ライトフィールド光学は、これまでの結像光学系とは異なり、“像”ではなく光線の状態を記録、再生する技術である。また違う見方すると3次元立体の情報を平面上の2次元データに符号化し変換するとともに、この符号化データを3次元立体像に復元再生するものですある。具体的には、ライトフィールドカメラにより3次元の光景は撮像素子上に記録されるわけであるが、記録された符号化データは立体情報そのものであるから、ここから計算処理によって、レンズによるものと同様に任意の焦点、任意の被写界深度の2次元像を切り出すことができるし、3次元的な奥行きも知ることができる。
こうした方法は、これまで完成した像としてフィルム上に記録したものを、そのまま電子的に取得すると云ったデジタル画像パラダイムからの脱出である。すなわち、取得するのが電子的なデータであれば処理可能で、対象が完成された像である必要なく、いろいろな要素を含んだデータのかたまりを取得し、必要な形に演算処理すればいいと云うパラダイムに移行し始めたと考えることができる。ライトフィールドはその一つの例である。
本講演では、ライトフィールドカメラとライトフィールドディスプレイを紹介して、その方法論や可能性そして考えられるアプリケーションについて論じていく。

従来のレンズレスカメラ技術は、撮影画像の現像処理に重い計算が必要であった。そこで我々は、外側ほど間隔が狭くなるFZA（Fresnel Zone Aperture）を画像センサー直前に配置する構成により、従来比1/300の低演算負荷かつ撮影後の容易なピント調整を可能とするレンズレスライトフィールドカメラ技術を開発した。本講演では、撮影原理、ノイズ低減方法、プロトタイプによる撮影結果およびリフォーカス・距離計測結果についても紹介する。

シングルピクセルイメージングは、空間分解能を持たない光センサーでイメージングを実現する方法である。構造化された照明光を用いて、相関計算や予測計算を取り入れることで画像化している。広帯域性や高感度特性という特徴を有しており、それらの特徴を利用した応用例が多数報告されている。本講では、シングルピクセルイメージングの基本原理の紹介と分類および最新の応用例とともに応用戦略を紹介する。

補償光学は天文学の分野だけでなく、様々なイメージングの分野で広く応用ができる。特に、観察対象（物体）とイメージングデバイスとの間にある光学系や伝搬媒質による結像性能の劣化が問題となる場合は、大きな効果をあげる。本講演では、まず、観察対象が天体、イメージングデバイスは望遠鏡及び観測装置、伝搬媒質が大気という天文学用補償光学の基礎を概説する。続いて、天文補償光学の現状・成果、及び開発中のシステム、将来計画について紹介をする。さらに、補償光学の応用例として、自由空間光通信、顕微鏡などをはじめ、様々なイメージングシステムの特徴を示し、システム検討や設計をする場合の留意点について説明する。

屈折率ゆらぎ媒質を通したイメージング技術は天文学、生物学、医学など広い分野の共通基盤技術として重要性を増しつつある。本講演では、補償光学による波面補正が困難な強い散乱性を持つ媒質（例えば、すりガラスや光拡散板など）の背後に隠された物体の３次元像を散乱光の空間コヒーレンスや光強度相関情報から透視再現する相関イメージング技術について紹介する。補償光学がマクロな空間構造を持つ波面乱れを可変鏡で「補正」するのに対して、相関イメージングはミクロな空間構造をもつ位相乱れに対して「不感」なイメージングを波動場の相関演算により実現する。

近年、位相変調型空間光変調素子などを用いて波面を変調し、散乱体内部において回折限界以下の集光スポットを形成する技術や散乱体によって乱された波面を補正し、高分解能なイメージングを行なう技術が提案されている。また、たたみ込みニューラルネットワークなどの学習を用いて散乱体によって変調された画像識別や画像復元なども行われている。本講演では、これらの散乱体における様々な取り組みを概観するとともに、波面計測と位相変調型空間光変調素子を組み合わせたディジタル位相共役鏡について紹介し、その応用例として散乱体による波面歪みをダイナミックに補正し、高分解能光コヒーレンストモグラフィーに応用した研究を紹介する。
【講演内容】
-波面変調を用いた散乱体応用
-位相共役鏡の原理
-ディジタル位相共役鏡
-高分解能光コヒーレンストモグラフィー