RU2634369C1 - High-speed shooting device - Google Patents
High-speed shooting device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2634369C1 RU2634369C1 RU2016119383A RU2016119383A RU2634369C1 RU 2634369 C1 RU2634369 C1 RU 2634369C1 RU 2016119383 A RU2016119383 A RU 2016119383A RU 2016119383 A RU2016119383 A RU 2016119383A RU 2634369 C1 RU2634369 C1 RU 2634369C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- axis
- camera
- primary
- primary mirror
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B39/00—High-speed photography
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Accessories Of Cameras (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области автоматической высокоскоростной съемки, а именно к системам регистрации поведения динамических объектов в условиях неподвижной высокоскоростной камеры, и может быть использовано для изучения поведения в полете летательных аппаратов и спортивных снарядов, для высокоскоростной съемки животных, в кинематографии, телевидении и других областях.The invention relates to the field of automatic high-speed shooting, and in particular to systems for recording the behavior of dynamic objects in a fixed high-speed camera, and can be used to study the flight behavior of aircraft and sports equipment, for high-speed shooting of animals, in cinematography, television and other fields.
Известен мехатронный комплекс высокоскоростной съемки «Tracker2 Flight Follower», использующий схему с одним вращающимся зеркалом (http://specialised-imaging.com/products/tracker2-award-winning-flight-follower-system, обращение 10.03.2016).Known mechatronic complex of high-speed shooting "Tracker2 Flight Follower", using a scheme with a single rotating mirror (http://specialised-imaging.com/products/tracker2-award-winning-flight-follower-system, appeal 03/10/2016).
Известное устройство обладает высокими скоростными параметрами, но ограниченной по азимуту рабочей зоной, позволяющей производить съемку исключительно линейно перемещающихся объектов, что существенно снижает область применения.The known device has high speed parameters, but limited in azimuth of the working area, allowing you to shoot exclusively linearly moving objects, which significantly reduces the scope.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрано устройство «Saccade mirror» для высокоскоростной съемки, включающее неподвижную камеру и оптическую систему из двух согласованно подвижных зеркал, формирующих ось поля зрения камеры, причем первичное зеркало установлено с возможностью отражения объекта съемки на вторичное зеркало, а вторичное зеркало установлено с возможностью отражения изображения объекта съемки от первичного зеркала в поле зрения камеры, зеркала выполнены с возможностью первичное - зенитного, а вторичное - азимутального относительно оптической оси камеры поворотов (Okumura, К.; Oku, Н.; Ishikawa, М., "High-speed gaze controller for millisecond-order pan/tilt camera," Robotics and Automation (ICRA), 2011 IEEE International Conference on, vol., no., pp. 6186, 6191, 2011; http://okulab.wix.com/okulab-e#!1msautopantilt/cesc, обращение 10.03.2016).As the closest analogue (prototype), the “Saccade mirror” device was selected for high-speed shooting, including a fixed camera and an optical system of two coordinated moving mirrors that form the axis of the camera’s field of view, the primary mirror being installed with the ability to reflect the subject to a secondary mirror, and the secondary the mirror is installed with the ability to reflect the image of the subject from the primary mirror in the field of view of the camera, the mirrors are made with the possibility of primary - anti-aircraft, and secondary - azimuthal regarding the optical axis of the rotation camera (Okumura, K .; Oku, H .; Ishikawa, M., "High-speed gaze controller for millisecond-order pan / tilt camera," Robotics and Automation (ICRA), 2011 IEEE International Conference on, vol., no., pp. 6186, 6191, 2011; http://okulab.wix.com/okulab-e#!1msautopantilt/cesc, circulation 03/10/2016).
Прототип обладает очень высокими скоростными характеристиками и позволяет отслеживать объект съемки в реальном времени.The prototype has very high speed characteristics and allows you to track the subject in real time.
