JP7373015B2 - 撮像方法 - Google Patents
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Description
<無限遠物体の撮影原理>
図1は、本実施の形態1による撮像装置101における基本構成の一例を示す説明図である。撮像装置101は、結像させるレンズを用いることなく、外界の物体の画像を取得(撮像)するものであり、図1に示すように、変調器102、画像センサ103、および画像処理部106を含む。
ここで、これまで述べた無限遠の場合における表面側格子パターン104の裏面への射影の様子を図14に示す。図14では、無限遠の物体を構成する点1401からの球面波は、十分に長い距離を伝搬する間に平面波となり表面側格子パターン104を照射し、その投影像1402が下の面に投影される場合、投影像は表面側格子パターン104とほぼ同じ形状である。結果、投影像1402に対して、裏面側格子パターン(図2の裏面側格子パターン105に相当)の透過率分布を乗じることにより、図15に示すように、等間隔な直線状のモアレ縞を得ることができる。
次に、変調器102の構成を簡略化する方法について説明する。変調器102では、格子基板102aの表面および裏面にそれぞれ同一形状の表面側格子パターン104および裏面側格子パターン105を互いにずらして形成することにより、入射する平行光の角度をモアレ縞の空間周波数スペクトルから検知して像を現像していた。この裏面側格子パターン105は、画像センサ103に密着して入射する光の強度を変調する光学素子であり、入射光に依らず同じ格子パターンである。そこで、図19に示すように、裏面側格子パターン105を除去した変調器1901を使用し、裏面側格子パターン105に相当する処理を画像処理部1902内の強度変調部1903で実行してもよい。
以上で説明した、裏面側格子パターン105を画像処理部で行う構成によれば、撮影後に任意の距離にフォーカスを合わせることも可能となる。この場合の構成を図22に示す。図19と異なるのは、画像記憶部2201、画像処理部2202、フォーカス設定部2203である。画像記憶部2201は、撮影後のフォーカス調整を可能とするため、画像センサ103から出力される画像を一時的に格納するために設けられている。また、フォーカス設定部2203は、撮像装置101に備え付けられたつまみや、スマートフォンのGUI(Graphical User Interface)などによってフォーカス距離を設定可能であり、フォーカス距離情報(任意の距離フォーカスを合せるための公知の距離情報)を画像処理部2202に出力する。
裏面側格子パターン105の係数βをβ/αとする計算を行う。その後S2101において、該係数に基づいて裏面側の格子パターンを透過したことに相当するモアレ縞画像を生成する。以降、図23のステップS501~S506の処理は、図5の処理と同様であるので、ここでは説明を省略する。
以上、変調器として同心円状の格子パターンを用いて説明したが、直線の格子パターンを用いても、以上説明した曲線の格子パターンと同様な考えで、撮影、画像を生成することができる。図24に、直線格子パターン例を示す。曲線の場合と同様に、直線の幅と間隔は、中心から離れるに従い、反比例して狭くなっていることを示している。以下、説明する撮像装置についても曲線の場合で説明するが、直線の格子パターンを使用することも可能である。
これまでの説明では、式5から鋭いピークを持つ成分のみを取り出した式6に着目して話を進めたが、実際には式5の第4項以外の項がノイズとなる。そこで、フリンジスキャンに基づくノイズキャンセルが効果的である。
例えば図30の初期位相ΦFもしくはΦがそれぞれ{0、π/2、π、3π/2}のパターンのように、複数の初期位相のパターンを2次元的に並べた構成である。
図31に、撮影後にフォーカス調整が行える画像の情報量を削減し、かつ、図25の画像処理部2503の処理を分割することで、撮像装置の処理負荷を低減した撮像装置3000と再生装置3100とを含む撮像システムの構成例を示す。図25と同じものには同じ番号を付し、説明は省略する。この撮像システムは、撮像装置3000と、再生装置3100(復元装置)とを含む。なお、この撮像システムでは、時分割フリンジスキャンを適用する。
図38に、フリンジスキャン方式を適用し、撮像した画像データを圧縮し、伝送する撮像システムの構成を示す。図31と同じものには同じ番号を付し、説明は省略する。この撮像システムは、撮像装置3801と、現像処理装置3810とを含む。撮像装置3801と現像処理装置3810とがネットワーク3803により接続する。
次に、イメージセンサの光線入射角特性や強い光源により部分的に差分画像の最大値、最小値が大きくなる場合に、画質劣化を防止することが可能な、ブロック分割する方式について説明する。
図43に、本発明の別の実施例の撮像装置の構成を示す。図31および図38と同じものには同じ番号を付し、説明は省略する。本実施例の撮像装置4300は、画像センサ103と、変調器2501と、制御部2502と、圧縮前処理部3001と、記憶部3006と、圧縮処理部3005と、出力処理部3802とを含む。
Claims (9)
- 画像を撮像する撮像方法であって、
複数の線で構成される第1の格子パターンと、前記第1の格子パターンと位相がずれた第2の格子パターンとを有する変調器を介して撮像面にアレイ状に配置された複数の受光素子に取り込まれた光学像を画像信号に変換して出力する画像信号変換出力ステップと、
