en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2025-92-10-41-51
УДК: 681.7.013.82, 535.317.64
Влияние дисторсии широкоугольных объективов на погрешность измерения функции передачи модуляции
Полный текст на elibrary.ru
Леонов М.Б., Терлецкий Е.С., Серегин Д.А. Острун А.Б. Влияние дисторсии широкоугольных объективов на погрешность измерения функции передачи модуляции // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 10. С. 41–51. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-10-41-51
Leonov M.B., Terletsky E.S., Seregin D.A., Ostrun A.B. Wide-angle lens distortion influence on modulation transfer function measurement error [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 10. P. 41–51. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-10-41-51
Предмет исследования. Влияние дисторсии широкоугольных объективов на результаты измерений функции передачи модуляции и погрешность измерений. Цель работы. Определение зависимости между дисторсией, угловым полем и функцией передачи модуляции широкоугольных объективов при измерениях по полю с целью уменьшения погрешности измерений. Метод. Расчёт поправочного коэффициента с учётом дисторсии и угла поля объектива. Измерение характеристик широкоугольного объектива на установке с коллиматором. Основные результаты. Получены соотношения для расчёта размера изображения коллиматорной или предметной диафрагм при измерениях широкоугольных объективов с учётом дисторсии и углового поля. Размер изображения диафрагм используется для расчёта поправочных коэффициентов при измерениях функции передачи модуляции и напрямую влияет на результаты измерений. Составляющая систематической погрешности измерений функции передачи модуляции, вызванная дисторсией, может принимать значения до 10%. Допустимая погрешность измерения размера изображения диафрагмы по полю составляет ±0,001 мм, что увеличит погрешность измерений функции передачи модуляции не более, чем на 0,01 отн. ед. Практическая значимость. Полученные в работе формулы позволяют учитывать дисторсию и угловое поле при измерениях функции передачи модуляции широкоугольных объективов. Предложенный метод расчёта может быть использован для определения значения угла поля, при котором дисторсию можно не учитывать, а также для оценки составляющей систематической погрешности измерений.
оптическая система, объектив, оптические измерения, угловое поле в пространстве предметов, дисторсия, функция передачи модуляции, погрешность измерений, поправочный коэффициент
Благодарность:коллектив авторов благодарит Старкова Александра Алексеевича (ГОИ им. С.И. Вавилова) за консультации при написании настоящей работы.
Коды OCIS: 120.4630,120.4800
Список источников:1. Шульман М.Я. Измерение передаточных функций оптических систем. Л.: Машиностроение, 1980. 208 с.
Shul’man M.Y. Measurement of the modulation transfer function of optical systems [in Russian]. L.: Mashinostroenie, 1980. 208 p.
2. Boreman G.D. Modulation transfer function in optical and electro-optical systems. Bellingham, Washington: SPIE Press, 2021. 156 с.
3. Кучко А.С. Аэрофотография. Основы и методология. М.: Недра, 1974. 272 с.
Kuchko A.S. Aerial photography. Basics and methodology [in Russian]. M.: Nedra, 1974. 272 p.
4. Ортоскопия фотограмметрических объективов / Русинов М.М., Афремов В.Г., Шахвердов А.Ш., Шлям Е.З. М.: Недра, 1976. 176 с.
Orthoscopy of photogrammetric lenses [in Russian] / Rusinov M.M., Afremov V.G., Shahverdov A.Sh., Shlyam E.Z. M.: Nedra, 1976. 176 p.
5. Васильева Е.Ю., Горшков В.А., Чурилин В.А. Многоспектральная установка на базе внеосевого зеркального коллиматора для контроля качества оптических систем // Контенант. 2015. Т. 14. № 1. С. 82–85.
Vasil’eva E.Y., Gorshkov V.A., Churilin V.A. Multispectral installation for an optical systems’ quality control based on an off-axis mirror collimator [in Russian] // Contenant. 2015. V. 14. № 1. P. 82–85.
6. Lengwenus A., Erichsen P. MTF measurement of infrared optical systems // Proc. SPIE 7481. Electro-Optical and Infrared Systems: Technology and Applications VI. Berlin, Germany. September 23, 2009. P. 74810V-1–74810V-9. https://doi.org/10.1117/12.829980
7. Schake M., Dierke H., Schulz M. Off-axis, slit based MTF measurements at PTB // Proc. SPIE 12607. Optical Technology and Measurement for Industrial Applications Conference. Yokohama, Japan. September 20, 2023. P. 1260703-1–1260703-9. https://doi.org/10.1117/12.3005522
8. Boucher W., Homassel E., Brahmi D., Gascon A., Wattellier B. Test bench for alignment and optical quality measurement of large-field of view objective // Freeform Optics 2017. Denver, Colorado, United States. July 9–13, 2017. P. JTu5A.28. https://doi.org/10.1364/FREEFORM.2017.jTu5A.28
9. Khatsevich T.N., Bodnarchuk A.I. Telecentric F-Theta lenses for scanning systems // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. 2022. V. 58. № 3. P. 241–249. https://doi.org/10.3103/S8756699022030037
10. ГОСТ 20825-75 Объективы съемочные. Метод измерения дисторсии (с Изменением № 1). Введ. 01.01.1976. М.: Издательство стандартов, 1975. 10 с.
