(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを生成する手続と、前記撮像対象物上の光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手続と、前記撮像対象物上の光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手続と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続とを含むことを特徴とする歪画像補正方法。
【請求項２】
上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、上記の撮像対象物上の光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手続と、その比の逆フーリエ変換を行う手続とを含むことを特徴とする請求項１に記載の歪画像補正方法。
【請求項３】
予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に光スポットを生成できないほど遠距離にある撮像対象物の撮像について、撮像する地点からみて撮像対象物の視野角内にあるゆらぎ媒質中に前記の撮像対象物の視野角よりも小さな視野角を持った光スポットを生成する手続と、そのゆらぎ媒質中に生成された光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手続と、前記ゆらぎ媒質中に生成された光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手続と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続とを含むことを特徴とする歪画像補正方法。
【請求項４】
上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、上記のゆらぎ媒質中に生成された光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手続と、その比の逆フーリエ変換を行う手続とを含むことを特徴とする請求項３に記載の歪画像補正方法。
【請求項５】
予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを生成する手段と、前記撮像対象物上の光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手段と、前記撮像対象物上の光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手段と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手段とを含むことを特徴とする歪画像補正装置。
【請求項６】
上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手段は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手段と、上記の撮像対象物上の光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手段と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手段と、その比の逆フーリエ変換を行う手段とを含むことを特徴とする請求項５に記載の歪画像補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、撮像技術に関するものであり、特に大気に代表されるような擾乱・乱流を伴うゆらぎ媒質やガラス等のゆがんだ媒質を通して対象物を撮像する歪画像補正方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大気等のゆらぎ媒質の中で、あるいは、ゆらぎ媒質を通して対象物の撮像を行う場合、ゆらぎ媒質中を光が伝搬する際に光の位相が乱れる事が知られている。この現象のため、ゆらぎ媒質を通した対象物の撮像で得られた対象物の像は、歪んだりぼやけたりしてしまう。
【０００３】
従来、このような画像の歪みやぼやけを補正する技術としては、集光系による歪みやぼやけを数値計算により補正する技術が知られている。また、最近になって擾乱媒質によるゆらぎの効果を補正して歪・ぼやけを極力小さくする技術として補償光学（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃｓ）が提案されており、特に天体望遠鏡で用いられている。
【０００４】
上記の集光系による歪みやぼやけを数値計算により補正する技術においては、集光系の特性を予め測定しておき、その特性情報をもとに、撮像した画像の歪みやぼやけを補正するものである。これは、予め測定された集光系の特性データによる画像データの補正であることに対し、本発明は、時間とともに変化する擾乱媒質によるゆらぎの効果を補正するものであり、時間とともに変化する光路の特性データにより、画像データの補正を行う点で異なっている。
【０００５】
