CONJUNTO DE FORMACION DE IMAGENES CON INSTRUMENTO OPTICO DE SINTESIS DE ABERTURA.

Conjunto de formación de imágenes que comprende un instrumento de síntesis de abertura que comprende una diversidad de pupilas separadas (10,

12, 14; 30, 32, 34, 36) con unos medios de detección por muestreo, en los que los valores de las frecuencias de muestreo en columna y en línea son inferiores a los valores que corresponden al criterio de Shannon, y son tales que unas zonas de función de transferencia de modulación de las réplicas resultantes del muestreo se insertan en unas zonas de función de transferencia de modulación nula de la sección central de la función de transferencia de modulación, de manera tal que estas zonas no forman una intersección y que, en una sección central de dimensión más reducida que la sección central de la función de transferencia de modulación, esté presente el conjunto de las zonas que representan la sección central de la función de transferencia de modulación, comprendiendo el conjunto de formación de imágenes por otro lado unos medios para reconfigurar el espectro de la imagen adquirida a fin de reconstruirla, caracterizado porque

dichos medios permiten situar las zonas de la sección central de dimensión reducida (40''0,0; 220) de manera que correspondan a las posiciones de las zonas de la sección central de la función de transferencia de modulación de origen a fin de restablecer la función de transferencia de modulación a partir de las zonas que se encuentran en la sección reducida

Conjunto de formación de imágenes con instrumento óptico de síntesis de abertura.

La presente invención se refiere a un conjunto de formación de imágenes con un instrumento óptico de síntesis de abertura.

Se ha previsto, especialmente en la industria espacial, utilizar sistemas ópticos de formación de imágenes de síntesis de abertura. Estos sistemas consisten en una combinación de subsistemas en los que cada uno tiene un tamaño reducido, de manera que se obtiene prácticamente el mismo resultado que con un sistema óptico de grandes dimensiones. Un sistema compuesto de subsistemas de pequeñas dimensiones es más fácil de realizar que un sistema óptico de grandes dimensiones, y tiene menos problemas de lanzamiento con la ayuda de satélites. A modo de ejemplo, un sistema de formación de imágenes de este tipo tiene una función de telescopio.

La combinación de las señales obtenidas por cada uno de los instrumentos se efectúa, en general, por interferometría de Fizeau o de Michelson.

El documento Applied Optics, Vol. 12, Nº 3, páginas 487-492 describe un sistema de síntesis de abertura destinado a ser utilizado en el dominio del infrarrojo.

La figura 1 representa, a modo de ilustración, la configuración de pupilas de un interferómetro de tres telescopios.

La característica óptica principal de un aparato óptico de síntesis de abertura se determina por el diámetro de las pupilas 10, 12, 14 y sus posiciones respectivas. En este ejemplo, las pupilas tienen todas el mismo diámetro D' y sus centros se disponen según un triángulo equilátero de base B'.

Se sabe que dichos aparatos de síntesis de abertura pueden presentar una función de transferencia de modulación (FTM), en la que la base es del tipo discontinuo cuando la distancia que separa las pupilas es suficientemente grande con relación a su diámetro, es decir que esta función presenta unas zonas de anulación. La figura 2 representa la función de transferencia de modulación del instrumento representado en la figura 1.

La función de transferencia de modulación de un aparato óptico es la respuesta de este instrumento para las diversas frecuencias espaciales de entrada. En el diagrama de la figura 2, las frecuencias espaciales en columna se representan sobre el eje u de las abscisas y las frecuencias en línea se representan sobre el eje v de las coordenadas. La base de la función de transferencia de modulación del instrumento representado en la figura 1 presenta así siete zonas circulares, teniendo cada una un diámetro 2D (con, D = frac{D'}{? '}, siendo ? la longitud de onda): una zona LL "central" para las bajas frecuencias (L) en columna y en línea, y 6 zonas circulares periféricas: LH, HH, H'H, L'H, H'H' y HH'. La designación LH significa que la zona se refiere a las bajas frecuencias (L) en línea y a las altas frecuencias (H) en columna. De la misma manera, las designaciones HH, H'H', H'H, HH' significan las altas frecuencias tanto en línea como en columna.