GOST (Russian National Standard) 20825-75 Camera lenses. Method for measurement of distortion [in Russian]. Introd. 01/01/1976. Moscow: Standarts Publ., 1975. 10 p.
11. ISO 9039:2008 Optics and photonics – Quality evaluation of optical systems – Determination of distortion. 02/15/2008. Geneva, ISO. 19 p.
12. Lee M., Kim H., Paik J. Correction of barrel distortion in fisheye lens images using image-based estimation of distortion parameters // IEEE Access. 2019. V. 7. P. 45723–45733. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2908451
13. Кунина И.А., Гладилин С.А., Николаев Д.П. Слепая компенсация радиальной дисторсии на одиночном изображении с использованием быстрого преобразования Хафа // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40. № 3. С. 395–403.
Kunina I.A., Gladilin S.A., Nikolaev D.P. Blind radial distortion compensation in a single image using a fast Hough transform [in Russian] // Computer Optics. 2016. V. 40. № 3. P. 395–403.
14. Simioni E., Da Deppo V., Re C., Naletto G., Martellato E., Borrelli D., Dami M., Aroldi G., Veltroni I. F., Cremonese G. Geometrical distortion calibration of the stereo camera for the BepiColombo mission to Mercury // Proc. SPIE 9904, Space Telescopes and Instrumentation 2016: Optical, Infrared, and Millimeter Wave. Edinburgh, United Kingdom. July 29, 2016.
P. 990410-1–990410-19. https://doi.org/10.1117/12.2232639
15. Service M., Chun M., Lu J., Abdurrahman F., Lai O., Fohring D., Baranec C. Geometric distortion calibration using a pinhole mask // Proc. SPIE 10703, Adaptive Optics Systems VI. Austin, Texas, United States. July 18, 2018. P. 107034S. https://doi.org/10.1117/12.2313769
16. ГОСТ Р 58566-2019 Оптика и фотоника. Объективы для оптико-электронных систем. Методы испытаний. Введ. 27.09.2019. М.: Стандартинформ, 2019. 31 с.
GOST R (Russian National Standard) 58566-2019 Optics and photonics. Lenses for optical electronic systems. Test methods [in Russian]. Introd. 09/27/2019. Moscow: Standartinform, 2019. 31 p.
17. ISO 9335:2012. Optics and photonics – Optical transfer function – Principles and procedures of measurement.
10/01/2012. Geneva, ISO. 29 p.
18. Леонов М.Б., Терлецкий Е.С., Серегин Д.А. Влияние материала подложек и геометрических характеристик измерительных диафрагм на результаты измерения характеристик качества оптических систем инфракрасного диапазона спектра // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 7. С. 51–59. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-07-51-59
Leonov M.B., Terletskiy E.S., Seregin D.A. Influence of substrate material and geometric features of measurement slits on the measurement results of infrared optical system quality characteristics // Journal of Optical Technology. 2023. V. 90. № 7. P. 384–389. https://doi.org/10.1364/JOT.90.000384
19. Широкоугольный атермальный объектив OptoTL 7,5 f/1,0 LWIR AT (оптический расчет и конструкция) // Опто-технологическая лаборатория [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://optotl.ru/optical_assemblies/lwir-obektivy/optotl-7-5-f-1-0-lwir-at/, свободный. Яз. рус. (дата обращения 04.02.2025).
LWIR Lens F7,5 #1.0 Specifications // “Opto-Technological Laboratory” Ltd. [Electronic resource]. Access mode: https://optotl.com/optical_assemblies/lwir-lenses/body-temperature-measurement-lens-7-5-mm/, free. in English (accessed 02/04/2025).
20. Широкоугольный атермальный объектив OptoTL 15 f/1,0 LWIR AT (оптический расчет, конструкция и изготовление) // Опто-технологическая лаборатория [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://optotl.ru/optical_assemblies/lwir-obektivy/optotl-15-f-1-0-lwir-at/, свободный. Яз. рус. (дата обращения 04.02.2025).
LWIR Lens F15 #1.0 Specifications // “Opto-Technological Laboratory” Ltd. [Electronic resource]. Access mode: https://optotl.com/optical_assemblies/lwir-lenses/body-temperature-measurement-lens-15-mm/, free. in English (accessed 02/04/2025).
21. ГОСТ Р 70038-2022 Оптика и фотоника. Объективы для оптико-электронных систем. Методы измерений фокусного расстояния. Введ. 01.03.2023. М.: Российский институт стандартизации, 2022. 20 с.
GOST R (Russian National Standard) 70038-2022 Optics and photonics. Lenses for optical electronic systems. Methods for measuring focal length. Introd. 01/03/2023. Moscow: Russian Standardization Institute, 2022. 20 с.