Восстановление и анализ спектров комбинационного рассеяния света, получаемых со статического фурье-спектрометра
Васильев Н.С., Винтайкин И.Б., Голяк Иг.С., Голяк Ил.С., Кочиков И.В., Фуфурин И.Л.

 

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия,
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Аннотация:
В статье решается задача восстановления спектров комбинационного рассеяния света в спектральном диапазоне 800–1050 нм, получаемых на макете статического фурье-спектрометра. Исследован характер искажений, вносимых оптической системой статического фурье-спектрометра. Предложен метод исправления оптических искажений. Метод апробирован на примере восстановления спектра монохроматического источника излучения. На основе анализа спектрограмм профилей интерференционных картин получена карта распределения периодов двумерной интерференционной картины. Построено отображение для исправления оптических искажений двумерной интерферограммы. Результаты исправления продемонстрированы на профилях интерференционных полос. В работе проведено сопоставление различных известных методов коррекции фазы с целью выявления оптимального способа для решаемой задачи. Предложен критерий соответствия восстановленных спектров эталонному спектру. В качестве эталонного использовался спектр комбинационного рассеяния света стильбена, зарегистрированного на дифракционном спектрометре с разрешением δν = 14 см–1.

Ключевые слова:
фурье-оптика, цифровая обработка сигналов, интерференционная картина, комбинационное рассеяние света, инфракрасная фурье-спектроскопия, обработка изображений, распознавание.

Цитирование:
Васильев, Н.С. Восстановление и анализ спектров комбинационного рассеяния света, получаемых со статического фурье-спектрометра / Н.С. Васильев, И.Б. Винтайкин, Иг.С. Голяк, Ил.С. Голяк, И.В. Кочиков, И.Л. Фуфурин // Компьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, № 5. – С. 626-635. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-5-626-635.

Литература:

