WO2016068827A1 - Система для получения цифрового изображения в заданном спектральном интервале - Google Patents
Система для получения цифрового изображения в заданном спектральном интервале Download PDFInfo
- Publication number
- WO2016068827A1 WO2016068827A1 PCT/UA2014/000121 UA2014000121W WO2016068827A1 WO 2016068827 A1 WO2016068827 A1 WO 2016068827A1 UA 2014000121 W UA2014000121 W UA 2014000121W WO 2016068827 A1 WO2016068827 A1 WO 2016068827A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- light
- matrix
- shutters
- parallel light
- parallel
- Prior art date
Links
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 70
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 27
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 17
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 13
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 3
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000010981 turquoise Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
Definitions
- the utility model relates to the field of optoelectronic technology and can be used to create video cameras, cameras and various optoelectronic devices.
- a CCD sensor English - Couple-Charged Device
- a sensor or photomatrix the main part of a digital camera or other device that detects the light incident on it
- sensitivity of a single photosensitive element which modern devices, as a rule, consists of several constituent elements (photodiode, photoresistor, etc.) above each, of which a light filter is installed, allowing only o one of three colors: red, green, blue or yellow, purple, turquoise.
- the signals from the constituent elements are summed, on the basis of which the color of the light radiation incident on the photosensitive element (image pixel) is formed.
- the light beam incident on the element is conventionally divided into three for the design object for each component element responsible for receiving light in a given range of the spectrum (through the use of a light filter), respectively, the luminosity of the photosensitive element is reduced by three times;
- the size of the photosensitive elements of the photomatrix is determined as the ratio of the size of the photomatrix to the number of photosensitive elements located on it, since the size of the photomatrix is limited by the dimensions of the device to increase its resolution (number of photosensitive elements), it is necessary to reduce the area of an individual photosensitive element, which leads to a decrease in the amount of light it collects and reducing the photosensitivity of the photomatrix as a whole. Accordingly, to increase the resolution of the photomatrix without decreasing its photosensitivity, it is necessary to increase its size (device dimensions);
- the constructive feature of the photomatrix is the heterogeneity of the photosensitive elements located on it (it is technically impossible to create a photomatrix with absolutely identical photosensitive elements), which leads to fluctuations of its parameter such as “black level” due to the fact that the signal value of each photosensitive element in the absence of light incident on the photomatrix is different (the so-called FM noise).
- the prior art optical system (Patent US N_> 6870690, IPC G02B 15/00, G02B 13/14, publ. March 22, 2005), based on the use of a single lens or optical system for imaging in two different optical ranges.
- a single lens or optical system is used for an image formed in two different spectral ranges, for example in the ranges of visible and infrared light.
- a dual-band singlet is formed from the first, larger optical element used to work with the first spectral range. The smaller element is used to work with the second spectral range and inside the equipment, cutting it from the first component, thus forming a dual-band singlet that can operate at two different wavelengths.
- This system does not allow you to get an image in a certain (set) range of a digital image.
- the utility model is based on the task of developing a system for obtaining a digital image in a given spectral range, in which, by means of new design changes, it is possible to change the boundaries of a given spectral interval (s) and the light flux intensity of a given interval (s), and at the same time it is possible to selectively exclude from the generated image, the necessary spectral interval (s) with the possibility of changing their boundaries and the intensity of the light flux.
- the proposed system for obtaining digital images in a given spectral range consisting of sequentially located along the input optical radiation of the light separation unit, the photosensitive elements and the electronic information processing unit connected to them, in which, according to a utility model, the light flux separation unit contains a light shutter matrix collecting a lens, in addition, the system further comprises a diffusing lens, a dispersion prism and a parallel light shutter matrix, moreover, the control input of the matrix of parallel light gates and the outputs of the photosensitive elements are connected to the inputs of the electronic unit work information.
- Fig. 1 schematically shows a system for obtaining a digital image in a given spectral range
- FIG. 2A, 2B, 2B, 2G and 2D show an example of separation of the input light flux by a light beam matrix in Fig. 3
- Fig. 4A shows the contents of the memory of an electronic unit
- Fig. 4B shows an example of generating an image of an input image by an electronic unit
- Fig. 5 shows a matrix p of parallel light shutters
- FIG. 6 shows a diagram of a system according to a first embodiment of a utility model
- FIG. bA shows a diagram of a first image pixel
- FIG. BB shows a diagram of a second image pixel in a first embodiment
- FIG. 7 a system diagram according to a second embodiment of the utility model
- FIG. 7A shows a diagram of a first image pixel
- FIG. 7B shows a diagram of a second image pixel in accordance with a second embodiment.
