JP2010239291A - Imaging apparatus - Google Patents

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保孝 若林
Kenichi Iwauchi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging apparatus capable of acquiring a spectrum of illumination light in a photographic environment in simple configuration, and attaining an appropriate white balance control using the spectrum, or capable of appropriately controlling colors. <P>SOLUTION: The present invention relates to an imaging apparatus comprising an imaging device for obtaining image data by performing photoelectric conversion on light that is imaged through an optical system, comprising: an optical distance change unit for changing an optical distance of partial light incident through the optical system; a spectral unit for separating light of which the optical distance has been changed, and making it incident to a part of the imaging device; an image processing unit for producing spectrum data based on the image data obtained by performing the photoelectric conversion on the light incident through the spectral unit by means of the imaging device; and an adjustment unit for adjusting the image data obtained by the imaging device on the basis of the spectrum data. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、撮像素子を備える撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus including an imaging element.

近年、ビデオカメラやデジタルカメラなどに備えられるCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor)といった撮像素子を備えた撮像システムが広く普及している。これらの撮像システムにおいて、撮影環境の照明光や被写体の分光特性を知る目的で、近年光を波長分解して取得する分光スペクトル取得手段を備える撮像システムが提案されている。   2. Description of the Related Art In recent years, an imaging system including an imaging element such as a charge coupled device (CCD) or a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) provided in a video camera or a digital camera has been widely used. In these imaging systems, for the purpose of knowing the illumination light of the imaging environment and the spectral characteristics of the subject, an imaging system having a spectral spectrum acquisition means for acquiring light by wavelength decomposition has been proposed in recent years.

例えば、特許文献1に記載の分光カメラは、撮像素子の一部前面に連続波長フィルタを備え、光分光器によって被写体からの光の一部を分離している。分離した光を結像光学系で結像し、マスクの位置を変えることによって、その結像画像における任意の位置の光を取り出し、それを光ファイバで連続波長フィルタに入射する。この透過光と、光分光器によって分離された光の残りが撮像素子に同時に入射し、被写体画像と被写体の任意の位置の分光スペクトルを取得することができる。   For example, the spectroscopic camera described in Patent Document 1 includes a continuous wavelength filter on a part of the front surface of an image sensor, and separates part of light from a subject by an optical spectrometer. The separated light is imaged by an imaging optical system, and the position of the mask is changed to take out light at an arbitrary position in the imaged image and enter the continuous wavelength filter through an optical fiber. The transmitted light and the remainder of the light separated by the optical spectrometer are simultaneously incident on the image sensor, and a subject image and a spectral spectrum at an arbitrary position of the subject can be acquired.

また、特許文献2に記載のカメラシステムは、被写体照明を行う照明手段と、撮影光学系を通して入射した被写体からの反射光の分光特性を測定する分光手段とを備え、照明手段によって被写体照明を行ったときの分光手段による測定結果に基づいて被写体の分光特性を演算し、これと照明手段により被写体照明を行わないときの分光測定結果とを用いて撮影光源の分光特性を演算している。この撮影光源の分光特性に基づいて撮影画像に対するホワイトバランス補正を行い、容易かつ適正なホワイトバランス制御を実現している。   In addition, the camera system described in Patent Document 2 includes an illumination unit that illuminates a subject, and a spectroscopic unit that measures spectral characteristics of reflected light from a subject incident through a photographing optical system. The illumination unit performs illumination of the subject. The spectral characteristic of the subject is calculated based on the measurement result obtained by the spectroscopic means, and the spectral characteristic of the photographing light source is calculated using this and the spectroscopic measurement result obtained when the subject is not illuminated by the illumination means. Based on the spectral characteristics of the photographing light source, white balance correction is performed on the photographed image to realize easy and appropriate white balance control.

特開昭64−009326号公報JP-A 64-009326 特開2002−320231号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-320231

しかしながら、特許文献1に記載の分光カメラは光ファイバを用いるなど構成が複雑であるほか、被写体の分光スペクトルを取得することは可能であるが、撮影環境の照明光の分光スペクトルを取得することは考慮されておらず、照明光の分光スペクトルの取得あるいは推定は難しいという問題がある。また、特許文献2に記載のカメラシステムでは、あらかじめ分光スペクトルの分かっている特定の照明下における被写体の分光スペクトルを取得し、それを基に実際の撮影環境における照明光分光スペクトルを演算により取得している。そのため、特定照明下と実際の照明下における二度の分光スペクトル取得が必要となり手順が複雑なほか、演算によって撮影照明の分光スペクトルを取得するため処理負荷が大きくなるという問題がある。   However, the spectroscopic camera described in Patent Document 1 has a complicated configuration such as the use of an optical fiber, and can acquire the spectral spectrum of the subject, but it is not possible to acquire the spectral spectrum of the illumination light in the shooting environment. There is a problem that it is difficult to obtain or estimate the spectrum of illumination light. In the camera system described in Patent Document 2, a spectral spectrum of a subject under a specific illumination whose spectral spectrum is known in advance is acquired, and an illumination light spectral spectrum in an actual photographing environment is acquired based on the acquired spectral spectrum. ing. For this reason, it is necessary to obtain a spectral spectrum twice under specific illumination and under actual illumination, and the procedure is complicated, and the processing load is increased because the spectral spectrum of imaging illumination is obtained by calculation.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で撮影環境の照明光の分光スペクトルを取得すると共に、これを用いて適切なホワイトバランス制御を可能とする、あるいは色を適切に制御することを可能とする撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and obtains a spectral spectrum of illumination light in a shooting environment with a simple configuration, and enables appropriate white balance control using this, or provides a color. An object of the present invention is to provide an imaging apparatus that can be appropriately controlled.

本発明は、光学系を通して結像させた光を光電変換することにより画像データを得る撮像素子を備える撮像装置であって、前記光学系を通して入射した光の一部の光学距離を変更する光学距離変更部と、前記光学距離を変更した光を分光して、前記撮像素子の一部へ入射させる分光部と、前記分光部を介して入射した光を前記撮像素子により光電変換した画像データに基づいて、前記分光スペクトルデータを生成する画像処理部と、前記分光スペクトルデータに基づいて、前記撮像素子により得られる画像データの調整を行う調整部とを備えたことを特徴とする。   The present invention is an image pickup apparatus including an image pickup device that obtains image data by photoelectrically converting light imaged through an optical system, and changes an optical distance of a part of light incident through the optical system. Based on the changing unit, the spectroscopic unit that splits the light whose optical distance has been changed, and makes the light incident on a part of the image sensor, and the image data obtained by photoelectrically converting the light incident through the spectroscopic unit by the image sensor An image processing unit that generates the spectral data; and an adjustment unit that adjusts the image data obtained by the imaging device based on the spectral data.

本発明は、前記光学距離変更部は、所定の屈折率を有する光学材料の部材内に光を透過させることにより、前記光の光学距離を変更させることを特徴とする。   The present invention is characterized in that the optical distance changing unit changes the optical distance of the light by transmitting the light into a member of an optical material having a predetermined refractive index.

