CN106063259A - 成像设备、可变光圈装置、成像方法和程序 - Google Patents

成像设备、可变光圈装置、成像方法和程序 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种能够在小机构下进行多光谱成像的成像设备、可变光圈装置、成像方法和的程序。所述成像设备包括：图像传感器，所述图像传感器捕捉对象的图像；光学系统，所述光学系统利用来自所述对象的光在所述图像传感器上形成图像；以及可变光圈机构，所述可变光圈机构限制通过所述光学系统的光的量。所述可变光圈机构包括：光圈叶片，所述光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸；以及滤光器，所述滤光器被提供给所述光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光。在被提供给所述光圈叶片中的至少一个的所述滤光器被除了所述滤光器的所述光圈叶片之外的一个所述光圈叶片遮蔽的状态下，将所述光圈叶片驱动至所述光圈具有预定尺寸的位置处。驱动设置有预定滤光器的所述光圈叶片，从而使所述预定滤光器以预定定时顺序地覆盖所述光圈。本技术可以应用于，例如，包括可变光圈机构的成像设备。

Description

成像设备、可变光圈装置、成像方法和程序
技术领域
本公开涉及一种成像设备、可变光圈装置、成像方法和程序，具体涉及一种能够在小机构中进行多光谱成像的成像设备、可变光圈装置、成像方法和程序。
背景技术
在过去，已经将固态图像传感器配置为包括三种原色(即，红色、绿色和蓝色)的滤色器，例如，这些滤色器根据拜耳阵列以逐个像素为基础进行设置。在固态图像传感器中，像素接收由相应滤色器划分的颜色的光，从而可以捕捉三种原色的图像。
与此相反，例如，开发了以下成像设备，在这种成像设备中，像素接收被分成比三种原色更多的颜色的光，从而可以捕捉相应颜色的图像(在下文中，视情况称为多光谱图像)。
例如，开发了一种采用分光系统的成像设备。这种成像设备包括多个图像传感器，并且利用分束器来分光，以利用具有通过固定至相应图像传感器的滤色器的多种颜色的光来捕捉多光谱图像。进一步地，例如，开发了一种采用时分系统的成像设备。这种成像设备包括设置在一个图像传感器前面以便机械可切换的滤色器，并且顺序地切换这些滤色器以捕捉多光谱图像。
顺便提及，例如，专利文件1公开了一种成像设备，该成像设备在单个光学系统中同时捕捉视差图像，具有将绿色器安装至可变光圈叶片的配置。然而，专利文件1并未公开以时分方式驱动这些绿色器的配置。
专利文件1：日本专利申请特开2003-134533号公报
发明内容
本发明需要解决的问题
上述的采用分光系统的成像设备需要包括与光的划分的数量对应的图像传感器，这导致会担心增加设备尺寸和成本。此外，增加了多层薄膜的数量，这使得难以满足规格的准确性。进一步地，上述的采用时分系统的成像设备也需要包括用于通过旋转系统、滑动系统等来切换滤色器的机构。这导致不仅会担心增加设备尺寸还会担心增加功耗，由于存在磨损等，这成为了导致故障的原因。
为此，已经存在对能够在小机构中实现多光谱成像的成像设备的需求
鉴于这种情况已经提出了本公开，并且本公开能够在小机构中实现多光谱成像。
解决问题的方式
根据本公开的一个方面，提供了一种成像设备，其包括：图像传感器，该图像传感器捕捉对象的图像；光学系统，该光学系统利用来自对象的光在图像传感器上形成图像；以及可变光圈机构，该可变光圈机构限制通过光学系统的光的量，该可变光圈机构包括：光圈叶片，该光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸，以及滤光器，该滤光器被提供给光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光；在被提供给光圈叶片中的至少一个的滤光器被除了滤光器的光圈叶片之外的一个光圈叶片遮蔽的状态下，将光圈叶片驱动至光圈具有预定尺寸的位置处；驱动设置有预定滤光器的光圈叶片，从而使预定滤光器以预定定时顺序地覆盖光圈。
根据本公开的一个方面，提供了一种可变光圈装置，该可变光圈装置限制通过成像设备的光学系统的光的量，该成像设备包括捕捉对象的图像的图像传感器和利用来自对象的光在图像传感器上形成图像的光学系统，该可变光圈装置包括：光圈叶片，该光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸；以及滤光器，该滤光器被提供给光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光；在被提供给光圈叶片中的至少一个的滤光器被除了滤光器的光圈叶片之外的一个光圈叶片遮蔽的状态下，将光圈叶片驱动至光圈具有预定尺寸的位置处；并且，驱动设置有预定滤光器的光圈叶片，从而使预定滤光器以预定定时顺序地覆盖光圈。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于成像设备的成像方法，该成像设备包括：图像传感器，该图像传感器捕捉对象的图像；光学系统，该光学系统利用来自对象的光在图像传感器上形成图像；以及可变光圈机构，该可变光圈机构限制通过光学系统的光的量，该可变光圈机构包括：光圈叶片，该光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸，以及滤光器，该滤光器被提供给光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光，该成像方法包括以下步骤：在被提供给光圈叶片中的至少一个的滤光器被除了滤光器的光圈叶片之外的一个光圈叶片遮蔽的状态下，将光圈叶片驱动至光圈具有预定尺寸的位置处；以及，驱动设置有预定滤光器的光圈叶片，从而使预定滤光器以预定定时顺序地覆盖光圈。
