(57)【要約】【課題】異なる波長の光により照明される対象物を、より良好に識別する。【解決手段】撮像され、または検出されるべき対象物（３０６）は、異なる波長で光を放出する１つの広帯域光源（１１０）または複数の光源（３０２、３０４）により照明される。光は、ハイブリッドフィルタによりカバーされた光検出センサ（８００）を備える検出器（３００）により検出される。ハイブリッドフィルタは、狭帯域フィルタ（９１６）およびパターン化フィルタ層を含む。パターン化フィルタ層（９０８）は、狭帯域フィルタから受ける光の一部を透過するフィルタ材料領域（９１０）と、狭帯域フィルタから受ける光のすべてを透過するフィルタ無し領域（９１２）を含む。【選択図】図９
2005321388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン化フィルタ層（９０８）であって、該パターン化フィルタ層で受光した光の一部を透過するフィルタ材料領域（９１０）、および、該パターン化フィルタ層で受光した光のすべてを透過するフィルタ無し領域（９１２）を含むパターン化フィルタ層と、
光検出センサ（８００）と、
を備える、受光モジュール。
【請求項２】
さらに、誘電体スタック・フィルタを含む狭帯域フィルタ層（９１６）を備える、
請求項１に記載の受光モジュール。
【請求項３】
前記誘電体スタック・フィルタは、着色ガラス・フィルタを含む、
請求項２に記載の受光モジュール。
【請求項４】
前記誘電体スタック・フィルタは、共に積み重ねられたＮ個の結合空洞共振器（１４００）を含み、該Ｎは、整数である、
請求項２に記載の受光モジュール。
【請求項５】
第１の光検出センサ（８００）およびハイブリッド・フィルタを備える受光モジュールと、
前記受光モジュールに接続されたコントローラ（３１６）と、
を備える、撮像システム。
【請求項６】
前記コントローラ（３１６）は、２つ以上の波長または該波長に近い波長で検出される１つ以上の画像を用いて、少なくとも１つの差分画像（７０４）を求める、
請求項５に記載の撮像システム。
【請求項７】
前記コントローラ（３１６）は、前記光検出センサによって検出される１つ以上の画像に含まれるピクセルの値から構成される２つ以上のヒストグラムを使用することにより、少なくとも１つの利得係数を決定する、
請求項６に記載の撮像システム。
【請求項８】
対象物から、２つ以上の波長で伝搬する光を含む光を受光するステップと、
前記２つ以上の波長または該波長に近い波長で受光する光間の弁別を行うと同時に、他のすべての波長で受光する光を阻止するステップと、
前記２つ以上の波長または該波長に近い波長で受光する光の量を検出し、該２つ以上の波長のそれぞれについて画像を生成するステップと、
前記２つ以上の波長の一部に関連付けられた前記画像に、少なくとも１つの利得係数を適用するステップと、
を含む、波長依存型検出の方法。
【請求項９】
前記２つ以上の波長の一部に関連付けられた前記画像に、少なくとも１つの利得係数を適用するステップは、さらに、
前記２つ以上の波長に関連付けられた画像のそれぞれに含まれるピクセルの値から構成されるヒストグラムを求めるステップと、
それぞれの前記ヒストグラムにおいて、前記ピクセル値の平均を計算するステップと、
少なくとも１つの利得係数の計算を行うステップであって、該少なくとも１つの利得係数が、少なくとも１つの前記平均値に乗算され、該平均値のすべてが等しい値になるようにする、ステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの利得係数は、（１）フレームＮにおけるシーン信号とフレームＭにおけるシーン信号のバランスをとる第１の条件と、（２）｜フレームＮにおける特徴信号−フレームＭにおける特徴信号｜を最大にする第２の条件を使用して決定され、該Ｎおよび該Ｍは整数である、
請求項８または請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリッド・フィルタを利用した波長依存型の撮像および検出の方法に関する
【背景技術】
【０００２】
対象物の検出または撮像が行われる用途がいくつか存在する。対象物の検出によって、該対象物の有無が判断される一方、撮像結果として、対象物が表現されることになる。対象物は、用途に応じて、日光の下でまたは暗闇で撮像または検出されることができる。
【０００３】
波長に依存した撮像(wavelength dependent imaging)は、対象物の撮像または検出に関する１つの技術であり、一般に、対象物から反射する、または、対象物を透過する１つ以上の特定の波長の捕捉を必要とする。用途によっては、対象物の検出または撮像に、太陽光または周囲光による照明のみが必要とされる場合もあれば、他の追加の照明が必要になる場合もある。しかし、光は、可視波長および不可視波長を含む多くの異なる波長で、大気を伝わる。波長が不可視の場合もあるので、問題とする波長の検出が困難になる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１には、太陽光線、発光ダイオード、および、レーザのスペクトルが例示されている。図に示すように、レーザのスペクトル１００は極めて狭く、発光ダイオード（ＬＥＤ）のスペクトル１０２は、レーザのスペクトルに比べて広い。太陽光線では、スペクトル１０４が、ＬＥＤとレーザの両方に比較して極めて広い。広スペクトルの太陽放射が同時に存在すると、アイセーフ(eyesafe)ＬＥＤまたはレーザから放出され、対象物から反射される光の検出が、日中は極めて困難になる。太陽放射が、検出システムを支配し、アイセーフ光源からの比較的弱い散乱が、該太陽放射に比してかなり小さくなってしまうおそれがある。
【０００５】
さらに、フィルタ材料には、テール(tail)が特定の波長に向かって延びる、明確な吸収スペクトル・ピークを示すものもある。図２には、吸収ピーク２０２と、より短い波長側に向かうテール２０４を有するフィルタのスペクトル２００が描かれている。問題となる波長（例えば、λ１およびλ２）の間隔が互いに近接している場合、１つ以上の特定の波長を弁別または検出するのは困難なおそれがある。例えば、図２の場合、フィルタ材料は、波長λ２の光を有効に吸収する。しかし、波長λ１で透過する光も部分的に吸収する。このため、波長λ１で透過する光の量を検出するのは困難になる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、ハイブリッド・フィルタを利用した波長依存型の撮像および検出の方法およびシステムが得られる。撮像または検出される対象物は、単一の広帯域光源または異なる波長の光を放出する複数光源によって照明される。光は、光検出センサおよびハイブリッド・フィルタを備える受光モジュールによって受光される。ハイブリッド・フィルタは、複数帯域の狭帯域フィルタとパターン化フィルタ層を含む。パターン化フィルタ層は、狭帯域フィルタから受光する光の一部を透過するフィルタ材料領域と、狭帯域フィルタから受光する光の全てを透過するフィルタ無し領域を含む。フィルタ材料領域は、フィルタ材料を通過する光の一部を吸収するので、フィルタ材料領域を透過する光に利得係数が適用される。利得係数は、１つ以上の画像のシーン(scene)信号のバランスをとり、１つ以上の画像における特徴(feature)信号を最大化するのに利用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明については、図面と関連づけて、本発明に従う一実施形態についての詳細な説明を参照することによって、理解が深まるであろう。
