Kódovaná clona - Coded aperture

Kódovaná clonová clona pro gama kamera (pro SPECT )

Kódované otvory nebo masky s kódovanou clonou jsou mřížky, mřížky nebo jiné vzory materiálů neprůhledné pro různé vlnové délky elektromagnetického záření. Vlnovými délkami jsou obvykle vysokoenergetické záření, jako je Rentgenové záření a gama paprsky. Blokováním záření známým vzorem se na rovinu vrhá kódovaný „stín“. Z tohoto stínu lze potom matematicky rekonstruovat vlastnosti původních zdrojů záření. Kódované clony se používají v zobrazovacích systémech pro rentgenové a gama záření, protože tyto vysokoenergetické paprsky nelze zaostřit pomocí čoček nebo zrcadel, které pracují pro viditelné světlo.

Odůvodnění

Zjednodušený princip činnosti HURA šestihranné kódované clonové masky používané v přístroji SPI vesmírného dalekohledu INTEGRAL

Zobrazování se obvykle provádí na optických vlnových délkách pomocí čoček a zrcadel. Avšak pro těžké Rentgenové záření a y-paprsky, čočky a zrcadla neexistují, jinak mohou být pro konkrétní aplikaci příliš složité nebo drahé. Místo toho se proto často používá modulace obrazu clonami. The dírková komora je nejzákladnější formou takového modulačního zobrazovače, ale jeho nevýhodou je nízká propustnost, protože jeho malá clona umožňuje malé záření. Dírkovou dírkou prochází jen nepatrný zlomek světla, což způsobí nízký výkon odstup signálu od šumu. K vyřešení tohoto problému může maska obsahovat například mnoho děr v jednom z několika konkrétních vzorů. Flexibilitu tohoto nástroje dodává více masek v různých vzdálenostech od detektoru. Konkrétně modulační kolimátor, vynalezl Minoru Oda, bylo použito k identifikaci prvního kosmického rentgenového zdroje a tím ke spuštění nového pole Rentgenová astronomie v roce 1965. Mnoho dalších aplikací v jiných oborech, jako např tomografie, se od té doby objevily.

V kódované cloně složitější než v dírková komora, snímky z více clon se budou překrývat v poli detektoru. K rekonstrukci původního obrazu je tedy nutné použít výpočetní algoritmus (který závisí na přesné konfiguraci clonových polí). Tímto způsobem lze dosáhnout ostrého obrazu bez objektivu. Obraz je tvořen z celé řady senzorů a je proto tolerantní k chybám v jednotlivých senzorech; na druhou stranu přijímá více záření na pozadí než zobrazovač se zaostřovací optikou (např. lom nebo odraz) dalekohled ), a proto se obvykle nezvýhodňuje na vlnových délkách, kde lze tyto techniky použít.

Technika zobrazování s kódovanou clonou je jednou z prvních forem výpočetní fotografie a má silnou afinitu k astronomická interferometrie. Programování clony poprvé zavedl Ables^[1] a Dicke^[2] a později popularizován jinými publikacemi.^[3]

Známé typy masek

Obdélníková maska MURA o velikosti 101

Různé vzory masek vykazují kromě jejich relativní snadnosti konstrukce různé rozlišení obrazu, citlivost a potlačení šumu pozadí a výpočetní jednoduchost a nejednoznačnost.

FZP = Fresnelova zónová deska
ORA = Optimalizovaný vzor RAndom
URA = Uniformly Redundant Array
HURA = Hexagonal Uniformly Redundant Array^[4]
MURA = Upravené rovnoměrně redundantní pole
Levin^[5]

Vesmírné dalekohledy s kódovanou clonou

Průzkumník časování rentgenů Rossi (RXTE) - ASM (1995–2012)
BeppoSAX - Wide Field Camera (1996–2002)
INTEGRÁLNÍ - IBIS a SPI (2002 - dosud)
Rychlý - BAT (2004 – současnost)
Ultra-Fast Flash Observatory Pathfinder mise (zahájena v roce 2016) a UFFO-100 (její nová generace) ^[6]
Astrosat - CZTI (spuštěno v roce 2015)
SVOM - ECLAIR (předpokládané spuštění v roce 2022)
Kromě toho SAS-3 a RHESSI mise detekují záření na základě kombinace masek a rotační modulace

Viz také

Reference

^ J. G. Ables (1968). „Fotografie s Fourierovou transformací: nová metoda pro rentgenovou astronomii“. Publikace Astronomické společnosti Austrálie. Cambridge University Press. 1 (4): 172–173. Bibcode:1968 PASAu ... 1..172A. doi:10.1017 / S1323358000011292.
^ R. H. Dicke (1968). "Kamery s rozptýleným otvorem pro rentgenové a gama záření". Astrofyzikální deník. 153: L101. Bibcode:1968ApJ ... 153L.101D. doi:10.1086/180230.
^ Edward E. Fenimore a Thomas M. Cannon (1978). "Zobrazování kódované clony s rovnoměrně redundantními poli". Aplikovaná optika. Optická společnost Ameriky. 17 (3): 337–347. Bibcode:1978ApOpt..17..337F. doi:10,1364 / AO.17.000337. PMID 20174412.
^ Jean in 't Zand a Heiko Groeneveld."kódované aperturní přístroje určené pro astronomická pozorování".
^ Anat Levin, Rob Fergus, Fredo Durand a William Freeman (2007). "Obraz a hloubka z konvenční kamery s kódovanou clonou". Transakce ACM v grafice. ACM. 26 (3): 70. doi:10.1145/1276377.1276464.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
^ Ultra-Fast Flash Observatory (UFFO-100) nové generace pro IR / optické pozorování fáze vzestupu gama záblesků

externí odkazy

Zobrazování kódované clony ve vysokoenergetické astronomii [1]
- Seznam přístrojů CA - 6 létajících. Března 2006
Ve zprávách: Nebeský systém na pomoc vojákům. Srpna 2008

[ables-1] J. G. Ables (1968). „Fotografie s Fourierovou transformací: nová metoda pro rentgenovou astronomii“. Publikace Astronomické společnosti Austrálie. Cambridge University Press. 1 (4): 172–173. Bibcode:1968 PASAu ... 1..172A. doi:10.1017 / S1323358000011292.

[dicke-2] R. H. Dicke (1968). "Kamery s rozptýleným otvorem pro rentgenové a gama záření". Astrofyzikální deník. 153: L101. Bibcode:1968ApJ ... 153L.101D. doi:10.1086/180230.

[fenimore-3] Edward E. Fenimore a Thomas M. Cannon (1978). "Zobrazování kódované clony s rovnoměrně redundantními poli". Aplikovaná optika. Optická společnost Ameriky. 17 (3): 337–347. Bibcode:1978ApOpt..17..337F. doi:10,1364 / AO.17.000337. PMID 20174412.

[cai-inss-4] Jean in 't Zand a Heiko Groeneveld."kódované aperturní přístroje určené pro astronomická pozorování".

[levin-5] Anat Levin, Rob Fergus, Fredo Durand a William Freeman (2007). "Obraz a hloubka z konvenční kamery s kódovanou clonou". Transakce ACM v grafice. ACM. 26 (3): 70. doi:10.1145/1276377.1276464.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)

[uffo-6] Ultra-Fast Flash Observatory (UFFO-100) nové generace pro IR / optické pozorování fáze vzestupu gama záblesků

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]