在本公开的一个方面中，在被提供给光圈叶片中的至少一个的滤光器被除了滤光器的光圈叶片之外的一个光圈叶片遮蔽的状态下，将光圈叶片驱动至光圈具有预定尺寸的位置处；并且，驱动设置有预定滤光器的光圈叶片，从而使预定滤光器以预定定时顺序地覆盖光圈。
发明效果
根据本公开的一个方面，可以在小机构中进行多光谱成像。
附图说明
图1是应用本技术的成像设备的第一实施例的配置示例的框图。
图2是可变光圈机构的配置的示意图。
图3是描述滤光器被相邻光圈叶片遮蔽的状态的示意图。
图4是示出在多光谱成像中将滤光器顺序地设置在最小光圈状态下的光圈处的状态的示意图。
图5是描述通过相应滤光器的波长范围的示意图。
图6是示出可变光圈机构的状态的示意图。
图7是描述成像设备的成像处理的流程图。
图8是示出应用本技术的成像设备的第二实施例的配置示例的框图。
图9是示出可变光圈机构的配置的示意图。
图10是示出滤光器转换器的第一配置示例的示意图。
图11是示出滤光器转换器的第二配置示例的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图对应用本技术的具体实施例进行详细描述。
图1是应用本技术的成像设备的第一实施例的配置示例的框图。
在图1中，成像设备11包括第一光学系统21、第二光学系统22、可变光圈机构23、图像传感器24、放大单元25、信号处理单元26、控制单元27和驱动单元28。进一步地，如图1的虚线所示，在成像设备11中，通过第一光学系统21和第二光学系统22来聚集来自作为成像目标的对象的光，从而捕捉该对象的图像。
第一光学系统21和第二光学系统22构成用于聚集来自对象的光以在图像传感器24的光接收表面上形成图像的光学系统。第一光学系统21和第二光学系统22包括多个透镜，诸如，聚焦透镜、变焦透镜、校正透镜和成像透镜。第一光学系统21相对于可变光圈机构23设置在对象侧。第二光学系统22相对于可变光圈机构23设置在图像传感器24上。
可变光圈机构23设置在第一光学系统21与第二光学系统22之间，并且限制通过由第一光学系统21和第二光学系统22构成的光学系统的光的量。例如，可变光圈机构23包括光圈叶片(见稍后将要描述的图2)。通过改变由这些光圈叶片形成的光圈的尺寸，可以调节通过光学系统的光的量。
图像传感器24为，例如，CCD(电荷耦合装置)或者CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器。图像传感器24捕捉形成于光接收表面上的对象的图像并且输出结果图像信号，在该光接收表面上形成有多个像素。进一步地，图像传感器24可以利用已经通过光学系统的光来曝光像素，以改变在像素中进行光电转换期间的曝光时间(快门速度)。图像传感器24根据控制单元27的控制针对曝光时间进行成像。
放大单元25根据控制单元27的控制以一定放大系数对从图像传感器24输出的图像信号进行放大，然后将图像信号提供给信号处理单元26。
信号处理单元26对由放大单元25放大的图像信号进行信号处理，诸如白平衡调整和伽马校正，并且将信号输出至后续阶段中的电路(未示出)。
控制单元27控制成像设备11的块进行成像处理以捕捉对象的图像。例如，当使用者对操作单元(未示出)进行操作以指定成像设备11的成像模式时，控制单元27进行控制以便在指定的成像模式下捕捉图像。
驱动单元28包括用于驱动构成可变光圈机构23的多个光圈叶片的致动器、用于传输致动器的动力的机构等。驱动单元28根据控制单元27的控制来驱动这些光圈叶片。
在如上述配置的成像设备11中，例如，当使用者操作快门按钮时，控制单元27使驱动单元28驱动可变光圈机构23从而使可变光圈机构23具有与对象此时的亮度对应的适当光圈，并且使图像传感器24曝光预定的曝光时间。利用这种配置，成像设备11可以捕捉与设置在图像传感器24的光接收表面上的RGB(红色、绿色和蓝色三种原色)的滤色器对应的三种原色的图像(在下文中视情况称为标准成像)。
进一步地，除了这种标准成像之外，成像设备11可以捕捉具有比三种原色更多的颜色的光谱图像(在下文中视情况称为多光谱成像)。具体地，如图2所示，构成可变光圈机构23的光圈叶片32设置有滤光器33。滤光器33传输在特定波长范围内的光。成像设备11可以利用具有已经通过相应滤光器33的波长的光来进行成像。
接着，将参照图2对可变光圈机构23的配置进行描述。
