JPH03175783A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はインテリジェント・イメージング・センサを用
いた入力シーンの撮像装置に関する。

〈従来の技術〉 一般に、入力シーンを空間周波数特性曲線に分解するこ
とができるが、この入力情報をＣＯＤ。

ＣＰＤ、ＭＯＳ−Ｄ等のイメージセンサを用いてデジタ
ル信号化してデータ処理装置へ取り込む場合、イメージ
センサの光電変換素子１ビツトの大きさにより、入力シ
ーンの分解能が決定されると考えられていた。従って、
従来は、イメージセンサを構成する個々のエレメント（
１ビツト）の大きさを、光学系の点像広がり関数のひろ
がりより小さくすることは、徒らにコストアップを招（
たけてあって、分解能向上のための実利がないことと認
識されていた。

第９図に従来技術による撮像出力のコンピュータ・シュ
ミレーション・データを示す。光学系によりセンサの受
光面上に結像される入力シーンの像面パターンが白黒ス
トライプである場合について説明する。この場合の入力
シーンのパターンは、第９図＋ａ１図に示すように全画
面を２５６ピクセルとすれば１６ピクセルを周期とする
方形波により表すことができる。この像面パターンの空
間周波数特性ＭＴＦは（ｂ１図に示す通り、１６Ｈｚに
基本波をもち、第３次、第５次、第７次等の奇数次高周
波を含んでいる。これに対し、第９図（Ｃ）に空間周波
数特性を示し、同図（ｄ１図に点像広がり関数を示すリ
ニアセンサを用いてｆａ１図に示したパターンを受光し
、畳み込み積分により出力画像信号を求めた結果を同図
（８１図に示す。この（８１図によれば入力シーンのス
トライプパターンは全く認められず、しかも、２５６ピ
クセルを１周期とするうねり、すなわちＩＨｚの擬解像
出力の現れていることが認められる。

〈発明が解決しようとする課題〉 例えば、人工衛星にイメージング・スペクトロメータを
搭載して地上の輝度情報を撮影する場合、海洋と山林、
農地、都市域等でその入力シーンがもつ空間周波数特性
が異なったものになる。例えば、海洋では低い周波数が
卓越するが、都市域では高い周波数が卓越する。この場
合、常に最高の空間分解能で入力シーン像を読み取るな
らば、地上基地へのリモートセンシングのデータ伝送の
面からも大きな無駄になる。従って、イメージング・ス
ペクトロメータの空間分解能特性は撮影対象に応じて変
化するように制御することが望ましい。

イメージング・スペクトロメータは、第８図に示すよう
に、正の焦点距離をもつ集光系８１と、波長成分に分解
する分光系８２と、各波長成分ごとの入力シーンを光電
変換する光電変換系８３より構成されている。集光系８
１と分光系８２より成る光学系は個有の空間分解能特性
（ＭＴＦυを有し、光電変換系８３自体も個有の空間分
解能特性（Ｍ　Ｔ　Ｆ　２）を有しており、システム全
体としての空間分解能特性（Ｍ　Ｔ　Ｆ　ｏ）は両分解
能特性の積ＭＴＦ、＝ＭＴＦ、ｘＭＴＦｚ となる。

スペクトロメータが設計され、製作されると、その集光
系、分光系の空間分解能特性（ＭＴＦ、）が定まり、使
用中、これを変化させるようなことは至難である。そこ
で、もし、光電変換系の空間分解能特性（ＭＴＦｚ）を
変化させることができれば、システム全体の空間分解能
特性を制御することが可能になる。

〈課題を解決するための手段〉 上記課題う解決するための本発明の撮像装置の構成を示
すブロック図を第１図に示す。

第１の点像広がり関数をもつ光学系１と、その第１の点
像広がり関数のひろがりより十分小さい大きさの光電変
換素子を一次元または二次元に配列したセンサ２と、そ
のセンサ２に上記第１の点像広がり関数のひろがりと同
じ程度のひろがりの第２の点像広がり関数をもたせるた
め上記光電変換素子の出力に接続された演算部３を有す
ることにより特徴づけられる。

