JP2010121935A - Polarized image picking-up device and image processing device - Google Patents

Polarized image picking-up device and image processing device Download PDF

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直己 衣笠
Kenji Murata
健治 村田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarized image picking-up apparatus which is small-sized and low-cost. <P>SOLUTION: The polarized image picking-up apparatus 10 includes a light source 16 for emitting light; a first polarizer 18, which is constituted statically in terms of the structure and on which the emission light from the light source 16 is incident; a first conversion part 24, which is constituted statically in terms of the structure and which changes the direction of polarization of the emission light from the first polarizer 18 and radiates it onto an object; a second conversion part 30, which is constituted statically in terms of the structure and changes the direction of polarization of the emission light from the object; a second polarizer 32, which is statically constituted, in terms of the structure and on which the emission light from the second conversion part 30 is made incident; an image picking-up part 34, which picks up an image formed by the emission light from the second polarizer 32; and a control part which controls the changes in the directions of polarization in the first converting part 24 and the second converting part 30, independently respectively and variably electrically. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、偏光した光による画像を撮像する偏光画像撮像技術と、その技術に関連する画像処理技術に関する。   The present invention relates to a polarization image capturing technique for capturing an image by polarized light and an image processing technique related to the technique.

従来、光の偏光状態を観測する装置として、たとえば特許文献1に記載された装置が知られている。特許文献1に記載された装置は、CCD等の撮像素子の前面に、画素と同サイズの複屈折材料による偏光子が敷き詰められた構成となっている。そして、近接する偏光軸の異なる4つの画素を1ユニットとして受光した輝度情報の演算処理を行うことにより、光の偏光状態を画像情報として観測できるようになっている。   Conventionally, for example, an apparatus described in Patent Document 1 is known as an apparatus for observing the polarization state of light. The apparatus described in Patent Document 1 has a configuration in which a polarizer made of a birefringent material having the same size as a pixel is spread on the front surface of an image sensor such as a CCD. Then, by performing calculation processing of luminance information received by using four adjacent pixels having different polarization axes as one unit, the polarization state of light can be observed as image information.

またTNセルを用いて、反射光を除去して撮像するための液晶フィルタおよびそれを用いた撮像装置として、特許文献2や非特許文献1,2に記載されたものがある。   Moreover, there exist some which were described in patent document 2, and nonpatent literature 1, 2 as a liquid-crystal filter for removing reflected light and imaging using a TN cell, and an imaging device using the same.

また、特許文献3には、測定対象物である液晶セルに偏光方向が制御された偏光を照射し、測定対象物からの出射光について特定偏光方向の偏光の光強度を測定する装置が開示されている。
国際公開第04/008196号パンフレット 特開平10−108065号公報 特開2000−241292号公報 藤掛英夫、滝沢國治、小林道男、根岸俊裕、「液晶偏光フィルターを用いた反射光抑制カメラの開発」、映画テレビ技術、1998/6(550)、p.32−34 佐藤弘人、藤掛英夫、河北真宏、菊池宏、佐藤史郎、「液晶偏光フィルタを応用した反射光自動抑制システムの開発」、電子情報通信学会論文誌C、2003/3、Vol.J86−C、No.3、p.244−251
Patent Document 3 discloses an apparatus for irradiating a liquid crystal cell, which is a measurement object, with polarized light whose polarization direction is controlled, and measuring the light intensity of polarized light in a specific polarization direction with respect to light emitted from the measurement object. ing.
International Publication No. 04/008196 Pamphlet Japanese Patent Laid-Open No. 10-108065 JP 2000-241292 A Hideo Fujikake, Kuniharu Takizawa, Michio Kobayashi, Toshihiro Negishi, “Development of a reflected light suppression camera using a liquid crystal polarizing filter”, Movie TV Technology, 1998/6 (550), p. 32-34 Hiroto Sato, Hideo Fujikake, Masahiro Kawakita, Hiroshi Kikuchi, Shiro Sato, “Development of an automatic reflected light suppression system using a liquid crystal polarizing filter”, IEICE Transactions C, 2003/3, Vol. J86-C, no. 3, p. 244-251

しかしながら、特許文献3に開示された装置の場合、照射光の偏光方向および受光する偏光方向を調整するために、偏光子、検光子などの光学素子を機械的に回転させる機構を設ける必要がある。そのため、装置構成が比較的大掛かりなものとなり、コストを押し上げる要因となりうる。   However, in the case of the apparatus disclosed in Patent Document 3, it is necessary to provide a mechanism for mechanically rotating optical elements such as a polarizer and an analyzer in order to adjust the polarization direction of irradiated light and the polarization direction of receiving light. . For this reason, the apparatus configuration becomes relatively large, which may be a factor that increases costs.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型かつ安価な構成を可能とする偏光画像撮像技術と、その技術を利用する画像処理技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a polarization image capturing technique that enables a compact and inexpensive configuration and an image processing technique using the technique.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の偏光画像撮像装置は、光を出射する光源と、構造上静的に構成され、光源からの出射光を入射する第1偏光子と、構造上静的に構成され、第1偏光子からの出射光の偏光方向を変換して対象物に照射する第1変換部と、構造上静的に構成され、対象物からの出射光の偏光方向を変換する第2変換部と、構造上静的に構成され、第2変換部からの出射光を入射する第2偏光子と、第2偏光子からの出射光による画像を撮像する撮像部と、第1変換部および第2変換部における偏光方向の変換を、それぞれ独立して電気的に可変に制御する制御部と、を備える。   In order to solve the above-described problems, a polarization image capturing apparatus according to an aspect of the present invention includes a light source that emits light, a first polarizer that is statically configured in structure and receives light emitted from the light source, and a structure. A first conversion unit configured to statically convert the polarization direction of the outgoing light from the first polarizer and irradiate the target; and a polarization direction of the outgoing light from the target configured statically on the structure A second converter that converts the light, a second polarizer that is configured statically and that receives light emitted from the second converter, and an imaging unit that captures an image of the light emitted from the second polarizer And a control unit that electrically and variably controls the conversion of the polarization direction in the first conversion unit and the second conversion unit.

この態様によると、対象物に任意の偏光方向の偏光を照射できるとともに、対象物からの出射光のうち、任意の偏光方向の偏光を抽出し、その偏光による画像を撮像できる。第1偏光子、第1変換部、第2偏光子、第2変換部等の光学素子を構造上静的に構成できるので、光学素子を回転させる等の機構が必要なくなる。従って、装置を小型かつ安価に構成しやすい。   According to this aspect, it is possible to irradiate the object with polarized light having an arbitrary polarization direction, and it is possible to extract polarized light with an arbitrary polarization direction from the light emitted from the object and to capture an image with the polarized light. Since the optical elements such as the first polarizer, the first conversion unit, the second polarizer, and the second conversion unit can be configured statically, a mechanism for rotating the optical element is not necessary. Therefore, it is easy to configure the apparatus in a small size and at a low cost.

第1変換部および/または第2変換部は、電気的な制御により、自身への入射光の互いに直交する偏光成分の位相差を変化させる位相制御素子を備えてもよい。   The first conversion unit and / or the second conversion unit may include a phase control element that changes the phase difference of the polarization components orthogonal to each other of incident light on the first conversion unit and / or the second conversion unit.

第1変換部および/または第2変換部は、自身への入射光を受ける第1位相制御素子と、第1位相制御素子からの出射光を受ける第2位相制御素子と、を備え、第1位相制御素子の主軸と第2位相制御素子の主軸とは、45度ずらされて配置されてもよい。   The first conversion unit and / or the second conversion unit includes a first phase control element that receives light incident on the first conversion unit and / or a second phase control element that receives light emitted from the first phase control element. The main axis of the phase control element and the main axis of the second phase control element may be shifted by 45 degrees.

第1変換部および/または第2変換部は、電気的な制御により、自身への入射光を旋光して偏光面を回転させる旋光素子を備えてもよい。   The first conversion unit and / or the second conversion unit may include an optical rotation element that rotates the plane of polarization by rotating the incident light on itself by electrical control.

撮像部は、第1変換部および/または第2変換部における偏光方向変換の切り替えと同期して、第2偏光子からの出射光による画像を撮像してもよい。また、制御部は、第1変換部と第2変換部の偏光方向変換の切り替えを同期させて行ってもよい。   The imaging unit may capture an image of light emitted from the second polarizer in synchronization with switching of polarization direction conversion in the first conversion unit and / or the second conversion unit. The control unit may synchronize the switching of the polarization direction conversion between the first conversion unit and the second conversion unit.

本発明の別の態様は、画像処理装置である。この装置は、上述の偏光画像撮像装置と、偏光画像撮像装置により撮像された複数の画像をそれぞれ後段の処理のための原画像として記憶する原画像保持部と、処理目的に応じて定まる関数を複数の原画像に作用させて最終画像を生成する画像生成部と、を備える。   Another aspect of the present invention is an image processing apparatus. This apparatus includes the above-described polarization image capturing apparatus, an original image holding unit that stores a plurality of images captured by the polarization image capturing apparatus as original images for subsequent processing, and a function determined according to the processing purpose. An image generation unit that generates a final image by acting on a plurality of original images.

この態様によると、上述の偏光画像撮像装置により撮像された複数の画像から、処理目的に応じた画像処理が施された最終画像を生成できる。   According to this aspect, it is possible to generate a final image that has been subjected to image processing in accordance with the processing purpose, from a plurality of images captured by the polarization image capturing apparatus described above.

画像生成部は、表示装置に表示することを目的として最終画像を生成してもよい。また、撮像部は、表示装置の表示周波数よりもn倍(nは2以上の整数)以上高い周波数のサンプリングクロックを用いて、表示周期ごとに複数の原画像の撮像と記憶を時分割でn回行い、画像生成部は、記憶されたn枚の原画像から1枚の最終画像を生成してもよい。   The image generation unit may generate a final image for the purpose of displaying on the display device. The imaging unit uses a sampling clock having a frequency n times higher than the display frequency of the display device (n is an integer of 2 or more) and captures and stores a plurality of original images for each display period in a time-sharing manner. The image generation unit may generate one final image from the stored n original images.

画像生成部は、関数として複数の原画像の一次線形和で表されるものを用いてもよい。また、画像生成部は、一次線形和のうちいずれかの原画像の係数を零とした関数を用いてもよい。また、画像生成部は、所定の偏光方向の原画像の係数を零とした関数を用いてもよい。また、画像生成部は、少なくとも一部の画素の輝度が所定値以上である原画像の係数を零とした関数を用いてもよい。   The image generation unit may use a function represented by a linear linear sum of a plurality of original images as a function. The image generation unit may use a function in which the coefficient of any original image is zero among the linear linear sums. The image generation unit may use a function in which the coefficient of the original image in a predetermined polarization direction is zero. Further, the image generation unit may use a function in which the coefficient of the original image in which the luminance of at least some of the pixels is equal to or higher than a predetermined value is zero.

画像生成部は、アラームを発出することを目的として最終画像を生成してもよい。また、最終画像に輝度が所定値以上である画素が存在するか否かを判定する判定部と、判定部により輝度が所定値以上である画素が存在すると判定された場合に、アラームを発出するアラーム発出部をさらに備えてもよい。   The image generation unit may generate a final image for the purpose of issuing an alarm. In addition, a determination unit that determines whether or not a pixel having a luminance equal to or higher than a predetermined value exists in the final image, and an alarm is issued when the determination unit determines that a pixel having a luminance equal to or higher than the predetermined value exists. You may further provide an alarm issuing part.

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a representation of the present invention converted between a method, an apparatus, a system, etc. are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、小型かつ安価な構成を可能とする偏光画像撮像技術と、その技術を利用する画像処理技術を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the polarization image imaging technique which enables a small and cheap structure and the image processing technique using the technique can be provided.

本実施の形態に係る偏光画像撮像装置は、対象物に対して任意の偏光方向の偏光を照射し、対象物から出射された光(透過光または反射光)のうち任意の偏光方向の偏光を抽出して、その偏光による画像を撮像することができる。たとえば、本装置を用いて様々な偏光方向の偏光をガラスに照射し、ガラスの透過光から様々な偏光方向の偏光を抽出して複数の画像を撮像する。この撮像された複数の画像を観測、解析することにより、ガラスの残留歪(以下、単に「歪」という)や欠点を検出することができる。ガラスの欠点とは、表面に存在する凹凸や傷、異物、並びに内部に存在する異物、組成ムラなどを総称していうものである。   The polarization image capturing apparatus according to the present embodiment irradiates a target with polarized light having an arbitrary polarization direction, and outputs polarized light having an arbitrary polarization direction out of light (transmitted light or reflected light) emitted from the target object. It is possible to extract and take an image of the polarized light. For example, this apparatus is used to irradiate the glass with polarized light having various polarization directions, and to extract a plurality of images by extracting the polarized light with various polarization directions from the light transmitted through the glass. By observing and analyzing the plurality of captured images, it is possible to detect residual strain (hereinafter simply referred to as “strain”) and defects of the glass. The defect of glass is a general term for unevenness and scratches existing on the surface, foreign matter, foreign matter existing inside, compositional unevenness and the like.

