RU130698U1 - HYPERSPECTROMETER - Google Patents

HYPERSPECTROMETER Download PDF

Info

Publication number
RU130698U1
RU130698U1 RU2012142995/28U RU2012142995U RU130698U1 RU 130698 U1 RU130698 U1 RU 130698U1 RU 2012142995/28 U RU2012142995/28 U RU 2012142995/28U RU 2012142995 U RU2012142995 U RU 2012142995U RU 130698 U1 RU130698 U1 RU 130698U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hyperspectrometer
diaphragm
photodetector
slit
dispersing element
Prior art date
Application number
RU2012142995/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Дмитриевич Родионов
Александр Петрович Калинин
Алексей Игоревич Родионов
Ирина Петровна Родионова
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Реагент"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Реагент" filed Critical Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Реагент"
Priority to RU2012142995/28U priority Critical patent/RU130698U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU130698U1 publication Critical patent/RU130698U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

1. Гиперспектрометр, содержащий входной объектив, диафрагму с центральной щелью, коллимирующий узел, диспергирующий элемент, выходной объектив, фотоприемное устройство с матрицей и электронный блок управления, отличающийся тем, что с обеих сторон щелевой диафрагмы установлены и плотно прилегают к ней оптически прозрачные пластины.2. Гиперспектрометр по п.1, отличающийся тем, что пластины выполнены из стекла и имеют толщину от 0,5 мм до 5,0 мм.3. Гиперспектрометр по п.1, отличающийся тем, что ширина щели составляет от 10 мкм до 30 мкм.4. Гиперспектрометр по п.1, отличающийся тем, что в качестве диспергирующего элемента применяют призму или дифракционную решетку.5. Гиперспектрометр по п.1, отличающийся тем, что в качестве фотоприемной матрицы применяют ПЗС или КМОП матрицы.1. A hyperspectrometer containing an input lens, a diaphragm with a central slit, a collimating unit, a dispersing element, an output lens, a photodetector with a matrix, and an electronic control unit, characterized in that the optically transparent plates are mounted on both sides of the slotted diaphragm and fit tightly to it. 2. The hyperspectrometer according to claim 1, characterized in that the plates are made of glass and have a thickness of from 0.5 mm to 5.0 mm. The hyperspectrometer according to claim 1, characterized in that the slit width is from 10 μm to 30 μm. The hyperspectrometer according to claim 1, characterized in that a prism or diffraction grating is used as the dispersing element. The hyperspectrometer according to claim 1, characterized in that a CCD or CMOS sensor is used as the photodetector array.

Description

Заявляемая полезная модель относится к гиперспектрометрам то есть к устройствам дистанционного зондирования, а более конкретно к устройству гиперспектральной регистрации оптического излучения.The inventive utility model relates to hyperspectrometers, that is, to remote sensing devices, and more particularly to a hyperspectral registration device for optical radiation.

Гиперспектральное дистанционное зондирование объектов различной природы с подвижных (космический аппарат, самолет, вертолет, автомобиль, поезд и т.д.) обеспечивает идентификацию объектов и их элементного состава.Hyperspectral remote sensing of objects of various nature from mobile (spacecraft, aircraft, helicopter, car, train, etc.) provides identification of objects and their elemental composition.

Идентификация объектов при гиперспектральных измерениях базируется на способностях этих зондируемых объектов поглощать и отражать световые волны. Фундаментальной основой метода дистанционного зондирования является возможность установления соответствия между регистрируемым отраженным оптическим сигналом и элементным составом отражающей поверхности. В качестве подсветки зондируемых объектов может использоваться искусственное излучение, а также солнечное излучение.The identification of objects during hyperspectral measurements is based on the ability of these probed objects to absorb and reflect light waves. The fundamental basis of the remote sensing method is the possibility of establishing a correspondence between the recorded reflected optical signal and the elemental composition of the reflecting surface. Artificial radiation, as well as solar radiation, can be used to illuminate probed objects.

