Kevytrakenteinen hyperspektrikamera

Diplomityö

Mäkynen Jussi

Research output: ThesisMaster's thesisTheses

Abstract

Tässä työssä suunniteltiin ja toteutettiin ohjauselektroniikka hyperspektrikameraa varten. Hyperspektrikamera on spektrometri, jolla voidaan mitata spektri jokaiselle kuvan pikselille. Työssä käytetyn hyperspektraalisen kameran toiminta perustuu Fabry-Perot-interferometrin päästökaistojen ja värikuvasensorin pikseleiden toisistaan eroavien herkkyyksien hyödyntämiseen. Ohjaamalla interferometrin päästökaistoja sopivasti voidaan kuvasensorin eri pikseleiden avulla selvittää yhdestä kuvasta jopa kolmen spektrikaistan sisältö. Tutkittava spektrialue voidaan mitata muuttamalla transmissiokaistoja perättäisten kuvien välillä.


Toteutettu hyperspektraalinen kamera tarvitsee menetelmän, jolla interferometrin peilejä voidaan ohjata tarkasti. Interferometrin peilien välistä ilmarakoa tuli ohjata nanometrin tarkkuudella 600 nm - 3000 nm alueella. Työssä hyödynnettiin Fabry-Perot-interferometria, jonka ilmarakoa ohjataan kolmen pietsosähköisen aktuaattorin avulla. Interferometrin ilmarakoa mitataan kapasitiivisesti kolmesta kohdasta, mikä mahdollistaa takaisinkytketyn säädön toteuttamisen. Lisäksi aiemmin VTT:llä kehitettyyn kuvauselektroniikkaan lisättiin flash-muisti hyperspektraalisen tiedon tallentamiseksi.


Toteutetun hyperspektraalisen kameran tehon kulutus on vain 1.6 W. Kameran paino on noin 350 g. Työssä mitattiin myös interferometrin ja ohjauselektroniikan suorituskykyä. Interferometrin ilmaraon asettumisaika 200 nm askelmaiselle muutokselle on noin 0.6 ms. Kohinan aiheuttamaa ilmaraon muutosta arvioitiin mittaamalla kohina virhesignaalin esivahvistimen lähdössä ja laskemalla tätä kohinajännitettä vastaava ilmaraon muutos. Tämän arvioitiin olevan tehollisarvoltaan noin 0.1 nm. Ympäristön vaikutusten todettiin aiheuttavan suurimmat ongelmat ilmaraon ohjauksen tarkkuudessa. Varsinkin lämpötila ja kosteus vaikuttavat ohjauksen tarkkuuteen ja säätöalueeseen. Kosteus muuttaa lähinnä säätöaluetta, mutta lämpötila vaikuttaa myös ilmaraon asetusarvojen tarkkuuteen. Lämpötilan todettiin muuttavan ilmarakoa enimmillään 0.5 nm/°C.
Original languageEnglish
QualificationMaster Degree
Awarding Institution
  • Helsinki University of Technology
Supervisors/Advisors
  • Ikonen, Erkki, Supervisor
  • Holmlund, Christer, Supervisor
Place of PublicationEspoo
Publication statusPublished - 2009
MoE publication typeG2 Master's thesis, polytechnic Master's thesis

