Summary
ऑप्टिकल विवर्तन सीमा पर काबू पाने के लिए एक विधि प्रस्तुत किया है. ऑप्टिकल चलने का Gerchberg-Saxton कलन विधि का उपयोग चरण पुनर्प्राप्ति, और पहला कदम की पुनरावृत्ति द्वारा पीछा इमेजिंग प्रणाली स्थानांतरण: विधि एक दो कदम प्रक्रिया भी शामिल है. एक synthetically वृद्धि हुई लेंस एपर्चर उच्च इमेजिंग संकल्प उपज, आंदोलन की दिशा के साथ उत्पन्न होता है.
Abstract
हम एक वस्तु का संकल्प बढ़ रही है और इस तरह के एक हवाई मंच या उपग्रह के रूप में एक चलती इमेजिंग सिस्टम, के शीर्ष पर स्थापित एक ऑप्टिकल प्रणाली के विवर्तन सीमा पर काबू पाने के लिए एक विधि का प्रस्ताव. संकल्प सुधार एक दो कदम प्रक्रिया में प्राप्त किया जाता है. सबसे पहले, तीन कम संकल्प अलग ढंग से defocused छवियों पर कब्जा किया जा रहा है और ऑप्टिकल चरण एक बेहतर चलने का Gerchberg-Saxton आधारित एल्गोरिथ्म का उपयोग कर लिया गया है. चरण पुनर्प्राप्ति संख्यानुसार वापस एपर्चर विमान को क्षेत्र का प्रचार करने की अनुमति देता है. दूसरा, इमेजिंग प्रणाली स्थानांतरित कर दिया है और पहले कदम दोहराया है. एपर्चर विमान पर प्राप्त ऑप्टिकल क्षेत्रों संयुक्त रहे हैं और एक कृत्रिम वृद्धि हुई लेंस एपर्चर उच्च इमेजिंग संकल्प उपज, आंदोलन की दिशा के साथ उत्पन्न होता है. विधि माइक्रोवेव शासन से एक प्रसिद्ध दृष्टिकोण एंटीना आकार synthetically मंच के साथ वृद्धि हुई है, जिसमें सिंथेटिक एपर्चर रडार (एसएआर) कहा जाता है जैसा दिखता हैप्रचार दिशा. प्रस्तावित विधि प्रयोगशाला प्रयोग के माध्यम से प्रदर्शन किया है.
Introduction
रडार इमेजिंग में, पल्स रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) के एक संकीर्ण कोण बीम एक मंच पर रखा है कि एक एंटीना का उपयोग फैलता है. रडार संकेत सतह 1,2 की दिशा में एक ओर दिखने दिशा में स्थानांतरित करता है. परिलक्षित संकेत सतह से backscattered है और एक ही एंटीना 2 द्वारा प्राप्त होता है. प्राप्त संकेतों एक रडार छवि को परिवर्तित कर रहे हैं. रियल एपर्चर रडार (rar) में दिगंश दिशा में संकल्प एपर्चर आयाम से 3 तरंग दैर्ध्य के लिए आनुपातिक और व्युत्क्रमानुपाती होती है. इस प्रकार, एक बड़ा एंटीना उच्च दिगंश संकल्प के लिए आवश्यक है. हालांकि, यह इस तरह के हवाई जहाज और उपग्रहों के रूप में एक चलती प्लेटफार्मों को बड़ा एंटीना संलग्न करने के लिए मुश्किल है. 1951 में विले 4 इमेजिंग मंच के आंदोलन के द्वारा बनाई गई डॉपलर प्रभाव का उपयोग करता है जो (एसएआर) सिंथेटिक एपर्चर रडार नामक एक नया रडार तकनीक, सुझाव दिया. खोज एवं बचाव में, आयाम के रूप में अच्छी तरह से प्राप्त संकेत के चरण 5 रिकॉर्ड कर रहे हैं 6 और चरण मंच के शीर्ष पर स्थापित एक संदर्भ स्थानीय गुंजयमान यंत्र का उपयोग कर दर्ज की गई है के बाद से यह संभव है. ऑप्टिकल इमेजिंग में, तरंग दैर्ध्य ऐसे दिखाई के रूप में इस्तेमाल किया जा रहा है के बारे में 1 माइक्रोन है जो पास बुनियादी लाल (NIR), के बारे में 10 से 14 हर्ट्ज की यानी आवृत्ति. क्षेत्र तीव्रता, बजाय क्षेत्र में ही, मानक सिलिकॉन आधारित डिटेक्टरों का उपयोग का पता लगाने के लिए भी तेजी से ऑप्टिक चरण परिवर्तन के बाद पता लगाया जा रहा है.
