Устройство для наблюдения цветоконтрастных объектов

Устройство для наблюдения цветоконтрастных объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет расширить эксплуатационные возможности наблюдательных оптических приборов. Наблюдение объекта производится через прозрачный диск 2 с размещенным на нем набором сменных светофильтров 7-9, центр которого C<SB POS="POST">с</SB> смещен относительно центра вращения диска C<SB POS="POST">в</SB>. Диск 2 установлен с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно оптической оси, при этом диафрагма 5 может находиться по отношению к центру диска 2 в положении 5<SP POS="POST">1</SP>. Цвет наблюдаемого объекта зависит от соотношения длительностей нахождения каждого светофильтра 7-9 в поле зрения, которое зависит от положения диафрагмы 5 относительно центра вращения диска. 5 ил.

ц ) 5 G 03 В 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОИ ИЛЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГККТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4462191/24-10 (22) 29.07.88 (46) 30.11.90. Бюл. Ф 44 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) Н.Ф.Гусарова и Г.В.Польщнков (53) 535.345.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 262619, кл. G 03 В 11/02, 1968.

Ашкенази Г.И. Цвет в природе и технике. М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 78. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ ЦВЕТОКОНТРАСТНЫХ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет расширить эксплуатационные возможности,,80„„1610466 A 1

2 наблюдательных оптических приборов.

Наблюдение объекта производится через прозрачный диск 2 с размещенным на нем набором сменных светофильтров 7

9, центр которого С смещен относи" тельно центра вращения диска Ñ . Диск

2 установлен с возможностью перемещения в поперечном направлении относительно оптической оси, при этом диафрагма 5 может находиться по отношеf нию к центру диска 2 в положении 5

Цвет наблюдаемого объекта зависит от соотношения длительностей нахождения каждого светофильтра 7 - 9 в поле зрения, которое зависит от положения диафрагмы 5 относительно центра вращения диска. 5 ил.

1610466

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к наблюдательным оптическим приборам.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей, На фиг,1 представлен диск с набором секторных светофильтров, на фиг.2 — оптическая схема устройства, на фиг.3 — вид А на фиг.2, на фиг.4 пример конкретного выполнения устройства, на фиг ° 5 — соотношение спектров объекта, фона и светофильтров при различных условиях освещения.

Оптическая схема (фиг. 2) содержит оптическую формирующую систему 1 с полевой диафрагмой (не показано), прозрачный диск 2 с набором светофильтров, предметный стол 3 и осветитель 4.

Полевая диафрагма 5 размещена вблизи диска 2, который установлен с возможностью поперечного перемещения относительно оптической оси и с возможностью поворота вокруг оси, проходящей через его центр, посредством привода 6, Диск 2 выполняется радиусом R и содержит набор свето фильтров не менее двух, в данном . случае представлен диск с набором из трех секторных спектрозональных светофильтров 7 — 9, центр которого С смещен относительно центра вращения диска 2 — Ся на величину Сс Св с R.

Размеры диафрагмы 5 поля зрения не превышают размеров отдельного секторного спектрозонального светофильтра (фиг. 1).

Позицией 5 (фиг, 1) обозначено одно иэ возможных взаимных расположений диафрагмы 5 по отношению к диску 2 в результате перемещения диска

2 с набором светофильтров 7 — 9 в поперечном направлении, При работе устройства диск вращается вокруг центра вращения Св с уг2 il ловой скоростью 67= —, В общем слуТ чае на диске 2 может быть размещен на бор светофильтр os, с ос тоящий и з и прозрачных секторов различных цветов с углами при вершине 5 (, М ... О(; ... соответственно, Каждый l é сектор характеризуется спектральным пропусканием Я;ф, координатами цвета (Х;, Y,, Z ) и наблюдается через диафрагму 5 поля зрения в течение времени t =g< / 63 причем р;

T 27 (2) 30 где P; — центральный угол, соответствующий i-му секторному светофильтру опирающийся на дугу большого круга с радиусом R(I, Рассматривая reo1 метрические соотношения в данном устройстве для наблюдения, можно по-. лучить выражение для <

P, =(вгссив — — агсссв — )+0(, (3)

Р() P l)

Р

40 где Р4, Р 8 — расстояние от центра вращения диска С до прямых, ограничи- вающих 1-сектор, Таким образом выражения (1) — (3) показывают, что за счет перемещения диафрагмы 5 поля

45 зрения при эксцентричном положении сектор)(ых светофильтров 7 — 9 обеспечивается плавное изменение цветовых координат устройства для наблюдения цветоконтрастных объектов, 50

