîíòðîëå è àòòåñòàöèè 6-ìåòðîâîãî çåðêàëà êðóïíåéøåãî îïòè÷åñêîãî òåëåñêîïà ÁÒÀ è îïòè÷åñêèõ ñèñòåì ñåðèè ãèãàíòñêèõ òåëåñêîïîâ, ïîñòðîåííûõ íà ËÎÌÎ â 70 – 80 ãîäàõ ÕÕ âåêà. Îäíàêî èç-çà âûñîêîé òðóäîåìêîñòè ïðè ðó÷íîé ðåàëèçàöèè ìåòîä íå èñïîëüçîâàëñÿ â óñëîâèÿõ ñåðèéíîãî ïðîèçâîäñòâà. Êðîìå òîãî, îòñóòñòâèå ñîâåðøåííûõ êîìïüþòåðîâ ïðåïÿòñòâîâàëî ãëóáîêîìó ìàòåìàòè÷åñêîìó àíàëèçó ÔÐÒ ñ âû÷èñëåíèåì è îòîáðàæåíèåì ïîëíîé ãàììû õàðàêòåðèñòèê êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ (ÔÐË, ÔÏÌ, ïîãðàíè÷íàÿ êðèâàÿ). Çàêàç÷èêè â òå âðåìåíà âïîëíå äîâîëüñòâîâàëèñü ôóíêöèåé êîíöåíòðàöèè ýíåðãèè, êîòîðàÿ ìîãëà áûòü ïðè äîñòàòî÷íîé óñèä÷èâîñòè ðàññ÷èòàíà
20
cå÷åíèÿ
lgÅ E = 1 0,5
0,25 0,125
1 0,5
0,25 0,125
x′
t=1 t=2 t=4 t=8 t = 16
y′
lgÅ Dn
y′ èçîôîòû
Ðèñ. 2. Ñõåìà ìåòîäà èçîôîòîìåòðèè ñ ïåðåìåííûì âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ è âèä èçîôîòîãðàììû. E – îñâåùåííîñòü â îïòè÷åñêîì èçîáðàæåíèè òî÷êè; x′, y′ – êîîðäèíàòû â ïëîñêîñòè èçîáðàæåíèÿ, Dn – èíòåíñèâíîñòü èçîôîòû.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
âðó÷íóþ è ïðåäîñòàâëÿëà íåîáõîäèìûé êîëè÷åñòâåííûé êðèòåðèé êà÷åñòâà îáðàáîòêè çåðêàëà.
Îäíàêî ïðè îòñóòñòâèè ìåòîäîâ ïðÿìîãî èññëåäîâàíèÿ ñòðóêòóðû èçîáðàæåíèÿ â ïðàêòè÷åñêè ïðèåìëåìîì äèàïàçîíå îñîáåííî âàæíûìè áûëè ñåðüåçíûå äîñòîèíñòâà ìåòîäîâ èçîôîòîìåòðèè.
Íåîáõîäèìîñòü ðàñøèðåíèÿ îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ èçîôîòîìåòðè÷åñêèõ ïðèíöèïîâ â íàøè äíè ïðèâåëè àâòîðîâ ê çàäà÷å ñîçäàíèÿ ìåòîäà êîïüþòåðíîé èçîôîòîìåòðèè. Íîâûé ìåòîä îñíîâàí íà èäåå êîìïüþòåðíîãî óïðàâëåíèÿ ðàáîòîé ñîâðåìåííîé âèäåîêàìåðû, êîòîðàÿ ïî ïðîãðàììå ðåãèñòðèðóåò ñåðèþ êàäðîâ ñ íàðàñòàþùèì âðåìåíåì ýêñïîçèöèè; äàëåå ïðîãðàììà îáåñïå÷èâàåò âûäåëåíèå èçîôîòû êàæäîãî êàäðà ðåãèñòðàöèè. Ìàññèâ èçîôîò íàñòîëüêî ïëîòåí, ÷òî ÔÐÒ ôîðìèðóåòñÿ êàê ñîâîêóïíîñòü êîîðäèíàò òî÷åê, ðàñïîëîæåííûõ íà ðàññòîÿíèè ïîðîãà ðàçðåøåíèÿ ðåãèñòðèðóþùåé êàìåðû è ïîýòîìó ñëèâàþùèõñÿ â ìîíîëèòíóþ ïîâåðõíîñòü áåç ïðèìåíåíèÿ êàêîé-ëèáî àïïðîêñèìàöèè.
Òàêèì îáðàçîì, ìåòîä êîìïüþòåðíîé èçîôîòîìåòðèè, íàñëåäóÿ ðÿä ïðèçíàêîâ êëàññè÷åñêîé èçîôîòîìåòðèè, äàåò ðàäèêàëüíî íîâûå ðåçóëüòàòû è âîçìîæíîñòè.
Êëàññè÷åñêàÿ èçîôîòîìåòðèÿ ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü òîëüêî ñèñòåìó îòäåëüíûõ èçîôîò íà îòäåëüíûõ óðîâíÿõ îòíîñèòåëüíîé îñâåùåííîñòè, à ïîñëå ðó÷íîé ðàñøèôîâêè ðÿäà òî÷åê êàæäîé èçîôîòû âîçíèêàåò âîçìîæíîñòü ïóòåì àïïðîêñèìàöèè ìàññèâà ïîëó÷èòü ÔÐÒ êàê â òîé èëè èíîé ñòåïåíè ñãëàæåííóþ ïîâåðõíîñü. Ïðè ýòîì ìîãóò áûòü ïîòåðÿíû îòäåëüíûå äåòàëè ñòðóêòóðû ÔÐÒ, ÷òî ñíèæàåò èíôîðìàòèâíîñòü ìåòîäà.
Êîìïüþòåðíàÿ èçîôîòîìåòðèÿ, ïðåäñòàâëÿÿ ÔÐÒ êàê ìîíîëèòíóþ ïîâåðõíîñòü ýêñïåðèìåíòàëüíî èçìåðåííûõ òî÷åê, ïîçâîëÿåò íàáëþäàòü è èññëåäîâàòü ñ âûñîêîé äîñòîâåðíîñòüþ âñå îñîáåííîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ îñâåùåííîñòè â èçîáðàæåíèè òåñòîáúåêòà. Ìíîãèå èç ýòèõ îñîáåííîñòåé ñâÿçàíû ñ êîíêðåòíûìè îøèáêàìè è àáåððàöèÿìè êîíêðåòíîé ñèñòåìû, è èõ èññëåäîâàíèå îñîáåííî âàæíî ïðè êîíòðîëå ïðåöèçèîííûõ îïòè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé, êîãäà èíòåðôåðîìåòð íå ñïîñîáåí âûÿâèòü îñòàòî÷íûå îøèáêè â ñèëó ïîãðåøíîñòåé ñàìîãî ïðèáîðà è ìåòîäà ðàñøèôðîâêè.
Äèàïàçîí ðåãèñòðàöèè îñâåùåííîñòè ïî äàííîìó ìåòîäó íå çàâèñèò îò ïðîòÿæåííîñòè ðàáî÷åãî ó÷àñòêà ñâåòîâîé õàðàêòåðèñòèêè ôîòîïðèåìíèêà, òàê êàê ïðè âûäåëåíèè èçîôîòû êàê êîíòóðà (ðèñ. 2) ñâåòîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðèåìíèêà ïðåîáðàçóåòñÿ èç ïëàâíîé â èìïóëüñíóþ [2], à çàâèñèò îò èçìåíåíèÿ âðåìåíè íàêîïëåíèÿ, êîòîðîå ìîæåò áûòü ñâûøå 103–105.  äàííîì èññëåäîâàíèè ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà áûëà îñíàùåíà ìàòðè÷íîé âèäåî-
êàìåðîé íîâîãî ïîêîëåíèÿ VAC-135 ñ ïðîòÿæåííîñòüþ ëèíåéíîãî ó÷àñòêà ñâåòîâîé õàðàêòåðèñòèêè, ñîîòâåòñòâóþùåé èçìåíåíèþ îòíîñèòåëüíîé îñâåùåííîñòè â 102×. Îäíàêî ïðè ðàáîòå êàìåðû â ðåæèìå èçîôîòîìåòðèè îòíîñèòåëüíîå âðåìÿ íàêîïëåíèÿ (ýêñïîçèöèè) ìîæåò ïåðåêëþ÷àòüñÿ â äèàïàçîíå ñâûøå òðåõ ïîðÿäêîâ (1÷2047). Ïðè ýòîì ðàñïðåäåëåíèå îñâåùåííîñòè â îïòè÷åñêîì èçîáðàæåíèè ðåãèñòðèðóåòñÿ â äèàïàçîíå, ïðåâûøàþùåì ïðîòÿæåííîñòü ëèíåéíîãî ó÷àñòêà ñâåòîâîé õàðàêòåðèñòèêè êàìåðû, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò âîçìîæíîñòè ðåãèñòðàöèè îñâåùåííîñòè â îïòè÷åñêîì èçîáðàæåíèè òåñò-îáúåêòà ïðè åå ïåðåïàäå îò ìàêñèìàëüíîé äî ìèíèìàëüíîé ñ êîýôôèöèåíòîì 103,3.
Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî àññîðòèìåíò ìàòðè÷íîé òåëåâèçèîííîé àïïàðàòóðû áûñòðî ðàçâèâàåòñÿ, è ñåãîäíÿ ìû óæå èìååì íà ðûíêå êàìåðû, ïîçâîëÿþùèå ðåãóëèðîâàòü èçìåíåíèå ýêñïîçèöèè â äèàïàçîíå äî 100 000 ðàç, ò. å. ñóùåñòâåííî ðàñøèðÿåòñÿ äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí, â êîòîðîì ìåòîäîì èçîôîòîìåòðèè ìîæíî îïðåäåëèòü ñòðóêòóðó èçîáðàæåíèÿ òåñò-îáúåêòà, íàïðèìåð – ôóíêöèþ ðàññåÿíèÿ òî÷êè.
Íà ðèñ. 3 èçîáðàæåíà ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà óñòðîéñòâà. Óñòàíîâêà ñîäåðæèò îñâåòèòåëüíóþ ñèñòåìó, â êîòîðóþ âõîäÿò ëàçåð 1 è îáúåêòèâ îñâåòèòåëüíîé ñèñòåìû 3, ôîðìèðóþùèé òî÷å÷íûé èñòî÷íèê ñâåòà.  îñâåòèòåëüíóþ ñèñòåìó ââåäåí ïåðåìåùàþùèéñÿ (âðàùàþùèéñÿ) ôîòîìåòðè÷åñêèé êëèí 2, ïëàâíî ìåíÿþùèé ñâåòîâîé ïîòîê. Ñôîðìèðîâàííûé ñ ïîìîùüþ äèàôðàãìû 4 òî÷å÷íûé èñòî÷íèê ñâåòà ïîñûëàåò ðàñõîäÿùèéñÿ ãîìî-
123 4
56
78
9
10
Ðèñ. 3. Ñõåìà óñòàíîâêè äëÿ èçìåðåíèÿ ÔÐÒ ôîòîîáúåêòèâà ïî ìåòîäó èçîôîòîìåòðèè ñ èçìåíÿþùèìñÿ âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ ñ ïîìîùüþ êàìåðû. 1 – ëàçåð, 2 – ôîòîìåòðè÷åñêèé êëèí, 3 – ñèñòåìà äëÿ ôîêóñèðîâêè ëàçåðíîãî ïó÷êà, 4 – òî÷å÷íàÿ äèàôðàãìà, 5 – îáúåêòèâ êîëëèìàòîðà, 6 – èññëåäóåìûé îáúåêòèâ, 7 – èçîáðàæåíèå òî÷å÷íîãî òåñò-îáúåêòà (ïÿòíî ðàññåÿíèÿ), 8 – ïðîåêöèîííûé ìèêðîîáúåêòèâ, 9 – âèäåîêàìåðà (ïðèåìíèê èçîáðàæåíèÿ), 10 – êîìïüþòåð.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
21
Íà÷àëî Îïðåäåëåíèå ìèíèìàëüíîãî è ìàêñèìàëüíîãî
çíà÷åíèÿ ýêñïîçèöèè tmin, tmax, t = tmin Óñòàíîâêà çía÷åíèÿ ýêñïîçèöèè t
Ðåãèñòðàöèÿ èçîáðàæåíèÿ ïÿòíà ðàññåÿíèÿ
Âûäåëåíèå èçîôîòû Âû÷èñëåíèå îòíîñèòåëüíîé
îñâåùåííîñòè Eîòí = tmin/t Îòîáðàæåíèå ñå÷åíèÿ
íà ïðîñòðàíñòâåííûå êîîðäèíàòû è çàïèñü ñå÷åíèÿ â ìàññèâ äàííûõ ÔÐÒ Óâåëè÷åíèå ýêñïîçèöèè t = 2×t Äà t ≤ tmax Íåò Òðåõìåðíûé ãðàôèê ÔÐÒ è ìàññèâ äàííûõ
Ñôîðìèðîâàííûå ÏÇÑ êàìåðîé öèôðîâûå èçîáðàæåíèÿ ââîäÿòñÿ â ìîäóëü âûäåëåíèÿ èçîôîò.
Íà ðèñ. 4 ïîêàçàíî àëãîðèòìè÷åñêîå ðåøåíèå êîìïüþòåðíîé âåðñèè èçîôîòîìåòðèè ñ ïåðåìåííûì íàêîïëåíèåì.  èñõîäíîì ñîñòîÿíèè ïàðàìåòð “exposure” êàìåðû óñòàíîâëåí íà ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå t1, à ôîòîìåòðè÷åñêèé êëèí ââåäåí òàê, ÷òî ñâåòîâîé ïîòîê â ñõåìå êîíòðîëÿ ôîðìèðóåò èçîáðàæåíèå, äàþùåå ïåðâóþ èçîôîòó äëÿ öåíòðàëüíîãî ìàêñèìóìà ÔÐÒ. Ýòà èçîôîòà äëÿ äèôðàêöèîííîãî êðóæêà èìååò âèä òî÷êè è ñîîòâåòñòâóåò çíà÷åíèþ îñâåùåííîñòè Åîòí1, êîòîðîå ïðèíèìàåòñÿ ðàâíûì åäèíèöå.
 ïðîöåññå èçìåðåíèÿ ïîñëå óñòàíîâêè óâåëè÷åííîãî âðåìåíè ýêñïîçèöèè t2 = kt1 ïðîãðàììà âûïîëíÿåò ðåãèñòðàöèþ èçîáðàæåíèÿ ïÿòíà ðàññåÿíèÿ è ââîäèò åãî â ìîäóëü âûäåëåíèÿ èçîôîòû. Ýòà èçîôîòà ÿâëÿåòñÿ êîíòóðîì ôîòîìåòðè÷åñêîãî ñå÷åíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùåãî íîâîìó óðîâíþ îòíîñèòåëüíîé îñâåùåííîñòè Eoòí2 = t1/t2.
Òàêèì îáðàçîì, Eoòín = 1/tîòín = t1/tn, ïîýòîìó èçîôîòà äàëåå ïîìåùàåòñÿ â ñèñòåìó êîîðäèíàò íà óðîâåíü Eoòín, êîòîðûé è çàïèñûâàåòñÿ â ïàìÿòü. Êîãäà t ïðåâûøàåò ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå tmax, ðàáîòà ïðîãðàììû çàêàí÷èâàåòñÿ ôîðìèðîâàíèåì ÔÐÒ, à íà ìîíèòîðå ïîëó÷àåòñÿ ãðàôè÷åñêîå îòîáðàæåíèå ÔÐÒ.
Èòàê, â ðåçóëüòàòå çàïîìèíàíèÿ ðÿäà ôîòîìåòðè÷åñêèõ ñå÷åíèé è ïîñòðîåíèÿ â ïðîñòðàíñòâåííûõ êîîðäèíàòàõ èõ èñõîäíîãî âçàèìíîãî ðàñïîëîæåíèÿ ôîðìèðóþòñÿ ãðàôèêè ÔÐÒ (ðèñ. 5), âêëþ÷àÿ êàðòó ÔÐÒ è îáúåìíóþ äèàãðàììó ÔÐÒ [6].
