JP2001186536A - ２板式撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】２板式撮像装置においても、色再現性を良好に
得ることができる２板式撮像装置を提供する。 【解決手段】撮影光学系により形成される光像を信号強
度と色度成分とを測定するために分解し、第１の光成分
からなる光像と、第２の光成分からなる光像とを得る光
学手段と、色成分が既知である色フィルタを用いて前記
第１の光成分からなる光像を空間分割する第１の光学フ
ィルタ手段と、前記光学フィルタ手段を介して空間分割
した光像を撮像し、前記第１の光成分に対応した第１の
画像情報に変換する第１の撮像手段と、画素単位に混在
配置された色フィルタを用いて、前記第２の光成分から
なる光像を空間分割する第２の光学フィルタ手段と、前
記第２の光学フィルタ手段を介して空間分割した光像を
撮像し、前記第２の光成分に対応した第２の画像情報に
変換する第２の撮像手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ＣＣＤイメージセ
ンサ、カメラやビデオカメラなどの撮像素子を２枚用い
て被写体のカラー撮像を行う２板式撮像装置に関し、特
に、カラー画像の再現性に富んだ２板式撮像装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＲＧＢ原色系や補色表色系など
に基づいて光像を分解し、カラー撮像を行うカラー撮像
装置が知られている。このようなカラー撮像装置とし
て、単板式撮像装置と２板式撮像装置が従来から知られ
ている。

【０００３】図５は、従来の単板式と呼ばれる撮像装置
であって、一枚の撮像素子３上に色フィルタを配置して
撮像を行う。この単板式は、それぞれの色フィルタの画
素が得た色画像情報を組み合わせて演算することによ
り、最終的な色画像情報を得るものである。

【０００４】また、図６は、この単板式の改良型のＧ―
Ｒ，Ｂ２板式撮像装置である。輝度信号の主成分のＧ信
号を受光する撮像素子３ｂと、Ｇ信号が分離されたＲ，
Ｂ信号だけを受け取るＲ，Ｂが交互に配列された色フィ
ルタを持つ撮像素子３ａと、により構成されている。図
６において、撮影光学系１の光路上に、平板ガラス１０
が配置される。平板ガラス１０の内部には、貼り合わせ
面が斜めに設けられ、この貼り合わせ面には、Ｇ（緑
色）成分を選択的に反射するＧ反射膜５が形成されてい
る。

【０００５】このＧ反射膜５の反射方向には、撮像素子
３ｂが配置される。一方、Ｇ反射膜の透過方向には、色
フィルタアレイ４を介して撮像素子３ａが配置される。
この色フィルタアレイ４には、Ｒ（赤色）成分を透過す
る微小フィルタと、Ｂ（青色）成分を透過する微小フィ
ルタとが、市松模様状に配列されている。

【０００６】このような構成の２板式撮像装置では、撮
影光学系から入射した被写体光が、Ｇ反射膜５を介し
て、Ｇ成分とＲＢ成分（マゼンダ）とに色分解される。
撮像素子３ｂは、Ｇ成分からなる被写体像を撮像し、Ｇ
成分の画像情報を出力する。一方、撮像素子３ａは、Ｒ
Ｂ成分からなる被写体像を、色フィルタアレイ４を介し
て撮像し、Ｒ成分およびＢ成分からなる画像情報を出力
する。これらの画像情報は、対応する画素位置ごとに重
ね合わされ、出力画像が生成される。

【０００７】色フィルタがアレイ状に色成分（画素）を
配置している場合、色成分を感じるべき色成分が必ずし
も適切な位置に存在しないということが起こる。この色
成分が適切な位置に存在しないという理由により、例え
ば、Ｇ−Ｒ，Ｂ２板式撮像装置ではＲ，Ｂの２ラインの
色成分が互いに補完し合って、色画像情報を完成させ
る。従って、色フィルタのついた撮像装置３ａの配置方
法や色成分の配列方法などによっても、撮影時に再現を
期待している色画像情報を取得することができない。

