JP2006058511A - Imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィルムカメラやデジタルカメラ等のカラー画像撮像装置に係り、特に、高い色再現性を実現したカラー画像撮像装置に関する。 The present invention relates to a color image capturing apparatus such as a film camera or a digital camera, and more particularly to a color image capturing apparatus that realizes high color reproducibility.
被写体のカラー画像を撮像する場合、被写体を照明する光源の分光特性に応じて撮像画像を補正する必要がある。例えば、従来のデジタルカメラの場合、撮像したカラー画像を構成する赤色(R),緑色(G),青色(B)の各色のレベル差を検出し、レベル差が零となるように各色の利得を調整している。この調整はホワイトバランス調整と呼ばれ、広く採用されている。しかし、ホワイトバランス調整を行っただけでは、撮像画像の色再現性が十分でないという問題がある。 When capturing a color image of a subject, it is necessary to correct the captured image according to the spectral characteristics of the light source that illuminates the subject. For example, in the case of a conventional digital camera, the level difference of each color of red (R), green (G), and blue (B) constituting a captured color image is detected, and the gain of each color is set so that the level difference becomes zero. Is adjusted. This adjustment is called white balance adjustment and is widely adopted. However, there is a problem that the color reproducibility of the captured image is not sufficient only by performing the white balance adjustment.
そこで従来は、例えば下記特許文献1に記載されている様に、ホワイトバランス調整に加え、複数種類の色温度変換フィルタを用意し、照明光源の分光特性に応じて最適な色温度変換フィルタを選択しこれを撮像装置の光路中に挿入する構成を採用している。 Therefore, conventionally, for example, as described in Patent Document 1 below, in addition to white balance adjustment, a plurality of types of color temperature conversion filters are prepared, and an optimum color temperature conversion filter is selected according to the spectral characteristics of the illumination light source. A configuration is adopted in which this is inserted into the optical path of the imaging device.
色温度変換フィルタを用いることで、撮像画像の色再現性を向上させることができる。しかし、色温度変換フィルタを搭載した従来の撮像装置は、複数種類の色温度変換フィルタを用意すると共に、その中から撮影状況に応じて最適な色温度変換フィルタを選択する制御系を設けているため、装置が大型化すると共に製造コストが嵩んでしまうという問題がある。ユーザがマニュアル操作により色温度変換フィルタを選択する構成にすることも可能であるが、照明光源の分光特性に合わせて色温度変換フィルタを選択するには熟練が必要であり、非熟練者には困難である。 By using the color temperature conversion filter, the color reproducibility of the captured image can be improved. However, a conventional imaging device equipped with a color temperature conversion filter is provided with a plurality of types of color temperature conversion filters and a control system for selecting an optimum color temperature conversion filter from among them according to the shooting situation. For this reason, there is a problem that the apparatus becomes large and the manufacturing cost increases. Although it is possible for the user to select the color temperature conversion filter by manual operation, skill is required to select the color temperature conversion filter according to the spectral characteristics of the illumination light source. Have difficulty.
本発明の目的は、色再現性の優れた小型且つ低コストのカラー画像撮像装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a small-sized and low-cost color image capturing apparatus having excellent color reproducibility.
本発明のカラー画像撮像装置は、レンズを通して得られた被写体光像を撮像手段で撮像するカラー画像撮像装置において、前記撮像手段の光入力側に色温度変換フィルタを固定設置したことを特徴とする。 The color image capturing apparatus of the present invention is characterized in that a color temperature conversion filter is fixedly installed on the light input side of the image capturing means in the color image capturing apparatus that captures the subject light image obtained through the lens by the image capturing means. .
本発明のカラー画像撮像装置の前記色温度変換フィルタは、各種光源に対して色温度変換フィルタ無しの状態より色再現性が向上する特性を有することを特徴とする。 The color temperature conversion filter of the color image pickup apparatus of the present invention is characterized in that color reproducibility is improved with respect to various light sources as compared with a state without the color temperature conversion filter.
本発明のカラー画像撮像装置の前記色温度変換フィルタは、波長λ〔nm〕の分光透過率をT(λ)としたとき、1.3≦T(450)/T(540)≦1.8の特性を有することを特徴とする。 The color temperature conversion filter of the color image pickup device of the present invention has 1.3 ≦ T (450) / T (540) ≦ 1.8, where T (λ) is the spectral transmittance of the wavelength λ [nm]. It is characterized by having the following characteristics.
