(57)【要約】  マルチスペクトルカメラは、光を通過可能にする少なくとも一つのホール２０３を持つブロック要素２０１を有する。分散要素２０５は、少なくとも一つのホール２０３からの光を異なる波長依存的な方向に拡散し、レンズ２０７は、画像平面２０９上の分散要素２０５からの光を焦束させる。マイクロレンズアレイ２１１は、レンズ２０７から光を受け取り、画像センサ２１３は、マイクロレンズアレイ２１１から光を受け取って、画像センサ２１３の画素に対する入射光値を有する画素値信号を生成する。その後、プロセッサは、画素値信号からマルチスペクトル画像を生成する。当該アプローチは、単一の瞬間的なセンサ測定が少なくとも一つの空間次元及び１つのスペクトル次元を有するマルチスペクトル画像を提供可能にする。マルチスペクトル画像は、センサ出力の後処理により生成され、物理的フィルタリング又は動く部分は必要ではない。
2013501930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を通過可能にする少なくとも一つのホールを持つ光ブロック要素と、前記少なくとも一つのホールからの光を異なる波長依存的な方向へ拡散させるための分散要素と、前記分散要素からの光を画像平面に焦束させるためのレンズと、前記レンズから光を受け取るマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイから光を受け取り、画像センサの画素に対する入射光値を有する画素値信号を生成する前記画像センサと、前記画素値信号からマルチスペクトル画像を生成するためのプロセッサとを有する、マルチスペクトルカメラ。
【請求項２】
前記マルチスペクトル画像は、前記マルチスペクトル画像の画素に対するスペクトル分布指標を有する、請求項１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記画素値信号からレインボウ平面で第１の画像を合成し、スペクトル特性に対応する空間マスクを第１の画像に適用することにより第２の画像を生成し、第２の画像からスペクトル特性に対応するマルチスペクトル画像のための空間画像を生成する、請求項１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項４】
前記プロセッサは、対応する異なる空間マスクを第１の画像に適用することにより、異なるスペクトル特性に対応する複数の空間画像を決定し、複数の空間画像からマルチスペクトル画像を生成する、請求項３に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項５】
前記スペクトル特性は、バンドパスフィルタに対応する、請求項３に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項６】
前記マイクロレンズアレイ及び前記画像センサは、同一の角度で少なくとも一つのホールを通過する光が、前記画像センサの複数の画素間に分布されるように配置され、当該分布は波長依存的な分布である、請求項１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項７】
前記プロセッサは、異なる波長を持つ光線に対応し、異なる角度で前記少なくとも一つのホールを通る光線を受け取る前記センサの単一の画素値を補償する、請求項１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項８】
前記マイクロレンズアレイは、前記画像平面に実質的に位置される、請求項１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項９】
前記マイクロレンズアレイは、前記画像平面と前記画像センサとの間に位置される、請求項１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１０】
ユーザー入力と、前記ユーザー入力に応じて前記画像センサ及び前記マイクロレンズアレイの少なくとも１つの位置を調整するためのコントローラとを更に有する、請求項１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１１】
前記光ブロック要素は光ブロック平面を供給し、前記少なくとも一つのホールは前記光ブロック平面内のスリットである、請求項１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１２】
前記画像センサは、２次元画像センサである、請求項１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１３】
前記少なくとも一つのホールは、コード化アパーチャを形成している複数のホールを有する、請求項１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１４】
前記少なくとも一つのホールは、ピンホールを有する、請求項１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１５】
光を通過可能にする少なくとも一つのホールを持つ光ブロック要素を供給するステップと、異なる波長依存的な方向に前記少なくとも一つのホールからの光を拡散させるための分散要素を供給するステップと、画像平面上に前記分散要素からの光を焦束させるためのレンズを供給するステップと、前記レンズからの光を受け取るマイクロレンズアレイを供給するステップと、前記マイクロレンズアレイからの光を受け取り、画像センサの画素に対する入射光値を有する画素値信号を生成するための前記画像センサを供給するステップと、前記画素値信号からマルチスペクトル画像を生成するステップとを有するマルチスペクトル画像を生成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチスペクトル撮像に関し、排他的ではないが、特に、２つの空間次元及び１つのスペクトル次元を有するマルチスペクトル画像の生成に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の目は、可視スペクトルの異なる部分を感知できる３つのタイプの錐体を特徴とする。これらの錐体は、これらが感知する（長い、中間の、及び短い）波長、概略的に赤、緑及び青い色に対応する波長と呼んで、通常Ｌ、Ｍ及びＳに指定される。錐体の相対的なスペクトル感度は、錐体が、かなり広帯域の特性を持ち、広い波長範囲にわたる光の統合に対応していることを示す図１に図示されている。結果的に、異なるスペクトルサインを持つ２つの物質が特定の照明状況で同じ色を持つものとして人間の観察者に見えることは可能である。この現象は、条件等色として知られている。人間の目と同様に、幅広いカラーフィルタを使用している３つの主要な（ＲＧＢ）システムは、ディスプレイ及びカメラ両方に対して主流になった。ディスプレイは、原色により囲まれる色域内の任意の色を生成するために、原色の適切な混合に依存する。
【０００３】
（比較的粗い）ＲＧＢ色座標により供給されるものより詳細なスペクトル反射率に基づいて、画像を特徴づけることは、しばしば有益である。局所的スペクトル情報、すなわち画像の異なる部分のスペクトル特性が個別に特徴づけられるスペクトル情報で、画像が捕えられることが、更にまた所望される。斯様な撮像は、マルチスペクトル撮像として知られていて、多くの実用的なアプリケーションを見つけた技術であり、アプリケーションは、例えば以下を含む：
汚染物質検出
環境モニタリング
穀物／木材の等級づけ
微生物検出（蛍光／血球計算）フロー血球計算
