โกลบอล วิชั่น มีเดีย โฟกัส
บริษัทดังกล่าวได้รับการนำเสนอในรายการโทรทัศน์ CCTV รวม 15 ครั้ง และเข้าถึงผู้ชมรวมกว่า 50 ล้านคน ผ่านสื่อของพรรค สื่อส่วนกลาง และสื่อทางการท้องถิ่น
ระบบสร้างภาพเชิงสเปกโทรสโคปีแบบอินเตอร์เฟอโรเมตริกด้วยการปรับเปลี่ยนร่วมเชิงพื้นที่และเวลาแบบฟูริเยร์ – หลักการของระบบ Sagnac และการสกัดเมทริกซ์การแทรกสอด
ภูมิหลังและบทนำ
ในสาขาการสร้างภาพเชิงแสงด้วยคอมพิวเตอร์และการสำรวจระยะไกลแบบไฮเปอร์สเปกตรัม เทคโนโลยีการสร้างภาพสเปกตรัมแบบอินเตอร์เฟอโรเมตริกการแปลงฟูริเยร์แบบปรับเปลี่ยนร่วมเชิงพื้นที่และเวลา ด้วยข้อดีของอัตราการประมวลผลสูง อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่ดี และฮาร์ดแวร์แบบโซลิดสเตททั้งหมดที่ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ ได้กลายเป็นเส้นทางทางเทคนิคที่ขาดไม่ได้สำหรับอุปกรณ์บรรทุกบนอวกาศและการตรวจจับในห้องปฏิบัติการที่มีความแม่นยำสูง สถาปัตยกรรมที่โดดเด่นที่สุดในสาขานี้คือ อินเตอร์เฟอโรเมตรแบบเส้นทางร่วมรูปสามเหลี่ยม Sagnac ซึ่งใช้ความต้านทานต่อการสั่นสะเทือนโดยธรรมชาติและโครงสร้างทางกายภาพที่กะทัดรัด เพื่อให้ได้การเชื่อมต่อที่มีประสิทธิภาพและการได้มาซึ่งข้อมูล 3 มิติของเป้าหมายที่มีความแม่นยำสูงบนระนาบภาพของตัวตรวจจับ ผ่านการผสมผสานอย่างชาญฉลาดของกลไกการเฉือนด้านข้างและการเคลื่อนที่แบบกวาดของตัวพา บทความนี้จะมุ่งเน้นไปที่ฟิสิกส์เชิงแสงของระบบพุชบรูม วิเคราะห์กลไกการสร้างและกฎการแมปเชิงพื้นที่และเวลาของข้อมูลสนามอินเตอร์เฟอโรเมตริกอย่างละเอียด และอภิปรายกระบวนการสกัดแบบไม่ต่อเนื่องของเมทริกซ์อินเตอร์เฟอโรเมตริกโดยละเอียด โดยมีเป้าหมายเพื่อให้พื้นฐานทางทฤษฎีที่เข้มงวดและการสนับสนุนทางเทคนิคสำหรับการปรับปรุงความแม่นยำในการสร้างสเปกตรัมขึ้นใหม่ในสภาพแวดล้อมการสำรวจระยะไกลที่ซับซ้อน
เพื่อนำข้อดีทางทฤษฎีเหล่านี้มาประยุกต์ใช้ในทางวิศวกรรม จึงได้มีการพัฒนาเทคนิค Large Aperture Static Interferometric Imaging Spectroscopy (LASIS) ขึ้น LASIS นับเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญจากเทคนิคการถ่ายภาพแบบอินเตอร์เฟอโรเมตริกแบบดั้งเดิม โดยประกอบด้วยระบบออปติคอลด้านหน้า อินเตอร์เฟอโรเมตรแบบ Sagnac กระจกสะท้อนภาพ (กระจกแปลงฟูริเยร์) ตัวตรวจจับ (FPA) และระบบเก็บข้อมูล ดังแสดงในรูปที่ 1 หลักการพื้นฐานของ LASIS