Информационной характеристикой гиперспектральных измерений является спектр отраженного зондируемым объектом излучения как функция длины волны и параметров его состояния. Высокая чувствительность коэффициентов отражения разнородных объектов на различных длинах волн выделяет гиперспектральный метод среди других методов дистанционного зондирования. Данные гиперспектральных измерений бывают особенно полезны для решения сложных задач обнаружения объектов, идентификации их состава и происходящих в них процессов, выделения отличий между очень близкими классами объектов, оценки биохимических и геофизических параметров и т.п. Только гиперспектральные измерения могут выявить малые спектральные различия между отдельными элементами зондируемых объектов.An information characteristic of hyperspectral measurements is the spectrum of radiation reflected by the probed object as a function of wavelength and its state parameters. The high sensitivity of the reflection coefficients of dissimilar objects at different wavelengths distinguishes the hyperspectral method from other methods of remote sensing. Hyperspectral measurements are especially useful for solving complex problems of detecting objects, identifying their composition and processes occurring in them, highlighting differences between very close classes of objects, assessing biochemical and geophysical parameters, etc. Only hyperspectral measurements can reveal small spectral differences between the individual elements of the probed objects.

Известен гиперспектрометр, используемой для дистанционного зондирования земной поверхности (Калинин А.П., Орлов А.Г. и Родионов И. Д., «Вестник московского государственного технического университета имени Н.Э.Баумана», №3 (64), 2006 г. с.11-25.), который содержит входной объектив, диафрагму с узкой центральной щелью, коллимирующий узел, диспергирующий элемент, выходной объектив, фотоприемное устройство с матрицей и электронный блок управления. В состав названного блока входит встроенный процессор.The hyperspectrometer used for remote sensing of the earth's surface is known (Kalinin A.P., Orlov A.G. and Rodionov I.D., "Bulletin of Moscow State Technical University named after N.E. Bauman", No. 3 (64), 2006 (p. 11-25.), which contains an input lens, a diaphragm with a narrow central slit, a collimating unit, a dispersing element, an output lens, a photodetector with a matrix, and an electronic control unit. The structure of the named unit includes an integrated processor.

Известный гиперспектрометр построен по схеме «pushbroom», в которой используется диафрагма с узкой щелью, обеспечивающей обзор узкой полосы на поверхности объекта.The well-known hyperspectrometer is built according to the “pushbroom” scheme, in which a diaphragm with a narrow slit is used, which provides an overview of a narrow strip on the surface of the object.

Недостатком известного гиперспектрометра является отсутствие помехозащищенности от воздействия пылевых частиц, присутствующих в окружающей среде. Вследствие использования узких щелевых диафрагм, размером порядка десятков мкм, небольшие пылевые частицы, попадающие на щель, могут вносить искажения в получаемые изображения (отображаться в виде темных полос).A disadvantage of the known hyperspectrometer is the lack of noise immunity from exposure to dust particles present in the environment. Due to the use of narrow slit diaphragms, of the size of the order of tens of microns, small dust particles falling on the slit can introduce distortions into the resulting images (displayed as dark stripes).

Задачей настоящей полезной модели является создание гиперспектрометра с пылезащищенным диафрагменным узлом.The objective of this utility model is to create a hyperspectrometer with a dustproof diaphragm assembly.

Техническим результатом является повышение качества гиперспектральных изображений.The technical result is to improve the quality of hyperspectral images.

Поставленная задача и необходимый технический результат достигаются тем, что в гиперспектрометре, содержащем входной объектив, диафрагму с центральной щелью, коллимирующий узел, диспергирующий элемент, выходной объектив, фотоприемное устройство с матрицей и электронный блок управления, с обеих сторон щелевой диафрагмы установлены и плотно прилегают к ней оптически прозрачные пластины (образующие пылезащищенный диафрагменный узел).The task and the necessary technical result are achieved by the fact that in a hyperspectrometer containing an input lens, a diaphragm with a central slit, a collimating unit, a dispersing element, an output lens, a photodetector with a matrix and an electronic control unit, are installed on both sides of the slotted diaphragm and fit snugly against optically transparent plates (forming a dustproof diaphragm assembly).

Пластины могут выполняться из стекла и имеют толщину от 0,5 до 5.0 мм. Ширина центральной щели в диафрагме составляет от 0.01 до 0.03 мм. В качестве диспергирующего элемента возможно применение призмы или дифракционной решетки, а в качестве фотоприемных матриц возможно использованиет ПЗС или КМОП матриц.The plates can be made of glass and have a thickness of 0.5 to 5.0 mm. The width of the central slit in the diaphragm is from 0.01 to 0.03 mm. A prism or diffraction grating can be used as a dispersing element, and CCD or CMOS matrices can be used as photodetector arrays.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами, где:The essence of the proposed utility model is illustrated by figures, where:

на фиг.1 показан гиперспектральный снимок с линиями, которые возникли вследствие наличия пылинок на диафрагменной щели;figure 1 shows a hyperspectral image with lines that arose due to the presence of dust particles on the diaphragm gap;

на фиг.2 схематически показана полоса мгновенного поля зрения гиперспектрометра типа «pushbroom» с узкой щелью;figure 2 schematically shows the strip of the instantaneous field of view of the hyperspectrometer type "pushbroom" with a narrow gap;

на фиг.3 представлена функциональная схема полезной модели;figure 3 presents a functional diagram of a utility model;

на фиг.4 схематически представлен диафрагменный узел, образованный диафрагмой с защитными пластинами, на одной из которых осела пылинка;figure 4 schematically shows a diaphragm assembly formed by a diaphragm with protective plates, on one of which a speck of dust settled;

на фиг.5 представлены результаты моделирования хода лучей через диафрагменную щель и их отображение на поверхности фотоприемной матриц: а - случай без пылинки, б - с пылинкой на щели; в - с пылинкой на защитном стекле.figure 5 presents the results of modeling the path of the rays through the diaphragm slit and their display on the surface of the photodetector matrices: a - case without a speck of dust, b - with a speck of dust on the slit; c - with a speck of dust on a protective glass.

Фиг.1 приведена для иллюстрации влияния пылинок, осевших на диафрагме, на качество гиперспектрального изображения. Черные горизонтальные полосы, ухудшающие качество изображения, появились в результате оседания пылинок на щели диафрагмы.Figure 1 is given to illustrate the effect of dust particles deposited on the diaphragm on the quality of the hyperspectral image. Black horizontal stripes worsening image quality appeared as a result of dust particles settling on the diaphragm slit.

Заявляемая полезная модель гиперспектрометра сконструирована по схеме «pushbroom» и построение гиперспектрального изображения поясняется на фиг.2. В данном случае развертка изображения объекта по оси Х осуществляется за счет движения летательного аппарата, например, самолета, на борту которого установлен гиперспектрометр.The inventive utility model of the hyperspectrometer is designed according to the "pushbroom" scheme and the construction of the hyperspectral image is illustrated in figure 2. In this case, the image of the object is scanned along the X axis due to the movement of the aircraft, for example, an airplane, on board of which a hyperspectrometer is installed.

Конструктивная схема гиперспектрометра приведена на фиг.3. Гиперспектрометр содержит входной объектив 1, диафрагменный узел 2, коллимирующий узел 3, диспергирующий элемент 4, выходной объектив 5, фотоприемное устройство 6 с матрицей и электронный блок управления 7.The structural diagram of the hyperspectrometer is shown in figure 3. The hyperspectrometer contains an input lens 1, a diaphragm unit 2, a collimating unit 3, a dispersing element 4, an output lens 5, a photodetector 6 with a matrix, and an electronic control unit 7.

Диафрагменный узел 2 содержит диафрагму 8 с центральной щелью 9 (фиг.4). С обеих сторон диафрагмы, плотно прилегая к ее сторонам, установлены защитные пластины 10. Цифрой 11 обозначена пылинка внутри щели.The diaphragm assembly 2 comprises a diaphragm 8 with a central slot 9 (Fig. 4). On both sides of the diaphragm, tightly adjacent to its sides, protective plates 10 are installed. The number 11 denotes a speck of dust inside the slit.

На фиг.5 показаны результаты моделирования хода лучей через диафрагменную щель шириной 0.06 мм при толщине защитных пластин 2 мм и их отображение на поверхности фотоприемной матрицы:Figure 5 shows the results of modeling the path of rays through a diaphragm slot 0.06 mm wide with a thickness of protective plates of 2 mm and their display on the surface of the photodetector:

а - случай без пылинки,and - a case without a speck of dust,

б - с пылинкой диаметром 0.02 мм на щели;b - with a speck of dust with a diameter of 0.02 mm on the slit;

в - с пылинкой диаметром 0.02 мм на защитной пластине.c - with a speck of dust with a diameter of 0.02 mm on a protective plate.

