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

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K11952
• Research Institution: Utsunomiya University
• Principal Investigator: 篠田 一馬 宇都宮大学, 工学部, 准教授 (50639200)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 画像処理 / 分光イメージング / 偏光イメージング / フィルタアレイ / 圧縮センシング / フォトニック結晶

Outline of Annual Research Achievements

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．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

分光偏光フィルタアレイのためのパターン設計およびデモザイクの開発について，当初の予定通り実施されているため．

Strategy for Future Research Activity

今後は引き続きフィルタアレイの製造評価を進め，実機における透過特性を明確化する．特に初年度に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効率的に遂行できた．次年度ではフィルタ実装装置の開発とデモンストレーション，および成果発表に注力する予定である．

Causes of Carryover

残額は3月に立替支払いが生じた経費に対するものであり，次年度の4月に速やかに執行する．他は当初の使用計画通りであり，計画に大きな変更はない．