JP3584285B2 - Distortion image correction method and apparatus - Google Patents

Distortion image correction method and apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP3584285B2
JP3584285B2 JP2001132071A JP2001132071A JP3584285B2 JP 3584285 B2 JP3584285 B2 JP 3584285B2 JP 2001132071 A JP2001132071 A JP 2001132071A JP 2001132071 A JP2001132071 A JP 2001132071A JP 3584285 B2 JP3584285 B2 JP 3584285B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
imaging
imaging target
light
procedure
light spot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2001132071A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002329193A (en
Inventor
規 有賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Information and Communications Technology
Original Assignee
National Institute of Information and Communications Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Information and Communications Technology filed Critical National Institute of Information and Communications Technology
Priority to JP2001132071A priority Critical patent/JP3584285B2/en
Publication of JP2002329193A publication Critical patent/JP2002329193A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3584285B2 publication Critical patent/JP3584285B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Image Processing (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像技術に関するものであり、特に大気に代表されるような擾乱・乱流を伴うゆらぎ媒質やガラス等のゆがんだ媒質を通して対象物を撮像する歪画像補正方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大気等のゆらぎ媒質の中で、あるいは、ゆらぎ媒質を通して対象物の撮像を行う場合、ゆらぎ媒質中を光が伝搬する際に光の位相が乱れる事が知られている。この現象のため、ゆらぎ媒質を通した対象物の撮像で得られた対象物の像は、歪んだりぼやけたりしてしまう。
【０００３】
従来、このような画像の歪みやぼやけを補正する技術としては、集光系による歪みやぼやけを数値計算により補正する技術が知られている。また、最近になって擾乱媒質によるゆらぎの効果を補正して歪・ぼやけを極力小さくする技術として補償光学（ａｄａｐｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃｓ）が提案されており、特に天体望遠鏡で用いられている。
【０００４】
上記の集光系による歪みやぼやけを数値計算により補正する技術においては、集光系の特性を予め測定しておき、その特性情報をもとに、撮像した画像の歪みやぼやけを補正するものである。これは、予め測定された集光系の特性データによる画像データの補正であることに対し、本発明は、時間とともに変化する擾乱媒質によるゆらぎの効果を補正するものであり、時間とともに変化する光路の特性データにより、画像データの補正を行う点で異なっている。
【０００５】
また、上記の天体望遠鏡で用いられる補償光学では、点光源と見なせる明るい恒星を観測対象の近くに見いだし、この恒星の撮像画像情報を用いて、観測対象の画像を補正するものである。これは、揺らぎのある媒質中を伝搬してきた光の波面の歪を測定し、波面の測定を基に可変形鏡の反射面を実時間の駆動装置を用いて変形して光の波面に歪みを与え、測定した波面の歪と相殺させるものである。これは、鏡面で反射された光は、歪が実時間で補正されて出力されるという原理に基いており、ゆらぎ補正が可能で、特に天文学には有効な手段である。しかし、補償光学に基づく方法は、対象物近くに参照となる点光源が必要なため、近くに適当な恒星が存在しこれを参照光源として使用できる場合以外は利用が難しく、航空機や人工衛星等の動く対称物に対しても利用が難しい。さらに、補償光学は装置が大規模で高価になることもあって室内等での小規模な撮像装置に対しては不向きで、使用が限定されていた。
【０００６】
これらの従来の技術において、本発明に最も近いのが、上記の天体望遠鏡で用いられる補償光学である。これは、撮像画像の中の点光源を画像の補正に用いる点については共通している。しかし従来の補償光学で用いられてきた方法は、揺らぎのある媒質中を伝搬してきた光の波面の歪を測定し、波面の測定を基に可変形鏡の反射面を実時間の駆動装置を用いて変形して光の波面に歪みを与え、測定した波面の歪と相殺させるものであるのに対し、本発明においては、数値計算によって画像の補正を行うので、この点において、相違している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様に、従来の補償光学では、可変形鏡の反射面を実時間の駆動装置を用いて変形して光の波面に歪みを与え、測定した波面の歪と相殺させるものであるので、補償光学は装置が大規模で高価になるため、室内等での小規模な撮像装置に対しては不向きで、使用が限定されていた。
【０００８】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、画像の歪みやぼけを補正することができる歪画像補正方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを生成し、光スポットからの散乱光及び対象物からの光を２個の撮像カメラで画像として取得し、それぞれの画像の空間周波数についてのフーリエ解析による画像処理によって撮像対象物の画像データに含まれる歪を補正するものである。このためには、次のような手段を用いる。
【００１０】
まず、上記目的を達成するために、第１の発明は、予め決められた撮像対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを積極的に生成してそれから得られる画像データを、撮像対象の画像データの補正に適用するものである。これは、歪画像補正方法に関しており、撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に光スポットを生成する手続と、前記撮像対象物上の光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手続と、前記撮像対象物上の光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手続と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続とを含むことを特徴としている。
【００１１】
また、第２の発明は、既に良く知られた計算方法により上記の目的を達成するものであり、上記した第１の発明の構成に加えて、上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、上記の撮像対象物上の光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手続と、その比の逆フーリエ変換を行う手続とを含むことを特徴としている。
【００１２】
また、第３および第４の発明は、上記の第１あるいは第２の発明の対象から外れた領域にある撮像対象物についての発明である。その第３の発明は、予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に光スポットを生成できないほど遠距離にある撮像対象物の撮像について、撮像する地点からみて撮像対象物の視野角内にあるゆらぎ媒質中に前記の撮像対象物の視野角よりも小さな視野角を持った光スポットを生成する手続と、そのゆらぎ媒質中に生成された光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手続と、前記ゆらぎ媒質中に生成された光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手続と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続とを含むことを特徴としている。
【００１３】
また、第４の発明は、上記した第３の発明の構成に加えて、上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、上記のゆらぎ媒質中に生成された光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手続と、その比の逆フーリエ変換を行う手続とを含むことを特徴としている。
【００１４】
また、第５の発明は、歪画像補正装置に関しており、予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを生成する手段と、前記撮像対象物上の光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手段と、前記撮像対象物上の光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手段と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手段とを含むことを特徴としている。
【００１５】
また、第６の発明は、上記した第５の発明の構成に加えて、上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手段は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手段と、上記の撮像対象物上の光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手段と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手段と、その比の逆フーリエ変換を行う手段とを含むことを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明による媒質のゆらぎ効果の除去方法について、理論的にその原理を説明する。２次元の像を考え、用いる光学系による点像分布関数をｈ（ｘ，ｙ）、撮像対象物の光放射の分布をｏ（ｘ， ｙ）、その像をｉ（ｘ， ｙ）とすると、撮像の原理より次式が成立する。
