» Программы для разработки, тестирования, оптических систем

Вообщем что для двумерного, что для трехмерного - одинаково.
Значит дело в выичислении "Relative Illumination"

paparazzo

Папараццо, друг, в одном я точно с Тобой согласен:

Цитата:

Вообщем все написанное выше мной не совсем верно...

Да и в Земаксе Ты сделал совсем не то, что нужно.

Итак, как я говорил раньше, если мы наблюдаем один и тот же объект двумя объективами с одинаковыми диаметрами входных зрачков, то у нас во входной зрачок попадает равное количество света! Кто со мной поспорит?
Итак, возьмём край поля зрения двух объективов, которыцй обозначен красными лучами. Я надеюсь, что со мной никто не будет спорить, что под этим углом вошло равное количество света в оба объектива. Ясно, что в телесном угле энергия, так что с того, если площадь изображения у нас в обоих случаях ОДИНАКОВАЯ. ПОЧЕМУ РАЗНАЯ ОСВЕЩЁННОСТЬ????? КУДА ДЕВАЕТСЯ ЭНЕРГИЯ???






Добавлено:
Как я думаю, у Земакса при вычислениии есть баг. Похоже, что там в формулу забит угол полевого луча в пространстве изображений, который и стоит в известной в формуле. Эта формула не учитывает телецентрический ход лучей. Думаю, что правильно будет вычислять по полевому углу в пространстве предметов, а не в пространстве изображений!!! Короче, надо писать в Земакс!!!

Цитата:

Как я думаю, у Земакса при вычислениии есть баг. Похоже, что там в формулу забит угол полевого луча в пространстве изображений, который и стоит в известной в формуле. Эта формула не учитывает телецентрический ход лучей. Думаю, что правильно будет вычислять по полевому углу в пространстве предметов, а не в пространстве изображений!!! Короче, надо писать в Земакс!!!

есть статья, по которой Zemax считает Relative illumination.

Цитата:

есть статья, по которой Zemax считает Relative illumination.

Так правильно считает или нет? Где почитать?

Цитата:

Так правильно считает или нет? Где почитать?

Rimmer "Relative Illumination Calculations," SPIE, Vol. 655, 1986, p. 99.

есть на сайте ORA по запросу

Добавлено:
Из мануала

Относительная освещенность определяется как
интенсивность освещения небольшоrо участка поверхности изображения,
нормированная к освещенности в точке поля, для которой освещенность имеет
максимальную величину (эта точка может не располаrаться на оси). При вычислениях
принимаются во внимание аподизация зрачка, виньетирование, апертуры, аберрации
как изображения, так и зрачков, вариации F/#, хроматические аберрации, форма
поверхности изображения, уrол падения, и, по желанию, поляризационные эффекты в
предположении освещения зрачка неполяризованным светом. Метод вычислений
описан в статье "Relative illumiпаtiоп саlсulаtiопs", М. Rimmer, SPIE Vol. 655, рр. 99
(1986); описанный в этой статье метод был дополнен для учета эффектов аподизации,
про пускания и поляризации, а также искривления поверхности изображения.
Используются следующие предположения:
1. Объект является ламбертовской поверхностью.
2. Поверхность изображения хорошо сопряжена с поверхностью объекта, так что
небольшие световые участки на поверхности объекта изображаются
небольшими световыми участками на поверхности изображения. Аберрации
имеют конечную величину, но лучи достаточно хорошо локализуются на
поверхности изображения.
З. Выходной зрачок расположен на достаточно большом расстоянии от
поверхности изображения. Это условие выполняется, если F/# больше
примерно 0.1 и аберрации лучей относительно малы в сравнении с
расстоянием до выходноrо зрачка.
4. Аберрации в пространстве косинусов не так ощутимы, как к форме каустики в
пространстве уrлов. Каустика в пространстве уrлов означает, что лучи в разных
частях входноrо зрачка имеют те же уrлы в пространстве изображений. Для
про верки этоrо используйте опцию "Оirесtiоп Соsiпеs" в проrрамме "Spot
Oiagram" (см. раздел "Spot Оiаgrаms/Stапdаrd").
Относительная освещенность вычисляется путем численноrо интеrрирования
эффективной площади выходноrо зрачка, как он видится из данной точки изобра
жения. Интеrрирование проводится по пространству направляющих косинусов с
использованием однородной сетки в пространстве косинусов изображения.
Заметьте, что вычисления относительной освещенности обычно не дают кривую,
соответствующую закону косинуса в четвертой степени, так как этот закон фактически
является только rрубым приближением, в основу KOToporo положена тонкая безабер
рационная линза с диафраrмой, освещающей плоскость поверхности изображения.
Для обычных систем, включая телецентрические системы, системы с аберрациями
изображения или зрачка или с виньетированием, относительная освещенность
вычисляется путем интеrрирования телесноrо уrла или эффективной площади
выходноrо зрачка, как он видится из места изображения, и эти вычисления не будут
давать простую кривую зависимости от косинуса в четвертой степени.
Если оптичская система не удовлетворяет этим приближениям, на экран будет
выведено сообщени об ошибке и относительная освещенность не будет вычислена.