また、上記の天体望遠鏡で用いられる補償光学では、点光源と見なせる明るい恒星を観測対象の近くに見いだし、この恒星の撮像画像情報を用いて、観測対象の画像を補正するものである。これは、揺らぎのある媒質中を伝搬してきた光の波面の歪を測定し、波面の測定を基に可変形鏡の反射面を実時間の駆動装置を用いて変形して光の波面に歪みを与え、測定した波面の歪と相殺させるものである。これは、鏡面で反射された光は、歪が実時間で補正されて出力されるという原理に基いており、ゆらぎ補正が可能で、特に天文学には有効な手段である。しかし、補償光学に基づく方法は、対象物近くに参照となる点光源が必要なため、近くに適当な恒星が存在しこれを参照光源として使用できる場合以外は利用が難しく、航空機や人工衛星等の動く対称物に対しても利用が難しい。さらに、補償光学は装置が大規模で高価になることもあって室内等での小規模な撮像装置に対しては不向きで、使用が限定されていた。
【０００６】
これらの従来の技術において、本発明に最も近いのが、上記の天体望遠鏡で用いられる補償光学である。これは、撮像画像の中の点光源を画像の補正に用いる点については共通している。しかし従来の補償光学で用いられてきた方法は、揺らぎのある媒質中を伝搬してきた光の波面の歪を測定し、波面の測定を基に可変形鏡の反射面を実時間の駆動装置を用いて変形して光の波面に歪みを与え、測定した波面の歪と相殺させるものであるのに対し、本発明においては、数値計算によって画像の補正を行うので、この点において、相違している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様に、従来の補償光学では、可変形鏡の反射面を実時間の駆動装置を用いて変形して光の波面に歪みを与え、測定した波面の歪と相殺させるものであるので、補償光学は装置が大規模で高価になるため、室内等での小規模な撮像装置に対しては不向きで、使用が限定されていた。
【０００８】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、画像の歪みやぼけを補正することができる歪画像補正方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを生成し、光スポットからの散乱光及び対象物からの光を２個の撮像カメラで画像として取得し、それぞれの画像の空間周波数についてのフーリエ解析による画像処理によって撮像対象物の画像データに含まれる歪を補正するものである。このためには、次のような手段を用いる。
【００１０】
まず、上記目的を達成するために、第１の発明は、予め決められた撮像対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを積極的に生成してそれから得られる画像データを、撮像対象の画像データの補正に適用するものである。これは、歪画像補正方法に関しており、撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に光スポットを生成する手続と、前記撮像対象物上の光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手続と、前記撮像対象物上の光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手続と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続とを含むことを特徴としている。
【００１１】
また、第２の発明は、既に良く知られた計算方法により上記の目的を達成するものであり、上記した第１の発明の構成に加えて、上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、上記の撮像対象物上の光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手続と、その比の逆フーリエ変換を行う手続とを含むことを特徴としている。
【００１２】
また、第３および第４の発明は、上記の第１あるいは第２の発明の対象から外れた領域にある撮像対象物についての発明である。その第３の発明は、予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に光スポットを生成できないほど遠距離にある撮像対象物の撮像について、撮像する地点からみて撮像対象物の視野角内にあるゆらぎ媒質中に前記の撮像対象物の視野角よりも小さな視野角を持った光スポットを生成する手続と、そのゆらぎ媒質中に生成された光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手続と、前記ゆらぎ媒質中に生成された光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手続と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続とを含むことを特徴としている。
【００１３】
また、第４の発明は、上記した第３の発明の構成に加えて、上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、上記のゆらぎ媒質中に生成された光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手続と、その比の逆フーリエ変換を行う手続とを含むことを特徴としている。
【００１４】
また、第５の発明は、歪画像補正装置に関しており、予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを生成する手段と、前記撮像対象物上の光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手段と、前記撮像対象物上の光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手段と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手段とを含むことを特徴としている。
