JP2008136251A - マルチスペクトル画像撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1枚のカラーCCD撮像素子に装着される、4バンド以上の分光感度特性のうち主要な3バンドの画像を撮像するための標準的なRGBのカラーフィルタと、上記4バンド以上の分光感度特性のうち上記主要な3バンドを除く残りのバンドの画像を撮像するための上記RGBとは分光特性の異なるフィルタと、が周期的に配列されたモザイクフィルタ44Aの、上記RGBとは分光特性の異なるフィルタを、上記標準的なRGBいずれのカラーフィルタよりも低い画素配分比率で配列されているものとする。
【選択図】図15
Description
1枚のカラー撮像手段により被写体のカラー画像を撮像するマルチスペクトル画像撮像装置であって、
上記カラー撮像手段は、4バンド以上の分光感度特性のうち主要な3バンドの画像を撮像するための標準的なRGBのカラーフィルタと、上記4バンド以上の分光感度特性のうち上記主要な3バンドを除く残りのバンドの画像を撮像するための上記RGBとは分光特性の異なるフィルタと、が周期的に配列され、
上記RGBとは分光特性の異なるフィルタは、上記標準的なRGBいずれのカラーフィルタよりも低い画素配分比率で配列されていることを特徴とするマルチスペクトル画像撮像装置が提供される。
また、本発明の第2の態様によれば、
被写体からの光を撮像する第1のカラー撮像手段と、
被写体からの光を上記第1の撮像手段よりも低解像度で撮像する第2のカラー撮像手段と、
被写体からの光を上記第1及び第2のカラー撮像手段に各々入射するためのミラーと、
を有し、
上記第1のカラー撮像手段は、4バンド以上の分光感度特性のうち主要な3バンドの画像を撮像するために標準的なRGBの分光特性を有するカラーフィルタまたは色分解プリズムを備え、
上記第2のカラー撮像手段は、上記4バンド以上の分光感度特性のうち上記主要な3バンドを除く残りのバンドの画像を撮像するために上記標準的なRGBとは異なる分光特性を有するカラーフィルタを備えることを特徴とするマルチスペクトル画像撮像装置が提供される。
本発明の第1実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置においては、図1に示すように、被写体Oからの光がレンズ10及びハーフミラー(HM)12を通して2枚のカラーCCD撮像素子14,16に結像される。このとき、ハーフミラー12は、透過率と反射率の比が異なり、それぞれの比が約3:1となるようなものを使用している。即ち、図2に示すように、ハーフミラー12は、透過率12Aが波長によらずに75%一定で、反射率12Bが同様に25%一定のものを使用している。
本発明の第2実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、図11に示すように、被写体Oからの光が、レンズ10及び回転フィルタ42を通して、1枚のカラーCCD撮像素子44に結像される。回転フィルタ42は、図12に示すように、透過率がほぼ100%である透明ガラス42Aと、前述した図5に示した分光透過率特性によるバンドパスフィルタ42Bとからなるもので、各々の面積比が約3:1となるように構成されている。上記回転フィルタ42を透過した光は、IR−CF18を通して近赤外の光が遮断され、カラーCCD撮像素子44に結像される。また、上記回転フィルタ42は、モータ46により回転速度一定で回転するように駆動され、カラーCCD撮像素子44は、上記回転フィルタ42が一回転する間に2回の露光を行なう。
本発明の第3実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、図14に示すように、被写体Oからの光を、IR−CF18を通して近赤外の光を遮断してから、1枚のカラーCCD撮像素子44に結像する。このとき、カラーCCD撮像素子44には、図15に示すように、1画素毎にR,G,B、及びR’,G’,B’のフィルタが周期的に配置されたモザイクフィルタ44Aが装着されている。各フィルタの分光透過率分布は、図16に示すようになっている。即ち、R,G,Bのフィルタは従来の3バンドカメラと同じ分光帯域を有するものであり、R’,G’,B’は従来のRGBよりも狭帯域な分光帯域を有するものとなっている。なお、上記モザイクフィルタ44Aは、図15に示すように、R’,G’,B’のフィルタがR,G,B各3画素に対して各1画素の割合で配置され、これが周期的に並んでいる。
本発明の第4実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、これまでの実施形態において使用していた被写体Oの光を2分岐させるハーフミラー12の代わりに、図19に示すように、波長を選択して透過/反射を行なうダイクロイックミラー(DM)50を用いたものである。図20は、上記DM50の分光透過率分布は、図20に黒細線50Aで示すようになっており、また、分光反射率分布は黒点線50Bで示すようになっている。なお、図20において黒太線は、図19における色分解プリズムで各々分離されるRGBの分光特性を示している。この図20に示すように、上記DM50はそれぞれ櫛形の分光形状による透過率/反射率分布を有している。
