RU2295713C2 - Устройство коррекции сферической аберрации - Google Patents
Устройство коррекции сферической аберрации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2295713C2 RU2295713C2 RU2005110559/28A RU2005110559A RU2295713C2 RU 2295713 C2 RU2295713 C2 RU 2295713C2 RU 2005110559/28 A RU2005110559/28 A RU 2005110559/28A RU 2005110559 A RU2005110559 A RU 2005110559A RU 2295713 C2 RU2295713 C2 RU 2295713C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- image
- brightness
- controller
- spherical aberration
- points
- Prior art date
Links
- 230000004075 alteration Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 238000012937 correction Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 20
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000003702 image correction Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Lenses (AREA)
- Studio Devices (AREA)
- Image Processing (AREA)
Abstract
Устройство содержит двояковыпуклую линзу, оптико-электронный датчик, блок ввода изображения и контроллер. Двояковыпуклая линза оптически связана с датчиком, с выхода которого сигнал, характеризующий изображение, поступает на вход блока ввода изображения, выход которого соединен с входом контроллера. Контроллер производит определение радиуса кружка рассеяния, зависимости яркостей точек от расстояния от центра кружка рассеяния до этих точек, областей изображения, требующих коррекции, и восстановление яркостей точек для получения скорректированного изображения. Управляющий сигнал контроллера поступает на вход оптико-электронного датчика для управления его коэффициентом усиления и изменения яркости изображения. Обеспечивается коррекция сферической аберрации в изображении при сохранении конструкции и массогабаритных характеристик объективов без введения в их конструкцию дополнительных элементов. 5 ил.
Description
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для коррекции сферической аберрации объектива оптико-электронного датчика (ОЭД) при разработке и исследовании систем технического зрения.
Известен способ и устройство для коррекции сферической аберрации и фокусирования (патент США №6091549, МКИ G 02 B 27/14; G 02 B 3/02, опубликованный 18.07.2000), состоящее из фокусирующей линзы и корректирующей линзы, разделенных воздушной прослойкой.
Недостатком этого устройства является низкая точность коррекции аберрации, обусловленная невозможностью точного подбора линз для заданной оптической системы, сложность их изготовления.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является объектив (патент РФ №2244330, МПК7 G 02 B 9/34; G 02 B 13/18, опубликованный 10.01.2005), содержащий положительный компонент, включающий двояковыпуклую линзу и отрицательную линзу в виде мениска, со стороны предмета, и отрицательный компонент, выполненный в виде мениска, со стороны изображения. В объективе на одну из оптических поверхностей линз положительного компонента нанесен голограммный оптический элемент оптической силой 0,01-0,1 оптической силы объектива, при этом характеристическое уравнение голограммного оптического элемента имеет вид VН=А1у2+А2у4+А3у6, где А1, А2, А3 - коэффициенты; у - высота на поверхности голограммного оптического элемента. Коэффициент A1 пропорционален оптической силе голограммного оптического элемента, а коэффициенты А2 и А3 соответственно пропорциональны сферической аберрации положительного и отрицательного компонентов объектива. Отрицательный компонент со стороны изображения обращен к нему выпуклостью. Отрицательная линза положительного компонента расположена между двояковыпуклой линзой и предметом и обращена к предмету выпуклостью. При этом объектив снабжен дополнительным компонентом в виде двояковыпуклой линзы, размещенной между отрицательным и положительным компонентами.
Недостатком данного устройства является невозможность коррекции аберрации без введения в объектив дополнительных корректирующих элементов, что требует расчета коэффициентов корректирующих элементов, изменения конструкции объектива и увеличения его массогабаритных характеристик.
Технической задачей изобретения является обеспечение коррекции сферической аберрации при сохранении конструкции и массогабаритных характеристик любых объективов без введения в их конструкцию дополнительных элементов.
Задача решается тем, что в известное устройство, содержащее двояковыпуклую линзу, введены оптико-электронный датчик, блок ввода изображения, контроллер, причем линза оптически связана с ОЭД, выход ОЭД подключен к входу блока ввода изображения, выход которого соединен с входом контроллера, выход контроллера подключен к входу ОЭД.