Недостатком известного устройства (прототипа) является ограниченность его технологических возможностей, обусловленная диапазоном рабочей зоны - не более 40° как по азимуту, так и по зениту, а в случае добавления третьего зеркала рабочая зона может быть расширена лишь до 190,5° по азимуту. Это связано с тем, что оба зеркала прототипа обладают исключительно одной вращательной степенью подвижности каждая. Ось поля зрения, проходя через центр первого зеркала, отклоняется на величину, пропорциональную углу поворота плоскости первого зеркала. Второе зеркало при этом лишено возможности соответствующим образом сместиться, удерживая ось поля зрения в своем центре. Это, в свою очередь, приводит к тому, что при больших углах между оптической осью камеры и плоскостью первого зеркала, объект съемки перестает отражаться в объектив.A disadvantage of the known device (prototype) is the limited technological capabilities due to the range of the working area - not more than 40 ° both in azimuth and zenith, and in the case of adding a third mirror, the working area can be expanded only to 190.5 ° in azimuth. This is due to the fact that both mirrors of the prototype have exclusively one rotational degree of mobility each. The axis of the field of view, passing through the center of the first mirror, deviates by an amount proportional to the angle of rotation of the plane of the first mirror. In this case, the second mirror is deprived of the opportunity to shift accordingly, keeping the axis of the field of view in its center. This, in turn, leads to the fact that at large angles between the optical axis of the camera and the plane of the first mirror, the subject ceases to be reflected in the lens.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи расширения рабочей зоны вплоть до 360° по азимуту и до 90° по зениту.The present invention is aimed at solving the problem of expanding the working area up to 360 ° in azimuth and up to 90 ° at the zenith.
Технический результат - расширение технологических возможностей устройства для высокоскоростной съемки за счет расширения рабочей зоны.The technical result is the expansion of the technological capabilities of the device for high-speed shooting due to the expansion of the working area.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для высокоскоростной съемки, включающем неподвижную камеру и оптическую систему из двух согласованно подвижных зеркал, формирующих ось поля зрения камеры, причем первичное зеркало установлено с возможностью отражения объекта съемки на вторичное зеркало, а вторичное зеркало установлено с возможностью отражения изображения объекта съемки от первичного зеркала в поле зрения камеры, зеркала выполнены с возможностью первичное - зенитного, а вторичное - азимутального относительно оптической оси камеры поворотов, первичное зеркало выполнено с возможностью азимутального поворота относительно точки его пересечения с осью поля зрения камеры и перемещения по дуге вокруг оси поворота вторичного зеркала.The problem is solved, and the claimed technical result is achieved by the fact that in the device for high-speed shooting, including a fixed camera and an optical system of two coordinated moving mirrors forming the axis of the camera’s field of view, the primary mirror is installed with the possibility of reflecting the subject to the secondary mirror, and the secondary mirror is installed with the ability to reflect the image of the subject from the primary mirror in the field of view of the camera, the mirrors are made with the possibility of primary - anti-aircraft, and the second one is azimuthal relative to the optical axis of the rotation chamber, the primary mirror is configured to azimuthally rotate relative to its intersection with the axis of the camera’s field of view and move along the arc around the rotation axis of the secondary mirror.
Заявленное техническое решение позволяет, в отличие от прототипа, смещать первичное зеркало таким образом, чтобы ось поля зрения камеры всегда была направлена на центр первичного зеркала - оптимально, когда дуга перемещения первичного зеркала составляет не менее 120° - при этом значении достигается возможность наводить ось поля зрения на любую точку на полусфере вокруг центра комплекса. Форма дуги окружности выбрана из соображения, чтобы перемещение первичного зеркала не вносило изменение в съемочное расстояние во всех конфигурациях комплекса - путь луча в рамках структуры имеет равное расстояние. Дополнительным положительным аспектом использования двух зеркал является четное количество отражений в системе, что возвращает объект съемки в исходное состояние в пространстве изображений.The claimed technical solution allows, unlike the prototype, to shift the primary mirror so that the axis of the camera’s field of view is always directed to the center of the primary mirror — optimally, when the arc of movement of the primary mirror is at least 120 ° —with this value, it is possible to direct the field axis view of any point in the hemisphere around the center of the complex. The shape of the circular arc is chosen for reasons that the movement of the primary mirror does not make a change in the shooting distance in all configurations of the complex - the beam path within the structure has an equal distance. An additional positive aspect of using two mirrors is the even number of reflections in the system, which returns the subject to its original state in the image space.
