Tomografia a microonde

Con il termine tomografia a microonde si intende l’insieme delle metodologie che, sfruttando l’interazione tra campi elettromagnetici e mezzi materiali, mirano a ricostruire i parametri elettromagnetici di domini spaziali non direttamente accessibili allo scopo di rilevare, in modo non distruttivo e minimamente invasivo, la presenza di eventuali anomalie e determinarne le caratteristiche morfologiche (posizione, forma e dimensione) ed elettromagnetiche (profili di permittività dielettrica, conducibilità elettrica e permeabilità magnetica).

Diversamente dalle strategie di elaborazioni dati radar tradizionali, gli approcci tomografici si basano sull’uso di modelli fisico/matematici adeguati a descrivere l’interazione onda/bersaglio in scenari complessi. D’altro canto, essi richiedono di affrontare le notevoli difficoltà insite nella soluzione di un problema inverso di diffusione elettromagnetica, in cui il legame tra i dati e le incognite è non lineare e mal-posto.

Nel corso degli anni, i ricercatori dell’IREA hanno messo a punto diversi approcci efficienti e stabili rispetto alle incertezze ed al rumore con lo scopo di una "diagnostica" ad alta risoluzione quasi real-time e possibilmente quantitativa. Tali approcci sono capaci di operare sia in condizioni critiche come quelle tipiche nell'ambito "physical security" che in scenari elettromagneticamente complessi quali quelli relativi alle applicazioni di diagnostica medica.

Un primo insieme di approcci sviluppati presso l’IREA si basa sulla linearizzazione del problema ottenibile mediante modelli semplificati della diffusione elettromagnetica ed è in grado di fornire risultati soddisfacenti anche per configurazioni di misura estremamente semplificate. Tali approcci, grazie all’uso degli strumenti di analisi di problemi inversi lineari, sono stati ampiamente caratterizzati per quanto riguarda la configurazione di misura da adoprare e le capacità di ricostruzione ottenibili.

In alternativa a questi metodi è anche stato investigato l’uso di metodi qualitativi basati sulla soluzione di un problema inverso lineare ausiliario (in grado però di fornire informazioni solamente di tipo morfologico) che non fanno quindi uso di modelli approssimati. Tali metodi presentano una notevole flessibilità e consentono la caratterizzazione dello scenario in tempo reale, ma allo stato necessitano di strategie di misura idonee.

Una ulteriore classe di metodologie è quella dei così detti approcci di tipo quantitativo. Tali strategie consentono di ottenere informazioni esaustive sulle proprietà elettromagnetiche dei bersagli a spese di una aumento della complessità del problema inverso da risolvere e di un conseguente innalzamento del carico computazionale. Dovendo affrontare la soluzione di un problema non lineare e mal posto, tali strategie si basano su un approfondito studio dei fattori che influenzano il grado di difficoltà del problema. A riguardo, i ricercatori dell'IREA hanno messo a punto formulazioni alternative del problema di diffusione elettromagnetica in grado di “ridurre” la non-linearità della relazione dati-incognite al fine di evitare che le procedure di imaging diano luogo a risultati non coerenti con lo scenario investigato (problema della false soluzioni).

Inoltre i ricercatori dell’IREA sono impegnati nello sviluppo di tecniche di regolarizzazione che consentono sia di ridurre l’incidenza delle false soluzioni sia di migliorare la convergenza delle procedure iterative, che sono alla base delle tecniche di elaborazione. I ricercatori dell’IREA sono anche impegnati nella messa a punto di approcci di tipo ibrido basati sull’integrazione di approcci qualitativi e quantitativi.