Single pixel imaging at SUB-THZ frequencies based on compressed sensing
THz-altı frekanslarda sıkıştırılmış algılama tabanlı tek piksel görüntüleme
- Tez No: 537919
- Danışmanlar: PROF. DR. İLYAS ÇANKAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 172
Özet
Terahertz (THz)-altı bandında görüntüleme, savunma, güvenlik veya havacılık sistemlerinde çok çeşitli potansiyel uygulamalara sahip olması nedeniyle, gelişen teknolojiyle birlikte çekici bir araştırma alanı haline gelmiştir. Milimetre dalgaları, kötü hava koşullarında bile nüfuz etme kabiliyetine sahiptir, yani bu frekans bandındaki görüntüleme sistemleri, düşük görünürlük koşullarında bile yorumlanabilir görüntüler verebilir. Ayrıca, THz-altı görüntüleme sistemleri giyim ve ambalaj altındaki gizli silahları veya patlayıcıları tespit edebilirler çünkü milimetre dalgaboyunda metal nesneler yüksek yansıtıcılığa, birçok patlayıcı ise karakteristik absorpsiyona sahiptir ve çok miktarda ametal ve polar olmayan malzeme ise milimetrelik dalgalara şeffaftır. Dahası X-Ray'in tersine, bu frekans bandındaki radyasyon insanlar ve diğer canlılar için güvenli kabul edilir. Bununla birlikte, THz-altı görüntülemede bazı zorluklar vardır, her şeyden önce, bu frekans bandındaki ölçümler oldukça pahalıdır, ayrıca kırılma sınırı ve düşük sinyal seviyeleri, yüksek çözünürlükte görüntülemeyi zorlaştırır. Ayrıca, teknoloji yeterince olgun olmadığı için, bu frekans bandı için henüz ticari, düşük maliyetli, yüksek çözünürlüklü iki boyutlu görüntüleme detektörleri bulunmamaktadır. Tek piksel görüntüleme gibi tekli detektör konfigürasyonları, milimetre dalga görüntülemede veri toplama problemini çözmek için ümit vericidir. Mevcut THz-altı görüntüleme sistemleri genellikle uzun tarama süresi gerektiren zigzag taramaya veya pahalı gelişmiş anten dizisi sistemlerine dayanmaktadır. Bu nedenle, hızlı tarama yapabilen ve düşük maliyetli THz-altı görüntüleme sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Seyrek sinyallerin Nyquist oranından daha az örnek kullanılarak yeniden oluşturulabileceğini iddia eden popüler bir teknik olan Sıkıştırılmış Algılama, milimetre dalga görüntülemedeki problemleri çözmek için çok teşvik edicidir. Bu tezde hem transmisyon modunda hem de yansıma modunda milimetre dalga görüntüleme çalışılmış ve her iki konfigürasyondaki ölçümlerin sayısını azaltmak için, PCB bazlı maskeler ile Sıkıştırılmış Algılama mimarisi kullanılmıştır. Sıkıştırılmış Algılamanın iki önemli bacağı olan ölçüm matrisi tasarımı ve yeniden yapılandırma algoritmaları THz-altı görüntüleme deneyleri için incelenmiştir. Çözünürlüğü arttırmak için pikseller arası bilginin toplanmasına dayanan donanım tabanlı süper çözünürlük yöntemi ilk kez bu tezde önerilmiştir ve ilgili yöntem yansıtma türü THz-altı görüntüleme sistemine uygulanmıştır. Milimetre dalga deney düzeneğinden daha iyi görüntü elde etmek için nokta yayılma fonksiyonu (PSF) modelleme, eşikleme, modülasyon frekansı etrafında bant geçiren filtreleme ve optimum modülasyon frekansı bulma çalışmaları yapılmıştır. Bu tekniklerin yanı sıra, hesaplamalı hayalet görüntüleme olarak adlandırılan bir başka tekli detektör konfigürasyonu da ilk defa bu tezde milimetre dalga görüntüleme için önerilmektedir. Görüntü çözünürlüğünü arttırmak için, hem tek piksel görüntüleme hem de hesaplamalı hayalet görüntüleme yapılandırmalarına yazılım tabanlı süper-çözünürlük yöntemleri uygulanmaktadır. Bildiğimiz kadarıyla, yazılım tabanlı süper-çözünürlük yöntemleri ilk defa burada THz-altı görüntülemeye uygulanmıştır. Her iki durumda kaliteyi karşılaştırmak için referanslı ve referanslı olmayan görüntü kalitesi değerlendirme yöntemleri kullanılmıştır. Süper-çözünürlük, her iki konfigürasyonda da kaliteyi arttırırken, milimetre dalgalarında tek piksel görüntülemeyle karşılaştırıldığında hesaplamalı hayalet görüntülemenin daha iyi kaliteye sahip olduğu görülmektedir.