【００１７】
【数１】

Figure 0003584285
【００１８】
ここで用いられる演算は畳み込み積分（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）である。また、ｈ、ｏ、ｉのフーリエ変換を各々、Ｈ、Ｏ、Ｉとし、フーリエ変換を簡単な記号Ｆ〔 〕で表すと、次式のようになる。
【００１９】
【数２】
Figure 0003584285
ここでＨは光学的伝達関数である。また（ｕ， ｖ）は空間周波数であり、フーリエ空間での２次元座標である。
【００２０】
次に、生成された光スポットの形を表す関数をｓ（ｘ， ｙ）、その像をｉｓ（ｘ，ｙ）とする。撮像対象物の撮像と同じ光学系を用いて光スポットを撮像するので点像分布関数は共通になり、次式で表せる。
【００２１】
【数３】
Figure 0003584285
【００２２】
ここで、ｉｓ、ｓのフーリエ変換を各々、Ｉｓ、Ｓとすると、数２と同様に次式が成立する。
【数４】
Figure 0003584285
【００２３】
いま、二つの実数ａ， ｂを考えこれらの畳み込み積分を、
【数５】
Figure 0003584285
とすると、このフーリエ変換結果は各々のフーリエ変換の積で表されることが数学的に知られている。即ち、次式で表せる。
【００２４】
【数６】
Figure 0003584285
従って、Ｈ、Ｏ、Ｉは画像の場合の畳み込み積分に代わって次式のように簡単な積で表される。
【００２５】
【数７】
Figure 0003584285
【００２６】
同様にして次の式を得る事ができる。
【数８】
Figure 0003584285
【００２７】
ここで、数７をＯ（ｕ、ｖ）について解くと、次式が得られる。
【数９】
Figure 0003584285
【００２８】
撮像対象物上の光スポットは、送受信光学系を用いてレーザービームをフォーカスさせて生成するので、撮像対象物に対して十分小さくできる。フォーカス時の伝搬ゆらぎによって光スポットは歪むが、この効果は小さく一般に光スポットはゆらぎがあっても十分に小さくすることが可能である。撮像対象物に対して光スポットが十分小さければ、ｓ（ｘ、ｙ）はデルタ関数で近似できる。即ち次式の様に置ける。
【００２９】
【数１０】
Figure 0003584285
【００３０】
また、デルタ関数のフーリエ変換は１故、Ｓ（ｕ、ｖ） ＝ １であるので数３、数８は、次式の様になる。
【００３１】
【数１１】
Figure 0003584285
【００３２】
【数１２】
Figure 0003584285
【００３３】
ここで、数１１は、撮像対象物上に生成された光スポットが近似的に点光源とみなすことができる時は、その像は光学的に点像分布関数として扱えることを意味している。
【００３４】
次に、数９でのＨ、Ｏ、Ｉについて考える。Ｈは一般には実数であるが、媒質のゆらぎのため光の位相が乱れ複素数となる。また、撮像対象物の像は一般に対称でないので、フーリエ変換の画像を表すＯ、Ｉも複素数となる。画像の非対称性から生じる両者に共通の固定された位相をφ、媒質のゆらぎから生ずる変動する位相をΔとし、撮像対象物の大きさは余り大きくなく、放射光は光スポットからの散乱光と同様のゆらぎ効果を受けると仮定すると、複素形式で、次の様に表すことができる。
【００３５】
【数１３】
Figure 0003584285
【００３６】
【数１４】
Figure 0003584285
【００３７】
ここで、｜｜は絶対値で振幅に相当し、指数項は位相に相当する。但し、位相部も振幅部と同様（ｕ，ｖ）の関数となっているが、ここでは式の簡略化のため示してない。数１２を用いると、数９は、次の様になる。
【００３８】
【数１５】
Figure 0003584285
分母のＩｓは、数１２で示されているようにＨに等しいとしているので、これは、数１３と同様に次の様に表される。
【００３９】
【数１６】
Figure 0003584285
【００４０】
従って、撮像時間を位相Δが一定値に保持されているとみなせるゆらぎの周期内にとると、Ｏを表す数１５は数１４、数１６を用いて、次の様になる。
【００４１】
【数１７】
Figure 0003584285
【００４２】
ここで、ゆらぎによる位相の変動Δが除去されていることに注意したい。これが本発明のキーポイントである。また、数１７での｜Ｉ（ｕ，ｖ）｜／｜Ｉｓ（ｕ， ｖ）｜はＯの絶対値部分｜Ｏ（ｕ， ｖ）｜に相当し振幅を、指数部は位相を表す。従って、目的とする撮像対象物の強度分布ｏはＯの逆フーリエ変換として次式となり、ゆらぎ効果が除去された再生画像として求まる。
【００４３】
【数１８】
Figure 0003584285
ここで、Ｆ−〔 〕は逆フーリエ変換を表す。
【００４４】
また、Ｏ（ｕ， ｖ）は、数１５で与えられているので、これを代入すると、数１８は、次の様になる。
【００４５】
【数１９】
Figure 0003584285
【００４６】
さらに、数２、数４を用いて最終的にデータ処理を示す式として、次式を得る。
【数２０】
Figure 0003584285
【００４７】
この数２０は、得られた二つの画像ｉとｉｓのフーリエ変換の比を計算し、目的とする画像を得るには、これを逆フーリエ変換すればよいことを意味している。
【００４８】
次に、光スポットｓ（ｘ、ｙ）をデルタ関数で近似しない場合を考えてみる。ゆらぎが無ければフォーカスさせた光スポットの形ｓは用いる光学系の点像分布関数ｈに等しいが、ゆらぎの影響で歪んだ点像分布関数の形となるので、これをｈ′とすると、光スポットの像ｉｓは、数３より次の様に表わせる。
【００４９】
【数２１】
Figure 0003584285
【００５０】
レーザー光をフォーカスさせる際の伝搬時のゆらぎによる位相をΔ′とするとｓ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換Ｓ（ｕ， ｖ）は、次の様になる。
【数２２】
Figure 0003584285
また、ｉｓのフーリエ変換Ｉｓは数２１より
【数２３】
Figure 0003584285
数２３を、数８と対比させて考えると、前項がＳ（ｕ， ｖ）、後項がＨ（ｕ，ｖ）、に相当する。また、Ｈ、 Ｓに数１３、数２２を用いると、次の様に、ＩｓもＩと同様の形で書く事ができる。
【数２４】
Figure 0003584285
【００５１】
ここで、
【数２５】
Figure 0003584285
である。
【００５２】
歪んだ光スポットが参照点光源として用いられるので、Ｏを表す数１５でのＩｓは数１６に代って数２４を用いなければならない。ここで、Ｉについては前と同様に、数１４を用いる。従って、Ｏは数１７に代って、次の様になる。
【００５３】
【数２６】
Figure 0003584285
【００５４】
上記の数２６を見ると、撮像時の光の伝搬のゆらぎによる位相変動Δは除去されるが、光スポット生成時のゆらぎの影響による位相変動Δ′が残っている。これは位相φに対して雑音となる。しかし、一般にゆらぎはランダムであり、位相部ｅ−ｉ φ・ｅｉ Δ ’＝ｅ−ｉ（ φ − Δ ’）でΔ′は正負対称に変動し、位相はφを中心に対称的に変動するので、複数のデータを用いて上記のＯ（ｕ，ｖ）を平均的に求めることによって、ゆらぎの効果Δ′を除去することができる。
【００５５】
また、上記の数２６の分母の｜Ｉｓ｜は、数２５で示されている。Ｉｓの違いを数８、数１２を見ながら、光スポットをデルタ関数とした理想的な場合を表す数１７と比較すると、数２６では｜Ｓ｜が余分に分母に入っている。この事は、より正しくＯを求めるためには数２６の右辺に｜Ｓ｜を掛けてやればよいことを示している。ここで、｜Ｓ｜は光スポットの形を表す関数ｓのフーリエ変換の絶対値であるので、理論的に値を求めることができる。
【００５６】
さらに、送受信光学系を用いてレーザービームを撮像対象物にフォーカスさせると、そのスポットの大きさは光学系の分解能と等しくなるので、十分にデルタ関数近似が成立し、一般には数２２での画像の劣化は無視できる。即ち数１７が成立する。
【００５７】
次に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。先ず第１の実施形態を、図１の模式図を用いて説明する。図１の構成では、レーザー１からの出力光を中心部に穴のあいた穴付反射鏡２の裏側から入射させ、送受信光学系３を通して対象物４を照射する。この際、照射によって撮像対象物上に光スポット５を生成する。この光スポットからの散乱光を送受信光学系３で集光した後、ダイクロイックミラー６を通して撮像カメラ７で検出 する。また、同時に、撮像対象物からの光を同種の撮像カメラ８で検出する。この光路上にはゆらぎ媒質９があるものとする。また、これらの撮像カメラは 結像レンズとCCD等の撮像素子から構成されているものとする。撮像カメラ７、８ともに、レーザー１からの同期信号を基に、撮像カメラ７、８それぞれに調整された時間ゲート２０による時間遅延を受けて、撮像するものである。また、撮像された信号は、コンピュータ２１に送られ、数値計算処理される。
【００５８】
穴付反射鏡２の代わりに通常のビームスプリッターを用いる場合、送信時はレーザー１からの出力光を分岐して上記の光スポットを生成する光として用い、受信時は、送信時と同じ光路を用いるため、送受信時に光エネルギーの損失が発生していた。この問題は、上記のように、穴付反射鏡２を用いることによって、解決され、通常のビームスプリッターを用いる場合に比較して、送信、受信用における光エネルギーの損失を少なくすることができる。
【００５９】
また、このような構成で、撮像カメラ７ではレーザー光波長のみの光を検出し、撮像カメラ８ではレーザー光を遮断して、レーザー光以外の光を検出する。このためには、図１に示したようなレーザー光を反射するダイクロイックミラー６を使用する。また、ダイクロイックミラーには、そのレーザー光を透過する特性のものもあるが、このようなダイクロイックミラーを使用する場合は、撮像カメラ７と８の役割を入れ換える必要があることは明らかである。
【００６０】
このように、送受信光学系３を調整して、撮像対象物上に点光源状の光スポットを生成する。また、この送受信光学系３を用いて、撮像対象物からの散乱光を受信する。その際、光スポットの位置は、撮像対象物上であればどこでもかまわない。撮像対象物が遠距離にある場合は、送受信光学系として望遠鏡を用いることが望ましい。近距離の場合は、そのレンズ系は望遠鏡に比べて簡素化できる。また、撮像対象物が近距離に有り、また、十分に細いレーザービームを用いることができれば、送受信光学系２を用いなくてもレーザービームで直接対象物を照射して光スポットを生成し、撮像カメラの光学系のみで直接、レーザービームの像を取得できる。
【００６１】
送受信光学系３に望遠鏡を用いる場合は、望遠鏡の対物レンズ（又は鏡）と接眼レンズ（又は鏡）の間隔を変えることによってレーザービームの拡がり角を変えることができるので、これによって撮像対象物上に点光源状の光スポットを生成する。対物レンズと接眼レンズとの両者の間隔が定常位置の時、レーザービームはコリメートされ、間隔を大きくすると狭まるビームとなり、対象物上に光スポットを生成できる。また、図１に示した例のように送受信を同一の送受信光学系３で行えば、光スポット生成のためのレーザービームの対象物上へのフォーカスと、撮像対象物の撮像のフォーカスとを同時に行うことができる。この際、十分に調整された場合は、光スポットのサイズを望遠鏡の分解能と等しくすることができる。
