Мультиплексора с временным Супер Решение Техника для работы с изображениями от движущейся платформе

Summary

Способ преодоления лимита оптический дифракционный представлена. Способ включает в себя два этапа: извлечения оптического фазы с использованием итерационный алгоритм Гершберга-Сакстона, и система визуализации переключением передач с последующим повторением первого шага. Объектив синтетически увеличена апертура генерируется в направлении движения, что дает более высокое разрешение изображения.

Abstract

Предложен метод для увеличения разрешения объекта и преодоления дифракционного предела оптической системы, установленной на верхней части движущегося системы формирования изображений, например, воздушной платформы или через спутник. Улучшение разрешение получают в два этапа. Во-первых, три с низким разрешением разному расфокусированным изображения захвата и оптический фаза получить с помощью усовершенствованного итерационный алгоритм, основанный Гершберга-Сакстона. Извлечение фаза позволяет численно назад распространяться поле в плоскости диафрагмы. Во-вторых, система формирования изображения смещается и первый этап повторяется. Полученные оптическими полями в плоскости апертуры объединяют и синтетически увеличилось объектив диафрагмы генерируется в направлении движения, что дает более высокое разрешение изображения. Метод напоминает известный подход от микроволнового режима называется Synthetic Aperture Radar (SAR), в которых размер антенны синтетически повышенную по платформенаправление распространения. Предложенный метод демонстрируется через лабораторного эксперимента.

Introduction

В радиолокационных изображений, узкий угол луча импульсного радиочастотной (РЧ) передается с помощью антенны, которая установлена ​​на платформе. Сигнал радара передает в бокового обзора направлении к поверхности ^1,2. Отраженный сигнал обратного рассеяния от поверхности и получено по той же антенны ^2. Принятые сигналы преобразуются в радиолокационного изображения. В Настоящее апертурой (RAR) разрешение в направлении азимута пропорциональна длине волны и обратно пропорциональна размерности Aperture ^3. Таким образом, больше антенна требуется для более высокого разрешения по азимуту. Тем не менее, трудно приложить большую антенну к движущемуся платформах, таких как самолеты и спутников. В 1951 М. ⁴ разработали новую методику радара под названием Synthetic Aperture Radar (SAR), которая использует эффект Доплера, созданный движением платформы визуализации. В SAR, амплитуда а также фаза принимаемого сигнала записаны ⁵ . Это возможно, поскольку оптическая частота SAR составляет около 1-100 ГГц ⁶ и фаза записывается с использованием опорного локального резонатор, установленный на верхней части платформы. В оптических изображений, которые используются более короткие длины волн, например, видимой и ближней инфракрасной (NIR), что составляет около 1 мкм, т.е. частота около 10 ¹⁴ Гц. Напряженность поля, а не само поле, в настоящее время обнаружены с оптических фазовых превращений слишком быстро для обнаружения с помощью детекторов на основе стандарта кремния.

Хотя визуализации объекта через оптическую систему, апертура оптики служит фильтром низких частот. Таким образом, высокочастотная пространственной информации объекта теряется ^7. В данной работе мы стремимся решить каждую из вышеупомянутых вопросов отдельно, то есть фаза теряется и дифракционный предел эффект.

Гершберга и Сакстона (ГЦБ) ⁸ предположил, что оптическая фаза может быть retrieвед использованием итеративного процесса. Misell ^9-11 расширил алгоритм для любых двух плоскостях ввода и вывода. Эти подходы доказали свою сходятся к распределению фазы с минимальным среднеквадратичной ошибки (MSE) ^12,13. Гур и Залевский ¹⁴ представил трех плоскостях метод, который улучшает алгоритм Misell.

Мы предлагаем и продемонстрировать экспериментально, что восстановление фазы при переключении формирующую изображение линзу, как это делается с антенны в применении SAR позволяет синтетически увеличить эффективную размер апертуры вдоль оси сканирования и в конечном итоге улучшить результате разрешение изображения.

Применение SAR в оптических изображений с помощью интерферометрии и голографии хорошо известен ^16,17. Тем не менее, предложенный метод предназначен для имитации платформу визуализации сканирования, что делает его пригодным для некогерентного изображений (таких как бокового обзора платформы бортового). Таким образом, понятие голографии, бееCH использует опорный пучок, не подходит для такого применения. Вместо этого, пересмотренный алгоритм Гершберга-Сакстона используется для того, чтобы получить фазу.

Protocol

1. Настройка Выравнивание

1. Начните с примерно выравнивания из лазера, expender луча, объектив и камеру на одной оси; это было бы оптическая ось.
2. Включите лазера (без мишени USAT) и убедитесь, что свет проходит через центр линзы. Используйте ирис диафрагмы для проверки.
3. Включите камеру и убедитесь, что свет фокусируется на центральной части камеры.
4. Сдвиг назад камеру, используя линейную стадию г. Так как система будет не в фокусе, световое пятно будет расти. Убедитесь, что центр месте остается в том же положении на боку. Если нет, тщательно изменить положение системы формирования изображения и повторить этот шаг, пока пятно не остается на том же пространственном положении, до уровня пикселя.

