טכניקת ריבוב הזמן Super פתרון הדמיה מפלטפורמה נעה
Summary
שיטה להתגברות על גבול ההשתברות האופטית מוצגת. השיטה כוללת תהליך בן שני שלבים: שלב אחזור אופטי באמצעות אלגוריתם Gerchberg-סקסטון חוזר ונשנה, והסטת מערכת הדמיה ואחריו חזרה על הצעד הראשון. צמצם עדשה מוגברת סינטטי מופק לאורך כיוון התנועה, מניב הדמיה ברזולוציה גבוהה יותר.
Abstract
אנו מציעים שיטה להגדלת הרזולוציה של אובייקט והתגברות על גבול ההשתברות של מערכת אופטית המותקנת בחלק העליון של מערכת הדמיה בתנועה, כגון פלטפורמה או בלווין הנישאים באוויר. שיפור הרזולוציה מתקבל בתהליך בן שני שלבים. ראשית, שלוש תמונות שונות וחסרות מיקוד ברזולוציה נמוכה נמצאים בשבי והשלב האופטי מאוחזר באמצעות אלגוריתם איטרטיבי משופר המבוסס Gerchberg-סקסטון. אחזור השלב מאפשר מבחינה מספרית בחזרה כדי להפיץ את השדה למטוס הצמצם. שנית, מערכת ההדמיה מוסטת והצעד הראשון חוזר על עצמו. השדות אופטיים שהושגו במטוס הצמצם משולבים וצמצם עדשה מוגברת סינטטי מופק לאורך כיוון התנועה, מניב הדמיה ברזולוציה גבוהה יותר. השיטה דומה לגישה ידועה ממשטר המיקרוגל נקראת המכ"מ מיפתח סינטטי (SAR) שבגודל האנטנה מוגבר סינטטי לאורך הרציףכיוון התפשטות. השיטה המוצעת מודגמת באמצעות ניסוי מעבדה.
Introduction
בתחום ההדמיה רדאר, קרן זווית צרה של תדר רדיו דופק (RF) מועברת באמצעות אנטנה כי הוא רכוב על פלטפורמה. אות המכ"ם משדרת בכיוון מסתכל בצד לכיוון 1,2 פני השטח. האות המוחזר הוא backscattered מהשטח, והוא קיבל על ידי אותה האנטנה 2. הם קיבלו האותות מומרים לתמונת המכ"ם. במכ"ם אמיתי צמצם (RAR) הרזולוציה בכיוון אזימוט היא פרופורציונלית לאורך גל ועומדים ביחס הפוך לממד הצמצם 3. כך, אנטנה גדולה יותר נדרשת לפתרון אזימוט גבוה יותר. עם זאת, קשה לצרף אנטנה גדולה לפלטפורמות נעות כגון מטוסים ולווינים. ב -1951 4 יילי הציע טכניקה חדשה רדאר הנקראת מכ"ם מפתח סינטטי (SAR), המשתמשת באפקט דופלר שנוצר על ידי התנועה של פלטפורמת ההדמיה. בSAR, משרעת כמו גם את השלב של האות נקלטת נרשמים 5 </sup>. זה אפשרי שכן התדר האופטי SAR הוא כ 1-100 GHz 6 והשלב נרשם באמצעות מהוד מקומי התייחסות מותקנת על גבי הפלטפורמה. בהדמיה אופטית, אורכי גל קצרים יותר נמצאים בשימוש, כגון הגלוי ואינפרא האדום הקרוב (NIR), המהווה כ 1 מיקרומטר, כלומר בתדירות של כ 10 14 הרץ. עוצמת השדה, ולא את השדה עצמו, הוא שיראו שכן השינויים האופטיים שלב מהר מדי לגילוי באמצעות גלאים מבוססים סיליקון סטנדרטי.
בעוד הדמיה אובייקט דרך מערכת אופטית, הצמצם של עדשת משמש כנמוך לעבור סינון. לפיכך, מידע מרחבי בתדירות גבוהה של האובייקט אבוד 7. במאמר זה אנו שואפים לפתור כל אחת מהבעיות שהוזכרו לעיל בנפרד, כלומר השלב שאבד ואת השפעת גבול השתברות.
Gerchberg וסקסטון (GS) 8 הציעו כי השלב האופטי ניתן retrieved באמצעות תהליך חוזר ונשנה. Misell 9-11 האריך את האלגוריתם לכל שני מטוסי קלט ופלט. גישות אלו הוכיחו להתכנס להפצת שלב עם שגיאה מרובעת ממוצעת מינימאלית (MSE) 12,13. גור ו14 זלבסקי הציגו שיטת מטוסים שלוש אשר משפרת את אלגוריתם Misell.
אנו מציעים ולהדגים בניסוי שמשחזר את השלב תוך הסטת עדשת ההדמיה, כפי שנעשה עם האנטנה ביישום SAR מאפשר לנו להגדיל באופן סינטטי בגודל האפקטיבי של הצמצם לאורך ציר הסריקה וסופו של דבר לשפר את רזולוציית ההדמיה הביאה.
היישום של ה-SAR בהדמיה אופטית באמצעות אינטרפרומטריה והולוגרפיה ידוע 16,17. עם זאת, השיטה המוצעת נועדה לחיקוי פלטפורמת הדמיה סריקה, מה שהופך אותו מתאים להדמית noncoherent (כגון פלטפורמה מוטסת למראה צד). לכן, הרעיון של הולוגרפיה, WHIch משתמש בקרן ייחוס, אינו מתאים ליישום כזה. במקום זאת, אלגוריתם Gerchberg-סקסטון המתוקן משמש כדי לאחזר את השלב.
Protocol
Representative Results
Discussion
מכ"מ האופטי הסינתטי צמצם הקונספט (OSAR) שמוצג במאמר זה הוא גישת סופר נפתר חדשה המשתמשת באלגוריתם GS וטכניקת סריקה על מנת לשפר את הרזולוציה המרחבית של אובייקט בכיוון של הסריקה. התנועה של פלטפורמת ההדמיה יכולה להיות עצמית שנוצר תוך השימוש בפלטפורמה מוטסת או בלווין. שלא …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אף לא אחד
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).