図1は、本実施の形態に係る偏光画像撮像装置の構成を示す図である。偏光画像撮像装置10は、測定対象物としてのガラス80に対して任意の偏光方向の偏光を照射可能な照射部12と、ガラス80を透過した光のうち任意の偏光方向の偏光を受光可能な受光部14を備える。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a polarization image capturing apparatus according to the present embodiment. The polarization image capturing apparatus 10 can receive the polarized light in any polarization direction out of the light transmitted through the glass 80 and the irradiation unit 12 that can irradiate the glass 80 as a measurement object with polarized light in any polarization direction. A light receiving unit 14 is provided.

照射部12は、光源16と、第1偏光子18と、第1変換部24を備える。ここで、少なくとも第1偏光子18と第1変換部24は、構造的に静的に構成される。すなわち、第1偏光子18と第1変換部24は、それぞれ、または少なくとも相対的には、構造上固定的に設けられる。従って、本実施の形態に係る偏光画像撮像装置10の照射部12は、第1偏光子18または第1変換部24の一方が回転をするような機械的な動作によって、出射する光の偏光方向を変化させるものではない。   The irradiation unit 12 includes a light source 16, a first polarizer 18, and a first conversion unit 24. Here, at least the first polarizer 18 and the first converter 24 are structurally statically configured. That is, the first polarizer 18 and the first conversion unit 24 are fixedly provided structurally or at least relatively. Therefore, the irradiation unit 12 of the polarization image capturing apparatus 10 according to the present embodiment has the polarization direction of the emitted light by a mechanical operation in which one of the first polarizer 18 or the first conversion unit 24 rotates. It does not change.

光源16は、第1偏光子18に向けて出射光50を出射する。光源16としては、無偏光の光を出力する電球、蛍光灯などの自然光源や、ランダム偏光を出力するレーザなどを用いることができる。   The light source 16 emits outgoing light 50 toward the first polarizer 18. As the light source 16, a natural light source such as a light bulb or a fluorescent lamp that outputs non-polarized light, a laser that outputs random polarized light, or the like can be used.

第1偏光子18は、光源16からの出射光50を入射して、偏光軸18a方向の直線偏光のみを透過し、第1変換部24に出射光52を出射する。本実施の形態では、第1偏光子18は、その偏光軸18aが水平方向となるように設けられる。従って、光源16からの出射光50のうち、水平方向の偏光が抽出されて第1変換部24に出射される。ここで、本実施の形態では、直交座標系のx軸方向を水平方向とし、y軸方向を垂直方向とする。なお、光源16として特定の直線偏光成分が強いものを用いれば、第1偏光子18を省略した構成も可能である。特定の直線偏光成分が強い光源としては、端面発光のレーザダイオード素子を例示できる。   The first polarizer 18 receives the outgoing light 50 from the light source 16, transmits only linearly polarized light in the direction of the polarization axis 18 a, and emits outgoing light 52 to the first conversion unit 24. In the present embodiment, the first polarizer 18 is provided such that the polarization axis 18a is in the horizontal direction. Accordingly, horizontal polarized light is extracted from the light 50 emitted from the light source 16 and is output to the first converter 24. Here, in this embodiment, the x-axis direction of the orthogonal coordinate system is the horizontal direction, and the y-axis direction is the vertical direction. If a light source 16 having a strong specific linearly polarized light component is used, a configuration in which the first polarizer 18 is omitted is possible. As a light source having a specific linearly polarized light component, an edge-emitting laser diode element can be exemplified.

第1変換部24は、第1偏光子18から出射された出射光52の偏光方向を変換して、測定対象物であるガラス80に照射光56を照射する。第1変換部24は、第1偏光子18からの出射光52を受ける第1位相制御素子20と、第1位相制御素子20からの出射光54を受ける第2位相制御素子22を備える。   The 1st conversion part 24 converts the polarization direction of the emitted light 52 radiate | emitted from the 1st polarizer 18, and irradiates the irradiation light 56 to the glass 80 which is a measuring object. The first converter 24 includes a first phase control element 20 that receives the emitted light 52 from the first polarizer 18 and a second phase control element 22 that receives the emitted light 54 from the first phase control element 20.

第1位相制御素子20には、第1位相制御素子20への印加電圧V(以下、第1印加電圧V)を変化させる第1可変電源36が設けられ、第2位相制御素子22には、第2位相制御素子22への印加電圧V(以下、第2印加電圧V)を変化させる第2可変電源38が設けられる。以下、第1位相制御素子20、第2位相制御素子22、後述する第3位相制御素子26および第4位相制御素子28を総称する場合は、単に「位相制御素子」と呼ぶ。 The first phase control element 20 is provided with a first variable power supply 36 that changes an applied voltage V 1 to the first phase control element 20 (hereinafter referred to as a first applied voltage V 1 ). Is provided with a second variable power supply 38 for changing the applied voltage V 2 to the second phase control element 22 (hereinafter, the second applied voltage V 2 ). Hereinafter, the first phase control element 20, the second phase control element 22, the third phase control element 26 and the fourth phase control element 28, which will be described later, are simply referred to as “phase control elements”.

位相制御素子は、光学異方性を持つ物質の復屈折を利用して、入射光の互いに直交する偏光成分の位相差を電気的に変化させる光学素子である。位相制御素子の構造は、配向処理された2枚の平行なITOガラス間に数ミクロンの厚さのスペーサを挿入し、ITOガラス間にネマティック液晶を封入したものである。位相制御素子に電圧を印加しないときの配向状態は、分子がガラスに平行に配向したホモジニアス配向になっている。このように構成された位相制御素子は、πセルとも呼ばれる。πセルは、数ミリ秒程度の応答速度を有することが知られている。   The phase control element is an optical element that electrically changes the phase difference of polarized light components of incident light that are orthogonal to each other by using the birefringence of a substance having optical anisotropy. The structure of the phase control element is such that a spacer with a thickness of several microns is inserted between two parallel-treated ITO glasses and nematic liquid crystal is sealed between the ITO glasses. The alignment state when no voltage is applied to the phase control element is a homogeneous alignment in which molecules are aligned parallel to the glass. The phase control element configured as described above is also called a π cell. It is known that the π cell has a response speed of about several milliseconds.

位相制御素子は、入射光の互いに直交する2つの偏光成分のうち、その位相速度が速い方位である進相軸と、位相速度が遅い方位である遅相軸と、を有する。進相軸と遅相軸とを総称して「主軸」と呼ばれる。位相制御素子に印加する電圧を調整することにより、遅相軸方向の偏光成分の位相を遅らせ、進相軸の偏光成分と遅相軸の偏光成分の位相差を、0度から180度まで変化させることができる。   The phase control element has a fast axis that is an azimuth with a fast phase velocity and a slow axis that is an azimuth with a slow phase velocity among two polarized components of incident light that are orthogonal to each other. The fast axis and the slow axis are collectively referred to as “main axis”. By adjusting the voltage applied to the phase control element, the phase of the polarization component in the slow axis direction is delayed, and the phase difference between the polarization component of the fast axis and the polarization component of the slow axis is changed from 0 degrees to 180 degrees. Can be made.

第1位相制御素子20は、その遅相軸20aが第1偏光子18の偏光軸18aから所定の角度、ここでは45度傾斜されて設けられる。さらに、第2位相制御素子22は、その遅相軸22aが第1位相制御素子20の遅相軸20aから45度傾斜され、第1偏光子18の偏光軸18aと同じ方向となるように設けられる。すなわち、第1位相制御素子20の主軸と第2位相制御素子22の主軸とは、45度ずらされて配置される。   The first phase control element 20 is provided with its slow axis 20a inclined at a predetermined angle, here 45 degrees, from the polarization axis 18a of the first polarizer 18. Further, the second phase control element 22 is provided such that its slow axis 22a is inclined 45 degrees from the slow axis 20a of the first phase control element 20 and is in the same direction as the polarization axis 18a of the first polarizer 18. It is done. In other words, the main axis of the first phase control element 20 and the main axis of the second phase control element 22 are arranged so as to be shifted by 45 degrees.

このように第1位相制御素子20と第2位相制御素子22を配置することにより、第1印加電圧V、第2印加電圧Vを調整して、第1偏光子18からの出射光52の偏光方向(ここでは水平偏光)を所望の偏光方向に変換できる。偏光方向の変換は図2で詳述する。 By arranging the first phase control element 20 and the second phase control element 22 in this way, the first applied voltage V 1 and the second applied voltage V 2 are adjusted, and the outgoing light 52 from the first polarizer 18 is adjusted. Can be converted to a desired polarization direction. The conversion of the polarization direction will be described in detail with reference to FIG.

第2位相制御素子22から出射された照射光56は、ガラス80に照射される。ガラス80を透過した透過光58は、受光部14に入射される。   The irradiation light 56 emitted from the second phase control element 22 is applied to the glass 80. The transmitted light 58 transmitted through the glass 80 is incident on the light receiving unit 14.

受光部14は、第2変換部30と、第2偏光子32と、撮像部34を備える。ここで、少なくとも第2変換部30と第2偏光子32は、構造的に静的に構成される。すなわち、第2変換部30と第2偏光子32は、それぞれ、または少なくとも相対的には、構造上固定的に設けられる。従って、本実施の形態に係る偏光画像撮像装置10の受光部14は、第2変換部30または第2偏光子32の一方が回転をするような機械的な動作によって、後述の複数の画像を撮像するものではない。   The light receiving unit 14 includes a second conversion unit 30, a second polarizer 32, and an imaging unit 34. Here, at least the second conversion unit 30 and the second polarizer 32 are structurally statically configured. That is, the second conversion unit 30 and the second polarizer 32 are fixedly provided structurally or at least relatively. Therefore, the light receiving unit 14 of the polarization image capturing apparatus 10 according to the present embodiment displays a plurality of images to be described later by a mechanical operation in which one of the second conversion unit 30 or the second polarizer 32 rotates. It is not something to be imaged.

第2変換部30は、ガラス80からの透過光58の偏光方向を変換する。第2変換部30は、透過光58を受ける第3位相制御素子26と、第3位相制御素子26からの出射光60を受ける第4位相制御素子28を備える。第3位相制御素子26、第4位相制御素子28は、上述した第1位相制御素子20、第2位相制御素子22と同様の、光学異方性を持つ物質の復屈折を利用して、入射光の互いに直交する偏光成分の位相差を電気的に変化させる光学素子である。   The second conversion unit 30 converts the polarization direction of the transmitted light 58 from the glass 80. The second conversion unit 30 includes a third phase control element 26 that receives the transmitted light 58 and a fourth phase control element 28 that receives the outgoing light 60 from the third phase control element 26. The third phase control element 26 and the fourth phase control element 28 are incident using the birefringence of a material having optical anisotropy, similar to the first phase control element 20 and the second phase control element 22 described above. It is an optical element that electrically changes the phase difference of polarized light components orthogonal to each other.

第3位相制御素子26には、第3位相制御素子26への印加電圧V(以下、第3印加電圧V)を変化させる第3可変電源40が設けられ、第4位相制御素子28には、第4位相制御素子28への印加電圧V(以下、第4印加電圧V)を変化させる第4可変電源42が設けられる。 The third phase control element 26 is provided with a third variable power source 40 that changes an applied voltage V 3 to the third phase control element 26 (hereinafter, third applied voltage V 3 ). Is provided with a fourth variable power source 42 that changes an applied voltage V 4 (hereinafter, a fourth applied voltage V 4 ) to the fourth phase control element 28.

本実施の形態では、第3位相制御素子26の遅相軸26aは、水平となるように設けられる。さらに、第4位相制御素子28は、その遅相軸28aが第3位相制御素子26の遅相軸26aから所定の角度、ここでは45度傾斜されて設けられる。すなわち、第3位相制御素子26の主軸と第4位相制御素子28の主軸とは、45度ずらされて配置される。   In the present embodiment, the slow axis 26a of the third phase control element 26 is provided to be horizontal. Further, the fourth phase control element 28 is provided such that its slow axis 28a is inclined at a predetermined angle, here 45 degrees, from the slow axis 26a of the third phase control element 26. In other words, the main axis of the third phase control element 26 and the main axis of the fourth phase control element 28 are arranged so as to be shifted by 45 degrees.

このように第3位相制御素子26と第4位相制御素子28を配置することにより、第3印加電圧V、第4印加電圧Vを調整して、ガラス80からの透過光58の偏光方向を所望の偏光方向に変換できる。本実施の形態では、ガラス80からの透過光58のうち抽出したい所望の偏光方向の偏光が、水平偏光に変換されるように第3印加電圧V、第4印加電圧Vを制御する。偏光方向の変換は図2で詳述する。 By arranging the third phase control element 26 and the fourth phase control element 28 in this way, the third applied voltage V 3 and the fourth applied voltage V 4 are adjusted, and the polarization direction of the transmitted light 58 from the glass 80 is adjusted. Can be converted into a desired polarization direction. In the present embodiment, the third applied voltage V 3 and the fourth applied voltage V 4 are controlled so that polarized light in a desired polarization direction to be extracted from the transmitted light 58 from the glass 80 is converted into horizontal polarized light. The conversion of the polarization direction will be described in detail with reference to FIG.

