10.14489/td.2025.08.pp.041-048

2025, 08 август (August)

DOI: 10.14489/td.2025.08.pp.041-048

Уварова А. В., Бахолдин А. В.
ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ШИРОКОГО СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА
(с. 41-48)

Аннотация. Рассмотрены особенности расчета и контроля качества изображения широкоспектральных объективов, к которым относится объектив с рабочим спектральным диапазоном 0,27…1,00 мкм. Предложенные решения полезны для развития инструментария, применимого для дистанционного и неразрушающего контроля, в особенности люминесцентного анализа. Способ моделирования подобных систем в виде набора полихроматических конфигураций и контроля качества изображения в полихроматической частотно-контрастной характеристике (ЧКХ) и в наборе монохроматических ЧКХ для контрольных длин волн рассмотрен на примере расчета объектива f’ = 21 мм, диафрагменное число K = 5, 2ω = 44°. Для удобства оценки качества изображения предложена интегральная метрика ARS – квадрат отношения площадей ЧКХ, которая позволяет оценить качество изображения для анализируемой точки поля одним числом. С помощью такой метрики удобно оценивать качество изображения систем, не прибегая к визуальному анализу множества графиков ЧКХ, а также удобно сравнивать оптические системы между собой. Представлен алгоритм автоматизированного расчета данной метрики, который может быть интегрирован в программы расчета оптики.

Ключевые слова: люминесцентный анализ, контроль качества изображения, широкоспектральные объективы, описание функций оптимизатора.

Uvarova A. V., Bakholdin A. V.
FEATURES OF MODELING AND IMAGE QUALITY CONTROL OF WIDE SPECTRAL RANGE OPTICAL SYSTEMS
(pp. 41-48)

Abstract. Features of modeling and control of image quality of optical systems of wide spectral range The paper discusses the features of calculation and image quality control of wide-spectrum lenses on the example of a lens f' = 21 mm, f-number F#5, 2ω = 44° with a working spectral range of 0.27…1.00 μm. The authors propose a modeling method of such systems as a set of polychromatic configurations and image quality control in a polychromatic modulation transfer function (MTF) and in a set of monochromatic MTFs for reference wavelengths. For convenience of integral assessment of image quality, an integral metric Area Ratio Squared (ARS) is proposed, which allows us to evaluate the image quality for the analyzed field point by a single numerical value. Using such a metric, it is convenient to evaluate the image quality of systems without resorting to visual analysis of multiple MTF plots, and it is also convenient to compare optical systems among themselves. An algorithm for automated calculation of this metric is presented, which can be integrated into optical calculation programs. The proposed solutions are useful for the development of tools applicable to remote and nondestructive testing, especially for luminescence analysis.

Keywords: luminescence analysis, image quality control, wide-spectrum lenses, description of optimizer functions.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

А. В. Уварова, А. В. Бахолдин (Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

A. V. Uvarova, A. V. Bakholdin (ITMO University, St. Petersburg, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра. , Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Куличкова С. И., Головков А. Н., Кудинов И. И., Лаптев А. С. Современные дефектоскопические материалы, оборудование и автоматизация процесса капиллярного неразрушающего контроля // Контроль. Диагностика. 2019. № 2. С. 52 – 57. DOI: 10.14489/td.2019.02.pp.052-057
2. Гарифуллин М. Ш. Контроль состояния изоляционной бумаги маслонаполненного электрооборудования оптическими методами // Контроль. Диагностика. 2013. № 12. С. 71 – 74.
3. Кушнир В. М., Поважный В. В., Бердников С. В. Минеральная и органическая компоненты взвеси по данным космических съемок и непосредственных измерений в Азовском море и Керченском проливе // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 2. С. 22 – 31.
4. Khan A., Vibhute A. D., Mali Sh., et al. A Systematic Review on Hyperspectral Imaging Technology with a Machine and Deep Learning Methodology for Agricultural Applications // Ecological Informatics. 2022. Vol. 69. P. 101678. DOI: 10.1016/j.ecoinf.2022.101678
5. Липатов А. Н., Экономов А. П., Макаров В. С. и др. Камера-спектрометр для исследований минералогического состава грунта // Приборостроение. 2014. № 3. С. 73 – 77.
6. Бахолдин А. В., Романова Г. И., Цуканова Г. И. Теория и методы проектирования оптических систем: учеб. пособие. Ч. I. СПб.: НИУ ИТМО, 2011. 104 с.
7. Запрягаева Л. А., Свешникова И. С. Расчет и проектирование оптических систем: в 2 ч. 2-е изд., испр. и доп. М.: Изд-во МИИГАиК, 2009. ISBN 978-5-91188-017-0.
8. Симонян В. И., Микаева С. А. Влияние погрешности изготовления асферической поверхности на модуляционную передаточную функцию тепловизионного объектива при оценке контраста на коллимационной установке // Контроль. Диагностика. 2023. Т. 26, № 3(297). С. 34 – 39. DOI: 10.14489/td.2023.03.pp.034-039
9. Uvarova A., Bakholdin A. Analysis of Image Quality Requirements for Multispectral Mirror Systems // Proceedings of SPIE. 2022. Vol. 12315. P. 123150F.
10. Ansys Zemax OpticStudio: [Электронный ресурс]. URL: https://www.ansys.com/products/optics/ansys-zemax-opticstudio (Дата обращения: 12.04.2025).
11. Грамматин А. П., Романова Г. Э., Балаценко О. Н. Расчет и автоматизация проектирования оптических систем: учеб. пособие. СПб.: НИУ ИТМО, 2013. 128 с.
12. Марешаль А., Франсон М. Структура оптического изображения: дифракционная теория и влияние когерентности света / пер. с фр. Н. Н. Губеля; под ред. Г. Г. Слюсарева. М.: Мир, 1964. 295 с.
13. Сокольский М. Н. Допуски и качество оптического изображения. Л.: Машиностроение, 1989. 220 с.

