JP2010121935A - Polarized image picking-up device and image processing device - Google Patents
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Abstract
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
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。
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
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
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
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
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
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
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V1(以下、第1印加電圧V1)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V2(以下、第2印加電圧V2)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
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
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V1、第2印加電圧V2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
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
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
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
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V3(以下、第3印加電圧V3)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V4(以下、第4印加電圧V4)を変化させる第4可変電源42が設けられる。
The third
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
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V3、第4印加電圧V4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V3、第4印加電圧V4を制御する。偏光方向の変換は図2で詳述する。
By arranging the third
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
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
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
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
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
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
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V1、第2印加電圧V2の組み合わせ、第3印加電圧V3、第4印加電圧V4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
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Tf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
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
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
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If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
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If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Ifは、表示装置200に表示される。
Although this
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
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
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
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
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If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Ifの生成までの処理は、動画表示の1フレーム期間Tfの間に行われる。
In the
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If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
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V1と第2印加電圧V2の10通りの組み合わせと、第3印加電圧V3と第4印加電圧V4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
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V1、第2印加電圧V2、第3印加電圧V3、第4印加電圧V4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V1、第2印加電圧V2、第3印加電圧V3、第4印加電圧V4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
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Tf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
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
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If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
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I0として、22.5度偏光を照射したときの画像は原画像I1として、45度偏光を照射したときの画像は原画像I2として、67.5度偏光を照射したときの画像は原画像I3として、垂直偏光を照射したときの画像は原画像I4として、112.5度偏光を照射したときの画像は原画像I5として、135度偏光を照射したときの画像は原画像I6として、157.5度偏光を照射したときの画像は原画像I7として、右回り円偏光を照射したときの画像は原画像I8として、左回り円偏光を照射したときの画像は原画像I9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
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I0〜I9に作用させて、1枚の最終画像If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=a0I0+a1I1+a2I2+・・・+a9I9 (式1)
で表される。a0〜a9は、原画像I0〜I9を加算する際の係数である。この係数a0〜a9は、原画像I0〜I9を合成したときに、最終画像If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a0〜a9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
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
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a0〜a9を均等に1/10とした関数、すなわち、
F=I0/10+I1/10+I2/10+・・・+I9/10 (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I0〜I9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If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
F = I 0/10 + I 1/10 + I 2/10 + ··· + I 9/10 ( Equation 2)
Is stored in the
画像生成部136により生成された最終画像If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If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
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Tfを表す。表示装置200の1フレーム期間Tf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
1フレーム期間Tfにおいて、まず、偏光画像撮像装置10により原画像I0〜I9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I0〜I9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
その後、画像生成部136は、判定期間Tj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
つづいて画像生成部136は、画像合成期間Taにおいて、原画像I0〜I9の一次線形和を演算して原画像I0〜I9を合成し、最終画像If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Ifが生成される。
最後に書込期間Tw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If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Ifは、表示装置制御部202により、次の1フレーム期間Tfの間、表示装置200に表示される。以降も各フレーム期間Tf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
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
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
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
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Ifを表示装置200に表示するために用いたが、最終画像If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Ifを用いてもよい。
In the above-described
この場合、画像処理装置110は、最終画像If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
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
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
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
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If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
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
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
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Ifが生成される。生成された最終画像Ifは、表示装置602に表示される。
In the
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
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
まず、時刻t1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t1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t2まで表示装置602に表示する。
At time t 1, a voltage is applied to the
次に、時刻t2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t2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t3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
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
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
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T1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T2(周期T1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
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
従って、たとえば、右回り円偏光を受光している周期T2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T2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,
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
時刻t1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
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t1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
次に、時刻t2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t2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
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
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
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、LiNbO3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
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
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
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
Claims (15)
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、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.
