JPH0846877A - イメージ測定装置 - Google Patents
イメージ測定装置Info
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- JPH0846877A JPH0846877A JP7099991A JP9999195A JPH0846877A JP H0846877 A JPH0846877 A JP H0846877A JP 7099991 A JP7099991 A JP 7099991A JP 9999195 A JP9999195 A JP 9999195A JP H0846877 A JPH0846877 A JP H0846877A
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- detector
- sensitivity
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
る。 【構成】 イメージは、測定出力から、信号処理法を使
って再構成される。1つの実施例では、表面全体にわた
って非均一な空間感度を持つ検知器をアレー状に配列し
たものを用いてイメージを測定する。別の実施例では、
検知器は、イメージと検知器との間の相対位置を毎回変
えて、イメージを複数回測定する。測定された出力がイ
ンターレースされ、検知器の非均一な空間感度の反転モ
デルにより逆コンボリューションされて、高解像度のイ
メージが再構成される。
Description
は、非均一な空間感度を持つセンサに関する。
が不断に存在している。通常、デジタル・カメラは、電
荷結合素子(CCD)の配列(以下アレーという)を持
ち、CCDアレーは、画像(以下イメージという)を捕
らえるために、カメラのイメージ平面で領域Aを占め
る。図1に示すように、通常、アレーは周期Tを持つ格
子に配列された多くの検知器で構成され、各検知器は大
きさrの領域を占める。アレーは、イメージを捕らえる
ために、時間tの間露出される。Tがrに等しい場合、
捕らえられたイメージの解像度はTに依存する。多くの
場合、rはTより小さく、イメージを捕らえるときに、
より高い解像度のイメージを得るために、アレーが動か
される。このような状況において、捕らえられたイメー
ジの解像度はrに依存し、rが小さいほど、解像度は高
くなる。
体の情報を捕らえるために、通常、イメージ平面の領域
Aを満たすためにより多くの検知器を使うか、アレーを
XおよびY両方向に細かくステップ移動させなければな
らない。しかし、両方法とも、それぞれ欠点がある。第
1の方法では、検知器の数を増やすので、アレーのコス
トが劇的に上がる。第2の方法では、アレーを小刻みに
ステップさせるので、イメージ全体を捕らえるのにより
多くのステップ移動が要る。イメージは時間tで捕らえ
られるので、イメージを捕らえるのにアレーがとるステ
ップが多いほど、アレーが各ステップでとれる時間が短
くなる。したがって、ステップが増えるほど、各ステッ
プでアレーが集められる光が少なくなり、感度の低いア
レーになる。たとえば、イメージ平面の領域Aにおい
て、1,024×l,024の第1のCCDを、512×512の第2の
CCDに置き換えると、感度が16分の1に減少する。
これは、第1のCCDに比べ、第2のCCDの面積が約
1/4であり、約1/4の時間露出されるからである。
度を持つ費用のかからない検知器でイメージを捕らえる
必要が存在する。
解像度を備えた、費用のかからない検知器アレーを提供
することである。
に、従来技術の多くのアレーは、小さい検知器を多数持
つか、小さい検知器を小刻みにステップ移動させなけれ
ばならない。小さい検知器を多数使う第1の手法は、ア
レーのコストをかなり上げる。小さい検知器をステップ
させる第2の手法は、アレーの感度をかなり下げる。本
発明は、高解像度イメージを測定し再構成するために、
非均一な空間感度を持つ検知器と信号処理法とを結合し
たものである。本発明を使用すれば、アレーのコストを
増やす必要も、アレーの感度を減少させる必要もない。
性表面を持つ検知器を含む。検知器は、その表面におい
て非均一な空間感度を持つ。測定された出力から、イメ
ージは信号処理法によって再構成される。
二辺を持つ。検知器の感度は二辺の交点で実質的に最も
高く、最高値から、感光性表面の他の部分でのごく僅か
