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2020 年度 実績報告書

マルチアパーチャ・マルチタップCMOSイメージセンサによる機能的生体イメージング

研究課題

研究課題/領域番号 18H01497
研究機関静岡大学

研究代表者

香川 景一郎  静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (30335484)

研究分担者 津村 徳道  千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (00272344)
小室 孝  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10345118)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードマルチアパーチャカメラ / CMOSイメージセンサ / マルチタップ / 機能的生体イメージング
研究実績の概要

多波長に対する空間周波数領域イメージング(SFDI)とマルチ露光レーザースペックルコントラスト血流イメージング(MELSCI)を同時実行可能な2×2アパーチャ4タップCMOSイメージセンサを設計・試作した.4アパーチャのうち3アパーチャをSFDIに,残りの1アパーチャをMELSCIに割り当て,これらを別々に制御する.これは,SFDIとMELSCIでは露光時間・タイミングが異なるためである.1アパーチャの画素数は132×132,画素サイズは11.2μm角とした.試作したイメージセンサの時間分解特性を計測し,電荷転送速度が10μsと実用上問題がないことを確認した.このイメージセンサを複眼化するための2×2要素のレンズアレイと,それぞれのレンズに光学フィルタを取り付けられる機構を試作した.基本撮像を確認するために,可視光による縞投影と785nmのレーザー光源による一様照明を同時に適用し,手首に対して縞投影画像とスペックルパターンが波長分割多重により同時に得られることを確認した.さらに研究室で開発した8タップCMOSイメージセンサを用いてSFDIの高機能化を行った.2波長のLED光源を用い,それぞれの波長に対し3位相の縞パターンを割り当てた.縞パターンを撮影するために6タップ,環境光画像を撮影するために1タップ,読み出し中の電荷排出に1タップを割当て,環境光下で2波長SFDIを実行して酸素飽和度と全ヘモグロビンの2次元マップを取得した.また,ヒルベルト変換を利用することで1波長当たりのタップ数を3からに2に削減し,6タップで3波長SFDIが実行可能であることを確認した.これにより肌のメラニン成分を考慮し,より正確なヘモグロビン量推定が可能となる.また,多マルチラインを小型ミラーで1次元方向に走査することで,SFDIの光量効率を改善すると同時に装置を小型化する手法を考案し,実証した.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of California, Irvine(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of California, Irvine
  • [国際共同研究] Linkoping University(スウェーデン)

    • 国名
      スウェーデン
    • 外国機関名
      Linkoping University
  • [雑誌論文] Functional Imaging with Multi-tap CMOS Pixels2021

    • 著者名/発表者名
      Kagawa Keiichiro
    • 雑誌名

      ITE Transactions on Media Technology and Applications

      巻: 9 ページ: 114~121

    • DOI

      10.3169/mta.9.114

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Decay behavior and optical parameter identification for spatial-frequency domain imaging by the radiative transport equation2020

    • 著者名/発表者名
      Manabu Machida, Yoko Hoshi, Keiichiro Kagawa, and Kazuki Takada
    • 雑誌名

      Journal of the Optical Society of America A

      巻: 37 ページ: 2020-2031

    • DOI

      10.1364/JOSAA.402124

    • 査読あり
  • [学会発表] A multi-aperture multi-tap image sensor for simultaneous multi-band SFDI and multi-exposure laser speckle contrast blood flow imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Keiichiro Kagawa, Gordon Kennedy, Adrien Ponticorvo, Iori Shibata, Keita Yasutomi, Shoji Kawahito, Jun Tanida, Christian Crouzet, Bernard Choi, and Anthony Durkin
    • 学会等名
      Photonics West 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Portable visible and near-infrared spatial frequency domain imaging system to measure skin reactivity in response to noxious heating using a multi-spectral compound eye camera2021

    • 著者名/発表者名
      Nandan Kumar Das, Saad Nagi, Keiichiro Kagawa, Jun Tanida, Rolf Saager
    • 学会等名
      Photonics West 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Wide-field quantitative biomedical imaging based on multi-tap CMOS image sensors2020

    • 著者名/発表者名
      Keiichiro Kagawa
    • 学会等名
      Optics & Photonics Taiwan International Conference (OPTIC2020)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Motion-artifact-free multi-spectral spatial frequency domain imaging with ambient light suppression based on multi-tap and multi-aperture cameras2020

    • 著者名/発表者名
      Keiichiro Kagawa
    • 学会等名
      CME 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 8タップCMOSイメージセンサを用いた環境光・被写体の動きに強い2波長空間周波数領域イメージング2020

    • 著者名/発表者名
      柴田伊織, 白川雄也, 高田一輝, 安富啓太, 川人祥二, 香川景一郎
    • 学会等名
      Optics & Photonics Japan 2020 (OPJ2020)
  • [学会発表] マルチタップコンピュテーショナルCMOSイメージセンサによるTOF・生体計測2020

    • 著者名/発表者名
      香川景一郎
    • 学会等名
      光とレーザーの科学技術フェア2020 イメージセンシングセミナー
  • [学会発表] マルチタップCMOSイメージセンサとマルチアパーチャカメラによる空間周波数領域イメージング(SFDI)の高機能化2020

    • 著者名/発表者名
      香川景一郎
    • 学会等名
      日本学術振興会第185委員会2020年度第1回研究会
  • [学会発表] 8タップCMOSイメージセンサと6位相ストライプ光投影を用いたFFTに基づく空間周波数領域イメージングの検討2020

    • 著者名/発表者名
      高田一輝, 柴田伊織, 白川雄也, 安富啓太, 川人祥二, 香川景一郎
    • 学会等名
      映像情報メディア学会情報センシング研究会
  • [備考] 香川研究室HP

    • URL

      https://idl.rie.shizuoka.ac.jp/~kagawa/index.html

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公開日: 2021-12-27  

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