Изобретение иллюстрируется изображениями, где:The invention is illustrated by images, where:
на фиг. 1 показана схема взаимного расположения отдельных элементов комплекса и их степенями подвижности, вид сверху;in FIG. 1 shows a diagram of the mutual arrangement of the individual elements of the complex and their degrees of mobility, top view;
на фиг. 2 показана схема взаимного расположения отдельных элементов комплекса и их степенями подвижности, вид сбоку;in FIG. 2 shows a diagram of the mutual arrangement of the individual elements of the complex and their degrees of mobility, side view;
на фиг. 3 показан вариант промышленного исполнения комплекса высокоскоростной съемки динамических объектов.in FIG. Figure 3 shows an industrial version of a complex for high-speed shooting of dynamic objects.
Позиции, приведенные на изображениях, соответствуют следующему:The positions shown in the images correspond to the following:
- первичное зеркало 1;-
- вторичное зеркало 2;-
- высокоскоростная камера 3;-
- объект съемки 4;-
- азимутальная ось первичного зеркала 5;- azimuthal axis of the
- зенитная ось первичного зеркала 6;- the anti-aircraft axis of the
- азимутальная ось вторичного зеркала 7;- azimuth axis of the
- дуга окружности 8, формируемая поступательными степенями подвижности первичного зеркала;- an arc of
- оптическая ось 9 высокоскоростной камеры;-
- ось поля зрения 10 высокоскоростной камеры;- axis of the field of
- промышленный манипулятор 11 с шестью степенями подвижности в качестве способа исполнения комплекса.-
- дополнительная степень подвижности манипулятора для вторичного зеркала 12.- an additional degree of mobility of the manipulator for the
Изобретение основано на том, что согласованное управление степенями подвижности первичного и вторичного зеркал, при условии, что угол дуги 8, по которой перемещается первичное зеркало 1, составляет не менее 120°, позволяет направлять в объектив камеры 3 отраженный от объекта съемки 4 свет (изображение) в диапазоне [0°, 360°] по азимуту и [0°, 90°] по зениту, при этом рабочая зона системы будет иметь вид полусферы; кроме того, пользуясь теми фактами, что непараллельность плоскостей первичного и вторичного зеркал вводит искажение в ориентацию снимаемого объекта в кадре, а также в связи с тем, что схема обладает неоднозначным решением обратной задачи кинематики, так как в нахождении направления на объект съемки 4, описывающийся двумя переменными (азимут и возвышение/зенит), используются три степени подвижности, система позволяет наводиться на одну и ту же точку в пространстве в разных конфигурациях системы, исходя из чего искажение можно компенсировать, меняя положение первичного зеркала 1 на дуге 8 вокруг оси вторичного зеркала 7 в процессе съемок; в данной оптической схеме диапазон изменения ориентации для конкретной точки тем более заметен, чем больше угол возвышения/зенита; сохранение ориентации объекта в процессе съемки может положительно повлиять на заполняемость кадра и, как следствие, на угловое разрешение; кроме того оптическая схема позволяет уменьшить максимальную угловую скорость элементов комплекса за счет согласованного движения первичного и вторичного зеркал.The invention is based on the fact that the coordinated control of the degrees of mobility of the primary and secondary mirrors, provided that the angle of the