【００６２】
また、図１の構成では、送受信光学系３を用いて装置をコンパクト且つ効率的にしているが、原理的にはレーザー光照射のために別の光学系と別のパスを用いてもよい。重要なことは、参照光（レーザー光スポットからの散乱光）と撮像対象物からの光を同じパスで同時に受光することである。
【００６３】
さらに、地球周辺や宇宙空間でレーザービームをフォーカスできないほど撮像対象物が遠いか無限遠相当の距離の場合には、光スポットを撮像対象物上に生成する代りに、十分遠方の大気中に光スポットを生成し、大気分子からの散乱光を用いて参照光とすることができる。この際、撮像する地点からみて撮像対象物の視野角内に光スポットを生成することが望ましいが、撮像対象物の近くの視野にあっても画像データの歪みやぼけを改善することはできる。また、大気分子からの散乱光を用いる場合は、パルスレーザー光を用いる。この場合、近くの距離からの散乱光は、本発明の画像データの補正においては、ノイズとなるが、この散乱光による信号は、検出の際に、時間ゲート２０を設けて容易に遮断できることはよく知られている。
【００６４】
また、宇宙用の大型の望遠鏡等で望遠鏡のフォーカスを固定して用いたい場合は、レーザー１と穴付反射鏡２の間にビームエクスパンダーを設置し、ビームエクスパンダーによりレーザービームの拡がり角を調整し、撮像対象物の撮像のフォーカス調整は撮像カメラ７，８で行うこともできる。
【００６５】
撮像カメラの露光時間は、ゆらぎの周波数によって設定する必要がある。露光時間内で位相が変化しないことが条件なので、速いゆらぎの場合はその分短い露光時間が要求される。いわゆるコヒーレンス時間以内に設定すればよい。一般に、大気による揺らぎの場合、可視光について１０ミリ秒以下の露光時間であれば、改善効果があることがわかっている。また、前記の露光時間は、用いる光の波長が長くなるにしたがって長くすることができ、従って、赤外光を用いると、長時間の露光が可能となる。また、静的なゆらぎ（ゆがみ）の場合は露光時間は十分に長く取ることができる。
【００６６】
本発明では、光スポットと撮像対象物の像が受けるゆらぎ効果が同程度であることを仮定しているが、このため、撮像対象物の大きさあるいは適用範囲は光スポットの方向を中心に空間的なコヒーレンスが保たれる視野内ということになる。
【００６７】
以上に説明した様に、原理的には撮像カメラ７と８からの１組の画像があれば１個の再生画像が得られるが、実際の運用に当たっては、光スポットがデルタ関数 で表せる完全な点光源でないことや、光スポットからの参照光と撮像対象物からの光のパスが少し異なるのでゆらぎ効果が完全には等しくないこと、等の要 因があるため、多数組の画像を用いて平均を求めることが望ましい。これは、計算機シミュレーションで確認できるが、その方法については、本明細書には記載していない。
【００６８】
次に、第２の実施形態として、図２に、ダイクロイックミラー６を使用せず、通常のビームスプリッター１０を使用する場合の模式図を示す。図２は、撮像カメラ７の前に光スポット生成用レーザー光の波長付近の光のみを透過するフィルター１１を、また、カメラ８の前にはそのレーザー光を遮断するフィルター１２をセットしたものである。この様にする事によっても、上記の構成と同様の効果を実現することができる。
【００６９】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００７０】
第１の発明では、予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを生成する手続と、前記撮像対象物上の光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手続と、前記撮像対象物上の光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手続と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続とを含む歪画像補正方法により、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、画像の歪みやぼけを補正することができる様になった。
【００７１】
また、第２の発明では、第１の発明に、上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、上記の撮像対象物上の光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手続と、その比の逆フーリエ変換を行う手続とを適用することにより、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、また、撮像対象物に点光源がない場合でも、画像データを容易に補正できる様になった。
【００７２】
また、第３の発明では、予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に光スポットを生成できないほど遠距離にある撮像対象物の撮像について、撮像する地点からみて撮像対象物の視野角内にあるゆらぎ媒質中に前記の撮像対象物の視野角よりも小さな視野角を持った光スポットを生成する手続と、そのゆらぎ媒質中に生成された光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手続と、前記ゆらぎ媒質中に生成された光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手続と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続とを含む歪画像補正方法により、遠距離にある撮像対象物に光スポットを生成できない場合でも、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、画像データを補正できる様になった。
【００７３】
また、第４の発明では、第３の発明に、上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、上記のゆらぎ媒質中に生成された光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手続と、その比の逆フーリエ変換を行う手続とを適用することにより、撮像対象物に光スポットを生成できない場合でも、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、画像データを容易に補正できる様になった。
【００７４】
また、第５の発明では、予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを生成する手段と、前記撮像対象物上の光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手段と、前記撮像対象物上の光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手段と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手段とを含む歪画像補正装置により、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、画像データを補正できる装置を実現できる様になった。
【００７５】
また、第６の発明では、第５の発明に、上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手段は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手段と、上記の撮像対象物上の光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手段と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手段と、その比の逆フーリエ変換を行う手段とを含む歪画像補正装置により、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、画像データを容易に補正できる装置を実現できる様になった。
【００７６】
以上述べたように本発明による歪画像補正撮像方法及び装置は、ゆらぎ媒質を通し撮像する際に生じる画像の歪やぼやけを除去して、ゆらぎのない状態の画像に近い再生画像を得ることができるので、天体、宇宙観測、航空機・宇宙機観測等、地球大気を通しての撮像をはじめ、一般の気体、プラズマ、液体、さらにはガラス等の固体を通しての測定に対してもゆらぎやゆがみを補正した撮像が可能であり、工業上有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を示す模式図である。
【図２】第２の実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
１ レーザー
２ 穴付反射鏡
３ 送受信光学系
４ 撮像対象物
５ レーザー光スポット
６ ダイクロイックミラー
７ 撮像カメラ（レーザー光スポット撮像用）
８ 撮像カメラ（対象物撮像用）
９ ゆらぎ媒質
１０ ビームスプリッター
１１、１２ フィルター
２０ 時間ゲート
２１ コンピュータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging technique, and more particularly to a distortion image correction method and apparatus for imaging an object through a distorted medium such as a fluctuation medium or glass having a disturbance / turbulence represented by the atmosphere. .
[0002]
[Prior art]
It is known that when an object is imaged in a fluctuation medium such as the atmosphere or through a fluctuation medium, the phase of the light is disturbed when the light propagates through the fluctuation medium. Due to this phenomenon, the image of the object obtained by imaging the object through the fluctuation medium is distorted or blurred.
[0003]
