Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Key Laboratory for Precision Optoelectronic Measurement Instrument and Technology, Beijing 100081, China
2 School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
3 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
4 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
5 National Laboratory of Aerospace Intelligent Control Technology, Beijing 100089, China
6 Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, Hangzhou 310024, China
High resolution imaging is achieved using increasingly larger apertures and successively shorter wavelengths. Optical aperture synthesis is an important high-resolution imaging technology used in astronomy. Conventional long baseline amplitude interferometry is susceptible to uncontrollable phase fluctuations, and the technical difficulty increases rapidly as the wavelength decreases. The intensity interferometry inspired by HBT experiment is essentially insensitive to phase fluctuations, but suffers from a narrow spectral bandwidth which results in a lack of effective photons. In this study, we propose optical synthetic aperture imaging based on spatial intensity interferometry. This not only realizes diffraction-limited optical aperture synthesis in a single shot, but also enables imaging with a wide spectral bandwidth, which greatly improves the optical energy efficiency of intensity interferometry. And this method is insensitive to the optical path difference between the sub-apertures. Simulations and experiments present optical aperture synthesis diffraction-limited imaging through spatial intensity interferometry in a 100 nm spectral width of visible light, whose maximum optical path difference between the sub-apertures reaches 69λ. This technique is expected to provide a solution for optical aperture synthesis over kilometer-long baselines at optical wavelengths.
optical synthetic aperture imaging ghost imaging intensity interferometry Opto-Electronic Advances
2023, 6(12): 230017
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041001
1 上海科技大学物质科学与技术学院,上海 201210
2 中国科学院上海高等研究院基础交叉研究中心,上海 201210
3 中国科学院大学,北京 100049
合成孔径技术是一种能够有效实现超分辨成像的技术。目前的合成孔径成像技术大多以标量衍射理论为基础,但当成像目标的尺寸小于波长时,标量衍射理论中的近似与假设不再成立。因此,本团队在高斯光束照明条件下,以更为严格的耦合波理论为基础,分析了亚波长光栅的合成孔径成像技术。通过模拟仿真280 nm周期、140 nm线宽的一维矩形光栅的合成孔径成像,分析了光栅有界情况下,模式个数对光栅重构的影响以及恢复光栅结构所需的最少模式个数。接下来讨论了标量衍射理论相对于耦合波理论可能产生的误差。分析了照明光以±90°入射的理想情况下对光栅进行合成孔径成像的最小分辨率,并认为其仅与波长有关,可分辨的光栅周期最小为λ/2,线宽分辨率为λ/4。本文为合成孔径技术在亚波长光栅中的应用提供了更严格的理论基础。