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Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013015500A (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-24 | Hamamatsu Photonics Kk | Circular dichroism imaging device |
JP2013015499A (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-24 | Hamamatsu Photonics Kk | Circular dichroism imaging device |
CN103345099A (en) * | 2013-07-24 | 2013-10-09 | 南京理工大学 | Imaging method based on polarized light extinction |
JP2016156762A (en) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | コニカミノルタ株式会社 | Deformation sensor and method for measuring amount of deformation |
JP2017228910A (en) * | 2016-06-22 | 2017-12-28 | キヤノン株式会社 | Image processing apparatus, imaging device, image processing program, and image processing method |
JP2018021805A (en) * | 2016-08-03 | 2018-02-08 | キヤノン株式会社 | Lighting apparatus |
WO2019044527A1 (en) * | 2017-08-30 | 2019-03-07 | ソニー株式会社 | Observation device, observation method, and program |
JP2019120501A (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-22 | 日本ビジュアルサイエンス株式会社 | Picture-taking system, image processing device, and image processing method |
US10386649B2 (en) | 2015-02-09 | 2019-08-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical apparatus and image pickup apparatus |
CN111316089A (en) * | 2018-10-19 | 2020-06-19 | 合刃科技(深圳)有限公司 | Detection device, method and system for micro-fluidic chip pipeline |
US10712636B2 (en) | 2015-06-22 | 2020-07-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Polarization acquisition apparatus, image capturing apparatus and image capturing system |
WO2020162458A1 (en) * | 2019-02-05 | 2020-08-13 | 株式会社デンソー | Polarization state control device and computer-readable recording medium |
JP2021500573A (en) * | 2017-10-27 | 2021-01-07 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Optical sensor system |
-
2007
- 2007-11-05 JP JP2007287726A patent/JP2010121935A/en active Pending
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013015499A (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-24 | Hamamatsu Photonics Kk | Circular dichroism imaging device |
JP2013015500A (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-24 | Hamamatsu Photonics Kk | Circular dichroism imaging device |
CN103345099A (en) * | 2013-07-24 | 2013-10-09 | 南京理工大学 | Imaging method based on polarized light extinction |
US10386649B2 (en) | 2015-02-09 | 2019-08-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical apparatus and image pickup apparatus |
JP2016156762A (en) * | 2015-02-26 | 2016-09-01 | コニカミノルタ株式会社 | Deformation sensor and method for measuring amount of deformation |
CN105928465A (en) * | 2015-02-26 | 2016-09-07 | 柯尼卡美能达株式会社 | Strain sensor and method of measuring strain amount |
US10712636B2 (en) | 2015-06-22 | 2020-07-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Polarization acquisition apparatus, image capturing apparatus and image capturing system |
US10984566B2 (en) | 2016-06-22 | 2021-04-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Image processing apparatus that calculates using luminance values of one or more input images produced by photoelectric conversion of multiple polarized lights, image-capturing apparatus and image processing method |
JP2017228910A (en) * | 2016-06-22 | 2017-12-28 | キヤノン株式会社 | Image processing apparatus, imaging device, image processing program, and image processing method |
JP2018021805A (en) * | 2016-08-03 | 2018-02-08 | キヤノン株式会社 | Lighting apparatus |
WO2019044527A1 (en) * | 2017-08-30 | 2019-03-07 | ソニー株式会社 | Observation device, observation method, and program |
JPWO2019044527A1 (en) * | 2017-08-30 | 2020-10-15 | ソニー株式会社 | Observation device, observation method, and program |
JP7115484B2 (en) | 2017-08-30 | 2022-08-09 | ソニーグループ株式会社 | Observation device, observation method, and program |
JP2021500573A (en) * | 2017-10-27 | 2021-01-07 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | Optical sensor system |
US11354880B2 (en) | 2017-10-27 | 2022-06-07 | 3M Innovative Properties Company | Optical sensor systems |
JP7269926B2 (en) | 2017-10-27 | 2023-05-09 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | optical sensor system |
JP2019120501A (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-22 | 日本ビジュアルサイエンス株式会社 | Picture-taking system, image processing device, and image processing method |
JP7142201B2 (en) | 2017-12-28 | 2022-09-27 | 日本ビジュアルサイエンス株式会社 | Imaging system, image processing device, and image processing method |
CN111316089A (en) * | 2018-10-19 | 2020-06-19 | 合刃科技(深圳)有限公司 | Detection device, method and system for micro-fluidic chip pipeline |
WO2020162458A1 (en) * | 2019-02-05 | 2020-08-13 | 株式会社デンソー | Polarization state control device and computer-readable recording medium |
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