Просматривал статью. Рассчитывается сетка лучей по зрачку, считаются углы падения каждого, учитывается изменение формы выходного зрачка. Так что все корректно.

сравнивал теорию, RI и непоследовательный режим - совпадало.

paparazzo
Большое спасибо за манул!
Алгоритм расчёта прост и ясен, но только это не даёт ответа мой вопрос...

A_P_V

Цитата:

сравнивал теорию, RI и непоследовательный режим - совпадало.

Так, минуточку! Это ещё ничего не значит! Я тоже могу рассчитать одиночную линзу в последовательном режиме с входным зрачком, лежащим на её первой поверхности. Так как входной зрачок будет примерно совпадать с передней главной плоскостью линзы, то формула четвёртой степени косинуса будет корректна, что потом и можно будет проверить в непоследовательном режиме. А что в случае, если зрачок вынесен?

Итак, я предельно понятно сейчас покажу смысл моей "проблемы" на картинке!
ВНИМАНИЕ!!!
От удалённого объекта во входной зрачок приходит поток 100 Ватт. Если без всякой оптики, то поток пройдёт и попадёт на экран (рисунок 1). На экране будут 100 Ватт! Теперь ставим линзы прямо на диафрагму (рисунок 2) и на расстояние фокусного расстояния (рисунок 3). Линза собирает весь поток и на экран должны прийти 100 Ватт, но дело в том, что в последовательном режиме график освещённости для этих двух случаев разный, а это говорит о том, что если на краю падает освещённость, то и весь попавший на экран поток меньше 100 Ватт. Как такое может быть?
Теперь понятно о чём я пытался сказать?

Может быть дело в равномерности освещённости а не в количестве энергии?
Во втором случае те-же 100 ватт распределены равномерно по поверхности изображения.

Вот же понаписали ))

Без линзы - интенсивность распределена неравномерно (максимум интенсивности ближе к "центру", и убывает при смещении). причина - сами нарисовали тут (правая картинка), то есть, скажем, одинаковое количество энергии, что и ближе к "центру", "размазано" по большей площади экрана (лучи падают под бОльшим углом, чем дальше от центра).
когда же расположили линзу, то лучи падают практически перпендикулярно к поверхности (смотреть левую картинку по ссылке выше).

чтобы понять смысл - рассмотрите падение светового пучка на сферу, а потом "разверните" сферу в плоскость - интенсивность ближе к краям освещенной зоны будет меньше, чем в центре. сравните с параллельным пучком падающим на плоский экран (так и происходит когда у вас источник излучения в фокальной плоскости линзы - после прохождения линзы будет параллельный пучок. даже на схематическом изображении лучей это видно)


Цитата:

КУДА ИСЧЕЗАЕТ ЭНЕРГИЯ????? КТО МНЕ СКАЖЕТ???

да никуда она не девается - у вас же относительная освещенность, значит поделенная на что то и это "что то" не обязано быть одинаковым в обеих ситуациях. к тому же, как и сказал ранее, диаметры световых пятен будут, в общем случае, разные.

yevogre

Цитата:

Может быть дело в равномерности освещённости а не в количестве энергии?

