Técnica Tempo Multiplexing Super Resolvendo for Imaging a partir de uma plataforma móvel
Summary
Um método para superar o limite de difração óptica é apresentado. O método inclui um processo de duas etapas: fase de recuperação óptica usando algoritmo iterativo Gerchberg-Saxton, e deslocamento do sistema de imagem seguido pela repetição da primeira etapa. A sinteticamente aumento abertura da lente é gerado ao longo da direção do movimento, produzindo resolução de imagem superior.
Abstract
Propomos um método para aumentar a resolução de um objecto e ultrapassar o limite de difracção de um sistema óptico instalado no topo de um sistema de imagem em movimento, tal como uma plataforma aérea ou por satélite. O aumento da resolução é obtido num processo de dois passos. Em primeiro lugar, três imagens de baixa resolução diferente desfocados estão sendo capturados e fase óptica é recuperado usando um algoritmo iterativo baseado melhorado Gerchberg-Saxton. A recuperação de fase permite numericamente volta propagar o campo para o plano de abertura. Em segundo lugar, o sistema de formação de imagens é deslocada e o primeiro passo é repetido. Os campos ópticos obtidos no plano de abertura são combinados e um aumento sinteticamente abertura da lente é gerado ao longo da direção do movimento, produzindo resolução de imagem superior. O método assemelha-se a uma abordagem bem conhecida do regime de microondas chamado Radar de Abertura Sintética (SAR) em que o tamanho da antena é sinteticamente aumentado ao longo da plataformadireção de propagação. O método proposto é demonstrada através de experimento de laboratório.
Introduction
Em imagens de radar, um feixe de ângulo estreito de pulso de radiofreqüência (RF) é transmitido usando uma antena que está montada sobre uma plataforma. O sinal de radar transmite numa direcção do olhar para o lado da superfície de 1,2. O sinal reflectido é retroespalhamento a partir da superfície e é recebido pela mesma antena 2. Os sinais recebidos são convertidos para uma imagem de radar. Na real Radar de Abertura (RAR) a resolução do azimute é proporcional ao comprimento de onda e inversamente proporcional à dimensão da abertura 3. Assim, uma antena grande é necessária para a maior resolução azimutal. No entanto, é difícil atribuir grande antena a um plataformas móveis, como aviões e satélites. Em 1951, Wiley 4 sugeriram uma nova técnica de radar chamado Synthetic Aperture Radar (SAR), que utiliza o efeito Doppler criado pelo movimento da plataforma de imagem. No SAR, a amplitude, assim como a fase do sinal recebido são registados 5 </sup>. Isto é possível uma vez que a frequência óptica SAR é de cerca de 1-100 6 GHz e a fase é gravado utilizando um ressonador de referência local, instalado na parte superior da plataforma. Na imagiologia óptica, os comprimentos de onda mais curtos são utilizados, tais como o visível e o infravermelho próximo (NIR), que é cerca de 1 um, isto é, frequência de cerca de 10 Hz 14. A intensidade de campo, em vez do próprio campo, está a ser detectada desde as mudanças de fase óptica muito rápidos para a detecção utilizando detectores de base de silício padrão.
Enquanto imaginando um objeto através de um sistema óptico, a abertura da óptica serve como um filtro passa-baixa. Assim, a informação espacial de alta freqüência do objeto é perdido 7. Neste artigo pretende-se resolver cada uma das questões acima mencionadas separadamente, ou seja, a fase perdido eo efeito limite de difração.
Gerchberg e Saxton (GS) 8 sugere que a fase óptica pode ser recupeved utilizando um processo iterativo. Misell 9-11 alargou o algoritmo para quaisquer dois planos de entrada e de saída. Essas abordagens são comprovados para convergir para uma distribuição de fase com um mínimo erro médio quadrático (MSE) 12,13. Gur e Zalevsky 14 apresentaram um método de três aviões que melhora o algoritmo Misell.
Propomos e demonstrar experimentalmente que o restabelecimento da fase enquanto mudando a lente de imagem, como foi feito com a antena na aplicação SAR nos permite aumentar sinteticamente o tamanho efetivo da abertura ao longo do eixo de digitalização e, eventualmente, melhorar a resolução de imagem resultou.
A aplicação de SAR em imagens ópticas usando interferometria e holografia é bem conhecida 16,17. No entanto, o método sugerido é voltado para imitar uma plataforma de imagem de varredura, tornando-o adequado para a imagem latente não-coerente (como plataforma aérea de aparência lado). Assim, o conceito de holografia, which utiliza um feixe de referência, não é adequada para tal pedido. Em vez disso, o algoritmo Gerchberg-Saxton revisto é utilizado, a fim de recuperar a fase.
Protocol
Representative Results
Discussion
A óptica radar de abertura sintética conceito (OSAR) que é apresentada neste artigo é uma nova abordagem super-resolvida que usa o algoritmo de GS e técnica de exploração, a fim de melhorar a resolução espacial de um objeto na direção da digitalização. O movimento da plataforma de imagem pode ser auto-gerado durante a utilização de uma plataforma aérea ou por satélite. Ao contrário de muitas técnicas tempo multiplexing SR, nosso método não requer qualquer informação a priori do objeto, al…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nenhum
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).
