Разработка принципов построения приборов для мультиспектральной съемки земной поверхности с повышенным спектральным разрешением и контрастом на основе дисперсионных селекторов : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель Е. С. Воропай

Abstract

Объектами исследования являлись принципиальные подходы и схемные решения для получения мультиспектральных изображений, методы увеличения спектрального и пространственного разрешения. Цель работы – разработка принципов построения и создание макетов оптических систем приборов с дисперсионной спектральной селекцией для мультиспектральной съемки в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах с улучшенными характеристиками по спектральному разрешению, подавлению фонового излучения и светопропусканию, предназначенных для наземного и бортового использования. Методология проведения работы: теоретический анализ, компьютерное моделирование, оптические расчеты, макетирование. Получено теоретическое описание спектральных характеристик монохроматора изображения с дифракционной решеткой и вычитанием дисперсии при обратном прохождении. Показано, что ширина выделяемой спектральной полосы в первом приближении не зависит от размера входной апертуры, а определяется размером отверстия в маске и дисперсией системы, при этом пространственное и спектральное разрешение не зависят друг от друга. Разработана оптическая система малоаберрационного монохроматора изображения с вычитанием дисперсии при обратном прохождении, достоинствами которой являются светосила, подавление излучения вне выделенного спектрального диапазона, простота спектральной перестройки. Разработан метод восстановления оптического спектра ограниченного спектрального диапазона по короткой интерферограмме с использованием генетического алгоритма, показавший в ходе численного моделирования улучшенную точность спектральной оценки по сравнению фурье-преобразованием, регуляризационным методом и ESPRIT. Преимуществами метода также являются отсутствие необходимости пост-обработки и фазовой коррекции интерферограмм, применимость для различных типов интерферограмм, включая негармонические. Инструментальная реализация метода может осуществляться посредством статического интерферометра, перед которым размещается скрещенная диспергирующая система, что позволяет получать на матричном фотодетекторе несколько интерферограмм разных спектральных диапазонов. В результате разработан и теоретически обоснован метод получения пространственно-спектральной информации при единовременной регистрации с использованием дисперсионных селекторов и многощелевых масок, обладающий улучшенными характеристиками по разрешению и светопропусканию с подавлением излучения с длиной волны вне выделенного спектрального диапазона. Изготовлено несколько вариантов многощелевых масок, создан макет дисперсионного многощелевого спектрометра, проведены экспериментальные наблюдения с использованием разных типов масок и призм малой дисперсии. Разработана система управления съемкой пространственно-спектральной картины. Разработанные принципы могут быть использованы для создания инструментов для мультиспектральной съемки земной поверхности с повышенным спектральным разрешением и контрастом. Полученные результаты могут использоваться при подготовке специалистов в современных областях прикладной спектроскопии в системе Министерства образования, в частности, в БГУ, БНТУ.