Multiplexage temporel de Super Résolution technique d'imagerie à partir d'une plate-forme mobile
Summary
Un procédé pour surmonter la limite de diffraction optique est présenté. Le procédé comprend un processus en deux étapes: l'extraction de phase optique en utilisant l'algorithme itératif Gerchberg-Saxton, et le déplacement du système de formation d'image suivie d'une répétition de la première étape. Une ouverture de l'objectif par synthèse accrue est générée le long de la direction de déplacement, ce qui donne une meilleure résolution d'image.
Abstract
Nous proposons un procédé pour augmenter la résolution d'un objet et de surmonter la limite de diffraction d'un système optique installé sur le dessus d'un système de formation d'image en mouvement, tel qu'une plate-forme aéroportée ou satellite. L'amélioration de la résolution est obtenue dans un processus en deux étapes. Tout d'abord, trois basse résolution des images différemment DÉFOCALISÉES sont capturés et la phase optique sont récupérées à l'aide d'un algorithme basé Gerchberg-Saxton itérative améliorée. La récupération de phase permet de propager numériquement retour sur le terrain pour le plan d'ouverture. Deuxièmement, le système de formation d'image est décalée et la première étape est répétée. Les champs optiques obtenues au niveau du plan d'ouverture sont réunies et une ouverture d'objectif est généré par synthèse accrue le long de la direction de déplacement, ce qui donne une meilleure résolution d'image. La méthode ressemble à une approche bien connue du régime micro-ondes appelé le radar à ouverture synthétique (SAR), dans laquelle la taille de l'antenne est synthétique a augmenté le long de la plate-formedirection de propagation. La méthode proposée est démontrée par l'expérience de laboratoire.
Introduction
Dans l'imagerie radar, un faisceau étroit de l'angle de l'impulsion radiofréquence (RF) est transmis en utilisant une antenne qui est montée sur une plate-forme. Le signal de radar émet dans une direction latérale-regardant vers la surface de 1,2. Le signal réfléchi est rétrodiffusée à partir de la surface et est reçu par la même antenne 2. Les signaux reçus sont convertis en une image radar. En radar à ouverture réelle (RAR) la résolution dans la direction d'azimut est proportionnelle à la longueur d'onde et inversement proportionnelle à la dimension de l'ouverture 3. Ainsi, une plus grande antenne est nécessaire pour une meilleure résolution en azimut. Cependant, il est difficile de fixer une grande antenne à des plates-formes mobiles telles que des avions et des satellites. En 1951, Wiley 4 proposé une nouvelle technique de radar appelé radar à synthèse d'ouverture (SAR), qui utilise l'effet Doppler créée par le mouvement de la plate-forme d'imagerie. En SAR, l'amplitude et la phase du signal reçu sont enregistrés 5 </sup>. Ceci est possible étant donné que la fréquence optique de RS est de 1 à 100 GHz environ 6 et la phase est enregistré en utilisant un résonateur de référence locale installée sur le dessus de la plate-forme. Dans l'imagerie optique, des longueurs d'onde plus courtes sont utilisées, telles que le visible et le proche infrarouge (NIR), qui est d'environ 1 pm, c'est à dire la fréquence d'environ 10 Hz. 14. L'intensité de champ, plutôt que le champ lui-même, est détecté depuis les changements de phase optique trop rapides pour la détection à l'aide de détecteurs à base de silicium standard.
Bien que l'imagerie d'un objet à travers un système optique, l'ouverture de l'optique sert de filtre passe-bas. Ainsi, la haute fréquence d'information spatiale de l'objet est perdu 7. Dans cet article, nous nous efforçons de résoudre chacun des problèmes mentionnés ci-dessus séparément, à savoir la phase perdu et l'effet de la limite de diffraction.
Gerchberg et Saxton (GS) 8 ont suggéré que la phase optique peut être Retrieved en utilisant un processus itératif. Misell 9-11 a étendu l'algorithme pour deux avions tout d'entrée et de sortie. Ces approches ont fait leurs preuves à converger vers une distribution de phase avec une erreur quadratique moyenne minimale (MSE) 12,13. Gur et Zalevsky 14 ont présenté une méthode à trois des avions qui améliore l'algorithme Misell.
Nous proposons et démontrons expérimentalement que la restauration de la phase tout en déplaçant la lentille d'imagerie, comme cela se fait avec l'antenne en application de SAR nous permet d'augmenter de manière synthétique la taille effective de l'ouverture le long de l'axe de balayage et, éventuellement, améliorer la résolution de l'imagerie abouti.
L'application de la SAR dans l'imagerie optique par interférométrie et l'holographie est bien connu 16,17. Cependant, la méthode proposée est destinée à imiter une plate-forme d'imagerie à balayage, ce qui convient pour l'imagerie non cohérente (comme plate-forme aéroportée visée latérale). Ainsi, le concept de l'holographie, la WHIch utilise un faisceau de référence, n'est pas adapté à une telle application. Au lieu de cela, l'algorithme de Gerchberg-Saxton révisée est utilisée afin de récupérer la phase.
Protocol
Representative Results
Discussion
L'optique radar à ouverture synthétique (OSAR) concept qui est présenté dans ce document est une nouvelle approche de super-résolue qui utilise l'algorithme GS et technique de balayage afin d'améliorer la résolution spatiale d'un objet dans le sens de la recherche. Le mouvement de la plate-forme d'imagerie peut être auto-généré tout en utilisant une plate-forme aéroportée ou satellite. Contrairement à de nombreuses techniques de multiplexage dans le temps de SR, notre procédé ne néce…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Aucun
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
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