本発明は、光学系を通して結像させた光を光電変換することにより画像データを得る第1の撮像素子を備える撮像装置であって、分光した光を光電変換することにより分光スペクトルデータを得る第2の撮像素子と、前記光学系を通して入射した光を二つに分離して、一方の光を前記第1の撮像素子に入射させ、他方の光を前記第2の撮像素子に入射させる光分離部と、前記光分離部と前記第2の撮像素子との間に、前記光分離部との距離が前記光分離部と前記第1の撮像素子との距離と異なるように設けられ、前記他方の光を分光して、前記第2の撮像素子に入射させる分光部と、前記分光部を介して入射した光を前記第2の撮像素子により光電変換することにより得られた分光スペクトルデータに基づいて、前記第1の撮像素子により得られる画像データの調整を行う調整部とを備えたことを特徴とする。   The present invention is an imaging apparatus including a first imaging device that obtains image data by photoelectrically converting light imaged through an optical system, and obtains spectral data by photoelectrically converting the dispersed light. 2 that separates the light incident through the image sensor and the optical system into two, makes one light incident on the first image sensor, and makes the other light incident on the second image sensor Between the light separation unit and the second image sensor so that the distance from the light separation unit is different from the distance between the light separation unit and the first image sensor. Based on spectral spectrum data obtained by photoelectrically converting the light incident through the spectroscopic unit using the second image sensor. Obtained by the first image sensor. Characterized in that an adjusting unit for adjusting the image data.

本発明は、前記分光部は、透過型誘電体多層膜フィルタで構成することを特徴とする。   The present invention is characterized in that the spectroscopic section is composed of a transmission type dielectric multilayer filter.

本発明は、前記調整部は、前記撮像素子のゲインを調整する事により画像データの調整を行う事を特徴とする。   The present invention is characterized in that the adjustment unit adjusts image data by adjusting a gain of the imaging element.

本発明によれば、構成が簡易であるほか、複雑な演算を行うことなく撮影環境における照明光の分光スペクトルを取得することが可能となり、より正確なホワイトバランス制御を行うことや、適切な色制御が可能になるという効果が得られる。   According to the present invention, it is possible to acquire a spectral spectrum of illumination light in a shooting environment without performing complicated calculations, in addition to simple configuration, and to perform more accurate white balance control and appropriate colors. The effect that control becomes possible is acquired.

本発明の第1の実施の形態による撮像装置の一構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention. 撮像装置における撮像光学系と撮像部、被写体の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the imaging optical system in an imaging device, an imaging part, and a to-be-photographed object. 撮像装置における被写界深度と焦点深度に関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the depth of field and focus depth in an imaging device. 図1に示す撮像光学系、撮像部、光学距離変更部及び分光部の位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the positional relationship of the imaging optical system shown in FIG. 1, an imaging part, an optical distance change part, and a spectroscopy part. 図4に示す撮像部、光学距離変更部及び分光部を拡大した拡大図である。It is the enlarged view to which the imaging part shown in FIG. 4, the optical distance change part, and the spectroscopy part were expanded. 図1に示す分光部に入射する光の範囲を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the range of the light which injects into the spectroscopy part shown in FIG. 図1に示す分光部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the spectroscopy part shown in FIG. ファブリ・ペロー干渉計の原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the principle of a Fabry-Perot interferometer. 図1に示す分光部の配置位置の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the arrangement position of the spectroscopy part shown in FIG. 図1に示す分光部の配置位置の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the arrangement position of the spectroscopy part shown in FIG. 図1に示す分光部の角度特性を示す図である。It is a figure which shows the angle characteristic of the spectroscopy part shown in FIG. 図1に示す分光部の角度特性を示す図である。It is a figure which shows the angle characteristic of the spectroscopy part shown in FIG. 図1に示す分光部を用いて取得した蛍光灯の分光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the spectral spectrum of the fluorescent lamp acquired using the spectroscopy part shown in FIG. 図1に示す分光部を用いて取得した蛍光灯の分光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the spectral spectrum of the fluorescent lamp acquired using the spectroscopy part shown in FIG. 図1に示す撮像装置の変形構成例を示す図である。It is a figure which shows the modification structural example of the imaging device shown in FIG. 本発明の第2の実施の形態による撮像装置の一構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of 1 structure of the imaging device by the 2nd Embodiment of this invention. 図16に示す撮像光学系、光分離部、撮像部及び分光部の位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the positional relationship of the imaging optical system shown in FIG. 16, a light separation part, an imaging part, and a spectroscopy part.

<第1の実施の形態>
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施の形態による撮像装置について説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態による撮像装置の構成を示すブロック図である。撮像装置100は、交換レンズ部101と本体部102によって構成される。交換レンズ部101は光学レンズによって構成される撮像光学系103を含む。本体部102は、撮像部104、光学距離変更部105、分光部106、画像処理部107、データ保持部108及び画像データの調整を行う調整部であるホワイトバランス調整部109で構成する。図1においては、光路と電気信号線とを区別するために、白抜きの太い矢印で光の光路を示しており、細い矢印で電気信号やデータの流れを示している。
<First Embodiment>
Hereinafter, an imaging device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention. The imaging apparatus 100 includes an interchangeable lens unit 101 and a main body unit 102. The interchangeable lens unit 101 includes an imaging optical system 103 configured by an optical lens. The main body unit 102 includes an imaging unit 104, an optical distance changing unit 105, a spectroscopic unit 106, an image processing unit 107, a data holding unit 108, and a white balance adjustment unit 109 that is an adjustment unit that adjusts image data. In FIG. 1, in order to distinguish an optical path from an electric signal line, an optical path of light is indicated by a thick white arrow, and a flow of an electric signal or data is indicated by a thin arrow.

撮像部104は、CCD撮像素子で構成し、光電変換を行い撮像データを出力する。光学距離変更部105は、ガラス等の光学部材で構成し、撮像光学系13から出射する光の光学距離(光路長)を変更する。分光部106は、透過型誘電体多層膜フィルタで構成し、光学距離変更部105によって光学距離が変更された光を波長帯毎に分解する。分光部106によって分光された光は撮像部104へ入射し、撮像部104から分光スペクトルデータとして出力される。撮像部104は、撮像対象を撮像した画像データと、分光部106によって分光された分光スペクトルデータが出力されることになる。ここでは、この画像データと分光スペクトルデータとで構成するデータを撮像データと称する。画像処理部107は、撮像部104から出力する撮像データを画像処理する。データ保持部108は、メモリ、あるいはSDカードなどで構成し、画像処理部107が出力する画像処理後の撮像データを保持する。ホワイトバランス調整部109は、画像処理部107から出力される画像データと分光スペクトルデータに基づき撮像部104の画素毎のゲイン調整を行う。   The imaging unit 104 is configured with a CCD imaging device, performs photoelectric conversion, and outputs imaging data. The optical distance changing unit 105 is made of an optical member such as glass and changes the optical distance (optical path length) of the light emitted from the imaging optical system 13. The spectroscopic unit 106 includes a transmissive dielectric multilayer filter, and decomposes the light whose optical distance has been changed by the optical distance changing unit 105 for each wavelength band. The light split by the spectroscopic unit 106 enters the imaging unit 104 and is output from the imaging unit 104 as spectral spectrum data. The imaging unit 104 outputs the image data obtained by imaging the imaging target and the spectral data spectrally separated by the spectroscopic unit 106. Here, the data composed of the image data and the spectral data is referred to as imaging data. The image processing unit 107 performs image processing on imaging data output from the imaging unit 104. The data holding unit 108 is configured by a memory, an SD card, or the like, and holds image data after image processing output from the image processing unit 107. The white balance adjustment unit 109 performs gain adjustment for each pixel of the imaging unit 104 based on the image data and spectral spectrum data output from the image processing unit 107.