第2偏光子32は、第4位相制御素子28からの出射光62を入射して、偏光軸32a方向の直線偏光のみを透過し、撮像部34に出射する。本実施の形態では、第2偏光子32は、その偏光軸32aが水平方向となるように設けられる。従って、ガラス80からの透過光58のうち、所望の偏光方向の偏光のみが、第2偏光子32を透過できる。   The second polarizer 32 receives the outgoing light 62 from the fourth phase control element 28, transmits only linearly polarized light in the direction of the polarization axis 32 a, and outputs the linearly polarized light to the imaging unit 34. In the present embodiment, the second polarizer 32 is provided such that its polarization axis 32a is in the horizontal direction. Accordingly, only the polarized light in the desired polarization direction among the transmitted light 58 from the glass 80 can pass through the second polarizer 32.

撮像部34は、マトリックス状に配置された複数の受光素子70を有する。撮像部34としては、CCDイメージセンサや、CMOSイメージセンサなどを用いることができる。第2偏光子32からの出射光64を複数の受光素子70が受光することにより、ガラス80からの透過光58のうち、所望の偏光方向の偏光による画像を撮像できる。   The imaging unit 34 has a plurality of light receiving elements 70 arranged in a matrix. As the imaging unit 34, a CCD image sensor, a CMOS image sensor, or the like can be used. The plurality of light receiving elements 70 receive the emitted light 64 from the second polarizer 32, so that it is possible to take an image of polarized light in a desired polarization direction among the transmitted light 58 from the glass 80.

図2は、第1変換部24、第2変換部30による偏光方向の変換を説明するためのポアンカレ球を示す図である。一般に、任意の偏光方向の偏光成分は、ポアンカレ球の球面上の点として表すことができる。ポアンカレ球を地球として見たとき、北半球上の点は、右回りの楕円偏光を表し、南半球上の点は、左回りの楕円偏光を表す。また、赤道は直線偏光を表し、北極の点Lは右回りの円偏光を、南極の点Rは左回りの円偏光を表す。図中、赤道上の点Hは、水平偏光を表し、点Vは、垂直偏光を表す。   FIG. 2 is a diagram illustrating a Poincare sphere for explaining the conversion of the polarization direction by the first conversion unit 24 and the second conversion unit 30. In general, a polarization component in an arbitrary polarization direction can be represented as a point on the spherical surface of the Poincare sphere. When the Poincare sphere is viewed as the earth, a point on the northern hemisphere represents clockwise elliptically polarized light, and a point on the southern hemisphere represents counterclockwise elliptically polarized light. The equator represents linearly polarized light, the north pole L represents clockwise circularly polarized light, and the south pole R represents counterclockwise circularly polarized light. In the figure, the point H on the equator represents horizontal polarization, and the point V represents vertical polarization.

ここでは、第1変換部24または第2変換部30により任意の偏光状態を他の任意の偏光状態に変換可能なことを示す例として、第1変換部24により、ある右回りの楕円偏光を、水平偏光に変換できることを示す。これを示すには、ポアンカレ球上において、ある右回りの楕円偏光を表す点150が、水平偏光を表す点Hまで移動できることを示せばよい。まず、第1位相制御素子20に所定の電圧を印加することにより、点150をS1軸周りに回転させ、S2軸に垂直な円上の点152まで移動させることができる。次に、第2位相制御素子22に所定の電圧を印加することにより、点152をS2軸周りに回転させ、水平偏光を表す点Hまで移動させることができる。他の偏光方向、たとえば円偏光や直線偏光の場合も同様である。   Here, as an example showing that an arbitrary polarization state can be converted into another arbitrary polarization state by the first conversion unit 24 or the second conversion unit 30, a first clockwise elliptical polarization is converted by the first conversion unit 24. It can be converted to horizontal polarization. In order to show this, it is only necessary to show that a point 150 representing a clockwise clockwise polarized light can move to a point H representing a horizontally polarized light on the Poincare sphere. First, by applying a predetermined voltage to the first phase control element 20, the point 150 can be rotated around the S1 axis and moved to a point 152 on a circle perpendicular to the S2 axis. Next, by applying a predetermined voltage to the second phase control element 22, the point 152 can be rotated around the S2 axis and moved to a point H representing horizontal polarization. The same applies to other polarization directions, such as circularly polarized light and linearly polarized light.

このように、本実施の形態の第1変換部24によれば、第1偏光子18からの出射光52の偏光方向(水平偏光)を、所望の偏光方向に変換できる。従って、本実施の形態に係る偏光画像撮像装置10の照射部12によれば、測定対象物であるガラス80に対して任意の偏光方向の照射光56を照射できる。   Thus, according to the 1st conversion part 24 of this Embodiment, the polarization direction (horizontal polarization | polarized-light) of the emitted light 52 from the 1st polarizer 18 can be converted into a desired polarization direction. Therefore, according to the irradiation unit 12 of the polarization image capturing apparatus 10 according to the present embodiment, it is possible to irradiate the irradiation light 56 in an arbitrary polarization direction onto the glass 80 that is the measurement object.

同じように、本実施の形態の第2変換部30によれば、ガラス80からの透過光58のうち、任意の偏光方向の偏光成分を、所望の偏光方向の直線偏光、ここでは水平偏光に変換できる。変換された水平偏光は第2偏光子32を透過でき、撮像部34により受光されるので、本実施の形態に係る受光部14によれば、ガラス80からの透過光58のうち、任意の偏光方向の偏光成分による画像を撮像できる。   Similarly, according to the second conversion unit 30 of the present embodiment, of the transmitted light 58 from the glass 80, the polarization component in an arbitrary polarization direction is converted into linear polarization in the desired polarization direction, here horizontal polarization. Can be converted. Since the converted horizontal polarized light can pass through the second polarizer 32 and is received by the imaging unit 34, according to the light receiving unit 14 according to the present embodiment, any polarized light among the transmitted light 58 from the glass 80. An image with a polarization component in the direction can be captured.

第1変換部24の第1位相制御素子20および第2位相制御素子22、並びに第2変換部30の第3位相制御素子26および第4位相制御素子28の印加電圧−位相差の特性は既知であるので、入射した光を所望の偏光方向に変換するために必要な第1印加電圧V、第2印加電圧Vの組み合わせ、第3印加電圧V、第4印加電圧Vの組み合わせは、実験やシミュレーションによって定めることができる。様々な偏光方向の画像を撮像する場合は、第1変換部24および/または第2変換部30における偏光方向変換の切り替えと同期して、撮像部34で画像を撮像すればよい。 The applied voltage-phase difference characteristics of the first phase control element 20 and the second phase control element 22 of the first conversion unit 24 and the third phase control element 26 and the fourth phase control element 28 of the second conversion unit 30 are known. Therefore, a combination of the first applied voltage V 1 and the second applied voltage V 2, a combination of the third applied voltage V 3 and the fourth applied voltage V 4 necessary for converting the incident light into a desired polarization direction. Can be determined by experimentation or simulation. When capturing images of various polarization directions, the image capturing unit 34 may capture images in synchronization with switching of polarization direction conversion in the first conversion unit 24 and / or the second conversion unit 30.

以上、本実施の形態に係る偏光画像撮像装置10によれば、第1変換部24の第1位相制御素子20および第2位相制御素子22、第2変換部30の第3位相制御素子26および第4位相制御素子28への印加電圧をそれぞれ独立して制御することにより、ガラス80に任意の偏光方向の照射光56を照射でき、ガラス80からの透過光58のうち任意の偏光方向の偏光成分を抽出することができる。そして、各位相制御素子の印加電圧を変化させるタイミングと同期して撮像部34で画像を撮像することにより、偏光方向の変換の度合いに応じた異なる複数の画像を時分割で撮像できる。第1変換部24、第2変換部30において用いたπセルは、数ミリ秒程度の応答速度で動作できることが知られているので、動画表示の1フレーム期間T内において偏光方向の異なる複数の画像を時分割で撮像し、その複数の画像を処理して1枚の画像を生成し、動画として表示させることもできる。 As described above, according to the polarization image capturing apparatus 10 according to the present embodiment, the first phase control element 20 and the second phase control element 22 of the first conversion unit 24, the third phase control element 26 of the second conversion unit 30, and By independently controlling the voltage applied to the fourth phase control element 28, it is possible to irradiate the glass 80 with the irradiation light 56 having an arbitrary polarization direction, and the polarized light having an arbitrary polarization direction among the transmitted light 58 from the glass 80. Ingredients can be extracted. A plurality of different images corresponding to the degree of conversion of the polarization direction can be captured in a time division manner by capturing an image with the image capturing unit 34 in synchronization with the timing of changing the voltage applied to each phase control element. Since it is known that the π cells used in the first conversion unit 24 and the second conversion unit 30 can operate at a response speed of about several milliseconds, a plurality of polarization directions having different polarization directions within one frame period Tf of moving image display. These images can be taken in a time-sharing manner, and a plurality of images can be processed to generate a single image that can be displayed as a moving image.

また、偏光画像撮像装置10は、照射部12の第1偏光子18および第1変換部24、並びに受光部14の第2変換部30および第2偏光子32を構造的に静的に構成できるので、偏光子を回転させる等の機構が不要となる。従って、装置を小型かつ安価に構成でき、さらに、装置の耐用年数も向上する。   Further, the polarization image capturing apparatus 10 can structurally and statically configure the first polarizer 18 and the first conversion unit 24 of the irradiation unit 12 and the second conversion unit 30 and the second polarizer 32 of the light receiving unit 14. Therefore, a mechanism such as rotating the polarizer becomes unnecessary. Therefore, the apparatus can be made small and inexpensive, and the service life of the apparatus is improved.

また、偏光画像撮像装置10では、撮像部34の受光素子70それぞれに合わせて微少な偏光子を配置する必要はなく、撮像部34に対する第2変換部30および第2偏光子32の位置合わせにそれほど高い精度が要求されない。従って、装置の製造が容易となり、製造コストを低減できる。さらに、撮像部34における受光素子70それぞれを画素として利用できるので、撮像部34が本来もつ画素数を活かした解像度の画像を得ることができる。   Further, in the polarization image capturing apparatus 10, it is not necessary to arrange a minute polarizer according to each of the light receiving elements 70 of the image capturing unit 34, and the second conversion unit 30 and the second polarizer 32 are aligned with respect to the image capturing unit 34. Not so high accuracy is required. Therefore, the device can be easily manufactured and the manufacturing cost can be reduced. Further, since each of the light receiving elements 70 in the imaging unit 34 can be used as a pixel, an image having a resolution that takes advantage of the number of pixels inherent to the imaging unit 34 can be obtained.

図3は、本実施の形態に係る偏光画像撮像装置を用いた画像表示装置を示す図である。画像表示装置100は、LCD等の表示装置200と、表示装置200を制御する表示装置制御部202と、図1に示した偏光画像撮像装置10と、表示装置200に表示する最終画像Iを生成する画像処理装置110を備える。 FIG. 3 is a diagram illustrating an image display apparatus using the polarization image capturing apparatus according to the present embodiment. The image display device 100 includes a display device 200 such as an LCD, a display device control unit 202 that controls the display device 200, the polarization image capturing device 10 illustrated in FIG. 1, and a final image If displayed on the display device 200. An image processing apparatus 110 is provided.

この画像表示装置100は種々の用途が可能だが、本実施の形態では、画像表示装置100を、ガラスなどの透過性材料の歪を測定する歪測定装置として用いる場合について説明する。偏光画像撮像装置10の照射部12と受光部14との間に測定対象物であるガラス80を配置し、第1変換部24と第2変換部30における偏光方向変換の切り替えを同期させて行いながら、撮像部34により複数の画像を撮像する。偏光画像撮像装置10により撮像された画像には、画像処理装置110により画像処理が施され、最終画像Iが生成される。ここで施される画像処理としては、たとえばガラス80における歪を漏れなく表示する処理がある。最終画像Iは、表示装置200に表示される。 Although this image display device 100 can be used in various ways, in this embodiment, a case where the image display device 100 is used as a strain measurement device that measures strain of a transparent material such as glass will be described. A glass 80 as a measurement object is disposed between the irradiation unit 12 and the light receiving unit 14 of the polarization image capturing apparatus 10, and the switching of the polarization direction conversion in the first conversion unit 24 and the second conversion unit 30 is performed in synchronization. However, the imaging unit 34 captures a plurality of images. The image captured by the polarization image capturing device 10 is subjected to image processing by the image processing device 110 to generate a final image If . As the image processing performed here, for example, there is processing for displaying distortion in the glass 80 without omission. The final image If is displayed on the display device 200.

