ntvНаучно-технический вестник информационных технологий, механики и оптикиScientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics2226-14942500-0373Университет ИТМО10.17586/2226-1494-2022-22-4-812-816ntv-227Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯBRIEF PAPERSВосстановление информации в зашумленном канале методом фантомной визуализации со спектральным мультиплексированием в оптическом диапазонеInformation reconstruction from noisy channel using ghost imaging method with spectral multiplexing in visible rangehttps://orcid.org/0000-0002-4009-7594ОпаринЕ. Н.OparinE. N.

Опарин Егор Николаевич — лаборант

sc 57209803630

Санкт-Петербург, 197101

Egor N. Oparin — Laboratory Assistant

sc 57209803630

Saint Petersburg, 197101

en_oparin@itmo.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8597-1196ШумигайВ. С.ShumigayV. S.

Шумигай Владимир Сергеевич — лаборант

Санкт-Петербург, 197101

Vladimir S. Shumigay — Laboratory Assistant

Saint Petersburg, 197101

vshumigay@itmo.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5844-2966ИсмагиловА. О.IsmagilovA. O.

Исмагилов Азат Олфатович — научный сотрудник

sc 57195673891

Санкт-Петербург, 197101

Azat O. Ismagilov — Scientific Researcher

sc 57195673891

Saint Petersburg, 197101

ismagilov.azat@itmo.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9254-1116ЦыпкинА. Н.TsypkinA. N.

Цыпкин Антон Николаевич — доктор физико-математических наук, научный сотрудник

sc 56366230300

Санкт-Петербург, 197101

Anton N. Tsypkin — D. Sc. (Physics & Mathematics), Scientific Researcher

sc 56366230300

Saint Petersburg, 197101

tsypkinan@itmo.ruУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian Federation202215122024224812816Copyright © Опарин Е.Н., Шумигай В.С., Исмагилов А.О., Цыпкин А.Н., 20242024Опарин Е.Н., Шумигай В.С., Исмагилов А.О., Цыпкин А.Н.Oparin E.N., Shumigay V.S., Ismagilov A.O., Tsypkin A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ntv.elpub.ru/jour/article/view/227

Техника фантомной визуализации позволяет получать информацию об объекте в условиях зашумленности каналов передачи, соизмеримой с интенсивностью задействованных в восстановлении спекл-структур. Одним из основных недостатков данной методики является сравнительно низкая скорость работы, что ограничивает ее применимость при работе с быстро протекающими процессами или движущимися объектами. Предложена модификация техники вычислительной фантомной визуализации, позволяющая снять это ограничение. Продемонстрировано, что спектральное мультиплексирование спекл-структур дает возможность ускорить процесс восстановления изображения. Например, при увеличении числа спектральных каналов с 4 до 10, происходит увеличение отношения сигнал-шум в шесть раз. В то же время использование классической монохромной фантомной визуализации не позволяет восстановить изображение в тех же условиях и с тем же количеством измерений. Предложенная методика привлекательна для таких требовательных к быстродействию приложений, как передача данных и дистанционное зондирование.

The ghost imaging technique allows us to recover information about an object in conditions of noisy transmission channels, commensurate with the intensity of the speckle structures involved in the reconstruction. One of the main disadvantages of this technique is relatively slow reconstruction speed. This limits its applicability for study of dynamic processes or fast-moving objects. In this paper, we propose a modification of the computational ghost imaging technique that allows us to overcome this limitation. It is shown that the spectral multiplexing of the speckle patterns speeds up the image reconstruction. Increase in the number of spectral channels from 4 to 10 leads to the increase of the signal-to-noise ratio by the factor of 6. Simultaneously, under the same conditions and with the same number of measurements classical monochrome ghost imaging does not reconstruct the picture at all. This makes the proposed technique attractive for high-speed demanding applications such as communications and remote sensing.

