Transcript 1. 講義概要
計測情報処理論 システム科学領域 日浦 慎作 この講義について 対象 システム科学領域 社会システム数理領域 未来物質領域 基盤専門科目 境界専門科目 学際選択科目 目的 画像センサについてその原理や仕組みを理解する． 画像センサが持つ特性や限界を知ることで，より優 れたパターン処理やロボット応用システムなどの構 築に役立たせることを目指す． 講義について 連絡先 システム科学領域 助教授 日浦慎作 [email protected] 内線 6371 部屋番号 D552 単位について 期末に試験予定 教科書 特に指定しない．プリント，PowerPoint 等 数式などは少ないため，講義を 良く聴いて理解して欲しい． 講義の関連と位置づけ 各種センサ センシング工学 （音声，移動，etc.） B3 佐藤・井上 複雑システム論 M佐藤 複雑システム 離散システム 知的学習制御 信号解析論 信号処理 パターン処理論 M溝口 知能システム M飯國 M谷内田・岩井 パターン認識 計測情報処理論 撮像技術 画像処理 M 日浦 HI特論 画像センサ 画像圧縮 M西田 画像システム論 ヒューマンＩＦ M佐藤 メディア工学 その他の関連分野：コンピュータ，CG, ロボット，制御工学，最適化等 講義予定 画像センサそのものに関する講義 画像センサはどのように出来ているのか 画像センサに要求される性能とは？ 画像センサの構成要素の理解 • • • • 光学系 撮像素子 映像信号処理 知覚，計測，認識 講義を通し解決できるように なって欲しい問題(1) 焦点距離 50mm のレンズを 5mm 繰り出し たとき，おおよそ何mm 先にピントが合うか このときレンズのＦ値が２であれば，無限遠 の物体はどの程度ボケるか 無限遠から1mの範囲全てに事実上ピントが あったように見せるためには，どのような設 定にすればよいか 講義を通し解決できるように なって欲しい問題(2) 対象物体を斜めに捕らえるとき，全体にピントを あわせるにはどのようにすればよいか 講義を通し解決できるように なって欲しい問題(3) Hyper Omni Vision の球形風防の半径を20cm， 厚みを 2mm とする．材質の屈折率を1.5とした とき，風防そのものの焦点距離はいくらか． コレ 講義を通し解決できるように なって欲しい問題(4) 50mm 50mm ? 図のように半径 50mm の ガラス半球を紙の上から 50mm 離して設置し観察 したとき，紙は本来の位 置よりどれぐらい深い位 置に見えるか．ただしガラ ス半球の屈折率は 1.5 と する． （昨年の試験問題の１つ） 講義を通し理解して欲しい 言葉(1) レンズ収差（コマ収差，色収差，etc..） レンズティルトとシャインフリューク (Scheimflüg)の法則 被写界深度，焦点深度， 過焦点距離，許容錯乱円径 解像力，ＭＴＦ，回折限界 口径蝕，cos4則 講義を通し理解して欲しい 言葉(2) CCD, CMOS フレーム・インターライントランスファ スミア，ブルーミング ベイヤ配列，３板式，光学ローパス NTSC, カラーサブキャリア，ＹＣ分離 表色系，条件等色，色度図，色空間 講義予定(1) 画像センサの概要 画像センサの歴史 カメラ・写真の歴史 放送・ビデオの歴史 デジタル化 画像センサの構成要素 光学系，撮像素子，信号系，キャプチャ 画像センサの近似的表現 ピンホールカメラモデルとカメラの数理 講義予定(2) 光学系の基礎 光学系の機能 幾何学的条件と測光学的条件 レンズの構成要素 レンズ系，絞り，フォーカシング系 光学ガラスについて 屈折率と分散，二次分散 講義予定(3) レンズの基礎 理想レンズとは レンズの諸パラメータ 焦点距離・Ｆ値・開口数・口径 レンズの効果 パースペクティブと像の大きさ レンズのシフトとイメージサークル 講義予定(4) フォーカシングとデフォーカス ニュートンの結像公式とデフォーカス 被写界深度，許容錯乱円，過焦点距離 ニュートンの公式の利用 実際の問題とその演習 スイングと結像面のコントロール シャインフリュークの法則 講義予定(5) レンズ系の設計と計算 ３次収差（ザイデルの５収差）について レンズ系における焦点距離の計算 近似と収差について 球面収差，非点収差，コマ収差， 像面湾曲，歪曲収差 色収差について 倍率色収差，縦色収差 色収差と分散・色消しレンズと異常分散ガラス 講義予定(6) レンズ性能の表現と評価 波動光学 Ｆ値と解像限界 コヒーレント光 結像とフーリエ変換 解像度 MTF/OTF デフォーカスの空間周波数応答 波動光学的影響 ぼけ現象の計測への応用 講義予定(7) その他のレンズの特性 周辺光量低下 cos4則・口径蝕と開口効率について ズームレンズについて 付加的な光学系 クローズアップレンズ テレコンバータ 講義予定(8) その他の撮影技法 パノラマカメラについて スリットカメラについて ピントあわせの技術と発展 目視によるピント合わせ 一眼レフ方式，距離計連動方式 オートフォーカス方式 パッシブ方式，アクティブ方式 講義予定(9) 撮像素子 銀塩写真の発展とカラー写真 電子撮像の発展と歴史 撮像管と固体撮像素子 固体撮像素子 CCD と CMOS 講義予定(10) CCD CCD の動作原理 CCD の種類と特徴 CCD のアーティファクト スミア・ブルーミング CMOS CMOS の動作原理 CMOS の特徴と応用分野 講義予定(11) カラー撮影技術 １板式と３板式について １板式について カラーフィルタ（補色系と原色系） カラーフィルタの配置 色の復元方法 ３板式について 構造と特徴 レンズ系の制約など 講義予定(12) 表色系について 人間の色知覚の測定と定量化 人間の色の知覚とその性質 CIE1931 XYZ 色表系の考え方について その他の表色系について RGB, HSV, L*A*B* など 色の計測と表現 色域と gamut について 講義予定(13) 映像信号 白黒映像方式と放送方式 カラー方式について NTSC, PAL, SECAM NTSC カラー方式 NTSC カラー方式の原理と問題点 ＹＣ分離の各方式 講義予定(14) 画像入力系 キャプチャカードの構造と動作原理 ADコンバータの方式と構造 YC分離のデジタル化等 その他の映像伝達・取り込み方式 その他の内容 特殊な画像センサ 遠赤外線，紫外線等 高速度カメラについて 距離画像センサ 距離計測の各種原理と実際の構造 距離画像センサの現状 画像センサの性質と情報処理 画像センサの幾何的性質 キャリブレーション エピポーラ幾何 幾何学的不変量と射影幾何学 物理法則に基づく計測 Physics-based Vision