Нет, Вы сами посмотрите на эти две мои картинки. Возьмите осевой пучок, который синим цветом!!! Они ведь одинаковые, даже если и зрачок вынесен! Так как у них диаметры зрачков одинаковые и фокусы у линз равные, то значит и одинаковая энергия в центре. А графики освещённости как раз и строятся относительно центра...



Я сейчас покажу откуда берётся четвёртая степень косинуса в формуле!!!

Первый косинус - от объекта, так как сила света зависит от угла излучения и объект предполагается АЧТ.
Второй косинус - так как входной зрачок повёрнут на угол относительно приходящего излучения.
Третий и четвёртый косинус - так как освещённость на зрачке пропорциональна квадрату расстояния.
Можете сами вывести формулу!

Заметьте, что на картинке участвует косинус главного луча именно в пространстве предметов, а не изображений, а вот Земакс производит вычисления по косинусу угла именно в пространстве изображений, что НЕПРАВИЛЬНО, как я думаю...



Добавлено:
Cheery

Цитата:

да никуда она не девается - у вас же относительная освещенность, значит поделенная на что то и это "что то" не обязано быть одинаковым в обеих ситуациях.

Минуточку, перечитайте всё ещё раз на три раза!!!
Берём линзу и смотрим на объект, при этом в фокусе поставив маленький фотоприёмник. ИТАК, сигнал сняли!!!
Теперь берём вырезаем в листе бумаги зрачок, равный диаметру линзы и выносим его вперёд на расстояние фокуса, при этом также замеряя уровень сигнала фотоприёмником в точке фокуса. Неужели Вы хотите сказать, что в точке фокуса будет другой сигнал? НЕТ!!!!!
Cheery

Цитата:

к тому же, как и сказал ранее, диаметры световых пятен будут, в общем случае, разные.

Это чего? Почему диаметры изображений для линзы с одинаковым фокусом будут разные?
Cheery

Цитата:

чтобы понять смысл - рассмотрите падение светового пучка на сферу, а потом "разверните" сферу в плоскость - интенсивность ближе к краям освещенной зоны будет меньше, чем в центре. сравните с параллельным пучком падающим на плоский экран (так и происходит когда у вас источник излучения в фокальной плоскости линзы - после прохождения линзы будет параллельный пучок. даже на схематическом изображении лучей это видно)

NO COMMENTS...

VECTORRR

Цитата:

Это чего? Почему диаметры изображений для линзы с одинаковым фокусом будут разные?  

на свои же построения посмотрите - не смущает, что красный луч гораздо дальше от центра на левой картинке?

Cheery

Цитата:

на свои же построения посмотрите - не смущает, что красный луч гораздо дальше от центра на левой картинке?

ХА-ХА-ХА, НЕ СМУЩАЕТ!!! Я ожидал, что кто-нибудь это подметит, но только это тут совсем НЕ К ДЕЛУ!!!

Это Земакс сам масштабирует картинку, чтобы она полностью влезла в экран , поэтому они не в одном масштабе. Теперь поняли?
Слева картинка сверху ограничена размером изображения в фокусе, а на правой Земакс подогнал масштаб картинки под диаметр параксиальной линзы, чтобы она в неё полностью влезла.

Короче, вот эта моя картинка полностью показывает, что освещённость зависит только от пространства предметов и потом абсолютно без разницы под каким углом пучок приходит на фокальную плоскость.

В ЗЕМАКСЕ ОШИБКА ПРИ ВЫЧИСЛЕНИИ!!! ОН СЧИТАЕТ ПО УГЛУ ГЛАВНОГО ЛУЧА В ПРОСТРАНСТВЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ, А НАДО ПО ПРОСТРАНСТВУ ПРЕДМЕТОВ, ТАК КАК ИМЕННО В ПРОСТРАНСТВЕ ПРЕДМЕТОВ ПРОИСХОДИТ ОГРАНИЧЕНИЕ ПОТОКА, А ПОТОК ДАЛЬШЕ ПОСЛЕ ЗРАЧКА СОХРАНЯЕТ СВОЮ ЭНЕРГИЮ И УЖЕ БЕЗ РАЗНИЦЫ ПОД КАКИМ УГЛОМ ПРИХОДИТ НА ЭКРАН!!!

