Tid Multiplexing Super Løse Teknikk for Imaging fra en bevegelig plattform
Summary
En fremgangsmåte for å overvinne den optiske diffraksjon grense er presentert. Fremgangsmåten inkluderer en to-trinns prosess: optisk fase gjenfinning ved hjelp av iterativ Gerchberg-Saxton algoritmen, og avbildningssystem forskyvning etterfulgt av gjentagelse av det første trinn. En syntetisk økt blenderåpning genereres langs bevegelsesretningen, noe som gir høyere bildeoppløsning.
Abstract
Vi foreslår en fremgangsmåte for å øke oppløsningen av et objekt, og å overvinne diffraksjon grensen av et optisk system som er installert på toppen av en bevegelig avbildningssystem, slik som en luftbåren plattform eller satellitt. Oppløsningen forbedringen blir oppnådd i en to-trinns prosess. Først, er tre lav oppløsning annerledes defokusert bilder blir tatt og den optiske fase hentes ved hjelp av en forbedret iterativ Gerchberg-Saxton basert algoritme. Fasen gjenfinning gjør det mulig å numerisk tilbake forplante feltet til åpningen planet. For det andre er imaging system flyttet og det første trinnet gjentas. De oppnådde optiske felt på blenderplan kombineres og et syntetisk økt blenderåpning genereres langs bevegelsesretningen, noe som gir høyere bildeoppløsning. Metoden ligner en kjent metode fra mikrobølgeovnen regime kalt Synthetic Aperture Radar (SAR) hvori antennestørrelsen er syntetisk økes langs plattformenforplantningsretningen. Den foreslåtte metoden er demonstrert gjennom laboratorieeksperiment.
Introduction
I radar-avbildning, er en smal vinkel, stråle av puls-radiofrekvens (RF) som overføres ved hjelp av en antenne som er montert på en plattform. Den radarsignal overfører i en siderettet retning mot overflaten 1,2. Det reflekterte signal blir tilbakespredt fra overflaten og blir mottatt av den samme antennen 2.. De mottatte signaler blir omformet til et radarbilde. I fast Aperture Radar (RAR) oppløsningen i asimutretning er proporsjonal med bølgelengden, og omvendt proporsjonal med blender dimensjon 3. Dermed er en større antenne som kreves for høyere asimut-oppløsning. Imidlertid er det vanskelig å feste store antenne til en bevegelige plattformer som fly og satellitter. I 1951 Wiley 4 foreslått en ny radar teknikk kalt Synthetic Aperture Radar (SAR), som bruker Doppler-effekten skapes ved bevegelse av bilde plattformen. I SAR, blir amplituden så vel som fase av det mottatte signalet innspilt 5 </sup>. Dette er mulig siden SAR optiske frekvensen er omtrent 1-100 GHz 6 og fasen blir tatt opp ved hjelp av en lokal referanse resonator montert på toppen av plattformen. I optisk avbildning, blir kortere bølgelengder blir brukt, slik som det synlige og nær infrarød (NIR), som er omtrent 1 mikrometer, det vil si frekvens på omkring 10 14 Hz. Den feltstyrke, i stedet for selve feltet, blir detektert, siden de optiske faseendringer for rask for deteksjon ved anvendelse av standard silisiumbaserte detektorer.
Mens avbilding av et objekt gjennom et optisk system, åpningen av optikken fungerer som et lavpassfilter. Dermed kan det høyfrekvente romlig informasjon av objektet tapt 7.. I denne artikkelen tar vi sikte på å løse hver av de ovennevnte spørsmålene separat, dvs. den fasen tapt og diffraksjon grensen effekt.
Gerchberg og Saxton (GS) 8 antydet at den optiske fasen kan retrieVed å bruke en iterativ prosess. Misell 9-11 har forlenget algoritmen for eventuelle to input og output flyene. Disse metodene er bevist å konvergere mot en distribusjonsfase med en minimal gjennomsnittlig kvadratfeil (MSE) 12,13. Gur og Zalevsky 14 presentert en tre flyene metode som forbedrer Misell algoritmen.
