RU2269764C1 - Color system for determining values and directions of beams deflection angles - Google Patents
Color system for determining values and directions of beams deflection angles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2269764C1 RU2269764C1 RU2004112863/28A RU2004112863A RU2269764C1 RU 2269764 C1 RU2269764 C1 RU 2269764C1 RU 2004112863/28 A RU2004112863/28 A RU 2004112863/28A RU 2004112863 A RU2004112863 A RU 2004112863A RU 2269764 C1 RU2269764 C1 RU 2269764C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frame
- image
- square
- light source
- light
- Prior art date
Links
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области исследования оптическими методами прозрачных неоднородностей и может быть использовано при анализе гидродинамических явлений, изучении конвективных потоков при теплообмене, контроле качества оптического стекла и т.д. теневым методом.The invention relates to the field of research by optical methods of transparent inhomogeneities and can be used in the analysis of hydrodynamic phenomena, the study of convective flows during heat transfer, quality control of optical glass, etc. shadow method.
Известны теневые приборы, содержащие в коллиматорной части осветительную диафрагму со щелями и ножевую диафрагму в приемной части [1].Known shadow devices containing in the collimator part of the illuminating diaphragm with slots and a knife diaphragm in the receiving part [1].
Однако она позволяет выявлять лишь градиенты показателя преломления среды в одном наперед заданном направлении, причем чем шире их рабочий диапазон, тем ниже чувствительность этих приборов.However, it allows one to detect only gradients of the refractive index of the medium in one direction given in advance, and the wider their working range, the lower the sensitivity of these devices.
Известны устройства, позволяющие определять градиенты показателя преломления в двух направлениях с помощью специальной маски, содержащей набор светофильтров и расположенной в плоскости осветительной щели (цветные теневые приборы) [2, 3].Known devices that allow you to determine the gradients of the refractive index in two directions using a special mask containing a set of filters and located in the plane of the lighting gap (colored shadow devices) [2, 3].
Известные приборы обеспечивают получение качественной информации об исследуемом объекте и не дают количественной информации о величинах и направлениях отклонения лучей.Known devices provide high-quality information about the investigated object and do not give quantitative information about the values and directions of the deviation of the rays.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является цветная шлирная система для определения величины и направлений векторов отклонений лучей [4], состоящая из источника света, конденсора, оптической системы, включающей коллиматорный объектив и объектив, формирующий изображение источника света, ножевой диафрагмы и проекционной оптической системы, формирующей изображение объекта. Прозрачный исследуемый объект расположен между объективами.The closest technical solution to the present invention is a color schlieren system for determining the magnitude and directions of the ray deflection vectors [4], consisting of a light source, a condenser, an optical system including a collimator lens and a lens forming an image of a light source, a knife diaphragm and a projection optical system forming an image of an object. A transparent object under investigation is located between the lenses.
Источник света выполнен в виде рамки и набора светофильтров, установленных перед или за рамкой.The light source is made in the form of a frame and a set of filters installed in front of or behind the frame.
Недостатком известной системы являются ее ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в том, что она не дает количественной информации о величинах и направлениях векторов отклонения лучей или о двух проекциях этих векторов.A disadvantage of the known system is its limited functionality, which consists in the fact that it does not provide quantitative information about the magnitudes and directions of the ray deflection vectors or about the two projections of these vectors.
Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является получение количественной информации о проекциях векторов отклонения лучей.The main task, which the utility model is aimed at, is to obtain quantitative information about the projections of the ray deflection vectors.
Для решения поставленной задачи предложена цветная шлирная система для определения величин и направлений векторов отклонений лучей, которая, как и прототип, содержит источник света, состоящий из рамки и набора светофильтров, конденсор, оптическую систему, ножевую диафрагму и проекционную оптическую систему, формирующую изображение объекта.To solve this problem, a color shliri system was proposed for determining the values and directions of the ray deflection vectors, which, like the prototype, contains a light source consisting of a frame and a set of light filters, a condenser, an optical system, a knife diaphragm, and a projection optical system that forms the image of the object.
В отличие от прототипа она дополнительно снабжена регистратором изображения, расположенным в плоскости изображения и выполненным в виде матричного фотоприемника, каждая ячейка которого состоит из селективных фотоприемников, а число светофильтров набора выполнено равным количеству селективных фотоприемников в одной ячейке.Unlike the prototype, it is additionally equipped with an image recorder located in the image plane and made in the form of an array photodetector, each cell of which consists of selective photodetectors, and the number of filters in the set is equal to the number of selective photodetectors in one cell.
