JP6159811B2 - 解像度および焦点改善 - Google Patents

Description

本開示は、一般的には、検出器出力を処理することに関する。より詳細には、本開示は、検出器出力の解像度または焦点を変更するための装置および方法に関する。

選択された入力を検出するための様々な装置が知られている。たとえば、様々なカメラおよびその他の撮像装置が、画像取得のために用いられる。従来のカメラは、長年、フィルムに画像を取り込むことに基づいていた。より最近では、カメラ等の装置は、デジタル撮像コンポーネントを含んでいる。多くの現代のデジタル画像または映像装置は、大量の生画像または映像データを取得し圧縮するように構成されている。

多くのデジタルシステムに関する１つの欠点は、かなりの計算能力を要することである。その他の潜在的な欠点は、複数の高価なセンサが必要となり得ることである。カメラのような検出装置の解像度を増加しようとする試みには、通常は、画像に対してより多くの画素を得るためのより多くのコンポーネントを追加することが含まれる。追加のコンポーネントを導入して装置のコストまたは複雑さを増加させることは、通常は望ましくない。さらに、多くの状況には、所望の検出または画像収集能力を阻む物理的および実際的な制限が含まれ得る。

例示のシステムは、検出された入力に基づいて出力を提供するように構成される少なくとも１つの検出器を含む。複数の入力制御素子は、検出器により検出される入力を制御する。プロセッサは、検出器の条件、入力制御素子の条件、および出力に関連する選択された距離に基づいて、少なくとも１つの点拡がり関数を決定するように構成される。コントローラは、出力、および少なくとも１つの点拡がり関数に基づいて、少なくとも１つの態様を有するデータを生成するように構成される。

例示の検出器出力改善方法は、少なくとも１つの検出器の出力を決定することを含む。出力は、検出器により検出される入力を制御するように構成される複数の入力制御素子の条件に依存する。少なくとも１つの点拡がり関数は、検出器の条件、入力制御素子の条件、および出力に関連する選択された距離に基づいて、決定される。データは、出力、および少なくとも１つの点拡がり関数に基づいて生成され、生成されたデータは、少なくとも１つの態様を有する。

様々な実施形態およびその特徴が、例示の実施形態の以下の詳細な説明から、当業者にとって明らかとなるであろう。詳細な説明に添付された図面は、以下のように簡潔に説明され得る。

例示の検出システムの図である。 他の例示の検出システムの図である。 検出器出力を処理するために用いられる例示の情報の図である。

図１に、例示の検出システム２０を示す。少なくとも１つの検出器２２は、２４に図示されるいくつかの入力を検出するように構成される。例示の入力は、様々な種類の放射、すなわち、光、音、またはその他の検出可能な現象を含み得る。プロセッサ２６は、少なくとも１つの点拡がり関数を決定し、検出器２２の出力２８および点拡がり関数に基づいてデータを生成するために点拡がり関数を用いるように構成される。生成されたデータは、データの解像度または焦点のような、少なくとも１つの選択された態様を有する。プロセッサ２６は、出力２８と、少なくとも１つの点拡がり関数と、検出器２２の条件、および、検出器２２により検出可能な入力２４を制御する複数の入力制御素子３０の条件に関する情報とを利用する。

一例では、プロセッサ２６は、データの選択された解像度を実現するように構成される。他の例では、プロセッサ２６は、データの選択された焦点を実現するように構成される。他の例では、プロセッサ２６は、生成されたデータの選択された解像度および焦点を実現するように構成される。以下の説明では、生成されたデータは画像を含み、プロセッサ２６は、画像の所望の解像度、画像の所望の焦点、または両方を実現することができる。

図２に、レンズ無し撮像装置またはカメラとして構成される、１つの特定の例示の検出システム２０を示す。本例では、検出器２２は、光子検出器、または、光を検出可能なその他の検出器を備える。本例では、入力制御素子３０は、シャッターアレイ内に複数のシャッター素子を備える。一例では、シャッター素子３０は、光を検出器２２に入射させるために、開閉される。他の例では、シャッター素子３０は、検出器２２の視野内に選択的に光を反射するように選択的に制御可能である個々のミラー素子のマイクロミラーアレイを備える。

