Компенсация смаза изображения

Аватар пользователя
Ejj
Сообщений: 290
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 21:01

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение Ejj » 29 окт 2015, 16:45

Если ничего не напутал, угловая скорость потребуется около 5 градусов/секунду, а точность наведения нужна не менее 1 градуса.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение gionov » 29 окт 2015, 17:10

Kalinkin писал(а):Цилиндрическая линза не подойдёт. В одной плоскости она будет работать как линза, и фокусировать пучок лучей в нужную точку, а в перпендикулярной плоскости она практически не будет оказывать влияния на лучи.

Легко показать, что для компенсации фокусировки нужна цилиндрическая отрицательная линза с радиусом кривизны равным радиусу ротора.

Kalinkin писал(а):15 см маловато. Если взять матрицу размером 35 мм, закрепить на барабане и повернуть на угол чтобы щель была напротив края матрицы (угол примерно 13 градусов), то линейное смещение вдоль оптической оси составит примерно 2 мм, а это довольно много.

А если взять стандартную матрицу из зеркалки 22,2 × 14,8 мм и разместить её так чтобы длинный край был вдоль оси вращения, то расстояние от середины матрицы до края будет 7.4 мм. При радиусе 150 мм край будет находиться на расстоянии sqrt(150*150+7.4*7.4)=150.18 мм. То есть компенсировать надо лишь 0.18 мм.

Kalinkin писал(а):Чем дальше затвор от фокальной плоскости, тем большее влияние он оказывает на проходящие лучи. Он будет сильно гробить энергию проходящего через него излучения.

Дифракция от миллиметровой щели для 550 нм составит угол около 0.00055 радиана. При размере пикселя 3 микрона (меньше не нужно для зелёного света и относительного отверстия 1/8) щель может отстоять от фокальной плоскости на 5.4 мм. Если щель сделать 2 мм, то она может отстоять на расстоянии 1 см.

Kalinkin писал(а):Ну и самое главное ваша система не работоспособна.
Допустим нет смаза. Объектив строит изображение в фокальной плоскости. Вы ставите перед ней узкую щель, которая автоматически становится полевой диафрагмой, т.е. ограничивает получаемое изображение в фокальной плоскости. Можно повернуть матрицу, но это приведёт лишь к тому, что на край матрицы будет поступать часть лучей, строящих центральную часть изображения, лучи строящие край изображения будут зарезаться щелью.
Просто прорисуйте примерный ход лучей и всё станет понятно.

Если поверхность не двигается, то и матрица стоит на месте и просто будет бесконечно засвечиваться небольшой участок. Так что Ваш пример не годится. Схема работает как раз за счёт движения поверхности. Изображение как-бы срезается с поверхности Луны, проходит через щель и намазывается на ПЗС без смазывания. Щель можно сделать больше размера матрицы - съёмка идти будет также, только выдержка будет существенно больше и будет расхождение по фокусному расстоянию.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение gionov » 29 окт 2015, 17:13

Oleg писал(а):А если на время съёмки закрутить весь КА по тангажу маховиком? Маховик можно разместить в герметичном корпусе - тогда не возникает проблема вакуумных подшипников. Включили маховик и закрутили КА с нужной скоростью - затем закрутили в обратную сторону и вернули КА в исходное положение, остановили маховик - и КА перестал вращаться. Всё равно много кадров подряд не снимем - никакой памяти не хватит. Зато можно снять один объект серией из нескольких кадров под различным углом.


gionov писал(а):Если исходить из самого простого варианта, то это спутник со сферическим тензором инерции. Сначала он закручивается так, чтобы "шагать" оптической осью жёстко закреплённой камеры по поверхности Луны и не было смаза. После этого ориентируется на Землю радиоантеной и спокойно передаёт полученные снимки. Сферический тензор обеспечит отсутствие момента силы от приливного воздействия Луны, так что можно будет просто раскручивать аппарат или направлять на Землю вне зависимости от ориентации относительно Луны.


Kalinkin писал(а):Можно схемку накидать, я чёт не понимаю

Примерно так оптической осью шагаем по поверхности, только аппарат должен быть сконструирован так, чтобы тензор инерции был сферическим. Но мне больше нравится вариант с ротором внутри аппарата. Тогда можно снимки делать гораздо чаще, можно одновременно проводить корректировку орбиты и передавать результаты на Землю. К тому же солнечные батареи можно постоянно ориентировать на Солнце.
Схема.jpg
Схема.jpg (280.86 KiB) 3989 просмотра

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение gionov » 29 окт 2015, 17:19

Kalinkin писал(а):В идеале не должно быть никого вращения при съёмке. Каждое новое движение будет добавлять свой смаз и ошибки.

Неправда ваша :-) Может и вычитать.