偏光画像撮像装置10の照射部12は、ガラス80に対し10種類の異なる偏光方向の照射光56を、所定の周期で順番に切り替えて照射する。この10種類の偏光方向は、(1)水平偏光(0度偏光)、(2)22.5度偏光、(3)45度偏光、(4)67.5度偏光、(5)垂直偏光(90度偏光)、(6)112.5度偏光、(7)135度偏光、(8)157.5度偏光、(9)右回り円偏光および(10)左回り円偏光、である。ここで、たとえば45度偏光とは、光の進行方向に垂直な面において、水平方向から反時計回りに45度回転した直線偏光である。   The irradiation unit 12 of the polarization imaging apparatus 10 irradiates the glass 80 with the irradiation light 56 having ten different polarization directions in a predetermined cycle in order. The ten types of polarization directions are (1) horizontal polarization (0 degree polarization), (2) 22.5 degree polarization, (3) 45 degree polarization, (4) 67.5 degree polarization, and (5) vertical polarization ( 90 degree polarized light), (6) 112.5 degree polarized light, (7) 135 degree polarized light, (8) 157.5 degree polarized light, (9) clockwise circularly polarized light, and (10) counterclockwise circularly polarized light. Here, for example, 45-degree polarized light is linearly polarized light that is rotated 45 degrees counterclockwise from the horizontal direction on a plane perpendicular to the traveling direction of light.

また、偏光画像撮像装置10の受光部14は、ガラス80を透過した透過光58から、照射光56の偏光方向と直交ニコルの関係にある偏光方向の偏光を抽出し、その偏光による画像を撮像する。受光部14における抽出する偏光方向の切り替えおよびその偏光方向の偏光の撮像は、照射部12における照射光56の偏光方向の切り替えと同期して行う。すなわち、たとえば照射部12が水平偏光の照射光56をガラス80に照射しているとき、受光部14は、透過光58から水平偏光と直交ニコルの関係にある垂直偏光を抽出し、その偏光による画像を撮像する。また、たとえば照射部12が偏光方向を切り替えて22.5度偏光をガラス80に照射しているとき、受光部14は、透過光58から22.5度偏光と直交ニコルの関係にある112.5度偏光を抽出し、その偏光による画像を撮像する。このようにして、受光部14により、10種類の偏光方向の偏光による10枚の画像が時分割で撮像される。この10枚の画像は、後続の処理の元となる画像であるため、それぞれの画像を「原画像」とも呼ぶ。   In addition, the light receiving unit 14 of the polarization image capturing apparatus 10 extracts polarized light in a polarization direction having a relationship of orthogonal Nicols with the polarization direction of the irradiation light 56 from the transmitted light 58 transmitted through the glass 80, and captures an image based on the polarization. To do. Switching of the polarization direction to be extracted in the light receiving unit 14 and imaging of polarized light in the polarization direction are performed in synchronization with switching of the polarization direction of the irradiation light 56 in the irradiation unit 12. That is, for example, when the irradiation unit 12 is irradiating the glass 80 with the horizontally polarized irradiation light 56, the light receiving unit 14 extracts the vertically polarized light having the relationship of the horizontal polarized light and the orthogonal Nicols from the transmitted light 58, and depends on the polarization. Take an image. For example, when the irradiation unit 12 switches the polarization direction and irradiates the glass 80 with the 22.5 degree polarized light, the light receiving unit 14 has a relationship of 22.5 degree polarized light and orthogonal Nicols from the transmitted light 58. 5 degree polarized light is extracted, and an image by the polarized light is captured. In this way, ten images of ten different polarization directions are picked up in time division by the light receiving unit 14. Since these ten images are images that are the basis of subsequent processing, the respective images are also referred to as “original images”.

このように、照射部12が照射する照射光56の偏光方向と、受光部14が抽出して撮像する偏光方向とを直交ニコルの関係にしたとき、ガラス80に歪がない場合には、撮像部34で撮像される画像は暗くなる。一方、ガラス80の一部に歪がある場合には、ガラスの光弾性効果により、撮像部34で撮像される画像には明暗の模様が表れる。従って、撮像部34で撮像される画像を観察することによって、ガラス80に歪が存在するか否かを測定することができる。   As described above, when the polarization direction of the irradiation light 56 irradiated by the irradiation unit 12 and the polarization direction extracted by the light receiving unit 14 are in a relationship of orthogonal Nicols, if the glass 80 is not distorted, the image is captured. The image captured by the unit 34 becomes dark. On the other hand, when a part of the glass 80 is distorted, a bright and dark pattern appears in the image captured by the imaging unit 34 due to the photoelastic effect of the glass. Therefore, it is possible to measure whether or not there is distortion in the glass 80 by observing an image captured by the imaging unit 34.

但し、ガラス80の歪の主応力方向が、照射部12の偏光方向に対して45度傾いている場合には、撮像された画像に明暗の模様が表れず、歪を観測することができない。そこで、本実施の形態では、照射光56の偏光方向および受光部14の撮像する偏光方向を可変に構成し、偏光方向の異なる10枚の画像を撮像することにより、歪を観測できない特異的方向が生じないようにしている。   However, when the main stress direction of the distortion of the glass 80 is inclined by 45 degrees with respect to the polarization direction of the irradiating unit 12, a bright and dark pattern does not appear in the captured image, and the distortion cannot be observed. Therefore, in the present embodiment, the polarization direction of the irradiation light 56 and the polarization direction captured by the light receiving unit 14 are variably configured, and by capturing ten images with different polarization directions, a specific direction in which distortion cannot be observed. Is prevented from occurring.

本実施の形態に係る画像表示装置100では、撮像部34により撮像された10枚の原画像に対して処理が施され、最終的に表示装置200に表示される1枚の最終画像Iが生成される。表示装置200に画像を動画として表示するために、10枚の原画像の撮像から最終画像Iの生成までの処理は、動画表示の1フレーム期間Tの間に行われる。 In the image display device 100 according to the present embodiment, processing is performed on the ten original images captured by the imaging unit 34, and one final image If that is finally displayed on the display device 200 is obtained. Generated. In order to display an image as a moving image on the display device 200, processing from capturing of ten original images to generation of the final image If is performed during one frame period Tf of moving image display.

画像処理装置110は、図1で示した偏光画像撮像装置10と、画像を記憶するメモリ130と、メモリ130への画像のリードライトを制御するメモリコントローラ132と、偏光画像撮像装置10の第1位相制御素子20、第2位相制御素子22、第3位相制御素子26、第4位相制御素子28に印加する電圧をそれぞれ独立に制御する印加電圧制御部134と、最終画像Iを生成する画像生成部136と、画像生成部136にて施される処理を規定する関数を保持する関数保持部138と、を備える。 The image processing apparatus 110 includes the polarization image capturing apparatus 10 illustrated in FIG. 1, a memory 130 that stores an image, a memory controller 132 that controls read / write of the image to the memory 130, and a first image of the polarization image capturing apparatus 10. An applied voltage control unit 134 that independently controls voltages applied to the phase control element 20, the second phase control element 22, the third phase control element 26, and the fourth phase control element 28, and an image that generates the final image If. A generation unit 136 and a function holding unit 138 that holds a function that defines processing performed by the image generation unit 136 are provided.

印加電圧制御部134は、第1可変電源36と、第2可変電源38と、第3可変電源40と、第4可変電源42と、電圧指示部140と、テーブル保持部142を備え、第1変換部24および第2変換部30における偏光方向の変換を、それぞれ独立して電気的に可変に制御する。テーブル保持部142は、上記の10種類の原画像を撮像するのに必要な第1印加電圧Vと第2印加電圧Vの10通りの組み合わせと、第3印加電圧Vと第4印加電圧Vの10通りの組み合わせを、予めテーブルとして記憶している。 The applied voltage control unit 134 includes a first variable power source 36, a second variable power source 38, a third variable power source 40, a fourth variable power source 42, a voltage instruction unit 140, and a table holding unit 142. The conversion of the polarization direction in the conversion unit 24 and the second conversion unit 30 is independently and electrically variably controlled. Table holding unit 142, a combination of the first 10 Street applied voltages V 1 and the second applied voltage V 2 required to image the 10 kinds of the original image described above, the third applied voltage V 3 4 applied the combination of 10 kinds of voltage V 4, is stored as a table.

電圧指示部140は、サンプリングクロックSCLKと同期して、テーブル保持部142から各原画像を撮像するごとに第1印加電圧V、第2印加電圧V、第3印加電圧V、第4印加電圧Vを読み出し、それらの電圧を発生するよう第1可変電源36、第2可変電源38、第3可変電源40、第4可変電源42に指示を出す。第1可変電源36、第2可変電源38、第3可変電源40、第4可変電源42は、それぞれ指示された第1印加電圧V、第2印加電圧V、第3印加電圧V、第4印加電圧Vを発生し、第1位相制御素子20、第2位相制御素子22、第3位相制御素子26、第4位相制御素子28に印加する。デジタル値の電圧指示から所望の電圧を発生させる技術は、各種レギュレータ回路または素子として既知である。 The voltage instruction unit 140 synchronizes with the sampling clock SCLK and captures the first applied voltage V 1 , the second applied voltage V 2 , the third applied voltage V 3 , and the fourth each time each original image is captured from the table holding unit 142. reading the applied voltage V 4, the first variable power source 36 to generate their voltage, the second variable power source 38, the third variable power source 40, it instructs the fourth variable power supply 42. The first variable power supply 36, the second variable power supply 38, the third variable power supply 40, and the fourth variable power supply 42 are respectively designated as the first applied voltage V 1 , the second applied voltage V 2 , the third applied voltage V 3 , A fourth applied voltage V 4 is generated and applied to the first phase control element 20, the second phase control element 22, the third phase control element 26, and the fourth phase control element 28. Techniques for generating a desired voltage from a digital voltage indication are known as various regulator circuits or elements.

サンプリングクロックSCLKは、表示装置200の表示周波数DCLKよりも、n倍(nは2以上の整数)以上高い周波数に設定する。本実施の形態に係る偏光画像撮像装置10では、1フレーム期間Tの間に10枚の原画像を撮像するので、サンプリングクロックSCLKを、表示周波数DCLKよりも10倍以上高い周波数とする。 The sampling clock SCLK is set to a frequency n times (n is an integer of 2 or more) higher than the display frequency DCLK of the display device 200. Since the polarization image capturing apparatus 10 according to the present embodiment captures 10 original images during one frame period Tf , the sampling clock SCLK is set to a frequency that is 10 times higher than the display frequency DCLK.

偏光画像撮像装置10の撮像部34は、サンプリングクロックSCLKと同期して、第2偏光子32から出射されてくる光を撮像する。サンプリングクロックSCLKと同期して第2偏光子32から出射されてくる光の偏光方向が変化するので、サンプリングクロックSCLKと同期して10枚の画像を撮像することにより、偏光方向の異なる10種類の原画像が時分割で撮像される。   The imaging unit 34 of the polarization image capturing apparatus 10 images light emitted from the second polarizer 32 in synchronization with the sampling clock SCLK. Since the polarization direction of the light emitted from the second polarizer 32 changes in synchronization with the sampling clock SCLK, 10 types of images having different polarization directions are obtained by capturing 10 images in synchronization with the sampling clock SCLK. An original image is taken in a time division manner.

メモリ130は、偏光画像撮像装置10で撮像された複数の原画像を記憶する原画像保持部144と、後述する画像生成部136により生成された最終画像Iを記憶する最終画像保持部146を有する。最終画像保持部146は、表示装置200に関するフレームメモリとして機能する。 The memory 130 includes an original image holding unit 144 that stores a plurality of original images captured by the polarization image capturing device 10 and a final image holding unit 146 that stores a final image If generated by an image generation unit 136 described later. Have. The final image holding unit 146 functions as a frame memory related to the display device 200.

偏光画像撮像装置10で撮像された原画像は、メモリコントローラ132によりサンプリングクロックSCLKと同期して順次原画像保持部144に記憶される。すなわち、ガラス80に水平偏光を照射したときの画像は原画像Iとして、22.5度偏光を照射したときの画像は原画像Iとして、45度偏光を照射したときの画像は原画像Iとして、67.5度偏光を照射したときの画像は原画像Iとして、垂直偏光を照射したときの画像は原画像Iとして、112.5度偏光を照射したときの画像は原画像Iとして、135度偏光を照射したときの画像は原画像Iとして、157.5度偏光を照射したときの画像は原画像Iとして、右回り円偏光を照射したときの画像は原画像Iとして、左回り円偏光を照射したときの画像は原画像Iとして、それぞれ撮像されるごとに順次、原画像保持部144に記憶される。 The original image captured by the polarization image capturing apparatus 10 is sequentially stored in the original image holding unit 144 in synchronization with the sampling clock SCLK by the memory controller 132. That is, the image when the glass 80 is irradiated with the horizontally polarized light is the original image I 0 , the image when the 22.5 degree polarized light is irradiated is the original image I 1 , and the image when the 45 degree polarized light is irradiated is the original image. As I 2 , an image when irradiated with 67.5 degrees of polarized light is an original image I 3 , an image when irradiated with vertically polarized light is an original image I 4 , and an image when irradiated with 112.5 degrees of polarized light is an original image an image I 5, as the image is the original image I 6 when irradiated with 135 degree polarization, as the image is the original image I 7 when irradiated with 157.5 degree polarization, image when irradiated with right-handed circularly polarized light As the original image I 8 , an image when the counterclockwise circularly polarized light is irradiated is sequentially stored in the original image holding unit 144 as the original image I 9 is captured.