คือการนำตัวแยกแสงแบบเฉือนตามแนวขวางมาใช้ในระบบการถ่ายภาพแบบอนันต์ วิวัฒนาการที่สำคัญเมื่อเทียบกับอินเตอร์เฟอโรเมตรแบบดั้งเดิมอยู่ที่การสร้างตัวกั้นสนามใหม่ โดยใช้ช่องรับแสงแบบหน้าต่างขนาดใหญ่มาแทนที่ตัวกั้นสนามแบบช่องแคบแบบดั้งเดิมที่ระนาบโฟกัสด้านหลังของระบบออปติคอลด้านหน้า การปรับปรุงนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดขนาดของส่วนประกอบออปติคอลในขั้นตอนถัดไปโดยการใช้ระบบด้านหน้า แต่ยังช่วยให้ระบบสามารถสร้างภาพสองมิติของเป้าหมายบนระนาบภาพ (FPA) ได้อีกด้วย การก้าวข้ามจาก "เส้น" ไปสู่ "ระนาบ" นี้ ช่วยปรับปรุงการส่งผ่านแสงและประสิทธิภาพการตรวจจับของระบบได้อย่างมาก พร้อมทั้งวางรากฐานโครงสร้างที่สำคัญสำหรับการปรับเปลี่ยนร่วมเชิงพื้นที่และเวลาในภายหลัง
รูปที่ 1 แผนภาพแสดงเส้นทางแสงของสเปกโตรมิเตอร์ภาพอินเตอร์เฟอโรเมตริกแบบคงที่ที่มีรูรับแสงขนาดใหญ่(ที่มาของภาพ: Chen Tieqiao. งานวิจัยเรื่องวิธีการสร้างภาพไฮเปอร์สเปกตรัมโดยอาศัยกลไกการสร้างภาพแบบอินเตอร์เฟอโรเมตริกและลักษณะข้อผิดพลาด)
ในสถาปัตยกรรมนี้ ข้อมูลการรบกวนเกิดจากการเฉือนตามแนวขวาง d ที่สร้างขึ้นโดยอินเตอร์เฟอโรเมตรแบบ Sagnac ลำแสงแต่ละลำจากเป้าหมาย เมื่อเข้าสู่อินเตอร์เฟอโรเมตร จะถูกเฉือนออกเป็นลำแสงคู่ขนานที่สอดคล้องกันสองลำ ซึ่งมาบรรจบกันที่จุดเดียวกันบนเซ็นเซอร์รับภาพ (FPA) ผ่านกระจกสะท้อนภาพ ทำให้เกิดการรบกวน ที่ระนาบภาพ ความแตกต่างของเส้นทางแสง Δ ของการรบกวนจะถูกกำหนดโดยการเฉือน d ความยาวโฟกัส f ของกระจกสะท้อนภาพ และระยะทาง y จากจุดรบกวนไปยังจุดที่ความแตกต่างของเส้นทางแสงเป็นศูนย์ เนื่องจากค่าของ y สอดคล้องกับขอบเขตการมองเห็นของสเปกโทรเมตรในทิศทางการเฉือน ความแตกต่างของเส้นทางแสงที่เกิดขึ้นที่แต่ละจุดบนพื้นผิว FPA จึงมีค่าคงที่ในเชิงพื้นที่ ส่งผลให้เกิดลักษณะเฉพาะในภาพเฟรมเดียวที่ได้จาก LASIS ซึ่งข้อมูลเชิงพื้นที่สองมิติซ้อนทับอยู่บนแถบการรบกวนหนึ่งมิติ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ณ ขณะที่ทำการสุ่มตัวอย่าง ดังแสดงในรูปที่ 2 การตอบสนองของพิกเซลตรวจจับนั้นแท้จริงแล้วคือข้อมูลการรบกวนที่ถูกปรับเปลี่ยนตามตำแหน่ง ซึ่งสอดคล้องกับขอบเขตการมองเห็นของเป้าหมาย
รูปที่ 2 แผนภาพแสดงโครงร่างของแถบการแทรกสอดแบบหนึ่งมิติที่ซ้อนทับกับข้อมูลเชิงพื้นที่แบบสองมิติจากภาพเฟรมเดียว
หลักการทางเทคนิค