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение gionov » 29 окт 2015, 17:23

maxrez писал(а): Но мне тоже не нравится такой механизм. Он слишком громоздкий и сложный. Если уж двигать матрицу, то линейно. Преобразовать вращательное движение на поступательное просто. Это займет меньше места, сделать это проще, и не надо мучатся с переносом сигнала с матрицы. Flex- кабель решает проблему.

Согласен.

Oleg
Сообщений: 13
Зарегистрирован: 22 окт 2015, 10:05

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение Oleg » 29 окт 2015, 18:44

gionov писал(а):Но мне больше нравится вариант с ротором внутри аппарата.


Я тоже сначала так предполагал. Только думал поставить вращающееся зеркало. Часть оборота оно сканирует поверхность и компенсирует смаз. Остальное время камера смотрит на край диска Луны и в небо, работая для системы ориентации. Но тут две проблемы. Во-первых нужны подшипники, работающие в вакууме. Далее, даже в вакуумных подшипниках есть смазка, которая испаряется. Не налипнет ли она на оптику? А во вторых, скорость вращения зеркала нужно менять, чтобы подстроиться по фазе на интересующий объект. Это будет вызывать закрутку КА. Её придётся компенсировать маховиком. А если всё равно нужен маховик, то нужно ли зеркало?

Аватар пользователя
Ejj
Сообщений: 290
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 21:01

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение Ejj » 29 окт 2015, 18:53

Какова масса этого зеркала?

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение gionov » 29 окт 2015, 19:01

Зеркало надо ставить перед объективом и большего размера чем объектив (такой эллипсоид в 1.4 раза больше). Зеркало внутри не подойдёт, поскольку изображение всё время смещается относительно оптической оси и не получится поворотом зеркала компенсировать изменение фокусного расстояния в различных частях матрицы. Фактически это аналог моего ротора. Вращение зеркала эквивалентно вращению матрицы вокруг зеркала. Только не будет щели вырезающей часть изображения вокруг оптической оси, поэтому не получится поставить цилиндрическую линзу для компенсации расфокусировки.
Последний раз редактировалось gionov 29 окт 2015, 19:05, всего редактировалось 1 раз.

Oleg
Сообщений: 13
Зарегистрирован: 22 окт 2015, 10:05

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение Oleg » 29 окт 2015, 19:02

Надо посчитать. Размер порядка размера выходного зрачка объектива. Слишком тонким делать нельзя - растрясёт при выводе. Или форму потеряет. Могу вообразить дюралевую фасеточную конструкцию с тонким слоем стекла. На вскидку - граммов 25 - 100. Но если просчитать и оптимизировать прочность. Я в этой идее разочаровался.

Oleg
Сообщений: 13
Зарегистрирован: 22 окт 2015, 10:05

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение Oleg » 29 окт 2015, 19:03

Разумеется, зеркало перед объективом. Я это и имел в виду.

Аватар пользователя
Kalinkin
Сообщений: 89
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 12:08

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение Kalinkin » 29 окт 2015, 19:06

gionov писал(а):Легко показать, что для компенсации фокусировки нужна цилиндрическая отрицательная линза с радиусом кривизны равным радиусу ротора.


Если не трудно покажите, а то я не совсем понимаю вашу мысль. Желательно с рисунками хода лучей в двух плоскостях

А если взять стандартную матрицу из зеркалки 22,2 × 14,8 мм и разместить её так чтобы длинный край был вдоль оси вращения, то расстояние от середины матрицы до края будет 7.4 мм. При радиусе 150 мм край будет находиться на расстоянии sqrt(150*150+7.4*7.4)=150.18 мм. То есть компенсировать надо лишь 0.18 мм.


Стандартная матрица - 36х24. В вашем случае это кроп.

Дифракция от миллиметровой щели для 550 нм составит угол около 0.00055 радиана. При размере пикселя 3 микрона (меньше не нужно для зелёного света и относительного отверстия 1/8) щель может отстоять от фокальной плоскости на 5.4 мм. Если щель сделать 2 мм, то она может отстоять на расстоянии 1 см.


Разговор не про дифракцию, а про геометрию хода лучей. Щель режет почти все наклонные лучи.
Луч идущий с края линзы, физически не сможет через щель попасть на край изображения.
Если вы считаете по другому, нарисуйте схемку, чтоб понятней было.
Если поверхность не двигается, то и матрица стоит на месте и просто будет бесконечно засвечиваться небольшой участок. Так что Ваш пример не годится. Схема работает как раз за счёт движения поверхности. Изображение как-бы срезается с поверхности Луны, проходит через щель и намазывается на ПЗС без смазывания. Щель можно сделать больше размера матрицы - съёмка идти будет также, только выдержка будет существенно больше и будет расхождение по фокусному расстоянию.