【００１５】
また、第６の発明は、上記した第５の発明の構成に加えて、上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手段は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手段と、上記の撮像対象物上の光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手段と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手段と、その比の逆フーリエ変換を行う手段とを含むことを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明による媒質のゆらぎ効果の除去方法について、理論的にその原理を説明する。２次元の像を考え、用いる光学系による点像分布関数をｈ（ｘ，ｙ）、撮像対象物の光放射の分布をｏ（ｘ，  ｙ）、その像をｉ（ｘ，  ｙ）とすると、撮像の原理より次式が成立する。
【００１７】
【数１】
0003584285.tif 000002
【００１８】
ここで用いられる演算は畳み込み積分（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）である。また、ｈ、ｏ、ｉのフーリエ変換を各々、Ｈ、Ｏ、Ｉとし、フーリエ変換を簡単な記号Ｆ〔  〕で表すと、次式のようになる。
【００１９】
【数２】
0003584285.tif 000003
ここでＨは光学的伝達関数である。また（ｕ，  ｖ）は空間周波数であり、フーリエ空間での２次元座標である。
【００２０】
次に、生成された光スポットの形を表す関数をｓ（ｘ，  ｙ）、その像をｉｓ（ｘ，ｙ）とする。撮像対象物の撮像と同じ光学系を用いて光スポットを撮像するので点像分布関数は共通になり、次式で表せる。
【００２１】
【数３】
0003584285.tif 000004
【００２２】
ここで、ｉｓ、ｓのフーリエ変換を各々、Ｉｓ、Ｓとすると、数２と同様に次式が成立する。
【数４】
0003584285.tif 000005
【００２３】
いま、二つの実数ａ，  ｂを考えこれらの畳み込み積分を、
【数５】
0003584285.tif 000006
とすると、このフーリエ変換結果は各々のフーリエ変換の積で表されることが数学的に知られている。即ち、次式で表せる。
【００２４】
【数６】
0003584285.tif 000007
従って、Ｈ、Ｏ、Ｉは画像の場合の畳み込み積分に代わって次式のように簡単な積で表される。
【００２５】
【数７】
0003584285.tif 000008
【００２６】
同様にして次の式を得る事ができる。
【数８】
0003584285.tif 000009
【００２７】
ここで、数７をＯ（ｕ、ｖ）について解くと、次式が得られる。
【数９】
0003584285.tif 000010
【００２８】
撮像対象物上の光スポットは、送受信光学系を用いてレーザービームをフォーカスさせて生成するので、撮像対象物に対して十分小さくできる。フォーカス時の伝搬ゆらぎによって光スポットは歪むが、この効果は小さく一般に光スポットはゆらぎがあっても十分に小さくすることが可能である。撮像対象物に対して光スポットが十分小さければ、ｓ（ｘ、ｙ）はデルタ関数で近似できる。即ち次式の様に置ける。
【００２９】
【数１０】
0003584285.tif 000011
【００３０】
また、デルタ関数のフーリエ変換は１故、Ｓ（ｕ、ｖ）  ＝  １であるので数３、数８は、次式の様になる。
【００３１】
【数１１】
0003584285.tif 000012
【００３２】
【数１２】
0003584285.tif 000013
【００３３】
ここで、数１１は、撮像対象物上に生成された光スポットが近似的に点光源とみなすことができる時は、その像は光学的に点像分布関数として扱えることを意味している。
【００３４】
次に、数９でのＨ、Ｏ、Ｉについて考える。Ｈは一般には実数であるが、媒質のゆらぎのため光の位相が乱れ複素数となる。また、撮像対象物の像は一般に対称でないので、フーリエ変換の画像を表すＯ、Ｉも複素数となる。画像の非対称性から生じる両者に共通の固定された位相をφ、媒質のゆらぎから生ずる変動する位相をΔとし、撮像対象物の大きさは余り大きくなく、放射光は光スポットからの散乱光と同様のゆらぎ効果を受けると仮定すると、複素形式で、次の様に表すことができる。
【００３５】
【数１３】
0003584285.tif 000014
【００３６】
【数１４】
0003584285.tif 000015
【００３７】
ここで、｜｜は絶対値で振幅に相当し、指数項は位相に相当する。但し、位相部も振幅部と同様（ｕ，ｖ）の関数となっているが、ここでは式の簡略化のため示してない。数１２を用いると、数９は、次の様になる。
【００３８】
【数１５】
0003584285.tif 000016
分母のＩｓは、数１２で示されているようにＨに等しいとしているので、これは、数１３と同様に次の様に表される。
【００３９】
【数１６】
0003584285.tif 000017
【００４０】
従って、撮像時間を位相Δが一定値に保持されているとみなせるゆらぎの周期内にとると、Ｏを表す数１５は数１４、数１６を用いて、次の様になる。
【００４１】
