Bir Hareketli Platform Görüntüleme Zaman çoğullama Süper Çözme Tekniği

Özet

Optik kırılma limiti aşmak için bir yöntem sunulmuştur. Optik tekrarlayıcı Gerchberg-Saxton'dan algoritması kullanılarak faz alma ve ilk aşamanın tekrar takip görüntüleme sistemi vites: Bu yöntem, iki aşamalı bir süreci içerir. Bir sentetik lens açıklığı artan daha yüksek görüntü çözünürlüğü verimli, hareket yönü boyunca oluşturulur.

Özet

Biz, bir nesnenin çözünürlüğünü artırmak ve bu tür bir havada kalan bir platformun ya da uydu gibi bir hareket eden görüntüleme sistemi, üzerine yerleştirilmiş bir optik sistemin bir kırılma sınırı aşılması için bir yöntem önermektedir. Çözünürlük geliştirme iki aşamalı bir süreçte elde edilir. İlk olarak, üç düşük çözünürlük farklı defocused görüntüleri esir ediliyor ve optik faz geliştirilmiş iteratif Gerchberg-Saxton'dan tabanlı algoritma kullanılarak alınır. Faz alma sayısal geri diyafram düzlemine alanını yaymak için izin verir. İkinci olarak, görüntüleme sistemi kaydırılır ve ilk adımı tekrar edilir. Diyafram düzlemde edilen optik alanlar birleştirilir ve bir sentetik delik merceği artan daha yüksek görüntü çözünürlüğü, sonuçta hareket yönü boyunca oluşturulur. Bir yöntem olup, mikrodalga rejimden iyi bilinen bir yaklaşım, anten büyüklüğü sentetik platformu boyunca artan edildiği Sentetik Diyafram Radar (SAR) olarak benzeryayılma yönü. Önerilen yöntem, laboratuvar deneyi ile gösterilmiştir.

Giriş

Radar görüntüleme, nabız Radyo Frekans (RF) bir dar açılı ışın bir platform üzerine monte edilmiş bir anten kullanılarak aktarılır. Radar sinyal yüzey ^1,2 doğru bir yan görünümlü yönde iletir. Yansıyan sinyal yüzeyden saçılan ve aynı anteni ² tarafından alınır. Alınan sinyaller bir radar görüntüye dönüştürülür. Gerçek Açıklıklı Radar (RAR) azimut yönünde çözünürlük diyafram boyut ³ dalga boyu ile orantılı ve ters orantılıdır. Bu nedenle, daha büyük bir anten azimut yüksek çözünürlük gereklidir. Ancak bu uçak ve uydu gibi bir hareket eden platformlar büyük antenini zordur. 1951 yılında Wiley ⁴ görüntüleme platformu hareketi tarafından oluşturulan Doppler etkisini kullanır (SAR) Sentetik Açıklıklı Radar adı verilen yeni bir radar tekniği önerdi. SAR olarak, genlik hem de alınan sinyalin faz ⁵ kaydedilir . SAR optik frekans yaklaşık 1-100 GHz ⁶ ve faz platformun üstüne monte edilmiş bir referans yerel rezonatör kullanılarak kaydedilir olduğu için bu mümkündür. Optik görüntüleme, daha kısa dalga boyları gibi görünür gibi, kullanılmış olan yaklaşık 1 um olan yakın enfraruj (NIR), yaklaşık olarak 10 ila ¹⁴ Hz arasında frekansı, yani. Alan şiddeti, yerine alan kendisi, standart silikon bazlı dedektörler kullanılarak saptanması için çok hızlı, optik faz değiştiği tespit ediliyor.

Bir optik sistem aracılığıyla bir nesne görüntüleme da, optik açıklık, bir düşük-geçiş filtresi olarak hizmet vermektedir. Bu yüzden, nesnenin yüksek frekans alan bilgi ⁷ kaybolur. Bu yazıda faz kaybetti ve kırınım sınırı etkisi, yani ayrı ayrı yukarıda belirtilen konuların her çözmek hedefliyoruz.

Gerchberg ve Saxton (GS) ⁸ optik faz retrie olabilir önerditekrarlanan bir işlem kullanarak ved. Misell ^9-11 herhangi iki giriş ve çıkış uçaklar için algoritma genişletmiştir. Bu yaklaşımlar minimal ortalama kare hata (MSE) ^12,13 ile bir faz dağılımının yakınsama kanıtlanmıştır. Gür ve Zalevsky ¹⁴ Misell algoritma geliştiren üç uçakları yöntem sundu.

Biz SAR uygulamada anten ile yapıldığı gibi, görüntüleme lens kayması sırasında faz geri bize sentetik tarama ekseni boyunca açıklık etkin boyutunu artırmak ve sonuç olarak ortaya görüntü çözünürlüğünü geliştirmek için izin teklif ve deneysel olarak göstermektedir.

Interferometrik ve holografiyi kullanılarak optik görüntüleme içinde SAR uygulama ^16,17 iyi bilinmektedir. Ancak, önerilen yöntem (örneğin yan görünümlü hava platformu olarak) insicamsız görüntüleme için uygun hale, bir tarama görüntüleme platformu taklit hedeflenmektedir. Böylece, holografi kavramı, WHIch, bir referans ışını kullanan böyle bir uygulama için uygun değildir. Bunun yerine, revize Gerchberg-Saxton'dan algoritması fazı almak için kullanılır.