【０００８】
以下の説明は、当業者が、本発明を創り、利用することができるようにするために提示されるものであり、特許出願およびその要件との関連においてなされるものである。当業者には、開示の実施形態に対するさまざまな修正が容易に明らかになるであろうし、本明細書での一般原理は他の実施形態にも適用することが可能である。従って、本発明は、示された実施形態に制限することを意図したものではなく、特許請求の範囲および本明細書に記載の原理および特徴と整合しつつ、最も広い範囲が与えられるよう意図されている。また、本説明において言及される図面は、一定の比率で描かれたものではない点に注意されたい。
【０００９】
本発明に従う一実施形態は、ハイブリッド・フィルタを用いた波長依存型の撮像および検出の方法およびシステムに関する。詳細な説明には、瞳孔の検出手法が、本発明に従うハイブリッド・フィルタを利用する典型的なシステムとして含まれている。しかし、本発明に従うハイブリッド・フィルタは、対象物またはシーン(scene)の波長依存型の検出および／または撮像が望まれるさまざまな用途において使用することができる。例えば、本発明に従うハイブリッド・フィルタは、地震断層に沿った移動の検出、人物または被験者の存在、注意深さ(attentiveness)、または位置の検出、および、製造における湿気の検出または強調に使用することができる。さらに、本発明に従うハイブリッド・フィルタは、例えば、組織内の体液または酸素を検出するシステム、および、目または目鼻立ちを利用した個人の識別システムといった、医療および生物測定の用途において使用することができる。これらの生物測定識別システムの場合、最小限のユーザ訓練で必要なデータを収集するため、瞳孔検出を利用して、イメージャ（imager、撮像装置）の照準を正確に合わせることができる。
【００１０】
図３を参照すると、本発明に従う一実施形態における、ハイブリッド・フィルタを使用する第１の瞳孔検出システムの図が示されている。このシステムは、検出器３００および光源３０２、３０４を含む。光源３０２、３０４は、図３の実施形態では、検出器３００の両側に示されている。本発明に従う他の実施形態では、検出器３００の同じ側に、光源３０２、３０４を配置することができる。本発明に従うさらに他の実施形態では、検出器３００の両側それぞれに、１組の光源３０２、３０４を配置することができる。光源３０２、３０４を、例えば太陽のような、２つ以上の異なる波長の光を放出する単一の広帯域光源に置き換えることもできる。
【００１１】
瞳孔検出のための実施形態では、検出器３００を用いて、被験者３０６の顔および／または目から２つの画像が捕捉される。該画像のうちの１つは、検出器３００の軸３０８に近いか、または、軸３０８上にある光源３０２（「軸上光源」）を使用して捕捉される。もう１つの画像は、検出器３００の軸３０８に対し、大きい角度をなすよう離れて配置された光源３０４（「軸外し光源」）を使用して捕捉される。被験者３０６の目が開いている場合、これらの画像間の差によって、目の瞳孔が強調される。これは、網膜からの正反射(specular reflection)が、軸上画像だけでしか検出されないためである。他の顔の特徴および周囲の特徴からの拡散反射(diffuse reflection)はほとんど相殺されるので、差分画像には、主たる特徴として瞳孔が残されることになる。これを利用すると、該差分画像において瞳孔が検出することができない場合、被験者３０６の目が閉じていると推定することができる。
【００１２】
本発明に従うこの実施形態では、被験者３０６の目が開いている、または、閉じている時間量を、しきい値に対して監視することができる。このしきい値が満たされなければ（例えば、目が開いている時間の割合が、しきい値未満になる）、アラームまたは他の処置をとることによって、被験者３０６に注意を喚起することができる。まばたきの頻度または持続時間を、本発明に従う他の実施形態における基準として用いることができる。
【００１３】
被験者３０６の網膜からの差分反射率は、光源３０２と検出器３００の軸３０８との角度３１０、および、光源３０４と軸３０８との角度３１２によって決まる。一般に、角度３１０を小さくすると、網膜反射が増すことになる。本明細書において用いられる限りにおいて、「網膜反射(retinal return)」は、被験者３０６の目の奥から反射され、検出器３００によって検出される強度（明るさ）を表わしている。「網膜反射」はまた、目の奥の他の組織（網膜以外の、すなわち、網膜とは別の）からの反射も含むように用いられる。従って、角度３１０の選択は、光源３０２が軸３０８上またはその近くに位置するように行われる。本発明に従うこの実施形態の場合、角度３１０は、一般に、約０〜２度の範囲内である。
【００１４】
一般に、角度３１２の大きさは、検出器３００において、光源３０４からの低い網膜反射だけが検出されるように選択される。（瞳孔のまわりの）虹彩によって、この信号は遮られるので、角度３１２の大きさを選択する時には、異なる照明条件下における瞳孔サイズを考慮すべきである。本発明に従うこの実施形態の場合、角度３１２は、一般に、約３〜１５度の範囲内である。本発明に従う他の実施形態では、角度の大きさ３１０および３１２が異なることもあり得る。例えば、ある特定の被験者の特徴によって、角度３１０、３１２を決めてもよい。
【００１５】
本発明に従うこの実施形態において、光源３０２、３０４は、ほぼ等しい画像の強度（明るさ）を生じさせる異なる波長の光を放出する。光源３０２、３０４は、任意の波長とすることができるが、この実施形態で選択される波長は、その光によって被験者の気が散乱することのないように、また、目の虹彩が光に反応して縮小することがないように選択される。選択される波長は、一般に、検出器３００の応答を可能にする範囲内である。本発明に従うこの実施形態の場合、光源３０２、３０４は、赤外波長または近赤外波長を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）またはマルチモード・レーザとして実現される。各光源３０２、３０４は、１つの光源または複数光源として実現されてもよい。
【００１６】
コントローラ３１６は、検出器３００によって捕捉された画像を受信し、該画像に処理を施す。図３の実施形態の場合、コントローラ３１６は、利得係数を決定して、軸外し光源３０４によって捕捉された画像に該利得係数を適用する。画像の処理方法については、図１９および図２０を参照してより詳細に解説する。
【００１７】
