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: 10.17586/1023-5086-2023-90-11-79-89

УДК: 535.8

Пространственно-спектральная коррекция акустооптического видеоспектрометра

Шарикова М.О., Баландин И.А., Батшев В.И., Козлов А.Б.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Шарикова М.О., Баландин И.А., Батшев В.И., Козлов А.Б. Пространственно-спектральная коррекция акустооптического видеоспектрометра // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 11. С. 79–89. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-11-79-89

 

Sharikova М.O., Balandin I.A., Batshev V.I., Kozlov A.B. Spatial and spectral correction of acousto-optical videospectrometer [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 11. P. 79–89. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-11-79-89

Ссылка на англоязычную версию:

M. O. Sharikova, I. A. Balandin, V. I Batshev, and A. B. Kozlov, "Spatial and spectral correction of an acousto-optical imaging spectrometer," Journal of Optical Technology. 90 (11), 684-690 (2024). https://doi.org/10.1364/JOT.90.000684

Аннотация:

Предмет исследования. Пространственно-спектральные искажения, возникающие при акустооптической дифракции, которые необходимо учитывать при построении оптической системы и калибровке акустооптического прибора. Цель работы. Пространственно-спектральная коррекция видеоспектрометров на основе акустооптических перестраиваемых фильтров, разработка методики выравнивания коэффициента пропускания во всем рабочем спектральном диапазоне. Метод. Для получения неискаженных данных требуется корректировать как спектральные, так и пространственные неоднородности. Процедура калибровки состояла из аппаратной настройки акустооптического прибора и программно-математической коррекции. Управление функцией пропускания фильтра осуществляется двумя параметрами: частотой и мощностью ультразвука, которые в свою очередь определяются частотой и эффективной амплитудой электрического сигнала. Частота определяет положение функции пропускания, т.е. длину волны работы акустооптического фильтра. Амплитуда задает мощность ультразвука, которая определяет интенсивность прошедшего через фильтр излучения. Полный учет неравномерности коэффициента пропускания во всем спектральном диапазоне достигается постобработкой. Основные результаты. Предложена методика выравнивания мощности излучения за счет изменения подаваемой мощности ультразвука. Разработанное программное обеспечение позволяет минимизировать искажения, вносимые акустооптическими фильтрами, с целью визуальной оценки информации. Методика апробирована на видеоспектрометре ближнего инфракрасного диапазона с двойной акустооптической фильтрацией. Практическая значимость. Представленный метод дает возможность проводить аппаратную калибровку гиперспектральных устройств на основе акустооптических фильтров, а также осуществлять программную коррекцию отображаемых результатов в реальном времени. Разработанный метод универсален и подходит и для других видеоспектрометров на основе акустооптической фильтрации. Он позволит поднять акустооптические методы на более высокий уровень как в надежности полученных данных, так и в удобстве использования таких приборов.

Ключевые слова:

акустооптика, акустооптический фильтр, акустооптический видеоспектрометр, гиперспектральная визуализация, пространственно-спектральная калибровка

Благодарность:

работа выполнена в рамках Государственного задания НТЦ УП РАН (проект FFNS-2022-0010). Результаты получены с использованием оборудования Центра коллективного пользования НТЦ УП РАН