एक ऑप्टिकल प्रणाली के माध्यम से एक वस्तु इमेजिंग जबकि, प्रकाशिकी के एपर्चर एक कम पास फिल्टर के रूप में कार्य करता है. इस प्रकार, वस्तु की उच्च आवृत्ति स्थानिक जानकारी 7 खो दिया है. इस पत्र में हम चरण खो दिया है और सीमा विवर्तन प्रभाव यानी, अलग से ऊपर उल्लेख किया मुद्दों में से प्रत्येक को हल करना है.
Gerchberg और Saxton (जीएस) 8 ऑप्टिकल चरण retrie जा सकता है कि सुझावचलने का एक प्रक्रिया का उपयोग वेद. Misell 9-11 किसी भी दो इनपुट और आउटपुट विमानों के लिए एल्गोरिथ्म बढ़ा दिया गया है. इन तरीकों एक न्यूनतम मतलब वर्ग त्रुटि (एमएसई) 12,13 के साथ एक चरण वितरण को एकाग्र करने के लिए साबित कर रहे हैं. गुड़ और Zalevsky 14 Misell एल्गोरिथ्म जो सुधार एक तीन विमानों विधि प्रस्तुत किया.
हम खोज एवं बचाव आवेदन में एंटीना के साथ किया, के रूप में इमेजिंग लेंस स्थानांतरण जबकि चरण बहाल हमें synthetically स्कैनिंग अक्ष एपर्चर के प्रभावी आकार बढ़ाने के लिए और अंततः हुई इमेजिंग संकल्प में सुधार करने के लिए अनुमति देता है कि प्रस्ताव और प्रयोगात्मक प्रदर्शित करता है.
इंटरफेरोमेट्री और होलोग्रफ़ी का उपयोग ऑप्टिकल इमेजिंग में खोज एवं बचाव के आवेदन 16,17 अच्छी तरह से जाना जाता है. हालांकि, सुझाव विधि (जैसे ओर दिखने हवाई मंच के रूप में) noncoherent इमेजिंग के लिए उपयुक्त बनाने, एक स्कैनिंग इमेजिंग मंच नकल उतार के लिए उद्देश्य से है. इस प्रकार, होलोग्रफ़ी की अवधारणा, whiCH, एक संदर्भ बीम का उपयोग करता है इस तरह के एक आवेदन के लिए उपयुक्त नहीं है. इसके बजाय, संशोधित Gerchberg-Saxton एल्गोरिथ्म चरण पुनः प्राप्त करने के क्रम में प्रयोग किया जाता है.
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Protocol
1. सेटअप संरेखण
- लगभग एक ही धुरी पर लेजर बीम expender, लेंस, और कैमरा aligning से शुरू करें, इस ऑप्टिक अक्ष होगा.
- (USAT लक्ष्य के बिना) लेजर पर मुड़ें, और प्रकाश लेंस के केन्द्र के माध्यम से गुजरता है कि यह सुनिश्चित कर लें. सत्यापित करने के लिए एक छेद परितारिका का प्रयोग करें.
- कैमरा चालू है, और प्रकाश कैमरे के केंद्र पर केंद्रित है कि सुनिश्चित करें.
