1980年代初めより結像光学系や照明系、あるいは観察試料自体に加える能動的な変調が処理の本質に関わる「能動型画像処理方式」とその応用の研究を継続している。
　能動型画像処理の処理プロセスは従来型画像処理と異なり、固定雑音にフィルターが作用しない、実時間処理に適するなどの際立った特徴を有している。その一方、統計雑音にもフィルター作用が無い事から、同一観測時間であれば、従来型画像処理と比較して処理像のＳＮ比低下を生じてしまう。
　当初の純粋な「能動型画像処理方式」はＳＮ比改善要請と、1985年に発表された3次元結像理論の影響を受け、徐々に変化を遂げてきた。これらの能動型画像処理手法は、光学顕微鏡、ならびに結像原理を同じくする電子顕微鏡などの結像特性改善に対するユニークな要素技術として位置付けられるものである。下図には研究の流れと、光学顕微鏡や電子顕微鏡の球面収差補正と振幅位相分離結像への応用状況を示した。

　以前より顕微鏡の光学系や照明系、あるいは試料自体に対して能動的な変調操作を加え、得られた観察像を正負荷重付き画像積分する方式の、従来とは異なった「能動型画像処理法」を提案している。
　この正負荷重付き画像積分に、「滞在時間型荷重付け」を採用する事で実時間処理が実現できる。さらにこの正負荷重付き画像積分は、「滞在時間型荷重付け」と「数値型荷重付け」に分担させる事が可能である。処理の信号雑音比を考慮して適切な分担比を定める事が課題となるが、これを能動型画像処理における「最適荷重付け問題」と位置付け最適解を求めた。雑音が信号に依存しない場合、最適解は正負符号付けを除き「純粋滞在時間型荷重付け」を用いる事と結論される。下記の未来開拓学術推進事業「次世代超電子顕微鏡の開発」において実時間化に使用した「滞在時間型荷重付け」は、幸いにも信号雑音比の点で最適解であったことが判る。

　1989年に、焦点位置変調を利用した新しい球面収差補正の基本原理の提案と光学顕微鏡による検証実験を行っている。この球面収差補正方式は、下記の能動型画像処理方式に立脚するもので、透過型顕微鏡の焦点位置変調を行いつつ収集された画像データー列を正負荷重付き画像積分して収差補正振幅・位相分離検出を実現できる。
　光学顕微鏡での検証実験の後、大阪大学と共同して本手法を透過型電子顕微鏡に適用し、世界に先駆け無収差振幅・位相像を得ることに成功した。さらに実時間処理を目指して新たに加速電圧変調を利用した「滞在時間型荷重付け」手法を開発、実用化を行った（日本学術振興会未来開拓学術推進事業「次世代超電子顕微鏡の開発」、平成5−12年、研究代表者 大阪大学 工学部 志水 隆一）。

　焦点位置を第3の座標とみなすN. Streiblの3次元結像理論(1985)によれば、試料の3次元散乱関数実部、虚部成分に対して、独立した3次元光学的伝達関数が定義できる。垂直あるいは傾斜コヒーレント照明の場合、線形結像成分（直接透過波と散乱波の干渉による結像成分）は3次元フーリエ空間上で相接する2つのエバルト球殻上でのみ、結像光学系の波面収差関数により定まる0でない値を持つ。一方、非線形結像成分（散乱波相互の干渉による結像成分）は3次元フーリエ空間上でエバルト球殻外に広く拡がる。
　これらの3次元画像に対し、3次元フーリエ空間上でのフィルタリング操作によって、エバルト球殻上のみの情報を抽出し、結像光学系の複素伝達関数の影響による位相変化を打ち消す事が可能である。言い換えると、波面収差関数が既知であれば、収差補正非線形結像成分除去振幅・位相分離結像が実現される。焦点位置を変化させながら多数の画像収集を行った後、3次元フィルタリングを行う必要があるので実時間処理は困難であるが、上記「次世代超電子顕微鏡の開発」で検証実験を行い、焦点位置変調方式では得られない、非線形成分の除去された鮮明な振幅・位相分離像を得ている。

　上記、N. Streiblの3次元結像理論を基盤にして、結像光学系の詳細な結像特性を表わす結像理論を構築すると共に、これを基に光学顕微鏡や透過型電子顕微鏡を対象とする新しい無収差振幅・位相分離結像手法を提案してきた。
　その一つに、傾斜照明法を発展させた動的ホローコーン照明法と焦点深度拡大処理の組合せがある。これが結像光学系の球面収差に影響されない結像方式であり、2次元フーリエ面での８の字フィルタリング処理と併用して、焦点深度拡大無収差振幅・位相分離結像法として有効に使用できることを初めて指摘した。さらに、透過型顕微鏡と同等の結像原理が透過型走査顕微鏡にも適用可能で、並列処理コンピューターにより実時間化可能であることを指摘した。(特許第3035612号「走査型顕微鏡装置」平成12年2月25日）。
　現在、円環状対物瞳を有する結像・収束光学系の３次元特性解析円環状対物瞳と動的ホローコーン照明法を組み合せた非線形結像効果の除去可能な焦点深度拡大無収差振幅・位相分離結像方式の提案と、走査型透過電子顕微鏡（STEM）に代表される収束電子光学系への適用に関する研究を継続中である。

主要論文の一覧

T. Taya, T. Ikuta, H. Saito, K. Ogai, T. Tanaka and Y takai 2005 Proc. of 5th Int. Conf. on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '05 623-5 "Development of an aberration-free phase imaging system in STEM using a multidetector array"

T. Ikuta 2005 Proc. of 5th Int. Conf. on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '05 582-6 "Influence of spherical aberration in imaging system using annular pupils"

