JP6511158B2 - スナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラ及び画像化方法 - Google Patents

Description

本発明はハイパースペクトルカメラの分野に関し、具体的には、スナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラ及び画像化方法に関する。

ハイパースペクトル画像化技術は、この二十年来に発展して来た、狭帯域に基づいた画像データ技術である。この技術は、光学、光電子工学、情報処理及びコンピューター科学などの分野の先端技術を組合わせたものであり、伝統的な2次元画像化技術とスペクトル技術を結合した新興技術である。ハイパースペクトル画像化技術の定義はマルチスペクトル画像化の上に、紫外から近赤外までのスペクトル範囲内で、画像化分光器によって、スペクトル受信可能範囲内の何十か何百本のスペクトルバンドに目標物体を連続的に画像化するものと定義された。物体の空間的特徴を得るとともに、被測定物体のスペクトル情報を得る。

ハイパースペクトル画像化技術は、スーパーマルチバンド、高スペクトル分解能、ナローバンド、広いスペクトル範囲、及び画像とスペクトルの一体化などの特徴を有する。その利点は収取した画像の情報量が豊富であることと、識別度が高いことと、データ記述モデルが多いことである。

しかし、現在、通常の画像化分光器は急激に変化するシーンを画像化するのが難しく、画像化対象から極めて詳しいスペクトル情報を捉えることができない。

急激に変化するシーンを画像化することが難しく、画像化対象から極めて詳しいスペクトル情報を捉えることができないという従来技術の欠点に対して、本発明はスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラ及び画像化方法を提供した。

第1の態様では、本発明は、偏光板と、画像センサーと、スペクトルフィルタとを含み、前記スペクトルフィルタは前記画像センサーにあり、前記偏光板は前記画像センサーの一側にあり、
3つの前記偏光板は、第1の所定角度、第2の所定角度及び第3の所定角度で、所定波長のチャネルの第1の領域、第2の領域及び第3の領域にそれぞれ貼り付けられ、前記チャネルは4つの領域に分けられ、前記偏光板は、入射光を遮蔽したり、透過したりし、異なる偏光角度の光信号を得るためのものであり、
前記画像センサーは、前記3つの偏光板によって得られた異なる偏光角度の光信号を受信し、前記異なる偏光角度の光信号を電気信号に変換するためのものであり、
前記スペクトルフィルタは、前記画像センサーによって変換して得られた前記電気信号を受信し、前記電気信号に対してフィルタ処理を行い、所定波長の高周波電気信号を得るためのものであるスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラを提案する。

前記第1の所定角度は0°であり、前記第2の所定角度は60°であり、前記第3の所定角度は120°であってもよい。

前記偏光板は偏光フィルムと、内保護フィルムと、感圧性接着剤層と、外保護フィルムとを積層して構成された複合材料であってもよい。

前記画像センサーは10⁶台個のフォトダイオードを含み、各前記フォトダイオードは1つの画素として見なされ、前記画像センサーは前記画素より構成された画素アレイであってもよい。

前記スペクトルフィルタはタイル型の前記画素アレイに集積されてもよい。

アナログ−デジタル変換器と、画像化ショット部と、機体とをさらに含み、
前記アナログ−デジタル変換器は、前記機体内にあり、前記スペクトルフィルタによって得られた高周波電気信号を受信し、前記高周波電気信号のアナログ信号をデジタル信号に変換するためのものであり、
前記画像化ショット部は、前記機体内にあり、前記アナログ−デジタル変換器によって得られたデジタル信号を受信し、前記デジタル信号を画像化するためのものであってもよい。

前記画像センサーはエリアアレイCCDセンサーであってもよい。

第2の態様では、本発明は、
偏光板によって、入射光を遮蔽したり、透過したりし、異なる偏光角度の光信号を得るステップと、
画像センサーによって、前記偏光板によって得られた異なる偏光角度の光信号を受信し、前記異なる偏光角度の光信号を電気信号に変換するステップと、
スペクトルフィルタによって、前記画像センサーによって変換して得られた前記電気信号を受信し、前記電気信号に対してフィルタ処理を行い、所定波長の高周波電気信号を得るステップとを含むスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラに基づいた画像化方法を提案する。

