Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Разработка и исследование оптических систем с зеркально-линзовым панорамным компонентом

Диссертация: Разработка и исследование оптических систем с зеркально-линзовым панорамным компонентом
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Идея создания оптической системы, способной обозревать весь горизонт, была реализована в виде концентрического объектива Саттона в середине 19 века и кольцевой отражающей линзы Манжена в конце 19 века. За последние сто лет появилось около двух десятков систем, в том или ином виде решающих эту задачу. Эти устройства оказались технологически сложными, дорогими, имеющими серьезные ограничения… Читать ещё >

Разработка и исследование оптических систем с зеркально-линзовым панорамным компонентом (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Методы построения панорамного изображения
    • 1. 1. Типы обзорно-панорамных оптико-электронных систем
      • 1. 1. 1. Системы с механическим сканированием
      • 1. 1. 2. Системы с составным угловым полем
      • 1. 1. 3. Системы с панорамной оптикой
    • 1. 2. Типы панорамных систем в зависимости от вида поверхностей, формирующих панорамное изображение
      • 1. 2. 1. Линзовые системы
      • 1. 2. 2. Зеркальные системы
      • 1. 2. 3. Зеркально-линзовые системы
    • 1. 3. Типы панорамных систем в зависимости от формы углового поля
  • Выводы по главе 1
  • Глава 2. Методика синтеза панорамного компонента
    • 2. 1. Конструкция панорамного компонента
    • 2. 2. Уравнение синтеза панорамного компонента
    • 2. 3. Исходные данные для синтеза панорамного компонента
    • 2. 4. Синтез панорамного компонента
  • Выводы по главе 2
  • Глава 3. Синтез и исследование панорамного компонента «Сакура»
    • 3. 1. Определение конструктивных параметров панорамного компонента
    • 3. 2. Аберрационный анализ и оптимизация панорамного компонента
    • 3. 3. Исследование зависимости характеристик компонента от конструктивных параметров
      • 3. 3. 1. Влияние показателя преломления на конструктивные параметры компонента
      • 3. 3. 2. Влияние толщины линз по краю на конструктивные параметры панорамного компонента
      • 3. 3. 3. Влияние максимального диаметра (Отах) и диаметра третьей поверхности (D' та>-)на конструктивные параметры панорамного компонента
    • 3. 4. Конструкция макета панорамной насадки к фотообъективу фотоаппарата «Зенит»
    • 3. 5. Конструкция видеокамеры с обзорно-панорамным компонентом
  • Выводы по главе 3
  • Глава 4. Перспективы использования оптических и оптико-электронных систем с панорамным компонентом
    • 4. 1. Базовая конструкция обзорно-панорамной оптико-электронной системы
    • 4. 2. Построение системы наблюдения
    • 4. 3. Построение системы для исследования внутренних поверхностей полостей
    • 4. 4. Углоизмерительные системы
    • 4. 5. Системы ориентации. Ю

При решении ряда научных и практических задач возникает необходимость обзора пространства в полной сфере, полусфере или в некоторой сравнительно широкой кольцевой зоне (360° по азимуту, десятки градусов по углу места). Такой обзор может производиться с различными целямиобнаружение объектов, целеуказание, сопровождение, мониторинг и другое.

Оптико-электронные системы, осуществляющие обзор пространства в пределах, близких к полусфере, будем называть обзорно-панорамными оптико-электронными системами.

Можно выделить три наиболее общих подхода к созданию таких систем. Во-первых, это системы, в которых непрерывный обзор пространства осуществляется за счет сканирования механическим приводом. Мгновенное угловое поле сканирующих панорамных оптико-электронных систем сравнительно мало и соответствует элементу разложения поля обзора (пикселю).

Другим подходом к построению обзорно-панорамных оптико-электронных систем является создание многоканальных устройств, в которых широкое угловое поле достигается состыковкой сравнительно узкопольных систем. 4.

Такие системы будем называть обзорно-панорамными оптико-электронными системами с составным угловым полем.

