Синтез линзовых видеообъективов

• Автор: Прытков, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 117 с. : ил.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ НАЧАЛЬНОГО НАБОРА ПРОТОТИПОВ
ГЛАВА 3. ПОИСК ПОЛЕЗНЫХ ПРИЗНАКОВ В НАБОРЕ ПРОТОТИПОВ
ГЛАВА 4. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ СХОДИМОСТИ
К ЛОКАЛЬНОМУ ОПТИМУМУ
ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА СИНТЕЗА
К РАСЧЁТУ ЛИНЗОВЫХ ВИДЕООБЪЕКТИВОВ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРИЛОЖЕНИЯХ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ВЛИЯНИЕ ВИДА ОПЕРАТОРА СКРЕЩИВАНИЯ
НА ХОД ПРОЦЕССА СИНТЕЗА
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ВЛИЯНИЕ ВИДА ИЗМЕНЕНИЯ
ВЕРОЯТНОСТИ МУТАЦИИ НА ХОД ПРОЦЕССА СИНТЕЗА
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ВЛИЯНИЕ ВИДА ВЫБОРА РАЗМЕРА ПОПУЛЯЦИИ
НА ХОД ПРОЦЕССА СИНТЕЗА
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТИВА Т55
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
РАЗРАБОТАННОЙ ПРОГРАММЫ ПРИ СИНТЕЗЕ ОБЪЕКТИВА
АНАЛОГИЧНОГО ОБЪЕКТИВУ Т55
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТИВА-АНАЛОГА
ДЛЯ ПРИБОРА НОЧНОГО ВИДЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТИВА ДЛЯ ПРИБОРА НОЧНОГО ВИДЕНИЯ,
СИНТЕЗИРОВАННОГО РАЗРАБОТАННОЙ ПРОГРАММОЙ
ПРИЛОЖЕНИЕ 8. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЕКЦИОННОГО ОБЪЕКТИВА
СИНТЕЗИРОВАННОГО РАЗРАБОТАННОЙ ПРОГРАММОЙ

Одним из наиболее развивающихся в настоящее время направлений в оптическом приборостроении является проектирование видеообъективов — оптических систем, работающих совместно с различными видами электронных приёмников изображения. Данное обстоятельство обусловлено значительными улучшениями технических и потребительских качеств изделий, в которых применяются данные детекторы.
В то же время следует отметить, что наряду с новыми возможностями, предоставляемыми появляющимися приёмниками, их характеристики и области применения существенно повышают требования к оптическим системам, работающим совместно с ними. К данным требованиям можно отнести существенно возросший диапазон ахроматизации, постоянно уменьшающиеся размеры элементов разрешения, повышающиеся светосилу и поле зрения, габаритные характеристики.
В настоящее время расчёт оптических схем видеообъективов, как правило, ведётся на основании уже существующих конструкций фотографических объективов, обладающих по возможности близкими характеристиками. Реализация же заданных требований осуществляется путём усложнения системы через введение дополнительных компонентов. При этом получение оптимальных характеристик практически невозможно без применения вычислительной техники. В настоящее время это применение выражается в использовании программ автоматизированной коррекции (оптимизации). Все такие программы до настоящего времени основаны на принципе итерационного изменения конструктивных параметров в направлении, приводящем на каждом шаге к улучшению характеристик системы. Таким образом, полученная схема находится в точке локального оптимума, т. е. в ближайшей от исходного положения точке в пространстве поиска, где в любом направлении изменения параметров невозможно улучшение характеристик системы. Как следствие,
не исследуются принципиально отличающиеся варианты построения схемы в рамках заданного количества компонентов, что зачастую приводит к существенному переусложнению системы или даже заставляет сделать вывод о невозможности реализации технического задания.
Вследствие этого, в настоящее время наблюдается острая необходимость в переходе на качественно новые методы автоматизированного проектирования видеообъекгивов, обладающие возможностью исследования максимально широкого пространства поиска, т. е. возможностью нахождения глобального оптимума, и результат работы которых не зависит от начального приближения в виде готовой оптической системы — т. е. на методы автоматизированного синтеза видеообъекгивов.
Разработке подобного метода и посвящена данная диссертация. В процессе работе по её теме были проанализированы существующие методы создания прототипов оптических систем. Выявлены их особенности и недостатки. Проанализированы способы обработки таких прототипов с целью получения окончательных вариантов схем. Исследованы новейшие методы поиска глобального оптимума многомодальных функций. В результате анализа было принято решение основывать разрабатываемый метод синтеза на концепции появившегося относительно недавно математического метода поиска глобального оптимума оценочной функции — генетических алгоритмов.
В первой главе диссертационной работы описывается типичный процесс расчёта оптических систем. Приведены методы построения прототипов оптических систем, не требующих для применения начальной схемы и позволяющих путём дальнейшей их обработки получать системы с заданными характеристиками. Показан принцип работы современных методов оптимизации оптических систем. Указаны их особенности и недостатки.
Также в первой главе диссертационной работы описывается принцип работы генетических алгоритмов. Обоснована целесообразность его
МХБО — максимальная световая высота на поверхностях.
Одним из тестовых заданий для разработанной программы синтеза стал расчёт относительно несложного объектива с характеристиками, полностью соответствующими параметрам объектива Т55, схема которого приведена на рис. 18, его характеристики — в табл. 1, а более подробные данные — в приложении 4.
Р*—V
у /
11 г 1
А и
Рис. 18. Объектив Т55
Таблица
Характеристика Объектив Т55 Объектив, рассчитанный программой синтеза
Фокусное расстояние, мм 12
Поле зрения в пространстве 32
предметов, угл. град.
Диафрагменное число 2,4 2,4
Значение ФПК на 50 пл/мм
— в центре поля зрения 0,60 0,62
— на 0,5 поля зрения 0,56 0,59
— на крае поля зрения 0,20 0,12
Дисторсия, % 1,0 0,5
Выбор данного объектива в качестве прототипа продиктован, в первую очередь, возможностью достаточно прозрачного пошагового анализа, а также тем, что многочисленные попытки улучшения данной конструкции традиционными методами не привели к успеху. Таким образом, становится возможным прямой анализ эффективности исследованного метода синтеза через степень соответствия получаемых