Рамка источника света может быть выполнена в виде квадрата, при этом первый светофильтр расположен по всей длине первой стороны квадратной рамки и на одной трети второй стороны, второй светофильтр расположен на двух третях второй стороны и на двух третях третьей стороны рамки, а третий светофильтр расположен на одной трети третьей стороны и по всей длине четвертой стороны рамки, при этом контур ножевой диафрагмы имеет форму квадрата.The frame of the light source can be made in the form of a square, with the first filter located along the entire length of the first side of the square frame and on one third of the second side, the second filter is located on two-thirds of the second side and two-thirds of the third side of the frame, and the third filter is located on one third of the third side and along the entire length of the fourth side of the frame, while the contour of the knife diaphragm has the shape of a square.
Рамка источника света может быть также выполнена в виде кольца, разделенного на три сектора, в каждом из которых расположен один из светофильтров, при этом контур ножевой диафрагмы имеет форму окружности.The frame of the light source can also be made in the form of a ring divided into three sectors, each of which has one of the filters, while the contour of the knife diaphragm has a circle shape.
Сущность предлагаемой системы заключается в том, что матричный фотоприемник для каждой точки Р' изображения объекта вырабатывает три сигнала освещенности Ij (Р') (j=1, 2, 3), которые оцифровываются с помощью аналого-цифрового преобразователя, входящего в состав матричного фотоприемника. Оцифрованные сигналы связаны с площадями Si (Р') (i=1, 2, 3) пересечения локального изображения источника света, сформированного лучами, проходящими через точку Р', со светофильтрами номера "i", системой уравнений:The essence of the proposed system is that the matrix photodetector for each point P 'of the image of the object generates three illumination signals I j (P') (j = 1, 2, 3), which are digitized using an analog-to-digital converter, which is part of the matrix photodetector. The digitized signals are associated with the areas S i (P ') (i = 1, 2, 3) of the intersection of the local image of the light source formed by the rays passing through the point P' with the filters of number "i", the system of equations:
Где aij - известные коэффициенты.Where a ij are known coefficients.
Поскольку число светофильтров равно числу селективных фотоприемников в одной ячейке, то система уравнений (1) имеет единственное решение, с помощью которого вычисляются значения Si (Р'). Затем по вычисленным значениям Si (Р') вычисляются проекции gx (P') и gy (P') вектора смещения локального изображения источника света, обусловленного отклонением лучей.Since the number of light filters is equal to the number of selective photodetectors in one cell, the system of equations (1) has a unique solution by which the values of S i (P ') are calculated. Then, based on the calculated values of S i (P '), the projections g x (P') and g y (P ') of the displacement vector of the local image of the light source due to the deviation of the rays are calculated.
Формулы перехода от площадей Si (Р') к проекциям gx (Р') и gy (P') вектора смещения изображения зависят от формы ножевой диафрагмы и источника света. В частности, для квадратной формы они имеют вид:The formulas for the transition from the areas S i (P ') to the projections g x (P') and g y (P ') of the image displacement vector depend on the shape of the knife diaphragm and the light source. In particular, for a square shape, they have the form:
где L - известная длина каждого из окон со светофильтрами.where L is the known length of each of the windows with light filters.
Заявленная цветная шлирная система для определения величин и направлений векторов отклонений лучей иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена оптическая схема системы, на фиг.2 показан вид ножевой диафрагмы с контуром квадратной формы, на фиг.3 - вид ножевой диафрагмы с контуром круглой формы.The claimed color shliri system for determining the magnitudes and directions of the rays deviation vectors is illustrated by drawings, in which Fig. 1 is an optical diagram of the system, Fig. 2 shows a view of a knife diaphragm with a square contour, and Fig. 3 is a view of a knife diaphragm with a circular contour .