Когда объект 10, размещенный на столике 3, поверхность которого является фоном, освещаемом осветителем 4 (источником подсветки), наблюдается через один из светофильтров, размещенных на диске 2 (фиг.2), то наблюдаемый контраст K . .между объектом 10 и фоном (поверхность стола

3) может быть рассчитан по формуле

И

Т ° Если скорость вращения дис1=( ка 2 достаточно велика, то за счет

5 инерционности глаза цвета чередующихся в диафрагме 5 поля зрения секторов сливаются для наблюдателя в один. Рассматривая действие данного устройства наблюдения на колориметр, можно получить выражения для цветовых координат Х, Y, Z обычного цветоконтрастного светофильтра, эквивалентного по действию на глаз наблюдателя такому устройству цветоконтрастного наблюдения:

X, e, Y r., Т

1=l

Е„=X- Т ° (1)

20 в=1

Однако,как показано на .фиг, 3, центр набора секторов С смещен отс носительно центра вращения С я диска

2, а диафрагма 5 поля зрения уста25 новлена на расстоянии R от С> поэтому

1610466

Ф„-Р

Где Фов и Ф (4) потоки, поступающие в гла з на блюда тел я соответственно от объекта и фона.

Но так как:

Рдр =1 е (Я)А /) (я)т (9)у )р = j Eocs(®A I) (®Tc (®" где Е (Я) — освещенность плоскости объектов (поверхности Е осв ®(ов (»Тс

К вЂ” воЕось (А) Pcs (Я) Тсу (Х) сИ

Очевидно, что К- 1 только при ф, - О (и соответственно К -1 при

Дов-: 0). Требование точного решения уравнения оо

I Е (%) р (%)Т (A) = 0 (8) относительно Тс (g) приводит к триви альному результату Т < = О, Однако из физических соображений ясно, что этот интеграл стремится к минимуму, если при Я, соответствующих максимУмам пРоизвеДений Е о (А) P (A), ТС, (Щ - О, и наоборот ° npH E ОсВ (A)r хр (%)-ъ minT с,р(Х) max, Другими словами кривая Тс (%) должна быть контрвариантна по отношению к Е ос (Я) f3+(9) т.е. каждый спектрозональный светофильтр 7 — 9 из набора должен быть выполнен с кривой спектрального пропускания, участок нарастания которой находится в диапазоне длин волн, ограничивающих участок спада соответствующей ей кривой спектрального излучения поверхности стола (фона), а участок спада кривой спектрального пропускания находится в диапазоне длин волн, ограничивающих участок нарастания соответствующей ей кривой спектрального излучения поверхности стола (фона).

Использование таких светофильтров обеспечивает оптимизацию цветового контраста наблюдаемого объекта на фоне при заданных спектральных характеристиках объекта, фона и осветителя. стола 3) создаваемая осветителем 4, А А — площади объекта 10 и

o6 фона поверхности стола

3 соответственно, (Я),1) (Я) †коэффициен отражения объекта 1О и фона 3 соответственно, Т (Я),Тс(ф) — коэффициенты пропускания отдельного светофильтра на диске 2 и оптической системы 1, то считая для простоты оптическую систему 1 спектрально независимой, т.е. То,(9)=Тос и Аоб= Ат, имеем

- I E„, (Л)Р,„()Т,„(Ъ)Л (7)

+ J EoÄ (Яр+(3)Тср(Я)<19 о

При использовании устройства в условиях естественного освещения, когда источником подсветки является . солнце ЕоСВ (ф), может изменяться (например, с изменением высоты Солнца, появлением облачности и пр.), и со30 ответственно значения 9, „, „ и ), д

/для E (9)P (e) в выражении (8) бу,. дут сдвигаться по оси Я .

Пусть диапазон этого сдвига дф „„с„

;а спектры излучений от объекта и фо на,соответствующие пределам изменеН Н яия условий освещения через So<, S

1и Б", S соответственно (фиг. 5), На чертеже для упрощения изображены

4g лишь перекрывающиеся части спектра.

Пусть для пары I S, S субъективно максимальный контраст доставляет фильтр СФ а для пары jSо, Ь" фильтр СФ„. Как видно из фиг, 5, в

45 соответствии с (7) контраст, доставляемый паре S, S светофильтГН Н ром СФ, графически может быть выражен как отношение

I< — Iî

50 К (9)

Н I,+I где I< — результат графического инTerPHPohaHHH пРоиэвеДениЯ Tc Sos, н н отличный от нуля только в з не (<

g5 Sg 5q ) (аналогичная эона для произм н ведения ТАЯ т -9g S<3g) .