本発明の第5実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、図23に示すように、狭帯域の3バンドの波長特性の光源を有するストロボ照明発光部58を備え、ストロボ無発光状態(外光照明)と、ストロボ発光状態(外光+ストロボ)の2種類の画像(各々3バンド)を撮像することにより、6バンドのマルチスペクトル画像を取得するものである。ここで、上記ストロボ照明発光部58の光源には、カラーCCD撮像素子44のRGB感度の各々の波長領域で鋭いピークを持つような櫛形分光分布の波長特性を有する白色LED、蛍光灯などの光源を使用する。或いは、狭帯減の波長特性を有する3種類のLED等が用いられても良い。上記ストロボ照明発光部58の光源の発光スペクトルの例は、図24に実線で示すようになっている。なお、同図において、破線はRGBの透過率特性を示している。
本発明の第6実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、2眼レンズによるマルチスペクトル画像撮影装置で、従来のRGB3バンド撮影用のカラー撮像部と、狭帯域の3バンドの櫛型の分光透過特性を有するバンドパスフィルタをレンズに備えた、狭帯域の3バンド撮影用のカラー撮像部とを備え、従来のRGB3バンド撮影用のカラー撮像部からの主要な3バンド画像と、狭帯域の3バンド撮影用のカラー撮像部からの補助的な3バンド画像とから、6バンドのマルチスペクトル画像を取得するものである。
第2画像メモリ24の後の幾何補正部66で補正し、両者の3バンド画像の位置を一致させて出力する。
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
上記4バンド以上の分光感度特性のうち、主要な3バンドは、標準的なRGBの分光感度特性を有し、
上記4バンド以上の分光感度特性のうちの上記主要な3バンドを除いた残りのバンドのうち、少なくとも一つの補助的なバンドは、上記RGBよりも狭帯域な分光感度特性を有する、
ことを特徴とするマルチスペクトル画像撮影装置。
この(1)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。
この(1)に記載の構成によれば、マルチスペクトル撮影を行なう各バンドのうち、少なくとも3バンドは従来のRGBと同じ広帯域な分光感度特性とし、さらに、他の補助的な狭帯域のバンドに対しては、被写体の光を上記RGBのバンドよりも少ない比率の光量で割り当てることにより、光の損失を軽減し、これにより動きのある被写体でも精度よく色再現を行なえる。さらに、特殊な変換器を必要とすることなく通常のRGBモニタを用いて直接撮影画像の確認が可能となる。
この(2)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第1乃至第4実施形態が対応する。
この(2)に記載の構成によれば、被写体からの入射光の大半を主要なRGB3バンドの取得に使用し、一方、残りの少量の光を狭帯域化して補助的なバンドに割り当てることで、その狭帯域化により生じる光量の損失をできるだけ少なくし、マルチスペクトル撮影における感度の劣化を防ぐことにより、色再現性のよい分光感度特性を実現できる。
上記ハーフミラーで分割された一方の光の分光特性を変調するバンドパスフィルタ(20)と、
上記バンドパスフィルタによって変調された光を受光して、被写体を撮像する撮像手段(16)と、
上記ハーフミラーで分割されたもう一方の光を、赤、青、緑の3色に分解して受光し、被写体のカラー画像を撮像するカラー撮像手段(14;32)と、
を具備することを特徴とするマルチスペクトル画像撮影装置。
この(3)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第1実施形態及び第1実施形態の第2の変形例が対応する。
この(3)に記載の構成によれば、ハーフミラーで分割された一方の光を、RGBと同じ赤、青、緑の3色に分解して撮像し、さらに、他方の光はバンドパスフィルタで狭帯域化して撮影することで、補助的な狭帯域のバンドに対しては被写体の光をRGBのバンドよりも少ない比率の光量で割り当てることにより、光の損失を軽減し、これにより動きのある被写体でも精度よく色再現を行なえる。さらに、特殊な変換器を必要とすることなく通常のRGBモニタを用いて直接撮影画像の確認が可能となる。
この(4)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第1実施形態及び第1実施形態の第2の変形例が対応する。