酸素測定等である。
【０００４】
幾つかのアプリケーションに対して、可視スペクトルの特定部分だけを分析することが望ましい。例えばフォトプレチィスモグラフィ（光電脈波）では、人間の心拍は、光記録の時間分析から導出される。しかしながら、心拍信号がヘモグロビンのスペクトル吸収特性のため緑の色（例えば、５４０―５６０nm）に対して最も強いことが確立されている。結果として、関心がある狭いスペクトル帯域を具体的に分析するシステムは、周囲の特定されない信号及びノイズをより多く取り上げる広帯域のセンサを使用しているシステムより正確な推定を提供する。  
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マルチスペクトルカメラが、高い空間解像度及び高いスペクトル解像度及び高い時間軸解像度を提供することは、望ましい。しかしながら、これらの要件は両立しない傾向があり、したがって、異なる要件間のトレードオフがしばしば必要である。
【０００６】
あるタイプのマルチスペクトルカメラは、シーン／ターゲットがライン毎に走査され、このラインに直交して、分散要素（例えば格子又はプリズム）がライン内の各画素のスペクトルを取り出すために用いられるというアプローチを使用する。結果として生じる（１次元空間及び１次元スペクトルを持つ）２次元のデータは、従来の２次元のセンサを使用して捕えられる。フル３次元データ（２次元空間及び１次元スペクトル）は、ラインと直角をなす方向にラインを段階的且つ順次にスキャンすることにより確立される。
【０００７】
しかしながら、斯様なカメラは、比較的複雑で、スキャンを実行するための機械的動きを必要とする傾向がある。これは、結果的に増大された複雑さ、増大するコスト、信頼性の減少、消費電力の増大、増大したサイズ及び／又は重量となる傾向がある。必要なスキャンプロセスは、また、比較的ゆっくりとなる傾向があり、結果的に画像を捕えるのに比較的長い時間になる。これは、例えば動画像を捕えるためには、このアプローチを適さなくしている。
【０００８】
他のタイプのマルチスペクトルカメラは、通常の白黒カメラの前に配置される様々なスペクトルフィルタを使用する。フィルタを順次変えて、対応する画像を記録することにより、十分な三次元データが得られる（すなわち、各撮影画像は、フィルタの通過帯域周波数間隔内の光に対応する）。このアプローチの大きな欠点は、多くの光がフィルタによりブロックされるので、光効率がかなり低いように見えることである。その上、液晶調整可能なフィルタ及び音響光学調整可能なフィルタのような適切なフィルタは、かなり高価で、通常単一波長の光を通過させる（ノッチパス）だけである。このアプローチは、また、走査式マルチスペクトルカメラと同じ不利な点、すなわち遅くて、比較的低い信頼性を持つ等の傾向がある。
【０００９】
これらのタイプのマルチスペクトルカメラでの特に重要な不利な点は、これらがスペクトル解像度を時間軸解像度とトレードするということである。これは、撮像対象物が移動している状況では不利な点である。更にまた、この方法は、一般に、アプリケーションに容易に適することができない、非常に特定の（固定の）スペクトル解像度を持つ。
【００１０】
よって、改良型のマルチスペクトルカメラが好適であろう。例えば、増大された柔軟性、コスト削減、減少した複雑さ、増大された信頼性、減少したサイズ／重み、減少した消費電力、改良された時間的パフォーマンス／解像度、及び／又は改良されたパフォーマンスを可能にするマルチスペクトルカメラが好適であろう。
【００１１】
従って、本発明は、好ましくは単独で又は任意の組合せで、上述の不利な点を一つ以上緩和し、軽減し、又は除去しようと試みている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様によると、光を通過可能にする少なくとも一つのホールを持つ光ブロック要素と、少なくとも一つのホールからの光を異なる波長依存的な方向へ拡散させるための分散要素と、前記分散要素からの光を画像平面に焦束させるためのレンズと、前記レンズから光を受け取るマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイから光を受け取り、画像センサの画素に対する入射光値を有する画素値信号を生成する画像センサと、前記画素値信号からマルチスペクトル画像を生成するためのプロセッサとを有するマルチスペクトルカメラが供給される。
【００１３】
本発明は、改良型のスペクトルカメラを提供する。特に、当該アプローチは、物理的フィルタの順次変更及びスキャンのような順次の操作を要求することなく、マルチスペクトル画像を捕えることを可能にする。マルチスペクトル画像を生成可能にする画像情報の捕捉は、多くの実施例において実質的に瞬間的である。当該アプローチは、改良された時間的パフォーマンスを提供し、特に比較的高い空間解像度及びスペクトル解像度を維持しながら、高い時間軸解像度を可能にする。本発明のマルチスペクトルカメラは、例えば移動対象物の取り込み、すなわちビデオ画像に特に適している。
【００１４】
当該アプローチは、更に、固定の機械的セットアップを可能にし、コスト、サイズ／重み、消費電力及び／又は複雑さを低減する。これは、増大された信頼性も提供する。
【００１５】
例えば、幾つかの実施例では、当該アプローチを使用するマルチスペクトルカメラは、シーン内の各画素に対するスペクトルを即座に捕えることが可能である。ライン走査式分光計又は様々なブロックフィルタカメラのような従来のカメラとは対照的に、全ての画素に対する局所的スペクトル情報は同時に捕えられ、これにより、改良された時間的パフォーマンスを供給し、このことは例えば動きがある場合に非常に有益である。
【００１６】
システムは、詳細なマルチスペクトル画像を生成するために、専用の構成をした主レンズと、マイクロレンズアレイと、格子又はプリズムのような分散要素と組み合わせて従来の画像センサからのデータを使用できる。当該アプローチは、所望の要件を持つマルチスペクトル画像を生成するために、画像センサからの信号を後処理する。例えば、当該アプローチは、カラーフィルタをデザインして、数値的後処理ステップとしてソフトウェアで適用可能なので、これにより増大された柔軟性を提供する。
【００１７】
マルチスペクトル画像は、空間及びスペクトルコンテンツ両方を持つ。通常、データは、２つの空間次元及び１つのスペクトル次元に対応する三次元データセットで表される。例えば、画像の複数の領域に対するスペクトル分布は、マルチスペクトル画像により表される。よって、マルチスペクトル画像は、合成された空間及びスペクトル画像である。幾つかの実施例では、マルチスペクトル画像は、スペクトル分布を備える複数の画素に分けられ、スペクトル分布は各画素に対して供給されている。マルチスペクトル画像は、画像内の複数の領域に対して個々のスペクトルデータを有する。このように、マルチスペクトル画像は、局所的なスペクトルデータを有し、特に画像に対するスペクトルバリエーション及び可視画像の情報両方を提供できる。
【００１８】
光ブロック要素は、分散要素、レンズ、マイクロレンズ及び画像センサに到達する光だけが光ブロック要素内のホールを通って通過できるように、カメラ用の筐体を形成する。
【００１９】
マルチスペクトルカメラの構成は、（ホールは別として）第１の光ブロック平面を形成する光ブロック要素、次に分散要素のための（おそらく平行な）平面、次にレンズの平面、次にマイクロレンズアレイの（おそらく平行な）平面、次に（おそらくマイクロレンズアレイと平行な）画像センサという連続する平面の構造体を利用する。画像平面は、通常はレンズとマイクロレンズアレイとの間にある（仮想の）（おそらく平行な）平面である。レンズ、マイクロレンズ及びセンサ平面は、具体的には、シャインプルーフ構成で配置される。これは、例えば分散要素が光軸との角度を導入する実施例に対して適応する。
