الوقت المتعدد سوبر حل وتقنيات التصوير من منصة تتحرك

Summary

ويرد طريقة للتغلب على الحد حيود البصرية. تتضمن طريقة عملية من خطوتين: استرجاع المرحلة البصرية باستخدام خوارزمية تكرارية Gerchberg-ساكستون، وتحويل نظام التصوير تليها تكرار الخطوة الأولى. يتم إنشاء فتحة عدسة صناعيا زيادة طول اتجاه الحركة، مما أسفر عن القرار التصوير العالي.

Abstract

نقترح طريقة لزيادة القرار من كائن والتغلب على الحد حيود نظام بصري مثبتة على رأس نظام التصوير المتحرك، مثل منصة محمولة جوا أو الأقمار الصناعية. يتم الحصول على تحسن القرار في عملية من خطوتين. الأولى، ويجري القبض على ثلاثة دقة منخفضة امتبائر الصور بشكل مختلف ويتم استرداد المرحلة البصرية باستخدام خوارزمية تكرارية تحسين Gerchberg-ساكستون القائمة. استرجاع المرحلة يسمح لنشر عدديا يعود الحقل إلى الطائرة الفتحة. الثانية، يتم إزاحة نظام التصوير ويتم تكرار الخطوة الأولى. يتم الجمع بين الحقول البصرية التي تم الحصول عليها في الطائرة الفتحة ويتم إنشاء فتحة عدسة صناعيا زيادة طول اتجاه الحركة، مما أسفر عن القرار التصوير العالي. يشبه الأسلوب نهجا المعروفة من النظام الميكروويف يسمى الرادار ذي الفتحة الاصطناعية (SAR) التي يتم زيادة حجم هوائي صناعي على طول منصةاتجاه الانتشار. ويتجلى الأسلوب المقترح من خلال تجربة مختبرية.

Introduction

في التصوير الراداري، تبث شعاع زاوية ضيقة من نبض تردد راديو (RF) باستخدام هوائي الذي يتم تركيبه على منصة. إشارة الرادار ينقل في اتجاه المظهر الجانب نحو ^1،2 السطح. والمرتدة الإشارة المنعكسة من السطح ويتم تلقيها من قبل نفس الهوائي ^2. يتم تحويل الإشارات المستقبلة إلى صورة الرادار. في ريال مدريد الرادار ذي الفتحة (RAR) قرار في الاتجاه السمت يتناسب مع الطول الموجي ويتناسب عكسيا مع البعد الفتحة ^3. وبالتالي، لا بد من هوائي أكبر لدقة أعلى السمت. ومع ذلك، فمن الصعب أن نعلق هوائي كبير لمنصات تتحرك مثل الطائرات والأقمار الصناعية. في عام 1951 اقترح ايلي ⁴ تقنية الرادار ذي الفتحة الاصطناعية جديد يسمى رادار (SAR)، الذي يستخدم تأثير دوبلر التي أنشأتها الحركة من منصة التصوير. في SAR، واتساع فضلا عن مرحلة من إشارة وردت تسجل ⁵ . هذا ممكن لأن تردد البصرية ريال سعودي حوالي ⁶ غيغاهرتز 1-100 ويتم تسجيل المرحلة باستخدام مرنان المحلية إشارة مثبتة على الجزء العلوي من المنصة. في مجال التصوير الضوئي، وتستخدم موجات أقصر، مثل المرئي وبالقرب من الأشعة تحت الحمراء (الجرد)، وهي عبارة عن 1 ميكرومتر، أي تردد من حوالي 10 ¹⁴ هرتز. ويجري الكشف عن شدة المجال، بدلا من الحقل نفسه، منذ التغييرات المرحلة الضوئية بسرعة كبيرة للكشف باستخدام كاشفات القائمة على السيليكون القياسية.

بينما التصوير كائن من خلال نظام بصري، وفتحة البصريات بمثابة مرشح تمرير منخفض. وبالتالي، يتم فقدان المعلومات عالية التردد المكاني للجسم ^7. في هذه الورقة ونحن نهدف إلى حل كل القضايا المذكورة أعلاه على حدة، أي مرحلة فقدت وتأثير الحد الحيود.

