JPH07505725A - 多焦点光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 多焦点光学装置 本発明は、光学システムの合焦に関する。

カメラ、ビデオ・レコーダ、顕微鏡、双眼鏡など（限定を意図しない）、多くの 光学装置の動作における著しい制限は、これらにおいては、被写体深度（ｄｅｐ ｔｈ　ｏｆ　ｆｉｅｌｄ）すなわち視野（ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｖｉｅｗ）内の目 標が許容可能な合焦範囲にある深度に制限があることである。

被写体深度の制限によって課せられる動作上の制限を克服するために、様々な方 法が用いられている。これには、装置から所与の距離に位置する関心対象である 目標の表面上で、装置を迅速かつ自動的に合焦する自動焦点装置を使用すること が含まれる。

また、装置の光学アパーチャを閉じることによって被写体深度を増加させること が知られている。この方法には、目標から受け取る光の量が対応して減少し、対 応して長い露光時間が要求されるという長所がある。

画像の処理後の合焦強化も提案されており行われているが、非常に限定された成 功しか得られていない。

本発明は、従来の光学装置による画像化よりも著しく大きな深度の合焦した画像 化が可能な光学装置を提供することを目指している。

本発明の好適実施例に従い、深度領域を定義する多焦点画像化装置と、前記多焦 点画像化装置を介してシーンからの光を受け取るセンサ装置と、前記センサ装置 の出力を受け取り前記深度領域の内部に含まれる前記シーンの部分の合焦画像を 提供する画像プロセッサと、を備えた光学装置が提供される。

本発明の別の実施例によれば、深度領域は、光学軸に共に直交する第１及び第２ の平面の間にあり、この側平面に平行なすべての平面を含む。

本発明の更に別の実施例によれば、深度領域は、光学軸に共に直交する第１及び 第２の平面の間にあり側平面に平行なすべての平面を含む第１のサブ領域と、第 １のサブ領域と共通部分を有しておらず光学軸に共に直交する策３及び第４の平 面の間にあり側平面に平行なすべでの平面を含み第１のサブ領域に含まれない第 ２のサブ領域と、を含む。

本発明の更に別の実施例によれば、この領域は、上述のような３つ以上の共通部 分をもたないサブ領域を含む。

本発明の好適実施例によれば、シーンから光を受け取るようにそれぞれが配置さ れ異なった焦点距離を有する複数の表面を定義する画像化装置と、前記複数の表 面のそれぞれからシーンからの光をこの光の異なった部分が合焦するように受け 取るセンサ装置と、前記センサ装置の出力を受け取り前記複数の表面のそれぞれ から受け取った合焦部分を含む画像を提供する画像処理装置と、を含む光学装置 が提供される。

この画像処理装置は、光学装置が与えるぼけた画像から鮮鋭な画像を生じさせる 復元手順を提供するように動作する。

本発明の好適実施例によれば、この画像処理装置はレンズ装置を含む。

本発明の好適実施例によれば、この画像処理装置はミラー装置を含む。

本発明の好適実施例によれば、画像処理方法であって、視点からの距離が等しく ない少なくとも２つのシーン位置を含む見られたシーンのデジタル表現を提供す るステップと、前記見られたシーンの前記デジタル表現を前記見られたシーンの 対応する複数の部分の複数のデジタル表現に分割し前記複数のデジタル表現のそ れぞれを別々に鮮鋭化するステップと、前記複数の鮮鋭化されたデジタル表現を 単一の鮮鋭化されたデジタル表現に組み立てるステップと、を含む方法が提供さ れる。

更に、本発明の好適実施例によれば、分割し鮮鋭化する前記ステップが、前記複 数のデジタル表現のそれぞれについて、複数の復元フィルタを動作させるステッ プと、前記複数のデジタル表現の各個々の１つに対して前記複数のデジタル表現 の前記個々の１つの前記鮮鋭化されたデジタル表現を提供する際に使用される前 記複数の復元フィルタの個々の１つを選択するステップと、を含む方法が提供さ れる。

また、本発明の好適実施例によれば、深度領域を定義する多焦点イメジャと、前 記多熾点イメジャを介してシーンからの光を受け取るセンサと、前記センサの出 力を受け取り前記深度領域の内部に含まれる前記シーンの部分の合焦画像を提供 する画像プロセッサと、を備えた光学装置が提供される。

本発明の好適実施例によれば、画像プロセッサはリアルタイムで動作する。また 、画像プロセッサは、前記センサに対してオフラインで動作する。

更に本発明の好適実施例によれば、前記センサは写真フィルムを備えている。

更に本発明の好適実施例によれば、前記画像プロセッサは、該画像プロセッサに 前記シーンのデジタル表現を提供するように動作する画像デジタイザを備えてい る。

更に本発明の好適実施例によれば、前記多熾点イメノヤは、異なる焦点距離を有 しノーンからの光を受け取るようにそれぞれが配列された複数の表面を定義する 。

更に本発明の好適実施例によれば、前記センサは、前記複数の表面のそれぞれを 介して、前記シーンからの光を、該光の異なる部分が合焦するように受け取る。

更に本発明の好適実施例によれば、前記画像プロセッサは、前記複数の表面のそ れぞれから受け取った合焦部分を用いて組み立てた合成画像を提供するように動 作する。

更に本発明の好適実施例によれば、前記イメジャは、レンズ及び（又は）ミラー ・システムを備えている。

更に本発明の好適実施例によれば、前記イメジャは、反転可能な伝達関数を有し ており、前記画像プロセッサが該伝達関数を反転させることにより前記シーンの 鮮鋭な細部を復元する。

更に本発明の好適実施例によれば、前記伝達関数は、前記イメジャから所定の距 離領域に対してゼロ点を含まない。

更に本発明の好適実施例によれば、前記伝達関数は、ゼロ点を含まない・更に本 発明の好適実施例によれば、前記伝達関数の絶対値は、十分に大きく画像復元を 許容する所定の下限を有する。

更に本発明の好適実施例によれば、前記伝達関数の絶対値は、十分に大きく前記 イメジャからの所定の距離領域に対する画像復元を許容する所定の下限を有する 。

本発明の好適実施例によれば、画像処理方法であって、視点からの距離が等しく ない少なくとも２つのシーン位置を含む見られたシーンのデジタル表現を提供す るステップと、前記見られたシーンの前記デジタル表現を前記見られたシーンの 対応する複数の部分の複数のデジタル表現に分割し前記複数のデジタル表現のそ れぞれを別々に鮮鋭化するステップと、前記複数の鮮鋭化されたデジタル表現を 単一の鮮鋭化されたデジタル表現に組み立てるステップと、を含む方法が提供さ れる。

更に本発明の好適実施例によれば、分割し鮮鋭化する前記ステップが、前記複数 のデジタル表現のそれぞれについて複数の復元フィルタを動作させるステップと 、前記複数のデジタル表現の各個々の１つに対して前記複数のデジタル表現の前 記個々の１つの前記鮮鋭化されたデジタル表現を提供する際に使用される前記複 数の復元フィルタの個々の１つを選択するステップと、を含む方法が提供される 。

本発明の好適実施例によれば、深度領域壱定義するイメジャと前記イメジャを介 してノーンから光を受け取りビデオ画像を発生するセンサとを備えたビデオ・カ メラ装置であって、前記イメジャが多焦点イメジャを含んでおり、更に、前記セ ンサの出力を受け取り前記深度領域内に含まれる前記シーンの部分の合焦画像を 提供する画像プロセッサを備えているビデオ・カメラ装置が提供される。

更に本発明の好適実施例によれば、深度領域を定義するイメジャと前記イメジャ を介してシーンから光を受け取り電子静止画像を発生するセンサとを備えた電子 ステイル・カメラ装置であって、前記イメジャが多焦点イメジャを含んでおり、 更に、前記センサの出力を受け取り前記深度領域内に含まれる前記シーンの部分 の合焦画像を提供する画像プロセッサを備えた電子ステイル・カメラ装置が提供 される。

本発明の好適実施例によれば、深度領域を定義するイメジャと前記イメジャを介 してシーンから光を受け取りビデオ画像を発生するセンサとを備えたカムコーダ 装置であって、前記イメジャが多焦点イメジャを含んでおり、更に、前記センサ の出力を受け取り前記深度領域内に含まれる前記シーンの部分の合焦画像を提供 する画像プロセッサを備えたカムコーダ装置が提供される。