3つの前記偏光板は、第1の所定角度、第2の所定角度及び第3の所定角度で、所定波長のチャネルの第1の領域、第2の領域及び第3の領域にそれぞれ貼り付けられ、前記チャネルは4つの領域に分けられ、前記第1の所定角度は0°であり、前記第2の所定角度は60°であり、前記第3の所定角度は120°であってもよい。

アナログ−デジタル変換器によって、前記スペクトルフィルタによって得られた高周波電気信号を受信し、前記高周波電気信号のアナログ信号をデジタル信号に変換するステップと、
画像化ショット部によって、前記アナログ−デジタル変換器によって得られたデジタル信号を受信し、前記デジタル信号を画像化するステップとをさらに含んでもよい。

上記の技術案からわかるように、本発明はスペクトルフィルタをセンサーのタイル型画素アレイに集積することにより、急激に変化するシーンに対しての画像化を実現すると同時に、特定波長の各チャネル内に複数の偏光板を貼り付けることにより、より精細な画像化を実現する。1つの画像化対象からスペクトルフィンガプリントのスペクトル特性を捉えることができる。これらスペクトル特性は画像化対象の極めて詳しいスペクトル情報を提供し、識別と分類の対象を大幅に向上させ、かつ、新世代の工業のキー技能検査、医学診断及びセキュリティアプリケーションに対して、極めて重大な意義を持っている。

本発明の一実施例に係るスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラの構造模式図である。 本発明の一実施例に係るスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラの画像センサーの模式図である。 本発明の一実施例に係るスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラの画 像化方法のフロー模式図である。

以下、図面を参考して、発明の具体的な実施形態について説明する。以下の実施例は本発明の技術案をより明確に説明するためのものに過ぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。

図1は本発明の一実施例に係るスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラの構造模式図を示し、偏光板11と、画像センサー12と、スペクトルフィルタ13とを含み、前記スペクトルフィルタ13は前記画像センサー12にあり、前記偏光板11は前記画像センサー12の一側にある。

前記画像センサー12は、前記偏光板によって得られた異なる偏光角度の光信号を受信し、前記異なる偏光角度の光信号を電気信号に変換するためのものである。画像センサー12は本発明のカメラのコア部品であり、収集されたサンプルの拡散反射光信号を電気信号に変換し、その品質はハイパースペクトルカメラの画像化品質を決定する。その体積が小さいが、何十万乃至千万個の感光性を有するダイオード-フォトダイオードを含む。各フォトダイオードは1つの画素であり、前記画像センサーは前記画素より構成された画素アレイである。光が照射される時、フォトダイオードは電荷を蓄積し、蓄積された電荷は最終的に対応する画素データに変換される。図2に示すのは画像センサー12の模式図である。各前記画素は1つのチャネル121に対応する。チャネルは1つの画像ファイル中の選択コンテンツ及び他の情報を格納し、一般的に画像中の色階調の変化を示す。例えば、階調画像中のチャネルは黒から白までの256個の色階調の変化を示す。本実施例では、各チャネル121は四つの領域、それぞれ第1の領域1211、第2の領域1212、第3の領域1213及び第4の領域1214に分けられる。

前記スペクトルフィルタ13は、タイル型の前記画素アレイに集積され、前記画像センサー12によって変換して得られた前記電気信号を受信し、前記電気信号に対してフィルタ処理を行い、所定波長の高周波電気信号を得るためのものである。スペクトルフィルタ13は、前記画像センサー12のタイル型画素アレイに集積され、1つの画像化対象からスペクトル特性を捉えることができる。これらのスペクトル特性は画像化対象の極めて詳しいスペクトル情報を提供する。本実施例では、スナップショットの目的を実現するように、主にスペクトルの高周波情報を捉える。スナップショット型画像化技術は識別と分類の対象を大幅に向上させ、かつ、新世代の工業のキー技能検査、医学診断及びセキュリティアプリケーションに対して、重大な意義を持っている。