Los centros de las zonas circulares periféricas se encuentran sobre un círculo de diámetro 2B (B = frac{B'}{?}) con centro en el origen.

La línea que une los centros de los círculos HH y H'H' forma un ángulo de 60º con el eje de las abscisas e igualmente la línea que une los centros de los círculos H'H y HH' forma un ángulo de 120º con este eje de las abscisas.

En la práctica, las imágenes se muestrean con una frecuencia de muestreado espacial que puede ser diferente en línea y en columna. Para evitar el repliegue del espectro, es decir una pérdida de información, hace falta respetar el teorema de Shannon, es decir que la frecuencia de muestreo en columna debe ser superior o igual a 2 veces la frecuencia máxima del espectro a restituir es decir 2 veces la distancia 1 (figura 2) tal que 1 = B + D y, en línea, la frecuencia de muestreo debe ser igual a 2 veces la distancia µ (figura 2) que vale µ = sqrt{3}B/2+D.

Así, cuando la frecuencia de muestreo en columna es 2B + 2D y la frecuencia de muestreo en línea es sqrt{3}B/2+D, se obtiene una imagen en la que la base del espectro es del tipo que se representa en la figura 3, con una sección central del espectro que comprende las siete zonas circulares LL, L'H, LH, HH, H'H', H'H y HH' y delimitada en la figura 3, por un rectángulo 20_0,0. El espectro consta también de un conjunto de réplicas idénticas de la sección central que están desfasadas sobre el eje de las abscisas en un número entero de frecuencias de muestreo en columna, y sobre el eje de las ordenadas, en un número entero de frecuencias de muestreo en línea.

Así, tal como se ve en la figura 3, el rectángulo 20_0,0 central de la parte útil del espectro se replica para formar un mosaico con las losetas idénticas a la loseta central 20_0,0 formando las réplicas 20_1,0, 20_0,1, 20_1,1, 20_0,-1, 20_-1,1, etc.

Hasta el momento, se ha considerado que la frecuencia de muestreo no podría descender por debajo de los valores correspondientes a los de la figura 3 porque, para unas frecuencias de muestreo inferiores, las zonas de FTM de las réplicas solapan las zonas FTM de la sección central 20_0,0 lo que desembocaría en un repliegue del espectro, es decir en un deterioro de la información.

El número de píxeles (elementos de imagen) necesarios en el muestreo de la imagen es, por supuesto, una función directa de la frecuencia de muestreo. Por lo que resulta que cuanto más elevada es la frecuencia de muestreo, más elevado es el número de píxeles necesarios.

La invención permite una frecuencia de muestreo sensiblemente más reducida, sin repliegue de espectro. Dicho de otra manera, la invención permite, en un campo constante, disminuir el número de píxeles necesarios para restituir las imágenes y aumentar la calidad de la imagen (relación señal a ruido).

La invención obtiene ventaja del hecho de que la zona central 20_0,0 presenta unas partes importantes en las que la función de transferencia de modulación es nula.

El procedimiento consiste:

Así, se eligen unas frecuencias de muestreo en línea y en columna cuyos valores son tales que las réplicas solapan esta sección central, pero evitan las intersecciones entre las zonas (circulares) de la función de transferencia de modulación no nula (es decir que las zonas de FTM no nula de las réplicas sustituyen a las zonas de valor nulo de la sección central de la FTM), y se seleccionan en la sección central así sustituida aquellas zonas que son las más próximas al origen de las frecuencias y que permiten reconstruir la frecuencia de transferencia de modulación y se reconfigura esta nueva sección central, de dimensión más reducida que la sección central de origen, de manera que corresponde, para la reconstrucción de la imagen, a la sección central de origen.

En el caso de un instrumento embarcado, la reconstrucción de la imagen se efectúa preferentemente en tierra.