本発明の好適実施例によれば、フィルム・カメラ現像装置であって、シーンの多 慎点表現を受け取り所定の深度領域内に含まれる前記シーンの部分の合焦表現を 提供するように動作する多焦点合成画像プロセッサを含むフィルム・カメラ現像 装置が提供される。

本発明の好適実施例によれば、顕微鏡装置であって、深度領域を定義する多焦点 イメジャを備えた対物レンズと、前記多惧点イメジャを介して２よりも多（の次 元を有するシーンから光を受け取るセンサと、前記センサの出力を受け取り前記 深度領域内に含まれる前記シーンの中の複数の平面の合焦画像を提供する画像プ ロセッサと、を含む顕微鏡装置が提供される。

本発明の好適実施例によれば、人体内部画像化装置であって、前記人体内に挿入 されるように構成され深度領域を定義する多焦点イメジャと、前記イメジャを介 して前記人体の内部部分から光を受け取るセンサと、前記センサの出力を受け取 り前記深度領域内に含まれる前記人体の内部部分の合焦画像を提供する画像プロ セッサと、を含む人体内部画像化装置が提供される。

更に本発明の好適実施例によれば、前記多焦点イメジャは、複数の平面の合焦寄 与の重ね合わせを含む画像を単一のセンサに提供するように動作する。

更に本発明の好適実施例によれば、前記多焦点イメンヤは、無限の数の平面の合 焦寄与の重ね合わせを含む画像を提供するように動作する。

更に本発明によれば、前記センサは、単一のセンサを備えている。

また、本発明の好適実施例によれば、画像化方法であって、深度領域を定義する 多焦点イメジャを提供するステップと、前記多惧点イメジャを介してシーンから の光を感知するステップと、前記センサの出力を受け取って該出力を画像処理す ることにより前記深度領域内に含まれる前記シーンの部分の合焦画像を提供する ステップと、を含む方法が提供される。

本明細書及び請求の範囲においては、「深度領域」と「作動領域」とは、実質的 に交換可能に使用されている。

図面の簡単な説明 本発明は、図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことによってより完全に理 解されよう。

図１は、本発明の光学装置の一般化したブロック図解である。

図２Ａは、図１の装置内で有用な画像化レンズ装置の概念的な図解である。

図２Ｂは、図１の装置内で有用な画像化ミラー装置の概念的な図解である。

図３−は、図２Ａ及び図２Ｂの装置によってセンサにおいて生じる画像の簡略化 された図解である。

図４は、図１の装置において有用な画像化レンズ・アセンブリの典型的な設計の 光学的な図である。

図５は、図１の装置において有用な画像化ミラーの典型的な設計の光学的な図で ある。

図６は、グレー・レベル画像を処理するのに特に適しており、図１の装置におい て有用な画像処理装置の簡略化されたブロック図である。

図７は、グレー・レベル画像を処理するのに特に適しており、図１の装置におい て有用な画像処理装置の別の実施例の簡略化されたブロック図である。

図８は、本発明の１つの好適実施例によって提供される復元伝達関数を計算する 方法の概念図である。

図９は、図８の方法に対する代替的な方法の概念図である。

図１０は、複数の復元された画像を融合して単一の復元画像にする方法の概念図 である。

図１１は、カラー画像の処理に特に適しており、図１の装置において有用な画像 処理装置の別の実施例の簡略化されたブロック図である。

図１２は、ビデオ又は電子ステイル・カメラ装置又はカムコーダ装置の簡略化さ れたブロック図であり、これらの装置の従来の機能が本発明の機能と結合されて いる。

図１３は、フィルム・カメラ装置の簡略化されたブロック図であり、フィルム・ カメラの従来の機能が本発明の機能と結合されている。

図１４は、顕微鏡装置の簡略化されたブロック図であり、従来の顕微鏡機能が本 発明の機能と結合されている。

図１５は、腹腔鏡又は内視鏡の簡略化されたブロック図であり、従来の腹腔鏡及 び内視鏡の機能が本発明の機能と結合されている。

図１６は、図１５の装置の修正である腹腔鏡又は内視鏡装置の簡略化されたブロ ック図である。

図１７は、本発明の別の実施例に従って構成され動作する多焦点画像化装置の簡 略化されたブロック図である。

好適実施例の詳細な説明 次に図１を膠解するが、図１は、本発明の好適実施例に従って構成され動作する 光学装置を図解しており、当該画像化装置から様々な距離に位置する目標を含む シーン１１からの光を受け取るように配置された、多焦点レンズ装置又は多焦点 ミラー装置等の画像化装置１０が含まれている。

本発明の好適実施例に従い、画像化装置は動作してノーンからの光をセンサ１２ の方向に向け、画像化装置からの距離が異なるシーン内の様々な目標からの合焦 された光が該センサに同時に到達するようにする。センサ１２は、典型的には電 荷結合デバイス（ＣＣＤ）である。

本発明の好適実施例に従い、画像化装置１０は伝達関数を有しており、この伝達 関数は、該画像化装置と作動領域（深度領域）内の目標との間の当該光学装置の 光学軸に平行に測定された距離と共にほんの僅かだけ変動する。作動領域は、光 学軸に沿った連続又は不連続の範囲である。

伝達関数は、好ましくは、作動領域内にゼロ点を有していない。好ましくは、伝 達関数の絶対値は、作動領域内では下限（ｌｏｗｅｒ　ｂｏｕｎｄ）Ｖを有して おり、この下限によって、かなりの量のノイズが存在する場合であってもコンピ ュータによって提供され得る画像復元が可能になる。

更に、伝達関数は反転可能（ｉｎｖｅｒｔｉｂｌｅ）であり、深度領域内のシー ンの鮮鋭な詳細はコンピュータ手段によって復元され得る。

センサ１２から見た合成画像が通常は人間の目に対しては合焦せずに現れるのが 本発明の特別の特徴である。

１１　明の好適実施例に従って、電子画像処理装置１４与えられ、センサ１２が 受け取った情報をシーンの合焦画像に変換し、この合焦画像は、ディスプレイ、 画像アナライザ、ビデオ・レコーダ又は他の記憶手段、又はプリンタ等の出力デ バイス１６上に表示される。

図１において、オプションで、記録及び復元機能が、センサ１２の後で画像プロ セッサ１４の前に提供され得る。記録及び復元機能は、後に続くデジタル化に対 してアナログであるか、又は、デジタル化がこの記録及び復元機能の前に実行さ れ得るが、この場合には、記録及び復元機能はデジタルである。

次に図２Ａを参照するが、この図は、本発明の画像化装置として有用な多焦点レ ンズ手段２０を概念的に図解している。図２Ａは、多焦点レンズ手段２０が、レ ンズ・アセンブリ２０から２つの異なる距離に位置する点光源などの２つの目標 Ａ及びＢを、画像平面（ｉｍａｇｅ　ｐｌａｎｅ）２２上に画像化することを示 している。

画像平面２２内の目標Ａ及びＢの画像のそれぞれは、レンズ手段２０のある部分 による合焦寄与とレンズ手段２ｏのある部分による非合焦寄与との重ね合わせか ら構成されている。

図解した例では、各目標距離に対して合焦寄与はレンズ手段２ｏの異なる部分か ら来ていることが見られる。よって、目標Ａに対しては合焦寄与はレンズ手段２ ０の領域２から来ていて、目標Ｂに対しては合焦寄与はレンズ手段２ｏの領域１ から来ている。

図２Ａにおいては、合焦情報を含む光の割合と被写体深度との間にはトレードオ フの関係があることがわかる。たとえば、図２Ａの３つのすべてのリングの面積 が等しい場合には、各合焦寄与に対する光の強度は、１つの焦点距離を有する従 来型のレンズの場合の光の強度の１／３である。他方で、深度領域は、この３つ のリングの被写体深度が重ならないと仮定すると、３倍になる。低い解像度の（ 非合焦の）寄与は、目標深度の変動の関数としてずっとゆっくり変動する。した がって、その深度領域は、共通部分を有していないのではなく重なり合い、結果 的に、高解像度の合焦寄与の減衰ファクタ程には減衰しない。すなわち、図解し た例では、３よりも小さなファクタだけ減衰される。

本明細書では、「解像度」の語は、単位長さ当たりの分解可能なライン（ｒｅｓ ｏｌｖａｂｌｅ　１ｉｎｅｓ）、すなわち、１ｍｍ当たりの分解可能なラインの 数を意味する。

次に、図２Ｂを参照するが、この図は、本発明の画像化装置として有用な多焦点 ミラー・アセンブリ３０を概念的に図解している。図３は、この多焦点ミラー・ アセンブリ３０が、レンズ・アセンブリ２０から２つの異なる距離に位置する点 光源などの２つの目標Ａ及びＢを、画像平面２２上に画像化することを示してい る。

画像平面２２内の目標Ａ及びＢの画像のそれぞれは、ミラー・アセンブリ３０の ある部分による合焦寄与とミラー・アセンブリ３０のある部分による非合焦寄与 との重ね合わせから構成されている。

図解した例では、各目標距離に対して合焦寄与はミラー・アセンブリ３０の異な る部分から来ていることが見られる。よって、目標Ａに対しては合焦寄与はミラ ー・アセンブリ３０の領域２から来ていて、目１！ＪＩＢに対しては合焦寄与は ミラー・アセンブリ３０の領域１から来ている。

図３は、図２Ａと図２Ｂの実施例の一方又は両方に対する、画像平面２２内で見 られる２つの目標Ａ及びＢの画像の外観の定性的な指示を与えている。図２Ａ及 び図２Ｂの両方において目標Ａ及びＢと光学装置との相対的な位置は同じである と仮定すると、図２Ａのレンズ手段２０と図２Ｂのミラー・アセンブリ３０とは 、実質的に同じ画像を生成する。

本発明の画像化手段は、たとえば図２への実施例のように、異なる焦点距離を有 する複数の離散的な領域を含み得る。また、以下で図４に関してより詳細に説明 するように、この画像化手段は、異なる焦点距離にそれぞれ対応する連続する位 置を含み得る。たとえば、ここで示して説明した多焦点画像化装置の「同心円リ ング」構成は、レンズの焦点距離がレンズの中心からの距離の関数としてレンズ 上で連続的に変動する「連続的」構成によって代替することが可能である。

この代替案によれば、最終的な画像は、シーンと交差し光学軸と垂直な空間内の 各平面から到着する高解像度（高周波）の構成要素の組み合わせに基づく。これ と対照的に、従来のシステムでは、画像の高解像度の構成要素は、合焦情報を含 む光学軸に直交する薄いスライスだけから到着する情報に基づいている。ほかの すべての平面からの高解像度（高周波）の構成要素は、強く抑制あるいは強く減 衰される。

次に図４を参照するが、この図に（戯連続的に変動する焦点距離を有する複ガウ ス型のレンズ手段の好適実施例の光学設計が図解されている。図４のレンズ手段 は、それぞれが対応するレンズ表面１−ＸＩＶを有する複数のレンズ部分を含む 。各レンズ表面に対して、ＲＳＴ、ＮＳＶに対する好適な値が付録へに記載され てい漬。ここで、Ｒは曲率半径であり、Ｔは１つの表面から次の表面への距離で あり、Ｎは屈折率であり、■はアツベ（Ａｂｂｅ）数＝　（Ｎｄ−１）／　（Ｎ ｆ−Ｎｃ）であり（Ｎｄはナトリウムｄラインの屈折率、Ｎｆは水素ｆラインの 屈折率）　、Ｎｃは水素Ｃライン（０，６５６３マイクロン）の屈折率である。

焦点の連続的な変動は、表面に■、ＶＩの参照番号が付されアパーチャ・ストッ プの平面内に位置し球面収差を提供することによって多焦点性を生じるように構 成され配置されているシュミット補正板（Ｓｃｈｍｉｄｔ　ｐｌａｔｅ）によっ て与えられる。特に、表面■、ＶＩは、一般に、表面Ｖｌに対する球面収差項（ ＋０．５Ｘ１０”Ｘρ４）を除いて平行である。表面サグＺは、Ｚ＝０．　５Ｘ １０−３Ｘρ４で定義される。ただし、ここで、ρ”　＝ｘ”＋ｙ”であり、ｘ 、ｙは、相互にそして光学軸と直交するシステムの軸である。

背景的な情報に関しては、Ｗ、Ｊ、Ｓｍｉ　ｔｈによる「現代光学技術：光学シ ステムの設計」　（マグロウヒル社、１９６６年）の各箇所を参照のこと。具体 的には、シムミツト平面（３９３〜３９４．４００頁）、球面収差（４９〜５２ 頁）、複ガウス型システム（３７１〜３７３頁）の各頁である。この書物の開示 内容は、本明細書で援用するものとする。

図４の連続的に焦点距離が変動する実施例では、深度領域全体で高度な鮮鋭度が 達成される。対照的に、従来の画像化装置では、鮮鋭さの程度は、装置の被写体 深度の中であっても均一ではなく単一焦点の平面からの距離の関数として減少す る。

図４の実施例では、射出瞳（ｅｘｉｔ　ｐｕｐｉｌ）は、計算上の目的で、すべ て同じ面積を有し光学軸に沿った無限な数の微小の同心円リングの結合（ｕｎｉ ｏｎ）に等しい。リングの焦点距離は、リングの半径の関数として連続的に変動 し、対応する画像寄与の拡大は一定のままである。

センサ上に落下する光のエネルギは、すべての微小な同心円リングからの寄与の 和又は積分として計算される。これは、センサ上の画像は、計算の目的では、リ ングによって寄与された画像の重ね合わせだからである。重ね合わせの特定の特 徴は、好ましくは、深度領域内に含まれる光学軸に垂直な目標スペースの各平面 に対して、当該平面を鮮鋭な合焦に至らせる特定のリングからの寄与が存在する 。別言すれば、センサが受け取った重ね合わされた画像は、特に、システムの深 度領域内の各平面の合焦画像を含む。

次に図５を参照するが、この図には、図２Ｂに概念的に図解したものと類似した 多熾点ミラー・アセンブリ３０の好適な光学設計が図解されている。図５に見ら れるように、図２Ｂのミラー・アセンブリは、複数のミラー表面部分を含んでい る。

図２Ｂに対して、それぞれが異なる焦点距離を有する３つの表面がここでは提供 されており、適切な数のリングが提供されこれらが共にミラーを形成し、リング のそれぞれの焦点距離が所定の深度領域をカバーする。任意の適切な数のリング が提供されるが、これは、理論的には、異なる焦点距離を有する無数の微小なリ ングを用いて焦点距離を全体として連続的にリングの半径に従属させ得るからで ある。

図５の実施例では、図４のように、多熾点が、所望の深度領域内に多焦点を生じ るほどに強いものとして選択された第三次の球面収差を与える非球面を提供する ことによって生じる。

図５の光学設計に対する指示が付録Ｂに与えられている。

球面だけを用いて又は球面と非球面との組み合わせを用いることによって非球面 収差も達成され得る。

次に図６を参照する。この図は、特にグレーレベルの画像の処理に適した本発明 の実施例によって構成され動作する図１の画像処理ユニット１４の簡略化された ブロック図である。

図６の装置は、図１のセンサ１２から受信されたデジタル化されたぼけた画像１ のＦＦＴ　（高速フーリエ変換）なとのフーリエ変換を計算するように動作する フーリエ変換ユニット１００を含む。ユニット１００の出力は、記号Ｉ′″で示 される。

ＦＦＴを含めたフーリエ変換は、当該技術分野で周知であり、Ａ、Ｒｏｓｅｎｆ ｅｌｄ及びＡ、Ｃ，Ｋａｋの「デジタル画像処理第１巻」　（アカデミツク・プ レス、１９８２年）の１３〜２７頁に記載がある。この部分の記載は本明細書に 援用するものとする。

デジタル記憶ユニット１０２は、フーリエ空間復元に対して復元伝達関数Ｔ−を 記憶するように動作する。計算ユニット１０４は、フーリエ変換ユニット１００ からドを、メモリ１０２からＴ−を受け取り、フーリエ空間内に記憶された画像 を生じる。フーリエ平面座標（Ｕ、Ｖ）の各対に対して、復元された画像は、１ −　（ｕ、ｖ）／Ｔ’″　（ｕ、ｖ）である。

反転ユニット１０６は、ユニット１０４によって生じた復元された画像を、フー リエ平面から実平面に反転させる。好ましくは、反転ユニット１０６は、反転Ｆ ＦＴ演算を、ユニット１０４によって供給された画像に対して行う。反転ユニッ ト１０６の出力■△は、図１のユニット１６に供給される。

メモリ・ユニット１０２内に記憶する復元伝達関数を計算するためには、任意の 適切な方法を用いることができる。たとえば、以下に述べる方法を用いてもよい 。

ｈ　（ｘ、ｙ、ｄ）は、図１の画像化装置１０のレンズ又はミラーの二次元の（ ｐｌａｎａｒ）目標に対する点像分布関数（ｐｏｉｎｔ　５ｐｒｅａｄ　ｆｕｎ ｃ　ｔ　１ｏｎ＝ＰｓＦ）であり、この二次元の目標は、レンズ軸と直交し、ま た、このレンズ又はミラーが当該二次元の目標の画像をその上に射影するスクリ ーンであり得るセンサ１２に平行である。

Ｘ及びｙは、光学軸に直交する軸のデカルト座標である。ｄは、二次元の目標と レンズとの間の距離である。（Ｕ、Ｖ）は、フーリエ平面座標である。Ｈ（ｕ。

ｖ、ｄ）は、ｈ　（ｘ、ｙ、ｄ）の二次元フーリエ変換である。Ｈは、その軸に 関する対称性のために複素数ではなく、実数である。

ｄ＋及びｄ２は、レンズの作動領域の境界である。換言すると、ｄｌ及びｄ！は 、それぞれ、レンズの任意の部分からの合焦寄与が存在するｄの最小値と最大値 とである。

上述の記号を用いると、復元伝達関数Ｔ′″　（Ｕ、Ｖ）は、各（Ｕ、Ｖ）に対 して、すべてのｄ１≦ｄ≦ｄ２に対して ＩＨ（ｕ、ｖ、ｄｏ）ｌ≧ＩＨ（ｕ、ｖ、ｄ）　１とが成立するような、Ｈ（ｕ 、ｖ、ｄｏ　）として定義される。

この上述の式を、式ｌとする。

本発明の別の実施例によれば、ノイズが多いなどの条件下でいずれかが望まれる ウイーナー（Ｗｉｅｎｅｒ）フィルタ又は制限付最小二乗法等の、Ｔ−を用いる 他の復元プロセスを用いることができる。ウィーナー・フィルタ及び復元の他の 性質に関しては、Ａ、ＲｏｓｅｎｆｅｌｄとＡ、Ｃ，Ｋａｋの「デジタル画像処 理、第２版ｊ　（アカデミツク・プレス、１９８２年）の第１巻２６８〜３５２ 頁に説明されている。この書物の開示内容は、本明細書で援用する。

本発明の特別の性質は、作動領域において、関数ＩＴ〜　（ｕ、Ｖ）ｌが正の下 限を有しており、したがって、零点をもたないことである。結果として、ユニッ ト１０４は、ゼロ又は非常に小さい数によって割られることはない。図１の画像 化装置を適切に設計することにより、下限を十分に太き（して、ノイズが実質的 なレベルだけ存在している場合であっても、復元を可能にすることができる。

関数Ｈ（ｕ、ｖ、ｄ）の特別の性質は次の通りである。ｄは、レンズの作動領域 ［ｄ　ｌ＋　ｄ　２］又は［ｄｌ、ａｘ］、Ｅ　ｄ　ｓ、ｄ　４］、Ｅ　ｄ　ｓ 、ｄ　ａ］などの離間し重複しない複数の区間の中に含まれる。

各（ｕ、ｖ）に対して、 Ｓ〜　（ｕ、ｖ）　＝Ｈ（ｕ、ｖ、ｄ’　）であり、ただし、Ｈ（ｕ、ｖ、ｄ’ 　）の絶対値は作動領域内のすべてのｄについてＨ（ｕ、ｖ、ｄ）の絶対値より も小さい又は等しい。すなわち、作動領域内のすべてのｄについて、Ｓ’−（ｕ 、ｖ）＝ｍｉｎｄ　ＩＨ（ｕ、ｖ、ｄ’　）ｌである。また、Ｔ−（ｕ、ｖ）　 ＝Ｈ（ｕ、ｖ、ｄｏ　）であり、ただし、Ｈ（ｕ、ｖ、ｄ、　）の絶対値は作動 領域内のすべてのｄについてＨ（ｕ、ｖ、ｄ）の絶対値よりも大きい又は等しい 。すなわち、作動領域内のすべてのｄについて、Ｔ−（ｕ、ｖ）＝ｍａＸ、１Ｈ （ｕ、ｖ、ｄｏ）ｌである。

好ましくは、商ＩＳ〜　（ｕ、ｖ）Ｉ／ＩＴ−（ｕ、ｖ）ｌは常にＯと１との開 にあるが、比較的大きく、たとえば、１／４や１／２の値を有する。結果的に、 ｄの関数としてのＨ（ｕ、ｖ、ｄ）の作動領域内での変動は比較的小さく、した がって、実質的な画像歪みを生じずに、作動領域内のすべてのｄに対して、Ｔ′ ″（ｕ、ｖ）等の単一の復元伝達関数を用いることが可能である。

この上述のシステム特性によって、はとんどすべての情報が復元可能であること が保証される。これとは対照的に、通常のカメラレンズでは、Ｈ（ｕＪ　ｖ、ｄ ）の絶対値は、１ｄ−ｄ、ｌが増加するにつれて（ただし、ｄ、は合焦した目標 への距離）、大きな（Ｕ、Ｖ）に対して減少する。

特に、レンズ又はミラーからの距離ｄにある二次元の目標に対するぼけプロセス は、次のように記述される。

Ｉ−（ｕ、　ｖ）　＝Ｏ−ｂ　（ｕ、ｖ、ｄ）　ｘＨ（ｕ、ｖ、ｄ）　＋ｎ〜　 （ｕ、ｖ）ここで、Ｏ−ｂ　（ｕ、ｖ、ｄ）は二次元の目標の二次元のフーリエ 変換であり、Ｈ（ｕ、ｖ、ｄ）は上述の伝達関数であり、ｎ〜　（Ｕ、Ｖ）はノ イズのフーリエ変換である。

したがって、特定の（Ｕ、Ｖ）に対してＨ（ｕ、ｖ、ｄ）が非常に小さくｏ）（ ｕ、ｖ、ｄ）　ＸＨ（ｕ、ｖ、ｄ）が近似的にｎ〜　（ｕ、ｖ）に等しい場合に は、（Ｕ、Ｖ）情報は、Ｉ−（ｕ、ｖ）がノイズに支配されているという意味で 、復元不可能である。これが、Ｉｄ−ｄ、ｌが大きい場合の通常のカメラレンズ の状況である。

これと対照的に、本発明によれば、はとんどの又はすべての情報は、ｄに依存し ないＴ−（ｕ、ｖ）を用いることにより復元され、そのｄが作動領域内に含まれ る目標の画像を復元する。典型的には、作動領域のサイズと復元の質との間には 、トレードオフの関係がある。

次に図７を参照するが、この図は図１の画像処理ユニット１４の他の実施例の簡 略化されたブロック図であり、図６の実施例が計算上の制限を有し比較的能力の 低いプロセッサの使用に起因して実現困難である応用例において特に有用である 。

図７の装置は、図１のユニット１２の出力Ｉとコンボリューション・カーネルｔ とのたたみこみをするコンボリューション・ユニット１１０を含む。コンポリュ ーノヨン・カーネルｔは、カーネル記憶又はカーネル計算ユニット１１２にょっ て供給される。カーネルｔ　（ｘ、ｙ）は、好ましくは、１／”Ｉ”　（ｕ、ｖ ）の逆フーリエ変換にほぼ等しい。カーネルを計算する好適な方法は、Ｌ、　Ｒ ，ＲａｂｉｎｅｒとＢ、Ｇｏｌｄの「デジタル信号処理の理論と応用」　（プレ ンティス・ホール、１９７５年）の４５５〜４８３頁に開示されている。この文 献の開示範囲を本明細書で援用する。

上述の画像復元方法は、断片的又は不連続の作動領域が所望である応用例で用い られ得る。しかし、次の段落以下で説明するこれらの画像復元方法の代替的な方 法が、断片的な作動領域については好ましいと考えられている。画像復元の結果 は、断片的な作動領域の場合には、連続的な作動領域の場合よりも満足できない のが典型的である。

上述した画像復元方法は、光学的な復元伝達関数を目標への深度であるｄに適応 する適応的画像復元方法によって代替することができる。レンズによる目標のぼ けは、ｄの関数として若干変動し、適応的方法の特徴は、この変動を考慮する点 である。この適応的方法は、好ましくは、以下のステップから成る。

ａ）作動領域は、断片化されている場合もされていない場合もあるが、複数の（ ｎ−１）のサブ領域に分割される。たとえば、断片化されていない作動領域であ る［ｃｌ＋、ｄｚｌに関しては、分割は、複数の（ｎ−１）のサブ領域である［ ｅｌ、ｅ　Ｉ＊＋］を含む。ただしここで、ｉ＝２．　・・ｔ、ｎ−１であり、 ｅｌ　＝ｄ。

かつｅ　ｍ　；ｄ　！である。また、１から（ｎ−１）のすべてのｉに対して、 ｅｌ＊１〉ｅｌである。ｎは、３〜１０などの適切な範囲内の整数である。

ｂ）各サブ領域に対して、復元伝達関数は、上述の式１によって計算され、よっ て、図８に概念的に図解した複数の（ｎ−１）の復元伝達関数Ｔ−，，・・・、 Ｔ−＊−１を定義する。

また、図９に概念的に図解したように、各サブ領域に対して、図７に関して上述 したように実空間復元のカーネルが計算されることにより、複数の（ｎ−１）の カーネルｔ＋　（ｘ、ｙ）　、・・・、ｊｓ−１（ｘ、ｙ）を定義する。

Ｃ）画像は、フーリエ平面又は実平面のいずれかの中に、第１に復元伝達関数を 用い、第２にコンボリューション・カーネルを用いて復元される。このステップ の結果は、複数の（ｎ−１）の復元された画像群Ｉ△１．・・・、ＩＡ＠−１で ある。

ｄ）ステップＣで計算した（ｎ−１）の復元された画像群は、図１０に概念的に 図解されている以下で述べる適切な方法を用いて融合又は結合されて単一の復元 画像■△となる。

ｉ）画像群■△１．・・・、■△７のそれぞれに対し、当該画像をカバーする複 数のｍｌｘｍ２の正方形のブロックを定義する。画像ＩＡ＋をカバーする正方形 のブロックをここでは、（ｉ、ｊ、ｋ）とインデックスを付ける。ただし、ｊ＝ １゜・・・１ｍＩであり、ｋ＝１．・・・、ｍ２である。それぞれの向きの付い た対（ｊ、ｋ）に対して、ｎ個の復元画像群Ｉ△（ｉ）のそれぞれに１つのｎ個 の正方形のブロックがある。

ｄ）それぞれの向きの付いた対（ｊ、ｋ）に対して、ブロック（ｉ、ｊ、ｋ）の 中から、最も鮮鋭な正方形のブロックを選択する。

この選択プロセスの基準は、画像の質に対する従来の統計的又は形態的な基準で ある。たとえば、選択されたブロックは、エツジ、孤立した局所的な極端な点、 ルーフ・エツジ、スムーズ関数などの補正上の類似の基準が用いられている既知 の画像の特徴の処理前のディレクトリに非常に類似し得る。

伍）ステップｉｔ）で選択されたｍｌｘｍ２の最も鮮鋭な正方形のブロックを融 合することによって単一の復元画像Ｉ△を得る。

ブロック（ｊ、ｋ）の復元のための最終的なｔ　（ｘ、ｙ）は、好ましくは、ブ ロック（ｊ、ｋ）及びその近傍のブロックである（ｊ、に＋１）、（ｊ＋１．ｋ ）、Ｕ＋１．に＋ｌ）に対して選択されたカーネルから補間される。適切な補間 手順によって、ブロックの間の境界における人工的なエツジの形成が回避される 。

任意の適切な補間法、たとえば双線形補間法を用いることができる。よい結果を 与えると考えられている補間法は、Ｐ、Ｊ、ＢｕｒｔとＥ、Ｈ，Ａｄｅｌｓ。

ｎによる「画像モザイクへの応用を伴うマルチ解像度スプラインＪ　（ＡＣＭ　 Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ、Ｖｏｌ、２．Ｎｏ、４．１ ９８３年１０月号の２１７〜２３６頁）に説明されている。この論文の内容は、 本明細書で援用する。

図１０において、率はコンボリューションを表す。

次に、図１１を参照するが、これは、図１の画像処理ユニット１４の別の実施例 の簡略化されたブロック図であり、ＲＧＢデータ等のカラー画像データを処理す るのに特に適している。図１１の装置は、カラー成分チャネリング・ユニット２ ０２を含んでおり、このユニットは、Ｒ，Ｇ、Ｂ成分のような入力カラー画像■ の複数のカラー成分のそれぞれを、複数のカラー成分に数で対応する複数の画像 処理サブユニット２０４．２０６．２０８の対応する１つにチャネルする。

各画像処理サブユニットは、図６又は図７の画像処理装置に類似する。画像処理 サブユニット２０４．２０６．２０８のＩΔ出力は、図１１では、ＩＡＩ、ＩＡ Ｉ、Ｉ△−とされている。すべての３つの出力は、それらを合成し出力カラー画 像■△を与えるカラー合成ユニット２１０に印加される。ディスプレイ・モニタ 、ビデオ・レコーダ、ビデオ・プリンタ、ビデオ取得装置付きのコンピュータな どの多くの出力装置は、カラー合成機能を含むが、これは、これらの装置が、Ｒ ，Ｇ、Ｂデータの３つのチャネルそれぞれなどの複数のチャネルを受け取り、出 力カラー画像を与えることができるからである。

本発明の１つの実施例によれば、ぼけた画像が復元なしでビデオ・レコーダによ って記録され得るが、ビデオ・プレーヤからのぼけた画像を再生することによっ て復元が後に行われ得る。

本明細書で示され説明される本発明の特徴は、従来型の画像化システムと比較す ると、三次元の目標から二次元の画像への写像が、視野の中の目標の深度にほと んど依存しない点である。これは、点像分布関数ｂ　（ｘ、ｙ、ｄ）が１次のオ ーダーまでは、所定の深度領域すなわち２の所定のレンジの中の深度座標２に依 存しないからである。

本明細書で示され説明された画像化装置の特定の実施例は、図１の多焦点画像化 装置を実現可能な広範囲の方法を例示しただけである。

付録Ｃは、本発明の１つの別の実施例による図１の画像処理ユニット１４のソフ トウェア実行のＦＯＲＴＲＡＮによるプログラム・リストである。付録Ｃは、ま た、画像化装置１０及びセンサ１２のソフトウェア・シミュレーションから得ら れたデータに対する、このソフトウェア実行の動作の結果である。ここに付録Ｃ のプログラム・リストを含めた意ＩＨ！、単に、本発明の極度に詳細な開示を提 供することであり、本発明の範囲を付録Ｃの特定の実行に限定することは全く意 図されていない。

本明細書及び請求の範囲では、目標又は画像の光学システムからの「距離」とは 、このシステムの光学軸に平行な距離の成分を意味する。

本明細書及び請求の範囲では、光学システムから目標点の「距離」とは、共にこ のシステムの光学軸に垂直である第１の平面と第２の平面との間の距離を意味す る。ただし、第１の平面は目標点を含み、第２の平面はこの光学システムの動作 部分を含む。

目標の「深度」とは、光学軸に沿った画像平面からの目標の距離に関係する。

以上で示し説明した装置は、画像化に用いられる様々な装置やシステムで応用さ れ得る。このことを示すために、図１２〜図１６では、以上で示した画像化装置 の様々な応用例を図解しているが、図１２〜図１６での特定の応用例は、単に可 能な画像化の応用例を例示するだけであり、限定を意図していない。

図１２の装置は、ビデオ又は電子ステイル・カメラ装置又はカムコーダ装置２５ ０を含み、カメラ／カムニーダ２５０から異なった距離に位置する様々な目標を 含むシーンを画像化する。カメラ／カムニーダ２５０のレンズは、従来型のもの ではなく、図２Ａ〜図５を参照して示し説明した画像化装置の実施例の任意の１ つのような本発明に従って構成され動作する画像化装置を備えている。センサ２ ５６は、多焦点イメジャ２５４によって形成された生の画像を受け取る。それぞ れ記録ユニット２５８及び再生ユニット２６０によって、オプションであるが感 知された生の画像は記録され、やはりオプションであるが再生され、デジタイザ ２６４によってオフラインで受信される。

記録／再生のオプションは、図１３及び図１４には特に図解されていないが、図 １３及び図１４の装置は、所望であれば、このオプションを含み得る。

感知された生の画像は、デジタイザ２６４によってデジタル化され、結果的な画 像のデジタル表現が、図６〜図１１を参照して示し説明した画像処理能力を有す る画像復元計算ユニット２６６に与えられる。計算ユニット２６６によって発生 された復元されたデジタル画像は、Ｄ／Ａユニット２７０によってアナログ表現 に変換され、そして、ＴＶモニタ又はプリンタ等の出力装置２７２によって表示 又は印刷される。

また、計算ユニット２６６のデジタル出力は、従来型のデジタル・メモリ又はデ ジタル・テープ２７４上に記憶され得る。計算ユニット２６６のデジタル出力は 、限定的ではないがデジタル・インターフェースを有するプリンタ、レコーダ、 モニタなどのデジタル入力を扱うことのできるデジタル出力装置２８０によって 直接に出力される。

オプションだが、画像復元計算ユニット２６６は、超音波レンジファインダ又は レーザ・レンジファインダなどのレンジファインダ２８２からの距離情報を受け 取る。ユニット２６６は、この情報を用いて、レンジファインダによって見（Ｘ だされるレンジに含まれる特徴の画像を向上させる。

別言すれば、レンジファインダを設けることにより、ユーザが、比較的重要なシ ーン内の目標を選択し、このレンジファインダを用いて当該目標までの距離を決 定することができる。画像復元計算ユニット２６６は、好ましくは、距離情報を 受け取りその距離に基づいて伝達関数を選択すると、最適な復元結果は選択され た目標が存在する深度に対して達成される。

改良型の電子ステイル・カメラ、ビデオ・カメラ、又はカムコーダは、図１２の すべての構成要素を含むように構成可能である。また、従来型のものと（ま異な る図１２の装置の構成要素は、既存の従来型の電子ステイル・カメラ、ビデオ・ カメラ、又はカムコーダに改修可能である。

図１２の装置は、高品位テレビＣＨＤＴＶ）への応用に有用である。このテレビ では、非常に高い解像度のために、深度領域は従来の装置では非常１こ小さく、 はんの僅かに焦点から変位しただけで知覚可能な不合焦が生じる。

図１３は、本発明によって構成され動作する多焦点レンズ３１４を備えたフィル ム・カメラ３１２を含むシーン３１０撮影用のフィルミング装置を図解しており 、この装置は、図２Ａ〜図５を参照して以上で示し説明した画像化装置の実施例 の任意のものを含む。フィルム・カメラ３１２によって作成されたフィルム３２ ０は、従来のように現像され、この現像されたフィルムは、スキャナ３２４によ って走査され、デジタル出力を与える。スキャナ３２４のデジタル出力は、図６ 〜図１１を参照して既に示し説明したように本発明による画像処理機能を有する 画像復元計算ユニット３２６に与えられる。復元ユニ・ント３２６が生じる鮮鋭 化された画像は、プロッタ等の適切な出力装置３３２によって／Ｘ−トコビー３ ３０に変換される。

図１３のすべての構成要素を含むように改良型のフィルム・カメラ・システムを 構成し得る。また、従来型ではない、多焦点レンズや画像復元装置などの図１３ の装置の構成要素は、スタンドアローンとして、フィルム・カメラ、現像装置、 デジタル・スキャナ、プロッタ等の既存の従来型の装置と連係させて提供するこ とが可能である。

図１４は、従来の顕微鏡機能が本発明の機能と組合わされている顕微鏡装置の簡 略化されたブロック図である。

図１４の装置は、本発明によって構成され動作する多焦点型の対物レンズ３５２ を備えた顕微鏡３５０を含み、図２Ａ〜図５を参照して既に示し説明した画像化 装置の任意のものを備えている。ビデオ、電子ステイル又はフィルム・カメラ等 のカメラ３５４は、ＣＣＤ、チューブ又はフィルムであり得るセンサ３５５から の拡大された画像を捕捉する。このカメラのデジタル出力は、画像復元ユニット ３５６に与えられた。カメラの出力がデジタルではない場合には、出力は、まず 、Ａ／Ｄユニット３５８によってデジタル化される。

画像復元ユニット３５６は、図６〜図１１を参照して既に示し説明したもの等の 画像処理能力を備えた計算ユニットである。ユニット３５６の出力は、Ｄ／Ａユ ニット３６２を介してアナログ出力装置３６０に、又はデジタル出力装置３６４ に印加される。

図１４のすべての構成要素を含むように改良型の顕微鏡システムを構成すること ができる。また、従来型ではない、多焦点レンズや画像復元装置などの図１４の 装置の構成要素は、スタンドアローンとして、顕微鏡、カメラ、Ａ／Ｄ及びＤ／ Ａコンバータ、出力装置等の既存の従来型の装置と連係させて提供することが可 能である。

図１４の装！は、限定列挙ではないが、−滴の液体、三次元の透明又は半透明シ ーン、マイクロチップの表面などの２．５次元表面、平坦ではない表面を有する 目標又は物質などの広範囲の目標を検査する際に有用である。

図１５は、人体等の身体の内部の写真を画像化する腹腔鏡又は内視鏡を図解して いる。図１５の装置では、従来型の腹腔鏡／内視鏡の機能が、本発明の機能と組 合わされている。図１５の装置は、画像化が望まれる部位によって決まる身体中 の位置に挿入される対物レンズ４００を含む。一端４０３が多焦点イメジャの画 像平面に配置された光ファイバの第１の束４０２が提供される。その他端４゜４ は、リレー・レンズ４０８及びセンサ４１０に関連して動作し、当該他端４゜４ に形成される画像は、リレー・レンズ４０８を介してセンサ４１０上に射影され る。

センサ４１０によって捕捉される画像は、上述の画像処理ユニットの任意のもの に類似する画像復元計算ユニット４１４に与えられる。画像プロセッサが生じる 画像は、大きな深度領域上ではるかに高い解像度を有する。この画像が、適切な 出力装ａ４１６に与えられる。

画像化される身体の内部部分の図解は、患者の身体の外部に位置する光源と関連 して動作する第２の光ファイバ束によって与えられる。

図１６は、カメラ装置の全体が身体中に挿入される点で図１５の装置とは異なる 改良型の腹腔鏡又は内視鏡装置を図解している。図１６の装置は、一般に図１５ の装置に類似しているが、リレー・レンズ４０８が用いられておらず、その代わ りに、センサ４１０が他端４０４で第１の光ファイバ束４０２に接着されている 。画像復元計算ユニット４１４と出力装置４１６以外は、装置のすべての構成要 素が、身体の内部に挿入される。身体内で動作する装置の構成要素は、適切な電 気的ケーブル４２４を介して外部で動作する構成要素４１４と通信する。

また、画像復元計算ユニｙ）４１４も、身体の内部に挿入すること力呵能であり 、その場合には、出力装置を除くすべての構成要素が身体の内部で動作すること になる。この時には、身体内で動作する構成要素は、適切な電気的ケーブル４２ ４を介して外部で動作する出力装置と通信する。

図１７は、本発明の別の実施例によって構成され動作する多焦点画像化装置の簡 略化されたブロック図である。図１７の装置は、複数の半透明のミラー、又は３ つのスプリット要素４５２．４５４．４５６などのビーム・スプリッタと関連し て動作する。点源４５８に対するスプリット要素４５４の合焦面は、破線４６０ ．４６２でそれぞれ示しである。点源４５８に対するスプリット要素４５６の合 焦面は、破線４６４．４６６でそれぞれ示しである。４つのセンサが図解した実 施例で発生する４つの画像をそれぞれ画像化するために与えられている。４つの センサの位置は、実線４７０．４７２．４７４．４７６で示しである。すべての センサは、図で示したように、対応する合焦面に、それぞれ平行である。

この４つのセンサは、その対応する合焦面からそれぞれ異なった距離に位置して おり、よって、複数の別々に合焦した画像を与える。これらの画像は、次に、好 ましくは再度スケーリングされて、１つ又は複数の再スケーリング・ユニット４ ８０によって統一された拡大を得る。ユニット４８２を付加する際に、再度スケ ーリングされた別々に合焦した画像が加えられ、すなわち、「他方の上に１つ」 付加、平均化、又は池の適切な方法で合成され、単一の画像を得る。この画像は 、上述の場合と同様に画像復元計算ユニット４８４によって処理され、４つのす べての別々に合焦した画像からの寄与を含む最終的な画像を生じる。

本発明は、その応用が、二次元のＣＣＤや平面内に位置するフィルム等の二次元 センサに限定されない。二次元ではないセンサを用いる場合には、本発明は、た とえば、デジタル化されたセンサ出力を二次元センサから到着したように扱うこ とによって、用いることができる。

「伝達関数」という用語は、一般に、コントラスト伝達関数、光学伝達関数（Ｏ ＴＦ）　、変調伝達関数（ＭＴＦ）　、位相伝達関数などの中の適切な１つを指 している。

本発明は、産業用ロボットの視野に関する応用例などのように、全体的な画像情 報の中でエツジの情報が最も重要であるような応用例で有用である。好ましくは 、このような応用例では、従来型のエツジ検出機能が、装置の深度領域に含まれ る任意の平面内に位置するエツジを強化するように動作する画像処理ユニット１ ４に先立って、又はそれに代わって提供される。

再度図１２を参照すると、オプションではあるが、記録及び再生機能が、デジタ ル化ユニット２６４と画像プロセッサ２６６の間に、再生及び記録機能２５８． ２６０の代わりに、又は、それに加えて存在している。

好ましくは、図１、図１２、図１４〜図１６の実施例においては、画像処理機能 に先立って動作するように提供される記録及び再生機能が提供される。これによ って、ビデオ映画の画像処理などの画像処理が、オンラインだけでなくオフライ ンでも行えるようになる。以下に述べる手順が用いられる。

ａ）デジタル化の前又は後のいずれかに、センサ出力を記録する。

ｂ）再生機能を用いてフレームごとに再生する。

Ｃ）各フレームについて画像復元やエツジ検出などの画像処理を行う。

ｄ）出力を、フレームごとに、出力装置に記録する。

このオプションの特徴によって、画像復元が、フレームごとに、オフラインで行 うことが可能になり、また、出力を後で見るためにフレームごとに記録できるよ うになる。別言すれば、画像プロセッサがビデオ速度で作動するほどには高速で はない場合であっても、本発明の装置を用いれば、合焦ビデオ映画を発生するこ とが可能である。

図１４では、記録及び再生機能は、オプションで、カメラ３５４とＡ／Ｄユニッ ト３５８との間に、及び（又は）、カメラ３５４と画像復元計算ユニット３５６ との間に、与えられる。

図１６では、オプションで、以下の一連の機能のいずれか又は両方が、センサ４ １０と画像復元計算ユニット４１４との間に与えられる。すなわち、ａ）Ａ／Ｄ 、デジタル画像のレコーダ、再生、及び（又は）、ｂ）アナログ画像レコーダ、 再生、Ａ／Ｄ、である。

上述のものに類似した適切な記録及び再生機能を、図１５の実施例に付加するこ とが可能である。

本発明が上述の特定の例に限定されないことは当業者には明らかであろう。本発 明の範囲は、以下の請求の範囲によってのみ画定される。

λＰＰ１ｉ＄工ＸＡ ｒａＳＳ ＡＰＰＫＫＩ工ＸＢ ＡＰＰＥＩ）２ＤｒＸ　Ｃ Ｎ’Ｐ−１３１Ｎ’ＤＸＢＥＲＯＦ　５ＡＫＰＬ工ＮＧ　ＰＯ工ＮＴＳｒ、Ｄｏ ｐｌ、ｐｏＢ２ （ＦＯＢＳ糟？　ＩＦ工Ｒ５Ｔ　Ｆｏｃｕｓ（ＦＯＲ２ｍ？　ｌ　ＺａＳＴ　Ｆ Ｏ（ｉｓＤＥＬ＝（ＤＯＢ２−ＤＯＢＩ）／（Ｎ’ＰＮＴＳ−１）ＣＣＣＢＬＵ ＲＲｘＮＧ　ＢＹ　ＬＥ’ＮＳ　ＡＮＤ　ＤＥＢＬＵＲＲ工ＮＧ　ＢＹ　Ｔ”１ ＥＰＳＦλＣ： ＣＡＬＬ　ＷＢＬＫ３Ａ（ＩＭＧ、ＮＸ會ＮＹ、ＮＹ）Ｉ　０ｉＰｔｎ’　Ｔ。

Ｄ：ＳＫ　ＯＦ　０ＲＩＧＩＮＡＬ　Ｓ工Ｍ’０’ＬＡＴＥＤ　ＸＭＡＧＥＤｏ 　２０　Ｘ＝１．ＮＰＮＴＳＩ　ＢＬＵＲＲｘＮＧ　ＢＹ　ＡＬＬＰＰＡ ＣＣＣＴｏ　ＫＯＴ、ＴＩＰＬＥ　ＢＹ　５ＱＲＴ（Ｎ’Ｘ”ＮＹ）　？　ＯＲ ＷλＴ？ ＣＡＬＬ　ＧＡＧＯＰＥＲｌ（ＥＺ２．ａ、ＮＸ、ＮＹ）ＩＤ工５ＰＬＡＣＥ　 ＴＩＤＥＯＰＥＲＡＴＯＲＴｏ　ＯＲ工Ｇ工Ｎ Ｃ０ＮＴＡ工ＮＳ　ＦＯｔｒＲ工ＥＲ５ＰＡＣＥ　ＯＴＦ　０ＦＣＣＣＫＯ’Ｌ Ｔ工ＦＯＣ入Ｌ　ＡＰＰＡＲＡＴυＳ。

ＥＩＮＤ　ｙ ＴＯＰ ＮＤ ＲＥでＵＲＮ ＫドＤ　工Ｐ ＣＯＫＭｔＥＸ　Ａ（Ｎ）、Ｂ（Ｎ） ＥＩＮＤ　Ｉ？ ＲＥＡＬ　Ａ（ＮＸ、ＮＹ）　ＪＺ（ＮＸ、ＮＹ）Ｓ入Ｆ−１，Ｅ　−２５ ０Ｆ　０ＢＪＲ：ＣＴ。

ＣＣＣＦＯＲＥＱｔ７エーＤＩＳＴＡＮＴ　ＰＬＡ２ｆＥＳ　工Ｎ　ＯＢＪｍ： ＣＴＰＬ入ＭＥ ＢＥＴＷ’ＥＥＮ　ＳｊｔＭＰＬ工ＮＧ　ＰｆａＮＥ。

Ｄｏ　１０　工、１．Ｎ’ＰＩ　ＮＵＫＢＲ：ＲＯＦ　ＳＡＭＰＬ工ＮＧＰｏ工 ＮＴＳ ＣＯＮ７ＵＳＩＯＮ。

ＩＮＯＲＭＡＬＩＺＩ！Ｄ　２Ｄ　ＧｋＴＩＳＳ工λＮ、ＴＲ工ＧＬＫＶ。

Ｌ＋！’Ｖ。

ｒａｄｐｍｒａｄｌｏ、０１６ ＣＣＣＦＲＯＭ　ＴＥＥ　Ｌ）：ＮＳ、τ！！！！　５ＸＮＳＯＲ’５　ＰＯ５ ＸＴＺＯＮＣＣＣ５ＵＣＨτＲλＴ　τ”ｒＥ　ＤＥＰπＤＯにλ工Ｎ　工Ｎτ ＩＩＩＣＣＣＲＥＳＰＥＣＴ工ＶＥ　ＦＯＣＡＬ　ＰＬＡＮＥＳ　ＦＯＲτＥＯ ５ＥＣＣＣＰＳＦ　工５　ＣＲＥＡＴＥＤ　ＸＮ　ＴＨ：　ＦＯＬＬＯＷＩＮＧ 　ＷＡＹ＋　ＡＣＣＣＬＯＯＰ　ＯＮ　ＡＬｒ、ＨＰ　ＰＯ５工Ｔ工ＯＮＳ　Ｏ Ｆ　ＴＨＥＣＣＣＳＥＭＳＯＲ＋ ＣＣＣＴＥＥ　ＰＯＯＮＴ　ＳｏυＲＣＥ　λＴＤ工５ＴＡＮＣ）：　ＤＯＢ　 工５ＣＣＣＩＭＡＧＥＤ　ＯＮ　ｎ（Ｊ　５ｔ７ＣＨ５ＥＮＳＯＲτＩＬＥ　工 Ｘ入ＧＥＳＣＣＣＯＮ　ＴＥＥ　ＳＰ：Ｎ５ＯＲＣ罠！１ＪＬＴＥＤ　工Ｎ　Ａ ＬＬ　工τ５ＣＣＣＰＯ５工Ｔｌ０ＮＳ　ＡＲＥ　ＡＤＤＥＤ　ｔ７’Ｐ。

ＣＣＣＴＩＤＥ　ＲＥＳｔ７’ＬＴ　ＸＳ　ＴＩＤＥ　ＰＯＯＮＴ　１９ＰＲＸ 入ＤＣＣＣＦｔ７ＮＣＴ工ＯＮ　（ＰＳＦ）ＯＦ　ＴＩＤＥ　ＡＰＰＡＲＡτＵ Ｓ　ＦＯＲＣＣＣ０ＢＪＥＣＴＳ　ＬＯＣＡＴＥＤ　ＡＴ　ＤｒＳτλＮＣＥ　 ＤＯＢ　ＦＲＯＭＣＣＣＬＥＮＳ。

ＣＣＣＩＴ　ＸＳ　Ｔｏ　ＥＥ　Ｎ０ＴＥＤ　ＴＰｔＡＴ　ｍＣＣＣＭＡＧＮ工 Ｆ工ＣＡＴＩＯＮ　工Ｓ　ＡＳＳＳＵＭＥＤ　Ｔｏ　ａ工ＨＣＣＣＴＨＥ　ＳＡ ＭＥ　ＦＯＲＡＬＬ　５ＥＮＳＯＲＰＯ５ＩＴ工ＯＮＳ。

ＣＣＣＴＥＩＥ　ＰＳＦ　ＯＦ　Ａ　ＤＥＦＯＣｔｒＳＥＤ　ＬＥＮＳ　工５Ｃ ＣＣ工Ｓ　ＰＲＯＰＯＲＴ工ＯＮ入Ｌ　Ｔｏ　τＩＬＩ：ＲＡＤ工１７８　０Ｆ 　ｆｆ１ＣＣＣＣＩＲＣＬＸ　ＯＦ　ＣＯＮ？１７５ＩＯＮ。

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Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. １．光学装置において、 深度領域を定義する多焦点イメジャと、前記多焦点イメジャを介してシーンから の光を受け取るセンサと、前記センサの出力を受け取り、前記深度領域の内部に 含まれる前記シーンの部分の合焦画像を提供する画像プロセッサと、を備えてい ることを特徴とする光学装置。
2. ２．請求項１記載の光学装置において、前記画像プロセッサがリアルタイムで動 作することを特徴とする光学装置。
3. ３．請求項１記載の光学装置において、前記画像プロセッサが前記センサに対し てオフラインで動作することを特徴とする光学装置。
4. ４．請求項３記載の光学装置において、前記センサが写真フィルムを備えている ことを特徴とする光学装置。
5. ５．請求項３記載の光学装置において、前記画像プロセッサが、該画像プロセッ サに前記シーンのデジタル表現を提供するように動作する画像デジタイザを備え ていることを特徴とする光学装置。
6. ６．請求項１ないし請求項５の任意の請求項記載の光学装置において、前記多焦 点イメジャが、異なる焦点距離を有しシーンからの光を受け取るようにそれぞれ が配列された複数の表面を定義することを特徴とする光学装置。
7. ７．請求項６記載の光学装置において、前記センサが、前記複数の表面のそれぞ れを介して、前記シーンからの光を、該光の異なる部分が合焦するように受け取 ることを特徴とする光学装置。
8. ８．請求項７記載の光学装置において、前記画像プロセッサが、前記複数の表面 のそれぞれから受け取った合焦部分を用いて組み立てた合成画像を提供するよう に動作することを特徴とする光学装置。
9. ９．請求項１ないし請求項８の任意の請求項記載の光学装置において、前記イメ ジャがレンズを備えていることを特徴とする光学装置。
10. １０．請求項１ないし請求項８の任意の請求項記載の光学装置において、前記イ メジャがミラー・システムを備えていることを特徴とする光学装置。
11. １１．請求項１ないし請求項１０の任意の請求項記載の光学装置において、前記 イメジャが反転可能な伝達関数を有しており、前記画像プロセッサが該伝達関数 を反転させることにより前記シーンの鮮鋭な細部を復元することを特徴とする光 学装置。
12. １２．請求項１１記載の光学装置において、前記伝達関数が、前記イメジャから 所定の距離領域に対してゼロ点を含まないことを特徴とする光学装置。
13. １３．請求項１１記載の光学装置において、前記伝達関数がゼロ点を含まないこ とを特徴とする光学装置。
14. １４．請求項１１記載の光学装置において、前記伝達関数の絶対値が、十分に大 きく画像復元を許容する所定の下限を有することを特徴とする光学装置。
15. １５．請求項１１記載の光学装置において、前記伝達関数の絶対値が、十分に大 きく前記イメジャからの所定の距離領域に対する画像復元を許容する所定の下限 を有することを特徴とする光学装置。
16. １６．画像処理方法において、 視点からの距離が等しくない少なくとも２つのシーン位置を含む見られたシーン のデジタル表現を提供するステップと、前記見られたシーンの前記デジタル表現 を前記見られたシーンの対応する複数の部分の複数のデジタル表現に分割し、前 記複数のデジタル表現のそれぞれを別々に鮮鋭化するステップと、 前記複数の鮮鋭化されたデジタル表現を単一の鮮鋭化されたデジタル表現に組み 立てるステップと、 を含むことを特徴とする画像処理方法。
17. １７．請求項１６記載の方法において、分割し鮮鋭化する前記ステップが、前記 複数のデジタル表現のそれぞれについて、複数の復元フィルタを動作させるステ ップと、 前記複数のデジタル表現の各個々の１つに対して、前記複数のデジタル表現の前 記個々の１つの前記鮮鋭化されたデジタル表現を提供する際に使用される前記複 数の復元フィルタの個々の１つを選択するステップと、を含むことを特徴とする 方法。
18. １８．深度領域を定義するイメジャと前記イメジャを介してシーンから光を受け 取りビデオ画像を発生するセンサとを備えたビデオ・カメラ装置において、前記 イメジャが多焦点イメジャを含んでおり、更に、前記センサの出力を受け取り前 記深度領域内に含まれる前記シーンの部分の合焦画像を提供する画像プロセッサ を備えていることを特徴とするビデオ・カメラ装置。
19. １９．深度領域を定義するイメジャと前記イメジャを介してシーンから光を受け 取り電子静止画像を発生するセンサとを備えた電子スティル・カメラ装置におい て、 前記イメジャが多焦点イメジャを含んでおり、更に、前記センサの出力を受け取 り前記深度領域内に含まれる前記シーンの部分の合焦画像を提供する画像プロセ ッサを備えていることを特徴とする電子スティル・カメラ装置。
20. ２０．深度領域を定義するイメジャと前記イメジャを介してシーンから光を受け 取りビデオ画像を発生するセンサとを備えたカムコーダ装置において、前記イメ ジャが多焦点イメジャを含んでおり、更に、前記センサの出力を受け取り前記深 度領域内に含まれる前記シーンの部分の合焦画像を提供する画像プロセッサを備 えていることを特徴とするカムコーダ装置。
21. ２１．フィルム・カメラ現像装置において、シーンの多焦点表現を受け取り所定 の深度領域内に含まれる前記シーンの部分の合焦表現を提供するように動作する 多焦点合成画像プロセッサを含むことを特徴とするフィルム・カメラ現像装置。
22. ２２．顕微鏡装置において、 深度領域を定義する多焦点イメジャを備えた対物レンズと、前記多焦点イメジャ を介して、２よりも多くの次元を有するシーンから光を受け取るセンサと、 前記センサの出力を受け取り前記深度領域内に含まれる前記シーンの中の複数の 平面の合焦画像を提供する画像プロセッサと、を含むことを特徴とする顕微鏡装 置。
23. ２３．人体内部画像化装置において、 前記人体内に挿入されるように構成され、深度領域を定義する多焦点イメジャと 、 前記イメジャを介して、前記人体の内部部分から光を受け取るセンサと、前記セ ンサの出力を受け取り前記深度領域内に含まれる前記人体の内部部分の合焦画像 を提供する画像プロセッサと、を含むことを特徴とする人体内部画像化装置。
24. ２４．請求項１記載の装置において、前記多焦点イメジャが、複数の平面の合焦 寄与の重ね合わせを含む画像を単一のセンサに提供するように動作することを特 徴とする装置。
25. ２５．請求項１記載の装置において、前記多焦点イメジャが、無限の数の平面の 合焦寄与の重ね合わせを含む画像を提供するように動作することを特徴とする装 置。
26. ２６．請求項１記載の装置において、前記センサが単一のセンサを備えているこ とを特徴とする装置。
27. ２７．画像化方法において、 深度領域を定義する多焦点イメジャを提供するステップと、前記多焦点イメジャ を介してシーンからの光を感知するステップと、前記センサの出力を受け取って 該出力を画像処理することにより、前記深度領域内に含まれる前記シーンの部分 の合焦画像を提供するステップと、を含むことを特徴とする画像化方法。
28. ２８．実質的に以上で示され説明された装置。
29. ２９．任意の図面において実質的に図解された装置。
30. ３０．実質的に以上で示され説明された方法。
31. ３１．任意の図面において実質的に図解された方法。