JP2008180520A - 色成分抽出用カメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 色成分抽出用カメラにおいて、従来では、ＲＧＢのセンサーの制御を同一の電子シャッター速度を基本として使用しているために、カラーフィルターの濃度と色成分を比視感度に合致すべく変更したものを使用している。その結果として、抽出データから色成分の補正が必要となりおのおのの色相との相関に影響を及ぼしている。
【解決手段】 当発明では、おのおのの色相のカラーフィルターの彩度を同一とし、透過率を同等とすることで色相の相関比を一定とするようにした。このために、電子シャッター速度やカメラの基本的設定であるゲイン等を変更することで相関を単純化することにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一般産業の市場をはじめとする、多くの市場において生産物等の色情報を計測する際、あるいは、状況観察のために２次元のＣＣＤ等のカラーカメラ（以後カラーカメラと称する。）を用いて色度計測を含む色成分検出（以後、色度計測と称する。）、また、必要に応じ輝度計測を含む光量検出装置（以後、輝度計測と称する。）に関する。

従来の２次元の色度計測においては、ＣＣＤ等の２次元素子によるカラーカメラ（以後、ＣＣＤと称する。）を使用し、光学的に赤色・緑色、および、青色（以後、それぞれをＲ・Ｇ、および、Ｂと称し、おのおののフィルターをＲフィルター・Ｇフィルター、おより、Ｂフィルターと称し、また、おのおのの色フィルターに取り付けられるセンサーをＲＣＣＤ・ＧＣＣＤ、および、ＢＣＣＤと称する。）の原色フィルター、あるいは、その補色に分離するが、この補色の場合にはＲＧＢ信号とするために補正演算を行い原色フィルターと同等のデータとして取り扱うものだが、それらのＲＧＢに分離された色相の光を入力されるＲＧＢおのおののセンサーからの出力レベルを利用し相関演算を行い色情報とし、さらに、それらの相関から輝度情報を作成している。

従来の方式では、比視感度特性維持のためにＲフィルターとＧフィルター、および、Ｂフィルターの彩度が同一の彩度とはなっておらず、入力光の変化に対する透過量は同一の条件でないために変化率が一定を条件とする計測等の用途には無理がある。

従来の、映像機器とするＣＣＤカメラはガンマという単位で入力光の変化がセンサーの出力データに対数推移となっているが、この特性は直線性をもつものではなく０００３での説明したカラーフィルターがおのおのの彩度や透過率が同一条件でないことに加え、この入力対出力の関係も直線性ではない条件からおのおののＣＣＤの計測条件の相対性の一定性が見られないことになる。このことは、本来、ＲＧＢに対して同率の光量変化があっても色成分の変化がないことを前提とする計測行為に対し、同じ色を参照した場合でも入力光量が変ることにより色成分の変位が発生してしまうことを意味する。

一般で入手可能なカラーカメラにおいて、色情報を分離するために適用しているカラーフィルターは、赤色と緑色の相関で重複する波長帯がないものが殆どであるために、カバーできない色相領域が発生しているために、色度情報から輝度値を補正するために抽出するデータ上に無理が発生する。

色度計測用カメラを含む、色成分抽出を目的とするカメラ（以後、カラーカメラと称する。）に使用するカラーフィルターを同一彩度で透過率を同等のものとし、光入力量に対する出力信号の相関を直線とする。

おのおのの、カラーフィルターに取り付けられているＲＣＣＤ・ＧＣＣＤ、また、ＢＣＣＤに対し、おのおののＣＣＤ対する電子シャッター速度・ゲイン・下限レベル設定、および、上限レベル設定の変更がおのおの独立して設定を可能とし、必要に応じて、抽出データに補正係数を用いて相関値を設定できる機能を備える。