如图2所示，可变光圈机构23包括可变光圈外框31和附接至可变光圈外框31的六个光圈叶片32-1至32-6。这六个光圈叶片32-1至32-6分别设置有六个滤光器33-1至33-6。图2示出了在由光圈叶片32-1至32-6形成的光圈接近于最小光圈的最小光圈状态下的可变光圈机构23。
可变光圈外框31设置有可打开且可关闭的光圈叶片32-1至32-6。将可变光圈外框31安装至成像设备11，从而将由光圈叶片32-1至32-6形成的光圈设置在第一光学系统21和第二光学系统22的光轴上。进一步地，可变光圈外框31包括用于存储在将光圈打开到最大光圈的最大光圈状态下的光圈叶片32-1至32-6的存储空间。可变光圈外框31包含用于打开和关闭光圈叶片32-1至32-6的机构。
将光圈叶片32-1至32-6彼此结合从最大光圈状态驱动至最小光圈状态，以改变应用于图像传感器24的光所通过的光圈的尺寸。进一步地，当光圈处于最小光圈状态下时，可以顺序地、独立地驱动光圈叶片32-1至32-6。例如，如稍后参照图4将描述的，驱动光圈叶片32-1至32-6从而将滤光器33-1至33-6顺序地设置在最小光圈状态下的光圈处。
滤光器33-1至33-6传输在比通过相应RGB颜色的滤色器的波长范围更窄的波长范围内的光，这些滤色器设置在图像传感器24的光接收表面上。进一步地，在从最大光圈状态到最小光圈状态的周期内，将滤光器33-1至33-6设置在被光圈叶片32-1至32-6遮蔽的位置处。在标准成像下，防止光通过滤光器33-1至33-6。例如，被提供给预定光圈叶片32的滤光器33设置在被与预定光圈叶片32相邻的另一个光圈叶片32遮蔽的位置处。
参照图3，将对滤光器33被相邻光圈叶片32遮蔽的状态进行描述。图3示出了将光圈叶片32-1至32-6顺序地逐一设置在最小光圈状态下的相应位置处的状态。
图3的A部分示出了将光圈叶片32-1设置在最小光圈状态下的位置处的状态。图3的B部分示出了将在光圈叶片32-1至32-6设置在最小光圈状态下的位置处的状态。如图3的B部分所示，光圈叶片32-1的滤光器33-1(图3的A部分)被与光圈叶片32-1相邻的光圈叶片32-1遮蔽。
进一步地，图3的C部分示出了将在光圈叶片32-1至32-3设置在最小光圈状态下的位置处的状态。光圈叶片32-2的滤光器33-2(图3的B部分)被与光圈叶片32-2相邻的光圈叶片32-2遮蔽。同样，图3的D部分示出了将光圈叶片32-1至32-4设置在最小光圈状态下的位置处的状态。光圈叶片32-3的滤光器33-3(图3的C部分)被与光圈叶片32-3相邻的光圈叶片32-4遮蔽。
进一步地，图3的E部分示出了将在光圈叶片32-1至32-5设置在最小光圈状态下的位置处的状态。光圈叶片32-4的滤光器33-4(图3的D部分)被与光圈叶片32-4相邻的光圈叶片32-5遮蔽。同样，图3的F部分示出了将光圈叶片32-1至32-6设置在最小光圈状态下的位置处的状态。光圈叶片32-5的滤光器33-5(图3的E部分)被与光圈叶片32-5相邻的光圈叶片32-6遮蔽。此外，光圈叶片32-6的滤光器33-6被与光圈叶片32-6相邻的光圈叶片32-1遮蔽。
通过这种方式，在从最大光圈状态到最小光圈状态的周期内，遮蔽了滤光器33-1至33-6。当成像设备11进行滤光器33-1至33-6会被遮蔽的标准成像时，利用通过光圈的光来进行成像。同时，当成像设备11进行多光谱成像时，将滤光器33-1至33-6顺序地设置在最小光圈状态下的光圈处，从而利用通过滤光器33-1至33-6的光来进行成像。
参照图4，将对在多光谱成像中将滤光器33-1至33-6顺序地设置在最小光圈状态下的光圈处的状态进行描述。
图4的A部分示出了从最小光圈状态驱动光圈叶片32-1从而将滤光器33-1设置在最小光圈状态下的光圈处的状态。进一步地，图4的B部分示出了从最小光圈状态驱动光圈叶片32-2从而将滤光器33-2设置在最小光圈状态下的光圈处的状态。在下文中，同样，图4的C部分示出了将滤光器33-3设置在最小光圈状态下的光圈处的状态，而图4的D部分示出了将滤光器33-4设置在最小光圈状态下的光圈处的状态。进一步地，图4的E部分示出了将滤光器33-5设置在最小光圈状态下的光圈处的状态，而图4的F部分示出了将滤光器33-6设置在最小光圈状态下的光圈处的状态。
通过这种方式，当成像设备11进行多光谱成像时，将滤光器33-1至33-6顺序地设置在最小光圈状态下的光圈处，从而可以利用在通过滤光器33-1至33-6的波长范围内的光以时分的方式来捕捉图像。
例如，参照图5，将对通过相应滤光器33-1至33-6的波长范围进行描述。
图5示出了与光的波长对应的敏感性的差值的光谱敏感性，其中，横轴表示波长，而纵轴表示光谱敏感性。图5示出了红色、绿色和蓝色光的敏感性的峰值分布。
如图5所示，滤光器33-1至33-6分别设置为传输在波长范围W1至W6内的光。波长范围W1至W6是在将可见光范围的预定范围(例如，380nm至780nm)划分成六个范围时获得的。例如，滤光器33-1传输在大约400nm至445nm的波长范围W1内的光，滤光器33-2传输在大约445nm至490nm的波长范围W2内的光，而滤光器33-3传输在大约490nm至535nm的波长范围W3内的光。进一步地，滤光器33-4传输在大约535nm至580nm的波长范围W4内的光，滤光器33-5传输在大约580nm至625nm的波长范围W5内的光，而滤光器33-6传输在大约625nm至670nm的波长范围W6内的光。