【００２０】
分散要素は、例えばプリズム又は回折格子素子であり、回折による拡散を提供する。
【００２１】
少なくとも一つのホールは、光ブロック要素を光が通過可能にする光ブロック要素内の任意の適切なホールである。ホールは、空である必要はなく、例えば透明な物質で埋められてもよい。幾つかの実施例では、レンズ及び／又は絞りが、少なくとも一つのホールに位置される。よって、光学的視点から、少なくとも一つのホールは、少なくとも一つのレンズ及び／又は絞りである。特に、少なくとも一つのホールは、分散要素上へ撮像する対物レンズの開口を有してもよい。
【００２２】
本発明のオプションの特徴によると、マルチスペクトル画像は、マルチスペクトル画像の画素に対するスペクトル分布指標を有する。
【００２３】
本発明は、比較的高い空間解像度、スペクトル解像度及び／又は時間的解像度を持つマルチスペクトル画像の改良された生成を可能にする。
【００２４】
本発明のオプションの特徴によると、プロセッサは、画素値信号からレインボウ平面で第１の画像を合成し、スペクトル特性に対応する空間マスクを第１の画像に適用することにより第２の画像を生成し、第２の画像からスペクトル特性に対応するマルチスペクトル画像のための空間画像を生成するのに適している。
【００２５】
これは、改良されたパフォーマンス及び／又は容易な操作を提供する。特に、個々の実施例に対する特定の要望及び要件と合うスペクトル特性を決定可能にする。スペクトル特性は、例えば、任意の手動的、機械的、又は物理的変更を要求することなく計算処理により決定される。よって、生成されたマルチスペクトル画像の特性は、センサ出力の処理を適応させることにより簡単に変えられる。よって、例えばスペクトルフィルタ又は空間フィルタの物理的限定により制限されない、よりフレキシブルなアプローチが達成される。
【００２６】
レインボウ平面は、特に、光の位置が光の波長だけに依存している平面である。よって、シーンの全ての部分（すなわち、任意の角度で少なくとも一つのホールを通過する）光は、波長に依存している同じポイントに収束するだろう。よって、レインボウ平面で、スペクトル特性は、空間特性に完全に変換される。
【００２７】
第１の画像は、シーンの空間画像ではなくて、むしろ、各ポイントが１つの波長に対するシーンの累算された光強度に対応するスペクトル画像である。よって、第１の画像は、スペクトル画像、すなわちスペクトルマップとみなされる。特に、第１の画像は、スペクトル強度マップであるとみなされる。
【００２８】
本発明のオプションの特徴によると、プロセッサは、対応する異なる空間マスクを第１の画像に適用することにより、異なるスペクトル特性に対応する複数の空間画像を決定し、複数の空間画像からマルチスペクトル画像を生成する。
【００２９】
これは、マルチスペクトル画像を生成するため実際的及びフレキシブルなアプローチを提供する。異なるスペクトル特性／フィルタに対応する一連のマスクは、異なるスペクトル足跡／特性に対応する一組の空間画像を供給するために、後処理アルゴリズムによりパラレルに又はシーケンシャルに適用される。スペクトル足跡／特性は、低い複雑さの空間処理により、フレキシブルに選択でき、適用できる。
【００３０】
本発明のオプションの特徴によると、スペクトル特性は、バンドパスフィルタに対応する。
【００３１】
バンドパスフィルタ特性は、具体的には、周波数間隔の選択に対応する。これは、マルチスペクトル画像の実際的及び効率的な生成を可能にする。
【００３２】
本発明のオプションの特徴によると、マイクロレンズアレイ及び画像センサは、同一の角度で少なくとも一つのホールを通過する光が、画像センサの複数の画素間に分布されるように配置され、当該分布は波長依存的な分布である。
【００３３】
これは、マルチスペクトル画像の改良された及び／又は容易な生成を提供する。当該分布は、具体的には、少なくとも一つのホールを通る所与の角度の単一の光線が、各画素に到達する異なる波長間隔で、複数の画素に到達するような分布である。
【００３４】
本発明のオプションの特徴によると、プロセッサは、異なる波長を持つ光線に対応し、異なる角度で少なくとも一つのホールを通る光線を受け取る画像センサの単一の画素値を補償するように設けられる。
【００３５】
これは、マルチスペクトル画像の改良された及び／又は容易な生成を提供する。代わりに又は追加的に、当該アプローチは、実行を容易にしてもよい。
【００３６】
本発明のオプションの特徴によると、マイクロレンズアレイは、画像平面に実質的に位置される。
【００３７】
これは、特に幾つかの実施例又はシナリオで有利である。特に、多くのシナリオでは、後処理をフィルタリングする必要なくマルチスペクトル画像をセンサ出力から直接生成可能にする。当該アプローチは、例えば増大したスペクトル解像度を提供する。
【００３８】
本発明のオプションの特徴によると、マイクロレンズアレイは、画像平面と画像センサとの間に位置される。
【００３９】
これは、特に幾つかの実施例又はシナリオで有利である。特に、これは、計算後処理によりマルチスペクトル画像を生成するのに非常に適している情報を画像センサが捕捉可能にする。
【００４０】
本発明のオプションの特徴によると、マルチスペクトルカメラは、更に、ユーザー入力と、ユーザー入力に応じて画像センサ及びマイクロレンズアレイの少なくとも１つの位置を調整するためのコントローラとを有する。
【００４１】
これは、よりフレキシブルなマルチスペクトルカメラを可能にし、特に画像センサにより捕捉される画像に対する空間解像度とスペクトル解像度との間のトレードオフをユーザが制御可能にする。
【００４２】
本発明のオプションの特徴によると、光ブロック要素は光ブロック平面を供給し、少なくとも一つのホールは光ブロック平面内のスリットである。
【００４３】
当該アプローチは、２つの空間次元及び１つのスペクトル次元を持つ三次元画像が単一のセンサ測定から捕捉可能にする。スリットは、通常は１ｍｍ以下の幅を持つ。更にまた、狭いスリットは、拡張したシーンが捕捉できると共に、少なくとも一つのホールの入射光線の角度が１次元でよく制御されることを確実にする。分散要素は、例えば、スリットと実質的に平行なラインを持つライン回折格子要素である。マイクロレンズアレイは、具体的には、スリットと実質的に平行なラインを持つレンチキュラアレイである。
【００４４】
本発明のオプションの特徴によると、画像センサは、２次元画像センサである。
【００４５】
これは、２つの空間次元及び１つのスペクトル次元を持つ３次元画像を単一のセンサ測定から捕捉可能にする。
【００４６】
本発明のオプションの特徴によると、少なくとも一つのホールは、コード化アパーチャを形成している複数のホールを有する。
【００４７】
これは、後処理によりマルチスペクトル画像の効率的な生成を依然可能にすると共に、マルチスペクトルカメラの光感度を増大する。コード化アパーチャは、特に複数のホールからの入射光を提供しながら、これを後処理により補償可能にする。コード化アパーチャは、例えば、後処理により補償され／反転できる適切な構成で配列される実質的に円形のホール又は細長いスリットを有する。
【００４８】
本発明のオプションの特徴によると、少なくとも一つのホールは、ピンホールを有する。
【００４９】
これは、少なくとも一つのホールの入射光線の角度を光線の源への方向に依存して良く規定された角度でよく制御可能にする。好適には、ピンホールは、しばしば１ｍｍ以下の最大寸法を持つ。
