Tempo Multiplexing Super Risoluzione Tecnica di imaging da una piattaforma mobile
Summary
Un metodo per superare il limite di diffrazione ottica è presentato. Il metodo include un processo in due fasi: il recupero di fase ottica utilizzando l'algoritmo iterativo Gerchberg-Saxton, e spostamento sistema di imaging seguita dalla ripetizione del primo passo. Un sinteticamente maggiore apertura dell'obiettivo è generata lungo la direzione di movimento, producendo risoluzione di immagini superiore.
Abstract
Si propone un metodo per aumentare la risoluzione di un oggetto e superare il limite di diffrazione di un sistema ottico installato sopra un sistema di imaging in movimento, ad esempio una piattaforma aerea o satellitare. Il miglioramento risoluzione viene ottenuta in un processo a due fasi. In primo luogo, tre a bassa risoluzione le immagini in modo diverso sfocato vengono catturati e la fase ottica vengono recuperati utilizzando un iterativo algoritmo basato Gerchberg-Saxton migliorata. Il recupero fase permette di propagare numericamente indietro il campo per il piano di apertura. In secondo luogo, il sistema di imaging viene spostata e il primo passo è ripetuto. I campi ottici ottenuti in corrispondenza del piano del diaframma vengono combinati e un sinteticamente maggiore apertura dell'obiettivo è generata lungo la direzione di movimento, producendo risoluzione di immagini superiore. Il metodo assomiglia un approccio noto dal regime microonde chiamato il radar ad apertura sintetica (SAR), in cui le dimensioni dell'antenna viene aumentata sinteticamente lungo la piattaformadirezione di propagazione. Il metodo proposto è dimostrato attraverso esperimenti di laboratorio.
Introduction
In immagini radar, un fascio stretto angolo di impulsi a radiofrequenza (RF) sono trasmessi usando un'antenna che è montato su una piattaforma. Il segnale radar trasmette in senso lato guardando verso la superficie 1,2. Il segnale riflesso viene retrodiffusa dalla superficie ed è ricevuto dalla stessa antenna 2. I segnali ricevuti vengono convertiti in un'immagine radar. In reale Aperture Radar (RAR) la risoluzione nella direzione azimutale è proporzionale alla lunghezza d'onda e inversamente proporzionale alla dimensione dell'apertura 3. Così, una grande antenna è necessaria per la risoluzione azimutale superiore. Tuttavia, è difficile attaccare grande antenna a una piattaforme mobili come aerei e satelliti. Nel 1951 Wiley 4 proposto una nuova tecnica chiamata radar radar ad apertura sintetica (SAR), che utilizza l'effetto Doppler creata dal movimento della piattaforma di imaging. In SAR, l'ampiezza e la fase del segnale ricevuto vengono registrate 5 </sup>. Ciò è possibile perché la frequenza ottica SAR è circa 1-100 GHz 6 e la fase viene registrata utilizzando un risonatore locale di riferimento installato sopra la piattaforma. In imaging ottico, vengono utilizzati lunghezze d'onda più corte, come visibile e infrarosso vicino (NIR), che è di circa 1 micron, ossia la frequenza di circa 10 Hz. 14. L'intensità di campo, piuttosto che il campo stesso, viene rilevato dalle barriere poiché le variazioni di fase ottica troppo veloci per rivelazione utilizzando rivelatori al silicio standard.
Mentre l'imaging un oggetto attraverso un sistema ottico, l'apertura delle ottiche funge da filtro passa-basso. Pertanto, le informazioni spaziali ad alta frequenza dell'oggetto è perso 7. In questo articolo ci proponiamo di risolvere ciascuno dei temi di cui sopra separatamente, cioè alla fase perso e l'effetto limite di diffrazione.
Gerchberg e Saxton (GS) 8 suggerito che la fase ottica può essere retrieved utilizzando un processo iterativo. Misell 9-11 ha esteso l'algoritmo per ogni due piani di ingresso e uscita. Questi approcci hanno dimostrato di convergere ad una distribuzione di fase con un minimo errore quadratico medio (MSE) 12,13. Gur e Zalevsky 14 hanno presentato un metodo a tre piani che migliora l'algoritmo Misell.
Proponiamo e dimostrare sperimentalmente che il ripristino della fase mentre spostando la lente di imaging, come fatto con l'antenna in applicazione SAR ci permette di aumentare sinteticamente la dimensione effettiva del diaframma lungo l'asse di scansione e, infine, migliorare la risoluzione delle immagini comportato.
L'applicazione di SAR in imaging ottico utilizza l'interferometria e olografia è ben noto 16,17. Tuttavia, il metodo proposto si rivolge per mimare una piattaforma di imaging scansione, che lo rende adatto per l'imaging non coerente (come piattaforma aerea lato cercando). Così, il concetto di olografia, which utilizza un fascio di riferimento, non è adatto per una tale applicazione. Invece, l'algoritmo Gerchberg-Saxton revisionato viene utilizzato al fine di recuperare la fase.
Protocol
Representative Results
Discussion
L'apertura ottica RADAR sintetica concetto (OSAR) che viene presentato in questo documento è un nuovo approccio eccellente deliberato che utilizza l'algoritmo GS e tecnica di scansione per migliorare la risoluzione spaziale di un oggetto nella direzione della scansione. Il movimento della piattaforma di imaging può essere auto-generato durante l'utilizzo di una piattaforma aerea o satellitare. A differenza di molte tecniche multiplazione temporale SR, il nostro metodo non richiede alcuna informazione a…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nessuno
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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