JP7003375B2 - 自動偏光調節装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動偏光調節装置及び方法に係り、さらに詳細には、カメラに入射する光の透過偏光方向を電気で調節して、ユーザの希望する偏光イメージを生成する自動偏光調節装置及び方法に関する。

ＤＳＬＲデジタルカメラやスマートフォンカメラなどのカメラを利用した写真／動画像のイメージ処理の際に、偏光フィルタを装着してイメージ処理する場合がある。このような偏光フィルタを装着して写真をイメージ処理すると、通常「乱反射」と呼ばれる強反射、偏光反射を除去して鮮明な写真／動画像を得ることができる。偏光フィルタを介してイメージ処理したイメージは、偏光フィルタを通さないイメージに比べて自然色をほぼそのまま保存した鮮明なイメージを得ることができる。

従来の偏光フィルタを用いてイメージ処理する場合、カメラの前に偏光フィルタを配置し、偏光フィルタを回転させながら所望の透過偏光方向に合わせて固定し、イメージ処理を行った。

しかし、従来の偏光フィルタは、透過偏光方向を手動調節しており、使用に不便であるという問題点がある。

かかる問題点を解決するために、手動偏光フィルタに回転機構部を結合させ、回転機構部をモータで駆動することにより偏光フィルタを回転させて透過偏光方向を変化させながら、カメラでイメージ処理する技術が開発されたが、この技術は、簡単であるものの、機械的移送構造なので、自動偏光変換を高速に作動させる場合または頻繁な着脱が必要である場合には、耐久性の問題が発生するおそれがあり、作動時に騒音が発生し、電力消耗が多く発生し、複雑な機械的構造で頻繁な故障が発生するという問題点がある。

韓国登録特許第１０－１１６５６９５号には、路面状態検知のための自動制御型偏光フィルタ及びその駆動方法が開示されている。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、その目的は、カメラに入射する光の透過偏光方向を電気で調節して、ユーザの希望する偏光イメージを生成する自動偏光調節装置及び方法を提供することにある。

本発明の実施形態の目的は、上述した目的に制限されず、上述していない別の目的は、以降の記載から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるだろう。

上記目的を達成するための本発明の一実施形態に係る自動偏光調節装置は、印加された電圧に応じて、透過する偏光成分を偏光変換させる第１液晶１００；前記第１液晶１００に印加される電圧を制御する偏光制御部１５０；前記第１液晶１００の後方に透過偏光方向が固定されるように備えられ、透過偏光方向に偏光している入射光を透過させる第１偏光フィルタ２００；前記第１偏光フィルタ２００の後方に備えられ、前記第１液晶１００及び第１偏光フィルタ２００を通過した透過光がイメージングされるイメージセンサ６００；前記イメージセンサ６００にイメージングされた透過光をイメージ処理する処理部７００；及び前記処理部７００がイメージ処理したイメージを保存する保存部８００；を含むことを特徴とする。

また、前記第１偏光フィルタ２００は、透過偏光方向が領域別に固定された複数の領域が備えられ、透過偏光方向が少なくとも二種類であることを特徴とする。

また、前記自動偏光調節装置は、前記第１偏光フィルタ２００とイメージセンサ６００との間に備えられ、印加された電圧に応じて、透過する偏光成分を偏光変換させる第２液晶３００；及び前記第２液晶３００とイメージセンサ６００との間に透過偏光方向が固定されるように備えられ、透過偏光方向に偏光している入射光を透過させる第２偏光フィルタ４００；を含むことを特徴とする。

また、前記自動偏光調節装置は、イメージ処理しようとする使用目的に応じて最適偏光イメージを取得するようにイメージ処理シーケンスを設計し、設計されたイメージ処理シーケンスに従って前記偏光制御部１５０及び処理部７００を制御する画像設計部９００；を含むことを特徴とする。

また、前記自動偏光調節装置は、前記画像設計部９００の設計に基づいて、様々な角度の偏光イメージを比較して、イメージ処理しようとする使用目的に合致する偏光イメージを選択するか、或いは様々な角度の偏光イメージに基づいて、イメージ処理しようとする使用目的に合致するイメージを生成する画像判断部９５０；を含むことを特徴とする。

また、前記画像判断部９５０は、多数の偏光イメージに基づいて、最大ピクセル値演算、最小ピクセル値演算、偏光差絶対値イメージ演算、及びカラー別偏光差イメージ演算の中から選択されたいずれか一つの演算を用いてイメージを生成することを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る自動偏光調節方法は、印加された電圧に応じて、透過する偏光成分を偏光変換させる第１液晶１００；前記第１液晶１００に印加される電圧を制御する偏光制御部１５０；前記第１液晶１００の後方に透過偏光方向が固定されるように備えられ、透過偏光方向に偏光している入射光を透過させる第１偏光フィルタ２００；前記第１偏光フィルタ２００の後方に備えられ、前記第１液晶１００及び第１偏光フィルタ２００を通過した透過光がイメージングされるイメージセンサ６００；前記イメージセンサ６００にイメージングされた透過光をイメージ処理する処理部７００；前記処理部７００がイメージ処理したイメージを保存する保存部８００；イメージ処理しようとする使用目的に応じて最適偏光イメージを取得するようにイメージ処理シーケンスを設計し、設計されたイメージ処理シーケンスに従って前記偏光制御部１５０及び処理部７００を制御する画像設計部９００；及び前記画像設計部９００の設計に基づいて、様々な角度の偏光イメージを比較して、イメージ処理しようとする前方状況または使用目的に合致する偏光イメージを選択するか、或いは様々な角度の偏光イメージに基づいて、イメージ処理しようとする前方状況または使用目的に合致するイメージを生成する画像判断部９５０；を含む自動偏光調節装置を用いる自動偏光調節方法であって、前記画像設計部９００が使用目的に応じて最適偏光イメージを取得するように設計する設計ステップ（Ｓ１０）と、処理部７００が前記設計ステップ（Ｓ１０）の設計に基づいて前記偏光制御部１５０を制御して必要なイメージをイメージ処理するイメージ処理ステップ（Ｓ２０）、及び前記画像判断部９５０が、前記画像設計部９００の設計に基づいて、様々な角度の偏光イメージを比較してイメージ処理しようとする前方状況または使用目的に合致する偏光イメージを選択するか、或いは様々な角度の偏光イメージに基づいて、使用目的に合致するイメージを生成する最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）と、を含むことを特徴とする。

また、前記最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）は、様々な角度の偏光イメージに基づいて相対寄与度を適用して、使用目的に合致するイメージを生成することを特徴とする。

また、前記相対寄与度は、偏光変換角がβ角である偏光を入射させ、第１液晶１００に電圧Ｖβを加えた後、偏光フィルタを垂直偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌａ＾を測定し、偏光フィルタを水平偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌｂ＾を測定した後、
ａ＝Ｌａ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）
ｂ＝Ｌｂ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）
（ここで、ａ、ｂは相対寄与度である。）
を連立してａ、ｂを算出することを特徴とする。

また、前記相対寄与度は、水平偏光を入射させ、第１液晶１００に電圧Ｖβを加えた後、偏光フィルタを光センサの光強度が最大である角度で回転させ、光強度が最大である角度で水平からの角度を測定してβ角として保存し、光強度が最大である角度で光センサの光強度を測定してＬａ＾として保存し、光強度が最大である角度と垂直な状態に偏光フィルタを回転させて光センサの光強度を測定してＬｂ＾として保存し、その後、偏光フィルタを水平偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌｂ＾を測定した後、
ａ＝Ｌａ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）
ｂ＝Ｌｂ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）
（ここで、ａ、ｂは相対寄与度である。）
を連立してａ、ｂを算出することを特徴とする。

また、前記自動偏光調節装置は、前記第１偏光フィルタ２００とイメージセンサ６００との間に備えられ、印加された電圧に応じて、透過する偏光成分を偏光変換させる第２液晶３００；及び前記第２液晶３００とイメージセンサ６００との間に透過偏光方向が固定されるように備えられ、透過偏光方向に偏光している入射光を透過させる第２偏光フィルタ４００；を含み、前記第１偏光フィルタ２００は、透過偏光方向が領域別に固定された複数の領域が備えられたことを特徴とし、前記自動偏光調節方法のイメージ処理ステップ（Ｓ２０）は、前記偏光角度β角に該当する電圧Ｖβを第１液晶１００に印加する電圧印加ステップ（Ｓ２１）と、前記第２液晶３００に前記第１偏光フィルタ２００のそれぞれの領域別透過偏光方向に透過した透過光のうち、順次いずれか一つの透過光のみ前記第２偏光フィルタ４００を通過するように前記第２液晶３００に電圧を順次変化させて印加しながら、イメージセンサ６００にイメージングされた透過光を順次イメージ処理する順次イメージ処理ステップ（Ｓ２２）と、を含み、前記自動偏光調節方法の最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）は、前記順次イメージ処理ステップ（Ｓ２２）で取得されたイメージに基づいて、
Ｌ１＃＝ａ（β）＊Ｌ１（β）＋ｂ（β＋９０度）＊Ｌ２（β＋９０度）
Ｌ２＃＝ａ（β＋９０度）＊Ｌ２（β＋９０度）＋ｂ（β）＊Ｌ１（β）
（ここで、Ｌ１＃は透過光Ｌ１＾のイメージセンサ６００におけるピクセル光強度値であり、Ｌ２＃は透過光Ｌ２＾のイメージセンサ６００におけるピクセル光強度値であり、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１＾、Ｌ２＾は各偏光成分の光強度であり、ａ、ｂは相対寄与度である。）
を連立してＬ１（β）、Ｌ２（β＋９０度）を算出し、これを用いて、使用目的に合致するイメージを生成することを特徴とする。

