JP2013108788A - Multispectral image information acquisition device and multispectral image information acquisition method - Google Patents

Multispectral image information acquisition device and multispectral image information acquisition method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease the number of imaging sensors and enable one-shot photographing by acquiring an image with a small number of bands and an image of a multispectral filter array so that the images make a set and restoring a spectral image by signal processing.SOLUTION: In relation to a subject image, first image sensors 13R, 13G, 13B acquire image information of a first image which has a first color number which is three or more and a first pixel number, corresponding to the spectral sensitivity characteristic in the broadband. In relation to the same subject image, a second image sensor 14 acquires image information of a second image which has a second pixel number, a second color number corresponding to different spectral sensitivity characteristics according to the pixels, a spectral sensitivity characteristic which, in the narrowband, overlaps the spectral sensitivity characteristic in the broadband, and a third color number which is larger than the first color number when all the pixels are put together. On the basis of the image information of the first image and the image information of the second image which are acquired, image information of a third image which has the third color number and the first pixel number is generated as multispectral image information in relation to the subject image.

Description

本発明は、被写体のスペクトル情報に基づいて、高い精度の色再現を実現するためのマルチスペクトル画像情報取得装置及びマルチスペクトル画像情報取得方法に関する。   The present invention relates to a multispectral image information acquisition apparatus and a multispectral image information acquisition method for realizing highly accurate color reproduction based on subject spectral information.

従来より、マルチスペクトル画像は、撮像する物体が何に属するかを識別したり、物体がどのような状態であるのかを調べるのに有効であり、リモートセンシング、バイオ、医学、マシンビジョン等の様々分野で活用されている。   Traditionally, multispectral images have been useful for identifying what an object to be imaged belongs to, and for examining what state the object is in, such as remote sensing, biotechnology, medicine, and machine vision. It is used in the field.

しかし、例えば図22に示すように、空間方向2次元、波長方向に1次元の合計3次元から構成されるスペクトル画像を収集するためには、特殊で大型な装置や、空間方向もしくは波長方向でのスキャンニングが必要となる。   However, for example, as shown in FIG. 22, in order to collect a spectral image composed of a total of three dimensions of two dimensions in the spatial direction and one dimension in the wavelength direction, a special large-sized device or a spatial direction or wavelength direction may be used. Scanning is required.

従来のスペクトル画像取得装置としては、透過光の中心波長を電気的に変化させることが可能なチューナブルフィルタとモノクロ画像センサから構成される分光画像撮像装置(例えば、特許文献1参照)や、スリットを介して観察される1ライン分のスペクトル画像を、シーン上をスキャンしながら取得する分光画像取得装置(例えば、特許文献2参照)などがある。   As a conventional spectral image acquisition device, a spectral image pickup device (for example, refer to Patent Document 1) including a tunable filter and a monochrome image sensor that can electrically change the center wavelength of transmitted light, a slit, There is a spectral image acquisition device (for example, refer to Patent Document 2) that acquires a spectral image for one line observed through a scene while scanning the scene.

また、装置の小型化を実現するため、少ないセンシングデータから、信号処理によりスペクトル画像を復元する試みがある。例えば、波長方向の解像度の低いデータから、信号処理により、波長解像度の高い分光画像を取得する方法も提案されている(例えば、特許文献3参照)。   In addition, there is an attempt to restore a spectrum image by signal processing from a small amount of sensing data in order to realize a reduction in size of the apparatus. For example, a method has been proposed in which a spectral image with a high wavelength resolution is acquired from data with a low resolution in the wavelength direction by signal processing (see, for example, Patent Document 3).

さらに、リモートセンシングの分野では、2種類の特性の異なる分光画像データを取得し、映像信号処理により、高い空間解像度と波長解像度を有する分光画像を出力する方法が検討されている。具体的には、高空間解像度のモノクロセンサーと低空間解像度のスペクトル画像センサによりデータを取得し、高空間解像度の分光画像を信号処理により出力する例がある(例えば、非特許文献1参照)。また、スペクトル情報に基づく色再現を目的として、3チャネルの画像と多点計測スペクトル情報(低解像度スペクトル画像情報)を取得し、信号処理により高解像度の分光画像を出力する例がある(例えば、特許文献4、5、非特許文献2、3参照)。   Further, in the field of remote sensing, a method of acquiring spectral image data having two different characteristics and outputting a spectral image having high spatial resolution and wavelength resolution by video signal processing is being studied. Specifically, there is an example in which data is acquired by a high spatial resolution monochrome sensor and a low spatial resolution spectral image sensor, and a high spatial resolution spectral image is output by signal processing (see, for example, Non-Patent Document 1). In addition, for the purpose of color reproduction based on spectrum information, there is an example of acquiring a three-channel image and multi-point measurement spectrum information (low-resolution spectrum image information) and outputting a high-resolution spectral image by signal processing (for example, (See Patent Documents 4 and 5 and Non-Patent Documents 2 and 3).

