Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Такое разделение вызвано тем, что действие видимого света на глаз зависит не только от физических параметров излучения (энергии, частоты, спектрального состава), но и спектральной чуестаитель- ';:. носюи 5 (Х) глаза (рис. 5.3О). Как видно на рисунке, чувствительность глаза ...',~ 5,4. Оп/пические локйциониью сисижмы к сине-фиолетовому и красно-оранжевому излучению сущсствснно ниже, чем к желто-зеленому. Максимум Юс® достигается при Х = 0,5...0,555 мкм (псрвое значение справедливо для черно-белого, так называемого ското- пического зрения, второе — для цветного, или .фотопического зрения). О„б О,4 О,2 О ,5 О,б 0,7 Х,мкм Рис.
5.30. Спектральная чувствительность глаза; 1 — П1 — сине-фиолетовая, желто-зеленая и красно-оранжевая области солнечного спектра соответственно; 1 — спектр солнечного света; 2 — скотопнческая чувствительность; 3— фотопическая чувствительность глаза Для перевода фотометрических характс зуют коэффициеие виднос>пи Йу„показыв ощущение по всему диапазону.
видимого св шую видность (световое ощущение) Р„, к ~~ =~1У~; ° ',:-';.::;'-,:::: где ~11, — свстовое ощущение к излучению !-:.,:.': О,38...0,77мкм коэффициентА~ изменяется Различают следующие основные характс энергия излучения И1 (энергетическая в ',.' - люмен-секундах); световой поток Ф = дИ%й (энергетически ;':::.;-'::,: 1ломенах, причем ! Вт излучения с Х =5,55. сила света,У = с1ФЯО, где Π— телесный ~,;;::"::;:-: стерадиан и светотехническая в канделах); освещенность 3 = г1ФЙЙ (энергетическая ':-,':;:,;'.::.
светотехническая в люксах); яркость (интенсивность) У = сУЯю„, гдемента поверхност ристик в энергетические исполь- ающий, как меняется световое ета. Так как глаз имеет наиболь- излучению с Х = 0,555 мкм, то с длиной волны Х. В диапазоне 5 в!О раз. ристики светового излучения: джоулях. и свстотсхни гсская в й в ваттах и светотехнический в 1О 7 м соответствует 683 лм); угол (энергетическая в ваттах на в ваттах на квадратный метр и с дю„— площадь ортогональной и сЬ (энергетическая в ваттах на 5.
Локаиионные информационные системы стерадиан-квадратный метр и светотехническая в канделах на квадратный метр), В фотометрии для определения светотехнической яркости по известной энергетической используют таблицы видности. Например, энергетическая яркость потока гелий-аргонового лазера с Х = 0,514 мкм, работающего в нс- !3 2 прерывном режиме, составляет 1О Вт/ср м . По таблице видности фото- 15 2 6 метрическая яркость К = 4- 10 кд/м, что приблизительно в 2,5 10 раз больше яркости солнца. Способность глаза реагировагь на изменение яркости в очень больпюм диапазоне получило название зрительной адаптации, В среднем для человека ЛУ = 2(10 ...10 ) кд/м .
Свойство глаза восстанавливать световую чув(; ~ 2 ствитсльность называется световой или темновой адаптацией. Первая проявляется при резком увеличении освещенности, например при выходе из темного помещения на свет, и составляет 2 — 3 мин; вторая существенно продолжительнее и достигает 20 — ЗО мип, Параметры некоторых типовых источников света представлены ниже: У= 7 !О кд/м ю 2 2 У=6 10 кд/м 3 = 10 лк У=2.10 кд/и,'.) = 2 1О лк 2 К= 4 10 кл/м,3 = 10 лк Фотографическая вспышка ..... Лампа накаливания,................