また、前記最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）は、多数の偏光イメージに基づいて、最大ピクセル値演算、最小ピクセル値演算、偏光差絶対値イメージ演算、及びカラー別偏光差イメージ演算の中から選択されたいずれか一つの演算を用いて、使用目的に合致するイメージを生成することを特徴とするが、差絶対値イメージ演算（偏光差絶対値イメージ演算、カラー別偏光差イメージ演算）の差演算は、除算演算及びログ差演算を含むことを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る自動偏光調節装置及び方法によれば、鮮明な画像を得るか、或いは応用に適した画像を得るために、カメラに入射する光の偏光成分（透過偏光方向）を電気的制御で偏光変換（調節）させることにより、低騒音高速偏光変換が可能であるとともに、機械的な故障を最小限に抑えることができるという効果がある。

また、少なくとも二種類の透過偏光方向が領域別に固定された第１偏光フィルタを用いることにより、４種類以上の偏光イメージの取得時にも偏光フィルタの機械的移送（回転）を必要としないという効果がある。

また、第２液晶と第２偏光フィルタをさらに備えることにより、さらに様々な種類の偏光イメージの取得時にも偏光フィルタの機械的移送（回転）を必要としないという効果がある。

また、画像設計部をさらに備えることにより、動く物体の鑑別が重要であるとき、霧のときに曇り除去（ｄｅｆｏｇｇｉｎｇ）を用いてより鮮明な画像を得ようとするとき、道路の特性や道路上の雪及び氷の区別を希望するとき、画像を用いた欠陥検査を必要とするときなど、イメージ処理しようとする使用目的に応じた最適な偏光画像を自動的に取得して活用することができるという効果がある。

また、画像判断部によって最大ピクセル値演算を用いて、物体の反射を強調したイメージを得ることができるという効果がある。

また、画像判断部によって最小ピクセル値演算を用いて、物体の反射を最小にしてより鮮明で色味良くイメージを得ることができるという効果がある。

また、画像判断部によって偏光差絶対値イメージ演算を用いて、動く物体の鑑別及び霧時の道路の前方車両の車線検出が容易なイメージを得ることができるという効果がある。

また、画像判断部によってカラー別偏光差イメージ演算を用いて、物体の識別が容易なイメージを得ることができるという効果がある。

図１は、本発明の一実施形態に係る自動偏光調節装置の概念図である。 図２は、図１の第１液晶及び第１偏光フィルタを透過した光の偏光変換される例を示す概念図である。 図３は、ＴＮ液晶の液晶電圧（Ｖβ）と偏光変換角（β）との関係を示すグラフである。 図４は、図２の第１偏光フィルタが互いに異なる透過偏光方向の領域に区分された例を示す概念図である。 図５は、第１偏光フィルタとイメージセンサとの間に第２液晶と第２偏光フィルタが備えられた例を示す概念図である。 図６は、図１に画像設計部が追加された例を示す概念図である。 図７は、図６に画像判断部が追加された例を示す概念図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る自動偏光調節方法のフローチャートである。 図９は、地表面となす角度が０度である偏光イメージである。 図１０は、地表面となす角度が９０度である偏光イメージである。 図１１は、各偏光イメージ中の各ピクセル別に最大画像値だけを保存したイメージである。 図１２は、各偏光イメージ中の各ピクセル別に最小画像値だけを保存したイメージである。 図１３は、偏光差絶対値イメージ演算を行ったイメージである。 図１４は、偏光差イメージ演算をカラー別に異ならせたイメージである。

本発明は、多様な変更を加えることができ、種々の実施形態を有することができるので、特定の実施形態を図面に例示して詳細に説明しようとする。しかし、これは、本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物または代替物を含むものと理解されるべきである。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いる或いは「接続されて」いると言及された場合には、該他の構成要素に直接連結または接続されていることもあるが、それらの間に別の構成要素が介在することもあると理解されるべきである。

一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いる或いは「直接接続されて」いると言及された場合には、それらの間に別の構成要素が介在しないと理解されるべきである。

本明細書で使用された用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈上明白に異なる意味ではない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、工程、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするもので、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、工程、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。

別に定義しない限り、技術的或いは科学的用語を含めて、ここで使用される全ての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同一の意味を有する。 一般に使用される辞典に定義されているような用語は、関連技術の文脈上において持つ意味と一致する意味であると解釈されるべきであり、本明細書において明白に定義しない限りは、理想的または過度に形式的な意味で解釈されない。

以下、添付図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。これに先立ち、本明細書及び請求の範囲に使用された用語や単語は、通常的かつ辞典的な意味に限定解釈されてはならず、発明者は自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に即して、本発明の技術的思想に合致する意味と概念で解釈されるべきである。また、使用される技術用語及び科学用語において他の定義がなければ、この発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が通常的に理解している意味を有し、下記の説明及び添付図面において、本発明の要旨を不要に曖昧にするおそれがある公知の機能及び構成についての説明は省略する。次に紹介される図面は、当業者に本発明の思想が十分に伝達できるようにするために例として提供されるのである。よって、本発明は、以下に提示される図面に限定されず、他の形態に具体化されることも可能である。また、明細書全般にわたって、同一の参照番号は同一の構成要素を示す。図面中の同じ構成要素は、できる限り何処でも同一の符号で示していることに留意すべきである。

図１は本発明の一実施形態に係る自動偏光調節装置の概念図、図２は図１の第１液晶及び第１偏光フィルタを透過した光の偏光変換される例を示す概念図、図３はＴＮ液晶の液晶電圧（Ｖβ）と偏光変換角（β）との関係を示すグラフ、図４は図２の第１偏光フィルタが互いに異なる透過偏光方向の領域に区分された例を示す概念図、図５は第１偏光フィルタとイメージセンサとの間に第２液晶と第２偏光フィルタが備えられた例を示す概念図、図６は図１に画像設計部が追加された例を示す概念図、図７は図６に画像判断部が追加された例を示す概念図、図８は本発明の一実施形態に係る自動偏光調節方法のフローチャート、図９は地表面となす角度が０度である偏光イメージ、図１０は地表面となす角度が９０度である偏光イメージ、図１１は各偏光イメージ中の各ピクセル別に最大画像値だけを保存したイメージ、図１２は各偏光イメージ中の各ピクセル別に最小画像値だけを保存したイメージ、図１３は偏光差絶対値イメージ演算を行ったイメージ、図１４は偏光差イメージ演算をカラー別に異ならせたイメージである。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る自動偏光調節装置は、第１液晶１００、偏光制御部１５０、第１偏光フィルタ２００、イメージセンサ６００、処理部７００及び保存部８００を含む。

この時、前記第１液晶１００とイメージセンサ６００との間に備えられたレンズ５００をさらに含んでもよい。

前記レンズ５００は、前記イメージセンサ６００に光を集めるためのもので、凸レンズと凹レンズとを多数組み合わせて収差（球面収差、色収差など）を減らして使用することができる。

ここで、液晶制御ＵＩ（ユーザインターフェース）とディスプレイ部が追加できる。

前記液晶制御ＵＩ（ユーザインターフェース）は、調整バーの形で偏光角度を設定するか、或いは偏光角度の直接入力を可能にして、設定された偏光角度で透過偏光を有する入射光のみをイメージ処理するようにすることができる。

また、前記液晶制御ＵＩ（ユーザインターフェース）は、様々な偏光方向角度（例えば、０度、４５度、９０度）を入力し、繰り返しイメージ処理命令（「Ｒ」ボタン）を入力することを可能にして、様々な偏光方向角度（例えば、０度、４５度、９０度）で繰り返しイメージ処理して保存するようにすることもできる。

また、前記液晶制御ＵＩ（ユーザインターフェース）は、使用目的の入力を可能にして、使用目的に応じて、動く物体の鑑別が重要であるとき、霧のときに曇り除去（ｄｅｆｏｇｇｉｎｇ）によってさらに鮮明な画像を得ようとするとき、道路の特性や道路上の雪及び氷の区別を希望するとき、画像を用いた欠陥検査を必要とするときなど、予め設定されたセッティングでイメージ処理したイメージを保存するようにすることもできる。