通过这种方式，成像设备11通过滤光器33-1至33-6将光划分成波长范围W1至波长范围W6，从而可以利用在相应波长范围内的光以时分的方式来捕捉图像。具体地，例如，成像设备11可以捕获具有比标准RGB滤色器捕捉的图像更高的波长分辨率的图像。
接着，将参照图6对可变光圈机构23的状态进行说明。
图6的A部分示出了在将光圈打开到最大光圈的最大光圈状态下的可变光圈机构23。例如，当对象较暗时，成像设备11将可变光圈机构23设置为最大光圈状态以进行成像。
图6的B部分示出了在将光圈关闭到最小光圈的最小光圈状态下的可变光圈机构23。例如，当对象足够明亮时，成像设备11将可变光圈机构23设置为最小光圈状态以进行成像。
图6的C部分示出了在将预定滤光器33设置在最小光圈状态下的光圈处的状态下的可变光圈机构23。例如，在多光谱成像中，成像设备11将滤光器33设置在最小光圈状态下的光圈处以进行成像。
接着，图7示出了描述成像设备11的成像处理的流程图。
例如，当打开成像设备11时，开始处理。在步骤S11中，控制单元27确定成像模式是设置为用于进行多光谱成像的多光谱成像模式还是用于进行标准成像的标准成像模式。例如，使用者可以通过对操作单元(未示出)进行操作来设置成像模式。
在步骤S11中，当控制单元27确定了成像模式设置为多光谱成像模式时，该处理转到步骤S12。控制单元27控制驱动单元28将可变光圈机构23设置为最小光圈状态。根据该控制，驱动单元28驱动可变光圈机构23的光圈叶片32-1至32-6以将可变光圈机构23设置为最小光圈状态，如图6的B部分所示。
在步骤S13中，控制单元27将放大单元25的放大系数或者图像传感器24的曝光时间设置成适合于多光谱成像模式的值。例如，在多光谱成像中，可变光圈机构23处于最小光圈状态下，并且用通过最小光圈的少量的光来进行成像。因此，捕捉到的图像比较暗。鉴于此，为了使在多光谱成像中捕捉到的图像的亮度可以变得合适，例如，控制单元27将放大单元25的放大系数设置为等于在标准成像中捕捉到的图像的亮度，并且对图像信号进行放大。具体地，放大单元25对图像信号进行放大，从而使图像信号的信号强度与在标准成像中输出的图像信号的信号强度一样大。进一步地，代替放大单元25的放大，例如，可以增加图像传感器24的曝光时间，从而设置较长的曝光。
在步骤S14中，控制单元27确定使用者是否已经进行了快门操作，并且保持该处理直到确定使用者已经进行了快门操作。当使用者按下快门按钮并且从操作单元提供了操作信号时，控制单元27确定已经进行了快门操作。然后，该处理转到步骤S15。
在步骤S15中，控制单元27为捕捉信号N设置1。捕捉信号N是指定在多光谱成像中捕捉到的图像中的第N个图像的参数。例如，当可变光圈机构23设置有图2所示的六个滤波器33-1至33-6时，顺序地为捕捉信号N设置值1至6。
在步骤S16中，控制单元27控制驱动单元28关闭光圈叶片32-1至32-6中的第N个光圈叶片32-N。根据该控制，驱动单元28驱动关闭第N个光圈叶片32-N。如图6的C部分所示，滤光器33-N设置在最小光圈状态下的光圈处。
在步骤S17中，控制单元27控制图像传感器24进行成像。图像传感器24利用在通过设置在可变光圈机构23的光圈处的滤光器33-N的波长范围内的光来进行成像。放大单元25根据在步骤S13中设置的放大系数对从图像传感器24输出的图像信号进行放大，从而经由信号处理单元26输出利用在第N个波长范围内的光捕捉到的图像。
在步骤S18中，控制单元27控制驱动单元28打开光圈叶片32-1至32-6中的第N个光圈叶片32-N。驱动单元28驱动打开第N个光圈叶片32-N。
在步骤S19中，控制单元27确定是否已经利用在所有相应滤光器33-1至33-6的波长范围内的光来进行成像，即，是否通过顺序地关闭光圈叶片32-1至32-6来进行成像。
在步骤S19中，当确定了没有利用在所有相应滤光器33-1至33-6的波长范围内的光来进行成像时，控制单元27将捕捉信号N增加1(N＝N+1)。然后，该处理返回到步骤S16。通过这种方式，利用下一个波长范围的光来进行成像。
同时，在步骤S19中，当控制单元27确定了已经利用在所有相应滤光器33-1至33-6的波长范围内的光来进行成像时(例如，在捕捉信号N为6的情况下)，该处理转到步骤S20。具体地，在这种情况下，利用在所有相应滤光器33-1至33-6的波长范围内的光捕捉到了六个多光谱图像。
在步骤S20中，控制单元27确定成像模式是设置为多光谱成像模式还是标准成像模式。在步骤S20中，当控制单元27确定成像模式设置为多光谱成像模式时，该处理返回到步骤S14，然后重复进行相似的处理。。
同时，在步骤S20中，当控制单元27确定成像模式设置为标准成像模式时，该处理转到步骤S21。控制单元27控制驱动单元初始化可变光圈机构23。从而，驱动单元28取消在步骤12中设置的可变光圈机构23的最小光圈状态，并且控制可变光圈机构23具有与在标准成像中的对象的亮度相对应的光圈。
