Определение отклика матрицы фотоаппарата на спектр

[Teletranslator]

Дано:
1) цифровая зеркалка (к матрице близко не подлезть);
2) дифракционная решётка - 500 и 1000 линий/мм;
3) знание основных приёмов работы с микроконтроллерами, возможность потратить пару сотен рублей на неутилитарную вещь, владение паяльником;
4) кучка галогеновых лампочек на 12В (можно питать от блока питания ATX для поддержания стабильного напряжения), кучка светодиодов известной модели с даташитом;
5) умение ковырять сырые данные с помощью DNG SDK и C++;
6) в меру кривые руки.

Задача:
получить спектрограмму матрицы. Вот такую, например: http://vitabin.blogspot.ru/2013/04/spec ... s-d90.html


Хотелось бы иметь хотя бы 30 образцов с точностью 5% по оси $Y$ и с точностью до 5 нм по $X$. Задача максимум: получить техническую возможность изготовления из камеры спектрографа, с помощью которого можно калибровать монитор.

Предполагаемое решение: сделать щелевой спектральный проектор:
http://sci-toys.com/scitoys/scitoys/lig ... graph.html

, посветить галогенкой или светодиодом на вход, спектр спроецировать на матрицу.

Проблемы предполагаемого решения:
0) объектив исключён из методики, так как его спектрограмма неизвестна;
1) светодиод - источник света с известным спектром, но насколько точно этот спектр измерен? В даташите данных о точности нет.
2) галогенка - мощный источник света со спектром, известным лишь примерно. Если я хочу использовать галогенку (спектр более ровный, чем у светодиода), то мне нужно сначала получить спектрограмму галогенки опытным путём - делать конструкцию с шаговым мотором и фоторезистором - у которого, как ни странно, так же не указана точность графика спектральной чуствительности, как и точность графика спектрального излучения - у светодиода.
3) даже если я спроецирую достаточно точно описанный спектр на матрицу, как мне жёстко связать координаты на матрице с длиной волны? Для этого подойдёт какой-нибудь световой источник с тонкими известными пиками излучения, верно?
4) как следует учитывать Angle Of Incidence?
5) как следует учитывать влияние на спектр материалов, из которых сделана решётка, водопроводная труба, щели? Если я решаю получить спектрограмму источника света, то я делаю это через то же устройство, и тогда это влияние не важно. А если я решаю использовать данные о спектре светодиода из даташита, мне нужно знать, насколько важно то, что находится между сенсором и светодиодом.

Как надо доработать предложенную методику?

Какие есть другие способы решения данной задачи?

P.S. Перенесите, пожалуйста, эту нить туда, где она будет уместнее.

[Xey]

Teletranslator в сообщении #1020371 писал(а):

Как надо доработать предложенную методику?

Лучше пусть источником будет Солнце. Оно ярче и для него спектр известен точне, чем для лампочки.
По линиям Фраунгофера отградуируете свой спектрометр. Гелио спектрометр обычно делают без входной щели.
Для астрономов любителей продают приводы, компенсирующие врашение Земли

[upgrade]

Teletranslator в сообщении #1020371 писал(а):

Для этого подойдёт какой-нибудь световой источник с тонкими известными пиками излучения, верно?

например лазер, нет?

[Teletranslator]

Xey в сообщении #1020376 писал(а):

Оно ярче и для него спектр известен точне, чем для лампочки.

Отлично! Но на это в моём дотошном мозгу нашлось сомнение: как спектр солнечного света меняется в зависимости от погоды, времени? Для какого телесного угла зрения на солнце известны спектры? Для малого или для раскрытого конуса?

Xey в сообщении #1020376 писал(а):

По линиям Фраунгофера отградуируете свой спектрометр.

Не может ли дифракционная решётка размыть их?

Xey в сообщении #1020376 писал(а):

Гелио спектрометр обычно делают без входной щели.

То бишь, так?



И спектры, соответственно, известны для раскрытого конуса в ясную погоду?

Xey в сообщении #1020376 писал(а):

Для астрономов любителей продают приводы, компенсирующие врашение Земли

Каким образом это относится к сфере обсуждения?

upgrade в сообщении #1020379 писал(а):

например лазер, нет?

Красная светилка дома есть, но привязывать нужно к двум точкам.

[Teletranslator]

Xey в сообщении #1020376 писал(а):

Гелио спектрометр обычно делают без входной щели.

Или Вы имели ввиду полное отсутствие щелей? Мне представляется сиё невозможным - чем толще входной пучок, тем сильнее размытие спектра, никаких линий Фраунгофера без щелей я не увижу.

В идеале их должно быть либо две - одна у решётки, а вторая поодаль, либо одна - вплотную к решётке (солнце сильно удалено, поэтому вторая щель не нужна, если допустим паразитный свет, рассеяный атмосферой).