Для пары f S S и светофильтра

СФК это соотношение запишется как

1610466

13 14

К

Е + ?4 (i0) npH eM c I3 связана зона S4$ <, a

?4 — зона h S>> 5

Пусть теперь условия освещения таковы, что пара I S S находится в пр! промежуточном положении 1 S, S

Оценим контраст, доставляемый п и ! наблюдении этой пары через СФ!! (К!!) 10 ! и через СФ (К!,) по отдельности, а также при установке их в данное устройство (К ) . По аналогии с (9) и (1О) согласно фиг. 5 имеем !!! Й { !!

Если теперь установить оба эти светофильтра в данное устройство для наблюдения и в соответствии с (2) обозначить t /Т = а; t /Т = 1 — а, Н, K то из фиг. 5 видно, что

К

a(I -I )+(1-a)(I -I )

*=" 7 1 Тй ТЙ7Т > (12)

Соотношения между К, К„и К> ! можно оценить на численном примере, выполняя численное интегрирование для . графиков, изображенных на фиг.5 при различных значениях параметра а,Тогда из (11) и (12) получим: Кt. =0,211, ! !

Кя= 0,720, К -0,236, К (0,266; К !с,„о = 0,375, Очевидно также, что К / =0,211 и K / =0,720, Полученные цифры показывают, что при использовании фильтра СФ достигается слишком маленький контраст объекта с фоном (0,211), При использовании фильтра СФ!, расчетное значение контраста велико (0,720), но фиг.5 4О наглядно показывает, что и объект, и фон при этом получаются очень темными, т.е. их информативность близка к нулю. Использование же данного устройства для наблюдения обеспечивает плавное изменение контраста от К„" до

К „, причем с ростом абсолютной величины контраста яркость наблюдаемой сцены падает. Таким образом, перемещая диафрагму 5 полн зрения относительно центра диска 2 при эксцентричном положении входящих в него секторов, например 7 — 9 наблюдатель 11 может добиться оптимального для себя соотношения между контрас- 55 том и яркостью наблюдаемой сцены, При вращении диска 2 наблюдатель !

11 через диафрагму 5 поля зрения видит последовательно несколько спектрозональных изображений объекта l0 на фоне 3, Если скорость вращения диска 2 превышает инерционные свойства глаза наблюдателя 11, то цвета этих спектрозональных изображений сливаются для наблюдателя 11 в один, причем этот цвет зависит от соотношения длительностей нахождения каждого светофильтра 7 — 9 в поле зрения, т,е. (при постоянной скорости вращения диска 2) от положения диафрагмы 5 поля зрения относительно центра вращения диска 2. Перемещая (например, вручную) диск 2 перпендикулярно оптической оси, наблюдатель 11 устанавливает тот цвет светофильтра, при котором обеспечиваются наилучшие для него условия наблюдения объекта 10 на фоне 3.

При изменении фоновой ситуации наблюдатель 11 производит смену диска

2, выбирая соответствуюший диск 2 из заранее подготовленного комплекта.

Формула изобретения

Устройство для наблюдения цветоконтрастных объектов, содержащее установленную на оптической оси оптическую формирующую систему с диафрагмой поля зрения, диск с набором размещенных вокруг общего центра секторных спектрозональных светофильтров, установленный перед диафрагмой поля зрения с возможностью поворота вокруг оси, проходящей через его центр, а также предметный стол с источникЬм освещения и привод, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей, диск установлен с возможностью поперечного перемещения относительно оптической оси, а секторные спектрозональные светофильтры выполнены сменными и с размерами, превышающими размеры полевой диафрагмы, при этом каждый спектрозональный свегофильтр выполнен с кривой спектрального пропускания, участки нарастания и спада которой находятся в диапазонах длин волн, ограничивающих соответственно участки спада и нарастания соответствующей ей кривой спектрального излучения поверхности стола, расположенной между крайними кривыми спектрального излучения поверхности стола, соответствующими максимальной и мини9

1610466 мальной его освещенности, причем центр секторных спектрозональных све1 тофильтров смещен относительно центра диска.

10 (ф-" д

Фиг. 3

Составитель С.Шигалович

Редактор О.Спесивых Техред М.Ходаиич Корректор М.Самборская

Подписное

Тираж 370

Заказ 3738

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óêãîðoä, ул. Гагарина, 101