第１液晶１００は、印加された電圧に応じて、透過する偏光成分を偏光変換させる。

ここで、偏光変換とは、偏光成分を所定の角度で回転させることをいうが、透過光が１００％所定の角度で回転するのではないので、偏光変換と称する。

前記第１液晶１００は、ＴＮ液晶の他にＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、ＩＰＳ（登録商標、Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）などの他の液晶も使用が可能であり、本発明では、単に説明の便宜のためにＴＮ液晶を中心に説明する。

本発明では、液晶入射面の液晶配向軸を先配向軸とし、液晶出射面の配向軸を後配向軸をする。

ＴＮ液晶に電圧を印加しないとき、入射光中の先配向軸方向の先偏光は、液晶を通りながら、出射面では後配向軸方向の先偏光に変換される。入射光中の先配向軸方向と垂直な先偏光は、液晶出射面ではほとんど後配向軸方向と垂直な先偏光に変換される。入射光中の先配向軸方向と垂直な先偏光の偏光９０度変換は、先配向軸方向の先偏光に比べて純度は劣るが、大部分は９０度に変換される。

ＴＮ液晶に電圧を印加し、許容する最大電圧に上げると、ＴＮ液晶が整列され、入射偏光は、液晶を通りながら、出射面でも同一の偏光に維持される。

０Ｖと最大電圧との間の中間電圧でＴＮ液晶に電圧を印加すると、入射光の多くの部分は、電圧に応じて０度と９０度の間の所定の角度で偏光変換される。ここで、偏光変換の純度は、０Ｖのときに比べて劣る。

偏光制御部１５０は、前記第１液晶１００に印加される電圧を制御する。

前記偏光制御部１５０は、設定された偏光透過方向に応じて、予め決定された電圧を前記第１液晶１００に印加するように制御する。

第１偏光フィルタ２００は、前記第１液晶１００の後方に透過偏光方向が固定されるように備えられ、透過偏光方向に偏光している入射光を透過させる。

前記第１偏光フィルタ２００は、透過偏光方向（偏光軸）に平行な成分を通過させ、フィルムの形でも使用可能である。

イメージセンサ６００は、前記第１偏光フィルタ２００の後方に備えられ、前記第１液晶１００及び第１偏光フィルタ２００を通過した透過光がイメージングされる。

すなわち、図２に示すように、入射光が第１液晶１００に入射すると、第１液晶１００に印加された電圧に応じて、偏光成分はβ度回転して液晶を出射し、この出射光が第１偏光フィルタ２００を通過しながら、第１偏光フィルタ２００の透過偏光方向に該当する成分のみ出射し、この出射光が前記イメージセンサ６００にイメージングされる。

このとき、ユーザは、ＵＩ（ユーザインターフェース）を用いてカメラ用途または偏光透過方向（角度）を設定することができ、ユーザは、ＵＩ（ユーザインターフェース）を介して入力された情報に基づいた偏光透過方向に応じて、偏光制御部１５０が第１液晶１００に電圧を印加すると、入射光のうち、予め決定された偏光を中心に透過が起こってイメージセンサ６００にイメージングされる。このような方式で入射光の透過偏光方向を電気によって調節することができる。

また、偏光制御部１５０は、設定されたパターンで液晶に印加される電圧を制御して入射光の透過偏光方向を自動調節することもできる。

処理部７００は、前記イメージセンサ６００にイメージングされた透過光をイメージ処理する。

この他にも、前記処理部７００は、他の構成の制御に使用できる。

保存部８００は、前記処理部７００がイメージ処理したイメージを保存する。

第１液晶１００及び第１偏光フィルタ２００は、機構的に様々な形でスマートフォンカメラの前に設置できる。第１液晶１００には、スマートフォンに電源を供給することもでき、スマートフォンの外部に別途の電源と偏光制御部１５０を設けることもできる。また、スマートフォンやＵＳＢ、イヤホンジャックなどに有線接続して、スマートフォン内の液晶制御アプリケーションで駆動することもできる。

次に、本発明の一実施形態に係る自動偏光調節装置について、β角度の偏光回転が起こる電圧をＶβと仮定し、より詳細に説明する。

図２に示すように、第１偏光フィルタ２００の透過偏光方向が垂直な方向に固定され、０Ｖと最大電圧との間の中間電圧ＶβでＴＮ液晶に電圧を印加するとき、入射光の多くの部分は、電圧に応じて０度と９０度との間の所定の角度β角で偏光変換される。

電圧Ｖβを液晶に印加すると、図２に示すように、先偏光Ｌ１は、第１液晶１００を通過しながらβ角度で偏光変換されてＬ１＾となり、先偏光Ｌ１に垂直な先偏光Ｌ２は、第１液晶１００を通過すると、水平な方向に偏光変換されてＬ２＾となる。

電圧を印加しないときは、入射光が純度高く９０度で偏光変換されるが、これに対し、中間電圧を印加すると、純度が高くない低純度の偏光変換が起こる。

垂直な方向に変換される偏光は、主にＬ１であるが、Ｌ２も一部含まれる。このような寄与部分を相対寄与度とし、Ｌ１＾＝ａ＊Ｌ１＋ｂ＊Ｌ２で表現する。

ここで、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１＾、Ｌ２＾は各偏光成分の光強度であり、ａ、ｂは相対寄与度である。

同様に、水平な方向に変換される偏光は、Ｌ２＾＝ａ＊Ｌ２＋ｂ＊Ｌ１で表現する。

液晶を出射した光が第１偏光フィルタ２００を通過すると、偏光Ｌ２＾＝ａ＊Ｌ２＋ｂ＊Ｌ１成分は遮断され、偏光Ｌ１＾＝ａ＊Ｌ１＋ｂ＊Ｌ２成分のみが出射し、この出射光が前記イメージセンサ６００にイメージングされる。

このような方式で液晶印加電圧に応じて、透過する偏光が変化して偏光変換が発生する。

液晶に許容する最大電圧を印加するときと０Ｖを印加するときは、高純度の偏光変換が起こり、中間電圧を印加するときは、低純度の偏光変換が起こる。

結果的に、印加電圧で入射光の透過偏光方向を選択することができる。

ＴＮ液晶の他に、ＳＴＮ、ＶＡ、ＩＰＳなどの液晶も同様の方式でこのような動作が可能である。

図３はＴＮ液晶の液晶電圧Ｖβと偏光変換角βとの関係を示すグラフである。

液晶電圧が０Ｖであるときは、入射する水平偏光Ｌ１のほぼすべてが垂直偏光Ｌ１＾に変換して出射し、液晶電圧が所定以上に大きいときは、入射する垂直偏光Ｌ１のほぼすべてがそのまま垂直偏光Ｌ１＾の形で出射する高純度の変換が起こる。

図３において、Ｖβ１、Ｖβ２などの中間電圧では、低純度の偏光変換が起こる。液晶電圧がＶβ１であるときは、水平とα１角、すなわち、垂直とβ２角をなす偏光成分が入射すると、入射光強度の多くの部分は垂直偏光Ｌ１＾に変換される。ただし、このような偏光変換が１００％に近い高純度ではなく、５０％よりも大きい比率ａだけ変換される。残りのｂ＝１－ａ比率だけは、Ｌ１＾に垂直な偏光成分に変換する。液晶電圧がＶβであるとき、出射光はＬ１＾＝ａ＊Ｌ１＋ｂ＊Ｌ２である。ここで、偏光変換成分の相対比率（相対寄与度）ａ、ｂは、液晶電圧Ｖβに応じて変化する。

したがって、液晶に印加される電圧に応じた相対寄与度を測定して使用することが好ましい。

ユーザが所定の偏光角度β角で入射する偏光のイメージとそれに垂直な偏光のイメージを得ようとすると、前記偏光角度β角に該当する電圧Ｖβを第１液晶１００に印加して、前記イメージセンサ６００でイメージングされた透過光をイメージ処理する。

前記イメージセンサ６００の各ピクセルにおける光強度値をＬ１＃（ｘ，ｙ）とし、（ｘ，ｙ）をイメージセンサのピクセル座標とすると、イメージセンサの各ピクセル座標においても同様にＬ１＃＝ａ＊Ｌ１＋ｂ＊Ｌ２のような偏光関係が維持される。ただし、ここで、入射光のＬ１、Ｌ２は、ピクセル光強度に対応するように（ｘ，ｙ）における光強度でスケールされた値であって、Ｌ１（ｘ，ｙ）、Ｌ２（ｘ，ｙ）である。

Ｌ１＃＝ａ＊Ｌ１＋ｂ＊Ｌ２の式におけるａ、ｂは、予め算出して知っている値である。目標値である入射光のＬ１とＬ２成分のそれぞれを知るためには、β角での値Ｌ１から起因したＬ１＃と、β＋９０度での値Ｌ２から起因したＬ２＃を測定しなければならない。Ｌ２＃を測定するためには、第１偏光フィルタ２００を水平に配置すべきである。

