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2024-06-14 17:40:01
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了解です！ マルチコア ファイバー取得および伝送画像システム (MFAT) の概念図 (a) マルチコア ファイバーの異なるチャネルの異なるモードは、異なる入射角の光 (赤と黄色) によって励起されます。 (b) マルチコア ファイバーの近位端面を直接取得した画像。赤色の関心領域は、ファイバー コアの詳細を拡大表示します。黄色とオレンジ色の円は、デコード用に 2 つの異なる領域を分割します。 (c) 従来の光ファイバー ベースの画像取得および伝送と MFAT のワークフロー。クレジット: Opto-Electronic Advances (2024)。DOI: 10.29026/oea.2024.230202
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マルチコア ファイバー取得および伝送画像システム (MFAT) の概念図 (a) マルチコア ファイバーの異なるチャネルの異なるモードは、異なる入射角の光 (赤と黄色) によって励起されます。 (b) マルチコア ファイバーの近位端面を直接取得した画像。赤色の関心領域は、ファイバー コアの詳細を拡大表示します。黄色とオレンジ色の円は、デコード用に 2 つの異なる領域を分割します。 (c) 従来の光ファイバー ベースの画像取得および伝送と MFAT のワークフロー。クレジット: Opto-Electronic Advances (2024)。DOI: 10.29026/oea.2024.230202
世界中でデータが急増する中、多次元データの高速取得と長距離伝送の需要が高まっています。工業製造などの分野では、オンライン ビデオ監視により生産性が大幅に向上し、セキュリティ リスクが軽減されています。リアルタイムのグローバル ビデオ通話は人々の日常生活に革命をもたらしました。
既存のシステムは高性能検出器を活用できる。 画像センサー、その他の技術を使用して、光、音、マイクロ波などの搬送波情報を収集します。このデータは、ケーブル、ネットワーク、無線通信、光ファイバーなどのさまざまな媒体を通じてオペレーターに送信されます。
ただし、狭い場所やアクセスが困難な場所を観測する必要がある場合、送信前にデータを処理するために、フロントエンドの取得装置と電子回路 (情報の圧縮、コーディング、変調などのタスク用) が不可欠です。これにより、システムの適時性と干渉に対する耐性に特定の要件が課せられます。
近年、光ファイバーは データ送信 伝送損失が少なく、容量が大きいためです。マルチコア光ファイバーを使用した波長分割多重 (WDM) や空間分割多重 (SDM) などの技術により、システムの伝送容量と効率は大幅に向上しましたが、伝送プロセスでは依然として複数の信号変換が必要です。
全光学的な取得と伝送により、追加の電子部品を必要とせずに、画像情報を光の速度で一方から他方へ転送できます。
光ファイバー バンドルは、2 次元の光フィールドをエンドツーエンドで直接変換して伝送できるため、航空宇宙、工業生産、医療などのアクセスが困難で目立たない領域などの過酷な環境では不可欠です。ただし、光ファイバー バンドルは通常、長さが制限され、コストが高く、製造上の制約により長距離データ伝送中の品質を確保することが課題となっています。
研究者たちは、情報収集、暗号化伝送、画像分類などのタスク向けにさまざまな全光ネットワークを開発しており、これらは次世代通信の基盤となることが期待されています。
しかしながら、これらのシステムは導入に際して実際的なハードルに直面しており、一般的にレーザーなどのコヒーレント光源としか互換性がありません。そのため、効率的で大容量、かつ干渉に強い画像取得および伝送システムが緊急に必要とされています。
で 新しい研究 Opto-Electronic Advances 誌に掲載された論文によると、研究者らは、上記のような課題に対処するために、マルチコア ファイバー取得および伝送画像システム (MFAT) と呼ばれる、全ファイバー多重化並列取得および伝送一体型システムを提案しています。
フロントエンドのデザインは、 電子回路複雑な信号変換プロセスが不要になるため、多様な環境に適しており、非干渉性光源に起因するノイズにも耐性があります。画像データは、光学領域でエンコードされます。 光ファイバ カップリング。
マルチコア光ファイバーのマルチチャネル特性により、大容量かつ高品質の伝送が可能になります。さらに、デジタルアパーチャ技術により、元の情報を完全に隠蔽したエンドプレーン画像からの画像回復と再構築が可能になり、最大1キロメートルの距離からリアルタイムでシーンを再構築できます。
画像の取得と伝送のプロセスは、エンコードとデコードという 2 つの主要な段階から構成されます。エンコード段階では、異なるファイバー コアの端面に到達する異なる入射光角度によってさまざまな伝搬モードが励起されるファイバー伝搬モード励起の原理が使用されます。
ほとんどの自然な設定では、各ファイバー コア チャネル内のパターンは、さまざまなモードを励起するすべてのオブジェクト ポイントの合成として認識されます。その結果、入射光場からの情報は、伝送のためにマルチコア ファイバーの空間およびモード コンポーネントにエンコードされます。ただし、各モードの占有率を正確に判断することは通常困難であり、かなりの計算リソースを必要とします。
これに対処するため、本研究では、迅速な再構成を可能にする画像処理手法に基づくコスト効率の高いデジタル開口デコード技術を導入しています。異なるファイバーコア領域の特徴値を抽出して計算することで、ファイバー伝送モードの次元内で多様な空間情報をデコードできます。
この研究では、直接画像伝送モードとエンコード画像伝送モードの両方におけるシステムのパフォーマンスを紹介しています。直接画像伝送モードでは、遠端のシーンを直接観察できます。一方、エンコード画像伝送は、デジタルエンコード技術と統合して、多次元データの暗号化伝送を可能にします。
時間チャネルと空間チャネルを同時に多重化することで、伝送容量が大幅に向上します。さらに、偏波、波長、その他のチャネル多重化技術を組み合わせることで、システムの伝送容量がさらに増大します。
この研究では、温度変化、曲げ、アルゴリズムの堅牢性など、システムの再構成の有効性に影響を与える要因についても詳しく調べています。提案されたソリューションは、特に長距離の画像取得と伝送において大きな応用価値を持っています。 極限環境。
干渉に強いコンパクトな構造は、グローバルな高速伝送の基盤を形成します。 リアルタイム メディア ストリーム。より多次元的な情報の探索と利用を高度なアルゴリズムと組み合わせることで、次世代の全光並列伝送システムを開発できる可能性が生まれます。
詳しくは：
Haogong Feng 他「マルチコアファイバーによる遠距離観察」、Opto-Electronic Advances (2024)。 DOI: 10.29026/oea.2024.230202
Compuscript Ltd提供
#全光学式超長距離画像取得伝送システム