Дневной свет ..... Полная луна,..... Звездное небо.... -5 2 11р и и с ч а н и с. Минимальная видимая яркость К = 10 кд/м . 11орог чувствительности глаза характеризуется наименьшим количест- .:. вом энергии, вызывающей его световое раздражение. Пороговое значение светового потока зависит от диаметра зрачка и составляет около 2 10 лм .:: вы !4 при диаметре зрачка 8 мм. 5.4.2.
Оптическая система и еа характеристики Основой ОЛС является совокупность оптических деталей ~линз, зеркал, призм и т. д.), образующих изображение предметов на фотоприемнике„которая получила название оптичсской системы. В оптической системе приня-. то различать пространство предметов — область, в которой расположены:;.. объекты, и просгранство изображений — область, в которой размещается::.::,:.:.
изображение. Важнейшим элементом оптической системы.является линза. В ' зависимости от комбинации образующих. линзу поверхностей (выпуклой, ';' вогнутой и плоской) различают более 1О типов линз. Наиболее распростра-:-:"; ненные тины линз имеют сферические сопрягаемые поверхности. В отдель- '-;" ных случаях, например для луп, конденсоров, светофильтров и т. и., исполь-, зуют линзы Френеля„обладающие ступенчатой поверхностью с минималь- .' 5.4. Оптические локаииоиные системы ным размером ступенек около 0,01 мм. Линзы Френеля получают прессованием пластмасс„что сущсствешю снижает их стоимость. Важнейшим параметром линзы является ее фокусное расстояние. В общем случае линза содержит две поверхности раздела сред, поэтому она имеет два фокуса: передний Г„(со стороны пространства предметов) и задний Г, (со стороны пространства изображений).
Соответственно и фокусных расстояний в такой линзе два: переднее и заднее (рис. 5.31). В такой линзе выделяют две главные точки (переднюю Н и заднюю Н ), а также переднюю Ф и заднюю Ф узловые точки. В простых расчетах ограничиваются моделью тонкой линзы, для которой псредпсс и заднее фокусные расстояния принимают одинаковыми и равными расстоянию вдоль оптической оси от центра линзы до се фокальной гочки.
Рис. 5З1. Основные оптическне точки линзы Оптическая (преломляющая) сила Р~~ ~",,:,::::-. от радиуса кривизны границы раздела дву ния п~ и и2 и связана с передним изадни жен нем сферической поверхности зависит х сред с показателями преломлсм фокусными расстояниями выра- ГО п1~~ П2 Тт Оптическую силу линзы измеряют в метрах в минус первой степени (и ). Эта единица получила название диоптрия (дптр).
Для тонкой линзы, находящейся в воздухе (л~ = и~ = 1), справедлива приближенная зависимость 3, С.А. Воротников ~ В 1~~и 1~~з '„- У собирающих линз Ео >О, у рассеивающих Го <О. Чем больше опти":, ческая сила, тем ближс к линзе располагается изображение и тем оно ":: меньше. 5. Локационные информационные системы Оптическую силу системы с несколькими линзами вычисляют по формуле Гульстранда, учитывающей количество преломляющих поверхностей. Так, если оптическая система состоит из нетонких линз, то для каждой из них справедливо Здесь Р«~„и Роз — оптические силы передней и задней поверхностей линзы соответственно; «„., — расстояние между ними; п — показатель преломления заключенной между ними среды. Одной из самых совершенных оптических систем является глаз человека (рис.
5.32, а), состоящий из двух линз — роговицы и хрусталика, которые разделены слоем так называемой водянистой влаги, Пространство изображений совпадает с сетчаткой глаза, на которой образуется действительное перевернутое изображение. Наивысшая острота зрения нри дневном освещении достигается в области сетчатки, называемой центральной ямкой. В центральной ямке находится желтое пятно, где концентрация цвстовых рецепторов максимальна. Хрусталик является двояковыпуклой линзой (радиусы поверхностей в спокойном состоянии составляюг 10 и б мм).