本発明のカラー画像撮像装置の前記色温度変換フィルタは、波長λ〔nm〕の分光透過率をT(λ)としたとき、1.3≦T(540)/T(610)≦1.5の特性を有することを特徴とする。 The color temperature conversion filter of the color image pickup device of the present invention has 1.3 ≦ T (540) / T (610) ≦ 1.5, where T (λ) is the spectral transmittance of the wavelength λ [nm]. It is characterized by having the following characteristics.
本発明のカラー画像撮像装置の前記色温度変換フィルタは、波長λ〔nm〕の分光透過率をT(λ)としたとき、1.7≦T(450)/T(610)≦3.0の特性を有することを特徴とする。 The color temperature conversion filter of the color image pickup apparatus of the present invention has 1.7 ≦ T (450) / T (610) ≦ 3.0, where T (λ) is the spectral transmittance of wavelength λ [nm]. It is characterized by having the following characteristics.
本発明のカラー画像撮像装置は、前記撮像手段が固体撮像素子であることを特徴とする。 The color image pickup apparatus of the present invention is characterized in that the image pickup means is a solid-state image pickup device.
本発明のカラー画像撮像装置は、前記固体撮像素子から出力される撮像画像データに対してホワイトバランス調整を行う信号処理手段を備えることを特徴とする。 The color image capturing apparatus according to the present invention includes signal processing means for performing white balance adjustment on captured image data output from the solid-state image sensor.
本発明のカラー画像撮像装置は、前記撮像手段がフィルムであることを特徴とする。 The color image pickup apparatus of the present invention is characterized in that the image pickup means is a film.
本発明では、各種照明光源に対して撮像画像の色再現性を向上させる色温度変換フィルタを光学系内の光路中に固定設置したため、色再現性の優れたカラー画像撮像装置を小型且つ低コストで実現できる。 In the present invention, since the color temperature conversion filter for improving the color reproducibility of the captured image with respect to various illumination light sources is fixedly installed in the optical path in the optical system, a color image capturing apparatus having excellent color reproducibility is reduced in size and cost. Can be realized.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るカラー画像撮像装置の一例であるデジタルスチルカメラのブロック構成図である。尚、デジタルスチルカメラに限らず、デジタルビデオカメラや携帯電話機搭載のデジタルカメラ等にも本発明を適用可能であり、また、図1に示す光学系の部分を搭載したフィルムカメラにも本発明を適用可能である。 FIG. 1 is a block diagram of a digital still camera as an example of a color image capturing apparatus according to an embodiment of the present invention. The present invention can be applied not only to a digital still camera but also to a digital video camera, a digital camera mounted on a mobile phone, and the like, and the present invention is also applied to a film camera mounted with an optical system portion shown in FIG. Applicable.
図1に示すデジタルスチルカメラは、撮影レンズ8と、CCDやCMOS等の固体撮像素子9と、この両者の間に設けられた、絞り10と、赤外線カットフィルタ11と、詳細は後述する色温度変換フィルタ12と、光学ローパスフィルタ13とを備える。
The digital still camera shown in FIG. 1 includes a photographing
本発明では一種類の色温度変換フィルタ12しか用いず、撮影レンズ8に入射した被写体像は必ずこの色温度変換フィルタ12を通った後に固体撮像素子9で光電変換される。色温度変換フィルタ12を光路中に固定設置する場所は、図示する例では赤外線カットフィルタ11と光学ローパスフィルタ13との間であるが、固体撮像素子9の光入力側であればどこでもよい。
In the present invention, only one type of color
デジタルスチルカメラの全体を制御するCPU15は、フラッシュ用の発光部16及び受光部17を制御し、また、レンズ駆動部18を制御して撮影レンズ8の位置をフォーカス位置に調整し、絞り駆動部19を介し絞り10の開口量を制御して露光量が適正露光量となるように調整する。
The
また、CPU15は、撮像素子駆動部20を介して固体撮像素子9を駆動し、撮影レンズ8や各フィルタ11,12,13を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。また、CPU15には、操作部21を通してユーザの指示信号が入力され、CPU15はこの指示に従って各種制御を行う。
Further, the
操作部21はシャッタボタン(レリーズボタン)を含み、シャッタボタンが半押し状態(スイッチS1)になったときにフォーカス調整や露光調整が為され、シャッタボタンが全押し状態(スイッチS2)になると、撮像が行われる。
The
