2022年度 | 光情報工学

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学士課程
大学院課程

2022年度　光情報工学 Optics in Information Processing

文字サイズ小中大

開講元: 情報通信コース

担当教員名: 山口雅浩

授業形態: 講義 (ライブ型)

メディア利用科目

曜日・時限(講義室): 月5-6

クラス: -

科目コード: ICT.H409

単位数: 1

開講年度: 2022年度

開講クォーター: 2Q

シラバス更新日: 2022年3月16日

講義資料更新日: -

使用言語: 英語

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シラバス

講義の概要とねらい

【概要】
まず、ディジタル画像情報の物理的意味を測光学の立場から考え、放射量と測光量の扱いを議論する。次に画像入力・表示システムを理解するために必要となる幾何光学及び収差論、波動光学の基礎、フーリエ変換を用いた光学的イメージング系の解析に関する理論的背景を説明し、カメラ・顕微鏡などといった実例を交えてイメージング系の分解能や被写界深度などの考え方を述べる。また、人間の色覚特性から導かれる色彩科学の基礎理論をもとに、カラー画像の収集・表示システムの原理を紹介する。さらに、幾何光学・波動光学の知識に基づいて、３次元画像情報の収集・表示技術の原理と限界について解説する。
【ねらい】
光を情報伝達媒体として捉え、幾何光学・波動光学・放射測光学の基礎を学ぶことにより、メディア情報処理において重要な構成要素である光学的イメージング系の性質を理解する。メディア情報技術の中核をなす視覚情報は主に光を媒介して伝達されるため、画像・映像システムや光計測などのシステムを扱ううえで必須となる光に関する知識を修得することで、実用的なシステム開発などに必要な技術要素を把握する。

到達目標

本講義を履修することによって、以下の知識と能力を身につける。
１．幾何光学・波動光学・放射量と測光量に関する基礎を説明し、応用できる。
２．光を情報媒体として扱うための概念に基づき、光学的イメージング系の特性を説明できる。
３．実用的なイメージングシステムの開発に必要とされる知識を自ら探索し、応用することができる。

キーワード

放射測光学、画像における色彩科学、分光イメージング、幾何光学、収差論、フーリエ光学、結像理論、イメージング系の周波数解析、解像限界、3Dディスプレイ、ホログラフィー

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

✔ 専門力

教養力

コミュニケーション力

展開力(探究力又は設定力)

展開力(実践力又は解決力)

授業の進め方

配布資料に基づく解説を行うとともに、演習問題により理解を深める。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	画像・映像システムにおける光学、放射測定と測光	画像処理、画像センシング、映像システムを理解するうえで必要な光学の知識とは何か。
第2回	画像における色情報、カラーディスプレイ	等色関数、色空間、加法混色、分光感度、色再現、色域。
第3回	分光イメージング	マルチスペクトル画像とハイパースペクトル画像はどのような用途に使われるか？カラーイメージングにおいて、なぜ分光イメージングが有効か？分光画像の撮影技術、画像処理技術を説明せよ。
第4回	幾何光学とレンズ系の収差	幾何光学的結像の考え方、光線追跡、近軸近似、収差とは何か。カメラや顕微鏡におけるレンズ設計。
第5回	光の干渉・回折とフーリエ光学	複素振幅による光波の記述、干渉と回折、光の伝搬、角スペクトルを数式で表現せよ。フレネル近似、フラウンホファー近似とは何か。
第6回	波動光学に基づくイメージング系の解析、解像限界、イメージング系の開口数（NA）、焦点深度・被写界深度、計算イメージング	波動光学に基づく結像、レンズ系のMTF、解像限界について説明せよ。 NAと分解能・焦点深度・被写界深度の関係を述べよ。計算イメージングの意義と実現例を説明せよ。
第7回	ライトフィールドとホログラフィー	ライトフィールドカメラによるリフォーカシング、インテグラルイメージング、ホログラフィーの原理と応用を説明せよ。

授業時間外学修（予習・復習等）

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

説明のための資料を配布する。

参考書、講義資料等

J. W. Goodman, "Introduction to Fourier Optics," McGraw-Hill (New York)

成績評価の基準及び方法

到達目標１～３の達成度を演習（40%）及び期末レポート（60%）により評価する。

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

特に定めない。

連絡先（メール、電話番号） ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。

E-mail: yamaguchi.m.aa[at]m.titech.ac.jp

オフィスアワー

電子メールで事前に予約すること。

国立大学法人東京工業大学