Eng

1. Kulichkova, S. I., Golovkov, A. N., Kudinov, I. I., & Laptev, A. S. (2019). Modern flaw detection materials, equipment and automation of capillary non-destructive testing process. Kontrol'. Diagnostika, (2), 52–57. [in Russian language]. https://doi.org/10.14489/td.2019.02.pp.052-057
2. Garifullin, M. Sh. (2013). Condition monitoring of insulating paper in oil-filled electrical equipment using optical methods. Kontrol'. Diagnostika, (12), 71–74. [in Russian language].
3. Kushnir, V. M., Povazhnyi, V. V., & Berdnikov, S. V. (2014). Mineral and organic components of suspended matter according to space imagery and in situ measurements in the Sea of Azov and Kerch Strait. Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal, (2), 22–31. [in Russian language]
4. Khan, A., Vibhute, A. D., Mali, Sh., et al. (2022). A systematic review on hyperspectral imaging technology with a machine and deep learning methodology for agricultural applications. Ecological Informatics, 69, 101678. https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2022.101678
5. Lipatov, A. N., Ekononov, A. P., Makarov, V. S., et al. (2014). Camera-spectrometer for studying mineralogical composition of soil. Priborostroenie, (3), 73–77. [in Russian language].
6. Bakholdin, A. V., Romanova, G. I., & Tsukanova, G. I. (2011). Theory and methods of optical systems design (Part 1). ITMO University. [in Russian language].
7. Zapryagaeva, L. A., & Sveshnikova, I. S. (2009). Calculation and design of optical systems (2nd ed., rev. and add.). MIIGAiK Publishing House. ISBN 978-5-91188-017-0. [in Russian language].
8. Simonyan, V. I., & Mikaeva, S. A. (2023). Influence of manufacturing errors of aspheric surface on modulation transfer function of thermal imaging lens when assessing contrast on collimation setup. Kontrol'. Diagnostika, 26(3(297)), 34–39. [in Russian language]. https://doi.org/10.14489/td.2023.03.pp.034-039
9. Uvarova, A., & Bakholdin, A. (2022). Analysis of image quality requirements for multispectral mirror systems. Proceedings of SPIE, 12315, 123150F.
10. Ansys Zemax OpticStudio. (n.d.). [Software]. Retrieved April 12, 2025, from https://www.ansys.com/products/optics/ansys-zemax-opticstudio
11. Grammatin, A. P., Romanova, G. E., & Balatsenko, O. N. (2013). Calculation and automation of optical systems design. ITMO University. [in Russian language].
12. Maréchal, A., & Françon, M. (1964). Structure of optical image: Diffraction theory and influence of light coherence (N. N. Gubel, Trans.; G. G. Slyusarev, Ed.). Mir. [in Russian language].
13. Sokolsky, M. N. (1989). Tolerances and quality of optical image. Mashinostroenie. [in Russian language].

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/td.2025.08.pp.041-048

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/td.2025.08.pp.041-048

and fill out the form