(47-5) 06 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Компьютерное моделирование дифракционных изображающих линз с использованием гиперспектральных изображений
С.И. Харитонов 1,2, В.А. Фурсов 1,2

1 ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151;
2 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

 PDF, 1194 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1274

Страницы: 725-733.

Аннотация:
Мы предлагаем компьютерную технологию моделирования процесса формирования оптических изображений дифракционной изображающей линзой. Центральная идея технологии состоит в том, чтобы оценивать качество оптики путём сопоставления входного и выходного изображений по критериям, принятым в обработке изображений. Для этого на вход подаются, а на выходе формируются гиперспектральные изображения одинакового разрешения. При большом числе спектральных компонентов обеспечивается достаточно точное воспроизведение эффектов, связанных с зависимостью коэффициента преломления от длины волны. Для сравнения входного и выходного изображений по показателю PSNR осуществляется «сборка» обычных трёхкомпонентных RGB-изображений с использованием стандартных функций соответствия во всем оптическом диапазоне. Приводятся результаты исследования зависимости показателя PSNR от основных параметров оптической системы: фокусное расстояние, линейная апертура и количество учитываемых дифракционных порядков.

Ключевые слова:
дифракционная изображающая линза, моделирование изображений, геометрическая оптика, гармоническая линза.

Благодарности
Авторы выражают благодарность Владимиру Подлипнову за предоставленные для проведения экспериментов гиперспектральные изображения.
     Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания филиалу ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН в части разработки алгоритма моделирования (проект № 007-ГЗ/3363/26) и государственного задания Самарскому университету в части подготовки мультиспектральных изображений (проект № FSSS-2021-0016).

Цитирование:
Харитонов, С.И. Компьютерное моделирование дифракционных изображающих линз с использованием гиперспектральных изображений / С.И. Харитонов, В.А. Фурсов // Компьютерная оптика. – 2023. – Т. 47, № 5. – С. 725-733. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1274.

Citation:
Kharitonov SI, Fursov VA. Computer simulation of diffractive imaging lenses using hyperspectral images. Computer Optics 2023; 47(5): 725-733. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1274.

References:
  1. Davis A, Kuhnlenz DF. Optical design using Fresnel lenses. Basic principles and some practical examples. Optik und Photonik2007; 2(4): 52-55.
  2. Thieme J. Theoretical investigations of imaging properties of zone plates using diffraction theory. In Book: Sayre D, Kirz J, Howells M, Rarback H, eds. X-Ray Microscopy II.Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag;1988: 70-79.
  3. Takeuchi A, Uesugi K, Suzuki Y, Tamura S, Kamijo N. High-resolution X-ray imaging microtomography with Fresnel zone plate optics at SPring-8. Proc 8th Int Conf X-ray Microscopy IPAP Conf Series 2005; 7: 360-362.
  4. Heide F, Rouf M, Hullin MB, Labitzke B, Heidrich W, Kolb A. High-quality computational imaging through simple lenses. ACM Trans Graph 2013; 32(5): 149.
  5. Genevet P, Capasso F, Aieta F, Khorasaninejad M, Devlin R. Recent advances in planar optics: from plasmonic to dielectric metasurfaces. Optica2017; 4(1): 139-152.
  6. Soifer VA, ed. Computer design of diffractive optics.Woodhead Publishing Ltd; 2012. ISBN: 978-1-84569-635-1.
  7. Kazanskii NL, Khonina SN, Skidanov RV, Morozov A, Kharitonov SI, Volotovskiy SG. Formation of images using multilevel diffractive lens. Computer Optics 2014; 38(3): 425-434. DOI: 10.18287/0134-2452-2014-38-3-425-434.
  8. Skidanov RV, Doskolovich LL, Ganchevskaya SV, Blank VA, Podlipnov VV, Kazanskiy NL. Experiment with a diffractive lens with a fixed focus position at several given wavelengths. Computer Optics 2020; 44(1): 22-28. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-646.
  9. Evdokimova VV, Petrov MV, Klyueva MA, Zybin EY, Kosianchuk VV, Mishchenko IB, Novikov VM, Selvesiuk NI, Ershov EI, Ivliev NA, Skidanov RV, Kazanskiy NL, Nikonorov AV. Deep learning-based video stream reconstruction in mass-production diffractive optical systems. Computer Optics2021; 45(1): 130-141. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-834.
  10. Kharitonov S, Fursov V. Computer simulation of image formation by diffraction lens. Optical Memory and Neural Networks 2022; 31(1): S31-S37. DOI: 10.3103/S1060992X2205006X.
  11. Bobrov ST, Greisukh GI, Tyrkevich YuG. Optics of diffractive elements and systems [In Russian]. Leningrad: “Mashinostroenie” Publisher; 1986.
  12. Greisukh GI, Bobrov ST, Stepanov SA. Optics of diffractive and gradient-index elements and systems. Bellingham: SPIE Press; 1997. ISBN: 978-0-8194-2451-8.
  13. Golub MA, Doskolovich LL, Kazanskiy NL, Kharitonov SI, Soifer VA. Computer generated diffractive multi-focal lens. J Mod Opt1992; 39(6): 1245-1251. DOI: 10.1080/713823549.
  14. Kazanskiy NL. Modeling diffractive optics elements and devices. Proc SPIE 2018; 10774: 107740O. DOI: 10.1117/12.2319264.
  15. Kazanskiy N, Ivliev N, Podlipnov V, Skidanov R. An airborne Offner imaging hyperspectrometer with radially-fastened primary elements. Sensors 2020; 20(12): 3411. DOI: 10.3390/s20123411.
  16. Rastorguev AA, Kharitonov SI, Kazanskiy NL. Modeling of image formation with a space-borne Offner hyperspectrometer. Computer Optics2020; 44(1): 12-21. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-644.
  17. Rastorguev AA, Kharitonov SI, Kazanskiy NL. Numerical simulation of the performance of a spaceborne Offner imaging hyperspectrometer in the wave optics approximation. Computer Optics 2022; 46(1): 56-64. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1034.

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