調整方法は、参照色を指定の色温度の白として、比視感度特性に合致するデータとしておのおのの色相のセンサーからの出力を同一になるように、おのおのの色相のセンサーに対するゲイン設定を調整するか、あるいは、おのおのの色相に対する電子シャッター速度を設定する、あるいは、おのおのの色相で出力されたレベルに対する補正値を用いるか、または、これら方法を混合して使用し出力データをおのおの１：１：１として調整を行う方式で調整を行い相関データを合致させるもので、最終データとしては、必要に応じて白を検出した際の数値に補正係数を用い色相データとして演算をする場合もある。

輝度計測値は、ＲＧＢの色相に対する全データ量を対象に校正を行う。

０００９で説明する輝度計測において、色成分分離のための、カラーフィルター特性のために対応不可能な色度成分が影響を受ける部分があるための対応としての追加構造として、同一の主光路から分離して輝度専用のセンサーを備え、比視感度に対応するための補正用光学フィルターを用いて比視感度に合致させるか、あるいは、従来のように、色成分を抽出したデータからその補正値を算出して使用するかで対応することが可能とする。

従来の装置では、ＲフィルターとＢフィルターが、同一色相の明るい条件に対する検出範囲が少ない状態にあったが、３種類の色相条件が同一となったことと、バッファー回路の直線性から、低輝度から高輝度に至る色相に対する入力光の条件をそろえることができたために相関比もそのまま使用が可能となるた。

輝度数値の信頼性が、色相にデータに影響されないことから維持しやすくなる。

当発明の、基本構造と実施例を図示して説明するが、以下は、基本構造の説明に属すことを説明し、その後に、実施例を参照して説明を行う。

図１は、当装置の光路の基本となる構造を示すもので、０００１Ｒフィルターと０００２Ｇフィルターと、および、０００３Ｂフィルターの透過率と彩度の条件は同一特性としたものである。また、０００４ＲＣＣＤ、０００５ＧＣＣＤ、また、０００６ＢＣＣＤは同一種類のＣＣＤである。
０００７は、取り込みのレンズシステムを代表して１枚のレンズで表示するもの。

図２は、０００８電子シャッターをおのおの自由に設定できるように分離した関係を保っていることを示すものである。

図３の０００９は、ＲＧＢおのおのの色相のセンサーに対する利得調整を設定するゲイン設定部、あるいは、使用する信号の下限レベルを設定する下限設定部、または、使用する信号の上限レベルを設定する上限設定部であり、おのおのの色相に対して独立して設定をすることを示すもので、アンプ特性は光量変化に対しておのおののＣＣＤの出力レベルの相関は直線の設定とするものである。

図４は、ＲＧＢおのおのの色相の入力信号を補正するためのブロック説明である。
方法として、点線で辿るメモリーに蓄積する前に補正処理を行う方式と、実線で示すメモリーに蓄積した後に補正を行う処理方法を示すものであり、何れの方法でも構わないことを示すもの。

色度の校正方法としては、標準とする色温度の白色を参照して、ＲＧＢ信号が同一レベルとなるように設定を行うが、この際に、ゲイン設定や電子シャッター速度の設定、あるいは、双方を利用して調整し、現在の色度計測値に合致させるためには、さらに、従来の色度計測値と合致させるために従来の装置のデータとの相関で補正値を作成して校正を行うものである。

図５は、輝度計測専用ＣＣＤを付加した構造を示すが、代表として、３光路に分割するプリズムの前にビームスプリッターを置き輝度値用ＣＣＤへの分離を行っていることを示すが、ビームスプリッター以外にハーフミラーを用いる方法や、これらの分割方法ではなく４光路に分割するプリズムを適用することやビーム スプリッター等を用い１／２づつ分割して４光路に分ける方法でも良い。
この輝度計測専用ＣＣＤは、光路の途中で、比視感度補正用光学フィルターを用いて比視感度に合致させるか、あるいは、ＲＧＢデータの相関による数値から色成分の補正値となる数値を求め輝度専用ＣＣＤの出力と演算を行い補正を行う方法でも良い。

