Способ моделирования действия турбулентности

) (г): - с згь;ь) ), К=.255определьная пространственная частота,которая учитывается при передаче Изобретение относится к изобража" ющим оптическим приборам, а именно к моделированию действия турбулентности среды, через которую проходит свет, формирующий изображение, и 5 может использоваться при анализе оптических устройств, на изобразительные характеристики которых влияет турбулентность.Целью изобретения является упро О щение способа.При моделировании действия турбулентной среды на формируемое фотографической системой изображение необходимо, чтобы влияние реальной среды и элементов, моделирующих эту среду, на характеристики усредненного за время экспонирования изображения было одинаковым. Это произойдет, если будут равны функции передачи модуляции, часто называемые также частотноконтрастными характеристиками для реальной среды и моделирующего элемента, Функция передачи модуляции определяет зависимость глубины модуляции 25 Т (контраста) в изображении штрихового тест-объекта единичного контраста с синусоидальным профилем пропускания от пространственной частоты тест-объекта. Она характеризует умень-ЗО шение контраста иэображения эа счет действия турбулентной среды за времялэкспонирования 4При использовании объектива фотографической системы с фокусным рас 35 стоянием Г и плоского зеркала, установленного с возможностью управления его отклонением в двух взаимно перпендикулярных направлениях, функция; передачи модуляции (ФПМ) за счет ко 40 лебаний зеркала равна ту -.,С.оЯр,ча ум,с)а и.аЕсли закон управления отклонением 45зеркала по координатам х и 9 задатьсинусоидальным,Ч(Ц=Ч, з )1, Ч(О с э 3 Ф,через турбулентную среду, а; - "нули" функции Бесселя 3 (7.), при которых она обращается в нуль (а = 1,4; а, = 5,52; а = 8,65; а 11,8;а14,9 и т,д,), а коэффициенты 5С; находятся по формуле фф(у Г Ч )где Т(ф) - ФГМ эа счет действия реальнои турбулентной среды 1,(г.) =т 123,(т): - 1 и ь (1 ь;)3.о2 ТУсловие ) - обеспечивает повыше ние точности моделирования.Таким образом, ФПМ эа счет дейст-, вия турбулентности - Т и эа счет действия моделирующего турбулентность зеркала Т(Т) одинаковые и, следовательно, моделирование действия турбулентности отклонением зеркала по заданному закону совпадает с действием самой турбулентной среды, если поверхность зеркала сохраняется неизменной, а отклонение его по двум взаимно перпендикулярным направлениям происходит по гармоническому закону (2), Хотя в каждый данный момент времени закон моделирования не,совпадает с законом изменения реальной турбулентности, усредненная за время экспонирования ФПМ Т(У) совпадает с усредненной ФПМ Т (У) за счет действия реальной турбулентной среды. Точность моделирования возрастает при увеличении Е числа последовательных во времени значений амплитуд угла отклонения 1 зеркала.Пусть ФПМ для реальной трубулентной атмосферы имеет видФТ(у)- е (якоторый хорошо согласуется с экспериментом. Выберем число последовательных во времени значений амплитуд угла отклонения зеркала 1 = 2. Возьмем 7 =, тогда Ч = 1 39 -Гко 0( У р 1ЯЧ = 3,2 - . По формуле (3) с помощью (4) найдем ФПМ эа счет действия зеркала, моделирующего турбулент- ность(5,52 ). (6)оРезультаты сравнения полученной таким образом ФПМ с ФПМ для моделируемой турбулентной атмосферы приведены в таблице."/ 0 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 110Т 1 0,97 0,76 0,47 0,23 0,088 0,050Т 1 0,97 0,76 0,46 0,2 0,053 015Из таблицы видно, что погрешности моделирования проявляются толькона высоких пространственных частотах,причем при разбиении диапазона изменения амплитуд угла качания всего надва значения отличия Т от Т проявляются лишь во втором знаке послезапятой.На фиг. 1 приведено устройство,реализующее предлагаемый способ, общий вид; на фиг. 2 - возможный вариант построения блока управления,Устройство состоит иэ источникасвета 1 с набооом светофильтров, кон 30денсора 2, матового стекла 3, тест 1объекта 4, затвора 5, блока управления 6, коллиматорного объектива 7,плоского зеркала 8 с приводом, приемной фотографической системы 9, регистрирующего материала 10,Устройство работает следующимобразом,Тест-объект 4, равномерно освещаемый источником света 1 через матовоестекло 3 с помощью конденсора 2,40изображается посредством коллиматорного объектива 7, зеркала 8 и приемной фотографической системы 9 на регистрирующем материале 1 О. Исходя изконкретного вида ФПМ турбулентнойсреды, действие которой необходимомоделировать, рассчитывается закон .,управления колебаниями зеркала 8.