Кодированная апертура
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июль 2007 г. ) |
Кодированные апертуры или маски с кодированной апертурой представляют собой сетки, решетки или другие конструкции из материалов, непрозрачных для электромагнитного излучения различной длины. Длины волн обычно представляют собой излучение высокой энергии, такое как рентгеновские лучи и гамма-лучи . Закодированная «тень» отбрасывается на плоскость путем блокирования излучения по известной схеме. Свойства исходных источников излучения затем можно математически восстановить по этой тени. Кодированные апертуры используются в системах визуализации рентгеновских и гамма-лучей, поскольку эти высокоэнергетические лучи невозможно сфокусировать с помощью линз или зеркал, работающих на видимый свет.
Обоснование
[ редактировать ]
Визуализация обычно осуществляется на оптических длинах волн с использованием линз и зеркал. Однако энергия жестких рентгеновских и γ-лучей слишком высока, чтобы отражаться или преломляться, и просто проходит через линзы и зеркала оптических телескопов. Поэтому вместо этого часто используется модуляция изображения с помощью апертур. Камера -обскура является самой простой формой такого модуляционного формирователя изображений, но ее недостатком является низкая пропускная способность, поскольку ее маленькая апертура пропускает мало излучения. Лишь небольшая часть света проходит через точечное отверстие, что приводит к низкому соотношению сигнал/шум . Чтобы решить эту проблему, маска может содержать множество отверстий, например, в одном из нескольких конкретных шаблонов. Несколько масок, расположенных на разном расстоянии от детектора, повышают гибкость этого инструмента. В частности, модуляционный коллиматор , изобретенный Минору Ода , был использован для идентификации первого источника космического рентгеновского излучения и, таким образом, для запуска новой области рентгеновской астрономии множество других приложений в других областях, таких как томография в 1965 году. С тех пор появилось . .
В кодированной апертуре, более сложной, чем в камере-обскуре , изображения из нескольких апертур будут перекрываться на матрице детекторов. Таким образом, необходимо использовать вычислительный алгоритм (который зависит от точной конфигурации апертурных решеток) для восстановления исходного изображения. Таким образом, можно получить четкое изображение без линзы. Изображение формируется со всего массива датчиков и поэтому устойчиво к сбоям в работе отдельных датчиков; с другой стороны, он принимает больше фонового излучения, чем формирователь изображений с фокусирующей оптикой (например, преломляющий или отражающий телескоп ), и поэтому обычно не пользуется популярностью на длинах волн, где эти методы могут быть применены.
Техника визуализации с кодированной апертурой является одной из самых ранних форм компьютерной фотографии и имеет большое сходство с астрономической интерферометрией . Кодирование диафрагмы было впервые предложено Эйблсом. [1] и толщина [2] и позже популяризирован другими публикациями. [3]
Известные виды масок
[ редактировать ]
Различные шаблоны масок демонстрируют разное разрешение изображения, чувствительность и подавление фонового шума, а также вычислительную простоту и неоднозначность, помимо относительной простоты конструкции.
- FZP = Зонная пластина Френеля
- ORA = Оптимизированный случайный шаблон
- URA = равномерно избыточный массив
- HURA = Шестиугольный равномерно избыточный массив [4]
- MURA = модифицированный равномерно избыточный массив
- Левин [5]
Космические телескопы с кодированной апертурой
[ редактировать ]- Рентгеновский телескоп Spacelab-2 XRT (1985 г.)
- Росси X-ray Timing Explorer (RXTE) - ASM (1995–2012)
- BeppoSAX - широкоугольная камера (1996–2002 гг.)
- ИНТЕГРАЛ – IBIS и SPI (2002 – настоящее время)
- Свифт – BAT (2004 – настоящее время)
- Миссия Ultra-Fast Flash Observatory Pathfinder (запущена в 2016 г.) и UFFO-100 (ее следующее поколение) [6]
- Astrosat – CZTI (запущен в 2015 г.)
- СВОМ – ЭКЛЕРЫ (запущен в июне 2024 г.)
- Кроме того, миссии SAS-3 и RHESSI обнаруживают излучение на основе комбинации масок и вращательной модуляции.
См. также
[ редактировать ]- Вычислительная визуализация § Получение изображений с кодированной апертурой
- Компьютерная фотография
- Деконволюция
- Камера-обскура
- Визуализация дальности § Кодированная апертура
- Коллиматор вращательной модуляции
- Томографическая реконструкция
- Рентгеновская компьютерная томография
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дж. Г. Эйблс (1968). «Фотография с преобразованием Фурье: новый метод рентгеновской астрономии» . Публикации Астрономического общества Австралии . 1 (4). Издательство Кембриджского университета: 172–173. Бибкод : 1968PASA....1..172A . дои : 10.1017/S1323358000011292 . S2CID 117093492 .
- ^ Р. Х. Дике (1968). «Камеры рассеяния рентгеновских и гамма-лучей» . Астрофизический журнал . 153 : Л101. Бибкод : 1968ApJ...153L.101D . дои : 10.1086/180230 .
- ^ Эдвард Э. Фенимор и Томас М. Кэннон (1978). «Визуализация с кодированной апертурой с равномерно избыточными матрицами» . Прикладная оптика . 17 (3). Оптическое общество Америки: 337–347. Бибкод : 1978ApOpt..17..337F . дои : 10.1364/AO.17.000337 . ПМИД 20174412 .
- ^ Жан ин'т Занд и Хайко Грюневельд. «приборы с кодированной апертурой, предназначенные для астрономических наблюдений» .
- ^ Анат Левин, Роб Фергюс, Фредо Дюран и Уильям Фриман (2007). «Изображение и глубина обычной камеры с кодированной диафрагмой». Транзакции ACM с графикой . 26 (3). ACM: 70. дои : 10.1145/1276377.1276464 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Обсерватория сверхбыстрых вспышек нового поколения (UFFO-100) для ИК/оптических наблюдений фазы нарастания гамма-всплесков.