【数１７】
0003584285.tif 000018
【００４２】
ここで、ゆらぎによる位相の変動Δが除去されていることに注意したい。これが本発明のキーポイントである。また、数１７での｜Ｉ（ｕ，ｖ）｜／｜Ｉｓ（ｕ，  ｖ）｜はＯの絶対値部分｜Ｏ（ｕ，  ｖ）｜に相当し振幅を、指数部は位相を表す。従って、目的とする撮像対象物の強度分布ｏはＯの逆フーリエ変換として次式となり、ゆらぎ効果が除去された再生画像として求まる。
【００４３】
【数１８】
0003584285.tif 000019
ここで、Ｆ−〔  〕は逆フーリエ変換を表す。
【００４４】
また、Ｏ（ｕ，  ｖ）は、数１５で与えられているので、これを代入すると、数１８は、次の様になる。
【００４５】
【数１９】
0003584285.tif 000020
【００４６】
さらに、数２、数４を用いて最終的にデータ処理を示す式として、次式を得る。
【数２０】
0003584285.tif 000021
【００４７】
この数２０は、得られた二つの画像ｉとｉｓのフーリエ変換の比を計算し、目的とする画像を得るには、これを逆フーリエ変換すればよいことを意味している。
【００４８】
次に、光スポットｓ（ｘ、ｙ）をデルタ関数で近似しない場合を考えてみる。ゆらぎが無ければフォーカスさせた光スポットの形ｓは用いる光学系の点像分布関数ｈに等しいが、ゆらぎの影響で歪んだ点像分布関数の形となるので、これをｈ′とすると、光スポットの像ｉｓは、数３より次の様に表わせる。
【００４９】
【数２１】
0003584285.tif 000022
【００５０】
レーザー光をフォーカスさせる際の伝搬時のゆらぎによる位相をΔ′とするとｓ（ｘ，ｙ）のフーリエ変換Ｓ（ｕ，  ｖ）は、次の様になる。
【数２２】
0003584285.tif 000023
また、ｉｓのフーリエ変換Ｉｓは数２１より
【数２３】
0003584285.tif 000024
数２３を、数８と対比させて考えると、前項がＳ（ｕ，  ｖ）、後項がＨ（ｕ，ｖ）、に相当する。また、Ｈ、  Ｓに数１３、数２２を用いると、次の様に、ＩｓもＩと同様の形で書く事ができる。
【数２４】
0003584285.tif 000025
【００５１】
ここで、
【数２５】
0003584285.tif 000026
である。
【００５２】
歪んだ光スポットが参照点光源として用いられるので、Ｏを表す数１５でのＩｓは数１６に代って数２４を用いなければならない。ここで、Ｉについては前と同様に、数１４を用いる。従って、Ｏは数１７に代って、次の様になる。
【００５３】
【数２６】
0003584285.tif 000027
【００５４】
上記の数２６を見ると、撮像時の光の伝搬のゆらぎによる位相変動Δは除去されるが、光スポット生成時のゆらぎの影響による位相変動Δ′が残っている。これは位相φに対して雑音となる。しかし、一般にゆらぎはランダムであり、位相部ｅ−ｉφ・ｅｉΔ’＝ｅ−ｉ（φ−Δ’）でΔ′は正負対称に変動し、位相はφを中心に対称的に変動するので、複数のデータを用いて上記のＯ（ｕ，ｖ）を平均的に求めることによって、ゆらぎの効果Δ′を除去することができる。
【００５５】
また、上記の数２６の分母の｜Ｉｓ｜は、数２５で示されている。Ｉｓの違いを数８、数１２を見ながら、光スポットをデルタ関数とした理想的な場合を表す数１７と比較すると、数２６では｜Ｓ｜が余分に分母に入っている。この事は、より正しくＯを求めるためには数２６の右辺に｜Ｓ｜を掛けてやればよいことを示している。ここで、｜Ｓ｜は光スポットの形を表す関数ｓのフーリエ変換の絶対値であるので、理論的に値を求めることができる。
【００５６】
さらに、送受信光学系を用いてレーザービームを撮像対象物にフォーカスさせると、そのスポットの大きさは光学系の分解能と等しくなるので、十分にデルタ関数近似が成立し、一般には数２２での画像の劣化は無視できる。即ち数１７が成立する。
【００５７】
次に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。先ず第１の実施形態を、図１の模式図を用いて説明する。図１の構成では、レーザー１からの出力光を中心部に穴のあいた穴付反射鏡２の裏側から入射させ、送受信光学系３を通して対象物４を照射する。この際、照射によって撮像対象物上に光スポット５を生成する。この光スポットからの散乱光を送受信光学系３で集光した後、ダイクロイックミラー６を通して撮像カメラ７で検出 する。また、同時に、撮像対象物からの光を同種の撮像カメラ８で検出する。この光路上にはゆらぎ媒質９があるものとする。また、これらの撮像カメラは 結像レンズとCCD等の撮像素子から構成されているものとする。撮像カメラ７、８ともに、レーザー１からの同期信号を基に、撮像カメラ７、８それぞれに調整された時間ゲート２０による時間遅延を受けて、撮像するものである。また、撮像された信号は、コンピュータ２１に送られ、数値計算処理される。
【００５８】
穴付反射鏡２の代わりに通常のビームスプリッターを用いる場合、送信時はレーザー１からの出力光を分岐して上記の光スポットを生成する光として用い、受信時は、送信時と同じ光路を用いるため、送受信時に光エネルギーの損失が発生していた。この問題は、上記のように、穴付反射鏡２を用いることによって、解決され、通常のビームスプリッターを用いる場合に比較して、送信、受信用における光エネルギーの損失を少なくすることができる。
【００５９】
