(57)【要約】  本発明は符号化開口画像装置および符号化開口画像化方法に関する。一態様では、符号化開口撮像装置は少なくとも１つの検出器アレイおよび再構成可能な符号化開口マスク手段を有する。再構成可能な符号化開口マスク手段は様々な符号化開口マスクを表示して、いかなる可動部または大型の光学構成要素も必要とせずに、様々な視野にわたっておよび／または様々な解像度で画像化を行うことができる。１つよりも多い検出器アレイを使用して継ぎ目なく並べる必要なしに大きい区域の画像化を行うことができ、これは本発明の別の態様を表す。本発明は、可視、紫外、または赤外の波長帯における符号化開口画像化法の使用にも関する。画像復号が湾曲した要素によって導入されるいかなる収差も自動的に除去することができるので、湾曲した光学要素により画像化するための符号化開口画像化法の使用が教示される。
2008542863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器アレイおよび再構成可能な符号化開口マスク手段を備える、符号化開口画像システム。
【請求項２】
符号化開口マスク手段が様々な視野を有する符号化開口マスクを提供するように再構成可能である、請求項１に記載の画像システム。
【請求項３】
符号化開口マスクの一部だけが符号化開口アレイを備え、マスク中の符号化開口アレイの位置が視野を画定する、請求項２に記載の画像システム。
【請求項４】
符号化開口マスク手段が様々な解像度を有する符号化開口マスクを提供するように再構成可能である、請求項１から３のいずれかに記載の画像システム。
【請求項５】
符号化開口マスク手段が、様々な符号化開口アレイを有する符号化開口マスクを提供するように再構成可能である、請求項１から４のいずれかに記載の画像システム。
【請求項６】
再構成可能な符号化開口マスク手段が、少なくとも１つの符号化開口マスクを符号化開口マスク手段に書き込むように構成されたコントローラを備える、請求項１から５のいずれかに記載の画像システム。
【請求項７】
コントローラが複数の異なる符号化開口マスクで予めプログラムされる、請求項６に記載の画像システム。
【請求項８】
符号化開口マスク手段が非平面である、請求項１から７のいずれかに記載の画像システム。
【請求項９】
符号化開口マスク手段が、１５０ｍｓ未満、１００ｍｓ未満、５０ｍｓ未満、１５ｍｓ未満、１０ｍｓ未満、または５ｍｓ未満で再構成可能である、請求項１から８のいずれかに記載の画像システム。
【請求項１０】
符号化開口マスク手段が空間光変調器を備える、請求項１から９のいずれかに記載の画像システム。
【請求項１１】
空間光変調器が双安定である、請求項１０に記載の画像システム。
【請求項１２】
空間光変調器が液晶デバイスである、請求項１０または１１に記載の画像システム。
【請求項１３】
画像を提供するために検出器アレイの出力を復号するように構成されたプロセッサを備える、請求項１から１２のいずれかに記載の画像システム。
【請求項１４】
プロセッサが、検出器アレイの出力を復号するために様々な復号アルゴリズムを適用するように構成される、請求項１３に記載の画像システム。
【請求項１５】
プロセッサが検出器アレイからのデータの多数のフレームを組み合わせ、各フレームが異なる符号化開口マスクで取得される、請求項１３または１４に記載の画像システム。
【請求項１６】
検出器アレイの復号されていない出力を送信／記録するための送信機／レコーダーを備える、請求項１から１２のいずれかに記載の画像システム。
【請求項１７】
再構成可能な符号化開口アレイ手段が、画像暗号化を変えるために、表示された符号化開口マスクを変えるように構成される、請求項１６に記載の画像システム。
【請求項１８】
検出器アレイおよび可視帯符号化開口マスク手段を備える、可視帯画像システム。
【請求項１９】
検出器アレイおよび紫外帯符号化開口マスク手段を備える、紫外帯画像システム。
【請求項２０】
検出器アレイおよび赤外帯符号化開口マスク手段を備える、赤外帯画像システム。
【請求項２１】
再構成可能な符号化開口アレイ手段によって情景を見るように検出器アレイを構成するステップと、符号化開口マスクを符号化開口マスク手段に書き込むステップとを含む、画像化の方法。
【請求項２２】
第１の符号化開口マスクを符号化開口マスク手段に書き込み、続いて第２の符号化開口マスクを符号化開口マスク手段に書き込む、請求項２１に記載の画像化の方法。
【請求項２３】
第１および第２の符号化開口マスクが異なる視野および／または解像度を有する、請求項２２に記載の画像化の方法。
【請求項２４】
画像を提供するために検出器アレイの出力を復号するステップを含む、請求項２１から２３のいずれかに記載の画像化の方法。
【請求項２５】
復号のステップが、デコンボリューションアルゴリズム、相互相関アルゴリズム、および反復解探索の１つまたは複数を適用することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
画像を復号するとき複数の異なる符号化開口マスクを使用して取得されたデータを組み合わせることを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
非平面要素によって画像化するように構成された符号化開口撮像装置を備える、画像システム。
【請求項２８】
符号化開口撮像装置が少なくとも１つの検出器および符号化開口マスク手段を備える、請求項２７に記載の画像システム。
【請求項２９】
符号化開口マスク手段が再構成可能である、請求項２８に記載の画像システム。
【請求項３０】
非平面要素がプラットフォームの外部表面の一部を形成する、請求項２７から２９のいずれかに記載の画像システム。
【請求項３１】
非平面要素が空力学的な形状を有する、請求項２７から３０のいずれかに記載の画像システム。
【請求項３２】
情景からの放射を符号化開口マスクを通して受け取るように配置された複数の検出器アレイを有する、符号化開口画像システム。
【請求項３３】
各検出器アレイが、放射を受け取るための活性な検出器区域および非活性な周辺区域を有する、請求項３２に記載の符号化開口画像システム。
【請求項３４】
少なくとも１つの検出器アレイの活性な区域が隣の検出器アレイの活性な区域と境界線を共にしない、請求項２９から３０のいずれかに記載の符号化開口画像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再構成可能な符号化開口マスクを有する符号化開口画像システムに関し、特に、可動部を必要とせずに調整可能な画像化性能を有する画像システム、および紫外、可視、赤外の波長で操作する符号化開口画像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情景を観察するための光システムはＣＣＴＶセキュリティシステムから監視／偵察システムまで様々な状況で使用される。しばしば、これらのシステムは、例えば、解像度または画像更新速度に関してシステムの画像化性能を調整することができるようなものであることが必要とされる。別の例は、撮像装置が瞬間視野（ＦＯＶ）よりも何倍も大きい対象領域（ＦＯＲ）にわたって走査すべきであるという要求がある場合である。
【０００３】
光システムの機械走査はよく知られており、例えば、レンズまたはミラー構成の移動がＦＯＲ中のＦＯＶを変えることができ、または全画像システムが移動することができる。しかし、光学構成要素の移動は一般に大型で重い機械的移動手段を必要とし、場合によってはサイズおよび重量を最小限にすることが重要である。さらに、機械的走査システムは不要な振動を生成することがあり、それが取得された画像を歪ませることがある。さらに、大きい慣性モーメントを有することがある大きくて重い光学構成要素または全システムの急速な移動が問題となることがある。
【０００４】
走査画像システムを実現するように検出器アレイで回折パターンを表示する空間光変調器（ＳＬＭ）を使用することも知られており、例えば、公表されたＰＣＴ出願ＷＯ２０００／１７８１０を参照されたい。情景の様々な部分からの放射を検出器に向ける様々な回折パターンを表示することができる。したがって、走査は可動部なしで達成され、それにより光システムの重量および容積を低減することができる。そのような回折光学装置は、それらが非常に分散的であるので通常狭帯域（単色）に対して有用である。それらはしばしば非能率的でもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、前述の欠点の少なくともいくつかを軽減し、ある程度より一般的な撮像装置適応性を備える画像システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明によれば、検出器アレイおよび再構成可能な符号化開口マスク手段を有する符号化開口画像システムが提供される。
【０００７】
符号化開口画像化法は、適切なレンズ材料が一般に存在しないＸ線またはγ線画像化などの高エネルギー画像化で主として使用される既知の画像化技法であり、例えば、Ｅ．ＦｅｎｉｍｏｒｅおよびＴ．Ｍ．Ｃａｎｎｏｎ、「Ｃｏｄｅｄ  ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ  ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  ａｒｒａｙｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、１７巻、３号、３３７〜３４７頁、１９７８年２月１日を参照されたい。それは３次元画像化用にも提案されており、例えば、「Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃａｌ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ  ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  ａｒｒａｙｓ」、Ｃａｎｎｏｎ  ＴＭ、Ｆｅｎｉｍｏｒｅ  ＥＥ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、１８巻、７号、１０５２〜１０５７頁、（１９７９年）を参照されたい。
