具体实施方式

[第一实施方式]

以下，参照附图对电磁波相位振幅生成装置的实施方式进行说明。

[电磁波相位振幅生成装置的结构]

图1是表示电磁波相位振幅生成装置100的外观结构的一个例子的图。

电磁波相位振幅生成装置100具备照射部RL和终端装置10。

从照射部RL照射的电磁波向拍摄对象OB照射。拍摄对象OB是指由电磁波相位振幅生成装置100观察到的试样。具体而言，拍摄对象OB是指不透明以及无色透明的生物体试样、非生物体试样的材料以及原材料等。在此，电磁波是指可见光、X射线、电子束、紫外线、红外线、太赫兹波、毫米波以及微波中的至少一个。另外，上述电磁波不限于此，可以是任意波长的电磁波。在该一个例子中，对电磁波为可见光的情况进行说明。在以下的说明中，有时将可见光简称为光。另外，在以下的说明中，也将从照射部RL照射的光记载为照射光REW。终端装置10将拍摄对象OB所散射的散射光SL作为拍摄图像进行拍摄。在该示例中，终端装置10是智能电话等包括拍摄装置的终端。

照射部RL具备照明L和散射板MP。照射部RL将电磁波照射至拍摄对象，该电磁波是在决定被照射到所分割的各区域的电磁波的状态的空间频率上随机的照射图案的电磁波。电磁波的状态是指电磁波的强度、振幅以及相位的状态。电磁波的强度以及振幅的状态是指电磁波的强度的状态。电磁波的相位的状态是指电磁波的波延迟或超前的状态。

空间频率上是指终端装置10所拍摄的拍摄图像中的空间频率上。从照明L射出的光碰到散射板MP，将与散射板MP的各区域不同的光散射率对应的强度的散射光作为照射光REW，从散射板MP照射到拍摄对象OB。

具体而言，照明L射出光。从照明L射出的光经由散射板MP照射到拍摄对象OB。照明L是射出相干性比相位和振幅随机变化的光更高的光的光源。即，相干性高的光源是指与从光源射出的光的相位及振幅相关的光源。更具体而言，照明L是指激光光源、半导体激光光源、LED(LIGHT EMITTING DIODE)光源。

向散射板MP照射从照明L射出的光。散射板MP将从照明L射出的光散射。散射板MP将散射的光作为照射光REW照射到拍摄对象OB。散射板MP是按区域改变从照明L照射的光的强度的板。散射板MP是对电磁波的强度、电磁波的振幅以及电磁波的相位中的至少一个进行调制的光学元件。在该一个例子中，散射板MP是空间光调制器。

散射板MP具备分割的区域，使得光散射的程度不同。在此，区域是与拍摄对象OB的大小对应大小的区域。在该一个例子中，在散射板MP中，区域是被分割为正方形的区域。另外，被分割为使光散射的程度不同的区域是指光的散射率不同的图案。具体而言，散射板MP是仅使电磁波的强度随机而使电磁波的相位恒定的散射板。另外，散射板MP也可以是使电磁波的强度恒定而仅使电磁波的相位随机的散射板。散射板MP也可以是使电磁波的强度与电磁波的相位随机的散射板。

在此，在本实施方式的一个例子中，散射板MP的光散射率不同的图案是指照射到拍摄对象OB的光所照射的区域的图案在空间频率上光谱均匀地扩展的图案。换言之，散射板MP的光散射率不同的图案是指照射到拍摄对象OB的光所照射的区域的图案在空间频率上在原点以外不具有峰值的图案。

具体而言，散射板MP的光散射率不同的图案是指空间频率上的白噪声样的图案。白噪声样是大致难以观测周期性的图案。即，散射板MP的光散射率不同的图案无需是在空间频率上完全不具有峰值的图案或空间频率上光谱均匀地扩展的图案。

终端装置10具备显示部13。终端装置10对照射了照射光REW的拍摄对象OB所散射的散射光SL进行拍摄。拍摄对象OB所散射的散射光SL是表示拍摄对象OB的信号的信息。终端装置10基于拍摄散射光SL的拍摄图像和表示散射板MP的随机照射图案的信息，生成表示来自拍摄对象OB的散射光SL的至少相位和振幅的信息。在以下的说明中，有时将表示来自拍摄对象OB的散射光SL的至少相位和振幅的信息记载为复振幅信息。

显示部13基于终端装置10生成的表示散射光SL的至少相位和振幅的信息来显示散射光SL的强度、相位以及振幅。具体而言，显示部13显示生成部12所生成的复振幅信息。另外，显示部13显示生成部12基于复振幅信息而重构的图像的信息。在该一个例子中，具体而言，显示部13是液晶显示器。

[电磁波相位振幅生成装置的结构的一个例子]

接着，参照图2，对本实施方式所涉及的电磁波相位振幅生成装置100的结构的一个例子进行说明。

图2是表示电磁波相位振幅生成装置100的功能结构的一个例子的图。照射部RL和拍摄对象OB与上述的说明相同。

终端装置10具备操作检测部14、拍摄部11、图像取得部15、生成部12、存储部16以及显示部13。

操作检测部14检测来自操作电磁波相位振幅生成装置100的用户的操作。具体而言，在从照射部RL对拍摄对象OB照射照射光REW的情况下，操作检测部14检测用户操作了照射命令。检测到来自用户的照射命令的操作检测部14向照射部RL输出照射照射光REW的指令。