図４は、図３のシステムに使用することのできる装置を示す。装置４００は、検出器３００、軸上光源３０２、および、軸外し光源３０４を備える。図４において、光源３０２は、検出器３００のまわりに円形パターンをなすように配置され、検出器３００と共に収容されている。本発明に従う他の実施形態では、光源３０４を、光源３０２および検出器３００から独立したハウジング内に配置することができる。本発明に従うさらに他の実施形態では、光源３０２を、検出器３００と対象物の間にビーム・スプリッタを配置することによって、検出器３００から独立したハウジング内に配置することができ、これには、照明の有効な軸上角をより小さくすることが可能になるという利点がある。
【００１８】
次に図５を参照すると、本発明に従う一実施形態における第２の瞳孔検出システムが示されている。このシステムは、図３からの検出器３００、軸上光源３０２、軸外し光源３０４、および、コントローラ３１６を備える。このシステムは、さらに、ビーム・スプリッタ５００を備える。この実施形態の場合、検出器３００は、光源３０４に隣接して配置される。本発明に従う他の実施形態では、検出器３００および光源３０２の配置を入れ替えて、光源３０２が光源３０４に隣接するようにすることができる。
【００１９】
軸上光源３０２は、ビーム・スプリッタ５００に向かって光ビームを放出する。ビーム・スプリッタ５００によって、軸上の光が２つのセグメントに分割され、一方のセグメント５０２が被験者３０６に向けられる。検出器３００と被験者３０６の間にビーム・スプリッタ５００を配置すると、より小さくなるが有効な照射の軸上角度とすることができる。
【００２０】
軸外し光源３０４も、被験者３０６に向けて光ビーム５０４を放出する。セグメント５０２、５０４からの光は、被験者３０６から反射され、ビーム・スプリッタ５００に向けて送られる。セグメント５０２、５０４からの光は、光源３０２、３０４がいつ光を放出するかに応じて、被験者３０６から同時に反射されることもあれば、被験者３０６から交互に反射されることもあり得る。ビーム・スプリッタ５００によって、反射光は２つのセグメントに分割され、一方のセグメント５０６が、検出器３００に向けて送られる。検出器３００は、反射光を使用して、被検者３０６の２つの画像を捕捉し、その画像を、処理のためにコントローラ３１６に送る。
【００２１】
図６は、本発明に従う一実施形態における第３の瞳孔検出システムである。このシステムは、２つの検出器３００ａ、３００ｂ、２つの軸上光源３０２ａ、３０２ｂ、２つの軸外し光源３０４ａ、３０４ｂ、および、２つのコントローラ３１６ａ、３１６ｂを備える。このシステムは、エピポーラ・ステレオ(epipolar stereo)構成に図３のシステムの２つを使用して、被験者３０６の片目または両目の３次元画像を生成する。この実施形態の場合、各検出器３００ａ、３００ｂの対応するピクセル列が、同じ面内にある。本発明に従う他の実施形態では、対応するピクセル列は同じ面内になく、列構成を補償するよう調整値が生成される。
【００２２】
各コントローラ３１６ａ、３１６ｂは、個別に解析して、被験者３０６の片目または両目の２次元位置を確認する。ステレオ・コントローラ６００が、両コントローラ３１６ａ、３１６ｂによって生成されたデータを使用して、被験者３０６の片目または両目の３次元位置を生成する。軸上光源３０２ａ、３０２ｂおよび軸外し光源３０４ａ、３０４ｂは、任意の所望の位置に配置することができる。本発明に従う一実施形態の中には、軸上光源（例えば、３０２ｂ）を、反対側のシステムの軸外し光源（例えば、３０４ａ）として使用することができるものもある。
【００２３】
図７Ａには、図３、図５、および、図６の実施形態に従って、軸上光源によって第１のフレームに生成された画像が例示されている。画像７００には、開いた目が示されている。目の瞳孔は、軸上光源３０２によって生じる強い網膜反射のために明るい。目を閉じるか、または、ほぼ閉じると、明るい瞳孔が検出されることも撮像されることもないであろう。
【００２４】
図７Ｂには、図３、図５、および、図６の実施形態に従って、軸外し光源によって第２のフレームに生成された画像が例示されている。図７Ｂの画像７０２は、図７Ａの画像と同時に捕捉することもできるし、または、画像７００に対して（連続的または不連続的に）交互のフレームで捕捉することもできる。画像７０２には、通常の暗い瞳孔が例示されている。目を閉じるか、または、ほぼ閉じると、通常の瞳孔が検出されることも撮像されることもないであろう。
【００２５】
図７Ｃには、図７Ａの第１のフレームの画像から図７Ｂの第２のフレームの画像を減算することによって生成される差分画像７０４が例示されている。２つの画像７００、７０２の差分を取ることによって、目が開いている場合、比較的暗い背景７０８に対して、比較的明るいスポット７０６が残ることになる。背景７０８に、目の他の特徴の痕跡が残ることがある。しかし、一般には、明るいスポット７０６は、背景７０８と比較して目立つことになる。目を閉じるか、またはほぼ閉じると、差分画像７０４に明るいスポット７０６が生じることはないであろう。
【００２６】
図７Ａ〜図７Ｃには、被験者３０６の片目が例示されている。当業者には明らかなように、両目を監視することもできる。また、画像に被験者３０６の他の特徴（例えば、他の顔の特徴）、並びに、被験者３０６の周囲の特徴が含まれる場合にも、同様の効果が得られる。これらの特徴は、前述したのと同様にほぼ相殺され、目を開けていれば明るいスポット７０６が残るし（または、それぞれの目に１つずつ、２つの明るいスポット）、そうではなく、目が閉じているか、またはほぼ閉じている場合には、スポットは残らない。
【００２７】
次に図８を参照すると、本発明に従う一実施形態におけるセンサおよびパターン化フィルタ層の平面図が示されている。この実施形態の場合、センサ８００は、検出器３００（図３）に組み込まれており、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）の撮像センサとして構成されている。しかし、本発明に従う他の実施形態では、センサ８００を、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージャのような、他の種類の撮像装置で実現することもできる。
【００２８】
パターン化フィルタ層８０２は、センサ８００の交互のピクセルを覆うフィルタ材料を使用して、センサ８００上に形成される。このフィルタは、光源３０２、３０４によって用いられている波長によって決まる。例えば、本発明に従うこの実施形態の場合、パターン化フィルタ層８０２には、光源３０２によって用いられる波長の光を阻止し、光源３０４によって用いられる波長の光を透過するフィルタ材料を含む領域（１で識別される）が含まれている。他の領域（２で識別される）は、覆わないまま放置され、光源３０２、３０４からの光を受光する。
【００２９】
図８の実施形態では、パターン化フィルタ８０２層は、例えば、従来の堆積およびフォトグラフィ処理を使用して、ウェーハの形態をなしたまま、下層の上に、センサ８００とは別の層として堆積される。本発明に従う他の実施形態では、パターン化フィルタ８０２層は、センサ８００と入射光の間の独立した要素（エレメント）として生成されることができる。さらに、フィルタ材料のパターンは、市松模様以外のパターンをなすように構成されることもできる。例えば、パターン化フィルタ層は、インターレースされた縞模様の(interlaced striped)構成または非対称構成（例えば、３ピクセル×２ピクセル形状）に形成されることができる。パターン化フィルタ層は、カラー・イメージャのような、他の機能と組み合わせられることもできる。