本発明の一実施形態では、第１偏光フィルタ２００を水平に機械的に移送してＬ２＃を測定せずに、直交光強度のエネルギー保存関係を利用して算出することができる。

つまり、直交光強度のエネルギー保存関係を利用すると、Ｌ１（β１）＋Ｌ２（β１＋９０度）＝Ｌ１（β２）＋Ｌ２（β２＋９０度）の式を得る。この式は、直交関係にある一対の光強度の和である場合にのみ成立する。

前記Ｌ１（β１）＋Ｌ２（β１＋９０度）＝Ｌ１（β２）＋Ｌ２（β２＋９０度）の式は、実際、Ｌ（β１）＋Ｌ（β１＋９０度）＝Ｌ（β２）＋Ｌ（β２＋９０度）と同一である。

Ｌの代わりにノーテーション（ｎｏｔａｔｉｏｎ）においてＬ１、Ｌ２で表現したのは、直交関係にあるＬ１、Ｌ２の対を見易くするためである。

この式において、β１＝０度、β２＝βであれば、Ｌ１（０度）＋Ｌ２（９０度）＝Ｌ１（β）＋Ｌ２（β＋９０度）となる。

Ｌ１（０度）、Ｌ２（９０度）、Ｌ１（β）、Ｌ２（β＋９０度）のように４つの角度で偏光イメージを得るためには、４つの角度で偏光イメージを測定するか、或いは本発明の実施形態のように３つの角度でのみ偏光イメージを測定し、残りの１つの角度は計算によって算出することができる。

４つの角度で偏光イメージを測定すると、第１偏光フィルタ２００を回転させるなどの機械的な移送が必要であるが、３つの角度で偏光イメージを測定すると、第１偏光フィルタ２００の機械的移送がなくても４つの角度で偏光イメージを得ることができる。

例を挙げて説明すると、Ｌ１（０度）が角β＝０度のとき、ＴＮ液晶の場合には、液晶電圧を最大値の付近で印加してイメージセンサのピクセル値Ｌ１＃（０）を測定する。

Ｌ１＃（０度）＝ａ(０度)＊Ｌ１（０度）＋ｂ（９０度）＊Ｌ２（９０度）の関係で、角β＝０度のときは、高純度の変換をするので、ａ（０）＝１、ｂ（０）＝０の関係で、Ｌ１＃（０）＝Ｌ１（０）である。

Ｌ２（９０度）がβ角＝９０度のとき、ＴＮ液晶の場合には、液晶電圧を０Ｖで印加してイメージセンサのピクセル値Ｌ１＃（９０）を測定する。

Ｌ１＃（９０）＝ａ（９０）＊Ｌ１（９０）＋ｂ（１８０）＊Ｌ２（１８０）の関係で、角β＝９０度のときは、高純度の変換をするので、ａ（９０）＝１、ｂ（１８０）＝ｂ（０）＝０の関係で、Ｌ１＃（９０）＝Ｌ１（９０）である。

Ｌ１（β）が角β度のとき、ＴＮ液晶の場合には、液晶電圧をＶβで印加してイメージセンサのピクセル値Ｌ１＃（β）を測定する。

Ｌ１＃（β）＝ａ（β）＊Ｌ１（β）＋ｂ（β＋９０度）＊Ｌ２（β＋９０度）（式１）において、
０度／９０度ではない角βのとき、低純度の変換をする。

Ｌ１（０度）＋Ｌ２（９０度）＝Ｌ１（β）＋Ｌ２（β＋９０度）（式２）
式２中、Ｌ１（０度）、Ｌ２（９０度）を既に測定して知っているので、式１と式２を連立して解くと、Ｌ１（β）、Ｌ２（β＋９０度）
を算出することになり、４つの角度の偏光イメージをすべて探すことになる。

つまり、式２中、Ｌ２（β＋９０）＝Ｌ１（０）＋Ｌ２（９０）－Ｌ１（β）を式１に代入すると、
Ｌ１＃（β）＝ａ＊Ｌ１（β）＋ｂ＊Ｌ２（β＋９０度）＝ａ＊Ｌ１（β）＋ｂ＊［Ｌ１（０）＋Ｌ２（９０）－Ｌ１（β）］＝（ａ－ｂ）＊Ｌ１（β）＋ｂ＊［Ｌ１（０）＋Ｌ２（９０）］
Ｌ１（β）＝［Ｌ１＃（β）－ｂ＊｛Ｌ１（０）＋Ｌ２（９０）｝］／（ａ－ｂ）
のような演算を用いて、目標とするＬ１（β）を算出することができる。これを式２に代入すると、Ｌ２（β＋９０度）が算出される。

図４に示すように、本発明の一実施形態に係る自動偏光調節装置の第１偏光フィルタ２００は、透過偏光方向が領域別に固定された複数の領域が備えられるが、透過偏光方向が少なくとも２種類であることを特徴とすることができる。

つまり、互いに異なる透過偏光方向が複数の領域に分けて備えられ得る。

例えば、前記第１液晶１００と第１偏光フィルタ２００との間にレンズ５００が備えられた場合（図示せず）、イメージセンサの領域別に異なる偏光状態イメージがイメージングされるようにし、後続処理で各偏光状態イメージを抽出することができる。

図５に示すように、本発明の一実施形態に係る自動偏光調節装置は、第２液晶３００及び第２偏光フィルタ４００をさらに含んでもよい。

第２液晶３００は、前記第１偏光フィルタ２００とイメージセンサ６００との間に備えられ、印加された電圧に応じて、透過する偏光成分を偏光変換させる。

前記第２液晶３００は、前記第１液晶１００と同一または類似の構成である。

前記第２液晶３００は、前記第１偏光フィルタ２００を透過した偏光成分のうち、必要とする偏光成分が前記第２偏光フィルタ４００の透過偏光方向と水平になるように作るためのものである。

ＴＮ液晶を使用するという仮定の下で図５の（Ａ）を例として説明すると、Ｌ１＾成分のイメージを得ようとする場合には、前記第１液晶１００にＶβの電圧を印加するとともに、前記第２液晶３００に最大電圧に近い電圧を印加し、Ｌ２＾成分のイメージを得ようとする場合には、前記第１液晶１００にＶβの電圧を印加するとともに、前記第２液晶３００に印加される電圧を遮断すればよい。

第２偏光フィルタ４００は、前記第２液晶３００とイメージセンサ６００との間に透過偏光方向が固定されるように備えられ、透過偏光方向に偏光している入射光を透過させる。

前記第２偏光フィルタ４００は、前記第１偏光フィルタ２００と同一または類似の構成である。

この時、前記レンズ５００は、前記第２液晶３００の前方、前記第２液晶３００と第２偏光フィルタ４００との間、前記第２偏光フィルタ４００の後方など、状況に応じて様々な位置に備えられるようにすることができる。

図６に示すように、本発明の一実施形態に係る自動偏光調節装置は、イメージ処理しようとする使用目的に応じて最適偏光イメージを取得するようにイメージ処理シーケンスを設計し、設計されたイメージ処理シーケンスに従って前記偏光制御部１５０及び処理部７００を制御する画像設計部９００をさらに含んでもよい。

画像設計部９００は、カメラがイメージ処理する前方状況と使用目的に応じて最適な画像を得るように設計する部分である。使用目的とは、自動車用、監視用、検査用、動く物体の鑑別用、道路物体車両の車線検出、霧時の曇り除去、道路特性、道路上の滑り（水、雪、氷）の区別などをいうものである。前記画像設計部９００は、目的、例えば、自動車用、監視用、検査用、動く物体の鑑別目的、道路物体車両の車線検出目的、霧時の曇り除去目的、道路の特性や道路上の雪及び氷の区別目的などに合わせて自動的に最適偏光イメージを設計する。状況によって使用目的が異なる場合には、自動的に画像設計部９００が互いに異なる偏光イメージを得るようにイメージ処理シーケンスを設計する。

前記画像設計部９００は、前記使用目的に応じたイメージ処理シーケンスを予め設計して保存し、これをマッチングして使用することも可能であり、機械学習を用いたイメージ処理シーケンスの設計ができるように実現されることも可能である。

例えば１秒ごとに、０．０５秒の間、０度、９０度、４５度、１３５度の４つの角度の偏光イメージのうち、最も偏光差が大きいイメージを判断して、４５度、１３５度の偏光差が大きい場合には、次の０．９５秒の間には４５度、１３５度の偏光のみを保存する。次の１秒の始点０．０５秒の間、０度、９０度、４５度、１３５度の４つの角度の偏光イメージのうち、最も偏光差が大きいイメージを判断して、０度、９０度の偏光差が大きい場合には、次の０．９５秒の間には０度、９０度の偏光のみを保存する。

このとき、偏光差の判断の際に、イメージの重要領域に重みを置いて判断することもでき、イメージのうち、他の領域よりも中心部の領域に重みを置いて合算偏光差を判断することもできるなど、多様な実施が可能である。

この際、前記画像設計部９００は、電圧が変化する周期に連動して自動的に画像をイメージ処理してそのイメージを保存するようにイメージ処理シーケンスを設計することができる。