【０００８】
符号化開口画像化法はピンホールカメラと同じ原理を利用するが、単一の小さい開口を有する代わりに、開口アレイを有する符号化開口マスクを使用する。開口の小さいサイズは高い角度分解能をもたらすが、開口の数を増加させると検出器に達する放射が増加し、したがって信号対雑音比が増加する。各開口は情景の画像を検出器アレイに送り、したがって検出器アレイにおけるパターンは重なり合う一連の画像であり、情景として認識することはできない。記録されたデータからオリジナルの情景画像を再現するために処理が必要である。再現処理は使用される開口アレイについての知見を必要とし、開口アレイはその後の良好な品質の画像再現を可能にするために符号化される。したがって、符号化開口画像化法は従来の画像化技法とはまったく異なる。従来の画像化では、検出器アレイで形成された空間強度パターンはシステム光学装置によって取得された焦点が合った画像である。符号化開口撮像装置では、検出器アレイで形成された強度パターンは、画像および符号化開口アレイに関係する符号化画像パターンである。
【０００９】
再構成可能な符号化開口マスク手段を使用すると様々な符号化開口マスクを様々なときに表示することができる。これにより、例えば、画像システムの方向およびＦＯＶを、大きい可動部を必要とせずに変更することができる。さらに、画像システムの解像度は、符号化開口マスク手段に表示された符号化開口マスクを変えることによって変更することもできる。さらに、複数の様々な符号化開口アレイを使用して同じ情景を画像化すること、すなわち、各々が異なるマスクで取得される情景の多数のフレームを得ることも可能である。多フレーム画像化は画像品質を改善することができ、本発明はいくつかの異なるフレームを各々異なるマスクで迅速に取得することを可能にし、それらの各々は必要に応じて自由に適応することができる。知られている符号化開口画像システムは再構成可能なマスク手段でなく固定マスクを使用する。本明細書で使用されるように、マスク手段に関する再構成可能なという用語は、マスク手段がマスクパターンを設けることができる再構成可能な区域を有すること、および再構成可能な区域内のマスク手段のどの部分も必要に応じて不透明（すなわち情景からの放射が検出器アレイに達するのを阻止する）または透過性（情景からの放射が検出器に達するのを可能にする）になるように設定することができることを表すために使用される。例えば、再構成可能なマスク手段は画素化することができ、各活性画素はそれぞれ複数の様々な可能なマスクを提供するように透過性または不透明に設定することができる。
【００１０】
Ａｉｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃへの国際特許出願ＷＯ９７／２６５５７は、正方形の反対称均一冗長アレイを示すマスクを有する符号化開口画像システムを説明している。マスクパターンは、符号化開口アレイが第１の位置で第１のパターンを、第２の回転した位置で第２の相補的なパターンを示すように構成される。したがって、異なるが相補的な２つのマスクパターンはマスクをその軸のまわりに回転させることによって提供することができる。２つの相補的なパターンの使用は背景ノイズを除去するのに有用である。ＷＯ９７／２６５５７の符号化開口マスク手段によると固定マスクの位置を変えて新しいアレイパターンを提供できるが、マスク手段は再構成可能なマスク手段でなく、視野のサイズもしくは方向または生じる画像の解像度を制御しない。このシステムはさらに使用された符号化開口アレイについて柔軟性のない最大で２つの異なるマスクに限定される。
【００１１】
符号化開口マスク手段に、すなわちマスク手段の全区域に表示されるパターンは本明細書では符号化開口マスクと呼ばれる。少なくとも符号化開口マスクの一部は符号化開口アレイである。検出器アレイで形成された放射パターンは、情景画像として直接認識できないが、処理されて情景画像を示すことができるような方法復号化開口アレイは、放射が情景から検出器アレイに達せられるようにする開口のパターン化アレイである。符号化開口アレイを形成する符号化開口マスクの区域は、符号化開口マスク手段のすべてまたは少しだけとすることができる。すなわち、マスク手段に表示された全パターンが符号化開口アレイであるか、または、以下で詳細に説明されるように、パターンの一部だけが符号化開口アレイであり、マスクの他の部分は放射が検出器に達するのを阻止する。当業者は、表示することができる符号化開口アレイを十分に知っているであろう。疑念を避けるために、本明細書で使用される開口という用語はマスク手段における物理的な孔でなく、放射が検出器に達することができるようにする単なるパターンの区域を意味し、符号化開口アレイは透過性または反射性とすることができる。符号化開口アレイは、開口の意図的なパターンが配置される区域である。
【００１２】
したがって、好ましくは、符号化開口マスク手段はシステムに様々な視野を与える符号化開口マスクを提供するように再構成可能である。このように、画像システム性能は、いかなる巨視的な可動部も必要とせずに何倍も大きくできる対象領域内で変更することができる。様々な符号化開口マスクは、符号化開口マスクの一部だけが符号化開口アレイを含み、マスク中の符号化開口アレイの位置が視野を画定するように構成することができる。言いかえれば、マスク手段の一部だけを使用して符号化開口アレイを画定し、マスクの他の部分は放射が検出器アレイに達するのを阻止することができる。したがって、検出器アレイに達することができる情景からの放射だけが符号化開口アレイを通過し、したがって、検出器アレイに対する符号化開口アレイの位置および符号化開口アレイのサイズがシステムの視野を画定することになる。マスク手段に表示されるマスク内の符号化開口アレイの位置を移動させると、放射が検出器アレイに達することができる方向が変更され、したがって、視野の方向およびサイズが変更されることになる。したがって、マスク手段の全体サイズがシステムの対象領域を画定し、再構成可能なマスク手段に書き込まれた符号化開口アレイのサイズよりも非常に大きくすることができるが、視野は例えば情景内の物体を走査するかまたは追跡するように制御することができる。
【００１３】
好ましくは、符号化開口マスク手段は様々な解像度を有する符号化開口マスクを提供するように再構成可能である。例えば、様々な有効開口サイズおよび間隔をもつ符号化開口アレイを有する様々な符号化開口マスクを表示することができる。符号化開口マスク手段は、様々な符号化開口アレイを有する符号化開口マスクを提供するように再構成可能とすることもできる。
【００１４】
さらに、マスクパターンを変更する能力は固定マスクシステムと比べて画像化性能の増加において有利であり、例えば、多数のマスクパターンから検出された強度を組み合わせることによって、画像の解像度および／または品質の増強を達成することができる。画像処理を改善するために同じ情景を画像化するのにいくつかのマスクパターンを使用することができ、例えば、２つよりも多いマスクパターンを使用することができ、必要に応じて、５個以上または１０個以上の様々なマスクパターンを使用することができる。使用されるマスクパターンまたは使用されるマスクパターンの組合せは自由に適応可能であり、例えば情景変化に応じて変わる。
【００１５】
本発明は、特に、監視で使用されることがあるような可視、近赤外、熱赤外、または紫外の波長帯における多機能の高解像度画像に適用することができる。この種の画像システムはほぼすべて屈折、反射、または回折の光学構成要素を使用し、当業者は符号化開口画像化法がそれに適用可能であると考えないであろう。符号化開口画像化法は、まさにその性質によって、検出器に達する視野からの実質的な放射の量を阻止し、したがって検出された放射の信号対雑音比を低減することがある。さらに、画像化された情景を復号し回復するために単一の信号処理技法が検出された出力に実行されなければならない。可視、ＵＶ、またはＩＲの波長の高解像度符号化開口画像化法を考慮する場合、回折の影響も重要になることがある。符号化開口画像化法は一般に高エネルギー放射画像化または粒子画像化で使用されている。そのような用途では、開口サイズおよびマスクから検出器までの間隔は回折効果が重要でないような状態である。高解像度画像化のために可視波長帯放射を使用する場合、回折効果が検出器アレイで形成されたパターンをぼかし始め、それが再現をより困難にする。したがって、当業者はこれまで可視またはその近傍の波長帯の画像システムに有用である符号化開口画像化法を無視してきた。しかしながら、本発明者は、符号化開口画像化法が可視、ＵＶ、およびＩＲの波長を含む多機能画像化に適用できるだけでなく、それらに適用する場合いくつかの利点を有することを認識した。
【００１６】
前述のように、比較的大きい符号化開口マスク手段を使用する場合、様々な異なるサイズの符号化開口アレイをマスクの様々な部分に設けて、いかなる可動部も必要とせずに変動する解像度の様々な異なる視野を与えることができる。さらに、一連の情景画像が検出器アレイ上の様々な位置で重なり合うので、マスクおよび／または検出器アレイに無動作画素があれば、依然として完全な画像が得られ、無動作画素の影響は全画像にわたって平均化される。これは、監視タイプの用途に有用な情報を損なわないことを意味する。さらに、前述のように、検出器アレイによって記録された画像は視野内の情景を複製しない。オリジナルの情景画像を回復することができるのは記録された画像が処理された後だけである。これはこれまで欠点と見なされていた。しかし、画像システムが遠隔で使用され、記録された画像を基地ステーションに送り返す場合、または画像が後の分析のために記録される場合、記録された情報は効果的に暗号化されることに留意されたい。自然に暗号化された（ｅｎｃｒｙｐｔｅｄ  ｏｆｆ）検出器データストリームが生成され、それは妨害または干渉に対してセキュリティを与えることができる。さらに、マスクは再構成できるので、暗号鍵（効果的にはマスクパターン）は自在に変更することができる。符号化開口画像システムで、情景のどこの単一の場所からの光も検出器アレイの単一の部分に集光されず、したがって、システムは明るい光源、例えばレーザ光源からの損傷に保護も与えることにも留意されたい。