【００３０】
パターン化フィルタ層８０２には、さまざまな種類のフィルタ材料を使用することができる。この本発明に従う一実施形態の場合、フィルタ材料は、顔料(pigment)または染料(dye)をドープしたポリマーを含む。本発明に従う他の実施形態の場合、フィルタ材料は、半導体、他の無機材料、または有機材料で作られた干渉フィルタ、反射フィルタ、および、吸収フィルタを含むことができる。
【００３１】
図９は、本発明に従う一実施形態における検出器の断面図である。この図には、検出器の一部のみが示されている。検出器３００は、ピクセル９００、９０２、９０４、９０６を含むセンサ８００と、フィルタ材料の交互領域９１０、および交互空（すなわち、フィルタ材料無し）領域９１２を含むパターン化フィルタ層９０８と、ガラス・カバー９１４と、二重帯域(dual band)の狭帯域フィルタ９１６とを含む。本発明に従うこの実施形態では、センサ８００は、ＣＭＯＳイメージャとして構成され、パターン化フィルタ層９０８は、顔料または染料をドープしたポリマーとして構成されている。パターン化フィルタ層９０８の各フィルタ領域９１０（例えば、市松模様における１つの正方形）は、ＣＭＯＳイメージャの１つのピクセル上に重なる。
【００３２】
本発明に従うこの実施形態の場合、狭帯域フィルタ９１６は、誘電体スタック(dielectric stack)・フィルタである。誘電体スタック・フィルタは、特定のスペクトル特性を有するように設計されている。本発明に従うこの実施形態の場合、誘電体スタック・フィルタは、二重帯域フィルタとして形成される。狭帯域フィルタ９１６は（すなわち、誘電体スタック・フィルタ）は、λ１に１つのピークを持ち、λ２にもう１つのピークを持つように設計されている。本発明に従うこの実施形態の場合、短いほうの波長λ１は軸上光源３０２に関連付けられ、長いほうの波長λ２は、軸外し光源３０４に関連付けられている。しかし、本発明に従う他の実施形態では、短いほうの波長λ１が軸外し光源３０４に関連付けられ、長いほうの波長λ２が、軸上光源３０２に関連付けられることもできる。
【００３３】
光が狭帯域フィルタ９１６に当たると、光源３０２（λ１）および光源３０４（λ２）以外の波長の光に対しては、狭帯域フィルタ９１６の通過が遮られ、すなわち阻止される。従ってこの実施形態では、可視波長（λＶＩＳ）および波長（λｎ）の光は、遮られるが、波長λ１およびλ２またはこれらの波長に近い波長の光は、狭帯域フィルタ９１６を透過する。従って、波長λ１およびλ２またはこれらの波長に近い波長の光だけが、ガラス・カバー９１４を通過する。その後、フィルタ領域９１０は、波長λ２の光を透過させるが、波長λ１の光を阻止する。従って、ピクセル９０２および９０６は、波長λ２の光だけを受光する。
【００３４】
フィルタ無し領域９１２は、波長λ１およびλ２の光を透過させる。一般に、覆われていないピクセル９００、９０４に到達する光は、フィルタ領域９１０によって覆われたピクセル９０２、９０６に到達する光よりも多い。コントローラ３１６の画像処理ソフトウェアを使用して、第２のフレームに生じる画像（覆われたピクセル９０２、９０６に対応する）と第１のフレームに生じる画像（覆われていないピクセル９００、９０４に対応する）を分離することができる。例えば、コントローラ３１６は、差分画像を算出するのに、パイプライン処理を備えた特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）を含むことができる。マサチューセッツ州ナティックを所在地とするＴｈｅ  ＭａｔｈＷｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．の製品であるＭＡＴＬＡＢ（商標）を使用して、該ＡＳＩＣを設計することができる。
【００３５】
本発明に従うこの実施形態の場合、狭帯域フィルタ９１６およびパターン化フィルタ層９０８によってハイブリッド・フィルタが形成される。図１０には、図９に示すパターン化フィルタ層および狭帯域フィルタのスペクトルが描かれている。前述のように、狭帯域フィルタ９１６は、波長λ１（スペクトル・ピーク９１６ａ）およびλ２（スペクトル・ピーク９１６ｂ）またはこれらの波長に近い光を除く全ての光を遮る。パターン化フィルタ層９０８は、λ１（スペクトル９１０において最小）またはそれに近い光を阻止するが、λ２またはそれに近い光を透過させる。λ２またはそれに近い光は、フィルタ領域９１０を通過するので、本発明に従うこの実施形態では、差分画像の計算前に、第２のフレームに対して或る利得係数が適用される。この利得係数は、フィルタ領域９１０によって吸収された光、および、２つの波長間におけるセンサ感度の差を補償する。利得係数の決定については、図２０および図２１に関連して、さらに詳述することにする。
【００３６】
当業者には明らかなように、パターン化フィルタ層９０８は、ピクセル空間解像度でチャネルを選択する機構を提供する。本発明に従うこの実施形態の場合、チャネル１は軸上画像に関連付けられ、チャネル２は軸外し画像に関連付けられている。本発明に従う他の実施形態では、チャネル１が軸外し画像に関連付けられ、チャネル２が軸上画像に関連付けられることもできる。
【００３７】
本発明に従うこの実施形態の場合、センサ８００は、キャリヤ（図示せず）上に位置している。ガラス・カバー９１４は、一般に、損傷および粒子汚染（例えば、ほこり）からセンサ８００を保護する。本発明に従う他の実施形態によれば、ハイブリッド・フィルタは、パターン化フィルタ層９０８、ガラス・カバー９１４、および、狭帯域フィルタ９１６を含む。この実施形態におけるガラス・カバー９１４は、着色ガラス・フィルタとして形成され、誘電体スタック・フィルタ（すなわち、狭帯域フィルタ９１６）の基板として含まれる。着色ガラス・フィルタは、所定のスペクトル特性を持つように設計されており、顔料または染料でドープされている。着色ガラス・フィルタに利用可能な着色ガラスを製造している企業の１つに、ドイツ、マインツを所在地とする企業Ｓｃｈｏｔｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｇｌａｓｓ，Ｉｎｃ．がある。
【００３８】
次に図１１を参照すると、本発明に従う一実施形態における、ある対象物を透過する波長を検出するためのシステムが示されている。前述の図を参照して説明したように機能する要素には、同様の参照番号が用いられている。検出器３００は、センサ８００、パターン化フィルタ層９０８、ガラス・カバー９１４、および、狭帯域フィルタ９１６を備える。
【００３９】
広帯域光源１１００が、透明な対象物１１０２に向けて光を送る。広帯域光源１１００は、複数波長の光を放出し、そのうちの２つ以上が、検出器３００によって検出される波長である。本発明に従う他の実施形態では、広帯域光源１１００の代わりに、異なる波長の光を送り出す２つの光源を利用することもできる。
【００４０】