อย่างไรก็ตาม ภาพเฟรมเดียวจะบันทึกการตอบสนองทันทีของเป้าหมายภายใต้ความแตกต่างของเส้นทางแสงที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้น เพื่อให้ได้อินเตอร์เฟอโรแกรมที่สมบูรณ์ซึ่งครอบคลุมแถบการสุ่มตัวอย่างทั้งหมดสำหรับแต่ละจุดเป้าหมายบนพื้น จำเป็นต้องใช้การถ่ายภาพแบบพุชบรูมเฟรมต่อเนื่องตามมิติสเปกตรัม (เช่น ทิศทางการเฉือน) ในระหว่างการเคลื่อนที่ของตัวพา จุดเป้าหมายบนพื้นเดียวกันจะถูกจับโดยพิกเซลที่แตกต่างกันบนตัวตรวจจับในเวลาที่ต่างกัน และพิกเซลเหล่านี้เนื่องจากตำแหน่งเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกัน จึงสอดคล้องกับการปรับเปลี่ยนความแตกต่างของเส้นทางแสงที่แตกต่างกัน เมื่อพุชบรูมไปถึงช่วงการสุ่มตัวอย่างความแตกต่างของเส้นทางแสงสูงสุด ชุดของจุดสุ่มตัวอย่างอินเตอร์เฟอโรเมตริกที่จัดเรียงในลักษณะอนุกรมเวลาจะถูกสร้างขึ้น ดังนั้น ข้อมูลภาพ LASIS ดิบจึงจำเป็นต้องได้รับการจัดเรียงและแยกอย่างเข้มงวด: ในภาพอนุกรมเวลาของพุชบรูม สำหรับแต่ละพิกเซลในมิติเชิงพื้นที่ ข้อมูลอินเตอร์เฟอโรเมตริกที่สอดคล้องกันในแต่ละเฟรมจะถูกแยกออกมาตามลำดับตามมิติสเปกตรัม กระบวนการ "แยก" จุดอินเตอร์เฟอโรแกรมออกจากอนุกรมเวลาเป็นตรรกะการประมวลผลข้อมูลหลักของสเปกโตรมิเตอร์แบบมอดูเลชันร่วมเชิงพื้นที่และเวลา ดังแสดงในรูปที่ 3
รูปที่ 3 การจัดเรียงใหม่และการสกัดข้อมูลภาพดิบของ LASIS
การวิเคราะห์ผลลัพธ์
ระบบนี้สร้างและแยกข้อมูลสามมิติแบบใหม่ที่เรียกว่า LAMIS (Large-aperture Multispectral Interferometric Stack) โดยอาศัยกระบวนการทางกายภาพนี้ โดยการสแกนและรวมลำดับภาพแบบ pushbroom ที่ครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมดเข้าด้วยกัน ภายในข้อมูล LAMIS นั้น โครงสร้างข้อมูลจะถูกแยกส่วนอย่างละเอียด: ชั้นเชิงพื้นที่เป็นภาพฉากที่สะอาดหลังจากการประมวลผลเชิงตัวเลขและการกำจัดแถบการรบกวน ซึ่งสะท้อนถึงการกระจายทางเรขาคณิตของเป้าหมายอย่างสมจริง ดังแสดงในรูปที่ 4 ในขณะที่มิติการรบกวนจะบันทึกเส้นโค้งการรบกวนแบบจุดที่สอดคล้องกับแต่ละแถวของลักษณะภูมิประเทศ ดังแสดงในรูปที่ 5 ซึ่งแสดงแผนภาพสองมิติของเส้นโค้งการรบกวนสำหรับแถวของลักษณะภูมิประเทศ กระบวนการ "แยก" ข้อมูล LAMIS จากภาพดั้งเดิมที่เชื่อมโยงกันทั้งในเชิงพื้นที่และเวลา ทำให้เกิดการแยกข้อมูลเชิงพื้นที่และการรบกวนแบบดิจิทัล
ภาพที่ 4. ภาพฉากที่สะอาดหลังจากลบแถบรบกวนออกแล้ว
รูปที่ 5 แผนภาพโครงร่างสองมิติของเส้นโค้งการรบกวนของลักษณะพื้นดินต่างๆ