Спектральная фильтрация изображений посредством дисперсионных систем
Another Title
Spectral filtration of images by means of dispersive systems
Bibliographic entry
Гулис, И. М., Купреев А. Г. Спектральная фильтрация изображений посредством дисперсионных систем = Spectral filtration of images by means of dispersive systems / И. М. Гулис, А. Г. Купреев // Приборы и методы измерений : научно-технический журнал. - 2016. – Т. 7, № 3. – С. 262 - 270.
Abstract
Приборы для спектральной фильтрации изображений являются важным элементом систем дистанционного зондирования, медицинской диагностики и технологического контроля. Цель работы – анализ функциональных особенностей и характеристик двух предлагаемых вариантов монохроматоров изображения, основанных на дисперсионной спектральной фильтрации. Первый вариант основан на использовании дисперсионного монохроматора, в котором коллиматорный и камерный объективы формируют телескопическую систему, в плоскости промежуточного изображения которой размещается дисперсионный элемент. Второй вариант основан на использовании двойного монохроматора с вычитанием дисперсии при обратном прохождении. Для варианта с телескопической системой выполнены оценки спектрального разрешения и пространственного разрешения, определяемого аберрациями и дифракцией на входной щели. Проведено
численное моделирование и макетирование прибора. Показано, что при ширине выделяемого спектрального интервала 10 нм в видимой области размеры аберрационно-лимитируемого кружка рассеяния варьируются от 10–20 мкм в центре до 30 мкм на краях изображения с размерами 23–27 мм. Монохроматор с вычитанием дисперсии позволяет варьировать достигаемое в отдельной точке изображения спектральное разрешение (до 1 нм и выше) изменением ширины промежуточной щели, однако особенностью является изменение в значительных пределах выделяемой центральной длины волны по полю изображения. Рассмотренные схемные решения дисперсионных монохроматоров изображения представляются перспективными и обладают преимуществами в сравнении с системами на основе перестраиваемых фильтров по достижимому спектральному разрешению и возможности его оперативного варьирования, спектральному контрасту. Монохроматор на основе телескопической системы характеризуется простотой устройства и достаточно большим полем изображения, однако имеет ограниченное светопропускание из-за малого размера входной апертуры. Монохроматор с вычитанием дисперсии имеет большее светопропускание, позволяет обеспечить высокое спектральное разрешение при условии регистрации полного куба данных в серии установок дисперсионного элемента.
Abstract in another language
Instruments for spectral filtration of images are an important element of the systems used in remote sensing, medical diagnostics, in-process measurements. The aim of this study is analysis of the functional features and characteristics of the proposed two image monochromator versions which are based on dispersive
spectral filtering. The first is based on the use of a dispersive monochromator, where collimating and camera lenses form a telescopic system, the dispersive element of which is within the intermediate image plane. The second version is based on an imaging double monochromator with dispersion subtraction by back propagation. For the telescopic system version, the spectral and spatial resolutions are estimated, the latter being limited by aberrations and diffraction from the entrance slit. The device has been numerically simulated and prototyped. It is shown that for the spectral bandwidth 10 nm (visible spectral range), the aberration-limited spot size is from 10–20 μm at the image center to about 30 μm at the image periphery for the image size 23–27 mm. The monochromator with dispersion subtraction enables one to vary the spectral resolution (up to 1 nm and higher) by changing the intermediate slit width. But the distinctive feature is a significant change in the selected central wavelength over the image field.
The considered designs of dispersive image monochromators look very promising due to the particular advantages over the systems based on tunable filters as regards the spectral resolution, fast tuning, and the spectral contrast. The monochromator based on a telescopic system has a simple design and a rather large image field but it also has a limited light throughput due to small aperture size. The monochromator with dispersion subtraction has higher light throughput, can provide high spectral resolution when recording a full data cube in a series of measuring acts for different dispersive element positions.
View/
Collections
- Т. 7, № 3[10]