Использованные в модельных расчетах размеры диафрагменной щели и пылинок соответствуют реальным размерам. Здесь на примере хода лучей от точечного источника, поступающих в объектив под разными углами в плоскости АБ (фиг.4), перпендикулярной диафрагме в пределах ширины щели. Цифрой 12 обозначены фрагменты поверхности фотоприемной матрицы, на которую проецируются прошедшие всю оптическую систему лучи для трех вышеуказанных случаев т.е.: без пылинки - а, с пылинкой на щели - б и с пылинкой на поверхности защитного стекла - в.The dimensions of the diaphragm gap and dust particles used in the model calculations correspond to the actual sizes. Here, as an example, the path of rays from a point source entering the lens at different angles in the plane AB (figure 4), perpendicular to the diaphragm within the width of the slit. Numeral 12 denotes fragments of the surface of the photodetector matrix onto which the rays transmitted through the entire optical system are projected for the three above cases, i.e.: without a dust particle - a, with a speck of dust on the slit - b and with a speck of dust on the surface of the protective glass - c.

В модельные расчеты была введена абберация объектива, для того чтобы отображение каждого луча на фотоприемной матрице имело бы некоторый размер. Следует отметить, что в целях удобства толщина защитных пластин на фиг.5 показана условно, так как в противном случае они вышли бы далеко за пределы рисунка.The aberration of the lens was introduced into the model calculations so that the display of each ray on the photodetector would have a certain size. It should be noted that for convenience, the thickness of the protective plates in figure 5 is shown conditionally, since otherwise they would have gone far beyond the boundaries of the figure.

Если принять за 100% интенсивность излучения, прошедшего на фотоприемную матрицу на фиг.5а, то для случая, соответствующего фиг.5б, проходит примерно 31%% интенсивности излучения, а для случая, показанного на фиг.5в, - 99.8%. В результате влияния пылинки, расположенной в диафрагменной щели (фиг.5б), на гиперспектральном изображении появляются темные линии (в данном модельном расчете шириной порядка для пылинки диаметром 0.02 мм ширина полосы будет порядка 0.01-0.015 мм). В случае пылинки диаметром d=0.02 мм, фокусного расстояния объектива f=20 мм и высоты полета носителя гиперспектрометра 1000 м темные полосы на фотоприемной матрице будут соответствовать 1 м на поверхности Земли.If we take the intensity of radiation transmitted to the photodetector matrix in Fig. 5a as 100%, then for the case corresponding to Fig. 5b, approximately 31 %% of the radiation intensity passes, and for the case shown in Fig. 5c, 99.8%. As a result of the influence of a dust particle located in the diaphragm slot (Fig. 5b), dark lines appear on the hyperspectral image (in this model calculation, the order width for a dust particle with a diameter of 0.02 mm will be about 0.01-0.015 mm wide). In the case of a dust particle with a diameter of d = 0.02 mm, a focal length of the lens f = 20 mm and a flight height of a hyperspectrometer carrier of 1000 m, the dark bands on the photodetector array will correspond to 1 m on the Earth's surface.

Проведенные испытания показали, что использование защитных пластин позволяет практически исключить влияние пылевых частиц в наиболее критическом узле (дифрагменная щель) на качество получаемых гиперспектральных изображений, что подтверждает промышленную применимость предлагаемого гиперспектрометра.The tests showed that the use of protective plates allows virtually eliminating the influence of dust particles in the most critical site (diffraction gap) on the quality of the obtained hyperspectral images, which confirms the industrial applicability of the proposed hyperspectrometer.

