Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Измерение частотно-контрастной характеристики оптической системы
Цель работы Изучение метода измерения, ознакомление с лабораторной установкой, проведение измерения частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) оптической системы.
Общие сведения Частотно-контрастная характеристика показывает изменение контраста предмета при передаче его оптической системой в зависимости от пространственной частоты предмета (миры). Разрешающая способность, или предел разрешения, оптической системы с точки зрения понятия ЧКХ представляет собой такую пространственную частоту в изображении периодических предметов, при которой контраст между изображением предмета и окружающим фоном находится на границе контрастной чувствительности глаза или другого приемника излучения. При измерении соотношения между распределениями освещенности в изображении и распределением яркости в плоскости предмета можно получить количественную оценку качества изображения системы, выраженную коэффициентом передачи контраста ТN. Если в качестве предмета взять периодическую решетку, яркость штрихов которой имеет синусоидальное распределение, то коэффициентом передачи контраста ТN называют отношение контраста К´N изображения синусоидальной миры (периодической решетки) к контрасту самой миры К , контраст определяется по формулам: , , где Emax и Emin – яркость темных и светлых штрихов предмета; E´max и E´min – соответствующая минимальная и максимальная освещенность элементов изображения. Так как изготовление синусоидальных мир технологически сложно, то применяют обычные миры с прямоугольными штрихами и пересчитывают результаты, используя преобразования Фурье, применительно к синусоидальным мирам. ЧКХ дает более полную информацию о свойствах изображающей системы, характеризуя возможности системы адекватно передавать в изображении любые по размеру детали объекта, а не только самые малые. Особое значение приобрел метод ЧКХ в связи с развитием аэрофотосъемки, съемки и других специальных видов получения оптических изображений. Количественно – это отношение величины контраста изображения, получаемого с помощью данной системы, и контраста репродуцируемого объекта (изображение оригинала). Ее значение зависит от пространственной частоты деталей репродуцируемого изображения. При определении ЧКХ оценивают распределение освещенности в репродуцируемом изображении относительно известного распределения яркостей изображения оригинала. В качестве изображения оригинала используют периодические решетки с линейчатой структурой.
Применение преобразования Фурье в теории оптического изображения (по аналогии с теорией автоматического регулирования) привело к понятию оптическая передаточная функция (ОПФ). Если в качестве входного сигнала оптической системы представить предмет с синусоидальным распределением яркости (рис. 6.1).
Рис. 6.1. Связь предмета и изображения, создаваемого оптической системой, характеризующая понятие ОПФ
L(x) = L ср K sin(2π Nx +φ), то ее выходным сигналом будет создаваемое объективом изображение предмета с синусоидальным распределением освещенности E′(x) = E′ ср K′ sin(2π Nx′ +φ′), (6.1) где – контраст предмета; – контраст изображения; N, N´ - пространственные частоты предмета, изображения, связанные между собой зависимостью N´= β N, β – линейное увеличение системы, Lср, Lmax, Lmin, E´ср, E´max, E´min – средние, максимальные, минимальные значения яркости (L) и освещенности (Е). В этом случае ОПФ запишется
где с – масштабный коэффициент.