また、このような構成で、撮像カメラ７ではレーザー光波長のみの光を検出し、撮像カメラ８ではレーザー光を遮断して、レーザー光以外の光を検出する。このためには、図１に示したようなレーザー光を反射するダイクロイックミラー６を使用する。また、ダイクロイックミラーには、そのレーザー光を透過する特性のものもあるが、このようなダイクロイックミラーを使用する場合は、撮像カメラ７と８の役割を入れ換える必要があることは明らかである。
【００６０】
このように、送受信光学系３を調整して、撮像対象物上に点光源状の光スポットを生成する。また、この送受信光学系３を用いて、撮像対象物からの散乱光を受信する。その際、光スポットの位置は、撮像対象物上であればどこでもかまわない。撮像対象物が遠距離にある場合は、送受信光学系として望遠鏡を用いることが望ましい。近距離の場合は、そのレンズ系は望遠鏡に比べて簡素化できる。また、撮像対象物が近距離に有り、また、十分に細いレーザービームを用いることができれば、送受信光学系２を用いなくてもレーザービームで直接対象物を照射して光スポットを生成し、撮像カメラの光学系のみで直接、レーザービームの像を取得できる。
【００６１】
送受信光学系３に望遠鏡を用いる場合は、望遠鏡の対物レンズ（又は鏡）と接眼レンズ（又は鏡）の間隔を変えることによってレーザービームの拡がり角を変えることができるので、これによって撮像対象物上に点光源状の光スポットを生成する。対物レンズと接眼レンズとの両者の間隔が定常位置の時、レーザービームはコリメートされ、間隔を大きくすると狭まるビームとなり、対象物上に光スポットを生成できる。また、図１に示した例のように送受信を同一の送受信光学系３で行えば、光スポット生成のためのレーザービームの対象物上へのフォーカスと、撮像対象物の撮像のフォーカスとを同時に行うことができる。この際、十分に調整された場合は、光スポットのサイズを望遠鏡の分解能と等しくすることができる。
【００６２】
また、図１の構成では、送受信光学系３を用いて装置をコンパクト且つ効率的にしているが、原理的にはレーザー光照射のために別の光学系と別のパスを用いてもよい。重要なことは、参照光（レーザー光スポットからの散乱光）と撮像対象物からの光を同じパスで同時に受光することである。
【００６３】
さらに、地球周辺や宇宙空間でレーザービームをフォーカスできないほど撮像対象物が遠いか無限遠相当の距離の場合には、光スポットを撮像対象物上に生成する代りに、十分遠方の大気中に光スポットを生成し、大気分子からの散乱光を用いて参照光とすることができる。この際、撮像する地点からみて撮像対象物の視野角内に光スポットを生成することが望ましいが、撮像対象物の近くの視野にあっても画像データの歪みやぼけを改善することはできる。また、大気分子からの散乱光を用いる場合は、パルスレーザー光を用いる。この場合、近くの距離からの散乱光は、本発明の画像データの補正においては、ノイズとなるが、この散乱光による信号は、検出の際に、時間ゲート２０を設けて容易に遮断できることはよく知られている。
【００６４】
また、宇宙用の大型の望遠鏡等で望遠鏡のフォーカスを固定して用いたい場合は、レーザー１と穴付反射鏡２の間にビームエクスパンダーを設置し、ビームエクスパンダーによりレーザービームの拡がり角を調整し、撮像対象物の撮像のフォーカス調整は撮像カメラ７，８で行うこともできる。
【００６５】
撮像カメラの露光時間は、ゆらぎの周波数によって設定する必要がある。露光時間内で位相が変化しないことが条件なので、速いゆらぎの場合はその分短い露光時間が要求される。いわゆるコヒーレンス時間以内に設定すればよい。一般に、大気による揺らぎの場合、可視光について１０ミリ秒以下の露光時間であれば、改善効果があることがわかっている。また、前記の露光時間は、用いる光の波長が長くなるにしたがって長くすることができ、従って、赤外光を用いると、長時間の露光が可能となる。また、静的なゆらぎ（ゆがみ）の場合は露光時間は十分に長く取ることができる。
【００６６】
本発明では、光スポットと撮像対象物の像が受けるゆらぎ効果が同程度であることを仮定しているが、このため、撮像対象物の大きさあるいは適用範囲は光スポットの方向を中心に空間的なコヒーレンスが保たれる視野内ということになる。
【００６７】
以上に説明した様に、原理的には撮像カメラ７と８からの１組の画像があれば１個の再生画像が得られるが、実際の運用に当たっては、光スポットがデルタ関数 で表せる完全な点光源でないことや、光スポットからの参照光と撮像対象物からの光のパスが少し異なるのでゆらぎ効果が完全には等しくないこと、等の要 因があるため、多数組の画像を用いて平均を求めることが望ましい。これは、計算機シミュレーションで確認できるが、その方法については、本明細書には記載していない。
【００６８】
次に、第２の実施形態として、図２に、ダイクロイックミラー６を使用せず、通常のビームスプリッター１０を使用する場合の模式図を示す。図２は、撮像カメラ７の前に光スポット生成用レーザー光の波長付近の光のみを透過するフィルター１１を、また、カメラ８の前にはそのレーザー光を遮断するフィルター１２をセットしたものである。この様にする事によっても、上記の構成と同様の効果を実現することができる。
【００６９】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００７０】