- the proposed system for obtaining a digital image in a given spectral range consists of sequentially located along the input optical radiation of the light flux separation unit 1, the scattering lens 2, the dispersion prism 3, and the matrix of parallel light shutters 4, the photosensitive elements 5, and the control input of the matrix of parallel light shutters 4 and the outputs of the photosensitive elements 5 are connected to the inputs of the electronic information processing unit 6.
- the input light beam passing through the separation unit 1 is divided into a matrix of light beams constituting it, the number of which corresponds to the resolution of the device.
- the separation unit 1 sequentially projects each light beam onto a scattering lens 2, which changes the direction of the incident light beams in such a way that they are all projected at one point onto the dispersion prism 3.
- the dispersion prism Passing through the dispersion prism, the light beam due to the phenomenon of light dispersion, are converted into a diverging beam of light, and projected onto a matrix of parallel light shutters 4.
- the light beam is divided into a matrix of components e about light beams, the number of which is equal to the number of gates of the matrix of parallel light gates 4.
- the required light beams are transmitted, which are projected onto the photosensitive elements 5.
- the photosensitive elements 5 convert the light beam projected onto it into an electric one a signal that determines the color characteristics and brightness of the light beam (the pixel of the original image is formed), after which the electric signal enters the electric throne block 6, where it will be saved for subsequent processing.
- the electronic unit 6 receives all the data for all the light beams of the matrix of light beams, it generates a picture of the original image based on the stored data.
- On figa-D shows an example of separation by the separation unit 1 of the input light flux into a matrix of light beams, which consists of four light beams (2 rows, 2 columns) that correspond to an image of four pixels (2 rows, 2 columns) and a sequential projection of the obtained light beams onto photocell 3.
- the separation unit 1 is inactive (does not transmit light to the scattering lens 2, the original image is completely projected onto it).
- the separation unit 1 sequentially projects the 1st, 2nd, 3rd, 4th pixels onto the scattering lens.
- Fig. 3 shows an example of a matrix separation of parallel light shutters 4 of a white light beam into a matrix consisting of 8 components of light beams.
- the matrix of parallel light shutters 4 can block the passage of any light beam, depending on the current mode of operation of the device.
- Figures 4A and 4B show an example of the generation by an electronic unit 4 of a picture of a source image of 2x2 pixels in size based on color and brightness data of 4 light beams stored by it in its memory.
- figa shows the contents of the memory of the electronic unit 4 with the scan data of 4 light beams (brightness, color, serial number of the light flux is designated I, II, III, IV).
- Figb shows the generation by the electronic unit 4 of the image size of 2x2 pixels, based on the scan data of 4 light beams stored in its memory.
- Photosensitive elements can consist of several components of photocells (such as a photodiode, photoresistor, etc.), each of which is configured to receive a specific light beam (or group of light beams), which makes it possible to use different photocells, each of which is optimized for receiving light radiation in a given frequency range of the spectrum.
- photocells such as a photodiode, photoresistor, etc.
- Figure 5 shows a matrix of parallel light shutters, in which the light shutters are made in the form of parallel horizontal b plates. Designations are introduced, where 7 are active shutters (do not let light through), 8 is an inactive shutter (light passes through it unhindered), 9 are projections of a strip of light passing through an inactive shutter.
- the separation unit 1 consists (see FIG. 6) of a matrix of light shutters 10, the plane of which is perpendicular to the input light flux, then a collecting lens 11 is located, consisting of one or more lenses, depending on the design features of the device.
- a scattering lens 2 Behind the separation unit 1 is a scattering lens 2, it is located in the focus of the collecting lens 11.
- the scattering lens 2 projects the outgoing light flux onto one of the sides of the dispersion prism 3 (the angle of incidence of the light flux is calculated from the design features of the used prism).
- Passing through the dispersion prism 3, the light beam is converted into a diverging light beam projected onto the matrix of parallel light shutters 4, which is perpendicular to the optical axis of the light beam projected onto it, the rows of shutters are oriented parallel to the lines of the spectrum of the light beam.
- the matrix of parallel light gates 4 can block the passage of specific light beams, each of which corresponds to a certain range of the spectrum, the number of gates is determined by the design of the device.
- Further along the light beam parallel to the matrix of parallel light shutters 4 are light-sensitive elements 5. The control input of the matrix of light shutters and the output of the photosensitive elements are connected to the electronic information processing unit 6.
- FIXED SHEET (RULE 91) ISA / RU
- the electronic unit 6 controls the activity of all the shutters on the matrix 10 of the light shutters and the matrix of parallel light shutters 4, that is, it opens / closes any shutter.
- initial initialization is performed by closing all the gates of the matrix of light gates 10 by it and opening all the gates of the matrix of parallel light gates 4.
- the electronic unit 6 closes certain layers of the matrix of parallel light gates 4 to block the hit light waves of a specific range on the photosensitive elements 5.