Fingerprint

sapropterin

Cite this

Jussi, Mäkynen. / Kevytrakenteinen hyperspektrikamera : Diplomityö. Espoo, 2009. 72 p.
@phdthesis{447c20936a1a4accac723a78991bb99f,
title = "Kevytrakenteinen hyperspektrikamera: Diplomity{\"o}",
abstract = "T{\"a}ss{\"a} ty{\"o}ss{\"a} suunniteltiin ja toteutettiin ohjauselektroniikka hyperspektrikameraa varten. Hyperspektrikamera on spektrometri, jolla voidaan mitata spektri jokaiselle kuvan pikselille. Ty{\"o}ss{\"a} k{\"a}ytetyn hyperspektraalisen kameran toiminta perustuu Fabry-Perot-interferometrin p{\"a}{\"a}st{\"o}kaistojen ja v{\"a}rikuvasensorin pikseleiden toisistaan eroavien herkkyyksien hy{\"o}dynt{\"a}miseen. Ohjaamalla interferometrin p{\"a}{\"a}st{\"o}kaistoja sopivasti voidaan kuvasensorin eri pikseleiden avulla selvitt{\"a}{\"a} yhdest{\"a} kuvasta jopa kolmen spektrikaistan sis{\"a}lt{\"o}. Tutkittava spektrialue voidaan mitata muuttamalla transmissiokaistoja per{\"a}tt{\"a}isten kuvien v{\"a}lill{\"a}. Toteutettu hyperspektraalinen kamera tarvitsee menetelm{\"a}n, jolla interferometrin peilej{\"a} voidaan ohjata tarkasti. Interferometrin peilien v{\"a}list{\"a} ilmarakoa tuli ohjata nanometrin tarkkuudella 600 nm - 3000 nm alueella. Ty{\"o}ss{\"a} hy{\"o}dynnettiin Fabry-Perot-interferometria, jonka ilmarakoa ohjataan kolmen pietsos{\"a}hk{\"o}isen aktuaattorin avulla. Interferometrin ilmarakoa mitataan kapasitiivisesti kolmesta kohdasta, mik{\"a} mahdollistaa takaisinkytketyn s{\"a}{\"a}d{\"o}n toteuttamisen. Lis{\"a}ksi aiemmin VTT:ll{\"a} kehitettyyn kuvauselektroniikkaan lis{\"a}ttiin flash-muisti hyperspektraalisen tiedon tallentamiseksi. Toteutetun hyperspektraalisen kameran tehon kulutus on vain 1.6 W. Kameran paino on noin 350 g. Ty{\"o}ss{\"a} mitattiin my{\"o}s interferometrin ja ohjauselektroniikan suorituskyky{\"a}. Interferometrin ilmaraon asettumisaika 200 nm askelmaiselle muutokselle on noin 0.6 ms. Kohinan aiheuttamaa ilmaraon muutosta arvioitiin mittaamalla kohina virhesignaalin esivahvistimen l{\"a}hd{\"o}ss{\"a} ja laskemalla t{\"a}t{\"a} kohinaj{\"a}nnitett{\"a} vastaava ilmaraon muutos. T{\"a}m{\"a}n arvioitiin olevan tehollisarvoltaan noin 0.1 nm. Ymp{\"a}rist{\"o}n vaikutusten todettiin aiheuttavan suurimmat ongelmat ilmaraon ohjauksen tarkkuudessa. Varsinkin l{\"a}mp{\"o}tila ja kosteus vaikuttavat ohjauksen tarkkuuteen ja s{\"a}{\"a}t{\"o}alueeseen. Kosteus muuttaa l{\"a}hinn{\"a} s{\"a}{\"a}t{\"o}aluetta, mutta l{\"a}mp{\"o}tila vaikuttaa my{\"o}s ilmaraon asetusarvojen tarkkuuteen. L{\"a}mp{\"o}tilan todettiin muuttavan ilmarakoa enimmill{\"a}{\"a}n 0.5 nm/°C.",
author = "M{\"a}kynen Jussi",
note = "CA2: TK606 PGN: 55 s. + liitt. 17 s",
year = "2009",
language = "English",
school = "Helsinki University of Technology",

}

Jussi, M 2009, 'Kevytrakenteinen hyperspektrikamera: Diplomityö', Master Degree, Helsinki University of Technology, Espoo.

Kevytrakenteinen hyperspektrikamera : Diplomityö. / Jussi, Mäkynen.

Espoo, 2009. 72 p.