Исходя из требований гибкости устройство предлагается реализовывать на базе промышленного манипулятора 11 с шестью степенями подвижности, причем первичное зеркало 1 установлено на фланец манипулятора таким образом, чтобы ось вращения шестой степени подвижности манипулятора совпадала с одной из вращательных осей (5, 6) первичного зеркала 1. Это решение связано с тем, что в промышленных манипуляторах шестая ось, как правило, обладает самой высокой скоростью вращения, что в свою очередь немаловажно для динамических характеристик комплекса в целом. Кроме того вторичное зеркало 2 установлено на внешней, дополнительной, седьмой вращательной степени подвижности манипулятора 12, также управляемой контроллером робота для обеспечения синхронизации таким образом, чтобы ось ее вращения совпадала с осью вращения вторичного зеркала 7. Центральная точка инструмента (TCP) манипулятора 11 должна находиться в центре первичного зеркала 1 на отражающем слое, в точке пересечения плоскости зеркала с осью поля зрения 10. Оснастку для крепления первичного зеркала необходимо проектировать таким образом, чтобы после установки на фланец ось вращения шестой степени подвижности манипулятора 11 проходила через отражающий слой и центр зеркала. Высокоскоростная камера 3 устанавливается на неподвижном штативе перед вторичным зеркалом 2.Based on the requirements of flexibility, the device is proposed to be implemented on the basis of an
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Первичное зеркало 1 перемещается по дуге окружности вокруг азимутальной оси вторичного зеркала 7, одновременно вращаясь вокруг азимутальной оси 5 и зенитной оси 6, а вторичное зеркало согласованно вращается вокруг оси 7 таким образом, чтобы отраженный от объекта съемки 4 свет попадал в объектив высокоскоростной камеры 3 на протяжении всего движения объекта съемки. Таким образом, оптическая ось 9 высокоскоростной камеры 3 неподвижна, а ось поля зрения 10 подвижна и всегда проходит через центр объекта съемки 4.The
Предложенное устройство существенно отличается от прототипа тем, что первичное зеркало 1 выполнено с возможностью азимутального поворота вокруг своего центра и перемещения по дуге 8 вокруг оси поворота вторичного зеркала 7, что в свою очередь позволяет наводиться на объект съемки 4, находящийся в любой точке на полусфере вокруг центра устройства. Это обеспечивает увеличение протяженности траектории «слежения» за объектом съемки, не накладывая ограничений на характер траектории, и позволяет изменять ориентацию объекта съемки в кадре, пользуясь тем, что наведение на одну и ту же точку в пространстве возможно из разных положений первичного зеркала 1 на дуге окружности 8 в рамках степеней подвижности. Изменение ориентации объекта съемки в кадре в определенном диапазоне также позволяет компенсировать искажения ориентации, возникающие из-за непараллельности первичного и вторичного зеркал.The proposed device is significantly different from the prototype in that the
Предложенное устройство также позволяет уменьшить угловые скорости вращения первичного зеркала 1 путем заявленного согласованного движения первичного и вторичного зеркал, что в свою очередь позволит увеличить предельную скорость движения объекта съемки.The proposed device also allows to reduce the angular velocity of rotation of the
Таким образом, использование изобретения позволяет фиксировать на высокоскоростную камеру поведение динамических объектов, двигающиеся по известным заранее сложным траекториям в рамках рабочей зоны, равной полусфере вокруг центра устройства.Thus, the use of the invention makes it possible to record the behavior of dynamic objects moving along well-known complex paths within a working area equal to the hemisphere around the center of the device on a high-speed camera.
С учетом изложенного можно сделать вывод о том, что поставленная задача - расширение рабочей зоны вплоть до 360° по азимуту и до 90° по зениту - решена, а заявленный технический результат - расширение технологических возможностей устройства для высокоскоростной съемки за счет расширения рабочей зоны - достигнут.Based on the foregoing, we can conclude that the task - the expansion of the working area up to 360 ° in azimuth and up to 90 ° at the zenith - has been solved, and the claimed technical result - the expansion of the technological capabilities of the device for high-speed shooting due to the expansion of the working area - has been achieved .