- the electronic unit 6 covers the first shutter 12 of the matrix 10 of light shutters (see Fig.
- the input light flux passing through it turns into the 1st selected light beam, which, passing through the collecting lens 11, is projected onto the diffusing lens 3.
- the diffusing lens 3 projects the light the beam to the dispersion prism 3, passing through it, it turns into a diverging light beam, which is projected onto the matrix of parallel light shutters 4.
- the matrix of parallel light shutters 4 turns the diverging light beam into a matrix of lights x beams, blocking necessary light beams, after which the matrix of light beams projected onto the photosensitive elements 5, are converted into an electrical signal with information about the brightness and color of the first pixel of image information is supplied to the electronic unit 6 for further processing.
- the electronic unit 6 closes the first shutter 12 on the matrix 10 of the light shutters and opens the second shutter 13 (see Fig. BB).
- the input light flux passing through the second shutter is converted to the 2nd the selected light beam, which, passing through the collecting lens 11, the scattering lens 2, the dispersion prism 3 and the matrix of light shutters 4, is also projected onto the photosensitive elements 5, where it is converted into an electrical signal with information about the brightness and color of the second image pixel, which then also arrives into the electronic unit 6 for further processing.
- the number of light beams in the matrix of light fluxes is equal to:
- K1 is the number of rows of shutters in the matrix of light shutters
- K2 the number of columns of gates in the matrix of light gates.
- the electronic unit 6 controlling the matrix of 1 1 light shutters receives information about all the light beams of the matrix of light fluxes, after which it processes the stored information and generates a picture of the original image as shown previously in Figures 4A and 4B.
- the electronic unit 6 controlling the shutters on the matrix of parallel light shutters 4 can receive images in a certain spectral range excluding (by blocking the corresponding shutter (shutters) on the matrix of light shutters 1 1) light waves of the required range.
- the luminous flux separation unit 1 consists (see Fig. 7) of a matrix of parallel light shutters 14, the surface of which is perpendicular to the input luminous flux, then a cylindrical collecting lens 15 is located, consisting of one or more lenses depending on the design features of the device (the simplest embodiment flat convex cylindrical lens).
- a cylindrical scattering lens 16 Behind the separation unit is a cylindrical scattering lens 16, it is located in the focus of the cylindrical collecting lens 15.
- the cylindrical scattering lens 16 projects the outgoing light flux onto one side of the dispersion prism 3 (the angle of incidence of the light flux is calculated from the design features of the used prism). Passing through the dispersion prism 3, the luminous flux is converted into a divergent luminous flux, which is projected onto the matrix of parallel light shutters 4, which is perpendicular to the optical axis of the light flux projected onto it, the rows of shutters are oriented parallel to the lines of the spectrum of the light flux.
- the electronic unit 6 controls the activity of all the shutters on the matrix of parallel light shutters 4 and the matrix of parallel light shutters 14, that is, any shutter can be opened / closed by it.
- the electronic unit 6 carries out initial initialization by closing all the gates on the matrix of parallel light gates 14 and opening all the gates of the matrix of parallel light gates 4.
- the operation of the electronic unit 6 closes certain layers of the matrix of parallel light shutters 4 to block the passage of light waves of a specific range on the photosensitive elements 5.
- the electronic unit 6 opens the first shutter 18 of the matrix of parallel light shutters 14, the input light flux passing through it will turn into the first light beam, which, passing through the cylindrical collecting lens 15, is projected onto the cylindrical beam a scattering lens 16.
- a cylindrical scattering lens 16 projects a light beam onto a dispersion prism, passing through which it turns into a diverging light beam, which projects onto a matrix of parallel light shutters 4.
- the matrix of parallel light shutters 4 turns a diverging light beam into a matrix of light beams, blocking the necessary light beams, after which the matrix of light beams is projected onto the photosensitive elements.
- the light beam, projected onto the first light element, corresponds to the first pixel of the current image row, after conversion into an electrical signal with information about the brightness and color of the first image pixel, the information is transmitted to the electronic unit 6 for subsequent processing. This is how data is obtained for all photosensitive elements of the current row (data for all image pixels of the current row).
- the electronic unit 6 closes the first shutter 18 on the matrix of parallel light shutters 14 and opens the second shutter 19.
- the incoming light flux passing through the second shutter 19 will turn into a second light beam, after which it is carried out data processing for all photosensitive elements is similar as described previously.
- the resolution of the device is:
- K2 is the number of photosensitive elements.
- the electronic unit controlling the matrix of parallel light shutters 14 receives information about all the light beams of the matrix of light beams, after which it processes the stored information and generates a picture of the original image as shown previously in Fig. 4A and Fig. 4B.