【００１７】
符号化開口マスク手段は、符号化開口マスクがマスクの異なる場所で複数の別個の符号化開口アレイを有するように再構成することができる。言いかえれば、２つ以上の別個の符号化開口アレイがマスク上の異なる場所で同時に使用される。したがって、各符号化開口アレイは情景の異なる部分からの放射を検出器に送ることになる。明らかに、検出器における強度パターンは各符号化開口アレイからの要素を含むことになる。しかし、生じた強度信号を処理して各符号化開口アレイに関連した情景画像を再現することができる。言いかえれば、撮像装置は同時に複数の異なる方向で、各々が検出器の十分な解像度を使用して画像化することができる。したがって、本発明は多数の窩のパッチをもつ撮像装置を可能にする。
【００１８】
異なる符号化開口アレイは異なる解像度および／またはサイズを有することができる。例えば、符号化開口マスクのある符号化開口アレイは非常に高い解像度を有し、したがって情景の一部の詳細像を与えるが、別の符号化開口アレイは情景の異なる部分のためにより低い解像度を有する。
【００１９】
各符号化開口アレイは、好ましくは、他の符号化開口アレイと相関がなく、すなわち、個々のマスクパターン間の相互相関に著しいピークがあるべきでない。
【００２０】
符号化開口マスク手段は平面または非平面とすることができる。例えば、マスク手段はデバイスの開口と共形にすることができる。湾曲符号化開口マスク手段は画像システムの対象領域を最適化することができる。例えば、湾曲符号化開口マスク手段は、平面符号化開口手段と比べて所与のシステム開口に対するＦＯＶを増加させることができる。さらに、非平面符号化開口マスク手段は、使用するときこの符号化開口マスク手段がプラットフォームの形状と共形であるように所定の形状を有することができる。例えば、本発明の画像システムは、航空機または他の空輸用プラットフォームに、例えば翼または航空機機首に埋め込むことができる。
【００２１】
従来の画像システムは、通常、航空機外部の窓の背後のハウジング内に配置されなければならない。画像に収差を生じさせる窓の影響を避けるために、窓の光学的影響が受け入れがたい画像収差または歪みを導入しないように、窓は一般に半球形または平坦としなければならないことになる。これは最適でない窓形状の使用を必要とし、それが抗力を増加させ、より強固な取付けなどを必要とすることがある。
【００２２】
本発明は、符号化開口マスク手段が取り付けられるプラットフォームの形状と共形である湾曲したまたは切子面の符号化開口マスク手段の使用を可能にする。航空機の例では、符号化開口マスク手段は窓と共形にすることができ、それに隣接して配置することができる。これにより、システムの入力開口が最大化され、プラットフォームの形状から外れる必要なしに最適の視野を与えることが保証される。符号化開口マスク手段は、それが操作される環境で十分に強靱である場合には符号化開口マスク手段は窓を形成することができる。非平面符号化開口マスクをもつ符号化開口撮像装置の使用は、再構成可能であってもなくても、本発明の別の態様を示す。
【００２３】
本発明の別の利点は、符号化開口マスク手段を、平面であっても湾曲であっても、使用して半球形である必要がない湾曲または切子面の表面によって画像化することができることである。どんな視野にも使用される特定の符号化開口アレイおよび処理アルゴリズムは、様々な視野の湾曲表面の光学的影響のいかなる差も補正することができる。湾曲表面によって画像化するように構成された符号化開口撮像装置の使用は本発明の別の態様を表し、本発明は非平面要素によって画像化するように構成された符号化開口撮像装置を有する画像システムも提供する。非平面要素は明らかに動作波長の放射に対して少なくとも部分的に透過性でなくてはならず、例えば、表面に窓を含むことができる。前述のように、非平面要素は半球形である必要がなく、実際は非規則的とすることができ、しかも本発明のこの態様の画像システムは依然として収差なしの画像を生成することになる。本発明のこの態様の符号化開口撮像装置は少なくとも１つの検出器および符号化開口マスク手段を含み、好都合には、本発明の第１の態様による符号化開口撮像装置とすることができる。非平面要素は航空機などのプラットフォームの外部表面の一部を形成することができ、形状において空力学的にすることができ、すなわち、非平面要素の形状が主として空力学的考察によって決定される。
【００２４】
本発明の第１の態様の再構成可能な符号化開口マスク手段は、符号化開口アレイを少なくともその表面の一部に対して表示することができるどのような再構成可能なデバイスにもすることができる。マスク手段は画素化することができ、各画素は透過性と不透明との間で切り替えることができるべきである。本明細書で使用されるように、透過性という用語は画素において少なくともある入来放射がマスクから検出器アレイの方に通ることができることを意味するものと解釈すべきであり、不透明はその画素において少なくともある入来放射が検出器の方に通るのを阻止するものとして読まれるべきであり、透過性画素は不透明画素よりも検出器アレイに達する放射を著しく多くできることに留意されたい。再構成可能なマスク手段はデジタルマイクロミラーデバイスなどの反射デバイスとすることができ、画素の反射率が情景からの放射を検出器アレイに反射する（透過性）かまたはそれをしない（不透明）かのいずれかに変更される。
【００２５】
再構成可能な符号化開口マスク手段は、少なくとも１つの符号化開口マスクを符号化開口マスク手段に書き込むように構成されたコントローラを有することができる。コントローラは複数の異なる符号化開口マスクで予めプログラムし、特定のときに特定のマスクを再構成可能なマスク手段に書き込むように構成することができる。例えば、ターゲットが検出されるまで、コントローラは低解像度監視モードに対応するマスクを書き込み、次に、検出されたターゲットに一致する高解像度狭ＦＯＶに対応するマスクを書き込むことができる。
【００２６】
好ましくは、符号化開口マスク手段は比較的短い時間尺度で再構成可能である。好ましくは、マスク手段は、１５ミリ秒未満、１０ミリ秒、または５ミリ秒未満で再構成できる。符号化開口マスク手段の解像度はシステムで使用される可能性のある検出器アレイのものと一致する解像度を有することが好ましく、それは、例えば、可視帯の５μｍから長波熱赤外帯の２５μｍまでの全部の範囲とすることができる。符号化開口アレイ中の画素は符号化開口マスク手段のいくつかの個々の画素の群から形成することができる。したがって、より大きい有効画素をもつマスク手段は画素の群を組み合わせることによってシミュレーションすることができる。
【００２７】
前述のように、本発明の画像システムは紫外帯の画像化に適用することができ、したがって、約３８０ｎｍ以下および／または約１０ｎｍ以上の波長または波長範囲で操作することができる。本発明は可視帯の画像化にも適用することができ、したがって、約７８０ｎｍ以下および／または約３８０ｎｍ以上の波長または波長範囲で作動することができる。本発明は赤外帯の画像化にも適用することができ、したがって、約７８０ｎｍ以上および／または約１ｍｍ以下の波長または波長範囲で操作することができる。例えば、画像システムは、中間ＩＲ波長帯すなわち３μｍ以上および／または５μｍ以下の波長、または長波ＩＲ帯すなわち８ミクロン以上および／または１４μｍ以下の波長で使用することができる。しかし、当業者は必要に応じて他の波長範囲を使用することができることを理解されよう。
【００２８】
好ましくは、符号化開口マスク手段は双安定であり、すなわち、画素は電力の適用なしに２つの安定した透過状態の一方であり得る。これは、一旦符号化開口マスク手段が特定のマスクに構成されたならばそのマスクを維持するのに電力が必要でないという利点を有する。
【００２９】
符号化開口マスク手段は少なくとも１つの空間光変調器を含むことができる。空間光変調器は液晶デバイスとすることができる。液晶デバイスは可視帯および赤外帯において動作可能であり、迅速に切替え可能である。双安定液晶デバイスが知られており、例えば強誘電性液晶デバイスがある。他の適切な再構成可能なマスク手段は、ＭＥＭＳまたはＭＯＥＭＳ変調器、エレクトロクロミックデバイス、電気泳動デバイス、および電気光学変調器を含む。例えば、赤外用途では、二酸化バナジウム変調器を使用することができる。
【００３０】
検出器アレイは、好ましくは、高感度および高ダイナミックレンジ、良好な信号対雑音特性、高画素個数および小さい画素間隔を有する。使用される検出器アレイは明らかに動作波長に依存することになる。可視および近赤外波長帯では、ＣＭＯＳ検出器アレイまたはＣＣＤアレイを使用することができる。熱赤外帯では、いくつかの冷却または非冷却検出器技術が、カドミウム水銀テルル（ＣＭＴ）およびアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）の検出器アレイを含めて利用できる。大きい検出器アレイを必要とする用途では、互いに隣接して配置された１つよりも多い検出器アレイとすることができる。したがって、本発明により、大きい面積の検出器が複数の小さい検出器アレイを使用して実現される。実際に、符号化開口画像化法の使用は大区域の画像化に対して利点を有する。前述のように、一連の情景画像が検出器アレイ上の様々な位置で重なり合うので、無動作画素があれば、依然として完全な画像が得られ、無動作画素の影響は全画像にわたって平均化される。同じことが隣接する検出器アレイ間の間隙にも当てはまる。検出器アレイ間の間隙が画像に間隙をもたらす従来の画像化と異なり、ＣＡＩシステムでは検出器アレイ間のいかなる間隙の影響も平均化されることになり、依然として完全な画像を得ることができる。これは、標準の検出器アレイがアレイの周辺近くに配置された配線／アドレス指定回路を有する傾向があるので有利である。したがって、活性な検出器区域および非活性な周辺区域を有する複数の標準の検出器アレイは、活性な区域が境界線を共にする、すなわち１つの活性な区域の端部が隣の検出器区域の発端を見るように一緒に継ぎ目なく並べてより大きな検出器を形成することができない。したがって、大きい区域の画像化は特別注文の検出器を必要とし、生成することができる検出器アレイのサイズに制限がある。しかし、符号化開口画像システムを使用することによって、標準の検出器アレイを使用することができ、平均化の効果は、大きい区域の継ぎ目なしの画像化または非標準のアスペクト比の画像化が比較的簡単に安価に達成できることを意味する。これは、固定視野、すなわち固定符号化開口マスク、または再構成可能な符号化開口マスク手段を使用する可変視野を有する画像システムに適用できる。
