Time Multiplexing Super Lösa Teknik för avbildning från en rörlig plattform
Summary
En metod för att övervinna den optiska diffraktionsgränsen presenteras. Metoden innefattar en process i två steg: optisk fas hämtning med hjälp av iterativa Gerchberg-Saxton algoritm, och bildsystem växling följt av upprepning av det första steget. Ett syntetiskt ökad bländaren genereras längs rörelseriktningen, vilket ger högre avbildning upplösning.
Abstract
Vi föreslår ett förfarande för att öka upplösningen av ett föremål och övervinna diffraktionsgränsen av ett optiskt system installeras ovanpå en rörlig avbildningssystem, såsom en luftburen plattform eller satellit. Upplösningen förbättring erhålles i en två-stegsprocess. Först tre låg upplösning annorlunda defokuserade bilder som fångas och den optiska fasen hämtas med hjälp av en förbättrad iterativ Gerchberg-Saxton baserad algoritm. Fasen hämtning gör det möjligt att numeriskt tillbaka propagera fältet till öppningsplanet. För det andra är avbildningssystemet förskjuts och det första steget upprepas. De erhållna optiska fält vid öppningsplanet kombineras och ett syntetiskt ökad bländaren genereras längs rörelseriktningen, vilket ger högre avbildning upplösning. Metoden liknar en välkänd metod från mikrovågsugnen regim kallas Synthetic Aperture Radar (SAR) i vilken antennstorlek är syntetiskt ökade längs plattformenutbredningsriktning. Den föreslagna metoden demonstreras genom laboratorieexperiment.
Introduction
I radaravbildning, är en smal vinkel strålen av puls för radiofrekvens (RF) som överförs med hjälp av en antenn som är monterad på en plattform. Den radarsignalen sänder i en sidoriktad riktning mot ytan 1,2. Den reflekterade signalen bakåtspritt från ytan och tas emot av samma antenn 2. De mottagna signalerna omvandlas till en radarbild. I Real Aperture Radar (RAR) upplösningen i azimutriktningen är proportionell mot våglängden och omvänt proportionell mot öppningen dimension 3. Således är en större antenn krävs för högre azimutupplösningen. Emellertid är det svårt att fästa stor antenn på en rörlig plattform som flygplan och satelliter. I 1951 Wiley 4 föreslås en ny radar teknik kallad Synthetic Aperture Radar (SAR), som använder Doppler-effekten som skapas av rörelsen av det bildgivande plattformen. I SAR, är amplituden och fasen hos den mottagna signalen inspelad 5 </sup>. Detta är möjligt eftersom den optiska frekvensen SAR är ca 1-100 GHz 6 och fasen är inspelad med hjälp av en referens lokal resonator installeras ovanpå plattformen. Vid optisk avbildning är kortare våglängder används, såsom det synliga och det nära infraröda (NIR), vilket är ungefär 1 ^ m, dvs frekvens av ca 10 14 Hz. Fält intensitet, snarare än själva fältet, detekteras eftersom de optiska förändringar fas för fort för att upptäcka med hjälp av vanliga kiselbaserade detektorer.
Medan avbildning av ett föremål genom ett optiskt system, aperturen för optiken tjänar som ett lågpassfilter. Sålunda är den högfrekventa spatial information av det objekt förlorade 7. I denna uppsats har vi som mål att lösa var och en av de ovan nämnda frågorna var för sig, det vill säga den fas förlorade och diffraktionsgränsen effekten.
Gerchberg och Saxton (GS) 8 föreslog att den optiska fasen kan retrieved med användning av en iterativ process. Misell 9-11 har förlängt algoritmen för vilka två in-och utgångsplan. Dessa metoder har visat att konvergera till en fas fördelning med en minimal medelkvadratfelet (MSE) 12,13. Gur och Zalevsky 14 presenterade en tre plan metod som förbättrar Misell algoritmen.
Vi föreslår och visa experimentellt att återställa fas samtidigt flytta avbildningslinsen, som görs med antennen i SAR-applikation gör det möjligt att syntetiskt öka den effektiva storleken på öppningen längs svepaxel och så småningom förbättra result avbildning upplösning.
Tillämpningen av SAR i optisk avbildning med interferometri och holografi är välkänt 16,17. Men den föreslagna metoden syftar till att imitera en scanning avbildning plattform, vilket gör den lämplig för icke-koherent avbildning (t.ex. sidoriktade luftburen plattform). Således begreppet holografi, vilket motsvarach använder en referensstråle, är inte lämplig för en sådan tillämpning. Istället är det reviderade Gerchberg-Saxton algoritm som används för att hämta den fasen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den optiska Synthetic Aperture Radar (Osar) begrepp som presenteras i denna uppsats är en ny super löst metod som använder GS-algoritmen och skanningsteknik för att förbättra den rumsliga upplösningen av ett föremål i riktning genomsökningen. Rörelsen av avbildnings plattform kan vara självgenererande vid användning av en luftburen eller satellitplattform. Till skillnad från många tids multiplexering SR tekniker, gör vår metod inte kräver någon a priori information om objektet, förutom det f…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Inget
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 |
Riferimenti
- 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).
