Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Бейнелеу спектрометрі - объектінің немесе сахнаның спектрлік ажыратылған бейнесін алу үшін гиперспектральды бейнелеуде және бейнелеу спектроскопиясында қолданылатын аспап, әдетте, бейнеленген объектінің құрамын талдауды қолдау үшін. Пиксел үшін шығарылған спектрлік деректерді деректердің үш өлшемді бейнелеуіне байланысты көбінесе деректік куб деп атайды. Суреттің екі осьтері тік және көлденең қашықтыққа, ал үшіншісі толқын ұзындығына сәйкес келеді. Жұмыс принципі қарапайым спектрометрдің жұмысына ұқсас, бірақ бейне сапасының жақсаруы үшін оптикалық аберрациялардан аулақ болу үшін ерекше назар аударылады. Бейнелеу спектрометрлерінің үлгілері: сүзгіленген камера, шүберек сканері, шүберек сканері, интегралды өрістік спектрограф (немесе байланысты өлшемді қайта пішімдеу әдістері), клиндік бейнелеу спектрометрі, Фурье трансформациясы бейнелеу спектрометрі, компьютерлік томографиялық бейнелеу спектрометрі (CTIS), бейнелерді қайталау бейнелеу спектрометрі (IRIS), кодталған диафрагмалық сынды спектралдық бейнелеу (CASSI) және бейне карталау спектрометрі (IMS).
An imaging spectrometer is an instrument used in hyperspectral imaging and imaging spectroscopy to acquire a spectrally resolved image of an object or scene, usually to support analysis of the composition the object being imaged. The spectral data produced for a pixel is often referred to as a datacube due to the three dimensional representation of the data. Two axes of the image correspond to vertical and horizontal distance and the third to wavelength. The principle of operation is the same as that of the simple spectrometer, but special care is taken to avoid optical aberrations for better image quality. Example imaging spectrometer types include: filtered camera, whiskbroom scanner, pushbroom scanner, integral field spectrograph (or related dimensional reformatting techniques), wedge imaging spectrometer, Fourier transform imaging spectrometer, computed tomography imaging spectrometer (CTIS), image replicating imaging spectrometer (IRIS), coded aperture snapshot spectral imager (CASSI), and image mapping spectrometer (IMS).
Принцип
Бейнелеу спектрометрлері жарық пен электромагниттік жарықтың спектрлік құрамын өлшеу үшін қолданылады. Жиналған спектрлік деректер операторға сәулелену көздерін түсіндіру үшін қолданылады. Призмалы спектрометрлер сәулеленуді призма арқылы сыну элементі ретінде таратудың классикалық әдісін қолданады. Суретке түсіру спектрометрі сәулелену көзін көз кескіш арқылы "сынық" деп аталатын жерге түсіру арқылы жұмыс істейді. Коллиматор сәулелерді рефракциялық призма арқылы шашыратып, оны фоторезонанс арқылы анықтау жүйесіне түсіреді. Айналадағы көздің ең жақсы суретін шығару үшін ерекше қамқорлық қажет. Коллиматор мен бейнелеу оптикасының мақсаты - ойықтың мүмкіндігінше жақсы суретін алу. Бұл кезеңде элементтердің аймақтық массиві детекторлық жүйені толтырады. Суреттің қайнар көзі әр нүктесі детектор массиві деп аталатын тізімде сызық спектрі ретінде қайтадан бейнеленеді. Детектор массивтік сигналдары спектрлік мазмұнға қатысты, атап айтқанда, көз ауданындағы кеңістікте шешілген көз нүктелерін береді. Бұл көз нүктелері ойыққа түсіріледі, содан кейін детектор массивіне қайта түсіріледі. Сонымен қатар, жүйе көз ауданы және оның кеңістіктегі нүктелер сызығы туралы спектрлік ақпарат береді. Содан кейін сызық спектрлік мазмұны туралы ақпараттың дерекқорын құру үшін сканерленеді.