【０００８】さらに、撮像対象の画像によっては疑色と
呼ばれる本来存在しないはずの色画像情報が出現し、良
好な色再現性を得ることはできない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑みなされたものであって、２板式撮像装置に
おいても、色再現性を良好に得ることができる２板式撮
像装置を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の２板式撮像装置
は、上記課題を解決するために、撮影光学系により形成
される光像を信号強度と色度とを測定するために分解
し、第１の光成分からなる光像と、第２の光成分からな
る光像とを得る光学手段と、色成分が既知である色フィ
ルタを用いて、前記第１の光成分からなる光像を空間分
割する第１の光学フィルタ手段と、前記第１の光学フィ
ルタ手段を介して空間分割した光像を撮像し、前記第１
の光成分に対応した第１の画像情報に変換する第１の撮
像手段と、画素単位に混在配置された色フィルタを用い
て、前記第２の光成分からなる光像を空間分割する第２
の光学フィルタ手段と、前記第２の光学フィルタ手段を
介して空間分割した光像を撮像し、前記第２の光成分に
対応した第２の画像情報に変換する第２の撮像手段とを
備えてなることを特徴とする。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の2板式撮像装置において、前記第１の光学フィルタ手
段は、色フィルタの交換が可能であることを特徴とす
る。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の２板式撮像装置において、前記第１の撮
像手段により得られた第１の画像情報と、前記第２の撮
影手段より得られた第２の画像情報とから、色画像情報
を生成する色生成手段とを備えたことを特徴とする。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１から請
求項３のいずれか１項に記載の２板式撮像装置におい
て、前記第１及び第２の光学フィルタ手段は、色フィル
タがＲＧＢフィルタ又は補色フィルタであることを特徴
とする。

【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項１から請
求項４のいずれか１項に記載の2板式撮像装置におい
て、第１の撮像手段により得られた第１の画像情報と、
第２の撮像手段より得られた第２の画像情報とから、色
画像情報の補正を行う色補正手段を備えたことを特徴と
する。

【００１５】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の２板式撮像装置において、前記色補正手段は、第１の
撮像手段により得られた第１の画像情報と、色成分が既
知の色フィルタの色成分比と、第２の撮像手段により得
られた第２の画像情報とから、未知の画素信号の画素信
号を再配分することにより色画像情報の補正を行うこと
を特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明にお
ける一実施の形態例を説明する。図１は、本発明の２板
式撮像装置の一実施形態例の構成を示す斜視説明図であ
る。撮影光学系１の像空間側には、平板ガラス１０が斜
め向きに配置される。この平板ガラス１０の入射側の面
には、原色成分又は補色成分を反射する公知の反射膜１
０ａが形成されている。また、平板ガラス１０の反射方
向には色フィルタアレイ１３が撮像面を覆っている撮像
素子１１が配置され、平板ガラス１０の透過方向には、
色フィルタアレイ１４が撮像面を覆われた撮像素子１２
が配置される。これらの色フィルタアレイは、撮像素子
の各受光セルに対応して、Ｒ成分を透過する微小フィル
タと、Ｇ成分を透過する微小フィルタと、Ｂ成分を透過
する微小フィルタとが市松模様に配置される。図４は、
本発明の２板式撮像装置の一実施例の構成を示す説明図
である。図で、撮像素子１１の画像出力は、Ａ／Ｄ変換
部１５を介して第１画像メモリ１７に入力され、撮像素
子１２の画像出力は、Ａ／Ｄ変換部１６を介して第２画
像メモリ１８に入力される。第１画像メモリ１７及び第
２画像メモリ１８は、信号処理部１９に接続され、信号
処理部１９の出力端子は、ディスプレイ２０や画像記録
部２１などに接続される。

【００１７】なお、請求項１〜請求項６に記載の発明と
本実施形態例との対応関係については、光学手段は平板
ガラス１０に対応し、第１の撮像手段は撮像素子１１に
対応し、第１の光学フィルタ手段は色フィルタ１３に対
応し、第２の撮像手段は撮像素子１２に対応し、第２の
光学フィルタ手段は色フィルタ１４に対応する。

【００１８】請求項３，請求項５及び請求項６に記載の
発明と本実施形態例との対応関係については、色生成手
段は信号処理部１９の「色画像情報を生成する機能」に
対応し、色補正手段は信号処理部１９の「全画素につい
ての色画像情報を補間して生成する機能」に対応する。

【００１９】以下、本実施形態例の動作を説明する。な
お、説明を簡単にするために、ここでは画像内の４×４
画素部分を中心に述べる。まず、撮影光学系１により結
像される被写体像Ａは、各画素がＲＧＢの光学成分を含
んで構成される。この被写体像Ａは、平板ガラス１０の
反射膜１０ａにより反射され、ＲＧＢからなる反射光像
Ｂを形成する。撮像素子１１は、色フィルタアレイ１３
を介してこの反射光像Ｂを撮像し、ＲＧＢ成分の第１の
画像情報に変換する。この第１の画像情報は、Ａ／Ｄ変
換部１５を介してデジタル変換された後、反射像なので
左右を反転して第１画像メモリ１７に格納される。一
方、被写体像Ａは板ガラス１０の反射膜１０ａを透過
し、この透過光像Ｃを撮像素子１２で色フィルタアレイ
１４を介して撮像し、Ｒ成分、Ｇ成分およびＢ成分の第
２の画像情報に変換する。この第２の画像情報は、Ａ／
Ｄ変換部１６を介してデジタル変換されたのち、第２の
画像メモリ１８に格納される。このような状態で、信号
処理部１９は、第１の画像メモリと第２の画像メモリ１
８とからそれぞれの画像情報を取り込み、色画像情報を
生成する。さらに、これらの画素信号を再配分し、色画
像情報を補正する一実施例を説明する。なお、これらの
処理は、信号処理部１９により処理される。