画像生成部136は、処理目的に応じて定まる関数を原画像保持部144に記憶された10枚の原画像I〜Iに作用させて、1枚の最終画像Iを生成する。この関数は、関数保持部138に保持されており、複数の原画像の一次線形和で表される。すなわち、本実施の形態の場合、関数Fは、
F=a+a+a+・・・+a (式1)
で表される。a〜aは、原画像I〜Iを加算する際の係数である。この係数a〜aは、原画像I〜Iを合成したときに、最終画像Iが十分な輝度を有するように設定する。たとえば原画像の1枚ごとの露光時間が十分であれば、係数a〜aは、1/10に設定する。露光時間が不十分な場合は、1/10よりも大きめな値を設定し、必要な輝度が得られるよう調整する。露光時間と係数の関係は、予め実験、シミュレーション、または撮像部34の仕様などから定められる。なお、関数保持部138には、この他にも処理目的に応じた種々の関数が記憶されている。
The image generation unit 136 applies a function determined according to the processing purpose to the ten original images I 0 to I 9 stored in the original image holding unit 144 to generate one final image If . This function is held in the function holding unit 138 and is expressed by a linear linear sum of a plurality of original images. That is, in this embodiment, the function F is
F = a 0 I 0 + a 1 I 1 + a 2 I 2 +... + A 9 I 9 (Formula 1)
It is represented by a 0 to a 9 are coefficients for adding the original images I 0 to I 9 . The coefficients a 0 to a 9 are set so that the final image If has sufficient luminance when the original images I 0 to I 9 are combined. For example, if the exposure time for each original image is sufficient, the coefficients a 0 to a 9 are set to 1/10. If the exposure time is insufficient, a value larger than 1/10 is set and adjustment is performed so as to obtain a necessary luminance. The relationship between the exposure time and the coefficient is determined in advance from experiments, simulations, specifications of the imaging unit 34, or the like. In addition, the function holding unit 138 stores various other functions according to the processing purpose.

いま、処理目的が「ガラス80における全ての応力方向の歪を表す画像の表示」とする。この場合、撮像した10枚の原画像を合成すればよいので、式1において、係数a〜aを均等に1/10とした関数、すなわち、
F=I/10+I/10+I/10+・・・+I/10 (式2)
が予め関数保持部138に記憶されている。画像生成部136は、この関数を利用し、原画像I〜Iを合成する。その結果、ガラス80における全ての応力方向の歪を表す最終画像Iが生成される。
Now, it is assumed that the processing purpose is “displaying an image representing all strains in the stress direction in the glass 80”. In this case, since it is only necessary to synthesize 10 captured original images, in Equation 1, a function in which the coefficients a 0 to a 9 are uniformly 1/10, that is,
F = I 0/10 + I 1/10 + I 2/10 + ··· + I 9/10 ( Equation 2)
Is stored in the function holding unit 138 in advance. The image generation unit 136 uses this function to synthesize the original images I 0 to I 9 . As a result, a final image If representing the strain in all the stress directions in the glass 80 is generated.

画像生成部136により生成された最終画像Iは、フレームメモリとして利用される最終画像保持部146に記憶される。この最終画像Iは、表示装置200の表示周波数DCLKと同期して表示装置制御部202により読み出され、表示装置200に出力される。 The final image I f generated by the image generating unit 136 is stored in the final image holding unit 146 to be used as a frame memory. This final image If is read by the display device control unit 202 in synchronization with the display frequency DCLK of the display device 200 and output to the display device 200.

図4は、画像表示装置100の時分割処理を概念的に示すタイミングチャートである。ここでは、表示装置200の1フレーム期間Tを表す。表示装置200の1フレーム期間Tは、フレームレートを30fpsとすると、約33ミリ秒である。 FIG. 4 is a timing chart conceptually showing the time division processing of the image display apparatus 100. Here, one frame period T f of the display device 200 is represented. The one frame period Tf of the display device 200 is about 33 milliseconds when the frame rate is 30 fps.

1フレーム期間Tにおいて、まず、偏光画像撮像装置10により原画像I〜Iが順次撮像される。撮像された画像は、順次、原画像保持部144に記憶される。πセルの応答時間を2ミリ秒とすると、10枚の原画像I〜Iを撮像するサンプリング期間Tsは、20ミリ秒となる。 In one frame period Tf , first, the original images I 0 to I 9 are sequentially captured by the polarization image capturing device 10. The captured images are sequentially stored in the original image holding unit 144. If the response time of the π cell is 2 milliseconds, the sampling period Ts for capturing 10 original images I 0 to I 9 is 20 milliseconds.

その後、画像生成部136は、判定期間Tにおいて、処理目的に応じてどの関数を選択するか決定する。上記のように、ガラス80における全ての応力方向の歪を表す画像を表示する場合、画像生成部136は式2の関数を読み出して利用する。 Thereafter, the image generation unit 136 determines which function is selected according to the processing purpose in the determination period T j . As described above, when displaying an image representing all strains in the stress direction in the glass 80, the image generation unit 136 reads and uses the function of Expression 2.

つづいて画像生成部136は、画像合成期間Tにおいて、原画像I〜Iの一次線形和を演算して原画像I〜Iを合成し、最終画像Iを生成する。この時点で、ガラス80における全ての応力方向の歪を表す最終画像Iが生成される。 Image generating unit 136 Subsequently, in the image combining period T a, and calculates the first-order linear sum of the original image I 0 ~I 9 synthesizes the original image I 0 ~I 9, to produce the final image I f. At this point, a final image If representing the strain in all stress directions in the glass 80 is generated.

最後に書込期間Tにおいて、メモリコントローラ132により、画像生成部136で生成された最終画像Iが最終画像保持部146に書き込まれる。最終画像保持部146に書き込まれた最終画像Iは、表示装置制御部202により、次の1フレーム期間Tの間、表示装置200に表示される。以降も各フレーム期間Tにおいて時分割処理を行うことにより、表示装置200に動画を表示できる。このように表示装置200に動画を表示できるように構成することにより、たとえばガラス80が大きくて一度に全体を撮像できないような場合に、ガラス80を移動させながら歪を観察できる。 Finally, in the writing period Tw , the memory controller 132 writes the final image If generated by the image generation unit 136 to the final image holding unit 146. The final image I f written to the final image holding unit 146, a display device control unit 202, during the next frame period T f, is displayed on the display device 200. Thereafter, the moving image can be displayed on the display device 200 by performing the time-sharing process in each frame period Tf . By configuring the display device 200 to display a moving image in this manner, for example, when the glass 80 is large and the entire image cannot be captured at once, distortion can be observed while the glass 80 is moved.

画像処理装置110は、その他にも種々の処理目的を達成することが可能である。たとえば、原画像に輝度が極端に高い画像が含まれている場合は、他の画像に撮像された歪の明暗が埋もれてしまう場合がある。このような場合、処理目的が「ガラスの歪を観測し易くする」であれば、画像生成部136は、式1において、画像の平均輝度が最大である原画像の係数を零として用いる。ここで画像の平均輝度とは、画像における全画素の輝度を平均したものとする。そのような原画像を外すことにより、邪魔な光が除去され、ガラスの歪が観測し易くなる。   The image processing apparatus 110 can achieve various other processing purposes. For example, when an image having extremely high luminance is included in the original image, the lightness and darkness of the imaged distortion may be buried in another image. In such a case, if the processing purpose is “to make it easy to observe the distortion of the glass”, the image generation unit 136 uses the coefficient of the original image with the maximum average image brightness as zero in Equation 1. Here, the average luminance of the image is obtained by averaging the luminance of all pixels in the image. By removing such an original image, obstructive light is removed and the distortion of the glass is easily observed.

注意すべきは、この場合、式1の係数が予め固定的に確定しないことである。したがって、画像生成部136は適宜必要な処理を行い、適応的に係数を定めるものとする。そのため、関数保持部138には係数を定めるための演算等の処理をプログラムとして、当該処理目的と対応づけて記録しておく。このプログラムも広義の関数である。以下、適応的に係数を定める場合は同様の処理をする。   It should be noted that in this case, the coefficient of Equation 1 is not fixedly fixed in advance. Therefore, the image generation unit 136 performs necessary processing as appropriate, and adaptively determines the coefficient. For this reason, the function holding unit 138 records a process such as an operation for determining a coefficient as a program in association with the processing purpose. This program is also a broad function. Thereafter, the same processing is performed when the coefficient is adaptively determined.

なお、この場合、画像生成部136は、式1において、画像の平均輝度が所定値以上である原画像の係数を零として用いてもよい。そうすることにより、たとえば極端に輝度が高い原画像が2枚含まれていても、ガラスの歪を観測し易くなる。別の方法として、式1において、所定値以上の輝度の画素が所定数以上含まれている原画像の係数を零としたものを用いてもよい。   In this case, the image generation unit 136 may use the coefficient of the original image in which the average luminance of the image is equal to or greater than a predetermined value in Equation 1 as zero. By doing so, it becomes easy to observe the distortion of the glass even if, for example, two original images with extremely high luminance are included. As another method, in Equation 1, an original image coefficient including zero or more pixels having a luminance of a predetermined value or more may be set to zero.

また、ガラスに照射したときに、たとえばガラスの特性によりある特定の偏光方向の画像が輝度が極端に高くなることが予め分かっていれば、式1においてその偏光方向の原画像の計数を零とした関数を用いる。これにより、邪魔な光が除去され、ガラスの歪が観測し易くなる。   Also, if it is known in advance that the brightness of an image in a specific polarization direction becomes extremely high due to the characteristics of the glass, for example, due to the characteristics of the glass, the count of the original image in that polarization direction is zero in Equation 1. Function is used. This removes disturbing light and makes it easier to observe the distortion of the glass.

上述の画像表示装置100では、画像処理装置110で形成された最終画像Iを表示装置200に表示するために用いたが、最終画像Iは、ユーザにアラームを発出することを目的として最終画像Iを用いてもよい。 In the above-described image display apparatus 100 is used to display the final image I f formed by the image processing apparatus 110 to the display device 200, the final image I f, the final for the purpose of issuing an alarm to the user The image If may be used.

この場合、画像処理装置110は、最終画像Iに輝度が所定値以上である画素が存在するか否かを判定する判定部と、判定部により輝度が所定値以上である画素が存在すると判定された場合に、アラームを発出するアラーム発出部をさらに備える。ガラスに歪が存在した場合、上述したように明暗の模様が画像に表れるので、このように構成することにより、ガラスに歪があるか否かを判定する歪判定装置を構成できる。アラーム発出部は、音または光によりアラームを発出するように構成してもよい。 In this case, the image processing apparatus 110 determines whether or not there is a pixel having a luminance equal to or higher than the predetermined value in the final image If , and the determination unit determines that there is a pixel whose luminance is equal to or higher than the predetermined value. An alarm issuing unit for issuing an alarm when the alarm is issued. When there is distortion in the glass, a bright and dark pattern appears in the image as described above. Therefore, by configuring in this way, it is possible to configure a distortion determination device that determines whether there is distortion in the glass. The alarm issuing unit may be configured to issue an alarm by sound or light.

また、任意に選択した照射部12の偏光方向に対して、受光部14の撮像する偏光方向を変化させて複数の原画像を撮像し、原画像の輝度変化を測定することにより、ガラスの歪を定量的に測定することができる。   In addition, with respect to the arbitrarily selected polarization direction of the irradiating unit 12, the polarization direction captured by the light receiving unit 14 is changed to capture a plurality of original images, and the change in luminance of the original image is measured. Can be measured quantitatively.

図5は、偏光画像撮像装置の別の実施の形態を示す図である。図5に示す偏光画像撮像装置500は、図1に示す偏光画像撮像装置10と同じように、測定対象物としてのガラス580に対して任意の偏光方向の偏光を照射可能な第1照射部502と、ガラス580から出射された光のうち任意の偏光方向の偏光を受光可能な受光部506を備える。さらに、偏光画像撮像装置500は、ガラス580に対して任意の偏光方向の偏光を照射可能な第2照射部504を備える。   FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the polarization image capturing apparatus. The polarization image capturing apparatus 500 illustrated in FIG. 5 is, like the polarization image capturing apparatus 10 illustrated in FIG. 1, a first irradiation unit 502 that can irradiate the glass 580 serving as a measurement target with polarized light having an arbitrary polarization direction. And a light receiving unit 506 capable of receiving polarized light in an arbitrary polarization direction out of the light emitted from the glass 580. Furthermore, the polarization image capturing apparatus 500 includes a second irradiation unit 504 that can irradiate the glass 580 with polarized light in an arbitrary polarization direction.