従来のこのような装置では、１つの電子シャッター速度でＲＣＣＤ・ＧＣＣＤ、また、ＢＣＣＤを制御しているために比視感度の比率でＲＧＢのフィルターに対する透過率でおのおのの色度成分に見合う彩度を設定する必要があり、そのためには、濃度差とする透過率とおのおのの色相を比視感度カーブ上の１波長に合致するものを用いるために波長成分の変化と透過率の変化は同一ではなく条件の相違が発生することになる。
そのうえに、光量対ＣＣＤ信号出力が直線でないことから、光量に対しての同一変化をしない状況にある。

本発明を、代表例として液晶表示装置の色度計測に関する色成分抽出方式を対象として説明する。

図１は、当発明の構造の説明であり、Ｒフィルター１−１とＲＣＣＤ１−４で赤色成分を抽出する部分を示し、Ｇフィルター１−２とＧＣＣＤ１−５で緑色抽出の部分を示す。また、Ｂフィルター１−３とＢＣＣＤ１−６で青色成分を抽出する部分を示す。レンズ１−７は、レンズシステムを代表して１枚のレンズで示すものとする。当発明では、Ｒフィルター１−１と、Ｇフィルター１−２、また、Ｂフィルター１−３のおのおのの特性である彩度と透過率を同等とするもので、白を検出した際におのおののＣＣＤに対する入光量は同一となる。

図２は、ＲＣＣＤ・ＧＣＣＤ、また、ＢＣＣＤに対する電子シャッター速度をおのおの独立で設定できるようにした電子シャッター制御部２−１であり、比視感度特性に合わせるべく、おのおののシャッター速度を可変できる構造とする。この電子シャッター速度は、設定の際に参照する白色の色温度、あるいは、色成分分離のためのおのおのの透過フィルター特性、あるいは、電子シャッター制御の微調整、または、アンプ等の特性を含む変移成分補正のために微調整ができる構造とした。さらに、高輝度、あるいは、低輝度に対応できる構造として、電子シャッター速度の可変による機能も備えてある。この方法で、おのおのの色相のＣＣＤから出力されるレベルは白を参照する場合には１：１：１となるために、黒は、０：０：０の比率となる。また、おのおのの色相において、明るさの変化があっても比率が変わらないために取り扱いが簡素となった。輝度の表示には、おのおののＣＣＤの出力レベルの総和となり、変換処理を不要とする。

図３は、おのおのの色相のＣＣＤの制御をおこなう部分のセンサー制御部３−１であり、ＲＣＣＤ用・ＧＣＣＤ用、また、ＢＣＣＤ用のそれぞれに独立して装備される。これは、おのおののＣＣＤの基本的調整や相関の誤差・回路周りの調整に用いるものであり必要に応じて、電子シャッター速度に対する微調整としての機能も含まれるが、その際には、データとして記憶される数値に補正値を必要とする場合もある。

図４は、補正処理構造４−１であり、おのおののセンサーからの入力時に補正係数演算を行うか、あるいは、メモリーの保持した後に補正処理を行うかの何れでも対応できるものとした。この機能は、００２４の微調整に対応するための場合と、従来の色度に対応するための数値校正に使用することを目的とするためのものであり、単純に規定の白色をＸ軸０、Ｙ軸０とし、遠くなるほど数値を大きくする方法で対応するもの。

この市場では、白色を対象とする計測が主流であり、白色に対しての偏差抽出を色度計測としている。しかしながら、元来、ガンマという光量とＣＣＤの出力の相関が直線ではない条件であり、さらに、電子シャッターが同一条件であるために相関を示す条件から数値演算が必要となる。図６は、ＲＧＢそれぞれの透過光量比をもって動作をする機構の従来のカメラの状況を光量対ＣＣＤの信号出力を直線として示したが、この際の条件は、おのおののカラーフィルターの透過光量比と色相の相関比をもって同じ出力信号になることを示したもので、実際のデータに関しては補正演算が必要であり、もともと、透過されるカラーフィルターの特性が同一ではないことで、特に、明るい光入力条件に対する変化の状況に統一性がない条件である。これらを見直すことが当発明の目的であり、同一比率での条件設定を行うこととした。