Imaging spectrometers are used specifically for the purpose of measuring the spectral content of light and electromagnetic light. The spectral data gathered is used to give the operator insight into the sources of radiation. Prism spectrometers use a classical method of dispersing radiation by means of a prism as a refracting element. The imaging spectrometer works by imaging a radiation source onto what is called a "slit" by means of a source imager. A collimator collimates the beam that is dispersed by a refracting prism and re imaged onto a detection system by a re imager. Special care is taken to produce the best possible image of the source onto the slit. The purpose of the collimator and re imaging optics are to take the best possible image of the slit. An area array of elements fills the detection system at this stage. The source image is reimaged, every point, as a line spectrum on what is called a detector array column. The detector array signals supply data pertaining to spectral content, in particular, spatially resolved source points inside source area. These source points are imaged onto the slit and then re imaged onto the detector array. Simultaneously, the system provides spectral information about the source area and its line of spatially resolved points. The line is then scanned in order to build a database of information about the spectral content.
Планеталарды бақылау
Суретке түсіру спектрометрлерінің практикалық қолданылуы - олар Жер планетасын орбиталық спутниктерден бақылау үшін қолданылады. Спектрометр суреттегі барлық түсті нүктелерді жазып отырады, сондықтан спектрометр деректерді жазу үшін Жердің бетінің белгілі бір бөліктеріне бағытталған. Спектрлік мазмұнның артықшылықтары өсімдіктерді анықтау, физикалық жағдайды талдау, ықтимал кен өндіру мақсатында минералдарды анықтау және мұхиттардағы, жағалау аймақтарындағы және ішкі су жолдарындағы ластанған суларды бағалау. Призмалы спектрометрлер Жерді бақылау үшін өте қолайлы, өйткені олар кең спектрлік диапазонды тиімді өлшейді. Спектрометрлерді 400 нм-ден 2500 нм-ге дейінгі диапазонды қамтитын етіп орнатуға болады, бұл ұшақ пен спутник арқылы Жерді бақылай алатын ғалымдарды қызықтырады. Призмалық спектрометрдің спектрлік ажыратылуы көптеген ғылыми қолданбалар үшін қолайлы емес; сондықтан оның мақсаты кеңістіктік ауытқулары бар аймақтардың спектрлік мазмұнын жазуға арналған. Венераның орбитасында орналасқан Венера экспресі NIR мен UV сәулелерін қамтитын бірнеше бейнелеу спектрометрлері бар еді.
The practical application of imaging spectrometers is they are used to observe the planet Earth from orbiting satellites. The spectrometer functions by recording all points of color on a picture, thus, the spectrometer is focused on specific parts of the Earth's surface to record data. The advantages of spectral content data include vegetation identification, physical condition analysis, mineral identification for the purpose of potential mining, and the assessment of polluted waters in oceans, coastal zones and inland waterways. Prism spectrometers are ideal for Earth observation because they measure wide spectral ranges competently. Spectrometers can be set to cover a range from 400 nm to 2,500 nm, which interests scientists who are able to observe Earth by means of aircraft and satellite. The spectral resolution of the prism spectrometer is not desirable for most scientific applications; thus, its purpose is specific to recording spectral content of areas with greater spatial variations. Venus express, orbiting Venus, had a number of imaging spectrometers covering NIR vis UV.
Кемшіліктер
Призмалық спектрометрдің линзалары коллимация мен қайта бейнелеу үшін де қолданылады; алайда бейнелеу спектрометрі өзінің өнімділігі коллиматорлар мен қайта бейнелеушілер ұсынатын бейне сапасымен шектеледі. Әр толқын ұзындығындағы ойық кескіннің ажыратылуы кеңістіктік ажыратылуын шектейді; сол сияқты, әр толқын ұзындығындағы ойық кескіндегі оптиканың ажыратылуы спектралдық ажыратылуын шектейді. Сонымен қатар, әр толқын ұзындығында жарық кескінінің бұрмалануы спектрлік деректерді түсіндіруді қиындатады. Бейнелеу спектрометріне қолданылатын сынушы линзалар өнімділігін линзаның осьтік хроматикалық аберрацияларымен шектейді. Бұл хроматикалық аберрациялар жаман, өйткені олар жақсы шешімді болдырмайтын фокус айырмашылығын тудырады; дегенмен, диапазон шектелсе, жақсы шешімге қол жеткізуге болады. Сонымен қатар, хроматикалық аберрацияларды толық көрінетін диапазон бойынша екі немесе одан да көп сынушы материалдарды қолдану арқылы түзетуге болады. Оптикалық күрделіліксіз кең спектрлік диапазондағы хроматикалық аберрацияларды түзету қиын.
