Кодированная апертура - Coded aperture

Маска с кодированной апертурой для гамма-камера (за ОФЭКТ )

Кодированные апертуры или же маски с кодовой апертурой представляют собой решетки, решетки или другие образцы материалов, непрозрачные для электромагнитного излучения различной длины. Длины волн обычно представляют собой высокоэнергетическое излучение, такое как Рентгеновские лучи и гамма излучение. Блокируя излучение по известной схеме, на плоскость отбрасывается закодированная «тень». Затем по этой тени можно математически восстановить свойства исходных источников излучения. Кодированные апертуры используются в системах формирования изображений рентгеновских и гамма-лучей, поскольку эти высокоэнергетические лучи нельзя сфокусировать с помощью линз или зеркал, которые работают для видимого света.

Обоснование

Упрощенный принцип работы маски с гексагональной кодированной апертурой HURA, используемой в приборе SPI космического телескопа INTEGRAL

Изображение обычно получают в оптическом диапазоне с помощью линз и зеркал. Однако за тяжелую Рентгеновские лучи и γ-лучи, линзы и зеркала не существуют или могут быть слишком сложными или дорогими для конкретного применения. Поэтому вместо этого часто используется модуляция изображения с помощью апертур. В камеры-обскуры является наиболее простой формой такого модуляционного формирователя изображения, но его недостатком является низкая пропускная способность, поскольку его маленькая апертура пропускает небольшое излучение. Только крошечная часть света проходит через точечное отверстие, что вызывает низкий соотношение сигнал шум. Чтобы решить эту проблему, маска может содержать множество отверстий, например, в одном из нескольких конкретных рисунков. Несколько масок на разном расстоянии от детектора добавляют гибкости этому инструменту. В частности, коллиматор модуляции, изобретенный Минору Ода, был использован для идентификации первого космического источника рентгеновского излучения и, таким образом, для запуска нового поля Рентгеновская астрономия в 1965 году. Многие другие приложения в других областях, например томография, с тех пор появились.

В кодированной апертуре сложнее, чем в камеры-обскуры, изображения из нескольких отверстий будут перекрываться в матрице детекторов. Таким образом, необходимо использовать вычислительный алгоритм (который зависит от точной конфигурации решеток апертур) для восстановления исходного изображения. Таким образом можно получить резкое изображение без объектива. Изображение формируется со всего массива датчиков и поэтому устойчиво к сбоям в отдельных датчиках; с другой стороны, он принимает больше фонового излучения, чем формирователь изображения с фокусирующей оптикой (например, преломляющее или отражающее телескоп ), и поэтому обычно не приветствуется на длинах волн, на которых могут применяться эти методы.

Метод формирования изображений с кодированной апертурой - одна из самых ранних форм компьютерная фотография и имеет сильную привязанность к астрономическая интерферометрия. Апертурное кодирование было впервые введено компанией Ables^[1] и Дике^[2] и позже популяризирован другими изданиями.^[3]

Хорошо известные типы масок

Прямоугольная маска MURA размера 101

Различные шаблоны масок демонстрируют различное разрешение изображения, чувствительность и подавление фонового шума, а также вычислительную простоту и неоднозначность, помимо их относительной простоты построения.

FZP = Пластина зоны Френеля
ORA = Оптимизированный случайный шаблон
URA = равномерно избыточный массив
HURA = гексагональный массив с равномерным резервированием^[4]
MURA = Модифицированный массив с равномерным резервированием
Левин^[5]

Космические телескопы с кодовой апертурой

Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) - ASM (1995–2012)
BeppoSAX - Широкоугольная камера (1996–2002)
ИНТЕГРАЛ - IBIS и SPI (2002 – настоящее время)
Быстрый - НДТ (2004 – настоящее время)
Следопыт обсерватории сверхбыстрой вспышки миссия (запущена в 2016 г.) и UFFO-100 (его следующее поколение) ^[6]
Astrosat - CZTI (запущен в 2015 г.)
SVOM - ECLAIR (запланированный запуск в 2022 году)
В дополнение САС-3 и RHESSI миссии обнаруживают радиацию на основе комбинации масок и вращательная модуляция

Смотрите также

внешняя ссылка

Кодированная апертурная визуализация в астрономии высоких энергий [1]
- Список приборов СА - 6 летных. Март 2006 г.
В новостях: Заоблачная система помощи солдатам. Август 2008 г.

[ables-1] Дж. Г. Аблес (1968). «Фотография с преобразованием Фурье: новый метод в рентгеновской астрономии». Публикации Астрономического общества Австралии. Издательство Кембриджского университета. 1 (4): 172–173. Bibcode:1968PASAu ... 1..172A. Дои:10.1017 / S1323358000011292.

[dicke-2] Р. Х. Дике (1968). «Камеры рассеяния для рентгеновских и гамма-лучей». Астрофизический журнал. 153: L101. Bibcode:1968ApJ ... 153L.101D. Дои:10.1086/180230.

[fenimore-3] Эдвард Э. Фенимор и Томас М. Кэннон (1978). «Кодированная апертурная визуализация с равномерно избыточными массивами». Прикладная оптика. Оптическое общество Америки. 17 (3): 337–347. Bibcode:1978АпОпт..17..337F. Дои:10.1364 / AO.17.000337. PMID 20174412.

[cai-inss-4] Жан ин 'т Занд и Хайко Греневельд.«приборы с кодовой апертурой, предназначенные для астрономических наблюдений».

[levin-5] Анат Левин, Роб Фергус, Фредо Дюран и Уильям Фриман (2007). «Изображение и глубина от обычной камеры с кодированной апертурой». Транзакции ACM на графике. ACM. 26 (3): 70. Дои:10.1145/1276377.1276464.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)

[uffo-6] Обсерватория сверхбыстрых вспышек нового поколения (UFFO-100) для инфракрасных / оптических наблюдений фазы нарастания гамма-всплесков

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]