【００５０】
本発明の態様によると、光を通過可能にする少なくとも一つのホールを持つ光ブロック要素を供給するステップと、異なる波長依存的な方向に前記少なくとも一つのホールからの光を拡散させるための分散要素を供給するステップと、画像平面上に分散要素からの光を焦束させるためのレンズを供給するステップと、レンズからの光を受け取るマイクロレンズアレイを供給するステップと、前記マイクロレンズアレイからの光を受け取り、画像センサの画素に対する入射光値を有する画素値信号を生成するための画像センサを供給するステップと、画素値信号からマルチスペクトル画像を生成するステップとを有するマルチスペクトル画像を生成する方法が提供される。
【００５１】
本発明のこれらの及び他の態様、特徴及び利点は、これ以降説明される実施例を参照して明らかに説明されるだろう。
【００５２】
本発明の実施例は、単なる例示として図面を参照して説明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、人間の目の相対的なスペクトル感度の実例である。
【図２】図２は、本発明の幾つかの実施例によるマルチスペクトルカメラの幾つかの要素の実例である。
【図３】図３は、本発明の幾つかの実施例によるマルチスペクトルカメラの幾つかの要素の実例である。
【図４】図４は、従来技術によるアジャイルなスペクトル撮像システムの幾つかの要素の実例である。
【図５】図５は、本発明の幾つかの実施例によるマルチスペクトルカメラ用の処理要素の幾つかの要素の実例である。
【図６】図６は、本発明の幾つかの実施例によるマルチスペクトルカメラの幾つかの要素の実例である。
【図７】図７は、本発明の幾つかの実施例によるマルチスペクトルカメラの幾つかの要素の実例である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図２は、本発明の幾つかの実施例によるマルチスペクトルカメラの要素の一例を示す。
【００５５】
マルチスペクトルカメラは、光を通過可能にする一つ以上のホール２０３を有する光ブロック要素２０１を有する。明確にするため、以下の説明は、ピンホール（又は、狭いスリット）が光ブロック要素２０１に供給される例に焦点を当てるが、他の実施例では、複数のホールが含まれてもよいことは理解されるだろう。
【００５６】
この例では、ホール２０３は、１ｍｍ未満（又は、スリットでは１ｍｍ未満の幅）の最大寸法を持つ。特に、ホール２０３は非常に小さいので、撮像される対象物からの光線の方向／角度はホール間で例えば１°より大きく変動しない、すなわち同じ位置から発する光線は、ホールに対する互いに１°以内である角度を持つ場合にだけ、ホール２０３を通る。具体例では、マルチスペクトルカメラは、ホール２０３から少なくとも２０ｃｍである対象物の撮像のために用いられ、このように、ホールは、せいぜい１°であるホール２０３を通過する同じ空間ポイントからの光線の角度／方向に対して十分に小さい。
【００５７】
マルチスペクトルカメラは、更に、ホール２０３を通過する光を受け取る分散要素２０５を有する。この例では、分散要素２０５は、分散的な平面を形成する。分散要素２０５は、異なる波長依存的な方向にホール２０３からの光を拡散させる。このように、光線は、シーン内の対象物から生じて、ホール２０３を通過して分布サーバ１０９に到達する。ホール２０３の小さな寸法のため、光線がホールに到達する方向／角度は、対象物からホール２０３への方向にだけ依存する（ホール２０３は、極小のサイズを持つとみなされる）。分散要素２０５は、このとき、分散要素２０５からの退出の角度が波長に依存する角度分布へ光線を拡散させる。
【００５８】
ホールのサイズは、獲得できるスペクトル解像度を直接決定できることに留意されたい。分散要素２０５上の同じ位置に当たる角度範囲は、ホール２０３と分散要素２０５との間の距離により割られたピンホールサイズとして与えられる。これは、分散後の異なる光線の方向、よって例えばレインボウ平面でのスペクトル解像度を制御する。
【００５９】
幾つかの実施例では、分散要素２０５は、例えばプリズムである。図２の例では、分散要素２０５は、回折効果のため入射光を拡散させる回折格子素子である。このように、この例では、シーン（対象物Ｘ、Ｙ、Ｚ）からの光は、ピンホール２０３を通って広がり、その後（分散要素２０５により供給される）回折格子上に向かっていく。回折格子の回析効果のため、異なる波長は、異なる伝播方向に拡散される。
【００６０】
所望の撮像領域に依存して、ホール２０３と分散要素２０５との間の距離は、しばしば好適には１０〜１００ｍｍの間の間隔（両方の値を含む）にある。
【００６１】
マルチスペクトルカメラは、更に、分散要素２０５からの光を受け取り、画像平面２０９上に焦点を合わせるレンズ２０７を有する。焦点合わせは、所与の角度でホール２０３を通る全ての光が画像平面２０９上の同じポイントに到達するようにすることである。よって、画像平面２０９で測定されるとき、レンズは、分散要素２０５の動作／効果を補足し／反転させる。このように、分散要素２０５による光線の拡散は、単一の光線が画像平面２０９上の単一のポイントに集束されるように、画像平面２０９に対するレンズ２０７により正確に補正される。よって、画像平面２０９上の入射光は、反転する（すなわち、画像が「さかさまである」）ことを除いて、分散要素２０５上の入射光に一致する。
【００６２】
画像平面２０９は、物理的要素でなくて、むしろ基準であり、入射光線のスペクトル拡散が補償される平面であることに留意されたい。よって、画像センサが画像平面に位置する場合、画像センサは空間画像を捕えるだろうが、何れのスペクトル情報も捕えないだろう。画像平面２０９は、（焦点合わせされた空間画像が捕捉できる）仮想平面に対応するとみなされ得る。
【００６３】
レンズ２０７は、分散要素２０５のＮ次（通常は１次の）回折に対して垂直である主軸／平面を持つように通常は配置される。更にまた、分散要素２０５とレンズ２０７との間の距離は、ホール２０３と分散要素２０５との間の距離より通常は好適に大きい。
【００６４】
マルチスペクトルカメラは、更に、レンズ２０７からの光を受け取るマイクロレンズアレイ２１１を有する。マイクロレンズアレイ２１１は、レンズ２０７からの入射光の面をカバーする複数のレンズを有する。マイクロレンズアレイ２１１は、分散要素２０５の平面とレンズ２０７の主軸／平面とによって交差される「ヒンジ線」（シャインプルーフ構成）と交差している平面を好適に形成する。レンズ２０７とマイクロレンズアレイ２１１との間の距離は、レンズ２０７に対するレンズの式から決定されるので、よって、レンズ２０７の強さ及び分散要素２０５からの距離に依存する。
【００６５】
マルチスペクトルカメラは、更に、入射光レベルを検出するための多くのセンサ要素を有する画像センサ２１３を有する。各センサ要素は、このように捕捉された画像の画素に対応する光センサである。図２の例では、センサ要素は、２次元の平面に配置される。
【００６６】
よって、各センサ要素は、画像センサ２１３が位置される平面でマイクロレンズアレイ２１１により生成される画像の画素に対応する。画像センサ２１３は、画像センサの画素に対する入射光値を有する画素値信号を生成する。画素値信号は、具体的には、センサ要素の各々に対して測定された値を有する。
【００６７】
画素値信号は、その後、信号からマルチスペクトル画像を決定するプロセッサへ供給される。
【００６８】