第1照射部502は、第1光源508と、第1偏光子510と、第1位相制御素子512と、第2位相制御素子514を備える。第2照射部504は、第2光源516と、第2偏光子518と、第3位相制御素子520と、第4位相制御素子522を備える。また、受光部506は、第5位相制御素子524と、第6位相制御素子526と、第3偏光子528と、撮像部530を備える。第1照射部502、第2照射部504の構成は、図1の照射部12の構成と同様であり、受光部506の構成は、図1の受光部14の構成と同様である。   The first irradiation unit 502 includes a first light source 508, a first polarizer 510, a first phase control element 512, and a second phase control element 514. The second irradiation unit 504 includes a second light source 516, a second polarizer 518, a third phase control element 520, and a fourth phase control element 522. The light receiving unit 506 includes a fifth phase control element 524, a sixth phase control element 526, a third polarizer 528, and an imaging unit 530. The configuration of the first irradiation unit 502 and the second irradiation unit 504 is the same as the configuration of the irradiation unit 12 in FIG. 1, and the configuration of the light receiving unit 506 is the same as the configuration of the light receiving unit 14 in FIG.

偏光画像撮像装置500において、第1照射部502は、ガラス580の一方の面580a側に、照射した光がガラス580を透過してガラス580の他方の面580b側に設けられた受光部506に受光されるように設けられる。また、第2照射部504は、受光部506と同じガラス580の面580b側に、照射した光がガラス580で反射して受光部506に受光されるように設けられる。   In the polarization image capturing apparatus 500, the first irradiation unit 502 is applied to the light receiving unit 506 provided on the one surface 580 a side of the glass 580 and the irradiated light is transmitted through the glass 580 and is provided on the other surface 580 b side of the glass 580. It is provided to receive light. The second irradiation unit 504 is provided on the same surface 580 b side of the glass 580 as the light receiving unit 506 so that the irradiated light is reflected by the glass 580 and received by the light receiving unit 506.

このように構成された偏光画像撮像装置500において、第1照射部502と第2照射部504は、所定の偏光方向の偏光をそれぞれ出射する。偏光方向は、所定の周期で切り替える。撮像部530は、第1照射部502と第2照射部504の偏光方向の切り替えと同期して所定の偏光方向の偏光を抽出し、撮像部530にて撮像する。このようにして撮像された複数枚の原画像について、上述したような処理目的に応じた画像処理を施して最終画像Iを生成し、表示装置に表示することにより、ガラス580の歪を観測することができる。 In the polarization imaging apparatus 500 configured as described above, the first irradiation unit 502 and the second irradiation unit 504 each emit polarized light in a predetermined polarization direction. The polarization direction is switched at a predetermined cycle. The imaging unit 530 extracts polarized light in a predetermined polarization direction in synchronization with switching of the polarization directions of the first irradiation unit 502 and the second irradiation unit 504, and the imaging unit 530 captures an image. A plurality of original images captured in this way are subjected to image processing according to the processing purpose as described above to generate a final image If and display it on the display device, thereby observing the distortion of the glass 580. can do.

偏光画像撮像装置500では、偏光を照射する照射部を2つ設け、ガラス580からの透過光と反射光について画像を撮像できるように構成した。これにより、たとえば図1のように透過光を撮像するのみでは観測できない歪についても観測でき、歪観測の精度を向上することができる。このように図1または図5に示す偏光画像撮像装置を用いて、像の光強度情報に加えて偏光情報も用いて解析することにより、より精密な解析を行うことが可能である。   In the polarization image capturing apparatus 500, two irradiation units that irradiate polarized light are provided, and an image of the transmitted light and reflected light from the glass 580 can be captured. Thereby, for example, as shown in FIG. 1, distortion that cannot be observed only by imaging transmitted light can be observed, and the accuracy of distortion observation can be improved. As described above, by using the polarization imaging apparatus shown in FIG. 1 or 5 and analyzing using the polarization information in addition to the light intensity information of the image, it is possible to perform a more precise analysis.

図6は、本実施の形態に係る画像表示装置を車両のナイトビジョンシステムに用いる例について説明するための図である。ナイトビジョンシステムは、夜間における運転者の視界を拡大し、運転視認性を高めるための運転補助装置である。   FIG. 6 is a diagram for explaining an example in which the image display device according to the present embodiment is used in a vehicle night vision system. The night vision system is a driving assistance device for expanding a driver's view at night and improving driving visibility.

ナイトビジョンシステムとして用いる画像表示装置600は、たとえば車両610のダッシュボード上に設置される表示装置602と、車両610のヘッドライトとして設けられる照射部604と、車両610の車両前方のたとえばフロントバンパーやボンネットに設けられる受光部606を備える。照射部604は、図1に示す照射部12と同様の構成であり、受光部606は、図1に示す受光部14と同様の構成である。また、画像表示装置600は、図示していないが、図3で説明した画像処理装置や表示装置制御部を備える。   An image display device 600 used as a night vision system includes, for example, a display device 602 installed on a dashboard of a vehicle 610, an irradiation unit 604 provided as a headlight of the vehicle 610, and a front bumper or a hood in front of the vehicle 610, for example. The light-receiving part 606 provided in is provided. The irradiation unit 604 has the same configuration as the irradiation unit 12 shown in FIG. 1, and the light receiving unit 606 has the same configuration as the light receiving unit 14 shown in FIG. The image display device 600 includes the image processing device and the display device control unit described in FIG.

画像表示装置600において、照射部604からは、所定の偏光方向の偏光が車両610前方に照射される。照射部604から照射され、たとえば道路標識620で反射された光のうち所定の偏光方向の偏光は、受光部606にて受光され、画像が撮像される。受光部606により撮像された画像には、画像処理装置により画像処理が施され、最終画像Iが生成される。生成された最終画像Iは、表示装置602に表示される。 In the image display device 600, the irradiation unit 604 emits polarized light in a predetermined polarization direction to the front of the vehicle 610. Of the light emitted from the irradiation unit 604 and reflected by the road sign 620, for example, polarized light in a predetermined polarization direction is received by the light receiving unit 606, and an image is captured. The image picked up by the light receiving unit 606 is subjected to image processing by an image processing device, and a final image If is generated. The generated final image If is displayed on the display device 602.

画像表示装置600の詳細な動作の一例について説明する。ここで説明する例は、対向車のヘッドライトにより、車両前方の道路標識620が見難い場合に効果的な動作である。   An example of detailed operation of the image display apparatus 600 will be described. The example described here is an effective operation when it is difficult to see the road sign 620 in front of the vehicle due to the headlight of the oncoming vehicle.

画像表示装置600において、照射部604は、図3の照射部12と同じように、10種類の偏光方向の偏光、すなわち、(1)水平偏光(0度偏光)、(2)22.5度偏光、(3)45度偏光、(4)67.5度偏光、(5)垂直偏光(90度偏光)、(6)112.5度偏光、(7)135度偏光、(8)157.5度偏光、(9)右回り円偏光および(10)左回り円偏光を車両前方に照射するよう構成される。   In the image display device 600, the irradiating unit 604 is polarized in 10 types of polarization directions, that is, (1) horizontal polarized light (0 degree polarized light), and (2) 22.5 degrees, like the irradiating unit 12 in FIG. Polarized light, (3) 45 degree polarized light, (4) 67.5 degree polarized light, (5) vertical polarized light (90 degree polarized light), (6) 112.5 degree polarized light, (7) 135 degree polarized light, (8) 157. It is configured to irradiate the front of the vehicle with 5 degree polarized light, (9) clockwise circularly polarized light and (10) counterclockwise circularly polarized light.

まず、時刻tにおいて、水平偏光が車両前方に照射されるよう照射部604に電圧を印加する。車両610の前方に位置する道路標識620からは、水平偏光に直交する偏光方向の偏光、すなわち垂直偏光が反射される。また、同じ時刻tに、垂直偏光を受光できるよう受光部606に電圧を印加し、垂直偏光による画像を撮像する。撮像した画像は、次の時刻tまで表示装置602に表示する。 At time t 1, a voltage is applied to the irradiation unit 604 so that the horizontally polarized light is irradiated toward the front of the vehicle. From the road sign 620 located in front of the vehicle 610, polarized light having a polarization direction orthogonal to horizontal polarized light, that is, vertically polarized light is reflected. Also, at the same time t 1, a voltage is applied to the light receiving portion 606 so that it can receive the vertically polarized light, capturing an image by the vertical polarization. Captured image is displayed on the display device 602 until the next time t 2.

次に、時刻tにおいて、22.5度偏光が照射されるよう照射部604に電圧を印加する。また、時刻tに、道路標識620から反射された112.5度偏光を受光できるよう受光部606に電圧を印加し、112.5度偏光による画像を撮像する。撮像した画像は、次の時刻tまで表示装置602に表示する。同じように、照射する偏光方向と撮像する偏光方向を所定周期で変化させ、それぞれの偏光方向における画像を撮像して表示装置602に表示させる。 Then, at time t 2, 22.5 degree polarization applies a voltage to the irradiation unit 604 so as to be irradiated. Further, the time t 2, the 112.5-degree polarized light reflected from road signs 620 by applying a voltage to the light receiving portion 606 to allow light, capturing an image by 112.5 degrees polarization. Captured image is displayed on the display device 602 until the next time t 3. Similarly, the polarization direction of irradiation and the polarization direction of imaging are changed with a predetermined period, and images in the respective polarization directions are captured and displayed on the display device 602.

このように画像表示装置600を動作させることにより、対向車のヘッドライトからの光の大部分を除去した画像を表示装置602に表示することができるので、画像のS/N比が高くなり、道路標識620の視認性を向上することができる。   By operating the image display device 600 in this manner, an image from which most of the light from the headlight of the oncoming vehicle is removed can be displayed on the display device 602, so that the S / N ratio of the image is increased, The visibility of the road sign 620 can be improved.

上述の画像表示装置600の動作例では、同期して照射部604と受光部606の偏光方向を変化させたが、位相制御素子による偏光方向の偏光や撮像部による撮像が十分高速に行うことができる場合には、照射部604が一つの偏光方向の偏光を照射している間に受光部606によりたとえば上記の10種類の偏光方向の偏光による10枚の画像を撮像し、最も画像の平均輝度が高い画像を抽出して表示装置602に表示するように構成してもよい。この場合、最も画像の平均輝度が高い画像の係数を1とし、それ以外の画像の係数を零とした関数を作用させればよい。   In the operation example of the image display device 600 described above, the polarization directions of the irradiation unit 604 and the light receiving unit 606 are changed in synchronization, but the polarization in the polarization direction by the phase control element and the imaging by the imaging unit can be performed at a sufficiently high speed. If possible, the light receiving unit 606 captures, for example, ten images with the above-described ten types of polarization directions while the irradiation unit 604 is irradiating polarized light of one polarization direction, and the average luminance of the image is the highest. An image having a high value may be extracted and displayed on the display device 602. In this case, a function in which the coefficient of the image with the highest average luminance of the image is set to 1 and the coefficient of the other image is set to zero may be applied.

画像表示装置600の詳細な動作の別の例について説明する。この例では、照射部604が右回り円偏光と左回り円偏光を所定の周期Tで交互に出射するように構成する。そして、受光部606は、右回り円偏光と左回り円偏光とを照射部604とタイミングを合わせ周期T(周期Tのn倍:nは2以上の整数)で交互に受光し、撮像する。 Another example of detailed operation of the image display device 600 will be described. In this example, the irradiation unit 604 is configured to emit alternately right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light with a predetermined period T 1. The light receiving unit 606 alternately receives clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light at the timing T 2 (n times the cycle T 1 , where n is an integer equal to or greater than 2) at the timing of the irradiation unit 604, and performs imaging To do.

照射部604から右回り円偏光が出射され、再帰反射の処理が施されていない道路標識620により反射されて受光部606に受光された場合、受光された光は、円偏光の方向が反転して、左回り円偏光となる。左回り円偏光が出射され、道路標識620により1回だけ反射された場合は、受光部606に受光される光は、右回り円偏光となる。また、道路標識620に再帰反射の処理が施されている場合、受光される円偏光の方向は変化せず、右回り円偏光は右回り円偏光として、左回り円偏光は左回り円偏光として受光される。   When clockwise circularly polarized light is emitted from the irradiating unit 604 and reflected by the road sign 620 that has not been subjected to retroreflection processing and received by the light receiving unit 606, the direction of the circularly polarized light is reversed. Thus, it becomes counterclockwise circularly polarized light. When counterclockwise circularly polarized light is emitted and reflected only once by the road sign 620, the light received by the light receiving unit 606 becomes clockwise circularly polarized light. When the road sign 620 is subjected to retroreflection, the direction of the received circularly polarized light does not change, right-handed circularly polarized light is right-handed circularly polarized light, and left-handed circularly polarized light is left-handed circularly polarized light. Received light.