一方、R(赤)、緑(G)、青(B)の3チャネルの画像で構成されるカラー画像収集においては、R、G、B用の3枚のイメージングセンサを使用する3板式の代わりに、例えば、図23の(A)に示すように、イメージングセンサ上にR、G、B、3種のカラーフィルタをアレイ状に重ねてデータを取得し、補間処理によってカラー画像を生成する単板方式が広く普及している。これをNバンドのスペクトル画像収集に応用する場合、図23の(B)に示すように、N種類のカラーフィルタを空間的に配したマルチスペクトルフィルタアレイを利用することになる。マルチスペクトルフィルタアレイの設計方法や、デモザイキング方法に関する研究も行われている(例えば、非特許文献4、5参照)。   On the other hand, in color image collection composed of three-channel images of R (red), green (G), and blue (B), instead of the three-plate type using three imaging sensors for R, G, and B In addition, for example, as shown in FIG. 23A, data is obtained by superimposing R, G, B, and 3 types of color filters in an array on an imaging sensor, and a color image is generated by interpolation processing. The plate method is widely used. When this is applied to N-band spectral image collection, as shown in FIG. 23B, a multispectral filter array in which N types of color filters are spatially arranged is used. Studies on multispectral filter array design methods and demosaicing methods have also been conducted (see, for example, Non-Patent Documents 4 and 5).

特開2001−228024号公報JP 2001-228024 A 特開2001−296180号公報JP 2001-296180 A 特開2006−255324号公報JP 2006-255324 A 特開2009−237817号公報JP 2009-237817 A 特開2009−260411号公報JP 2009-260411 A

M. T. Eismann and R. C. Hardie, “Hyperspectral resolution enhancement using high-resolution multispectral imagery with arbitrary response functions,” IEEE Trans. Image Processing, 43, 455-465 (2005).M. T. Eismann and R. C. Hardie, “Hyperspectral resolution enhancement using high-resolution multispectral imagery with arbitrary response functions,” IEEE Trans. Image Processing, 43, 455-465 (2005). Y. Murakami, K. Ietomi, M. Yamaguchi and N. Ohyama, “MAP estimation of spectral reflectance from color image and multipoint spectral measurements,” Applied Optics, 46, 7068-7082 (2007).Y. Murakami, K. Ietomi, M. Yamaguchi and N. Ohyama, “MAP estimation of spectral reflectance from color image and multipoint spectral measurements,” Applied Optics, 46, 7068-7082 (2007). Y. Murakami, M. Yamaguchi, and N. Ohyama, “Piecewise Wiener estimation for reconstruction of spectral reflectance image by multipoint spectral measurements,” Applied Optics, 48(11), 2188-2202 (2009).Y. Murakami, M. Yamaguchi, and N. Ohyama, “Piecewise Wiener estimation for reconstruction of spectral reflectance image by multipoint spectral measurements,” Applied Optics, 48 (11), 2188-2202 (2009). Raju Shrestha, Jon Yngve Hardeberg, and Rahat Khan, “Spatial arrangement of color filter array for multispectral image acquisition,” Proc. SPIE, 7875, pp. 787503-787503-9 (2011).Raju Shrestha, Jon Yngve Hardeberg, and Rahat Khan, “Spatial arrangement of color filter array for multispectral image acquisition,” Proc. SPIE, 7875, pp. 787503-787503-9 (2011). Lian Miao, Hairong Qi, Rajeev Ramanath, and Wesley E. Snder, “Binary tree-based generic demosaicking algorithm for multispectral filter arrays,” IEEE Trans. Image Processing, !5(11), 3550-3558 (2006).Lian Miao, Hairong Qi, Rajeev Ramanath, and Wesley E. Snder, “Binary tree-based generic demosaicking algorithm for multispectral filter arrays,” IEEE Trans. Image Processing,! 5 (11), 3550-3558 (2006).

しかしながら、上記特許文献1や特許文献2に記載されている装置では、信号処理を用いずに直接分光画像を取得する方法であるため、空間解像度・波長解像度・時間解像度にはトレードオフの関係がある。また、基本的に静止画を対象としている。さらに、1枚のイメージングセンサで取得できるデータは2次元であるため、これを時間的にスキャンして3次元目のデータを取得する。そのため、動く被写体や動画での撮影が難しい。また機械的駆動を必要とする装置の場合には、装置の大型化も避けられない。   However, since the apparatus described in Patent Document 1 and Patent Document 2 is a method for directly acquiring a spectral image without using signal processing, there is a trade-off relationship between spatial resolution, wavelength resolution, and time resolution. is there. Basically, still images are targeted. Furthermore, since data that can be acquired by one imaging sensor is two-dimensional, this is temporally scanned to acquire third-dimensional data. Therefore, it is difficult to shoot with moving subjects and videos. Further, in the case of a device that requires mechanical driving, an increase in the size of the device is inevitable.