То что предлагаете вы, это совершенно другой принцип съёмки - съёмка с помощью линейки ПЗС. Да, она работает за счёт движения всего аппарата, но это совершенно другая степь и никакого отношения к теме компенсации смаза при съёмки на большую матрицу не имеет.
Про щель больше матрицы вообще не понял.
И чем планируете обеспечивать выдержки?

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение gionov » 29 окт 2015, 19:30

Kalinkin писал(а):Если не трудно покажите, а то я не совсем понимаю вашу мысль. Желательно с рисунками хода лучей в двух плоскостях

Нарисую после моделирования траектории.
А на словах: нам нужно компенсировать отклонение окружности от прямой. Линза компенсирует разность хода лучей из фокуса до своей главной плоскости, то есть то что нужно.
Kalinkin писал(а):Стандартная матрица - 36х24. В вашем случае это кроп.

Ну я имел в виду обычную, широко-распространённую матрицу. У меня и всех знакомых 22,2 х 14,8 мм.
На яндекс-маркет формата APS-C 224 камеры, а Full Frame - всего 60.

Kalinkin писал(а):Разговор не про дифракцию, а про геометрию хода лучей. Щель режет почти все наклонные лучи.
Луч идущий с края линзы, физически не сможет через щель попасть на край изображения.
Если вы считаете по другому, нарисуйте схемку, чтоб понятней было.

Она режет все лучи одинаково.
Нарисую после моделирования траектории.
На словах проще: вдоль оси вращения система симметрична, движения поверхности вдоль оси вращения также нет, поэтому экспозиция постоянна вдоль оси. Перпендикулярно оси есть движение поверхности, но все точки поверхности Луны вдоль линий движения эквивалентны, также эквивалентны точки вдоль окружности на боковой поверхности ротора при его вращении с постоянной скоростью. Следовательно, экспозиция всех точек вдоль окружности также одинакова. Отсюда получаем, что экспозиция всех точек всего снимка одинакова, что и требовалось доказать.

Kalinkin писал(а):То что предлагаете вы, это совершенно другой принцип съёмки - съёмка с помощью линейки ПЗС. Да, она работает за счёт движения всего аппарата, но это совершенно другая степь и никакого отношения к теме компенсации смаза при съёмки на большую матрицу не имеет.

В принципе да, но вместо смещения зарядов по матрице двигается сама матрица.

Kalinkin писал(а):И чем планируете обеспечивать выдержки?

Выдержка фиксированная, вернее определяется высотой. Обратно пропорциональна высоте. Варьировать можно чувствительность матрицы. Большой диапазон нам не нужен.
Последний раз редактировалось gionov 29 окт 2015, 22:39, всего редактировалось 2 раз.

Аватар пользователя
Ejj
Сообщений: 290
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 21:01

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение Ejj » 29 окт 2015, 19:35

Oleg писал(а): На вскидку - граммов 25 - 100.

Масса АМС возле Луны вряд ли будет менее 100 кг. Так что при наших требующихся угловых скоростях можно считать платформу - АМС при таких соотношениях масс и времени прохождения района съемки порядка 10 секунд "неподвижной".

Oleg
Сообщений: 13
Зарегистрирован: 22 окт 2015, 10:05

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение Oleg » 29 окт 2015, 21:58

Масса КА организаторами заявлена до 50 кг.

У предполагаемого сенсора размер пиксела 3х3 мкм. Соответственно люфт платформы с сенсором при линейном перемещении должен быть меньше этой величины. Требуется равномерное перемещение сенсора на 5 - 28 мм в течение 0.3 с. На земле это ещё можно обеспечить при помощи поджима к направляющим и смазки. В вакууме - не знаю. Смазка на линейных направляющих не удержится. Заключать направляющие в сильфон и держать в газовой среде - громоздко. Та же проблема с вращающимися компенсаторами. Но там радиальный люфт должен быть ещё меньше - меньше 1 мкм. Кстати, насчёт использования смазки - сенсор рекомендуется использовать в диапазоне 0-60 град С. Реально больше, но с ухудшением параметров. В крайнем случае сенсор можно подогреть. А что делать с подшипниками? На жаре и на морозе они будут работать по разному. С какой точностью удастся выдерживать температуру механики?

gionov
Сообщений: 272
Зарегистрирован: 23 окт 2015, 21:15
Откуда: г. Снежинск, Челябинская обасть
Контактная информация:

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение gionov » 29 окт 2015, 22:22

Вообще-то ПЗС обычно охлаждают - чем холоднее, тем меньше шумит и горячие пиксели исчезают. -40 градусов самое то!
радиальный люфт может быть около размер пикселя делёный на относительное отверстие, то есть около 30 микрон. Подпружиненные оси в конических гнёздах убирают люфт совсем до нуля. Смазка не нужна.