在步骤S22中，控制单元27初始化放大单元25的放大系数。从而，放大单元25取消在步骤S13中设置的放大系数。控制放大单元25具有与在标准成像中的对象的亮度相对应的放大系数。
在步骤S22的处理之后或者当控制单元27在步骤S11中确定成像模式设置为标准成像模式时，该处理转到步骤S23。控制单元27控制图像设备11的块进行标准成像。具体地，根据对象的亮度，适当地控制可变光圈机构23的光圈的尺寸，控制图像传感器24的曝光时间，并且控制放大单元25的放大系数，从而进行成像。在步骤S23的处理之后，然后结束该处理。
如上所述，成像设备11可以在多光谱成像模式与标准成像模式之间切换以进行成像。多光谱成像使滤光器33-1至330-6能够以预定定时顺序地设置在最小光圈状态下的光圈处，以利用通过相应滤光器33-1至33-6的光以时分的方式捕捉多光谱图像。此时，利用具有波长特性的光来捕捉图像，该波长特性是通过叠加以逐个像素为基础设置在图像传感器24的光接收表面上的三种原色的滤色器的波长特性和滤光器33-1至33-6的波长特性来获得的。
进一步地，通过最小光圈状态下的光圈来捕捉多光谱图像。因此，在来自对象的光中，阻挡了相对于滤光器33的法线具有大入射角(高数值孔径(NA))的光，而使相对于滤光器33的法线具有小入射角(低NA)的光通过滤光器33，从而可以减少滤光器33的入射角依赖性的影响。这种配置可以提高波长精度。
进一步地，成像设备11通过放大单元25对图像信号进行放大，并且因而可以输出信号强度等于标准成像中的信号强度的图像信号。应该注意的是，在成像设备11中，除了增大放大单元25的放大系数之外，例如，延长图像传感器24的曝光时间和增大作为帧积分的图像信号也有可能输出信号强度等于标准成像中的信号强度的图像信号。
进一步地，例如，与相关技术中的成像设备相比较，在不需要增加新的安装部件的情况下，仅通过向可变光圈机构23的光圈叶片32-1至32-6提供滤光器33-1至33-6，成像设备11便可以实现多光谱成像。因此，例如，与通过使用图像传感器利用由分束器分开的光进行成像来实现多光谱成像的成像设备相比较，成像设备11可以在小机构中实现多光谱成像。
应该注意的是，成像设备11具有包括六个滤光器33-至33-6的配置，但是滤光器33的数量不限于六个。滤光器33的数量可以是至少三个(多于标准RGB的情况)或者可以是六个或者六个以上或者六个或者六个以下。进一步地，光圈叶片32-1至32-6不一定全都设置有滤光器33。光圈叶片32的数量和滤光器33的数量可以不同。例如，可以采用如下配置：在六个光圈叶片32-1至32-6中，四个或者五个光圈叶片设置有滤光器33；并且，单个光圈叶片32设置有多个滤光器33。
进一步地，除了传输上述的在图5所示的可见光的波长范围内的光之外，可以将滤光器33设置为传输在除了可见光之外的波长范围内的光(例如，红外光)。
此外，图像传感器24可以具有如下配置：在该配置中，上述的三种原色的滤色器不以逐个像素为基础进行设置。具体地，在这种情况下，图像传感器24具有仅检测亮度信号的配置，并且可以利用具有设置在可变光圈机构23的光圈处的滤光器33-1至33-6的波长特性的光来捕捉图像。
接着，图8是示出应用本技术的成像设备的第二实施例的配置示例的框图。
在图8所示的成像设备11A中，将用相同的附图标记来表示具有图1的成像设备的共同配置，并且将省略对这些共同配置的详细描述。具体地，成像设备11A具有与图1的成像设备11一样的配置：成像设备11A包括第一光学系统21、第二光学系统22、图像传感器24、放大单元25、信号处理单元26、控制单元27和驱动单元28。但是，成像设备11A与图1的成像设备11的不同之处在于成像设备11A包括可变光圈机构23A。
可变光圈机构23A设置在第一光学系统21和第二光学系统22之间。类似于图1的可变光圈机构23，可变光圈机构23A限制通过光学系统的光的量。图1的可变光圈机构23包括六个光圈叶片32-1至32-6，而可变光圈机构23A包括通过叠加三个可变光圈机构23形成的十八个光圈叶片32-1至32-18。
具体地，可变光圈23A包括图9所示的第一可变光圈机构部23A-1、第二可变光圈机构部23A-2和第三可变光驱机构部23A-3，该第一可变光圈机构部23A-1、第二可变光圈机构部23A-2和第三可变光驱机构部23A-3在光轴方向上叠加。第一可变光圈机构部23A-1、第二可变光圈机构部23A-2和第三可变光驱机构部23A-3分别配置为与可变光圈机构23(图2)相似。
换言之，在图9的A部分中所示的第一可变光圈机构部23A-1包括分别设置有六个滤光器33-1至33-6的六个光圈叶片32-1至32-6。进一步地，在图9的B部分中所示的第二光圈机构部23A-2包括分别设置有六个滤光器33-7至33-12的六个光圈叶片32-7至32-12。此外，在图9的C部分中所示的第三可变光圈机构部23A-3包括分别设置有六个滤光器33-12至33-18的六个光圈叶片32-13至32-18。
在可变光圈机构23A中，当光圈处于最小光圈状态下时，顺序地、独立地驱动光圈叶片32-1至32-18，并且将滤光器33-1至33-18设置在最小光圈状态下的光圈处。进一步地，滤光器33-1至33-18分别传输在不同波长范围内的光。