Gerchberg وساكستون (GS) ⁸ اقترح أن المرحلة البصرية يمكن retrieفيد باستخدام عملية تكرارية. Misell ^9-11 مددت خوارزمية لأي اثنين من المدخلات والمخرجات الطائرات. وأثبتت هذه النهج أن تتلاقى لتوزيع المرحلة مع الحد الأدنى من متوسط ​​مربع الخطأ (MSE) ^12،13. قدم غور وZalevsky ¹⁴ طريقة ثلاث طائرات مما يحسن خوارزمية Misell.

نقترح وتثبت التجربة أن استعادة مرحلة حين تحول عدسة التصوير، كما فعلت مع الهوائي في تطبيق SAR يسمح لنا لزيادة حجم صناعيا الفعال للفتحة على طول المحور والمسح في نهاية المطاف تحسين القرار التصوير نتج.

تطبيق SAR في التصوير الضوئي باستخدام التداخل وتصوير ثلاثي الأبعاد هو معروف ^16،17. ومع ذلك، ويهدف الأسلوب المقترح لمحاكاة منصة التصوير الضوئي، مما يجعلها مناسبة للتصوير noncoherent (مثل منصة المظهر الجانب المحمولة جوا). وبالتالي، فإن مفهوم التصوير الثلاثي الأبعاد، مبادرة الخوذ البيضاءيستخدم الفصل شعاع المرجعية، ليست مناسبة لمثل هذا الطلب. بدلا من ذلك، يتم استخدام خوارزمية Gerchberg-ساكستون المنقحة من أجل استرداد المرحلة.

Protocol

1. محاذاة الإعداد

1. تبدأ عن طريق مواءمة ما يقرب من الليزر، والمنفق شعاع، العدسة، والكاميرا على نفس المحور، وهذا سيكون المحور البصري.
2. بدوره على الليزر (بدون هدف USAT)، وتأكد من أن الضوء يمر من خلال مركز العدسة. استخدام قزحية فتحة للتحقق.
3. تشغيل الكاميرا، وتأكد من أن الضوء يركز على مركز للكاميرا.
4. التحول الى الوراء الكاميرا، وذلك باستخدام المرحلة ض الخطية. لأن النظام هو الخروج من التركيز، فإن بقعة ضوء النمو. تأكد من أن وسط بقعة لا تزال في موقف الجانبي نفسه. إذا لم يكن كذلك، تغيير بعناية الموقف من نظام التصوير وكرر هذه الخطوة حتى تبقى بقعة في موقف المكاني نفسه، تصل إلى مستوى بكسل.

2. التصوير في ثلاث طائرات يزيل التباؤر

1. إدراج هدف الاختبار أمام المنفق شعاع. وضع الهدف بحيث أن الضوء الذي يمر من خلال ذلك سوف تمر عشرالخام في مركز العدسة.
2. التقاط صورة. هذه الصورة ستكون نقطة الربط، وسوف يكون موقعه ض _{0، 0} س (سوف جميع الصور الأخرى تكون في إشارة إلى موقعها). هذه الصورة ستكون I _{1، ب.}
3. التحول يعود الكاميرا (باستخدام المرحلة ض الخطي) مسافة DZ = 5.08 ملم (أو 0.2 في) والتقاط صورة. هذه الصورة ستكون I _{2، ب.}
4. التحول يعود الكاميرا مسافة أخرى من DZ = 5.08 ملم (10.16 ملم النسبية إلى الياء ₀₎ والتقاط صورة. هذه الصورة سيكون الأول _{3، ب.}
5. العودة إلى الياء _0.

3. مسح الفتحة

1. تحويل نظام التصوير بأكملها أفقيا (باستخدام خطية خ المرحلة) مسافة DX = 2.5 ملم والتقاط صورة. هذه الصورة ستكون I _{1، أ.}
2. كرر العملية في البروتوكول 2. التحول يعود الكاميرا (باستخدام المرحلة ض الخطي) مسافة DZ = 5.08 مم، والتقاط صورة (I _{2، أ).} التحول الى الوراء عشره الكاميرا مسافة أخرى من DZ = 5.08 مم، والتقاط صورة (I _{3، أ).}
3. الآن، كرر الإجراء بالنسبة للجانب الآخر. تحويل نظام التصوير مسافة DX = -2.5 ملم والتقاط مجموعة من ثلاث صور في ثلاث وظائف ض (I _{1-3، ج).}
4. العودة إلى الياء _{0، 0} س.