レンズ１１０４は、透明な対象物１１０２を透過した光を捕捉し、狭帯域フィルタ９１６の上面に集束させる。２つの波長を使用するシステムの場合、検出器３００は、そのうちの１つの波長で透過した光を使用して、１つの画像を捕捉し、他の波長で透過した光を使用して、もう１つの画像を捕捉する。次に、画像は、図２０および図２１を参照してさらに詳述される画像処理方法を用いて処理される。
【００４１】
前述のように、狭帯域フィルタ９１６は、二重帯域フィルタとして形成された誘電体スタック・フィルタである。誘電体スタック・フィルタは、任意のフィルタタイプの組み合わせを含むことができる。完成した誘電体スタック・フィルタの所望のスペクトル特性によって、スタック層に含まれるフィルタがどのタイプのフィルタであるかが決まる。
【００４２】
例えば、二重帯域フィルタは、３つの結合された空洞共振器を次々と上に積み重ねることによって製作されることができ、各結合空洞共振器は、２つのファブリ・ペロー共振器によって形成される。図１２には、本発明に従う一実施形態における二重帯域の狭帯域フィルタの製作で用いられるファブリ・ペロー（ＦＰ）共振器が例示されている。共振器１２００は、上方の分布型ブラッグ反射器（ＤＢＲ(Distributed Bragg reflector）層１２０２および下方のＤＢＲ層１２０４を含む。これらのＤＢＲ層を形成する材料には、Ｎ個の対をなす四分の一波長（ｍλ／４）厚の低屈折率材料と四分の一波長（ｎλ／４）厚の高屈折率材料が含まれている。ここで、変数Ｎは整数であり、変数ｍおよびｎは奇数である。波長は、ある層における光の波長として定義され、これは、該層の屈折率で割った自由空間波長に等しい。
【００４３】
空洞（キャビティ）１２０６によって、２つのＤＢＲ層１２０２、１２０４が隔てられている。空洞１２０６は、二分の一波長（ｐλ／２）厚の空洞として構成されており、ｐは整数である。空洞１２０６の厚さおよびＤＢＲ層１２０２、１２０４の材料によって、ＦＰ共振器１２００の透過ピークが決まる。図１３には、図１２のファブリ・ペロー共振器のスペクトルが示されている。ＦＰ共振器１２００は、単一の透過ピーク１３００を有している。
【００４４】
二重帯域の狭帯域フィルタを製作するためのこの第１の方法では、２つのＦＰ共振器１２００を積み重ねて、結合空洞共振器(coupled cavity resonator)が形成される。図１４には、本発明に従う一実施形態において、二重帯域の狭帯域フィルタの製作方法に用いられる結合空洞共振器が示されている。結合空洞共振器１４００は、上方ＤＢＲ層１４０２、空洞１４０４、強結合ＤＢＲ１４０６、空洞１４０８、および、下方ＤＢＲ層１４１０を含む。上部ＦＰ共振器の下方ＤＢＲ層（すなわち、層１２０４）が底部ＦＰ共振器の上方ＤＢＲ層（すなわち、層１２０２）と結合するとき、強結合ＤＢＲ１４０６が形成される。
【００４５】
２つのＦＰ層を積み重ねると、図１３における単一透過ピーク１３００が、図１５に示すように２つのピークに分割される。強結合ＤＢＲ層１４０６における四分の一波長厚の屈折率材料の対の数によって、空洞１４０４、１４０８間の結合強度が決まる。空洞１４０４、１４０８間の結合強度によって、ピーク１５００とピーク１５０２との間隔が制御される。
【００４６】
図１６には、本発明の一実施形態における二重帯域の狭帯域フィルタを形成する３つの結合空洞共振器スタックが例示されている。二重帯域の狭帯域フィルタ１６００は、上方ＤＢＲ層１６０２、空洞１６０４、強結合ＤＢＲ１６０６、空洞１６０８、弱結合ＤＢＲ１６１０、空洞１６１２、強結合ＤＢＲ１６１４、空洞１６１６、弱結合ＤＢＲ１６１８、空洞１６２０、強結合ＤＢＲ１６２２、空洞１６２４、および、下方ＤＢＲ層１６２６を含む。
【００４７】
３つの結合空洞共振器を積み重ねると、２つのピーク１５００、１５０２のそれぞれが、ピーク１７００、１７０２の３つ組にそれぞれ分割される。図１７には、図１６の二重帯域の狭帯域フィルタのスペクトルが示されている。結合ＤＢＲ１６１０、１６１８におけるミラー(mirror)の対の数が増すと、弱結合ＤＢＲ１６１０、１６１８における結合強度が低下する。結合強度が低下すると、ピーク１７００、１７０２の各３つ組が組み合わさって、単一で広くかなりフラットな透過帯域になる。弱結合ＤＢＲ１６１０、１６１８における四分の一波長厚屈折率材料の対の数を変えると、ピーク１７００、１７０２の３つ組内の間隔が変化する。
【００４８】
次に、図１８を参照すると、本発明に従う一実施形態において、二重帯域の狭帯域フィルタを製作するための第２の方法が示されている。この実施形態において、二重帯域の狭帯域フィルタは、２つのフィルタ１８００、１８０２を組み合わせることによって製作される。帯域阻止フィルタ１８００によって、波長λ１およびλ２付近の領域間にある波長の光が遮られ、帯域通過フィルタ１８０２によって、波長λ１およびλ２に近い光、およびその間の光が透過される。フィルタ１８００、１８０２を組み合わせると、ハッチングを施した領域内の光が透過され、他の全ての波長の光が阻止される。図１９には、図１８の二重帯域の狭帯域フィルタのスペクトルが示されている。図示のように、光が、該組み合わせフィルタを透過するのは、問題となる波長λ１（ピーク１９００）およびλ２（ピーク１９０２）か、またはこれらの波長に近い場合に限られる。
【００４９】
図２０は、図９の検出器３００によって捕捉された画像の画像処理方法のフローチャートである。最初に、利得係数が決定され、該利得係数が、検出器が捕捉した画像のいくつかに適用される。このステップが、ブロック２０００に示されている。例えば、図９の実施形態において、波長λ２で伝わる光が、パターン化フィルタ層９０８のフィルタ領域９１０を通過する。従って、利得係数は、フィルタ領域９１０で吸収された光を補償し、かつ２つの波長間におけるセンサ感度の差を補償するため、波長λ２で捕捉された画像に適用される。
【００５０】
次に、ブロック２００２では、１つ以上の差分画像が生成される。生成される差分画像の数は、用途によって決まる。例えば、図７の実施形態の場合、第１のフレームにおける画像（図７Ａ）から第２のフレームの画像（図７Ｂ）を減算することによって、１つの差分画像が生成された。本発明に従う他の実施形態では、例えば、Ｋ個の波長を検出するシステムによって、Ｋ！／２個の差分画像を生成することができる。
【００５１】
次に、ブロック２００４では、画像に畳み込み(convolution)および局所しきい値処理が適用される。各ピクセルのピクセル値が所定の値と比較される。該所定の値に与えられる値は、用途によって左右される。各ピクセルには、該所定の値に関連したそのピクセル値のランクに基づき、色が割り当てられる。例えば、ピクセル値が該所定値を超えると、そのピクセルには白色が割り当てられる。そのピクセル値が該所定値未満のピクセルには、黒色が割り当てられる。
【００５２】