Research output: ThesisMaster's thesisTheses

TY - THES

T1 - Kevytrakenteinen hyperspektrikamera

T2 - Diplomityö

AU - Jussi, Mäkynen

N1 - CA2: TK606 PGN: 55 s. + liitt. 17 s

PY - 2009

Y1 - 2009

N2 - Tässä työssä suunniteltiin ja toteutettiin ohjauselektroniikka hyperspektrikameraa varten. Hyperspektrikamera on spektrometri, jolla voidaan mitata spektri jokaiselle kuvan pikselille. Työssä käytetyn hyperspektraalisen kameran toiminta perustuu Fabry-Perot-interferometrin päästökaistojen ja värikuvasensorin pikseleiden toisistaan eroavien herkkyyksien hyödyntämiseen. Ohjaamalla interferometrin päästökaistoja sopivasti voidaan kuvasensorin eri pikseleiden avulla selvittää yhdestä kuvasta jopa kolmen spektrikaistan sisältö. Tutkittava spektrialue voidaan mitata muuttamalla transmissiokaistoja perättäisten kuvien välillä. Toteutettu hyperspektraalinen kamera tarvitsee menetelmän, jolla interferometrin peilejä voidaan ohjata tarkasti. Interferometrin peilien välistä ilmarakoa tuli ohjata nanometrin tarkkuudella 600 nm - 3000 nm alueella. Työssä hyödynnettiin Fabry-Perot-interferometria, jonka ilmarakoa ohjataan kolmen pietsosähköisen aktuaattorin avulla. Interferometrin ilmarakoa mitataan kapasitiivisesti kolmesta kohdasta, mikä mahdollistaa takaisinkytketyn säädön toteuttamisen. Lisäksi aiemmin VTT:llä kehitettyyn kuvauselektroniikkaan lisättiin flash-muisti hyperspektraalisen tiedon tallentamiseksi. Toteutetun hyperspektraalisen kameran tehon kulutus on vain 1.6 W. Kameran paino on noin 350 g. Työssä mitattiin myös interferometrin ja ohjauselektroniikan suorituskykyä. Interferometrin ilmaraon asettumisaika 200 nm askelmaiselle muutokselle on noin 0.6 ms. Kohinan aiheuttamaa ilmaraon muutosta arvioitiin mittaamalla kohina virhesignaalin esivahvistimen lähdössä ja laskemalla tätä kohinajännitettä vastaava ilmaraon muutos. Tämän arvioitiin olevan tehollisarvoltaan noin 0.1 nm. Ympäristön vaikutusten todettiin aiheuttavan suurimmat ongelmat ilmaraon ohjauksen tarkkuudessa. Varsinkin lämpötila ja kosteus vaikuttavat ohjauksen tarkkuuteen ja säätöalueeseen. Kosteus muuttaa lähinnä säätöaluetta, mutta lämpötila vaikuttaa myös ilmaraon asetusarvojen tarkkuuteen. Lämpötilan todettiin muuttavan ilmarakoa enimmillään 0.5 nm/°C.

AB - Tässä työssä suunniteltiin ja toteutettiin ohjauselektroniikka hyperspektrikameraa varten. Hyperspektrikamera on spektrometri, jolla voidaan mitata spektri jokaiselle kuvan pikselille. Työssä käytetyn hyperspektraalisen kameran toiminta perustuu Fabry-Perot-interferometrin päästökaistojen ja värikuvasensorin pikseleiden toisistaan eroavien herkkyyksien hyödyntämiseen. Ohjaamalla interferometrin päästökaistoja sopivasti voidaan kuvasensorin eri pikseleiden avulla selvittää yhdestä kuvasta jopa kolmen spektrikaistan sisältö. Tutkittava spektrialue voidaan mitata muuttamalla transmissiokaistoja perättäisten kuvien välillä. Toteutettu hyperspektraalinen kamera tarvitsee menetelmän, jolla interferometrin peilejä voidaan ohjata tarkasti. Interferometrin peilien välistä ilmarakoa tuli ohjata nanometrin tarkkuudella 600 nm - 3000 nm alueella. Työssä hyödynnettiin Fabry-Perot-interferometria, jonka ilmarakoa ohjataan kolmen pietsosähköisen aktuaattorin avulla. Interferometrin ilmarakoa mitataan kapasitiivisesti kolmesta kohdasta, mikä mahdollistaa takaisinkytketyn säädön toteuttamisen. Lisäksi aiemmin VTT:llä kehitettyyn kuvauselektroniikkaan lisättiin flash-muisti hyperspektraalisen tiedon tallentamiseksi. Toteutetun hyperspektraalisen kameran tehon kulutus on vain 1.6 W. Kameran paino on noin 350 g. Työssä mitattiin myös interferometrin ja ohjauselektroniikan suorituskykyä. Interferometrin ilmaraon asettumisaika 200 nm askelmaiselle muutokselle on noin 0.6 ms. Kohinan aiheuttamaa ilmaraon muutosta arvioitiin mittaamalla kohina virhesignaalin esivahvistimen lähdössä ja laskemalla tätä kohinajännitettä vastaava ilmaraon muutos. Tämän arvioitiin olevan tehollisarvoltaan noin 0.1 nm. Ympäristön vaikutusten todettiin aiheuttavan suurimmat ongelmat ilmaraon ohjauksen tarkkuudessa. Varsinkin lämpötila ja kosteus vaikuttavat ohjauksen tarkkuuteen ja säätöalueeseen. Kosteus muuttaa lähinnä säätöaluetta, mutta lämpötila vaikuttaa myös ilmaraon asetusarvojen tarkkuuteen. Lämpötilan todettiin muuttavan ilmarakoa enimmillään 0.5 nm/°C.

M3 - Master's thesis

CY - Espoo

ER -