| Project/Area Number |
22KJ0424
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| Project/Area Number (Other) |
22J20288 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 61010:Perceptual information processing-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
蛭子 綾花 筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 奥行き計測 / 偏光 / Time-of-Flight |
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| Outline of Research at the Start |
カメラの小型化，薄型化を可能とする技術として，光学素子の符号化と計算機による復号により従来のレンズなしに撮像を可能とするレンズレスイメージング技術が注目を集めている．特にカメラの小型化が求められる生体内部計測では，体内の形状計測や病変の検知などの特定のタスクを行うことが多いが，そのような特定のタスクに特化した光学素子の符号化方法は明らかではない．そこで，本研究ではタスク特化型光学素子の設計と推定モデルの全体最適化によって，奥行き計測や材質分布の可視化などのタスクに特化したレンズレスイメージング技術の実現を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，奥行き計測や材質分布の可視化等のタスクに特化したレンズレスイメージング（LI）技術の実現である．タスク特化型光学素子の設計と推定モデルの全体最適化を行い，それらを微細加工技術により実装することで目的達成を目指した．本研究では，間接Time-of-Flight（iToF）法による奥行き計測を対象タスクとし，電気的に高速偏光変調が可能な偏光変調器の作製と，奥行き計測のための撮像系の構築を行った．
初年度は，偏光変調器を作製し，1画素の高時間分解能・高感度撮像素子を含む透過型光学系を用いて，相関演算により位相差情報を輝度として取得できることを確認した．次年度には，多画素モノクロカメラを用いた透過型光学系により，面で位相差を検出可能であることを実証した．
最終年度は，反射型光学系により一般的な輝度センサでも奥行き計測が可能であることを示した．1.0 m離した2枚の白色板を用いた評価では，関心領域内の奥行き差の中央値は0.96 mで，概ね正確に推定できた．また，偏光変調方式の光シャッターの特性として，検光子の角度で位相シフトを調整できる点に着目し，4つの角度の検光子を備えた偏光カメラを用いて撮像回数を削減する手法を提案した．実験では，変調深度が小さく，4位相シフト画像にオフセット差が生じたため，2つの偏光角と2つの電気的位相シフトを組み合わせて距離を推定した．その結果，関心領域内の奥行き差の中央値は1.2 mであり，計測回数を2回に削減可能と確認した．これらの成果は査読付き学術誌Sensorsに掲載された．
本研究は最終的にLIの実現を目指すものであり，本期間中は特に偏光変調器を用いたiToF方式による奥行き計測に注力した．今後は偏光変調器に符号化パターンを成膜するなどの工夫により，レンズレスでの奥行き計測が可能になることが期待される．
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