Блок управления б,подает необходимыесигналы управления, соответствующие Ырассчитанному закону управления напривод зеркала 8, которое отрабатывает требуемый закон управления завремя экспозиции, определяемоел,затвором 5. 55Начало и конец управления качанием зеркала определяется заданнымвременем фотографирования тест-объекта 4 через моделируемую турбулентность (временем экспонирования).Зная величинуи найденные по формуле (4) значения С; , т.е, например, С С, С, определяется моментперехода от одного угла отклонениязеркала к другому, следующему за ним.лВремя ; , в течение которого амплитуда отклонения зеркала равна Ч;лпропорционально С;. Поэтому ,: 1з 1С, + С + С = 1. Следовательно,;== С т.е. ." С= С,= С.Итак вначале зеркало колеблется втечение времени , с амплитудойл,затем в течение с с амплитудой Ч и,лнаконец, в течение , с амплитудойПри этом реализуется ФПМ, соответствующая ФПМ моделируемой турбулентности.Управление углом отклонения зеркала технически реализуется с помощью находящихся в известной взаимосвязи известных устройств для заданного закона колебания зеркала (фиг.2)источника гармонического сигнала,например стандартного генератора (ЗГ)для задания изменения угла отклонения зеркала по синусоидальному закону; фазосдвигающего устройства (ФСУ)для сдвига на 90 по фазе синусо"идальных сигналов управления угломотклонения зеркала по двум взаимноперпендикулярным направлениям х и у;электронного делителя напряжения (ДН)изменяющего амплитуду идущего из источника гармонического сигнала всоответствии с требуемыми значениямиугла отклонения Ч; ; электронногореле времени, которое вырабатываетсигналы включения и выключения череззаданное времяпривода затвора 5,а также сигналы перехода через заданные промежутки времени к другимзначениям амплитуды Ч угла отклоне 1ния зеркала. Технически они могутбыть выполнены в одном электронномблоке управления 6.П р и м е р. Собрана экспериментальная установка по схеме, приведенной на фиг. 1. В качестве источника излучения 1 взята лампа накали"вания типа КИМ 9-72 с набором нейтральных по спектру ослабляющих излучение фильтров и светофильтром,имеющим максимальное пропусканиедля 558 нм. Двухлинэовый конденсор 2через матовое стекло 3 создавал равномерное освещение тест-объекта 4,Заказ 1604/48 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,4/5Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная,4 спектроскопической щели с шириной 5 мкм. Коллиматорный объектив 7 от оптической скамьи ОСКс фокусным расстоянием 1605 мм образовывал па 5 раллельный пучок, падающий на зеркало 8, изготовленное из плоскопараллельной пластинки с напыленным алюминиевым зеркальным слоем. Для отклонения его в двух взаимно перпен О дикулярных направлениях взяты 2 пьезоэлектрических керамических стержня из титаната бария типа ТБ, Система управления 6 состояла из звукового генератора типа 13-102 и отдель ного электронного блока, позволяющего создавать фазовый сдвиг на 90и подавать на отклоняемое в двух направлениях зеркало 8 два синусоидальных сигнала, сдвинутых по фазе наО90 . Этот же блок позволял скачкообразно изменять в заданное время амплитуду сигнала отклонения и подавать синхронизированный сигнал включения и выключения через определенное времяна привод затвора 5.Иэображение тест-объекта регистрировалось на фотопленке 1 О объективом 9 типа "Юпитер" с фокусным расстоянием Р = 134 мм. Объектив 9 и фотопленка 10 входили в состав фотоаппарата типа "Зенит-Е". Параметры режима работы; л) = 60 кГц,0,1 с, М, = 0,0005 раэ, /0,0012 раз. После проявления снимка с помощью микрофотометра типа МФи при учете характеристической кривой фотопленки находилось распределение интенсивности в размытом изображении линии, Зная это распределение, определялась с помощью преобразования Фурье ФПМ фотографической системы прй выключенной Т(Т) и включенной Т,системе управления отклонением зеркала. Окончательная ФПМ за счет действия одного только зеркала, моделирующего заданную турбулентность, находиласьТ(У) = Т )1 Г 7 , Результаты показали, что в пределах экспериментальных погрешностей Т Д) соответствовала моделируемой ФПМ (5). Формула изобретения Способ моделирования действия турбулентности, в котором искажают оптическое изображение тест-объекта путем управления характеристиками отраженного от зеркала потока излучения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения способа, искажение изображения тест-объекта осу ществляют последовательными циклами угловых колебаний плоского зеркала в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проводимыми по гармоническому закону со сдвигом фаз управляющих сигналов на 90