デジタルスチルカメラの電気制御系は、固体撮像素子9の出力に接続されたアナログ信号処理部22と、このアナログ信号処理部22から出力されたRGBの色信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路23とを備え、これらはCPU15によって制御される。
The electric control system of the digital still camera includes an analog
更に、このデジタルスチルカメラの電気制御系は、メインメモリ24に接続されたメモリ制御部25と、ホワイトバランス調整やガンマ補正等を行うデジタル信号処理部26と、撮像画像をJPEG画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部27と、後述の測光データを積算してホワイトバランスのゲインを調整させる積算部28と、着脱自在の記録媒体29が接続される外部メモリ制御部30と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部31が接続される表示制御部32とを備え、これらは、制御バス33及びデータバス34によって相互に接続され、CPU15からの指令によって制御される。
Furthermore, the electric control system of the digital still camera includes a
斯かる構成のデジタルスチルカメラでは、シャッタボタン半押し状態のときに固体撮像素子9から動画状態で出力される画像データを測光データとしてデジタル信号処理部26がアナログ信号処理部22及びA/D変換回路23を介して取り込み、データ処理する。このデータ処理結果により、CPU15は、レンズ8のフォーカス位置を調整し、絞り10を開閉して露光量を調整する。
In the digital still camera having such a configuration, the digital
また、積算部28は、測光データ中のR成分,G成分,B成分の積算を行い、積算結果をデジタル信号処理部26に渡し、デジタル信号処理部26は、R成分の積算値とG成分の積算値とB成分の積算値とが等しくなるようにR,G,B信号の各ゲインを決定する。
Further, the integrating
シャッタボタンが全押しされると、固体撮像素子9から静止画像データがアナログ信号処理部22及びA/D変換回路23を介してデジタル信号処理部26に出力される。デジタル信号処理部26は、この画像データを構成するR信号,B信号,G信号に対し、上記の測光データから求めたR信号用ゲイン,G信号用ゲイン,B信号用ゲインを乗算してホワイトバランス調整を行い、その他、ガンマ補正やRGB/YC変換処理等を施して輝度信号と色差信号でなる静止画像データを生成し、圧縮伸長処理部27はこの静止画像データをJPEGデータに圧縮し、外部メモリ制御部30がJPEGデータを記録媒体29に格納する。
When the shutter button is fully pressed, still image data is output from the solid-
次に、本実施形態のデジタルスチルカメラに搭載した色温度変換フィルタ12について説明する。
Next, the color
カラー画像撮像装置で被写体を撮像するときに用いられる照明光源には、一般に、A光源,C光源,D50光源,D55光源,D65光源,D75光源等がある。図2は、これら各光源における波長と強度の関係を示すグラフである。人間の目が青色と感じる波長は450nm付近であり、緑色と感じる波長は540nm付近、赤色と感じる波長は610nm付近であるが、図2から分かる通り、光源によって、青色が強かったり、赤色が強かったりする。 Illumination light sources used when a subject is imaged by a color image capturing apparatus generally include an A light source, a C light source, a D50 light source, a D55 light source, a D65 light source, a D75 light source, and the like. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the wavelength and intensity of each light source. The wavelength that human eyes perceive as blue is around 450 nm, the wavelength perceived as green is around 540 nm, and the wavelength perceived as red is around 610 nm. As can be seen from FIG. Or
被写体を色再現性よく撮像するには、赤っぽい照明光源の元では青っぽい色温度変換フィルタを使用し、青っぽい照明光源の元では赤っぽい色温度変換フィルタを使用するのが好ましい。しかし、本実施形態では、1つの色温度変換フィルタ12をカラー画像撮像装置に固定設置してしまうため、全ての照明光源に合う色温度変換フィルタを選ぶ必要がある。
In order to image a subject with good color reproducibility, it is preferable to use a bluish color temperature conversion filter under a reddish illumination light source and a reddish color temperature conversion filter under a bluish illumination light source. However, in the present embodiment, since one color
図3は、4種類の色温度変換フィルタ(aフィルタ、bフィルタ、cフィルタ、dフィルタ)の波長と分光透過率の関係を示すグラフである。aフィルタからdフィルタまで、いずれのフィルタも、青色から長波長側になるに従って分光透過率は低くなり、また、aフィルタの分光透過率が最も高く、bフィルタ,cフィルタ,dフィルタとなるに従って分光透過率は小さくなっている。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the wavelength and spectral transmittance of four types of color temperature conversion filters (a filter, b filter, c filter, and d filter). All filters from the a filter to the d filter have a lower spectral transmittance as they go from the blue to the longer wavelength side, and the spectral transmittance of the a filter is the highest and becomes a b filter, a c filter, and a d filter. Spectral transmittance is small.