次に、差分画像のそれぞれに、画像分析を実施して、瞳孔が、差分画像内にあるか否かが判断される。例えば、本発明に従う一実施形態では、偏心(eccentricity)およびサイズ(size)の解析アルゴリズムが実施される。偏心アルゴリズムでは、結果として生じた白と黒のピクセル・グループを解析して、各グループの形状が求められる。サイズ・アルゴリズムでは、結果として生じたピクセル・グループを解析して、各グループ内におけるピクセルの数が求められる。瞳孔を形成するグループ内のピクセルが少なすぎるか、または、多すぎる場合、そのグループは瞳孔ではないと判断される。グループの形状が瞳孔の形状に対応しない場合、そのグループは、やはり、瞳孔ではないと判断される。例えば、矩形形状をなすグループは、瞳孔の形状に一致しない。本発明に従う他の実施形態では、１つのみのアルゴリズムを実施してもよい。例えば、１つ以上の差分画像に対して偏心アルゴリズムのみを実施してもよい。さらに、本発明に従う他の実施形態では、画像に対して追加の画像分析機能または異なる画像分析機能を実施してもよい。
【００５３】
利得係数の計算に用いられる変数、数式、および、前提（仮定）は、用途によって決まる。図２１には、本発明に従う一実施形態における、差分画像におけるピクセルのグレースケール・レベルのヒストグラムが示されている。本発明に従う一実施形態では、まず、差分画像におけるピクセルのグレースケール・レベルのヒストグラムを生成することによって、利得係数が計算される。この実施形態の場合、軸上光源で照明された場合の目の瞳孔と軸外し光源で照明された場合の目の瞳孔との間におけるコントラストは高い。高コントラストの差分分画像を得るための１つの手法は、２つの波長帯域を選択し、それによって、該２つの波長帯域間のコントラストの高コントラスト度で、問題としている特徴(feature)を表し、該２つの波長帯域間のコントラストの低コントラスト度で、背景シーン(scene)を表現するようにすることである。差分波長イメージャにおいて良好なコントラストを得るために、２つの波長帯域における特徴信号レベル間の差を大きくし、該２つの波長帯域における背景シーン信号レベル間の差を最小にすることが望ましい。これらの２つの条件は、下記のように表わすことができる。
【００５４】
（１）｜フレーム１の特徴信号−フレーム２の特徴信号｜を最大にする。
【００５５】
（２）フレーム１のシーン信号とフレーム２のシーン信号のバランス（釣り合い）をとる。
【００５６】
ピクセルに基づくコントラストは、上記表現から次のように定義することができる。
【数１】
2005321388.tif 000003
【００５７】
この場合、Ｃｐを最大にすると、コントラストが最大になる。背景シーンを表わすピクセルについては、背景シーンに広がっているピクセルのグレースケール・レベルの平均差(mean difference)が、下記の式によって計算される。
【数２】
2005321388.tif 000004
【００５８】
ここで、添え字ｉは背景ピクセルに対する合計を示し、ｒは背景シーンにおけるピクセルの数である。問題となる特徴（例えば、１つまたは複数の瞳孔）を表わすピクセルについては、問題となる特徴にわたって広がるピクセルのグレースケール・レベルの平均差が、下記の式によって計算される。
【数３】
2005321388.tif 000005
【００５９】
ここで、添え字ｉは問題となる特徴を示すピクセルに対する合計であり、ｓは問題となる特徴を示すピクセルの数である。図２１の各ヒストグラムは、平均グレースケール値Ｍと標準偏差σを有している。
【００６０】
この実施形態では、｜ＭＢ−ＭＡ｜が、意図的に（σＡ＋σＢ）よりも大きい。スペクトル差分画像形成では、２つの波長帯域を適正に選択すると、高コントラストが得られて、｜ＭＢ｜が大きくなり、利得を適正に選択すると、２つのフレームにおける背景信号のバランスを取ることによって｜ＭＡ｜が小さくなる。目の検出では、２つのチャネル間における網膜反射の角度の感度によって、｜ＭＢ｜が大きくなり、利得を適正に選択すると、２つのフレームにおける背景信号のバランスがとられることによって、｜ＭＡ｜が小さくなる。標準偏差は、ソース画像、信号のグレーレベル、２つのチャネル間における照明の均一性、チャネル２（例えば、軸外し画像）に用いられる利得、および、もう一方のフレームのピクセルを表わすために用いられるタイプの補間アルゴリズムを含む、いくつかの要因によって決まる。
【００６１】
この実施形態では、背景シーンの大部分には、多種多様なグレーレベルが含まれるものと前提する。従って、適正な利得が適用されていない限り、標準偏差σＡは大きくなる傾向がある。一般に、差信号ＭＡの値が大きいと、標準偏差σＡの値が大きくなる、すなわち、
σＡ＝αＭＡ
ここで、αは、ほぼ一定であり、正の標準偏差σＡを示すのに必要な符号を取る。本発明に従う他の実施形態では、他の前提を用いてもよい。例えば、定数αの代わりに、より複雑な定数を用いてもよい。
【００６２】
平均値に基づくコントラストは、下記のように定義することができる。
【数４】
2005321388.tif 000006
【００６３】
この実施形態では、また、σＡ＞σＢと仮定し、よってＣＭは、下記のように近似される。
【数５】
2005321388.tif 000007
【００６４】
ＣＭを最大にするため、ＭＢ＞＞０になり、かつＭＡが最小になるようにチャネルを割り当てることによって、該式の｜（ＭＢ／ＭＡ）−１｜の部分を最大にする。こうして、ＣＭの式は、次のようになる。
【数６】
2005321388.tif 000008
【００６５】
上記のパラメータは、次のように定義される。
【数７】
2005321388.tif 000009
【００６６】
ここで、
λ＝波長
Ｌｍ（λ）は、対象物における差分画像形成システムの光源の単位波長ｍ当たり単位面積当たりのパワーであり、ここで、ｍは１つの波長帯域を表わしている。波長帯域ｍにわたって積分すると、Ｌｍ＝∫Ｌｍ（λ）ｄλである。
【００６７】
Ａ（λ）は、単位波長当たり単位面積当たりの周囲光源のパワーである。波長帯域ｍにわたって積分すると、Ａｍ＝∫Ａ（λ）ｄλである。
【００６８】
Ｐｍ（λ）は、波長帯域ｍについての、単位波長当たりの波長λにおける、問題となるポイント（特徴部分）の反射率（拡散反射または正反射）である。波長帯域ｍにわたって積分すると、Ｐｍ＝∫Ｐｍ（λ）ｄλである。
【００６９】
Ｘｘ，ｙ，ｍ（λ）は、波長帯域ｍで観測される、単位波長当たりのイメージャの位置ｘ、ｙにおける背景シーンの反射率（拡散反射または正反射）である。
【００７０】
Ｔｍ，ｎ（λ）は、帯域ｎの波長において測定される、波長帯域ｍに関連付けられたピクセルについての単位波長当たりのフィルタ透過率(filter transmission)である。ｍ＝ｎの場合について波長帯域にわたって積分すると、Ｔｍ、ｍ＝∫Ｔｍ、ｍ（λ）ｄλである。
【００７１】
Ｓ（λ）は波長λにおけるイメージャの感度である。
【００７２】
Ｇは、１つのフレームに適用される利得係数である。
【００７３】
この実施形態では、Ｔｍ，ｎ（λ）には、例えば、二重帯域の狭帯域フィルタおよびパターン化フィルタ層の両方のような、直列をなす全てのフィルタが含まれる。フレーム１の特徴信号について、波長帯域が正しく選択されていれば、Ｐ１＞＞Ｐ２になり、右側の第２の積分はごく小さくなる。Ｐ２が比較的小さいので、フレーム２の特徴信号に関する式の第１の積分はごく小さくなる。従って、分子の積分を組み合わせると、上記の条件（１）は、次のようになる。