〈作用並びに発明の原理〉 光学系によりセンサの受光面上に入力シーンが結像され
る。入力シーンの各ビットを構成する光電変換素子は像
の明暗に応じた電気信号を出力して出力画像が得られる
。

この出力画像のＭＴＦは、第２図に図示するように、入
力シーンのＭＴＦと光学系のＭＴＦの積として結像面の
ＭＴＦが定まり、さらにこれと、センサおよび演算部の
ＭＴＦの積として出力画像のＭＴＦが定まる。

これを点像広がり関数を用いて説明すると、第５ ３図に示すように、光学系がもつ第１の点像広がり関数
ＰＳＦＩと、センサおよび演算部がもつ第２の点像広が
り関数ＰＳＦ２のタタミコミ積分として出力画像の点像
広がり関数ＰＳＦｏが得られる。

本発明の最も特徴とするところは、第３図に十で示すよ
うに、演算部が、各光電変換素子の出力信号に対し増幅
または減衰による強度補正を加えて撮像装置としての出
力信号を得るところにある。この演算部の演算内容は、 により算出される。この原理と手法を以下詳述する。

ＰＳＦをｆ　（ｘ）とする。通常ｆ（ｘ）はＸの実関数
である。

ここでもその様に仮定する。ｆ　（ｘ）のフーリエ変換
をＦ（ω）とする。

− Ｒ（ω）＋　ｊＸ （ω） （１） Ｒ（−ω）＝Ｒ（ω）、　Ｘ（−ω）−−Ｘ（ω）Ｒ（
ω）は通常第４図に示すように、ω＝０の軸に関して対
象、Ｘ（ω）は原点に関して対象であるから次の様に表
現できる。

Ｒ（ω）−Ｒ８＋Ｒ２ωＺ　＋　Ｒω４＋・・・ここに
Ｒ８，Ｒ２・・・、Ｘ３、Ｘ３・・・は定数係数である
。

ＭＴＦ（ω）はこれらにより次式で与えられる。

ここで更めて、Ｒ２／ＲＯ＝ＲＺ　、Ｒ４／Ｒｏ＝Ｒ，
−Ｘ＋／Ｒｏ＝Ｘｔ　、Ｘ３／Ｒ（＋＝Ｘ３　・・・等
とおけば、ＭＴＦ（ω）＝　　（（１＋　　Ｒ２ω２＋
Ｒ４ω４）・・・）２＋（ｘＩω＋　Ｘ３ω３＋・・・
）２）　　””　　　　（３）今、ＭＴＦ曲線が第５図
の様に与えられたとする。

この曲線から幾つかの周波数の値、ωいω２、・・・に
対するＭＴＦの値が、ｍｌ、ｍｇ、・・・等と与えられ
る。（３）式から、これらの間には次の様な関係が得ら
れる。

これらを連立方程式として解けば、Ｒ２、Ｒ４、・・・
及びＸ、、Ｘ３・・・が定まり、（１１式からＦ（ω）
が求まるので、それを逆フーリエ変換することによって
、ＰＳＦ：ｆ（Ｘ）が求まることになる。

しかし、一般にはＰＳＦは軸対称であるから、（１）式
において、Ｘ（ω）−〇とおくことができ、Ｆ（ω）＝
Ｒ（ω）　　　　　　　　　　（１）　’ｆ　（ｘ）は
（１）′ から、 として求まることになる。そこで、第５図の様にＭＴＦ
曲線が与えられれば、 （４）′からＲ２、Ｒ４・・・が求まるので、（５）か
らＰＳＦ：ｆ（ｘ）が−船釣に定まる。

〈実施例〉 第６図（８１図に例示する１６Ｈｚ白黒ストライブパタ
ーンの入力シーンを、受光センサと演算部により信号処
理する実施例について説明する。

この入力シーンのパターンを忠実に読み取るために必要
なシステム全体の空間分解能特性は第６図（ｂ）図のＭ
ＴＦ曲線の通りである。この特性曲線は０〜１６Ｈｚの
帯域の略角形特性を示している。そこで、（ｂ）図に示
された望ましい周波数特性の空間分解能が得られるため
に備えていなければならないセンサ系の点像広がり関数
を求めると第６図（Ｃ）図に示す特性曲線が得られる。

