日立製作所は11月15日、レンズの代わりに同心円パターンを印刷したフィルムを用いて、動画撮影後に容易にピント調整ができるレンズレス カメラ技術を開発したと発表した。
同心円パターンを重ね合わせることによって生じるモアレ縞の原理を利用することで、薄型軽量のレンズレス カメラでありながら、画像処理の計算量を1/300まで減らすとともに、撮影後のピント調整機能を合わせ持つもの。
レンズが不要となることでカメラの薄型軽量化を実現し、モバイル機器やロボットなどのデザインを損ねることなく、より自由な位置にカメラを設置することが可能となる。
レンズを使わないことで、デジカメやスマートフォンのカメラの光を読み取る部分の厚みを、通常の数十分の一程度にできる。フィルターの価格もレンズより大幅に安く、量産しやすいという。
また本技術は、平面情報に加え、奥行き情報も画像センサーに記録することができるため、撮影後でも任意のピント位置で動画を再生することが可能で、撮影した映像からピントを合わせたい対象物を自由に選択して再生することができる。
本カメラをモバイル機器や車、ロボットに搭載することで、作業支援、自動運転や人の行動分析など、幅広い用途での活用をめざす。2年後の実用化を目指す。
開発したカメラ技術の撮影原理は次ぎの通り。
(1) モアレ縞を用いた撮影画像処理技術
普通のデジタルカメラは、レンズで外からの光を屈折させてモノや景色の像を結ばせ、画像センサーで読み取る。
日立のレンズレスカメラは、像を結んでいない光を読み取り、特殊なフィルムが起こす光の干渉の具合を元にパソコンの画像処理で像を再現する。
外側ほど間隔が狭くなる同心円パターンのフィルムを画像センサーの直前に置き、入射する光線が作る影に、画像処理内で同じ同心円パターンを重ね合わせると、光線の入射角に対応した間隔のモアレ縞が生じることに着目した。
このモアレ縞を利用し、フーリエ変換と呼ばれる広く普及した簡単な画像処理で撮影画像を得ることができる技術を確立した 。
| 通常のレンズでの撮影に比べると、得られる映像は周辺が暗いが、現段階で手や果物などの動画を撮ることができる。 |
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1cm角の画像センサーと、そこから1mm 離した位置に同心円パターンのフィルムを配置して実証実験を行った結果、標準的なノートパソコンで毎秒30フレームで動画撮影できることを確認した。 |
(2) 撮影後のピント調整技術
入射する光線がフィルムを通じて画像センサー上に作る影に重ねる同心円パターンの倍率を変えると、ピント位置を移動させることができる技術を確立した。
撮影後に倍率の異なる同心円パターンを重ね合わせて画像処理を行うことで、自由にピントを調整することが可能となる。
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レンズレス カメラには、昔からピンホールカメラ（針穴写真機）がある。
構造が簡単で容易に製作できるが、はっきりした像を得るためには、ピンホールの大きさをかなり小さくする必要があり、像が暗いため通常のカメラと比較して非常に長い 露出時間を必要とする。
日立のようなレンズレス カメラは既に米国の半導体設計会社の Rambus Inc. や Rice University が開発を進めている。いずれも画像センサーを用いた技術だが、光を処理する計算処理に時間がかかっていた。（日立の方式はそれらよりも計算が数百倍速いという。）
Rambus:
Rambus Inc.は、今後の事業の柱の1つとしてレンズなしカメラセンサー Lensless Smart Sensors （LSS）の研究開発に注力している。
レンズの代わりに特殊な回折格子をイメージセンサーに貼り付けたもので、この回折格子は、ある規則に従った模様をイメージセンサーに撮像する。この模様は人間の目には判別できないが、コンピューター処理によって写っているモノの位置などが特定できる。
Rice University：
Rice University はFlatCamを開発している。
マスクを設置したセンサーで直接光学イメージを読み取り、コンピューター処理をくわえることで画像を生成する。
ピンホールカメラの技術の応用で、センサーの前に異なる大きさの穴が空いたマスクを置くことで、イメージを捉える。その後、センサーでとらえたデータをアルゴリズムで処理し、512×512ドットの画像を生成する。
Rice Universityでは、「この技術によって曲がったカメラや壁紙型カメラを作ったり、さらにはクレジットカードや超薄型コンピューターにもカメラが内蔵できるだろう」としている。
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