拍摄部11具备拍摄元件(未图示)。拍摄元件对拍摄对象OB所散射的散射光SL进行拍摄。具体而言，拍摄元件具有多个像素。拍摄元件将与散射光SL的振幅或散射光SL的强度对应的电荷分别积存在像素中。拍摄部11基于拍摄元件所积存的电荷，对散射光SL进行拍摄。在以下的说明中，拍摄元件具有横y像素、纵x像素的像素。拍摄对象OB与拍摄部11所具备的拍摄元件之间的距离为距离z。拍摄部11生成对散射光SL进行拍摄而得到的拍摄图像IP。拍摄部11将生成了散射光SL的拍摄图像IP向图像取得部15输出。在以下的说明中，拍摄图像IP是表示散射光SL的强度的信息。

图像取得部15从拍摄部11取得拍摄图像IP。图像取得部15将从拍摄部11取得的拍摄图像IP向生成部12输出。

在存储部16中存储有表示散射板MP的随机照射图案的图案信息RPI。

生成部12从拍摄部11取得拍摄图像IP。生成部12取得存储在存储部16中的图案信息RPI。

生成部12基于拍摄部11生成的拍摄图像IP、图案信息RPI和表示散射光SL的信息，生成表示来自拍摄对象OB的散射光SL的至少相位和振幅的信息。生成部12通过进行基于拍摄对象OB的稀疏性的稀疏约束运算，生成表示相位和振幅的信息。生成部12所生成的表示相位和振幅的信息是散射光SL的复振幅信息。生成部12基于生成的复振幅信息，生成表示散射光SL的相位的信息P以及表示散射光SL的振幅的信息VA。

生成部12将生成的表示相位和振幅的信息、表示散射光SL的相位的信息P以及表示散射光SL的振幅的信息VA输出到显示部13。

显示部13显示从生成部12取得的表示相位和振幅的信息、表示散射光SL的相位的信息P以及表示散射光SL的振幅的信息VA。

[电磁波相位振幅生成装置的动作的概要]

接着，参照图3，对电磁波相位振幅生成装置100的动作的概要进行说明。

图3是表示电磁波相位振幅生成装置100的动作的一个例子的流程图。

照射部RL对拍摄对象OB照射随机照射图案的电磁波(步骤S110)。拍摄部11将拍摄对象OB所散射的散射光SL拍摄成拍摄图像IP(步骤S120)。

拍摄部11对生成部12输出拍摄图像IP。生成部12取得拍摄图像IP。生成部12从存储部16取得表示照射图案的图案信息RPI。生成部12基于从拍摄部11取得的拍摄图像IP和从存储部16取得的图案信息RPI，进行基于拍摄对象OB的稀疏性的稀疏约束运算，由此生成表示散射光SL的相位和振幅的信息。

具体而言，生成部12根据式(1)及式(2)，生成表示散射光SL的相位和振幅的信息。

(数式1)

|g|²＝|P_zMf|²...(1)

式(1)是表示使用正问题即数理模型进行预测的问题的式子。

(数式2)

式(2)是表示逆问题即从数据推定数理模型的问题的式子。

式(1)及式(2)中包含的x及y是与拍摄元件所具备的像素的数量即纵x像素及横y像素对应的数。以下的数学式中的x以及y也是如此。

式(1)及式(2)所包含的|g|²是拍摄元件拍摄到的拍摄图像IP。具体而言，拍摄图像IP是将散射光SL的振幅的绝对值平方后的信息。

式(1)及式(2)中包含的g是表示散射光SL的相位和振幅的复振幅信息。在以下的说明中，有时将表示散射光SL的相位和振幅的复振幅信息简单记载为复振幅信息g。更具体而言，g是式(3)所示的矩阵。以下的数学式中的g也是如此。

(数式3)

g∈C^(Nx×Ny)×1...(3)

式(1)及式(2)所包含的P_Z是拍摄对象OB与拍摄元件的距离z中的菲涅耳传播的托普利茨矩阵。更具体而言，P_Z是式(4)所示的矩阵。以下的数学式中的P_Z也是如此。

(数式4)

P_z∈C^{(Nx×Ny)×(Nx×Ny)}...(4)

式(1)及式(2)中所包含的M是表示散射板MP的图案信息RPI的矩阵。具体而言，M是式(5)所示的矩阵。以下的数学式中的M也是如此。在该一个例子中，图案信息RPI是由从不使被照射的光散射的0到使光的强度保持不变地散射的1为止的数值来表示散射板MP的图案的信息。

(数式5)

M∈C^{(Nx×Ny)×(Nx×Ny)}...(5)

式(1)及式(2)中所包含的f是表示拍摄对象OB的信号的信息。更具体而言，f是式(6)所示的矩阵。以下的数学式中的f也是如此。

(数式6)

f∈C^(Nx×Ny)×1...(6)

这里，式(2)中所包含的l₂是l₂范数。以下的数学式中的l₂也是如此。

式(2)中所包含的R(f)是稀疏约束。具体而言，R(f)是基于表示拍摄对象OB的信号的信息的稀疏性的正则。式(2)中所包含的τ是用于正则的参数。以下的数学式中的R(f)和τ也是如此。

即，生成部12通过进行基于拍摄对象OB的稀疏性的稀疏约束运算，生成散射光SL的复振幅信息g(步骤S130)。此外，生成部12通过公知的方法生成稀疏约束运算。例如，生成部12使用公知的稀疏矩阵进行稀疏约束运算。