- रेखीय Z मंच का उपयोग, कैमरा वापस बदलाव. सिस्टम ध्यान से बाहर जा रहा है के बाद से, प्रकाश की जगह बढ़ेगी. घटनास्थल के केंद्र में एक ही पार्श्व स्थिति में बनी हुई है कि सुनिश्चित करें. यदि नहीं, तो ध्यान से इमेजिंग सिस्टम की स्थिति बदलने के लिए और जगह एक पिक्सेल स्तर तक, एक ही भौगोलिक स्थिति में रहता है जब तक इस चरण को दोहराएँ.
2. तीन Defocus विमानों पर इमेजिंग
- किरण expender के सामने परीक्षण लक्ष्य डालें. यह माध्यम से गुजरता है कि प्रकाश वीं समाप्त हो जाएगी तो यह है कि लक्ष्य रखेंलेंस के किसी न किसी केंद्र.
- एक छवि पर कब्जा. यह छवि एक लंगर बिंदु हो जाएगा, और उसके स्थान जेड 0 होगा, एक्स 0 (अन्य सभी छवियों अपने स्थान के संदर्भ में) हो जाएगा. इस छवि को मैं 1, बी हो जाएगा.
- (रैखिक Z मंच का उपयोग) DZ = 5.08 मिमी (या में 0.2) की दूरी कैमरा वापस बदलाव और एक छवि पर कब्जा. यह छवि मैं 2, बी हो जाएगा.
- कैमरा DZ = 5.08 एमएम की एक और दूरी (जेड 0 के सापेक्ष 10.16 मिमी) वापस बदलाव और एक छवि पर कब्जा. यह छवि मैं 3, बी हो जाएगा.
- वापस जेड 0 के पास जाओ.
3. एपर्चर स्कैनिंग
- (रैखिक एक्स मंच का उपयोग) laterally DX = 2.5 मिमी की दूरी पूरी इमेजिंग सिस्टम शिफ्ट और एक छवि पर कब्जा. इस छवि को मैं 1, एक हो जाएगा.
- प्रोटोकॉल 2 में प्रक्रिया को दोहराएं. (रैखिक Z मंच का उपयोग) कैमरा DZ = 5.08 मिमी की दूरी वापस बदलाव, और एक छवि पर कब्जा (मैं 2, एक). वें वापस बदलावई कैमरा DZ = 5.08 एमएम की एक और दूरी, और एक छवि पर कब्जा (मैं 3, एक).
- अब, दूसरे पक्ष के लिए प्रक्रिया को दोहराने. इमेजिंग प्रणाली DX = -2.5 मिमी की दूरी शिफ्ट और तीन Z पदों में तीन छवियों का एक सेट पर कब्जा (, मैं 1-3 ग).
- जेड 0, एक्स 0 में वापस जाओ.
4. चरण पुनर्प्राप्ति (संख्यात्मक गणना)
- तीन विमानों विधि 14, और छवियों मैं 1-3, ख का उपयोग करना, मैं 1, बी. प्राप्त किया गया था कि चरण का प्रयोग, बी, क्यू 1 परिभाषित छवि के ऑप्टिकल चरण निकालते हैं.
- चलने की प्रक्रिया को एकाग्र करता है सत्यापित करने के क्रम में 2, | क्यू 1, बी | मैं 1, बी और के बीच सहसंबंध गुणांक मॉनिटर. ऐसा करने के लिए matlab में 'corr2' समारोह का उपयोग करें.
- मैं 1-3, एक, और मैं 1-3, सी के लिए चरण पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया को दोहराएं.
5. सुपर हल छवि (संख्यात्मक गणना)
- यूअभिन्न 15, वापस लेंस विमान को खेतों क्यू 1, एसी प्रचार Fresnel मुक्त अंतरिक्ष प्रसार (FSP) गाते हैं. इन क्षेत्रों ई लेंस, एसी + हो जाएगा.
- वापस लेंस के माध्यम से पारित करने के लिए आदेश में, विस्तार (+ πix 0 2) / λf) द्वारा परिणामस्वरूप खेतों ई लेंस, एसी + गुणा करें. - ये फील्ड ई लेंस, एसी हो जाएगा.
- क्षेत्र ई लेंस जगह करने के लिए, एक अपनी मूल स्थिति में, laterally DX = 2.5 मिमी की दूरी यह बदलाव.
