Опарин Егор Николаевич — младший научный сотрудник
Санкт-Петербург, 197101
Egor N. Oparin — Junior Researcher
Saint Petersburg, 197101
Лаппо-Данилевская Анастасия Константиновна — инженер
Санкт-Петербург, 197101
Anastasiia K. Lappo-Danilevskaia — Engineer
Saint Petersburg, 197101
Черных Алексей Викторович — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
Санкт-Петербург, 197101
Aleksey V. Chernykh — PhD (Physics & Mathematics)
Saint Petersburg, 197101
Цыпкин Антон Николаевич — доктор физико-математических наук, доцент
Санкт-Петербург, 197101
Anton N. Tsypkin — D.Sc. (Physics & Mathematics), Associate Professor
Saint Petersburg, 197101
Введение. Особенностью техники однопиксельной визуализации является возможность регистрации изображения на детекторе без пространственного разрешения, которое достигается путем подсвечивания объекта наблюдения пространственно-модулированными паттернами освещения. Данная техника применяется для получения изображений объектов, находящихся в затрудняющих видимость условиях, таких как дым или туман. Особенностью проведенных на данный момент исследований является доказательство работоспособности методов улучшения качества изображений, полученных методом однопиксельной визуализации, при выбранных условиях для рассеивающей среды без выявления границ применимости. Данная работа экспериментально демонстрирует влияние количества рассеивающих частиц в среде на контраст однопиксельных изображений. Кроме того, выполнено сравнение контраста изображений, полученных с помощью однопиксельной визуализации и матричного приемника, выполненного по технологии прибора с зарядовой связью (ПЗС-камеры). Это позволяет не только сравнить методы визуализации при изменяющихся условиях, но и оценить влияние потерь, вносимых рассеивающей средой, на контраст однопиксельных изображений. Метод. В работе использована экспериментальная схема однопиксельной визуализации, в которой однопиксельный детектор и фокусирующая линза заменены на ПЗС-камеру для получения сравнительных изображений. Между объектом и детектором помещалась кювета с раствором молока в воде различных объемных концентраций. Для каждой концентрации изображение объекта восстанавливалось методом однопиксельной визуализации и регистрировалось на ПЗС-камеру до достижения концентрации рассеивающего вещества, при котором ни один из методов не позволил получить изображение. Затем для каждого полученного изображения рассчитывался контраст. Основные результаты. Показано, что восстановленному методом однопиксельной визуализации изображению при концентрациях молока до 1/150 соответствует средний контраст 0,21, не снижающийся по мере роста рассеяния. При этом для ПЗС-камеры средний контраст в отсутствие рассеяния составляет 0,70, а с ростом концентрации молока монотонно снижается до 0,07. Обсуждение. Основной особенностью изображений, полученных методом однопиксельной визуализации сквозь рассеивающие среды, является сохранение среднего контраста при увеличении концентрации рассеивающего вещества. Полученный результат указывает на сохранение отношений между всеми зарегистрированными на одиночный детектор интенсивностями, использующимися при построении корреляционной функции. Однопиксельное изображение перестает восстанавливаться в случае, когда свет, провзаимодействовавший с объектом из-за многократного рассеяния и поглощения водным раствором молока, не доходит до детектора. Рассмотренные особенности показывают перспективность использования однопиксельной визуализации для построения систем дистанционного зондирования с распознаванием образов объектов, так как позволяют получать схожие изображения при различных коэффициентах рассеяния рассеивающей среды.
In recent years, the single-pixel imaging technique which uses a detector without spatial resolution and spatially modulated illumination patterns to reconstruct an object image has been finding its application for imaging objects in visibility obstructing conditions such as smoke or fog. The unifying feature of the studies published so far is the proof of workability of the methods proposed by the authors to improve the quality of single-pixel imaging images at their chosen scattering medium parameters without revealing the limits of applicability. This work experimentally demonstrates the influence of the number of scattering particles in the medium on the contrast of single-pixel images, and also compares the results with images obtained with a CCD camera, which allows not only to compare imaging methods under varying conditions, but also to evaluate the influence of losses introduced by the presence of a scattering medium on the contrast of single-pixel images. This work uses the classical experimental scheme of single-pixel imaging in which the single-pixel detector and focusing lens were replaced by a CCD camera to obtain images for comparison. A cuvette containing milk solution of different concentrations was placed between the object and the detector. For each concentration, an image of the object was reconstructed using the single-pixel imaging method and then recorded on the CCD camera until the concentration of the scattering agent was reached at which no image could be obtained by either method. The contrast was then calculated for each image obtained. It is shown that the single-pixel imaging method for milk concentrations up to 1/150 has an average contrast of 0.21, which does not decrease as the scattering increases. At the same time for CCD camera the contrast in the absence of scattering is 0.70, and with increasing milk
concentration monotonically decreases to 0.07. The main feature of images obtained by single-pixel imaging through scattering media is the preservation of contrast as the concentration of the scattering medium increases indicating that the relationships between all the recorded on a single-pixel detector intensities used in the construction of the correlation function are preserved. A single-pixel image ceases to be reconstructed only when information about the object does not reach the detector due to multiple scattering and absorption produced by a milk solution. The considered features show the prospect of using single-pixel imaging for the construction of remote sensing systems with pattern recognition, as they allow obtaining similar images at different scattering coefficients of the scattering medium.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.