な感度へと単調に減少する。本発明の別の実施例では、
上記の検知器アレーをイメージ平面に配列する。
器または検知器アレーは、イメージと検知器との間、あ
るいはイメージとアレーとの間の相対位置を毎回変え
て、イメージを一回以上測定する。
ので、イメージを高解像度で捕らえるために、検知器の
大きさを非常に小さなものにしなくてもよい。所望の解
像度に応じ、イメージを測定する際に検知器がとるステ
ップ移動の大きさが設定される。イメージは、先ず、検
知器の非均一な空間感度を表すモデルを作ることによっ
て再構成される。次に、モデルは解析的に反転される。
最後に、イメージを再構成するために、反転モデルが測
定された出力の逆コンボリューション(ディコンボリュ
ーション:deconvolution)を行う。
わたる感度の積分に関連する。従来技術の検知器は、検
知器の大きさを小さくすることによって捕らえられたイ
メージの解像度を上げるものであるが、これは、捕らえ
られた光の量、および検知器の感度をかなり減らす。本
発明では、検知器の大きさを小さくしなくても、各検知
器の感度特性により、再構成されたイメージの解像度を
高くすることができる。
を参照して説明する。
0を示す。検知器100は、イメージからの光度を測定
するための、すなわち、イメージを測定するための感光
性表面102を持つ。検知器は感光性物質でつくられる
ことが望ましい。本実施例では、表面102は方形であ
る。他の実施例では、表面は他の形(たとえば四分円)
でもよい。
102全面にわたる非均一な空間感度108を示す。表
面102は、四辺112、114、116、および、1
18で囲まれている。検知器100の感度108は、二
辺112および118の交点120で実質的に最も高
く、その最高値から、表面上の別の領域(たとえば領域
122)で、ごく僅かな感度へと単調に減少する。
数的に中断することなく、なめらかに減少する。理想的
には、感度のすべての高次の導関数について空間導関数
は、辺112および118以外の、感光性表面102の
いかなる点においてもゼロでないことが望ましい。しか
し、本発明は、感度のなめらかな減少に限られるもので
はない。別の実施例では、感度は感光性表面102で小
さな階段状に減少する。
面102の感度の積分値は、全表面に均一に最高感度を
持つ検知器の合計感度の約25%である。すなわち、第
1実施例の検知器は、最高感度が均一に全感光性表面に
分布している検知器に比べて、約25%の光を捕らえる
ことを意味する。しかし、非均一な空間感度を持つ第1
実施例の検知器は、非常に高いイメージ解像度を得るこ
とができる。
器と同様に検知器の一辺に沿って感度が最も高く、感光
性表面のある部分でのごく僅かな感度へと単調に減少す
る。このような検知器は、一次元のイメージを捕らえる
のに特に適している。
レー150を持つ、本発明の第2実施例の1部を示す。
各検知器(たとえば152)は、検知器の二辺の交点
(たとえば156)で感度が最も高く、感度は交点15
6から、たとえば位置158でのごく僅かな感度へと単
調に減少する。検知器は、イメージ平面162上で二次
元のアレーを形成するように、方形の格子状に配列する
のが望ましい。1つの実施例では、アレーはCCDアレ
ーである。
の検知器の感度が同じような方位になるように整列され
ている。たとえば、検知器152の最高感度は領域15
6にあり、検知器154の最高感度は領域166にあ
る。
測定し、測定された出力が信号処理法によるイメージの
再構成に使われる。通常、イメージの測定は、イメージ
に対して検知器をステップ移動させて行う。
を示す。この実施例では、全ての検知器は必ずしも1つ
の方位に沿って整列していない。検知器は、4つの検知
器が1つのユニット216になるように配列されてい
る。たとえば、検知器202、204、206、および
208で構成されるユニットでは、検知器が実質的に円
形に対称な感度特性を形成している。たとえば、検知器
202の最高感度点は212にあり、検知器204の最
高感度点は214にある。点212および214はユニ
ット201のほぼ中央216にある。中央216から、
感度はほぼ円対称に単調に減少する。この実施例におい
ても、検知器の出力は、信号処理法によってイメージを
再構成するのに使われる。ただし、たとえば検知器20
4のようないくつかの検知器の出力は、分析される前