- Laterally DX = -2.5 मिमी की दूरी यह बदलाव, अपनी मूल स्थिति में सी, क्षेत्र ई लेंस स्थान के लिए आदेश में.
- उन्हें गठबंधन, और synthetically एपर्चर आकार को बढ़ाने के लिए तीन क्षेत्रों ई लेंस, एसी, राशि.
- (Πix 0 2) / λf) ऍक्स्प द्वारा परिणामस्वरूप क्षेत्र गुणा, और मुक्त अंतरिक्ष छवि विमान के लिए यह प्रचार.
- एक कारक ओ द्वारा एक संकल्प सुधारस्कैनिंग दिशा में एफ 3 देखा जाना चाहिए.
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Representative Results
नौ कब्जा कर लिया छवियों (तीन पार्श्व पदों में तीन defocus छवियों) के लिए एक उदाहरण 3 चित्र में दिखाया गया है.
जी एस अभिसरण के लिए एक उदाहरण चित्रा 4 में दिखाया गया है. मैं 1 केंद्रीय छवि के लिए सहसंबंध गुणांक, बी 0.95 ऊपर है, और पक्ष छवियों मैं 1 के लिए सहसंबंध गुणांक, एक, और मैं 1, सी (वे सब 0.99 पारित कर पूर्ण संख्यात्मक सिमुलेशन में) 0.85 से ऊपर है.
एसआर छवि के लिए एक प्रतिनिधि परिणाम चित्रा 5 पर प्रस्तुत किया है. संकल्प सलाखों के एलआर छवि कोई नहीं में दिख रहा है. हालांकि, एसआर छवि में क्षैतिज पट्टियों सही करने के लिए तीसरे तत्व के लिए ऊपर दिखाई दे रहे हैं. हमारे विधि synthetically का ही एक्स दिशा (आंदोलन की दिशा) में एपर्चर बढ़ जाती है के बाद से, ऊर्ध्वाधर सलाखों में कोई सुधार नहीं है कि सूचना.
1 "के लिए: सामग्री चौड़ाई =" "के लिए: src =" 5in / files/ftp_upload/51148/51148fig1highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51148/51148fig1.jpg "चौड़ाई =" 600px "/>
चित्रा 1. पूर्ण प्रयोगात्मक प्रयोगशाला सेटअप. प्रयोगात्मक प्रयोगशाला स्थापना के लिए एक लेजर और किरण विस्तारक, एक यूएसएएफ परीक्षण लक्ष्य, एक लेंस और एक छेद, एक कैमरा, और दो रैखिक चरणों में शामिल है. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 2. इमेजिंग प्रणाली. इमेजिंग सिस्टम एक्स में सटीक आंदोलन की अनुमति, दो आगे बढ़ रैखिक चरणों के शीर्ष पर स्थित Z दिशाओं. यहां क्लिक करें टी ओ बड़ी छवि को देखने.