マイクロレンズアレイ２１１の導入は、基本的に、マルチスペクトル画像に対応する３次元（２空間次元及び１スペクトル次元）データセットが単一の瞬間的な測定により生成できるように、特定のカメラ構造体内で捕えられた情報を後処理するために使用できる情報を供給する。よって、スペクトル情報は、シーケンシャルな物理的光フィルタリング又はスキャンを必要とせずに決定できる。
【００６９】
マイクロレンズアレイ２１１の導入は、特に単一の２次元画像センサ測定に基づいて空間特性及びスペクトル特性の正確且つ別々の決定を可能にする。
【００７０】
この例は、図３に図示される。この場合、マイクロレンズアレイ２１１は、画像平面２０７に実質的に位置される。よって、マイクロレンズアレイ２１１上に入射する全ての光は空間的によく焦束され、マイクロレンズの各々は空間画素値に対応するとみなされる。しかしながら、マイクロレンズアレイ２１１に投影される画像は、スペクトル分布を持たない、すなわちシーンの同じ位置からの（よって同一角度でホール２０３を通過する）全ての波長が同じマイクロレンズに到達する。しかしながら、光線の異なる波長がマイクロレンズアレイ２１１の同じポイントに収束するにもかかわらず、光線の異なる波長は異なる方向からこれをなし、異なる入射角度を持つ。これは、入射角度よって波長に依存して入射光線を拡散させるために、マイクロレンズアレイ２１１により利用される。よって、マイクロレンズから出ている光は、マイクロレンズ上（よって単一の位置）の入射光に対応するが、波長を反映する角度分配を持つ、すなわち、出ている光は（空間的な）スペクトル分布を持つ。
【００７１】
図３の例では、画像センサ２１３は、各マイクロレンズからの光が画素の１つのセットだけに同時に到達する一方で、１つのマイクロレンズからの光が複数の画素をカバーするように位置される（すなわち、逆にいえば、個々のマイクロレンズからの光錐体間の重複部分がなく、各画素（センサ要素）は１つのマイクロレンズだけから光を受け取る）。
【００７２】
従って、図３の例では、画像センサ２１３は、マイクロレンズに対応する各画素グループを持つ空間画素グループに分けられる光を捕獲する。更にまた、各画素グループは複数の画素を有し、各画素は特定の波長間隔の光に対応する。よって、捕獲されたデータは、マイクロレンズアレイ２１１のマイクロレンズに対応する空間解像度及び各画素グループの画素数に対応するスペクトル解像度を持つマルチスペクトル画像に対応するマルチスペクトルデータを供給する。
【００７３】
実際的な例として、１００×１００画素の空間解像度及び空間画素当たり１００のスペクトル値のスペクトル解像度を持つマルチスペクトル画像を供給するために１００×１００のマイクロレンズアレイ２１１を持つ１Ｍ画素センサが用いられる。
【００７４】
よって、マイクロレンズアレイ２１１は、画像平面の明確な空間情報を維持しながら、スペクトル情報を供給するためにマイクロレンズアレイ２１１への入射光線の波長依存的な角度の情報を利用する。このように、同時且つ解決可能なスペクトル情報及び空間情報が、単一のセンサ測定により捕えられる。
【００７５】
斯様な測定がマイクロレンズアレイ２１１の導入なしではできないことに留意されたい。例えば、文献A.,  Raskar,  R及びTumblin,  J.,による“Agile  Spectrum  Imaging:  Programmable  Wavelength  Modulation  for  Cameras  and  Projectors”,  Computer  Graphics  Forum,  vol.  27,  number  2,  2008,  pages  709-717において、マルチスペクトルカメラが図４のような構造に基づくことができることが示唆されている。このシステムでは、画像センサは、光線の位置が光線の源の空間位置にだけ依存しているシステムにおける唯一の位置である画像平面に位置される。このように、従来のシステムでは、この平面は、空間位置を決定可能にする唯一の平面である。
【００７６】
従来のカメラは、マルチスペクトル画像を生成するために、入射光線の光フィルタリングを実施する。特に、従来のカメラは、レインボウ平面に異なる光フィルタを順次挿入する。レインボウ平面は、光の位置が光の波長に依存していて、光の空間的源に依存していない平面である（よって、ホール２０３を通る光線の角度／方向に依存しない）。よって、レインボウ平面では、光線は、上から下まで光線の特定の波長に基づいて順序づけられる。レインボウ平面は、画像平面と相補的ものとして感知され、すなわち、レインボウ平面の画像は空間情報又は相関を持たないスペクトル画像であるのに対し、画像平面の画像はスペクトル情報を持たない空間画像である。
【００７７】
これは、画像平面に画像センサ、レインボウ平面にフィルタ要素を配置する従来のカメラで使われる。特に、一連のブロック又は減衰マスクがレインボウ平面に順次挿入され、各マスクに対して空間画像が画像センサにより捕えられる。このように、これらの画像の各々は、マスクに対応するスペクトル足跡のための画像に対応し、一連のマスクを用いて、画像はマルチスペクトル画像を供給するために照合される。
【００７８】
しかしながら、斯様なアプローチは、次善の傾向があり、ゆっくりで、複雑で、幾つかのアプリケーションに対して非実用的であるとみなされる。特に、レインボウ平面でマスクを物理的に変える要求は不便であって、通常は低い時間的解像度を伴う比較的遅い操作に結果としてなる。
【００７９】
図４のシステムでは、他の何れの平面でも捕獲できる画像は、空間及びスペクトル情報の組合せとなるであろう点に留意されたい。よって、（レインボウ平面又は画像平面以外の）所与の平面の特定のポイントに到達する光は、異なる方向から発する異なる波長の光線に対応する。この複合情報は、画像センサにより捕えられる画像データの処理により分解できず、よって、カメラは、画像センサが画像平面で位置され、ブロックマスクがレインボウ平面で順次導入されることを要求する。
【００８０】
しかしながら、図２及び図３のマルチスペクトルカメラは、レインボウ平面に導入される何れのマスキングフィルタの必要性も回避し、更にまた、画像センサ２１１の位置決めの柔軟性を可能にする異なるアプローチを使用する。
【００８１】
特に、当該システムは、単一の平面から、よって単一の画像センサによる単一の測定によりスペクトル情報及び空間情報を取り出し可能にする情報を提供するために、マイクロレンズアレイ２１１を使用する。特に、本発明は、付加的情報が平面上の入射光の角度により各平面に供給され、この情報がその平面での空間特性及びスペクトル特性を分けるために能動的に使用できるという洞察に基づく。
【００８２】
例えば、画像平面で、入射光線の位置は、シーン内の源の位置だけに（特にピンホール２０３を通る角度に）依存する。しかしながら、特定のポイントに当たる光線の角度は、分散要素２０５により提供される拡散のため波長に依存する。従って、図３では、画像平面に挿入されるマイクロレンズアレイ２１１は、各マイクロレンズに対するスペクトル分布を生成するために、この角度依存を利用できる。各マイクロレンズに対するスペクトル分布は、このようにマイクロレンズに対応する正確な画像領域のスペクトル特性を反映し、他のいかなる位置からの寄与も含まない。よって、マイクロレンズアレイ２１１は、空間分離が維持され、従ってセンサはスペクトル情報及び空間情報両方を測定できることを保証する。実際、この例では、センサが、異なる波長で異なる位置からの複合光を受けることが回避される。よって、解決不能の曖昧性が回避される。
【００８３】