The lenses of the prism spectrometer are used for both collimation and re imaging; however, the imaging spectrometer is limited in its performance by the image quality provided by the collimators and re imagers. The resolution of the slit image at each wavelength limits spatial resolution; likewise, the resolution of optics across the slit image at each wavelength limits spectral resolution. Moreover, distortion of the slit image at each wavelength can complicate the interpretation of the spectral data. The refracting lenses used in the imaging spectrometer limit performance by the axial chromatic aberrations of the lens. These chromatic aberrations are bad because they create differences in focus, which prevent good resolution; however, if the range is restricted it is possible to achieve good resolution. Furthermore, chromatic aberrations can be corrected by using two or more refracting materials over the full visible range. It is harder to correct chromatic aberrations over wider spectral ranges without further optical complexity.
Жүйелер
Өте кең спектрлік диапазонға арналған спектрометрлер барлық айна жүйелерімен жасалса, жақсы. Бұл жүйелерде хроматикалық аберрациялар жоқ, сондықтан олар артық. Екінші жағынан, бір нүктелі немесе сызықтық массивті анықтау жүйелері бар спектрометрлерге қарапайым айна жүйелері қажет. Аймақтық массив детекторларын пайдаланатын спектрометрлерге жақсы ажырату қабілетін қамтамасыз ету үшін күрделі айна жүйелері қажет. Барлық ауытқуларды болдырмайтын коллиматор жасау мүмкін, бірақ бұл дизайн қымбат, өйткені ол асфералық айналарды пайдалануды қажет етеді. Кішірек екі айналы жүйелер аберрацияларды түзете алады, бірақ олар спектрометрлерді бейнелеуге жарамсыз. Үш айналы жүйелер компактты және аберрацияларды да түзетеді, бірақ оларға кем дегенде екі асперсиялық компонент қажет. Төрт айнадан көп жүйелер үлкен және күрделі болады. Катадиоптрикалық жүйелер Imagine спектрометрлерінде қолданылады және олар да компактты; алайда, коллиматор немесе бейнелеуші екі қисық айнадан және үш сынушы элементтен тұрады, сондықтан жүйе өте күрделі. Алайда оптикалық күрделілік қолайсыз, өйткені әсерлер барлық оптикалық беттерді шашыратады және адасқан шағылыстар. Шашыраңқы сәуле детекторға еніп, оған кедергі келтіріп, жазылған спектрлерде қателерге әкелуі мүмкін. Қаңғыраған сәулеленуді қаңғыраған жарық деп атайды. Шашырауға ықпал ететін беттердің жалпы санын шектеуі арқылы ол теңдеуге шашыраңқы жарықтың енгізілуін шектейді. Суретке түсіретін спектрометрлер жақсы ажыратылған суреттерді шығару үшін арналған. Бұл үшін бейнелеу спектрометрлері аз оптикалық беттермен және асфералық оптикалық беттерсіз жасалуы қажет.
Spectrometers intended for very wide spectral ranges are best if made with all mirror systems. These particular systems have no chromatic aberrations, and that is why they are preferable. On the other hand, spectrometers with single point or linear array detection systems require simpler mirror systems. Spectrometers using area array detectors need more complex mirror systems to provide good resolution. It is conceivable that a collimator could be made that would prevent all aberrations; however, this design is expensive because it requires the use of aspherical mirrors. Smaller two mirror systems can correct aberrations, but they are not suited for imaging spectrometers. Three mirror systems are compact and correct aberrations as well, but they require at least two asperical components. Systems with more than four mirrors tend to be large and a lot more complex. Catadioptric systems are used in Imagine Spectrometers and are compact, too; however, the collimator or imager will be made up of two curved mirrors and three refracting elements, and thus, the system is very complex. Optical complexity is unfavorable, however, because effects scatter all optical surfaces and stray reflections. Scattered radiation can interfere with the detector by entering into it and causing errors in recorded spectra. Stray radiation is referred to as stray light. By limiting the total number of surfaces that can contribute to scatter, it limits the introduction of stray light into the equation. Imaging spectrometers are meant to produce well resolved images. In order for this to occur, imaging spectrometers need to be made with few optical surfaces and have no aspherical optical surfaces.