Третий путь — создание обзорно-панорамной оптико-электронной системы на базе панорамной оптики. Эти системы будем называть обзорно-панорам н ы ми оптико-электронными системами с панорамной оптикой. Именно эти, обзорно-панорамные оптико-электронные системы являются предметом рассмотрения в диссертации.

Идея создания оптической системы, способной обозревать весь горизонт, была реализована в виде концентрического объектива Саттона в середине 19 века и кольцевой отражающей линзы Манжена в конце 19 века. За последние сто лет появилось около двух десятков систем, в том или ином виде решающих эту задачу. Эти устройства оказались технологически сложными, дорогими, имеющими серьезные ограничения в использовании, которое возникает из-за существенной дисторсии, характерной для таких систем. С другой стороны, появление многоэлементных приемников излучения с большим количеством элементов создало необходимые предпосылки для разработки оптико-электронных систем, способных создавать видеосигнал, соответствующий широкоугольному охвату пространства. Кроме того, развитие вычислительной техники позволило 5 преобразовывать искаженные дисторсией изображения в привычный для зрительного восприятия вид.

Актуальность темы

диссертации определяется отсутствием разработок простых по конструкции обзорно-панорамных оптико-электронных систем с панорамной оптикой, позволяющих обозревать пространство предметов в широком угловом поле — в кольцевой зоне в угле 360° по азимуту и до 70°-80° по углу места.

Целью диссертационной работы является разработка принципов построения и методов аппаратурной реализации на современной элементной базе обзорно-панорамных оптико-электронных систем с панорамной оптикой, решающих задачи формирования и анализа панорамного изображения пространства в области близкой к полусфере, включающей и отрицательные относительно горизонта углы.

Научная новизна. Предложен принцип построения панорамных оптических систем с зеркально-линзовым компонентом, действующий как объектив или как элемент объектива оптической системы. Разработана методика синтеза панорамного зеркально-линзового компонента, дан теоретический анализ его свойств в зависимости от конструктивных параметров. совпадением теоретических выводов, полученных по различным методикам расчета, с результатами проведенных экспериментов. С использованием разработанного панорамного компонента были изготовлены макеты принципиально новых приборов, создающих панорамное изображение пространства в широком угловом поле. Результаты испытания прибора подтвердили основные теоретические выводы, полученные в диссертации.

Практическая ценность работы состоит в доведении полученных исследований до конкретных конструкций, схем, рекомендаций, позволяющих непосредственно перейти к созданию опытного образца обзорно-панорамной оптико-электронной системы. Оптические и оптико-электронные системы с использованием разработанного панорамного зеркал ьно-л инзового компонента занимают свое место в иерархии панорамных систем и это место определено впервые. Показана целесообразность построения достаточно простых и эффективных панорамных систем, являющихся универсальным средством получения панорамного изображения в области близкой к полусфере и способных решать ряд важных измерительных задач.

Публикации. По результатам работы были опубликованы четыре научно-технические статьи. На метод построения 7 панорамного изображения и устройство для его реализации получено положительное решение по заявке на патент.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений.

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему.

1. Показана перспективность разработки панорамных оптических и оптико-электронных систем нового типа, в которых в составе оптической системы используется панорамный зеркально-линзовый компонент, схема и конструкция которого разработаны автором. Впервые разработана и опубликована методика синтеза панорамного зеркально-линзового компонента, который может использоваться и как самостоятельный объектив и входить в состав панорамной оптической системы. Предложена конструкция панорамного зеркально-линзового компонента с кольцевым угловым полем, в которой по сравнению с известными аналогами отсутствуют асферические поверхности, угловое поле расширено как в область отрицательных, так и в область положительных относительно горизонта углов.

4. Исследованы зависимости параметров панорамного зеркально-линзового компонента от конструктивных факторов. По результатам исследований даны инженерные рекомендации по разработке конструкции компонента, сформулированные в главе 2.

5. Разработаны и изготовлены макеты панорамных оптических систем, показавшие: практическую возможность построения обзорно-панорамных оптических и оптико-электронных систем с зеркально-линзовым компонентом, схемы которых разработаны авторомдостоверность теоретических выводов, полученных в диссертации, и правильность предложенной методики расчета (синтеза) панорамного компонентавозможность развертки кольцевого изображения, даваемого панорамной оптической системой, в прямоугольную форму;

6. Определены перспективные направления развития и использования оптических и оптико-электронных систем с панорамным зеркально-линзовым компонентом.