例えば、ｔ１時間の間、液晶に０Ｖを印加し、次のｔ２時間の間に液晶に最大電圧を印加し、その次のｔ１時間の間、液晶に０Ｖを印加する方式で、ｔ１＋ｔ２時間を周期として周期的に液晶を駆動し、この周期と連動してカメライメージ処理画像を保存部に保存する。すると、保存部に保存されたカメライメージ処理画像（写真または動画像）は、液晶０Ｖに該当する偏光画像と液晶最大電圧に該当する偏光画像とが交差しながら保存されるようにすることができる。

他の例として、ｔ１時間の間、第１液晶１００に偏光角度ｔｈ１に該当する電圧を印加し、次のｔ１時間の間、液晶に偏光角度ｔｈ２に該当する電圧を印加し、その次のｔ１時間の間、液晶に偏光角度ｔｈ４に該当する電圧を印加し、その次のｔ１時間の間、液晶に偏光角度ｔｈ３に該当する電圧を印加する方式で、４つのｔ１時間を１周期ｔｐとして周期的に液晶を駆動し、この周期と連動してそれぞれのｔ１時間の間イメージングされた透過光をイメージ処理した後、画像を保存部８００に保存することができる。つまり、それぞれのｔ１時間の間、１回または複数回イメージ処理を施した後、画像を保存部に保存することができる。

すると、保存部８００に保存されたカメライメージ処理画像（写真または動画像）は、ｔｈ１、ｔｈ２、ｔｈ４、ｔｈ３偏光画像が順次繰り返し保存される。つまり、時間インデックスをｋとするとき、時点ｋでの画像をＩ（ｋ）とすると、Ｉ（ｋ）はｔｈ１偏光、Ｉ（ｋ＋１）はｔｈ２偏光、Ｉ（ｋ＋２）はｔｈ４偏光、Ｉ（ｋ＋３）はｔｈ３偏光、Ｉ（ｋ＋４）はｔｈ１偏光の方式で偏光画像がイメージ処理されて保存できる。

図７に示すように、本発明の一実施形態に係る自動偏光調節装置は、前記画像設計部９００の設計に基づいて、様々な角度の偏光イメージを比較して、イメージ処理しようとする使用目的に合致する偏光イメージを選択するか、或いは様々な角度の偏光イメージに基づいて、イメージ処理しようとする使用目的に合致するイメージを生成する画像判断部９５０をさらに含んでもよい。

つまり、使用目的などの画像設計部９００の設計に基づいて画像判断部９５０が画像を判断して適切な偏光イメージを得るように偏光制御部１５０に指示し、偏光制御部１５０は、液晶を制御して入射光の透過偏光方向を自動調節し、処理部７００は、画像判断部９５０を用いてカメラのイメージセンサがイメージ処理したイメージをそのまま又は組み合わせて保存部８００に保存することができる。

前記画像判断部９５０は、０度、９０度、４５度、１３５度、３０度、１２０度などの様々な角度の偏光イメージのうち、使用目的などの画像設計部９００の設計結果に合致する偏光イメージを選択するか組み合わせるために画像を判断する役割を果たす。

一例として、簡単に０度偏光と９０度偏光の二つの偏光イメージだけで説明すると、地表面に対する０度偏光イメージは、反射イメージが強調されてイメージ処理（図９参照）され、地表面に対する９０度偏光イメージは、反射イメージがほとんど消えて鮮明なイメージがイメージ処理（図１０参照）され、前記画像判断部９５０は、使用目的に合致する偏光イメージを選択して使用することができる。

他の例として、０度と９０度の偏光角に基づいたイメージの偏光差に比べて、４５度と１３５度の偏光角に基づいたイメージの偏光差が大きい場合には、画像判断部９５０がそれを判断して、大きい偏光差イメージを保存することができる。

別の例として、様々な角度の偏光イメージを比較して、最も大きい偏光差を示す角度の偏光差イメージを生成することができる。

本発明の一実施形態に係る自動偏光調節装置の画像判断部９５０は、多数の偏光イメージに基づいて、最大ピクセル値演算、最小ピクセル値演算、偏光差絶対値イメージ演算、及びカラー別偏光差イメージ演算の中から選択されたいずれか一つの演算を用いてイメージを生成することを特徴とすることができる。

前記最大ピクセル値演算は、最大ピクセル光強度値ｍａｘ（Ｌ１（ｘ，ｙ）、Ｌ２（ｘ，ｙ）、Ｌ３（ｘ，ｙ）、Ｌ４（ｘ，ｙ））の組み合わせでイメージを生成するものである。

例えば、Ｌ１（ｘ，ｙ）、Ｌ２（ｘ，ｙ）、Ｌ３（ｘ，ｙ）、Ｌ４（ｘ，ｙ）をそれぞれ０度、９０度、４５度、１３５度の偏光イメージピクセル光強度値とすれば、各ピクセル別に偏光イメージのうち最もピクセル光強度値が大きい情報のみを取り合わせてイメージを生成するのである（図１１参照）。

前記最大ピクセル値演算を用いた最大画像値イメージは、物体の反射を強調したイメージを得る目的で用いることができる。

前記最小ピクセル値演算は、最小ピクセル光強度値ｍｉｎ（Ｌ１（ｘ，ｙ）、Ｌ２（ｘ，ｙ）、Ｌ３（ｘ，ｙ）、Ｌ４（ｘ，ｙ））の組み合わせでイメージを生成するものである（図１２参照）。

前記最小ピクセル値演算を用いた最小画像値イメージは、物体の反射を最小にしてより鮮明で色味良くイメージを得る目的で用いることができる。

前記偏光差絶対値イメージ演算は、ａｂｓ［Ｌ１（ｘ，ｙ）－Ｌ２（ｘ，ｙ）］、ａｂｓ［Ｌ３（ｘ，ｙ）－Ｌ４（ｘ，ｙ）］のように０度、９０度偏差イメージのピクセル光強度値差の絶対値や、４５度、１３５度偏光差イメージのピクセル光強度値差の絶対値など、９０度の角度差が発生する対のイメージを用いて、各ピクセル間のピクセル光強度値差の絶対値の組み合わせでイメージを生成するものである（図１３参照）。

前記偏光差絶対値イメージ演算を用いて生成された偏光差絶対値イメージは、最も偏光差が大きいイメージを強調することができる。偏光差絶対値イメージは、物体を強調する効果があるので、動く物体の鑑別目的、霧時の道路の前方車両の車線検出目的などで用いることができる。

前記カラー別偏光差イメージ演算は、偏光差イメージ演算をカラー別に異ならせて表示することにより、ユーザが物体を容易に識別するのに役立つことができる。

このとき、カラーはＲＧＢカラーを用いることができる。

例えば、Ｒ１（ｘ，ｙ）、Ｇ１（ｘ，ｙ）がそれぞれＬ１（ｘ，ｙ）のＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎカラー成分であるとするとき、
Ｌ１（ｘ，ｙ）＜Ｌ２（ｘ，ｙ）の領域は、ａｂｓ［Ｒ１（ｘ，ｙ）－Ｒ２（ｘ，ｙ）］演算を用いてＲｅｄカラーで表示し、Ｌ１（ｘ，ｙ）＞Ｌ２（ｘ，ｙ）の領域は、ａｂｓ［Ｇ１（ｘ，ｙ）－Ｇ２（ｘ，ｙ）］演算を用いてＧｒｅｅｎカラーで表示することができる（図１４参照）。

前記カラー別偏光差イメージ演算を用いたカラー別偏光差イメージは、監視用や車載カメラディスプレイなどに活用することができる。

図８に示すように、本発明の一実施形態に係る自動偏光調節方法は、印加された電圧に応じて、透過する偏光成分を偏光変換させる第１液晶１００；前記第１液晶１００に印加される電圧を制御する偏光制御部１５０；前記第１液晶１００の後方に透過偏光方向が固定されるように備えられ、透過偏光方向に偏光している入射光を透過させる第１偏光フィルタ２００；前記第１偏光フィルタ２００の後方に備えられ、前記第１液晶１００及び第１偏光フィルタ２００を通過した透過光がイメージングされるイメージセンサ６００；前記イメージセンサ６００にイメージングされた透過光をイメージ処理する処理部７００；前記処理部７００がイメージ処理したイメージを保存する保存部８００；イメージ処理しようとする使用目的に応じて最適偏光イメージを取得するようにイメージ処理シーケンスを設計し、設計されたイメージ処理シーケンスに従って前記偏光制御部１５０及び処理部７００を制御する画像設計部９００；及び前記画像設計部９００の設計に基づいて、様々な角度の偏光イメージを比較して、イメージ処理しようとする前方状況または使用目的に合致する偏光イメージを選択するか、或いは様々な角度の偏光イメージに基づいて、イメージ処理しようとする前方状況または使用目的に合致するイメージを生成する画像判断部９５０；を含む自動偏光調節装置を用いる自動偏光調節方法であって、設計ステップ（Ｓ１０）、イメージ処理ステップ（Ｓ２０）及び最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）を含む。