撮影対象からの光は、撮像光学系103を通して入射し、入射した光の多くは撮像部104に入射し、撮像部104により光電変換を経て撮像データとして出力する。入射した光のうちの一部は、光学距離変更部105を透過したのち、分光部106へ入射し、分光部106により波長毎に分光され撮像部104に入射する。撮像部104は、その画素位置に応じて各波長に対応した強度を取得することになるため、これにより分光スペクトルを得ることができる。撮像部104は取得した撮像データを画像処理部107へ出力し、画像処理部107はこの撮像データから分光スペクトルデータと画像データを分離し、画像データをデータ保持部108に、分光スペクトルデータと画像データをホワイトバランス調整部109へ出力する。ホワイトバランス調整部109は、画像データと分光スペクトルとから撮像部104のゲインを設定する。   Light from the imaging target is incident through the imaging optical system 103, and most of the incident light is incident on the imaging unit 104. The imaging unit 104 performs photoelectric conversion and outputs it as imaging data. A part of the incident light passes through the optical distance changing unit 105 and then enters the spectroscopic unit 106. The spectroscopic unit 106 splits the light for each wavelength and enters the imaging unit 104. Since the imaging unit 104 acquires the intensity corresponding to each wavelength according to the pixel position, it is possible to obtain a spectral spectrum. The imaging unit 104 outputs the acquired imaging data to the image processing unit 107, and the image processing unit 107 separates the spectral spectrum data and the image data from the imaging data, and the image data is sent to the data holding unit 108 and the spectral spectrum data and the image data. Data is output to the white balance adjustment unit 109. The white balance adjustment unit 109 sets the gain of the imaging unit 104 from the image data and the spectral spectrum.

次に、図2を参照して、撮像装置100における一般的な画像取得原理について説明する。図2は、被写体111と撮像光学系103、撮像部104の位置関係を示す図である。なお、図2においては簡単のため撮像光学系103を一つの凸レンズで表現する。撮像光学系103の焦点距離をf、被写体111と撮像光学系103の距離をa、撮像光学系103と撮像部104における撮像面112の距離をbとし、被写体111が撮像部104の撮像面上で結像するものとする。このとき、距離a、距離b及び焦点距離fは(1)式を満たす。
1/a + 1/b = 1/f ・・・(1)
Next, a general image acquisition principle in the imaging apparatus 100 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating a positional relationship between the subject 111, the imaging optical system 103, and the imaging unit 104. In FIG. 2, the imaging optical system 103 is expressed by a single convex lens for simplicity. The focal length of the imaging optical system 103 is f, the distance between the subject 111 and the imaging optical system 103 is a, the distance between the imaging optical system 103 and the imaging surface 112 in the imaging unit 104 is b, and the subject 111 is on the imaging surface of the imaging unit 104. It is assumed that an image is formed at. At this time, the distance a, the distance b, and the focal length f satisfy the expression (1).
1 / a + 1 / b = 1 / f (1)

この位置関係となる時に、被写体111は撮像部104上に結像し、ピントの合った鮮明な画像を得ることが可能となる。但し、必ずしもこの関係を厳密に満たす必要は無く、ある一定の距離で許容できる。図3はこれを示した図である。撮像面112において、図中dは結像位置のずれの許容範囲を示している。一般に、dは撮像部104であるCCD撮像素子の1画素の大きさに相当する。結像位置のずれが1画素の大きさ以下であれば、結像位置がずれてもボケのない画像を得ることができる。図中eで示す撮像面112を移動しても像が許容できる距離を焦点深度といい、この範囲に結像する被写体の位置を示す図中cの距離を被写界深度という。   When this positional relationship is established, the subject 111 is imaged on the imaging unit 104, and a sharp and focused image can be obtained. However, it is not always necessary to strictly satisfy this relationship, and it is acceptable at a certain distance. FIG. 3 shows this. In the imaging surface 112, d in the figure indicates an allowable range of deviation of the imaging position. In general, d corresponds to the size of one pixel of a CCD image pickup device that is the image pickup unit 104. If the shift of the imaging position is equal to or less than the size of one pixel, a blur-free image can be obtained even if the imaging position is shifted. The distance that allows an image even if the imaging surface 112 indicated by e in the figure is moved is referred to as the depth of focus, and the distance c in the figure that indicates the position of the subject that forms an image in this range is referred to as the depth of field.

以上を踏まえ、図1に示す撮像装置100について図4を参照して説明する。撮像部104の下部前面に、光学距離変更部105と分光部106を配置する。図5は、図4に示す光学距離変更部105、分光部106及び撮像部104について、詳細を説明するための拡大図である。光学距離変更部105は、可視光域で使用される光学材料である光学ガラス(例えば、BK7)である。BK7を用いた光学ガラスの屈折率は約1.51である。図5の符号Aで示すように、光学距離変更部105の入射側の面に対して角度を持って入射する(入射側の面に垂直でない角度で入射する)光は、光学距離変更部105が無い場合の光路(波線で示す光路)に対して、屈折により実線で示す光路を進む。   Based on the above, the imaging apparatus 100 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. An optical distance changing unit 105 and a spectroscopic unit 106 are arranged on the lower front surface of the imaging unit 104. FIG. 5 is an enlarged view for explaining details of the optical distance changing unit 105, the spectroscopic unit 106, and the imaging unit 104 shown in FIG. The optical distance changing unit 105 is an optical glass (for example, BK7) that is an optical material used in the visible light region. The refractive index of the optical glass using BK7 is about 1.51. As indicated by reference numeral A in FIG. 5, light incident at an angle with respect to the incident-side surface of the optical distance changing unit 105 (incident at an angle not perpendicular to the incident-side surface) is optical distance changing unit 105. The optical path indicated by the solid line is advanced by refraction with respect to the optical path when there is no optical path (optical path indicated by the wavy line).

これにより、ボケのない画像を得ることができる1画素あたりの範囲であるdを大きく超える光が分光部106に入射することになる。すなわち、分光部106を透過した後の光は本来の焦点面からずれた位置に焦点面が形成されることになる。これは、例えば図6(a)に示すような画像に対応する光が撮像光学系103に入射しているとすると、光学距離変更部105が存在しない場合、分光部106に入射する光は図6(b)の点線で示す部分に対応する光のみとなる。一方、光学距離変更部105を設けた場合は前述のように光が屈折しtで示すエリア全体の光が混ざって分光部106に入射することとなる。この光が、撮像部104に入射することにより、図6(b)に示すようなエリアtに対応する部分の光の分光スペクトルを取得することが可能となる。   As a result, light that greatly exceeds d, which is a range per pixel in which a blur-free image can be obtained, enters the spectroscopic unit 106. That is, the focal plane of the light after passing through the spectroscopic unit 106 is formed at a position shifted from the original focal plane. For example, if light corresponding to an image as shown in FIG. 6A is incident on the imaging optical system 103, the light incident on the spectroscopic unit 106 is illustrated when the optical distance changing unit 105 is not present. Only the light corresponding to the portion indicated by the dotted line 6 (b) is obtained. On the other hand, when the optical distance changing unit 105 is provided, the light is refracted as described above, and the light of the entire area indicated by t is mixed and incident on the spectroscopic unit 106. When this light is incident on the imaging unit 104, it is possible to obtain a spectral spectrum of the light corresponding to the area t as shown in FIG. 6B.

撮像部104のそれぞれの画素においては、カラー画像を撮像する場合、RGBいずれかのカラーフィルタが形成されているのが一般的である。分光部106を透過した後の光が入射する画素では、分光された光に対し充分な画素数があれば、RGBそれぞれで受光し、それぞれの値から波長毎の強度を求めてもよいが、精度が落ちる。また、画素数が充分出ない場合、例えば長波長側(赤)の光がBフィルタに入射した場合、フィルタでカットされ、その波長成分の強度を取得することができなくなる。そのため、分光部106透過後の光が入射する撮像部104上の画素では、可視域である380nmから780nmの全ての波長域に対して透過するようカラーフィルタを形成するか、あるいはカラーフィルタを無くした構成とする。   In each pixel of the imaging unit 104, when a color image is captured, one of RGB color filters is generally formed. In a pixel to which light after passing through the spectroscopic unit 106 is incident, if there is a sufficient number of pixels with respect to the dispersed light, the light may be received by each of RGB, and the intensity for each wavelength may be obtained from each value. The accuracy drops. In addition, when the number of pixels is not sufficient, for example, when long-wavelength (red) light is incident on the B filter, the light is cut by the filter, and the intensity of the wavelength component cannot be acquired. For this reason, in the pixel on the imaging unit 104 to which the light after passing through the spectroscopic unit 106 is incident, a color filter is formed so as to transmit in all the wavelength ranges from 380 nm to 780 nm that are visible, or the color filter is not provided. The configuration is as follows.