- the electronic unit 6 controlling the shutters on the matrix of parallel light shutters 4 can receive images in a certain spectral range excluding (by blocking the corresponding shutter (shutters) on the matrix of parallel light shutters 14) light waves of the required range.
- the proposed utility model can be used to create video cameras, cameras, and various optoelectronic devices.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области оптико- электронной техники и может быть использована для создания видеокамер, фотокамер и различных оптико- электронных приборов. Предложенная Система для получения цифрового изображения в заданном спектральном интервале, состоящая из последовательно расположенных по ходу входного оптического излучения блока разделения светового потока, светочувствительных элементов и соединенного с ними электронного блока обработки информации. Блок разделения светового потока содержит матрицу световых затворов, собирающий объектив, кроме того система дополнительно содержит рассеивающий объектив, дисперсионную призму и матрицу параллельных световых затворов, причем вход управления матрицы параллельных световых затворов и выходы светочувствительных элементов подключены к входам электронного блока обработки информации.
Description
Система для получения цифрового изображения в заданном
спектральном интервале
Полезная модель относится к области оптико- электронной техники и может быть использована для создания видеокамер, фотокамер и различных оптико- электронных приборов.
Для определения спектрального диапазона регистрируемого входного оптического излучения светочувствительной матрицей CCD (англ. - Couple- Charged Device) или сенсором или фотоматрицей (главная часть цифровой камеры или другого устройства), которая регистрирует падающий на нее свет, определяется чувствительностью отдельно взятого светочувствительного элемента, который в современных устройствах, как правило, состоит из нескольких составляющих элементов (фотодиод, фоторезистор и т.д.) над каждым, из которых установлен светофильтр, пропускающий только один из трех цветов: красный, зеленый, синий или желтый, пурпурный, бирюзовый. Сигналы от составляющих элементов суммируются, на основе чего формируется цвет светового излучения, падающего на светочувствительный элемент (пиксель изображения).
Недостатком данной схемы является то, что:
- световой пучок, падающий на элемент, условно делится на три для объекта проектирования на каждый составляющий элемент ответственный за прием света в заданном интервале спектра (за счет использования светофильтра), соответственно светосила светочувствительного элемента уменьшается в три раза;
- для получения изображения в определенном спектральном диапазоне входного оптического излучения или исключение из изображения
определенного интервала спектрального диапазона входного оптического излучения необходимо применение светофильтра или нескольких светофильтров, это сказывается как на качестве изображения, так и на уменьшении светосилы устройства;
- размер светочувствительных элементов фотоматрицы определяется как отношение размера фотоматрицы к числу светочувствительных элементов расположенных на ней, так как размер фотоматрицы ограничен габаритами устройства для увеличения ее разрешающей способности (числа светочувствительных элементов) необходимо уменьшение площади отдельного светочувствительного элемента, что ведет к уменьшению количества собираемого им света и уменьшению светочувствительности фотоматрицы в целом. Соответственно для увеличения разрешающей способности фотоматрицы без уменьшения ее светочувствительности необходимо увеличение ее размеров (габаритов устройства);
- также, конструктивной особенностью фотоматрицы является неоднородность расположенных на ней светочувствительных элементов (технически невозможно создание фотоматрицы с абсолютно идентичными светочувствительными элементами), что ведет к флуктуации такого ее параметра как «уровень черного» вследствие того, что значение сигнала каждого светочувствительного элемента, при отсутствии света падающего на фотоматрицу различается (так называемый шум ФМ).
Таким образом, недостатками фотоматрицы (а следовательно и устройств построенных на ее основе) являются:
- невозможность увеличения разрешающей способности фотоматрицы без потери ее светочувствительности при сохранении ее размеров;
- шум фотоматрицы вследствие неоднородности светочувствительных элементов;
- ограниченные характеристики светочувствительных элементов из-за уменьшения их размеров для интеграции на фотоматрицу.
Из уровня техники известна оптическая система (Патент US N_>6870690, МПК G02B 15/00, G02B 13/14, опубл. 22 марта 2005 г.), основанная на использовании одиночной линзы или оптической системы для изображения в двух различных оптических диапазонах. Одиночная линза или оптическая система используются для изображения, сформированного в двух различных спектральных диапазонах, например в диапазонах видимого и инфракрасного света. Двухдиапазонный синглет сформирован из первого, большего оптического элемента, применяемого для работы с первым спектральным диапазоном. Меньший элемент применяется для работы со вторым спектральным диапазоном и внутри аппаратуры, вырезая ее с первого компонента, формируя, таким образом, двухдиапазонный синглет, который может работать на двух различных длинах волн. Данная система не позволяет получить изображение в определенном (заданном) диапазоне цифрового изображения.