生成部12基于生成的复振幅信息g重构散射光SL的强度。

具体而言，生成部12根据生成的复振幅信息g的绝对值的平方来重构表示散射光SL的强度的信息。生成部12对重构的表示散射光SL的强度的信息和拍摄部11拍摄拍摄对象OB所得到的拍摄图像进行比较(步骤S140)。在重构的表示散射光SL的强度的信息与拍摄部11拍摄拍摄对象OB所得到的拍摄图像近似的情况下，结束处理(步骤S140；是)。在重构的表示散射光SL的强度的信息与拍摄部11拍摄拍摄对象OB所得到的拍摄图像不近似的情况下，将生成的复振幅信息g代入式(1)及式(2)，重复步骤S130的处理(步骤S140；否)。另外，生成部12对重构的表示散射光SL的强度的信息与拍摄部11拍摄拍摄对象OB所得到的拍摄图像进行比较的方法也可以使用公知的技术。另外，将重构的表示散射光SL的强度的信息与拍摄部11拍摄拍摄对象OB所得到的拍摄图像进行比较的方法也可以通过用户的目视来判断是否近似。

[电磁波相位振幅生成装置的动作的具体例]

至此，对生成部12的动作的概要进行了说明。生成部12通过解式(1)和(2)来生成复振幅信息g。在解式(1)和式(2)的情况下，电磁波相位振幅生成装置100存在式(1)所示的正向问题为非线性问题，无法容易求解的情况。

这里，对生成复振幅信息g的方法的一个例子进行说明。

[利用辅助平面的解法]

在以下的说明中，生成部12通过交替投影的方法来生成复振幅信息g。

生成部12将辅助平面a设定在拍摄对象OB与拍摄元件之间。假定了辅助平面a，则式(1)能够通过式(7)以及式(8)来表现。

(数式7)

这里，式(7)中包含的z₁是指拍摄对象OB与辅助平面a的距离。

式(7)中包含的z₂是指辅助平面a与拍摄元件之间的距离。如果将距离z₁和距离z₂相加，则是拍摄对象OB与拍摄元件之间的距离z。即，辅助平面a是假定为距拍摄对象OB距离z₁以及距拍摄元件距离z₂的位置的复振幅信息。

(数式8)

式(8)是拍摄对象OB与辅助平面a的距离为z₁时的式子。如式(8)所示，辅助平面a通过解线性问题而生成。

另外，辅助平面a通过对从后面说明的式(9)生成的临时存储的g进行逆菲涅耳变换而生成。即，生成部12通过求解相位推定问题，能够生成复振幅信息g。

(数式9)

作为初始值，生成部12对复振幅信息g设定临时值。作为初始值的复振幅信息g的临时值可以是任何值。生成部12将设定了临时值的辅助平面g代入式(9)。生成部12通过式(9)借助G-S法生成临时存储的g。G-S法是指迭代相位推定法。

(数式10)

式(10)是将式(9)变形后的式子。生成部12通过式(10)生成临时存储的g。另外，如式(10)所示，生成部12利用距离z₂位置处的复振幅信息以及辅助平面a的强度对拍摄图像IP以元素为单位进行除法运算。

生成部12通过将以元素为单位进行除法运算得到的值乘1/2次方得到的值、和在距离z₂的位置处的复振幅信息以及辅助平面a以元素为单位进行乘法运算，生成临时存储的g。生成部12通过对生成的临时存储的g进行逆菲涅耳转换，生成临时存储的辅助平面a。

(数式11)

生成部12将根据式(10)生成的临时存储的辅助平面a代入式(11)。生成部12通过利用TwIST法求解式(11)，生成临时存储的f。TwIST法是指压缩感知的一般解法。

生成部12使临时存储的f传播。生成部12将被传播的临时存储的f作为初始值，根据式(10)生成辅助平面a。

即，生成部12将随机的值代入复振幅信息g的初始值，通过G-S法生成辅助平面a。生成部12将生成的辅助平面a代入式(11)，通过TwIST法生成临时存储的f。生成部12将生成的临时存储的f代入式(10)，生成精度比随机值好的临时存储的g。

生成部12反复进行上述处理，直到由临时存储的g重构的表示散射光SL的强度的信息与拍摄部11拍摄拍摄对象OB得到的拍摄图像近似为止。

另外，求解式(1)及式(2)的方法并不限于上述利用G-S法以及TwIST法的交替投影的方法。

[电磁波相位振幅生成装置生成的表示来自拍摄对象的散射光的相位和振幅的信息的一个例子]

接着，参照图4至图6，对电磁波相位振幅生成装置100生成的复振幅信息g的一个例子进行说明。

图4是显示表示散射光SL的振幅的信息VA和表示散射光SL的相位的信息P的一个例子的图。

图4(a)是表示散射光SL的振幅的信息VA的一个例子。

图4(b)是表示散射光SL的相位的信息P的一个例子。在该一个例子中，为了进行实验，表示相位的信息P是使原来的相位旋转90度的相位。

接着，图5是表示散射板MP和拍摄图像IP的一个例子的图。

图5(a)是散射板MP和放大了散射板MP的一部分的散射板MPE的一个例子。散射板MP是在空间频率上随机的图案。即，如果对散射板MP的图案进行傅立叶变换，则是在空间频率上的峰值不周期性发生的图案。

