2020 Fiscal Year Research-status Report
圧縮センシングとデジタルホログラフィの融合による高感度・高分解能3次元計測の実現
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19K15466
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
吉田 周平 近畿大学, 理工学部, 講師 (10632606)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ディジタルホログラフィ / 圧縮センシング / 3次元計測 / ホログラフィ / デジタルホログラフィ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
圧縮センシングは測定対象の分布がスパースであると仮定して，少ない測定データから対象を復元する手法である．ディジタルホログラフィで得られる物体波には3次元物体の情報全てが含まれているわけではないが，圧縮センシングの方法論を応用することで単一のホログラムから物体の3次元分布を再構成することができる．
本研究では圧縮センシングの適用によるディジタルホログラフィの高解像度化および，圧縮センシングに基づいたディジタルホログラフィの3次元計測への応用に取り組んだ．ディジタルホログラフィの高解像度化に関する研究では，オフアクシス光学系において従来のフーリエ変換法では困難な，解像度の高い波面計測を実現した．また，3次元計測に関する研究では，インライン光学系による3次元3成分の粒子追跡速度計測法を確立し，複雑なマイクロ流れの計測に有効であることを実証した．
これらの研究では一連の測定過程を線形変換としてモデル化し，近接勾配法により最適解を求めることで原情報を復元する．
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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
本年度の研究では，実験による提案手法の有効性の検証に取り組み，従来手法では困難であった高解像度の波面計測であることを示した．この手法では，オフアクシス光学系における干渉縞の取得から物体光の取り出しまでの測定過程を線形変換としてモデル化し，近接勾配法により最適解を求める．これにより，従来手法では周波数フィルタにより失われていた高調波成分を維持したまま，物体光の再構成が可能となった．
また，ディジタルホログラフィの3次元計測への応用として，複雑なマイクロチャネルの3次元3成分計測に取り組んだ．本研究で提案する粒子追跡速度計測法は，インライン光学系に適用可能である．インライン光学系では物体光に不要な光が重畳するが，提案手法では圧縮センシングの適用により不要光を除去できるため，従来手法よりも精度の高い計測が可能である．
これらの結果はいずれも査読付き論文として発表している．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画の最終年度である次年度は，本研究の成果を取りまとめるとともに，より実際的な状況に適用できるような光学系の構成を検討する．また，フォトダイオード等の点型検出器を用いたイメージング手法であるシングルピクセルイメージングと，ディジタルホログラフィを組み合わせた複素振幅イメージング手法についても検討する．シングルピクセルイメージングではイメージセンサに代わって点型検出器を用いるため感度が高く，原理的には可視光以外にも適用可能である．
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