従って、たとえば、右回り円偏光を受光している周期Tの間に、左回り円偏光を照射したときに道路標識620が表示装置602に表示され、右回り円偏光を照射したときに表示されない場合は、道路標識620に再帰反射の処理が施されていないと判定することができる。また、右回り円偏光を受光している周期Tの間に、左回り円偏光を照射したときに道路標識620が表示されず、右回り円偏光を照射したときに表示される場合は、道路標識620に再帰反射の処理が施されていると判定することができる。 Thus, for example, during the period T 2, which received the right-handed circularly polarized light, road sign 620 is displayed on the display device 602 when irradiated with left-handed circularly polarized light, appear when irradiated with right-handed circularly polarized light If not, it can be determined that the road sign 620 has not been subjected to retroreflection processing. Between the period T 2, which received the right-handed circularly polarized light, if the road sign 620 when irradiated with left-handed circularly polarized light is not displayed, is displayed when irradiated with right-handed circularly polarized light, It can be determined that the road sign 620 has undergone retroreflection processing.

このように、右回り円偏光と左回り円偏光とを交互に照射し、撮像した画像を解析することによって、道路標識620に再帰反射の処理が施されているか否かを判定することができる。再帰反射の処理は、主に道路標識や路肩の表示など、運転上特に注意すべき場所に施されている場合が多いので、本動作例のように再帰反射の判定を行い、たとえば再帰反射の部分を赤く表示するなどすることにより、運転者に注意すべき箇所を効果的に認識させることができる。   In this way, it is possible to determine whether or not the road sign 620 has been subjected to retroreflection processing by alternately irradiating clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light and analyzing the captured image. . In many cases, the retroreflective processing is performed mainly in places where special attention should be given to driving, such as road signs and shoulder displays.Therefore, the retroreflective process is performed as in this operation example. By displaying the portion in red, it is possible to effectively recognize the portion to be noted by the driver.

図7は、偏光画像撮像装置のさらに別の実施の形態を示す図である。図7に示すように、偏光画像撮像装置700は、測定対象物としてのガラス780に対して水平偏光または垂直偏光を照射可能な照射部712と、ガラス780を透過した光のうち水平偏光または垂直偏光を受光可能な受光部714を備える。   FIG. 7 is a diagram showing still another embodiment of the polarization image capturing apparatus. As illustrated in FIG. 7, the polarization image capturing apparatus 700 includes an irradiation unit 712 that can irradiate glass 780 serving as a measurement target with horizontal or vertical polarization, and horizontal polarization or vertical light out of the light transmitted through the glass 780. A light receiving unit 714 capable of receiving polarized light is provided.

照射部712は、光源716と、第1偏光子718と、第1TNセル724(Twisted Nematic cell)を備える。照射部712において、少なくとも第1偏光子718と第1TNセル724は、構造的に静的に構成される。すなわち、第1偏光子718と第1TNセル724は、それぞれ、または少なくとも相対的には、構造上固定的に設けられる。   The irradiation unit 712 includes a light source 716, a first polarizer 718, and a first TN cell 724 (Twisted Nematic cell). In the irradiation unit 712, at least the first polarizer 718 and the first TN cell 724 are structurally statically configured. That is, the first polarizer 718 and the first TN cell 724 are each or at least relatively fixed in structure.

光源716は、第1偏光子718に向けて出射光750を出射する。光源716としては、無偏光の光を出力する電球、蛍光灯などの自然光源や、ランダム偏光を出力するレーザなどを用いることができる。   The light source 716 emits outgoing light 750 toward the first polarizer 718. As the light source 716, a natural light source such as a light bulb or a fluorescent lamp that outputs non-polarized light, a laser that outputs random polarized light, or the like can be used.

第1偏光子718は、光源716からの出射光750を入射して、偏光軸718a方向の直線偏光のみを透過し、第1TNセル724に出射光752を出射する。第1偏光子718は、その偏光軸718aが水平方向となるように設けられる。従って、光源716からの出射光750のうち、水平方向の偏光が抽出されて第1TNセル724に出射される。ここで、本実施の形態では、直交座標系のx軸方向を水平方向とし、y軸方向を垂直方向とする。なお、光源716として特定の直線偏光成分が強いものを用いれば、第1偏光子718を省略した構成も可能である。特定の直線偏光成分が強い光源としては、端面発光のレーザダイオード素子を例示できる。   The first polarizer 718 receives the emitted light 750 from the light source 716, transmits only linearly polarized light in the direction of the polarization axis 718 a, and emits the emitted light 752 to the first TN cell 724. The first polarizer 718 is provided such that the polarization axis 718a is in the horizontal direction. Accordingly, horizontal polarized light is extracted from the light 750 emitted from the light source 716 and emitted to the first TN cell 724. Here, in this embodiment, the x-axis direction of the orthogonal coordinate system is the horizontal direction, and the y-axis direction is the vertical direction. Note that if the light source 716 has a strong specific linearly polarized light component, a configuration in which the first polarizer 718 is omitted is also possible. As a light source having a specific linearly polarized light component, an edge-emitting laser diode element can be exemplified.

第1TNセル724は、第1偏光子718から出射された出射光752の偏光方向を変換して、測定対象物であるガラス780に照射光754を照射する。第1TNセル724には、第1TNセル724への印加電圧を制御する第1可変電源738が設けられる。   The first TN cell 724 converts the polarization direction of the emitted light 752 emitted from the first polarizer 718, and irradiates the glass 780, which is a measurement object, with the irradiation light 754. The first TN cell 724 is provided with a first variable power source 738 that controls the voltage applied to the first TN cell 724.

第1TNセル724は、入射光を旋光して偏光面を回転させる旋光素子の一例である。第1TNセル724は、入射側が垂直配向、出射側が水平配向となるように構成される。第1TNセル724は、電圧を印加しないとき、出射光752の偏光方向を90度変換する。また、電圧を印加したときは、偏光方向を変換しない。このように、第1TNセル724に印加する電圧を制御することにより、照射光754の偏光方向を可変に変換できる。   The first TN cell 724 is an example of an optical rotator that rotates incident light by rotating incident light. The first TN cell 724 is configured such that the incident side is vertically aligned and the output side is horizontally aligned. The first TN cell 724 converts the polarization direction of the outgoing light 752 by 90 degrees when no voltage is applied. Also, when a voltage is applied, the polarization direction is not converted. Thus, by controlling the voltage applied to the first TN cell 724, the polarization direction of the irradiation light 754 can be variably converted.

受光部714は、第2TNセル730と、第2偏光子732と、撮像部734を備える。受光部714において、少なくとも第2TNセル730と第2偏光子732は、構造的に静的に構成される。すなわち、第2TNセル730と第2偏光子732は、それぞれ、または少なくとも相対的には、構造上固定的に設けられる   The light receiving unit 714 includes a second TN cell 730, a second polarizer 732, and an imaging unit 734. In the light receiving unit 714, at least the second TN cell 730 and the second polarizer 732 are structurally statically configured. That is, the second TN cell 730 and the second polarizer 732 are each or at least relatively fixed in structure.

第2TNセル730は、ガラス780からの透過光756の偏光方向を変換する。第2TNセル730には、第2TNセル730への印加電圧を制御する第2可変電源740が設けられる。   Second TN cell 730 converts the polarization direction of transmitted light 756 from glass 780. The second TN cell 730 is provided with a second variable power source 740 that controls the voltage applied to the second TN cell 730.

第2TNセル730は、入射光を旋光して偏光面を回転させる旋光素子の一例である。第2TNセル730は、入射側が垂直配向、出射側が水平配向となるように構成される。第2TNセル730は、電圧を印加しないとき、偏光方向を90度変換する。また、電圧を印加したときは、偏光方向を変換しない。このように、第2TNセル730に印加する電圧を制御することにより、透過光756の偏光方向を可変に変換できる。   The second TN cell 730 is an example of an optical rotator that rotates incident light by rotating incident light. The second TN cell 730 is configured such that the incident side is vertically aligned and the output side is horizontally aligned. The second TN cell 730 converts the polarization direction by 90 degrees when no voltage is applied. Also, when a voltage is applied, the polarization direction is not converted. Thus, by controlling the voltage applied to the second TN cell 730, the polarization direction of the transmitted light 756 can be variably converted.

第2偏光子732は、偏光軸732aが水平方向となるように配置される。これにより、第2TNセル730から出射された出射光758のうち、水平偏光のみが第2偏光子732を透過し、撮像部734に受光される。   The second polarizer 732 is disposed such that the polarization axis 732a is in the horizontal direction. Thereby, only the horizontally polarized light out of the emitted light 758 emitted from the second TN cell 730 passes through the second polarizer 732 and is received by the imaging unit 734.

撮像部734は、マトリックス状に配置された複数の受光素子770を有する。撮像部734としては、CCDイメージセンサや、CMOSイメージセンサなどを用いることができる。第2偏光子732からの出射光760を複数の受光素子770が受光することにより、ガラス780からの透過光756のうち、水平偏光または垂直偏光による画像を撮像できる。   The imaging unit 734 includes a plurality of light receiving elements 770 arranged in a matrix. As the imaging unit 734, a CCD image sensor, a CMOS image sensor, or the like can be used. The plurality of light receiving elements 770 receive the emitted light 760 from the second polarizer 732, so that an image by horizontal polarization or vertical polarization of the transmitted light 756 from the glass 780 can be captured.

上記のように構成された偏光画像撮像装置700の動作について、ガラス780の歪を観測する場合を例にとって説明する。光源716は、無偏光の出射光750を出射し続ける。   The operation of the polarization imaging apparatus 700 configured as described above will be described by taking as an example the case of observing the distortion of the glass 780. The light source 716 continues to emit non-polarized outgoing light 750.

時刻tにおいて、第1可変電源738の印加電圧をオフとすると、TNセル724は、第1偏光子718を透過した水平偏光である出射光752を垂直偏光である照射光754に変換する。照射光754は、ガラス780を透過し、透過光756として第2TNセル730に入射する。 When the voltage applied to the first variable power supply 738 is turned off at time t 1 , the TN cell 724 converts the emitted light 752 that is horizontally polarized light that has passed through the first polarizer 718 into irradiation light 754 that is vertically polarized light. The irradiation light 754 passes through the glass 780 and enters the second TN cell 730 as transmitted light 756.

ここで、ガラス780に歪が存在しない場合、ガラス780によって偏光方向は変換されないので、透過光756も垂直偏光となる。時刻tにおいて、第2TNセル730の印加電圧をオンとすると、透過光756は、偏光方向が変換されずに第2TNセル730を透過し、第2偏光子732に入射する。第2偏光子732は水平偏光のみを透過するので、垂直偏光である出射光758は第2偏光子732を透過できず、撮像部734では暗い画像が撮像される。一方、ガラス780の一部に歪が存在する場合、歪がある部分を透過した光は偏光方向が変換されるので、透過光756に水平偏光の偏光成分が存在するようになる。この場合、歪が存在する部分については、水平偏光が第2偏光子732を透過できるので、撮像部734により撮像される画像に明暗の模様が形成される。 Here, when there is no distortion in the glass 780, the polarization direction is not converted by the glass 780, so that the transmitted light 756 is also vertically polarized. When the voltage applied to the second TN cell 730 is turned on at time t 1 , the transmitted light 756 is transmitted through the second TN cell 730 without changing the polarization direction and is incident on the second polarizer 732. Since the second polarizer 732 transmits only horizontal polarized light, the outgoing light 758 that is vertically polarized light cannot pass through the second polarizer 732, and a dark image is captured by the imaging unit 734. On the other hand, in the case where strain exists in a part of the glass 780, the polarization direction of the light transmitted through the strained portion is changed, so that the transmitted light 756 has a horizontally polarized polarization component. In this case, since the horizontally polarized light can pass through the second polarizer 732 in the portion where the distortion exists, a bright and dark pattern is formed in the image picked up by the image pickup unit 734.

次に、時刻tにおいて、第1TNセル724の印加電圧をオンとすると、第1TNセル724は、出射光752の偏光方向を変換せずに、水平偏光である照射光754をガラス780に照射する。ガラス780に歪が存在しない場合、水平偏光である透過光756が第2TNセル730に入射される。時刻tにおいて第2TNセル730の印加電圧をオフとすると、透過光756は第2偏光子732により垂直偏光に変換されるので、第2偏光子732を透過できず、撮像部734では暗い画像が撮像される。一方、ガラス780の一部に歪が存在する場合、歪がある部分を透過する光は偏光方向が変換されるので、透過光756に垂直偏光の偏光成分が存在するようになる。この場合、歪が存在する部分については、垂直偏光が水平偏光に変換されるので、第2偏光子732を光が透過でき、撮像部734により撮像される画像に明暗の模様が形成される。 Next, when the voltage applied to the first TN cell 724 is turned on at time t 2 , the first TN cell 724 irradiates the glass 780 with irradiation light 754 that is horizontally polarized light without changing the polarization direction of the emitted light 752. To do. When the glass 780 is not distorted, the transmitted light 756 that is horizontally polarized light is incident on the second TN cell 730. When the voltage applied to the second TN cell 730 is turned off at time t 2 , the transmitted light 756 is converted into vertical polarization by the second polarizer 732, and therefore cannot be transmitted through the second polarizer 732, and the imaging unit 734 has a dark image. Is imaged. On the other hand, when a part of the glass 780 is distorted, the polarization direction of the light transmitted through the distorted part is changed, so that the transmitted light 756 has a vertically polarized polarization component. In this case, since the vertically polarized light is converted into the horizontally polarized light in the portion where the distortion exists, light can be transmitted through the second polarizer 732, and a light and dark pattern is formed in the image captured by the image capturing unit 734.