Изобретение может быть использовано для улучшения качества получаемого изображения и соответствует критерию "промышленная применимость".
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана структурная схема устройства коррекции сферической аберрации, на фиг.2 приведена схема хода лучей в объективе со сферической аберрацией, на фиг.3 показан ход лучей для точки вне оптической оси, на фиг.4 даны пояснения к процессу коррекции аберрации, на фиг.5 представлены алгоритмы, используемые при коррекции сферической аберрации.
Устройство содержит (фиг.1) ОЭД 1, двояковыпуклую линзу 2, блок ввода изображения 3, контроллер 4, причем линза 2 оптически связана с ОЭД 1, выход ОЭД 1 подключен к входу блока ввода изображения 3, выход которого соединен с входом контроллера 4, выход контроллера 4 подключен к входу ОЭД 1.
Устройство работает следующим образом. Изображение поступает через двояковыпуклую линзу 2 на ОЭД 1, с выхода которого аналоговый сигнал, характеризующий изображение, поступает на блок ввода изображения 3, обеспечивающий преобразование аналогового сигнала в цифровую форму, ввод изображения в контроллер 4. Контроллер 4 производит расчетные операции согласно алгоритмам на фиг.5 и коррекцию изображения.
Сферическая аберрация является одним из видов монохроматических аберраций и вызывает нарушение гомоцентричности пучков лучей, прошедших через оптическую систему при сохранении симметрии их относительно оптической оси. Проявления аберрации особенно сильно заметны в ночное время, когда изображение искажается в областях, близких к ярким источникам света.
Наличие сферической аберрации в системе приводит к тому, что изображение яркого точечного объекта искажается путем изменения яркости области вокруг объекта, называемой кружком рассеяния, радиусом R
где σ - апертурный угол [Теория оптических систем. Учебник для вузов / Б.Н.Бегунов, Н.П.Заказнов, С.И.Кирюшин, В.И.Кузичев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1981. - С.157], g - продольная сферическая аберрация (фиг.2).
Продольная сферическая аберрация представляется многочленом:
где k1, k2 - постоянные для данной системы параметры, характеризующие аберрацию, m - радиус диафрагмы.
Для коррекции яркостей точек находят радиус R кружка рассеяния, внутри которого производят коррекцию.
Для определения радиуса R кружка рассеяния сферической аберрации составим систему уравнений, используя соотношения из треугольников MOS и SO/P/ (фиг.2) и выражения (1), (2):
где f - фокусное расстояние оптической системы.
Из системы уравнений получаем
Определяют радиус R кружка рассеяния в зависимости от значений радиуса диафрагмы и фокусного расстояния, после чего выявляют функциональную зависимость яркости Iабер(r) точек от расстояния r до центра кружка путем формирования тестового изображения от точечного источника света на темном фоне.
Зная радиус кружка рассеяния R и функцию Iабер(r) для заданной оптической системы, производят восстановление яркостей точек изображения любого яркого объекта, независимо от его формы по формуле:
где Iвосст(х, у) - восстановленное значение яркости для точки с координатами (х, у), I(х, у) - значение яркости до коррекции.
Для источника света, лежащего вне оптической оси, искажение, вызванное сферической аберрацией, принимает вид эллипса, а не кружка (фиг.3а, б), большая ось которого направлена на центр кадра. Половина длины большой оси равна
где α - угол между направлением на источник света и главной оптической осью.
Определение угла α основано на геометрической модели ОЭД с передней плоскостью изображения:
где ХОЭД - половина длины приемника изображения ОЭД в метрах, Х - размер кадра изображения по горизонтали.
Таким образом, для повышения точности коррекции яркостей точек, расположенных вне главной оптической оси, вместо кружка рассеяния используется эллипс рассеяния.
Для коррекции сферической аберрации производят определение областей, где сферическая аберрация наиболее сильно проявляется. Затем корректируют яркости точек в найденных областях.