图5(b)是拍摄部11拍摄拍摄对象OB所散射的散射光SL得到的拍摄图像IP的一个例子。

接着，图6是表示由生成部12生成的表示相位和振幅的信息g生成的信息的一个例子的图。

图6(a)是表示由生成部12生成的表示振幅的信息而生成的强度RVA的一个例子的图。比较图6(a)和图4(a)可知，生成部12生成与表示散射光SL的振幅的信息VA近似的振幅信息。

图6(b)是表示生成部12生成的表示相位的信息RP的一个例子的图。比较图6(b)和图4(b)可知，生成部12生成与表示散射光SL的相位的信息P近似的相位信息。

[总结]

如以上说明的那样，电磁波相位振幅生成装置100具备照射部RL、拍摄部11、生成部12。拍摄部11对从照射部RL照射的照射光REW、拍摄对象OB所散射的散射光SL进行拍摄。生成部12基于拍摄部11拍摄到的拍摄图像IP、图案信息RPI、以及表示拍摄对象OB的信号的信息f，进行基于拍摄对象OB的稀疏性的稀疏约束运算，由此生成复振幅信息g。电磁波相位振幅生成装置100能够通过拍摄元件直接检测散射光SL，能够提高信噪比。另外，由于电磁波相位振幅生成装置100能够直接利用拍摄元件检测散射光SL，因此与不直接利用拍摄元件检测散射光SL的情况相比，能够抑制从照射部RL射出的光的强度。即，电磁波相位振幅生成装置100能够减小对拍摄对象的侵袭性。

电磁波相位振幅生成装置100能够生成复振幅信息g，因此能够得到拍摄对象OB的厚度、电磁波的折射率的分布信息。电磁波相位振幅生成装置100能够得到拍摄对象OB的厚度、电磁波的折射率的分布信息，因此能够根据复振幅信息g计算出具有定量性的信息。

电磁波相位振幅生成装置100能够基于一次拍摄而成的拍摄图像IP和表示随机照射图案的图案信息RPI，生成复振幅信息g，因此能够不损伤易受电磁波影响的拍摄对象OB地生成复振幅信息g。另外，由于电磁波相位振幅生成装置100能够基于一次拍摄而成的拍摄图像IP和表示随机照射图案的图案信息RPI，生成复振幅信息g，因此即使在移动的拍摄对象OB的情况下，也能够生成复振幅信息g。

生成部12基于生成的表示电磁波的至少相位和振幅的信息g和表示拍摄对象OB的信号的信息，反复生成表示电磁波的至少相位和振幅的信息g。生成部12通过反复生成复振幅信息g，能够将非线性问题变为线性问题，能够生成表示电磁波的至少相位和振幅的信息g。

在上述的照射部RL照射的随机图案是在空间频率上光谱均匀地扩展的图案的情况下，电磁波相位振幅生成装置100能够在从照射部RL照射照射光REW的所有面上良好地生成散射光SL的复振幅信息g。

另外，电磁波是可见光、X射线、电子束、紫外线、红外线、太赫兹波、毫米波以及微波中的至少一个。由于电磁波相位振幅生成装置100是不需要透镜的结构，因此能够生成表示以往难以制作透镜的X射线、电子束、紫外线、红外线以及太赫兹波等电磁波的相位和振幅的信息。另外，由于电磁波相位振幅生成装置100是不需要透镜的结构，因此能够将电磁波相位振幅生成装置100的框体的大小构成得较小。

在上述的散射板MP针对各拍摄对象OB存在多种的情况下，在存储部16中按照各散射板MP的种类来存储图案信息RPI。在该情况下，生成部12通过操作检测部14检测的来自用户的操作，选择要读出的图案信息RPI。

在上述的说明中，对生成部12进行稀疏约束运算来生成复振幅信息g的情况进行了说明，但也可以由其他装置来计算复振幅信息g。其他装置是网络上的服务器运行的Web服务等。在该情况下，生成部12将生成复振幅信息g所需的信息输出到其他装置。生成部12取得其他装置生成的复振幅信息g即可。

[第二实施方式]

参照图7，对本实施方式所涉及的电磁波相位振幅生成装置100-1的结构的一个例子进行说明。

图7是表示电磁波相位振幅生成装置100-1的结构的一个例子的图。本实施方式的电磁波相位振幅生成装置100-1在能够对拍摄对象OB进行三维拍摄的方面与上述的电磁波相位振幅生成装置100不同。另外，对与第一实施方式相同的结构标注相同的符号并省略说明。

电磁波相位振幅生成装置100-1基于散射光SL的多个距离的波面的状态，进行基于拍摄对象OB的稀疏性的稀疏约束运算，由此生成表示散射光SL的相位和振幅的信息。在此，散射光SL的多个距离的波面是指散射光SL的波面中在散射光SL的行进方向上相互分离的多个波面。作为一个例子，散射光SL的多个距离的波面是指在某瞬间，距拍摄部11的距离相互不同的波面。

具体而言，在存储部16中存储有图案信息RPI。本实施方式的图案信息RPI包含表示散射光SL的多个距离的波面的状态的各个距离的波面图案信息。即，在存储部16中存储有包含各个距离的波面图案信息的图案信息RPI。

