ランダムフォトニック結晶によるアライメントフリーな分光偏光同時撮像法の創出

本研究では，ランダム構造を持つフォトニック結晶フィルタを開発し，モノクロイメージャに位置合わせをせずに搭載するだけで，単一カメラかつ単一露光撮影で分光・偏光・RGB画像を撮影できるイメージング方法を目指している．本年度は，フィルタパターンの最適化を中心に行った．グラフ信号処理の活用によりパターンの複雑度を評価可能であることが確認され，さらに，教師画像を必要としないパターン設計手法を開発した．この手法は画像の自己相関性を近似行列で表現することで平均二乗誤差の最小値を推定するものであり，フィルタアレイパターンと撮影画像データさえあれば特定のフィルタの精度を評価できるため，遺伝的アルゴリズムによる発見的アプローチによってフィルタアレイパターンの最適化が行えるものである．実験の結果，経験的なパターンと比較して最適化されたフィルタアレイパターンは復元画像の精度を向上できることが確認された．実機製造に関しては，自己クローニング法を使用せずに不完全な波状多層膜であってもイメージングが可能であることが確認され，製造工程の簡略化と低コスト化の可能性が確認された．当初の予定通り，次年度以降にセンサへの実装と透過特性評価を行い，分光偏光同時撮影の実機検証を進める予定である．また，深層学習によるデモザイク方法も検証し，画質の改善が確認された．次年度以降に，パターン設計およびデモザイク手法のそれぞれについて論文投稿を行う予定である．

本研究では，ランダム構造を持つフォトニック結晶フィルタを開発し，モノクロイメージャに位置合わせをせずに搭載するだけで，単一カメラかつ単一露光撮影で分光・偏光・RGB画像を撮影できるイメージング方法を目指している．本年度は，フィルタパターンの最適化を中心に行った．グラフ信号処理の活用によりパターンの複雑度を評価可能であることが確認され，さらに，教師画像を必要としないパターン設計手法を開発した．この手法は画像の自己相関性を近似行列で表現することで平均二乗誤差の最小値を推定するものであり，フィルタアレイパターンと撮影画像データさえあれば特定のフィルタの精度を評価できるため，遺伝的アルゴリズムによる発見的アプローチによってフィルタアレイパターンの最適化が行えるものである．実験の結果，経験的なパターンと比較して最適化されたフィルタアレイパターンは復元画像の精度を向上できることが確認された．実機製造に関しては，自己クローニング法を使用せずに不完全な波状多層膜であってもイメージングが可能であることが確認され，製造工程の簡略化と低コスト化の可能性が確認された．当初の予定通り，次年度以降にセンサへの実装と透過特性評価を行い，分光偏光同時撮影の実機検証を進める予定である．また，深層学習によるデモザイク方法も検証し，画質の改善が確認された．次年度以降に，パターン設計およびデモザイク手法のそれぞれについて論文投稿を行う予定である．