符号化光学素子の学習ベース最適設計によるタスク特化レンズレスイメージングの実現

通过基于学习的编码光学元件优化设计实现特定任务的无透镜成像

基本信息

批准号：
22KJ0424
负责人：
蛭子綾花
金额：
$ 1.6万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0424/
关键词：
奥行き計測偏光

项目摘要

カメラの小型化，薄型化を可能とする技術として，光学素子の符号化と計算機による復号により従来のレンズなしに撮像を可能とするレンズレスイメージング技術が注目を集めている．特にカメラの小型化が求められる生体内部計測では，体内の形状計測や病変の検知などの特定のタスクを行うことが多いが，そのような特定のタスクに特化した光学素子の符号化方法は明らかではない．そこで，本研究では，奥行き計測や材質分布の可視化などのタスクに特化したレンズレスイメージング技術の実現を目的とし，タスク特化型光学素子の設計と推定モデルの全体最適化を行う．初年度は基礎技術の確立として奥行き計測に取り組み，次年度以降は生体の材質分布可視化として肌の水分量や皮脂量の可視化に取り組む．それぞれのタスク特化型光学素子を微細加工機器により作製し，レンズレスでタスクの実行が可能かを評価実験で検証する．本年度は，奥行き計測タスクを達成する撮像システムの構築に注力した．本研究では，奥行きを計測する手法として間接Time-of-Flight(ToF)法を採用し，間接ToF法における位相差の計測を行うためのタスク特化型光学素子として電気的に偏光変調可能な光学フィルタ(以下，偏光変調器)を作製した．そして，この偏光変調器と偏光素子の組み合わせによりMHz帯で切り替わる高速な光シャッターを構築することで，光学的に位相差の計算を可能にする手法を提案した．微細加工装置を用いて作製した偏光変調器の特性を明らかにするための基礎評価として，インピーダンスの周波数特性や駆動周波数による偏光変調度の変化を調べた．基本共振周波数で偏光変調器の駆動が可能であることと，偏光変調による相関演算によって光源の強度変調信号と変調器の駆動信号の位相差が輝度として観測されることを1画素の撮像素子によって確認した．

无镜头成像技术通过对光学元件进行编码并通过计算机进行解码，无需传统镜头即可成像，作为一种使相机变得更小、更薄的技术正在引起人们的关注。特别是在需要相机小型化的生物体内部测量中，经常执行诸如内部形状测量和病变检测等特定任务，但专门用于此类特定任务的光学元件的编码方法尚不清楚。因此，在本研究中，我们的目标是实现专门用于深度测量和材料分布可视化等任务的无透镜成像技术，并设计特定任务的光学元件和估计模型的整体优化。第一年，我们将致力于深度测量，以建立基础技术，从明年开始，我们将致力于将皮肤中的水和皮脂量可视化，作为可视化生物体物质分布的一种手段。我们将使用微加工设备制造每个特定任务的光学元件，并进行评估实验以验证是否可以在没有镜头的情况下执行该任务。今年，我们专注于构建一个完成深度测量任务的成像系统。在本研究中，我们采用间接飞行时间（ToF）方法作为测量深度的方法，并使用一种可以电调制偏振的任务专用光学元件来测量间接ToF方法中的相位差。制作滤光片(以下称为偏振调制器)。然后，我们提出了一种通过组合该偏振调制器和偏振元件构建在 MHz 频带内切换的高速光学快门来实现光学相位差计算的方法。作为阐明使用微细加工设备制造的偏振调制器特性的基本评估，我们研究了阻抗的频率特性以及偏振调制程度随驱动频率的变化。证实了可以在基本谐振频率下驱动偏振调制器，并且可以通过使用单个偏振调制的相关计算来观察光源的强度调制信号和调制器的驱动信号之间的相位差作为亮度。像素图像传感器已确认。