تصویر برداری مایکروویو از ساختارهای پیچیده با استفاده از داده های میدان نزدیک

تحقیق برای شناسایی و تصویر‏ برداری از اجسام و بافت‏ های زنده بدون تخریب یا تهاجم با استفاده از امواج الکترومغناطیسی سابقه طولانی در علوم، مهندسی و پزشکی دارد. مشاهده اندام و بافت‏ های داخلی و شناسایی توده‏ های بدخیم از جمله آمال بشریت بوده که با شناخت اشعه ایکس در اوایل قرن ‎20‎ محقق شده است. در دو دهه اخیر طیف امواج مایکروویو برای تصویر‏ برداری وشناسایی، مورد توجه قرار گرفته است. عمق نفوذ و بُرد امواج مایکروویو نسبت به امواج با فرکانس بالا، اثرات نامطلوب استفاده از فرکانس‏ های بالا نظیر اشعه ایکس بر موجودات زنده، از جمله علل تمایل به استفاده از امواج مایکروویو در تصویر‏ برداری است. در این بین بجز موانعی که بر سر اندازه‏ گیری میدان پراکنده شده ناشی از نمونه وجود دارد، همواره در فرایند بازیابی با سه چالش روبرو هستیم. با توجه به اینکه تصویر‏ برداری مایکروویو توسط یک مسئله معکوس مدل می شود، غیرخطی و بدخیم بودن مسئله مشکل عمده این فرایندخواهد بود. علاوه بر این پیچیدگی پراکنده‏ ساز و زمینه منجر به تولید مجهولات زباد می‏ شود. از یک طرف مشاهدات محدود و حجم بالای مجهولات و از طرف دیگر بدخیمی مسله ، منجر به تشدید مشکلات می‏ شود. با توجه به موانع ذکر شده، در این رساله دو روش جدید برای بازیابی موقعیت، ریخت ظاهری و ساختار درونی پراکنده‏ ساز به کمک میدان پراکنده شده فاصله نزدیک ارائه شده است. روش نمونه‏ برداری خطی به عنوان یک روش کیفی، موقعیت و ریخت ظاهری پراکنده‏ ساز را در قالب یک تابع مشخصه تار عرضه می‏ کند. حال آنکه این روش فاقد یک الگوریتم خودکار برای استخراج شکل ظاهری پراکنده‏ ساز است. در این رساله برای تحقق یک فرایند خودکار از ترکیب روش نمونه‏ برداری خطی و روش مجموعه تراز استفاده شده است. در عمل غالبا پراکنده ساز تحت تاثیر یک محیط ناهمگن با محمل کراندار است. این نوع مدل در تصویر‏ برداری پزشکی یا تصویر‏ برداری از اهداف مخفی پشت دیوار استفاده می‏ شود. تابع گرین زمینه از ملزومات روش های کیفی در مواجهه با چنین مسائل کاربردی است. محدود بودن محمل زمینه این امکان را فراهم می‏ کند تا تابع گرین زمینه به صورت عددی محاسبه شود. روش مجموعه تراز از جمله روش‏ های تکرار در بازیابی موقعیت و ریخت ظاهری پراکنده ساز به حساب می‏ آید. توانایی این روش در شناسایی لبه اجسام یکپارچه و یا مرکب کاملا زبانزد است. اما این روش در شناسایی مشخصات فیزیکی از جمله هدایت الکتریکی و گذردهی الکتریکی عاجز است به عبارت دیگر چنین پارامترهایی جز اطلاعات مقدماتی روش مجموعه تراز است. در این رساله روش مجموعه تراز بگونه‏ ای اصلاح شده است که به صورت همزمان موقعیت، شکل و مشخصات فیزیکی هدف شناسایی شود.