に、Y軸回りに鏡像にされる。
の異なる方法が使われる。図5に、第4実施例のアレー
300の1部を示す。これは、第3実施例のアレー20
0を作成する1つの方法を表してもいる。検知器アレー
300は、センサのアレー304上のフィルムあるいは
マスク302を含む。各センサはその感光性表面全体に
わたり均一な感度を持っている。たとえば、センサ30
6はその感光性表面308全体にわたって均一な感度を
持っている。各検知器上のマスクは、対応する検知器の
感度の非均一性に従う光透過特性を持っている。たとえ
ば、センサ表面308上のマスク302の部分312
は、図4に示した検知器202の位置212の高感度と
同様の、非常に高い光透過率を持っている。
法は、たとえば、検知器を中央領域216で重くドープ
し、その後、ドーパントが領域216から拡散されるよ
うに、制御された時間加熱する方法である。熱処理はよ
く制御されたもので長すぎてはならず、さもないと、検
知器の感度はその非均一性を失う。熱処理工程の後、ユ
ニット201のある部分、たとえば領域216は、その
部分の感度をかなり減らすために、別の処理ステップに
よって修正される。この別の処理ステップは、ユニット
201に4つの検知器を製造するために、溝を十字形2
18に形成することによって達成できる。溝があること
により、ドーパントとともに検知器のある物質が除去さ
れ、検知器が分離される。
選択的にドープする、すなわち、感光性表面上の異なる
位置に異なるドーピング濃度を用いてドープする。
成するために、いくつかの望ましい方法を使うことがで
きる。図6に、イメージを測定し再構成するための1組
の処理ステップ400を示す。この処理ステップにおい
て、第1実施例の検知器、あるいは第3実施例の検知器
アレーは、検知器とイメージとの間の相対位置を変え
て、イメージを複数回測定する。別の実施例では、検知
器は、スナップショットのようにイメージを1回だけ測
定する。このようなスナップショット測定は低解像度イ
メージに特に適している。
るために、第1実施例の検知器、あるいは第3実施例の
検知器アレーは、ブロック404に示すように、ステッ
プ移動される。ステップ移動のこまかさは再構成される
イメージの所望の解像度に依存する。ここでの考え方
は、イメージと検知器との間の相対位置をその度に変え
て、イメージを1回以上測定することである。相対位置
を変えるためにはいくつかの異なる方法が使える。たと
えば、アレーをステップ移動させる代わりに、アレーを
固定してイメージを動かすか、あるいは、たとえばカメ
ラのように、アレーのハウジングを動かすこともでき
る。
テップ移動させる考え方は非常に有用である。実施例の
アレーをカメラに搭載して、イメージの写真を撮ること
を想像してみる。写真を撮るときに手が揺れる。手が揺
れている間に、アレーは何回もイメージを捕らえる。捕
らえられたイメージの異なる相対位置から、手の揺れの
大きさをほぼ測定することができ、その大きさが、イメ
ージを再構成するためのステップ移動の大きさとして役
立つ。
た出力が記憶される(ブロック408)。イメージを再
構成するときがくると、測定された出力が取り出され
(ブロック410)、非均一な空間感度の反転モデルに
よって逆コンボリューションが行われる(ブロック41
4)。
デルでコンボリューションされる(convolve)と単位関
数を与える関数である。単位関数は、1つの位置だけが
値1で、他のどの位置も値0ゼロである関数である。こ
れは大きさ1を持つ衝撃関数に似ている。
ステップ500によってつくられる。先ず、検知器の非
均一な空間感度がモデル化され(ブロック502)、次
にこのモデルが反転される(ブロック504)。
作る処理の二次元の例の断面を示す。図8(A)は、Y
軸に沿った感度のモデルを示す。感度は1(最高値)か
らY軸に沿って単調に連続してほとんどゼロへと減少す
る。感度の反転モデルは、Yがゼロに等しいとき1に等
しく、Y軸に沿った他の点について、”感度/最大値”
の負に等しい。このような反転モデルについては、「フ
ーリエ変換とその応用」(”Fourier Transform and It
s Applications", Ronald N. Bracewell, second edit
ion, revised)に記載があるので、この明細書ではこれ
以上説明しない。