Определение областей, требующих коррекции, производят путем разбиения изображения на прямоугольники (фиг.4а), изменяют яркость изображения (фиг.4б) посредством управления коэффициента усиления ОЭД, для этого с выхода контроллера управляющий сигнал поступает на вход ОЭД, затем находят прямоугольные области, в которых яркость Icp i,j изменилась незначительно по сравнению со средней яркостью изображения Icp (фиг.4):
где I(х, y) - яркость пиксела в точке кадра (х, у), Y - размер кадра изображения по вертикали, хi, yj - координаты левой верхней вершины прямоугольника (фиг.4а), i, j - индекс начала анализируемого прямоугольника (фиг.4а), Iпор - пороговое значение яркости.
Алгоритм функционирования устройства коррекции сферической аберрации представлен на изображении на фиг.5б.
В начале выполнения алгоритма (блок 1, фиг.5б) вводят фокусное расстояние f, радиус диафрагмы m, параметры сферической аберрации k1, k2 и функциональную зависимость I(r), которую определяют по алгоритму на фиг.5а.
Затем по формуле (4) определяют радиус R кружка рассеяния при данных значениях f, m, k1, k2 (блок 2, фиг.5б).
В блоке 3 (фиг.5б) по формулам (8), (9), (10) определяют прямоугольники, в которых находятся области, требующие коррекции (фиг.4а).
В блоке 4 (фиг.5б) по формуле (5) производят восстановление яркостей точек, получая скорректированное изображение.
Для определения зависимости I(r) используют алгоритм, представленный на фиг.5а, согласно которому на основе введенных значений f, m, k1, k2 (блок 1, фиг.5а) определяют радиус R кружка рассеяния, внутри которого устанавливают зависимость I(r) яркостей точек от расстояния от центра кружка до этих точек (блок 3, фиг.5а).
В качестве блока ввода изображения могут быть использованы блоки ввода изображения, описанные в справочнике "Системы технического зрения" (Системы технического зрения: Справочник / В.И.Сырямкин, B.C.Титов. Ю.Г.Якушенков и др. // Под общей редакцией В.И.Сырямкина, B.C.Титова. Томск: МГП "РАСКО", 1992. 367 с.: ил.) на страницах 100-117 в главе 3.7 "Устройства ввода изображений в микроЭВМ", а также в патенте А.Е.Архипова, С.В.Дегтярева, А.Ф.Рубанова, B.C.Титова "Устройство для ввода изображения в ЭВМ" №2166790 МПК G 06 F 3/00.
Контроллер может быть реализован на базе микроЭВМ или персональной ЭВМ, описанных в справочнике "Системы технического зрения" (Системы технического зрения: Справочник / В.И.Сырямкин, B.C.Титов. Ю.Г.Якушенков и др. // Под общей редакцией В.И.Сырямкина, B.C.Титова. Томск: МГП "РАСКО", 1992. 367 с.: ил.) на cc.93-100 в главе 3.6 "Микропроцессоры и микроЭВМ для систем технического зрения". В частности, на с.94 в последнем абзаце написано: "Программное обеспечение микропроцессора служит для адаптации датчика оптической информации (видеокамеры) системы технического зрения к изменяющимся или перестраиваемым в процессе работы параметрам объекта и среды и делает возможным функционирование всех элементов преобразователя (устройства)."
Таким образом, изобретение позволяет программно корректировать искажения изображения, вызванные влиянием сферической аберрации, без введения в объектив корректирующих элементов, тем самым сохраняя габариты объективов, расширить область применения (устройство может быть использовано при коррекции сферической аберрации объективов видеокамер и фотоаппаратов без их разбора).