7. Разработанные принципы построения панорамных оптических систем открывают новое направление в панорамной оптике и ставят множество научных и практических задач, выходящих за рамки диссертации и требующих отдельного рассмотрения.

Заключение

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Bankston, Cheryl D., SEDS, Earth, atmosphere, and space imaging system (SEASIS). SPIE-Optical engineering, 06/1994.
  2. Buchele et at. U.S. Patent Documents 359/725 2.638.033 05.1953
  3. Fair, Sara В.- Gilbert, John A., Panoramic endoscopies. SPIE-Optical engineering. 08/1992
  4. Galileiskiy V.P., Morozov A.M., Oshlakov V. K Color Temperature and Pseudoemission Properies of the Atmospheric Dust. SPIE Proc. vol. 2312, p.8, sep., 1994, Rome, Italy.
  5. Galileiskiy V.P., Morozov A.M., Oshlakov V. K Panoramic photometry complex for cloud detection, p.4. European Symposium on Satellite Remote Sensing II, Paris, France, 1995
  6. Gilbert, John A.- Matthys, Donald R.- Hendren, Christelle
  7. M., Displacement analysis of the interior walls of a pipe using panoramic holointerferometry. SPIE-Optical engineering. 07/1991
  8. Gilbert, John A.- Matthys, Donald R.- Lehner, David L.,
  9. Moire measurements using a panoramic annular lens. SPIE-Optical engineering. 12/1991.
  10. Gilbert, John A.- Matthys, Donald R.- Lindner, Christelle
  11. M., Displacement analysis of the interior walls of a pipe using panoramic holointerferometry. SPIE-Optical engineering. 12/1991
  12. Gilbert, John A.- Matthys, Donald R.- Lindner, Christelle
  13. M., Endoscopes inspection and measurement. SPIE-Optical engineering. 01/1993
  14. Greguss Pal et at. U.S. Patent Documents 359/725 4.566.763 01.1 986 110
  15. Greguss, Pal- Kertesz, Attila- Kertesz, Viktor,
  16. PALIMADAR: a P AL-optic-based imaging module for all-round data acquisition and recording. SPIE-Optical engineering. 01/1993.
  17. Jan Powell et at. U.S. Patent Documents 359/725 5.473.474 05.1 995
  18. K.Nakagava, «Estimation of the Sky View-factor from a Fish-eye Lens Image, Considering the Anisotropy of the Downward Longwave Radiation», J. Meteorological Society of Japan, December, 1988, 903−91 1.
  19. Matthys, Donald R.- Gilbert, John A.- Greguss, Pal,
  20. Endoscopic measurement using radial metrology with digital correlation. SPIE-Optical engineering. 10/1991
  21. Matthys, Donald R.- Gilbert, John A.- Puiiparambil, Joseph Т., Endoscopes inspection using a panoramic annular lens. SPIE-Optical engineering. 12/1991
  22. Matthys, Donald R.- Greguss, Pal- Gilbert, John A.- Lehner, David L.- Kransteuber, Amy S., Radial metrology with a panoramic annular lens, SPIE-Optical engineering. 01/1989
  23. Mende S.B., R.H. Eather and E.K. Aamodt, «Instrument for monochromatic observation of all sky auroral images», Appl.Opt. 1 6, 1691−1 700 (1977).
  24. Oznovich, R. Yee, A. Schiffer, D.J. McEwen, G.J. Sofko,
  25. The all-sky camera revitalized", Appl.Opt.30, 7141−7150 (1994).
  26. Rosendahl et at. U.S. Patent Documents 359/725 4.395.093 07.1983
  27. Stedham, Mark A.- Banerjee, Partha P., Panoramicannular lens attitude determination system (PALADS). SPIE
  28. Optical engineering. 06/1995.111
  29. Адаптация в информационных оптических системах. М.: Радио и связь, 1984.