このように、第1可変電源738と第2可変電源740のオンオフを繰り返し、オンオフの切り替えと同期して画像を撮像すると、ガラス780の歪を観測することができる。ガラス780に照射する光の偏光方向が一方向のみである場合、歪の応力方向によっては歪を検出できない場合もあるが、偏光画像撮像装置700を用いることにより、直交する2つの偏光方向の光を照射できるので、歪観測の精度を向上することができる。TNセルの応答速度は通常10ミリ秒程度であり、表示装置の表示周波数よりも速い周波数で動作させることができるので、動画像を生成することができる。   As described above, when the first variable power supply 738 and the second variable power supply 740 are repeatedly turned on and off, and an image is captured in synchronization with the on / off switching, the distortion of the glass 780 can be observed. When the polarization direction of the light applied to the glass 780 is only one direction, the strain may not be detected depending on the strain direction of the strain. However, by using the polarization imaging device 700, the light in two orthogonal polarization directions can be detected. Therefore, the accuracy of strain observation can be improved. Since the response speed of the TN cell is usually about 10 milliseconds and can be operated at a frequency faster than the display frequency of the display device, a moving image can be generated.

偏光画像撮像装置700は、照射部712における第1偏光子718と第1TNセル724、および受光部714における第2TNセル730と第2偏光子732を構造的に静的に構成できるので、偏光子を回転させる等の機構が必要なくなる。また、1つのTNセルだけで偏光方向を変換する変換部を構成している。従って、装置を小型かつ安価に構成でき、さらに、装置の耐用年数も向上できる。装置の製造容易性、製造コスト低減、画像の解像度の確保については、図1の場合と同様である。   Since the polarization imaging apparatus 700 can structurally statically configure the first polarizer 718 and the first TN cell 724 in the irradiation unit 712 and the second TN cell 730 and the second polarizer 732 in the light receiving unit 714, the polarizer A mechanism such as rotating is not necessary. Moreover, the conversion part which converts a polarization direction is comprised only with one TN cell. Therefore, the apparatus can be made small and inexpensive, and the service life of the apparatus can be improved. The ease of manufacturing the device, the reduction in manufacturing cost, and ensuring the image resolution are the same as in the case of FIG.

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there.

図1の偏光画像撮像装置では、位相制御素子としてπセルを例示したが、位相制御素子はπセルに限定されるものではなく、PLZT結晶(チタン酸ジルコン酸ランタン鉛)や、LiNbO結晶などであってもよい。 In the polarization imaging apparatus of FIG. 1, the π cell is exemplified as the phase control element, but the phase control element is not limited to the π cell, such as PLZT crystal (lead lanthanum zirconate titanate titanate), LiNbO 3 crystal, and the like. It may be.

図1の偏光画像撮像装置では、照射部12の第1変換部24、受光部14の第2変換部30にそれぞれ2つの位相制御素子を設けたが、位相制御素子1つで変換部を構成してもよい。この場合、任意の偏光方向の光を照射したり、任意の偏光方向の光を撮像することはできないものの、たとえば水平偏光と垂直偏光を照射または撮像することは可能である。   In the polarization imaging apparatus of FIG. 1, two phase control elements are provided in each of the first conversion unit 24 of the irradiation unit 12 and the second conversion unit 30 of the light receiving unit 14, but the conversion unit is configured by one phase control element. May be. In this case, although it is impossible to irradiate light with an arbitrary polarization direction or to image light with an arbitrary polarization direction, it is possible to irradiate or image, for example, horizontally polarized light and vertically polarized light.

図1では、第1偏光子18、第1位相制御素子20、第2位相制御素子22がそれぞれ離間した状態の照射部12と、第3位相制御素子26、第4位相制御素子28、第2偏光子32、撮像部34がそれぞれ離間した受光部14を示したが、それぞれが接触した状態に構成することももちろん可能であり、装置の小型化に寄与できる。この点に関しては、図7に示す偏光画像撮像装置700も同様である。   In FIG. 1, the irradiation unit 12 in a state where the first polarizer 18, the first phase control element 20, and the second phase control element 22 are separated from each other, the third phase control element 26, the fourth phase control element 28, and the second phase control element 22. Although the light receiving unit 14 is shown in which the polarizer 32 and the imaging unit 34 are separated from each other, it is of course possible to configure the light receiving unit 14 to be in contact with each other, which can contribute to the downsizing of the apparatus. This also applies to the polarization image capturing apparatus 700 shown in FIG.

図3の画像表示装置では、メモリを原画像保持部144と最終画像保持部146の一体型のメモリとして描いたが、もちろん別体としてもよい。その場合、それぞれの処理に適したメモリを選択でき、処理速度やコストを最適化しやすい。   In the image display apparatus of FIG. 3, the memory is depicted as an integrated memory of the original image holding unit 144 and the final image holding unit 146, but of course may be separate. In that case, a memory suitable for each process can be selected, and the processing speed and cost can be easily optimized.

本実施の形態に係る偏光画像撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the polarization | polarized-light imaging device which concerns on this Embodiment. 第1変換部、第2変換部による偏光方向の変換を説明するためのポアンカレ球を示す図である。It is a figure which shows the Poincare sphere for demonstrating conversion of the polarization direction by a 1st conversion part and a 2nd conversion part. 本実施の形態に係る偏光画像撮像装置を用いた画像表示装置を示す図である。It is a figure which shows the image display apparatus using the polarization | polarized-light imaging device which concerns on this Embodiment. 画像表示装置の時分割処理を概念的に示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows notionally the time division processing of an image display device. 偏光画像撮像装置の別の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of a polarized image imaging device. 本実施の形態に係る画像表示装置を車両のナイトビジョンシステムに用いる例について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example which uses the image display apparatus which concerns on this Embodiment for the night vision system of a vehicle. 偏光画像撮像装置のさらに別の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of a polarization | polarized-light imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

10 偏光画像撮像装置、 16 光源、 18 第1偏光子、 20 第1位相制御素子、 22 第2位相制御素子、 24 第1変換部、 26 第3位相制御素子、 28 第4位相制御素子、 30 第2変換部、 32 第2偏光子、 34 撮像部、 110 画像処理装置、 136 画像生成部、 200 表示装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Polarization image pick-up device, 16 Light source, 18 1st polarizer, 20 1st phase control element, 22 2nd phase control element, 24 1st conversion part, 26 3rd phase control element, 28 4th phase control element, 30 2nd conversion part, 32 2nd polarizer, 34 Imaging part, 110 Image processing apparatus, 136 Image generation part, 200 Display apparatus.

Claims (15)

光を出射する光源と、
構造上静的に構成され、前記光源からの出射光を入射する第1偏光子と、
構造上静的に構成され、前記第1偏光子からの出射光の偏光方向を変換して対象物に照射する第1変換部と、
構造上静的に構成され、前記対象物からの出射光の偏光方向を変換する第2変換部と、
構造上静的に構成され、前記第2変換部からの出射光を入射する第2偏光子と、
前記第2偏光子からの出射光による画像を撮像する撮像部と、
前記第1変換部および前記第2変換部における偏光方向の変換を、それぞれ独立して電気的に可変に制御する制御部と、
を備えることを特徴とする偏光画像撮像装置。
A light source that emits light;
A first polarizer that is statically configured and that receives light emitted from the light source;
A first converter configured statically in structure and converting the polarization direction of the outgoing light from the first polarizer to irradiate the object;
A second converter configured statically in structure and converting a polarization direction of light emitted from the object;
A second polarizer that is configured statically in structure and receives light emitted from the second converter;
An imaging unit that captures an image of light emitted from the second polarizer;
A control unit that electrically and variably controls the conversion of the polarization direction in the first conversion unit and the second conversion unit;
A polarization image capturing apparatus comprising:
前記第1変換部および/または前記第2変換部は、電気的な制御により、自身への入射光の互いに直交する偏光成分の位相差を変化させる位相制御素子を備えることを特徴とする請求項1に記載の偏光画像撮像装置。   The first conversion unit and / or the second conversion unit includes a phase control element that changes a phase difference of polarization components orthogonal to each other of incident light on the first conversion unit and / or the second conversion unit. The polarized image capturing apparatus according to 1. 前記第1変換部および/または前記第2変換部は、自身への入射光を受ける第1位相制御素子と、前記第1位相制御素子からの出射光を受ける第2位相制御素子と、を備え、前記第1位相制御素子の主軸と前記第2位相制御素子の主軸とは、45度ずらされて配置されることを特徴とする請求項2に記載の偏光画像撮像装置。   The first conversion unit and / or the second conversion unit includes a first phase control element that receives light incident on itself and a second phase control element that receives light emitted from the first phase control element. The polarization image capturing apparatus according to claim 2, wherein the main axis of the first phase control element and the main axis of the second phase control element are arranged to be shifted by 45 degrees. 前記第1変換部および/または前記第2変換部は、電気的な制御により、自身への入射光を旋光して偏光面を回転させる旋光素子を備えることを特徴とする請求項1に記載の偏光画像撮像装置。   The said 1st conversion part and / or the said 2nd conversion part are equipped with the optical rotator which rotates the polarization plane by rotating the incident light to self by electrical control. Polarized imaging device. 前記撮像部は、前記第1変換部および/または前記第2変換部における偏光方向変換の切り替えと同期して、前記第2偏光子からの出射光による画像を撮像することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の偏光画像撮像装置。   The imaging unit captures an image of light emitted from the second polarizer in synchronization with switching of polarization direction conversion in the first conversion unit and / or the second conversion unit. The polarized image capturing apparatus according to any one of 1 to 4. 前記制御部は、前記第1変換部と前記第2変換部の偏光方向変換の切り替えを同期させて行うことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の偏光画像撮像装置。   The polarization image capturing apparatus according to claim 1, wherein the control unit synchronizes switching of polarization direction conversion between the first conversion unit and the second conversion unit. 請求項1から6のいずれかに記載の偏光画像撮像装置と、
前記偏光画像撮像装置により撮像された複数の画像をそれぞれ後段の処理のための原画像として記憶する原画像保持部と、
処理目的に応じて定まる関数を前記複数の原画像に作用させて最終画像を生成する画像生成部と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
The polarization image capturing apparatus according to any one of claims 1 to 6,
An original image holding unit that stores a plurality of images captured by the polarization image capturing device as original images for subsequent processing;
An image generation unit that generates a final image by causing a function determined according to a processing purpose to act on the plurality of original images;
An image processing apparatus comprising:
前記画像生成部は、表示装置に表示することを目的として前記最終画像を生成することを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 7, wherein the image generation unit generates the final image for the purpose of displaying on a display device. 前記撮像部は、前記表示装置の表示周波数よりもn倍(nは2以上の整数)以上高い周波数のサンプリングクロックを用いて、表示周期ごとに前記複数の原画像の撮像と記憶を時分割でn回行い、
前記画像生成部は、記憶されたn枚の原画像から1枚の最終画像を生成することを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。
The imaging unit uses a sampling clock having a frequency n times (n is an integer of 2 or more) higher than the display frequency of the display device, and captures and stores the plurality of original images for each display cycle in a time-sharing manner. n times,
The image processing apparatus according to claim 8, wherein the image generation unit generates one final image from the stored n original images.
前記画像生成部は、前記関数として前記複数の原画像の一次線形和で表されるものを用いることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 7, wherein the image generation unit uses a function represented by a linear linear sum of the plurality of original images as the function. 前記画像生成部は、前記一次線形和のうちいずれかの原画像の係数を零とした関数を用いることを特徴とする請求項10に記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 10, wherein the image generation unit uses a function in which a coefficient of any original image is zero among the linear linear sums. 前記画像生成部は、所定の偏光方向の原画像の係数を零とした関数を用いることを特徴とする請求項11に記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 11, wherein the image generation unit uses a function in which a coefficient of an original image in a predetermined polarization direction is zero. 前記画像生成部は、少なくとも一部の画素の輝度が所定値以上である原画像の係数を零とした関数を用いることを特徴とする請求項11または12に記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 11, wherein the image generation unit uses a function in which a coefficient of an original image in which the luminance of at least some of the pixels is equal to or higher than a predetermined value is set to zero. 前記画像生成部は、アラームを発出することを目的として前記最終画像を生成することを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 7, wherein the image generation unit generates the final image for the purpose of issuing an alarm. 前記最終画像に輝度が所定値以上である画素が存在するか否かを判定する判定部と、前記判定部により輝度が所定値以上である画素が存在すると判定された場合に、アラームを発出するアラーム発出部と、をさらに備えることを特徴とする請求項14に記載の画像処理装置。   A determination unit that determines whether or not there is a pixel having a luminance greater than or equal to a predetermined value in the final image, and an alarm is issued when the determination unit determines that there is a pixel that has a luminance greater than or equal to the predetermined value The image processing apparatus according to claim 14, further comprising an alarm issuing unit.
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