生成部12基于从拍摄部11取得的拍摄图像IP和从存储部16取得的图案信息RPI，进行基于拍摄对象OB的稀疏性的稀疏约束运算，由此生成表示散射光SL的相位和振幅的信息。在此，本实施方式的生成部12基于图案信息RPI中包含的各个距离的波面图案信息，对散射光SL的各个波面进行基于拍摄对象OB的稀疏性的稀疏约束运算。

在此，在拍摄部11所拍摄的散射光SL的各波面中包含拍摄对象OB的各断层面的信息。生成部12通过对散射光SL的各个波面进行稀疏约束运算，生成表示拍摄对象OB的各断层面的相位和振幅的信息。

电磁波相位振幅生成装置100-1能够生成表示生成部12所生成的拍摄对象OB的各断层面的相位和振幅的信息、即表示拍摄对象OB的三维结构的信息。

在图8和图9中示出表示由电磁波相位振幅生成装置100–1所生成的拍摄对象OB的各断层面的相位和振幅的信息的结果的一个例子。

图8是生成部12生成的拍摄对象OB的振幅断层图像的一个例子。

图9是生成部12生成的拍摄对象OB的相位断层图像的一个例子。

该图8以及图9表示拍摄对象OB为团藻的情况下的一个例子。如图8和图9所示，根据电磁波相位振幅生成装置100-1，能够生成将拍摄部11的光轴AX方向的位置进行了各种改变的断层图像。另外，根据电磁波相位振幅生成装置100-1，通过重构该断层图像，能够得到表示拍摄对象OB的三维结构的图像。

[第三实施方式]

参照图10至图23，对本实施方式所涉及的电磁波相位振幅生成装置100-2的结构的一个例子进行说明。本实施方式的电磁波相位振幅生成装置100-2在拍摄部11的分辨率较低的情况下，也能够得到高分辨率的表示相位和振幅的信息，这一点与上述的电磁波相位振幅生成装置100以及电磁波相位振幅生成装置100-1不同。另外，对与上述各实施方式相同的结构标注相同的符号并省略其说明。

图10是表示电磁波相位振幅生成装置100-2的结构的一个例子的图。

图11是表示电磁波相位振幅生成装置100-2的结构的另一个例子的图。

在本实施方式的一个例子中，拍摄部11的分辨率比生成部12进行的稀疏约束运算的分辨率低是指拍摄部11的拍摄元件的像素数比较少。例如，拍摄部11的分辨率低是指拍摄部11的拍摄元件的像素数比能够分辨散射板MP的图案的空间频率的程度的像素数少。在此，如果将散射率互不相同的散射板MP上的各区域一个一个地称为“散射板MP的散射区域SC”，则拍摄部11的分辨率低是指拍摄部11的拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少。

另外，“拍摄部11的拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少”意味着，在式(1)及式(2)中包含的|g|²(即，拍摄图像IP)的矩阵的大小与该式中包含的M(即，散射板MP的图案信息RPI)的矩阵的大小相比是较小的。

图10表示编码孔径衍射成像的结构的一个例子。在该一个例子的结构的情况下，从拍摄对象OB射出的物体光OL入射到散射板MP。与该物体光OL对应的散射光SL从散射板MP射出，射出的散射光SL入射到拍摄部11。即，在该一个例子的结构的情况下，散射板MP配置在拍摄对象OB与拍摄部11之间。

在该图中，示出拍摄部11的拍摄元件的像素PX的数量与散射板MP的散射区域SC的数量之比为1:4的情况。即，在该图的例子中，拍摄部11的拍摄元件的像素PX的数量比散射板MP的散射区域SC的数量少。

图11表示编码照明衍射成像的结构的一个例子。在该一个例子的结构的情况下，从散射板MP射出照射光REW，射出的照射光REW照射到拍摄对象OB。当向拍摄对象OB照射照射光REW时，与该照射光REW对应的散射光SL从拍摄对象OB射出，射出的散射光SL入射到拍摄部11。即，在该一个例子的结构的情况下，拍摄对象OB配置在散射板MP与拍摄部11之间。

在该图的一个例子的情况下，与图10所示的一个例子相同，拍摄部11的拍摄元件的像素PX的数量与散射板MP的散射区域SC的数量之比为1:4。即，在该图的例子中，拍摄部11的拍摄元件的像素PX的数量也比散射板MP的散射区域SC的数量少。

另外，拍摄部11的拍摄元件的像素PX的数量与散射板MP的散射区域SC的数量之比也可以通过所谓的像素组合(binning)而可变。在此，所谓像素组合是指将拍摄元件的像素PX中的几个像素PX合并作为1个像素来进行拍摄动作。作为一个例子，如果对拍摄部11的拍摄元件的像素PX进行2×2的像素组合，则像素组合后的像素数成为像素组合前的1/4。例如，在拍摄部11的拍摄元件的像素PX的数量与散射板MP的散射区域SC的数量一致的情况下进行2×2像素组合时，拍摄元件的像素组合后的像素PX的数量与散射板MP的散射区域SC的数量之比为1:4。本实施方式的拍摄部11也能够与拍摄对象OB的种类和大小对应或者与想要得到的分辨率和处理速度对应地进行像素组合。

以下，在该图10和图11所示的结构例中，以图11所示的编码照明衍射成像的情况为例进行说明。

如第一实施方式中说明的那样，生成部12通过式(1)及式(2)所示的运算，即，基于散射板MP的图案信息RPI进行稀疏约束运算，由此生成表示散射光SL的相位和振幅的信息。

