Tijd Multiplexing Super oplossen Techniek for Imaging van een bewegend platform
Summary
Werkwijze voor het overwinnen van de optische diffractie limiet wordt gepresenteerd. De methode omvat een proces in twee stappen: optische fase retrieval behulp iteratieve Gerchberg-Saxton algoritme, en imaging systeem verschuiven gevolgd door herhaling van de eerste stap. Een synthetisch toegenomen lensopening wordt gegenereerd in de richting van de beweging, waardoor een hogere beeldresolutie.
Abstract
Wij stellen een werkwijze voor het verhogen van de resolutie van een object en het overwinnen van de diffractie limiet van een optisch stelsel op een bewegend beeldvormingssysteem, zoals een platform lucht of satelliet geïnstalleerd. De verbetering oplossend vermogen wordt verkregen in twee stappen. Eerst worden drie lage resolutie anders onscherpe beelden wordt gevangen en de optische fase wordt opgehaald met een verbeterde iteratieve Gerchberg-Saxton gebaseerde algoritme. De fase ophalen maakt het mogelijk om numeriek terug te propageren het veld om het diafragma vliegtuig. Ten tweede wordt het beeldvormingssysteem verschoven en de eerste stap wordt herhaald. De verkregen optische velden op de opening vlak worden gecombineerd en een synthetisch grotere diafragma wordt gegenereerd langs de bewegingsrichting, waardoor een hogere beeldresolutie. De methode lijkt op een bekende benadering van de magnetron regime genaamd Synthetic Aperture Radar (SAR) waarin de antennegrootte synthetisch wordt verhoogd over het perronvoortplantingsrichting. De voorgestelde methode is aangetoond door laboratoriumexperiment.
Introduction
Radar beeldvorming wordt een smalle lichtstraal puls radiofrequentie (RF) overgebracht via een antenne die op een platform is gemonteerd. Het radarsignaal zendt in een zijwaarts gerichte richting naar het oppervlak 1,2. Het gereflecteerde signaal wordt terugverstrooid van het oppervlak en wordt door dezelfde antenne 2 ontvangen. De ontvangen signalen worden omgezet een radarbeeld aan. In de praktijk Aperture Radar (RAR) de resolutie in de azimuthrichting is evenredig met de golflengte en omgekeerd evenredig met de opening afmeting 3. Zo wordt een grotere antenne nodig voor hogere azimuth resolutie. Het is echter moeilijk om grote antenne hechten aan een bewegend platform zoals vliegtuigen en satellieten. In 1951 Wiley 4 stelde een nieuwe radar techniek genaamd Synthetic Aperture Radar (SAR), die het Doppler-effect gecreëerd door de beweging van de imaging platform gebruikt. In SAR, de amplitude en de fase van het ontvangen signaal worden geregistreerd 5 </sup>. Dit is mogelijk aangezien de SAR optische frequentie is ongeveer 1-100 GHz 6 en de fase opgenomen middels referentie plaatselijke resonator bovenop het platform geïnstalleerd. In optische beeldvorming, worden kortere golflengten worden gebruikt, zoals het zichtbare en nabij-infrarode (NIR), dat is ongeveer 1 urn, namelijk frequentie van ongeveer 10 Hz 14. De veldsterkte in plaats van het veld zelf, wordt gedetecteerd aangezien de optische faseveranderingen te snel voor detectie met standaard silicium gebaseerde detectoren.
Tijdens het afbeelden van een object via een optisch systeem, de opening van de optiek dient als een laagdoorlaatfilter. Aldus wordt de hoogfrequente ruimtelijke informatie van het voorwerp verloren 7. In dit artikel willen we elk van de bovengenoemde problemen oplossen afzonderlijk, dat wil zeggen de fase verloren en diffractielimiet effect.
Gerchberg en Saxton (GS) 8 gesuggereerd dat de optische fase kan worden retrieved behulp van een iteratief proces. Misell 9-11 heeft het algoritme uitgeschoven twee input en output vliegtuigen. Deze benaderingen zijn bewezen te convergeren naar een fase distributie met een minimale gemiddelde kwadratische fout (MSE) 12,13. Gur en Zalevsky 14 presenteerde een drie vlakken methode die de Misell algoritme verbetert.
Wij stellen en aan te tonen experimenteel dat het herstel van de fase, terwijl het verschuiven van de beeldvorming lens, zo gedaan met de antenne in SAR toepassing laat ons toe om synthetisch verhoging van de effectieve grootte van de opening langs de scanas en uiteindelijk het verbeteren van de beeldvorming resulteerde resolutie.