Conventionally, as a technique for correcting such distortion and blur of an image, a technique of correcting distortion and blur due to a light-collecting system by numerical calculation is known. Recently, adaptive optics has been proposed as a technique for correcting the effect of fluctuation caused by a disturbance medium to minimize distortion and blurring, and is used particularly in astronomical telescopes.
[0004]
In the above-described technology for correcting distortion and blur caused by the light-collecting system by numerical calculation, characteristics of the light-collecting system are measured in advance, and distortion and blur of a captured image are corrected based on the characteristic information. It is. In contrast to the correction of the image data based on the characteristic data of the light-collecting system measured in advance, the present invention corrects the effect of fluctuation caused by the disturbance medium that changes with time, and the optical path that changes with time. Is different in that the image data is corrected depending on the characteristic data.
[0005]
In the adaptive optics used in the above-mentioned astronomical telescope, a bright star that can be regarded as a point light source is found near the observation target, and the image of the observation target is corrected using the captured image information of the star. It measures the distortion of the wavefront of light that has propagated through a fluctuating medium, and deforms the reflecting surface of the deformable mirror using a real-time driving device based on the measurement of the wavefront, distorting the wavefront of the light. To offset the measured wavefront distortion. This is based on the principle that the light reflected by the mirror surface is output after the distortion is corrected in real time, and the fluctuation can be corrected, which is an effective means especially for astronomy. However, the method based on adaptive optics requires a point light source to be used as a reference near the object, so it is difficult to use it unless there is a suitable star nearby and this can be used as a reference light source. It is difficult to use for moving symmetric objects. Further, the adaptive optics is not suitable for a small-sized image pickup device in a room or the like because the device is large-scale and expensive, and its use is limited.
[0006]
Of these conventional techniques, the closest to the present invention is the adaptive optics used in the above astronomical telescope. This is common in that a point light source in a captured image is used for image correction. However, the method used in conventional adaptive optics measures the distortion of the wavefront of light that has propagated in a fluctuating medium, and based on the measurement of the wavefront, drives the reflecting surface of the deformable mirror in real time using a driving device. In contrast to deformation and distortion applied to the wavefront of light to compensate for the measured wavefront distortion, in the present invention, since the image is corrected by numerical calculation, this point differs. I have.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional adaptive optics, the reflecting surface of the deformable mirror is deformed by using a real-time driving device to give a distortion to the wavefront of light, thereby canceling the distortion of the measured wavefront. The adaptive optics is not suitable for a small-scale imaging device in a room or the like because the device is large-scale and expensive, and its use is limited.
[0008]
The present invention has been proposed in view of the above, and a method and apparatus for correcting a distorted image that can correct image distortion and blur without using a large-scale apparatus such as a conventional apparatus based on adaptive optics. The purpose is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventionPredeterminedIrradiate the object with laser light on the objectSmaller than the imaging targetGenerate a light spot, and scatter light from the light spot andLight from the objectIs acquired as an image by two imaging cameras, and the distortion included in the image data of the imaging target is corrected by image processing by Fourier analysis on the spatial frequency of each image. For this purpose, the following means is used.
[0010]
First, in order to achieve the above object, the first invention is toPredeterminedOn the object to be imagedSmaller than the imaging targetThe image data obtained from the active generation of the light spot is applied to the correction of the image data of the imaging target. This relates to a distortion image correction method, a procedure of irradiating a laser beam to an imaging target to generate a light spot on the imaging target, imaging a light spot on the imaging target, and imaging the imaging target. And at the same timeUsing different imaging camerasPerforming, a procedure for extracting fluctuation effect information due to light propagation in the fluctuation medium obtained from light from the light spot on the imaging target, and using the extracted fluctuation effect information, And a procedure for correcting image information by imaging.