Vi foreslår og påvise eksperimentelt at gjenoppretting fase når man flytter avbildningsobjektiv, som gjøres med antennen i SAR-programmet gjør det mulig for oss å syntetisk øke den effektive størrelse av åpningen langs skanne akse og eventuelt forbedre det resulterende bildeoppløsning.
Anvendelsen av SAR i optisk avbildning ved hjelp av interferometri og holografi er velkjent 16,17. Imidlertid er den foreslåtte fremgangsmåte som tar sikte på å etterligne et scanning bildeplattformen, noe som gjør den egnet for noncoherent avbildning (slik som siderettede luftbåret plattform). Dermed begrepet holografi, WHIch benytter en referansestråle, er ikke egnet for slik anvendelse. I stedet er det reviderte Gerchberg-Saxton algoritmen som brukes for å hente fase.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den optiske syntetisk aperture radar (Osar) konseptet som er presentert i denne artikkelen er en ny super løst tilnærming som bruker GS algoritme og skanning teknikk for å forbedre romlig oppløsning av et objekt i retning av skanningen. Bevegelsen av bildeplattformen kan være selv-generert ved bruk av en luftbåren eller satelittplattformen. I motsetning til mange tids multipleksing SR teknikker, tillater foreliggende fremgangsmåte krever ikke noen a priori informasjon på objektet, annet enn det faktum a…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ingen
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
- De Loor, G. P. Possibilities and uses of radar and thermal infrared systems. Photogrammetria. 24, 43-58 (1969).
- Simonett, D. S. Remote sensing with imaging radar: A review. Geoforum. , 61-74 (1970).
- Born, M., Wolf, E. . Principles of optics: electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light. , (1999).
- Wiley, C. A. Synthetic aperture radars-a paradigm for technology evolution. IEEE Trans. Aerospace Elec. Sys. 21, 440-443 (1985).
- Brown, W., Porcello, L. . An introduction to synthetic-aperture radar. , 52-62 (1969).
- Cheney, M., Borden, B. . Fundamentals of Radar Imaging. Siam. , (2008).
- Otto, R., Fritz, L. Die lehre von der bildentstehung im mikroskop von Ernst Abbe. Vieweg Braunschweig. , (1910).
- Gerchberg, W. R., Saxton, W. O. A practical algorithm for the determination of phase from image and diffraction plane pictures. Optik. 35, 237-246 (1972).
- Misell, D. L. A method for the solution of the phase problem in electron microscopy. J. Phys. D Appl. Phys. 6, (1973).
- Misell, D. L. An examination of an iterative method for the solution of the phase problem in optics and electron optics: I. Test calculations. J. Phys. D Appl. Phys. 6, 2200-2216 (1973).
- Misell, D. L. An examination of an iterative method for the solution of the phase problem in optics and electron optics. II. Sources of error. J. Phys. D Appl. Phys. 6, 2217-2225 (1973).
- Fienup, J. R. Reconstruction of an object from the modulus of its Fourier transform. Optics Lett. 3, 27-29 (1978).
- Fienup, J. R. Phase retrieval algorithms: a comparison. Appl. Optics. 21, 2758-2769 (1982).
- Gur, E., Zalevsky, Z. Image deblurring through static or time-varying random perturbation medium. J. Electron. Imaging. 18, 033016-03 (2009).
- Goodman, J. W. Introduction to Fourier Optics. Roberts & Company. , (2005).
- Tippie, A. E., Kumar, A., Fienup, J. R. High-resolution synthetic-aperture digital holography with digital phase and pupil correction. Optics Express. 19, 12027-12038 (2011).
- Lim, S., Choi, K., Hahn, J., Marks, D. L., Brady, J. Image-based registration for synthetic aperture holography. Optics Express. 19, 11716-11731 (2011).