在本实施方式中，拍摄部11的拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少。在该情况下，包含在式(1)及式(2)中的|g|²矩阵的大小与该式中包含的M矩阵的大小不一致。另外，这里所说的矩阵的大小例如是矩阵的行数和列数。这样，包含在式(1)及式(2)中的|g|²矩阵的大小与该式中包含的M矩阵的大小不一致的情况下，基于2个矩阵的对应关系，进行生成散射光SL的相位和振幅的运算。在这两个矩阵的大小不一致的情况下，例如，通过使两个矩阵的大小一致，进行生成散射光SL的相位和振幅的运算。

这样，在2个矩阵的大小不一致的情况下，使2个矩阵的大小一致的方法例如是指，例如：

(方法1：以往技术的方法)通过对拍摄部11拍摄到的拍摄图像IP进行插值(例如，线性插值)，生成散射光SL的相位和振幅。

(方法2：本实施方式的方法)不对拍摄部11拍摄到的拍摄图像IP进行插值，生成散射光SL的相位和振幅。

存在以上两种类型。本实施方式的生成部12采用(方法2)。

在此，在(方法1)的情况下，通过对|g|²的矩阵的元素进行插值(例如，线性插值)并扩大矩阵的大小，使2个矩阵的大小一致。在该(方法1)的情况下，通过插值生成拍摄部11拍摄到的拍摄图像IP中不包含的信息。

另一方面，在上述(方法2)的情况下，即本实施方式的生成部12对包含在式(1)及式(2)中的|g|²的元素不插值而进行运算。具体而言，在本实施方式的存储部16中，|g|²矩阵的各元素(即，拍摄部11的像素)与M矩阵的各元素(即，散射板MP的像素)的对应关系被存储。生成部12基于存储在存储部16中的该对应关系，将拍摄图像IP的像素值与M矩阵的各元素建立对应，从而生成散射光SL的相位和振幅。该|g|²矩阵的各元素与M矩阵的各元素的对应关系是拍摄部11的分辨率与生成部12进行的稀疏约束运算的分辨率的对应关系的一个例子。

在该(方法2)的情况下，即本实施方式的生成部12对于拍摄图像IP不进行插值，因此不生成拍摄部11拍摄到的拍摄图像IP中不包含的信息。

[实验结果的一个例子]

参照图12至图23，对本实施方式的电磁波相位振幅生成装置100–2生成振幅图像以及相位图像的实验的结果的一个例子进行说明。首先，参照图12至图17，对关于振幅图像的实验结果的一个例子进行说明。接着，参照图18至图23，对关于相位图像的实验结果的一个例子进行说明。

[关于振幅图像的实验结果的一个例子]

图12是表示拍摄图像IP的像素数的比较的一个例子的图。图12(a)表示拍摄部11的拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况下的拍摄部11的拍摄图像IP(图像PIC1)的一个例子。图12(b)表示拍摄部11的拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少的情况下的拍摄部11的拍摄图像IP(图像PIC2)的一个例子。在此，拍摄对象OB是线(细金属线)。在该一个例子中，作为拍摄对象OB的线的位置周期性地移动。因此，在该一个例子中，拍摄图像IP中所拍摄的线的位置根据拍摄时间而互不相同。

如该一个例子所示，在拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少的情况下(图12(b))，与拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况(图12(a))相比，拍摄图像IP的像素彼此的间隔较大。即，在拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少的情况下，拍摄图像IP的分辨率低。

图13是表示拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况下的散射光SL的振幅图像以及相位图像的一个例子的图。图13(a)是拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况下的散射光SL的振幅图像(图像PIC3)的一个例子。图13(b)是拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况下的散射光SL的相位图像(图像PIC4)的一个例子。该图表示拍摄部11的拍摄元件的像素数比较多的情况、即分辨率高的情况下的散射光SL的振幅图像和相位图像。

图14是表示拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少的情况下的、由生成部12生成的散射光SL的振幅图像以及相位图像的一个例子的图。即，该图表示拍摄部11的拍摄元件的像素数比较少的情况、即分辨率低的情况下的散射光SL的振幅图像(图像PIC5)以及相位图像(图像PIC6)。生成部12通过上述的(方法2)生成散射光SL的振幅图像和相位图像。更具体而言，生成部12基于包含在式(1)及式(2)中的|g|²矩阵的各元素(即，拍摄部11的像素)与M矩阵的各元素(即，散射板MP的散射区域SC)的对应关系，将拍摄图像IP的像素值与M矩阵的各元素建立对应，从而生成散射光SL的相位和振幅。即，生成部12不进行|g|²的元素的插值。图14(a)是未进行|g|²的元素插值的情况下的散射光SL的振幅图像的一个例子。图14(b)是未进行|g|²的元素插值的情况下的散射光SL的相位图像的一个例子。

即使在拍摄部11的分辨率比较低的情况下(图14所示的情况)，也能够得到与拍摄部11的分辨率比较高的情况(图13所示的情况)同等的分辨率的振幅图像和相位图像。

在此，作为比较对象，在图15中示出了上述的(方法1)、即基于以往方法的运算结果的一个例子。

图15是表示基于以往方法的散射光SL的振幅图像(图像PIC7)以及相位图像(图像PIC8)的一个例子的图。根据以往方法，振幅图像以及相位图像均与本实施方式的生成部12的情况(图14的情况)相比分辨率较低。