[0011]
The second invention achieves the above object by a well-known calculation method. In addition to the configuration of the first invention, the second invention corrects image information obtained by imaging the imaging object. The procedure of performing the Fourier transform of the image information obtained by imaging the imaging target object, the procedure of performing the Fourier transform of the image information obtained by imaging the light spot on the imaging object, and the ratio of those Fourier transform results. It is characterized in that it includes a procedure to take and a procedure to perform an inverse Fourier transform of the ratio.
[0012]
Further, the third and fourth inventions relate to an imaging object in an area outside the object of the first or second invention. The third invention isPredeterminedFor imaging of an imaging target that is so far away that a light spot cannot be generated on the imaging target by irradiating the imaging target with laser light, the fluctuation medium within the viewing angle of the imaging target as viewed from the imaging point is used.With a smaller viewing angle than the viewing angle of the imaging objectProcedure for generating a light spot, and imaging of the light spot generated in the fluctuation medium and imaging of the imaging target simultaneously.Using different imaging camerasPerforming, a procedure for extracting fluctuation effect information due to light propagation in the fluctuation medium obtained from light from the light spot generated in the fluctuation medium, and using the extracted fluctuation effect information, And a procedure for correcting image information obtained by imaging the object.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the third aspect, the procedure of correcting the image information obtained by imaging the imaging target includes performing a Fourier transform of the image information obtained by imaging the imaging target. Procedure, a procedure for performing a Fourier transform of image information obtained by imaging the light spot generated in the fluctuation medium, a procedure for obtaining a ratio of those Fourier transform results, and a procedure for performing an inverse Fourier transform of the ratio. It is characterized by:
[0014]
A fifth invention relates to a distortion image correction device,PredeterminedIrradiating the object with laser light to place it on the objectSmaller than the imaging targetMeans for generating a light spot, and simultaneously imaging the light spot on the imaging target and imaging the imaging target.Using different imaging camerasMeans for performing, and means for extracting fluctuation effect information due to light propagation in the fluctuation medium obtained from light from the light spot on the imaging target, and using the extracted fluctuation effect information, Means for correcting image information obtained by imaging.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fifth aspect, the means for correcting the image information obtained by imaging the imaging target performs a Fourier transform of the image information obtained by imaging the imaging target. Means, means for performing Fourier transform of image information obtained by imaging the light spot on the imaging target, means for obtaining a ratio of the Fourier transform results, and means for performing inverse Fourier transform of the ratio. Features.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, the principle of a method for removing the fluctuation effect of a medium according to the present invention will be described theoretically. Considering a two-dimensional image, let h (x, y) be the point spread function of the optical system used, o (x, y) the distribution of light emission of the object to be imaged, and i (x, y) be the image. The following equation holds from the principle of imaging.
[0017]
(Equation 1)
Figure 0003584285
[0018]
The operation used here is convolution. When the Fourier transforms of h, o, and i are H, O, and I, respectively, and the Fourier transform is represented by a simple symbol F [], the following equation is obtained.
[0019]
(Equation 2)
Figure 0003584285
Where H is the optical transfer function. (U, v) is a spatial frequency, which is a two-dimensional coordinate in Fourier space.
[0020]
Next, a function representing the shape of the generated light spot is s (x, y), and its image is denoted by i.s(X, y). Since the light spot is imaged using the same optical system as that for imaging the imaging target, the point spread function is common and can be expressed by the following equation.
[0021]
(Equation 3)
Figure 0003584285
[0022]
Where is, S, respectively, by Is, S, the following equation holds as in the case of Equation 2.
(Equation 4)
Figure 0003584285
[0023]
Now, considering two real numbers a and b, these convolution integrals are
(Equation 5)
Figure 0003584285
Then, it is mathematically known that the result of the Fourier transform is represented by the product of the Fourier transforms. That is, it can be expressed by the following equation.
[0024]
(Equation 6)
Figure 0003584285
Therefore, H, O, and I are represented by simple products as in the following equation instead of the convolution integral in the case of an image.
[0025]
(Equation 7)
Figure 0003584285
[0026]
Similarly, the following equation can be obtained.
(Equation 8)
Figure 0003584285
[0027]
Here, when Equation 7 is solved for O (u, v), the following equation is obtained.
(Equation 9)
Figure 0003584285
[0028]
Since the light spot on the imaging target is generated by focusing the laser beam using the transmission / reception optical system, it can be made sufficiently small with respect to the imaging target. Although the light spot is distorted due to the propagation fluctuation at the time of focusing, this effect is small and generally the light spot can be made sufficiently small even if there is fluctuation. If the light spot is sufficiently small with respect to the imaging target, s (x, y) can be approximated by a delta function. That is, it can be set as in the following equation.
[0029]
(Equation 10)
Figure 0003584285
[0030]
Also, since the Fourier transform of the delta function is 1, S (u, v) = 1 and therefore, Equations 3 and 8 are as follows.
[0031]
[Equation 11]
Figure 0003584285
[0032]
(Equation 12)
Figure 0003584285
[0033]
Here, Equation 11 means that when the light spot generated on the imaging target can be approximately regarded as a point light source, the image can be optically treated as a point spread function.
[0034]
Next, H, O, and I in Expression 9 will be considered. H is generally a real number, but the phase of light is disturbed due to fluctuation of the medium, and becomes a complex number. In addition, since the image of the object to be imaged is generally not symmetrical, O and I representing Fourier transform images are also complex numbers. The fixed phase common to both images resulting from the asymmetry of the image is φ, the fluctuating phase resulting from the fluctuation of the medium is Δ, the size of the object to be imaged is not so large, and the emitted light is the scattered light from the light spot. Assuming a similar fluctuation effect, it can be expressed in complex form as:
[0035]
(Equation 13)
Figure 0003584285
[0036]
[Equation 14]
Figure 0003584285
[0037]
Here, || is an absolute value and corresponds to an amplitude, and an exponential term corresponds to a phase. However, the phase part also has a function of (u, v) like the amplitude part, but is not shown here for simplification of the expression. Using Equation 12, Equation 9 becomes as follows.
[0038]
(Equation 15)
Figure 0003584285
Denominator IsIs assumed to be equal to H as shown in Expression 12, which is expressed as follows, as in Expression 13.
[0039]
(Equation 16)
Figure 0003584285
[0040]
Therefore, if the imaging time is set within a fluctuation cycle in which the phase Δ can be regarded as being held at a constant value, Equation 15 representing O becomes as follows using Equations 14 and 16.
[0041]
[Equation 17]
Figure 0003584285
[0042]
Here, it should be noted that the phase fluctuation Δ due to the fluctuation has been removed. This is the key point of the present invention. Also, | I (u, v) | / | I in Expression 17s(U, v) | corresponds to the absolute value portion | O (u, v) | of O, and represents an amplitude, and the exponent represents a phase. Accordingly, the target intensity distribution o of the imaging target is expressed by the following equation as an inverse Fourier transform of O, and is obtained as a reproduced image from which the fluctuation effect has been removed.
[0043]
(Equation 18)
Figure 0003584285
Where F−[] Indicates an inverse Fourier transform.
[0044]
Also, since O (u, v) is given by Equation 15, when this is substituted, Equation 18 becomes as follows.