このように、光学距離変更部105を用いて分光部106透過後の光が、本来の焦点面である撮像部104上で焦点を持たなくなることにより、被写体そのものの分光スペクトル、すなわち物体の分光反射特性ではなく、ある一定のエリアの反射光を混合した光が分光部106に入射することにより、被写体を照射している環境光に近い光の分光スペクトルを得ることが可能となる。なお、撮像部104の波長毎の分光感度特性をあらかじめ保持しておき、撮像部104で得られた各波長毎の光強度を補正する必要がある。   In this way, the light that has passed through the spectroscopic unit 106 using the optical distance changing unit 105 is not focused on the imaging unit 104 that is the original focal plane, so that the spectral spectrum of the subject itself, that is, the spectral reflection of the object. When light that is a mixture of reflected light in a certain area instead of the characteristics is incident on the spectroscopic unit 106, it is possible to obtain a spectral spectrum of light that is close to the ambient light that irradiates the subject. Note that the spectral sensitivity characteristic for each wavelength of the imaging unit 104 needs to be held in advance, and the light intensity for each wavelength obtained by the imaging unit 104 needs to be corrected.

ここで、図7を参照して、誘電体多層膜フィルタで構成する分光部106について分光の原理を説明する。図7(a)は、分光部106の上面図である。図中Aの方向に進むに従い、厚さが厚くなっている。図7(a)の点線で示す部分を拡大した図が図7(b)である。説明を簡単にするため、厚みの変化はこの図では無視している。分光部106は、図7(b)に示すように、高屈折率層121と低屈折率層122が交互に積層され、中央付近のみ低屈折率層が2層となる構成である。各層に使われる物質としては、高屈折率層121には硫化亜鉛など、低屈折率層122には氷晶石などがある。この分光部106に入射した光は、ファブリ・ペロー干渉計と同様の原理により、ある波長の光のみが透過して出射する。   Here, with reference to FIG. 7, the principle of spectroscopy will be described for the spectroscopic unit 106 formed of a dielectric multilayer filter. FIG. 7A is a top view of the spectroscopic unit 106. The thickness increases in the direction A in the figure. FIG. 7B is an enlarged view of a portion indicated by a dotted line in FIG. For simplicity of explanation, the thickness change is ignored in this figure. As shown in FIG. 7B, the spectroscopic unit 106 is configured such that the high refractive index layers 121 and the low refractive index layers 122 are alternately stacked, and the low refractive index layer is formed in two layers only near the center. Examples of the material used for each layer include zinc sulfide for the high refractive index layer 121 and cryolite for the low refractive index layer 122. The light incident on the spectroscopic unit 106 is transmitted through only a certain wavelength of light according to the same principle as the Fabry-Perot interferometer.

ファブリ・ペロー干渉計とは、図8に示すように、ミラー123が平行にある間隔tを持って配置され、その間は空気層である。ミラー123が向かい合う面がそれぞれ高反射の特性を持っている。図の左方向から角度θで入射した光は、(2)式で与えられる波長λの光のみが、干渉によって強められ、図の右側の方向に出射する。
mλ = tcosθ ・・・(2)
ここでmは整数である。残りの光は、互いに打ち消しあうこととなる。このように特定の波長の光のみを取り出すことが可能となる。
The Fabry-Perot interferometer is, as shown in FIG. 8, arranged with an interval t in which mirrors 123 are parallel, and an air layer therebetween. The surfaces facing the mirrors 123 have high reflection characteristics. As for the light incident at an angle θ from the left direction in the figure, only the light having the wavelength λ given by the equation (2) is intensified by interference and emitted in the right direction in the figure.
mλ = t cos θ (2)
Here, m is an integer. The remaining lights will cancel each other. Thus, it becomes possible to extract only light of a specific wavelength.

分光部106は、それぞれの層の厚さは、透過させたい光の波長をλとすると、λ/4の厚みとなる。中央の2つの低屈折率層122が並んでいる部分がファブリ・ペローの空気層に対応し、残りの層がミラーの役割となることで、特定波長λの光のみを取り出すことができる。図7(a)のように、長手方向(図7(a)のA方向)に厚さが変化することで、位置により透過してくる光の波長が異なるため、分光スペクトルを得ることが可能となる。なお、多層膜フィルタの素材や層数などこれに限定される物ではなく、また赤外カットのための金属膜フィルタなどが一体形成されていてもよい。   The thickness of each layer of the spectroscopic unit 106 is λ / 4, where λ is the wavelength of light to be transmitted. The portion where the two low refractive index layers 122 at the center are aligned corresponds to the Fabry-Perot air layer, and the remaining layers serve as mirrors, so that only light of a specific wavelength λ can be extracted. As shown in Fig. 7 (a), the wavelength changes in the longitudinal direction (A direction in Fig. 7 (a)), so that the wavelength of the transmitted light varies depending on the position. It becomes. Note that the material and the number of layers of the multilayer filter are not limited thereto, and a metal film filter for infrared cut may be integrally formed.

図4においては、分光部106を撮像部104の下端に配置する例を示したが、この位置に限定されるものではなく、上端に配置してもよく、さらに図9に示すように、上端と下端の両方に配置してもよい。また、右端や左端に配置してもよく、さらに、図10に示すように、左右端の両方に配置するようにしてもよい。このように、撮像部104の端部に分光部106、及び光学距離変更部105を備えることにより、画像の取得と共に、撮影対象の環境光に近い分光スペクトルを同時に取得することが可能となる。また、左右上下など、複数配置することにより、撮影対象に含まれる被写体の影響を排除し、より精度良く環境光の分光スペクトル取得が可能となる。これは、例えば分光部106が1つのみであり、その分光部106に入射する撮影対象エリアが青い被写体で覆われている場合、青に相当する短波長側では環境光に近い分光スペクトルが取得可能であるが、赤に相当する長波長側の分光スペクトルは正確に取得できない可能性があるが、複数持つことによりこのような被写体の偏りによる誤差の影響を軽減することができるようにするためである。   In FIG. 4, an example in which the spectroscopic unit 106 is arranged at the lower end of the imaging unit 104 is shown. However, the present invention is not limited to this position, and may be arranged at the upper end. Further, as shown in FIG. It may be arranged at both the lower end and the lower end. Moreover, you may arrange | position at a right end and a left end, and as shown in FIG. As described above, by providing the spectroscopic unit 106 and the optical distance changing unit 105 at the end of the image capturing unit 104, it is possible to simultaneously acquire a spectral spectrum that is close to the ambient light to be imaged as well as an image. Further, by arranging a plurality of arrangements such as left and right and up and down, it is possible to eliminate the influence of the subject included in the photographing target and obtain the spectrum spectrum of the ambient light with higher accuracy. For example, when there is only one spectroscopic unit 106 and the photographing target area incident on the spectroscopic unit 106 is covered with a blue subject, a spectral spectrum close to ambient light is acquired on the short wavelength side corresponding to blue. Although it is possible, the spectrum on the long wavelength side corresponding to red may not be obtained accurately, but by having a plurality, it is possible to reduce the influence of errors due to such object bias It is.