【００３１】
したがって、本発明の別の態様では、符号化開口マスクを通して情景からの放射を受け取るように構成された複数の検出器アレイを有する符号化開口画像システムが提供される。前述のように、各検出器アレイは放射を受け取るための活性な検出器区域および非活性な周辺区域を有し、少なくとも１つの検出器アレイの活性な区域は隣の検出器アレイの活性な区域と境界線を共にしない。本発明の他の態様に関して本明細書で説明される実施形態および利点のすべてがこの点に関し多数の検出器アレイを使用する態様に適用可能である。
【００３２】
平面検出器アレイは、製造の容易さ、したがって入手のしやすさおよびコストのために本発明のすべての態様で好ましいが、必要に応じて検出器アレイは湾曲または切子面である。
【００３３】
前述のように、検出器アレイに到達する放射パターンは一連の重なり合う各開口からの情景の画像と考えることができ、信号処理は検出されたパターンを復号するために必要とされる。したがって、このシステムは、画像を生成するために検出器アレイの出力を復号するためのプロセッサを含むことがある。好ましくは、プロセッサは画像を復号するために様々な復号アルゴリズムを適用するように構成される。湾曲表面によって画像化するようにシステムが構成される場合、復号アルゴリズムは湾曲表面を通る放射によって生じたいかなる収差の影響も補正する。
【００３４】
いくつかの異なる復号アルゴリズムを使用することができる。使用されるアルゴリズムは、画像システムが使用される特定の用途に依存することになり、必要とされるフレーム速度、画像品質、および利用可能な信号処理リソースによって影響されることもある。様々なアルゴリズムを記憶して状況によって使用することができる。
【００３５】
好都合には、復号アルゴリズムはデコンボリューションアルゴリズムを含むことができる。あるいは、復号アルゴリズムは相互相関アルゴリズムを含むことができる。復号は、画像を回復するための解空間の反復探索、例えば最大エントロピー法、ソースの反復除去（ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｏｆ  ｓｏｕｒｃｅｓ）を含むことができる。処理は前述の復号アルゴリズムの１つまたは複数を実行するように構成することができる。
【００３６】
当業者は、回折がない場合、符号化開口画像システムの検出器アレイで記録された信号は、情景の強度と符号化開口アレイの開口関数とのコンボリューションにあるノイズを加えたものとして記述することができることを理解されるであろう。したがって、すべての復号アルゴリズムの目的は、マスクパターンについての知見を使用することによって、例えばデコンボリューションまたは相互相関を実行することによって情景画像を回復することである。
【００３７】
しかし、回折効果が著しい場合、検出器アレイの強度パターンはもはや開口関数に直接対応しない。代わりに、検出器アレイで形成された回折パターンは実際上マスクパターンのぼかされた変形となる。したがって、符号化開口アレイの開口関数に基づいた復号アルゴリズムはぼかされた画像をもたらすことになる。
【００３８】
したがって、画像の処理は多段処理を要することがある。第１のステップで、情景の第１の画像が形成される。この第１の画像は回折効果によりぼかされることになる。次に、画像品質を改善するために少なくとも１つの画像増強ステップを適用することができる。
【００３９】
第１の画像を形成するステップは、従来の符号化開口アレイで知られている処理技法のいずれかを使用することができる。しかし、好ましくは、画像デコンボリューションは悪条件逆問題であるので、悪条件逆問題の解決に適用可能な様々な技法を適用することができる。１つの好ましい実施形態では、Ｔｉｋｈｏｎｏｖ正規化技法を第１の画像の生成ときに適用することができる。Ｔｉｋｈｏｎｏｖの正規化は逆問題の解決の知られた技法であり、例えば、「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｐｒｏｂｌｅｍｓ  ｉｎ  Ｉｍａｇｉｎｇ」、Ｍ．ＢｅｒｔｅｒｏおよびＰ．Ｂｏｃｃａｃｃｉ、Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、１９９８年、ＩＳＢＮ０７５０３０４３５９（以下、ＢｅｒｔｅｒｏおよびＢｏｃｃａｃｃｉと呼ぶ）の１０８頁を参照されたい。あるいは、Ｗｅｉｎｅｒフィルタ技法を適用することができる。Ｌａｎｄｗｅｂｅｒ反復などの反復技法を使用することができ、ＢｅｒｔｅｒｏおよびＢｏｃｃａｃｃｉの２９１頁を参照されたい。
【００４０】
さらに画像品質を改善するために、少なくとも１つの画像増強ステップを第１のぼかされた画像に実行することができる。ぼかされた画像は点像分布関数でコンボリューションされた真の画像と見ることができる。次に、画像増強のステップは真の画像を回復するためのものである。
【００４１】
好ましくは、画像増強ステップは第１の画像を点像分布関数が相対的に不変である一連の画像領域に分割することおよび品質を改善するためにこれらのサブ画像を処理することを含む。画像を複数の小さい画像区域に分割することは、点像分布関数がその区域で空間的に不変であることを確実にするだけでなく全画像を処理しようとすることと比べて計算を容易にする。好ましくは、逆問題は各小さい画像領域に対して解かれ、領域の中心の解の値が解として保持される。次に、領域はいくつかの画素だけ移動され、処理が繰り返される。
【００４２】
好ましくは、各画像領域の逆問題を解くことはフーリエ法を使用して遂行することができるＴｉｋｈｏｎｏｖの正規化である。あるいは、打切り特異（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ  ｓｉｎｇｕｌａｒ）関数展開を「Ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｓｉｎｇｕｌａｒ−ｖａｌｕｅ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｍａｇｅｓ  ｗｉｔｈ  ｓｐａｃｅ−ｖａｒｉａｎｔ  ｂｌｕｒ」、Ｄ  Ａ  Ｆｉｓｈ、Ｊ  Ｇｒｏｃｈｍａｌｉｃｋｉ、およびＥ  Ｒ  Ｐｉｋｅ、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ  Ａ、１３巻、３号、１９９６年、４６４〜４６９頁に提案されているように使用することができる。これは計算上Ｔｉｋｈｏｎｏｖの正規化よりも強力な方法である。この方法は点像分布関数に関連した特異値分解（ＳＶＤ）の計算を必要とする。しかし、点像分布関数が空間的に不変である場合、ＳＶＤは全画像を扱うために１回しか計算する必要がない。
【００４３】
符号化開口画像化法はインコヒーレントな画像化を含むので、真の画像は非負でなければならない。この事前情報は逆問題の解決に含むことができる（例えば、Ｇ  Ｄ  ｄｅ  Ｖｉｌｌｉｅｒｓ、Ｅ  Ｒ  ＰｉｋｅおよびＢ  ＭｃＮａｌｌｙ、Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ  ｔｏ  ｌｉｎｅａｒ  ｉｎｖｅｒｓｅ  ｐｒｏｂｌｅｍｓ、Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｐｒｏｂｌｅｍｓ  １５、１９９９年、６１５〜６３５頁を参照）。
【００４４】
正値性をＬａｎｄｗｅｂｅｒ反復の変種を使用して解に組み込むこともでき、これは実行するのが潜在的により簡単である（ＢｅｒｔｅｒｏおよびＢｏｃｃａｃｃｉ、２９１頁を参照）。Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ−Ｌｕｃｙ法（期待値最大化方法としても知られている）は射影Ｌａｎｄｗｅｂｅｒ法と同様の性能を有し、計算上より強力である（ＢｅｒｔｅｒｏおよびＢｏｃｃａｃｃｉ、１７９頁）ことに留意されたい。
【００４５】
画像が少数の点ターゲットを有するという事前知見を有する場合、画像増強ステップは付加的または選択的に曲線のあてはめを含む超解像法を使用することができる。
【００４６】
符号化開口撮像装置が追跡するために使用されることになる場合、追跡が実行されている所にだけ高解像度パッチが必要になる。これは計算負荷を著しく削減することになる。したがって、この方法は、画像の注目する部分、すなわち情景の移動部分またはあり得るもしくは確認されたターゲットの領域にのみ画像増強を実行するステップを含むことができる。
【００４７】
画像増強ステップは情景の複数の画像からのデータを組み合わせることを含むことができる。様々な符号化開口マスクを使用して情景のいくつかの画像を取ることによって、情景に関する付加情報を生成することが可能である。本質的にデータにある統計的構造を課することができる。
【００４８】
特に、符号化開口撮像装置がターゲット追跡に使用される場合、１つよりも多い画像からの情報を組み合わせることができる。好ましくは、検出前追跡（ｔｒａｃｋ−ｂｅｆｏｒｅ−ｄｅｔｅｃｔ）方式が使用される。検出前追跡アルゴリズムがこれまでレーダーおよびソナーの分野で使用されており、ターゲット識別を改善するためにセンサからのデータのうちのいくつかの取得物からのデータを一緒に使用する。同様の手法が符号化開口画像システムからの様々な画像に使用することができる。
【００４９】