設計ステップ（Ｓ１０）は、画像設計部９００が使用目的に応じて最適偏光イメージを取得するように設計する。

前記設計ステップ（Ｓ１０）は、使用目的を液晶制御ＵＩ（ユーザインターフェース）を用いて入力することができる。使用目的には、自動車用なのか、監視用なのか、検査用なのか、動く物体の鑑別が目的なのか、道路物体車両の車線検出が目的なのか、霧時の曇り除去が目的なのかなどを入力することができ、この使用目的に応じて画像設計部９００が最適画像を設計する。

前記設計ステップ（Ｓ１０）は、０度、９０度、４５度、１３５度、３０度、１２０度などの様々な角度の偏光イメージのうち、使用目的などに合致する偏光イメージを選択するか組み合わせるための画像を判断して最適偏光イメージを取得するためのイメージ処理アルゴリズムを確立する。このとき、アルゴリズムを確立するために、偏光イメージ間の演算を行うこともできる。

イメージ処理ステップ（Ｓ２０）は、前記処理部７００が前記設計ステップ（Ｓ１０）の設計に基づいて前記偏光制御部１５０を制御することにより、必要なイメージをイメージ処理する。

つまり、イメージ処理ステップ（Ｓ２０）は、前記画像設計部９００から設計されたイメージ処理シーケンスに従って画像をイメージ処理する。

最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）は、前記画像判断部９５０が前記画像設計部９００の設計に基づいて、様々な角度の偏光イメージを比較して、イメージ処理しようとする前方状況または使用目的に合致する偏光イメージを選択するか、或いは様々な角度の偏光イメージに基づいて、使用目的に合致するイメージを生成する。

前記最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）は、イメージ処理（保存）されたイメージの中から使用目的に合致するイメージを選択するか、イメージ処理（保存）された偏光イメージに基づいて演算及び保存を行うことにより、使用目的に合致するイメージを生成することができる。

このとき、前記最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）は、様々な角度の偏光イメージに基づいて相対寄与度を適用して、使用目的に合致するイメージを生成することを特徴とすることができる。

前記相対寄与度は、偏光変換成分相対比率とも呼ぶ。

次に、偏光変換成分相対比率（ａ、ｂ）を算出するための２つの方法について説明する。

前記相対寄与度は、偏光変換角がβ角である偏光を入射させ、第１液晶１００に電圧Ｖβを加えた後、偏光フィルタを垂直偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌａ＾を測定し、偏光フィルタを水平偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌｂ＾を測定した後、
ａ＝Ｌａ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）
ｂ＝Ｌｂ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）
（ここで、ａ、ｂは相対寄与度である。）
を連立してａ、ｂを算出することを特徴とすることができる。

ここで、偏光フィルタは、第１偏光フィルタ２００と同じ透過偏光能力を有する偏光フィルタを使用することができ、第１偏光フィルタ２００を動かすことができる場合には、第１偏光フィルタ２００を使用することもできる。

つまり、１つの方法は、第１ステップとして、偏光変換角がβ角である、すなわち、垂直方向とβ角をなし且つ水平方向とα角をなす偏光を入射させる。入射光源を、透過方向が垂直方向に対してβ角である偏光フィルムを通過させる方式で実現する。

第２ステップとして、液晶に電圧Ｖβを加える。例えば、第１偏光フィルタ２００を垂直に置いて光センサの光強度が最大である電圧を選択する。この電圧がＶβである。

第３ステップとして、第１偏光フィルタ２００を垂直偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌａ＾を測定し、第１偏光フィルタ２００を水平偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌｂ＾を測定する。

第４ステップとして、ａ＝Ｌａ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）、ｂ＝Ｌｂ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）の関係から偏光変換成分相対比率ａ、ｂを算出する。偏光変換成分相対比率ａ、ｂは、液晶電圧Ｖβまたは偏光変換角βの関数である。

第５ステップとして、液晶電圧Ｖβと偏光変換角βを変化させながら前記第１～第４ステップを繰り返し行い、偏光変換成分相対比率ａ、ｂを算出して保存する。

前記相対寄与度は、水平偏光を入射させ、第１液晶１００に電圧Ｖβを加えた後、偏光フィルタを光センサの光強度が最大である角度で回転させ、光強度が最大である角度で水平からの角度を測定してβ角として保存し、光強度が最大である角度で光センサの光強度を測定してＬａ＾として保存し、光強度が最大である角度と垂直な状態で偏光フィルタを回転させて光センサの光強度を測定してＬｂ＾として保存し、その後、偏光フィルタを水平偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌｂ＾を測定した後、
ａ＝Ｌａ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）
ｂ＝Ｌｂ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）
（ここで、ａ、ｂは相対寄与度である。）
を連立してａ、ｂを算出することを特徴とすることができる。

つまり、他の方法は、第１ステップとして、水平偏光Ｌ１＝ＬＨを入射させる。

第２ステップとして、液晶に電圧Ｖβを加える。

第３ステップとして、第１偏光フィルタ２００を、光センサの光強度が最大である角度で回転させる。光強度が最大である角度で水平からの角度を測定してβ角として保存する。

第４ステップとして、前記第３ステップの角度での光センサの光強度を測定してＬａ＾として置き、第３ステップの角度と垂直な状態で第１偏光フィルタ２００を回転させ、光センサの光強度を測定してＬｂ＾として置く。第１偏光フィルタ２００を回転させるとき、Ｌｂ＾は最小光強度値であり、Ｌａ＾は最大光強度値である。

第５ステップとして、ａ＝Ｌａ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）、ｂ＝Ｌｂ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）の関係から偏光変換成分相対比率ａ、ｂを算出する。偏光変換成分相対比率ａ、ｂは、液晶電圧Ｖβまたは偏光変換角βの関数である。

第６ステップとして、液晶電圧Ｖβと偏光変換角βを変化させながら、前記第１～第５ステップを繰り返し行い、偏光変換成分相対比率ａ、ｂを算出して保存する。

図８に示すように、本発明の一実施形態に係る自動偏光調節方法に用いられる自動偏光調節装置は、前記第１偏光フィルタ２００とイメージセンサ６００との間に備えられ、印加された電圧に応じて、透過する偏光成分を偏光変換させる第２液晶３００、及び前記第２液晶３００とイメージセンサ６００との間に透過偏光方向が固定されるように備えられ、透過偏光方向に偏光している入射光を透過させる第２偏光フィルタ４００を含み、前記第１偏光フィルタ２００は、透過偏光方向が領域別に固定された複数の領域が備えられたことを特徴とする。

前記自動偏光調節方法のイメージ処理ステップ（Ｓ２０）は、前記偏光角度β角に該当する電圧Ｖβを第１液晶１００に印加する電圧印加ステップ（Ｓ２１）と、前記第２液晶３００に前記第１偏光フィルタ２００のそれぞれの領域別透過偏光方向に透過した透過光のうち、順次いずれか一つの透過光のみ前記第２偏光フィルタ４００を通過するように前記第２液晶３００に電圧を順次変化させて印加しながら、イメージセンサ６００にイメージングされた透過光を順次イメージ処理する順次イメージ処理ステップ（Ｓ２２）と、を含み、
前記自動偏光調節方法の最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）は、前記順次イメージ処理ステップ（Ｓ２２）で取得されたイメージに基づいて、
Ｌ１＃＝ａ（β）＊Ｌ１（β）＋ｂ（β＋９０度）＊Ｌ２（β＋９０度）
Ｌ２＃＝ａ（β＋９０度）＊Ｌ２（β＋９０度）＋ｂ（β）＊Ｌ１（β）
（ここで、Ｌ１＃は透過光Ｌ１＾のイメージセンサ６００におけるピクセル光強度値であり、Ｌ２＃は透過光Ｌ２＾のイメージセンサ６００におけるピクセル光強度値であり、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１＾、Ｌ２＾は各偏光成分の光強度であり、ａ、ｂは相対寄与度である。）
を連立してＬ１（β）、Ｌ２（β＋９０度）を算出し、これを用いて、使用目的に合致するイメージを生成することを特徴とすることができる。

つまり、所定の偏光角度の偏光イメージを取得する他の方法として、領域別に異なる複数の偏光透過方向を有する第１偏光フィルタ２００を用いて、領域別に複数の偏光を透過させ、第２液晶３００と第２偏光フィルタ４００をさらに通過させて、イメージセンサ６００にイメージングされた透過光をイメージ処理する。

図５の（Ａ）を例としてより詳細に説明すると、ユーザが所定の偏光角度β角で入射する偏光のイメージとそれに垂直な偏光のイメージを得ようとすると、前記偏光角度β角に該当する電圧Ｖβを第１液晶１００に印加する。