図２の例では、検出器出力は、物体３２の画像を生成するための情報を提供する。３４に図示されるように、プロセッサ２６は、３６に図示されるように画像を生成し処理するために、知られている圧縮測定技術と検出器２２からの出力とを用いる。一例には、知られている圧縮測定および画像生成技術を用いることが含まれる。

プロセッサ２６は、少なくとも１つの選択された態様を有する画像を生成するように構成される。図示例のプロセッサ２６は、画像の所望のまたは選択された解像度を実現するように構成される。プロセッサ２６は、シャッターアレイ３０の物理制限によりもたらされる解像度を越えて、画像の解像度を改善することができる。３８に図示されるように、プロセッサ２６は、画像の解像度を改善するために、シャッター素子３０の少なくとも１つに関連付けられた少なくとも１つの点拡がり関数を用いる。

点拡がり関数を決定するための知られている技術がある。たとえば、検出器出力、検出器の大きさ、検出器２２とシャッター素子３０との距離、物体３２までの距離、およびシャッター素子の寸法または大きさは、点拡がり関数を決定するのに十分な情報を提供する。本例では、点拡がり関数は、画像データを収集する特定の瞬間に利用される各シャッター素子に対して決定され得る。

図３は、画像情報５２および点拡がり関数５４の図解５０である。図３から理解され得るように、点拡がり関数５４は、ある領域（ｒｅｇｉｏｎ）すなわち区域（ａｒｅａ）５６に沿って、一定値を有する。一例では、コントローラ２６は、画像の解像度を改善するために、点拡がり関数が一定値を有する領域５６に関する情報を用いる。

議論のために、Ｉ（ｘ，ｙ）を画像５２とし、ｊを入力制御（つまりシャッター）素子３０のインデックスとし、ｇ_ｊ（ｘ，ｙ）を各シャッター素子３０に関連付けられた点拡がり関数とする。複数の検出器がある例では、ｉは各検出器に対するインデックスであってもよく、ｙ_ｎは検出器による測定値である。そのような場合において、複数の検出器による測定値は、以下の式により記述され得る。

これは、

として書き直すことができ、ここで、

であり、これは、検出器測定中に開いていたまたは有効であった全てのシャッター素子３０に関連付けられた集合的点拡がり関数とも呼ばれる。

本例では、プロセッサは、以下の、

に従って、より高い解像度の画像を再構成し、ここで、Ｗは粗化オペレータ（ｓｐａｒｓｉｆｙｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｏｒ）である。このように画像を再構成することにより、画像の選択された解像度を実現することが可能になる。式（３）において、ｘ、ｙを量子化し、積分を総和に置き換えることで、任意の所望の解像度を得ることができる。

本技術により可能な最大解像度は、集合的点拡がり関数Ｇ_ｎ（ｘ，ｙ）が一定値を有する領域５６に基づく。画像の最小解像度画素サイズは、領域５６により決定される。より高い解像度（つまり、領域５６より小さい画素サイズ）を選択しても、集合的点拡がり関数が領域５６内で一定値を有するため、いかなる付加情報も提供されない。

解像度を増加させるために領域５６を利用することが望ましく、というのは、点拡がり関数がその領域において一定値を有するためである。点拡がり関数が所与の領域上で一定値を有しない場合、画像情報は、その領域における検出器からの情報に基づいてぼやけ得る。

プロセッサ２６が画像の焦点を調節することもできる例では、プロセッサ２６は、点拡がり関数を利用して、たとえば画像内の選択された物体への、画像の所望の焦点を実現する。特定の物体とセンサとの距離に関する情報が与えられたとき、プロセッサ２６は、その物体までの距離に基づく点拡がり関数を決定することができる。画像を再構成するためにその点拡がり関数を用いると、その点拡がり関数に関連付けられた物体に画像の焦点が合わせられる。