したがって、画像処理は３段階処理を使用することができる。第１段階では、情景の第１の画像が生成される。これは回折効果のため情景のぼかされた画像になるであろう。第２段階では、画像は画像領域に分割され、各々が画像品質を改善するために処理される。最終的に、第３段階で、他の画像からのデータが組み合わされて画像の少なくとも一部の画像品質がさらに改善される。
【００５０】
前述のように、復号された画像の品質は、各々が異なる符号化開口アレイを使用して取り込まれた、情景の多数のフレームを取ることにより増加することができる。再構成可能なマスク手段を使用する本発明はまったく容易に符号化開口マスク手段を変更し、情景の複数のフレームを取得することができる。様々なフレームは、（様々な符号化開口アレイ用のマスク開口関数とすることができるような）適切な重み付けで一緒に組み合わせることができる。
【００５１】
プロセッサ自体を、画像を復号するために様々なアルゴリズムを実行するデジタル信号プロセッサとすることができる。それは、再構成可能な符号化開口マスクと組み合わせて使用されるとき画像システムに一層の柔軟性を与える。適切な信号処理ハードウェアは、オン検出器チップ処理、マイクロプロセッサ、ＣＰＵもしくはグラフィックプロセッサ（ＧＰＵ）またはこれらのクラスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、および特定用途向け集積回路またはこれらの任意の組合せを含む。
【００５２】
しかし、前述のように、検出器出力は自然に暗号化された画像であり、したがって、用途によってはシステムはその後の復号のために検出器出力を送信／記録する送信機またはレコーダーを含むことができる。使用される符号化開口アレイは、暗号「鍵」を変更するために、随時、周期的にまたはある外部指示に応じて変更することができる。
【００５３】
したがって、本発明は可視および紫外を含む波長帯の範囲で操作可能な適応画像システム提供する。前述のように、従前の符号化開口画像システムは可視または紫外の波長帯の画像化に適さないと考えられてきた。したがって、本発明の別の態様では、検出器アレイおよび可視帯符号化開口マスク手段を含む可視帯画像システムが提供される。したがって、本発明は、可視帯システムで使用することができるマスク手段および復号アルゴリズムにも適用される。同様に、本発明の別の態様では、検出器アレイおよび紫外帯符号化開口マスク手段を含む紫外帯画像システムが提供される。本発明の第１の態様の実施形態および利点のすべてを本発明のこれらの態様に適用でき、特に、可視帯符号化開口マスク手段および紫外帯符号化開口マスク手段は再構成可能とすることができる。
【００５４】
ＦＯＶを変えることに加えて、本発明によって提供される再構成可能な画像化の性能の別の例は、粗い構造（すなわち、大きい画素および画素間隔）の符号化開口アレイを製作することによってデジタル信号プロセッサの画像解像度および処理負荷を低減することができ、所与の量の信号処理リソースまたはシステムエネルギー消費に対してより速い画像復号を可能にすることである。
【００５５】
本発明の別の態様では、再構成可能な符号化開口アレイ手段を通して情景を見るように検出器アレイを構成するステップと、符号化開口マスクを符号化開口マスク手段に書き込むステップとを含む画像化の方法が提供される。本発明の方法は、本発明の第１の態様に関して前述された利点のすべてを有する。
【００５６】
この方法は、第１の符号化開口マスクを符号化開口マスク手段に書き込むことと、引き続き第２の符号化開口マスクを符号化開口マスク手段に書き込むこととを含み、第１および第２の符号化開口マスクは異なる視野および／または解像度を有する。必要に応じて、さらなる様々の符号化開口マスクを書き込むことができる。前述のように、符号化開口マスクのＦＯＶはマスク内の符号化開口アレイの場所、すなわちそれが符号化開口マスク手段に現われる場所を変えることによって変更することができる。解像度はアレイ中の開口の間隔およびサイズを変えることによって変更することができる。多数の窩のパッチは、個別の高品質画像を与えるために符号化開口マスク手段に設けることができる。
【００５７】
この方法は、好ましくは、画像を与えるために検出器アレイの出力を復号するステップを含む。これは局所プロセッサによって検出器アレイの出力で直接行うことができ、または出力は遠隔復号のために伝達するかもしくは記録して後で処理することができる。復号のステップは、デコンボリューションアルゴリズム、相互相関アルゴリズム、および反復解探索の１つまたは複数を適用することを含む。
【００５８】
次に、本発明が以下の図を参照しながら単なる例として説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
従来のカメラシステムは、カメラの深度を実際上固定するレンズ系の焦点面に集束された画像を生成する。そのようなシステムでは、集束レンズは半径方向で変わる位相シフトを導入することによって前検出器処理で必要な要素を与え、それにより、個々の光線束がレンズの焦点面に伝搬する時までに画像を生成することができる。フレネル回折レンズ系およびゾーンプレートは薄い構造を使用して必要な位相シフトを生成するが、依然として同じ距離だけ個々の光線束の伝搬を必要とする。従来の反射系および屈折レンズ系は現在のカメラ設計を制約し、高性能システムは生成するのに比較的大型で高価である。そのようなカメラシステムの適応性も制限され、例えば視野を操向するには大きな慣性モーメントをもつ大型の光学構成要素を移動させることを必要とすることがある。
【００６０】
本発明は軽量の適応画像システム内復号化開口画像化法（ＣＡＩ）を使用する。ＣＡＩはピンホールカメラと同じ原理に基づく。ピンホールカメラでは、色収差のない画像がピンホールから離れたすべての距離で形成され、それにより非常に大きい被写界深度を持つより小型の画像システムの可能性が与えられる。しかし、主要な不利益は乏しい強度処理能力であり、それはピンホールの小さい集光特性に起因する。それにもかかわらず、回折効果が考慮されなければならないが、カメラは依然としてピンホールの直径によって決定された解像度をもつ画像を生成することができる。システムの光処理能力は、ピンホールのアレイの使用によって、角度解像度を保持しながら数桁増加することができる。各検出器要素は、情景の各地点に対応する、異なるピンホールからの寄与の合計の結果を捉える。
【００６１】
ＣＡＩの操作原理を理解する別の方法は、これが純粋に幾何学的画像化技法であることを注視することである。システムの対象領域（ＦＯＲ）内の情景のすべての点からの光は検出器アレイ上に符号化された開口の陰影を投じる。検出器はこれらの陰影の強度の合計を測定する。符号化開口は、特に、その自己相関関数が鋭く非常に低いサイドローブであるように設計される。検出器強度パターンのデコンボリューションが情景の点分布に良好な近似をもたらすことができるところで、一般的な擬似乱数または均一冗長アレイ（ＵＲＡ）が使用される（Ｅ．ＦｅｎｉｍｏｒｅおよびＴ．Ｍ．Ｃａｎｎｏｎ、「Ｃｏｄｅｄ  ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ  ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  ａｒｒａｙｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、１７巻、３号、３３７〜３４７頁、１９７８年２月１日に説明されているように）。
【００６２】
図１は、全体的に２で示される符号化開口画像システムの例を概略的に示す。情景４の点からの光線は、マスクを表示する再構成可能なマスク手段６上に向けられる。この例では、マスク全体が特定の符号化開口アレイを形成する。符号化開口アレイはシャドウマスクの役割をし、したがって一連の重なり合う符号化画像が検出器アレイ８上に生成される。検出器アレイ上の各画素において、重なり合う符号化画像からの強度が合計される。検出器アレイ８からの出力はプロセッサ１０に送られ、そこで情景の画像は引き続き様々なデジタル信号処理技法を使用して検出器信号から復号することができる。符号化開口マスク手段は、様々な符号化開口マスクを表示するために再構成可能なマスク手段を制御するコントローラ１２によって制御される。
【００６３】
図２ａおよびｂに示されるように、検出器アレイ８に対する再構成可能なマスク手段６のサイズおよび関係が画像システムの対象領域を画定する。図２ａは、粗い符号化開口アレイを全区域にわたって有するマスクを表示する再構成可能なマスク手段を示す。図２ａの画像システムは全対象領域（ＦＯＲ）画像化モードで操作しており、全ＦＯＲの比較的低い解像度の画像を生成する。次に、再構成可能なマスク手段は図２ｂに示される高解像度モードに再構成することができ、マスクの小さい区域だけがより精細な解像度の符号化開口アレイを表示し、マスクの残りの区域は不透明である。放射は単に符号化開口アレイを支えるマスクの部分を通って検出器アレイ８に達することができ、したがって狭い視野（ＦＯＶ）だけが観察されるが、全検出器アレイが放射を受け取るので画像の解像度が改善される。したがって、システムの解像度およびＦＯＶは、特定の要求に従って容易に変えることができる。例えば、画像システムがセキュリティ監視システムで使用される場合、それは一般に区域をモニタするために全ＦＯＲ低解像度モードで操作することができる。しかし、必要な場合、特定のＦＯＶを高解像度画像化のために選択することができる。例えば、画像中に動きが検出される場合、オペレータによりまたは自動的に画像処理を使用して、マスク手段は動きが生じた区域の高解像度画像を与えるように再構成することができる。
【００６４】
システムの視野は再構成可能なマスク手段に表示された符号化開口アレイのサイズおよび場所によって決定されることは明白であろう。マスク手段上の小さいアレイの位置を変えると視野が変わる。したがって、画像システムの視野は、符号化開口アレイの位置を変更するように単にマスク手段を再構成することによって容易に操向することができる。図３は使用することができる一連のマスクパターンを示す。
【００６５】