Êîíåö
Ðèñ. 4. Àëãîðèòìè÷åñêîå ðåøåíèå êîìïüþòåðíîé âåðñèè èçîôîòîìåòðèè ñ ïåðåìåííûì íàêîïëåíèåì.
öåíòðè÷åñêèé ïó÷îê ÷åðåç îáúåêòèâ êîëëèìàòîðà 5 â çðà÷îê èññëåäóåìîé ñèñòåìû 6, êîòîðàÿ ñòðîèò ïÿòíî ðàññåÿíèÿ 7. Ýòî èçîáðàæåíèå ñ ïîìîùüþ ìèêðîîáúåêòèâà 8 ïåðåíîñèòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì íà ÷óâñòâèòåëüíóþ ïëîùàäêó ÏÇÑ êàìåðû 9. Êàìåðà ïðåâðàùàåò èçîáðàæåíèå ïÿòíà ðàññåÿíèÿ â âèäåîñèãíàë è ïîñûëàåò â êîìïüþòåð ÷åðåç ïîðò USB. Ñ ïîìîùüþ ðàçðàáîòàííîé ïðîãðàììû “ÊÈÇÎ-ÔÐÒ” ìîæíî íàáëþäàòü ïÿòíî ðàññåÿíèÿ íà ìîíèòîðå è àâòîìàòè÷åñêè âûïîëíÿòü ñúåìêó ñåðèè ïîñëåäîâàòåëüíûõ ôîòîêàäðîâ ñ ïåðåìåííûì âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ.
1 ~Å(x′)
0,5
(à) ÔÐÒ
1 Å~(x′)
0,5
(á) ÔÐÒ
0 –0,02
0
1 T(ν)
0,5
ÔÏÌ
0,02 x′, ìì
0 1
T(ν)
0,5
–0,01 0 0,01 x′, ìì
ÔÏÌ
0 20 40 60 80
0
ν, ìì–1
20 40 60 ν, ìì–1
Ðèñ. 5. ÔÐÒ è ÔÏÌ ñêëååííîãî îáúåêòèâà äëÿ îñåâîãî ïó÷êà. à – ðàñ÷åòíûå ðåçóëüòàòû, á – ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû ïî ìåòîäó èçîôîòîìåòðèè.
22 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
Ïðîãðàììà è ðåçóëüòàò
Ñîçäàí àëãîðèòì, êîòîðûé ëåã â îñíîâó ðàçðàáîòêè ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ, íàçâàííîãî “ÊÈÇÎ-ÔÐÒ”. Ìîæíî êîíñòàòèðîâàòü ñîçäàíèå íîâîãî ìåòîäà – êîìïüþòåðíîé èçîôîòîìåòðèè ñ èçìåíÿþùèìñÿ âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ. Ñ ïîìîùüþ ìàòðè÷íîé êàìåðû VAC-135 è ñ ïðèìåíåíèåì ñîçäàííîãî ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ ìåòîä ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü ÔÐÒ â äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ îñâåùåííîñòè íà óðîâíå 103,3 è îáðàáîòàòü ðåçóëüòàòû êîíòðîëÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ îñíîâíûõ êîëè÷åñòâåííûõ è êà÷åñòâåííûõ õàðàêòåðèñòèê èçîáðàæåíèÿ èññëåäóåìîãî îáúåêòèâà.
Äëÿ ýêñïåðèìåíòàëüíîé èëëþñòðàöèè ýòàïîâ ðàáîòû ïðîãðàììû ñ èññëåäóåìûì îáúåêòèâîì èñïîëüçîâàí äâóñêëååííûé îáúåêòèâ. Åãî ðàñ÷åòíûå ïàðàìåòðû ïðåäñòàâëåíû â òàáëèöå. Íà ðèñ. 5 äàíî ñðàâíåíèå ãðàôèêîâ ÔÐÒ è ÔÏÌ, ïîëó÷åííûõ êàê ðàñ÷åòíî, òàê è ýêñïåðèìåíòàëüíî ïî ìåòîäó èçîôîòîìåòðèè.
r
128,680 –90,860 –275,720
Ïàðàìåòðû d
10,00 4,00
Dñâ
50 50 50
Ìàòåðèàë ñòåêëî
Ê8 ÒÔ1
õàðàêòåðèñòèê êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì.
Áëàãîäàðÿ ðàçðàáîòêå àëãîðèòìè÷åñêîãî è ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ äëÿ óñòàíîâîê êîíòðîëÿ êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ ñîçäàí íîâûé êîìïüþòåðíûé ìåòîä èçîôîòîìåòðèè ñ èçìåíÿþùèìñÿ âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ ñâåòîâîé ýíåðãèè. Ïðè ýòîì àâòîìàòè÷åñêèé ðåæèì èçîôîòîìåòðèè äîñòèãíóò áëàãîäàðÿ òîìó, ÷òî ñúåìî÷íàÿ êàìåðà â ïðîöåññå èçîôîòîìåòðè÷åñêîé ðåãèñòðàöèè óïðàâëÿåòñÿ êîìïüþòåðîì. Ìåòîä ïîçâîëÿåò íà ñîâðåìåííîì óðîâíå ðåàëèçîâàòü óíèêàëüíûå âîçìîæíîñòè èçîôîòîìåòðèè ñ èçìåíÿþùèìñÿ âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ, îáúåäèíÿÿ äîñòîèíñòâà øèðîêîäèàïàçîííîãî àíàëèçà ñòðóêòóðû èçîáðàæåíèÿ òåñò-îáúåêòà, âûñîêîé ñêîðîñòè è øèðîêîãî îáúåìà êîìïüþòåðíîé îáðàáîòêè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ. Ñîçäàíà âîçìîæíîñòü èçìåðåíèÿ òîíêîé ñòðóêòóðû ïÿòíà ðàññåÿíèÿ.
Îáåñïå÷åíî îïåðàòèâíîå îïðåäåëåíèå ïîëíîãî íàáîðà õàðàêòåðèñòèê êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ, òàêèõ êàê øèðîêîäèàïàçîííûé äâóõìåðíûé ìàññèâ çíà÷åíèé ÔÐÒ, ôóíêöèÿ ïåðåäà÷è ìîäóëÿöèè, ôóíêöèÿ êîíöåíòðàöèè ýíåðãèè, ôóíêöèÿ ðàññåÿíèÿ ëèíèè è ïîãðàíè÷íàÿ êðèâàÿ.
Òàêèì îáðàçîì, íà èçîôîòîìåòðè÷åñêèõ ïðèíöèïàõ ðàçðàáîòàí è ðåàëèçîâàí ñîâðåìåííûé ìåòîä èññëåäîâàíèÿ êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ, ïðèñïîñîáëåííûé äëÿ ðåàëüíîãî ïðîèçâîäñòâà è ïðîøåäøèé óñïåøíîå èñïûòàíèå â öåõîâûõ óñëîâèÿõ.
Çäåñü r – ðàäèóñû êðèâèçíû ïîâåðõíîñòåé, d – ðàññòîÿíèå ìåæäó äâóìÿ ïîñëåäóþùèìè ïîâåðõíîñòÿìè, Dñâ – ñâåòîâîé äèàìåòð ïîâåðõíîñòè.
Íà ðèñ. 5 âèäíî, ÷òî ðàñ÷åòíàÿ è ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ÔÏÌ õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ. Èìåþùèåñÿ ðàçëè÷èÿ ìåæäó íèìè ìîæíî îáúÿñíèòü òàêèìè ôàêòîðàìè, êàê ïîãðåøíîñòè èçãîòîâëåíèÿ ëèíç, íåñîâïàäåíèå ïîëîæåíèÿ ïëîñêîñòè ïðèåìíèêà ñ ïîëîæåíèåì ðàñ÷åòíîé ôîêàëüíîé ïëîñêîñòè, íàëè÷èå îñòàòî÷íûõ áëèêîâ è ðàññåÿííîãî ñâåòà â àïïàðàòóðå êîíòðîëÿ.
