ライトフィールド顕微鏡の高解像度化技術の検証と最適化

従来ライトフィールド技術は二重の意味において分解能の低下が生じていた。まず一つ目はレンズアレイを介してImage sensorに投影される像の倍率低下に起因した画素サイズが物界中で増大してしまうこと、小さな開口のレンズを通すことによって開口制限を受けることで低下する分解能。前者はナイキストリミットによる制限となり、後者は回折による制限となる。基本的に回折による制限を超えることは難しい。今回の研究では前者のナイキストリミットによる制限を緩和する方法を二つ提案した。一つは画素ずらしと呼ばれる像界側で画素を分割するようにずらし、最後にずらした後の像を合成することにより、実効的に画素サイズを小さくする方法。もう一点は、従来のライトフィールドアルゴリズムはレンズアレイ１つにつき１ピクセルという制限を持ったアルゴリズムであったが、同一光線を一つにまとめるアルゴリズムを提案することにより、利用可能な画素を劇的に向上することで改善を図った。これにより、従来に対して最大で8～9倍程度の解像度向上が実現したことにより、ナイキストリミットによる分解能制限を緩和した。計画としては画素ずらしによる分解能向上を目指していたものの、画素ずらしによる分解能向上では１枚の画像を生成するために複数枚の画像を利用するため、空間分解能に対して時間分解能の制約を別途設けることとなってしまうため、ライトフィールドの高速能を犠牲にせずに解像度を向上する技術を構築した。

従来ライトフィールド技術は二重の意味において分解能の低下が生じていた。まず一つ目はレンズアレイを介してImage sensorに投影される像の倍率低下に起因した画素サイズが物界中で増大してしまうこと、小さな開口のレンズを通すことによって開口制限を受けることで低下する分解能。前者はナイキストリミットによる制限となり、後者は回折による制限となる。基本的に回折による制限を超えることは難しい。今回の研究では前者のナイキストリミットによる制限を緩和する方法を二つ提案した。一つは画素ずらしと呼ばれる像界側で画素を分割するようにずらし、最後にずらした後の像を合成することにより、実効的に画素サイズを小さくする方法。もう一点は、従来のライトフィールドアルゴリズムはレンズアレイ１つにつき１ピクセルという制限を持ったアルゴリズムであったが、同一光線を一つにまとめるアルゴリズムを提案することにより、利用可能な画素を劇的に向上することで改善を図った。これにより、従来に対して最大で8～9倍程度の解像度向上が実現したことにより、ナイキストリミットによる分解能制限を緩和した。計画としては画素ずらしによる分解能向上を目指していたものの、画素ずらしによる分解能向上では１枚の画像を生成するために複数枚の画像を利用するため、空間分解能に対して時間分解能の制約を別途設けることとなってしまうため、ライトフィールドの高速能を犠牲にせずに解像度を向上する技術を構築した。