時間ｔ＝０で、マスク手段全体は表示されたフルサイズの符号化開口アレイをもつ全ＦＯＲ監視モードである。時間ｔ＝１で、システムは高解像度追跡および識別モードに切り替わり、マスクの一部分だけが符号化開口アレイを表示し、その位置は情景中の対象を追跡するように移動される（ｔ＝２、３など）。
【００６６】
したがって、本発明は、大きなＦＯＲからの放射が選択的に検出器アレイに向けられるように十分な大きさの迅速に再構成可能な符号化マスクをシステムに与える。平面マスク手段または湾曲もしくは切子面手段を使用することができる。図４は湾曲マスク手段４０の例を示す。平面マスク手段と同様に、湾曲マスク手段は様々な符号化開口アレイを表示して様々な解像度を与え、マスク手段上の符号化開口アレイの位置を変えてＦＯＶを変更することができる。しかし、湾曲マスク手段は、製作するのはより困難であるが、所与のシステム開口に対してＦＯＲをさらに増加させるという利点を有する。前述のように、符号化開口マスク手段は、使用中の環境に適合するように設計される形状を有することができる。例えば、画像システムが航空機の翼で使用されることになる場合、翼形状の曲線に適合する湾曲マスクを使用することができる。これは、使用のとき画像システムを、空気力学を損なうことなく最適のＦＯＶで翼の適切な部分に配置できることを意味する。あるいは、平面、湾曲、または切子面のマスクを使用することができ、このシステムは、受け入れがたい光学収差を被ることなく翼または航空機機首の窓などの曲面を通して画像化するように構成される。図８は、曲面８２を通して画像化するように構成された検出器アレイ８および符号化開口マスク６を有する符号化開口画像システムを示す。
【００６７】
すべての場合に、再構成可能な符号化マスクの厚さは純粋に機械的強度の考慮によって決定されるので、このＣＡＩ手法によって必要とされる比較的広いシステム開口はシステム質量および慣性に比較的小さい影響を有する。より従来の画像化手法はシステム開口にある形態の光学的能力を必要とし、これが、ここで提案されたＣＡＩ技法と比べるとき恐らく質量および慣性モーメントを著しく増加させることになろう。
【００６８】
この手法の特徴は、操向できるＦＯＶをもつ大部分の他のシステムと異なり、巨視的な可動部がＣＡＩシステムにないということである。これにより、システム応答時間、電力要件、および振動低減に著しい利点が生じる。選択された適応マスク技術に応じて、機敏な画像システムの一時的性能は恐らく検出器アレイ集積化および読出し時間によって制限されることになる。
【００６９】
適応マスク手段の重要な要件は、それを再構成することができ、注目する波長帯で透明または不透明のいずれかになるように迅速に切り替える（理想的にはいくつかの用途では＜５ｍｓ）ことができる画素を有し、システムで使用される可能性のある検出器の解像能力と適合するものを有する（可視帯の約５μｍから長波熱帯（ＬＷＩＲ）の２５μｍまで全部）ことである。有利な要件は湾曲した基板上に製作する能力および双安定透過であることを含む。後者は、構成されないときマスクにエネルギーは必要とされず、システムの低電力操作に寄与することになる。
【００７０】
可視帯では、様々な液晶表示技術を使用することができる。例えば、速く本質的に２値であり、マトリクスアドレス指定の必要性が簡単な可視および近赤外帯マスクで、強誘電性液晶デバイスを使用することができる（原理上、熱帯（ｔｈｅｒｍａｌ  ｂａｎｄ）操作が可能であることもある）。それらはさらに双安定の性質を示すことができる。１０μｓ未満の切替え速度、２μｍまで低減した画素サイズ、および１０８よりも多い画素の画素個数をもつデバイスが実証された。あるいは、双安定ネマチック液晶技術を使用することができ、例えば米国特許第６２４９３３２号に説明されているような表面格子配向型ジナサル（ｚｅｎｉｔｈａｌｌｙ）双安定液晶である。これは真の双安定技術の例であり、それはプラスチック基板を使用して製造することができ、丈夫であり、衝撃に強い。
【００７１】
当業者は、他の液晶技術を適応マスク手段として使用できることを理解されよう。これらのいくつかは熱赤外まで使用することもできるが、いくつかのネマチック液晶の切替え速度は、必然的に操作波長と共に増加する液晶セル間隙の２乗で減少することがある。ネマチック液晶切替え速度は緩和効果によって支配され、その結果、１０．６μｍでかなり遅く約１ｓである。再び、強誘電性液晶はより適切である可能性があり、それらの切替えは完全に電気的に行われる。付加的に配慮すべきことは、最も適切なＬＣモードが必然的に偏光性依存性を有し、操作のために偏光子および／または波長板を必要とすることである。付加的な複雑さおよび光透過の低減は欠点と見なされることがあるが、それらの性質を使用して付加的な機能、例えば偏光識別または分析を撮像装置に与えることもできる。
【００７２】
代替の非偏光依存技術は、エレクトロクロミック（現在、電子書籍用途のために追求されている）および様々なタイプの懸濁粒子を含む。
【００７３】
赤外用途では、二酸化バナジウム変調器を適応マスクで使用することができる。薄膜二酸化バナジウム（ＶＯ２）は３４０Ｋで剪断相転移を経験する。この材料の電気的特性および赤外光学特性はこの相転移によって劇的に影響される。相転移温度以下で、ＶＯ２は「不良」電気絶縁体であり、赤外スペクトル領域の吸収は微少である。相転移温以上で、ＶＯ２は不良導体であり、赤外で不透明である。絶縁相と導電相との間の迅速な電気的切替え（２０ｎｓ）が実証された。これおよび関連する材料が赤外での様々な用途のため幾人かの研究者によって探求されており、再構成可能なＣＡＩマスクの使用に適応される可能性がある。
【００７４】
再構成可能なマスク手段のための別の有用な候補技術は微小光電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）空間光変調器である。ＭＯＥＭＳ光変調器が知られており、それらのいくつかは光干渉効果を使用して光ビームの強度および／または位相を制御する。例えば、ＧＢ０５２１２５１に説明されている変調器は光干渉効果を利用して光の１つのビーム（または複数のビーム）の強度および／または位相を制御し、１つまたは複数の移動可能なマイクロミラーが基板上に吊るされている単一のＭＯＥＭＳ光変調器またはＭＯＥＭＳ光変調器のアレイに基づく。この構成は、基板（例えばシリコン）が光学的に透過性である波長では透過で使用することができ、実質的により大きい範囲の波長では反射で使用することができる。このタイプの技術に基づいた変調器は、本発明で特に有用である。そのような変調器は複数の波長および／または入射角を有する電磁放射を変調することができ、または単一の波長を有する電磁放射を変調するように構成することができる。
【００７５】
光変調器は、赤外放射の透過を、より好ましくは、短波赤外（ＳＷＩＲ）放射（０．８〜２．５μｍ）、中波赤外（ＭＷＩＲ）放射（３〜５μｍ）、および長波赤外（ＬＷｌＲ）放射（８〜１４μｍ）の大気の窓のうちの少なくとも１つの透過を変調するように構成される。好都合には、光変調器基板がＳＷＩＲ、ＭＷＩＲ、およびＬＷＩＲの放射に実質的に透過性である。この特性は、その上に光共振器を製作する前の光変調器の基板層の透過特性を指す。
【００７６】
本発明の適応ＣＡＩ手法の重要な利点は、システムにおいて多種多様な検出器技術を使用する能力である。検出器選択への配慮の多くは、より従来の画像システムのものと同一である。システムの性能を最大化するために、理想的な検出器アレイ特性は高い感度およびダイナミックレンジ、良好な信号対雑音性能、高い画素個数、および小さい画素間隔を含む。非冷却操作は様々な理由で好ましい。オンチップ前検出器処理を実行する能力は有利である。
【００７７】
可視および近赤外帯において、使用できる検出器アレイ技術は相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）および電荷結合素子（ＣＣＤ）である。両方とも５メガ画素を超える画素個数で利用できる。ＣＣＤは成熟した技術であり、高感度（ＣＭＯＳよりも約１桁良好）、高画像品質（低い固定パターンノイズ）、小さい画素間隔（ＣＭＯＳの７〜８μｍと比べて２．５μｍ以下）という利点を有する。しかし、ＣＭＯＳ技術は依然として発展しており、検出器チップに組み込む補助回路（タイミング論理回路、露光制御、アナログーデジタル変換、信号前処理など）を有する能力を提供する。これにより、低いシステム体積および低い電力消費（約３分の１〜１０分の１まで）をもつ単一チップ画像化解決策が可能になる。適応ＣＡＩ画像システムに対するＣＭＯＳ技術の主要な利点は画像読出しの柔軟性である。画素ビニング（複数のグループの画素からの出力を結合すること）および選択的ウインドイング（高フレーム速度でアレイの一部を読み出すこと）がこれの例である。適切なデジタル処理アーキテクチャおよびアルゴリズムと組み合わせると、そのような操作モードは様々な適応可能な操作モードを可能にすることになる。
【００７８】
熱帯では、様々な冷却および非冷却熱赤外検出器技術が利用できる。これらのうち、カドミウム水銀テルル（ＣＭＴ）およびアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）技術は熱帯適応ＣＡＩの第１の候補である。ＣＡＩ性能への１つの重要な要因は検出器ノイズの影響である。これは熱帯システムでより問題となる可能性がある。数値シミュレーションは、検出された強度パターンの不十分な信号対雑音比は復号された画像のコントラストを低減させる影響があることを示している。
【００７９】
本発明の適応ＣＡＩ手法の利点はその柔軟性である。様々な復号アルゴリズムを使用することができる。そのときの用途ニーズに応じて、最も適切なアルゴリズムおよびパラメータを状況に応じて選ぶことができる。分かっている先験的な情報は、それが利用可能になるとき更新することができ、性能をさらに改善することができる。必要であれば、復号されていないかまたは部分的に復号された画像を、自然に暗号化された形態でＣＡＩシステムから遠隔地に伝達して、より精巧な分析を可能にすることもできる。
【００８０】