同様に、レインボウ平面で、各光線の位置は、波長だけに依存する。しかしながら、方向／角度は、シーンの空間位置に依存する。よって、レインボウ平面のマイクロレンズアレイ２１１は、マイクロレンズに対する空間スペクトルを生成できる、すなわち、空間分布は、マイクロレンズに対応するスペクトル間隔ごとに（通常は、これが図３の例より処理するのに難しく、より実際的でないにもかかわらず）生成できる。
【００８４】
幾つかの実施例では、マイクロレンズアレイ２１１は、各位置が、異なる位置から発するが位置の違いを補償するために起こる異なる波長を持つ異なる光線により到達される平面に位置される。例えば、多くの実施例では、マイクロレンズアレイ２１１は、画像平面の後ろに（レンズ２０７から離れる側に）好適に位置される。この場合、画像センサ２１３の各センサ要素は、異なる波長の光線及び異なる空間位置から光線の組合せである光を受ける。しかしながら、各マイクロレンズに対する複数の光センサにより供給される付加的情報は、これを分解可能にし、これにより適切なマルチスペクトル画像を生成可能にする。換言すれば、位置における固有の曖昧性は、光の入射角度にある情報を更に表しているマイクロレンズアレイ２１１により解決される。
【００８５】
幾つかの実施例では、画像センサ２１３からの信号は、高い空間解像度及び高くてフレキシブルなスペクトル解像度を持つマルチスペクトル画像を供給するために前処理される。後処理は、具体的には、レインボウ平面で捕獲されるものに対応する画像の統合を含む。このとき、空間フィルタリング（通常は様々な領域のマスキング又は減衰）が、レインボウ画像に適用される。結果としての画像に基づいて、このとき空間画像が、合成され、レインボウ平面画像に対して適用されるフィルタリングに対応するスペクトル足跡に対する画像として使われる。一組のフィルタ／マスクを適用することにより、異なるスペクトル足跡又は特性に対応する画像が生成でき、マルチスペクトル画像は、異なるスペクトル足跡に対するこれらの２次元の空間画像を有する３次元（２空間次元及び１スペクトル次元）画像セットとして決定できる。
【００８６】
プロセッサは、具体的には、レインボウ平面に置かれる仮想センサにより記録されたようにデータを合成するステップと、合成されたデータに所望の数の開口／フィルタを適用するステップと、物理的センサ平面上でフィルタ処理されたデータを再合成するステップと、画素位置に到達する光線の組合せ（統合）による空間画像をレンダリングするステップとを繰り返す。
【００８７】
異なるフィルタの合成は、光線追跡プロセスにより実施されてもよい。実際、当該プロセスは、例えばLumsdaine,  A.,  Georgiev,  T.,  “The  Focused  Plenoptic  Camera”,  International  Conference  on  Computational  Photography,  April  2009に説明されるように、ポスト捕捉焦点合せを実施するとき、プレノプティックカメラ（ｐｌｅｎｏｐｔｉｃｃａｍｅｒａ）のために提案されるような類似の処理を用いて達成される。
【００８８】
図５は、このアプローチをフォローするプロセッサの例を示す。プロセッサは、画像信号エンコーダから画素値信号を受信するレインボウ平面プロセッサ５０１を有する。画素値信号は、各光センサ、すなわち画像信号エンコーダの各画素に対する光レベルを有する。
【００８９】
その後、レインボウ平面プロセッサ５０１は、虚像センサによりレインボウ平面で受け取られる画像に対応する第１の画像を合成することを開始する。この合成は、レインボウ要素での画像を計算するために画像センサ２１３上に入射する光の空間情報及び角度情報を使用する光線追跡アルゴリズムにより実施できる。この合成は、異なる角度から光センサに到達する異なる波長を持つ光線についての考慮を含み、従ってこれを補償する。
【００９０】
第１の画像は、シーンの空間画像でなく、むしろ、各ポイントが１つの波長に対するシーンの累積された光強度に対応するスペクトル画像である。よって、第１の画像は、スペクトル画像、すなわちスペクトルマップとみなされる。特に、第１の画像は、スペクトル強度マップとみなされる。
【００９１】
更に詳細には、レインボウ平面プロセッサ５０１は、マイクロレンズ平面での屈折を考慮しながら、レインボウ平面２１５へ戻る各センサ画素に当たる光線を追跡することにより、レインボウ平面で第１の画像を合成する。
【００９２】
光線の追跡は、対応するマイクロレンズの中心に向かって画素座標から見ることによりなされ、これは我々に位置及び角度を提供する。次に、幾何光学のためのマトリックス形式主義（参考教科書：例えば、“Optics”,  by  E.  Hecht,  ISBN  0321188780,  section  6.2  Analytical  Raytracing,  and  especially  section  6.2.1  Matrix  Methods）に基づいて、レンズを通ってレインボウ平面の方へ追跡できる。次に、レインボウ平面の光線の位置に基づいて、対応するセンサ画素を処理できる。
【００９３】
合成された画像は、その後、空間マスクを第１の画像に適用するように設けられる空間マスクプロセッサ５０３へ供給される。マスクは、例えばバイナリマスクでもよいし、又は、第１の画像の各画素に対する減衰値を例えば有する連続マスクでもよい。例えば、各画素に対するスケーリングファクタを有する予め定められたマスクは、画素値とスケーリングファクタとを乗算することにより第１の画像に適用されてもよい。
【００９４】
レインボウ平面は、各位置が特定の波長に対応する（空間特性から独立している）画像を有するので、空間マスクの適用は、スペクトル／周波数領域でのフィルタリングに対応する。よって、マスクの複雑さが低い適用により、結果として生じる信号の任意の所望のスペクトル足跡は、容易に生成できる。当該アプローチは、複雑さが低いバンドパスフィルタリングを提供するために用いられてもよい。例えば、所与の周波数／波長間隔に対して、適切なマスクは、これらの間隔に対応する画素に対するスケーリングファクタを１に設定し、他の全てのスケーリングファクタをゼロに設定することにより簡単に決定される（ほとんどの実施例では、例えばハニング又はハミング窓のような適切な窓が、遷移を滑らかにするために適用される）。
【００９５】
よって、空間マスクプロセッサ５０３は、特定のスペクトル間隔に対応するマスクされた画像を生成する。この画像は、レインボウ平面でマスクされた画像に対応する空間画像を合成するように実施する画像プロセッサ５０５へ供給される。空間画像は、マスクされた画像のデータから（すなわち光線の角度及び光強度を考慮して）、光線追跡により生成される。光線追跡は、例えば画像平面での画像を決定するために用いられ、すなわち、純粋の空間画像は、マスキングにより選択される特定の周波数間隔に対して生成される。
【００９６】
更に詳細には、画像平面プロセッサ５０５は、各空間画像位置に対応する光線を統合し／合せることにより第１の画像を合成する。マルチバンド（例えばＲＧＢ）画像を作るために、別々のマスキング及び画像形成プロセスが、各スペクトルバンドに対して実施される。通常のカメラのようなカメラは、空間位置／画素ごとに全ての異なる方向からの光を集積する。我々の場合、画像を合成するため、我々は、（画像平面２１５の画像位置及び角度を各センサ画素に起因すると考えて）同じ出力画素クラスに入る全ての光線を集積する必要がある。
【００９７】
