Оценка влияния температурных эффектов в схемах геометрической калибровки оптико-электронных аппаратов

При использовании цифрового микрозеркального устройства (Digital Micromirror Device – DMD) в качестве тест-объекта, периодическая структура микрозеркал которого является измерительной шкалой, в частности, в задачах геометрической калибровки оптико-электронных аппаратов (ОЭА), важно, чтобы пространственная структура микрозеркал оставалась постоянной. Изменение пространственной структуры может произойти из-за нагрева. Помимо нагрева DMD, фотоприёмник ОЭА также подвержен нагреву, и соответственно изменению его пространственной структуры. Цель работы заключалась в оценке величины изменения пространственной структуры DMD и фотоприёмника ОЭА. Проведён анализ пространственного дрейфа микрозеркал DMD и пространственного дрейфа микрозеркал DMD совместно с пространственным дрейфом пикселей фотоприёмника цифровой камеры за 4 ч работы. Анализ дрейфа заключался в оценке положения массива точек сформированного DMD и спроецированного на цифровую камеру. Для исключения влияния цифровой камеры при анализе дрейфа обусловленного микрозеркалами DMD цифровая камера включалась только в течении съёмки. За это время цифровая камера не успевала существенно нагреться. После чего она остывала до температуры помещения.

Средняя величина дрейфа всех микрозеркал влияет на точность при необходимости геометрической калибровки ОЭА при помощи DMD длительное время. После включения наблюдается максимальный дрейф всех микрозеркал. Чтобы средняя величина дрейфа всех микрозеркал была не более 1 мкм необходимо минимальное время прогрева DMD – 60 мин. При использовании DMD совместно с цифровой камерой требуемое минимальное время прогрева DMD – 120 мин.

Равномерность расширения DMD будет определять точность геометрической калибровки ОЭА с помощью DMD, поскольку при неравномерном расширении будет нарушаться периодичность микрозеркал, т. е. не будет известно взаимное расположение микрозеркал друг относительно друга. Среднее изменение расстояний между соседними точками – не более 0,1 мкм за каждые 20 мин работы.

Таким образом, DMD можно использовать в качестве тест-объекта в задачах геометрической калибровки ОЭА. При необходимости более точных геометрических калибровок ОЭА полученные результаты можно использовать в качестве коэффициентов компенсации изменения пространственной структуры DMD из-за температурных эффектов в процессе работы.

1. Zhengrong Huang, Jiangtao Xi., Yanguang Yu., Qinghua Guo. Accurate Projector Calibration Based on a New Point to Point Mapping Relationship Between the Camera and Projector Images. Applied Optics, 2015, vol. 54, iss. 3, pp. 347–356. DOI: 10.1364/ ao.54.000347

2. Zhongwei Li, Yusheng Shi, Congjun Wang, Yuanyuan Wang. Accurate calibration method for a structured light system. Optical Engineering, 2008, vol. 47(5), p. 053604. DOI: 10.1117/1.2931517

3. Benjamin Lee. Introduction to ±12 Degree Orthogonal Digital Micromirror Devices (DMDs). DLPA008B–July 2008 – Revised February 2018.

4. Aerotech PlanarDLA Hardware Manual. Revision:1.03.00.

5. Arkhipov S.A., Zavarzin V.I., Malyhin V.A., Morozov S.A. Adjustments and certification of a long-focus three-mirror lens with an eccentrically located image. Vestnik Moskovskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta imeni N.E. Baumana [Herald of the Bauman Moscow State Technical University], Series Instrument Engineering, 2009, no. 4, pp. 24–36 (in Russian).

6. Starasotnikau M.A., Feodortsau R.V. Accuracy Comparison of Algorithms for Determination of Image Center Coordinates in Optoelectronic Devices. Science & Technique, 2018, vol. 17(1), pp. 79–86 (in Russian). DOI: 10.21122/2227-1031-2018-17-1-79-86

7. Arkhipov S.A., Gasich G.V., Zavarzin V.I., Morozov S.А. Photogrammetric parameters of optoelectronic equipment. Vestnik Moskovskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta imeni N.E. Baumana [Herald of the Bauman Moscow State Technical University], Series Instrument Engineering, 2008, no. 4, pp. 105–115 (in Russian).

8. Addendum to EMVA Data Report. Basler acA2040-90um EMVA Standard 1288.

9. Starasotnikau M.A., Feodortsau R.V. Method for Decreasing Influence of Background Signal Noise while Determining Energy Gravity Centre Coordinates for Images in Electrooptical Devices. Priborostroenie-2016: Materialy 9-i Mezhdunarodnoi Nauch.-Tekhn. Konferentsii [Instrumentation-2016: Materials of the 9th International Scientific and Technical Conference], Minsk, Belarusian National Technical University, 2016, pp. 133–135 (in Russian).

10. TI DLP® LightCrafter™ 4500. Evaluation Module. User's Guide. Literature Number: DLPU011F July 2013 – Revised July 2017.