【数８】
2005321388.tif 000010
【００７４】
本発明に従うこの実施形態では、上記の条件（１）を満たすため、Ｌ１、Ｐ１、および、Ｓ１は、目の安全／快適さの範囲内において最大にされる。１つのアプローチは、Ｔ１，１を最大にし、その一方で、チャネル２の波長帯域においてより小さい利得Ｇを使用し、および、弁別力の高いフィルタの利用によってＴ２，１が０に等しいかまたは０にほぼ等しくなるようにする。近赤外範囲における目の検出の場合、波長が短いほうのチャネルが軸上チャネルであれば、９５０ｎｍに近い硝子体液(vitreous humor)および他の組織における吸水のために、Ｐ１が高くなる。波長が短いほうのチャネルが軸上チャネルであれば、該短いほうの波長で検出感度が高くなるので、Ｓ１も高くなる。
【００７５】
フレーム１におけるシーン信号については、Ｔ１，２が小さければ、第２の積分が小さくなるはずであるという点に留意されたい。フレーム２におけるシーン信号では、Ｔ２，１が小さければ、第２の積分が小さくなるはずである。より一般的には、分母の積分を組み合わせると、上記の条件（２）は、次のようになる。
【数９】
2005321388.tif 000011
【００７６】
本発明に従うこの実施形態では、上記の条件（２）を満たすため、分母の２つのフレームにおけるシーン信号レベルのバランスがとられる。従って、以下の式のようになる。
【数１０】
2005321388.tif 000012
【００７７】
利得Ｇについて解くと、以下のようになる。
【数１１】
2005321388.tif 000013
【００７８】
この実施形態では、ほとんどの場合、以下の式が成立する。
【数１２】
2005321388.tif 000014
【００７９】
したがって、利得の上記式は、次のようになる。
【数１３】
2005321388.tif 000015
【００８０】
本発明に従う実施形態のうちには、いずれの方向においてもフィルタのクロストークが生じないものもある。この場合、Ｔ１，２，Ｔ２，１＝０になり、利得の上記式は、次のようになる。
【数１４】
2005321388.tif 000016
【００８１】
誘電体スタック・フィルタが他のフィルタと直列に用いられる場合、両帯域ともピーク・レベルが同じなので、フィルタの透過関数は同じとみなすことができる。従って、利得の上記式は、次のようになる。
【数１５】
2005321388.tif 000017
【００８２】
Ｓ≡Ｓ１（λ１）／Ｓ２（λ２）と定義すると、利得の式は、次のようになる。
【数１６】
2005321388.tif 000018
【００８３】
光源がオフになると、Ｌ１、Ｌ２＝０になり、従って、以下のようになる。
【数１７】
2005321388.tif 000019
【００８４】
ここで、ＧＡｎｏＸｔａｌｋは、周囲照明だけの場合の最適利得である。この実施形態の場合、関連するコントラストを求めるため、この計算では、画像全体が解析される。本発明に従う他の実施形態には、画像全体を解析する必要のないものもある。例えば、本発明に従う他の実施形態では、問題となる特徴の近くの一部の画像のみを選択してもよい。
【００８５】
太陽放射による周囲スペクトルおよび２つのチャネル間の周囲光の比が、その日の経過につれて、および、方向に応じて変化するので、この実施形態では、利得を決めるための測定が、周期的に繰り返される。測定される光レベル間の比は、光源をオフにして、２つのチャネル間におけるシーン信号の比を求め、かつ上述と同じ前提を適用することによって、次のように計算される。
【数１８】
2005321388.tif 000020
【００８６】
真の周囲光レベル比Ａ１／Ａ２について解く式は、次のようになる。
【数１９】
2005321388.tif 000021
【００８７】
ＧＡｎｏＸｔａｌｋについての式にこの式を代入すると、次のようになる。
【００８８】
ＧＡｎｏＸｔａｌｋ＝ＲＡｎｏＸｔａｌｋ
このように、周囲照明に関する利得を、誘電体スタック・フィルタによって選択される２つのチャネル間の真の周囲光レベル比（Ａ１／Ａ２）として選択することができる。
【００８９】
光源が、下記の式によって定義されるように、周囲照明に対して駆動されるとき、
【数２０】
2005321388.tif 000022
【００９０】
周囲照明によるクロストークのない場合と意図的な照明によるクロストークのない場合の両方に関する利得式は、システム光源がより重要になる周囲が暗い状況においても、等しくなる、すなわち、ＧｎｏＸｔａｌｋ＝ＧＡｎｏＸｔａｌｋとなる。従って、光源が、２つのチャネル間のその比が真の周囲光レベル間の比と一致するレベルで駆動される場合、広範囲の周囲光強度にわたって利得は一定になる。
【００９１】
フィルタの一方だけにクロストークを生じる実施形態の場合、利得に関する式は次のように表現することができる。
【数２１】
2005321388.tif 000023
【００９２】
ここで、Ｔ２，１＝０であり、よって、波長帯域１におけるクロストークが、波長帯域２に関連したピクセルに混入することが阻止される。ここで、下記のように仮定する。
【数２２】
2005321388.tif 000024
【００９３】
この仮定により、上記の利得の式は、次のように書くことができる。
【数２３】
2005321388.tif 000025
【００９４】
この実施形態の場合、フィルタ透過関数を、（ピーク透過レベルにより乗算された適正な波長における）デルタ関数と同様に扱うことができるのでで、利得に関する式は、次のようになる。
【数２４】
2005321388.tif 000026
【００９５】
Ｓ≡Ｓ１（λ１）／Ｓ２（λ２）を定義すると、上記式は次のように単純化される。
【数２５】
2005321388.tif 000027
【００９６】
真の周囲光レベルの比は、光源をオフにして、２つのチャネル間におけるシーン信号の比を求め、上述のものと同じ仮定を適用することによって計算される。従って、測定される信号レベルの比は、次のようになる。
【数２６】
2005321388.tif 000028
【００９７】
Ａ１／Ａ２について解くと、該式は次のようになり、やはり、ＧＡ＝ＲＡになる。
【数２７】
2005321388.tif 000029
【００９８】
このように、クロストークを生じる実施形態の場合、周囲利得(ambient gain)は、測定される周囲光レベルの比として設定される。上記のクロストークのない実施形態と同様、照明レベルは、真の周囲光レベルの比に比例するように設定される。システムは、次に、広い範囲の照明条件の下で、一定の利得で動作する。
【００９９】
実際、用途によっては、特徴信号は、少数のピクセルしか充填しないので、サブフレーム全体の統計を使用することによって、利得係数を決めることができる場合もある。例えば、全視野が２５度のＶＧＡイメージャを用いて、６０ｃｍの距離の瞳孔を検出する場合、利得は、チャネル１の平均グレースケール値をチャネル２の平均グレースケール値で割った比として設定することができる。さらに、当業者には明らかなように、利得係数を決定する場合に、上記計算においてなされたものとは異なる前提（仮定）を行うことができる。これらの前提は、用いられるシステムおよび用途によって決まる。