Çàêëþ÷åíèå
Íàñòîÿùàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà ðàçâèòèþ ìåòîäîâ èçîôîòîìåòðèè íà îñíîâå èõ êîìïüþòåðèçàöèè. Îíà îñóùåñòâëåíà äëÿ óñòðàíåíèÿ íåäîñòàòêîâ òðàäèöèîííûõ ìåòîäîâ ïðÿìîãî îïðåäåëåíèÿ ÔÐÒ, îñíîâàííûõ íà ñêàíèðîâàíèè, è äëÿ ìîäåðíèçàöèè ðàçðàáîòàííûõ èçîôîòîìåòðè÷åñêèõ ìåòîäîâ ýêñïåðèìåíòàëüíîãî øèðîêîäèàïàçîííîãî èññëåäîâàíèÿ
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Øóëüìàí Ì.ß. Èçìåðåíèå ïåðåäàòî÷íûõ ôóíêöèé îïòè÷åñêèõ ñèñòåì. Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1980. 206 ñ.
12. Êèðèëëîâñêèé Â.Ê. Îïòè÷åñêèå èçìåðåíèÿ. ×àñòü 4. ÑÏá.: èçä. ÃÓ ÈÒÌÎ, 2005. 88 ñ.
13. Èâàíîâà Ò.À., Êèðèëëîâñêèé Â.Ê. Ïðîåêòèðîâàíèå è êîíòðîëü îïòèêè ìèêðîñêîïîâ. Ë.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1984. 230 ñ.
14. Çâåðåâ Â.À., Êèðèëëîâñêèé Â.Ê., Ñîêîëüñêèé Ì.Í. Èññëåäîâàíèå êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì ìåòîäîì èçîôîòîìåòðè÷åñêîé ôîòîðåãèñòðàöèè // ÎÌÏ. 1976. ¹ 8. Ñ. 14.
15. Êèðèëëîâñêèé Â.Ê., Ëå Çóé Òóàí. Ðàçðàáîòêà àëãîðèòìè÷åñêîãî è ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ äëÿ àïïàðàòóðû êîíòðîëÿ êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì // Èçâ. âóçîâ. Ïðèáîðîñòðîåíèå. 2007. Ò. 50. ¹ 7. Ñ. 52.
16. Ëå Çóé Òóàí, íàó÷íûé ðóêîâîäèòåëü Êèðèëëîâñêèé Â.Ê. Ðàçðàáîòêà àëãîðèòìè÷åñêîãî è ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ äëÿ óñòàíîâêè êîíòðîëÿ êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ îáúåêòèâà // Íàó÷íî-òåõíè÷åñêèé âåñòíèê ÑÏáÃÓ ÈÒÌÎ. Âûï. 26. ÑÏá.: èçä. ÃÓ ÈÒÌÎ, 2006. Ñ. 221.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
23
ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÀ ÀËÃÎÐÈÒÌÀ È ÏÐÎÃÐÀÌÌÛ ÄËß ÐÀÑØÈÐÅÍÈß ÂÎÇÌÎÆÍÎÑÒÅÉ ÌÅÒÎÄÀ ÎÖÅÍÊÈ ÊÀ×ÅÑÒÂÀ ÈÇÎÁÐÀÆÅÍÈß ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÈÑÒÅÌ
2009 ã.
Ëå Çóé Òóàí; Â. Ê. Êèðèëëîâñêèé, äîêòîð òåõí. íàóê
Ñàíêò- Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé, ìåõàíèêè è îïòèêè, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
E-mail: DuyTuanKTQ@yahoo.com, Vkkir@mail.ru
Äëÿ óñòðàíåíèÿ íåäîñòàòêîâ ìåòîäà ïðÿìîãî îïðåäåëåíèÿ ôóíêöèè ðàññåÿíèÿ òî÷êè, îñíîâàííîãî íà ïðèìåíåíèè ÏÇÑ êàìåðû, ðàçðàáîòàíû êîìïüþòåðíûå èçîôîòîìåòðè÷åñêèå ìåòîäû ýêñïåðèìåíòàëüíîãî àíàëèçà ïÿòíà ðàññåÿíèÿ, ñôîðìèðîâàííîãî ïðè ðàáîòå èçãîòîâëåííîé îïòè÷åñêîé ñèñòåìû. Ýòè ìåòîäû ïîçâîëÿþò ïîâûñèòü äèàïàçîí ðåãèñòðàöèè îñâåùåííîñòè â îïòè÷åñêîì èçîáðàæåíèè òåñò-îáúåêòà äî 103–105 ïðè óñòðàíåíèè ïîãðåøíîñòåé îò íåëèíåéíîñòè ñâåòîâîé õàðàêòåðèñòèêè ÏÇÑ ìàòðèöû.
Êîäû OCIS: 120.0120.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 07.10.2008.
Ââåäåíèå
Ðàçâèòèå îïòèêî-ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ è êîìïëåêñîâ, íàïðèìåð, òàêèõ, êàê ïðèáîðû íî÷íîãî âèäåíèÿ, òåïëîâèçèîííûå ñèñòåìû, öèôðîâûå êàìåðû, ìåäèöèíñêèå ïðèáîðû è ìèêðîñêîïû, òðåáóåò ïðèìåíåíèÿ âûñîêîêà÷åñòâåííûõ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ òðåáóåìîãî óðîâíÿ êà÷åñòâà íåîáõîäèìî îïðåäåëÿòü îñíîâíûå ïàðàìåòðû, õàðàêòåðèçóþùèå êà÷åñòâî èçãîòîâëåííûõ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì, ïðÿìûì ìåòîäîì è ñ ìèíèìàëüíîé ïîãðåøíîñòüþ.
Ôóíêöèÿ ðàññåÿíèÿ òî÷êè (ÔÐÒ), ò. å. ôóíêöèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ îñâåùåííîñòè â èçîáðàæåíèè òî÷å÷íîãî èñòî÷íèêà, ïîñòðîåííîãî èññëåäóåìîé îïòè÷åñêîé ñèñòåìîé, ÿâëÿåòñÿ ïåðâè÷íîé õàðàêòåðèñòèêîé êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ è ïîçâîëÿåò ïåðåéòè ê äðóãèì íåîáõîäèìûì õàðàêòåðèñòèêàì êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ, òàêèì êàê ôóíêöèÿ ðàññåÿíèÿ ëèíèè (ÔÐË), ôóíêöèÿ ïåðåäà÷è ìîäóëÿöèè (ÔÏÌ) èëè ÷àñòîòíî-êîíòðàñòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà (×ÊÕ), êðàåâàÿ ôóíêöèÿ, ôóíêöèÿ êîíöåíòðàöèè ýíåðãèè [1]. Ýòè ôóíêöèè ïðè èñïîëüçîâàíèè öèôðîâîé îáðàáîòêè â ïðîöåññå êîíòðîëÿ ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû çà îäèí ïðèåì, ÷òî ñóùåñòâåííî ñîêðàùàåò âðåìÿ êîíòðîëÿ è ïîâûøàåò åãî îïåðàòèâíîñòü.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ â ïðàêòèêå îïòè÷åñêîãî êîíòðîëÿ øèðîêî èñïîëüçóþò ÏÇÑ êàìåðû â êà÷åñòâå ïðèåìíèêà. Ñ ïîìîùüþ ÏÇÑ ìàòðèöû, óñòàíîâëåííîé â ôîêàëüíóþ ïëîñêîñòü èññëåäóåìîãî îáúåêòèâà, ïÿòíî ðàññåÿíèÿ ýòîãî îáúåêòèâà ñðàçó ðåãèñòðèðóåòñÿ â âèäå öèôðîâîé êàðòèíû, ïðåäñòàâëÿþùåé ìàññèâ çíà÷åíèé ÔÐÒ. Îäíàêî ÏÇÑ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìàòðèöó ïîòåíöèàëüíûõ ÿì,
êàæäàÿ èç êîòîðûõ ðàáîòàåò êàê îòäåëüíûé ôîòîïðèåìíèê, ïîýòîìó íàïðÿæåíèå âèäåîñèãíàëà çàâèñèò îò ôîðìû ñâåòîâîé õàðàêòåðèñòèêè ôîòîïðèåìíèêà, èìåþùåé ïðÿìîëèíåéíûé ó÷àñòîê. Çà ïðåäåëàìè ýòîãî ëèíåéíîãî ó÷àñòêà íàïðÿæåíèå ñèãíàëà íå ïðîïîðöèîíàëüíî óðîâíþ îñâåùåííîñòè, ïðè÷åì îòêëîíåíèå îò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè èçìåíÿåòñÿ ïî íåëèíåéíîìó çàêîíó. Íà ðèñ. 1 ïîêàçàíî, ÷òî ôîòîìåòðè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà ïÿòíà, êîòîðóþ ñîçäàåò ÏÇÑ êàìåðà, èñêàæàåòñÿ è ñèëüíî îòëè÷àåòñÿ îò ðåàëüíîé ÔÐÒ. Êðîìå òîãî, íà êàðòèíå ðåãèñòðèðóåòñÿ òîëüêî ïåðâîå äèôðàêöèîííîå êîëüöî. Âòîðîå, ñîîòâåòñòâóþùåå óðîâíþ îòíîñèòåëüíîé îñâåùåííîñòè 0,0045, íå çàðåãèñòðèðîâàíî. Ýòî äîêàçûâàåò, ÷òî äèàïàçîí ðåãèñòðàöèè îñâåùåííîñòè êàìåðîé â îáû÷íîì ðåæèìå ñîîòâåòñòâóåò ïåðåïàäó îñâåùåííîñòåé â èçîáðàæåíèè òî÷êè íå áîëåå ÷åì â 200 ðàç è ÿâëÿåòñÿ íåäîñòàòî÷íûì.