前記偏光板11は所定波長の各チャネル121に集積された。本実施例では、各前記チャネル121に3つの前記偏光板を集積する。前記3つの偏光板はそれぞれ第1の所定角度0°、第2の所定角度60°及び第3の所定角度120°で、所定波長のチャネルの第1の領域1211、第2の領域1212及び第3の領域1213に貼り付けられ、画像化対象に対して異なる角度のスナップショット型画像化を実現する。第4の領域1214には、前記偏光板が貼り付けられていない。前記偏光板は入射光を遮蔽したり、透過したりするためのものであり、縦方向の光と横方向の光のうちの一方を透過し、他方を遮蔽し、異なる偏光角度の光信号を得ることができる。偏光板11は偏光フィルムと、内保護フィルムと、感圧性接着剤層と、外保護フィルムとを積層して構成された複合材料である。各チャネルに複数の偏光板11を設けることによって、画像化対象がより豊富なスペクトル情報を取得して、より精細な画像化を実現することができる。

本実施例に係るスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラは、スペクトルフィルタをセンサーのタイル型画素アレイに集積することにより、急激に変化するシーンに対しての画像化を実現すると同時に、特定波長の各チャネル内に複数の偏光板を貼り付けることにより、より精細な画像化を実現する。そして、スナップショット型ハイパースペクトル画像化カメラの毎回の画像化は、2次元シーンに対してのハイパースペクトル画像化であり、プラットホームのジッタと振動による影響を効果的に軽減し、また、このカメラは検出器アレイの1つの積分時間内にスペクトル情報を捉える方法であり、画像化アーティファクトを避けることができ、データ処理の過程を簡略化して、処理時間を向上させた。

上記の実施例では、前記スナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラは、アナログ−デジタル変換器（A/D変換器）と、画像化ショット部と、機体とをさらに含み、前記アナログ−デジタル変換器は、前記機体内にあり、前記スペクトルフィルタによって得られた高周波電気信号を受信し、前記高周波電気信号のアナログ信号をデジタル信号に変換するためのものであり、前記画像化ショット部は、前記機体内にあり、前記アナログ−デジタル変換器によって得られたデジタル信号を受信し、前記デジタル信号を画像化するためのものである。本実施例では、前記アナログ−デジタル変換器、画像化ショット部及び機体は通常のカメラと類似するが、偏光板、画像センサー及びスペクトルフィルタと合わせて使用されて、画像化と、スペクトルと、偏光との3つの光検知技術を一体に組合わせたものであり、画像化対象がより豊富なスペクトル情報を取得することができる。

上記の実施例では、前記画像センサーは10⁶台個のフォトダイオードを採用することができ、前記画像センサーはエリアアレイCCDセンサーを採用することができる。

図3は本発明の他の実施例に係るスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラ画像化方法のフロー模式図であり、
偏光板11によって、入射光を遮蔽したり、透過したりし、異なる偏光角度の光信号を得るステップ101と、
画像センサー12によって、前記偏光板によって得られた異なる偏光角度の光信号を受信し、前記異なる偏光角度の光信号を電気信号に変換するステップ102と、
スペクトルフィルタ13によって、前記画像センサー12によって変換して得られた前記電気信号を受信し、前記電気信号に対してフィルタ処理を行い、所定波長の高周波電気信号を得るステップ103とを含む。

そのうち、3つの前記偏光板は、第1の所定角度、第2の所定角度及び第3の所定角度で、所定波長のチャネルの第1の領域、第2の領域及び第3の領域にそれぞれ貼り付けられている。前記チャネルは4つの領域に分けられる。前記第1の所定角度は0°であり、前記第2の所定角度は60°であり、前記第3の所定角度は120°である。

本発明のスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラの画像化方法は、センサーのタイル型画素アレイにスペクトルフィルタを集積することにより、急激に変化するシーンに対しての画像化を実現すると同時に、特定波長の各チャネル内に複数の偏光板を貼り付けることにより、より精細な画像化を実現する。

上記の実施例では、
アナログ−デジタル変換器によって、前記スペクトルフィルタによって得られた高周波電気信号を受信し、前記高周波電気信号のアナログ信号をデジタル信号に変換するステップと、
画像化ショット部によって、前記アナログ−デジタル変換器によって得られたデジタル信号を受信し、前記デジタル信号を画像化するステップとをさらに含む。