因此，成像设备11A利用通过相应滤光器33-1至33-18的光来进行成像。这使得能够利用在相应窄波长范围内的光来捕捉多光谱图像。
上述实施例已经描述了可变光圈23的光圈叶片32设置有滤光器33的配置。例如，通过使用结合了标准可变光圈机构和滤光器转换器的配置可以进行多光谱成像。
图10和11分别示出结合了标准可变光圈机构和滤光器转换器的配置示例。
在图10的第一配置示例中，结合了标准可变光圈机构23B和旋转滤光器转换器61。
与上述的可变光圈机构23不同，标准可变光圈机构23B不包括滤光器33-1至33-6。滤光器转换器61配置为使包括滤光器33-1至33-6的转台62可围绕旋转部63转动。在多光谱成像中，通过转台62的转动将滤光器33-1至33-6顺序地设置在标准可变光圈机构23B的光圈处，从而可以利用通过相应滤光器33-1至33-6的光来进行成像。进一步地，转台62包括大光圈部64。在标准成像中，将大光圈部64设置在光轴上。
在图11的第二配置示例中，结合了标准可变光圈机构23B和滑动滤光器转换器71。
与上述的可变光圈机构23不同，标准可变光圈机构23B不包括滤光器33-1至33-6。滤光器转换器71配置为使包括滤光器33-1至33-6的板72可滑动。在多光谱成像中，通过板72的滑动将滤光器33-1至33-6顺序地设置在标准可变光圈机构23B的光圈处，从而可以利用通过相应滤光器33-1至33-6的光来进行成像。进一步地，盘72包括大光圈部73。在标准成像中，将大光圈部73设置在光轴上。
应该注意的是，上述参照流程图描述的处理并不一定是顺着流程图中描述的顺序按照时间顺序来处理的，并且还包括并行或者单独执行的处理(例如，并行处理或者由一个目标的处理。)进一步地，可以通过单个CPU来处理程序，或者可以通过多个CPU来分配并且处理程序。
进一步地，可以通过硬件或者软件来执行上述的一系列处理(成像方法)。在通过软件来执行该一系列处理的情况下，从记录有程序的程序记录介质中将构成软件的程序安装在内置有专用硬件的计算机、通过安装各种程序能够执行各种功能的通用个人计算机、和其它计算机中。
例如，图1的控制单元27包括CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、和存储单元诸如非易失性存储器。将存储在ROM或者存储单元中的程序加载至RAM并且由CPU来执行，从而进行上述的一系列处理。进一步地，程序可以预先存储在存储单元中，或者也可以经由通信单元或者可移动介质下载并且然后安装在存储单元中或者进行更新。
应该注意的是，本技术可以具有如下配置：
(1)一种成像设备，其包括：
图像传感器，该图像传感器捕捉对象的图像；
光学系统，该光学系统利用来自对象的光在图像传感器上形成图像；
可变光圈机构，该可变光圈机构限制通过光学系统的光的量，该可变光圈机构包括：
圈叶片，该光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸，以及
滤光器，该滤光器被提供给光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光，
在被提供给光圈叶片中的至少一个的滤光器被除了滤光器的光圈叶片之外的一个光圈叶片遮蔽的状态下，将光圈叶片驱动至光圈具有预定尺寸的位置处，
驱动设置有预定滤光器的光圈叶片，从而使预定滤光器以预定定时顺序地覆盖光圈。
(2)根据(1)所述的成像设备，其中：
在由可变光圈机构的光圈叶片形成的光圈接近于最小光圈的最小光圈状态下，顺序地将滤光器设置在光圈处以进行多光谱成像，在多光谱成像中，以时分的方式利用通过滤光器的光来捕捉图像。
(3)根据(2)所述的图像处理设备，其进一步包括：
对图像信号进行放大的放大单元，在图像传感器捕捉到对象的图像之后，输出图像信号，该放大单元对图像信号进行放大，从而使在多光谱成像中输出的图像信号的信号强度与在进行除了多光谱成像之外的成像时输出的图像信号的信号强度一样大。
(4)根据(2)所述的成像设备，其中：
图像传感器利用来自对象的光增加来曝光时间，从而使在多光谱成像中输出的图像信号的信号强度与在进行除了多光谱成像之外的成像时输出的图像信号的信号强度一样大。
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的成像设备，其中：
对利用未通过可变光圈机构的滤光器的光来捕捉图像的标准成像模式和利用通过可变光圈机构的滤光器的光来捕捉图像的多光谱成像模式进行切换。
(6)根据(1)至(5)中任一项所述的成像设备，其中：
可变光圈机构包括在光学系统的光轴上叠加的可变光圈机构部，可变光圈机构部分别包括：
光圈叶片，该光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸，以及
滤光器，该滤光器被提供给光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光。
(7)根据(1)至(6)中任一项所述的成像设备，其中：