Аватар пользователя
Kalinkin
Сообщений: 89
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 12:08

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение Kalinkin » 29 окт 2015, 22:29

Oleg писал(а):Масса КА организаторами заявлена до 50 кг.

У предполагаемого сенсора размер пиксела 3х3 мкм. Соответственно люфт платформы с сенсором при линейном перемещении должен быть меньше этой величины. Требуется равномерное перемещение сенсора на 5 - 28 мм в течение 0.3 с. На земле это ещё можно обеспечить при помощи поджима к направляющим и смазки. В вакууме - не знаю. Смазка на линейных направляющих не удержится. Заключать направляющие в сильфон и держать в газовой среде - громоздко. Та же проблема с вращающимися компенсаторами. Но там радиальный люфт должен быть ещё меньше - меньше 1 мкм. Кстати, насчёт использования смазки - сенсор рекомендуется использовать в диапазоне 0-60 град С. Реально больше, но с ухудшением параметров. В крайнем случае сенсор можно подогреть. А что делать с подшипниками? На жаре и на морозе они будут работать по разному. С какой точностью удастся выдерживать температуру механики?


Откуда такая информация по матрице? Я пока находил с 5 мкм.

В университете нам говорили что в первом луноходе использовали в качестве смазки графит. Благодаря чешуйчатой структуре он мог играть роль смазки(одни чешуйки скользят по другой). Правда больше я об этом нигде не слышал.

Аватар пользователя
Kalinkin
Сообщений: 89
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 12:08

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение Kalinkin » 29 окт 2015, 22:31

gionov писал(а):Она режет все лучи одинаково.
Нарисую после моделирования траектории.
На словах проще: вдоль оси вращения система симметрична, движения поверхности вдоль оси вращения также нет, поэтому экспозиция постоянна вдоль оси. Перпендикулярно оси есть движение поверхности, но все точки поверхности Луны вдоль линий движения эквивалентны, также эквивалентны точки вдоль окружности на боковой поверхности ротора при его вращении с постоянной скоростью. Следовательно, экспозиция всех точек вдоль окружности также одинакова. Отсюда получаем, что экспозиция всех точек всего снимка одинакова, что и требовалось доказать.


Жду схему, Честно говоря ничё не понял)

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение maxrez » 29 окт 2015, 23:53

Kalinkin писал(а):
В университете нам говорили что в первом луноходе использовали в качестве смазки графит. Благодаря чешуйчатой структуре он мог играть роль смазки(одни чешуйки скользят по другой). Правда больше я об этом нигде не слышал.


Этот эффект например используется в гитарах Из графита изготавливают порожки. По них хорошо скользит струна. Материал для пробы найти не проблема. Ещё можно использовать контакт тефлон- металл.

Аватар пользователя
maxrez
Сообщений: 151
Зарегистрирован: 21 окт 2015, 16:31

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение maxrez » 29 окт 2015, 23:54

Oleg писал(а):Кстати, насчёт использования смазки - сенсор рекомендуется использовать в диапазоне 0-60 град С. Реально больше, но с ухудшением параметров. В крайнем случае сенсор можно подогреть. А что делать с подшипниками? На жаре и на морозе они будут работать по разному. С какой точностью удастся выдерживать температуру механики?


Использовать тефлон.

Oleg
Сообщений: 13
Зарегистрирован: 22 окт 2015, 10:05

Re: Компенсация смаза изображения

Сообщение Oleg » 30 окт 2015, 08:14

gionov писал(а):радиальный люфт может быть около размер пикселя делёный на относительное отверстие, то есть около 30 микрон. Подпружиненные оси в конических гнёздах убирают люфт совсем до нуля. Смазка не нужна.


Насчёт деления на относительное отверстие не понял. Если мы двигаем матрицу, то насколько она вибрирует в поперечном (относительно оптической оси) направлении, настолько и искажения.

Медленные отклонения нас не волнуют - матрица со строковым затвором. А вот быстрые, в диапазоне сотен герц - килогерц - это как раз самый вред. Т.е. скрипеть не должна. Нам важна не столько лёгкость перемещения, сколько перемещение без скрипа. С поворотным зеркалом - то же самое. Но с одним отличием. Маленькие подшипники на тефлоне не сделать - под нагрузкой утекут. Может быть сапфир, как в часах, но подпружиненный, чтобы в момент вывода и при изменении скорости нагрузку перехватывал более прочный подшипник, а в момент съёмки положение зеркала задавал бы более точный?


Вернуться в «Обоснование выбора целевой аппаратуры»

Кто сейчас на форуме

Количество пользователей, которые сейчас просматривают этот форум: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость