vestnovsuВестник Новгородского государственного университетаVestnik of Novgorod State University2076-8052Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого10.34680/2076-8052.2023.5(134).680-687vestnovsu-260Research ArticleСтатьиКомпьютерное моделирование процесса формирования изображений в гиперспектральной системе на базе интерферометра Фабри-ПероComputer simulation of the imaging process in a hyperspectral system based on the Fabry-Perot interferometerhttps://orcid.org/0009-0003-1585-6792ГареевВ. М.GareevV. M.

Гареев Владимир Михайлович – кандидат технических наук, доцент, заведующий лабораторией «Техническое зрение»

 Великий Новгород 

 Veliky Novgorod 

 

Vladimir.Gareev@novsu.ruhttps://orcid.org/0009-0007-1392-2169ГареевМ. В.GareevM. V.

Гареев Михаил Владимирович – ведущий инженер лаборатории «Техническое зрение»

 Великий Новгород 

 Veliky Novgorod 

Mikhail.Gareev@novsu.ruhttps://orcid.org/0009-0005-3177-2040КорнышевН. П.KornyshevN. P.

Корнышев Николай Петрович – доктор технических наук, доцент, профессор, инженер лаборатории «Техническое зрение», 

 Великий Новгород 

 Veliky Novgorod 

Nikolai.Kornishev@novsu.ruhttps://orcid.org/0009-0000-5994-5090СеребряковД. А.SerebriakovD. A.

Серебряков Дмитрий Александрович – инженер лаборатории «Техническое зрение»

 Великий Новгород 

 Veliky Novgorod 

s231099@std.novsu.ruhttps://orcid.org/0009-0009-1998-8868БыстровН. Е.BystrovN. E.

Быстров Николай Егорович – доктор технических наук, доцент, главный научный сотрудник, профессор

 Великий Новгород 

 Veliky Novgorod 

Nikolay.Bystrov@novsu.ruНовгородский государственный университет имени Ярослава МудрогоРоссияYaroslav-the-Wise Novgorod State UniversityRussian Federation20230502202405(134)680687Copyright © Гареев В.М., Гареев М.В., Корнышев Н.П., Серебряков Д.А., Быстров Н.Е., 20242024Гареев В.М., Гареев М.В., Корнышев Н.П., Серебряков Д.А., Быстров Н.Е.Gareev V.M., Gareev M.V., Kornyshev N.P., Serebriakov D.A., Bystrov N.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnovsu.elpub.ru/jour/article/view/260

 

В статье рассматриваются вопросы компьютерного моделирования процессов формирования спектральных изображений в гиперспектральной системе на основе интерферометра Фабри-Перо, предназначенной для работы в видимом диапазоне спектра. Рассматривается математическая модель гиперспектральной системы и ее основные варьируемые параметры для оценки получаемых характеристик спектральной избирательности. Приводится структурная схема, иллюстрирующая процесс моделирования. Приводятся результаты компьютерного моделирования. Приводятся характеристики спектральной избирательности, полученные при компьютерном моделировании, в зависимости от величины воздушного зазора между зеркальными пластинами интерферометра Фабри-Перо, при фиксированном угле падения лучистого потока. Показана возможность одноканальной и трехканальной регистрации спектральных откликов интерферометра, соответствующих RGB каналам стандартного цветного матричного фотоприемника. Анализируются варианты структурных схем гиперспектральной системы, исходя из имеющихся компромиссов между чувствительностью системы, ее спектральной избирательностью, быстродействием, точностью, разрешающей способностью и сложностью реализации.

The article deals with the issues of computer simulation of the processes of spectral image formation in a hyperspectral system based on the Fabry-Perot interferometer, designed to work in the visible spectrum. A mathematical model of a hyperspectral system and its main variable parameters for evaluating the obtained characteristics of spectral selectivity are considered. A block diagram illustrating the simulation process is given. The results of computer simulation are presented. The characteristics of spectral selectivity obtained by computer simulation are given, depending on the air-gap distance between the mirror plates of the Fabry-Perot interferometer at a fixed angle of incidence of the radiant flux. The possibility of singlechannel and three-channel registration of spectral responses of the interferometer corresponding to RGB channels of a standard color matrix photodetector is shown. The variants of the structural schemes of the hyperspectral system are analyzed based on the existing compromises between the sensitivity of the system, its spectral selectivity, speed, accuracy, resolution, and complexity of implementation.

