JP2013089230A - デプスフロムデフォーカス撮像用のシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像システムは、画像面を軸方向にシフトさせるように構成されている位置決め可能デバイスであって、画像面が、物体から発出しレンズを通過する光子から生成される、位置決め可能デバイスと、レンズを通過する物体の光子を受けるように位置決めされる検出器面と、レンズを数学的関数として特徴付けるように、物体の2つ以上の要素画像を、各個の要素画像の画像面が、検出器面に対して異なる軸方向の位置にある状態で獲得するように、レンズの特徴付けに基づいて、および、獲得した2つ以上の要素画像に基づいて、レンズからの物体の合焦距離を決定するように、ならびに、決定した距離に基づいて物体の深度マップを生成するようにプログラムされるコンピュータとを含む。
【選択図】図1
Description
瞳関数を、一例では、ゼルニケ多項式を用いて、次式のように表現することができる。
式12に関して代入を行うと、次式となる。
zf=55mm(瞳から画像点の距離)で合焦する参照球面を表す、瞳(D=32mm)の縁部での平面波面の最大余弦角は次式となる。
1.波面収差の角度スペクトルをDFTによって算出する。
2.参照球面波の角度成分(平面波面)を、所定の周波数で直接的に計算する。これらの平面波面がどのようなものであるかを厳密に知っているので、それらを瞳上の任意の位置で、DFTにより引き起こされるエイリアシングをもたらすことなく算出することができる。
瞳全体でのサンプリングは、比較的低密度(例えば、128×128)であってよい。この例では、レンズ収差は、高周波数ではなく、したがって、両方向でのnab個のサンプルで取り込まれ得る。nab=256、すなわち、
周波数を方向余弦にマッピングする式は、
102 ハロ
104 DC成分
150 半径方向周波数スペクトル
152 こぶ
200 プロット
202 第1の半径方向周波数スペクトル
204 第2の半径方向周波数スペクトル
206 ぼけた画像のスペクトル
300 枠組、システム
302 物体面
304 射出瞳
306 レンズ
308 画像面
310 検出器面
312 可動ステージ
314 並進軸
316 物体並進器
400 技法または方法、全体の技法
402 オフライン構成要素
404 オンライン構成要素
406、408、410、412、414、416、418、420、422、426、430、432、438 ステップ
Claims (24)
- 画像面を軸方向にシフトさせるように構成されている位置決め可能デバイスであって、前記画像面が、物体から発出しレンズを通過する光子から生成される、位置決め可能デバイスと、
前記レンズを通過する前記物体の前記光子を受けるように位置決めされる検出器面と、
前記レンズを数学的関数として特徴付けるように、
前記物体の2つ以上の要素画像を、各個の要素画像の前記画像面が、前記検出器面に対して異なる軸方向の位置にある状態で獲得するように、
前記レンズの前記特徴付けに基づいて、および、獲得した前記2つ以上の要素画像に基づいて、前記レンズからの前記物体の合焦距離を決定するように、ならびに、
前記決定した距離に基づいて前記物体の深度マップを生成するように
プログラムされるコンピュータと
を備える撮像システム。 - 前記コンピュータが、前記レンズを特徴付けるようにプログラムされる際に、レンズ収差プロファイルの関数、および、前記レンズに対して異なる場所で位置決めされる点源に対する応答である点広がり関数(PSF)として、前記レンズを特徴付けるようにさらにプログラムされる、請求項1記載のシステム。
- 前記コンピュータが、前記PSFを、複数多項式の形式で表される前記撮像システムの瞳関数のフーリエ変換としてモデル形成するようにプログラムされる、請求項2記載のシステム。
- 前記複数多項式が、3次収差までのゼルニケ多項式である、請求項3記載のシステム。
- 前記物体が指であり、前記物体の前記2つ以上の要素画像が、前記指の指紋の少なくとも2つのパッチを含む、請求項1記載のシステム。
- 前記コンピュータが、前記2つの要素画像間のパワースペクトル比を使用して、前記物体距離を決定するようにプログラムされる、請求項1記載のシステム。
- 前記物体が3次元物体である場合、前記パワースペクトル比が、前記2つ以上の要素画像の2つの要素画像内の関連するパッチ間で決定される、請求項6記載のシステム。
- 前記コンピュータが、フーリエ変換を使用して、前記パワースペクトル比を決定するようにプログラムされる、請求項6記載のシステム。
- 前記コンピュータが、
前記第1の要素画像に対応する瞳関数の第1の値を算出するように、
前記第2の要素画像に対応する前記瞳関数の第2の値を算出するように、
前記関数の前記第1の値と前記関数の前記第2の値との比を決定するように、および
前記第1の値と前記第2の値との比と、
前記パワースペクトル比と
の間の差を最小化するように
プログラムされ、
前記差が、前記最小化を実現する、前記物体から前記レンズまでの距離を数学的に探索することにより最小化される、
請求項6記載のシステム。 - レンズを数学的関数として数学的に特徴付けるステップと、
物体の2つ以上の要素画像を、前記物体の画像面が、検出器に対して異なる軸方向の位置にある状態で獲得するステップと、