Claims (1)
- Устройство коррекции сферической аберрации, содержащее двояковыпуклую линзу, отличающееся тем, что введены оптико-электронный датчик, блок ввода изображения и контроллер, причем двояковыпуклая линза оптически связана с оптико-электронным датчиком, с выхода которого сигнал, характеризующий изображение, поступает на вход блока ввода изображения, выход которого соединен с входом контроллера, который производит определение радиуса кружка рассеяния, зависимости яркостей точек от расстояния от центра кружка рассеяния до этих точек, областей изображения, требующих коррекции, и восстановление яркостей точек для получения скорректированного изображения, при этом управляющий сигнал контроллера поступает на вход оптико-электронного датчика для управления его коэффициентом усиления и изменения яркости изображения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005110559/28A RU2295713C2 (ru) | 2005-04-11 | 2005-04-11 | Устройство коррекции сферической аберрации |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005110559/28A RU2295713C2 (ru) | 2005-04-11 | 2005-04-11 | Устройство коррекции сферической аберрации |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005110559A RU2005110559A (ru) | 2006-10-20 |
| RU2295713C2 true RU2295713C2 (ru) | 2007-03-20 |
Family
ID=37437569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005110559/28A RU2295713C2 (ru) | 2005-04-11 | 2005-04-11 | Устройство коррекции сферической аберрации |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2295713C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2599628C2 (ru) * | 2012-03-21 | 2016-10-10 | Кэнон Кабусики Кайся | Устройство захвата изображения |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108605095B (zh) * | 2016-02-26 | 2021-04-09 | 富士胶片株式会社 | 图像处理装置、摄像装置以及图像处理方法 |
-
2005
- 2005-04-11 RU RU2005110559/28A patent/RU2295713C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2599628C2 (ru) * | 2012-03-21 | 2016-10-10 | Кэнон Кабусики Кайся | Устройство захвата изображения |
| US9848115B2 (en) | 2012-03-21 | 2017-12-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Image capturing apparatus capable of adjusting optical characteristics of lens unit attachable thereto |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005110559A (ru) | 2006-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3611916B1 (en) | Imaging control method and electronic device | |
| US10554898B2 (en) | Method for dual-camera-based imaging, and mobile terminal | |
| CN102540636B (zh) | 镜头校准系统 | |
| US8199209B2 (en) | Image capturing apparatus with correction of optical transfer function, image capturing method and computer readable medium storing thereon a program for use with the image capturing apparatus | |
| JP6991957B2 (ja) | 画像処理装置、撮像装置及び画像処理方法 | |
| CN102143305B (zh) | 摄像方法及系统 | |
| WO2019105297A1 (zh) | 图像虚化处理方法、装置、移动设备及存储介质 | |
| JP2020533883A (ja) | ダブルカメラベースの撮像のための方法および装置 | |
| JP2016219987A (ja) | 画像処理装置、撮像装置、画像処理方法およびプログラム | |
| CN107644228B (zh) | 图像处理方法 | |
| US20150287208A1 (en) | Image processing apparatus, image pickup apparatus, image processing method, and non-transitory computer-readable storage medium | |
| JP2017046072A (ja) | 画像処理装置及び画像処理方法、プログラム、記憶媒体 | |
| US20170163885A1 (en) | Image processing apparatus, image capturing apparatus, image processing method and storage medium storing image processing program | |
| RU2295713C2 (ru) | Устройство коррекции сферической аберрации | |
| CN103081481A (zh) | 立体摄影装置和立体摄影方法 | |
| US20160275657A1 (en) | Imaging apparatus, image processing apparatus and method of processing image | |
| JP2016200629A (ja) | 撮像装置、その制御方法及びプログラム | |
| JP4381910B2 (ja) | 撮像装置 | |
| US12242178B2 (en) | Projection apparatus, projection method, and computer-readable storage medium | |
| JP2019134431A (ja) | 画像処理装置、撮像装置、画像処理方法およびプログラム | |
| CN118945477B (zh) | 一种拼接屏的多相机的一致性调节方法、装置及存储介质 | |
| CN108377383A (zh) | 一种多投影3d系统光场对比度调整方法及其系统 | |
| KR20100125983A (ko) | 얼굴밝기 측정에 의한 카메라의 노출과 셔터스피드 제어방법 및 그 제어방법에 의한 카메라 장치 | |
| JP5362981B2 (ja) | 撮像装置 | |
| US11431949B2 (en) | Image processing apparatus, image processing method, and program |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070412 |