Восстановление информации в зашумленном канале методом фантомной визуализации со спектральным мультиплексированием в оптическом диапазоне

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.

1. Willner 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/10.1063/5.0031230

2. Kaymak 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.2018.2804323

3. Chan 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.2006.885252

4. Na 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/s41598-021-82239-8

5. Clemente 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.35.002391

6. Shapiro J.H. Computational ghost imaging // Physical Review A. 2008. V. 78. N 6. P. 061802. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.78.061802

7. Zhang 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.92.013823

8. Tcypkin 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.55.008390

9. Harm 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.40.000581