Цветная шлирная система для определения величин и направлений векторов отклонений лучей содержит источник света, состоящий из лампы 1, конденсора 2, набора светофильтров 3 и рамки 4, объектив коллиматора 5, исследуемый объект 6, объектив 7, формирующий изображение источника света, ножевую диафрагму 8 и проекционную оптическую систему 9.The color schlieren system for determining the magnitudes and directions of the ray deflection vectors contains a light source consisting of a lamp 1, a
Система дополнительно снабжена регистратором изображения 10, выполненным в виде матричного фотоприемника, каждая ячейка которого состоит из трех селективных фотоприемников R, G, В, максимумы спектральной чувствительности которых расположены в красной, зеленой и синей областях спектра соответственно. Число светофильтров 3, в данном случае, равно также трем (числу селективных приемников в ячейке), и их максимумы пропускания также расположены в красной, зеленой и синей областях спектра.The system is additionally equipped with an image recorder 10 made in the form of a matrix photodetector, each cell of which consists of three selective photodetectors R, G, B, the spectral sensitivity maxima of which are located in the red, green, and blue spectral regions, respectively. The number of filters 3, in this case, is also three (the number of selective receivers in the cell), and their transmission maxima are also located in the red, green, and blue spectral regions.
При этом ножевая диафрагма 8 имеет квадратный контур 11 (фиг.2), размер стороны обозначен через 2с; внутренний размер изображения рамки 4 обозначен через 2а, наружный - через 2b.In this case, the knife diaphragm 8 has a square contour 11 (Fig.2), the size of the side is indicated after 2s; the inner image size of the frame 4 is indicated by 2a, the outer - by 2b.
При выполнении рамки 4 источника света в виде квадрата первый светофильтр расположен по всей длине первой стороны 12 квадратной рамки и на одной трети второй стороны 13, второй светофильтр расположен на двух третях второй стороны 14 и на двух третях третьей стороны 15 рамки, а третий светофильтр расположен на одной трети третьей стороны 16 и по всей длине четвертой стороны 17 рамки.When the frame 4 of the light source is square, the first filter is located along the entire length of the
При выполнении рамки 4 источника света в виде кольца внутренний радиус изображения обозначен через rа, наружный - через rb, при этом ножевая диафрагма 8 имеет контур в виде окружности 18, радиус которой обозначен через rс.When making the frame 4 of the light source in the form of a ring, the inner radius of the image is indicated by r a , the outer by r b , while the knife diaphragm 8 has a contour in the form of a circle 18, the radius of which is indicated by r s .
Кольцо разделено на три сектора 19, 20 и 21, в каждом из которых расположен один из светофильтров.The ring is divided into three
Предлагаемая цветная шлирная система для определения величин и направлений векторов отклонений лучей работает следующим образом.The proposed color schlieren system for determining the magnitudes and directions of the rays deflection vectors works as follows.
Лучи света, исходящие от источника света (рамки 4), после прохождения через объективы 5 и 7, а также через исследуемый объект 6, формируют изображение рамки 4 в плоскости ножевой диафрагмы 8. Ножевая диафрагма 8 частично перекрывает это изображение, а частично пропускает. Лучи, пропущенные ножевой диафрагмой 8, проходят через проекционную оптическую систему 9 и формируют изображение объекта в плоскости фотоприемника 10. В невозмущенном состоянии объекта изображение рамки 4 занимает положение, симметричное относительно центра ножевой диафрагмы 8. При этом зоны изображения областей рамки 4, со светофильтрами (зоны 12 и 13, зоны 14 и 15, зоны 16 и 17 на фиг.2 или зона 19, зона 20 и зона 21 на фиг.3), сформированные лучами, прошедшими через окно ножевой диафрагмы 8, имеют равные площади, вследствие чего на фотоприемнике 10 лучи разного цвета смешиваются в равных пропорциях, и изображение в точке фотоприемника 10 будет иметь белый цвет, а три селективных фотоприемника, составляющие ячейку, будут вырабатывать начальные примерно равные сигналы. При возмущении объекта в нем появится неоднородность показателя преломления, что приведет к отклонениям проходящих лучей и вызовет смещение изображений рамки 4, сформированных лучами, проходящими через любую выбранную точку объекта, на величину, пропорциональную градиенту показателя преломления в этой точке объекта.The rays of light emanating from the light source (frame 4), after passing through the lenses 5 and 7, as well as through the studied object 6, form an image of the frame 4 in the plane of the knife diaphragm 8. The knife diaphragm 8 partially overlaps this image and partially passes it. The rays missed by the knife diaphragm 8 pass through the projection optical system 9 and form an image of the object in the plane of the photodetector 10. In the unperturbed state of the object, the image of the frame 4 occupies a position symmetrical with respect to the center of the knife diaphragm 8. In this case, the image areas of the frame 4 regions with light filters (
Смещения изображений рамки 4, состоящих из цветных зон, изменят соотношение площадей зон изображения разного цвета, расположенных в пределах прозрачной части ножевой диафрагмы 8, что приведет к появлению окрашенности изображения объекта в разных точках фотоприемника 10 и соответственно к изменению сигналов селективных фотоприемников.The displacements of the images of the frame 4, consisting of color zones, will change the ratio of the areas of the image zones of different colors located within the transparent part of the knife diaphragm 8, which will lead to the appearance of a colored image of the object at different points of the photodetector 10 and, accordingly, to a change in the signals of selective photodetectors.
