Presenter

Ir. Gaetan Koers - ETRO-VUB

Abstract

De voortdurende sociale en economische evoluties van de maatschappij zorgen ervoor dat technologische grenzen over heel de wereld steeds opnieuw en sneller worden verlegd. Onze industrie wordt nog altijd gedreven door de vraag naar snellere, eenvoudigere manieren om met elkaar en wereldwijd te communiceren. Nogal verrassend (maar begrijpelijk) leidt dit tot een gelijkaardige vraag naar snel en efficiënt transport van goederen en mensen. De handel van goederen en diensten gebeurt vandaag gemakkelijk tussen spelers uit alle uithoeken van de wereld. Het vliegtuig nemen naar New York is zo alledaags geworden als rijden naar Parijs. Deze evolutie wordt desondanks gekoppeld aan een rijzend gevoel van onveiligheid, wegens de gestage vervaging van historisch gegroeide economische, politieke en culturele grenzen.

Het verbinden van metropolen over de hele wereld en het beveiligen van publieke ruimtes, vereist de ontwikkeling van geavanceerde, intelligent controleerbare doorgangen. Deze vereisen een hoge verwerkingssnelheid om snel en efficiënt mogelijke gevaren of ongewenste voorwerpen te lokaliseren, te identificeren en tegen te houden. De ontwikkeling van millimetergolf beeldvorming kan hierbij een sleutelrol vervullen.
Millimetergolf technologie werd aanvankelijk vooral gebruikt voor gespecialiseerde militaire en astronomische toepassingen, waarbij kosten noch moeite werden gespaard om de unieke eigenschappen van millimetergolven te benutten. In de nabije toekomst zal deze technologie echter meer en meer voor commerciële doeleinden benut worden.

Millimetergolven zijn niet-ioniserende zeer hoog frequente elektromagnetische golven met een frequentie tussen 30 en 300 GHz. Dit stemt overeen met een golflengte tussen 1 en 10 mm. Dit golflengte gebied situeert zich tussen het microgolven gebied (langere golflengte) en het infrarood gebied (kortere golflengte). De golflengte bepaalt in grote mate het toepassingsgebied waarin ze gebruikt wordt. Microgolven zijn uitermate geschikt voor telecommunicatie, wegens hun vermogen om over lange afstanden en dwars door bvb. muren informatie over te brengen. Infrarode golven zijn daarentegen vooral geschikt voor beeldvorming van zichtbare objecten, omdat ze voldoende hoge resolutie bieden. Men kan dus begrijpen dat de unieke tussenpositie van millimetergolven toelaat om beide karakteristieken te combineren. Met millimetergolf beeldvorming beogen we de visualisatie van verborgen voorwerpen gedragen door mensen, zoals bvb. smokkelwaar of wapens.

Radiometrische of zgn. passieve millimetergolf beeldvormingssystemen maken gebruik van extreem gevoelige detectoren om natuurlijk uitgestraalde millimetergolven op te meten. Bij deze methode wordt de beeldkwaliteit bepaald door de minimale warmteverschillen die men kan onderscheiden. In een buitenomgeving is de beeldkwaliteit meestal goed, dankzij het hoge aanwezige contrast. In een binnenomgeving is het contrast echter enorm laag, waardoor het er zeer moeilijk wordt om beelden te maken. Daarom is men erg geïnteresseerd in de zgn. actieve methoden van beeldvorming, waarbij de scène extra belicht wordt met artificieel gegenereerde millimetergolven, een techniek die we ook terugvinden in de klassieke fotografie met de flitslamp. Door de sterkte van de belichting te kiezen wordt het zelfs mogelijk om minder gevoelige en dus goedkopere detectoren te gebruiken.

Hoewel het principe eenvoudig is, moet men rekening houden met twee typische eigenschappen van artificiële millimetergolfbronnen die nadelig zijn voor beeldvorming. Ten eerste worden millimetergolven uitgezonden in de vorm van rechtlijnige bundels, ten tweede hebben de bundels slechts één golflengte: men spreekt van directieve, coherente belichting. Dit zijn dezelfde kenmerken die men kan terugvinden bij lasers. In de klassieke fotografie beschikt men over ideale belichtingsbronnen die diffuus en incoherent of “wit” licht uitzenden en dus een breed spectrum van golflengtes of kleuren bevatten. Directieve, coherente belichting heeft als nadeel dat het leidt tot sterk richtingsafhankelijke zichtbaarheid van voorwerpen (“glint”) en tot interferentiepatronen (“speckle”) waardoor voorwerpen onherkenbaar worden. In het algemeen duiden we deze fenomenen aan als beeldruis.

Ons onderzoek heeft als doel het creeren van ideale artificiële millimetergolf belichting voor beeldvorming. Dit doctoraatsproefschrift behandelt de fundamentele fysische oorzaken van millimetergolf beeldruis om deze kennis toe te passen op de analyse van methodes die beeldruis onderdrukken. Samengevat kunnen we drie hoofddelen in dit onderzoek benoemen: ten eerste, hebben we de fysische oorzaken van typische actieve millimetergolfbeeldruis onderzocht binnen een theoretisch wel omlijnd kader. Ten tweede, hebben we de voor- en nadelen van een aantal belichtingsmethodes die tot ruisonderdrukking leiden, afgewogen. Ten derde, hebben we praktische technologieën onderzocht om de beste belichtingsmethodes te implementeren.

Wij zijn van mening dat dit werk een fundamentele bijdrage levert tot de ontwikkeling van het domein van actieve millimetergolf beeldvorming.