Ñïîñîá ðàñøèðåíèÿ âîçìîæíîñòåé àíàëèçà ïðè îöåíêå êà÷åñòâà îïòè÷åñêîãî
èçîáðàæåíèÿ ñ ïîìîùüþ ÏÇÑ êàìåðû
Äëÿ ðàñøèðåíèÿ äèàïàçîíà ðåãèñòðèðóåìûõ îñâåùåííîñòåé è óñòðàíåíèÿ âëèÿíèÿ íåëèíåéíîñòè ñâåòîâîé õàðàêòåðèñòèêè ÏÇÑ ìàòðèöû â äàííîé ðàáîòå ðàçðàáàòûâàëèñü àëãîðèòìè÷åñêîå è ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèÿ, êîòîðûå ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ðåàëèçàöèè êîìïüþòåðíîé âåðñèè ýôôåêòèâíîãî ìåòîäà èçîôîòîìåòðèè [2–4]. Ìåòîä îñíîâàí íà ðåãèñòðàöèè ñåðèè èçîáðàæåíèé ïÿòíà ðàññåÿíèÿ ñ ïåðåìåííûì âðåìåíåì ýêñïîçèöèè íà îäíîì è òîì æå ôîòîïðèåìíèêå è íà ïîëó÷åíèè ñîâîêóïíîñòè ôîòîìåòðè÷åñêèõ ñå÷åíèé, ñîîòâåòñòâóþùèõ ðàç-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
19
(à) (á) (â)
Å~ Å~ Å~ 0,8 0,8 0,8
0,4 0,4 0,4
0 –2
0
2 x, ìì
0 –2
0
2 x, ìì 0 –2
0
2 x, ìì
lgÅ~ 1
lgÅ~ 1
lgÅ~ 1
0,1 0,1 0,1
0,01 0,01 0,01
0,001 –2 0 2 x, ìì 0,001 –2 0 2 x, ìì 0,001 –2 0 2 x, ìì
Ðèñ. 1. Äèôðàêöèîííàÿ êàðòèíà íà îòâåðñòèè äèàìåòðîì d = 0,2 ìì çàðåãèñòðèðîâàíà íà ðàññòîÿíèè l = 230 ìì ðàçíûìè ìåòîäàìè. à – ïÿòíî, ðàññ÷èòàííîå ïî äèôðàêöèîííîé òåîðèè, á – ïÿòíî, êîòîðîå äàåò êàìåðà EVÑ-135,
â – ïÿòíî, ïîëó÷åííîå ìåòîäîì èçîôîòîìåòðèè.
ëè÷íûì óðîâíÿì ðàâíîé îñâåùåííîñòè. Êîíòóð êàæäîãî ôîòîìåòðè÷åñêîãî ñå÷åíèÿ ÿâëÿåòñÿ èçîôîòîé. Èç ñèñòåìû èçîôîò ìîæíî ïîëó÷èòü êàðòó è âîññòàíîâèòü ôóíêöèþ ðàñïðåäåëåíèÿ îñâåùåííîñòè â ïÿòíå ðàññåÿíèÿ (ðèñ. 2). Òàêîé ìåòîä íàçâàí ìåòîäîì èçîôîòîìåòðèè ñ èçìåíÿþùèìñÿ âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ [2–4]. Ìåòîä áûë ïðèìåíåí ïðè òåõíîëîãè÷åñêîì êîíòðîëå è àòòåñòàöèè 6-ìåòðîâîãî çåðêàëà êðóïíåéøåãî îïòè÷åñêîãî òåëåñêîïà ÁÒÀ è îïòè÷åñêèõ ñèñòåì ñåðèè ãèãàíòñêèõ òåëåñêîïîâ, ïîñòðîåííûõ íà ËÎÌÎ â 70 – 80 ãîäàõ ÕÕ âåêà. Îäíàêî èç-çà âûñîêîé òðóäîåìêîñòè ïðè ðó÷íîé ðåàëèçàöèè ìåòîä íå èñïîëüçîâàëñÿ â óñëîâèÿõ ñåðèéíîãî ïðîèçâîäñòâà. Êðîìå òîãî, îòñóòñòâèå ñîâåðøåííûõ êîìïüþòåðîâ ïðåïÿòñòâîâàëî ãëóáîêîìó ìàòåìàòè÷åñêîìó àíàëèçó ÔÐÒ ñ âû÷èñëåíèåì è îòîáðàæåíèåì ïîëíîé ãàììû õàðàêòåðèñòèê êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ (ÔÐË, ÔÏÌ, ïîãðàíè÷íàÿ êðèâàÿ). Çàêàç÷èêè â òå âðåìåíà âïîëíå äîâîëüñòâîâàëèñü ôóíêöèåé êîíöåíòðàöèè ýíåðãèè, êîòîðàÿ ìîãëà áûòü ïðè äîñòàòî÷íîé óñèä÷èâîñòè ðàññ÷èòàíà
20
cå÷åíèÿ
lgÅ E = 1 0,5
0,25 0,125
1 0,5
0,25 0,125
x′
t=1 t=2 t=4 t=8 t = 16
y′
lgÅ Dn
y′ èçîôîòû
Ðèñ. 2. Ñõåìà ìåòîäà èçîôîòîìåòðèè ñ ïåðåìåííûì âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ è âèä èçîôîòîãðàììû. E – îñâåùåííîñòü â îïòè÷åñêîì èçîáðàæåíèè òî÷êè; x′, y′ – êîîðäèíàòû â ïëîñêîñòè èçîáðàæåíèÿ, Dn – èíòåíñèâíîñòü èçîôîòû.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
âðó÷íóþ è ïðåäîñòàâëÿëà íåîáõîäèìûé êîëè÷åñòâåííûé êðèòåðèé êà÷åñòâà îáðàáîòêè çåðêàëà.
Îäíàêî ïðè îòñóòñòâèè ìåòîäîâ ïðÿìîãî èññëåäîâàíèÿ ñòðóêòóðû èçîáðàæåíèÿ â ïðàêòè÷åñêè ïðèåìëåìîì äèàïàçîíå îñîáåííî âàæíûìè áûëè ñåðüåçíûå äîñòîèíñòâà ìåòîäîâ èçîôîòîìåòðèè.