従来技術で既に利用可能な様々なＣＡＩ復号アルゴリズムがあり、それらの大部分は、Ｘ線、ｇ線、および放射線の画像化に関連した比較的低い画素個数検出器を含めてオフライン復号用に開発されている。実時間復号用途では、適切なアルゴリズムを選択する場合に考慮されるべき要因は、使用される検出器の信号対雑音特性、マスクタイプ、効率的な復号コンピュータアーキテクチャとの相乗効果、および様々な性能オプションをサポートするための適応性を含む。
【００８１】
最も一般的な場合に、検出器アレイＤを出る信号は、
【数１】
2008542863.tif 000003
で記述することができ、ここでｘ、ｙは２次元信号分布の横座標であり、Ｓは情景からの信号であり、Ａはシステムのマスクの開口関数であり、Ｎは検出器で導入されたノイズであり、
【数２】
2008542863.tif 000004
はコンボリューション演算子である。すべてのそのようなアルゴリズムの目的は、できるだけ少ないアーティファクトでＳ（ｘ，ｙ）の一部または全体を回復することである。これらのアーティファクトは、ＣＡＩが使用される用途に応じて様々なメトリクスによって定量化することができる。例えば、画像を見る人間は、自動的な（装置ベースの）解釈よりも様々なメトリックの使用を必要とすることがあり、検出、識別および／または追跡は同様に適切な最適化を必要とすることになる。
【００８２】
デコンボリューション法
復号はデコンボリューションを使用して行われ、
Ｓ’（ｘ，ｙ）＝Ｆ−１［Ｆ（Ｄ（ｘ，ｙ））／Ｆ（Ａ（ｘ，ｙ））］＝Ｓ（ｘ，ｙ）＋Ｆ−１［Ｆ（Ｎ（ｘ，ｙ））／Ｆ（Ａ（ｘ，ｙ））］                            （２）
ここで、Ｆはフーリエ変換演算子である。計算上効率的であるが、Ｆ（Ａ（ｘ，ｙ））は小さい項を有すること（例えば、大きな２値アレイの一般的性質）があり、ノイズの再現をもたらす。適切なマスク設計はこの影響を最小にすることになる。正確なデコンボリューションがノイズに影響されやすいことはよく知られており、したがって、検出器ノイズがいくつかの他のものよりもこのアルゴリズムに影響することがある。多くのフーリエベースの手法におけるように、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の速度がこのアルゴリズムの効率的な計算処理の実施をもたらすことができる。図５はこのアルゴリズムの使用の結果を示す。オリジナルの３〜５μｍ帯の情景５０がランダム２値マスク５２を使用して画像化された。検出器アレイで記録された画素強度５４は符号化されたパターンであることが分かる。これは復号されて、逆転アルゴリズムを使用してオリジナル画像の高品質バージョン５６が生成された。
【００８３】
相互相関法
この技法では、Ｓ（ｘ，ｙ）がＤ（ｘ，ｙ）をアレイＧ（ｘ，ｙ）と相関することによって復号される。
【数３】
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【００８４】
Ｇ＝Ａの簡単な場合、マスク設計Ａは、その自己相関が小さいサイドローブをもつデルタ関数に十分に近似するようなものである。均一冗長アレイはこれを小さいアレイ寸法で達成するために開発された。この場合には、妥当な品質の再現を達成することができる。しかし、マスク関数の実数の正の性質は、理想的な場合でさえ、理想的な場合のデコンボリューションアルゴリズムと比べて再現品質の関連する減少を伴い、自己相関のピーク値の０．５倍のペデスタルになるであろう。より一般的には、ＧはＧ≠Ａのように選択される。この場合、この方法は「バランス相互相関」として知られており、Ｇの適切な選択は良好な品質の再現をもたらすことができる。
【００８５】
再び、フーリエベースの実施は計算上効率的になり得る。密接に関連する手法はＷｉｅｎｅｒフィルタリングであり、重み付け相互相関が使用される。この手法は不十分な自己相関関数を有するマスクに有用である。
【００８６】
最初の兆候では、理想的なノイズなしの場合（Ｎ＝０）、相互相関法はデコンボリューションアルゴリズムと比べるとき低質の再現を行う。しかし、Ｎ＞０では、相互相関はより強固となることができる。
【００８７】
マスク手段が、同時に異なる視野を与えるように異なる場所で１つよりも多い別個の符号化開口アレイを備える場合、検出器アレイは実際に符号化開口アレイの各々によって与えられたすべての強度パターンの合計になる。しかし、アレイの任意の１つの開口パターンに基づいた信号の処理はそのアレイによって見せられる画像だけを示すことになる。したがって、各個別の視野に関連した画像を回復することができる。
【００８８】
反復回復法
解空間の反復探索を使用して高品質画像を回復することができる。これらの技法の例は最大エントロピー法およびＬａｎｄ  Ｗｅｂｅｒアルゴリズムを含む。これらはより柔軟であり、先験的情報、優先順位付けられた復号、およびノイズによる影響の最小化の組込みを可能にすることができる。非常に高品質の再現を達成することができるが、これらのアルゴリズムの反復の性質は特に大きなアレイサイズに対してそれらを比較的遅くする。
【００８９】
フォトンタギング
マスクを通して検出されたフォトンを情景の特定の角度位置の方に後方投射することによって、選択された領域に関する画像を再現することが可能である。このように、利用可能な計算リソースを注目する情景の部分に向けることができる。したがって、この手法は、ＣＡＩ技法を使用して情景の窩状で柔軟な画像化を行うための別の有用な技法である。
【００９０】
３Ｄ画像回復
ＣＡＩは核医学などの用途で３Ｄ画像回復に使用されている。そのような用途では、ＣＡＩはしばしば「インコヒーレントホログラフィ」と呼ばれる。これの理由は、ＣＡＩ画像が２次元強度分布であり（多くのホログラムとして）、復号核の適切な選択によって（ホログラフィ中の正しい「参照波」の使用と同様に）情景の３Ｄ情報を回復することができることである。深さ解像度は一般にｘ−ｙ解像度よりも１桁少ない。図６は簡単な原理を示し、システムからさらに離れた光源６０が６２におけるより近い陰影よりも符号化開口の小さい陰影を投じる。
【００９１】
明らかに、そのような操作モードは多くの用途で有用であろう。強力な非線形最適化に基づいたマスク設計により、高品質３次元システム点像分布関数を実現する見込みがある。
【００９２】
利用可能な様々なデジタル処理技術があり、それにより検出された強度の画像の映像速度の後処理および復号が可能になる。オン検出器チップ処理（例えば、ＣＭＯＳ検出器アレイによって可能となるように）に加えて、これらはＣＰＵおよびグラフィックスプロセッサ（ＧＰＵ）ならびにそれらのクラスタ、デジタル信号処理（ＤＳＰ）チップ、フィールドプログラマブルアレイ（ＦＰＧＡ）、および特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む。ＦＰＧＡは、それらが柔軟であり、経済的に実行し、再構成することができるので魅力的であり、したがって、一般に柔軟性を必要とするシステムで使用されることになる。製造システムで、ＡＳＩＣは使用される可能性がある。それらは、高い性能、低い質量および電力消費、および量的に低いユニットコストを有する。
【００９３】
カスタム化アルゴリズムの実施に加えて、ＦＰＧＡおよびＡＳＩＣの両方は、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）と比べるとき優れた性能を提供する。例えば、ＣＰＵ／ＦＰＧＡ／ＡＳＩＣの現在の性能は、１〜２Ｇｆｌｏｐ／２０Ｇｆｌｏｐ／２００Ｇｆｌｏｐ（Ｇｆｌｏｐ＝ギガ浮動小数点演算回数／秒）である。ギガビット／秒のデータ転送速度がＦＰＧＡおよびＡＳＩＣデバイスの両方で可能である。ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、およびＡＳＩＣの電力消費もＣＰＵと比べるとき有利である。現在の最新技術の例として、知られている高処理能力の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）コアは、８．４ｍｓで１０２４×１０２４の８ビットＦＦＴを実行し、約１７ｍｓで２つのＦＦＴを含むデコンボリューションまたは相関操作および事前計算核（いくつかのクラスのＣＡＩ復号アルゴリズムで使用されるような）を用いてスカラ乗法を実行する。
【００９４】
受け取られた強度パターンを復号するには使用された特定の符号化開口アレイのマスク開口関数の知見を必要とすることは前述のことから明らかであろう。通常、マスク開口関数は、マスクおよび検出器アレイに対するその場所の知見を使用して理論的に計算される。しかし、これはマスクの正確な位置合せを必要とする。マスクの回転は検出器によって感知される異なるパターンをもたらすので、方位のいかなる位置合せ不良も特に重要である。
【００９５】
正確な位置合せの必要を低減し、処理の精度を改善するために、較正タイプのステップは、復号パターンを形成するように符号化開口画像装置を使用し、参照物体による検出器アレイ上の強度パターンを使用して参照物体を画像化することを含むことができる。特定の符号化開口をもつ符号化開口画像（ＣＡＩ）システムを使用して点源を画像化する場合、検出器上の強度パターンは、効果的に、符号化開口により投じられた陰影になるであろう。したがって、この強度パターンは、検出器アレイに対する特定の場所および方位において特定の符号化開口に必要な復号パターンを与える。
【００９６】
したがって、この強度パターンは記録され、復号アルゴリズム中のマスクパターンとして直接使用することができる。マスクパターンの直接使用は、マスクのいかなる回折効果も記録された強度パターン中に存在するという利点を有することができる。前述のように、ＣＡＩは純粋に幾何学的な画像化技法である。その結果、符号化開口マスクによって生じたいかなる回折も画像化性能に悪影響を及ぼすと予想される。所与の波長で、検出器からマスクまでの距離が増加するにつれて、およびマスク開口が減少するにつれて回折はより重大になることになる。
【００９７】
本質的に回折効果を含む符号化開口マスクの画像の取込みは、処理するとき画像品質に利点を与えることができる。
【００９８】
取り込まれたパターンは、例えばコントラストを改善するために記憶される前に処理することができる。