4. المرحلة استرجاع (الحساب العددي)

1. باستخدام طائرات الأسلوب ثلاثة ^14، والصور أنا _{1-3، ب،} استرداد المرحلة البصرية للصورة I _{1، ب.} باستخدام المرحلة التي تم استردادها، وتحديد ف _{1، ب.}
2. رصد معامل الارتباط بين I _{1، ب} و| ف _{1، ب} | ^2، وذلك للتحقق من أن عملية تكرارية لا تتلاقى. للقيام بذلك، استخدم الدالة 'corr2' في MATLAB.
3. تكرار عملية استرجاع المرحلة لأني _{1-3، لذلك،} وأنا _{1-3، ج.}

5. سوبر تصميما صورة (الحساب العددي)

1. Uالغناء فريسنل حرة الانتشار الفضاء (FSP) لا يتجزأ ^15، نشر استرداد حقول ف _{1، ميلان} إلى الطائرة العدسة. هذه المجالات سيكون _{عدسة E، ميلان} ^+.
2. مضاعفة الحقول الناتجة _{عدسة E، ميلان} ⁺ من قبل إكسب (+ πix ₀ ²⁾ / λf)، من أجل تمرير مرة أخرى من خلال عدسة. هذه المجالات سيكون _{عدسة E، ميلان} ^-.
3. من أجل وضع _العدسة منتديات _{الحقل، وهو} في موقعها الأصلي، والتحول أفقيا مسافة DX = 2.5 مم.
4. من أجل وضع _العدسة منتديات _{الميدان، ج} في موقعها الأصلي، والتحول أفقيا مسافة DX = -2.5 ملم.
5. خلاصة القول الحقول الثلاثة منوعات _{العدسة، ميلان،} من أجل الجمع بينهما، وصناعيا زيادة حجم الفتحة.
6. مضاعفة الحقل الناجم عن إكسب (πix ₀ ²⁾ / λf)، ومساحة حرة لنشر الطائرة الصورة.
7. تحسن قرار بمعامل سيجب أن يشهد و 3 في اتجاه المسح.

Results

ويرد مثال لفترة التسعة الصور التي تم التقاطها (ثلاث صور يزيل التباؤر في ثلاثة مواقف جانبية) في الشكل 3.

ويرد مثال لتلاقي GS في الشكل 4. معامل الارتباط للصورة المركزية I _{1، ب} فوق 0.95، ومعامل الارتباط للصور الجانبية I _{1، لذلك،} وأنا _{1، ج} أعلاه هو 0.85 (في المحاكاة العددية الكاملة التي مرت جميع 0.99).

Discussion

والبصرية الفتحة الاصطناعية رادار (OSAR) المفهوم الذي يرد في هذه الورقة هو نهج السوبر حل جديد يستخدم خوارزمية GS وتقنية المسح الضوئي من أجل تحسين القرار المكانية من كائن في اتجاه الفحص. حركة منصة التصوير يمكن أن يكون أثناء استخدام منصة محمولة جوا أو الأقمار الصناعية المولدة ذاتيا. على عكس العديد من التقنيات المتنوعة SR الوقت، لا تتطلب أي طريقة لدينا بداهة المعلومات من وجوه، وغيرها من حقيقة أنها هي ثابتة أثناء عملية التصوير. تقنية المقترحة هي لتحسين القرار من قبل عامل من 3،...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
وحدة الليزر الأحمر	Thorlabs	LDM635 < / a >
10X Galilean Beam Expander	Thorlabs	BE10M-A < / a >
سلبي 1951 اختبار USAF الهدف	Thorlabs	R3L3S1N< / a>
حامل مرشح ل 2 في مرشحات مربعة	Thorlabs	FH2< / a>
1 في مرحلة الترجمة الخطية	Thorlabs	PT1< / a>	2x
حامل العدسة ل & Oslash; 1 في البصريات	Thorlabs	LMR1< / a>
العدسة f = 100.0 مم	Thorlabs	AC254-100-A< / a>
الحجاب الحاجز القزحية المنشط بالحلقة	المتدرجة Thorlabs	SM1D12C< / a>
2.5 مم × 2.5 مم فتحة Ø ؛ 1 في			الإنتاج الداخلي كاميرا
CMOS عالية الدقة	Thorlabs	DCC1545M< / a>