Íåîáõîäèìîñòü ðàñøèðåíèÿ îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ èçîôîòîìåòðè÷åñêèõ ïðèíöèïîâ â íàøè äíè ïðèâåëè àâòîðîâ ê çàäà÷å ñîçäàíèÿ ìåòîäà êîïüþòåðíîé èçîôîòîìåòðèè. Íîâûé ìåòîä îñíîâàí íà èäåå êîìïüþòåðíîãî óïðàâëåíèÿ ðàáîòîé ñîâðåìåííîé âèäåîêàìåðû, êîòîðàÿ ïî ïðîãðàììå ðåãèñòðèðóåò ñåðèþ êàäðîâ ñ íàðàñòàþùèì âðåìåíåì ýêñïîçèöèè; äàëåå ïðîãðàììà îáåñïå÷èâàåò âûäåëåíèå èçîôîòû êàæäîãî êàäðà ðåãèñòðàöèè. Ìàññèâ èçîôîò íàñòîëüêî ïëîòåí, ÷òî ÔÐÒ ôîðìèðóåòñÿ êàê ñîâîêóïíîñòü êîîðäèíàò òî÷åê, ðàñïîëîæåííûõ íà ðàññòîÿíèè ïîðîãà ðàçðåøåíèÿ ðåãèñòðèðóþùåé êàìåðû è ïîýòîìó ñëèâàþùèõñÿ â ìîíîëèòíóþ ïîâåðõíîñòü áåç ïðèìåíåíèÿ êàêîé-ëèáî àïïðîêñèìàöèè.
Òàêèì îáðàçîì, ìåòîä êîìïüþòåðíîé èçîôîòîìåòðèè, íàñëåäóÿ ðÿä ïðèçíàêîâ êëàññè÷åñêîé èçîôîòîìåòðèè, äàåò ðàäèêàëüíî íîâûå ðåçóëüòàòû è âîçìîæíîñòè.
Êëàññè÷åñêàÿ èçîôîòîìåòðèÿ ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü òîëüêî ñèñòåìó îòäåëüíûõ èçîôîò íà îòäåëüíûõ óðîâíÿõ îòíîñèòåëüíîé îñâåùåííîñòè, à ïîñëå ðó÷íîé ðàñøèôîâêè ðÿäà òî÷åê êàæäîé èçîôîòû âîçíèêàåò âîçìîæíîñòü ïóòåì àïïðîêñèìàöèè ìàññèâà ïîëó÷èòü ÔÐÒ êàê â òîé èëè èíîé ñòåïåíè ñãëàæåííóþ ïîâåðõíîñü. Ïðè ýòîì ìîãóò áûòü ïîòåðÿíû îòäåëüíûå äåòàëè ñòðóêòóðû ÔÐÒ, ÷òî ñíèæàåò èíôîðìàòèâíîñòü ìåòîäà.
Êîìïüþòåðíàÿ èçîôîòîìåòðèÿ, ïðåäñòàâëÿÿ ÔÐÒ êàê ìîíîëèòíóþ ïîâåðõíîñòü ýêñïåðèìåíòàëüíî èçìåðåííûõ òî÷åê, ïîçâîëÿåò íàáëþäàòü è èññëåäîâàòü ñ âûñîêîé äîñòîâåðíîñòüþ âñå îñîáåííîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ îñâåùåííîñòè â èçîáðàæåíèè òåñòîáúåêòà. Ìíîãèå èç ýòèõ îñîáåííîñòåé ñâÿçàíû ñ êîíêðåòíûìè îøèáêàìè è àáåððàöèÿìè êîíêðåòíîé ñèñòåìû, è èõ èññëåäîâàíèå îñîáåííî âàæíî ïðè êîíòðîëå ïðåöèçèîííûõ îïòè÷åñêèõ ïîâåðõíîñòåé, êîãäà èíòåðôåðîìåòð íå ñïîñîáåí âûÿâèòü îñòàòî÷íûå îøèáêè â ñèëó ïîãðåøíîñòåé ñàìîãî ïðèáîðà è ìåòîäà ðàñøèôðîâêè.
Äèàïàçîí ðåãèñòðàöèè îñâåùåííîñòè ïî äàííîìó ìåòîäó íå çàâèñèò îò ïðîòÿæåííîñòè ðàáî÷åãî ó÷àñòêà ñâåòîâîé õàðàêòåðèñòèêè ôîòîïðèåìíèêà, òàê êàê ïðè âûäåëåíèè èçîôîòû êàê êîíòóðà (ðèñ. 2) ñâåòîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà ïðèåìíèêà ïðåîáðàçóåòñÿ èç ïëàâíîé â èìïóëüñíóþ [2], à çàâèñèò îò èçìåíåíèÿ âðåìåíè íàêîïëåíèÿ, êîòîðîå ìîæåò áûòü ñâûøå 103–105.  äàííîì èññëåäîâàíèè ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ óñòàíîâêà áûëà îñíàùåíà ìàòðè÷íîé âèäåî-
êàìåðîé íîâîãî ïîêîëåíèÿ VAC-135 ñ ïðîòÿæåííîñòüþ ëèíåéíîãî ó÷àñòêà ñâåòîâîé õàðàêòåðèñòèêè, ñîîòâåòñòâóþùåé èçìåíåíèþ îòíîñèòåëüíîé îñâåùåííîñòè â 102×. Îäíàêî ïðè ðàáîòå êàìåðû â ðåæèìå èçîôîòîìåòðèè îòíîñèòåëüíîå âðåìÿ íàêîïëåíèÿ (ýêñïîçèöèè) ìîæåò ïåðåêëþ÷àòüñÿ â äèàïàçîíå ñâûøå òðåõ ïîðÿäêîâ (1÷2047). Ïðè ýòîì ðàñïðåäåëåíèå îñâåùåííîñòè â îïòè÷åñêîì èçîáðàæåíèè ðåãèñòðèðóåòñÿ â äèàïàçîíå, ïðåâûøàþùåì ïðîòÿæåííîñòü ëèíåéíîãî ó÷àñòêà ñâåòîâîé õàðàêòåðèñòèêè êàìåðû, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò âîçìîæíîñòè ðåãèñòðàöèè îñâåùåííîñòè â îïòè÷åñêîì èçîáðàæåíèè òåñò-îáúåêòà ïðè åå ïåðåïàäå îò ìàêñèìàëüíîé äî ìèíèìàëüíîé ñ êîýôôèöèåíòîì 103,3.
Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî àññîðòèìåíò ìàòðè÷íîé òåëåâèçèîííîé àïïàðàòóðû áûñòðî ðàçâèâàåòñÿ, è ñåãîäíÿ ìû óæå èìååì íà ðûíêå êàìåðû, ïîçâîëÿþùèå ðåãóëèðîâàòü èçìåíåíèå ýêñïîçèöèè â äèàïàçîíå äî 100 000 ðàç, ò. å. ñóùåñòâåííî ðàñøèðÿåòñÿ äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí, â êîòîðîì ìåòîäîì èçîôîòîìåòðèè ìîæíî îïðåäåëèòü ñòðóêòóðó èçîáðàæåíèÿ òåñò-îáúåêòà, íàïðèìåð – ôóíêöèþ ðàññåÿíèÿ òî÷êè.
