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公開番号2025023713
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-17
出願番号2023128090
出願日2023-08-04
発明の名称インコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置および撮像装置
出願人日本放送協会
代理人個人,個人
主分類G03H 1/06 20060101AFI20250207BHJP(写真;映画;光波以外の波を使用する類似技術;電子写真;ホログラフイ)
要約【課題】高精度、かつ高効率で、ディジタルホログラムから、被写界深度拡張画像およびデプスマップを得ることができるインコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置および撮像装置を提供する。
【解決手段】インコヒーレントディジタルホログラフィーを撮影する光学系を構成するレンズおよび球面位相付与素子を含む光学素子各々の焦点距離、ならびに該光学素子各々の配置間隔に基づき、被写体が存在し得ない再生距離の被写体不存在変域を求める被写体不存在変域決定手段34を備え、再生距離/輝度値抽出手段32における、鮮鋭度が最も高い値とされる局所領域を有する該再生像の探索処理から、前記被写体不存在変域決定手段34により求められた被写体不存在変域の再生像の探索処理を予め排除しておくように構成されている。
【選択図】図2A

特許請求の範囲【請求項１】
被写体を光の自己干渉を利用して撮影してなるインコヒーレントディジタルホログラム情報を入力され、入力された該インコヒーレントディジタルホログラム情報に対して、
再生距離を変更しながら伝搬計算を逐次適用し、該再生距離が異なる複数の再生像からなる再生像群を得る再生像群取得手段と、
得られた該再生像群の該再生像の各々における、互いに対応する任意の画素位置に注目し、その画素位置を中心とした所定の局所領域内の鮮鋭度を評価し、該再生像群の該再生像のうち該鮮鋭度が最も高い値とされた局所領域が得られた所定の該再生像の前記再生距離と、該鮮鋭度が最も高い値とされた局所領域に係る画素位置での輝度値とを抽出する再生距離／輝度値抽出手段と、
前記再生像の、画像領域に含まれる複数の画素位置の各々について、該再生距離／輝度値抽出手段により抽出された前記再生距離と前記輝度値に基づいて被写界深度拡張画像および該再生距離のデプスマップを取得する被写界深度拡張画像／デプスマップ取得手段と、
インコヒーレントディジタルホログラムを撮影する光学系を構成するレンズおよび球面位相付与素子を含む光学素子各々の焦点距離、および該光学素子各々の配置間隔に基づき、被写体が存在し得ない前記再生距離の被写体不存在変域を求める被写体不存在変域決定手段と、を備え、
前記再生距離／輝度値抽出手段における、前記鮮鋭度が最も高い値とされる局所領域に係る該再生像を探索する所定の該再生像の探索処理から、前記被写体不存在変域決定手段により求められた前記被写体不存在変域の該再生像の探索処理を予め排除しておくように構成されていることを特徴とするインコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記再生像の、画像領域に含まれる複数の画素が、該再生像を構成するすべての画素であることを特徴とする請求項１に記載のインコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置。
【請求項３】
前記インコヒーレントディジタルホログラムを撮影する光学系を構成するレンズおよび球面位相付与素子を含む光学素子各々の焦点距離および開口径、波長フィルタの中心波長と波長幅、撮像素子の画素ピッチのパラメータおよび該光学素子各々の配置位置の各情報に基づいて奥行き分解能を求める奥行き分解能算出手段を備え、
前記再生像群取得手段において、該再生距離が異なる複数の再生像を得る際の各該再生像までの伝搬距離の刻み幅を、該奥行き分解能算出手段により求められた奥行き分解能の値が低い領域ほど、長くなるように設定する伝搬距離刻み幅設定手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のインコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置。
【請求項４】
前記再生像の、画像領域に含まれる複数の画素が、該再生像を構成するすべての画素であることを特徴とする請求項３に記載のインコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載のインコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置と、前記インコヒーレントディジタルホログラムを撮影する光学系および撮像素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
前記インコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置は、前記光学系を構成するレンズおよび球面位相付与素子を含む光学素子各々の焦点距離および開口径、波長フィルタの中心波長と波長幅、撮像素子の画素ピッチのパラメータおよび該光学素子各々の配置位置の各情報に基づいて決定された奥行き分解能の値に応じ、奥行き分解能の値が低い領域ほど、伝搬距離の刻み幅の間隔が長くなるように設定する伝搬距離刻み幅設定手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
請求項１～４のうちいずれかのインコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置と、該インコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置に入力される被写体の３次元像情報を光の自己干渉を利用して撮影する光学系および撮像素子と、該インコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置により信号情報処理を施された該被写体の３次元像情報を入力されて、該被写体の３次元再生像を表示するホログラム表示装置と、を備えたことを特徴とする撮像装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はディジタルホログラフィー、特に、インコヒーレントディジタルホログラフィーの信号処理を行うインコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置およびそれを備えた撮像装置に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