Как связать countour error и slope error?
Для оптической поверхности?

Добавлено:

Цитата:

сравнивал теорию, RI и непоследовательный режим - совпадало.

В непоследовательном режиме одинаково...
что вынесен зрачок, что нет...



И как связать countour error и slope error?
Для оптической поверхности?

paparazzo

Цитата:

В непоследовательном режиме одинаково...
что вынесен зрачок, что нет...

А в последовательном у Вас тоже одинаково?

Цитата:

А в последовательном у Вас тоже одинаково?

В последовательном - нет!!!
Если смотреть Relative illumination...

Но вот что удивительно, если провести Image Analisys равномерного круга, То имеем вот что



Т.е. Relative illumination - неккорректно. Если судить по картинкам и непоследовательному режиму.

Добавлено:
Возможно relative illumination имеет другой смысл...

paparazzo

Цитата:

Возможно relative illumination имеет другой смысл...

Отношение яркостей... а не освещенностей. Тогда картинки имеют смысл.

Я вообщем совсем запутался....

Сейчас прогнал через последовательный и непоследовательный режим такую систему с расположением зрачка на линзе и в переднем фокусе. Как и ожидалось, в последовательном - ЛАЖА. А Вы мне не верили... Даже и не хочется все картинки вставлять ... Сами попробуйте... Не забывайте, что объект должен быть ЛАМБЕРТОВСКИЙ, так что ставьте "1" в непоследовательном режиме в соответствующей графе!!!

Цитата:

Не забывайте, что объект должен быть ЛАМБЕРТОВСКИЙ

разницы нет, что ламбертовский, что нет.
Нет отличия в системе с вынесенным зрачком и нет

Возможно есть какая-то некорректность в параксиальной линзе.

Если рассмотреть камеру Шмидта, то в ней падение освещенности вполне физично - из-за элипсоизации зрачка для края поля.

A_P_V

Цитата:

Возможно есть какая-то некорректность в параксиальной линзе.

Если рассмотреть камеру Шмидта, то в ней падение освещенности вполне физично - из-за элипсоизации зрачка для края поля.

Да никто и не спорит, что освещённость должна падать на краю. Если объект ламбертовский и в системе нет аберраций зрачка, то будет четвёртая степень косинуса полевого угла.
Почти во всех учебниках это выводится для параксиальной линзы, с которой совпадает входной зрачок, для которой полевой угол в пространстве предметах и изображений равны, поэтому во всех формулах и стоит угол W' вместо W, чтобы подчеркнуть, что это освещённость в пространстве изображений. В Земаксе, похоже, тоже использовали пространство изображений для расчёта освещённости, хотя правильно будет брать углы у полевого луча в пространстве предметов.

Скорее всего это проблема только для параксиальной линзы.

Я брал широкоугольную оптическую систему, определял освещенность в ряде точек поля в непоследовательном режиме - совпадало с расчётами, учитывающими дисторсию.

Для нескольких систем сравнивал вычисление RI с Code V - результаты аналогичные.

Добавлено:

Цитата:

Земаксе, похоже, тоже использовали пространство изображений для расчёта освещённости, хотя правильно будет брать углы у полевого луча в пространстве предметов.

В мануале, который процитировал paparazzo так и написано:


Цитата:

Относительная освещенность вычисляется путем численноrо интеrрирования
эффективной площади выходноrо зрачка, как он видится из данной точки изобра
жения.

Делается всё согласно статье Rimmer. Кстати, Code V тоже на неё опирается

Цитата:

Я брал широкоугольную оптическую систему, определял освещенность в ряде точек поля в непоследовательном режиме - совпадало с расчётами, учитывающими дисторсию.
Для нескольких систем сравнивал вычисление RI с Code V - результаты аналогичные.

Так и должно быть, если апертурная диафрагма находится недалеко от главных плоскостей объектива. Похоже, что Вам как раз и попадались такие объективы!!! В таком случае разница в полевых углах в пространстве предметов и изображений невелика, отчего её и трудно выловить в непоследовательном режиме, хотя она и есть. При увеличении расстояния от входного зрачка до передней главной плоскости разница возрастает. Если зрачок оказывается на расстоянии фокусного, то освещённость вообще становится равной по всему полю.
А в Code V тоже такой глюк, оказывается... Да, все по одной статье делали...

