digital optics

數位光學 (digital optics)

數位光學又稱為計算機成像光學(computational imaging),結合了傳統成像光學設計與數位影像處理技術。根據成像系統所需要之不同功能,如擴展景深、三維資訊擷取、頻譜影像以及超解析等需求,過去利用透鏡優化的功能如今許多部分已用全數位化方式進行。藉由不同的光學架構與數位影像感測器、整合後段影像處理已成為光學產業的趨勢及下一波的明星技術。目前實驗室主要將數位光學技術應用於生物特徵擷取,如虹膜、臉部等影像。與逢甲資工栗永徽教授合作,將捕捉的紅外或特定影像資訊,進行身份認證以及其他特殊應用。

 

研究成員:
教授:田仲豪、栗永徽(逢甲資工系)
博士班:陳永霖、謝昇勳
碩士班:洪國恩、楊錫汶、黃少宏
大學部:黃立揚

 

我們利用波前編碼技術(wave front coding)與模糊函數理論(ambiguity function),實現被動式攝像技術,可在單一的取像動作內(single shot),獲得影像深度(depth information)的資訊或全對焦成像[1],此項研究大幅增加了三維空間深度資訊取得的速度,並在2010獲得SPIE Newsroom的報導[2]。波前編碼技術除了應用於捕捉深度資訊外,我們在非同調光學系統孔徑位置,設計自由型三次方相位元件,可在長焦距遠心系統中達到全幅對焦的表現(Extended Depth of Field:EDoF),此項技術突破目前一般虹膜識別的限制,實作出遠距離、高精確度的虹膜取像系統。目前虹膜辨識系統受限於較淺的景深,而景深不足將導致影像擷取系統不容易擷取到使用者清晰的影像,亦即當使用者在行動的過程,會因為些許的失焦而造成影像無法辦認。此項研究已獲得初步成果,可大幅提升動態虹膜的影像品質與辨識率,為目前全世界工作距離最遠之虹膜取像系統(超過3 m)[3],研究成果獲得2011光電年會最佳學生論文獎[4]。

 

 

[1] Y.L. Chen et. al, “Single shot depth camera lens design optimization based on a blur merit,” SPIE Proceedings Vol. 7787 (2010), invited.
[2] Y.L. Chen et. al, “Single-shot depth-camera design,” SPIE Newsroom, 10.1117 (2010).
[3] Y.L. Chen et. al, " Extended depth of field iris recognition system for long working distance," SPIE Optical Engineering and Applications, (2012), submitted.
[4] Y.L. Chen et. al, “Extended Depth of Field for Iris Recognition,” International Photonics Conference 2011, Taiwan (2011).

(a) AOptix所開發之中長工作距離(取像距離約為2-3公尺),設置於邊境管制、機場出入、機密場所控管的場域。

(b) 此新的安檢概念e-Gate,希望通過設立虹膜辨識系統來取代關口人員檢查護照來辨認人們身份的方法,從而縮短出入境程序的時間。目前這個新系統已經得到IATA(國際航空運輸協會)批准使用,並在多個機場上試行(Amsterdam’s Schiphol airport, London’s Heathrow airport, JFK in New York, and Dulles in Washington)。

(c) 目前實驗室虹膜取像硬體架構,光學桌上架設光學元件做空間調制器(SLM)光路的調整,可用來拍攝位於門內人物的虹膜影像,門內兩側安裝近紅外光LED(850 nm)提供足夠的照射光源,人距離鏡頭為2.7~3公尺左右。
(d) 相位編碼(cubic phase mask)對於虹膜取像的影響。(左方)為無相位編碼在不同成像處之虹膜影像,(右方)為加入三次元相位編碼後,在一定焦深範圍內(圖由上至下:-4 cm, on focus, +5 cm),虹膜影像保持一定程度的相似性,利用後段wiener濾波器處理,可還原拍攝之對焦影像。此部分將會在未來利用機器學習(machine learning)理論來達到優化波前編碼相位的參數。不斷反覆疊代以使最後結果收斂到全域最佳解。