インコヒーレントディジタルホログラフィーは、レーザー光を必要とせず、太陽光やLED、蛍光などのインコヒーレントな光でホログラムを撮影できる技術である（非特許文献１を参照）。本技術を用いて、蛍光の３次元顕微鏡や、太陽光下での３次元カメラ、放射温度分布の３次元測定器など、従来型のレーザー光を使用するディジタルホログラフィーでは実現できなかった機器を構築することができる（非特許文献１を参照）。
【０００３】
インコヒーレントディジタルホログラフィーでは、被写体からの反射光を、インコヒーレント光の自己干渉を応用してホログラムに変換し、これをディジタルホログラムとして撮像素子で撮影する。信号処理部で、撮影したディジタルホログラムに対して、任意の距離を伝搬させるフレネル伝搬や角スペクトルの計算を適用することで、被写体の２次元の再生像が得られる。伝搬させる距離（伝搬距離）を連続的に変化させて得た再生像群（リフォーカス画像群）に基づいて、被写体の３次元情報を再構成することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
Joseph Rosen、Simon Alford、Vijayakumar Anand、Jonathan Art、Petr Bouchal、Zdenek Bouchal、Munkh-Uchral Erdenebat、Lingling Huang、Ayumi Ishii、Saulius Juodkazis、Nam Kim、Peter Kner、Takako Koujin、Yuichi Kozawa、Dong Liang、Jun Liu、Christopher Mann、Abhijit Marar、Atsushi Matsuda、Teruyoshi Nobukawa、Takanori Nomura、Ryutaro Oi、Mariana Potcoava、Tatsuki Tahara、Bang L. Thanh、and Hongqiang Zhou、「Roadmap on Recent Progress in FINCH Technology」、Journal of Imaging、(2021)、vol． 7、197．
Conor P. McElhinney、Bryan M. Hennelly、and Thomas J. Naughton, 、「Extended focused imaging for digital holograms of macroscopic three-dimensional objects」、Applied Optics、(2008)、vol．47、pp.D71-D79．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のようにディジタルホログラムには、被写体の３次元情報が含まれている。しかしながら、被写体の３次元情報は、複雑な２次元の位相分布として反映されているため、ディジタルホログラムから直接、被写体の奥行き距離情報を定量的に得ることができない。
【０００６】
通常、ディジタルホログラムから被写体の奥行き距離情報を取得するためには、伝搬距離を等間隔に変化させて再構成したリフォーカス画像群から、鮮鋭度の最も高い再生像を同定し、その再生像が得られる際の伝搬距離を、被写体の奥行き距離とみなす（非特許文献２を参照）。
しかしながら、この手法では、被写体が存在し得ない領域範囲についても伝搬距離を変化させて伝搬計算を行うことになるため、計算負荷が大きく、多大な計算時間を要してしまう。
【０００７】
本発明は、高精度かつ高効率に、ディジタルホログラムから、被写界深度拡張画像およびデプスマップを得ることができるインコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置および撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１のインコヒーレントディジタルホログラム信号処理装置は、
被写体を光の自己干渉を利用して撮影してなるインコヒーレントディジタルホログラム情報を入力され、入力された該インコヒーレントディジタルホログラム情報に対して、
再生距離を変更しながら伝搬計算を逐次適用し、該再生距離が異なる複数の再生像からなる再生像群を得る再生像群取得手段と、
得られた該再生像群の該再生像の各々における、互いに対応する任意の画素位置に注目し、その画素位置を中心とした所定の局所領域内の鮮鋭度を評価し、該再生像群の該再生像のうち該鮮鋭度が最も高い値とされた局所領域が得られた所定の該再生像の前記再生距離と、該鮮鋭度が最も高い値とされた局所領域に係る画素位置での輝度値とを抽出する再生距離／輝度値抽出手段と、
前記再生像の、画像領域に含まれる複数の画素位置の各々について、該再生距離／輝度値抽出手段により抽出された前記再生距離と前記輝度値に基づいて被写界深度拡張画像および該再生距離のデプスマップを取得する被写界深度拡張画像／デプスマップ取得手段と、
インコヒーレントディジタルホログラムを撮影する光学系を構成するレンズおよび球面位相付与素子を含む光学素子各々の焦点距離、および該光学素子各々の配置間隔に基づき、被写体が存在し得ない前記再生距離の被写体不存在変域を求める被写体不存在変域決定手段と、を備え、
前記再生距離／輝度値抽出手段における、前記鮮鋭度が最も高い値とされる局所領域に係る該再生像を探索する所定の該再生像の探索処理から、前記被写体不存在変域決定手段により求められた前記被写体不存在変域の該再生像の探索処理を予め排除しておくように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、前記再生像の、画像領域に含まれる複数の画素が、該再生像を構成するすべての画素であることが好ましい。
【００１０】
また、上記「その画素位置を中心とした所定の局所領域」とは、その画素位置を中心として含み、その画素の周囲を囲むように各画素を配置して、例えば、計９画素からなる領域全体を称する。勿論、計９画素からなる領域のさらに周囲を囲むように各画素を配置して、例えば、計２５画素からなる領域としてもよい。また、各画素（１画素）により、上記「その画素位置を中心とした所定の局所領域」を構成することを排除するものではない。また、局所領域の形状としても、矩形に限られるものではなく、円径や楕円形等の他の形状も適用することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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