前記第1の格子パターンにより出力される第1の画像信号と、前記第2の格子パターンにより出力される第2の画像信号とを受信する複数画像信号受信ステップと、
前記複数画像信号受信ステップで受信された画像信号の差分を算出し、当該差分に基づく第1の差分データを生成する第1の差分データ生成ステップと、
前記第1の差分データ生成ステップにおける画像信号の差分の範囲および前記第1の差分データに基づいた第1の圧縮用画像データを生成する第1の圧縮用画像データ生成ステップと、
前記第1の圧縮用画像データに前記第1の画像信号と、前記第2の画像信号との前記差分の範囲を示す情報を含むよう前記第1の圧縮用画像データを圧縮する第1の圧縮用画像データ圧縮ステップと、を備える、
撮像方法。 - 請求項1に記載の撮像方法において、
前記第2の格子パターンは、前記第1の格子パターンから位相がπずれた格子パターンであり、
前記変調器は、前記第1の格子パターンから位相がπ/2ずれた第3の格子パターンと、前記第1の格子パターンから位相が3π/2ずれた第4の格子パターンをさらに有し、
前記第3の格子パターンにより出力される第3の画像信号と、前記第4の格子パターンにより出力される第4の画像信号とを受信し、
前記第3の画像信号と、前記第4の画像信号との差分を算出し、当該差分に基づく第2の差分データを生成し、
前記第3の画像信号と、前記第4の画像信号との差分の範囲および前記第2の差分データに基づいた第2の圧縮用画像データを生成し、
前記第2の圧縮用画像データに、前記第3の画像信号と、前記第4の画像信号との差分の範囲を示す情報を含めて、当該第2の圧縮用画像データを圧縮して出力する、
撮像方法。 - 請求項1に記載の撮像方法において、
前記第1の格子パターンおよび前記第2の格子パターンは、同一面上に形成され、
前記画像信号を前記第1の格子パターンで変調された領域の第1の画像信号と、前記第2の格子パターンで変調された領域の第2の画像信号とに分割し、
分割された結果に基づいて、前記第1の画像信号と前記第2の画像信号とを受信する、
撮像方法。 - 請求項2に記載の撮像方法において、
前記第1の格子パターン、前記第2の格子パターン、前記第3の格子パターン、および前記第4の格子パターンは、同一面上に形成され、
前記画像信号を前記第1の格子パターンで変調された領域の第1の画像信号と、前記第2の格子パターンで変調された領域の第2の画像信号と、前記第3の格子パターンで変調された領域の第3の画像信号と、前記第4の格子パターンで変調された領域の第4の画像信号と、に分割し、
分割された結果に基づいて、前記第1の画像信号と前記第2の画像信号と前記第3の画像信号と前記第4の画像信号とを受信する、
撮像方法。 - 請求項1から4の何れか一項に記載の撮像方法において、
圧縮されたデータを出力するデータ出力ステップを備え、
前記データ出力ステップは、ネットワークを介して圧縮されたデータを送信出力する、
撮像方法。 - 請求項1から5の何れか一項に記載の撮像方法において、
前記画像信号による画像を複数のブロックに分けて、ブロック毎の差分の範囲を特定する、
撮像方法。 - 請求項1から6の何れか一項に記載の撮像方法において、
格子パターンは、複数の同心円から構成され、
前記複数の同心円は、同心円の中心となる基準座標に対して同心円のピッチが反比例して細かくなる、
撮像方法。 - 請求項1から6の何れか一項に記載の撮像方法において、
格子パターンは、複数の直線で構成され、
前記複数の直線は、基準座標に対して直線間距離が反比例して狭くなる、
撮像方法。 - 画像を撮像した結果を圧縮する撮像の方法と、当該圧縮された結果を復元する復元の方法とを含む撮像方法であって、
前記撮像の方法は、
撮像面にアレイ状に配置された複数の受光素子に取り込まれた光学像を画像信号に変換して出力する画像信号変換出力ステップと、
光の強度を変調し、前記画像信号変換出力ステップで出力された前記画像信号を受信する画像信号受信ステップと、
前記画像信号受信ステップで受信された画像信号の差分を算出し、当該差分に基づく第1の差分データを生成する第1の差分データ生成ステップと、
第1の差分データ生成ステップにおける画像信号の差分の範囲および前記第1の差分データに基づいた第1の圧縮用画像データを生成し、当該第1の圧縮用画像データを圧縮する第1の圧縮用画像データ生成圧縮ステップと、
圧縮されたデータを出力するデータ出力ステップと、を備え、
前記復元の方法は、
前記データ出力ステップで出力されたデータを入力するデータ入力ステップと、
前記データ入力ステップで入力されたデータを復号して圧縮復元画像を生成し、前記圧縮復元画像と、当該差分の範囲から復元差分画像を生成し、前記復元差分画像を変調してモアレ縞画像を生成する復元画像生成ステップと、
前記モアレ縞画像をフーリエ変換して周波数スペクトルを算出する周波数スペクトル算出ステップと、
複数の線で構成される第1の格子パターンにより出力される第1の画像信号と、前記第1の格子パターンと位相がずれた第2の格子パターンにより出力される第2の画像信号とを受信する複数画像受信ステップと、
前記第1の圧縮用画像データに前記第1の画像信号と、前記第2の画像信号との前記差分の範囲を示す情報を含むよう前記第1の圧縮用画像データを圧縮する第1の圧縮用画像データ圧縮ステップと、を備える、
撮像方法。
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