  30. В. К., Бочкарев А. М. Методы дискретизации сигналов в корреляционно-экстремальных системах навигации. М.: Радио и связь, 1986.
  31. Г. И., Цибулькин Jl. М. Голографические распознающие устройства. М.: Радио и связь, 1985.
  32. Высокоточные угловые измерения / Под ред. Якушенкова Ю. Г., М.: Машиностроение, 1987.
  33. В.П., Глинский А. Л., Морозов A.M.
  34. Устройство для наблюдения небосвода". Авторское свидетельство № 1 458 847. Заявка № 4 287 946/24−10. Приоритет изобретения 21 июля 1987 г.
  35. В.П., Морозов А.М Панорамный фотометрический комплекс Оптика атмосферы и океана 1 993, том 6. N 9. стр. 113 1−1135
  36. М. Современная геометрическая оптика. М. :Изд. иностр. лит., 1962. 487с.
  37. А. Теория современных оптических инструментов. 1933.
  38. Е.Н. Телескопическая система из двух конических отражающих повер’хностей. «ОМП» № 1. 1972.
  39. М. П., Курбанов Ш. М., Маркелов В. П.
  40. Автоматический ввод и обработка фотографических изображений на ЭВМ. М.: Энергия, 1976.
  41. Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. / Пер. с англ., М.: Мир, 1988.
  42. Н. И. Кирюшин С.И. Кузичев В. И. Теория оптических систем. М., «Машиностроение». 1 992 стр 268.112
  43. А.В. Панорамный объектив «Сакура». Изв. вузов, «Приборостроение». 2000. № 3 С. 129−140.
  44. Г. М., Немтинов В. Е., Лебедев Е. Н. Теория оптико-электронных систем. М.: Машиностроение, 1990.
  45. В. К. Галилейский В.П., Морозов A.M.
  46. В.К. Определение наличия облачности на линии визирования по результатам фотометрирования. Оптика атмосферы, 1990. Т.З. № 4. С. 431−435.
  47. JI. Ф. Теория оптико-электронных приборов и систем. Л.: Машиностроение, 1980.3 8. Родионов С. А. Автоматизация проектирования оптических систем. -J1. Машиностроение, 1982
  48. М.М. Композиция нецентрированных оптических систем. Монография. -СПб., ИТМО, 1995
  49. В.П. В.А. Соломатин. Оптико-электронные системы дистанционного зондирования. М., Недра. 1995.
  50. Г. Г. Методы расчета оптических систем. Л., «Машиностроение», 1969
  51. В. А. Системы контроля и измерения с многоэлементными приемниками излучения. М.: Машиностроение, 1992.
  52. В. А., Куртов А. В. Многофункциональные оптико-электронные системы. «Труды международной конференции прикладная оптика 2000». СПб. 2000. стр 154 155 113
  53. В. А., Трусов А. И. Куртов А.В Новый метод пространственно-частотного анализа оптического изображения. Изв. вузов, «Приборостроение». 1998. Т. 41, № 6. С. 41—45.
  54. В. А., Трусов А. И., Щепилов С. А.
  55. Двукратная модуляция в фазовых растровых преобразователях. Изв. вузов, «Геодезия и аэрофотосъемка», 1996, № 4, с 121−127.
  56. А. И., Шспилов С. А. К вопросу о построении электронного тракта при двукратной модуляции. Изв. вузов, «Геодезия и аэрофотосъемка», 1997, № 1, с 86−89.
  57. Ту Дж, Гонсалес Р. Принципы распознавания образов.
  58. Фотоэлектрические преобразователи информации. / Под ред. Преснухина Л. И., М.: Машиностроение, 1974.
  59. М. Я. Измерение передаточных функций оптических систем. JI.: Машиностроение, 1980.
  60. Ю. Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. М.: Сов. Радио, 1980.
  61. А. П. Цифровая обработка сигналов в оптике и голографии, введение в цифровую оптику. М.: Радио и связь, 1987.
  62. А.Г. Панорамная астрофотография. М.:Наука. Гл. ред. физ-мат. лит-ры, 1985, 88с114
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!