Коды OCIS: 230.1040

Список источников:
  1. Hennessy A., Clarke K., Lewis M. Hyperspectral classification of plants: A review of waveband selection generalisability // Remote Sens. 2020. V. 12. № 1. P. 113. https://doi.org/10.3390/rs12010113
  2. Carrasco O., Gomez R.B., Chainani A., et al. Hyperspectral imaging applied to medical diagnoses and food safety // Proc. SPIE. 2003. V. 5097. P. 215–221. https://doi.org/10.1117/12.502589
  3. Fischer C., Kakoulli I. Multispectral and hyperspectral imaging technologies in conservation: Current research and potential applications // Stud. Conserv. 2006. V. 51. P. 3–16. https://doi.org/10.1179/sic.2006.51.Supplement-1.3
  4. Gowen A.A., O’Donnell C.P., Cullen P.J., et al. Hyperspectral imaging — an emerging process analytical tool for food quality and safety control // Trends Food Sci. Technol. 2007. V. 18. № 12. P. 590–598. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2007.06.001
  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. Мачихин А.С., Пожар В.Э. Метод коррекции спектральных искажений для спектрометра изображений // Приборы и техника эксперимента. 2009. № 6. С. 92–98
  7. Spiclin Z., Katrasnik J., Bürmen M., et al. Geometric calibration of a hyperspectral imaging system // Appl. Opt. 2010. V. 49. № 15. P. 2813–2818. https://doi.org/10.1364/AO.49.002813
  8. Мачихин А.С., Шурыгин А.В., Пожар В.Э. Пространственно-спектральная калибровка акустооптического спектрометра // приборы и техника эксперимента. 2016. № 5. С. 70–76. https://doi.org/10.7868/S003281621604025X
  9. Katrašnik J., Pernuš F., Likar B. Radiometric calibration and noise estimation of acousto-optic tunable filter hyperspectral imaging systems // Appl. Opt. 2013. V. 52. № 15. P. 3526–3537. https://doi.org/10.1364/AO.52.003526
  10. Healey G.E., Kondepudy R. Radiometric CCD camera calibration and noise estimation // IEEE. Trans. Pattern. Anal. 1994. V. 16. № 3. P. 267–276. https://doi.org/10.1109/34.276126
  11. Bürmen M., Pernuš F., Likar B. Spectral characterization of near-infrared acousto-optic tunable filter (AOTF) hyperspectral imaging systems using standard calibration materials // Appl. Spectrosc. 2011. V. 65. № 4. P. 393–401. https://doi.org/10.1366/10-05987
  12. Yu K., Guo Q., Zhao H., Cheng C.et al. The calibration methods of geometric parameters of crystal for mid-infrared acousto-optic tunable filter-based imaging systems design // Materials. 2023. V. 16. № 6. P. 2341. https://doi.org/10.3390/ma16062341
  13. Rui X., Zhiping H., Hu Z., et al. Calibration of imaging spectrometer based on acousto-optic tunable filter (AOTF) // Proc. SPIE. 2012. V. 8527. P. 85270S. https://doi.org/10.1117/12.977434
  14. Goutzoulis A., Pape D.R., Kulakov S. Design and fabrication of acousto-optic devices. USA, Boca Raton, FL: CRC Press, 1994. 520 p.
  15. Молчанов В.Я., Китаев Ю.И., Колесников А.И. и др. Теория и практика современной акустооптики. М.: МИСиС, 2015. 458 с.
  16. Batshev V., Machikhin A., Gorevoy A., et al. Spectral imaging experiments with various optical schemes based on the same AOTF // Materials. 2021. № 14. P. 2984. https:// doi.org/10.3390/ma14112984
  17. Мачихин А.С., Батшев В.И., Пожар В.Э. и др. Минимизация аберраций акустооптического видеоспектрометра ближнего инфракрасного диапазона путём оптимизации параметров перестраиваемого фильтра // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 12. С. 59–64. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-12-59-64
  18. Gorevoy A., Machikhin A., Martynov G., Pozhar V., et al. Computational technique for field-of-view expansion in AOTF-based imagers // Opt. Lett. 2022. V. 47. № 3. P. 585–588. https://doi.org/10.1364/OL.438374
  19. Баландин И.А., Шарикова М.О., Батшев В.И. и др. Видеоспектрометр ближнего инфракрасного диапазона с использованием двойного акустооптического фильтра // Тез. докл. XVII междунар. конф. «Оптические методы исследования потоков» — ОМИП-2023. Москва, Россия. 26–30 июня 2023. С. 451–455.