VECTORRR

Цитата:

Так и должно быть, если апертурная диафрагма находится недалеко от главных плоскостей объектива. Похоже, что Вам как раз и попадались такие объективы!!! В таком случае разница в полевых углах в пространстве предметов и изображений невелика, отчего её и трудно выловить в непоследовательном режиме, хотя она и есть. При увеличении расстояния от входного зрачка до передней главной плоскости разница возрастает. Если зрачок оказывается на расстоянии фокусного, то освещённость вообще становится равной по всему полю.
А в Code V тоже такой глюк, оказывается... Да, все по одной статье делали...

в рассматриваемой недавно системе, поле зрения в пространстве предметов 2w около 180 градусов, в пространстве изображения, ход лучей близок к телецентрическому, так что это не совпадение.

A_P_V

Цитата:

в рассматриваемой недавно системе, поле зрения в пространстве предметов 2w около 180 градусов, в пространстве изображения, ход лучей близок к телецентрическому, так что это не совпадение.

Не понял, о какой именно системе идёт речь? )

Подкину масла в огонь.
Из практики.
Если смотреть в прибор ночного видения с надетой крышкой (считай апертурная диафрагма),
то в центре изображение намного ярче, чем по краям.
Диаметр отверстия около 1мм, вынесено прибл. на 10мм от поверхности линзы.

VECTORRR

Цитата:

ОН (Земакс) СЧИТАЕТ ПО УГЛУ ГЛАВНОГО ЛУЧА В ПРОСТРАНСТВЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ

- поподдакиваю немного:

берем простую систему (~ту же):
Бесконечность --- ВхЗрачок --- Расстояние А --- ПараксЛинза (с фокусом 100мм) --- ПлоскостьИзображения.

Выводим картинку Relative Illumination.

Меняем расстояние А: если А = 0 и если А = 100 (= фокусу), то картинки мы видели.

Теперь берём А = 90 ( = 100-10) и А = 110 ( = 100+10).
Картинки RI получаются одинаковые. (И модуль угла главного луча в пространстве изображений одинаковый)

Аналогично для А = 50 и А = 150.

Аналогично для А = 0 и А = 200.

VECTORRR
система - широкоугольный объектив с полем зрения около 180 градусов. Углы падения главных лучей на плоскость изображения не очень большие.
Протрассировал в непоследовательном режиме - распределение освещенности соответствует расчетному. При аналитическом расчете следует учитывать дисторсионные искажения.

A_P_V

Цитата:

система - широкоугольный объектив с полем зрения около 180 градусов. Углы падения главных лучей на плоскость изображения не очень большие.
Протрассировал в непоследовательном режиме - распределение освещенности соответствует расчетному. При аналитическом расчете следует учитывать дисторсионные искажения.

В вашем примере изначально заложен FAIL, ведь в широкоугольных системах падение освещённости на краю компенсируется как раз значительной отрицательной дисторсией, благодаря чему и возникает увеличение освещённости на краю. А у вас ко всему этому ещё и углы падения главных лучей на плоскость изображения не очень большие, а значит по используемой в Земакс формуле косинус мало отличается от единицы, т.е. Земакс на графике выдаёт совсем малое падение на освещённости.
Короче говоря, вы привели пример, по которому нельзя выловить эту ошибку в программе.
Ошибка при вычислении в программе компенсируется изображением с огромной дисторсией на краю.
УСТАЛ...
Накатаю в ZEMAX, наверное... Тут мне истины не найти, похоже...
Форумчане оказались очень слабо подкованы в теоретическом плане...

Цитата:

Накатаю в ZEMAX, наверное... Тут мне истины не найти, похоже...

да-да. Накатайте.

Однозначно зависит от свойств источника света, и того как система забирает этот свет.

Если считать Relative Illuminance как отношение яркостей, то все сходится.

В примере yevogre (прибор ночного видения с надетой крышкой) как раз яркость работает. Для глаза.

и еще
http://dougkerr.net/Pumpkin/articles/Cosine_Fourth_Falloff.pdf