В основу полезной модели поставлена задача разработки системы для получения цифрового изображения в заданном спектральном интервале, в которой путем новых конструктивных изменений, достигается возможность изменения границ данного спектрального интервала (интервалов) и интенсивности светового потока данного интервала (интервалов), и одновременно достигается возможность выборочно исключать из формируемого изображения необходимый спектральный интервал (интервалы) с возможностью изменения их границ и интенсивности светового потока.
Поставленная задача решается тем, что предложена система для получения цифрового изображения в заданном спектральном интервале, состоящая из последовательно расположенных по ходу входного оптического
излучения блока разделения светового потока, светочувствительных элементов и соединенного с ними электронного блока обработки информации, в которой согласно полезной модели блок разделения светового потока содержит матрицу световых затворов, собирающий объектив, кроме того система дополнительно содержит рассеивающий объектив, дисперсионную призму и матрицу параллельных световых затворов, причем вход управления матрицы параллельных световых затворов и выходы светочувствительных элементов подключены к входам электронного блока обработки информации. Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг.1 схематично изображена система для получения цифрового изображения в заданном спектральном интервале, на Фиг.2А, 2Б, 2В, 2Г и 2Д изображен пример разделения блоком разделения входного светового потока на матрицу световых пучков, на Фиг.З приведен пример разделения матрицей параллельных световых затворов светового пучка белого света, на Фиг.4А - содержимое памяти электронного блока, а на Фиг.4Б приведен пример генерации электронным блоком картинки входного изображения, на Фиг.5 изображена матрица параллельных световых затворов, на Фиг.6 изображена схема системы по первому примеру реализации полезной модели, на Фиг.бА изображена схема получения первого пикселя изображения и на Фиг.бБ - схема получения второго пикселя изображения в соответствии первому примеру реализации, на Фиг.7 изображена схема системы по второму примеру реализации полезной модели, на Фиг.7А изображена схема получения первого пикселя изображения и на Фиг.7Б - схема получения второго пикселя изображения в соответствии второму примеру реализации.
Предложенная система для получения цифрового изображения в заданном спектральном интервале состоит из последовательно расположенных по ходу входного оптического излучения блока разделения светового потока 1, рассеивающего объектива 2, дисперсионной призмы 3 и
матрицы параллельных световых затворов 4, светочувствительных элементов 5, а вход управления матрицы параллельных световых затворов 4 и выходы светочувствительных элементов 5 подключены к входам электронного блока обработки информации 6.
Входной световой пучок, проходя через блок разделения 1 разделяется на матрицу составляющих его световых пучков, число которых соответствует разрешающей способности устройства. Далее блок разделения 1 последовательно проецирует каждый световой пучок на рассеивающий объектив 2, который изменяет направление падающих на него световых пучков таким образом, что все они проецируются в одну точку на дисперсионную призму 3. Проходя через дисперсионную призму световой пучок из-за явления дисперсии света, преобразуются в расходящийся пучок света, и проецируется на матрицу параллельных световых затворов 4. При прохождении через матрицу параллельных световых затворов 4 световой пучок разделяется на матрицу составляющих его световых пучков, число которых равно числу затворов матрицы параллельных световых затворов 4. В зависимости от текущего режима работы матрицы параллельных световых затворов 4 пропускаются требуемые световые пучки, которые проецируются на светочувствительные элементы 5. Светочувствительные элементы 5 преобразуют световой пучок, проецируемый на него в электрический сигнал, который определяет цветовые характеристики и яркость светового пучка (формируется пиксель исходного изображения), после чего электрический сигнал поступает в электронный блок 6, где он сохранятся для его последующей обработки. После получения электронным блоком 6 всех данных по всем световых пучках матрицы световых пучков, им производится генерация картинки исходного изображения на основании хранимых данных.
На Фиг.2А-Д изображен пример разделения блоком разделения 1 входного светового потока на матрицу световых пучков, которая состоит из
четырех световых пучков (2 ряда, 2 столбца), которые соответствуют изображению в четыре пикселя (2 ряда, 2 столбца) и последовательную проекцию полученных световых пучков на фотоэлемент 3.
На Фиг.2А блок разделения 1 неактивен (не пропускает свет на рассеивающий объектив 2, исходное изображение полностью проецируется на него). На Фиг.2Б, 2В, 2Г и 2Д блок разделения 1 последовательно проецирует на рассеивающий объектив 1-й, 2-й, 3-й, 4-й пиксели.
На Фиг.З приведен пример разделения матрицей параллельных световых затворов 4 светового пучка белого света на матрицу, состоящую из 8 составляющих световых пучков. Матрица параллельных световых затворов 4 может блокировать прохождение любого светового пучка в зависимости от текущего режима работы устройства.