これらの各色温度変換フィルタを光学系の光路中に挿入し、評価対象色を撮像して得た色再現性を、そのu’v’色度図上の面積(以下、評価面積という。)で評価した図が図4である。尚、評価対象色としては、平均演色評価数算出用試験色票No.1〜No.8を使用しているが、これに限るものではない。 The color reproducibility obtained by inserting each of these color temperature conversion filters into the optical path of the optical system and imaging the color to be evaluated is an area on the u′v ′ chromaticity diagram (hereinafter referred to as an evaluation area). The evaluated figure is FIG. In addition, as an evaluation object color, the test color chart No. 1-No. Although 8 is used, it is not limited to this.
A光源下で、色温度変換フィルタ無しの状態で得られた評価面積が0.00393であったとき、aフィルタを挿入すると評価面積は0.00472となり、bフィルタを挿入すると評価面積は0.00535となり、cフィルタを挿入すると評価面積は0.00555となり、dフィルタを挿入すると評価面積は0.00577となる。A光源の場合、フィルタ無しの場合の評価面積に比べて、いずれの色温度変換フィルタa,b,c,dを挿入してもその評価面積は増大しており、各フィルタで色再現性が向上していることが分かる。 When the evaluation area obtained without the color temperature conversion filter under the light source A is 0.00393, the evaluation area is 0.00472 when the a filter is inserted, and the evaluation area is 0.002 when the b filter is inserted. When the c filter is inserted, the evaluation area is 0.00555, and when the d filter is inserted, the evaluation area is 0.00577. In the case of the A light source, the evaluation area increases even if any of the color temperature conversion filters a, b, c, and d is inserted, compared to the evaluation area without the filter, and the color reproducibility of each filter is increased. It can be seen that it has improved.
D65光源の場合、色温度変換フィルタ無しの状態で得られる評価面積は0.00719であり、aフィルタ挿入により評価面積は0.00726となり、bフィルタ挿入により評価面積は0.00756となり、cフィルタ挿入により評価面積は0.00740となり、dフィルタ挿入により評価面積は0.00707となる。従って、D65光源の場合、色温度変換フィルタ無しの状態で得られる評価面積に対して、dフィルタを挿入したときの評価面積が小さくなっており、a,b,cフィルタ挿入によって色再現性は増すが、dフィルタ挿入によって色再現性が低下することが分かる。 In the case of the D65 light source, the evaluation area obtained without the color temperature conversion filter is 0.00719, the evaluation area becomes 0.00726 when the a filter is inserted, and the evaluation area becomes 0.00756 when the b filter is inserted. The evaluation area becomes 0.00740 by insertion, and the evaluation area becomes 0.00707 by insertion of the d filter. Therefore, in the case of the D65 light source, the evaluation area when the d filter is inserted is smaller than the evaluation area obtained without the color temperature conversion filter, and the color reproducibility is reduced by inserting the a, b, and c filters. Although it increases, it can be seen that the color reproducibility is lowered by the d filter insertion.
図4において、各光源で各フィルタを挿入したときに得られる評価面積がフィルタ無しの評価面積より増大した場合にその値を楕円で囲っている。この楕円で囲った部分が色再現性が向上した部分である。この図4によれば、bフィルタを色温度変換フィルタ12として光学系の光路中に固定設置すれば、全ての光源において色再現性が向上することが分かる。また、aフィルタ,cフィルタは、D75光源以外の光源に対して色再現性が向上しており、特にcフィルタはD75光源での色再現性の低下がaフィルタより小さいことが分かる。
In FIG. 4, when the evaluation area obtained when each filter is inserted with each light source is larger than the evaluation area without a filter, the value is enclosed by an ellipse. A portion surrounded by the ellipse is a portion where the color reproducibility is improved. According to FIG. 4, it can be seen that if the b filter is fixedly installed in the optical path of the optical system as the color
図5は、図3に示す各フィルタの特性グラフにおける波長450nm、540nm、610nmの分光透過率T(450),T(540),T(610)と、各分光透過率の「450nm/540nm」、「540nm/610nm」、「450nm/610nm」の比の値を示す図表である。 FIG. 5 shows spectral transmittances T (450), T (540), and T (610) at wavelengths of 450 nm, 540 nm, and 610 nm in the characteristic graph of each filter shown in FIG. 3, and “450 nm / 540 nm” of each spectral transmittance. , “540 nm / 610 nm” and “450 nm / 610 nm” ratio values.
