Видение на расстоянии с помощью многожильных волокон: полностью оптическая система получения и передачи изображений на сверхдальние расстояния

Важные новости

Видение на расстоянии с многосердцевинными волокнами: Полностью оптическая система получения и передачи изображений на сверхдальние расстояния

Принципиальная схема системы сбора и передачи изображений по многожильному волокну (MFAT) (a) Различные режимы в разных каналах многосердцевинного волокна возбуждаются под разными углами падения света (красного и желтого цвета). (б) Непосредственно полученное изображение проксимального торца многосердцевинного волокна. Красная область интереса приближает детали сердцевины волокна. Желтый и оранжевый круги делят две разные области для декодирования. (c) Рабочий процесс традиционного получения и передачи изображений по оптическому волокну и MFAT. Фото: Опто-электронные достижения (2024 г.). DOI: 10.29026/oea.2024.230202

С экспоненциальным ростом объема данных во всем мире растет спрос на высокоскоростной сбор и передачу многомерных данных на большие расстояния. Онлайн-видеонаблюдение в таких секторах, как промышленное производство, значительно повысило производительность и одновременно снизило риски безопасности. Глобальные видеозвонки в режиме реального времени произвели революцию в повседневной жизни людей.

Существующие системы могут использовать высокопроизводительные детекторы, датчики изображения и другие технологии для сбора информации о носителях, таких как свет, звук и микроволны. Эти данные затем передаются обратно оператору через различные среды, такие как кабели, сети, беспроводная связь и оптические волокна.

Однако в сценариях, когда узкие или труднодоступные зоны требуют наблюдения, фронтальное наблюдение Конечное оборудование сбора данных и электронные схемы (для таких задач, как сжатие, кодирование и модуляция информации) необходимы для обработки данных перед передачей. Это накладывает особые требования к оперативности работы системы и помехоустойчивости.

В последние годы оптическое волокно получило широкое распространение при передаче данных благодаря низким потерям при передаче и высокой пропускной способности. Хотя такие технологии, как мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM) и мультиплексирование с пространственным разделением каналов (SDM) с использованием многожильных оптических волокон, значительно повышают пропускную способность и эффективность передачи системы, процесс передачи по-прежнему требует многократного преобразования сигналов.

Полностью оптический сбор и передача позволяют передавать информацию изображения с одного конца на другой со скоростью света без необходимости использования дополнительных электронных компонентов.

Волоконно-оптические пучки могут напрямую преобразовывать и передавать двумерный свет. сквозные области, что делает их решающими в экстремальных условиях, таких как недоступные и затемненные области, такие как аэрокосмическая промышленность, промышленное производство и здравоохранение. Однако оптоволоконные пучки обычно ограничены по длине, дороги и сталкиваются с проблемами обеспечения качества при передаче данных на большие расстояния из-за производственных ограничений.

Исследователи разработали различные полностью оптические сети для таких задач, как сбор информации, зашифрованная передача и классификация изображений, которые, как ожидается, станут основой коммуникаций следующего поколения.

Тем не менее, эти системы сталкиваются с практическими препятствиями при их развертывании и обычно совместим только с источниками когерентного света, такими как лазеры. Следовательно, существует острая потребность в эффективной, высокопроизводительной и устойчивой к помехам системе получения и передачи изображений.

В новом исследовании, опубликованном в В области оптико-электронных достижений исследователи предложили цельную мультиплексированную систему параллельного сбора и передачи данных по всем волокнам под названием Multicore Fiber Acquisition and Transmission Image System (MFAT), чтобы решить упомянутые выше проблемы.

Конструкция внешнего интерфейса, лишенная электронных схем, устраняет необходимость в сложных процессах преобразования сигналов, что делает его пригодным для различных условий эксплуатации и устойчивым к шумам, исходящим от источников некогерентного света. Данные изображения кодируются в оптической области посредством соединения оптического волокна.

Многоканальные характеристики многожильных оптических волокон обеспечивают передачу с высокой пропускной способностью и высоким качеством. Кроме того, технология цифровой апертуры позволяет восстанавливать и реконструировать изображение из изображения конечной плоскости, которое полностью скрывает исходную информацию, тем самым обеспечивая реконструкцию сцены в реальном времени на расстояниях до одного километра.

Процесс получения и передачи изображения состоит из двух основных этапов: кодирования и декодирования. Фаза кодирования основана на принципе возбуждения мод распространения волокна, при котором разные углы падающего света, достигающие торцевых поверхностей отдельных сердцевин волокна, возбуждают различные моды распространения.

В большинстве естественных условий диаграмма направленности внутри каждого канала сердцевины волокна может восприниматься как совокупность всех точек объекта, возбуждающих различные моды. Следовательно, информация из падающего светового поля кодируется в пространственных и модовых компонентах многосердцевинного волокна для передачи. Однако точное определение занятости каждой моды обычно является сложной задачей и требует значительных вычислительных ресурсов.

Чтобы решить эту проблему, в исследовании представлен экономически эффективный метод декодирования с цифровой апертурой, основанный на методологиях обработки изображений для облегчения быстрой реконструкции. Извлекая и вычисляя значения характеристик для различных областей сердцевины волокна, можно добиться декодирования различной пространственной информации в пределах режимов передачи волокна.

Это исследование демонстрирует производительность системы как в режимах прямой передачи изображения, так и в режимах передачи кодированного изображения. . Режим прямой передачи изображения позволяет напрямую наблюдать за сценой на дальнем конце, в то время как передача закодированного изображения может быть интегрирована с методами цифрового кодирования, чтобы обеспечить зашифрованную передачу многомерных данных.

Одновременное мультиплексирование временных и пространственных каналов значительно увеличивает пропускную способность. Более того, объединение поляризации, длины волны и других методов мультиплексирования каналов еще больше увеличивает пропускную способность системы.

Исследование также углубляется в факторы, влияющие на эффективность восстановления системы, такие как колебания температуры, отклонения и надежность алгоритма. Предлагаемое решение имеет значительную прикладную ценность при получении и передаче изображений на большие расстояния, особенно в экстремальных условиях.

Компактная, устойчивая к помехам конструкция формирует основу для передачи глобальных высокоскоростных медиапотоков в реальном времени. Исследование и использование более многомерной информации в сочетании с передовыми алгоритмами открывает потенциал для разработки полностью оптических систем параллельной передачи следующего поколения.

Дополнительная информация: Хаогонг Фэн и др. «Видение на расстоянии с помощью многожильных волокон», Opto-Electronic Advances (2024). DOI: 10.29026/oea.2024.230202

Предоставлено Compuscript Ltd

Новости сегодня

Последние новости