चित्रा 3. प्रयोगशाला कम संकल्प छवियों का अधिग्रहण किया. नौ प्रयोगशाला ऑप्टिकल चरण प्राप्त किया गया था और सुपर संकल्प छवि उत्पन्न किया गया है जिसमें से कम संकल्प छवियों का अधिग्रहण किया. छवियाँ मैं 1, एसी एक्स = एक्स 0 + DX में विभिन्न Z पदों में हासिल किया गया. इसी तरह, छवियों मैं 2, एसी एक्स = एक्स 0 में में हासिल किया गया है, और छवियों मैं 3, एसी एक्स = एक्स 0 में में हासिल किया गया -. DX बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
पीजी "src =" / files/ftp_upload/51148/51148fig4.jpg "चौड़ाई =" 600px "/>
चित्रा 4. सहसंबंध गुणांक परिणाम प्राप्त तीव्रता के बीच सहसंबंध गुणांक की प्रयोगशाला के परिणाम |. पी 1, एसी |. 2 और मूल छवियों मैं 1, एसी बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 5. एसआर परिणाम. प्रयोगशाला परिणामों 100,000 जीएस पुनरावृत्तियों के बाद. वाम, मूल उच्च संकल्प वस्तु. मध्य, धुंधला कम संकल्प छवि. ठीक है, प्राप्त सुपर संकल्प लिया छवि. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
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Discussion
इस पत्र में प्रस्तुत किया है कि ऑप्टिकल सिंथेटिक एपर्चर रडार (OSAR) अवधारणा स्कैन की दिशा में एक वस्तु के स्थानिक संकल्प में सुधार के लिए जी एस एल्गोरिथ्म और स्कैनिंग तकनीक का उपयोग करता है कि एक नए सुपर संकल्प लिया दृष्टिकोण है. इमेजिंग मंच के आंदोलन स्वयं उत्पन्न एक हवाई या उपग्रह मंच का उपयोग करते समय किया जा सकता है. कई समय बहुसंकेतन एसआर तकनीक के विपरीत, हमारे विधि यह इमेजिंग प्रक्रिया के दौरान स्थिर है कि इस तथ्य के अलावा अन्य वस्तु से किसी एक प्राथमिकताओं जानकारी, की आवश्यकता नहीं है. प्रस्तावित तकनीक स्कैनिंग दिशा में, 3 का एक पहलू से संकल्प सुधार के लिए है. 3 का एक पहलू से सुधार सिर्फ एक उदाहरण है और बड़े सुधार कारक भी संभव है. हालांकि, सिंथेटिक एपर्चर सुधार सीमित है और कम से कम 1 से सिंथेटिक एफ संख्या उपज नहीं कर सकते हैं. 2 डी में एसआर का विस्तार करने के लिए, स्कैनिंग प्रक्रिया y दिशा में दोहराया जाना चाहिए. प्रस्तावित ऑप्टिकल conceपीटी माइक्रोवेव शासन के लिए लागू किया जाता है कि संकल्प सुधार एसएआर तकनीक जैसा दिखता है.
कई सुधारों इसे लागू करने के लिए आदेश में सेटअप में बनाया जा सकता है. उदाहरण के लिए, बीम फाड़नेवाला का उपयोग कर, तीन कैमरे सेटअप में शुरू की है और एक साथ तीन defocused छवियों पर कब्जा किया जा सकता है.
100,000 पुनरावृत्तियों, और तीन पार्श्व पदों के शामिल है, जो परिणाम प्रस्तुत की कुल चलाते समय, ~ 30 घंटा था. प्रत्येक जीएस चलना बारे में 0.3 सेकंड लिया. एक वास्तविक समय कार्यक्रम में एल्गोरिथ्म के कार्यान्वयन और इस तरह एक प्रोसेसर के बारे में 100,000 का एक पहलू से प्रसंस्करण समय कम कर सकते हैं के लिए अनुकूलन. इस प्रकार, कुल प्रसंस्करण समय केवल कुछ सेकंड ले जा सकते हैं. इसके अलावा अभिसरण पहले से ही के बाद 10,000 पुनरावृत्तियों होता है के बाद चित्रा 4 से देखा जा सकता है, एक 100,000 जरूरत नहीं है कि कृपया ध्यान दें.
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Disclosures
खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.
Acknowledgments
कोई नहीं
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Red Laser Module | Thorlabs | LDM635 | |
| 10X Galilean Beam Expander | Thorlabs | BE10M-A | |
| Negative 1951 USAF Test Target | Thorlabs | R3L3S1N | |
| Filter holder for 2 in Square Filters | Thorlabs | FH2 | |
| 1 in Linear Translation Stage | Thorlabs | PT1 | 2x |
| Lens Mount for Ø1 in Optics | Thorlabs | LMR1 | |
| Lens f = 100.0 mm | Thorlabs | AC254-100-A | |
| Graduated Ring-Activated Iris Diaphragm | Thorlabs | SM1D12C | |
| 2.5 mm x 2.5 mm Aperture Ø1 in | Indoor production | ||
| High Resolution CMOS Camera | Thorlabs | DCC1545M |
References
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