誘電体多層膜フィルタで構成する分光部106は、角度特性を持ち、平行光を入射すると入射した光を正確に分光することが可能となり、通常入射する光を平行光とするよう光学系を配置する。平行光ではなく角度を持つ光が入射した場合、波長シフトなどが起き、分光スペクトルに誤差が生じる。図11、図12は分光部106を透過する光が角度に応じてどのように変化するかを示す図である。図11に示すように、撮像部104と分光部106が配置されており、角度θで光が入射するとする。なお、図7と同様、Aの方向にいくにつれ透過する光の波長が長くなるように配置されているものとし、図に記している矢印の方向から光が来た場合を右方向、その逆方向である分光部106の法線に対して左側の方向から光が来た場合を左方向とする。   The spectroscopic unit 106 composed of a dielectric multilayer filter has an angle characteristic, and when parallel light is incident, it becomes possible to accurately disperse the incident light, and an optical system is arranged so that the normally incident light is converted into parallel light. To do. When light having an angle instead of parallel light is incident, wavelength shift or the like occurs and an error occurs in the spectral spectrum. 11 and 12 are diagrams showing how the light transmitted through the spectroscopic unit 106 changes depending on the angle. As shown in FIG. 11, an imaging unit 104 and a spectroscopic unit 106 are arranged, and light is incident at an angle θ. As in FIG. 7, it is assumed that the wavelength of transmitted light becomes longer as it goes in the direction A, and when light comes from the direction of the arrow shown in the figure, the right direction and vice versa. The case where light comes from the left direction with respect to the normal line of the spectroscopic unit 106 as the direction is defined as the left direction.

このときの、角度毎の分光部106を通過し、撮像部104で取得された分光スペクトルの変化を図12に示す。ここでは、分光部106には波長約558nm付近の単波長の光を入射したとする。縦軸は0度の時を1として正規化した光の強度、横軸は波長を示している。左方向の場合は、波長が長波長側にシフトし、右方向の場合は短波長側にシフトしているのがわかる。また、角度が大きくなるに従い、大きく強度が減少しているのがわかる。これは、誘電体多層膜フィルタである分光部106での光の屈折と多層膜フィルタが角度を持つ光に対して、透過位置が短波長側にシフトするという特性によるものである。   FIG. 12 shows changes in the spectral spectrum obtained by the imaging unit 104 after passing through the spectral unit 106 at each angle. Here, it is assumed that light having a single wavelength having a wavelength of about 558 nm is incident on the spectroscopic unit 106. The vertical axis represents the light intensity normalized with 1 being 0 degree, and the horizontal axis represents the wavelength. In the case of the left direction, it can be seen that the wavelength is shifted to the long wavelength side, and in the case of the right direction, it is shifted to the short wavelength side. Moreover, it turns out that intensity | strength is reducing large as an angle becomes large. This is due to the characteristic that the transmission position shifts to the short wavelength side with respect to the light refraction at the spectroscopic unit 106 which is a dielectric multilayer filter and the light having the angle of the multilayer filter.

このように、角度を持つ光に対し誤差が大きくなるが、±10度以内であれば、強度も10%以内の変化であり、波長のシフトも比較的少ない。ここでは0度、10度、20度のみの光を入射したデータであるが、実際には例えば±10度以内であれば0〜10度間での光が入射するため、ピーク位置の変動はあまりない。角度毎の波長シフトにより、ややブロードな分光スペクトルとなる。   As described above, the error increases with respect to light having an angle. However, if it is within ± 10 degrees, the intensity is also changed within 10%, and the wavelength shift is relatively small. Here, it is data in which light of only 0 degrees, 10 degrees, and 20 degrees is incident, but in actuality, for example, light within 0 to 10 degrees is incident within ± 10 degrees, so the fluctuation of the peak position is not much. Due to the wavelength shift for each angle, a slightly broad spectrum is obtained.

図13は、一般的な蛍光灯の分光スペクトルを±10度以内で取得した分光スペクトルを示す。図13(a)は蛍光灯本来の分光スペクトル、図13(b)は±10度以内で、誘電体多層膜フィルタで取得した分光スペクトルである。但し、撮像素子の感度特性や、フィルタの透過特性は補正を行っている。図13を参照すると、ピーク部分で半値幅の多少の増大、強度に若干の誤差が見られるものの、ほぼ正確な分光スペクトルを取得できていることが分かる。撮像装置100内部に分光部106を配置しているが、撮像部104の受光角度特性があることから撮像装置100内部の光は角度が限定された光となっている。そのため、分光部106を本実施形態のように撮像光学系透過後の位置に配置することで、角度の限定された光が入射し、分光スペクトルを得ることが可能となる。撮像部104の特性によっては±10度を超える光が入射しうるが、誤差は大きくなるものの、ピーク位置等の把握は可能である。よって、このような構成とすることにより、分光部106へ入射する光を平行光とする特別な光学系を必要とせず、簡易な構成で誘電体多層膜フィルタを用いた環境光の分光スペクトルの取得が可能となる。   FIG. 13 shows a spectrum obtained by obtaining a spectrum of a general fluorescent lamp within ± 10 degrees. FIG. 13A shows a spectral spectrum inherent to a fluorescent lamp, and FIG. 13B shows a spectral spectrum obtained with a dielectric multilayer filter within ± 10 degrees. However, the sensitivity characteristics of the image sensor and the transmission characteristics of the filter are corrected. Referring to FIG. 13, it can be seen that a nearly accurate spectral spectrum can be obtained although there is a slight increase in the half-value width and a slight error in intensity at the peak portion. Although the spectroscopic unit 106 is disposed inside the imaging device 100, the light inside the imaging device 100 is light with a limited angle due to the light receiving angle characteristics of the imaging unit 104. Therefore, by arranging the spectroscopic unit 106 at a position after passing through the imaging optical system as in the present embodiment, light with a limited angle is incident and a spectroscopic spectrum can be obtained. Depending on the characteristics of the imaging unit 104, light exceeding ± 10 degrees may be incident, but the peak position and the like can be grasped although the error increases. Therefore, with such a configuration, a special optical system that collimates the light incident on the spectroscopic unit 106 is not required, and the spectral spectrum of ambient light using a dielectric multilayer film filter with a simple configuration can be obtained. Acquisition is possible.

画像処理部107は、撮像部104より出力される撮像データを処理する。撮像データには、撮像対象の画像データと分光スペクトルデータが混在している。画像処理部107は、画像データと分光スペクトルを分離し、画像データをデータ保持部108に保持し、分離した画像データと分光スペクトルデータをホワイトバランス調整部109へ出力する。画像処理部107では、この際デモザイキングや、JPEGフォーマットでの画像圧縮などを行う。   The image processing unit 107 processes imaging data output from the imaging unit 104. In the imaging data, image data to be imaged and spectral spectrum data are mixed. The image processing unit 107 separates the image data and the spectral spectrum, holds the image data in the data holding unit 108, and outputs the separated image data and spectral spectrum data to the white balance adjustment unit 109. At this time, the image processing unit 107 performs demosaicing, image compression in the JPEG format, and the like.