[0045]
[Equation 19]
Figure 0003584285
[0046]
Further, the following equation is finally obtained as an equation indicating data processing using Equations 2 and 4.
(Equation 20)
Figure 0003584285
[0047]
This equation (20) represents the two images i and i obtained.sThis means that in order to calculate the ratio of the Fourier transform to obtain the target image, it is sufficient to perform the inverse Fourier transform.
[0048]
Next, consider a case where the light spot s (x, y) is not approximated by a delta function. If there is no fluctuation, the shape s of the focused light spot is equal to the point spread function h of the optical system to be used. However, since the shape becomes a point spread function distorted by the influence of the fluctuation, if this is h ′, Spot image isCan be expressed as follows from Equation 3.
[0049]
(Equation 21)
Figure 0003584285
[0050]
Assuming that the phase due to the fluctuation at the time of propagation when the laser light is focused is Δ ′, the Fourier transform S (u, v) of s (x, y) is as follows.
(Equation 22)
Figure 0003584285
Also, isFourier transform I ofsIs from Equation 21
(Equation 23)
Figure 0003584285
When Equation 23 is compared with Equation 8, the preceding term corresponds to S (u, v) and the following term corresponds to H (u, v). Also, when Equations 13 and 22 are used for H and S, IsCan be written in the same way as I.
[Equation 24]
Figure 0003584285
[0051]
here,
(Equation 25)
Figure 0003584285
It is.
[0052]
Since the distorted light spot is used as a reference point light source, I in Equation 15 representing OsMust use Equation 24 instead of Equation 16. Here, Equation 14 is used for I as in the previous case. Therefore, O is as follows instead of Expression 17.
[0053]
(Equation 26)
Figure 0003584285
[0054]
According to the above equation (26), the phase fluctuation Δ due to the fluctuation of light propagation at the time of imaging is removed, but the phase fluctuation Δ ′ due to the fluctuation at the time of generating the light spot remains. This becomes noise for the phase φ. However, the fluctuation is generally random, and the phase portion e−i φ・ Ei Δ '= E−i ( φ − Δ ')Δ ′ fluctuates symmetrically about positive and negative, and the phase fluctuates symmetrically around φ, so that the above-mentioned O (u, v) is averaged using a plurality of data, so that the effect of fluctuation Δ ′ Can be removed.
[0055]
Also, | I of the denominator of the above equation 26s| Is represented by Expression 25. IsWhen comparing the difference between the above equation and Equation 17, which represents an ideal case where the light spot is a delta function, while looking at Equations 8 and 12, | S | is extra in the denominator in Equation 26. This indicates that | S | should be multiplied on the right side of Expression 26 in order to obtain O more correctly. Since | S | is the absolute value of the Fourier transform of the function s representing the shape of the light spot, the value can be theoretically obtained.
[0056]
Further, when the laser beam is focused on the object by using the transmission / reception optical system, the size of the spot becomes equal to the resolution of the optical system. Degradation is negligible. That is, Equation 17 holds.
[0057]
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the first embodiment will be described.FIG.This will be described with reference to the schematic diagram of FIG.FIG.In the configuration (1), the output light from the laser 1 is made incident from the back side of the perforated reflecting mirror 2 having a hole at the center, and the object 4 is irradiated through the transmission / reception optical system 3. At this time, the light spot 5 is generated on the imaging target by irradiation. After the scattered light from this light spot is collected by the transmission / reception optical system 3, it is detected by the imaging camera 7 through the dichroic mirror 6. Also, at the same time,Light from the objectIs detected by the same type of imaging camera 8. It is assumed that the fluctuation medium 9 is on this optical path. These imaging cameras are assumed to be composed of an imaging lens and an imaging device such as a CCD. Both of the imaging cameras 7 and 8 capture images based on a synchronization signal from the laser 1 with a time delay by the time gate 20 adjusted for each of the imaging cameras 7 and 8. Further, the captured signal is sent to the computer 21 and subjected to numerical calculation processing.
[0058]
When a normal beam splitter is used in place of the reflector 2 with holes, the output light from the laser 1 is split at the time of transmission and used as light for generating the above light spot, and at the time of reception, the same optical path as at the time of transmission is used. Because of its use, a loss of light energy has occurred during transmission and reception. This problem is solved by using the holed reflecting mirror 2 as described above, and the loss of light energy in transmission and reception can be reduced as compared with the case where a normal beam splitter is used.
[0059]
Further, with such a configuration, the imaging camera 7 detects light having only the laser light wavelength, and the imaging camera 8 blocks the laser light and detects light other than the laser light. For this purpose, a dichroic mirror 6 that reflects laser light as shown in FIG. 1 is used. In addition, some dichroic mirrors have a property of transmitting the laser light, but when such a dichroic mirror is used, it is apparent that the roles of the imaging cameras 7 and 8 need to be exchanged.
[0060]
In this way, the transmission / reception optical system 3 is adjusted to generate a point light source-like light spot on the imaging target. The transmission / reception optical system 3 is used to receive scattered light from the imaging target. At this time, the position of the light spot may be anywhere on the object to be imaged. When the imaging target is at a long distance, it is desirable to use a telescope as the transmission / reception optical system. At close range, the lens system can be simplified compared to a telescope. If the object to be imaged is at a short distance and a sufficiently narrow laser beam can be used, the object is directly irradiated with the laser beam to generate a light spot without using the transmission / reception optical system 2, and the image is captured. A laser beam image can be obtained directly with only the optical system of the camera.
[0061]
When a telescope is used as the transmission / reception optical system 3, the divergence angle of the laser beam can be changed by changing the distance between the objective lens (or mirror) and the eyepiece (or mirror) of the telescope. To generate a light spot in the form of a point light source. When the distance between the objective lens and the eyepiece is at a steady position, the laser beam is collimated, and the laser beam becomes narrower when the distance is increased, and a light spot can be generated on the object. Also, if transmission and reception are performed by the same transmission and reception optical system 3 as in the example shown in FIG. 1, the focus of the laser beam for generating the light spot on the target and the focus of imaging of the imaging target are simultaneously performed. It can be carried out. At this time, if adjusted sufficiently, the size of the light spot can be made equal to the resolution of the telescope.
[0062]
In the configuration of FIG. 1, the apparatus is made compact and efficient by using the transmission / reception optical system 3, but in principle, another optical system and another path may be used for laser beam irradiation. What is important is that the reference light (scattered light from the laser light spot) and the light from the object to be imaged are simultaneously received in the same path.
[0063]
Furthermore, if the object to be imaged is too far or at infinity to the extent that the laser beam cannot be focused around the earth or in outer space, instead of generating a light spot on the object, the light is transmitted to a sufficiently distant atmosphere. A spot can be generated and used as reference light using scattered light from atmospheric molecules. At this time, it is desirable to generate a light spot within the viewing angle of the object to be imaged from the point of imaging, but it is possible to improve distortion and blurring of image data even in a field of view near the object to be imaged. When scattered light from atmospheric molecules is used, pulsed laser light is used. In this case, the scattered light from a short distance becomes noise in the correction of the image data of the present invention, but the signal due to this scattered light can be easily blocked by providing the time gate 20 at the time of detection. well known.