この特性曲線について注目すべき点は、正方向の最大ピ
ークを示す特性Ｐｏの両側に負方向の第２のピークを示
す特性Ｎ　−Ｉ　ＸＮ　＋　ｔが現れていることである
。ちなみに、通常の光学系における点像広がり曲線は常
に正方向のみに現れるものであって、負方向に現れるこ
とば考えられず、光電変換素子の実像法がり関数も通常
負の方向に現れることはないので、結果としてのセンサ
システムの空間分解能特性は第９図０− （Ｃ）の様な形になる。

そこで、この様な空間分解能特性をセンサシステムのリ
ニア・センサに第６図（０１図に示す増幅特性をもつ演
算部を接続してセンサの特性を補正すれば、第６図（ｄ
１図に示す出力信号が得られる。この出力信号波形の交
流成分は元の入力シーンの空間周波数特性とほぼ完全に
合致しており、入力シーンを忠実にデジタル信号により
読み取っていることが理解できる。

第７図（８１図に、リニア・センサ２の出力端子に演算
部３を接続した本発明特徴部分の回路図を示す。リニア
センサ２の各素子は５素子ごとに１グループを形成して
いる。各グループの中央の素子には正の増幅度をもつ増
幅器が接続され、それに隣接する２素子には負の増幅度
をもつ増幅器、すなわち減衰器が接続され、さらにそれ
ら２素子の両側に隣接する２素子には正の増幅度をもつ
増幅器が接続される。１グループに属する５個の増幅器
の出力は、グループ毎に直列に出力される。

１グループに属する５個の増幅器の増幅度を第７図（ｂ
）図に例示する。この増幅度は第６図（ｄＪ図に示した
特性図の要部に近似するように設計される。

本発明の変形実施例として、１グループに属する複数個
の増幅器の増幅度をすべて正にして、システムとしての
点像広がり関数を光学系の実像広がり関数よりゆるやか
なものにすることができ、結果としてシステム全体の空
間分解能特性を低減通過特性にすることができる。これ
により、望ましくない高周波雑音をカットすることがで
きる。

また、複数個の増巾器の増中度を任意に変えることによ
り、非対称な光学系の実像広がり関数にも対応すること
ができる。

本発明の光学系は、レンズ系のみでなく、プリズム、反
射鏡、フィルタ等を含むものを含む。また本発明のセン
サは、リニア・イメージセンサのみでなく、エリア・イ
メージセンサを含む。さらに、本発明の演算部は、個々
に増幅器を接続するものに限らず、ＲＡＭ（ランダムア
クセス・メモリ）の入力線のセンサ出力を導入し、補正
されたデータを出力線から取り出す構成により実施する
こともできる。

〈発明の効果〉 本発明によれば、光学系の特性の如何にかかわらずシス
テム全体の空間分解能特性、すなわち点像広がり関数の
ひろがりを望ましいもの、或いは望ましいものに近似さ
せることが可能となり、分解能、すなわち解像度の限界
を一段と向上させることができる。このことは逆に、光
学系に課せられる負担を軽減させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の構成を示すブロック図、第２図は、
本発明の作用を空間周波数特性ＭＴＦを用いて説明する
図、 第３図は、本発明の作用を点像広がり関数ＰＳＥを用い
て説明する図、 第４図および第５図は、本発明の原理説明図、第６図は
、コンピュータシュミレーションによる本発明の実施例
の各部の特性を示す図、第７図は、本発明の特徴部分の
実施例を示す回路構成図、 ３ 第８図は、従来例の構成を説明する図、第９図は、コン
ピュータシュミレーションによる従来例の各部の特性を
示す図である。 １・・・光学系 ２・・・センサ ３・・・演算部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の点像広がり関数をもつ光学系と、その第１
   の点像広がり関数のひろがりより十分小さい大きさの光
   電変換素子を一次元または二次元に配列したセンサと、
   そのセンサに上記第１の点像広がり関数の広がりと同じ
   程度のひろがりの第２の点像広がり関数をもたせるため
   上記光電変換素子の出力に接続された演算部を有する撮
   像装置。
2. （２）上記第２の点像広がり関数が負の部分をもつこと
   を特徴とする第１項記載の撮像装置。