図５の例では、プロセッサの動作は、レインボウ平面プロセッサ５０１、空間マスクプロセッサ５０３及び画像プロセッサ５０５に結合されるコントローラ５０７により制御される。レインボウ平面プロセッサ５０１が画像センサ２１３から画像を受け取るとき、コントローラ５０７は、レインボウ平面で画像を合成し、空間マスクプロセッサ５０３へ転送するように制御する。このとき、コントローラ５０７は、第１のマスクを空間マスクプロセッサ５０３へ供給し、この第１のマスクにより表される周波数プロフィールに対応する空間画像を生成するために必要な処理を実施するように空間マスクプロセッサ５０３及び画像プロセッサ５０５に指示する。この画像が受け取られるとき、コントローラ５０７は、画像を保存し、第２のマスクを空間マスクプロセッサ５０３へ供給する。この第２のマスクは、第１のマスクとは異なるスペクトルプロフィールに対応する。このとき、空間マスクプロセッサ５０３及び画像プロセッサ５０５は、この第２のスペクトルプロフィールに対応する第２の空間画像を生成するように制御される。プロセスは、特定のアプリケーションのために所望されるのと同数のマスク／スペクトルプロフィールに対して繰り返される。このとき、異なるスペクトルプロフィールに対応する結果として生じる２次元の空間画像が、マルチスペクトル画像を供給するため画像のセットに収集される。
【００９８】
例えば、供給されたマスクは、所望の数の間隔に分けられるスペクトルに対応し、よってマルチスペクトル画像は、生成される空間画像の数及びマスクに対応するスペクトル解像度を持つ。
【００９９】
よって、レインボウ平面に物理的フィルタを導入する代わりに、当該アプローチは、数の操作を含む後処理ステップによりフィルタを適用可能にする。これは、マルチスペクトル画像を、画像センサによる単一の瞬間的な捕捉に基づいて生成可能にする。このように、当該アプローチは、例えば移動物体の撮像に適している。
【０１００】
マイクロレンズアレイ２１１及び画像センサ２１３の位置決めは、異なる特性の間の所望のトレードオフを提供するために用いられる。実際、空間解像度とスペクトル解像度との間の異なるトレードオフは、マイクロレンズアレイ２１１及び画像センサ２１３をわずかに異なる位置に置くことにより得られる。例えば、図３の構成で、各個別の光センサ／画素は、波長の幾らか広い範囲にわたって累積する画像のわずかに異なる領域をサンプリングする。これは、結果的に、より高い空間解像度となるが、（同じ画像センサ２１３に対する）図２の構成より低いスペクトル解像度となる。
【０１０１】
図３の構成は、結果的に、単一のマイクロレンズの下にある画素／センサ要素の数により決定される最適スペクトル解像度と、マイクロレンズの数（及びサイズ）及び撮像システムの倍率により決定される最小の空間解像度とになる。実際、図３の例では、単一のマイクロレンズの下にある個々の画素／センサ要素は、同じ画像領域についてではあるが異なる波長に対応する情報を測定する。対照的に、図２の例では、単一のマイクロレンズの下にある個々の画素／センサ要素は、全体のスペクトルについてではあるが異なる画像領域に対応する情報を測定する。他の位置のマイクロレンズアレイ２１１の位置決めのために、所与のマイクロレンズに対する画素／センサ要素セットにより捕えられた情報は、波長及び位置情報の組合せ、すなわちスペクトル情報及び空間情報の組合せを有する。
【０１０２】
結果として、マイクロレンズアレイ２１１及び画像センサ２１３の位置決めは、スペクトル解像度と空間解像度との間のトレードオフである。幾つかの実施例では、マルチスペクトルカメラは、更に、ユーザー入力に依存してマイクロレンズアレイ２１１（及び／又はレンズ２０７）及び／又は画像センサ２１３の位置を修正するために使用できるユーザー入力を有する。ユーザー入力は、例えば要素の１つの位置を直接移動させる機械的入力でもよいし、又は、例えば画像センサ２１３及び／又はマイクロレンズアレイ２１１を移動させる機械的アクチュエータ（例えばステッピングモーター）を制御するために用いられる電気的ユーザー入力でもよい。動きは、例えば画像平面、レンズ２０７に対して相対的でもよいし、例えばマイクロレンズアレイ２１１と画像センサ２１３との間に相対的な動きに対応してもよい。
【０１０３】
このように、ユーザー入力は、マルチスペクトルカメラを個々のアプリケーションの好み及び特定の特性に適応させるために用いられる。
【０１０４】
多くのアプリケーションでは、改良されたパフォーマンス及び／又は容易にされた操作が、画像平面２０９と画像センサ２１３の間に位置されるマイクロレンズアレイ２１１のおかげで達成される。実際、これは、比較的複雑さが低い後処理を実施可能にしながら、スペクトル解像度と空間解像度との間の適切なトレードオフをしばしば提供する。他のアプリケーションでは、改良されたパフォーマンス及び／又は容易にされた操作が、画像センサ２１３に関して画像平面２０９の前に位置されているマイクロレンズアレイ２１１のおかげで達成される。
【０１０５】
当該アプローチは、フレキシブルな程度が高いスペクトル撮像システムを提供し、カラーフィルタは、物理的カラーフィルタを要求するよりはむしろソフトウェアでプログラム可能である。これは、（例えば負のフィルタ係数を持つ）フィルタ設計に関して、ずっと多くの自由度を提供する。結果として、ＬＣ層、音響光学又は化学溶液を利用している物理的カラーフィルタを使用して作ることができないスペクトル応答を持つカラーフィルタを設計することが可能である。
【０１０６】
ライン走査式分光計と比較して、提案された装置は、シーンの全ての画素に対する局所的スペクトル情報が即座に得られ、よって動きがある場合の複雑化を克服するという付加的な利点を持つ。マルチスペクトルカメラは、（ある程度の）空間解像度を犠牲にしてスペクトル情報を供給するが、カメラは、特定のアプリケーションのための２つの間の最適バランスを供給するのに適している。
【０１０７】
図２及び図３は、マルチスペクトルカメラの２次元の説明を提供し、幾つかの実施例では、カメラは単一の空間次元及びスペクトル次元を提供する。しかしながら、多くの実施例では、画像センサは２次元のセンサであり、カメラは２つの空間次元及び１つのスペクトル次元を提供する。具体的には、図２及び図３は、図の平面に対して垂直に（すなわち要素の平面、レインボウ平面及び画像平面に沿って）延在する構造体の断面図として見られる。よって、ピンホール２０３は狭いスリットであり、分散要素２０５は例えばライン格子であり、主レンズ２０７は通常の（球形）レンズであり、マイクロレンズアレイ２１１はレンチキュラアレイである。
【０１０８】
前の例では、ブロック要素２０１は、単一のホール２０１で例示された。しかしながら、これは、捕獲される光の量を制限する傾向があって、よってカメラの低い光感度に結果としてなる。システムの光効率を改善するために、開口サイズ（すなわちホールのサイズ）を増大することが望ましい。しかしながら、これは、分散要素２０５に当たる入射光は入射角度の有意な範囲をカバーするので、スペクトルぼけに結果としてなる。
【０１０９】
従って、光感度を改善するために、ブロック要素は、コード化アパーチャを形成する複数のホールを含む。コード化アパーチャは、逆転できる既知のパターンを持つ複数のホールとみなされ得る。特に、コード化アパーチャは、特定パターンを持つホールの行である。逆転が容易であるパターンを選択することにより、増大された開口部を補償可能であると同時に、カメラに入って来る光の量を増大し、これにより光感度を増大させることが可能である。このようなシステムでは、データは、例えば、逆フィルタでデータを逆コンボリューションし、例えば、レインボウ平面のデータをフーリエ領域に変換し、（投影）コード化アパーチャのそれぞれの係数によりこれらのフーリエ係数を割ることにより、レインボウ平面の所望のカラーフィルタの適用の前に復号化／逆転されてもよい。このとき、逆フーリエ変換により、逆コンボリューショされたデータを得る。