В чём я неправ?

[Teletranslator]

Неужели я пишу что-то настолько ужасное, что не представляется возможным даже отчитать меня?

[upgrade]

Может посчитать количество полос, оно разное будет для разных длин волн.

[Teletranslator]

Вы говорите о полосах в солнечном спектре? Допустим, что я их таки увижу, полос там много.

Но самые главные вопросы:
1) откуда брать данные? https://en.wikipedia.org/wiki/Standard_ ... t_series_D - оно?
2) каким техническим параметрам обозревателя эти данные соответствуют? Каков телесный угол обозревателя, например?

[amon]

Я в спектроскопии спец не великий, пользуюсь как правило готовеньким, но, поскольку все молчат, попробую что-то сказать (все - IMHO!). Для начала надо иметь механизм поворота решетки, который на коленке не сделать - надо снимать с какого-то прибора. При этом точность воспроизведения углов должна быть весьма высока. Хорошо также иметь хорошую входную щель (выходная Вам вроде не нужна). Если Вы все это склепали, то совсем замечательно, если Вам снимут эталонный спектр на "настоящем" спектрометре (хоть с той же галогенки - там линий иода должно быть ...). Как тут правильно заметили, в качестве эталона можно использовать солнце - это не светодиод, спектр постоянный. Для его получения в качестве щели можно использовать маленькую дырку. Светодиодные спектры использовать не советую - сильно отличаются от экземпляра к экземпляру.

[Teletranslator]

amon в сообщении #1029857 писал(а):

Для начала надо иметь механизм поворота решетки, который на коленке не сделать - надо снимать с какого-то прибора. При этом точность воспроизведения углов должна быть весьма высока.

Идеальный вариант, заменяющий калибровку по полосам, именно такой - обеспечивать точность с помощью механики и измерений. Я даже видел описание похожей штуки, которая использует кусок оптического диска. Но если я смогу обойтись без него, я буду рад.

[Xey]

Teletranslator в сообщении #1020889 писал(а):

Или Вы имели ввиду полное отсутствие щелей? Мне представляется сиё невозможным - чем толще входной пучок, тем сильнее размытие спектра, никаких линий Фраунгофера без щелей я не увижу.

В чём я неправ?

За объективом, на матрице аппарата получается изображение Солнца. Если перед объективом решётка и ненулевой порядок направлен на объектив, то на матрице получим цепочку изображений солнечных дисков в разных цветах.
Угловой размер Солнца половина градуса, угол поля зрения объектива градусов 50, значит можно иметь сотню дисков без наложения друг на друга.
Можно ли будет рассмотреть на таком снимке линии Фраунгофера, не знаю. Но можно посмотреть спектр звезды, разрешение будет намного лучше.

-- Вт июн 23, 2015 11:25:15 --

Спектральные приборы градуируют по известным источникам. Вам же не нужна большая точность, может сойдёт и натриевая или ртутная лампа фонаря за окошком, их линии можно найти в справочниках.
Угол отклонения луча решёткой линейно зависит от длины волны, поэтому для градуировки достаточно двух линий.

[upgrade]

Teletranslator в сообщении #1029850 писал(а):

Вы говорите о полосах в солнечном спектре?

о них.
скажем, полосы от красного цвета будут покрывать одну маску, а полосы от зеленого - другую.
и возникло у меня подозрение, что таким образом можно получать изображения абсолютно в любом волновом диапазоне - главное один раз правильно настроить решетку на этот диапазон.

-- 23.06.2015, 10:39 --

и вот этот способ?:
расстояние между полосами даст расстояние от щелей до источника, по количеству полос (плотность) можно узнавать длину волны, а по сдвигу относительно центра - угол падения света от источника на решетку.

[Teletranslator]

Xey в сообщении #1029935 писал(а):

За объективом, на матрице аппарата получается изображение Солнца. Если перед объективом решотка, и ненулевой порядок направлен на объектив, то на матрице получим цепочку изображений солнечных дисков в разных цветах.
Угловой размер Солнца половина градуса, угол поля зрения объектива градусов 50, значит можно иметь сотню дисков без наложения друг на друга.
Можно ли будет рассмотреть на таком снимке линии Фраунгофера, не знаю. Но можно посмотреть спектр звезды, разрешение будет намного лучше.

Понял. Бесщелевой вариант меня врядли устраивает, так как он требует наличие объектива, спектральная характеристика которого неизвестна.

Xey в сообщении #1029935 писал(а):

Спектральные приборы градуируют по известным источникам. Вам же не нужна большая точность, может сойдёт и натриевая или ртутная лампа фонаря за окошком, их линии можно найти в справочниках.
Угол отклонения луча решоткой линейно зависит от длины волны, поэтому для градуировки достаточно двух линий.