该图像传感器包括三种原色的滤色器，针对在接收来自对象的光的光接收表面上设置的各个像素，将滤色器设置成预定阵列，并且
图像传感器利用具有波长特性的光来捕捉图像，该波长特征是通过叠加在设置在光圈处的滤光器的波长特性上获得的。
(8)根据(1)至(6)中任一项所述的成像设备，其中：
图像传感器利用具有设置在光圈处的滤光器的波长特性的光来捕捉图像。
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的成像设备，其中：
可变光圈机构包括至少三个滤光器，以利用分成至少三个波长范围的光进行成像。
(10)根据(1)至(9)中任一项所述的成像设备，其中：
滤光器传输在比通过三种原色的相应滤色器的光的波长范围更小的波长范围内的光，该滤色器设置在图像传感器的光接收表面上。
(11)根据(1)至(10)中任一项所述的成像设备，其中：
滤光器传输在可见光的波长范围内的光或者在除了可见光之外的波长范围中的特定波长范围内的光。
(12)一种可变光圈装置，该可变光圈装置限制通过成像设备的光学系统的光的量，该成像设备包括捕捉对象的图像的图像传感器和利用来自对象的光在图像传感器上形成图像的光学系统，该可变光圈装置包括：
光圈叶片，该光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸；以及
滤光器，该滤光器被提供给光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光，
在被提供给光圈叶片中的至少一个的滤光器被除了滤光器的光圈叶片之外的一个光圈叶片遮蔽的状态下，将光圈叶片驱动至光圈具有预定尺寸的位置处，
驱动设置有预定滤光器的光圈叶片，从而使预定滤光器以预定定时顺序地覆盖光圈。
(13)一种用于成像设备的成像方法，该成像设备包括：图像传感器，该图像传感器捕捉对象的图像；光学系统，该光学系统利用来自对象的光在图像传感器上形成图像；以及可变光圈机构，该可变光圈机构限制通过光学系统的光的量，该可变光圈机构包括：光圈叶片，该光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸，以及滤光器，该滤光器被提供给光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光，该成像方法包括以下步骤：
在被提供给光圈叶片中的至少一个的滤光器被除了滤光器的光圈叶片之外的一个光圈叶片遮蔽的状态下，将光圈叶片驱动至光圈具有预定尺寸的位置处；以及
驱动设置有预定滤光器的光圈叶片，从而使预定滤光器以预定定时顺序地覆盖光圈。
(14)一种使计算机执行处理的程序，该计算机控制成像设备，该成像设备包括：图像传感器，该图像传感器捕捉对象的图像；光学系统，该光学系统利用来自对象的光在图像传感器上形成图像；以及可变光圈机构，该可变光圈机构限制通过光学系统的光的量，该可变光圈机构包括：光圈叶片，该光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸，以及滤光器，该滤光器被提供给光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光，该处理包括以下步骤：
在被提供给光圈叶片中的至少一个的滤光器被除了滤光器的光圈叶片之外的一个光圈叶片遮蔽的状态下，将光圈叶片驱动至光圈具有预定尺寸的位置处；以及
驱动设置有预定滤光器的光圈叶片，从而使预定滤光器以预定定时顺序地覆盖光圈。
应该注意的是，本公开的实施例并不限于上述实施例，并且在不脱离本公开的主旨的情况下可以进行各种修改。
附图标记说明
11 成像设备
21 第一光学系统
22 第二光学系统
23 可变光圈机构
24 图像传感器
25 放大单元
26 信号处理单元
27 控制单元
28 驱动单元
31 可变光圈外框
32-1至32-6 光圈叶片
33-1至33-6 滤光器
61 滤光器转换器
62 转台
63 旋转部
64 大光圈部
71 滤光器转换器
72 板
73 大光圈部。

Claims (14)

1.一种成像设备，其包括：
图像传感器，所述图像传感器捕捉对象的图像；
光学系统，所述光学系统利用来自所述对象的光在所述图像传感器上形成图像；以及
可变光圈机构，所述可变光圈机构限制通过所述光学系统的光的量，所述可变光圈机构包括：
光圈叶片，所述光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸，以及
滤光器，所述滤光器被提供给所述光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光，
在被提供给所述光圈叶片中的至少一个的所述滤光器被除了所述滤光器的所述光圈叶片之外的一个所述光圈叶片遮蔽的状态下，将所述光圈叶片驱动至所述光圈具有预定尺寸的位置处，
驱动设置有预定滤光器的所述光圈叶片，从而使所述预定滤光器以预定定时顺序地覆盖所述光圈。
2.根据权利要求1所述的成像设备，其中：
在由所述可变光圈机构的所述光圈叶片形成的所述光圈接近于最小光圈的最小光圈状态下，顺序地将所述滤光器设置在所述光圈处以进行多光谱成像，在所述多光谱成像中，以时分的方式利用通过所述滤光器的光来捕捉图像。