【０１１０】
ピンホールがレンズ及び／又は絞り（可逆コードを使用する場合、コード化アパーチャ）により置き換え可能であることは理解されるだろう。斯様な実施例では、レンズ／絞りは、分散要素２０５に当たる角度範囲が十分に小さいように設計される。例えば、Ｆ／１６の開口（８０／１６＝５ｍｍの直径）を持つ８０ｍｍレンズが、幾つかの実施例で用いられる。
【０１１１】
マイクロレンズアレイを用いたシステムに共通であるように、当たる角度範囲全体が単一のマイクロレンズの後の画素にマッピングされることを確実にするためにＦナンバー整合を実施することが好適であることに留意されたい。さもなければ、画像センサ２１３の画素／センサは、複数のマイクロレンズを通る光を受信してしまい、取り戻せない曖昧性に結果としてなる。スペクトル撮像のために、マイクロレンズのＦナンバーは、好ましくはレンズのＦナンバー＝（Ｆ／直径）に合致すべきではなく、スペクトル範囲（マイクロレンズまでのレインボウ平面の距離／レインボウ平面の直径）にむしろ合致すべきである。これは、重複部分なしで、各画素に対する固有の光経路を提供しようとする。他方では、センサ上の空の空間／ブラックに結果としてなるので、このときより大きい角度範囲を捕えるマイクロレンズを利用可能にさせないことが望ましい。カメラの要素の正確な構成及び寸法は、特定のアプリケーションのためのパフォーマンスを最適化するために選択される。
【０１１２】
上述の説明は、異なる平面及び要素が実質的に平行であった実施例に焦点を当てていた。しかしながら、これは本質的ではなく、他の構成が他の実施例で使われてもよいことは理解されるだろう。特に、分散要素平面、レンズ平面、マイクロレンズアレイ平面及びセンサ平面は、シャインプルーフ構成で配置されてもよい。斯様な実施例の例は、図６及び図７に提供される。図６は、平坦な外部焦点平面及び内部シャインプルーフ構成を持つ例を例示し、図７は、外部シャインプルーフ焦点及び平坦な内部構成を持つ例を例示する。
【０１１３】
図２及び図３の構造体は１次元（図の上／下方向）の光線拡散／伝搬を考慮しているが、２次元以上の次元が他の実例で考慮されてもよいことは理解されるだろう。例えば、入射光のスペクトルは、幾つかの実施例では、例示されているのと垂直な方向に拡散される（すなわち、同様の拡散が、例示された図の内外の方向で起こる）。
【０１１４】
幾つかの実施例では、可動カメラが、後の分析に使用される複数の画像を持つ複数のマルチスペクトル画像を生成するために用いられてもよいことは理解されるだろう。例えば、カメラが評価される対象物周辺を弧を描いて移動しながら、複数のマルチスペクトル画像が生成されてもよい。このとき、局所的スペクトル特性及びこれらの変化は、対象物を分析するために使用できる。これは、例えば塗料チップ又は他の物質の分析に適している。
【０１１５】
実際、説明されているマルチスペクトルカメラにより供給できるマルチスペクトル撮像は、多くのアプリケーションで使用できる。
【０１１６】
例えば、非常に厳しいカラーレンダリング基準が満たされなければならない照明アプリケーションに使用できる。例えば、マルチスペクトル撮像は、昼光の様を検出し模倣するために使用できる。
【０１１７】
別の例として、当該アプローチは、経年効果及び熱の不均一性のためにＬＥＤバックライト又はＯＬＥＤ装置で生じる局所的カラー不均一性を検出し、補償するための（局所的）ディスプレイ特徴評価のために使用されてもよい。
【０１１８】
当該アプローチは、食品品質検出、塗料特徴、汚染物質検出等のような特徴評価アプリケーションで使用されてもよい。説明されたアプローチは、十分にコンパクトであり、例えば携帯電話に組み込まれるために機械的に信頼性が高い民生分野で使用されてもよい。
【０１１９】
また、説明されたアプローチは、ヘルスケアの幾つかのアプリケーションで使用されてもよい。例えば、皮膚への光の浸透深度は、光の波長に依存する。波長の関数として、皮膚構造の画像を作成することにより、皮膚は、様々な深度範囲にわたって撮像できる。その上、皮膚の反射率スペクトルは、非常に明確な特徴を持つ。この特徴は、シーン内の人間を検出するために利用できる。これは、人間の確率マップを提供するために予想されたスペクトル特徴と局所的スペクトルとの相互相関を実施することにより達成できる。斯様なスペクトルによる人間検出は、３つの広いカラーチャネルに基づく共通の肌色検出器より非常に信頼性が高いはずである。
【０１２０】
明確さのため上記記載は、種々異なる機能的ユニット及びプロセッサを参照して、本発明の実施例を説明したことが理解されるだろう。しかしながら、異なる機能的ユニット又はプロセッサ間の機能の適当な配給が本発明から逸脱することなく使用されてもよいことは明らかである。例えば、別個のプロセッサ又はコントローラにより実施されるべき例示された機能は、同一のプロセッサ又はコントローラにより実施されてもよい。従って、特定の機能的ユニットの参照は、厳密な論理、物理的構造、又は組織を示すよりはむしろ、説明した機能を供給するための適当な手段の参照としてのみ見られるべきである。
【０１２１】
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの組み合わせを含む適当な形式で実行できる。本発明は、オプション的に、一つ以上のデータプロセッサ及び／又はデジタル信号プロセッサを走らせるコンピュータソフトウェアとして少なくとも部分的に実行できる。本発明の実施例の要素及び部品は、適当な態様で物理的に、機能的に、及び論理的に実行されてもよい。実際に、機能は、単一のユニット、複数のユニット又は他の機能ユニットの一部で実行できる。このように、本発明は、単一のユニットで実行されてもよいし、異なるユニット及びプロセッサ間で物理的に、及び機能的に分配されてもよい。
【０１２２】
本発明は幾つかの実施例と関連して説明されたが、ここで説明した特定の形式に限定する意図はない。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定される。加えて、特徴が特定の実施例と関連して説明されるように見えるが、当業者は、説明された実施例の様々な特徴が本発明に従って組み合わされてもよいことを認識するだろう。請求項において、「有する」という用語は、他の要素又はステップの存在を排除しない。
【０１２３】
更に、個別にリストされているが、複数の手段、要素、又は方法のステップは、例えば単一のユニット又はプロセッサにより実行されてもよい。加えて、個別の特徴が異なる請求項に含まれているが、これらは好適に結合でき、異なる請求項に含まれるものは、特徴の組み合わせが実行可能及び／又は有益であるのではないということを意味しない。また、一つのカテゴリの請求項に特徴を含めることは、このカテゴリの制限を意味するのではなく、むしろ特徴が適当に他の請求項カテゴリに等しく適用可能であることを示す。更に、請求項の特徴の順番は、特徴が働かなければならない特定の順番を意味するのではなく、特に方法の請求項の個別のステップの順番は、ステップがこの順番で実施されなければならないことを意味しない。むしろ、ステップは適当な順番で実施されてもよい。加えて、単一の引用は複数を排除しない。よって、引用「ａ」、［ａｎ」、「第１の」、「第２の」等は、複数を排除しない。請求項内の参照符号は、単に例を明白にするものとして提供されるのであって、何れにおいても請求項の範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2013501930.tif 000011