Техническое объяснение «безлинзовой камеры Hitachi»

Образец с полосами может эффективно действовать как аналоговый компьютер, вычисляющий преобразование Фурье или аналогичную связанную величину. Вторая маска (вычисляемая), вероятно, реализует фильтрацию преобразования Фурье, после чего выполняется второе преобразование Фурье. Весь этот процесс привел бы к эмуляции эффективного соотношения дисперсии.

Я предполагаю, что идея состоит в том, чтобы эмулировать линзу, используя это эффективное соотношение дисперсии, чтобы воссоздать эффект, который будет иметь линза.

Мне кажется, они используют комбинацию зонной пластинки Френеля и муаровых полос для реконструкции изображения. Нужно будет поработать над математикой, на которую у меня сейчас нет времени, но идея выглядит примерно так. Сначала вы умножаете свет, падающий на массив датчиков, с помощью зонной пластины Френеля. Теперь это не могут быть просто черные и белые кольца, показанные на изображении. Думаю, это должна быть фазовая функция. Затем данные датчика обрабатываются путем их умножения на сдвинутую версию зонной пластины Френеля. Результат, по-видимому, будет содержать некоторый линейный рисунок полос, проявляющийся в виде муарового узора. Чтобы извлечь эту линейную картину муаровых полос, нужно было бы вычислить абсолютное значение, а затем выполнить фильтрацию нижних частот. Затем можно преобразовать Фурье линейную полосу, чтобы получить ее амплитуду и фазу (фильтрация нижних частот может быть выполнена после преобразования Фурье). Этот процесс, вероятно, будет выполняться для всех возможных сдвигов, чтобы получить все возможные частоты и ориентацию линейных муаровых полос, тем самым создавая изображение. Имеет ли это смысл?

Это, вероятно, началось как что-то вроде следующей довольно простой идеи, хотя я уверен, что есть уточнения и детали.

У нас есть поглощающий фильтр с концентрическим кольцевым узором, расположенный на определенном расстоянии перед датчиком изображения.

Я предполагаю, что шаблон кольца:

(Это то же самое, что (параболическая) зонная пластинка Френеля с фокусным расстоянием$f=\pi/(\lambda a)$, но это просто совпадение! Действительно, я предполагаю геометрическую оптику!! А именно: я предполагаю, что источник света после прохождения через фильтр просто создает тень. Дифракция конечно есть, но я думаю, что она вызывает искажения, а не является предполагаемым принципом действия. На практике для этого, вероятно, потребуется расположить датчик изображения гораздо ближе к фильтру, чем$f$.)

Теперь, когда мы предполагаем геометрическую оптику, точечный источник света создает тень в виде кольца на датчике изображения . Если источник света находится в бесконечности, тень смещается в зависимости от местоположения источника света. Если источник света ближе, чем бесконечность, тень одновременно смещается и увеличивается по сравнению с исходным кольцевым фильтром.

Давайте рассмотрим случай бесконечно далекого источника света. Затем наш датчик изображения будет измерять синусоидальный кольцевой узор с интенсивностью

Мы знаем$T$в цифровом виде, и мы только что измерили$I$, поэтому мы можем наложить их в цифровом виде. Получим муаровые полосы с фазой

Итак , возьмите изображение, умножьте его (точка за точкой) на$T$, и преобразуйте его Фурье, и вы получите изображение, сфокусированное на бесконечности . Или, если вы используете увеличенную версию$T$, вы получите изображение, сфокусированное на плоскости объекта, в котором источник света увеличит рисунок тени на ту же величину.

Или что-то в этом роде, плюс наверняка множество уточнений и деталей.

Из пресс-релиза на веб-сайте Hitachi (который вы, возможно, уже видели, пока еще не слишком технический):

(1) Технология обработки изображений с использованием муаровых полос

Пленка с концентрическими кругами (интервал которых сужается к краю пленки) помещается перед датчиком изображения, и изображение тени, образованное лучом света, падающим на пленку, захватывается датчиком изображения. При обработке изображения на тень накладывается аналогичный концентрически-круговой рисунок и формируются муаровые полосы с интервалами, зависящими от угла падения светового луча. Используя муаровые полосы, можно получать изображения с помощью простой и часто используемой обработки изображений, называемой «преобразованием Фурье» *4 (рисунок).

(2) Технология регулировки фокуса захваченных изображений

Положение фокуса можно изменить, изменив размер рисунка концентрических кругов, наложенного на тень, формируемую на датчике изображения световым лучом, падающим на пленку. Путем наложения рисунка концентрического круга путем обработки изображения после захвата изображения можно свободно регулировать положение фокуса.

Интересно, никогда раньше такого не видел.

Лучше всего было бы посмотреть на функцию рассеяния точки из точки объекта, расположенной в каком-то месте перед объективом.

0-й порядок изображения — это просто тень маски.

Интерференция 1-го порядка фокусирует точку объекта в некоторой точке изображения за маской.

Теперь я пытаюсь представить, как выглядят оба поля (0-го и 1-го порядков) чуть-чуть за маской (но все еще далеко от плоскости фокусировки). 0-й порядок — это изображение маски, смещенное относительно центра в соответствии с углом исходного падающего светового луча. Оно слегка увеличено (источник располагался на конечном расстоянии от маски). Поле 1-го порядка также смещено и немного уменьшено (сойдется в фокусе).

Если мы пренебрегаем увеличением/уменьшением обеих частей, у нас в основном есть два изображения маски, сдвинутые на крошечную, но разную величину. Как и на рисунке, представленном в вопросе, они будут давать муаровый узор. Анализируя волновой вектор паттерна, мы можем восстановить исходную точку источника. Это удобно сделать с помощью преобразования Фурье.

Конечно, потребуется дополнительная фильтрация, но я думаю, что это может быть сутью.