【００２０】図２、図３に代表的な色フィルタアレイの
構成を示す。数字は、撮像素子上の座標値を表す。図２
において撮像素子１２の座標（３，１）のＲ画素におい
て検知され、第２の画像メモリ１７に格納されているＲ
信号が１．０とする。なお、ＲＧＢをそれぞれ（０．０
〜１．０）の範囲で表記する。また、撮像素子１２の座
標（３，３）のＲ画像において検知され、第２の画像メ
モリ１８に格納されているＲ信号が０．５であるとす
る。この場合２点からサンプリングで演算するものとし
て、急激な色の変化がないものと仮定して、撮像素子１
２の座標（３，２）におけるＲ信号は信号処理部１９に
て、 （１．０＋０．５）÷ ２ ＝ ０．７５ … 式１ と処理される。

【００２１】目的色がＲＧＢ（０．０〜１．０）表記で
（０．６３，０．６６，０．５４）である色フィルタア
レイ１３とする。上記と同一の対象を撮像し、撮像素子
１１の座標（３，２）において第１の画像メモリ１７に
格納されている信号が０．７であったとすると、座標
（３，２）における信号は、 ０．６３×Ｒ＋０．６６×Ｇ＋０．５４×Ｂ ＝ ０．７ ・・・ 式２ と言う式が成立する。一方、撮像素子１２の座標（３，
２）におけるＧ信号が０．３であると、上式は、 ０．６３×Ｒ＋０．６６×０．３＋０．５４×Ｂ ＝ ０．７ ・・・ 式３ となり、 ０．６３×Ｒ＋０．５４×Ｂ ＝ ０．７ − ０．６６×０．３ ＝ ０．５０１９・・・ 式４ となる。さらに、撮像素子１２における座標（２，２）
において、第２の画像メモリ１８に格納されているＢ信
号が０．８、撮像装置１２における座標（４，２）にお
いて第２の画像メモリ１８に格納されているＢ信号が
０．３であるとして、撮像素子１２における座標（３，
２）のＢ信号は、 （０．８＋０．３）÷ ２ ＝ ０．５５ ・・・ 式５ と処理される。これを式４に当てはめると、 ０．６３×０．７５＋０．５４×０．５５ ＝ ０．７６９５・・・ 式６ となる。従って、式４から求められた値である０．５０
１９と、式６から求められた値である０．７６９５とに
より、信号強度比は等しいとして、先に仮定したＲ信号
０．７５及びＢ信号０．５５について信号処理部１９に
て、次の補正を行う。 ０．７５×０．５０１９÷０．７６９５＝０．４８９２ ・・・・式７ ０．５５×０．５０１９÷０．７６５９＝０．３５８８ ・・・・式８ 最終的な座標（３，２）における色信号は、単板式で平
均値による求めた結果である（０．７５，０．３，０．
５５）よりも、再現性の高い（０．４９，０．３，０．
３６）を得ることができる。

【００２２】なお、上述した実施形態例の色画像情報の
補正は、各画素信号の補完処理として、上下または左右
の隣接画素の信号出力を平均化しているが、本発明の補
完処理はこの処理に限定されるものではない。例えば、
上下左右の信号出力を平均化しても良いし。また、隣接
画素する信号出力の内で中間値（メディアン値）を選別
して、補間値としても良い。

【００２３】さらに、上述した実施形態例では、反射膜
１０ａを配置して被写体を分解しているが、一般的に
は、Ｇ成分や所定の分解ルールもしくは光分解ルールに
基づいて光像を分解するものであればよい。例えば、特
定波長の光を選択的に反射する膜を設けても良い。ま
た、ハーフミラーを配置して撮像素子１１側で被写体像
の輝度成分Ｙを直に撮像するようにしても良い。

【００２４】また、上述した実施形態例では、原色タイ
プの色フィルタアレイを使用しているが、この構成に限
定されるものではない。例えば、補色フィルタの色フィ
ルタアレイを使用しても良い。この場合も適当な色度変
換を施すことにより、上述した実施形態例と同様の色画
像情報を生成することができる。さらに、上述の実施形
態例では、市松模様の色フィルタアレイを使用している
が、この構成に限定されるものではない。例えば、スト
ライプ状の色フィルタアレイを使用するような場合で
も、同様の効果を得ることができる。

