Измерение характеристик качества изображения оптической системы TV - камеры методом изофотометрии ФРЛ. Лабораторная работа по курсу ''Оптические измерения''

Современные оптические измерения ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 20

Измерение характеристик качества изображения оптической системы TV – камеры методом изофотометрии ФРЛ (Программное обеспечение по компьютерной обработке изображения для изофотометрии ФРЛ и расчету ЧКХ разработал студент Ю.Беляев).

Задание для работы 1. Отъюстировать схему изофотометра ФРЛ с исследуемой телевизионной камерой, оснащенной объективом "Гелиос-44" и вакуумным приемником изображения типа видикон. 2. Сформировать на изофотометре изображение изофоты как графика ФРЛ на экране TV - монитора. Сформировать на компьютерном дисплее изофотометра изображение тестобъекта типа "светящаяся линия переменной яркости". 3. Выполнить при помощи компьютерного блока TV-тюнера захват изображения тест-объекта и его последующую обработку (трансформацию) для получения изофоты изображения как графика ФРЛ в логарифмической форме. Обработкой на компьютере значений ФРЛ определить ОПФ (таблицы и графики), ЧКХ и критерии качества изображения объектива. 4. Измерить ширину ФРЛ на заданном уровне относительной освещенности E ОТН. 5. Получить значения фотографической разрешающей способности ФРС, пользуюсь соотношением соответствия или из таблицы соответствия ФРЛ и ФРС. 6.

Определить характеристики точности измерения.

ПРИНЦИП МЕТОДА Кратко принцип метода состоит в формирование исследуемой оптической системой изображения тест-объекта типа “светящаяся линия переменной яркости”. Для реализации такого тест-объекта в коллиматоре установлена щель с линейным фотометрическим клином, ось которого совпадает с расположением щели. Построенное исследуемым объективом изображение этого тест объекта переносится на чувствительную площадку передающей телевизионной камеры, включенной в замкнутую телевизионную систему (видеосистему ТВС), видеосигнал от которой подается также на телевизионный блок компьютера (видео-тюнер с функцией захвата кадра). Функция захвата позволяет перенести изображение тест-объекта в программу обработки изображения и трансформации полученного изображения при помощи функции преобразования (ФП или световой характеристикой) типа “импульс”. Такая ФП выполняет операцию выделении контура - изофоты в исследуемом изображении. Изофота для изображения тест-объекта указанного типа “светящаяся линия переменной яркости”. имеет форму графика ФРЛ исследуемого оптического прибора.

Рис. 1. Компьютерное моделирование принципа формирования изофоты как графика ФРЛ исследуемой оптической системы

Здесь ФРЛ имеет логарифмический масштаб по оси интенсивностей. Итак, по оси ординат располагаются значения логарифма относительной освещенности (lg EОТН), а по оси абсцисс - пространственная протяженность в плоскости изображения. На данной установке определяется суммарная ФРЛ и ФПМ (ЧКХ) системы объектив –видикон для исследуемой телевизионной камеры. Компьютерной обработкой данных получают весь комплекс требуемых характеристик качества изображения объектива: оптическую передаточную функцию ОПФ, модуляционную передаточную функцию ФПМ (называемую также частотно-контрастной характеристикой ЧКХ). Определяют требуемые критерии качества изображения исследуемой системы, такие как значение коэффициента передачи контраста на заданной критической частоте. Другой критерий - среднее значение ФПМ на сюжетно важном интервале частот, определяемой по формуле :

J=

1

μпр

μ пр

∫ T ( μ )dμ 0

где μпр - частота, принятая в качестве предельной на сюжетно важном интервале; Tμ -коэффициент передачи контраста. СХЕМА УСТАНОВКИ

Рис. 2. Схема установки для исследования ФРЛ объектива TV – камеры.

1 – лампа, 2 – конденсор, 3 – фотометрический клин, 4 – щелевая диафрагма, 5 – объектив коллиматора, 6 – исследуемый объектив, 7 - чувствительная площадка приемника изображения, 8 – телевизионный приемник изображения, совмещенная с изображением тест-объекта, 9 – блок телевизионного тюнера с функцией видео-захвата, 10 – компьютер.

Характеристики установки Источник света - лампа накаливания СЦ - 80. Ширина щели - 0,050 мм. Фокусное расстояние коллиматора -450 мм . Диаметр объектива коллиматора - 60 мм. Объектив - "Гелиос - 44", f'=58 мм, F = 2. Приемник изображения - видикон. Увеличение в телевизионном канале - 22Х. КОМПЬЮТЕРНАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ ИЗОФОТОМЕТРИИ Ф Р Л . 1. Сформированное на изофотометре изображение изофоты как графика ФРЛ отобразить на компьютерном дисплее и записать в файл. 2. Запустить программу LSF_MTF. Выполнить компьютерную обработку изображения тест-объекта типа "светящаяся линия переменной яркости" для получения графиков и таблиц ФРЛ и ЧКХ. (см. Приложение 1 "Методика компьютерной обработки данных изофотометрии ФРЛ объектива"). 3. Рассчитать, пользуясь компьютером, среднее значение ФПМ на сюжетно важном интервале частот J. 4. Рассчитать, пользуясь компьютером, значения: VS ,L, Z, Rф (для раздела "Проведение исследований"). 5. Получить распечатки результатов исследования .

ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФРС 1. Измерить по экранной сетке на телевизионном экране расстояние h от вершины графика ФРЛ до уровня ЕР . 2. Измерить LИ (ширину ФРЛ на уровне ЕР ) . Перевести LИ в L , пользуясь выражением: L = LИ / VS , (Значения величин -см. раздел "Измерение ширины ФРЛ". 3. Перевести значение L в величину Z по формуле: Z = πLA' /λ где A' - апертура фотообъектива, λ = 0,55 мкм . (Значения величин L и λ вводятся в мм). 4. Найти значение ФРС исследуемого объектива RФ по калибровочной кривой ФРЛ - ФРС в осях RФ = f (Z), где RФ - ФРЛ (рис. 3).

Рис. 3. Калибровочная кривая для определения ФРС

Значение ФРС может быть определено по формуле: Rф = 10 (2.15 - 0.21712*ln(Z)) 6. Расфокусировать и снова настроить плоскость наилучшей установки для исследуемого объектива. Повторить измерение h и LИ и определение Z и ФРС . 7. Исследовать аналогично второй образец объектива. ИЗМЕРЕНИЕ ШИРИНЫ ФРЛ Расстояние по высоте графика ФРЛ от вершины на TV - экране 15 мм. E отн на этом уровне ФРЛ

- 0,25.

Увеличение VS - от изображения щели до TV - экрана (Vm - увеличение, создаваемое микрообъективом установки, VTV - увеличение в TV - канале). VS = Vm VTV . Ширина ФРЛ : L = LИ / V S , где LИ - ширина, измеренная по TV - экрану. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА - Схема установки. - Краткое описание метода. - Таблицы измерений. - Результаты (включая распечатки данных компьютерной обработки). - Оценка характеристики точности измерения.

946,

ЛИТЕРАТУРА 1. Кирилловский В.К. Контроль качества объективов. Учебное пособие. ЛИТМО . Л. 1984 . 2. Кирилловский В.К. Применение телевидения при контроле и аттестации оптических систем. Учебное пособие. ЛИТМО.Л.1983. 3. Кирилловский В.К. Методы контроля качества изображения оптических систем. Учебное пособие. ЛИТМО.Л.1980. 4. В. Дьяконов. Mathcad 2000. СПб.Питер. 2001.