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.The analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the independent claim are interrelated with each other with the formation of a stable set of necessary attributes unknown at the priority date from the prior art sufficient to obtain the required synergistic (over-total) technical result.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к области автоматической высокоскоростной съемки, а именно к системам регистрации поведения динамических объектов в условиях неподвижной высокоскоростной камеры;- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, relates to the field of automatic high-speed shooting, namely, systems for recording the behavior of dynamic objects in a fixed high-speed camera;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и/или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object as described in the independent clause of the formula below, the possibility of its implementation using the means and methods described above and / or known from the prior art on the priority date is confirmed;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed subject matter meets the patentability criteria of “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability” under applicable law.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016119383A RU2634369C1 (en) | 2016-05-19 | 2016-05-19 | High-speed shooting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016119383A RU2634369C1 (en) | 2016-05-19 | 2016-05-19 | High-speed shooting device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2634369C1 true RU2634369C1 (en) | 2017-10-26 |
Family
ID=60153925
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016119383A RU2634369C1 (en) | 2016-05-19 | 2016-05-19 | High-speed shooting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2634369C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2692115C1 (en) * | 2018-09-06 | 2019-06-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for angular rotation of a thrown object |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5276546A (en) * | 1991-05-20 | 1994-01-04 | Butch Beaty | Three dimensional scanning system |
US20050105076A1 (en) * | 2003-11-15 | 2005-05-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Three-dimensional location measurement sensor |
US20080185526A1 (en) * | 2005-09-12 | 2008-08-07 | Horak Dan T | Apparatus and method for providing pointing capability for a fixed camera |
DE102012009093A1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-07 | Institut für Photonische Technologien e.V. (IPHT) | Optical-mechanical arrangement for use as secondary mirror of terahertz camera for high-dynamic sample, has mirror tiltable by position element, so that gradual movement of mirror is generatable between two end positions |
-
2016
- 2016-05-19 RU RU2016119383A patent/RU2634369C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5276546A (en) * | 1991-05-20 | 1994-01-04 | Butch Beaty | Three dimensional scanning system |
US20050105076A1 (en) * | 2003-11-15 | 2005-05-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Three-dimensional location measurement sensor |
US20080185526A1 (en) * | 2005-09-12 | 2008-08-07 | Horak Dan T | Apparatus and method for providing pointing capability for a fixed camera |
DE102012009093A1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-07 | Institut für Photonische Technologien e.V. (IPHT) | Optical-mechanical arrangement for use as secondary mirror of terahertz camera for high-dynamic sample, has mirror tiltable by position element, so that gradual movement of mirror is generatable between two end positions |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2692115C1 (en) * | 2018-09-06 | 2019-06-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method for angular rotation of a thrown object |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7463342B2 (en) | Optical tracking device using micromirror array lenses | |
US7597489B2 (en) | Apparatus and method for providing pointing capability for a fixed camera | |
NO167240B (en) | PARTY WITH MORE FREEDOMS. | |
JP6545392B2 (en) | Optical path switching device | |
Gapinski et al. | The model of dynamics and control of modified optical scanning seeker in anti-aircraft rocket missile | |
RU2634369C1 (en) | High-speed shooting device | |
US10254506B2 (en) | Lens apparatus and image pickup apparatus | |
JP2015179019A (en) | Optic axis orientation device | |
US20190179130A1 (en) | Simultaneous multi-magnification reflective telescope utilizing a shared primary mirror | |
KR101924208B1 (en) | Infrared Image Sensor Capable of Adjusting Field of View and Homming Device with the same | |
Gapiński et al. | A control of modified optical scanning and tracking head to detection and tracking air targets | |
KR101889275B1 (en) | Single-frame stereoscopic camera | |
WO2022057043A1 (en) | Target-tracking dynamic projection method and dynamic projection device | |
Klimov et al. | Robotic flight follower system for high speed recording | |
US8717692B2 (en) | Optical switching system | |
JP2000266985A (en) | Automatic focal adjustment device for monitor camera | |
CN106959509B (en) | A kind of the effects of gazing type panorama, is apart from infrared imaging system design method | |
HATORI et al. | Automatic optical tracking of a flying bird | |
US10989898B2 (en) | Quad-axis rotatable coudé path | |
CN104730705B (en) | Integrated device capable of being used for despinning pupil plane and image plane of horizontal telescope simultaneously | |
JPS61277075A (en) | Flight simulator | |
KR102617182B1 (en) | Image photographing device | |
JP2005092165A (en) | View point shifting device keeping optical path distance and object angle constant | |
GB2621046A (en) | SMA actuator assembly | |
TR2022018315Y (en) | PENTA PANTILT SYSTEM |