図4に示す様に、bフィルタを色温度変換フィルタ12として挿入設置するのが最も好ましく、このbフィルタの特性は、分光透過率の比の値で
〔特性1〕
1.30≦T(450)/T(540)≦1.73
1.28≦T(540)/T(610)≦1.45
1.66≦T(450)/T(610)≦2.53
と表すことができる。
As shown in FIG. 4, it is most preferable to insert the b filter as the color
1.30 ≦ T (450) / T (540) ≦ 1.73
1.28 ≦ T (540) / T (610) ≦ 1.45
1.66 ≦ T (450) / T (610) ≦ 2.53
It can be expressed as.
また、前述した様に、cフィルタであっても多くの光源で色再現性が向上するため、bフィルタ,cフィルタを含む特性は、分光透過率の比の値で、
〔特性2〕
1.30≦T(450)/T(540)≦1.93
1.28≦T(540)/T(610)≦1.63
1.66≦T(450)/T(610)≦3.18
と表すことができる。
In addition, as described above, since the color reproducibility is improved with many light sources even with the c filter, the characteristics including the b filter and the c filter are the values of the spectral transmittance ratio.
[Characteristic 2]
1.30 ≦ T (450) / T (540) ≦ 1.93
1.28 ≦ T (540) / T (610) ≦ 1.63
1.66 ≦ T (450) / T (610) ≦ 3.18
It can be expressed as.
以上を纏め、また、cフィルタではD75光源で色再現性が若干低下することを考慮し、更に、各光源で確実に色再現性を向上させる範囲を考慮すると、
〔特性3〕
1.30≦T(450)/T(540)≦1.80
1.30≦T(540)/T(610)≦1.50
1.70≦T(450)/T(610)≦3.00
とするのが良い。
Summarizing the above, considering that the color reproducibility is slightly reduced with the D75 light source in the c filter, and further considering the range in which the color reproducibility is reliably improved with each light source,
[Characteristic 3]
1.30 ≦ T (450) / T (540) ≦ 1.80
1.30 ≦ T (540) / T (610) ≦ 1.50
1.70 ≦ T (450) / T (610) ≦ 3.00
It is good to do.
このように、上述した特性1,特性2,特性3のいずれかの特性を有する色温度変換フィルタ12を用いることで色再現性が向上する。更に、この色温度変換フィルタ12を用いると共に、従来と同様のホワイトバランス調整を行うことで、より一層、色再現性が向上する。
As described above, the color reproducibility is improved by using the color
尚、(株)保谷ガラス製の商品名LB100という色温度変換フィルタの特性が上記のbフィルタの特性に近く、LB120が上記のcフィルタに近いため、これらの既存の色温度変換フィルタをカラー画像撮像装置に搭載する構成としてもよい。 The characteristics of the color temperature conversion filter, trade name LB100, manufactured by Hoya Glass Co., Ltd. are close to the characteristics of the b filter, and LB120 is close to the c filter. Therefore, these existing color temperature conversion filters are used as color images. It is good also as a structure mounted in an imaging device.
また、デジタルカメラであればホワイトバランス調整をデジタル信号処理部で行うことができるが、フィルムカメラの場合にはホワイトバランス調整をカメラ側で行うことができない。しかし、上述した色温度変換フィルタを光学系に設置することで、色再現性は色温度変換フィルタを設けない場合に比較して向上する。 Also, in the case of a digital camera, white balance adjustment can be performed by the digital signal processing unit, but in the case of a film camera, white balance adjustment cannot be performed on the camera side. However, by installing the above-described color temperature conversion filter in the optical system, the color reproducibility is improved as compared with the case where the color temperature conversion filter is not provided.
本発明に係るカラー画像撮像装置は低コストで色再現性が向上するため、デジタルカメラやフィルムカメラ等として有用である。 The color image capturing apparatus according to the present invention is useful as a digital camera, a film camera, or the like because color reproducibility is improved at low cost.
8 撮影レンズ
9 固体撮像素子
10 絞り
11 赤外線カットフィルタ
12 色温度変換フィルタ
13 光学ローパスフィルタ
15 CPU
26 デジタル信号処理部
28 積算部
8
26 Digital
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