[0064]
If it is desired to use a fixed telescope with a large telescope for space, etc., use a beam expander between the laser 1 and the reflector 2 with a hole, and use the beam expander to reduce the divergence angle of the laser beam. The adjustment and the focus adjustment of the imaging of the imaging target can be performed by the imaging cameras 7 and 8.
[0065]
The exposure time of the imaging camera needs to be set according to the frequency of fluctuation. Since it is a condition that the phase does not change within the exposure time, a short exposure time is required for a fast fluctuation. What is necessary is just to set within the so-called coherence time. In general, in the case of fluctuation due to the atmosphere, it has been found that there is an improvement effect if the exposure time of visible light is 10 ms or less. Further, the above-mentioned exposure time can be made longer as the wavelength of the light used becomes longer. Therefore, when infrared light is used, long-time exposure becomes possible. In the case of static fluctuation (distortion), the exposure time can be sufficiently long.
[0066]
In the present invention, it is assumed that the fluctuation effect received by the light spot and the image of the imaging target is substantially the same. Therefore, the size or applicable range of the imaging target is spatially centered on the direction of the light spot. It is within the field of view where the typical coherence is maintained.
[0067]
As described above, one reproduction image can be obtained in principle if there is one set of images from the imaging cameras 7 and 8, but in actual operation, a complete light spot can be expressed by a delta function. Not a point light source, reference light from light spot and imagingLight from the objectAnd the fluctuation effect is not completely equal because the paths of the images are slightly different from each other. Therefore, it is desirable to calculate the average using a large number of sets of images. This can be confirmed by computer simulation, but the method is not described in this specification.
[0068]
Next, as a second embodiment, FIG. 2 shows a schematic diagram when a normal beam splitter 10 is used without using the dichroic mirror 6. FIG. 2 shows a configuration in which a filter 11 that transmits only light near the wavelength of the laser beam for generating a light spot is set in front of the imaging camera 7, and a filter 12 that blocks the laser light is set in front of the camera 8. is there. By doing so, the same effect as the above configuration can be realized.
[0069]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above-described configuration, the following effects can be obtained.
[0070]
In the first invention,PredeterminedIrradiating the object with laser light to place it on the objectSmaller than the imaging targetThe procedure of generating a light spot and the imaging of the light spot on the imaging target and the imaging of the imaging target are simultaneously performed.Using different imaging camerasPerforming, a procedure for extracting fluctuation effect information due to light propagation in the fluctuation medium obtained from light from the light spot on the imaging target, and using the extracted fluctuation effect information, It is possible to correct image distortion and blur without using a large-scale device such as a device based on conventional adaptive optics by using a distortion image correction method including a procedure of correcting image information by imaging. Became.
[0071]
According to a second aspect, in the first aspect, the procedure for correcting the image information obtained by imaging the imaging target includes the steps of: performing a Fourier transform of the image information obtained by imaging the imaging target; Conventional adaptive optics is applied by applying a procedure for performing Fourier transform of image information obtained by imaging a light spot on an object, a procedure for obtaining a ratio of the Fourier transform results, and a procedure for performing an inverse Fourier transform of the ratio. It is possible to easily correct image data without using a large-scale device such as a device based on the above, and even when the object to be imaged has no point light source.
[0072]
In the third invention,PredeterminedFor imaging of an imaging target that is so far away that a light spot cannot be generated on the imaging target by irradiating the imaging target with laser light, the fluctuation medium within the viewing angle of the imaging target as viewed from the imaging point is used.With a smaller viewing angle than the viewing angle of the imaging objectProcedure for generating a light spot, and imaging of the light spot generated in the fluctuation medium and imaging of the imaging target simultaneously.Using different imaging camerasPerforming, a procedure for extracting fluctuation effect information due to light propagation in the fluctuation medium obtained from light from the light spot generated in the fluctuation medium, and using the extracted fluctuation effect information, A method of correcting image information by imaging an object, a large-scale apparatus such as an apparatus based on conventional adaptive optics, even when a light spot cannot be generated on a long-distance imaging target object. The image data can be corrected without using.
[0073]
Further, in the fourth invention, in the third invention, the procedure for correcting the image information obtained by imaging the imaging target includes the procedure for performing Fourier transform of the image information obtained by imaging the imaging target, and the above-described fluctuation. By applying a procedure of performing a Fourier transform of image information obtained by imaging a light spot generated in a medium, a procedure of obtaining a ratio of the Fourier transform results, and a procedure of performing an inverse Fourier transform of the ratio, Even when a light spot cannot be generated on an object, image data can be easily corrected without using a large-scale device such as a device based on conventional adaptive optics.
[0074]
In the fifth invention,PredeterminedIrradiating the object with laser light to place it on the objectSmaller than the imaging targetMeans for generating a light spot, and simultaneously imaging the light spot on the imaging target and imaging the imaging target.Using different imaging camerasMeans for performing, and means for extracting fluctuation effect information due to light propagation in the fluctuation medium obtained from light from the light spot on the imaging target, and using the extracted fluctuation effect information, A distortion image correction apparatus including means for correcting image information obtained by imaging can realize an apparatus capable of correcting image data without using a large-scale apparatus unlike a conventional apparatus based on adaptive optics. Was.
[0075]
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the means for correcting the image information obtained by imaging the imaging target includes a means for performing Fourier transform of the image information obtained by imaging the imaging target; Conventionally, a distortion image correction device including a means for performing Fourier transform of image information obtained by imaging a light spot on an object, a means for calculating a ratio of the Fourier transform results thereof, and a means for performing an inverse Fourier transform of the ratio is provided. A device capable of easily correcting image data can be realized without using a large-scale device such as a device based on adaptive optics.
