2018 Fiscal Year Research-status Report
フォトニック結晶型フィルタアレイと圧縮センシングの融合による分光偏光イメージング
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18K11368
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
篠田 一馬 宇都宮大学, 工学部, 助教 (50639200)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 画像 / マルチスペクトル / カラーフィルタ / 色補間 / 偏光 / 圧縮センシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，フォトニック結晶と圧縮センシングの融合により，対象物の分光画像と偏光画像を同時にワンショットで取得できる撮像系の実現を目指す．提案法では，フォトニック結晶を用いたフィルタアレイを従来のモノクロCCDに搭載することでグレイスケール画像をワンショットで撮影し，その画像からL1ノルム最小化による復元問題を解くことで，様々な波長情報と偏光情報を復元する．本研究期間では，フィルタ感度と復元手法の双方を圧縮センシングに基づき新たに開発し，計算機上でワンショット撮影画像から無偏光分光画像，直線偏光強度画像，RGB画像を復元可能であることを示すとともに，16バンド4偏光角度を想定した上で，それらの復元誤差を5%以内に収めることを目標とする．
本年度は，分光偏光画像の撮影およびフィルタアレイの感度設計を実施した．当初はハイパースペクトルカメラの購入を予定していたが，研究協力者からの機材提供により無償で撮影を実施することが可能となり，当初の予定よりも精密な121バンド4偏光の分光偏光画像を撮影することができた．また，フィルタアレイの感度設計においては，シミュレーションによる感度設計およびCADデータの作成が完了し，さらに予定されていなかったデバイス試作のための検討を進めることができ，当初の予定以上の成果が得られた．
本年度の成果はOptics Expressに採択され，さらに当論文はEditors' Pick（採択論文のうち上位3%程度の注目論文）に選ばれた．加えて，分光偏光イメージングに関する招待講演を複数件実施した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
分光偏光画像の撮影，および分光偏光フィルタアレイのための感度設計を，当初の予定よりも早く実施することができた．また，当該成果に関する招待講演依頼が多く，高い注目度を得ることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は引き続きフィルタアレイの感度設計を進め，実機における感度制約を明確化する．特に初年度は研究協力者による機器提供が効果的に行われたため，予定されていた物品購入費用の一部をデバイス試作に補填することが可能となり，実機における感度検証を行えるようになった．よって，次年度では実デバイスを試作した上で感度設計および評価を進める予定である．L1ノルム最小化を用いた画像復元に関しては，当初の予定通り次年度以降に検討する予定である．
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| Causes of Carryover |
初年度にハイパースペクトルカメラの購入を予定していたが，研究協力者から共用機材提供の申し出があり，カメラの購入費用および撮影実験に必要な費用に余剰が発生した．本余剰金は，次年度のフィルタアレイ設計を速やかに遂行するために，フィルタアレイのデバイス試作に使用する予定である．
当初の予定では，本年度および次年度のフィルタアレイ感度設計はシミュレーション上での検証を予定していた．しかし余剰金でデバイスの試作および評価を行えるため，実機上での制約を加味した感度設計を行えることから，当初の予定よりもさらに多くの成果が期待できる．
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