在本实施方式的情况下，拍摄部11的拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少。即，在本实施方式的情况下，拍摄部11的分辨率相对于散射板MP的空间频率低。因此，假设在拍摄部11拍摄的拍摄图像IP仅使用1帧，生成部12生成振幅图像和相位图像的情况下，生成的图像的分辨率变低。

然而，如上所述，本实施方式的生成部12使用多个帧的拍摄图像IP，反复生成振幅图像和相位图像。在这些多个帧的各拍摄图像IP中拍摄有拍摄对象OB。在这些多个拍摄图像IP中分别拍摄的拍摄对象OB在各帧中互不相同。即，在这些多个拍摄图像IP中包含拍摄对象OB的互不相同的信息。

生成部12通过对各个帧反复取得拍摄图像IP中包含的拍摄对象OB的信息，对于拍摄对象OB，能够取得比从1帧的拍摄图像IP得到的信息更多的信息。由此，生成部12能够生成分辨率超过拍摄部11的分辨率的振幅图像和相位图像。

这里，通常，拍摄元件按各像素输出表示所拍摄的图像的像素值的信号。在表示该像素值的信号的输出时间对于各像素是恒定的情况下，在拍摄元件的像素数少的情况下，与像素数多的情况相比，来自拍摄元件的全部像素的信号的输出时间短。即，在像素数少的情况下，与像素数多的情况相比，能够使拍摄动作更高速。

图16是表示按时间序列生成的振幅图像和相位图像的一个例子的图。图16(a)表示在图12(a)所示的条件下，即拍摄部11的拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况下生成的振幅图像和相位图像的一个例子。图16(b)及图16(c)均表示在图12(b)所示的条件下，即在拍摄部11的拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少的情况下生成的振幅图像及相位图像的一个例子。这里，图16(b)表示通过上述的(方法1)即以往的方法生成的振幅图像以及相位图像的一个例子。图16(c)表示通过上述(方法2)即本实施方式的生成部12采用的方法而生成的振幅图像以及相位图像的一个例子。

如上所述，本实施方式的拍摄部11的分辨率低于由生成部12执行的稀疏约束运算的分辨率。即，本实施方式的拍摄部11的像素数比散射板MP的散射区域数少。换言之，拍摄部11的拍摄元件的像素数比拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况下少。本实施方式的拍摄部11与拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况(图16(a))相比，拍摄动作高速化(图16(c))。

另外，本实施方式的拍摄部11的分辨率通过上述的(方法2)生成振幅图像和相位图像。另一方面，在以往方法(方法1)的情况下，如上所述，通过插值来生成拍摄部11拍摄到的拍摄图像IP中不包含的信息。该拍摄图像IP中不包含的信息在基于上述式(1)及式(2)的运算中相当于噪音(噪声)成分。因此，通过作为以往方法的(方法1)生成的振幅图像和相位图像(图16(b))与通过(方法2)生成的振幅图像和相位图像(图16(c))相比分辨率低。即，本实施方式的生成部12能够生成分辨率比以往方法高的振幅图像以及相位图像。

图17是表示振幅图像的分辨率的比较结果的一个例子的图。在该图中，表示振幅图像所示的拍摄对象OB的坐标与振幅(强度)的关系。将拍摄元件与本实施方式的拍摄部11的拍摄元件相比为高分辨率的情况下的波形表示为波形W1A以及波形W1B。

其中，波形W1A表示图16(a)中的、拍摄对象OB停止的情况下的振幅图像的分辨率。该波形W1A是振幅图像的分辨率的基准例。

波形W1B表示图16(a)中的、拍摄对象OB移动的情况下的振幅图像的分辨率。在拍摄元件与本实施方式的拍摄部11的拍摄元件相比为高分辨率的情况下，拍摄动作的速度较慢，因此在图像中产生抖动。该波形W1B表示坐标的扩展比上述的波形W1A大，与基准例相比分辨率降低。

在本实施方式的拍摄部11的分辨率的情况下，通过上述的(方法2)即本实施方式的生成部12采用的方法生成振幅图像时(即，图16(c)的情况)的波形表示为波形W1C。波形W1C表示图16(c)中的、拍摄对象OB移动的情况下的振幅图像的分辨率。该波形W1C表示坐标的扩展比上述的波形W1B小，分辨率提高，即使在拍摄对象OB移动的情况下，也能够得到与基准例同等的分辨率。

[关于相位图像的实验结果的一个例子]

图18是表示拍摄图像IP的像素数的比较的另一个例子的图。图18(a)表示拍摄部11的拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况下的拍摄部11的拍摄图像IP(图像PIC9)的一个例子。图18(b)表示拍摄部11的拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少的情况下的拍摄部11的拍摄图像IP(图像PIC10)的一个例子。在此，作为具有与拍摄对象OB的周围(例如空气AIR)的相位不同的相位的物体的一个例子，将薄的玻璃(例如玻璃罩CG)作为拍摄对象OB。如该一个例子所示，在拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少的情况下(图18(b))，与拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况(图18(a))相比，拍摄图像IP的视场角窄。即，在拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少的情况下，拍摄图像IP的分辨率低。

图19是表示拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况下的散射光SL的振幅图像以及相位图像的一个例子的图。图19(a)是拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况下的散射光SL的振幅图像(图像PIC11)的一个例子。图19(b)是拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况下的散射光SL的相位图像(图像PIC12)的一个例子。该图表示拍摄部11的拍摄元件的像素数比较多的情况、即分辨率高的情况下的散射光SL的振幅图像和相位图像。