  1. Golyak, I.S. Interferometer with rotating plate: Fundamentals / I.S. Golyak, A.N. Morozov, S.I. Svetlichnyi, I.L. Fufurin // Proceedings of the 2015 International Conference On Industrial Informatics, Machinery and Materials. – 2015. – P. 188-192. – ISBN: 978-1-60595-078-5.
  2. Jacquot, P. Conditions optiques d’emploi des cellules photo-electriques dans les spectrographs et les interferometers / P. Jacquot, J.C. Dufour // Journal des Recherches du Centre National de la Recherche Scientifique. – 1948. – Numéro 9. – P. 91-103.
  3. Fellget, P. A contribution to the theory of the multiplex interferometric spectrometer. I. – les principes généraux des méthodes nouvelles en spectroscopie interférentielle – A propos de la théorie du spectromètre interférentiel multiplex / P. Fellget // Journal de Physique et Le Radium. – 1958. – Vol. 19, Numéro 3. – P. 187-191. – DOI: 10.1051/jphysrad: 01958001903018700.
  4. Винтайкин, И.Б. Рамановский спектрометр на основе статического интерферометра Майкельсона / И.Б. Винтайкин, Н.С. Васильев, И.С. Голяк, И.С. Голяк, А.А. Есаков, А.Н. Морозов, С.И. Светличный, С.Е. Табалин, И.Л. Фуфурин // Известия РАН. Энергетика. – 2016. – № 6. – С. 144-152.
  5. Dzsaber, S. A Fourier transform Raman spectrometer with visible laser excitation / S. Dzsaber, M. Negyedi, B. Bernáth, B. Gyüre, T. Fehér, C. Kramberger, T. Pichler, F. Simon // Journal of Raman Spectroscopy. – 2015. – Vol. 46(3). – P. 327-332. – DOI: 10.1002/jrs.4641.
  6. Hu, G. Raman spectroscopic detection using a two-dimen­sional spatial heterodyne spectrometer / G. Hu, W. Xiong, H. Shi, Z. Li, J. Shen, X. Fang // Optical Engineering. – 2015. – Vol. 54(11). – 114101. – DOI: 10.1117/1.OE.54.11.114101.
  7. Морозов, А.Н. Физические основы расчёта интерферометра с вращающейся пластинкой / А.Н. Морозов, С.И. Светличный, С.Е. Табалин, И.Л. Фуфурин // Оптический журнал. – 2013. – Т. 80, № 8. – С. 37-41.
  8. Бойко, А.Ю. Статический Фурье-спектрометр видимого и ближнего ультрафиолетового диапазонов спектра / А.Ю. Бойко, И.С. Голяк, И.С. Голяк, С.К. Дворук, А.М. Доровских, А.А. Есаков, В.Н. Корниенко, Д.В. Косенко, И.В. Кочиков, А.Н. Морозов, С.И. Светличный, С.Е. Табалин // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. – 2009. – № 3. – С. 10-28.
  9. Heikkila, J. A four-step camera calibration procedure with implicit image correction / J. Heikkila, O. Silvén // Proceedings of the 1997 IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. – 1997. – P. 1106-1112. – DOI: 10.1109/CVPR.1997.609468.
  10. Tsai, R.Y. A versatile camera calibration technique for high-accuracy 3D machine vision metrology using off-the-shelf TV cameras and lenses / R.Y. Tsai // IEEE Journal of Robotics and Automation. – 1987. – Vol. 3, Issue 4. – P. 323-344. – DOI: 10.1109/JRA.1987.1087109.
  11. Meng, X. A new easy camera calibration technique based on circular points / X. Meng, Z. Hu // Pattern Recognition. – 2003. – Vol. 36, Issue 5. – P. 1155-1164. – DOI: 10.1016/S0031-3203(02)00225-X.
  12. Prescott, B. Line-based correction of radial lens distortion / B. Prescott, G.F. McLean // Graphical Models and Image Processing. – 1997. – Vol. 59, Issue 1. – P. 39-47. – DOI: 10.1006/gmip.1996.0407.
  13. Жимбуева, Л.Д. Метод определения суммарной дисторсии цифровых изображений / Л.Д. Жимбуева // Компьютерная оптика. – 2011. – Т. 35, № 3. – С. 347-355.
  14. Кунина, И.А. Слепая компенсация радиальной дисторсии на одиночном изображении с использованием быстрого преобразования Хафа / И.А. Кунина, С.А. Гладилин, Д.П. Николаев // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 3. – С. 395-403. – DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-3-395-403.
  15. Brown, D.C. Close-range camera calibration / D.C. Brown // Photogrammetric Engineering. – 1971. – Vol. 37, Issue 8. – P. 855-866.
  16. Song, Y. Correction of spatial heterodyne interferogram base on frequency domain analysis / Y. Song, X. Wei, W. Xinqiang, H. Jin, Q. Yanli // Acta Optica Sinica. – 2013. – Vol. 33(5). – 0530001. – DOI: 10.3788/aos201333.0530001.
  17. Морозов, А.Н. Основы фурье-спектрорадиометрии / А.Н. Морозов, С.И. Светличный. – 2-е изд. – М.: Наука, 2014. – 456 с. – ISBN: 978-5-02-039051-5.
  18. Mertz, L. Correction of phase errors in interferograms / L. Mertz // Applied Optics. – 1963. – Vol. 2, Issue 12. – P. 1332-1332. – DOI: 10.1364/AO.2.001332.
  19. Forman, M.L. Correction of asymmetric interferograms obtained in Fourier spectroscopy / M.L. Forman, W.H. Steel, G.A. Vanasse // Journal of the Optical Society of America. – 1966. – Vol. 56, Issue 1. – P. 59-61. – DOI: 10.1364/JOSA.56.000059.
  20. Chase, D.B. Phase correction in FT-IR / D.B. Chase // Applied Spectroscopy. – 1982. – Vol. 36, Issue 3. – P. 240-244. – DOI: 10.1366/0003702824638430.
  21. Ben-David, A. Computation of a spectrum from a single-beam Fourier-transform infrared interferogram / A. Ben-David, A. Ifarraguerri // Applied Optics. – 2002. – Vol. 41, Issue 6. – P. 1181-1189. – DOI: 10.1364/AO.41.001181.
  22. Furstenberg, R. Phase correction of interferograms using digital all-pass filters / R. Furstenberg, J.O. White // Applied Spectroscopy. – 2005. – Vol. 59, Issue 3. – P. 316-321. – DOI: 10.1366/0003702053585345.
  23. Wu, X. A new model for the phase correction of interferograms / X. Wu, Z. Liu, H. Li // Analytical Methods. – 2015. – Vol. 7, Issue 6. – P. 2399-2405. – DOI: 10.1039/C4AY02433H.
  24. Porter, C.D. Correction of phase errors in Fourier spectroscopy / C.D. Porter, D.B. Tanner // International Journal of Infrared and Millimeter Waves. – 1983. – Vol. 4, Issue 2. – P. 273-298. – DOI: 10.1007/BF01008607.
  25. Rosolowsky, E.W. The spectral correlation function: A new tool for analyzing spectral line maps / E.W. Rosolovsky, A.A. Goodman, D.J. Wilner, J.P. Williams // The Astrophysical Journal. – 1999. – Vol. 524, Issue 2. – P. 887-894. – DOI: 10.1086/307863.
  26. Kasseck, C. Substance identification by depth resolved spectroscopic pattern reconstruction in frequency domain optical coherence tomography / C. Kasseck, V. Jaedicke, N.C. Gerhardt, H. Welp, M.R. Hofmann // Optics Communications. – 2010. – Vol. 283, Issue 23. – P. 4816-4822. – DOI: 10.1016/j.optcom.2010.06.073.
  27. Gutiérrez-Rodríguez, A.E. New dissimilarity measures for ultraviolet spectra identification / A.E. Gutiérrez-Rodríguez, M.A. Medina-Pérez, J.F. Martínez-Trinidad, J.A. Carrasco-Ochoa, M. García-Borroto. – In book: Advances in pattern recognition. MCPR 2010 / ed. by J.F. Martínez-Trinidad, J.A. Carrasco-Ochoa, J. Kittler. – Berlin, Heidelberg: Springer, 2010. – P. 220-229. – DOI: 10.1007/978-3-642-15992-3_24.
  28. Кочиков, И.В. Численные процедуры идентификации и восстановления концентраций веществ в открытой атмосфере при обработке единичного измерения фурье-спектрорадиометра / И.В. Кочиков, А.Н. Морозов, И.Л. Фуфурин // Компьютерная оптика. – 2012. – Т. 36, № 4. – С. 554-561.
  29. Кочиков, И.В. Распознавание веществ в открытой атмосфере по единичной интерферограмме фурье-спектрорадиометра / И.В. Кочиков, А.Н. Морозов, С.И. Светличный, И.Л. Фуфурин // Оптика и спектроскопия. – 2009. – Т. 106. – № 5. – С. 743-749. – ISSN 0030-4034.
  30. Морозов, А.Н. Статистическая оценка вероятности правильного обнаружения веществ в ИК фурье-спектро­метрии / А.Н. Морозов, И.В. Кочиков, А.А. Новгород­ская, А.А. Сологуб, И.Л. Фуфурин // Компьютерная оптика. – 2015. – Т. 39, № 4. – С. 614-621. – DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-4-614-621.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20