На Фиг.4А и 4Б приведен пример генерации электронным блоком 4 картинки исходного изображения размером 2x2 пикселя на основании данных о цвете и яркости 4-х световых пучков сохранившихся им в своей памяти. На Фиг.4А показано содержимое памяти электронного блока 4 с данным сканирования 4-х световых пучков (яркость, цвет, последовательный номер светового потока обозначено I, II, III, IV). На Фиг.4Б показано генерацию электронным блоком 4 изображения размером 2x2 пикселя, на основании данных о сканировании 4-х световых пучков, которые хранятся в его памяти.
Светочувствительные элементы могут состоять из нескольких составляющих фотоэлементов (как фотодиод, фоторезистор и т. д.), Каждый из которых настроен на прием определенного светового пучка (или группы световых пучков) что дает возможность применять различные фотоэлементы, каждый из которых оптимизирован для приема светового излучения в заданном диапазоне частот спектра.
На Фиг.5 изображена матрица параллельных световых затворов, в которой световые затворы выполнены в виде параллельных горизонтальных б
пластин. Введены обозначения, где 7 - активные затворы (не пропускают свет), 8 - неактивный затвор (свет через него проходит беспрепятственно), 9 - проекций полосы света, проходящего через неактивный затвор.
Полезная модель объясняется конкретными примерами реализации. Пример 1.
Блок разделения 1 состоит (см. Фиг.6) из матрицы световых затворов 10, плоскости которой расположена перпендикулярно входному световому потоку, дальше расположен собирающий объектив 11, состоящий из одной или нескольких линз в зависимости от конструктивных особенностей устройства.
За блоком разделения 1 находится рассеивающей объектив 2, он расположен в фокусе собирающего объектива 11. Рассеивающий объектив 2 проецирует исходящий световой поток на одну из сторон дисперсионной призмы 3 (угол падения светового потока рассчитывается из конструктивных особенностей используемой призмы). Проходя через дисперсионную призму 3 световой пучок преобразуется в расходящийся световой пучок, проецируемый на матрицу параллельных световых затворов 4, которая расположена перпендикулярно оптической оси светового пучка проецируемого на нее, ряды затворов ориентированы параллельно линиям спектра светового пучка. Закрывая определенные затворы, матрица параллельных световых затворов 4 может блокировать прохождение конкретных световых пучков, каждый из которых соответствует определенному диапазону спектра, число затворов определяется конструкцией устройства. Далее по ходу светового пучка параллельно матрицы параллельных световых затворов 4 расположены светочувствительные элементы 5. Вход управления матрицы световых затворов и выход светочувствительных элементов соединены с электронным блоком обработки информации 6.
ИСПРАВЛЕННЫЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 91) ISA/RU
Электронный блок 6 управляет активностью всех затворов на матрице 10 световых затворов и матрицы параллельных световых затворов 4, то есть осуществляет открывания/закрывания любого затвора. В начале процесса получения данных электронным блоком 6 проводится начальная инициализация путем закрытия им всех затворов матрицы 10 световых затворов и открытия всех затворов матрицы параллельных световых затворов 4. В зависимости от текущего режима работы электронный блок 6 закрывает определенные слои матрицы параллельных световых затворов 4 для блокирования попадания световых волн конкретного диапазона на светочувствительные элементы 5. Для получения информации первого светового пучка ( 1-й пиксель изображения) электронный блок 6 открывает первый затвор 12 матрицы 10 световых затворов (см. Фиг.бА), входной световой поток, проходя через него, превращается в 1-й выделенный световой пучок, который пройдя через собирающий объектив 11 проецируется на рассеивающий объектив 3. Рассеивающий объектив 3 проецирует световой пучок на дисперсионную призму 3, проходя через нее, он превращается в расходящийся световой пучок, который проецируется на матрицу параллельных световых затворов 4. Матрица параллельных световых затворов 4 превращает расходящийся световой пучок в матрицу световых пучков, блокируя необходимые световые пучки, после чего матрица световых пучков проецируются на светочувствительные элементы 5, они преобразуются в электрический сигнал с информацией о яркости и цвете первого пикселя изображения, информация поступает в электронный блок 6 для последующей обработки.
Далее для получения информации второго светового пучка (2-й пиксель изображения) электронный блок 6 закрывает первый затвор 12 на матрице 10 световых затворов и открывает второй затвор 13 (см. Фиг.бБ). Входной световой поток, проходя через второй затвор, преобразуется во 2-й
выделенный световой пучок, который пройдя через собирающий объектив 11, рассеивающий объектив 2, дисперсионную призму 3 и матрицу световых затворов 4 также проецируется на светочувствительные элементы 5, где он преобразуется в электрический сигнал с информацией о яркости и цвете второго пикселя изображения, который далее также поступает в электронный блок 6 для последующей обработки.
Число световых пучков в матрице световых потоков (разрешающая способность устройства) равно:
К=К1 *К2, где:
К1 - число рядов затворов в матрице световых затворов,
К2 - число столбцов затворов в матрице световых затворов.