図５の（Ａ）に示すように、第１偏光フィルタ２００の半分は垂直偏光フィルムであり、残りの半分は水平偏光フィルムであれば、第１偏光フィルタ２００を通過する出射光の半分はＬ１＾であり、残りの半分はＬ２＾である。

次に、前記第２液晶３００に電圧を所定値以上、最大値の付近で印加してＬ２＾を遮断させ、Ｌ１＾のみを通過させてイメージセンサ６００にイメージングさせる。

すると、このときのイメージセンサ６００のピクセル光強度値Ｌ１＃は、Ｌ１＃＝ａ（β）＊Ｌ１（β）＋ｂ（β＋９０度）＊Ｌ２（β＋９０度）のように得られる。

次に、前記第２液晶３００に電圧を０Ｖ印加してＬ１＾を遮断させ、Ｌ２＾のみを通過させてイメージセンサ６００にイメージングさせる。

すると、このときのイメージセンサ６００のピクセル光強度値Ｌ２＃は、Ｌ２＃＝ａ（β＋９０度）＊Ｌ２（β＋９０度）＋ｂ（β）＊Ｌ１（β）のように得られる。

次に、上記で測定したＬ１＃とＬ２＃を連立して計算することにより、Ｌ１（β）、Ｌ２（β＋９０度）を算出する。

そこで、Ｌ１（０度）、Ｌ２（９０度）、Ｌ１（β）、Ｌ２（β＋９０度）のように４つの角度で偏光イメージを得るためには、４つの角度で偏光イメージを測定し、連立して計算することができる。この方法は、４つの角度で偏光イメージを測定するが、偏光フィルムを回転させるなどの機械的移送は必要としない。

図５の（Ｂ）及び（Ｃ）は、第１偏光フィルタ２００を４等分した後、それぞれ０度、９０度、４５度、１３５度で透過偏光方向が形成されるように構成した実施形態を示す。

上記でそれぞれの領域に互いに異なる透過偏光方向が形成された例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１偏光フィルタ２００を４等分した後、二つの領域は０度、残りの２つの領域は９０度に透過偏光方向が形成されるように構成（半分は垂直偏光フィルム、残りの半分は水平偏光フィルム）するなど、様々な実施が可能であるのはもちろんである。

この際、前記ａ、ｂは、偏光変換角がβ角である偏光を入射させ、第１液晶１００に電圧Ｖβを加えた後、第２液晶３００に垂直偏光を透過させる電圧を印加してイメージセンサ６００で光強度Ｌａ＾を測定し、第２液晶３００に水平偏光を透過させる電圧を印加してイメージセンサ６００で光強度Ｌｂ＾を測定した後、
ａ＝Ｌａ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）
ｂ＝Ｌｂ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）
を連立してａ、ｂを算出することを特徴とすることができる。

本発明の一実施形態に係る自動偏光調節方法の前記最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）は、多数の偏光イメージに基づいて、最大ピクセル値演算、最小ピクセル値演算、偏光差絶対値イメージ演算、及びカラー別偏光差イメージ演算の中から選択されたいずれか一つの演算を用いて、使用目的に合致するイメージを生成することを特徴とするが、差絶対値イメージ演算（偏光差絶対値イメージ演算、カラー別偏光差イメージ演算）の差演算は除算およびログ差演算を含むことを特徴とすることができる。

前記最大ピクセル値演算は、最大ピクセル光強度値ｍａｘ（Ｌ１（ｘ，ｙ）、Ｌ２（ｘ，ｙ）、Ｌ３（ｘ，ｙ）、Ｌ４（ｘ，ｙ））の組み合わせでイメージを生成するものである。

例えば、Ｌ１（ｘ，ｙ）、Ｌ２（ｘ，ｙ）、Ｌ３（ｘ，ｙ）、Ｌ４（ｘ，ｙ）をそれぞれ０度、９０度、４５度、１３５度の偏光イメージピクセル光強度値とすると、各ピクセル別に偏光イメージのうち、最もピクセル光強度値が大きい情報のみを取り合わせてイメージを生成するものである（図１１参照）。

前記最大ピクセル値演算を用いた最大画像値イメージは、物体の反射を強調したイメージを得る目的で用いることができる。

前記最小ピクセル値演算は、最小ピクセル光強度値ｍｉｎ（Ｌ１（ｘ，ｙ）、Ｌ２（ｘ，ｙ）、Ｌ３（ｘ，ｙ）、Ｌ４（ｘ，ｙ））の組み合わせでイメージを生成するものである（図１２参照）。

前記最小ピクセル値演算を用いた最小画像値イメージは、物体の反射を最小にしてより鮮明で色味良くイメージを得る目的で用いることができる。

前記偏光差絶対値イメージ演算は、ａｂｓ［Ｌ１（ｘ，ｙ）－Ｌ２（ｘ，ｙ）］、ａｂｓ［Ｌ３（ｘ，ｙ）－Ｌ４（ｘ，ｙ）］のように０度、９０度の偏光差イメージのピクセル光強度値差の絶対値、４５度、１３５度の偏光差イメージのピクセル光強度値差の絶対値など、９０度の角度差が発生する対のイメージを用いて、各ピクセル間のピクセル光強度値差の絶対値の組み合わせでイメージを生成するものである（図１３参照）。

前記偏光差絶対値イメージ演算を用いて生成された偏光差絶対値イメージは、最も偏光差が大きいイメージを強調することができる。偏光差絶対値イメージは、物体を強調する効果があるので、動く物体の鑑別目的、霧時の道路の前方車両の車線検出目的などで用いることができる。

前記カラー別偏光差イメージ演算は、偏光差イメージ演算をカラー別に異ならせて表示することにより、ユーザが物体を容易に識別するのに役立つことができる。

このとき、カラーは、ＲＧＢカラーを用いることができる。

例えば、Ｒ１（ｘ，ｙ）、Ｇ１（ｘ，ｙ）がそれぞれＬ１（ｘ，ｙ）のＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎカラー成分であるとするとき、
Ｌ１（ｘ，ｙ）＜Ｌ２（ｘ，ｙ）の領域は、ａｂｓ［Ｒ１（ｘ，ｙ）－Ｒ２（ｘ，ｙ）］演算を用いてＲｅｄカラーで表示し、Ｌ１（ｘ，ｙ）＞Ｌ２（ｘ，ｙ）の領域は、ａｂｓ［Ｇ１（ｘ，ｙ）－Ｇ２（ｘ，ｙ）］演算を用いてＧｒｅｅｎカラーで表示することができる（図１４参照）。

前記カラー別偏光差イメージ演算を用いたカラー別偏光差イメージは、監視用や車載カメラディスプレイなどに活用することができる。

上記で差絶対値イメージ演算（偏光差絶対値イメージ演算、カラー別偏光差イメージ演算）の差演算としてマイナス（－）演算を主に記述したが、除算演算やログ差演算も差演算と同じ概念と見て、記述を省略する。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、適用範囲が多様であるのはもとより、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、様々な変形実施が可能であるのは当たり前である。

１００ 第１液晶
１５０ 偏光制御部
２００ 第１偏光フィルタ
３００ 第２液晶
４００ 第２偏光フィルタ
５００ レンズ
６００ イメージセンサ
７００ 処理部
８００ 保存部
９００ 画像設計部
９５０ 画像判断部
Ｓ１０ 設計ステップ
Ｓ２０ イメージ処理ステップ
Ｓ２１ 電圧印加ステップ
Ｓ２２ 順次イメージ処理ステップ
Ｓ３０ 最適イメージ取得ステップ

Claims (10)