この(4)に記載の構成によれば、被写体からの入射光の大半をRGB3バンドの取得に使用し、一方、残りの少量の光をバンドパスフィルタにより狭帯域化して他のバンドに割り当てることで、バンドパスフィルタによる狭帯域化により生じる光量の損失をできるだけ少なくし、マルチスペクトル撮影における感度の劣化を防ぐことにより、色再現性のよい分光感度特性を実現できる。
上記バンドパスフィルタを通過した光を受光する上記撮像手段は、上記バンドパスフィルタにおける複数の透過波長帯域の光を各々分解して受光するカラー撮像手段(16)であることを特徴とする(3)または(4)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置。
この(5)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第1実施形態が対応する。
この(5)に記載の構成によれば、補助的な狭帯域のバンドについてもカラー撮像手段を用いることで、5バンド以上の多バンド化が可能となり、色再現性の良いマルチスペクトル画像取得が可能となる。
この(6)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第1実施形態及び第1実施形態の第2の変形例が対応する。
この(6)に記載の構成によれば、補助的なバンド画像の解像度が低くても、主要な3バンド画像における高周波成分を利用して、上記主要な3バンド画像とほぼ同等な解像度のマルチスペクトル画像を得ることができる。また、低解像度な撮像手段は高解像度な撮像手段と比べ感度が高いため、よりハーフミラーの反射率を落とし、透過率を高めることができるので、トータルの感度をさらに高めることが可能となる。
複数の波長帯域の光を透過し且つ上記複数の波長帯域以外の光を反射する櫛形の分光透過率及び分光反射率特性を有するダイクロイックミラー(50)と、
上記ダイクロイックミラーと略同一の透過波長帯域を有するバンドパスフィルタ(52)と、
上記ダイクロイックミラーの反射波長帯域と略同一の波長帯域を透過する分光透過率特性を有するバンドパスフィルタ(54)と、
を具備することを特徴とするマルチスペクトル画像撮影装置。
この(7)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第4実施形態が対応する。
この(7)に記載の構成によれば、ダイクロイックミラーにより被写体の光をある程度波長分離しておくことで、バンドパスフィルタによる光の損失も最小限に抑えることができるので、光効率の良いマルチバンドカメラが実現できる。
Claims (6)
- 1枚のカラー撮像手段により被写体のカラー画像を撮像するマルチスペクトル画像撮像装置であって、
上記カラー撮像手段は、4バンド以上の分光感度特性のうち主要な3バンドの画像を撮像するための標準的なRGBのカラーフィルタと、上記4バンド以上の分光感度特性のうち上記主要な3バンドを除く残りのバンドの画像を撮像するための上記RGBとは分光特性の異なるフィルタと、が周期的に配列され、
上記RGBとは分光特性の異なるフィルタは、上記標準的なRGBいずれのカラーフィルタよりも低い画素配分比率で配列されていることを特徴とするマルチスペクトル画像撮像装置。 - 上記RGBとは分光特性の異なるフィルタは、上記標準的なRGBのカラーフィルタの透過波長帯域に比べ狭帯域の透過波長帯域を有することを特徴とする請求項1に記載のマルチスペクトル画像撮像装置。
- 上記カラー撮像手段により得られる各画素の信号を補間合成して少なくとも4バンド以上の画像を生成する補間処理部をさらに有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマルチスペクトル画像撮像装置。
- 被写体からの光を撮像する第1のカラー撮像手段と、
被写体からの光を上記第1の撮像手段よりも低解像度で撮像する第2のカラー撮像手段と、
被写体からの光を上記第1及び第2のカラー撮像手段に各々入射するためのミラーと、
を有し、
上記第1のカラー撮像手段は、4バンド以上の分光感度特性のうち主要な3バンドの画像を撮像するために標準的なRGBの分光特性を有するカラーフィルタまたは色分解プリズムを備え、
上記第2のカラー撮像手段は、上記4バンド以上の分光感度特性のうち上記主要な3バンドを除く残りのバンドの画像を撮像するために上記標準的なRGBとは異なる分光特性を有するカラーフィルタを備えることを特徴とするマルチスペクトル画像撮像装置。 - 上記第2のカラー撮像手段が備えるカラーフィルタは、上記標準的なRGBの分光特性を有するカラーフィルタの透過波長帯域に比べ狭帯域の透過波長帯域を有することを特徴とする請求項4に記載のマルチスペクトル画像撮像装置。
- 上記第1及び第2のカラー撮像手段により得られる各画素の信号を補間合成して少なくとも4バンド以上の画像を生成する補間処理部をさらに有することを特徴とする請求項4または請求項5に記載のマルチスペクトル画像撮像装置。
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