Íà ðèñ. 3 èçîáðàæåíà ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà óñòðîéñòâà. Óñòàíîâêà ñîäåðæèò îñâåòèòåëüíóþ ñèñòåìó, â êîòîðóþ âõîäÿò ëàçåð 1 è îáúåêòèâ îñâåòèòåëüíîé ñèñòåìû 3, ôîðìèðóþùèé òî÷å÷íûé èñòî÷íèê ñâåòà.  îñâåòèòåëüíóþ ñèñòåìó ââåäåí ïåðåìåùàþùèéñÿ (âðàùàþùèéñÿ) ôîòîìåòðè÷åñêèé êëèí 2, ïëàâíî ìåíÿþùèé ñâåòîâîé ïîòîê. Ñôîðìèðîâàííûé ñ ïîìîùüþ äèàôðàãìû 4 òî÷å÷íûé èñòî÷íèê ñâåòà ïîñûëàåò ðàñõîäÿùèéñÿ ãîìî-
123 4
56
78
9
10
Ðèñ. 3. Ñõåìà óñòàíîâêè äëÿ èçìåðåíèÿ ÔÐÒ ôîòîîáúåêòèâà ïî ìåòîäó èçîôîòîìåòðèè ñ èçìåíÿþùèìñÿ âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ ñ ïîìîùüþ êàìåðû. 1 – ëàçåð, 2 – ôîòîìåòðè÷åñêèé êëèí, 3 – ñèñòåìà äëÿ ôîêóñèðîâêè ëàçåðíîãî ïó÷êà, 4 – òî÷å÷íàÿ äèàôðàãìà, 5 – îáúåêòèâ êîëëèìàòîðà, 6 – èññëåäóåìûé îáúåêòèâ, 7 – èçîáðàæåíèå òî÷å÷íîãî òåñò-îáúåêòà (ïÿòíî ðàññåÿíèÿ), 8 – ïðîåêöèîííûé ìèêðîîáúåêòèâ, 9 – âèäåîêàìåðà (ïðèåìíèê èçîáðàæåíèÿ), 10 – êîìïüþòåð.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
21
Íà÷àëî Îïðåäåëåíèå ìèíèìàëüíîãî è ìàêñèìàëüíîãî
çíà÷åíèÿ ýêñïîçèöèè tmin, tmax, t = tmin Óñòàíîâêà çía÷åíèÿ ýêñïîçèöèè t
Ðåãèñòðàöèÿ èçîáðàæåíèÿ ïÿòíà ðàññåÿíèÿ
Âûäåëåíèå èçîôîòû Âû÷èñëåíèå îòíîñèòåëüíîé
îñâåùåííîñòè Eîòí = tmin/t Îòîáðàæåíèå ñå÷åíèÿ
íà ïðîñòðàíñòâåííûå êîîðäèíàòû è çàïèñü ñå÷åíèÿ â ìàññèâ äàííûõ ÔÐÒ Óâåëè÷åíèå ýêñïîçèöèè t = 2×t Äà t ≤ tmax Íåò Òðåõìåðíûé ãðàôèê ÔÐÒ è ìàññèâ äàííûõ
Ñôîðìèðîâàííûå ÏÇÑ êàìåðîé öèôðîâûå èçîáðàæåíèÿ ââîäÿòñÿ â ìîäóëü âûäåëåíèÿ èçîôîò.
Íà ðèñ. 4 ïîêàçàíî àëãîðèòìè÷åñêîå ðåøåíèå êîìïüþòåðíîé âåðñèè èçîôîòîìåòðèè ñ ïåðåìåííûì íàêîïëåíèåì.  èñõîäíîì ñîñòîÿíèè ïàðàìåòð “exposure” êàìåðû óñòàíîâëåí íà ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå t1, à ôîòîìåòðè÷åñêèé êëèí ââåäåí òàê, ÷òî ñâåòîâîé ïîòîê â ñõåìå êîíòðîëÿ ôîðìèðóåò èçîáðàæåíèå, äàþùåå ïåðâóþ èçîôîòó äëÿ öåíòðàëüíîãî ìàêñèìóìà ÔÐÒ. Ýòà èçîôîòà äëÿ äèôðàêöèîííîãî êðóæêà èìååò âèä òî÷êè è ñîîòâåòñòâóåò çíà÷åíèþ îñâåùåííîñòè Åîòí1, êîòîðîå ïðèíèìàåòñÿ ðàâíûì åäèíèöå.
 ïðîöåññå èçìåðåíèÿ ïîñëå óñòàíîâêè óâåëè÷åííîãî âðåìåíè ýêñïîçèöèè t2 = kt1 ïðîãðàììà âûïîëíÿåò ðåãèñòðàöèþ èçîáðàæåíèÿ ïÿòíà ðàññåÿíèÿ è ââîäèò åãî â ìîäóëü âûäåëåíèÿ èçîôîòû. Ýòà èçîôîòà ÿâëÿåòñÿ êîíòóðîì ôîòîìåòðè÷åñêîãî ñå÷åíèÿ, ñîîòâåòñòâóþùåãî íîâîìó óðîâíþ îòíîñèòåëüíîé îñâåùåííîñòè Eoòí2 = t1/t2.
Òàêèì îáðàçîì, Eoòín = 1/tîòín = t1/tn, ïîýòîìó èçîôîòà äàëåå ïîìåùàåòñÿ â ñèñòåìó êîîðäèíàò íà óðîâåíü Eoòín, êîòîðûé è çàïèñûâàåòñÿ â ïàìÿòü. Êîãäà t ïðåâûøàåò ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå tmax, ðàáîòà ïðîãðàììû çàêàí÷èâàåòñÿ ôîðìèðîâàíèåì ÔÐÒ, à íà ìîíèòîðå ïîëó÷àåòñÿ ãðàôè÷åñêîå îòîáðàæåíèå ÔÐÒ.
Èòàê, â ðåçóëüòàòå çàïîìèíàíèÿ ðÿäà ôîòîìåòðè÷åñêèõ ñå÷åíèé è ïîñòðîåíèÿ â ïðîñòðàíñòâåííûõ êîîðäèíàòàõ èõ èñõîäíîãî âçàèìíîãî ðàñïîëîæåíèÿ ôîðìèðóþòñÿ ãðàôèêè ÔÐÒ (ðèñ. 5), âêëþ÷àÿ êàðòó ÔÐÒ è îáúåìíóþ äèàãðàììó ÔÐÒ [6].
Êîíåö
Ðèñ. 4. Àëãîðèòìè÷åñêîå ðåøåíèå êîìïüþòåðíîé âåðñèè èçîôîòîìåòðèè ñ ïåðåìåííûì íàêîïëåíèåì.
öåíòðè÷åñêèé ïó÷îê ÷åðåç îáúåêòèâ êîëëèìàòîðà 5 â çðà÷îê èññëåäóåìîé ñèñòåìû 6, êîòîðàÿ ñòðîèò ïÿòíî ðàññåÿíèÿ 7. Ýòî èçîáðàæåíèå ñ ïîìîùüþ ìèêðîîáúåêòèâà 8 ïåðåíîñèòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì íà ÷óâñòâèòåëüíóþ ïëîùàäêó ÏÇÑ êàìåðû 9. Êàìåðà ïðåâðàùàåò èçîáðàæåíèå ïÿòíà ðàññåÿíèÿ â âèäåîñèãíàë è ïîñûëàåò â êîìïüþòåð ÷åðåç ïîðò USB. Ñ ïîìîùüþ ðàçðàáîòàííîé ïðîãðàììû “ÊÈÇÎ-ÔÐÒ” ìîæíî íàáëþäàòü ïÿòíî ðàññåÿíèÿ íà ìîíèòîðå è àâòîìàòè÷åñêè âûïîëíÿòü ñúåìêó ñåðèè ïîñëåäîâàòåëüíûõ ôîòîêàäðîâ ñ ïåðåìåííûì âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ.
1 ~Å(x′)
0,5
(à) ÔÐÒ
1 Å~(x′)
0,5
(á) ÔÐÒ
0 –0,02
0
1 T(ν)
0,5
ÔÏÌ
0,02 x′, ìì
0 1
T(ν)
0,5
–0,01 0 0,01 x′, ìì
ÔÏÌ
0 20 40 60 80
0
ν, ìì–1
20 40 60 ν, ìì–1
Ðèñ. 5. ÔÐÒ è ÔÏÌ ñêëååííîãî îáúåêòèâà äëÿ îñåâîãî ïó÷êà. à – ðàñ÷åòíûå ðåçóëüòàòû, á – ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû ïî ìåòîäó èçîôîòîìåòðèè.
22 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
Ïðîãðàììà è ðåçóëüòàò
Ñîçäàí àëãîðèòì, êîòîðûé ëåã â îñíîâó ðàçðàáîòêè ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ, íàçâàííîãî “ÊÈÇÎ-ÔÐÒ”. Ìîæíî êîíñòàòèðîâàòü ñîçäàíèå íîâîãî ìåòîäà – êîìïüþòåðíîé èçîôîòîìåòðèè ñ èçìåíÿþùèìñÿ âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ. Ñ ïîìîùüþ ìàòðè÷íîé êàìåðû VAC-135 è ñ ïðèìåíåíèåì ñîçäàííîãî ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ ìåòîä ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü ÔÐÒ â äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ îñâåùåííîñòè íà óðîâíå 103,3 è îáðàáîòàòü ðåçóëüòàòû êîíòðîëÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ îñíîâíûõ êîëè÷åñòâåííûõ è êà÷åñòâåííûõ õàðàêòåðèñòèê èçîáðàæåíèÿ èññëåäóåìîãî îáúåêòèâà.