【０１００】
ハイブリッド・フィルタおよび利得係数の計算については、２つの波長λ１およびλ２の光の検出に関して説明したが、本発明に従う他の実施形態のハイブリッド・フィルタを使用して、問題となる３つ以上の波長を検出することもできる。図２２には、本発明に従う一実施形態におけるパターン化フィルタ層および３帯域の狭帯域フィルタに関するスペクトルが例示されている。この実施形態におけるハイブリッド・フィルタは、問題となる３つの波長λ１、λ２、および、λ３の光を検出する。波長λ１、λ２、および、λ３のスペクトル２２００、２２０２、および、２２０４は、それぞれ、撮像システムによって検出される３つの信号を表わしている。一般に、１つの波長が基準として選択されるが、この実施形態の場合、波長λ２が基準として用いられる。
【０１０１】
本発明に従うこの実施形態では、３帯域の狭帯域フィルタは、問題となる波長（λ１、λ２、および、λ３）またはこれらの波長に近い光を透過させるが、他の全ての波長の光の透過を阻止する。従って、パターン化フィルタ層のフォトレジスト・フィルタによって、波長λ１、λ２、および、λ３で受光される光間の弁別が行われる。図２３には、図２２に示す実施形態によるセンサが描かれている。パターン化フィルタ層は、３つの異なるフィルタを用いてセンサ２３００上に形成される。各フィルタ領域は、１つの波長だけを透過する。例えば、本発明に従う一実施形態では、センサ２３００は、３帯域のカラー・フィルタ・パターンを含むことができる。領域１はλ１の光を透過し、領域２はλ２の光を透過し、領域３はλ３の光を透過する。
【０１０２】
図２３のセンサに関する利得係数の決定は、
（１）｜フレーム１の特徴信号−フレーム２の特徴信号｜を最大にすること、
（２）｜フレーム３の特徴信号−フレーム２の特徴信号｜を最大にすること、および、
（３）フレーム１のシーン信号とフレーム２のシーン信号のバランスをとることと、
（４）フレーム３のシーン信号とフレーム２のシーン信号のバランスをとること
から開始され、その結果、次のようになる
【数２８】
2005321388.tif 000030
【０１０３】
および
【数２９】
2005321388.tif 000031
【０１０４】
ここで、Ｇ１，２は、チャネル１（例えば、λ１）と整合させる（マッチングをとる）ために、（λ２）の基準チャネルに適用される利得であり、Ｇ３，２は、チャネル３（例えば、λ３）と整合させるために、基準チャネル（λ２）に適用される利得である。２波長実施形態による計算の後（図２１およびその説明を参照されたい）、利得係数は、次のように決定される。
【数３０】
2005321388.tif 000032
【０１０５】
ここで、Ｇ１，２＝Ｒ１，２、すなわち、シーン信号の比である。また、
【数３１】
2005321388.tif 000033
【０１０６】
ここで、Ｇ３，２＝Ｒ３，２、すなわち、シーン信号の比である。
【０１０７】
図８の２チャネルの実施形態と同様、図２３の３つのチャネルのうちの１つ（例えば、チャネル２）は、ピクセル・フィルタによって覆われないようにしてもよい。利得係数は、図２１に関連して説明した実施形態と同様に計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】太陽光線、発光ダイオード、および、レーザに関するスペクトルを例示した図。
【図２】吸収ピークと、短いほうの波長側に向かって延びるテールを有するフィルタのスペクトルの図である。
【図３】本発明に従う一実施形態における、ハイブリッド・フィルタを用いる第１の瞳孔検出システムの図。
【図４】図３のシステムに用いることができる装置の図。
【図５】本発明に従う一実施形態における第２の瞳孔検出システムの図である。
【図６】本発明に従う一実施形態における第３の瞳孔検出システムの図である。
【図７Ａ】図３、図５、および、図６の実施形態による軸上光源によって第１のフレームに生じた画像を例示する図。
【図７Ｂ】図３、図５、および、図６の実施形態による軸外し光源によって第２のフレームに生じた画像を例示する図。
【図７Ｃ】図７Ａの第１のフレームの画像から図７Ｂの第２のフレームの画像を差し引くことによって得られる差分画像を例示した図。
【図８】本発明に従う一実施形態におけるセンサおよびパターン化フィルタ層の平面図。
【図９】本発明に従う一実施形態における検出器の断面図。
【図１０】図９に示すパターン化フィルタ層および狭帯域フィルタに関するスペクトルを描いた図。
【図１１】本発明に従う一実施形態における、ある対象物を透過した波長の検出システムの図である。
【図１２】本発明に従う一実施形態における、二重帯域の狭帯域フィルタの第１の製作方法において用いられるファブリ・ペロー共振器を例示した図。
【図１３】図１２のファブリ・ペロー共振器に関するスペクトルを描いた図。
【図１４】本発明に従う一実施形態における、二重帯域の狭帯域フィルタの第１の製作方法において用いられる結合空洞共振器を例示した図。
【図１５】図１４の結合空洞共振器に関するスペクトルを描いた図。
【図１６】本発明に従う一実施形態における、二重帯域の狭帯域フィルタを形成する３つの結合空洞共振器のスタックを例示した図。
【図１７】図１６の二重帯域の狭帯域フィルタに関するスペクトルを描いた図。
【図１８】本発明に従う一実施形態における、二重帯域の狭帯域フィルタの第２の制作方法を例示した図。
【図１９】図１８の二重帯域の狭帯域フィルタに関するスペクトルを描いた図。
【図２０】図９の検出器によって捕捉される画像の画像処理方法に関するフローチャート。
【図２１】本発明に従う一実施形態における、第１の画像のピクセルのグレースケール・レベルのヒストグラムおよび第２の画像のピクセルのグレースケール・レベルのヒストグラムを描いた図。
【図２２】本発明に従う一実施形態における、パターン化フィルタ層および３帯域の狭帯域フィルタに関するスペクトルを描いた図。
【図２３】図２２に示す実施形態によるセンサを描いた図。
【符号の説明】
【０１０９】
３０６  対象物
３１６  コントローラ
７０４  差分画像
８００  光検出センサ
９０８  パターン化フィルタ層
９１０  フィルタ材料領域
９１２  フィルタ無し領域
９１６  狭帯域フィルタ層
【図１】
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【図２】
2005321388.tif 000035
【図３】
2005321388.tif 000036
【図４】
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【図５】
2005321388.tif 000038
【図６】
2005321388.tif 000039
【図７Ａ】
2005321388.tif 000040
【図７Ｂ】
2005321388.tif 000041
【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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