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

使用随机光子晶体创建免对准光谱和偏振同时成像方法

基本信息

批准号：
21K11952
负责人：
篠田一馬
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Utsunomiya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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．

在这项研究中，我们开发了具有随机结构的光子晶体滤波器，并旨在创建一种成像方法，该方法可以使用单个摄像机和单个曝光摄影捕获光谱，极化和RGB图像，只需将其安装在单色成像仪上而无需对准的单色成像仪上即可。今年，我们专注于优化过滤器模式。已经证实，可以通过使用图形信号处理来评估模式的复杂性，此外，已经开发了不需要教师图像的模式设计方法。该方法通过使用近似矩阵来表达图像的自相关来估算最小平方误差，并且由于可以使用滤波器阵列模式和捕获的图像数据来评估特定过滤器的精度，因此可以使用遗传算法使用启发式方法来优化滤波器阵列模式。实验结果证实，与经验模式相比，优化的过滤器阵列模式可以提高恢复图像的准确性。关于实际的机器制造，即使在不使用自我粘合的情况下，即使不完整的波浪形多层膜也可以证实成像，并且可以简化制造过程和降低成本的可能性。按照原本计划，我们计划从明年开始对传感器进行安装并评估传输特性，并对同时的光谱极化成像进行实际的机器验证。我们还使用深度学习验证了Demosaic方法，并确认图像质量得到了改善。从明年开始，将在每种模式设计和演示方法上提交论文。