图20是表示拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少的情况下的、由生成部12生成的散射光SL的振幅图像以及相位图像的一个例子的图。即，该图表示拍摄部11的拍摄元件的像素数比较少的情况、即分辨率低的情况下的散射光SL的振幅图像(图像PIC13)以及相位图像(图像PIC14)。生成部12通过上述的(方法2)生成散射光SL的振幅图像和相位图像。在该(方法2)的情况下，如上所述，生成部12不进行|g|²的元素的插值。图20(a)是未进行|g|²的元素的插值的情况下的散射光SL的振幅图像的一个例子。图20(b)是未进行|g|²的元素的插值的情况下的散射光SL的相位图像的一个例子。

即使在拍摄部11的分辨率比较低的情况下(图20所示的情况)，也能够得到与拍摄部11的分辨率比较高的情况(图19所示的情况)同等的分辨率的振幅图像和相位图像。

在此，作为比较对象，在图21中示出了上述的(方法1)、即以往方法所进行的运算结果的一个例子。

图21是表示基于以往方法的散射光SL的振幅图像(图像PIC15)以及相位图像(图像PIC16)的一个例子的图。根据以往方法，振幅图像以及相位图像均与本实施方式的生成部12的情况下(图20的情况)相比分辨率较低。

图22是表示按时间序列生成的振幅图像和相位图像的另一个例子的图。图22(a)表示在图18(a)所示的条件下，即拍摄部11的拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况下生成的振幅图像和相位图像的一个例子。图22(b)及图22(c)均表示在图18(b)所示的条件下，即在拍摄部11的拍摄元件的像素数比散射板MP的散射区域数少的情况下生成的振幅图像及相位图像的一个例子。这里，图22(b)表示通过上述的(方法1)即以往的方法生成的振幅图像以及相位图像的一个例子。图22(c)表示通过上述(方法2)即本实施方式的生成部12采用的方法而生成的振幅图像以及相位图像的一个例子。

如上所述，本实施方式的拍摄部11的分辨率低于由生成部12执行的稀疏约束运算的分辨率。即，本实施方式的拍摄部11的像素数比散射板MP的散射区域数少。换言之，拍摄部11的拍摄元件的像素数比拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况少。本实施方式的拍摄部11，与拍摄元件的像素数与散射板MP的散射区域数一致的情况(图22(a))相比，拍摄动作高速化(图22(c))。

通过作为以往方法的(方法1)生成的振幅图像和相位图像(图22(b))与通过(方法2)生成的振幅图像和相位图像(图22(c))相比分辨率低。即，本实施方式的生成部12能够生成分辨率比以往方法高的振幅图像以及相位图像。

图23是表示相位图像的分辨率的比较结果的一个例子的图。在该图中，表示相位图像所示的拍摄对象OB的坐标与相位的关系。将拍摄元件与本实施方式的拍摄部11的拍摄元件相比为高分辨率的情况下的波形表示为波形W2A以及波形W2B。

其中，波形W2A表示图22(a)中的、拍摄对象OB停止的情况下的相位图像的分辨率。该波形W2A是相位图像的分辨率的基准例。

波形W2B表示图22(a)中的、拍摄对象OB移动的情况下的相位图像的分辨率。在拍摄元件与本实施方式的拍摄部11的拍摄元件相比为高分辨率的情况下，拍摄动作的速度较慢，因此在图像中产生抖动。该波形W2B与上述的波形W2A相比，基准坐标(在该一个例子中为0(零))中的相位的变化不明确，与基准例相比分辨率降低。

在本实施方式的拍摄部11的分辨率的情况下，通过上述的(方法2)即本实施方式的生成部12采用的方法生成相位图像时(即，图22(c)的情况)的波形表示为波形W2C。波形W2C表示图22(c)中的、拍摄对象OB移动的情况下的相位图像的分辨率。该波形W2C表示相位的变化比上述的波形W2B明确，即分辨率提高，即使在拍摄对象OB移动的情况下，也能够得到与基准例同等的分辨率。

如以上说明的那样，本实施方式的电磁波相位振幅生成装置100-2通过降低拍摄部11的像素数来使动作高速化，并且不对像素值进行插值地生成振幅图像以及相位图像，由此能够提高振幅图像以及相位图像的分辨率。即，本实施方式的电磁波相位振幅生成装置100-2能够兼顾动作的高速化和提高生成的振幅图像以及相位图像的分辨率。

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细叙述，但具体的结构并不限定于该实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行适当变更。

另外，上述的电磁波相位振幅生成装置100在内部具有计算机。而且，上述装置的各处理的过程以程序的形式存储在计算机可读取的记录介质中，通过计算机读出并执行该程序，来进行上述处理。在此，计算机可读取的记录介质是指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。另外，也可以通过通信线路向计算机发送该计算机程序，接收到该发送的计算机执行该程序。

另外，上述程序也可以是用于实现上述功能的一部分的程序。

进而，也可以是能够通过与已经记录在计算机系统中的程序的组合来实现上述功能的所谓差分文件(差分程序)。

符号说明

10终端装置，11拍摄部，12生成部，13显示部，14操作检测部，15图像取得部，16存储部，100电磁波相位振幅生成装置，RL照射部，REW照射光，SL散射光，MP散射板。