ホワイトバランス調整部109は、画像処理部107から出力される画像データと分光スペクトルデータを基に、分光スペクトルデータから光源の色温度を推定し、それに応じて撮像部104上の画素毎のゲインを決定する。光源の分光スペクトルをXYZ表色系における等色関数と積算、XYZ値を算出しこの値から相関色温度を求めることができるため、この色温度に応じ、例えば色温度が高い場合にはRのゲインをあげ、Bのゲインを下げる、色温度が低い場合には逆にRのゲインを下げ、Bのゲインをあげるといった処理を行う。色温度毎のゲインは、あらかじめテーブルにより保持する、あるいは計算式に基づき算出するなど複数の方法のいずれかを適用可能である。また、画像データより求めた色温度と比較し、平均をとってもよい。分光スペクトルを取得したエリアの被写体の色に大きな偏りがある場合などに有効である。   The white balance adjustment unit 109 estimates the color temperature of the light source from the spectral spectrum data based on the image data and spectral spectrum data output from the image processing unit 107, and sets the gain for each pixel on the imaging unit 104 accordingly. decide. Since the spectral spectrum of the light source is integrated with the color matching function in the XYZ color system, the XYZ value is calculated, and the correlated color temperature can be obtained from this value. For this color temperature, for example, when the color temperature is high, R Processing is performed such as increasing the gain, decreasing the B gain, and decreasing the R gain and increasing the B gain when the color temperature is low. The gain for each color temperature can be applied in any one of a plurality of methods such as holding in advance in a table or calculating based on a calculation formula. Further, an average may be taken by comparing with the color temperature obtained from the image data. This is effective when there is a large bias in the color of the subject in the area from which the spectrum was acquired.

なお、ここでは色温度としたが、画像データから算出する場合画像を複数のエリアに分割し、それぞれのエリアの平均をRGBそれぞれ算出、白色であると想定されるエリアのRGBそれぞれの平均値を算出し、このRGBバランスがほぼ同一になるようにゲインを調整する方法があり、分光スペクトルからの色温度を用いてテーブルを参照し、ゲインを算出し、画像からのゲインと分光スペクトルからのゲインの平均値を用いて制御に使うゲインを決定してもよい。   Here, the color temperature is used, but when calculating from image data, the image is divided into a plurality of areas, the average of each area is calculated for each RGB, and the average value for each RGB of the area assumed to be white is calculated. There is a method to calculate and adjust the gain so that the RGB balance is almost the same, refer to the table using the color temperature from the spectral spectrum, calculate the gain, gain from the image and gain from the spectral spectrum The gain used for control may be determined using the average value of.

前述したように、分光スペクトルを取得したエリアの被写体の色に大きな偏りがある場合などに有効である。また、色温度に限定するものではなく、撮像部104における、分光部106を通らない光が受光する部分のRGBカラーフィルタの特性をそれぞれ保持しておき、RGBそれぞれのカラーフィルタと得られた分光スペクトルを積算することでRGBそれぞれの値を算出する。そしてこれをそれぞれ比較しRGBのバランスを調べ、RGB全て同一になるようにRとBの値を調節してもよい。なお、この際はガンマ特性の補正処理など、全ての処理を含めた上でRGBが同一になるように制御することを意味する。また、光源の雰囲気を残すためといった目的で、RGBを完全に同一にしない場合もあり、状況に応じ適切な制御は変わる。   As described above, this is effective when there is a large deviation in the color of the subject in the area where the spectrum is acquired. Also, the color temperature is not limited, and the characteristics of the RGB color filter of the image receiving unit 104 that receives light that does not pass through the spectroscopic unit 106 are retained, and the RGB color filters and the obtained spectral filters are obtained. Each value of RGB is calculated by integrating the spectrum. Then, these values may be compared to check the RGB balance, and the values of R and B may be adjusted so that all RGB values are the same. In this case, it means that control is performed so that RGB is the same after including all processing such as correction processing of gamma characteristics. In addition, RGB may not be completely the same for the purpose of leaving the atmosphere of the light source, and appropriate control changes depending on the situation.

また、光源に関するデータベースを備え、出力される分光スペクトルデータと照合して光源を決定してもよい。図13に示すように、ほぼ一致した分光スペクトルが取得できれば光源の決定に支障がないが、誤差が大きい場合にはピーク波長の位置から光源を推定する方法もある。図14は、図13(a)に記載した蛍光灯とは異なる分光スペクトルを持つ蛍光灯の分光スペクトルを示している。なお、分光スペクトルは最大値を用いて正規化している。図14(a)の蛍光灯では、図13(a)や図14(b)にあるような480nm付近のピークが存在せず、これにより光源の特定が可能である。また、図13(a)と図14(b)の蛍光灯の分光スペクトルを比較すると、ピーク波長はほぼ同じであるものの、最も大きなピーク(540nm付近)に対する430nm付近のピーク強度が大きく異なり、この比を見ることで判別可能であることがわかる。以上のように、ピーク波長の位置とその強度比を用いることで光源を推定することが可能であり、取得した光源分光スペクトルの誤差が大きい場合でも、撮像エリアを照射する環境光を推定することが可能となる。光源が判別できない場合には、画像データのみからホワイトバランス調整用のゲインを決定してもよい。   Moreover, the database regarding a light source may be provided and a light source may be determined by collating with the output spectrum data. As shown in FIG. 13, there is no problem in determining the light source as long as spectral spectra that are substantially the same can be acquired, but there is also a method of estimating the light source from the position of the peak wavelength when the error is large. FIG. 14 shows a spectral spectrum of a fluorescent lamp having a spectral spectrum different from that of the fluorescent lamp shown in FIG. The spectral spectrum is normalized using the maximum value. In the fluorescent lamp of FIG. 14A, there is no peak near 480 nm as shown in FIGS. 13A and 14B, and the light source can be specified. Further, comparing the spectral spectra of the fluorescent lamps of FIGS. 13 (a) and 14 (b), although the peak wavelength is substantially the same, the peak intensity around 430 nm with respect to the largest peak (near 540 nm) is greatly different. It can be seen that the discrimination is possible by looking at the ratio. As described above, it is possible to estimate the light source by using the position of the peak wavelength and its intensity ratio, and to estimate the ambient light that illuminates the imaging area even when the acquired light source spectral spectrum has a large error Is possible. When the light source cannot be identified, the gain for white balance adjustment may be determined only from the image data.

なお、ここでは一眼デジタルカメラを想定し、交換レンズ部101と本体部102と分けて記載しているが、コンパクトデジタルカメラやビデオカメラなどのように、撮像光学系103が本体部102内に備えられていてもよい。図2においては、説明を簡単にするため、撮像光学系103を凸レンズ1枚で構成される簡単な例を示したが、通常複数枚のレンズによって構成されていてもよい。また、交換レンズ部101は、フォーカス調整のための機構などを含んでいてもよい。   Note that here, a single-lens digital camera is assumed, and the interchangeable lens unit 101 and the main body unit 102 are described separately. However, the imaging optical system 103 is provided in the main body unit 102 like a compact digital camera or a video camera. It may be done. In FIG. 2, for simplicity of explanation, a simple example in which the imaging optical system 103 is configured by one convex lens is shown, but it may be generally configured by a plurality of lenses. In addition, the interchangeable lens unit 101 may include a mechanism for focus adjustment.