Claims (5)

1. Гиперспектрометр, содержащий входной объектив, диафрагму с центральной щелью, коллимирующий узел, диспергирующий элемент, выходной объектив, фотоприемное устройство с матрицей и электронный блок управления, отличающийся тем, что с обеих сторон щелевой диафрагмы установлены и плотно прилегают к ней оптически прозрачные пластины.1. A hyperspectrometer containing an input lens, a diaphragm with a central slit, a collimating unit, a dispersing element, an output lens, a photodetector with a matrix, and an electronic control unit, characterized in that the optically transparent plates are installed on both sides of the slotted diaphragm and fit tightly to it. 2. Гиперспектрометр по п.1, отличающийся тем, что пластины выполнены из стекла и имеют толщину от 0,5 мм до 5,0 мм.2. The hyperspectrometer according to claim 1, characterized in that the plates are made of glass and have a thickness of from 0.5 mm to 5.0 mm. 3. Гиперспектрометр по п.1, отличающийся тем, что ширина щели составляет от 10 мкм до 30 мкм.3. The hyperspectrometer according to claim 1, characterized in that the slit width is from 10 μm to 30 μm. 4. Гиперспектрометр по п.1, отличающийся тем, что в качестве диспергирующего элемента применяют призму или дифракционную решетку.4. The hyperspectrometer according to claim 1, characterized in that a prism or diffraction grating is used as the dispersing element. 5. Гиперспектрометр по п.1, отличающийся тем, что в качестве фотоприемной матрицы применяют ПЗС или КМОП матрицы.
Figure 00000001
5. The hyperspectrometer according to claim 1, characterized in that a CCD or CMOS sensor is used as the photodetector array.
Figure 00000001
RU2012142995/28U 2012-10-09 2012-10-09 HYPERSPECTROMETER RU130698U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012142995/28U RU130698U1 (en) 2012-10-09 2012-10-09 HYPERSPECTROMETER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012142995/28U RU130698U1 (en) 2012-10-09 2012-10-09 HYPERSPECTROMETER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU130698U1 true RU130698U1 (en) 2013-07-27

Family

ID=49156019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012142995/28U RU130698U1 (en) 2012-10-09 2012-10-09 HYPERSPECTROMETER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU130698U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801836C1 (en) * 2022-11-30 2023-08-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Fast hyperspectrometer with controlled spectral filter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801836C1 (en) * 2022-11-30 2023-08-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Fast hyperspectrometer with controlled spectral filter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11480509B2 (en) System and method for individual particle sizing using light scattering techniques
Castillón et al. State of the art of underwater active optical 3D scanners
Jenal et al. Development of a VNIR/SWIR multispectral imaging system for vegetation monitoring with unmanned aerial vehicles
JP2012526978A (en) Method and apparatus for measuring optical force acting on particles
Fiorentin et al. Calibration of an autonomous instrument for monitoring light pollution from drones
Wang et al. Principle and implementation of stokes vector polarization imaging technology
Vinogradov et al. A line of aviation hyperspectrometers in the UV, visible, and near-IR ranges
Yun et al. Sky luminance measurements using CCD camera and comparisons with calculation models for predicting indoor illuminance
US20160161338A1 (en) Dual Spectral Imager with No Moving Parts
Warren et al. Miniaturized visible near-infrared hyperspectral imager for remote-sensing applications
RU175758U1 (en) Wide Field Solar Sensor
RU130698U1 (en) HYPERSPECTROMETER
Zheng et al. Radiometric and design model for the tunable light-guide image processing snapshot spectrometer (TuLIPSS)
CN209283391U (en) The lens detecting device of distance element
CN103558160A (en) Method and system for improving resolution ratio of spectral imaging space
JP2011064686A (en) Quantum efficiency improvement device for array detector
ES2738912B2 (en) REAL-TIME MEASUREMENT SYSTEM OF THE ATMOSPHERIC ATTENUATION OF AN ELECTROMAGNETIC RADIATION FROM AT LEAST ONE SOURCE AND MEASUREMENT METHOD
Jobert et al. Miniature optical particle counter and analyzer involving a fluidic-optronic CMOS chip coupled with a millimeter-sized glass optical system
US9678251B2 (en) Optical head for receiving light and optical system using the same
JP5809674B2 (en) Light incident device and reflected light measuring device
Moreno-Ventas et al. ALTIUS instrument: a study of scattering effects
RU100636U1 (en) LIDAR SIGNAL RECORDING DEVICE
Rodeghiero et al. Illumination technique for the relative calibration of the ASTRI SST-2M camera
WO2023286323A1 (en) Sunshine recorder and sunshine measurement method
JP2019095280A (en) Spectroscopic measurement system and spectroscopic measurement method