3.根据权利要求2所述的成像设备，其进一步包括：
对图像信号进行放大的放大单元，在所述图像传感器捕捉到所述对象的所述图像之后，输出所述图像信号，所述放大单元对所述图像信号进行放大，从而使在所述多光谱成像中输出的所述图像信号的信号强度与在进行除了所述多光谱成像之外的成像时输出的所述图像信号的信号强度一样大。
4.根据权利要求2所述的成像设备，其中：
所述图像传感器利用来自所述对象的所述光来增加曝光时间，从而使在所述多光谱成像中输出的所述图像信号的信号强度与在进行除了所述多光谱成像之外的成像时输出的所述图像信号的信号强度一样大。
5.根据权利要求1所述的成像设备，其中：
对利用未通过所述可变光圈机构的所述滤光器的光来捕捉图像的标准成像模式和利用通过所述可变光圈机构的所述滤光器的光来捕捉图像的多光谱成像模式进行切换。
6.根据权利要求1所述的成像设备，其中：
所述可变光圈机构包括在所述光学系统的光轴上叠加的可变光圈机构部，所述可变光圈机构部分别包括：
光圈叶片，所述光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸，以及
滤光器，所述滤光器被提供给所述光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光。
7.根据权利要求1所述的成像设备，其中：
所述图像传感器包括三种原色的滤色器，针对在接收来自所述对象的所述光的光接收表面上设置的各个像素，将所述滤色器设置成预定阵列，并且
所述图像传感器利用具有波长特性的光来捕捉图像，所述波长特征是通过叠加在设置在所述光圈处的所述滤光器的波长特性上获得的。
8.根据权利要求1所述的成像设备，其中：
所述图像传感器利用具有设置在所述光圈处的所述滤光器的波长特性的光来捕捉图像。
9.根据权利要求1所述的成像设备，其中：
所述可变光圈机构包括至少三个滤光器，以利用分成至少三个波长范围的光进行成像。
10.根据权利要求1所述的成像设备，其中：
所述滤光器传输在比通过三种原色的相应滤色器的光的波长范围更小的波长范围内的光，所述滤色器设置在所述图像传感器的光接收表面上。
11.根据权利要求1所述的成像设备，其中：
所述滤光器传输在可见光的波长范围内的光或者在除了所述可见光之外的波长范围中的特定波长范围内的光。
12.一种可变光圈装置，所述可变光圈装置限制通过成像设备的光学系统的光的量，所述成像设备包括捕捉对象的图像的图像传感器和利用来自所述对象的光在所述图像传感器上形成图像的所述光学系统，所述可变光圈装置包括：
光圈叶片，所述光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸；以及
滤光器，所述滤光器被提供给所述光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光，
在被提供给所述光圈叶片中的至少一个的所述滤光器被除了所述滤光器的所述光圈叶片之外的一个所述光圈叶片遮蔽的状态下，将所述光圈叶片驱动至所述光圈具有预定尺寸的位置处，
驱动设置有预定滤光器的所述光圈叶片，从而使所述预定滤光器以预定定时顺序地覆盖所述光圈。
13.一种用于成像设备的成像方法，所述成像设备包括：图像传感器，所述图像传感器捕捉对象的图像；光学系统，所述光学系统利用来自所述对象的光在所述图像传感器上形成图像；以及可变光圈机构，所述可变光圈机构限制通过所述光学系统的光的量，所述可变光圈机构包括：光圈叶片，所述光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸，以及滤光器，所述滤光器被提供给所述光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光，所述成像方法包括以下步骤：
在被提供给所述光圈叶片中的至少一个的所述滤光器被除了所述滤光器的所述光圈叶片之外的一个所述光圈叶片遮蔽的状态下，将所述光圈叶片驱动至所述光圈具有预定尺寸的位置处；以及
驱动设置有预定滤光器的所述光圈叶片，从而使所述预定滤光器以预定定时顺序地覆盖所述光圈。
14.一种使计算机执行处理的程序，所述计算机控制成像设备，所述成像设备包括：图像传感器，所述图像传感器捕捉对象的图像；光学系统，所述光学系统利用来自所述对象的光在所述图像传感器上形成图像；以及可变光圈机构，所述可变光圈机构限制通过所述光学系统的光的量，所述可变光圈机构包括：光圈叶片，所述光圈叶片调节供来自所述对象的光通过的光圈的尺寸，以及滤光器，所述滤光器被提供给所述光圈叶片中的至少一个并且传输具有预定波长的光，所述处理包括以下步骤：
在被提供给所述光圈叶片中的至少一个的所述滤光器被除了所述滤光器的所述光圈叶片之外的一个所述光圈叶片遮蔽的状态下，将所述光圈叶片驱动至所述光圈具有预定尺寸的位置处；以及
驱动设置有预定滤光器的所述光圈叶片，从而使所述预定滤光器以预定定时顺序地覆盖所述光圈。
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