Понял.


И всё-таки, откуда брать точные данные о спектре? Как их искать? Излучатель D65 - это то, что мне нужно, или его спектр может не совпадать с тем, что будет над Москвой?

Цитата:

The CCTs of the canonical illuminants, D50, D55, D65, and D75, differ slightly from what their names suggest. For example, D50 has a CCT of 5003 K ("horizon" light), while D65 has a CCT of 6504 K (noon light). As explained in a previous section, this is because the value of the constants in Planck's law have been slightly changed since the definition of these canonical illuminants, whose SPDs are based on the original values in Planck's law. In order to match all significant digits of the published data of the canonical illuminants the values of M1 and M2 have to be rounded to three decimal places before calculation of SD.[1]

И какой всё-таки должен быть угол зрения? Гелиоспектрометр с объективом даёт такие данные, как щелевой безобъктивный спектрометр с очень малым углом зрения - верно?

upgrade в сообщении #1029938 писал(а):

расстояние между полосами даст расстояние от щелей до источника, по количеству полос (плотность) можно узнавать длину волны, а по сдвигу относительно центра - угол падения света от источника на решетку.

Я думаю, что я таки привяжусь по полосам от натрия или ртути, так как угол, под которым расщепляется видимый спектр решёткой 500лн/мм - всего 12 градусов, и синус этого угла отличается от самого угла на один промилле - мне даже не нужно учитывать нелинейность.

[upgrade]

посмотрие по поисковику "спектральный телескоп" что-то такое американцы делают. только у них там щелевые ячейки, а не щели, думаю для того, чтобы угол падения считать в двух плоскостях, а с круглыми щелями видимо какие-то проблемы с этим.
вообще это технология, если сработает, будет стоять на приборах ночного видения и всяких-разных ракетах.
какая там щель для ИК диапазона - $800$ нм

Teletranslator в сообщении #1030519 писал(а):

Я думаю, что я таки привяжусь по полосам от натрия или ртути

а уже работает? ну раз привязывать собираетесь. на лампочках тренировались?

[Teletranslator]

Из CIE 15.2 Relative Spectral Power Distributions:

Цитата:

11. TABLES
This Section of the report contains tables of abridged and truncated colorimetric data. The full tables - recommended for general use - are found in the CIE standards on colorimetry. The tables presented here are intended for use, only when the highest precision is not required. Users should check before using these tables whether the level of precision meets their needs.

The illuminant tables in this section are provided for the range between 300 nm and 780 nm. The tables of other colorimetric functions are provided for the range between 380 nm and 780 nm. All tables are at 5 nm intervals.

Это, видимо, они: https://github.com/trainman419/raytrace ... IE-D65.txt . Или, всё-таки, есть более формализованные источники данных о спектре дневного света?

Из статьи в википедии:

Цитата:

CIE standard observer[edit]
Due to the distribution of cones in the eye, the tristimulus values depend on the observer's field of view. To eliminate this variable, the CIE defined a color-mapping function called the standard (colorimetric) observer, to represent an average human's chromatic response within a 2° arc inside the fovea. This angle was chosen owing to the belief that the color-sensitive cones resided within a 2° arc of the fovea. Thus the CIE 1931 Standard Observer function is also known as the CIE 1931 2° Standard Observer. A more modern but less-used alternative is the CIE 1964 10° Standard Observer, which is derived from the work of Stiles and Burch,[6] and Speranskaya.[7]

Угол зрения для получения D65 - 2 телесных градуса.

upgrade в сообщении #1030539 писал(а):

посмотрие по поисковику "спектральный телескоп" что-то такое американцы делают. только у них там щелевые ячейки, а не щели, думаю для того, чтобы угол падения считать в двух плоскостях, а с круглыми щелями видимо какие-то проблемы с этим.

"Телескоп "Спицер" позволил провести первый спектральный анализ экзопланет" - это?

upgrade в сообщении #1030539 писал(а):

какая там щель для ИК диапазона - $800$ нм

800нм - это длина волны ближнего ИК. Смею предположить, что, если Вы ничего не перепутали, аппарат использует диффракцию на одной щели вместо диффракционной решётки.

upgrade в сообщении #1030539 писал(а):

а уже работает? ну раз привязывать собираетесь. на лампочках тренировались?

У других работает, будет и у меня работать: делаешь две щели (рекомендуют толстые щели, а не круглые), наклоняешь решётку относительно матрицы, поворачиваешь щели и решётку так, чтобы плоскости симметрий сходились с нужной точностью, затемняешь всё это (водопроводной трубой), снимаешь образец. На лампочках пока не тренировался, сначала я должен сделать устойчивую конструкцию, которую вообще можно будет откалибровать.