De toepassing van de SAR in optische beeldvorming met behulp van interferometrie en holografie is bekend 16,17. Echter, de voorgestelde methode bedoeld voor het nabootsen van een scanning imaging platform, waardoor het geschikt is voor niet-coherente beeldvorming (zoals-side looking airborne platform). Aldus is het concept van holografie, which gebruikt een referentiebundel, niet geschikt voor een dergelijke toepassing. In plaats daarvan wordt de herziene Gerchberg-Saxton algoritme om de fase te halen.
Protocol
Representative Results
Discussion
De optische Synthetic Aperture Radar (OSAR) concept dat in dit document is een nieuw super opgelost benadering die de GS algoritme en scantechniek gebruikt om de ruimtelijke resolutie van een object in de richting van de scan verbeteren. De beweging van de imaging platform kan zelf worden gegenereerd tijdens het gebruik van een lucht-of satelliet platform. In tegenstelling tot veel meervou SR technieken, is onze werkwijze geen a priori informatie van het object, behalve dat het stilstaat tijdens het beeldvormin…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Geen
Materials
| Red Laser Module | Thorlabs | LDM635 | |
| 10X Galilean Beam Expander | Thorlabs | BE10M-A | |
| Negative 1951 USAF Test Target | Thorlabs | R3L3S1N | |
| Filter holder for 2" Square Filters | Thorlabs | FH2 | |
| 1" Linear Translation Stage | Thorlabs | PT1 | X2 |
| Lens Mount for Ø1" Optics | Thorlabs | LMR1 | |
| Lens f = 100.0mm | Thorlabs | AC254-100-A | |
| Graduated Ring-Activated Iris Diaphragm | Thorlabs | SM1D12C | |
| 2.5×2.5mm Aperture Ø1" | Indoor production | ||
| High Resolution CMOS Camera | Thorlabs | DCC1545M |
References
- De Loor, G. P. Possibilities and uses of radar and thermal infrared systems. Photogrammetria. 24, 43-58 (1969).
- Simonett, D. S. Remote sensing with imaging radar: A review. Geoforum. , 61-74 (1970).
- Born, M., Wolf, E. . Principles of optics: electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light. , (1999).
- Wiley, C. A. Synthetic aperture radars-a paradigm for technology evolution. IEEE Trans. Aerospace Elec. Sys. 21, 440-443 (1985).
- Brown, W., Porcello, L. . An introduction to synthetic-aperture radar. , 52-62 (1969).
- Cheney, M., Borden, B. . Fundamentals of Radar Imaging. Siam. , (2008).
- Otto, R., Fritz, L. Die lehre von der bildentstehung im mikroskop von Ernst Abbe. Vieweg Braunschweig. , (1910).
- Gerchberg, W. R., Saxton, W. O. A practical algorithm for the determination of phase from image and diffraction plane pictures. Optik. 35, 237-246 (1972).
- Misell, D. L. A method for the solution of the phase problem in electron microscopy. J. Phys. D Appl. Phys. 6, (1973).
- Misell, D. L. An examination of an iterative method for the solution of the phase problem in optics and electron optics: I. Test calculations. J. Phys. D Appl. Phys. 6, 2200-2216 (1973).
- Misell, D. L. An examination of an iterative method for the solution of the phase problem in optics and electron optics. II. Sources of error. J. Phys. D Appl. Phys. 6, 2217-2225 (1973).
- Fienup, J. R. Reconstruction of an object from the modulus of its Fourier transform. Optics Lett. 3, 27-29 (1978).
- Fienup, J. R. Phase retrieval algorithms: a comparison. Appl. Optics. 21, 2758-2769 (1982).
- Gur, E., Zalevsky, Z. Image deblurring through static or time-varying random perturbation medium. J. Electron. Imaging. 18, 033016-03 (2009).
- Goodman, J. W. Introduction to Fourier Optics. Roberts & Company. , (2005).
- Tippie, A. E., Kumar, A., Fienup, J. R. High-resolution synthetic-aperture digital holography with digital phase and pupil correction. Optics Express. 19, 12027-12038 (2011).
- Lim, S., Choi, K., Hahn, J., Marks, D. L., Brady, J. Image-based registration for synthetic aperture holography. Optics Express. 19, 11716-11731 (2011).