В общем случае ОПФ определяется как отношение преобразований Фурье освещенности изображения ()и яркости предмета ()
где , . ОПФ характеризует изменение оптических сигналов, проходящих через оптическую систему, по амплитуде и фазе для различных пространственных частот , где – модуль ОПФ или амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); φ̃(N) – аргумент ОПФ, или фазочастотная характеристика (ФЧХ); А(x´) – функция рассеяния точки. АЧХ показывает, каким образом оптическая система влияет на перераспределение интенсивности проходящей через эту систему световой энергии. Эта характеристика выражает взаимосвязь между соотношениями интенсивностей (или контрастами), имеющими место как в самом объекте, так и в его изображении. ФЧХ показывает, как данная оптическая система обеспечивает взаимное положение деталей в изображении в соответствии с положением деталей на изображаемом объекте. Возможные фазовые сдвиги в положении деталей изображения являются следствием влияния остаточных аберраций в оптической системе, таких как дисторсия, астигматизм, кривизна поля и кома. АЧХ выявляет, какие амплитудные искажения вносит данная система, а ФЧХ характеризует эту систему в отношении положения и конфигурации деталей изображения. При этом оба вида погрешностей определяются в зависимости от пространственной частоты деталей в изображаемом объекте. Следует отметить, что свойства АЧХ проявляются по всему полю изображения, а ФЧХ – преимущественно по краям поля, причем по мере удаления от центра поля (от оптической оси системы). ФЧХ определяется в основном у таких объективов, которые имеют или большие угловые поля (являются сверхширокоугольными), или большие относительные отверстия (являются сверхсветосильными), а также у объективов, используемых в точной фотографии и аэрофотосъемке. Для большинства фото- и кинообъективов ОПФ приравнивается АЧХ, которая называется иногда функцией передачи модуляции (ФПМ), или частотно-контрастной характеристикой (ЧКХ), и определяет зависимость коэффициента TN передачи модуляции (контраста) от пространственной частоты. Рассмотрим предмет как совокупность светящихся точек или линий, или как совокупность элементарных объективов, яркость которых распределяется по синусоидальному закону (рис. 6.2) Рис. 6.2. Распределение яркости совокупности светящихся точек
L(x) = L ср+ Lа cos(2π Nx), где La – амплитуда колебания яркости в плоскости предмета, N - пространственная частота, характеризующая размеры предмета и равная величине, обратной периоду изменения интенсивности по оси х.
Изображение предмета получается суммированием синусоидальных составляющих распределения освещенности в плоскости изображения. Распределение освещенности в изображении элементарного одномерного объектива имеет вид E′(x′) = E ср+ Eа cos(2π N′x′- φ′), где Еа – амплитуда колебаний освещенности изображения предмета, φ´- фазовый сдвиг оптической системы. В этом случае качество изображения можно оценивать по тому, с какой амплитудой и фазой передает объектив оптическую информацию на той или иной пространственной частоте, т.е. при помощи передаточной функции. Она может быть описана при помощи преобразования Фурье. Из формулы (6.3) имеем
или
С учетом того, что (см. рис. 6.2) , ; , ; в силу формулы (6.1) ; . Из формул (6.2) и (6.4) имеем . При изменениях ЧКХ предмет в виде штриховых полос выполняют так, чтобы контраст предмета К =1, т.е. в виде чередующихся черно-белых штриховых полос. В связи с этим .
Описание лабораторной установки Установка представляет собой оптическую скамью (рис. 6.3), в которой используются: осветитель ОИ-24, содержащий источник света 1, конденсор 2, светофильтры 3, тест-объект 4, объектив коллиматора 5, контролируемый объектив 6, микрообъектив 7, анализирующая щель 8, фотоприемник 9 (ФЭУ-83), регистрирующее устройство (РУ).
Рис. 6.3. Схема установки для определения ЧКХ
Тест-объект 4 представляет собой решетку, состоящую из узких прозрачных и непрозрачных штрихов одинаковой ширины. Он находится в фокусе коллиматорного объектива и освещается ОИ-24. Светофильтры 3 предназначены для обеспечения соответствия спектральных характеристик светового потока и спектральных характеристик объектива. Установка снабжена тремя тест-объектами с известными пространственными частотами, которые установлены в револьверную головку, закрепленную на коллиматоре. Поворотом подвижной части револьверной головки устанавливается требуемый тест-объект. Осветитель ОИ-24 и коллиматор расположены на поворотном рычаге, позволяющем направлять световой пучок коллиматора под углом. Объективодержатель исследуемого объектива 6 и приемный узел, включающий микрообъектив 7, анализирующую щель 8 и фотоприемник 9 расположены на отдельном столике, имеющем подвижки по трем осям. Каретка 11 с микрообъетивом 9 имеет возможность перемещаться в продольном и поперечном направлениях. Анализирующая щель 8 и фотоприемник 9 (ФЭУ-83) также установлены на каретке 12 с микрометрическим винтом для поперечного сканирования. Сигнал с фотоприемника 9 поступает на регистрирующее устройство (микроамперметр для постоянного тока М-95 или шлейфовый осциллограф Н-117). Для питания ФЭУ-83 используется источник постоянного тока Б5-49 и преобразователь напряжения (ПН).
