Time Multiplexing Super Løsning Teknik for Imaging fra en kørende Platform
Summary
En metode til at overvinde optisk diffraktion grænse den præsenteres. Metoden indeholder en to-trins proces: optisk fase hentning hjælp iterative Gerchberg-Saxton algoritme, og imaging system gearskift efterfulgt af gentagelse af det første skridt. Et syntetisk øget blænden genereres langs retningen af bevægelse, hvilket giver en højere imaging opløsning.
Abstract
Vi foreslår en fremgangsmåde til at øge opløsningen af et objekt og overvinde diffraktionsgrænsen i et optisk system, der er installeret på toppen af en bevægelig imaging system, såsom en luftbåren platform eller satellit. Resolutionen forbedring opnås i en to-trins proces. Først tre lav opløsning forskelligt defocused billeder blive fanget og den optiske fase hentes ved hjælp af en forbedret iterativ Gerchberg-Saxton baserede algoritme. Den hentning fase gør det muligt at numerisk tilbage udbrede feltet til aperturplanet. For det andet er det billeddannende system flyttet, og det første trin gentages. De opnåede optiske felter på aperturplanet kombineres og et syntetisk øget blænden genereres langs retningen af bevægelse, hvilket giver en højere imaging opløsning. Fremgangsmåden ligner en velkendt fremgangsmåde fra mikrobølgeovn ordning kaldet Synthetic Aperture Radar (SAR), hvor antennens størrelse er syntetisk steget sammen platformenformering retning. Den foreslåede metode er demonstreret gennem laboratorieforsøg.
Introduction
I radar billedbehandling, er en smal vinkel stråle af puls Radio Frequency (RF) overføres via en antenne, der er monteret på en platform. Radarsignalet transmitterer i en side-leder retning mod overfladen 1,2. Det reflekterede signal tilbagespredes fra overfladen og bliver modtaget af den samme antenne 2. De modtagne signaler konverteres til et radarbillede. In Real Aperture Radar (RAR) opløsningen i azimuth retningen er proportional med bølgelængde og omvendt proportional med dimensionen 3 blænde. Således er en større antenne kræves for højere azimuth opløsning. Det er imidlertid vanskeligt at fastgøre stor antenne med en bevægelig platforme såsom flyvemaskiner og satellitter. I 1951 Wiley 4 foreslog en ny radar teknik kaldet Synthetic Aperture Radar (SAR), som bruger Doppler-effekten skabt ved bevægelsen af imaging-platformen. I SAR er amplituden samt fase af det modtagne signal registreret 5 </sup>. Dette er muligt, fordi den SAR optisk frekvens er omkring 1-100 GHz 6, og den fase er optaget ved hjælp af en henvisning lokal resonator monteret oven på platformen. I optisk billeddannelse kortere bølgelængder, der anvendes, som det synlige og det nær infrarøde (NIR), som er omkring 1 um, dvs frekvens på omkring 10 14 Hz. Feltintensiteten, snarere end selve feltet, der registreres, idet de optiske faseændringer for hurtigt til påvisning ved hjælp af standard siliciumbaserede detektorer.
Mens billeddannelse et objekt gennem et optisk system, blænde af den optik fungerer som en low-pass filter. Således er den højfrekvente geografisk information af objektet tabt 7. I dette papir vi sigter mod at løse hver af de ovennævnte spørgsmål hver for sig, dvs den fase tabt, og diffraktionsgrænsen effekt.
Gerchberg og Saxton (GS) 8 foreslået, at den optiske fase kan retrieaba ved hjælp af en iterativ proces. Misell 9-11 har forlænget algoritme for to input og output fly. Disse metoder har vist sig at konvergere til en fase fordeling med en minimal gennemsnitlig firkantet fejl (MSE) 12,13. Gur og Zalevsky 14 præsenteret en tre fly metode, der forbedrer Misell algoritme.
Vi foreslår og demonstrere eksperimentelt at genoprette fase mens skiftende afbildningslinsen, som gøres med antennen i SAR ansøgning giver os mulighed for syntetisk forøge den effektive størrelse af åbningen langs scanning akse og i sidste ende forbedre resulterede imaging opløsning.
Anvendelsen af SAR i optisk billeddannelse ved hjælp af interferometri og holografi er velkendt 16,17. Imidlertid er den foreslåede metode sigter til at efterligne en scanning imaging platform, hvilket gør den velegnet til ikke-kohærent imaging (såsom side-leder luftbårne platform). Således begrebet holografi, whilm anvender en referencestråle, er ikke egnet til en sådan anvendelse. I stedet er den reviderede Gerchberg-Saxton algoritme, der anvendes med henblik på at hente den fase.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den optiske Synthetic Aperture Radar (Osar) koncept, der præsenteres i dette papir er en ny super løst tilgang, der bruger GS algoritme og scanning teknik for at forbedre den rumlige opløsning af et objekt i retning af scanningen. Bevægelsen af imaging-platformen kan være selv-genereret, mens du bruger en luftbåren eller satellit-platform. I modsætning til mange tidsmultioverføring SR teknikker, er vores metode kræver ikke nogen a priori information af objektet, bortset fra det faktum, at det er …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ingen
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).