Se muestra que en el caso del sistema interferométrico de tres pupilas representado en la figura 1, el paso de muestreo en línea se puede aumentar en un factor de aproximadamente 1,62 y el paso de muestreo en columna se puede aumentar en un factor de aproximadamente 1,67. Así, el número total de píxeles necesarios en el muestreo de la imagen se disminuye, en un campo constante, en un factor de 2,7.

De ese modo, la invención se refiere de manera general al conjunto de formación de imágenes que comprende un instrumento de síntesis de abertura que comporta las características resumidas en la reivindicación 1.

En una realización, los valores de las frecuencias de muestreo...

1. Conjunto de formación de imágenes que comprende un instrumento de síntesis de abertura que comprende una diversidad de pupilas separadas (10, 12, 14; 30, 32, 34, 36) con unos medios de detección por muestreo, en los que los valores de las frecuencias de muestreo en columna y en línea son inferiores a los valores que corresponden al criterio de Shannon, y son tales que unas zonas de función de transferencia de modulación de las réplicas resultantes del muestreo se insertan en unas zonas de función de transferencia de modulación nula de la sección central de la función de transferencia de modulación, de manera tal que estas zonas no forman una intersección y que, en una sección central de dimensión más reducida que la sección central de la función de transferencia de modulación, esté presente el conjunto de las zonas que representan la sección central de la función de transferencia de modulación, comprendiendo el conjunto de formación de imágenes por otro lado unos medios para reconfigurar el espectro de la imagen adquirida a fin de reconstruirla, caracterizado porque

2. Conjunto según la reivindicación 1, caracterizado porque los valores de las frecuencias de muestreo son tales que al menos según una dirección, en línea o en columna, las zonas de la sección central reducida de la función de transferencia de modulación son tangentes.

3. Conjunto según la reivindicación 1 ó 2 que comprende 3 pupilas (10, 12, 14) de diámetro D' cuyos centros se disponen según un triángulo equilátero del lado B', tal que 2D' = sqrt{3}B'/4, siendo igual la frecuencia de muestreo en columna a 3B/2 y siendo igual la frecuencia de muestreo en línea a 6D, con B = frac{B'}{?} y, D = frac{D'}{? '} siendo ? una longitud de onda.

4. Conjunto según la reivindicación 2 que comprende 4 pupilas (30, 32, 34, 36) en la que cada una presenta un diámetro D' y cuyos centros se disponen según un cuadrado de diagonal B' tal que: 2D' = B'/2, siendo las frecuencias de muestreo en columna y en línea de 6D, con D = frac{D'}{? '}, siendo ? una longitud de onda.

5. Conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque es del tipo interferómetro, concretamente un telescopio.

6. Procedimiento de reconstrucción de imágenes en un conjunto de formación de imágenes que comprende un instrumento del tipo de síntesis de abertura de varias pupilas separadas (10, 12, 14; 30, 32, 34, 36) con unos medios de detección por muestreo, en los que se elige la frecuencia de muestreo con un valor inferior al impuesto por el criterio de Shannon y tal que las réplicas contiguas de la sección central de la función de transferencia de modulación solapan esta sección central de manera que las zonas de función de transferencia no nula de estas réplicas se intercalan en unas zonas de función de transferencia nula de la sección central de la función de transferencia de modulación, sin intersección con una zona de función de transferencia no nula; y de manera tal que en una sección central de dimensión más reducida que la sección central de la función de transferencia de modulación, y situada en el interior de la sección central de la función de transferencia de modulación, está presente el conjunto de las zonas útiles para reconstruir la función de transferencia de modulación, caracterizado porque se colocan las zonas de la sección central de dimensión reducida (40'_0,0; 22₀) de manera que corresponden a las posiciones de las zonas de la sección central de la función de transferencia de modulación de origen a fin de restablecer la función de transferencia de modulación a partir de unas zonas que se encuentran en la sección central de dimensión reducida.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque se elige la frecuencia de muestreo en línea y en columna de manera que al menos según una dirección, en línea o en columna, las zonas de la sección reducida que son contiguas son tangentes.