Технические характеристики Отдельные узлы установки должны соответствовать следующим требованиям: 1. Апертурный угол конденсора осветителя в пространстве изображений должен быть больше апертурного угла коллиматора. 2. Апертура микрообъектива должна быть больше апертуры исследуемого объектива в пространстве предметов. 3. Световой диаметр коллиматорного объектива должен превышать диаметр входного зрачка испытуемого объектива не менее чем на 10%;
Порядок выполнения работы 1. Подготовка к измерениям. 1.1. Ознакомиться с установкой и принципом ЧКХ. 1.2. Получить исследуемый объектив, установите его в объективодержатель. 1.3. Включить осветитель и выставьте напряжение 18 В. Проверить соосность системы. 1.4. Произвести настройку измерительной системыследующим образом. 1.1.1. Поворотом револьверной головки установить решетку с максимальной пространственной частотой. 1.1.2. Добиться резкого изображения тест-объекта на анализирующей щели продольной подвижкой микрообъектива. 1.1.3. Проверить ширину щели (b) приемного узла, удовлетворяющую неравенству
где N¢max= Nmax·f¢ к /(f¢ об·b ), N¢max – максимальная пространственная частота тест-объекта, f¢ к, f¢ об – фокусные расстояния коллиматора и объектива, b – увеличение микроскопа. 1.5. Проверить правильность подключения ФЭУ-83, Б5-49 и, получив разрешение у преподавателя, включить их в сеть. Проверить нулевое показание прибора, перекрыв поток.
1.6. Проверить параллельность щели и изображений тест-объекта. Если параллельность нарушена, то ее восстановить на глаз плавным поворотом всего механизма щели, предварительно отжав стопорный винт механизма. Окончательную настройку параллельности провести по максимальным показаниям РУ. 1.7. Подобрать такое напряжение питания ОИ-24, чтобы при Nmax и Nmin показания РУ были в пределах его шкалы. 2. Измерение ЧКХ провести следующим образом: 2.1. Установить Nmin. 2.2. Перемещая (сканируя) анализирующую щель с фотоприемником в поперечном направлении с медленной постоянной скоростью (вращая маховичок каретки = 1О/С), снять максимальное и минимальное значение показаний РУ не менее 6 раз. (Три значения при вращении маховичка в одну сторону и три следующие – в другую сторону). Отсчеты занести в таблицу. 2.3. Проделать п. 2.2 для других N¢i, проверяя параллельность и фокусировку изображения тест-объекта (пункты 1.4 и 1.6). 2.4. Повернуть поворотный рычаг на угол ω=0,7ω max и совместить изображение тест-объекта с серединой анализирующей шкалы путем перемещения микрообъектива и каретки 12 со щелью и ФЭУ. Снять ЧКХ для всех N¢i, согласно пунктам 2.1, 2.3, результаты занести в таблицу. 3. Выключить установку, поставить рычаг в нулевое положение. Оформить отчет, который должен содержать: схему установки, таблицы измерений и значений I(N), T(N), графики их функций T(N), погрешности σ T(N), ST(N)
где Imax, Imin – максимальное и минимальное значения тока миллиамперметра (отклонение луча осциллографа)
Контрольные вопросы 1. Что такое ЧКХ, ОПФ и их связь между собой? 2. Какие условия предъявляются к элементам установки? 3. Покажите справедливость формул (6.6), (6.7). Объясните полученные результаты. 4. Чему будет равна ЧКХ при N =0? 5. Как изменится ЧКХ, если часть зрачка закрыть экраном? 6. Как изменится ЧКХ если не выполнится условие (6.5)? 7. Какие принципы измерения ЧКХ? 8. Опишите устройство установки. 9. Как улучшить точность измерений и повысить производительность измерений?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-10; просмотров: 913; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.192.75.131 (0.112 с.) |