ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-11-113-123

УДК: 520.35

Оптическая система мультиспектральной видеокамеры

Батшев В.И., Крюков А.В., Мачихин А.C., Золотухина А.А.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:
Батшев В.И., Крюков А.В., Мачихин А.С., Золотухина А.А. Оптическая система мультиспектральной видеокамеры // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 11. С. 113–123. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-11-113-123

 

 

Batshev V.I., Krioukov A.V., Machikhin A.S., Zolotukhina A.A. Multispectral video camera optical system [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 11. P. 113–123. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-11-113-123

Ссылка на англоязычную версию:

V. I. Batshev, A. V. Krioukov, A. S. Machikhin, and A. A. Zolotukhina, "Multispectral video camera optical system," Journal of Optical Technology. 90 (11), 706-712 (2024).  https://doi.org/10.1364/JOT.90.000706

Аннотация:

Предмет исследования. Методика проектирования оптико-электронной системы, обеспечивающей одновременное получение широкополосного и 15 спектральных изображений. Цель работы. Разработка и апробация мультиспектральной видеокамеры на основе системы объективов, формирующей изображения на одном матричном приемнике в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра и обладающей достаточно широким полем зрения и светосилой. Метод. Предлагаемое решение основано на системе объективов, построенных по схеме реверсивного телеобъектива с вынесенным входным зрачком, независимо оптимизированных для каналов ультрафиолетового и видимого/ближнего инфракрасного диапазонов. Описанная методика проектирования объективов позволяет обеспечить минимальные поперечные габариты, равенство масштабов спектральных изображений, а также возможность фокусировки каждого объектива независимо от остальных объективов. Основные результаты. Разработанная мультиспектральная оптико-электронная система позволяет синхронно регистрировать 16 изображений: одно широкополосное и 15 спектральных изображений в диапазоне 300–1000 нм с равным шагом (50 нм) и шириной (10 нм) спектральных каналов. Приведены результаты моделирования, данные для аберрационного анализа и тестовые изображения, полученные во всех 16-ти каналах, демонстрирующие высокое качество изображений. Апробация рассчитанной системы объективов проведена в составе макета мультиспектральной видеокамеры. Зарегистрированы изображения растительного образца, по результатам их обработки получена спектральная зависимость коэффициента отражения, соответствующая типичному спектру отражения листьев растений. Практическая значимость. Предложенная мультиспектральная оптико-электронная система позволяет обеспечить высокое качество изображений в каждом спектральном канале и их простую замену на наиболее эффективные в решении задачи производительного сбора пространственно-спектральных данных в точном земледелии, экомониторинге, медицине и неразрушающем контроле.

Ключевые слова:

мультиспектральная камера, оптико-электронная система, синтез объектива, ультрафиолетовый диапазон, ближний инфракрасный диапазон

Благодарность:
работа выполнена в рамках Государственного задания НТЦ УП РАН (проект FFNS-2022-0010)

Коды OCIS: 110.4234, 110.0110, 120.4820

Список источников:
  1. Stuart M.B., McGonigle A.J.S., Willmott J.R. Hyperspectral imaging in environmental monitoring: A review of recent developments and technological advances in compact field deployable systems // Sensors. 2019. V. 19. № 14. P. 3071. https://doi.org/10.3390/s19143071
  2. Khan A., Vibhute A.D., Mali Sh., et al. A system atic review on hyperspectral imaging technology with a machine and deep learning methodology for agricultural applications // Ecological Informatics. 2022. V. 69. P. 101678. https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2022.101678
  3. Patil T., Pagano Cl., Marani R., et al. Hyperspectral imaging for non-destructive testing of composite materials and defect classification // Internat. Conf. Flexible Automation and Intelligent Manufacturing. June 19–23, 2022. P. 404–412.
  4. Rehman A. Ul, Qureshi S.A. A review of the medical hyperspectral imaging systems and unmixing algorithms’ in biological tissues // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2021. V. 33. P. 102165. https://doi.org/10.1016/j.pdpdt.2020.102165
  5. Li Q., He X., Wang Y., et al. Review of spectral imaging technology in biomedical engineering: achievements and challenges // J. Biomed. Opt. 2013. V. 18. № 10. P. 100901. https://doi.org/10.1117/1.JBO.18.10.100901
  6. Chang C.I. Hyperspectral data exploitation: Theory and applications. N.J.: John Wiley & Sons, 2006. 440 p.
  7. Hagen N.A., Kudenov M.W. Review of snapshot spectral imaging technologies // Opt. Eng. 2013. V. 52. № 9. P. 090901. https://doi.org/10.1117/1.OE.52.9.090901
  8. Bai L., Xu C., Wang C. A review of fusion methods of multi-spectral image // Optik. 2015. V. 126. № 24. P. 4804–4807. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2015.09.201
  9. Ortega S., Halicek M., Fabelo H., et al. Hyperspectral and multispectral imaging in digital and computational pathology: A systematic review [Invited] // Biomed. Opt. Exp. 2020. V. 11. № 6. P. 3195–3233. https://doi.org/10.1364/BOE.386338
  10. Akopdjanan Y.A., Machikhin A.S., Bilanchuk V.V., et al. Flight study of on-board enhanced vision system for all-weather aircraft landing // Proc. SPIE. 2014. V. 9292. P. 92920X. https://doi.org/10.1117/12.2075607
  11. Электронный ресурс URL: https://www.parrot.com/en/shop/accessories-spare-parts/other-drones/sequoia (Drones/Accessories & spare parts/Other drones/Parrot Sequoia).
  12. Электронный ресурс URL: https://www.geoscan.aero/ru/products/components/pollux (Продукты/Компоненты/ Geoscan Pollux).
  13. Электронный ресурс URL: https://www.imechyperspectral.com/en/real-time-hyperspectral-snapshot-cameras (Cameras/Real-time hyperspectral snapshot cameras).
  14. Katsunuma A., Kodama K. Imaging device including a front optical system having a movable focusing lens group // Patent US 9625789. 2017.
  15. Мачихин А.С., Батшев В.И., Неверов С.М. Способ бесконтактного измерения пространственного распределения температуры и излучательной способности объектов без сканирования // Патент РФ № 2721097. Бюл. 2020. № 14.
  16. Мачихин А.С., Батшев В.И., Крюков А.В. Способ одновременной регистрации мультиспектральных изображений // Патент РФ № 2800054. 2023.
  17. Ровенская Т.С., Крюков А.В. Методика расчета оптических схем широкоугольных реверсивных телеобъективов несимметричной конструкции // Вестник МГТУ. 2000. Т. 3. № 40. С. 109.
  18. Анитропова-Лившиц И.Л., Бронштейн И.Г. Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком // Патент № 2133488. 1999.
  19. Андреев Л.Н., Ежова В.В., Бахолдин А.В. и др. Синтез объективов с вынесенным зрачком и телецентрическим ходом лучей // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 12. С. 30–34. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2018-85-12-30-34
  20. Zolotukhina A., Machikhin A., Guryleva A., et al. Extraction of chlorophyll concentration maps from AOTF hyperspectral imagery // Front Environ Sci. 2023. V. 11. P. 480. https://doi.org/10.3389/fenvs.2023.1152450
  21. Knipling E.B. Physical and physiological basis for the reflectance of visible and near infrared radiation from vegetation // Remote Sensing of Environment. 1970. V. 1. № 3. P. 155–159. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(70)80021-9