фантомная визуализацияспектральный суперконтинуумпространственный модулятор светапередача информациидистанционное зондированиеghost imagingsupercontinuumspatial light modulatordata transmissionremote sensingРабота выполнена при частичной финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания (Паспорт № 2019-0903) и Физико-технического мегафакультета Университета ИТМО в рамках гранта НИРМА.The study was partially funded by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Passport No. 2019-0903) and RPMA grant of School of Physics and Engineering of ITMO University.ReferencesWillner A.E., Zhao Z., Liu C., Zhang R., Song H., Pang K., Manukyan K., Song H., Su X., Xie G., Ren Y., Yan Y., Tur M., Molisch A.F., Boyd R.W., Zhou H., Hu N., Minoofar A., Huang H. Perspectives on advances in high-capacity, free-space communications using multiplexing of orbital-angular-momentum beams // APL Photonics. 2021. V. 6. N 3. P. 030901. https://doi.org/10.1063/5.0031230Willner A.E., Zhao Z., Liu C., Zhang R., Song H., Pang K., Manukyan K., Song H., Su X., Xie G., Ren Y., Yan Y., Tur M., Molisch A.F., Boyd R.W., Zhou H., Hu N., Minoofar A., Huang H. Perspectives on advances in high-capacity, free-space communications using multiplexing of orbital-angular-momentum beams. APL Photonics, 2021, vol. 6, no. 3, pp. 030901. https://doi.org/10.1063/5.0031230Kaymak Y., Rojas-Cessa R., Feng J., Ansari N., Zhou M., Zhang T. A survey on acquisition, tracking, and pointing mechanisms for mobile free-space optical communications // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2018. V. 20. N 2. P. 1104–1123. https://doi.org/10.1109/COMST.2018.2804323Kaymak Y., Rojas-Cessa R., Feng J., Ansari N., Zhou M., Zhang T. A survey on acquisition, tracking, and pointing mechanisms for mobile free-space optical communications. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2018, vol. 20, no. 2, pp. 1104–1123. https://doi.org/10.1109/COMST.2018.2804323Chan V.W.S. Free-space optical communications // Journal of Lightwave Technology. 2006. V. 24. N 12. P. 4750–4762. https://doi.org/10.1109/JLT.2006.885252Chan V.W.S. Free-space optical communications. Journal of Lightwave Technology, 2006, vol. 24, no. 12, pp. 4750–4762. https://doi.org/10.1109/JLT.2006.885252Na Y., Ko D.K. Deep-learning-based high-resolution recognition of fractional-spatial-mode-encoded data for free-space optical communications // Scientific Reports. 2021. V. 11. N 1. P. 2678. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82239-8Na Y., Ko D.K. Deep-learning-based high-resolution recognition of fractional-spatial-mode-encoded data for free-space optical communications. Scientific Reports, 2021, vol. 11, no. 1, pp. 2678. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82239-8Clemente P., Durán V., Torres-Company V., Tajahuerce E., Lancis J. Optical encryption based on computational ghost imaging // Optics Letters. 2010. V. 35. N 14. P. 2391–2393. https://doi.org/10.1364/OL.35.002391Clemente P., Durán V., Torres-Company V., Tajahuerce E., Lancis J. Optical encryption based on computational ghost imaging. Optics Letters, 2010, vol. 35, no. 14, pp. 2391–2393. https://doi.org/10.1364/OL.35.002391Shapiro J.H. Computational ghost imaging // Physical Review A. 2008. V. 78. N 6. P. 061802. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.78.061802Shapiro J.H. Computational ghost imaging. Physical Review A, 2008, vol. 78, no. 6, pp. 061802. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.78.061802Zhang D.-J., Li H.-G., Zhao Q.-L., Wang S., Wang H.-B., Xiong J., Wang K. Wavelength-multiplexing ghost imaging // Physical Review A. 2015. V. 92. N 1. P. 013823. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.92.013823Zhang D.-J., Li H.-G., Zhao Q.-L., Wang S., Wang H.-B., Xiong J., Wang K. Wavelength-multiplexing ghost imaging. Physical Review A, 2015, vol. 92, no. 1, pp. 013823. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.92.013823Tcypkin A.N., Putilin S.E., Melnik M.V., Makarov E.A., Bespalov V.G., Kozlov S.A. Generation of high-intensity spectral supercontinuum of more than two octaves in a water jet // Applied Optics. 2016. V. 55. N 29. P. 8390–8394. https://doi.org/10.1364/AO.55.008390Tcypkin A.N., Putilin S.E., Melnik M.V., Makarov E.A., Bespalov V.G., Kozlov S.A. Generation of high-intensity spectral supercontinuum of more than two octaves in a water jet. Applied Optics, 2016, vol. 55, no. 29, pp. 8390–8394. https://doi.org/10.1364/AO.55.008390Harm W., Jesacher A., Thalhammer G., Bernet S., Ritsch-Marte M. How to use a phase-only spatial light modulator as a color display // Optics Letters. 2015. V. 40. N 4. P. 581–584. https://doi.org/10.1364/OL.40.000581Harm W., Jesacher A., Thalhammer G., Bernet S., Ritsch-Marte M. How to use a phase-only spatial light modulator as a color display. Optics Letters, 2015, vol. 40, no. 4, pp. 581–584. https://doi.org/10.1364/OL.40.000581

The authors declare that there are no conflicts of interest present.