【００９９】
あるいは、実際の符号化開口アレイの位置合せ不良の程度を決定するために、理論的なマスクパターンを使用することができるが、参照物体を画像化するとき記録されたデータを使用することができる。取り込まれた強度パターンは理論的なパターンと相関を取ることができ、その相関に基づいて、例えば方位に対するわずかな調整が理論的なパターンに適用される。そうするための実際的な方法は、取り込まれた強度パターンと理論的なパターンの縮尺および回転のバージョンとの間の相関関係を調べることである。最も高い相関ピークを与えるものが取り込まれたパターンの尺度および方位を示すことになる。
【０１００】
符号化開口マスク手段は再構成可能であるので、各々が異なる符号化開口アレイおよび／またはマスク手段の異なる位置に配置された符号化開口アレイを有するいくつかの異なるマスクのうちのいずれか１つに対して再構成することができる。したがって、適切に配置された参照物体を各々異なるマスク構成で画像化し、検出器での強度パターンを使用して各々異なる構成に対する復号パターンを決定するのは都合がよい。
【０１０１】
他のところで述べたように、本発明は湾曲符号化開口アレイの使用を可能にする。そのような湾曲符号化開口アレイに対する理論的復号パターンの生成は重要な計算を含むことができる。検出器アレイをもつ湾曲符号化開口アレイを使用すると、いかなる処理も必要とせずに復号パターンを直接決定することができる。
【０１０２】
点源は顕微鏡対物レンズで点に収束されたレーザビームとすることができる。遠方画像化の用途では、点源は情景内のフレアまたはレーザによって照光された逆反射体とすることができる。明らかに、点源からの強度パターンを記録するとき、情景のその他の部分の強度レベルは点源の強度と比べて低くすべきである。波長特定点源は点源の強度を保証するために使用することができ、または点源は変調された出力を有することができ、検出器アレイ上の強度パターンの処理を使用して一致する変調を有する信号、したがって点源に対応する信号を抽出することができる。
【０１０３】
使用中の視野の点源を使用するのは、長い距離にわたって画像化する場合、大気の収差の補正を可能にするので有利なこともある。レーザなどの強い照明手段によって照光された逆反射体などの点源を情景に配置することができる。大気を通る放射の伝搬によって生じたいかなる大気の収差、すなわち光信号の歪みも符号化開口撮像装置で感知されるとき歪んだ形状を有する点源になるはずである。次に、検出器アレイで受け取られた強度パターンは、そのような歪んだ点源によって照光されるマスクにより生じた強度パターンになるはずである。次に、この強度パターンは、画像を復号する目的で復号パターンとして使用することができる。そのようなパターンを使用して復号された歪んだ点源の画像は、実際には歪んでいない点源の画像を与えることになる。したがって、点源が画像化されるべき情景内に配置され、その点源によって生成された強度パターンが復号パターンとして使用される場合、情景から撮像装置までの放射の伝搬中のいかなる歪みも補正されることになる。
【０１０４】
前述のように、ＣＡＩは純粋に幾何学的な画像化技術である。その結果、符号化開口マスクによって生じたいかなる回折も画像化性能に悪影響を及ぼすと予想される。所与の波長で、検出器からマスクまでの距離が増加するにつれて、およびマスク開口が減少するにつれて回折はより重大になることになる。ＣＡＩベースの撮像装置の最大角度解像度の場合、マスク開口間隔は検出器画素間隔とサイズにおいて同等であり、一般に画像化される光波長のサイズの約１０倍である。計算によると重大な回折がそのような状況で生じることが示されている。
【０１０５】
幸運にも、復号された画像品質への回折の影響は予想されるものほど激しくないことが分かり、簡単なデコンボリューション核でさえ良好な画像を回復することができる。例が図７に示され、異なる量の回折をもつ３つの投射マスクパターンのシミュレーション、すなわち回折マスク投射７０、いくらかの回折７２、および激しい回折７４が示される。下列は再現された画像を表し、回折が画像品質にある影響を有することが理解できる。基本デコンボリューションが非回折核と共にこれらのシミュレーションで使用された。
【０１０６】
回折の影響は、より精巧なアルゴリズムの使用、例えばデータの多数のフレームの使用、および／または穏やかな開口関数などの特別設計の開口の使用によってさらに最小化することができる。これらはグレースケール透過関数によって形成することができ、または開口の端部がサブ波長構造を有する２値透過タイプとすることができる。さらに、注目する波長帯の入来放射の回折を故意に引き起こすパターンを有し、よく調整された符号化パターンである検出器アレイ上の回折パターンを生成するマスクを使用することも可能であり、すなわち、システムが情景からの単一点を画像化する場合、検出器に形成された回折パターンは小さいサイドローブをもつ鋭い自己相関関数を有する。言いかえれば、マスクは回折を念頭において設計し、回折に依存して符号化パターンを生成することができる。
【０１０７】
回折を生じさせるように設計されているマスクの使用は、情景画像を再現するために復号することができる符号化パターンを生成するという点で従来の符号化開口画像化法と同様である。しかし、マスクパターンが、よく調整され、かつ最小の回折であり、マスクからのいかなる回折効果も処理中に補正されることを保証するように設計される従来の符号化開口画像化法と異なり、回折を生じるが、回折されたパターンはそれ自体よく調整されていることを保証するマスクパターンを故意に使用することができる。
【０１０８】
これは、それが角度解像度を決定する検出器アレイ上の投射パターンのフィーチャサイズであることを意味する。これは、必ずしも符号化回折マスクのフィーチャサイズと直接関係せず（標準の符号化開口画像化法の場合のように）、それはある量のより大きい設計自由度を可能にする。
【０１０９】
回折を念頭において設計されている符号化開口マスクの使用は、ＷＯ２０００／１７８１０で説明されているような回折レンズを使用する手法とはまったく異なることに留意されたい。回折レンズを使用する撮像装置は、従来のレンズを同じ機能性を有する回折の要素に置き替えている。したがって、これらのシステムは検出器平面で画像を形成するように放射を収束する回折レンズを教示し、従来の画像化におけるように、検出器アレイにおける空間強度が画像の空間強度である。本発明のマスクは放射を収束せず、検出器平面に画像を生成しない。回折レンズを有する撮像装置によって画像化された点源は検出器アレイ上に点を生成することになる。符号化開口アレイが同じ点を画像化するように構成される場合、その結果は検出器アレイ上の符号化強度パターン（またはそれの重要な部分）、すなわち画像を再現するために復号される必要がある画像とは異なる強度パターンになる。回折を念頭において設計されたマスクの使用は、単に、注目する波長で検出器アレイ上の強度パターンがよく調整されることを意味する。
【０１１０】
回折マスクが検出器アレイにおいてよく調整されたパターンを生成するとすれば、簡単な復号アルゴリズムを、回折パターンに基づいて従来の符号化開口画像化法と類似の方法で使用することができる。より高度な復号技法を使用して解像度を改善することができる。
【０１１１】
検出器ノイズは熱帯システムでより問題となる可能性がある。この状況は、２値ＣＡＩマスク自体による入来情景エネルギーの少なくとも半分の吸収によって悪化する。本発明者による数値シミュレーションは、検出された強度パターンの不十分な信号対雑音比が復号された画像のコントラストを低減させる影響を有することを示している。より精巧なアルゴリズムはこれらの影響を低減することができる。
【０１１２】
前述のように、多数フレームの画像化の使用は、画像品質および／または解像度の改善において特に有利である。複数の異なる符号化開口マスクを使用して組み合わされた多数のフレームから情景およびデータが画像化される。いくつかの異なるマスクの使用は、信号中のノイズを低減させることができ、最終画像の解像度をさらに増加させることもできる。使用される異なるマスクの数は用途および情景変化に応じて変わることができる。例えば、ゆっくり変化する情景または高品質画像が必要とされる場合には、いくつかの異なるフレーム、例えば１０、２０、５０、または１００個を取得することができる。急速に変化する情景または移動するターゲットを追跡する場合には、より少ないフレームを組み合わせることができる。しかし、本発明は、必要に応じて組み合わされるフレームおよび使用されるマスクパターンの数を変更する能力を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明による符号化開口画像システムの概略図である。
【図２ａ】全ＦＯＲ低解像度画像化モードで操作可能な簡単な平面符号化開口マスク手段を示す図である。
【図２ｂ】高解像度狭ＦＯＶ画像化モードで操作可能な簡単な平面符号化開口マスク手段を示す図である。
【図３】様々なときに使用することができるいくつかのマスクパターンを示す図である。
【図４】湾曲符号化開口マスク手段を示す図である。
【図５】情景のシミュレーション、典型的なマスクパターン、検出器アレイにおける強度パターン、および復号された画像を示す図である。
【図６】符号化開口画像システムを使用する３Ｄ画像化の原理を示す図である。
【図７】デコンボリューションアルゴリズムを使用して画像品質への回折の影響をシミュレーションする数値計算の結果を示す図である。
【図８】湾曲表面によって画像化するように構成された符号化開口画像システムを示す図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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【図８】
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【国際調査報告】
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