2015 Fiscal Year Annual Research Report
画素内圧縮型マルチアパーチャ超高速イメージセンサに関する研究
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15J10262
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
望月 風太 静岡大学, 創造科学技術大学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 超高速イメージセンサ / 圧縮サンプリング / コンピュテーショナルイメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，撮影対象の光学像を複数コピーし，それぞれ違った変調パターンで時間圧縮撮影を行う．撮影後時間圧縮画像と変調パターンから，圧縮サンプリングの理論を使い逆問題を解き時間分解画像を得る．時間分解能が画素内の電荷転送時間にしか制限されないため，従来方式より高いフレームレートが実現できる．本年度は主に，マルチアパーチャ構造で実証した提案方式に関する論文発表と，像面マルチアパーチャ方式による時間圧縮センサの設計を行った．
マルチアパーチャ構造のセンサでは，提案した時間圧縮撮像法によりプラズマ発光現象を撮影した．プラズマ発光過程を時間圧縮して15枚撮影し，読み出し後に32枚の時間分解画像を再構成した．この時，フレームレートはイメージセンサで世界最高となる2億枚/秒(時間分解能5ns)である．この撮像結果とその際に行った再構成手法の詳細，および圧縮率と再構成率の関係に関するシミュレーション結果をまとめた論文を発表した．
また，一般的な光学系を用いる像面マルチアパーチャ方式時間圧縮イメージセンサを設計した．この方式では，レンズの点拡がり関数を意図的に広げ，近傍画素に似た光信号を入射し，それぞれ違ったパターンで時間変調を行う．設計したセンサの全画素は4x2のサブ画素で構成し，それぞれのサブ画素は4つの蓄積部を持ち違った変調パターンで信号を蓄積する．そのため，各画素は32種類の変調パターンによる時間圧縮信号を取得できる．つまり，32枚の時間圧縮画像を撮影できる．また，フレームレートを更に向上するために，シャッタ制御を行うデジタル回路を高速化した．シミュレーションにより約1.67GHz(フレームレート16.7億枚/秒相当)の速度で動作することを確認した．
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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
当初予定していた計画通りに，2015年度は像面マルチアパーチャ方式センサの設計を行った．更に，測定環境の準備も順調に進んでいる．
また得られた研究成果を元に，いくつか学会や論文誌での発表を行えたため，順調に進展していると判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
2016年度は設計したセンサの動作検証及び撮像実験を行う．
センサの動作検証では，まずセンサの時間分解能や線形性等，基本特性を調べる．その後，非圧縮での高速撮影，低速での圧縮撮影を行い，最後に提案方式の超高速時間圧縮撮影を行う．
センサの動作検証が終わり次第，実際に高速現象の撮影実験を行う．本センサはシングルショットと繰り返し撮影の両方に対応している．両撮影モードを実証するため，撮像対象としてレーザ加工の過程や生体計測を予定している．レーザ加工は光量が多いためシングルショットに向いている．また蛍光寿命イメージングなどの生体計測は光量は低いが再現性が高いため，繰り返し撮影を用いることが可能である．
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Research Products
(6 results)
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[Presentation] Ultra-high-speed computational CMOS image sensor2016
Author(s)
Futa Mochizuki, Keiichiro Kagawa, Shin-ichiro Okihara, Min-Woong Seo, Bo Zhang, Taishi Takasawa, Keita Yasutomi, and Shoji Kawahito
Organizer
2016 International Symposium toward the Future of Advanced Researches in Shizuoka University
Place of Presentation
静岡大学(静岡県浜松市)
Year and Date
2016-03-03 – 2016-03-03
Int'l Joint Research
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