Регистрация и обработка этих сигналов позволит определить площади Sj зон разного цвета (j=1, 2, 3) изображения источника света, прошедшего через ножевую диафрагму 8.Registration and processing of these signals will allow you to determine the area S j of zones of different colors (j = 1, 2, 3) of the image of the light source passing through the knife diaphragm 8.
Площади Sj позволят определить проекции вектора смещения изображения источника света gx и gy. В частности, для квадратной формы рамки 4 и контура ножевой диафрагмы 11, изображенных на фиг.2, проекции gx и gy вектора смещения изображения источника света вычисляются по формулам:Areas S j allow you to determine the projection of the displacement vector of the image of the light source g x and g y . In particular, for the square shape of the frame 4 and the contour of the
Это справедливо, если |gx|<c-a; |gx|<b-c; |gy|<с-а; |gy|<b-c.This is true if | g x | <ca; | g x | <bc; | g y | <c-a; | g y | <bc.
При круглой форме рамки 4 и контура ножевой диафрагмы 18, показанных на фиг.3, длина вектора смещения изображения источника света , и азимутальный угол этого вектора α=arctg(gy/gx) для малых значений смещений (g≪rс; rc+g<rb; rc-g>rа) можно вычислить по аналогии.With the round shape of the frame 4 and the contour of the blade diaphragm 18 shown in FIG. 3, the length of the displacement vector of the image of the light source , and the azimuthal angle of this vector α = arctan (g y / g x ) for small displacements (g≪r s ; r c + g <r b ; r c -g> r a ) can be calculated by analogy.
Таким образом, установка цветного матричного фотоприемника и установка трех светофильтров в рамку, являющуюся источником света, позволяет решить задачу количественного определения величин и направлений векторов отклонения лучей.Thus, the installation of a color matrix photodetector and the installation of three filters in the frame, which is the light source, allows us to solve the problem of quantitative determination of the magnitudes and directions of the ray deflection vectors.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Л.А.Васильев. Теневые методы. М.: "Наука", Главная редакция физико-математической литературы, 1968, c.12-14.1. L.A. Vasiliev. Shadow methods. M .: "Science", The main edition of the physical and mathematical literature, 1968, p. 12-14.
2. Л.А.Васильев. Теневые методы. М.: "Наука", Главная редакция физико-математической литературы, 1968, с.46, 47.2. L.A. Vasiliev. Shadow methods. M .: "Science", The main edition of the physical and mathematical literature, 1968, p. 46, 47.