T. Koshikawa, H. Shimizu, R. Amakawa, T. Ikuta, T. Yasue and E. Bauer 2005 J. Phys.: Condensed Matter 17 S1371-80 "New Aberration Correction Method for Photoemission Electron Microscopy by Means of Moving Focus"

川﨑 忠寛、木村吉秀、高井義造、生田孝 2004 顕微鏡 32 207-9 "3次元フーリェフィルタリング法による位相再構成"

T. Koshikawa, H. Shimizu, R. Amakawa, T. Ikuta, T. Yasue and E. Bauer 2004 Proc. of 6th Japan-Russia Seminar on Semiconductor Surfaces 1-11 "New Aberration Correction Method for Photoemission Electron Microscopy by Means of Moving Focus"

T. Koshikawa, T. Yasue, H. Shimizu, T. Ikuta and E. Bauer 2003 Proc. of 4th Int. Conf. on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '03 531-5 "Surface observation by LEEM and high resolution PEEM by moving Focus method"

H. Shimizu, T. Yasue, R. Amakawa, T. Ikuta, E. Bauer and T. Koshikawa 2003 Proc. of 4th Int. Conf. on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '03 569-72 "Development of Aberration-corrected photo emission electron microscope for the highly resolved imaging"

T. Ikuta 2003 Proc. of 4th Int. Conf. on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '03 627-32 "Rejection of nonlinear imaging component in aberration-free phase microscopy"

生田 孝 2002 応用物理 71 389-400 "無収差位相差顕微鏡法に関する新しい理論"（総合報告）

T. Ikuta 2001 Proc. of Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '01 119-22 "Aberration free imaging technique based on focal depth extension"

T. Kawasaki, Y. Takai, T. Ikuta and R. Shimizu 2001 J.Electron Microsc. 50 405-12 "Nano-area electron diffraction pattern reconstructed from three-dimensional Fourier spectrum"

T. Kawasaki, Y. Takai, T. Ikuta and R. Shimizu 2001 Ultramicrosc. 90 47-59 "Wave field reconstruction using three-dimensional Fourier filtering method"

Y. Takai, T. Kawasaki, Y. Kimura, T. Ikuta and R. Shimizu 2001 Phys. Rev. Lett. 87 106105-1 - 106105-4 "Dynamic observation of an atom-sized gold wire by phase electron microscopy"

K. Nishikata, Y. Kimura, Y. Takai, R. Shimizu, T. Ikuta, S. Fujimoto, H. Yumen, and Y. Hashimoto 2001 Optik 112 97-8 "Development of a novel CCD video camera incorporated with operational function for real-time image processing"

H. Utsuro, Y. Takai, T. Ikuta and R. Shimizu 1999 J.Electron Microsc. 48 905-7 "Optimization of voltage axis alignment in high resolution electron microscopy"

Y. Takai, Y. Kimura, T. Ikuta, R Shimizu, Y. Satou, S. Isakozawa and M. Ichihashi 1999 J. Electron Microsc. 48 879-85 "Development of a real-time defocus image modulation processing electron microscope. II. Dynamic observation of spherical aberration free phase image of surface atoms"

Y. Kimura, Y. Takai, T. Kawasaki, R. Shimizu, T. Ikuta, S. Isakozawa, Y. Satou, and M. Ichihashi 1999 J. Electron Microsc. 48 873-6 "Development of a real-time defocus image modulation processing electron microscope. I. Construction"

T. Ikuta 1999 J. Electron Microsc. 48 417-29 "Influence of anti-symmetric wave aberrations and the simple correction filter in the Fourier space"

T. Ikuta 1998 J. Electron Microsc. 47 101-6 "An aberration-free imaging technique based on focal depth extension"

Y. Takai, H. Utsuro, Y.Kimura, T. Ikuta and R. Shimizu 1998 J. Electron Microsc. 47 419-26 "Preliminary experiments for development of real-time defocus-image modulation processing electron microscope"

T. Kawasaki, H. Utsuro, Y. Takai, T. Ikuta and R. Shimizu 1998 Proc. 14th Int. Conf. on Electron Microscopy 1 151-2 "Reconstruction of spherical aberration-free images by three-dimensional filtering"

H. Utsuro, T. Ando, Y. Kimura, Y. Takai, T. Ikuta and R. Shimizu 1998 Proc. 14th Int. Conf. on Electron Microscopy 1 179-80 "Super-resolved wavefield restoration by defocus image modulation processing under hollow-cone illumination"

T. Kawasaki, H. Utsuro, Y. Takai, T. Ikuta and R. Shimizu 1998 Proc. 14th Int. Conf. on Electron Microscopy 1 151-2 "Reconstruction of spherical aberration-free images by three-dimensional filtering"

T. Ikuta 1998 Proc. 14th Int. Conf. on Electron Microscopy 1 149-50 "Influence of anti-symmetric wave aberrations and its correction in the Fourier space"

Y. Takai, H. Utsuro, T. Kawasaki, T. Ando, Y. Kimura, T. Ikuta, R Shimizu, Y. Sato, S. Isakozawa and M. Ichihashi M 1998 Proc. 14th Int. Conf. on Electron Microscopy 1 115-118 "Development of real-time defocus-image modulation processing electron microscope: Construction and applications"

H. Utsuro, T. Ando, Y. Takai, R. Shimizu, and T. Ikuta 1997 Optik 107 67-72 "High-resolution spherical-aberration-free phase imaging by defocus image modulation processing under hollow-cone illumination: Experimental confirmation by optical microscopy"

T. Ando, H. Utsuro, T. Ikuta, Y. Kimura, Y. Takai and R. Shimizu 1997 Optik 104 163-5 "A practical method for real-time active modulation electron microscopy - Optimization of driving-signal for active accelerating-voltage modulation"