[0076]
As described above, the distortion image correction imaging method and apparatus according to the present invention can remove a distortion and a blur of an image generated when imaging through a fluctuation medium, and obtain a reproduced image close to an image without fluctuation. Since it can be used, fluctuations and distortions have been corrected for measurements through the earth's atmosphere, such as astronomical objects, space observations, aircraft and spacecraft observations, and measurements through general gases, plasmas, liquids, and even solids such as glass. Imaging is possible and is industrially effective.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Laser
2 Reflector with hole
3 Transmission / reception optical system
4 Object to be imaged
5 Laser light spot
6 Dichroic mirror
7 Imaging camera (for laser light spot imaging)
8 Imaging camera (for imaging an object)
9 Fluctuation medium
10 Beam splitter
11, 12 filters
20 hour gate
21 Computer

Claims (6)

予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを生成する手続と、前記撮像対象物上の光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手続と、前記撮像対象物上の光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手続と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続とを含むことを特徴とする歪画像補正方法。A procedure of irradiating a predetermined imaging target with laser light to generate a light spot smaller than the imaging target on the imaging target, imaging the light spot on the imaging target, and generating a light spot on the imaging target. A procedure of simultaneously performing imaging using different imaging cameras, a procedure of extracting fluctuation effect information due to light propagation in a fluctuation medium obtained from light from a light spot on the imaging target, and the extracted fluctuation effect Using the information to correct image information obtained by imaging the imaging target object. 上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、上記の撮像対象物上の光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手続と、その比の逆フーリエ変換を行う手続とを含むことを特徴とする請求項１に記載の歪画像補正方法。The procedure for correcting the image information obtained by imaging the imaging target is a procedure for performing a Fourier transform on the image information obtained by imaging the imaging target, and a procedure for performing a Fourier transform on the image information obtained by imaging the light spot on the imaging target. 2. The distortion image correction method according to claim 1, further comprising a procedure for performing a ratio of the results of the Fourier transform, and a procedure for performing an inverse Fourier transform of the ratio. 予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に光スポットを生成できないほど遠距離にある撮像対象物の撮像について、撮像する地点からみて撮像対象物の視野角内にあるゆらぎ媒質中に前記の撮像対象物の視野角よりも小さな視野角を持った光スポットを生成する手続と、そのゆらぎ媒質中に生成された光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手続と、前記ゆらぎ媒質中に生成された光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手続と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続とを含むことを特徴とする歪画像補正方法。Irradiation of a predetermined imaging target with laser light to generate a light spot on the imaging target is not within the viewing angle of the imaging target as viewed from the point where the imaging target is imaged. Procedure for generating a light spot having a smaller viewing angle than the viewing angle of the imaging target in the fluctuation medium, and imaging of the light spot generated in the fluctuation medium and imaging of the imaging target simultaneously. A procedure performed using a different imaging camera, a procedure of extracting fluctuation effect information due to light propagation in the fluctuation medium obtained from light from the light spot generated in the fluctuation medium, and a step of extracting the extracted fluctuation effect information. Correcting the image information obtained by imaging the imaging object using the image processing method. 上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、上記のゆらぎ媒質中に生成された光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手続と、その比の逆フーリエ変換を行う手続とを含むことを特徴とする請求項３に記載の歪画像補正方法。The procedure for correcting the image information obtained by imaging the imaging target is a procedure for Fourier transforming the image information obtained by imaging the imaging target, and the image information obtained by imaging the light spot generated in the fluctuation medium. 4. The distortion image correction method according to claim 3, further comprising a procedure for performing a Fourier transform, a procedure for calculating a ratio of the results of the Fourier transform, and a procedure for performing an inverse Fourier transform of the ratio. 予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを生成する手段と、前記撮像対象物上の光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手段と、前記撮像対象物上の光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手段と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手段とを含むことを特徴とする歪画像補正装置。Means for irradiating a predetermined imaging target with laser light to generate a light spot smaller than the imaging target on the imaging target, imaging the light spot on the imaging target, and Means for simultaneously performing imaging using different imaging cameras, means for extracting fluctuation effect information due to light propagation in a fluctuation medium obtained from light from a light spot on the imaging target, and the extracted fluctuation effect Means for correcting image information obtained by imaging the imaging target object using the information. 上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手段は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手段と、上記の撮像対象物上の光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手段と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手段と、その比の逆フーリエ変換を行う手段とを含むことを特徴とする請求項５に記載の歪画像補正装置。The means for correcting the image information obtained by imaging the imaging target includes a means for Fourier transforming the image information obtained by imaging the imaging target, and the Fourier transforming the image information obtained by imaging the light spot on the imaging target. 6. The distortion image correction apparatus according to claim 5, further comprising: means for performing a ratio between the results of the Fourier transform, and means for performing an inverse Fourier transform of the ratio.
JP2001132071A 2001-04-27 2001-04-27 Distortion image correction method and apparatus Expired - Lifetime JP3584285B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001132071A JP3584285B2 (en) 2001-04-27 2001-04-27 Distortion image correction method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001132071A JP3584285B2 (en) 2001-04-27 2001-04-27 Distortion image correction method and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002329193A JP2002329193A (en) 2002-11-15
JP3584285B2 true JP3584285B2 (en) 2004-11-04

Family

ID=18980140

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001132071A Expired - Lifetime JP3584285B2 (en) 2001-04-27 2001-04-27 Distortion image correction method and apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3584285B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE602005004506T2 (en) * 2005-03-10 2009-01-22 Panalytical B.V. Remove disturbing device influences from a diffraction structure by deployment, using a diffraction-dependent device function
CH697495B1 (en) * 2005-04-01 2008-11-14 Baumer Electric Ag Optical sensor and method for suppressing stray light errors.
JP5511050B2 (en) * 2009-10-27 2014-06-04 オリンパス株式会社 Correction image data generation method and display device
JP5885384B2 (en) * 2010-11-12 2016-03-15 株式会社日立国際電気 Image processing device
FR2971075B1 (en) * 2011-01-28 2013-03-01 Electricite De France IMAGE DATA PROCESSING HAVING EFFECTS OF TURBULENCE IN A LIQUID MEDIUM.
JP5564533B2 (en) * 2012-06-04 2014-07-30 ライトロン株式会社 Astronomical imaging apparatus, astronomical imaging method, and program
CN108780209B (en) * 2016-03-18 2021-01-26 富士胶片株式会社 Focusing position detection device and focusing position detection method
CN111107831B (en) * 2017-09-22 2022-11-25 日本乐敦制药株式会社 Composition for supplementing the taste of young women

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002329193A (en) 2002-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109031654B (en) Adaptive optical correction method and system based on convolutional neural network
US8716677B2 (en) Wavefront correction of light beam
US4309602A (en) Wavefront sensing by phase retrieval
CA2613443C (en) Image correction across multiple spectral regimes
KR102191688B1 (en) Laser beam projection system with dynamic phase compensation
US7274442B2 (en) Closed-loop wavefront sensor using field programmable gate array
US20100080453A1 (en) System for recovery of degraded images
KR102036640B1 (en) Optical imaging method capable of high-speed correction of optical aberration
CN111580283B (en) Single-lens calculation imaging method based on phase recovery
CN106054570B (en) Intensity transmission equation realizes the larger Phase Build Out method of single digital hologram
US8995787B2 (en) Measurement of wave-front aberration in a small telescope remote imaging system using scene-based wave-front sensing
CN108227187A (en) A kind of method and system of expansion optical Depth of field
JP3584285B2 (en) Distortion image correction method and apparatus
Li et al. Self-measurements of point-spread function for remote sensing optical imaging instruments
JP2018182521A (en) Imaging apparatus, imaging method, and imaging program
Green et al. Extreme wave front sensing accuracy for the Eclipse coronagraphic space telescope
JP2013257228A (en) Wave front measurement device
US20230175893A1 (en) Conformal imaging vibrometer using adaptive optics with scene-based wave-front sensing
Neuner et al. Digital adaptive optical imaging for oceanic turbulence mitigation
Green et al. Demonstration of extreme wavefront sensing performance on the TPF high-contrast imaging testbed
Vdovin et al. Imaging through turbulence with temporally and spatially multiplexed systems
Xie et al. Restoration of degraded images using pupil-size diversity technology with stochastic parallel gradient descent algorithm
NL2001777C2 (en) Sharp image reconstructing method for use in e.g. digital imaging, involves reconstructing final in-focus image by non-iterative algorithm based on combinations of spatial spectra and optical transfer functions
Boehrer et al. Design of an imaging system for turbulence mitigation using phase diversity
CN113203485B (en) Device and method for realizing axial phase difference wavefront reconstruction through single exposure

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040302

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040506

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040608

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 3584285

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term