第１の発明では、予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを生成する手続と、前記撮像対象物上の光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手続と、前記撮像対象物上の光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手続と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続とを含む歪画像補正方法により、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、画像の歪みやぼけを補正することができる様になった。
【００７１】
また、第２の発明では、第１の発明に、上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、上記の撮像対象物上の光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手続と、その比の逆フーリエ変換を行う手続とを適用することにより、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、また、撮像対象物に点光源がない場合でも、画像データを容易に補正できる様になった。
【００７２】
また、第３の発明では、予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に光スポットを生成できないほど遠距離にある撮像対象物の撮像について、撮像する地点からみて撮像対象物の視野角内にあるゆらぎ媒質中に前記の撮像対象物の視野角よりも小さな視野角を持った光スポットを生成する手続と、そのゆらぎ媒質中に生成された光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手続と、前記ゆらぎ媒質中に生成された光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手続と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続とを含む歪画像補正方法により、遠距離にある撮像対象物に光スポットを生成できない場合でも、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、画像データを補正できる様になった。
【００７３】
また、第４の発明では、第３の発明に、上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手続は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、上記のゆらぎ媒質中に生成された光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手続と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手続と、その比の逆フーリエ変換を行う手続とを適用することにより、撮像対象物に光スポットを生成できない場合でも、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、画像データを容易に補正できる様になった。
【００７４】
また、第５の発明では、予め決められた撮像対象物にレーザー光を照射して撮像対象物上に該撮像対象物よりも小さな光スポットを生成する手段と、前記撮像対象物上の光スポットの撮像と前記撮像対象物の撮像とを同時に異なる撮像カメラを用いて行う手段と、前記撮像対象物上の光スポットからの光から得たゆらぎ媒質中の光伝搬によるゆらぎ効果情報を抽出する手段と、その抽出されたゆらぎ効果情報を用いて、前記撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手段とを含む歪画像補正装置により、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、画像データを補正できる装置を実現できる様になった。
【００７５】
また、第６の発明では、第５の発明に、上記の撮像対象物の撮像による画像情報を補正する手段は、上記の撮像対象物の撮像による画像情報をフーリエ変換する手段と、上記の撮像対象物上の光スポットの撮像による画像情報をフーリエ変換する手段と、それらのフーリエ変換結果の比をとる手段と、その比の逆フーリエ変換を行う手段とを含む歪画像補正装置により、従来の補償光学に基づいた装置のように大規模な装置を用いなくても、画像データを容易に補正できる装置を実現できる様になった。
【００７６】
以上述べたように本発明による歪画像補正撮像方法及び装置は、ゆらぎ媒質を通し撮像する際に生じる画像の歪やぼやけを除去して、ゆらぎのない状態の画像に近い再生画像を得ることができるので、天体、宇宙観測、航空機・宇宙機観測等、地球大気を通しての撮像をはじめ、一般の気体、プラズマ、液体、さらにはガラス等の固体を通しての測定に対してもゆらぎやゆがみを補正した撮像が可能であり、工業上有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を示す模式図である。
【図２】第２の実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
１  レーザー
２  穴付反射鏡
３  送受信光学系
４  撮像対象物
５  レーザー光スポット
６  ダイクロイックミラー
７  撮像カメラ（レーザー光スポット撮像用）
８  撮像カメラ（対象物撮像用）
９  ゆらぎ媒質
１０  ビームスプリッター
１１、１２  フィルター
２０  時間ゲート
２１  コンピュータ
【図１】
0003584285.tif 000028
【図２】
0003584285.tif 000029