Özet (Çeviri)
Imaging in sub-Terahertz (THz) band has become an attractive research area with emerging technology since it has a wide range of potential applications in defense, security or airborne systems. Millimeter wave has the ability of penetrating even in bad weather conditions meaning that imaging systems at this frequency band can give interpretable imagery in poor-visibility circumstances. Besides, they can detect concealed weapons or explosives under clothing and packaging since metal objects have high reflectivity, many explosives have characteristic absorption and a great deal of nonmetal and nonpolarity materials are transparent to millimeter waves. Furthermore, contrary to X-Ray, radiation in this frequency band is considered safe for human-beings. However, there are some challenges in sub-THz imaging. First of all, signal measurements in this frequency band is quite expensive, furthermore diffraction limit and low signal levels make high resolution imaging hard to achieve. Moreover, since the technology is not mature enough, there is no commercial, low cost, high resolution two-dimensional imaging detectors for this frequency band yet. Single detector configurations such as single pixel imaging are promising to solve data acquisition problem in millimeter wave imaging. Existing sub-THz imaging systems are generally based on either raster scanning that require long scan time or sophisticated antenna array systems which are expensive. Therefore, fast scanning and low cost sub-THz imaging systems are needed. To solve these problems, Compressed Sensing (CS) is very encouraging which is a popular technique claiming sparse signals can be reconstructed using fewer samples than Nyquist rate. In this thesis, millimeter wave imaging in both transmission mode and reflection mode are studied and in order to reduce the number of measurements in each configuration, CS architecture is used with PCB (Printed Circuit Board) based masks. Two important aspects of CS which are measurement matrix design and reconstruction algorithms are considered for sub-THz imaging experiments. We propose a hardware based super-resolution method to enhance resolution by gathering the subpixel information and this method is applied to the reflection type sub-THz imaging system. Point spread function (PSF) modelling, thresholding, band-pass filtering around the modulation frequency and finding the optimum modulation frequency are done to obtain better images from the millimeter wave experimental set-up. Besides these techniques, another single detector configuration which is called computational ghost imaging is suggested in this thesis for the first time for millimeter wave imaging. To increase image resolution, software based super-resolution method is applied to both single pixel imaging and computational ghost imaging configurations. To the best of our knowledge, this is the first application of software based super-resolution application to sub-THz imaging. Reference based and no-reference image quality assessment methods are used to compare the quality in each case. It is seen that super-resolution increases the quality in both configurations while computational ghost imaging has better quality compared to single pixel imaging in millimeter waves.
Benzer Tezler
- Concept of single pixel fiber optical imaging via compressed sensing
Sıkıştırmalı algılama ile tek piksel fiber optik görüntüleme
AHMET AZGIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE YÜCE
- Hiperspektral görüntülerde yarı güdümlü öğrenme teknikleri
Semi supervised learning techniques on hyperspectral images
MUHAMMET SAİD AYDEMİR
Doktora
Türkçe
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldız Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN BİLGİN
- Paralel manyetik rezonans görüntüleme teknikleri ve uygulamaları
Parallel magnetic resonance imaging methods and applications
ÇAĞATAY ESİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENDER METE EKŞİOĞLU
DOÇ. DR. AHMET KORHAN TANÇ
- Termal görüntülere derin öğrenme tabanlı süper çözünürlük yöntemlerinin uygulanması
Application of deep learning based super resolution in thermal images
CANER CİVE
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENDER METE EKŞİOĞLU
- Medical image compression based on vector quantization and discrete wavelet transform
Vektör kuantizasyonu ve ayrık dalgacık dönüşümüne dayalı tıbbi görüntü sıkıştırma
AZHAR ABDULHASAN MUHAMMED ALI AJAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya ÜniversitesiBilgisayar ve Bilişim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ZENGİN