Заднее фокусное расстояние в процессе работы изменяется на 20 %, варьируя тем самым оптическую силу глаза. Это свойство глаза получило название аккомодации. Объемом (силой) аккомодации называют величину, равную расстоянию между ближней и дальней точками ясного зрения. Объем аккомодации приблизительно составляет 11 дптр и зависит от возраста человека.
К 50 годам он уменьшается до 2,5 дптр. Оптическая сила глаза составляет примерно 59 дптр..При его напряжении происходит изменение фокусных расстояний хрусталика и оптическая сила возрастает до 70 дптр. Нормальный глаз называется эмметропическим, в этом случас плоскость изображений находится на сетчатке. Близорукость (миопия) возникает тогда, когда задний фокус глаза оказывается перед сетчаткой, дальнозоркость (гиперметропия) — если за ней. Для нормализации близорукого глаза необходимо уменьшить его оптическую силу, для чего к глазу приставляют отрицательную линзу, оптическая сила которой приводит задний фокус на сетчатку; Глаз без хрусталика (афакический) требует для восстановления оптической силы компенсационной очковой линзы силой !1...!4 дптр.
Глаз как линзовая система может иметь и другие дефекты. Например, различие оптической силы глаза в разных направлениях приводит к астигматизму, который проявляется в том, что изображения двух взаимно перпендикулярных прямых не получаются одинаково резкими. Упрощенная оптическая схема глаза (по Гульстранду) и ход лучей в ней представлены на рис. 5.32, б.
В схеме выделяют переднюю И и заднюю и' главные точки, расположенные на расстоянии 1,35 и 1,6 мм от полюса роговицы, и переднюю Ф и заднюю И' узловые точки на расстоянии 7,05 и 7,3 мм соответственно Переднее фокусное расстояние равно ! 7,05 мм, заднее 22,78 мм.
Главными характеристиками оптической системы являются: масштаб изображения, светосила, поле зрения и разрешающая способность. Масштаб изображения !3 есть отношение размера изображения «и к размеру предмета «„: !' «и««п. 5 4. Оптические локиииопиые систел~ы Это выражение справедливо, если расстояние до предмета не превышает фокусное (например, в микроскопах); в противном случае р находят как отношение фокусного расстояния системы к расстоянию до объекта. Свеиюсилой Яр называется отношение освещенности Эн изображения, создаваемой данной оптической системой, к яркости предмета Уп: ~Г=~н~ У. 6 Рис, 5.32.
Глаз (а) и его оптическая схема (6): 1 — склера; 2 — роговица; 3 — зрачок; 4 — оптическая ось; 5 — передняя камера; б— радужная оболочка; 7 — хрусталик; 8 — стекловидное тело; 9 — сетчатка; Ю вЂ” желтое пятно; 11 — слепое пятно Обычно яркость предмета принимают постоянной. Тогда освещенность изображения 5„(отношение светового потока. прошедшего через линзы, к площади изображения) и будет являться параметром, определяющим ::,;-. светосилу оптической системы. Яркость изображения К связана с яркостью :.,': предмета У„соотношением: л2 ;,"„где Йпр — коэффициент пропускания света. 5.
Локационные информационные системы ° ~..1 Угловым полем (полем зрения) называется та часть пространства предметов, которая 1 видна или изображается с помо5 щью данной оп~и~еской системы. Поле зрения определяется апертурой — действующим отверстием оптической системы, зависящим от размеров линз и диафрагмы (рис. 5.33). Апертура характеризует яркость изображеРис. 5.33. Апертура оптической системы: ния, образуемого в фокальной ( — - объект; 2 — входной зрачок; 3--лиафраг- плоскости. Ее можно измснять„ ыв; 4 — выходной ~рачок; 5 — изобрвжевие варьируя диаметр так называемо- го входного зрачка (со стороны пространства предметов) с помощью ирисовой диафрагл|ы. Выходной зрачок образуется с задней стороны оптической. системы (со стороны пространства изображений).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