演算を含む、多くの、直線性に対する条件を解消したためにＲＧＢの相関データをそのまま使用する計測が可能となった。このことは、補正を行う必然性もなく、いろいろな条件に合致させて利用することが可能となった。

輝度専用のセンサーを適用したために、色度の関わりなく明るさのみの計測が可能となったが、電子シャッター速度可変により、より広いダイナミック レンジが維持できるようになった。

カメラの構造を示したもので、入力からＲＧＢ出力までの素子の関係を示したもの。 電子シャッターが、ＲＧＢおのおの独立していることを示すもの。 ＲＧＢの、おのおののＣＣＤに対して、取り込み条件の制御を独立して行う構造を示すもの。 補正に関し、必然性に応じメモリーに保存する前、あるいは、保存後に処理を行い使用される数値に校正できることを説明するブロック図。 輝度計測専用のＣＣＤを取り付ける状況を示すもの。 従来のカラーカメラにおいて、ＲＧＢを代表したレベル相関を示したものであるが、従来では、ガンマという相関値での直線性がないグラフとなるところ、計測対象であるために直線になおしたグラフとしたもので、ＲＧＢの、おのおののカラーフィルターには透過率の相違や波長成分による透過率の変動などが考えられることは示さず文章で説明しているもの。

符号の説明

１−１ 赤色用、Ｒフィルター
１−２ 緑色用、Ｇフィルター
１−３ 青色用、Ｂフィルター
１−４ 赤色用、ＲＣＣＤ
１−５ 緑色用、ＧＣＣＤ
１−６ 青色用。ＢＣＣＤ
１−７ レンズシステムの代表例とする１枚のレンズ
２−１ 電子シャッター制御を行う部分のブロックを示す
３−１ センサーの制御を行う部分の内容を示す。
４−１ 色度において、必要に応じて稼働させる補正の状況を示す図
５−１ 赤色用、Ｒフィルター
５−２ 緑色用、Ｇフィルター
５−３ 青色用、Ｂフィルター
５−４ 赤色用、ＲＣＣＤ
５−５ 緑色用、ＧＣＣＤ
５−６ 青色用、ＢＣＣＤ
５−７ レンズシステムを代表とする１枚のレンズ
５−８ 輝度計測用ＣＣＤ
５−９ 光路を分割する方法を代表としてビームスプリッターを示す

Claims (3)

1. 色度計測や、色成分抽出のための計測装置において、色度分別のための赤色・緑色、および、青色の３色カラーフィルター（以後、Ｒフィルター・Ｇフィルター、およびＢフィルターと称する。）の原色フィルター、あるいは、補色を適用した場合も同様として同彩度で透過率も同率とする色成分抽出カメラ装置
2. 請求項１で説明する、Ｒフィルター・Ｇフィルター、および、Ｂフィルターに取り付けられる２次元センサー（以後、ＣＣＤと称して、赤色をＲＣＣＤ・緑色をＧＣＣＤ、そして青色をＢＣＣＤと称する。）は、光量変化に対しておのおののＣＣＤからの出力が直線となる特性をもち、また、おのおの独立して電子シャッター速度・ゲイン調整・下限レベル調整、また、上限レベル設定を可能とし、これらの機能を調整して比視感度特性に合致させることが可能とし、さらに、必要に応じておのおのの色相データに対し必要な補正係数を設定できる色成分抽出カメラ装置。
3. 輝度値計測において、専用の輝度計測用ＣＣＤを途中まで色成分抽出用センサーの光路と同軸とし、途中から分離、あるいは、専用の４光路分離プリズムを用い同一軸での受光が可能とする色成分抽出カメラ装置。

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