Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время круг задач, решаемых оптическими методами, то есть при помощи приборов и систем, для которых первичной информацией является оптическая, чрезвычайно широк. Это, в частности, задачи, связанные с оптическим мониторингом окружающей среды, сбором и обработкой оптической информации как специального, так и гражданского назначения, вопросами ориентации, навигации, управления носителями, вопросами искусства и многими другими.
Решение указанных задач является наиболее актуальным при работе оптической техники на подвижных и малоподвижных носителях, то есть при наличии внешнего возмущающего воздействия. К числу таких приборов относятся, удерживаемые при работе руками (бинокли, фотоаппараты, киносъемочные аппараты и другие). Качка и колебания оказывают вредное влияние на работу приборов, и зачастую исключают возможность пользования приборами, обладающими большим увеличением. В этой связи возникает проблема компенсации сдвига изображения или стабилизации изображения как по положению, так и по скорости.
Известны два принципиальных метода решения задачи стабилизации изображения. Первый метод - как метод силовой стабилизации, например, когда ротор гироскопа кинематически связан с подвижным оптическим элементом, либо с прибором в целом (наличие стабилизированного поста). Второй метод - это метод косвенной стабилизации, т. е. когда источником информации о параметрах внешнего возмущающего воздействия является информационно-измерительная система (гироскоп, гиротахометр и т. п.), а выходной сигнал преобразуется либо в сигнал управления подвижным оптическим элементом, либо в любой другой сигнал в зависимости от назначения системы. Решению данных вопросов посвящен ряд работ, выполненных Ривкшшм С.С., Бабаевым А.А., Николаевым ВЛ., Еськовым Д.Н., и другими учеными.
Анализ вышеуказанных работ указал на существование проблемы в данной области. А именно, на повышение эффективности применения оптической техники со стабилизацией изображения не за счет усложнения оптических схем, а за счет оптимизации системы стабилизации изображения.
Таким образом, целью настоящей работы является: исследование возможностей и путей повышения эффективности применения визуальных оптических приборов со встроенной системой стабилизации изображения.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
-
Разработка методики математического моделирования оптических приборов с системой стабилизации изображения (ОП с ССИ).
-
Разработка метода расчета хода действительных лучей через ОП с ССИ в динамике.
-
Разработка метода расчета ОПФ для ОП с ССИ в динамике.
4) Разработка алгоритмов и программного обеспечения процесса оптимизации ОП с ССИ.
Методы исследования. Решение указанных задач базируется на следующих методах:
-
Анализ существующих методов описания ОП и расчета хода лучей.
-
Анализ существующих численных методов по расчету качества изображения ОП.
-
Использование основных соотношений геометрической оптики и матричной оптики.
-
Применение математического аппарата пространственной аналитической геометрии; сферической тригонометрии; теории матриц; интегрального исчисления; дифференциального исчисления; теоретической механики.
-
Применение численных методов дифференцирования, интегрирования, нелинейного программирования и оптимизации.
Научная новизна диссертации:
1. Предложено комбинированное описание хода действительных лучей в
матрично-аналитическом виде через пространственные оптические системы,
что позволило впервые:
создать пространственную оптико-динамическую модель ОП с ССИ, отображающую ход лучей с точностью, принятой для расчета остаточных аберраций, в реальном масштабе времени;
производить вычисление ОПФ в динамике при произвольной траектории смещения изображения;
-
Разработаны алгоритмы и соответствующее программное обеспечение, позволяющие исследовать и оптимизировать конструктивные параметры ОП с ССИ.
-
Проведено экспериментальное и аналитическое исследование влияния ряда конструкгивньгх параметров элементов ССИ на качество. стабилизации изображения.
-
Проведено экспериментальное исследование бинокулярных ОП со встроенной ССИ: БССИ 12x64 и БССИ 16x64.
Основные результаты, выносимые на защиту:
-
Методы математического моделирования ОП с ССИ в динамике.
-
Методы расчета хода действительных лучей через ОП с ССИ в динамике.
-
Методы расчета ОПФ в динамике.
-
Программное обеспечение по расчету и оптимизации ОП с ССИ.
5. Проектирование и создание линейки биноклей БССИ.
Практическая ценность работы:
Разработана методика математического моделирования ОП с ССИ, позволяющая рассчитывать характеристики качества изображения в динамике.
Созданы программно-аппаратные средства для комплексного исследования и оптимизации ОП с ССИ.
- Разработана линейка биноклей со встроенной системой стабилизации изображения увеличением (8х, 12х, 16х, 20х, 24х). Созданы макеты БССИ12х64 и БССИ16х64.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Республиканской научно-технической конференции "Конверсия, приборостроение, рынок" (г. Владимир июнь 1995г.), на Второй Российской научно-технической конференции "Современное состояние, проблемы навигации и океанографии" (г. С.-Петербург ноябрь 1995г.), на международной Научно-практической конференции "Оптика, стекло, лазер - 95" (г. С.-Петербург 1995г.), на Первой Международной конференции "INSTRUMENTATION in ECOLOGY and HUMAN SAFETY" (г. Санкт-Петербург, 1996 г.).
Публикации: По теме диссертации опубликовано пять печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из tfO наименований, содержит &6> страниц текста, [_ рисунков и _ таблиц.