Protokol

1.. Kurulum Hizalama

1. Kabaca aynı eksen üzerinde lazer, ışın Expender, lens ve kamera hizalayarak başlayın, bu optik eksen olacaktır.
2. (USAT hedef olmadan) lazer açın ve hafif lens merkezinden geçer emin olun. Doğrulamak için bir diyafram iris kullanın.
3. Kamerayı açın ve ışık kameranın ortasına odaklanır emin olun.
4. Lineer z sahne kullanarak, kamerayı geri kayması. Sistem odak dışına olduğundan, ışığın nokta büyüyecek. Nokta merkez aynı lateral pozisyonda kalır emin olun. Eğer değilse, dikkatli görüntüleme sisteminin konumunu değiştirmek ve spot piksel seviyesine kadar, aynı uzamsal konumda kalana kadar bu adımı tekrarlayın.

2. Üç Odakdışı Düzlemlerde at Görüntüleme

1. Kiriş Expender önünde test hedefine yerleştirin. Içinden geçen ışık inci geçecek, böylece hedef yerleştirinLensin kaba merkezi.
2. Bir görüntü yakalamak. Bu görüntü bir çapa noktası olacak ve konumu z ₀ olacak, x ₀ (tüm diğer görüntüler konumu referans olacaktır). Bu görüntü I _{1, b} olacaktır.
3. (Lineer z sahne kullanarak) dz = 5.08 mm (veya 0.2) bir mesafe kamera geri kayması ve görüntü yakalamak. Bu görüntü I _{2, b} olacak.
4. Kamera DZ = 5.08 mm başka bir mesafe (z ₀ göreli 10.16 mm) geri kayması ve görüntü yakalamak. Bu görüntü I _{3, b} olacaktır.
5. Geri z ₀ gidin.

3. Diyafram taranıyor

1. (Lineer x sahne kullanarak) yanal dx = 2.5 mm'lik bir mesafe tüm görüntüleme sistemi Shift ve görüntüsünü yakalayabilir. Bu görüntü I _{1, bir} olacaktır.
2. Protokol 2 işlemi tekrarlayın. (Lineer z sahne kullanarak) Kamera DZ = 5.08 mm'lik bir mesafe geri kayması ve bir görüntü yakalamak (I _{2, a).} Th geri kaymasıe kamera dz = 5.08 mm başka bir mesafe ve bir görüntü yakalamak (I _{3, a).}
3. Şimdi, diğer taraf için tekrarlayın. Görüntüleme sistemi dx = -2.5 mm'lik bir mesafe Shift ve üç z pozisyonlarında üç görüntülerin bir dizi yakalamak _{(ben 1-3 c).}
4. Z _0, x ₀ geri dön.

4. Faz Alma (Sayısal Hesaplama)

1. Üç kere yöntemi ¹⁴ ve görüntü I _{1-3, b} kullanarak, _{1, b.} Alındığı fazı kullanarak, _B, Q ₁ tanımlayan görüntünün optik fazı almak.
2. Iteratif süreç yakinsar doğrulamak için ^2, | q _{1, b} | I _{1 a, b} ve arasındaki korelasyon katsayısı izleyin. Bunu yapmak için, MATLAB 'corr2' işlevini kullanın.
3. I _{1-3 a} ve I _{1-3, c} faz alma işlemini tekrarlayın.

5. Süper Çözülmüş Görüntü (Sayısal Hesaplama)

1. Uİntegral ^15, geri mercek düzlemine tarlalar q _{1, ac} yaymak Fresnel boş alan yayılma (FSP) şarkı. Bu alanlar Ê _{lens, ac} ⁺ olacaktır.
2. Geri lens geçmek amacıyla, exp (+ πix ₀ ²⁾ / λf) tarafından elde edilen tarlalar Ê _{lens, ac} ⁺ çarpın. ^- Bu alanlar Ê _{lens, ac} olacaktır.
3. Alan Ê _lens yerleştirmek için _olarak, orijinal konumunda, yanal olarak dx = 2.5 mm'lik bir mesafe kayması.
4. Yanal dx = -2.5 mm'lik bir mesafe vardiya, orijinal pozisyonuna _c, alan Ê _mercek yerleştirmek için.
5. Bunları birleştirmek, ve sentetik diyafram boyutunu artırmak amacıyla üç Alanlar E _{lens, ac,} Sum.
6. (-Πix ₀ ²⁾ / λf) exp çıkan alanını çarpın, ve boş alan resim düzlemine bunu yaymak.
7. Bir faktör o tarafından bir çözünürlük iyileştirmetarama yönünde f 3 tanık olmalıdır.

Sonuçlar

Dokuz çekilen görüntülerin (üç yan pozisyonlarında üç odak dışı görüntüler) için bir örnek Şekil 3'de gösterilmiştir.

GS yakınsama için bir örneği, Şekil 4'te gösterilmiştir. I ₁ merkezi görüntü için korelasyon _{katsayısı, b} 0.95 üzerinde ve yan görüntüleri I ₁ için korelasyon _{katsayısı, a,} ve _{1, c} (tüm 0,99 geçirilen tüm sayısal simülasyonda) 0.8...

Tartışmalar

Bu yazıda sunulan optik Yapay Açıklıklı Radar (OSAR) kavramı tarama yönünde bir nesnenin uzaysal çözünürlüğü artırmak amacıyla GS algoritması ve tarama tekniği kullanan yeni bir süper çözümlenir yaklaşımdır. Görüntüleme platformu hareketi kendi ürettiği bir hava veya uydu platformu kullanırken olabilir. Birçok zaman çoklama SR teknikleri farklı olarak, bu yöntem, görüntüleme işlemi sırasında sabit olduğu gerçeği dışında herhangi bir nesne önsel bilgi gerektirmez....

Malzemeler

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