Таким образом, электронный блок 6 управляя матрицей 1 1 световых затворов получает информацию обо всех световые пучки матрицы световых потоков, после чего им проводится обработка сохраненной информации и генерации картинки исходного изображения как было показано ранее на Фиг.4А и 4Б.
Электронный блок 6 управляя затворами на матрице параллельных световых затворов 4 может получать изображения в определенном спектральном диапазоне исключая (путем блокирования соответствующего затвора (затворов) на матрице световых затворов 1 1) световые волны требуемого диапазона.
Пример2.
Блок разделения 1 светового потока состоит (см. Фиг.7) из матрицы параллельных световых затворов 14, поверхность которой расположена перпендикулярно входному световому потоку, дальше расположен цилиндрический собирающий объектив 15, состоящий из одной или нескольких линз в зависимости от конструктивных особенностей устройства (самый простой вариант реализации плоско выпуклая цилиндрическая
линза).
За блоком разделения находится цилиндрический рассеивающий объектив 16, он расположен в фокусе цилиндрического собирающего объектива 15. Цилиндрический рассеивающий объектив 16 проецирует исходящий световой поток на одну из сторон дисперсионной призмы 3 (угол падения светового потока рассчитывается из конструктивных особенностей используемой призмы). Проходя через дисперсионную призму 3, световой поток преобразуется в расходящийся световой поток, который проецируется на матрицу параллельных световых затворов 4, которая расположена перпендикулярно оптической оси светового потока проецируемого на нее, ряды затворов ориентированы параллельно линиям спектра светового потока. Закрывая определенные затворы матрицы параллельных световых затворов 4 возможно блокировать прохождение конкретных световых пучков, каждый из которых соответствует определенному диапазону спектра, число затворов определяется конструкцией устройства. Далее по ходу световых пучков параллельно матрицы параллельных световых затворов 4 расположены светочувствительные элементы 5, каждый светочувствительный элемент отделен от соседнего экраном 17. Вход управления матрицы параллельных световых затворов 4, матрицы параллельных световых затворов 14 и выход всех светочувствительных элементов соединены с электронным блоком обработки информации 6.
Электронный блок 6 управляет активностью всеми затворами на матрице параллельных световых затворов 4 и матрице параллельных световых затворов 14, то есть им может быть открыт/закрыт любой затвор. В начале процесса получения данных электронный блок 6 осуществляет начальную инициализацию путем закрытия им всех затворов на матрице параллельных световых затворов 14 и открытия всех затворов матрицы параллельных световых затворов 4. В зависимости от текущего режима
работы электронный блок 6 закрывает определенные слои матрицы параллельных световых затворов 4 для блокирования попадания световых волн конкретного диапазона на светочувствительные элементы 5. Для получения информации первого светового потока (1-й пиксель изображения) (см. фиг. 7А) электронный блок 6 открывает первый затвор 18 матрицы параллельных световых затворов 14 входной световой поток проходя через него, превратится в первый световой пучок, который пройдя через цилиндрический собирающий объектив 15 проецируется на цилиндрический рассеивающий объектив 16. Цилиндрический рассеивающий объектив 16 проецирует световой пучок на дисперсионную призму, проходя через которую он превратится в расходящийся световой пучок, который проецируется на матрицу параллельных световых затворов 4. Матрица параллельных световых затворов 4 превращает расходящийся световой пучок в матрицу световых пучков, блокируя необходимые световые пучки, после чего матрица световых пучков проецируются на светочувствительные элементы. Световой пучок, проецируется на первый световой элемент, соответствует первому пикселю текущего ряда изображения, после преобразования в электрический сигнал с информацией о яркости и цвете первого пикселя изображения, информация поступает в электронный блок 6 для последующей обработки. Так осуществляется получение данных по всем светочувствительными элементами текущего ряда (данные по всем пикселям изображения текущего ряда).
Далее для получения информации второго ряда изображения (см. Фиг. 7Б) электронный блок 6 закрывает первый затвор 18 на матрице параллельных световых затворов 14 и открывает второй затвор 19. Входящий световой поток проходя через второй затвор 19 превратится во второй световой пучок, после чего проводится обработка данных по всем светочувствительных элементов аналогично как было описано ранее.
Разрешающая способность устройства равна:
К=К1 *К2, где:
К1 - число рядов затворов в матрице параллельных световых затворов
14.
К2-число светочувствительных элементов.
Таким образом, электронный блок управляя матрицей параллельных световых затворов 14 получает информацию обо всех световые пучки матрицы световых пучков, после чего им проводится обработка сохраненной информации и генерации картинки исходного изображения как было показано ранее на Фиг.4А и Фиг.4Б.
