Zeit-Multiplexing-Technik für überauflösenden Imaging von einer beweglichen Plattform
Summary
Ein Verfahren zur Überwindung der optischen Beugungsgrenze dargestellt. Das Verfahren umfasst einen zweistufigen Prozess: optische Phasenwiedergewinnungs Verwendung iterativer Gerchberg-Saxton-Algorithmus und Abbildungssystem Verschiebung gefolgt von einer Wiederholung des ersten Schrittes. Ein synthetisch erhöht Blende entlang der Bewegungsrichtung erzeugt, was zu höheren Bildauflösung.
Abstract
Wir schlagen ein Verfahren zur Erhöhung der Auflösung eines Objekts und die Überwindung der Beugungsgrenze des optischen Systems auf einer sich bewegenden Bilderzeugungssystem, wie einem Luft-oder Satellitenplattform installiert. Die Auflösungsverbesserung in einem zweistufigen Verfahren erhalten. Zunächst drei niedrige Auflösung unterschiedlich different Bilder werden erfasst und die optische Phase wird mit einer verbesserten iterative Gerchberg Saxton-basierten Algorithmus abgerufen. Die Phase Abruf ermöglicht, um das Feld auf die Öffnungsebene numerisch wieder propagieren. Zweitens wird das Abbildungssystem verschoben, und der erste Schritt wird wiederholt. Die erhaltenen optischen Felder an der Öffnungsebene kombiniert und ein synthetisch erhöht Blende entlang der Bewegungsrichtung erzeugt, wodurch höhere Bildauflösung. Das Verfahren ähnelt einem bekannten Ansatz aus dem Mikrowellenbereich genannt Synthetic Aperture Radar (SAR), in dem die Antennengröße wird synthetisch auf der Plattform erhöhtAusbreitungsrichtung. Das vorgeschlagene Verfahren wird durch Laborversuch nachgewiesen.
Introduction
In Radarbildgebung wird ein Schmalwinkel-Strahls von Hochfrequenzimpuls (RF) mit einer Antenne, die auf einer Plattform montiert ist, übertragen. Das Radarsignal überträgt in einer Seitensicht-Richtung auf der Oberfläche 1,2. Das reflektierte Signal wird von der Oberfläche zurückgestreute und durch dieselbe Antenne 2 empfangen. Die empfangenen Signale werden an einen Radar-Bild umgewandelt. In Echt Aperture Radar (RAR) die Auflösung in der Azimutrichtung ist proportional zur Wellenlänge und umgekehrt proportional zur Abmessung der Öffnung 3. Somit wird eine größere Antenne für höhere Winkelauflösung erforderlich. Es ist jedoch schwierig, große Antenne an einen beweglichen Plattformen wie Flugzeugen und Satelliten zu befestigen. Im Jahr 1951 Wiley 4 schlug eine neue Radar-Technik namens Synthetic Aperture Radar (SAR), die die Doppler-Effekt, der durch die Bewegung des Imaging-Plattform nutzt. SAR, die Amplitude als auch die Phase des empfangenen Signals aufgezeichnet 5 </sup>. Dies ist möglich, da die SAR optischen Frequenz etwa 1-100 GHz 6 und die Phase wird mit einem lokalen Referenz Resonator auf der Oberseite der Plattform installiert aufgezeichnet. In optischen Abbildungs, kürzere Wellenlängen verwendet werden, wie im sichtbaren und im nahen Infrarot (NIR), die etwa 1 um ist, dh Frequenz von etwa 10 14 Hz ist. Die Feldstärke und nicht das Feld selbst, wird, da die optischen Phasenänderungen zu schnell für den Nachweis unter Verwendung von Standardsiliziumdetektoren detektiert.
Beim Abbilden eines Objekts durch ein optisches System dient die Öffnung der Optik, wie ein Tiefpassfilter. Somit wird die Hochfrequenzraumdaten des Objekts 7 verloren. In diesem Papier wollen wir jedes der oben genannten Probleme einzeln zu lösen, dh die Phase verloren, und die Beugungsgrenze Wirkung.
Gerchberg und Saxton (GS) 8 vorgeschlagen, dass die optische Phase kann Retrie werdenved Verwendung eines iterativen Prozesses. Misell 9-11 wurde der Algorithmus für jede zwei Eingangs-und Ausgangsebenen erweitert. Diese Ansätze sind nachweislich zu einer Phasenverteilung mit einem minimalen mittleren quadratischen Fehler (MSE) 12,13 konvergieren. Gur und Zalevsky 14 präsentierte drei Ebenen Methode, die die Misell Algorithmus verbessert.
Wir schlagen vor, und zeigen, dass die Wiederherstellung experimentell die Phase, während Verschiebung der Abbildungslinse, wie mit der Antenne in SAR-Anwendung durchgeführt ermöglicht es uns, synthetisch erhöhen die effektive Größe der Öffnung entlang der Bewegungsachse und schließlich führte die Verbesserung der Bildauflösung.
Die Anwendung der SAR-Bilderzeugung unter Verwendung der optischen Interferometrie und Holographie bekannt 16,17. Jedoch wird das vorgeschlagene Verfahren zum Nachahmen eines abtastenden bildgebenden Plattform, so dass es für die nicht-kohärente Tomographie (wie Seitenschau fliegende Plattform) geeignet ausgerichtet. So ist das Konzept der Holographie, welch verwendet einen Referenzstrahl, ist nicht geeignet für eine solche Anwendung. Stattdessen wird die überarbeitete Gerchberg-Saxton-Algorithmus verwendet, um die Phase abrufen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die optische Radar mit synthetischer Apertur (OSAR) Konzept, das in diesem Papier vorgestellt wird, ist ein neues Super gelöst Ansatz, der die GS-Algorithmus und Scanning-Technik, um die Ortsauflösung eines Objekts in Richtung des Scans verbessern verwendet. Die Bewegung des Imaging-Plattform können selbst erzeugten während der Verwendung einer Luft-oder Satellitenplattform sein. Im Gegensatz zu vielen Zeitmultiplextechniken SR, unser Verfahren erfordert keine a priori-Informationen von dem Objekt, außer d…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Keiner
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
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