出力は反転モデルによって逆コンボリューションされ
る。そのような数値的逆コンボリューション処理の一般
式は、前述の「フーリエ変換とその応用」の429ペー
ジに記載されている。一般的に、ほとんどどのディコン
ボルーション方法も使うことができる。というのは、検
知器の空間非均一性は、実質的にカットオフ(cut-of
f)がない空間周波数応答になるからである。
使った応用例として意図された以下の例を考慮すること
により、さらに明確になる。
ために本発明の検知器アレーを使った例を示す。図6
は、イメージを測定し再構成する処理ステップを示す。
ル/インチ)でディジタイズされた、もとのイメージを
示す写真である。先ず、ブロック402で、再構成され
るイメージの解像度をnと決める。これにより、アレー
のステップ移動の大きさが決められ、その数はr/nに
なる。r/nが1以下の場合は、アレーはステップ移動
されない。本応用例において、図9のイメージが、アレ
ーによりステップの大きさ0.13mm(0.005イン
チ)で測定される(ブロック406)。イメージを複数
回測定するようにアレーがステップ移動されるので、測
定された全ての出力が織りまぜられる(以下インターレ
ースという)(ブロック412)。たとえば、第1組の
測定出力が(C1,C3,...)であるとき、第2組の測定出
力(C2,C4,...)を得るためにアレーがステップ移動さ
れる。2つの組の出力がインターレースされて(C1,C2,
C3,C4,...)が得られる。インターレースされる前の隣
り合う出力の位置間の距離は、検知器の周期Tの大きさ
である。2つの組の出力は、1ステップの大きさ、すな
わちnだけ離れてインターレースされる。図10は、検
知器のモデルをもとのイメージでコンボリューションす
ることにより、解析的に計算された測定出力を示す。
ー550および552がある。2つのバーは、検知器ア
レーの出力の初期値を定める役割をする。2つのバーの
幅554および556は、r、すなわち検知器の大きさ
にほぼ等しい。2つのバーはイメージでもよいし、アレ
ーを覆うフレームでもよい。
うにモデル化される。
表す。Aは最高感度の値を表し、1に等しい。Dは、1
0 Tの幅を表す。
ことができる。
0の場合) 各検知器のrの大きさは、1.3mm(0.05インチ)
である。検知器アレーの周期Tは1.3mm(0.05イ
ンチ)である。
ースされた出力は検知器モデルの逆数によって逆コンボ
リューションされる(ブロック414)。逆コンボルー
ションの間、反転モデルは、インターレースされた出力
全てにわたってステップ移動される。各ステップ移動に
おいて、反転モデルの各値は、インターレースされた出
力上の対応する値に乗算される。次に、乗算された出力
全てが加算される。このような逆コンボルーション処理
ステップは当業者には公知であるので、これ以上説明し
ない。図11に再構成されたイメージの写真を示す。
は同じでなくてもよい。アレーの検知器が異なっても、
それらの検知器が本発明で記述した特性を持ち、その特
性がわかっている限り、イメージを再構成するために信
号処理法を使うことができる。
アレーを使用することなく、また、感度を顕著に失うこ
となく、信号処理法とあわせて検知器の非均一な感度特
性を使って、高解像度のイメージを再構成することがで
きることがわかる。
を用いて、さまざまな他の応用例が可能であろう。上述
の実施例の記述は例として述べたもので、本発明は特許
請求の範囲の記述によって定められる。
が含まれる。 (1)感光性表面全体にわたって非均一な空間感度を持
つ検知器を有し、該検知器からの測定出力を信号処理法
で操作することによりイメージを再構成するようにした
イメージ測定装置。 (2)上記イメージと上記検知器との間の相対位置を毎
回変えて、上記検知器が上記イメージを複数回測定す
る、上記(1)に記載の装置。 (3)上記表面が少なくとも一辺を持ち、上記感度が、
上記一辺から上記表面の別の部分上の殆ど僅かな感度へ
と単調に減少する、上記(2)に記載の装置。 (4)上記表面が少なくとも二辺を持ち、上記検知器の
上記感度が上記二辺の交点で実質的に最も高く、上記感
度が、その最高値から、上記表面の別の部分上の殆ど僅
かな感度へと単調に減少する、上記(3)に記載の装
置。 (5)上記感度が実質的に中断しないで減少する、上記
(4)に記載の装置。 (6)上記感度が指数関数的に減少する、上記(5)に
