重複型複眼光学系を用いた全方位・全焦点ギガピクセルカメラの開発

使用重叠复眼光学系统开发全向/全焦点十亿像素相机

基本信息

批准号：
13J05993
负责人：
中村友哉
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，重複像眼複眼光学系と画像再構成処理の融合に基づく全方位・全焦点カメラの開発を行った．イメージングシステムの視野及び被写界深度は収差により制限されるため，一般的に一台のカメラの一度の露光では三次元空間の限られた領域しか鮮明に撮像できない．視野及び被写界深度を全方位・全焦点に拡大できれば，広い三次元空間の高速かつ鮮明な撮像が可能となり，セキュリティや科学計測等に役立つ．重複像眼複眼光学系を球面構成することで，収差特性が物体の三次元位置に対して近似的に不変となる．このような状況下で得られる画像は，単一のフィルタを用いたデコンボリューションによる収差除去が可能である．この原理に基づく全方位・全焦点イメージングを，シミュレーション及び光学実験で原理実証した．また，撮像系だけでなく投影系においても同様の原理を適用できることを確認した．重複像眼複眼光学系は収差特性制御のために有用であるが，特殊な光学素子の正確な配置が必要となるため，実装コストが大きくなる．より簡便な実装を実現するために，重複像眼複眼光学系による位相変調作用を一般的なレンズアレイと信号処理の組み合わせに置き換える手法を提案した．提案手法に関して，光学実験による原理実証を行った．提案手法は，実装が簡便で，かつ機能/性能を計算機上で柔軟に切り替えられる変調イメージングシステムの実現に役立つ．また，提案するカメラを散乱体を用いてより小型に実装する手法を提案した．この提案手法について，FDTD法に基づくシミュレーションにより原理確認を行った．光学実験による実証が今後の課題である．

在这项研究中，我们开发了一种基于双像复眼光学系统和图像重建处理融合的全向全焦相机。由于成像系统的视场和景深受到像差的限制，通常单台相机的单次曝光只能清晰地成像三维空间中的有限区域。如果视场和景深能够扩展到各个方向和所有焦点，就可以高速、清晰地捕捉广阔的三维空间，这将有助于安全、科学测量等。通过将重叠像眼复眼光学系统配置为球面，像差特性相对于物体的三维位置变得大致不变。通过使用单个滤波器进行反卷积，可以消除在这种条件下获得的图像中的像差。我们通过仿真和光学实验演示了基于该原理的全向/全焦点成像原理。我们还证实，同样的原理不仅可以应用于成像系统，也可以应用于投影系统。尽管重叠图像复眼光学系统对于控制像差特性很有用，但它需要精确放置特殊光学元件，这增加了实施成本。为了实现更简单的实现，我们提出了一种用通用透镜阵列和信号处理相结合来代替重叠图像复眼光学系统的相位调制效应的方法。我们使用光学实验演示了所提出方法的原理。所提出的方法对于实现易于实现并且其功能/性能可以在计算机上灵活切换的调制成像系统是有用的。我们还提出了一种使用散射体更紧凑地实现所提出的相机的方法。我们通过基于FDTD方法的仿真验证了该方法的原理。未来的挑战是通过光学实验证明这一点。

项目成果

期刊论文数量（0）

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专利数量（0）

Computational image projection with extended depth-of-field and field-of-view: concept and implementations

具有扩展景深和视场的计算图像投影：概念和实现

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
T. Nakamura;R. Horisaki;and J. Tanida
通讯作者：
and J. Tanida

Extended depth-of-field and field-of-view projection using computational superposition imaging

使用计算叠加成像扩展景深和视场投影

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
T. Nakamura;R. Horisaki;and J. Tanida
通讯作者：
and J. Tanida

Compact wide-field-of-view imager with a designed disordered medium

DOI：
10.1007/s10043-015-0060-2
发表时间：
2015-02
期刊：
Optical Review
影响因子：
1.2
作者：
Tomoya Nakamura;R. Horisaki;J. Tanida
通讯作者：
Tomoya Nakamura;R. Horisaki;J. Tanida

プロジェクションにおける視野・被写界深度の拡大

投影时视野和景深的扩展

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
中村友哉;堀﨑遼一;谷田純
通讯作者：
谷田純

重畳とデコンボリューションに基づく任意三次元面への鮮明な投影

基于叠加和反卷积到任意 3D 表面的清晰投影

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
中村友哉;堀﨑遼一;谷田純
通讯作者：
谷田純

DOI：
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