前記レンズの前記数学的特徴付けに基づいて、および、前記第1および第2の要素画像に基づいて、前記画像面が前記検出器で位置付けられるように、前記物体に対する前記画像面の第1の合焦距離を決定するステップと、
前記決定に基づいて前記物体の深度マップを生成するステップと
を含む撮像する方法。 - 前記レンズを数学的に特徴付けるステップが、前記レンズを、前記レンズの収差プロファイルに基づく、および、前記レンズに対して異なる場所で位置決めされる点源に対する応答に基づく前記数学的関数として数学的に特徴付けるステップを含む、請求項10記載の方法。
- 前記第1の合焦距離が、前記物体の第1のパッチに対する距離であり、前記方法が、
前記レンズの前記数学的特徴付けに基づいて、および、前記2つ以上の要素画像に基づいて、前記物体に対する物体面の第2の合焦距離を決定するステップであって、前記第2の合焦距離が、前記物体の第2のパッチに対する距離である、ステップと、
前記物体の前記第1のパッチおよび前記物体の前記第2のパッチを使用して前記深度マップを生成するステップと
をさらに含む、請求項10記載の方法。 - 前記レンズを数学的に特徴付けるステップが、
点広がり関数(PSF)を、撮像システムの瞳関数のフーリエ変換としてモデル形成するステップと、
前記瞳関数を、1つまたは複数の多項式として表すステップと
をさらに含む、請求項10記載の方法。 - 前記瞳関数を表すステップが、前記瞳関数を、3次収差までの1つまたは複数のゼルニケ多項式として表すステップをさらに含む、請求項13記載の方法。
- 前記2つ以上の要素画像の2つに対して決定されるパワースペクトルの比を使用して、前記2つ以上の要素画像の要素画像比を決定するステップと、
前記要素画像比の使用を含む、前記物体の前記画像面の前記第1の焦点距離を決定するステップと
を含む、請求項10記載の方法。 - 前記要素画像比を、前記2つ以上の要素画像の2つのフーリエ変換を使用して決定するステップを含む、請求項15記載の方法。
- 前記2つ以上の要素画像の第1の要素画像に対応する前記数学的関数の第1の値を算出するステップと、
前記2つ以上の要素画像の第2の要素画像に対応する前記数学的関数の第2の値を算出するステップと、
前記第1の値と前記第2の値との数学的関数比を算出するステップと、
前記数学的関数の前記第1の値および前記数学的関数の前記第2の値を算出する場合に、前記物体から前記レンズまでの距離を数学的に変動させることにより、前記要素画像比と前記数学的関数比との間の差を最小化するステップと
を含む、請求項15記載の方法。 - コンピュータにより実行される場合に、前記コンピュータに、
レンズの瞳関数を導出させ、
物体の要素画像を、検出器に対して前記物体の画像面の異なる場所で獲得させ、
前記瞳関数に基づいて、および、前記物体の第1のパッチの前記獲得した要素画像に基づいて、前記物体の第1のパッチの前記画像面を配置すべき場所を決定させ、かつ、
前記決定に基づいて前記物体の深度マップを生成させる
命令を含むコンピュータプログラムが記憶されている非一時的コンピュータ可読記憶媒体。 - 前記コンピュータが、前記レンズの焦点を、前記レンズの収差プロファイルに基づく、および、点源と前記レンズとの間の距離に基づく数学的関数として特徴付けるようにプログラムされることにより、前記レンズの前記瞳関数を導出するようにプログラムされる、請求項18記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記物体が指であり、前記獲得した要素画像が、前記指の指紋の少なくとも2つのパッチを含む、請求項18記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記コンピュータが、レンズ収差プロファイルの関数として前記レンズをモデル形成すること、および、前記レンズに対して異なる場所で位置決めされる点源に対する応答である点広がり関数(PSF)として前記レンズをモデル形成することにより、前記レンズの前記瞳関数を導出させられる、請求項18記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記コンピュータが、1つまたは複数のゼルニケ多項式として表される、撮像システムの前記瞳関数のフーリエ変換として前記レンズをモデル形成することにより、前記レンズをPSFとしてモデル形成するようにプログラムされる、請求項21記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- 前記コンピュータが、
前記第1のパッチの前記獲得した要素画像の2つのパワースペクトルの比を使用して、要素画像比を算出させられ、
前記要素画像比を使用して、前記第1のパッチの前記画像面を配置すべき場所を決定させられる、
請求項18記載のコンピュータ可読記憶媒体。 - 前記コンピュータが、
前記獲得した要素画像の第1の要素画像に対応する前記瞳関数の第1の値を算出するように、
前記獲得した要素画像の第2の要素画像に対応する前記瞳関数の第2の値を算出するように、
前記瞳関数の前記第1の値と前記瞳関数の前記第2の値との瞳関数比を決定するように、および
前記瞳関数比と、
前記要素画像比と
の間の差を最小化するように
プログラムされ、
前記差が、前記最小化を実現する、前記物体から前記レンズの射出瞳までの距離を数学的に決定することにより最小化される、
請求項23記載のコンピュータ可読記憶媒体。
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