1. 印加された電圧に応じて、透過する偏光成分を所定の角度で回転させて偏光変換させる第１液晶（１００）；
   前記第１液晶（１００）に印加される電圧を制御する偏光制御部（１５０）；
   前記第１液晶（１００）の後方に透過偏光方向が固定されるように備えられ、透過偏光方向に偏光している入射光を透過させる第１偏光フィルタ（２００）；
   前記第１偏光フィルタ（２００）の後方に備えられ、前記第１液晶（１００）及び第１偏光フィルタ（２００）を通過した透過光がイメージングされるイメージセンサ（６００）；
   前記イメージセンサ（６００）にイメージングされた透過光をイメージ処理する処理部（７００）；
   前記処理部（７００）がイメージ処理したイメージを保存する保存部（８００）；
   イメージ処理しようとする使用目的に応じて最適偏光イメージを取得するようにイメージ処理シーケンスを設計し、設計されたイメージ処理シーケンスに従って前記偏光制御部（１５０）及び処理部（７００）を制御する画像設計部（９００）；及び
   前記画像設計部（９００）の設計に基づいて、様々な角度の偏光イメージを比較して、イメージ処理しようとする使用目的に合致する偏光イメージを選択するか、或いは様々な角度の偏光イメージに基づいて、イメージ処理しようとする使用目的に合致するイメージを生成する画像判断部（９５０）；を含み、
   前記画像判断部（９５０）は、
   様々な角度の偏光イメージに基づいて相対寄与度を適用して、使用目的に合致するイメージを生成することを特徴とし、
   前記相対寄与度は、
   偏光変換角がβ角である偏光を入射させ、第１液晶（１００）に電圧Ｖβを加えた後、偏光フィルタを垂直偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌａ＾を測定し、偏光フィルタを水平偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌｂ＾を測定するか、或いは、水平偏光を入射させ、第１液晶（１００）に電圧Ｖβを加えた後、偏光フィルタを光センサの光強度が最大である角度で回転させ、光強度が最大である角度で水平からの角度を測定してβ角として保存し、光強度が最大である角度で光センサの光強度を測定してＬａ＾として保存し、光強度が最大である角度と垂直な状態に偏光フィルタを回転させて光センサの光強度を測定してＬｂ＾として保存し、その後、偏光フィルタを水平偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌｂ＾を測定した後、相対寄与度（ａ、ｂ）を求めることを特徴とし、
   入射光が前記第１液晶（１００）に入射すると、前記第１液晶（１００）に印加された電圧に応じて、偏光成分はβ度回転して前記第１液晶（１００）を出射し、この出射光が前記第１偏光フィルタ（２００）を通過しながら、第１偏光フィルタ（２００）の透過偏光方向に該当する成分のみ出射し、この出射光が前記イメージセンサ（６００）にイメージングされることを特徴とする、自動偏光調節装置。
2. 前記第１偏光フィルタ（２００）は、
   透過偏光方向が領域別に固定された複数の領域が備えられ、
   透過偏光方向が少なくとも二種類であることを特徴とする、請求項１に記載の自動偏光調節装置。
3. 前記自動偏光調節装置は、
   前記第１偏光フィルタ（２００）とイメージセンサ（６００）との間に備えられ、印加された電圧に応じて、透過する偏光成分を偏光変換させる第２液晶（３００）；及び
   前記第２液晶（３００）とイメージセンサ（６００）との間に透過偏光方向が固定されるように備えられ、透過偏光方向に偏光している入射光を透過させる第２偏光フィルタ（４００）；を含む、請求項２に記載の自動偏光調節装置。
4. 前記自動偏光調節装置は、
   前記第１偏光フィルタ（２００）とイメージセンサ（６００）との間に備えられ、印加された電圧に応じて、透過する偏光成分を偏光変換させる第２液晶（３００）；及び
   前記第２液晶（３００）とイメージセンサ（６００）との間に透過偏光方向が固定されるように備えられ、透過偏光方向に偏光している入射光を透過させる第２偏光フィルタ（４００）；を含み、
   前記第１偏光フィルタ（２００）は、
   透過偏光方向が領域別に固定された複数の領域が備えられたことを特徴とする、請求項１に記載の自動偏光調節装置。
5. 前記画像判断部（９５０）は、
   多数の偏光イメージに基づいて、最大ピクセル値演算、最小ピクセル値演算、偏光差絶対値イメージ演算、及びカラー別偏光差イメージ演算の中から選択されたいずれか一つの演算を用いてイメージを生成することを特徴とする、請求項１に記載の自動偏光調節装置。
6. 印加された電圧に応じて、透過する偏光成分を所定の角度で回転させて偏光変換させる第１液晶（１００）；前記第１液晶（１００）に印加される電圧を制御する偏光制御部（１５０）；前記第１液晶（１００）の後方に透過偏光方向が固定されるように備えられ、透過偏光方向に偏光している入射光を透過させる第１偏光フィルタ（２００）；前記第１偏光フィルタ（２００）の後方に備えられ、前記第１液晶（１００）及び第１偏光フィルタ（２００）を通過した透過光がイメージングされるイメージセンサ（６００）；前記イメージセンサ（６００）にイメージングされた透過光をイメージ処理する処理部（７００）；前記処理部（７００）がイメージ処理したイメージを保存する保存部（８００）；イメージ処理しようとする使用目的に応じて最適偏光イメージを取得するようにイメージ処理シーケンスを設計し、設計されたイメージ処理シーケンスに従って前記偏光制御部（１５０）及び処理部（７００）を制御する画像設計部（９００）；及び前記画像設計部（９００）の設計に基づいて、様々な角度の偏光イメージを比較して、イメージ処理しようとする前方状況または使用目的に合致する偏光イメージを選択するか、或いは様々な角度の偏光イメージに基づいて、イメージ処理しようとする前方状況または使用目的に合致するイメージを生成する画像判断部（９５０）；を含み、入射光が前記第１液晶（１００）に入射すると、前記第１液晶（１００）に印加された電圧に応じて、偏光成分はβ度回転して前記第１液晶（１００）を出射し、この出射光が前記第１偏光フィルタ（２００）を通過しながら、第１偏光フィルタ（２００）の透過偏光方向に該当する成分のみ出射し、この出射光が前記イメージセンサ（６００）にイメージングされることを特徴とする自動偏光調節装置を用いる自動偏光調節方法であって、
   前記画像設計部（９００）が使用目的に応じて最適偏光イメージを取得するように設計する設計ステップ（Ｓ１０）と、
   処理部（７００）が前記設計ステップ（Ｓ１０）の設計に基づいて前記偏光制御部（１５０）を制御して必要なイメージをイメージ処理するイメージ処理ステップ（Ｓ２０）と、
   前記画像判断部（９５０）が前記画像設計部（９００）の設計に基づいて、様々な角度の偏光イメージを比較して、イメージ処理しようとする前方状況または使用目的に合致する偏光イメージを選択するか、或いは様々な角度の偏光イメージに基づいて、相対寄与度を適用して、使用目的に合致するイメージを生成する最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）と、を含み、
   前記相対寄与度は、
   偏光変換角がβ角である偏光を入射させ、第１液晶（１００）に電圧Ｖβを加えた後、偏光フィルタを垂直偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌａ＾を測定し、偏光フィルタを水平偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌｂ＾を測定するか、或いは、水平偏光を入射させ、第１液晶（１００）に電圧Ｖβを加えた後、偏光フィルタを光センサの光強度が最大である角度で回転させ、光強度が最大である角度で水平からの角度を測定してβ角として保存し、光強度が最大である角度で光センサの光強度を測定してＬａ＾として保存し、光強度が最大である角度と垂直な状態に偏光フィルタを回転させて光センサの光強度を測定してＬｂ＾として保存し、その後、偏光フィルタを水平偏光を透過させる状態に置いて光センサで光強度Ｌｂ＾を測定した後、相対寄与度（ａ、ｂ）を求めることを特徴とする、自動偏光調節方法。
7. 前記相対寄与度は、
   ａ＝Ｌａ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）
   ｂ＝Ｌｂ＾／（Ｌａ＾＋Ｌｂ＾）
   （ここで、ａ、ｂは相対寄与度である。）
   を連立してａ、ｂを算出することを特徴とする、請求項６に記載の自動偏光調節方法。
8. 前記最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）は、
   Ｌ１＃＝ａ（β）＊Ｌ１（β）＋ｂ（β＋９０度）＊Ｌ２（β＋９０度）
   Ｌ２＃＝ａ（β＋９０度）＊Ｌ２（β＋９０度）＋ｂ（β）＊Ｌ１（β）
   （ここで、Ｌ１＃は透過光Ｌ１＾のイメージセンサ（６００）におけるピクセル光強度値であり、Ｌ２＃は透過光Ｌ２＾のイメージセンサ（６００）におけるピクセル光強度値であり、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１＾、Ｌ２＾は各偏光成分の光強度であり、ａ、ｂは相対寄与度である。）
   を連立してＬ１（β）、Ｌ２（β＋９０度）を算出し、これを用いて、使用目的に合致するイメージを生成することを特徴とする、請求項６に記載の自動偏光調節方法。
9. 前記最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）は、
   Ｌ１＃（β）＝ａ（β）＊Ｌ１（β）＋ｂ（β＋９０度）＊Ｌ２（β＋９０度）
   Ｌ１（０度）＋Ｌ２（９０度）＝Ｌ１（β）＋Ｌ２（β＋９０度）
   （ここで、Ｌ１＃は透過光Ｌ１＾のイメージセンサ（６００）におけるピクセル光強度値であり、Ｌ１、Ｌ２は各偏光成分の光強度であり、ａ、ｂは相対寄与度である。）
   を連立して、目標とするＬ１（β）、Ｌ２（β＋９０度）を算出し、これを用いて、使用目的に合致するイメージを生成することを特徴とする、請求項６に記載の自動偏光調節方法。
10. 前記最適イメージ取得ステップ（Ｓ３０）は、
    多数の偏光イメージに基づいて、最大ピクセル値演算、最小ピクセル値演算、偏光差絶対値イメージ演算、及びカラー別偏光差イメージ演算の中から選択されたいずれか一つの演算を用いて、使用目的に合致するイメージを生成することを特徴とし、差絶対値イメージ演算（偏光差絶対値イメージ演算、カラー別偏光差イメージ演算）の差演算は、除算演算及びログ差演算を含む、請求項６～９のいずれか一項に記載の自動偏光調節方法。

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