全息 合成孔径成像 亚波长光栅 严格耦合波分析 超分辨成像 中国激光
2022, 49(24): 2406001
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院, 江苏 南京 210023
2 中国空间技术研究院北京空间机电研究所, 北京 100094
基于模拟退火算法(SAA)提出了一种多目标优化合成孔径成像阵列的方案。根据合成孔径成像的调制传递函数(MTF)特性,设计了孔径阵列在多个方向上的频谱优化目标函数。以劣化后的Golay6结构作为初始阵列进行模拟计算,结果表明,SAA可以有效改善中频段MTF的平稳性,显著提高成像阵列的实际截止频率。当填充因子F=11.5%时,相比Golay6孔径阵列,优化后的孔径阵列在退火衰减参数α=0.97时的平均修正因子可达到8.61%。
成像系统 合成孔径成像 模拟退火算法 调制传递函数 多目标阵列优化 激光与光电子学进展
2021, 58(16): 1611001
1 西北工业大学物理科学与技术学院, 陕西 西安 710129
2 陕西省光信息技术重点实验室, 陕西 西安 710129
3 超常条件材料物理与化学教育部重点实验室, 陕西 西安 710129
4 中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
光学合成孔径成像系统中光学传递函数的频率响应下降,会不可避免地导致成像模糊,因此通常需要借助维纳滤波或盲解卷积算法来实现图像复原,最终获得清晰的高分辨率图像。提出一种基于U型卷积神经网络的深度学习框架,通过MATLAB软件构建数据集,以对网络进行训练,并将所训练的U型网络与盲解卷积算法的图像复原效果进行对比。数值仿真结果表明,在弱噪声条件下,U型网络在基于光学合成孔径成像系统的图像复原中展现出较强的复原能力以及一定的泛化能力和通用性,能够实现图像的快速盲复原,因而具有潜在的应用前景。
成像系统 光学传递函数 深度学习 卷积神经网络 光学合成孔径成像系统 光学学报
2020, 40(21): 2111001
1 中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
合成孔径激光雷达(SAL)可在大前斜视角条件下以较小的光学孔径,对远距离目标进行高分辨率、高数据率成像,是光学成像探测的一种重要形式。对口径为100 mm、作用距离为20 km、分辨率为0.05 m的SAL的工作模式、系统方案、指标参数和关键技术进行分析,并提出与设备整流罩共形的衍射光学系统概念,有利于减少气动影响和设备的体积、质量。借助微波相控阵天线模型,研究基于频率扫描变化的激光波束展宽和一维波束扫描方法,给出相关波束方向图的仿真结果。结果表明,基于曲面共形衍射光学系统的SAL成像探测技术具有可行性。
遥感 衍射光学系统 合成孔径成像 激光雷达 激光波束扫描
1 中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
分析了用于对地成像的天基合成孔径激光雷达(SAL)系统指标,采用10 m口径膜基衍射光学系统以满足功率口径积的要求,用合成孔径雷达相控阵天线模型分析了器件参数和衍射光学系统的波束方向图。针对大口径衍射光学系统存在的孔径渡越问题,提出了基于数字信号处理的高距离分辨率信号补偿聚焦方法。研究结果表明:10 m衍射口径天基SAL系统有可能对远距离特定目标进行高数据率、高分辨率成像跟踪,该技术的实现具有一定的可行性。
探测器 天基激光雷达 合成孔径成像 衍射光学系统 孔径渡越补偿 雷达方程 中国激光
2018, 45(12): 1210002
1 中国科学院电子学研究所 微波成像技术重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院自适应光学重点实验室, 成都 610209
4 中国科学院光电技术研究所, 成都 610209
对用于地球同步轨道空间目标进行成像观测的地基逆合成孔径激光雷达系统进行了分析.讨论了地球同步轨道空间目标运动特性和观测几何模型, 分析了地基逆合成孔径激光雷达系统指标, 波形选择为无周期相位编码信号, 提出了基于发射和本振参考通道的信号相干性保持方法.根据目标存在振动和三维自转的特点, 采用正交基线干涉处理的方法进行运动相位误差估计与补偿.引入自适应光学系统实现大气时变相位误差校正, 同时明确了基于正交基线干涉处理的逆合成孔径激光雷达与自适应光学在大气校正方面具有互补性.设计了初步系统方案, 仿真验证了目标振动和三维自转对逆合成孔径激光雷达成像有明显的影响.
激光雷达 逆合成孔径成像 空间目标 系统分析 地球同步轨道 Lidar Inverse synthetic aperture imaging Space object System analysis GEO
1 中北大学理学院, 山西 太原 030051
2 中北大学信息探测与处理山西省重点实验室, 山西 太原030051
3 电子测试技术国防科技重点实验室, 山西 太原 030051
在传统合成孔径物面重聚焦成像过程中,前景射线会严重影响目标的重建质量,针对这一问题提出一种基于前景标记的重聚焦成像算法。首先根据EPI的边缘特征估计场景深度范围,根据指定待重建物面的参数提取前景边缘特征并进行扩散,从而确定前景遮挡对应的射线;对其进行标记筛除后,利用光场重建算法对特定物面进行重建,从而实现被遮挡目标的高质量重建。利用Stanford大学和Disney实验室提供的数据集进行仿真,实验结果表明该算法可有效去除场景中的遮挡物信息,提高重聚焦图像的质量。
成像系统 计算成像 合成孔径成像 前景标记 遮挡去除 视差