また、ここでは撮像部104としてCCD撮像素子としたが、これに限定されるものではなく、CMOSや他の撮像素子であってもよい。分光部106と、分光部106を透過後の光を受光する撮像部104のエリアの画素数は、分光部106が380nmから780nmまでの分解能を持っていたとすると、1nmあたり1画素である400画素以上の画素数を持つことが望ましい。これにより、精度良く分光スペクトルを取得することが可能となる。但し、要求される分光スペクトルの精度が低い場合にはこれに限定されるわけではなく、より低い解像度であってもよい。画像処理部107の処理においても、圧縮画像フォーマットはJPEGに限られるものではなく、RAWデータでの処理やビットマップ形式など他の形式であっても良く、露出を決定するための手段とのデータ受け渡しなど、ここに挙げた機能のみに限定するものではない。RAWデータのみで保存する場合には、撮像部104のゲインは後からパーソナルコンピュータ上などで処理するため、ホワイトバランス調整部109はゲインの変更を行わないこともある。   In addition, although the CCD image pickup device is used as the image pickup unit 104 here, the image pickup unit 104 is not limited to this and may be a CMOS or another image pickup device. The number of pixels in the area of the image capturing unit 104 that receives the light after passing through the spectroscopic unit 106 and the spectroscopic unit 106 is 400 pixels, where the spectroscopic unit 106 has a resolution from 380 nm to 780 nm. It is desirable to have the above number of pixels. Thereby, it becomes possible to acquire a spectral spectrum with high accuracy. However, when the accuracy of the required spectral spectrum is low, the present invention is not limited to this, and a lower resolution may be used. Also in the processing of the image processing unit 107, the compressed image format is not limited to JPEG, and may be other formats such as processing with RAW data or bitmap format, and data with means for determining exposure. It is not limited to the functions listed here, such as delivery. When storing only RAW data, the gain of the imaging unit 104 is processed later on a personal computer or the like, so the white balance adjustment unit 109 may not change the gain.

また、ここでは光学距離変更部105を使用しているが、分光部106自体でも屈折等が起きることから、分光部106のみで透過後の焦点位置が撮像素子104の受光面とずらす、あるいは焦点を持たないようにすることも可能である。このように光学距離変更部105の機能を分光部と一体化して構成すると、光学距離変更部105が不要になり、より簡易な構成で本発明を実現することが可能となる。   Although the optical distance changing unit 105 is used here, since the refraction unit 106 itself undergoes refraction and the like, the focal position after transmission only by the spectroscopic unit 106 is shifted from the light receiving surface of the image sensor 104, or the focal point. It is also possible not to have. If the function of the optical distance changing unit 105 is integrated with the spectroscopic unit in this way, the optical distance changing unit 105 becomes unnecessary, and the present invention can be realized with a simpler configuration.

また、図4に示す構成を、図15に示すように変形させてもよい。図15においては、光学距離変更部105は存在しないが、撮像部104とは異なる別の撮像部131を備えている。撮像光学系103と撮像部104の距離をa、撮像光学系103と撮像部131の距離をbとすると、aとbの距離は異なる距離としている。このように、別の撮像部131を備え、この前面側に分光部106を配置することで、撮像光学系103の焦点面である撮像部104上からずらすことが可能となり、前述した構成と同様に分光スペクトルデータを取得することが可能となる。   Further, the configuration shown in FIG. 4 may be modified as shown in FIG. In FIG. 15, the optical distance changing unit 105 does not exist, but another imaging unit 131 different from the imaging unit 104 is provided. If the distance between the imaging optical system 103 and the imaging unit 104 is a, and the distance between the imaging optical system 103 and the imaging unit 131 is b, the distances a and b are different distances. Thus, by providing another imaging unit 131 and disposing the spectroscopic unit 106 on the front side, it is possible to shift the imaging unit 104 from the imaging unit 104 that is the focal plane of the imaging optical system 103, and the same as the configuration described above. Spectral spectrum data can be acquired.

また、ここでは調整部をホワイトバランス調整部として、得られた環境光の分光スペクトル、あるいは判別した光源の情報をホワイトバランス調整に用いているが、色制御に利用してもよい。たとえば光源に応じた各色変換行列情報を定義したテーブルを備え、光源に応じてこの行列を切り替えて色変換を行うことにより、各光源下における実物と色の見えを一致させる、あるいは光源ごとにより彩度が高く鮮やかな画像に仕上げる等の制御を行う事が可能となる。   In addition, here, the adjustment unit is used as a white balance adjustment unit, and the obtained spectral spectrum of ambient light or the information of the determined light source is used for white balance adjustment, but may be used for color control. For example, a table that defines each color conversion matrix information corresponding to the light source is provided, and color conversion is performed by switching this matrix according to the light source, thereby matching the appearance of the real thing and the color under each light source, or coloring by each light source. It is possible to perform control such as finishing the image with high brightness.

<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態による撮像装置について説明する。なお、第1の実施の形態による撮像装置100と同様の働きをするものについては同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。図16は、本発明の第2の実施の形態による撮像装置の一構成例を示す図である。本実施の形態による撮像装置200は、交換レンズ部101と本体部201によって構成される。図16においては、光路と電気信号線とを区別するために、白抜きの太い矢印で光の光路を示しており、細い矢印で電気信号やデータの流れを示している。
<Second Embodiment>
Next, an imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about what functions the same as the imaging device 100 by 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted. FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention. The imaging apparatus 200 according to the present embodiment includes an interchangeable lens unit 101 and a main body unit 201. In FIG. 16, in order to distinguish the optical path from the electric signal line, the light optical path is indicated by a thick white arrow, and the flow of an electric signal or data is indicated by a thin arrow.

交換レンズ部101はレンズによって構成される撮像光学系103を含む。本体部201は画像を取得するCCD撮像素子である撮像部104、ハーフミラーによって構成される光学部材である光分離部202、入射した光を波長毎に分解する透過型誘電体多層膜フィルタで構成する分光部106、分光部106を透過した光を受光し分光スペクトルを取得する撮像部131、撮像部104から出力する撮像データを画像処理する画像処理部107、画像データを保持するデータ保持部108、画像処理部107から出力される画像データ、撮像部131から出力される分光スペクトルデータに基づき撮像部104のゲイン調整を行うホワイトバランス調整部109によって構成される。   The interchangeable lens unit 101 includes an imaging optical system 103 constituted by a lens. The main unit 201 includes an image pickup unit 104 that is a CCD image pickup device that acquires an image, a light separation unit 202 that is an optical member including a half mirror, and a transmission type dielectric multilayer filter that decomposes incident light for each wavelength. A spectroscopic unit 106, an image capturing unit 131 that receives light transmitted through the spectroscopic unit 106 and acquires a spectral spectrum, an image processing unit 107 that performs image processing on imaging data output from the image capturing unit 104, and a data storage unit 108 that stores image data The white balance adjustment unit 109 adjusts the gain of the imaging unit 104 based on the image data output from the image processing unit 107 and the spectral data output from the imaging unit 131.

撮影対象からの光は、撮像装置200における撮像光学系103を通して入射し、光分離部202によって2つに分けられる。一方は撮像部104へ入射し、光電変換を経て画像データとして取得される。他方の光は、分光部106へ入射し、ここで波長毎に分光され撮像部131に入射する。撮像部131は、その画素位置に応じて各波長に対応した強度を取得することになるため、これにより分光スペクトルを得ることができる。ここで取得した分光スペクトルデータは、ホワイトバランス調整部109へと送られる。撮像部104は取得した撮像データを画像処理部107へ送り、画像処理部107は画像データをデータ保持部108とホワイトバランス調整部109へ送る。ホワイトバランス調整部109は、画像データと分光スペクトルとから撮像部104上の画素毎のゲインを設定する。以下、第1の実施の形態と異なる部分について詳細について説明する。   Light from the imaging target is incident through the imaging optical system 103 in the imaging apparatus 200 and is divided into two by the light separation unit 202. One is incident on the imaging unit 104 and is acquired as image data through photoelectric conversion. The other light enters the spectroscopic unit 106, where it is split for each wavelength and enters the imaging unit 131. Since the imaging unit 131 acquires the intensity corresponding to each wavelength in accordance with the pixel position, it is possible to obtain a spectral spectrum. The spectral data acquired here is sent to the white balance adjustment unit 109. The imaging unit 104 sends the acquired imaging data to the image processing unit 107, and the image processing unit 107 sends the image data to the data holding unit 108 and the white balance adjustment unit 109. The white balance adjustment unit 109 sets a gain for each pixel on the imaging unit 104 from the image data and the spectral spectrum. In the following, details of parts different from the first embodiment will be described.

