Разработка стереовидеокамеры

На выходе оптической системы

Где τ0 – коэффициент пропускания оптической системы

Если учесть, что sin2σa=D2/4l2, где l – расстояние до излучателя, то получим

Облученность входного зрачка для этого случая

определяется следующим образом

Расчет коэффициента пропускания оптической системы.

В оптической системе основными обычно являются потери из-за отражения на границах оптических сред, из-за поглощения в материалах оптических деталей, а также за счет виньетирования и диафрагмирования оптических пучков. Общая формула для коэффициента пропускания оптической системы, учитывающий потери на поглощение и отражение записывается следующим образом

Где

N – число поверхностей раздела,

ρk – коэффициент отражения на k-ой поверхности раздела оптических сред,

p – число оптических сред, проходимых излучением,

аm – коэффициент поглощения на единицу пути лучей в m-ой оптической среде,

lm – длина пути излучения в m-ой среде,

ρz – коэффициент отражения на n-ой зеркальной поверхности

Nz – число зеркальных поверхностей

c. Параметры приемника излучения [5,6]

В качестве приемника излучения используется ПЗС-матрица Hamamatsu S10140–1007 со следующими характеристиками

Формат матрицы 1/3’’

размер мм2,

количество пикселей – 0.4 млн.

разрешение ,

размер элемента мм.

Пороговая освещенность, поступающая на вход приемника E = 0,01 лк

Частота кадров f=25 Гц

На рис. 4 показана зависимость чувствительности ПИ от длины волны.

Рис. 4

2. Габаритный расчет оптической системы

Для построения и оптимизации оптической системы использовалась компьютерная программа «Zemax»

Рис. 5

На рисунке 5 в таблице представлены значения конструктивных элементов оптической системы – радиусы кривизны, толщины, световые диаметры, показатели преломления стекол.

Рис. 6

В данной таблице посчитаны значения световых диаметров, стрелок, толщин по оптической оси, фокусных расстояний, передних и задних фокальных отрезков различных элементов оптической системы.

На рис. 7 представлены графики поперечных и волновых аберраций оптической системы. Как видно, полностью избавить систему от аберраций не удалось, в частности наибольшую проблему представляет хроматизм увеличения. Но в целом, результаты можно признать приемлемыми.

Главным критерием аберрационного расчета является вписывание пятна рассеяния в размер элемента матрицы. На графике изображено геометрическое распределение энергии в зависимости от радиуса кружка. Пятно рассеяния определяется по уровню энергии 0,7. По графику радиус кружка рассеяния составляет около 5 мм. Результаты можно считать приемлемыми.

Рис. 7

Рис. 8

3. Светоэнергетический расчет

a. Расчет коэффициента пропускания [4, 5, 6]

Общая формула для коэффициента пропускания оптической системы, учитывающий потери на поглощение и отражение записывается следующим образом

Где

N – число поверхностей раздела: N=9

ρk – коэффициент отражения на k-ой поверхности раздела оптических сред,; примем ρk=0,98 (соответствует двойному просветлению)

p – число оптических сред, проходимых излучением, p=5

аm – коэффициент поглощения на единицу пути лучей в m-ой оптической среде, примем аm=0,01 на 1 см длины

lm – длина пути излучения в m-ой среде, общая длина пути 2,5 см

ρz – коэффициент отражения на n-ой зеркальной поверхности, примем ρz=0,9

Nz – число зеркальных поверхностей, Nz=4

Итого получаем, что коэффициент пропускания оптической системы .

С учетом коэффициента пропускании атмосферы 0,9 общий коэффициент пропускания всей системы

b. Расчет отношения сигнал-шум [4, 5, 7]

Итак, проводим расчет для коэффициента отражения объекта 0,1 и минимальной освещенности объекта 0,01 лк

Светимость объекта

Яркость объекта (с учетом допущения про Ламбертов источник)

Сила света объекта

Световой поток, попадающий на входной зрачок

Определение коэффициентов использования излучения глазом и приемником излучения.

– приводятся в справочнике

Пороговая освещенность для коэффициента отражения 0,7

лк

=0,03

Итого отношение сигнал-шум

=10

c. Определение временного спектра сигнала [4, 7]

 Скачать реферат