【００２５】また、上述した実施形態例では、撮像素子
１１，１２の受光セルの配置位置が工学的に一致してい
るが、この構成に限定されるものではない。例えば、配
置位置ずらし、空間画素ずらしを行っても良い。さら
に、上述した実施形態例では、光学手段として平板ガラ
ス１０を使用しているが、この構成に限定されるもので
はない。一般的には、光成分をずらして出射するもので
あれば、光学手段として使用できる。例えば、平板状の
空隙を内部に設けたプリズムなどを光学手段として使用
してもよい。

【００２６】このように、本実施形態例では、光像の同
一画素を本来構成するＲ成分、Ｇ成分およびＢ成分が、
特定目的色フィルタを備えた第１の光学フィルタ手段を
介して、撮像素子１１にそれぞれ到達する。そのため、
撮像素子１２では、同一画素を構成するＲ成分、Ｇ成分
およびＢ成分を個別に撮像することができる。したがっ
て、第１の画像情報、第２の画像情報と色成分強度比と
により、色画像情報を補正し生成することで、より再現
性の高い色画像情報を得ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の２板式
撮像装置によれば、画素信号と色成分が既知の色フィル
タの色成分比とから未知の画素信号の補正を行い、２板
式撮像装置でありながら、より良く色再現された画像を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の２板式撮像装置の一実施形態例の斜視
説明図

【図２】代表的な原色フィルタアレイ

【図３】代表的な補色フィルタアレイ

【図４】本発明の２板式撮像装置の一実施例の構成の説
明図

【図５】単板式撮像装置の構成図

【図６】Ｇ信号分離型の２板式撮像装置の構成図

【符号の説明】 １・・・撮影光学系 ３，３ａ，３ｂ，１１，１２・・・撮像素子 ４，１３，１４・・・色フィルタアレイ ５・・・Ｇ反射膜 １０・・・平板ガラス １０ａ・・・反射膜 １５，１６・・・Ａ／Ｄ変換器 １７・・・第１の画像メモリ １８・・・第２の画像メモリ １９・・・信号処理部 ２０・・・ディスプレイ ２１・・・画像記録部 ２２・・・記録媒体

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮影光学系により形成される光像を信号強
   度と色度とを測定するために分解し、第１の光成分から
   なる光像と、第２の光成分からなる光像とを得る光学手
   段と、色成分が既知である色フィルタを用いて前記第１
   の光成分からなる光像を空間分割する第１の光学フィル
   タ手段と、前記光学フィルタ手段を介して空間分割した
   光像を撮像し、前記第１の光成分に対応した第１の画像
   情報に変換する第１の撮像手段と、画素単位に混在配置
   された色フィルタを用いて、前記第２の光成分からなる
   光像を空間分割する第２の光学フィルタ手段と、前記第
   ２の光学フィルタ手段を介して空間分割した光像を撮像
   し、前記第２の光成分に対応した第２の画像情報に変換
   する第２の撮像手段と、を備えてなることを特徴とする
   2板式撮像装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の2板式撮像装置におい
   て、前記第１の光学フィルタ手段は、色フィルタの交換
   が可能であることを特徴とする2板式撮像装置。
3. 【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の２板式撮像
   装置において、前記第１の撮像手段により得られた第１
   の画像情報と、前記第２の撮影手段より得られた第２の
   画像情報とから、色画像情報を生成する色生成手段とを
   備えたことを特徴とする２板式撮像装置。
4. 【請求項４】請求項１から請求項３のいずれか１項に記
   載の２板式撮像装置において、前記第１及び第２の光学
   フィルタ手段は、色フィルタがＲＧＢフィルタ又は補色
   フィルタであることを特徴とする２板式撮像装置。
5. 【請求項５】請求項１から請求項４のいずれか１項に記
   載の2板式撮像装置において、第１の撮像手段により得
   られた第１の画像情報と、第２の撮像手段より得られた
   第２の画像情報とから、色画像情報の補正を行う色補正
   手段を備えたことを特徴とする2板式撮像装置。
6. 【請求項６】請求項５に記載の２板式撮像装置におい
   て、前記色補正手段は、第１の撮像手段により得られた
   第１の画像情報と、色成分が既知の色フィルタの色成分
   比と、第２の撮像手段により得られた第２の画像情報と
   から、未知の画素信号の画素信号を再配分することによ
   り色画像情報の補正を行うことを特徴とする2板式撮像
   装置。