Электронный блок 6 управляя затворами на матрице параллельных световых затворов 4 может получать изображения в определенном спектральном диапазоне исключая (путем блокирования соответствующего затвора (затворов) на матрице параллельных световых затворов 14) световые волны требуемого диапазона.
Предложенная полезная модель может найти применение для создания видеокамер, фотокамер и различных оптико- электронных приборов.
Claims
Формула
Система для получения цифрового изображения в заданном спектральном интервале, состоящая из последовательно расположенных по ходу входного оптического излучения блока разделения светового потока, светочувствительных элементов и соединенного с ними электронного блока обработки информации, отличающаяся тем, что блок разделения светового потока содержит матрицу световых затворов, собирающий объектив, кроме того система дополнительно содержит рассеивающий объектив, дисперсионную призму и матрицу параллельных световых затворов, причем вход управления матрицы параллельных световых затворов и выходы светочувствительных элементов подключены к входам электронного блока обработки информации.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UA201411768 | 2014-10-30 | ||
UAU201411768 | 2014-10-30 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2016068827A1 true WO2016068827A1 (ru) | 2016-05-06 |
Family
ID=55857955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/UA2014/000121 WO2016068827A1 (ru) | 2014-10-30 | 2014-11-06 | Система для получения цифрового изображения в заданном спектральном интервале |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2016068827A1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003057551A (ja) * | 2001-08-14 | 2003-02-26 | Olympus Optical Co Ltd | レーザ走査型顕微鏡 |
US20130128042A1 (en) * | 2011-06-28 | 2013-05-23 | InView Techonogogy Corporation | High-speed event detection using a compressive-sensing hyperspectral-imaging architecture |
US20130194481A1 (en) * | 2012-01-29 | 2013-08-01 | Michael Golub | Snapshot spectral imaging based on digital cameras |
US20130242131A1 (en) * | 2010-09-28 | 2013-09-19 | Leica Geosystems Ag | Digital multi-spectral camera system having at least two independent digital cameras |
-
2014
- 2014-11-06 WO PCT/UA2014/000121 patent/WO2016068827A1/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003057551A (ja) * | 2001-08-14 | 2003-02-26 | Olympus Optical Co Ltd | レーザ走査型顕微鏡 |
US20130242131A1 (en) * | 2010-09-28 | 2013-09-19 | Leica Geosystems Ag | Digital multi-spectral camera system having at least two independent digital cameras |
US20130128042A1 (en) * | 2011-06-28 | 2013-05-23 | InView Techonogogy Corporation | High-speed event detection using a compressive-sensing hyperspectral-imaging architecture |
US20130194481A1 (en) * | 2012-01-29 | 2013-08-01 | Michael Golub | Snapshot spectral imaging based on digital cameras |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103220534B (zh) | 图像撷取装置与方法 | |
US11405535B2 (en) | Quad color filter array camera sensor configurations | |
JP6120508B2 (ja) | 撮像素子および撮像装置 | |
US10348990B2 (en) | Light detecting device, solid-state image capturing apparatus, and method for manufacturing the same | |
CN102713713B (zh) | 焦点调节设备和焦点调节方法 | |
US20130278802A1 (en) | Exposure timing manipulation in a multi-lens camera | |
CN102484723B (zh) | 固体摄像元件、摄像装置以及信号处理方法 | |
JP2013546249A5 (ru) | ||
US10021357B2 (en) | Image capturing apparatus and method for generating image data | |
US8934031B2 (en) | Light intensity control device, imaging device and light intensity control method | |
DE102012216021B4 (de) | Erzeugen mehrerer bilder mit grossem dynamikbereich von einem einzigen sensorfeld | |
US8310765B2 (en) | Color separating optical system | |
CN106101549A (zh) | 昼夜自动切换方法、装置及*** | |
CN103999458A (zh) | 图像捕获设备 | |
US10566358B2 (en) | Image sensor and image capturing apparatus | |
US10674074B2 (en) | Image processing apparatus, image pickup apparatus, image processing method, and non-transitory computer-readable storage medium for generating an image based on a plurality of parallax images | |
US8810678B2 (en) | Imaging apparatus and method of driving solid-state imaging device | |
WO2012128390A1 (en) | Image sensor and imaging device | |
JP2008177903A (ja) | 撮像装置 | |
CN103503143A (zh) | 固体摄像装置 | |
US20190058837A1 (en) | System for capturing scene and nir relighting effects in movie postproduction transmission | |
EP3618419B1 (en) | Image processing device, image processing method, and program | |
CN113132597B (zh) | 图像采集***及终端 | |
KR102429361B1 (ko) | 카메라 및 그 제어 방법 | |
CN103503144A (zh) | 固体摄像装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14904728 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 11/09/2017) |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14904728 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |