JP7838577B2 - Imaging device and method of operating the imaging device - Google Patents
Imaging device and method of operating the imaging deviceInfo
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Description
本開示は、撮像装置、および撮像装置の作動方法に関し、特に、画像を撮像する際に含まれてしまう情報を適切に制限できるようにした撮像装置、および撮像装置の作動方法に関する。This disclosure relates to an imaging device and a method of operating an imaging device, and more particularly to an imaging device and a method of operating an imaging device that can appropriately limit the information that may be included when capturing an image.
イメージセンサなどの撮像面の前段に、カバーやフィルターを配し、シーンの一部領域の撮影ができないようにする事で、画像として撮像される情報を制限する技術が提案されている(特許文献1参照)。また、偏光フィルタを配する事で、同様に撮像される情報を制限する技術が開示されている(特許文献2参照)。A technique has been proposed to limit the information captured as an image by placing a cover or filter in front of the imaging surface of an image sensor or similar device, thereby preventing the capture of a portion of the scene (see Patent Document 1). Furthermore, a technique has been disclosed to similarly limit the captured information by using a polarizing filter (see Patent Document 2).
ところで、特許文献1のようなフィルタを用いて実現されるアプリケーションの第1の例としては、例えば、シーン全体、または、シーンの一部の光を物理的に遮光することで、特定の情報を除去して、例えば、プライバシ保護を実現するものが挙げられる。Incidentally, a first example of an application implemented using a filter like the one described in Patent Document 1 is one that, for example, physically blocks light from the entire scene or a part of the scene to remove specific information, thereby achieving, for example, privacy protection.
ところが、このアプリケーションにおいては、動きのあるシーンに対しては、適切に機能しないことがある。However, this application may not function properly with scenes that have movement.
すなわち、動きのあるシーンにおいて、このアプリケーションを機能させるには、内部において入射光を遮光する、シーン全体、または、シーンの一部の領域を変化させる処理を組み込む必要がある。In other words, for this application to function in scenes with movement, it is necessary to incorporate processes that internally block incident light, or change the entire scene or a portion of the scene.
しかしながら、この場合、プライバシを保護すべき領域を同定するためには、一度、シーン全体を撮像し、撮像したシーン全体からプライバシを保護する領域を同定する必要があり、厳密なプライバシ保護を保証することができない。However, in this case, in order to identify the area where privacy should be protected, it is necessary to first image the entire scene and then identify the area that needs to be protected from the entire imaged scene, which makes it impossible to guarantee strict privacy protection.
また、第2の例としては、偏光成分を発するディスプレイからの情報をブロックする偏光フィルタを使用して、シーン全体、または、シーンの一部の光を物理的に遮光することで、特定の情報を除去して、プライバシ保護を実現するものが挙げられる。Another example involves using a polarizing filter that blocks information from a display emitting polarizing components, thereby physically shielding the entire scene or a portion of the scene from light, and removing specific information to protect privacy.
しかしながら、この第2の例においては、非偏光成分をブロックし、偏光成分を透過させるようなフィルタであるため、第1の例におけるフィルタとは反対のフィルタになってしまう。However, in this second example, the filter blocks the unpolarized component and transmits the polarized component, making it the opposite of the filter in the first example.
また、先行文献2においては、非偏光成分が全ての偏光成分を持つため、偏光フィルタが、非偏光成分の一部に対してフィルタとして機能しない。Furthermore, in prior art 2, since the unpolarized component contains all the polarized components, the polarizing filter does not function as a filter for some of the unpolarized components.
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特に、イメージセンサなどを用いた撮像において、撮像結果となる画像に含まれてしまう情報を適切に制限できるようにした撮像装置を実現する。This disclosure is made in view of the above circumstances, and in particular, aims to realize an imaging device that can appropriately limit the information included in the resulting image when imaging using an image sensor or the like.
本開示の一側面の撮像装置は、入射光を複数の成分毎に透過させる複数の透過領域が所定のパターンで形成され、前記入射光に前記複数の成分のそれぞれに変調を掛けて透過させるマスクと、前記マスクを透過した光からなる透過画像を撮像する撮像素子と、前記透過画像に基づいて、前記入射光に対応する画像を再構成する再構成部とを備える撮像装置である。An imaging device according to one aspect of this disclosure comprises a mask having a plurality of transmission regions formed in a predetermined pattern, which transmit incident light for each of the plurality of components, and which transmits the incident light with modulation applied to each of the plurality of components; an image sensor that captures a transmitted image consisting of the light transmitted through the mask; and a reconstruction unit that reconstructs an image corresponding to the incident light based on the transmitted image.
本開示の一側面の撮像装置の作動方法は、入射光を成分毎に透過させる複数の透過領域が所定のパターンで形成されたマスクと、撮像素子と、再構成部とを備えた撮像装置の作動方法において、前記マスクが、前記入射光の成分のそれぞれに変調を掛けて変調光として透過させ、前記撮像素子が、前記マスクを透過した光からなる透過画像を撮像し、前記再構成部が、前記透過画像に基づいて、前記入射光に対応する画像を再構成するステップを含む撮像装置の作動方法である。One aspect of the present disclosure is a method for operating an imaging device, comprising a mask having a plurality of transmission regions formed in a predetermined pattern that transmit incident light component by component, an image sensor, and a reconstruction unit, wherein the method includes the steps of: the mask modulating each component of the incident light and transmitting it as modulated light; the image sensor capturing a transmitted image consisting of the light transmitted through the mask; and the reconstruction unit reconstructing an image corresponding to the incident light based on the transmitted image.
本開示の一側面においては、入射光を複数の成分毎に透過させる複数の透過領域が所定のパターンで形成されたマスクにより、前記入射光に前記複数の成分のそれぞれに変調が掛けられて透過され、撮像素子により、前記マスクを透過した光からなる透過画像が撮像され、前記透過画像に基づいて、前記入射光に対応する画像が再構成される。In one aspect of this disclosure, a mask is formed in a predetermined pattern in which multiple transmission regions are used to transmit incident light for each of the multiple components, thereby modulating each of the multiple components of the incident light and transmitting it. An image sensor captures a transmitted image consisting of the light that has passed through the mask, and an image corresponding to the incident light is reconstructed based on the transmitted image.
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。Preferred embodiments of this disclosure will be described in detail below with reference to the attached drawings. In this specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thus omitting redundant descriptions.
以下、本技術を実施するための形態について説明する。説明は以下の順序で行う。
1.レンズレス撮像装置の概要
2.第1の実施の形態
3.第2の実施の形態
4.第2の実施の形態の応用例
5.第3の実施の形態
6.第3の実施の形態の応用例
7.ソフトウエアにより実行させる例
The following describes the configurations for implementing this technology. The explanation will proceed in the following order.
1. Overview of the lensless imaging device 2. First embodiment 3. Second embodiment 4. Application example of the second embodiment 5. Third embodiment 6. Application example of the third embodiment 7. Example of execution by software
<<1.レンズレス撮像装置の概要>>
図1を参照して、レンズレス撮像装置の概要について説明する。尚、図1は、レンズレス撮像装置11の側面断面図である。
<<1. Overview of Lensless Imaging Devices>>
The overview of the lensless imaging device will be described with reference to Figure 1. Figure 1 is a side cross-sectional view of the lensless imaging device 11.
図1の撮像装置11は、いわゆるレンズレスカメラであり、マスク31、撮像素子32、再構成部33、および出力部34を備えている。The imaging device 11 in Figure 1 is a so-called lensless camera and includes a mask 31, an image sensor 32, a reconstruction unit 33, and an output unit 34.
マスク31は、撮像素子32の前段に設けられる遮光素材からなる板状の構成であり、例えば、図2の左部で示されるように、入射光を透過させる穴状の開口部からなる透過領域41と、それ以外の遮光された遮光領域42とから構成されている。The mask 31 is a plate-shaped structure made of light-shielding material and is provided in front of the image sensor 32. For example, as shown in the left part of Figure 2, it consists of a transparent region 41 with a hole-shaped opening that transmits incident light, and a light-shielding region 42 that is otherwise shielded from light.
マスク31は、光軸AXで示される被写体面(現実には3次元の被写体からの放射光が発せられる面)G1からの光を入射光として受光すると、透過領域41を介して、入射光を透過させることで、被写体面G1からの入射光に対して全体として変調を掛けて、変調光に変換し、変換した変調光を撮像素子32により受光させて撮像させる。When the mask 31 receives light from the subject surface G1 (actually the surface from which radiation is emitted from a three-dimensional subject) indicated by the optical axis AX, it transmits the incident light through the transmission region 41, thereby modulating the incident light from the subject surface G1 as a whole, converting it into modulated light, and the converted modulated light is received by the image sensor 32 to capture an image.
撮像素子32は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサやCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサからなり、被写体面G1からの入射光に、マスク31により変調が掛けられた変調光を撮像し、画素単位の信号からなる画像G2として再構成部33に出力する。The image sensor 32 consists of a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor or a CCD (Charge Coupled Device) image sensor. It captures modulated light, which is the incident light from the subject surface G1 modulated by the mask 31, and outputs it to the reconstruction unit 33 as an image G2 consisting of pixel-level signals.
尚、マスク31は、少なくとも撮像素子32の全面を内包する大きさであり、基本的に撮像素子32において、マスク31を透過することで変調が掛けられた変調光のみが受光される構成とされている。Furthermore, the mask 31 is large enough to encompass at least the entire surface of the image sensor 32, and is configured so that only modulated light, which has been modulated by passing through the mask 31, is received by the image sensor 32.
また、マスク31に構成される透過領域41は、少なくとも撮像素子32の画素サイズよりも大きいサイズである。また、撮像素子32とマスク31との間には、微小な距離dの隙間が設けられている。Furthermore, the transparent region 41 formed in the mask 31 is at least larger than the pixel size of the image sensor 32. Also, a small gap of distance d is provided between the image sensor 32 and the mask 31.
例えば、図2の左上部で示されるように、被写体面G1上の点光源PA,PB,PCからの入射光が、マスク31の透過領域41を透過して撮像素子32上の位置Pa,Pb,Pcにおいて、それぞれ光強度a,b,cの光線として受光されるものとする。For example, as shown in the upper left of Figure 2, incident light from point light sources PA, PB, and PC on the subject surface G1 is transmitted through the transmission region 41 of the mask 31 and received as light rays with light intensities a, b, and c at positions Pa, Pb, and Pc on the image sensor 32, respectively.
図2の左上部で示されるように、各画素の検出感度は、マスク31に設定される透過領域41により入射光が変調されることにより、入射角に応じた指向性を持つことになる。ここでいう各画素の検出感度に入射角指向性を持たせるとは、撮像素子32上の領域に応じて入射光の入射角度に応じた受光感度特性を異なるものとなるように持たせることである。As shown in the upper left of Figure 2, the detection sensitivity of each pixel has directivity according to the angle of incidence because the incident light is modulated by the transmission region 41 set in the mask 31. Here, giving each pixel detection sensitivity directivity according to the angle of incidence means that the light-receiving sensitivity characteristics differ depending on the region on the image sensor 32, according to the angle of incidence of the incident light.
すなわち、被写体面G1を構成する光源が点光源であることを前提とした場合、撮像素子32においては、同一の点光源より発せられた同一の光強度の光線が、入射されることになるが、マスク31により変調されることにより、撮像素子32の撮像面上の領域毎に入射角度が変化する。そして、マスク31により撮像素子32上の領域に応じて入射光の入射角度が変化することにより受光感度特性、すなわち、入射角指向性を有しているので、同一の光強度の光線であっても、撮像素子32の撮像面の前段に設けられたマスク31により撮像素子32上の領域毎に異なる感度で検出されることになり、領域毎に異なる検出信号レベルの検出信号が検出される。In other words, assuming that the light source constituting the subject surface G1 is a point light source, light rays of the same intensity emitted from the same point light source will be incident on the image sensor 32. However, due to modulation by the mask 31, the incident angle changes for each region on the imaging surface of the image sensor 32. As the incident angle of the incident light changes according to the region on the image sensor 32 due to the mask 31, it has a light-receiving sensitivity characteristic, i.e., incident angle directivity. Therefore, even if the light rays have the same intensity, they will be detected with different sensitivities for each region on the image sensor 32 by the mask 31 provided in front of the imaging surface of the image sensor 32, and detection signals with different detection signal levels will be detected for each region.
より具体的には、図2の右上部で示されるように、撮像素子32上の位置Pa,Pb,Pcにおける画素の検出信号レベルDA,DB,DCは、それぞれ以下の式(1)乃至式(3)で表される。尚、図2における式(1)乃至式(3)は、図2における撮像素子32上における位置Pa,Pb,Pcと上下関係が反転している。More specifically, as shown in the upper right of Figure 2, the detection signal levels DA, DB, and DC of pixels at positions Pa, Pb, and Pc on the image sensor 32 are expressed by the following equations (1) to (3), respectively. Note that the vertical relationship between equations (1) to (3) in Figure 2 and the positions Pa, Pb, and Pc on the image sensor 32 in Figure 2 is inverted.
DA=α1×a+β1×b+γ1×c
・・・(1)
DB=α2×a+β2×b+γ2×c
・・・(2)
DC=α3×a+β3×b+γ3×c
・・・(3)
DA=α1×a+β1×b+γ1×c
... (1)
DB=α2×a+β2×b+γ2×c
... (2)
DC=α3×a+β3×b+γ3×c
... (3)
ここで、α1は、撮像素子32上の位置Paにおける復元する被写体面G1上の点光源PAからの光線の入射角度に応じて設定される検出信号レベルaに対する係数である。Here, α1 is a coefficient for the detection signal level a, which is set according to the angle of incidence of the light rays from the point light source PA on the subject surface G1 to be restored at position Pa on the image sensor 32.
また、β1は、撮像素子32上の位置Paにおける復元する被写体面G1上の点光源PBからの光線の入射角度に応じて設定される検出信号レベルbに対する係数である。Furthermore, β1 is a coefficient for the detection signal level b, which is set according to the angle of incidence of light rays from the point light source PB on the subject surface G1 to be restored at position Pa on the image sensor 32.
さらに、γ1は、撮像素子32上の位置Paにおける復元する被写体面G1上の点光源PCからの光線の入射角度に応じて設定される検出信号レベルcに対する係数である。Furthermore, γ1 is a coefficient for the detection signal level c, which is set according to the angle of incidence of the light rays from the point light source PC on the subject surface G1 to be restored at position Pa on the image sensor 32.
従って、検出信号レベルDAのうちの(α1×a)は、位置Paにおける点光源PAからの光線による検出信号レベルを示したものである。Therefore, (α1 × a) in the detection signal level DA represents the detection signal level caused by the light ray from the point light source PA at position Pa.
また、検出信号レベルDAのうちの(β1×b)は、位置Paにおける点光源PBからの光線による検出信号レベルを示したものである。Furthermore, (β1 × b) of the detection signal level DA represents the detection signal level caused by the light ray from the point light source PB at position Pa.
さらに、検出信号レベルDAのうちの(γ1×c)は、位置Paにおける点光源PCからの光線による検出信号レベルを示したものである。Furthermore, (γ1 × c) of the detection signal level DA represents the detection signal level caused by the light ray from the point light source PC at position Pa.
従って、検出信号レベルDAは、位置Paにおける点光源PA,PB,PCの各成分に、それぞれの係数α1,β1,γ1を掛けたものの合成値として表現される。以降、係数α1、β1、γ1を合わせて係数セットと呼ぶこととする。Therefore, the detected signal level DA is expressed as a composite value obtained by multiplying each component of the point light source PA, PB, and PC at position Pa by their respective coefficients α1, β1, and γ1. Hereafter, the coefficients α1, β1, and γ1 will be collectively referred to as the coefficient set.
同様に、点光源Pbにおける検出信号レベルDBについて、係数セットα2,β2,γ2は、それぞれ点光源PAにおける検出信号レベルDAについての、係数セットα1,β1,γ1に対応するものである。また、点光源Pcにおける検出信号レベルDCについて、係数セットα3,β3,γ3は、それぞれ点光源Paにおける検出信号レベルDAについての、係数セットα1,β1,γ1に対応するものである。Similarly, for the detection signal level DB at the point light source Pb, the coefficient sets α2, β2, and γ2 correspond to the coefficient sets α1, β1, and γ1, respectively, for the detection signal level DA at the point light source PA. Furthermore, for the detection signal level DC at the point light source Pc, the coefficient sets α3, β3, and γ3 correspond to the coefficient sets α1, β1, and γ1, respectively, for the detection signal level DA at the point light source Pa.
ただし、位置Pa,Pb,Pcの画素の検出信号レベルについては、点光源PA,PB,PCのそれぞれより発せられた光線の光強度a,b,cと係数との積和により表現される値である。このため、これらの検出信号レベルは、点光源PA,PB,PCのそれぞれより発せられた光線の光強度a,b,cが入り交じったものとなるので、被写体の像が結像されたものとは異なるものである。尚、この位置Pa,Pb,Pcの画素の検出信号レベルDA,DB,DCからなる画像が、図1の画像G2に対応する。However, the detection signal levels of the pixels at positions Pa, Pb, and Pc are values expressed by the sum of the products of the light intensities a, b, and c of the light rays emitted from the point light sources PA, PB, and PC, respectively, and a coefficient. Therefore, these detection signal levels are a mixture of the light intensities a, b, and c of the light rays emitted from the point light sources PA, PB, and PC, respectively, and are different from the image formed from the image of the subject. The image consisting of the detection signal levels DA, DB, and DC of the pixels at positions Pa, Pb, and Pc corresponds to image G2 in Figure 1.
すなわち、この係数セットα1,β1,γ1,係数セットα2,β2,γ2,係数セットα3,β3,γ3と、検出信号レベルDA,DB,DCを用いた連立方程式を構成し、光強度a,b,cを解くことで、図2の右下部で示されるように各位置Pa,Pb,Pcの画素値を求める。これにより画素値の集合である復元画像(最終画像)が再構成されて復元される。尚、この再構成される画像が、図1の画像G3に対応する。Specifically, a system of equations is constructed using the coefficient sets α1, β1, γ1, α2, β2, γ2, α3, β3, γ3, and detection signal levels DA, DB, DC. By solving for light intensities a, b, and c, the pixel values at each position Pa, Pb, and Pc are obtained, as shown in the lower right of Figure 2. This reconstructs and restores the reconstructed image (final image), which is a set of pixel values. This reconstructed image corresponds to image G3 in Figure 1.
また、図2の左上部で示される撮像素子32と被写体面G1との距離が変化する場合、係数セットα1,β1,γ1,係数セットα2,β2,γ2,係数セットα3,β3,γ3は、それぞれ変化することになるが、この係数セットを変化させることで、様々な距離の被写体面の復元画像(最終画像)を再構成させることができる。Furthermore, when the distance between the image sensor 32 and the subject surface G1, as shown in the upper left of Figure 2, changes, the coefficient sets α1, β1, γ1, α2, β2, γ2, and α3, β3, γ3 will change accordingly. By changing these coefficient sets, it is possible to reconstruct restored images (final images) of subject surfaces at various distances.
このため、1回の撮像により、係数セットを様々な距離に対応するものに変化させることで、撮像位置から様々な距離の被写体面の画像を再構成することができる。Therefore, by changing the coefficient set to correspond to various distances with a single image acquisition, it is possible to reconstruct images of the subject plane at various distances from the acquisition position.
結果として、図1の撮像装置11を用いた撮像においては、レンズを用いた撮像装置での撮像において合焦点がずれた状態で撮像される、いわゆる、ピンぼけといった現象を意識する必要がなく、視野内に撮像したい被写体が含まれるように撮像されていれば、距離に応じた係数セットを変化させることで様々な距離の被写体面の画像を、撮像後に再構成することができる。As a result, in imaging using the imaging device 11 in Figure 1, there is no need to be aware of the phenomenon known as "out-of-focus," which occurs when imaging with an imaging device using a lens, as long as the subject to be imaged is included within the field of view. By changing the coefficient set according to the distance, images of subject planes at various distances can be reconstructed after imaging.
尚、図3の右上部で示される検出信号レベルは、被写体の像が結像された画像に対応する検出信号レベルではないので、画素値ではなく、単なる観測値となり、観測値からなる画像が画像G2に相当する。また、図3の右下部で示される検出信号レベルは、被写体の像が結像された画像に対応する画素毎の信号値、すなわち、画像G2に基づいて復元された、復元画像(最終画像)の各画素の値なので、画素値となる。すなわち、この被写体面G1の復元画像(最終画像)が、画像G3に対応する。Furthermore, the detection signal level shown in the upper right of Figure 3 is not the detection signal level corresponding to the image in which the subject's image is formed; therefore, it is merely an observed value, not a pixel value, and the image consisting of these observed values corresponds to image G2. Also, the detection signal level shown in the lower right of Figure 3 is the signal value for each pixel corresponding to the image in which the subject's image is formed; that is, it is the value of each pixel in the reconstructed image (final image) reconstructed based on image G2, and therefore it is a pixel value. In other words, this reconstructed image (final image) of the subject plane G1 corresponds to image G3.
このような構成により、撮像装置11は、いわゆるレンズレスカメラとして機能させることが可能となる。結果として、撮像レンズが必須構成とならないので、撮像装置の低背化、すなわち、撮像機能を実現する構成における光の入射方向に対する厚さを薄くすることが可能になる。また、係数セットを様々に変化させることにより、様々な距離の被写体面における最終画像(復元画像)を再構成して復元することが可能となる。This configuration allows the imaging device 11 to function as a so-called lensless camera. As a result, since an imaging lens is not an essential component, it becomes possible to reduce the height of the imaging device, that is, to reduce the thickness in the direction of light incidence in the configuration that realizes the imaging function. Furthermore, by changing the coefficient set in various ways, it becomes possible to reconstruct and restore the final image (reconstructed image) at various distances on the subject plane.
尚、以降においては、撮像素子32により撮像された、再構成される前の画像G2に相当する画像を単に撮像画像と称し、撮像画像が信号処理されることにより再構成されて復元される画像G3に相当する画像を最終画像(復元画像)と称する。従って、1枚の撮像画像からは、上述した係数セットを様々に変化させることにより、様々な距離の被写体面G1上の画像を最終画像として再構成させることができる。Hereafter, the image corresponding to the image G2 captured by the image sensor 32 before reconstruction will simply be referred to as the "captured image," and the image corresponding to the image G3 that is reconstructed and restored by signal processing of the captured image will be referred to as the "final image (reconstructed image)." Therefore, from a single captured image, by varying the coefficient set described above, images on the subject plane G1 at various distances can be reconstructed as the final image.
再構成部33は、上述した係数セットを備えており、撮像装置11の撮像位置から被写体面G1までの距離に応じた係数セットを用いて、撮像素子32により撮像された撮像画像(図1の画像G2)に基づいて、最終画像(復元画像)(図1の画像G3)を再構成して出力部34に出力する。The reconstruction unit 33 is equipped with the coefficient set described above, and uses the coefficient set corresponding to the distance from the imaging position of the imaging device 11 to the subject surface G1 to reconstruct the final image (reconstructed image) (image G3 in Figure 1) based on the image captured by the image sensor 32 (image G2 in Figure 1), and outputs it to the output unit 34.
出力部34は、再構成部33より供給されてきた最終画像に信号処理を加えて画像信号として出力する。The output unit 34 applies signal processing to the final image supplied by the reconstruction unit 33 and outputs it as an image signal.
<図1の撮像装置による撮像処理>
次に、図3のフローチャートを参照して、図1の撮像装置11による撮像処理について説明する。
<Imaging process using the imaging device shown in Figure 1>
Next, the imaging process performed by the imaging device 11 in Figure 1 will be explained with reference to the flowchart in Figure 3.
ステップS11において、マスク31は、被写体面G1からの光に変調を掛けて、撮像素子32に入射させる。In step S11, the mask 31 modulates the light from the subject surface G1 and causes it to be incident on the image sensor 32.
ステップS12において、撮像素子32は、被写体面G1からの光であって、マスク31により変調が掛けられた光からなる像を撮像して、撮像画像(画像G2に相当)として再構成部33に出力する。In step S12, the image sensor 32 captures an image consisting of light from the subject surface G1 that has been modulated by the mask 31, and outputs the captured image (corresponding to image G2) to the reconstruction unit 33.
ステップS13において、再構成部33は、撮像素子32より出力される変調された光からなる像が撮像された撮像画像(画像G2に相当)に基づいて、撮像装置11の撮像位置から被写体面G1までの距離に応じた所定の係数セットを用いて、画像を再構成して最終画像(復元画像)(画像G3に相当)として出力部34に出力する。すなわち、撮像画像に対して、上述した式(1)乃至式(3)を参照して説明した係数セットを用いた連立方程式を構成して解くことにより、最終画像(復元画像)が求められることになる。In step S13, the reconstruction unit 33 reconstructs the image based on the captured image (corresponding to image G2), which is an image consisting of modulated light output from the image sensor 32, using a predetermined set of coefficients corresponding to the distance from the imaging position of the imaging device 11 to the subject surface G1, and outputs the final image (reconstructed image) (corresponding to image G3) to the output unit 34. In other words, the final image (reconstructed image) is obtained by constructing and solving a system of equations using the coefficient sets described above with reference to equations (1) to (3) for the captured image.
ステップS14において、出力部34は、信号処理を施して、画像信号として出力する。In step S14, the output unit 34 performs signal processing and outputs it as an image signal.
すなわち、以上の一連の処理により、レンズを用いることなく、マスクを用いて変調を掛けた後、係数セットを用いて最終画像(復元画像)を再構成するようにしたので、低背化を実現すると共に、1回の撮像で様々な距離の画像を再構成することが可能となる。In other words, by performing the above series of processes, modulation is applied using a mask without using a lens, and then the final image (reconstructed image) is reconstructed using a coefficient set. This achieves a low profile and makes it possible to reconstruct images at various distances in a single imaging.
本開示の撮像装置は、上述したレンズレス撮像装置の原理を応用して、少なくとも2種類以上の特定の光の成分を透過させるフィルタを、それぞれの光の成分に対する透過領域41と遮光領域42として機能させることにより、特定の光の成分に対して変調を掛けて再構成させる。The imaging device of this disclosure applies the principle of the lensless imaging device described above and modulates and reconstructs specific light components by using filters that transmit at least two or more specific light components as a transmission region 41 and a light-shielding region 42 for each light component.
これにより、特定の光の成分からなる最終画像を再構成させることで、画像を撮像する際に含まれてしまう情報を適切に制限できるようにした撮像装置を実現する。This enables the realization of an imaging device that can appropriately limit the information included during image acquisition by reconstructing a final image consisting of specific light components.
<<2.第1の実施の形態>>
<本開示の撮像装置の構成例>
次に、図4を参照して、本開示の撮像装置の第1の実施の形態の構成例について説明する。
<<2. First Embodiment>>
<Example of configuration of the imaging device in this disclosure>
Next, with reference to Figure 4, an example configuration of the first embodiment of the imaging device of this disclosure will be described.
図4の撮像装置101は、偏光成分からなる画像のみを再構成させ、非偏光成分からなる画像を再構成させないようにして、最終画像を偏光成分のみで構成される画像とすることで、非偏光成分により構成される画像に含まれる情報を制限する。The imaging device 101 in Figure 4 reconstructs only the image consisting of polarized components and does not reconstruct the image consisting of unpolarized components, thereby limiting the information contained in the image consisting of unpolarized components by making the final image an image consisting only of polarized components.
より詳細には、撮像装置101は、マスク111、撮像素子112、再構成部113、および出力部114より構成される。尚、マスク111、撮像素子112、再構成部113、および出力部114は、それぞれ図1のマスク31、撮像素子32、再構成部33、および出力部34に対応する構成である。More specifically, the imaging device 101 consists of a mask 111, an image sensor 112, a reconstruction unit 113, and an output unit 114. The mask 111, image sensor 112, reconstruction unit 113, and output unit 114 correspond to the mask 31, image sensor 32, reconstruction unit 33, and output unit 34 in Figure 1, respectively.
マスク111は、図1のマスク31に対応する構成であり、入射光に対して所定の変調を掛けて、撮像素子112に入射させる。The mask 111 has a configuration corresponding to the mask 31 in Figure 1, and applies a predetermined modulation to the incident light before it is incident on the image sensor 112.
上述したように、マスク31は、遮光素材からなる板状の構成において、透過領域41と遮光領域42とが形成されることにより、入射光に対して変調を掛ける構成とされている。As described above, the mask 31 is a plate-shaped structure made of a light-shielding material, and is configured to modulate incident light by forming a transmission region 41 and a light-shielding region 42.
これに対して、マスク111は、図中左側の被写体面121より入射される光のうち、垂直方向の偏光成分を透過させる垂直偏光フィルタ111vと、水平方向の偏光成分を透過させる水平偏光フィルタ111hとが、疑似ランダムパターンで配置された構成とされている。In contrast, the mask 111 has a configuration in which a vertical polarizing filter 111v that transmits the vertical polarization component of the light incident from the subject surface 121 on the left side of the figure, and a horizontal polarizing filter 111h that transmits the horizontal polarization component, are arranged in a pseudo-random pattern.
垂直偏光フィルタ111vと、水平偏光フィルタ111hとの配置パターンは、疑似ランダムパターン以外のパターンでもよく、例えば、ランダムパターン、URA(Uniformly Redundant Arrays)パターン、およびMURA(Modified Uniformly Redundant Arrays)パターンでもよい。垂直偏光フィルタ111v、および水平偏光フィルタ111hのそれぞれの光の透過率は等しい。The arrangement pattern of the vertical polarizing filter 111v and the horizontal polarizing filter 111h may be a pattern other than a pseudo-random pattern, for example, a random pattern, a URA (Uniformly Redundant Arrays) pattern, or a MURA (Modified Uniformly Redundant Arrays) pattern. The light transmittance of the vertical polarizing filter 111v and the horizontal polarizing filter 111h are equal.
尚、図4においては、マスク111上の垂直偏光フィルタ111vが配置された領域については、縦縞状の模様が描かれており、水平偏光フィルタ111hが配置された領域については、横縞状の模様が描かれている。Furthermore, in Figure 4, the area on the mask 111 where the vertical polarizing filter 111v is placed shows a vertical striped pattern, and the area where the horizontal polarizing filter 111h is placed shows a horizontal striped pattern.
ここで、被写体面121上には、垂直方向の光の偏光成分からなる垂直偏光成分Lvを発するスマートフォン131、非偏光の光からなる非偏光成分Luを発する人物132、および、水平方向の光の偏光成分からなる水平偏光成分Lhを発するディスプレイ133が存在する場合の例について考える。Here, we consider an example where the subject surface 121 contains a smartphone 131 emitting a vertical polarization component Lv consisting of the polarization component of light in the vertical direction, a person 132 emitting a non-polarizing component Lu consisting of unpolarized light, and a display 133 emitting a horizontal polarization component Lh consisting of the polarization component of light in the horizontal direction.
この場合、スマートフォン131が発する垂直偏光成分Lvは、例えば、図5の中央部における白色領域で示されるマスク111の垂直偏光フィルタ111vの領域を透過することにより変調されて撮像素子112に入射する。撮像素子112は、変調された垂直偏光成分Lvよりなる画像を撮像する。再構成部113は、変調された垂直偏光成分Lvよりなる画像に基づいて、垂直偏光成分Lvよりなるスマートフォン131の画像を再構成する。In this case, the vertical polarization component Lv emitted by the smartphone 131 is modulated by passing through, for example, the region of the vertical polarization filter 111v of the mask 111, shown as the white region in the center of Figure 5, and then incident on the image sensor 112. The image sensor 112 captures an image consisting of the modulated vertical polarization component Lv. The reconstruction unit 113 reconstructs an image of the smartphone 131 consisting of the vertical polarization component Lv based on the image consisting of the modulated vertical polarization component Lv.
また、人物132が発する非偏光成分Luは、図5の左部で示されるように、水平偏光フィルタ111hも、垂直偏光フィルタ111vも透過する。そのため、撮像素子112にはマスク111の全面から透過した光が入射する事となり、上述した画像の再構成処理によって人物132の画像を再構成する事ができない。すなわち、非偏光成分Luは、水平偏光フィルタ111hも、垂直偏光フィルタ111vも透過することにより、あたかもマスク111が存在しない透明な空間を透過するような状態となり、変調されない状態で撮像素子112に入射して、撮像される。換言すれば、非偏光成分Luが、マスク111を透過する際には、マスク111上に透過領域41に相当する領域しかなく、遮光領域42に相当する領域が存在しない状態となるため、非偏光成分Luはマスク111により変調されることがない状態で撮像素子112に入射して、撮像される。このため、再構成部113は、変調されていない入射光である、非偏光成分Luよりなる画像を再構成することができないので、人物132については再構成することができない。Furthermore, the unpolarized component Lu emitted by person 132 passes through both the horizontal polarizing filter 111h and the vertical polarizing filter 111v, as shown in the left part of Figure 5. Therefore, light transmitted from the entire surface of the mask 111 is incident on the image sensor 112, and the image of person 132 cannot be reconstructed by the image reconstruction process described above. In other words, because the unpolarized component Lu passes through both the horizontal polarizing filter 111h and the vertical polarizing filter 111v, it is as if it were passing through a transparent space where the mask 111 does not exist, and is incident on the image sensor 112 in an unmodulated state and is captured. To put it another way, when the unpolarized component Lu passes through the mask 111, there is only a region corresponding to the transmission region 41 on the mask 111, and there is no region corresponding to the light-shielding region 42, so the unpolarized component Lu is incident on the image sensor 112 in an unmodulated state and is captured. Therefore, the reconstruction unit 113 cannot reconstruct an image consisting of the unpolarized component Lu, which is the unmodulated incident light, and thus cannot reconstruct the person 132.
さらに、ディスプレイ133が発する水平偏光成分Lhは、図5の右部における白色領域で示されるマスク111の水平偏光フィルタ111hの領域を透過することにより変調されて撮像素子112に入射する。撮像素子112は、変調された水平偏光成分Lhよりなる画像を撮像する。再構成部113は、変調された水平偏光成分Lhよりなる画像に基づいて、水平偏光成分Lhよりなるディスプレイ133の画像を再構成する。Furthermore, the horizontal polarization component Lh emitted by the display 133 is modulated by passing through the region of the horizontal polarization filter 111h of the mask 111, shown as the white region in the right side of Figure 5, and then incident on the image sensor 112. The image sensor 112 captures an image consisting of the modulated horizontal polarization component Lh. The reconstruction unit 113 reconstructs the image of the display 133 consisting of the horizontal polarization component Lh based on the image consisting of the modulated horizontal polarization component Lh.
なお、図5の中央部と右部における白色部分と黒色部分とは、相互に対応しており、マスク111の各領域は、水平偏光フィルタ111h、および、垂直偏光フィルタ111vの少なくともいずれかの領域であることが示されている。Furthermore, the white and black areas in the central and right parts of Figure 5 correspond to each other, indicating that each region of the mask 111 is at least one of the regions of the horizontal polarizing filter 111h and the vertical polarizing filter 111v.
すなわち、図6で示されるように、スマートフォン131、人物132、およびディスプレイ133の像を含む被写体面121からは、非偏光成分Luよりなる画像121u、垂直偏光成分Lvよりなる画像121v、および水平偏光成分Lhよりなる画像121hが組み合わされた状態でマスク111を透過する。In other words, as shown in Figure 6, the mask 111 is transmitted from the subject surface 121, which includes the images of the smartphone 131, the person 132, and the display 133, in a combined form of an image 121u consisting of a non-polarized component Lu, an image 121v consisting of a vertically polarized component Lv, and an image 121h consisting of a horizontally polarized component Lh.
ここで、図6の垂直偏光成分Lvのみからなる画像121vは、垂直偏光成分Lvを発するスマートフォン131内の表示である気球のみとされ、それ以外は黒色の画像として観測される。Here, the image 121v in Figure 6, which consists only of the vertical polarization component Lv, is observed as only the balloon displayed on the smartphone 131 that emits the vertical polarization component Lv, with everything else appearing as a black image.
また、図6の水平偏光成分Lhのみからなる画像121hは、水平偏光成分Lhを発するディスプレイ133内の表示である自動車のみとされ、それ以外は黒色の画像として観測される。Furthermore, the image 121h in Figure 6, which consists only of the horizontal polarization component Lh, is observed as showing only the car, which is a display within the display 133 that emits the horizontal polarization component Lh, while everything else appears as a black image.
さらに、図6の非偏光成分Luのみからなる画像121uは、被写体面121より直視するとき認識される、画像121vにおけるスマートフォン131内の表示画像と、画像121hにおけるディスプレイ133内の表示画像とが黒色とされた画像として観測される。Furthermore, the image 121u, consisting only of the non-polarized component Lu in Figure 6, is observed as an image in which the display image in the smartphone 131 in image 121v and the display image in the display 133 in image 121h are black, when viewed directly from the subject surface 121.
これにより、被写体面121からの入射光については、人間が直視するときには、図6の被写体面121そのものが画像121uのように視聴されることになるが、マスク111においては、垂直偏光成分Lvと水平偏光成分Lhとが変調された状態で、非偏光成分Luが変調されない状態で、それぞれ撮像素子112に入射する。これにより、垂直偏光成分Lvよりなる画像121vと、水平偏光成分Lhよりなる画像121hとは、撮像素子112により撮像された画像に基づいて再構成部113により再構成される。これに対して、変調されていない非偏光成分Luよりなる画像121uは、再構成部113において再構成されない。As a result, when a person directly views the subject surface 121, the subject surface 121 itself is viewed as image 121u in Figure 6. However, in the mask 111, the vertical polarization component Lv and the horizontal polarization component Lh are modulated, while the unpolarized component Lu is not modulated, and these are incident on the image sensor 112. As a result, the image 121v consisting of the vertical polarization component Lv and the image 121h consisting of the horizontal polarization component Lh are reconstructed by the reconstruction unit 113 based on the image captured by the image sensor 112. In contrast, the image 121u consisting of the unmodulated unpolarized component Lu is not reconstructed by the reconstruction unit 113.
これらをまとめると以下のようになる。すなわち、図6で示されるように、被写体面121からの光がマスク111を透過して、変調が掛けられることにより、撮像素子112においては、例えば、画像112iのような画像が撮像される。To summarize, the following can be said: As shown in Figure 6, light from the subject surface 121 passes through the mask 111 and is modulated, so that the image sensor 112 captures an image such as image 112i.
画像112iは、変調された垂直偏光成分Lvからなる被写体面121内のスマートフォン131、変調されていない非偏光成分Luからなる人物132、および変調された水平偏光成分Lhからなるディスプレイ133のそれぞれの像が結像されていない状態の画像となるため、図6で示されるように、全体としてぼんやりとした画像となる。Image 112i is an image in which the images of the smartphone 131 on the subject surface 121, which consists of a modulated vertical polarization component Lv, the person 132, which consists of an unmodulated unpolarized component Lu, and the display 133, which consists of a modulated horizontal polarization component Lh, have not been imaged. As a result, the overall image is blurry, as shown in Figure 6.
再構成部113は、撮像素子112より供給される画像112iに基づいて、変調された垂直偏光成分Lvからなる画像121vおよび変調された水平偏光成分Lhからなる121hに対応する画像121v’,121h’を再構成して、出力部114に出力する。このとき、再構成部113は、変調されていない非偏光成分Luについては、再構成できないので、変調されていない非偏光成分Luからなる画像121uに対応する画像は再構成できない。The reconstruction unit 113 reconstructs images 121v' and 121h' corresponding to image 121v consisting of a modulated vertical polarization component Lv and image 121h consisting of a modulated horizontal polarization component Lh, based on the image 112i supplied from the image sensor 112, and outputs them to the output unit 114. At this time, the reconstruction unit 113 cannot reconstruct the unmodulated non-polarized component Lu, so the image corresponding to image 121u consisting of the unmodulated non-polarized component Lu cannot be reconstructed.
ここで、図5を参照して説明したように、マスク111は、水平偏光フィルタ111hと垂直偏光フィルタ111vとがそれぞれ疑似ランダムパターンで配置された構成とされている。As explained with reference to Figure 5, the mask 111 is configured such that the horizontal polarizing filter 111h and the vertical polarizing filter 111v are arranged in a pseudo-random pattern.
このため、水平偏光成分Lhが、マスク111を透過する際には、水平偏光フィルタ111hが、図1のマスク31の透過領域41として機能し、垂直偏光フィルタ111vが、図1の遮光領域42として機能することにより、水平偏光成分Lhに変調が掛けられる。Therefore, when the horizontal polarization component Lh passes through the mask 111, the horizontal polarization filter 111h functions as the transmission region 41 of the mask 31 in Figure 1, and the vertical polarization filter 111v functions as the light-shielding region 42 in Figure 1, thereby modulating the horizontal polarization component Lh.
一方、垂直偏光成分Lvが、マスク111を透過する際には、垂直偏光フィルタ111vが、図1のマスク31の透過領域41として機能し、水平偏光フィルタ111hが、図1の遮光領域42として機能することにより、垂直偏光成分Lvに変調が掛けられる。On the other hand, when the vertical polarization component Lv passes through the mask 111, the vertical polarization filter 111v functions as the transmission region 41 of the mask 31 in Figure 1, and the horizontal polarization filter 111h functions as the light-shielding region 42 in Figure 1, thereby modulating the vertical polarization component Lv.
すなわち、撮像素子112においては、水平偏光成分Lhと垂直偏光成分Lvとは、マスク111の垂直偏光フィルタ111vと水平偏光フィルタ111hとのそれぞれの変調が掛けられた状態の光と、変調が掛けられていない非偏光成分の光との観測結果を画像112iとして撮像し、再構成部113に出力する。In other words, the image sensor 112 captures the results of observing the horizontal polarization component Lh and the vertical polarization component Lv as an image 112i, comparing the light with the modulation applied by the vertical polarization filter 111v and the horizontal polarization filter 111h of the mask 111, with the unpolarized component light, and outputs it to the reconstruction unit 113.
再構成部113は、図7で示されるように、画像112iに対して、マスク111の垂直偏光フィルタ111vと水平偏光フィルタ111hとに対応した係数セットを用いて、垂直偏光成分Lvからなる画像121vに対応する画像121v’と水平偏光成分Lhからなる画像121hに対応する画像121h’とをそれぞれ再構成する。尚、このとき、再構成部113は、非偏光成分Luよりなる画像121uについては、変調が掛けられていない状態で撮像された画像に基づいた処理となるため、再構成することができない。As shown in Figure 7, the reconstruction unit 113 uses a set of coefficients corresponding to the vertical polarization filter 111v and the horizontal polarization filter 111h of the mask 111 to reconstruct image 121v', which corresponds to image 121v consisting of the vertical polarization component Lv, and image 121h', which corresponds to image 121h consisting of the horizontal polarization component Lh, from image 112i. However, at this time, the reconstruction unit 113 cannot reconstruct image 121u, which consists of the unpolarized component Lu, because the processing is based on an image captured without modulation.
出力部114は、再構成部113より供給される垂直偏光成分Lvからなる画像121v’と水平偏光成分Lhからなる画像121h’とを合成して、図4の右部で示されるような画像122を生成して、最終画像として出力する。The output unit 114 combines the image 121v' consisting of the vertical polarization component Lv and the image 121h' consisting of the horizontal polarization component Lh supplied from the reconstruction unit 113 to generate the image 122 shown in the right part of Figure 4, and outputs it as the final image.
これにより、スマートフォン131により表示される垂直偏光成分Lvよりなる画像121v’と、ディスプレイ133により表示される水平偏光成分Lhよりなる画像121h’とからなる画像122が出力されることになるので、人間の顔などの非偏光成分のみからなる像が含まれないことになる。As a result, an image 122 is output consisting of an image 121v' made up of the vertical polarization component Lv displayed by the smartphone 131 and an image 121h' made up of the horizontal polarization component Lh displayed by the display 133. Therefore, images consisting only of unpolarized components, such as human faces, are not included.
結果として、人物132の、特に顔などのプライバシに係る情報が撮像されないように制限した上で、スマートフォン131やディスプレイ133で表示される画像のみの撮像を実現することが可能となる。As a result, it becomes possible to capture only the image displayed on the smartphone 131 or display 133, while restricting the capture of information related to the privacy of person 132, especially their face.
例えば、スマートフォン131やディスプレイ133上に表示されているQRコード(登録商標)などを撮像(再撮)したい場合、スマートフォン131やディスプレイ133を所持した人物の顔などが撮像視野内に存在しているようなときには、これまでの撮像技術では、QRコードと共に、スマートフォン131やディスプレイ133を所持した人物の顔が映り込んでしまい、プライバシの配慮が難しくなることがあった。For example, when it is necessary to capture (re-capture) a QR code (registered trademark) displayed on a smartphone 131 or display 133, if the face of the person holding the smartphone 131 or display 133 is within the field of view, conventional imaging technology would capture the face of the person holding the smartphone 131 or display 133 along with the QR code, making it difficult to respect privacy.
このような場合でも、本開示の撮像装置101を用いて撮像することで、QRコードが表示された、スマートフォン131やディスプレイ133を所持した人物の顔が撮像視野内に存在しても、非偏光成分からなる人物の顔については、撮像されないことになるので、QRコードのみが撮像されるようになり、プライバシに配慮した適切な撮像の制限を実現することが可能となる。Even in such cases, by using the imaging device 101 of this disclosure, even if the face of a person holding a smartphone 131 or display 133 displaying a QR code is within the imaging field of view, the person's face, consisting of non-polarized components, will not be captured. As a result, only the QR code will be captured, making it possible to achieve appropriate restrictions on imaging that take privacy into consideration.
<再構成部による再構成について>
次に、再構成部113による具体的な再構成に係る演算について説明する。
<About reconstruction by the reconstruction unit>
Next, we will explain the specific calculations related to reconstruction performed by the reconstruction unit 113.
基本的な再構成に係る演算については、図1を参照したレンズレスカメラにおける係数セットを用いた演算と同様である。The basic reconstruction calculations are the same as those performed using the coefficient set in the lensless camera shown in Figure 1.
ここで、被写体面121が、M画素×N画素の矩形状の画像であるものとし、各画素を光源とする光が、垂直偏光成分、水平偏光成分、および非偏光成分から構成される場合の例について考える。Here, we consider an example where the subject surface 121 is a rectangular image with M pixels × N pixels, and the light from each pixel as a light source consists of a vertically polarized component, a horizontally polarized component, and an unpolarized component.
また、撮像素子112が、P画素×Q画素から構成されるものとし、マスク111においては、擬似ランダムパターンで垂直偏光フィルタ111vおよび水平偏光フィルタ111hが、(M+P-1)×(N+Q-1)のグリッド状に分布するように形成され、撮像素子112の画素の形状およびサイズとほぼ同一であるものとする。被写体面121からの光は、マスク111に形成された垂直偏光フィルタ111vおよび水平偏光フィルタ111hの何れかを透過して、変調が掛けられて撮像素子112に入射する。Furthermore, the image sensor 112 is composed of P pixels × Q pixels, and in the mask 111, the vertical polarizing filter 111v and the horizontal polarizing filter 111h are formed in a pseudo-random pattern so as to be distributed in a (M+P-1) × (N+Q-1) grid, and are substantially the same in shape and size as the pixels of the image sensor 112. Light from the subject surface 121 passes through either the vertical polarizing filter 111v or the horizontal polarizing filter 111h formed in the mask 111, is modulated, and then incident on the image sensor 112.
このような関係に基づいて、上述した係数セットを用いることにより、例えば、以下の式(4)で示されるような連立方程式を構成することができる。尚、式(4)は、連立方程式を行列式で表現したものである。Based on this relationship, by using the coefficient set described above, a system of linear equations like the one shown in equation (4) below can be constructed. Note that equation (4) is the system of linear equations expressed in terms of a determinant.
ここで、piは、撮像素子112の画素値であり、aijは、マスク111の設計に応じて設定される係数であり、ここでは、0が水平偏光フィルタ111hを表し、1が垂直偏光フィルタ111vを表している。si ∥は、垂直偏光フィルタ111vが設けられた位置の入射光の光強度であり、si ⊥は、水平偏光フィルタ111hが設けられた位置の入射光の光強度を表している。 Here, p i is the pixel value of the image sensor 112, and a ij is a coefficient set according to the design of the mask 111, where 0 represents the horizontal polarizing filter 111h and 1 represents the vertical polarizing filter 111v. s i∥ is the light intensity of the incident light at the position where the vertical polarizing filter 111v is provided, and s i⊥ represents the light intensity of the incident light at the position where the horizontal polarizing filter 111h is provided.
この式(4)で表される連立方程式を解くことで、画像が再構成されることになるが、式(4)の連立方程式を解くため、以下の式(5)のように変形する。The image will be reconstructed by solving the system of equations represented by equation (4). To solve the system of equations in equation (4), we transform it as shown in equation (5) below.
ここで、Aは、以下の式(6)で表される行列である。Here, A is a matrix represented by the following equation (6).
さらに、siは、以下の式(7)で表される。 Furthermore, s i is expressed by the following equation (7).
また、siは、上記の式(5)を解くことにより推定される。式(5)の解法は、様々な手法が存在するが、例えば、正規化による擬似逆行列を使用して解くようにしてもよい。 Furthermore, s i can be estimated by solving equation (5) above. There are various methods for solving equation (5), but for example, it can be solved using a pseudo-inverse matrix obtained by normalization.
特に、行列AのランクがMN+1の場合、式(5)は、以下の式(8)で示されるような厳密解として表すことができる。In particular, when the rank of matrix A is MN+1, equation (5) can be expressed as an exact solution as shown in equation (8) below.
しかしながら、現実には、撮像素子112により撮像される画素値には観測エラーが含まれることになるために、以下の式(9)で示されるような正則化解の方が適切な解であるものとみなすこともできる。However, in reality, the pixel values captured by the image sensor 112 will contain observation errors, so the regularized solution shown in equation (9) below can be considered a more appropriate solution.
ここで、λ2BTBは、正規化パラメータである。 Here, λ 2 B T B are normalization parameters.
式(8)または式(9)で表されるsiは、垂直偏光フィルタ111vが設けられた位置の入射光の光強度si ∥と、水平偏光フィルタ111hが設けられた位置の入射光の光強度si ⊥との差(si ∥-si ⊥)に凡その値を与えることで求めることができる。 The value of s i , expressed by equation (8) or equation (9), can be determined by giving an approximate value to the difference ( s i || - s i ⊥ ) between the light intensity of the incident light at the position where the vertical polarizing filter 111v is installed and the light intensity of the incident light at the position where the horizontal polarizing filter 111h is installed.
すなわち、被写体面121を構成する各画素の光が、垂直偏光成分であるか、水平偏光成分であるか、または非偏光成分であるのかの仮定に基づいて、以下の式(10)を用いることにより、結果siを垂直偏光成分、水平偏光成分、および非偏光成分のいずれかに分けることができる。 In other words, based on the assumption that the light from each pixel constituting the subject surface 121 is either vertically polarized, horizontally polarized, or unpolarized, the result s i can be divided into vertically polarized, horizontally polarized, and unpolarized components by using the following equation (10).
ここでδは、再構成される画像に生じるアーティファクトを軽減するために設定される閾値パラメータであり、例えば、ノイズの発生がない理想的な場合、δ=0となる。Here, δ is a threshold parameter set to reduce artifacts that occur in the reconstructed image. For example, in the ideal case where there is no noise, δ = 0.
尚、マスク111の垂直偏光フィルタ111v、および水平偏光フィルタ111hは、非偏光成分(透過率50%の成分)に対して同じように作用するため、非偏光成分の画像の情報は、全非偏光成分の強度を推定するためのオフセットとして撮像素子112で記録されることになる。Furthermore, since the vertical polarization filter 111v and the horizontal polarization filter 111h of the mask 111 act similarly on the unpolarized component (the component with 50% transmittance), the image information of the unpolarized component is recorded by the image sensor 112 as an offset for estimating the intensity of all unpolarized components.
このため、非偏光成分からなる画像の情報については、再構成することはできない。また、非偏光成分からなる位置の画素は再構成できないだけでなく、直線偏光度(DoLP:Degree of Linear Polarization)が、1よりも小さい(DoLP<1)、垂直偏光成分、および水平偏光成分の位置における、非偏光成分も再構成できない。Therefore, information from images consisting of unpolarized components cannot be reconstructed. Furthermore, not only can pixels at locations consisting of unpolarized components not be reconstructed, but unpolarized components at locations of vertically polarized and horizontally polarized components where the degree of linear polarization (DoLP) is less than 1 (DoLP < 1) also cannot be reconstructed.
また、上述した解である式(8),式(9)は、被写体面121を構成する各画素位置の垂直偏光成分と水平偏光成分の差を表す。画素位置siにおいて垂直偏光方向の強度がIiであり、垂直偏光方向に対しての偏光角度がφiであり、線形偏光度(DoLP)がρi(0≦ρi≦1)である場合、マリュス則に基づいて、以下の式(11)が成立する。 Furthermore, equations (8) and (9), which are solutions as described above, represent the difference between the vertical and horizontal polarization components at each pixel position constituting the subject surface 121. When the intensity in the vertical polarization direction at pixel position s i is I i , the polarization angle with respect to the vertical polarization direction is φ i , and the linear polarization degree (DoLP) is ρ i (0 ≤ ρ i ≤ 1), then, based on Malus's law, the following equation (11) holds.
したがって、図4の撮像装置101は、被写体面121における偏光成分を備えた任意の位置の画素を再構成するために使用することができ、(その偏光角度がφi=π/4、またはφi=3π/4でない限り、)どの位置の画素が偏光されていて、偏光方向が垂直方向に近いか、または、水平に近いかを決定することができる。 Therefore, the imaging device 101 in Figure 4 can be used to reconstruct pixels at any position on the subject surface 121 that have a polarization component, and it is possible to determine which pixels are polarized and whether the polarization direction is close to vertical or close to horizontal (unless their polarization angle is φi = π/4 or φi = 3π/4).
さらに、式(11)においては、垂直偏光方向の強度Iiと線形偏光度(DoLP)ρiとを乗じた値が既知でない限り、偏光角度φiを決定することはできない。しかしながら、偏光角度φiが、例えば、cos2φacos2φb<0であるような、2つの角度φa,φb(φi∈{φa,φb})に制限される場合、被写体面121の画素位置siにおける偏光角度と光強度との厳密解は、式(7)で求められるsiの符号と値に基づいて求めることができる。 Furthermore, in equation (11), the polarization angle φi cannot be determined unless the product of the intensity Ii in the perpendicular polarization direction and the linear polarization degree (DoLP) ρi is known. However, if the polarization angle φi is restricted to two angles φa and φb ( φi ∈{ φa , φb }) such that cos2φa cos2φb < 0, then the exact solution between the polarization angle and light intensity at the pixel position si on the subject surface 121 can be determined based on the sign and value of si obtained in equation (7).
<図4の撮像装置による撮像処理>
次に、図8のフローチャートを参照して、図4の撮像装置101による撮像処理について説明する。
<Image processing by the imaging device shown in Figure 4>
Next, the imaging process performed by the imaging device 101 shown in Figure 4 will be explained with reference to the flowchart in Figure 8.
ステップS31において、マスク111の水平偏光フィルタ111hおよび垂直偏光フィルタ111vは、それぞれ被写体面121からの光の水平偏光成分と垂直偏光成分とに変調を掛けて、撮像素子112に入射させる。尚、非偏光成分は、マスク111により変調されないので、そのままマスク111を透過して撮像素子112に入射する。In step S31, the horizontal polarization filter 111h and vertical polarization filter 111v of the mask 111 modulate the horizontal and vertical polarization components of the light from the subject surface 121, respectively, and direct them onto the image sensor 112. The unpolarized component is not modulated by the mask 111 and therefore passes through the mask 111 and is incident onto the image sensor 112.
ステップS32において、撮像素子112は、被写体面121からの光であって、マスク111を透過した光を撮像して、撮像画像として再構成部113に出力する。In step S32, the image sensor 112 captures the light from the subject surface 121 that has passed through the mask 111 and outputs it as an image to the reconstruction unit 113.
ステップS33において、再構成部113は、撮像素子112より出力されるマスク111を透過した光が撮像された撮像画像に基づいて、撮像装置101の撮像位置から被写体面121までの距離に応じた所定の係数セットからなる上述した式(4)を用いて、水平偏光成分からなる最終画像(復元画像)と、垂直偏光成分からなる最終画像(復元画像)とを再構成し、出力部34に出力する。In step S33, the reconstruction unit 113, based on the captured image obtained by light transmitted through the mask 111 output from the image sensor 112, uses the above-described formula (4), which consists of a predetermined set of coefficients corresponding to the distance from the imaging position of the imaging device 101 to the subject surface 121, to reconstruct a final image (reconstructed image) consisting of horizontal polarization components and a final image (reconstructed image) consisting of vertical polarization components, and outputs them to the output unit 34.
ステップS34において、出力部114は、再構成された、水平偏光成分からなる最終画像と、垂直偏光成分からなる最終画像とを合成する。In step S34, the output unit 114 combines the reconstructed final image consisting of the horizontal polarization component with the final image consisting of the vertical polarization component.
ステップS35において、出力部114は、水平偏光成分からなる再構成画像と、垂直偏光成分からなる再構成画像とが合成された画像に対して信号処理を施して、画像信号として出力する。In step S35, the output unit 114 performs signal processing on the image obtained by combining the reconstructed image consisting of the horizontal polarization component and the reconstructed image consisting of the vertical polarization component, and outputs it as an image signal.
以上の一連の処理により、レンズを用いることなく、マスクを用いて変調を掛けた後、係数セットを用いて最終画像(復元画像)を再構成するようにしたので、低背化を実現すると共に、1回の撮像で様々な距離の画像を再構成することが可能となる。Through the above series of processes, modulation is applied using a mask without the use of a lens, and then the final image (reconstructed image) is reconstructed using a coefficient set. This achieves a low profile and makes it possible to reconstruct images at various distances in a single imaging scan.
また、本開示の撮像装置101は、上述したレンズレス撮像装置の原理を応用して、少なくとも2種類以上の特定の光の成分を透過させるフィルタからなるマスク111により、水平偏光成分と垂直偏光成分に対して変調を掛けて再構成させる。このとき、非偏光成分については、変調されないので、再構成されない。Furthermore, the imaging device 101 of this disclosure applies the principle of the lensless imaging device described above and modulates and reconstructs the horizontally polarized and vertically polarized components using a mask 111 consisting of filters that transmit at least two specific light components. At this time, the unpolarized component is not modulated and therefore not reconstructed.
これにより、水平偏光成分と垂直偏光成分とからなる最終画像を再構成させることで、非偏光成分からなる画像が再構成されないようにすることができる。This allows for the reconstruction of the final image consisting of horizontal and vertical polarization components, thereby preventing the reconstruction of the image consisting of unpolarized components.
結果として、偏光成分からなる画像のみを撮像しつつ、非偏光成分からなる画像の撮像を制限することが可能となる。例えば、非偏光成分の情報からなる人物の顔画像などのプライバシに係る情報の撮像を適切に制限し、スマートフォンやディスプレイなどの偏光成分の光のみから構成される画像のみを撮像することが可能となる。As a result, it becomes possible to capture only images consisting of polarized components while restricting the capture of images consisting of unpolarized components. For example, it becomes possible to appropriately restrict the capture of privacy-related information, such as facial images of people, which consist of unpolarized components, and capture only images composed solely of polarized light from smartphones, displays, etc.
<<3.第2の実施の形態>>
以上においては、水平偏光フィルタ111hと垂直偏光フィルタ111vとの2種類の偏光フィルタからなるマスク111を用いて入射光に変調を掛けて撮像し、偏光成分からなる画像を再構成するようにした。
<<3. Second Embodiment>>
In the above method, the incident light was modulated using a mask 111 consisting of two types of polarizing filters, a horizontal polarizing filter 111h and a vertical polarizing filter 111v, and an image was captured, and an image consisting of polarized components was reconstructed.
これにより、非偏光成分からなる画像が再構成されない状態になるので、撮像される画像内の情報として制限したいものについては、非偏光成分の情報にすることで、撮像される画像内の情報を制限することが可能となる例について説明してきた。This results in an image where the unpolarized component is not reconstructed. Therefore, we have explained an example where it is possible to limit the information in the captured image by using the unpolarized component for the information that you want to restrict.
しかしながら、マスク111に使用される偏光フィルタの種類は、2種類に限らず、それ以上の種別の偏光フィルタが含まれていてもよい。However, the types of polarizing filters used in the mask 111 are not limited to two types; more than two types of polarizing filters may be included.
例えば、水平偏光フィルタ、および垂直偏光フィルタに加えて、対角方向(45度方向)の偏光成分を透過させる偏光フィルタを含む3種類の偏光フィルタからマスクが形成されるようにしてもよい。For example, the mask may be formed from three types of polarizing filters, including a horizontal polarizing filter, a vertical polarizing filter, and a polarizing filter that transmits polarizing components in the diagonal direction (45-degree direction).
図9は、水平偏光フィルタ、および垂直偏光フィルタに加えて、対角方向(45度方向)の偏光成分を透過させる偏光フィルタを含む3種類の偏光フィルタからマスクが形成されるようにした撮像装置の構成例を示している。Figure 9 shows an example of an imaging device configuration in which a mask is formed from three types of polarizing filters, including a horizontal polarizing filter, a vertical polarizing filter, and a polarizing filter that transmits polarizing components in the diagonal direction (45-degree direction).
図9の撮像装置201は、マスク211、撮像素子212、再構成部213、および出力部214より構成される。The imaging device 201 in Figure 9 consists of a mask 211, an image sensor 212, a reconstruction unit 213, and an output unit 214.
マスク211、撮像素子212、再構成部213、および出力部214は、それぞれ基本的には、図4の撮像装置101のマスク111、撮像素子112、再構成部113、および出力部114に対応する機能を備えた構成である。The mask 211, image sensor 212, reconstruction unit 213, and output unit 214 each have a configuration that basically corresponds to the functions of the mask 111, image sensor 112, reconstruction unit 113, and output unit 114 of the imaging device 101 in Figure 4.
ただし、マスク111は、水平偏光フィルタ111h、および垂直偏光フィルタ111vから構成されているのに対して、マスク211は、水平偏光フィルタ211h、および垂直偏光フィルタ211vに加えて、対角方向(45度方向)の偏光成分を透過させるフィルタ(以降、45度偏光フィルタ211sと称する)を備えている。However, while mask 111 consists of a horizontal polarizing filter 111h and a vertical polarizing filter 111v, mask 211 includes, in addition to the horizontal polarizing filter 211h and the vertical polarizing filter 211v, a filter that transmits polarization components in the diagonal direction (45-degree direction) (hereinafter referred to as the 45-degree polarizing filter 211s).
すなわち、図4のマスク111は、図中左側の被写体面121より入射される光のうち、垂直方向の偏光成分を透過させる垂直偏光フィルタ111vと、水平方向の偏光成分を透過させる水平偏光フィルタ111hとが、疑似ランダムパターンで配置された構成とされていた。In other words, the mask 111 in Figure 4 was configured such that a vertical polarizing filter 111v, which transmits the vertical polarization component of the light incident from the subject surface 121 on the left side of the figure, and a horizontal polarizing filter 111h, which transmits the horizontal polarization component, were arranged in a pseudo-random pattern.
これに対して、図9のマスク211は、図中左側の被写体面221より入射される光のうち、垂直方向の偏光成分を透過させる垂直偏光フィルタ211vと、水平方向の偏光成分を透過させる水平偏光フィルタ211hとに加えて、さらに、対角方向(45度方向)の偏光成分を透過させる45度偏光フィルタ211sが、それぞれ疑似ランダムパターンで配置された構成とされている。尚、ここでも、非偏光成分は、垂直偏光フィルタ211v、水平偏光フィルタ211h、および45度偏光フィルタ211sのいずれも透過してしまうので、変調されない状態で透過する。このため、撮像素子212において撮像されても、再構成部213は、非偏光成分の画像を再構成することができない。In contrast, the mask 211 in Figure 9 is configured such that, in addition to a vertical polarizing filter 211v that transmits the vertical polarizing component of the light incident from the subject surface 221 on the left side of the figure, and a horizontal polarizing filter 211h that transmits the horizontal polarizing component, a 45-degree polarizing filter 211s that transmits the diagonal (45-degree) polarizing component is also present, all arranged in a pseudo-random pattern. Here as well, the unpolarized component is transmitted through all three—the vertical polarizing filter 211v, the horizontal polarizing filter 211h, and the 45-degree polarizing filter 211s—so it is transmitted without modulation. For this reason, even if it is captured by the image sensor 212, the reconstruction unit 213 cannot reconstruct an image of the unpolarized component.
垂直偏光フィルタ211v、水平偏光フィルタ211h、および45度偏光フィルタ211sのそれぞれの配置パターンは、疑似ランダムパターン以外のパターンでもよく、例えば、ランダムパターン、URA(Uniformly Redundant Arrays)パターン、およびMURA(Modified Uniformly Redundant Arrays)パターンでもよい。また、垂直偏光フィルタ211v、水平偏光フィルタ211h、および45度偏光フィルタ211sのそれぞれの光の透過率は等しい。The arrangement patterns of the vertical polarizing filter 211v, the horizontal polarizing filter 211h, and the 45-degree polarizing filter 211s may be patterns other than a pseudo-random pattern, such as a random pattern, a URA (Uniformly Redundant Arrays) pattern, or a MURA (Modified Uniformly Redundant Arrays) pattern. Furthermore, the light transmittance of the vertical polarizing filter 211v, the horizontal polarizing filter 211h, and the 45-degree polarizing filter 211s are all equal.
尚、図9においては、マスク211上の垂直偏光フィルタ211vが配置された領域については、縦縞状の模様が描かれており、水平偏光フィルタ211hが配置された領域については、横縞状の模様が描かれており、45度偏光フィルタ211sが配置された領域については、対角線方向の縞状の模様が描かれている。Furthermore, in Figure 9, the area on the mask 211 where the vertical polarizing filter 211v is placed shows a vertical striped pattern, the area where the horizontal polarizing filter 211h is placed shows a horizontal striped pattern, and the area where the 45-degree polarizing filter 211s is placed shows a diagonal striped pattern.
ここで、図10で示されるように、非偏光成分の光を発する人物231,232、および所定の方向の偏光成分の光を発して画像を表示するスマートフォン233乃至235が存在する被写体面221を撮像する場合について考える。尚、この例においては、スマートフォン233乃至235においては、表示面にQRコードが表示されているときの画像が表示されている。Here, we consider the case where a subject surface 221 is imaged, as shown in Figure 10, on which there are people 231 and 232 emitting unpolarized light, and smartphones 233 to 235 emitting polarized light in a predetermined direction to display an image. In this example, the smartphones 233 to 235 are displaying an image when a QR code is displayed on their display surface.
この場合、スマートフォン233乃至235が発する偏光成分の光が、マスク211の垂直偏光フィルタ211v、水平偏光フィルタ211h、および45度偏光フィルタ211sの領域を透過することにより変調されて撮像素子212に入射する。In this case, the polarized light emitted by smartphones 233 to 235 is modulated by passing through the regions of the vertical polarization filter 211v, horizontal polarization filter 211h, and 45-degree polarization filter 211s of the mask 211, and then incident on the image sensor 212.
尚、図10のマスク211においては、黒色部が垂直偏光フィルタ211vの領域を、白色部が水平偏光フィルタ211hの領域を、灰色部が45度偏光フィルタ211sの領域を示している。In Figure 10, the mask 211 shows the black area as the region of the vertical polarizing filter 211v, the white area as the region of the horizontal polarizing filter 211h, and the gray area as the region of the 45-degree polarizing filter 211s.
この結果、図10の左下部で示されるように、被写体面221からは、偏光成分、および非偏光成分の全ての光の強度からなる画像221u、直線偏光度(DoLP)よりなる画像221d、および偏光角度よりなる画像221aが組み合わされた状態でマスク211を透過する。As a result, as shown in the lower left of Figure 10, the mask 211 is transmitted from the subject surface 221 in a combined state: an image 221u consisting of the intensity of all light components, both polarized and unpolarized; an image 221d consisting of the degree of linear polarization (DoLP); and an image 221a consisting of the polarization angle.
ここで、画像221dにおいては、各画素について直線偏光度(DoLP)に対応する0乃至1の値に対応した画素値が設定されている。また、画像221aにおいては、各画素について、偏光角度に対応する0乃至π(Rad)に応じた画素値が設定されている。In image 221d, each pixel is assigned a pixel value corresponding to a value between 0 and 1 that corresponds to the degree of linear polarization (DoLP). In image 221a, each pixel is assigned a pixel value corresponding to a value between 0 and π (Rad) that corresponds to the polarization angle.
すなわち、画像221dにおいては、スマートフォン233乃至235のディスプレイが存在する領域について、直線偏光度(DoLP)に応じた画素値が設定されており、それ以外の領域については、画素値が0に設定されて黒色とされている。In other words, in image 221d, pixel values corresponding to the degree of linear polarization (DoLP) are set for the areas where the displays of smartphones 233 to 235 are located, while the pixel values for the other areas are set to 0, resulting in a black color.
また、画像221aにおいては、スマートフォン233乃至235のディスプレイが存在する領域について、偏光角度に応じた画素値が設定されており、それ以外の領域については、画素値が0に設定されて黒色とされている。Furthermore, in image 221a, pixel values corresponding to the polarization angle are set for the areas where the displays of smartphones 233 to 235 are located, while the pixel values for the other areas are set to 0, resulting in a black color.
これにより、被写体面221からの入射光については、人間が直視するときには、図10の被写体面221そのものが画像221uとして視聴されることになるが、マスク211においては、偏光成分が、マスク211の垂直偏光フィルタ211v、水平偏光フィルタ211h、および45度偏光フィルタ211sを透過することで変調され、非偏光成分が変調されない。これにより、偏光成分からなる画像221d,221aに対応する画像を構成する光が、変調が掛けられた状態で撮像素子に入射され、画像221uの非偏光成分については、変調が掛けられない状態で撮像素子212に入射される。As a result, when a person directly views the incident light from the subject surface 221, the subject surface 221 itself in Figure 10 is viewed as image 221u. However, in the mask 211, the polarized component is modulated by passing through the vertical polarizing filter 211v, horizontal polarizing filter 211h, and 45-degree polarizing filter 211s of the mask 211, while the unpolarized component remains unmodulated. Consequently, the light constituting the images corresponding to images 221d and 221a, which consist of polarized components, is incident on the image sensor in a modulated state, while the unpolarized component of image 221u is incident on the image sensor 212 in an unmodulated state.
図10で示されるようなマスク211を被写体面221からの光が透過して、変調が掛けられた偏光成分と、変調が掛けられていない非偏光成分とが撮像素子212に入射され、撮像素子212においては、例えば、画像212iのような画像が撮像される。As shown in Figure 10, light from the subject surface 221 passes through the mask 211, and modulated polarized components and unmodulated unpolarized components are incident on the image sensor 212, and an image like image 212i is captured on the image sensor 212.
画像212iは、被写体面221内の人物231,232,およびスマートフォン233乃至235のそれぞれの像が結像されていない状態の変調された偏光成分と、変調されていない非偏光成分とからなる画像となるため、図10で示されるように、全体としてぼんやりとした画像となる。Image 212i is an image consisting of a modulated polarization component and an unmodulated unpolarized component, where the images of the people 231, 232 and the smartphones 233 to 235 within the subject surface 221 are not yet formed. As a result, the overall image is blurry, as shown in Figure 10.
再構成部213は、撮像素子212より供給される画像212iに基づいて、変調瀬された偏光成分からなる画像221d,221aを再構成して、出力部224に出力する。The reconstruction unit 213 reconstructs images 221d and 221a, which consist of modulated polarization components, based on the image 212i supplied from the image sensor 212, and outputs them to the output unit 224.
そこで、再構成部213は、画像212iに対して、マスク211の垂直偏光フィルタ211v、水平偏光フィルタ211h、および45度偏光フィルタ211sとに対応する係数セットを用いて、直線偏光度に光の強度を乗じた画素値からなる画像221d’と偏光角度からなる画像221aとをそれぞれ再構成する。Therefore, the reconstruction unit 213 uses a set of coefficients corresponding to the vertical polarization filter 211v, horizontal polarization filter 211h, and 45-degree polarization filter 211s of the mask 211 to reconstruct image 221d', which consists of pixel values obtained by multiplying the linear polarization degree by the light intensity, and image 221a, which consists of polarization angles, respectively, from image 212i.
出力部214は、図11の右部で示されるように、再構成部213より供給される画像221d’,221aを合成して、画像222を生成して、最終画像として出力する。As shown in the right side of Figure 11, the output unit 214 synthesizes the images 221d' and 221a supplied from the reconstruction unit 213 to generate image 222, which is then output as the final image.
これにより、図9の右部で示されるように、スマートフォン233乃至235により表示される変調成分からなる画像222が出力されることになるので、人間の顔などの非偏光成分のみからなる像が含まれないことになる。As a result, as shown in the right side of Figure 9, an image 222 consisting of modulated components displayed by smartphones 233 to 235 will be output, and therefore, images consisting only of unpolarized components such as human faces will not be included.
結果として、人物231,232の、特に顔などのプライバシに係る情報が撮像されないように制限した上で、スマートフォン233乃至235で表示される画像のみの撮像を実現することが可能となる。As a result, it becomes possible to capture only the images displayed on smartphones 233 to 235, while restricting the capture of information related to the privacy of individuals 231 and 232, particularly their faces.
<図9の再構成部による再構成について>
次に、図9の再構成部213による具体的な再構成に係る演算例について説明する。
<Regarding reconstruction by the reconstruction unit in Figure 9>
Next, we will explain a specific example of the reconstruction calculation performed by the reconstruction unit 213 in Figure 9.
基本的な再構成に係る演算については、図1を参照したレンズレスカメラにおける係数セットを用いた演算と同様である。The basic reconstruction calculations are the same as those performed using the coefficient set in the lensless camera shown in Figure 1.
ここで、被写体面221は、M画素×N画素の矩形状の画像であるものとし、各画素を光源とする光は、垂直偏光成分、水平偏光成分、45度偏光成分、および非偏光成分から構成されるものとする。Here, the subject surface 221 is assumed to be a rectangular image with M pixels × N pixels, and the light from each pixel as a light source is assumed to consist of a vertically polarized component, a horizontally polarized component, a 45-degree polarized component, and an unpolarized component.
撮像素子212は、P画素×Q画素から構成されるものとし、マスク211においては、擬似ランダムパターンで垂直偏光フィルタ211v、水平偏光フィルタ211h、および45度偏光フィルタ211sが、(M+P-1)×(N+Q-1)のグリッド状に分布するように形成され、撮像素子212の画素の形状、サイズ、および透過率が、ほぼ同一であるものとする。被写体面221からの光は、マスク211に形成された垂直偏光フィルタ211v、水平偏光フィルタ211h、および45度偏光フィルタ211sの何れかを透過して、変調が掛けられて撮像素子212に入射する。The image sensor 212 is composed of P pixels × Q pixels, and in the mask 211, a vertical polarizing filter 211v, a horizontal polarizing filter 211h, and a 45-degree polarizing filter 211s are formed in a pseudo-random pattern so as to be distributed in a (M+P-1) × (N+Q-1) grid, and the shape, size, and transmittance of the pixels of the image sensor 212 are assumed to be substantially the same. Light from the subject surface 221 passes through one of the vertical polarizing filters 211v, horizontal polarizing filters 211h, and 45-degree polarizing filters 211s formed in the mask 211, is modulated, and then incident on the image sensor 212.
このような関係に基づいて、上述した係数セットを用いることにより、例えば、以下の式(12)で示されるような連立方程式を構成することができる。尚、式(12)は、連立方程式を行列式で表現したものである。Based on this relationship, by using the coefficient set described above, a system of linear equations like the one shown in equation (12) below can be constructed. Note that equation (12) is the system of linear equations expressed in terms of a determinant.
ここで、A0は、以下の式(13)で表される行列である。 Here, A0 is a matrix represented by the following equation (13).
ここで、piは、撮像素子212の画素値であり、aij,bijは、マスク211の設計に応じて設定される係数であり、ここでは、aijが1のとき、垂直偏光フィルタ211vを表し、bijが1のとき、水平偏光フィルタ211hを表し、aijとbijとがいずれも0のとき、45度偏光フィルタ211sを表している。 Here, p i is the pixel value of the image sensor 212, a ij and b ij are coefficients set according to the design of the mask 211. Here, when a ij is 1, it represents a vertical polarization filter 211v, when b ij is 1, it represents a horizontal polarization filter 211h, and when both a ij and b ij are 0, it represents a 45-degree polarization filter 211s.
si ∥は、垂直偏光フィルタ211vが設けられた位置の入射光の光強度を表しており、si ⊥は、水平偏光フィルタ211hが設けられた位置の入射光の光強度を表しており、si 45は、45度偏光フィルタ211sが設けられた位置の入射光の光強度を表している。 s i || represents the light intensity of the incident light at the position where the vertical polarizing filter 211v is installed, s i ⊥ represents the light intensity of the incident light at the position where the horizontal polarizing filter 211h is installed, and s i 45 represents the light intensity of the incident light at the position where the 45-degree polarizing filter 211s is installed.
この式(12)で表される連立方程式を解くことで、画像が再構成されることになるが、式(12)は、連立方程式を解くため、以下の式(14)のように変形することができる。The image will be reconstructed by solving the system of equations represented by equation (12). However, equation (12) can be transformed into equation (14) below in order to solve the system of equations.
ここで、A,Sは、それぞれ以下の式(15)で表される行列である。Here, A and S are matrices represented by the following equation (15).
ここで、Sは、上記の式(14)を解くことにより推定される。式(14)の解法は、様々な手法が存在するが、例えば、正規化による擬似逆行列を使用して解くようにしてもよい。Here, S is estimated by solving equation (14) above. While various methods exist for solving equation (14), one could, for example, use a pseudo-inverse matrix obtained through normalization.
特に、行列Aのランクが2MN+1の場合、式(14)は、以下の式(16)で示されるような厳密解として表すことができる。In particular, when the rank of matrix A is 2MN+1, equation (14) can be expressed as an exact solution as shown in equation (16) below.
しかしながら、現実には、撮像素子212により撮像される画素値には観測エラーが含まれることになるために、以下の式(17)で示されるような正則化解の方が適切な解であるものとみなすこともできる。However, in reality, the pixel values captured by the image sensor 212 will contain observation errors, so the regularized solution shown in equation (17) below can be considered a more appropriate solution.
ここで、λ2BTBは、正規化パラメータである。 Here, λ 2 B T B are normalization parameters.
式(16)または式(17)で表されるSは、垂直偏光フィルタ111vが設けられた位置の入射光の光強度si ∥と、45度偏光フィルタ211sの光強度si 45との差(si ∥-si 45)、および、水平偏光フィルタ111hが設けられた位置の入射光の光強度si ⊥と、45度偏光フィルタ211sの光強度si 45とのの差(si ⊥-si 45)のそれぞれに凡その値を与えることで求めることができる。 The value S, represented by equation (16) or equation (17), can be determined by assigning approximate values to the difference between the light intensity s i∥ of the incident light at the position where the vertical polarizing filter 111v is installed and the light intensity s i 45 of the 45-degree polarizing filter 211s ( s i∥ - s i 45 ), and the difference between the light intensity s i⊥ of the incident light at the position where the horizontal polarizing filter 111h is installed and the light intensity s i 45 of the 45-degree polarizing filter 211s ( s i⊥ - s i 45 ).
例えば、被写体面221上の位置siにおける光強度がIiであり、直線偏光度DoLPがρiであり、偏光角度がφiである場合、マリュス則を使用すると、以下の式(18),式(19)のようにパラメータai,biを定義することができる。 For example, if the light intensity at position s i on the subject surface 221 is I i , the linear polarization degree DoLP is ρ i , and the polarization angle is φ i , then using Malus's law, the parameters a i and b i can be defined as shown in equations (18) and (19) below.
さらに、パラメータai,biの和と差を求めることにより、以下の式(20),式(21)のような関係が求められる。 Furthermore, by calculating the sum and difference of the parameters a i and bi , we can obtain the following relationships: equations (20) and (21).
故に、以下の式(22),式(23)で示されるように、画素位置毎に直線偏光度ρiに対応する光強度Iiρiと偏光角度φiとを求めることができる。 Therefore, as shown in equations (22) and (23) below, the light intensity I i ρ i and polarization angle φ i corresponding to the linear polarization degree ρ i can be determined for each pixel position.
すなわち、式(14),式(15)で構成される連立方程式を解くことで、被写体面221のすべての点で全ての偏光成分が求められる。さらに、式(22),式(23)が用いられることにより、すべての点で直線偏光度ρiに対応する光強度Iiρiと偏光角度φiを解くことができ、一方で、非偏光成分よりなる画像については再構成できない。 In other words, by solving the system of equations (14) and (15), all polarization components can be obtained at all points on the subject surface 221. Furthermore, by using equations (22) and (23), the light intensity I i ρ i and polarization angle φ i corresponding to the linear polarization degree ρ i can be solved at all points, while images consisting of unpolarized components cannot be reconstructed.
結果として、図11の光強度Iiに直線偏光度ρiを乗じた画像221d’と、偏光角度φiよりなる画像221aとが再構成されることになり、さらに、再構成された画像221d’、および画像221aが合成されることで、画像222が生成される。 As a result, an image 221d' obtained by multiplying the light intensity Ii in Figure 11 by the degree of linear polarization ρi , and an image 221a consisting of the polarization angle φi are reconstructed. Furthermore, the reconstructed image 221d' and image 221a are combined to generate image 222.
<図9の撮像装置による撮像処理>
次に、図12のフローチャートを参照して、図9の撮像装置201による撮像処理について説明する。
<Image processing by the imaging device shown in Figure 9>
Next, the imaging process performed by the imaging device 201 in Figure 9 will be explained with reference to the flowchart in Figure 12.
ステップS51において、マスク211の水平偏光フィルタ211h、垂直偏光フィルタ211v、および45度偏光フィルタ211sは、それぞれ被写体面221からの光の水平偏光成分、垂直偏光成分、および45度偏光成分に変調を掛けて、撮像素子212に入射させる。尚、非偏光成分は、マスク211により変調されないので、そのままマスク211を透過して撮像素子212に入射する。In step S51, the horizontal polarization filter 211h, vertical polarization filter 211v, and 45-degree polarization filter 211s of the mask 211 modulate the horizontal polarization component, vertical polarization component, and 45-degree polarization component of the light from the subject surface 221, respectively, and direct them onto the image sensor 212. The unpolarized component is not modulated by the mask 211 and therefore passes through the mask 211 and is incident onto the image sensor 212.
ステップS52において、撮像素子212は、被写体面221からの光であって、マスク211を透過した光を撮像して、撮像画像として再構成部213に出力する。In step S52, the image sensor 212 captures the light from the subject surface 221 that has passed through the mask 211 and outputs it as an image to the reconstruction unit 213.
ステップS53において、再構成部213は、撮像素子212より出力されるマスク211を透過した光が撮像された撮像画像に基づいて、撮像装置201の撮像位置から被写体面221までの距離に応じた所定の係数セットからなる上述した式(14)乃至式(23)を用いて、直線偏光度に対応する光強度Iiρiからなる最終画像(復元画像)、および偏光角度φiからなる最終画像(復元画像)を出力部214に出力する。 In step S53, the reconstruction unit 213 outputs to the output unit 214 a final image (reconstructed image) consisting of light intensity I i ρ i corresponding to linear polarization degree and a final image (reconstructed image) consisting of polarization angle φ i , based on the captured image obtained by light transmitted through the mask 211 output from the image sensor 212, using the above-described equations ( 14 ) to (23), which consist of a predetermined set of coefficients corresponding to the distance from the imaging position of the imaging device 201 to the subject surface 221.
ステップS54において、出力部214は、直線偏光度からなる最終画像(復元画像)、および偏光角度からなる最終画像(復元画像)を合成する。In step S54, the output unit 214 synthesizes a final image (reconstructed image) consisting of linear polarization degree and a final image (reconstructed image) consisting of polarization angle.
ステップS55において、出力部214は、直線偏光度に対応する光強度Iiρiからなる最終画像(復元画像)、および偏光角度φiからなる最終画像(復元画像)が合成された画像に対して信号処理を施して、画像信号として出力する。 In step S55, the output unit 214 performs signal processing on the image obtained by combining the final image (reconstructed image) consisting of light intensities I i ρ i corresponding to the linear polarization degree and the final image (reconstructed image) consisting of the polarization angle φ i , and outputs it as an image signal.
以上の一連の処理により、レンズレス撮像装置の原理を応用して、3種類以上の特定の光の成分を透過させるフィルタからなるマスク211により、水平偏光成分、垂直偏光成分、および45度偏光成分に対しては変調を掛けて再構成させ、非偏光成分に対しては、変調を掛けないことにより再構成させない。Through the above series of processes, applying the principle of a lensless imaging device, a mask 211 consisting of filters that transmit three or more specific light components modulates and reconstructs the horizontal polarization component, vertical polarization component, and 45-degree polarization component, while not modulating and thus not reconstructing the unpolarized component.
これにより、偏光成分からなる直線偏光度に応じた光強度からなる最終画像と、偏光角度とからなる最終画像が再構成され、非偏光成分からなる画像については再構成されないので、撮像する際に含まれてしまう、非偏光成分からなる人物の顔画像のようなプライバシに係る情報を適切に制限し、スマートフォンやディスプレイなどの偏光成分から構成される画像のみを撮像することが可能となる。This allows for the reconstruction of a final image consisting of light intensity corresponding to the linear polarization degree of the polarization component, and a final image consisting of the polarization angle, while the image consisting of the unpolarized component is not reconstructed. Therefore, it is possible to appropriately limit privacy-related information, such as a person's face image, which is included in the unpolarized component during imaging, and to capture only images consisting of the polarization component, such as those from smartphones and displays.
<<4.第2の実施の形態の応用例>>
以上においては、水平偏光フィルタ211h、垂直偏光フィルタ211v、および45度偏光フィルタ211sの3種類のフィルタが設けられたマスク211を撮像素子212の前段に設けるようにした例について説明してきた。
<<4. Application Examples of the Second Embodiment>>
In the above, we have described an example in which a mask 211 equipped with three types of filters—a horizontal polarizing filter 211h, a vertical polarizing filter 211v, and a 45-degree polarizing filter 211s—is placed in front of the image sensor 212.
しかしながら、45度偏光フィルタ211sについては、45度以外の角度の偏光フィルタであってもよく、例えば、30度の偏光角の偏光成分のみを透過させる30度偏光フィルタや60度の偏光角の偏光成分のみを透過させる60度偏光フィルタなどでもよい。However, the 45-degree polarizing filter 211s may be a polarizing filter with an angle other than 45 degrees. For example, a 30-degree polarizing filter that transmits only the polarization component with a polarization angle of 30 degrees, or a 60-degree polarizing filter that transmits only the polarization component with a polarization angle of 60 degrees, may also be used.
また、所定の偏光角度の偏光成分のみを透過させるフィルタに加えて、例えば、ND(Neutral Density)フィルタなどを用いるようにしてもよい。Furthermore, in addition to a filter that transmits only polarization components at a predetermined polarization angle, a filter such as an ND (Neutral Density) filter may also be used.
図13は、図9のマスク211における45度偏光フィルタ211sに代えて、NDフィルタを設けるようにしたマスク251の構成例を示している。Figure 13 shows an example configuration of mask 251 in which an ND filter is provided instead of the 45-degree polarizing filter 211s in mask 211 of Figure 9.
図13においては、マスク251上の垂直偏光フィルタ251vが配置された領域については、縦縞状の模様が描かれており、水平偏光フィルタ251hが配置された領域については、横縞状の模様が描かれており、NDフィルタ251nが配置された領域については、灰色で描かれている。尚、マスク251においても、垂直偏光フィルタ251v、水平偏光フィルタ251h、およびNDフィルタ251nは、それぞれの透過率が等しい。In Figure 13, the area on the mask 251 where the vertical polarizing filter 251v is placed is depicted with vertical stripes, the area where the horizontal polarizing filter 251h is placed is depicted with horizontal stripes, and the area where the ND filter 251n is placed is depicted in gray. Furthermore, in the mask 251, the vertical polarizing filter 251v, the horizontal polarizing filter 251h, and the ND filter 251n each have equal transmittance.
<<5.第3の実施の形態>>
以上においては、複数の偏光方向に応じた偏光成分を透過するフィルタをランダムに配置したマスクを撮像素子の前段に設け、マスクにより入射光に変調を掛けて撮像し、最終画像を再構成することで、入射光の特定の成分のみが像として再構成されるようにすることにより、撮像される画像内の情報を制限する例について説明してきた。
<<5. Third Embodiment>>
In the above, we have described an example in which information in the captured image is limited by placing a mask in front of the image sensor, which has filters randomly arranged to transmit polarization components corresponding to multiple polarization directions, modulating the incident light with the mask and taking an image, and then reconstructing the final image so that only specific components of the incident light are reconstructed as an image.
しかしながら、マスクに形成されるフィルタは、偏光方向に応じたもののみならず、その他の光の特性に応じた成分をフィルタリングする構成であってもよい。However, the filter formed in the mask may be configured to filter not only components corresponding to the polarization direction, but also components corresponding to other optical properties.
例えば、マスクに、入射光を構成するRGB(赤色成分、緑色成分、および青色成分)のうち、特定の色成分を透過させるフィルタを疑似ランダムパターンで配置するようにしてもよい。For example, the mask may be constructed by arranging filters in a pseudo-random pattern that transmit specific color components from the RGB (red, green, and blue) components that make up the incident light.
図14は、入射光のうち、青色成分と赤色成分を透過させるフィルタを疑似ランダムパターンで配置することにより、青色成分と赤色成分からなる画像のみを再構成させ、青色成分と赤色成分とを均等に含む成分からなる画像を再構成させないようにすることで、例えば、青色成分、赤色成分、および緑色成分を均等に含むグレー成分により構成される画像の情報を制限するようにした撮像装置の構成例である。Figure 14 shows an example of an imaging device configuration in which filters that transmit blue and red components of incident light are arranged in a pseudo-random pattern, thereby reconstructing only images consisting of blue and red components, and preventing the reconstruction of images consisting of components that equally contain blue and red components. For example, this limits the information of an image composed of a gray component that equally contains blue, red, and green components.
より詳細には、図14の撮像装置301は、マスク311、撮像素子312、再構成部313、および出力部314より構成される。尚、マスク311、撮像素子312、再構成部313、および出力部314は、それぞれ図1のマスク31、撮像素子32、再構成部33、および出力部34に対応する構成である。More specifically, the imaging device 301 in Figure 14 consists of a mask 311, an image sensor 312, a reconstruction unit 313, and an output unit 314. The mask 311, image sensor 312, reconstruction unit 313, and output unit 314 correspond to the mask 31, image sensor 32, reconstruction unit 33, and output unit 34 in Figure 1, respectively.
マスク311は、図1のマスク31に対応する構成であり、入射光に対して所定の偏光を掛けて、撮像素子312に入射させる。The mask 311 has the same configuration as the mask 31 in Figure 1, and applies a predetermined polarization to the incident light before directing it onto the image sensor 312.
上述したように、マスク31は、遮光素材からなる板状の構成において、透過領域41と遮光領域42とが形成されることにより、入射光に対して変調を掛ける構成とされている。As described above, the mask 31 is a plate-shaped structure made of a light-shielding material, and is configured to modulate incident light by forming a transmission region 41 and a light-shielding region 42.
これに対して、マスク311は、図中左側の被写体面321より入射される光のうち、青色成分を透過させる青色フィルタ311bと、赤色成分を透過させる赤色フィルタ311rとが、疑似ランダムパターンで配置された構成とされている。In contrast, the mask 311 has a configuration in which a blue filter 311b that transmits the blue component of the light incident from the subject surface 321 on the left side of the figure and a red filter 311r that transmits the red component are arranged in a pseudo-random pattern.
尚、図14においては、マスク311上の青色フィルタ311bが配置された領域については、薄い灰色領域として描かれており、赤色フィルタ311rが配置された領域については、濃い灰色領域として描かれている。また、マスク311においても、青色フィルタ311b、および赤色フィルタ311rは、それぞれの透過率が等しい。In Figure 14, the area on the mask 311 where the blue filter 311b is placed is depicted as a light gray area, and the area where the red filter 311r is placed is depicted as a dark gray area. Furthermore, in the mask 311, the blue filter 311b and the red filter 311r have equal transmittance.
ここで、被写体面321上に赤色成分、および青色成分を含む光を発するスマートフォン331、およびディスプレイ333と、白色の紙面に黒色(または灰色)のインクで機密文書が記載された書面332が存在する場合の例について考える。尚、書面332については、例えば、略正面方向から白色の光が投射され、紙面上に記載された機密文書そのものは実質的にグレー成分で発色された状態であることを想定する。Here, we consider an example where a smartphone 331 and a display 333, which emit light containing red and blue components on the subject surface 321, and a document 332 on which a confidential document is written in black (or gray) ink on a white surface are present. It is assumed that, for example, white light is projected onto the document 332 from approximately the front, and the confidential document itself written on the paper is essentially colored with gray components.
この場合、スマートフォン331、書面332、およびディスプレイ333のそれぞれが発する光のうちの青色成分は、図中の薄い灰色領域で示されるマスク311の青色フィルタ311bの領域を透過することにより変調されて撮像素子312に入射する。In this case, the blue component of the light emitted by the smartphone 331, the document 332, and the display 333 is modulated by passing through the blue filter 311b region of the mask 311, which is shown as a light gray area in the figure, and then incident on the image sensor 312.
また、スマートフォン331、書面332、およびディスプレイ333のそれぞれが発する光のうちの赤色成分は、図中の濃い灰色領域で示されるマスク311の赤色フィルタ311rの領域を透過することにより変調されて撮像素子312に入射する。Furthermore, the red component of the light emitted by the smartphone 331, the document 332, and the display 333 is modulated by passing through the red filter 311r region of the mask 311, which is shown as a dark gray area in the figure, before being incident on the image sensor 312.
すなわち、図15で示されるように、スマートフォン331、書面332、およびディスプレイ333の像を含む被写体面321からは、赤色成分よりなる画像321r、グレー成分よりなる画像321p、および青色成分よりなる画像321bが組み合わされた状態でマスク311を透過する。In other words, as shown in Figure 15, the mask 311 is transmitted from the subject surface 321, which includes the images of the smartphone 331, the document 332, and the display 333, in a combined form of an image 321r consisting of a red component, an image 321p consisting of a gray component, and an image 321b consisting of a blue component.
図15で示されるようなマスク311を被写体面321からの光が透過して、青色成分と赤色成分に対して変調が掛けられ、青色成分と赤色成分とを均等に含むグレー成分に対して変調が掛けられないことにより、例えば、画像312iのような画像が撮像される。すなわち、青色成分と赤色成分とを均等に含むグレー成分については、青色フィルタ311b、および赤色フィルタ311rのいずれも透過することにより、マスク311上の全面が透過領域とされ、遮光領域がない状態となるため、変調が掛けられない。As shown in Figure 15, when light from the subject surface 321 passes through the mask 311, modulation is applied to the blue and red components, while the gray component, which contains both blue and red components equally, is not modulated. As a result, an image like image 312i is captured. That is, for the gray component, which contains both blue and red components equally, it passes through both the blue filter 311b and the red filter 311r, so the entire surface of the mask 311 becomes a transmission area, and there is no light-blocking area, and therefore modulation is not applied.
画像312iは、被写体面321内のスマートフォン331、書面332、およびディスプレイ333のそれぞれの像が結像されていない状態の変調された光と、変調されていない光からなる画像となるため、図15で示されるように、全体としてぼんやりとした画像となる。Image 312i is an image consisting of modulated light and unmodulated light in which the images of the smartphone 331, document 332, and display 333 within the subject surface 321 are not yet formed. As a result, as shown in Figure 15, the overall image is blurry.
再構成部313は、撮像素子312より供給される画像312iに基づいて、画像321b,321rを再構成して、出力部314に出力する。The reconstruction unit 313 reconstructs images 321b and 321r based on the image 312i supplied from the image sensor 312, and outputs them to the output unit 314.
ここで、図15を参照して説明したように、マスク311は、青色フィルタ311bと赤色フィルタ311rとがそれぞれ疑似ランダムパターンで配置された構成とされている。As explained with reference to Figure 15, the mask 311 is configured such that the blue filter 311b and the red filter 311r are arranged in a pseudo-random pattern.
このため、青色成分が、マスク311を透過する際には、青色フィルタ311bが、図1のマスク31の透過領域41として機能し、赤色フィルタ311rが、図1の遮光領域42として機能することにより、青色成分に変調が掛けられる。Therefore, when the blue component passes through the mask 311, the blue filter 311b functions as the transmission region 41 of the mask 31 in Figure 1, and the red filter 311r functions as the light-shielding region 42 in Figure 1, thereby modulating the blue component.
一方、赤色成分が、マスク311を透過する際には、赤色フィルタ311rが、図1のマスク31の透過領域41として機能し、青色フィルタ311bが、図1の遮光領域42として機能することにより、赤色成分に変調が掛けられる。On the other hand, when the red component passes through the mask 311, the red filter 311r functions as the transmission region 41 of the mask 31 in Figure 1, and the blue filter 311b functions as the light-shielding region 42 in Figure 1, thereby modulating the red component.
すなわち、撮像素子312においては、青色成分と赤色成分とは、マスク311の青色フィルタ311bと赤色フィルタ311rとで変調が掛けられた状態の光の観測結果と、青色成分と赤色成分とを均等に含む、変調が掛けられていないグレー成分からなる光の観測結果を画像312iとして撮像し、再構成部313に出力する。In other words, the image sensor 312 captures an image 312i of light consisting of the blue component and the red component, which are modulated by the blue filter 311b and the red filter 311r of the mask 311, and the gray component, which is unmodulated and contains equal amounts of the blue and red components, as the observation result of light, and outputs it to the reconstruction unit 313.
そこで、再構成部313は、図16で示されるように、画像312iに対して、マスク311の青色フィルタ311bと赤色フィルタ311rとが、それぞれの係数セットを用いて、青色成分からなる画像321bと赤色成分からなる画像321rとをそれぞれ再構成する。このとき、再構成部313は、青色成分と赤色成分とを均等に含む、変調が掛けられていないグレー成分については、再構成できないので、画像321pに対応する画像を再構成できない。Therefore, as shown in Figure 16, the reconstruction unit 313 uses the respective coefficient sets of the blue filter 311b and red filter 311r of the mask 311 to reconstruct image 321b consisting of the blue component and image 321r consisting of the red component from image 312i. At this time, the reconstruction unit 313 cannot reconstruct the unmodulated gray component, which contains equal amounts of blue and red components, and therefore cannot reconstruct the image corresponding to image 321p.
出力部314は、再構成部313より供給される青色成分からなる画像321bと赤色成分からなる画像321rとを合成して、図16の右部で示されるような画像322を生成して、最終画像として出力する。The output unit 314 combines the image 321b, consisting of the blue component, and the image 321r, consisting of the red component, supplied by the reconstruction unit 313, to generate the image 322 shown in the right side of Figure 16, and outputs it as the final image.
これにより、青色成分よりなる画像321bと、赤色成分よりなる画像321rとが合成されることにより、例えば、赤色成分と青色成分とからなる表示画像を表示しているスマートフォン331、およびディスプレイ333の表示面部分が合成されて構成され、グレー成分からなる書面332が含まれない画像322が出力されることになる。As a result, by combining image 321b, which consists of blue components, and image 321r, which consists of red components, an image 322 is output that is composed of the display surface portions of a smartphone 331 and a display 333, which are displaying an image consisting of red and blue components, and does not contain a document 332 consisting of gray components.
結果として、被写体面321における白色の紙面上に記載される、例えば、機密文書のようなグレー成分よりなる情報のみが撮像されないように制限した上で、画像を撮像することが可能となる。As a result, it becomes possible to capture an image while restricting the image capture to only include information consisting of gray components, such as confidential documents, written on the white surface of the subject 321.
<図14の撮像装置による撮像処理>
次に、図17のフローチャートを参照して、図14の撮像装置101による撮像処理について説明する。
<Image processing by the imaging device shown in Figure 14>
Next, the imaging process performed by the imaging device 101 in Figure 14 will be explained with reference to the flowchart in Figure 17.
ステップS71において、マスク311の青色フィルタ311bおよび赤色フィルタ311rは、それぞれ被写体面321からの光の青色成分と赤色成分とに変調を掛けて、撮像素子312に入射させる。このとき、青色成分と赤色成分とを均等に含むグレー成分などは、マスク311を透過しても変調されないので、そのままマスク311を透過して撮像素子312に入射する。In step S71, the blue filter 311b and red filter 311r of the mask 311 modulate the blue and red components of the light from the subject surface 321, respectively, and cause them to be incident on the image sensor 312. At this time, gray components, which contain equal amounts of blue and red components, are not modulated even when transmitted through the mask 311, and therefore pass through the mask 311 as is and are incident on the image sensor 312.
ステップS72において、撮像素子312は、被写体面321からの光であって、マスク311を透過することにより変調が掛けられた青色成分と赤色成分の光と、変調が掛けられていない青色成分と赤色成分とを均等に含むグレー成分とを含む光からなる画像を撮像して、撮像画像として再構成部313に出力する。In step S72, the image sensor 312 captures an image consisting of light from the subject surface 321, which includes blue and red light that has been modulated by passing through the mask 311, and gray light that contains equal amounts of unmodulated blue and red light, and outputs the captured image to the reconstruction unit 313.
ステップS73において、再構成部313は、撮像素子312より出力される変調された光が撮像された撮像画像に基づいて、青色成分からなる最終画像(復元画像)と、赤色成分からなる最終画像(復元画像)とを再構成して出力部314に出力する。このとき、変調が掛けられていない、青色成分と赤色成分とを均等に含むグレー成分の画像は再構成されない。In step S73, the reconstruction unit 313 reconstructs a final image (reconstructed image) consisting of the blue component and a final image (reconstructed image) consisting of the red component based on the captured image obtained by the modulated light output from the image sensor 312, and outputs them to the output unit 314. At this time, the gray component image, which is not modulated and contains equal amounts of blue and red components, is not reconstructed.
ステップS74において、出力部314は、赤色成分からなる最終画像と、青色成分からなる最終画像とを合成する。例えば、出力部314は、赤色成分からなる最終画像と、青色成分からなる最終画像との合成結果を出力してもよい。In step S74, the output unit 314 combines the final image consisting of the red component with the final image consisting of the blue component. For example, the output unit 314 may output the result of combining the final image consisting of the red component with the final image consisting of the blue component.
ステップS75において、出力部314は、赤色成分からなる再構成画像と、青色成分からなる再構成画像とが合成された画像に対して信号処理を施して、画像信号として出力する。In step S75, the output unit 314 performs signal processing on the image obtained by combining the reconstructed image consisting of the red component and the reconstructed image consisting of the blue component, and outputs it as an image signal.
以上の一連の処理により、レンズレス撮像装置の原理を応用して、少なくとも2種類の特定の光の成分を透過させるフィルタからなるマスク311により、それぞれの光の成分に対する透過領域41と遮光領域42として機能させることにより、青色成分と赤色成分に対して変調を掛ける。Through the above series of processes, the principle of a lensless imaging device is applied, and a mask 311 consisting of filters that transmit at least two specific light components is used to create a transmission region 41 and a light-shielding region 42 for each light component, thereby modulating the blue and red components.
これにより、変調が掛けられた青色成分と赤色成分とからなる最終画像を再構成させることで、画像を撮像する際に含まれてしまう、変調が掛けられていないグレー成分の情報を適切に制限し、青色成分と赤色成分の光のみから構成される画像のみを撮像することが可能となる。This allows for the reconstruction of a final image consisting of modulated blue and red components, thereby appropriately limiting the information from the unmodulated gray component that is included during image acquisition, and enabling the acquisition of an image composed solely of blue and red light.
尚、以上においては、青色成分と赤色成分の最終画像を再構成させる例について説明してきたが、その他の成分の最終画像を再構成させるようにしてもよく、例えば、青色成分と緑色成分を透過させるフィルタからなるマスク311を構成することで、青色成分と緑色成分とを変調し、変調された青色成分と緑色成分とを再構成させ、青色成分と緑色成分との双方の成分を均等に含むグレー成分を再構成できないようにしてもよい。また、赤色成分と緑色成分を透過させるフィルタからなるマスク311を構成することで、赤色成分と緑色成分とを変調し、変調された赤色成分と緑色成分とを再構成させ、赤色成分と緑色成分との双方の成分を均等に含むグレー成分を再構成できないようにしてもよい。Furthermore, while the above has described an example of reconstructing the final image of the blue and red components, it is also possible to reconstruct the final image of other components. For example, by configuring a mask 311 consisting of filters that transmit blue and green components, the blue and green components can be modulated, and the modulated blue and green components can be reconstructed, preventing the reconstruction of a gray component that contains equal amounts of both blue and green components. Alternatively, by configuring a mask 311 consisting of filters that transmit red and green components, the red and green components can be modulated, and the modulated red and green components can be reconstructed, preventing the reconstruction of a gray component that contains equal amounts of both red and green components.
また、上述したように青色成分と赤色成分とを均等に透過させるフィルタからなるマスク311においては、青色成分と赤色成分とを均等に含む色であれば他の色成分も再構成できないので、例えば、青色成分と赤色成分とを均等に含む中間色である紫色成分からなる画像についても再構成させないようにすることができ、紫色成分からなる画像の情報を制限することもできる。同様に、青色成分と緑色成分とを透過させるフィルタからマスク311が構成されるようにすることで、青色成分と緑色成分とを変調し、変調された青色成分と緑色成分とが再構成されるようにして、青色成分と緑色成分との双方の成分を均等に含む他の色成分も再構成できないようにしてもよく、例えば、青色成分と緑色成分との双方の成分を均等に含む中間色であるシアン成分を再構成できないようにしてもよい。さらに、赤色成分と緑色成分とを均等に透過させるフィルタからなるマスク311を構成することで、赤色成分と緑色成分とを変調し、変調された赤色成分と緑色成分とを再構成させ、赤色成分と緑色成分との双方の成分を均等に含む他の色成分も再構成できないようにしてもよく、例えば、赤色成分と緑色成分を均等に含む中間色である黄色成分を再構成できないようにしてもよい。Furthermore, as described above, in a mask 311 consisting of a filter that transmits blue and red components equally, other color components cannot be reconstructed if the color contains blue and red components equally. For example, an image consisting of a purple component, which is an intermediate color containing blue and red components equally, can also be prevented from being reconstructed, thereby limiting the information of an image consisting of purple components. Similarly, by configuring the mask 311 to consist of a filter that transmits blue and green components, the blue and green components can be modulated, and the modulated blue and green components can be reconstructed, so that other color components containing both blue and green components equally cannot be reconstructed. For example, a cyan component, which is an intermediate color containing both blue and green components equally, can be prevented from being reconstructed. Furthermore, by configuring a mask 311 consisting of a filter that transmits red and green components equally, the red and green components can be modulated, the modulated red and green components can be reconstructed, and other color components that contain both red and green components equally can not be reconstructed. For example, the yellow component, which is an intermediate color containing both red and green components equally, can not be reconstructed.
また、赤色成分、緑色成分、および青色成分のいずれかのみならず、特定の波長の成分の2種類についてフィルタリングして、特定の波長の2種類の成分の最終画像を再構成させるようにして、特定の2種類のそれぞれの成分を均等に含む波長成分の像が再構成されないように制限してもよい。Furthermore, filtering may be performed not only on one of the red, green, and blue components, but also on two specific wavelength components, so that the final image is reconstructed based on those two specific wavelength components, thereby restricting the reconstruction of images containing wavelength components that equally contain each of the two specific components.
<<6.第3の実施の形態の応用例>>
以上においては、特定の波長の成分の2種類についてフィルタリングして、特定の波長の2種類の成分の最終画像を再構成させるようにして、特定の波長の双方の成分を均等に含む波長成分の像が再構成されないようにする例について説明してきた。
<<6. Application Examples of the Third Embodiment>>
In the above, we have described an example in which two types of components at specific wavelengths are filtered, and the final image of those two types of components at specific wavelengths is reconstructed, so that an image of wavelength components that equally contain both components at specific wavelengths is not reconstructed.
しかしながら、RGB成分(赤色成分、緑色成分、青色成分)のそれぞれの成分をフィルタリングして、RGB成分のそれぞれについて最終画像を再構成させるようにして、RGB成分のそれぞれを含むグレー成分については、再構成されないようにしてもよい。However, it is also possible to filter out each of the RGB components (red, green, and blue components) and reconstruct the final image for each of the RGB components, while leaving the gray component, which includes each of the RGB components, unreconstructed.
図18は、RGB成分(赤色成分、緑色成分、青色成分)のそれぞれの成分をフィルタリングして、RGB成分のそれぞれについて最終画像を再構成させるようにして、RGB成分のそれぞれを均等に含む、例えば、グレー成分のような他の成分については、再構成されないようにするマスク351の構成例を示している。Figure 18 shows an example of a mask 351 configuration that filters each of the RGB components (red, green, and blue components) and reconstructs the final image for each of the RGB components, while preventing other components, such as the gray component, which contain each of the RGB components equally, from being reconstructed.
マスク351は、例えば、図14の撮像装置301において、マスク311に代えて撮像素子312の前段に設けられる。The mask 351 is provided, for example, in the imaging device 301 of Figure 14, in place of the mask 311, in front of the image sensor 312.
マスク351は、赤色成分を透過させる赤色フィルタ351r、緑色成分を透過させる緑色フィルタ351g、および青色成分を透過させる青色フィルタ351bが、それぞれ疑似ランダムパターンで配置されている。The mask 351 consists of a red filter 351r that transmits the red component, a green filter 351g that transmits the green component, and a blue filter 351b that transmits the blue component, each arranged in a pseudo-random pattern.
尚、図18においては、マスク351上の青色フィルタ351bが配置された領域については、濃い灰色領域として描かれており、緑色フィルタ351gが配置された領域については、濃い灰色と薄い灰色の中間の濃度の灰色領域として描かれており、赤色フィルタ351rが配置された領域については、薄い灰色領域として描かれている。また、マスク351においても、青色フィルタ351b、緑色フィルタ351g、および赤色フィルタ351rは、それぞれの透過率が等しい。In Figure 18, the area on the mask 351 where the blue filter 351b is placed is depicted as a dark gray area, the area where the green filter 351g is placed is depicted as a gray area of intermediate density between dark gray and light gray, and the area where the red filter 351r is placed is depicted as a light gray area. Furthermore, in the mask 351, the blue filter 351b, green filter 351g, and red filter 351r each have equal transmittance.
マスク351においては、赤色フィルタ351r、緑色フィルタ351g、および青色フィルタ351bが、それぞれ赤色成分、緑色成分、および青色成分を透過させることで、それぞれに変調を掛けて、撮像素子312に入射させる。In the mask 351, the red filter 351r, the green filter 351g, and the blue filter 351b transmit the red, green, and blue components, respectively, thereby modulating each component before they are incident on the image sensor 312.
これにより、再構成部313は、撮像素子312において撮像された変調が掛けられた赤色成分、緑色成分、および青色成分のそれぞれの最終画像を再構成し、出力部314に出力する。As a result, the reconstruction unit 313 reconstructs the final images of the modulated red, green, and blue components captured by the image sensor 312 and outputs them to the output unit 314.
出力部314は、再構成された赤色成分、緑色成分、および青色成分のそれぞれの最終画像を合成して出力する。The output unit 314 synthesizes and outputs the final images of the reconstructed red, green, and blue components.
ここで、例えば、グレー成分のような、赤色成分、緑色成分、および青色成分が均等に合成された成分については、赤色フィルタ351r、緑色フィルタ351g、および青色フィルタ351bのそれぞれにおいて等しく透過する。Here, for example, a component in which red, green, and blue components are equally synthesized, such as a gray component, is transmitted equally through the red filter 351r, the green filter 351g, and the blue filter 351b, respectively.
これにより、グレー成分のような、赤色成分、緑色成分、および青色成分が均等に合成された成分については、マスク351を透過しても変調が掛けられない状態で撮像素子312に入射されることになる。As a result, components such as the gray component, which are an equal blend of red, green, and blue components, will be incident on the image sensor 312 without being modulated even if they pass through the mask 351.
このため、再構成部313は、撮像素子312で撮像された画像に基づいて、グレー成分のような、赤色成分、緑色成分、および青色成分が均等に合成された成分の最終画像については再構成することができない。Therefore, the reconstruction unit 313 cannot reconstruct the final image of a component where the red, green, and blue components are evenly combined, such as the gray component, based on the image captured by the image sensor 312.
結果として、マスク351を用いることにより、RGB成分のそれぞれの最終画像を再構成させることが可能になると共に、RGB成分のそれぞれを均等に含む、例えば、グレー成分などの最終画像については、再構成できないので、グレー成分のような、RGB成分が均等に含まれる成分からなる画像の映り込みを制限することが可能となる。As a result, by using the mask 351, it becomes possible to reconstruct the final image for each of the RGB components, while the final image containing each of the RGB components equally, such as the gray component, cannot be reconstructed. Therefore, it becomes possible to limit the inclusion of images consisting of components with equally distributed RGB components, such as the gray component.
<<7.ソフトウエアにより実行させる例>>
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウエアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のコンピュータなどに、記録媒体からインストールされる。
<<7. Examples of execution by software>>
Incidentally, the series of processes described above can be executed by hardware, but they can also be executed by software. When the series of processes are executed by software, the programs that make up the software are installed from a storage medium onto a computer that has dedicated hardware built in, or onto a general-purpose computer that can perform various functions by installing various programs.
図19は、汎用のコンピュータの構成例を示している。このパーソナルコンピュータは、CPU(Central Processing Unit)1001を内蔵している。CPU1001にはバス1004を介して、入出力インタフェース1005が接続されている。バス1004には、ROM(Read Only Memory)1002およびRAM(Random Access Memory)1003が接続されている。Figure 19 shows an example of a general-purpose computer configuration. This personal computer has a built-in CPU (Central Processing Unit) 1001. An input/output interface 1005 is connected to the CPU 1001 via a bus 1004. A ROM (Read Only Memory) 1002 and a RAM (Random Access Memory) 1003 are connected to the bus 1004.
入出力インタフェース1005には、ユーザが操作コマンドを入力するキーボード、マウスなどの入力デバイスよりなる入力部1006、処理操作画面や処理結果の画像を表示デバイスに出力する出力部1007、プログラムや各種データを格納するハードディスクドライブなどよりなる記憶部1008、LAN(Local Area Network)アダプタなどよりなり、インターネットに代表されるネットワークを介した通信処理を実行する通信部1009が接続されている。また、磁気ディスク(フレキシブルディスクを含む)、光ディスク(CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)を含む)、光磁気ディスク(MD(Mini Disc)を含む)、もしくは半導体メモリなどのリムーバブル記憶媒体1011に対してデータを読み書きするドライブ1010が接続されている。The input/output interface 1005 is connected to an input unit 1006 consisting of input devices such as a keyboard and mouse for the user to input operation commands, an output unit 1007 for outputting images of the processing operation screen and processing results to a display device, a storage unit 1008 consisting of a hard disk drive for storing programs and various data, and a communication unit 1009 consisting of a LAN (Local Area Network) adapter for performing communication processing via a network such as the Internet. A drive 1010 is also connected to a removable storage medium 1011, such as a magnetic disk (including a flexible disk), an optical disk (including a CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory) and a DVD (Digital Versatile Disc)), a magneto-optical disk (including an MD (Mini Disc)), or a semiconductor memory, for reading and writing data.
CPU1001は、ROM1002に記憶されているプログラム、または磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体1011ら読み出されて記憶部1008にインストールされ、記憶部1008からRAM1003にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM1003にはまた、CPU1001が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。The CPU 1001 executes various processes according to the program loaded from the ROM 1002, or from a removable storage medium 1011 such as a magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and installed in the storage unit 1008. The RAM 1003 also appropriately stores data necessary for the CPU 1001 to execute various processes.
以上のように構成されるコンピュータでは、CPU1001が、例えば、記憶部1008に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース1005及びバス1004を介して、RAM1003にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。In a computer configured as described above, the CPU 1001 loads, for example, a program stored in the memory unit 1008 into the RAM 1003 via the input/output interface 1005 and the bus 1004, and executes it, thereby performing the series of processes described above.
コンピュータ(CPU1001)が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブル記憶媒体1011に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。The program executed by the computer (CPU 1001) can be provided by recording it on a removable storage medium 1011, such as a packaged media. The program can also be provided via wired or wireless transmission media, such as a local area network, the internet, or digital satellite broadcasting.
コンピュータでは、プログラムは、リムーバブル記憶媒体1011をドライブ1010に装着することにより、入出力インタフェース1005を介して、記憶部1008にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部1009で受信し、記憶部1008にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM1002や記憶部1008に、あらかじめインストールしておくことができる。In a computer, a program can be installed in the storage unit 1008 via the input/output interface 1005 by inserting the removable storage medium 1011 into the drive 1010. Alternatively, the program can be received by the communication unit 1009 via a wired or wireless transmission medium and installed in the storage unit 1008. Furthermore, the program can be pre-installed in the ROM 1002 or the storage unit 1008.
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。Furthermore, the programs executed by the computer may be programs that are processed chronologically in the order described herein, or they may be programs that are processed in parallel or at necessary times, such as when a call is made.
尚、図19におけるCPU1001が、図4の再構成部113、および出力部114、図9の再構成部213、および出力部214、並びに図14の再構成部313、および出力部314の機能を実現させる。Furthermore, the CPU 1001 in Figure 19 implements the functions of the reconstruction unit 113 and output unit 114 in Figure 4, the reconstruction unit 213 and output unit 214 in Figure 9, and the reconstruction unit 313 and output unit 314 in Figure 14.
また、本明細書において、システムとは、複数の構成要素(装置、モジュール(部品)等)の集合を意味し、すべての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、及び、1つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている1つの装置は、いずれも、システムである。Furthermore, in this specification, a system means a collection of multiple components (devices, modules (parts), etc.), regardless of whether all components are located in the same enclosure or not. Therefore, multiple devices housed in separate enclosures and connected via a network, and a single device in which multiple modules are housed in one enclosure, are both considered systems.
なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。Furthermore, the embodiments described herein are not limited to those described above, and various modifications are possible without departing from the spirit of this disclosure.
例えば、本開示は、1つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。For example, this disclosure can take the form of cloud computing, where a single function is shared and processed collaboratively by multiple devices via a network.
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。Furthermore, each step described in the flowchart above can be performed by a single device, or it can be divided and performed by multiple devices.
さらに、1つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その1つのステップに含まれる複数の処理は、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。Furthermore, if a single step includes multiple processes, those processes can be executed by a single device or shared among multiple devices.
尚、本開示は、以下のような構成も取ることができる。Furthermore, this disclosure can also be structured as follows:
<1> 入射光を複数の成分毎に透過させる複数の透過領域が所定のパターンで形成され、前記入射光に前記複数の成分のそれぞれに変調を掛けて透過させるマスクと、
前記マスクを透過した光からなる透過画像を撮像する撮像素子と、
前記透過画像に基づいて、前記入射光に対応する画像を再構成する再構成部と
を備える撮像装置。
<2> 前記複数の透過領域は、疑似ランダムパターンで形成される
<1>に記載の撮像装置。
<3> 前記複数の透過領域は、それぞれの透過率が等しく形成される
<1>または<2>に記載の撮像装置。
<4> 前記複数の透過領域は、複数の方向の偏光成分を透過させる直線偏光フィルタより形成される
<1>乃至<3>のいずれかに記載の撮像装置。
<5> 前記複数の透過領域は、2方向の偏光成分を透過させる直線偏光フィルタより形成される
<4>に記載の撮像装置。
<6> 前記複数の透過領域は、垂直方向の偏光成分を透過させる直線偏光フィルタ、および水平方向の偏光成分を透過させる水平偏光フィルタより形成される
<5>に記載の撮像装置。
<7> 前記再構成部は、前記垂直方向の偏光成分よりなる垂直偏光成分画像、および前記水平方向の偏光成分よりなる水平偏光成分画像を再構成する
<6>に記載の撮像装置。
<8> 前記垂直偏光成分画像、および前記水平偏光成分画像が合成されて出力される
<7>に記載の撮像装置。
<9> 前記複数の透過領域は、3方向の偏光成分を透過させる直線偏光フィルタより形成される
<4>に記載の撮像装置。
<10> 前記複数の透過領域は、垂直方向の偏光成分を透過させる直線偏光フィルタ、水平方向の偏光成分を透過させる水平偏光フィルタ、および45度方向の偏光成分を透過させる45度偏光フィルタより形成される
<9>に記載の撮像装置。
<11> 前記再構成部は、光強度と直線偏光度とが合成された画像、および偏光角度からなる画像を再構成する
<10>に記載の撮像装置。
<12> 再構成された、前記光強度と前記直線偏光度とが合成された画像、および前記偏光角度からなる画像が合成されて出力される
<11>に記載の撮像装置。
<13> 前記複数の透過領域は、複数の方向の偏光成分を透過させる直線偏光フィルタと、ND(Neutral Density)フィルタより形成される
<1>乃至<3>のいずれかに記載の撮像装置。
<14> 前記複数の透過領域は、2方向の偏光成分を透過させる直線偏光フィルタと、前記NDフィルタより形成される
<13>に記載の撮像装置。
<15> 前記複数の透過領域は、複数の波長成分を透過させる波長フィルタより形成される
<1>乃至<3>のいずれかに記載の撮像装置。
<16> 前記複数の透過領域は、2種類または3種類の波長成分を透過させる前記波長フィルタより形成される
<15>に記載の撮像装置。
<17> 前記複数の透過領域は、青色の波長成分を透過させる青色フィルタ、赤色の波長成分を透過させる赤色フィルタ、および緑色の波長成分を透過させる緑色フィルタのうちの前記2種類または3種類の波長成分を透過させる前記波長フィルタより形成される
<16>に記載の撮像装置。
<18> 前記再構成部は、前記複数の透過領域を形成する前記2種類または3種類の波長成分の画像を再構成する
<17>に記載の撮像装置。
<19> 再構成された前記2種類または3種類の波長成分の画像が合成されて出力される
<18>に記載の撮像装置。
<20> 入射光を成分毎に透過させる複数の透過領域が所定のパターンで形成されたマスクと、
撮像素子と、
再構成部とを備えた撮像装置の作動方法において、
前記マスクが、前記入射光の成分のそれぞれに変調を掛けて変調光として透過させ、
前記撮像素子が、前記マスクを透過した光からなる透過画像を撮像し、
前記再構成部が、前記透過画像に基づいて、前記入射光に対応する画像を再構成する
ステップを含む撮像装置の作動方法。
<1> A mask is formed in a predetermined pattern in which multiple transmission regions are transmitted for each of the multiple components of the incident light, and the incident light is transmitted with each of the multiple components modulated.
An image sensor that captures a transmitted image consisting of light that has passed through the mask,
An imaging apparatus comprising: a reconstruction unit that reconstructs an image corresponding to the incident light based on the transmitted image.
<2> The imaging apparatus described in <1> wherein the plurality of transmission regions are formed in a pseudo-random pattern.
<3> The imaging apparatus according to <1> or <2> wherein the plurality of transmission regions are formed with equal transmittance.
<4> The imaging apparatus according to any one of <1> to <3>, wherein the plurality of transmission regions are formed from a linear polarization filter that transmits polarization components in multiple directions.
<5> The imaging apparatus described in <4> wherein the plurality of transmission regions are formed from a linear polarization filter that transmits polarization components in two directions.
<6> The imaging apparatus according to <5>, wherein the plurality of transmission regions are formed from a linear polarizing filter that transmits vertical polarization components and a horizontal polarizing filter that transmits horizontal polarization components.
<7> The imaging apparatus according to <6>, wherein the reconstruction unit reconstructs a vertical polarization component image consisting of the vertical polarization component and a horizontal polarization component image consisting of the horizontal polarization component.
<8> The imaging device described in <7>, wherein the vertical polarization component image and the horizontal polarization component image are combined and output.
<9> The imaging apparatus described in <4> wherein the plurality of transmission regions are formed from a linear polarization filter that transmits polarization components in three directions.
<10> The imaging apparatus according to <9>, wherein the plurality of transmission regions are formed from a linear polarizing filter that transmits a vertical polarization component, a horizontal polarizing filter that transmits a horizontal polarization component, and a 45-degree polarizing filter that transmits a 45-degree polarization component.
<11> The imaging apparatus according to <10>, wherein the reconstruction unit reconstructs an image consisting of a composite image of light intensity and linear polarization degree, and a polarization angle.
<12> The imaging apparatus described in <11>, which outputs a reconstructed image obtained by combining the light intensity and the degree of linear polarization, and an image obtained by combining the polarization angle.
<13> The imaging apparatus according to any one of <1> to <3>, wherein the plurality of transmission regions are formed by a linear polarization filter that transmits polarization components in multiple directions and an ND (Neutral Density) filter.
<14> The imaging apparatus described in <13>, wherein the plurality of transmission regions are formed by a linear polarization filter that transmits polarization components in two directions and the ND filter.
<15> The imaging apparatus according to any one of <1> to <3>, wherein the plurality of transmission regions are formed from wavelength filters that transmit a plurality of wavelength components.
<16> The imaging apparatus according to <15>, wherein the plurality of transmission regions are formed by the wavelength filter that transmits two or three types of wavelength components.
<17> The imaging apparatus according to <16>, wherein the plurality of transmission regions are formed from wavelength filters that transmit two or three types of wavelength components from among a blue filter that transmits blue wavelength components, a red filter that transmits red wavelength components, and a green filter that transmits green wavelength components.
<18> The imaging apparatus according to <17>, wherein the reconstruction unit reconstructs images of the two or three wavelength components that form the plurality of transmission regions.
<19> The imaging apparatus described in <18>, wherein the reconstructed images of the two or three wavelength components are synthesized and output.
<20> A mask in which multiple transmission regions that transmit incident light component by component are formed in a predetermined pattern,
Image sensor and
In a method for operating an imaging device equipped with a reconstruction unit,
The mask modulates each component of the incident light and transmits it as modulated light.
The image sensor captures a transmitted image consisting of light that has passed through the mask.
A method for operating an imaging device, comprising the step of the reconstruction unit reconstructing an image corresponding to the incident light based on the transmitted image.
101 撮像装置, 111 マスク, 111h 水平偏光フィルタ, 111v 垂直偏光フィルタ, 112 撮像素子, 113 再構成部, 114 出力部, 201 撮像装置, 211 マスク, 211h 水平偏光フィルタ, 211v 垂直偏光フィルタ, 211s 45度偏光フィルタ, 212 撮像素子, 213 再構成部, 214 出力部, 221 マスク, 222 光学素子, 223 イメージセンサ, 251 マスク, 251h 水平偏光フィルタ, 251v 垂直偏光フィルタ, 251n NDフィルタ, 301 撮像装置, 311 マスク, 311b 青色フィルタ, 311r 赤色フィルタ, 312 撮像素子, 313 再構成部, 314 出力部 101 Imaging device, 111 Mask, 111h Horizontal polarizing filter, 111v Vertical polarizing filter, 112 Image sensor, 113 Reconstruction unit, 114 Output unit, 201 Imaging device, 211 Mask, 211h Horizontal polarizing filter, 211v Vertical polarizing filter, 211s 45-degree polarizing filter, 212 Image sensor, 213 Reconstruction unit, 214 Output unit, 221 Mask, 222 Optical element, 223 Image sensor, 251 Mask, 251h Horizontal polarizing filter, 251v Vertical polarizing filter, 251n ND filter, 301 Imaging device, 311 Mask, 311b Blue filter, 311r Red filter, 312 Image sensor, 313 Reconstruction unit, 314 Output unit
Claims (12)
前記マスクを透過した光からなる透過画像を撮像する撮像素子と、
前記透過画像に基づいて、前記入射光に対応する光強度と直線偏光度とが合成された画像、および偏光角度からなる画像を再構成する再構成部とを備え、
前記複数の透過領域は、垂直方向の偏光成分を透過させる直線偏光フィルタ、水平方向の偏光成分を透過させる水平偏光フィルタ、および45度方向の偏光成分を透過させる45度偏光フィルタより形成される
撮像装置。 A linear polarization filter that transmits incident light for each of the three polarization components is formed, and multiple transmission regions are formed in a predetermined pattern, and a mask that modulates each of the three polarization components of the incident light and transmits it,
An image sensor that captures a transmitted image consisting of light that has passed through the mask,
The system includes a reconstruction unit that reconstructs an image consisting of a composite image of the light intensity and linear polarization degree corresponding to the incident light, and an image consisting of the polarization angle, based on the transmitted image.
The aforementioned plurality of transmission regions are formed from a linear polarizing filter that transmits the polarization component in the vertical direction, a horizontal polarizing filter that transmits the polarization component in the horizontal direction, and a 45-degree polarizing filter that transmits the polarization component in the 45-degree direction.
Imaging device.
請求項1に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1, wherein the plurality of transmission regions are formed in a pseudo-random pattern.
請求項1に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1, wherein the plurality of transmission regions are formed with equal transmittance.
請求項1に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1 , wherein a reconstructed image consisting of the light intensity and the linear polarization degree, and an image consisting of the polarization angle are combined and output.
請求項1に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1, wherein the plurality of transmission regions are formed from a linear polarization filter that transmits polarization components in multiple directions and an ND (Neutral Density) filter.
請求項5に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 5 , wherein the plurality of transmission regions are formed from a linear polarization filter that transmits polarization components in two directions and the ND filter.
請求項1に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1, wherein the plurality of transmission regions are formed from wavelength filters that transmit a plurality of wavelength components.
請求項7に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 7 , wherein the plurality of transmission regions are formed from the wavelength filter that transmits two or three types of wavelength components.
請求項8に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 8, wherein the plurality of transmission regions are formed from wavelength filters that transmit two or three types of wavelength components from among a blue filter that transmits blue wavelength components, a red filter that transmits red wavelength components, and a green filter that transmits green wavelength components.
請求項9に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 9 , wherein the reconstruction unit reconstructs images of the two or three wavelength components that form the plurality of transmission regions.
請求項10に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 10 , wherein the reconstructed images of the two or three wavelength components are synthesized and output.
撮像素子と、
再構成部とを備え、
前記複数の透過領域が、垂直方向の偏光成分を透過させる直線偏光フィルタ、水平方向の偏光成分を透過させる水平偏光フィルタ、および45度方向の偏光成分を透過させる45度偏光フィルタより形成される撮像装置の作動方法において、
前記マスクが、前記入射光の前記3方向の偏向成分のそれぞれに変調を掛けて透過させることと、
前記撮像素子が、前記マスクを透過した光からなる透過画像を撮像することと、
前記再構成部が、前記透過画像に基づいて、前記入射光に対応する光強度と直線偏光度とが合成された画像、および偏光角度からなる画像を再構成することと
を含む撮像装置の作動方法。 A mask formed by a linear polarization filter that transmits incident light for each of the three polarization components, with multiple transmission regions formed in a predetermined pattern,
Image sensor and
It comprises a reconstruction unit ,
In a method for operating an imaging device in which the plurality of transmission regions are formed by a linear polarization filter that transmits a vertical polarization component, a horizontal polarization filter that transmits a horizontal polarization component, and a 45-degree polarization filter that transmits a 45-degree polarization component ,
The mask modulates and transmits each of the three deflection components of the incident light,
The image sensor captures a transmitted image consisting of light that has passed through the mask,
The reconstruction unit reconstructs an image based on the transmitted image, consisting of an image obtained by combining the light intensity and linear polarization degree corresponding to the incident light, and an image consisting of the polarization angle.
A method for operating an imaging device, including the device itself.
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