Nonlinear imaging of dielectric objects buried under a rough surface

Abstract

Bu çalışmada, engebeli bir yüzey altına gömülü dielektrik cisimlerin mikrodalgalar ile görüntülenmesi için doğrusal olmayan bir tomografik yaklaşım sunulmaktadır. Arka plana ilişkin Green fonksiyonunun bilinmesi halinde en etkili doğrusal olmayan inversiyon yöntemlerinden birisi olarak kabul edilen Kontrast Kaynak Inversiyon (Contrast Source Inversion, CSI) yönteminin söz konusu görüntüleme probleminde etkin bir biçimde kullanılması sağlanmıştır. Bu, engebeli bölgeyi katmanlı bir uzayın düzlemsel sınırı üzerinde karşılıklı olarak yerleşmiş bir dizi cisim olarak değerlendiren ve böylece engebeli sınırla birbirinden ayrılmış katmanlı uzaya ilişkin Green fonksiyonunun hesaplanmasına olanak veren Gömülü Cisim Yaklaşımı (Buried Object Approach, BOA) aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, BOA'nın kullanılması sırasında ihtiyaç duyulan düzlemsel sınırla ayrılmış katmanlı uzaya ilişkin Green fonksiyonu, Ayrık Karmaşık Görüntüler Yöntemi (Discrete Complex Images Method, DCIM) uyarlanarak hızlandırılmıştır. Doğrusal olmayan inversiyonun etkinliği ve engebeli sınıra sahip katmanlı uzayın Green fonksiyonunun hızlı ve hassas bir biçimde elde edilmesi ile, geniş bir elektromagnetik parametre bölgesindeki inhomojen dielektrikler, büyük engebelerin altında gömülü olsalar bile, uygun sürelerde ve oldukça başarılı bir şekilde görüntülenebilmektedir.

In this study, a nonlinear tomographic approach for microwave imaging of dielectrics buried under a rough surface is presented. It has been made possible to efficiently apply the Contrast Source Inversion (CSI) method, which is proven to be one of the most successful nonlinear inversion techniques when the Green's function of the background medium is available, to the given imaging problem. This has been achieved through the application of the Buried Object Approach (BOA) which enables calculation of the Green's function of layered media with rough interfaces by considering the roughness as a series of objects located alternately on both sides of a planar interface between two half-spaces. Furthermore, calculation of the Green's function of the two-layered medium with a planar interface required in the BOA has been accelerated through an adaptation of the two-level Discrete Complex Images Method (DCIM). By making use of the strength of nonlinear inversion and fast and accurate computation of the Green's function of the layered media with rough interface, superior results have been achieved in a feasible computational time for dielectrics having constitutive parameters in a considerably wide range even if they are inhomogeneous or buried under substantially large rough surfaces.