図示例では、検出システム２０は、静止画用か動映像（たとえば画像の系列）用かにかかわらず、視覚情報を測定する圧縮測定カメラを備える。検出器２２の出力２８は、検出器２２から離れ得る選択された場所に、多様に格納されてもよい。測定された視覚情報は、検出器２２から離れて位置し得るまたは同じ装置に組み込まれ得るプロセッサ２６により、画像（または映像）を再構成するために、後で用いられる。プロセッサ２６は、圧縮測定カメラの配置または条件、および再構成（または生成）されている画像（または映像）の所望の焦点に依存する適切な点拡がり関数を用いる。本手法により、画像（または映像）の選択された解像度、画像（または映像）の選択された焦点、または両方を実現することが可能となる。

前述の説明は、本質的に限定的ではなく例示的なものである。開示された実施形態の本質から必ずしも逸脱しない、開示された例の変形および変更は、当業者に明らかになろう。法的保護の範囲は、添付の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定され得る。

Claims (10)

1. 検出された入力に基づいて出力を提供するように構成される少なくとも１つの検出器と、
   検出器により検出される入力を制御するように構成される複数の入力制御素子であって、選択的に検出器に光を検出させるように構成される複数のシャッター素子を備える、複数の入力制御素子と、
   検出器の条件、入力制御素子の条件、および出力に関連する選択された距離に基づいて、複数の点拡がり関数を決定し、
   出力、および少なくとも１つの点拡がり関数に基づいて、少なくとも１つの態様を有するデータを生成する
   ように構成されるプロセッサと
   を備え、
   シャッター素子が、検出器の視野内に選択的に反射するように選択的に制御可能である個々のミラー素子のマイクロミラーアレイを備え、
   複数の点拡がり関数が、それぞれ、入力制御素子のそれぞれに関連付けられている、レンズ無し撮像システム。
2. 少なくとも１つの態様が、選択された解像度であり、
   解像度が、複数の点拡がり関数に基づく、
   請求項１に記載のシステム。
3. 少なくとも１つの態様が、選択された焦点である、
   請求項１に記載のシステム。
4. 検出器が、少なくとも１つの物体から反射した光を検出するように構成され、
   生成されたデータが、画像を備える、
   請求項１に記載のシステム。
5. プロセッサが、
   シャッター素子のそれぞれとそれぞれが関連付けられる複数の点拡がり関数から集合的点拡がり関数を決定し、
   集合的点拡がり関数に基づいて改善された解像度を有する画像を生成する
   ように構成される、請求項４に記載のシステム。
6. プロセッサが、
   一定値を有する集合的点拡がり関数の部分を決定し、
   一定値を有する部分に基づいて、改善された解像度を有する画像を生成する
   ように構成される、請求項５に記載のシステム。
7. プロセッサが、
   検出器と画像内の少なくとも１つの物体との距離に基づいて、少なくとも１つの点拡がり関数を決定し、
   画像の選択された焦点を実現するために少なくとも１つの点拡がり関数を用いる
   ように構成される、請求項４に記載のシステム。
8. レンズ無し撮像システムにおいて検出器出力を改善する方法であって、
   少なくとも１つの検出器の出力を決定するステップであって、出力が、検出器により検出される入力を制御するように構成される複数の入力制御素子の条件に依存し、複数の入力制御素子が、選択的に検出器に光を検出させるように構成される複数のシャッター素子を備える、決定するステップと、
   検出器の条件、入力制御素子の条件、および出力に関連する選択された距離に基づいて、複数の点拡がり関数を決定するステップであって、複数の点拡がり関数が、それぞれ、入力制御素子のそれぞれに関連付けられている、決定するステップと、
   出力、および少なくとも１つの点拡がり関数に基づいて、少なくとも１つの態様を有するデータを生成するステップと
   を備え、
   シャッター素子が、検出器の視野内に選択的に反射するように選択的に制御可能である個々のミラー素子のマイクロミラーアレイを備える、方法。
9. 少なくとも１つの態様は選択された解像度であり、
   方法は、複数の点拡がり関数に基づいて、選択された解像度を有するデータを生成することを備える、
   請求項８に記載の方法。
10. 検出器が、少なくとも１つの物体から反射した光を検出するように構成され、
    生成されたデータが、画像を備える、
    請求項８に記載の方法。

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