2. Изображений в Трех расфокусировки Planes

1. Вставьте тест цель перед expender пучка. Поместите мишень таким образом, чтобы свет, который проходит через него пройдет тыс.грубая центр линзы.
2. Захват изображения. Это изображение будет узловая точка, и его расположение будет г _0, х ₀ (все остальные изображения будут по отношению к его расположения). Это изображение будет я _{1, б.}
3. Сдвиг назад камеру (с помощью линейную стадию г) расстояние дг = 5,08 мм (или 0,2 дюйма) и захвата изображения. Это изображение будет я _{2, б.}
4. Сдвиг обратной стороне камеры другой расстояние дг = 5,08 мм (10,16 мм по отношению к г ₀₎ а также захватить картинку. Это изображение будет я _{3, б.}
5. Вернуться к г _0.

3. Сканирование Aperture

1. Сдвиг всю систему визуализации с боков (с использованием линейного х этап) на расстояние дх = 2,5 мм и захватить изображение. Это изображение будет я _1,.
2. Повторите процесс в Протоколе 2. Сдвиг назад камеру (с помощью линейную стадию г) на расстоянии дг = 5,08 мм, а также захватить картинку (я _{2, а).} Сдвиг назад тыс.э камера другой расстояние дг = 5,08 мм, а также захватить картинку (я _{3, а).}
3. Теперь, повторите процедуру для другой стороны. Сдвиг Система формирования изображения на расстояние дх = -2,5 мм и захватить набор из трех изображений в трех г позиций (я _{1-3, в).}
4. Вернуться к г _0, х _0.

4. Фаза извлечению (Численное Расчет)

1. Использование трех плоскостях метод ¹⁴ и фотографий я _{1-3, B,} получить оптический фазу изображения я _{1, б.} Использование фазу, которая была восстановлена, определить Q _{1, б.}
2. Монитор коэффициент корреляции между I _{1, B} и | д _{1, б} | ^2, для того, чтобы убедиться, что итерационный процесс не сходится. Чтобы сделать это, используйте функцию 'corr2' в MATLAB.
3. Повторите процесс извлечения фазы для I _1-3, а и I _{1-3, с.}

5. Супер Решено изображения (численный расчет)

1. Uпеть Френеля свободного пространства распространения (FSP) неотъемлемой ^15, обратно распространяться полей Q _{1, ас} в плоскости линзы. Эти поля будет по электронной _{линзы, AC} ^+.
2. Умножим полученное полях Е _{объектив, AC ⁺} ехр (+ πix ₀ ²⁾ / λf), для того чтобы пройти обратно через объектив. Эти поля будет по электронной _{линзы, переменного тока} ^-.
3. Для того чтобы разместить электронной _{линзы поля,} в исходное положение, сдвинуть его с боков на расстоянии дх = 2,5 мм.
4. Для того чтобы разместить электронной _{линзы поля, с} в исходное положение, сдвинуть его с боков на расстоянии дх = -2,5 мм.
5. Сумма трех полей E _{объектив, AC,} с тем чтобы объединить их, и синтетически увеличить размер диафрагмы.
6. Умножьте результирующего поля на ехр (-πix ₀ ²⁾ / λf), и свободное пространство распространяются его плоскости изображения.
7. Улучшение разрешение на коэффициент OF 3 в направлении сканирования должна быть засвидетельствовано.

Results

Примером за девять захваченных изображений (три дефокусировки фотографий в трех боковых позициях) показан на рисунке 3.

Примером для сходимости GS показано на рисунке 4. Коэффициент корреляции для центрального образа я _{1, б} выше 0,95, и коэффициент корреляции для боковых изображений я _1, и я _{1, с} выше 0,85 (в полном численном моделировании все они прошли 0,99).

Представитель результат для SR изобр...

Discussion

Оптический РЛС с синтезированной концепция (OSAR) диафрагмы, которая представлена ​​в данной работе является новым супер решен подход, который использует алгоритм GS и технику сканирования, чтобы улучшить пространственное разрешение объекта в направлении сканирования. Движение платформы визуализации может быть самостоятельной организации, используя бортовой или спутниковую платформу. В отличие от многих методов время мультиплексирования SR, наш метод не требует априорной информации об объекте, кроме того, что о...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Красный лазерный модуль	Thorlabs	LDM635
10X Расширитель галилеева луча	Thorlabs	BE10M-a
Отрицательный 1951 год ВВС США испытательная мишень	Thorlabs	R3L3S1N
Держатель фильтра для 2 в Square Filters	Thorlabs	FH2
1 в Linear Translation Stage	Thorlabs	PT1	2x
Крепление объектива для ø 1 в оптике	Thorlabs	LMR1
Lens f = 100.0 мм	Thorlabs	AC254-100-a
Градуированная кольцевая ирисовая диафрагма	Thorlabs	SM1D12C
2.5 мм x 2.5 мм Апертура & Oslash; 1 в			помещении
КМОП-камера высокого разрешения	Thorlabs	DCC1545M