記載の装置。 (7)上記感度が階段状に減少する、上記(4)に記載
の装置。 (8)それぞれが上記検知器と同様の検知器をさらに複
数有し、上記複数の検知器が二次元のアレーを形成する
ように格子状に配列されている、上記(1)に記載の装
置。 (9)上記イメージと上記アレーとの間の相対位置を毎
回変えて、上記アレーが上記イメージを1回以上測定す
る、上記(8)に記載の装置。 (10)上記検知器全ての感度が同様の方位になるよう
に上記検知器が整列されている、上記(9)に記載の装
置。 (11)上記検知器のそれぞれにおいて、上記感光性表
面が少なくとも二辺を有し、該検知器の感度が上記二辺
の交点で実質的に最も高く、上記感度が、その最高値か
ら、上記表面の別の部分上の殆ど僅かな感度へと単調に
減少する、上記(9)に記載の装置。 (12)上記検知器のそれぞれにおいて、上記感度が実
質的に中断しないで減少する、上記(11)に記載の装
置。 (13)上記検知器のそれぞれにおいて、上記感度が階
段状に減少する、上記(11)に記載の装置。 (14)上記アレーが電荷結合素子のアレーである、上
記(9)に記載の装置。 (15)上記装置がカメラを含み、上記イメージに対し
て上記カメラを移動することによって相対位置が変わ
る、上記(9)に記載の装置。 (16)上記検知器が、均一な空間感度を持つ感光性表
面を備えたセンサ上のマスクを含み、上記マスクが上記
検知器の感度の非均一性に従う光透過特性を持つ、上記
(1)に記載の装置。 (17)上記信号処理法が、上記イメージを再構成する
ために、上記測定出力を、上記検知器の非均一な空間感
度の反転モデルにより逆コンボリューションするステッ
プを有する、上記(2)に記載の装置。 (18)上記反転モデルが、上記検知器の非均一な空間
感度を表すモデルを作るステップと、上記モデルを解析
的に反転するステップと、によって作られる、上記(1
7)に記載の装置。 (19)上記信号処理法が、上記イメージを再構成する
ために、上記測定された出力を、上記検知器の1つの非
均一な空間感度の反転モデルにより逆コンボリューショ
ンするステップを有する、上記(9)に記載の装置。 (20)上記反転モデルが、上記検知器の1つの非均一
な空間感度を表すモデルを作るステップと、上記モデル
を解析的に反転するステップと、によって作られる、上
記(19)に記載の装置。
器からの測定出力を信号処理法で処理することにより、
高解像度のイメージを再構成することができるという効
果を奏する。
図、(B)は図2(A)に示した検知器の感光性表面の
感度を示す図。
方法の流れ図。
図。
ル作成の処理の1例を示す図。
ステップ 500 反転モデルを作る処理ステップ 550、552 黒いバー 554、556 バー550と552の幅
Claims (1)
- 【請求項1】 感光性表面全体にわたって非均一な空間
感度を持つ検知器を有し、該検知器からの測定出力を信
号処理法で操作することによりイメージを再構成するよ
うにしたイメージ測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US225,034 | 1988-07-27 | ||
US22503494A | 1994-04-08 | 1994-04-08 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0846877A true JPH0846877A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=22843248
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7099991A Pending JPH0846877A (ja) | 1994-04-08 | 1995-03-31 | イメージ測定装置 |
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JP (1) | JPH0846877A (ja) |
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Legal Events
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