Äëÿ ýêñïåðèìåíòàëüíîé èëëþñòðàöèè ýòàïîâ ðàáîòû ïðîãðàììû ñ èññëåäóåìûì îáúåêòèâîì èñïîëüçîâàí äâóñêëååííûé îáúåêòèâ. Åãî ðàñ÷åòíûå ïàðàìåòðû ïðåäñòàâëåíû â òàáëèöå. Íà ðèñ. 5 äàíî ñðàâíåíèå ãðàôèêîâ ÔÐÒ è ÔÏÌ, ïîëó÷åííûõ êàê ðàñ÷åòíî, òàê è ýêñïåðèìåíòàëüíî ïî ìåòîäó èçîôîòîìåòðèè.
r
128,680 –90,860 –275,720
Ïàðàìåòðû d
10,00 4,00
Dñâ
50 50 50
Ìàòåðèàë ñòåêëî
Ê8 ÒÔ1
õàðàêòåðèñòèê êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì.
Áëàãîäàðÿ ðàçðàáîòêå àëãîðèòìè÷åñêîãî è ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ äëÿ óñòàíîâîê êîíòðîëÿ êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ ñîçäàí íîâûé êîìïüþòåðíûé ìåòîä èçîôîòîìåòðèè ñ èçìåíÿþùèìñÿ âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ ñâåòîâîé ýíåðãèè. Ïðè ýòîì àâòîìàòè÷åñêèé ðåæèì èçîôîòîìåòðèè äîñòèãíóò áëàãîäàðÿ òîìó, ÷òî ñúåìî÷íàÿ êàìåðà â ïðîöåññå èçîôîòîìåòðè÷åñêîé ðåãèñòðàöèè óïðàâëÿåòñÿ êîìïüþòåðîì. Ìåòîä ïîçâîëÿåò íà ñîâðåìåííîì óðîâíå ðåàëèçîâàòü óíèêàëüíûå âîçìîæíîñòè èçîôîòîìåòðèè ñ èçìåíÿþùèìñÿ âðåìåíåì íàêîïëåíèÿ, îáúåäèíÿÿ äîñòîèíñòâà øèðîêîäèàïàçîííîãî àíàëèçà ñòðóêòóðû èçîáðàæåíèÿ òåñò-îáúåêòà, âûñîêîé ñêîðîñòè è øèðîêîãî îáúåìà êîìïüþòåðíîé îáðàáîòêè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ. Ñîçäàíà âîçìîæíîñòü èçìåðåíèÿ òîíêîé ñòðóêòóðû ïÿòíà ðàññåÿíèÿ.
Îáåñïå÷åíî îïåðàòèâíîå îïðåäåëåíèå ïîëíîãî íàáîðà õàðàêòåðèñòèê êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ, òàêèõ êàê øèðîêîäèàïàçîííûé äâóõìåðíûé ìàññèâ çíà÷åíèé ÔÐÒ, ôóíêöèÿ ïåðåäà÷è ìîäóëÿöèè, ôóíêöèÿ êîíöåíòðàöèè ýíåðãèè, ôóíêöèÿ ðàññåÿíèÿ ëèíèè è ïîãðàíè÷íàÿ êðèâàÿ.
Òàêèì îáðàçîì, íà èçîôîòîìåòðè÷åñêèõ ïðèíöèïàõ ðàçðàáîòàí è ðåàëèçîâàí ñîâðåìåííûé ìåòîä èññëåäîâàíèÿ êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ, ïðèñïîñîáëåííûé äëÿ ðåàëüíîãî ïðîèçâîäñòâà è ïðîøåäøèé óñïåøíîå èñïûòàíèå â öåõîâûõ óñëîâèÿõ.
Çäåñü r – ðàäèóñû êðèâèçíû ïîâåðõíîñòåé, d – ðàññòîÿíèå ìåæäó äâóìÿ ïîñëåäóþùèìè ïîâåðõíîñòÿìè, Dñâ – ñâåòîâîé äèàìåòð ïîâåðõíîñòè.
Íà ðèñ. 5 âèäíî, ÷òî ðàñ÷åòíàÿ è ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ÔÏÌ õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ. Èìåþùèåñÿ ðàçëè÷èÿ ìåæäó íèìè ìîæíî îáúÿñíèòü òàêèìè ôàêòîðàìè, êàê ïîãðåøíîñòè èçãîòîâëåíèÿ ëèíç, íåñîâïàäåíèå ïîëîæåíèÿ ïëîñêîñòè ïðèåìíèêà ñ ïîëîæåíèåì ðàñ÷åòíîé ôîêàëüíîé ïëîñêîñòè, íàëè÷èå îñòàòî÷íûõ áëèêîâ è ðàññåÿííîãî ñâåòà â àïïàðàòóðå êîíòðîëÿ.
Çàêëþ÷åíèå
Íàñòîÿùàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà ðàçâèòèþ ìåòîäîâ èçîôîòîìåòðèè íà îñíîâå èõ êîìïüþòåðèçàöèè. Îíà îñóùåñòâëåíà äëÿ óñòðàíåíèÿ íåäîñòàòêîâ òðàäèöèîííûõ ìåòîäîâ ïðÿìîãî îïðåäåëåíèÿ ÔÐÒ, îñíîâàííûõ íà ñêàíèðîâàíèè, è äëÿ ìîäåðíèçàöèè ðàçðàáîòàííûõ èçîôîòîìåòðè÷åñêèõ ìåòîäîâ ýêñïåðèìåíòàëüíîãî øèðîêîäèàïàçîííîãî èññëåäîâàíèÿ
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Øóëüìàí Ì.ß. Èçìåðåíèå ïåðåäàòî÷íûõ ôóíêöèé îïòè÷åñêèõ ñèñòåì. Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1980. 206 ñ.
12. Êèðèëëîâñêèé Â.Ê. Îïòè÷åñêèå èçìåðåíèÿ. ×àñòü 4. ÑÏá.: èçä. ÃÓ ÈÒÌÎ, 2005. 88 ñ.
13. Èâàíîâà Ò.À., Êèðèëëîâñêèé Â.Ê. Ïðîåêòèðîâàíèå è êîíòðîëü îïòèêè ìèêðîñêîïîâ. Ë.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1984. 230 ñ.
14. Çâåðåâ Â.À., Êèðèëëîâñêèé Â.Ê., Ñîêîëüñêèé Ì.Í. Èññëåäîâàíèå êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì ìåòîäîì èçîôîòîìåòðè÷åñêîé ôîòîðåãèñòðàöèè // ÎÌÏ. 1976. ¹ 8. Ñ. 14.
15. Êèðèëëîâñêèé Â.Ê., Ëå Çóé Òóàí. Ðàçðàáîòêà àëãîðèòìè÷åñêîãî è ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ äëÿ àïïàðàòóðû êîíòðîëÿ êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêèõ ñèñòåì // Èçâ. âóçîâ. Ïðèáîðîñòðîåíèå. 2007. Ò. 50. ¹ 7. Ñ. 52.
16. Ëå Çóé Òóàí, íàó÷íûé ðóêîâîäèòåëü Êèðèëëîâñêèé Â.Ê. Ðàçðàáîòêà àëãîðèòìè÷åñêîãî è ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ äëÿ óñòàíîâêè êîíòðîëÿ êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ îáúåêòèâà // Íàó÷íî-òåõíè÷åñêèé âåñòíèê ÑÏáÃÓ ÈÒÌÎ. Âûï. 26. ÑÏá.: èçä. ÃÓ ÈÒÌÎ, 2006. Ñ. 221.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 76, ¹ 1, 2009
23