図17は本実施の形態による撮像装置200の構成の詳細を説明する図である。撮像光学系103を透過した光は、光分離部202によって2つの光に分けられる。一方の光は、撮像部104へと入射し、他方の光は分光部106を透過することにより分光されて撮像部131へと入射する。このとき、図17に示すように光分離部202から撮像部104までの距離をa、光分離部202から撮像部131までの距離をbとすると、aとbの距離が互いに異なるように配置する。これにより、分光部106及び撮像部131に入射する光の焦点面は撮像部131の受光面とは異なる位置に配置されることとなる。したがって第1の実施の形態と同様ボケた画像、すなわちある一定のエリアの光が入射することとなり、被写体のある一部の分光反射光ではなく、一定エリア全体の光が入射することとなり環境光に近い分光スペクトルを取得することが可能となる。   FIG. 17 is a diagram for explaining the details of the configuration of the imaging apparatus 200 according to the present embodiment. The light transmitted through the imaging optical system 103 is divided into two lights by the light separation unit 202. One light is incident on the imaging unit 104, and the other light is split by passing through the spectral unit 106 and incident on the imaging unit 131. At this time, as shown in FIG. 17, when the distance from the light separation unit 202 to the imaging unit 104 is a and the distance from the light separation unit 202 to the imaging unit 131 is b, the distances a and b are different from each other. To do. As a result, the focal plane of the light incident on the spectroscopic unit 106 and the imaging unit 131 is arranged at a position different from the light receiving surface of the imaging unit 131. Therefore, as in the first embodiment, a blurred image, that is, light in a certain area is incident, and light of the entire certain area is incident instead of a part of the spectral reflected light of the subject. It is possible to obtain a spectrum close to.

なお、aとbの距離に関しては光学的な距離であり、分光部106による影響を踏まえて、撮像素子131の受光面と焦点面が一致しないように配置する必要がある。ホワイトバランス調整部109は、分光スペクトルデータの入力が撮像部131からになる以外、他の構成要素の機能は第1の実施の形態と同様であるため、それらの説明については省略する。   The distance between a and b is an optical distance, and it is necessary to dispose the light receiving surface and the focal plane of the image sensor 131 so as not to coincide with each other in consideration of the influence of the spectroscopic unit 106. Since the white balance adjustment unit 109 has the same functions as those of the first embodiment except that the spectral spectrum data is input from the imaging unit 131, the description thereof is omitted.

なお、一般的なデジタルカメラなどでは、ファインダーで撮影対象を確認するために光の方向を切替える構成を備えていることもあり、この機能を使用して、分光部106、撮像部104へ光を導くようにしてもよい。この場合、例えば、ファインダーへ導く光の一部を光学距離を変えて分光部106へ導くようにすればよい。   Note that a general digital camera or the like may have a configuration in which the direction of light is switched in order to check an object to be photographed with a viewfinder. Using this function, light is transmitted to the spectroscopic unit 106 and the imaging unit 104. You may make it guide. In this case, for example, a part of the light guided to the finder may be guided to the spectroscopic unit 106 by changing the optical distance.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、各実施形態の図における各部品や構成図等は、理解を容易にするために誇張や簡略化を行って記載しており、実際の大きさや比とは異なる。また、本発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   Although the embodiments of the present invention have been described above, each part, configuration diagram, and the like in the drawings of each embodiment are described with exaggeration and simplification for easy understanding. It is different from the ratio. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and technical means disclosed in the different embodiments can be appropriately used. Embodiments obtained in combination are also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラなどの撮像システムに利用可能である。   The present invention can be used in an imaging system such as a digital camera or a video camera using an imaging device.

100、200・・・撮像装置、101・・・交換レンズ部、102、201・・・本体部、103・・・撮像光学系、104、131・・・撮像部、105・・・光学距離変更部、106・・・分光部、107・・・画像処理部、108・・・データ保持部、109・・・ホワイトバランス調整部、202・・・光分離部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100, 200 ... Imaging device, 101 ... Interchangeable lens part, 102, 201 ... Main part, 103 ... Imaging optical system, 104, 131 ... Imaging part, 105 ... Optical distance change 106, spectroscopic unit, 107 ... image processing unit, 108 ... data holding unit, 109 ... white balance adjustment unit, 202 ... light separation unit

Claims (5)

光学系を通して結像させた光を光電変換することにより画像データを得る撮像素子を備える撮像装置であって、
前記光学系を通して入射した光の一部の光学距離を変更する光学距離変更部と、
前記光学距離を変更した光を分光して、前記撮像素子の一部へ入射させる分光部と、
前記分光部を介して入射した光を前記撮像素子により光電変換した撮像データに基づいて、前記分光スペクトルデータを生成する画像処理部と、
前記分光スペクトルデータに基づいて、前記撮像素子により得られる画像データの調整を行う調整部と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
An imaging apparatus including an imaging device that obtains image data by photoelectrically converting light imaged through an optical system,
An optical distance changing unit for changing an optical distance of a part of light incident through the optical system;
A spectroscopic unit that splits the light whose optical distance has been changed and makes it incident on a part of the imaging device;
An image processing unit that generates the spectral data based on imaging data obtained by photoelectrically converting light incident through the spectral unit by the imaging device;
An image pickup apparatus comprising: an adjustment unit that adjusts image data obtained by the image pickup device based on the spectral spectrum data.
前記光学距離変更部は、所定の屈折率を有する光学材料の部材内に光を透過させることにより、前記光の光学距離を変更させることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の撮像装置。   3. The optical distance changing unit according to claim 1, wherein the optical distance of the light is changed by transmitting the light into a member of an optical material having a predetermined refractive index. 4. Imaging device. 光学系を通して結像させた光を光電変換することにより画像データを得る第1の撮像素子を備える撮像装置であって、
分光した光を光電変換することにより分光スペクトルデータを得る第2の撮像素子と、
前記光学系を通して入射した光を二つに分離して、一方の光を前記第1の撮像素子に入射させ、他方の光を前記第2の撮像素子に入射させる光分離部と、
前記光分離部と前記第2の撮像素子との間に、前記光分離部との距離が前記光分離部と前記第1の撮像素子との距離と異なるように設けられ、前記他方の光を分光して、前記第2の撮像素子に入射させる分光部と、
前記分光部を介して入射した光を前記第2の撮像素子により光電変換することにより得られた分光スペクトルデータに基づいて、前記第1の撮像素子により得られる画像データの調整を行う調整部と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
An imaging apparatus including a first imaging element that obtains image data by photoelectrically converting light imaged through an optical system,
A second imaging device that obtains spectral data by photoelectrically converting the dispersed light;
A light separating unit that separates light incident through the optical system into two parts, makes one light incident on the first image sensor, and makes the other light incident on the second image sensor;
A distance between the light separation unit and the second image sensor is provided so that a distance from the light separation unit is different from a distance between the light separation unit and the first image sensor. A spectroscopic unit that splits the light and makes it incident on the second image sensor;
An adjustment unit that adjusts image data obtained by the first image sensor based on spectral spectrum data obtained by photoelectrically converting light incident through the spectroscopic unit by the second image sensor; An imaging apparatus comprising:
前記分光部は、透過型誘電体多層膜フィルタで構成することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 1, wherein the spectroscopic unit is configured by a transmissive dielectric multilayer filter. 前記調整部は、前記撮像素子のゲインを調整する事により画像データの調整を行う事を特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the adjustment unit adjusts image data by adjusting a gain of the imaging element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018125770A (en) * 2017-02-02 2018-08-09 パイオニア株式会社 Imaging apparatus, imaging method, program, and recording medium

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