гиперспектральная системаФабри–Перо интерферометркомпьютерное моделированиеhyperspectral systemFabry–Perot interferometercomputer simulationReferencesPisani M., Zucco M. Fourier transform based hyperspectral imaging // Fourier Transforms – approach to Scientific Principles / Edited by G. Nikolic. Rijeka (Croatia), 2011. P. 427-446. DOI: 10.5772/15464Pisani M., Zucco M. Fourier transform based hyperspectral imaging // Fourier Transforms – approach to Scientific Principles / Edited by G. Nikolic. Rijeka (Croatia), 2011. P. 427-446. DOI: 10.5772/15464Nie Y., Xiangli B., Zhou J., Wei X. Design of airborne imaging spectrometer based on curved prism // International Conference on Optical Instruments and Technology: Optical Systems and Modern Optoelectronic Instruments, 6-9 november 2011. Beijng (China), 2011. Vol. 8197. P. 81970U. DOI:10.1117/12.904270Nie Y., Xiangli B., Zhou J., Wei X. Design of airborne imaging spectrometer based on curved prism // International Conference on Optical Instruments and Technology: Optical Systems and Modern Optoelectronic Instruments, 6-9 november 2011. Beijng (China), 2011. Vol. 8197. P. 81970U. DOI:10.1117/12.904270Zhou G., Cheo K. K. L., Du Y., Chau F. S., Feng H., Zhang Q. Hyperspectral imaging using a microelectrical-mechanical-systems-based in-plane vibratory grating scanner with a single photodetector // Optics Letters. 2009. 34(6). 764-766. DOI: 10.1364/ol.34.000764Zhou G., Cheo K. K. L., Du Y., Chau F. S., Feng H., Zhang Q. Hyperspectral imaging using a microelectrical-mechanical-systems-based in-plane vibratory grating scanner with a single photodetector // Optics Letters. 2009. 34(6). 764-766. DOI: 10.1364/ol.34.000764Gat N. Imaging spectroscopy using tunable filters: a review // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2000. 4056. 50-64. DOI: 10.1117/12.381686Gat N. Imaging spectroscopy using tunable filters: a review // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2000. 4056. 50-64. DOI: 10.1117/12.381686Barducci A., Guzzi D., Lastri C., Marcoionni P., Nardino V., Pippi I. Theoretical aspects of Fourier transform spectrometry and common path triangular interferometers // Optics Express. 2010. 18(11). 11622-11649. DOI: 10.1364/OE.18.011622Barducci A., Guzzi D., Lastri C., Marcoionni P., Nardino V., Pippi I. Theoretical aspects of Fourier transform spectrometry and common path triangular interferometers // Optics Express. 2010. 18(11). 11622-11649. DOI: 10.1364/OE.18.011622Naylor D. A., Gom B. G. SCUBA-2 imaging Fourier transform spectrometer // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2004. 5159. 91-101. DOI: 10.1117/12.506395Naylor D. A., Gom B. G. SCUBA-2 imaging Fourier transform spectrometer // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2004. 5159. 91-101. DOI: 10.1117/12.506395Alcock R., Coupland J. A compact, high numerical aperture imaging Fourier transform spectrometer and its application // Measurement Science and Technology. 2006. 17(11). 2861-2868. DOI: 10.1088/0957-0233/17/11/001Alcock R., Coupland J. A compact, high numerical aperture imaging Fourier transform spectrometer and its application // Measurement Science and Technology. 2006. 17(11). 2861-2868. DOI: 10.1088/0957-0233/17/11/001Бельский А. Б. Применение гиперспектрометров для решения задач по обнаружению, распознаванию объектов в составе вертолетов // Актуальные вопросы исследований в авионике: теория, обслуживание, разработки: сборник докладов VI Международной научно-практической конференции «АВИАТОР», Воронеж, 14–15 февраля 2019 г. Воронеж, ВУНЦ ВВС «ВВА», 2019. С. 91-97.Bel'skii A. B. Primenenie giperspektrometrov dlia resheniia zadach po obnaruzheniiu, raspoznavaniiu ob"ektov v sostave vertoletov [Application of hyperspectrometers in detecting and recognising the objects as part of helicopters] // Aktual'nye voprosy issledovanii v avionike: teoriia, obsluzhivanie, razrabotki: sbornik dokladov VI Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «AVIATOR», Voronezh, 14–15 fevralia 2019 g. [Current issues of research in avionics: theory, maintenance, development. Collection of scientific articles based on the reports of the VI International Scientific and Practical Conference "AVIATOR" (February 14-15, 2019)]. Voronezh, VUNTs VVS «VVA» Publ. P. 91-97.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.