本発明の明細書には、多くの具体的な詳細を説明した。しかし、本発明の実施例はこれらの具体的な詳細なしに実施できることが理解されるだろう。本明細書への理解を曖昧にしないように、一部の実例には、公知の方法、構造及び技術を詳しく示していない。

Claims (10)

1. 偏光板と、画像センサーと、スペクトルフィルタとを含み、前記スペクトルフィルタは前記画像センサーにあり、前記偏光板は前記画像センサーの一側にあり、
   3つの前記偏光板は、第1の所定角度、第2の所定角度及び第3の所定角度で、所定波長のチャネルの第1の領域、第2の領域及び第3の領域にそれぞれ貼り付けられ、前記チャネルは4つの領域に分けられ、前記偏光板は、入射光を遮蔽したり、透過したりし、異なる偏光角度の光信号を得るためのものであり、
   前記画像センサーは、前記3つの偏光板によって得られた異なる偏光角度の光信号を受信し、前記異なる偏光角度の光信号を前記チャネルの単位でまとめて電気信号に変換するためのものであり、
   前記スペクトルフィルタは、前記画像センサーによって変換して得られた前記電気信号を受信し、前記電気信号に対してフィルタ処理を行い、所定波長の高周波電気信号を得るためのものであることを特徴とする、スナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラ。
   
2. 前記第1の所定角度は0°であり、前記第2の所定角度は60°であり、前記第3の所定角度は120°であることを特徴とする、請求項1に記載のスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラ。
3. 前記偏光板は偏光フィルムと、内保護フィルムと、感圧性接着剤層と、外保護フィルムとを積層して構成された複合材料であることを特徴とする、請求項1に記載のスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラ。
4. 前記画像センサーは10⁶台個のフォトダイオードを含み、各前記フォトダイオードは1つの画素として見なされ、前記画像センサーは前記画素より構成された画素アレイであることを特徴とする、請求項1に記載のスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラ。
5. 前記スペクトルフィルタはタイル型の前記画素アレイに集積されたことを特徴とする、請求項4に記載のスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラ。
6. アナログ−デジタル変換器と、画像化ショット部と、機体とをさらに含み、
   前記アナログ−デジタル変換器は、前記機体内にあり、前記スペクトルフィルタによって得られた高周波電気信号を受信し、前記高周波電気信号のアナログ信号をデジタル信号に変換するためのものであり、
   前記画像化ショット部は、前記機体内にあり、前記アナログ−デジタル変換器によって得られたデジタル信号を受信し、前記デジタル信号を画像化するためのものであることを特徴とする、請求項1に記載のスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラ。
   
7. 前記画像センサーはエリアアレイCCDセンサーであることを特徴とする、請求項1に記載のスナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラ。
8. 偏光板によって、入射光を遮蔽したり、透過したりし、異なる偏光角度の光信号を得るステップと、
   画像センサーによって、前記偏光板によって得られた異なる偏光角度の光信号を受信し、前記異なる偏光角度の光信号を所定波長のチャネルの単位でまとめて電気信号に変換するステップと、
   スペクトルフィルタによって、前記画像センサーによって変換して得られた前記電気信号を受信し、前記電気信号に対してフィルタ処理を行い、所定波長の高周波電気信号を得るステップとを含むことを特徴とする、スナップショット型偏光ハイパースペクトルカメラに基づいた画像化方法。
   
9. 3つの前記偏光板は、第1の所定角度、第2の所定角度及び第3の所定角度で、前記チャネルの第1の領域、第2の領域及び第3の領域にそれぞれ貼り付けられ、前記チャネルは4つの領域に分けられ、前記第1の所定角度は0°であり、前記第2の所定角度は60°であり、前記第3の所定角度は120°であることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
   
10. アナログ−デジタル変換器によって、前記スペクトルフィルタによって得られた高周波電気信号を受信し、前記高周波電気信号のアナログ信号をデジタル信号に変換するステップと、
    画像化ショット部によって、前記アナログ−デジタル変換器によって得られたデジタル信号を受信し、前記デジタル信号を画像化するステップとをさらに含むことを特徴とする、請求項8に記載の方法。
    

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