3. Российская Федерация, авторское свидетельство №449285, МПК: G 01 N 21/20, 1999 г.3. Russian Federation, copyright certificate No. 449285, IPC: G 01
4. Г.С.Сеттлз. Цветная шлирная система для определения направления отклонения лучей. "Ракетная техника и космонавтика". Журнал Американского института аэронавтики и космонавтики, 1970, т.8, №12 - прототип.4. G.S. Settles. Color splint system for determining the direction of deviation of the rays. "Rocket technology and astronautics". Journal of the American Institute of Aeronautics and Cosmonautics, 1970, v. 8, No. 12 - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004112863/28A RU2269764C1 (en) | 2004-04-26 | 2004-04-26 | Color system for determining values and directions of beams deflection angles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004112863/28A RU2269764C1 (en) | 2004-04-26 | 2004-04-26 | Color system for determining values and directions of beams deflection angles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004112863A RU2004112863A (en) | 2005-10-20 |
| RU2269764C1 true RU2269764C1 (en) | 2006-02-10 |
Family
ID=35862957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004112863/28A RU2269764C1 (en) | 2004-04-26 | 2004-04-26 | Color system for determining values and directions of beams deflection angles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2269764C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2548924C2 (en) * | 2013-03-28 | 2015-04-20 | Рафаэль Анварович Галиуллин | Device to measure index of refraction of separate cross sections of investigated medium during non-stationary processes |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU449285A1 (en) * | 1971-11-01 | 1974-11-05 | Предприятие П/Я Г-4903 | A device for obtaining color shadow images |
| JP2000180241A (en) * | 1998-12-11 | 2000-06-30 | Japan Nuclear Cycle Development Inst States Of Projects | Compressible fluid visualization method, visualization device and axis alignment device used therefor |
| FR2801673A1 (en) * | 1999-11-26 | 2001-06-01 | Pechiney Aluminium | Alumina calcination degree and homogeneity determination involves illuminating alumina suspension on a glass slide with stable polychromatic radiation, and processing an image signal |
-
2004
- 2004-04-26 RU RU2004112863/28A patent/RU2269764C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU449285A1 (en) * | 1971-11-01 | 1974-11-05 | Предприятие П/Я Г-4903 | A device for obtaining color shadow images |
| JP2000180241A (en) * | 1998-12-11 | 2000-06-30 | Japan Nuclear Cycle Development Inst States Of Projects | Compressible fluid visualization method, visualization device and axis alignment device used therefor |
| FR2801673A1 (en) * | 1999-11-26 | 2001-06-01 | Pechiney Aluminium | Alumina calcination degree and homogeneity determination involves illuminating alumina suspension on a glass slide with stable polychromatic radiation, and processing an image signal |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВАСИЛЬЕВ Л.А. Теневые методы, М., Наука, 1968, с.12-14, 46-47. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2548924C2 (en) * | 2013-03-28 | 2015-04-20 | Рафаэль Анварович Галиуллин | Device to measure index of refraction of separate cross sections of investigated medium during non-stationary processes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004112863A (en) | 2005-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104471361B (en) | Variable angle spectroscopic imaging measurement method and device therefor | |
| US10165935B2 (en) | Measuring head of an endoscopic device and process for inspecting and measuring an object | |
| CN106018280A (en) | Device and method capable of simultaneously measuring velocity field and concentration field | |
| CN86105345A (en) | The apparatus and method of determining displacement | |
| CN203259248U (en) | Portable colorimeter | |
| CN109059898A (en) | A kind of polarotactic navigation sensor and sky polarotactic navigation method | |
| WO2009070798A1 (en) | Method and apparatus for three-dimensional digital particle image thermometry and velocimetry | |
| RU2269764C1 (en) | Color system for determining values and directions of beams deflection angles | |
| KR20020044574A (en) | Device for measuring spatial distribution of the spectral emission of an object | |
| RU46855U1 (en) | COLOR SHIRING SYSTEM FOR DETERMINING THE QUANTITIES AND DIRECTIONS OF BEAM DEFLECTIONS VECTORS | |
| Zhang et al. | Optical mapping of fluid density interfaces: Concepts and implementations | |
| JP2000258246A (en) | Total luminous flux measuring method and device | |
| GB2343944A (en) | Multi-axis clinometer for measuring gradients and gradient changes | |
| RU2179789C2 (en) | Laser centering mount for x-ray radiator | |
| RU2505843C1 (en) | Double-channel space telescope for simultaneous observation of earth and stars with image spectral spreading | |
| RU2813764C1 (en) | Interference element, solar sensor based on it, and method for determining direction vector to sun | |
| SU1094013A1 (en) | Shadow apparatus | |
| SU1179744A1 (en) | Interference-shadow device | |
| SU873052A1 (en) | Multi-color visualizing diaphragm (its versions) | |
| SU1080076A1 (en) | Manifold-type gas analyzer | |
| RU214083U1 (en) | DIGITAL COLORIMETER FOR INVESTIGATION OF MULTICOLORED OBJECTS | |
| SU1409861A1 (en) | Device for measuring contour of object cross-section | |
| SU873055A1 (en) | Visulizing diaphagm of chadow instrument | |
| SU953892A1 (en) | Device for measuring transverse velocity of rotation of plasma cord | |
| SU998998A2 (en) | Optical instrument |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070427 |