そこで、小型かつワンショットで撮影できるスペクトル画像収集装置が望まれている。   Therefore, there is a demand for a spectral image collecting apparatus that can be photographed in a small size and with one shot.

また、上記特許文献3のように、波長方向の解像度の低いデータから、信号処理により、波長解像度の高い分光画像を取得する方法は、内視鏡のように対象が限定されている場合には、信号処理方法を最適化することにより、比較的高い精度が期待できるが、様々な被写体を対象とする場合には、波長方向に十分な精度が得られない。   Further, as in Patent Document 3, a method for acquiring a spectral image with a high wavelength resolution by signal processing from data with a low resolution in the wavelength direction is limited when the target is limited like an endoscope. By optimizing the signal processing method, relatively high accuracy can be expected. However, when targeting various subjects, sufficient accuracy in the wavelength direction cannot be obtained.

また、上記非特許文献2〜3のように、多点計測スペクトル情報を取得する方法には課題も多い。   Further, as in Non-Patent Documents 2 to 3, there are many problems in the method of acquiring multipoint measurement spectrum information.

さらに、上記非特許文献4、5のように、N種類のカラーフィルタを空間的に配したマルチスペクトルフィルタアレイを利用する方法では、空間解像度と波長解像度がトレードオフの関係となるので、空間解像度の低下が問題となり、実質的には、Nが大きな場合(例えばN>10)の適用は難しい。   Further, as described in Non-Patent Documents 4 and 5, in the method using a multispectral filter array in which N types of color filters are spatially arranged, the spatial resolution and the wavelength resolution are in a trade-off relationship. In practice, it is difficult to apply when N is large (for example, N> 10).

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、マルチスペクトルフィルタアレイを活用して効率的なスペクトル画像のセンシングを行うことで、小型かつワンショットでマルチスペクトル画像情報を収集できるようにしたマルチスペクトル画像情報取得装置及びマルチスペクトル画像情報取得方法を提供することにある。   Therefore, in view of the conventional problems as described above, an object of the present invention is to collect multispectral image information in a small size and one shot by using a multispectral filter array to perform efficient spectral image sensing. An object of the present invention is to provide a multispectral image information acquisition apparatus and a multispectral image information acquisition method.

本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。   Other objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become more apparent from the description of embodiments described below.

スペクトル画像において空間方向に小さな領域に限定した場合、少ないチャネル数の画像(RGB画像や、4チャネル画像など)の線形和で、スペクトル画像の各波長の画像を高精度に表現できることが多い。ただし、線形和の係数は、領域ごと、波長ごとに異なる。さらに、波長ごとの線形和の係数は、対応する波長画像における空間方向の少数点のセンシングデータに基づいて算出可能である。後者のセンシングは、マルチスペクトルフィルタアレイで実現可能である。   When the spectral image is limited to a small area in the spatial direction, the image of each wavelength of the spectral image can often be expressed with high accuracy by a linear sum of images with a small number of channels (RGB image, 4-channel image, etc.). However, the coefficient of the linear sum differs for each region and for each wavelength. Furthermore, the coefficient of the linear sum for each wavelength can be calculated based on the sensing data of the decimal point in the spatial direction in the corresponding wavelength image. The latter sensing can be realized with a multispectral filter array.

そこで、本発明では、空間方向と波長方向の共に高密度なセンシングを行う代わりに、空間方向に高密度で波長方向には疎なセンシングと、波長方向に高密度で空間方向には疎なセンシングにより得られるデータから、両方向共に高密度なスペクトル画像を復元する。この際、後者のセンシングでは、透過波長帯域の異なる多数色のフィルタを空間的に配列したマルチスペクトルフィルタアレイ(MSFA; multispectral filter array)を用いることで、小型かつワンショットでマルチスペクトル画像情報を収集する。   Therefore, in the present invention, instead of performing high-density sensing in both the spatial direction and the wavelength direction, sensing with high density in the spatial direction and sparse in the wavelength direction, and sensing with high density in the wavelength direction and sparse in the spatial direction From the data obtained by the above, a high-density spectral image is restored in both directions. In this case, the latter sensing uses a multispectral filter array (MSFA) that spatially arranges multiple color filters with different transmission wavelength bands to collect multispectral image information in a small and one-shot manner. To do.

すなわち、本発明は、マルチスペクトル画像情報取得装置であって、撮影レンズによって形成される被写体像に対して、広帯域の分光感度特性に対応する3色以上の第1の色数と第1の画素数を有する第1の画像の画像情報と、上記被写体像に対して、第2の画素数を有し、画素ごとに異なる分光感度特性に対応する第2の色数を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有し、全ての画素を集めたときの色数は上記第1の色数よりも多い第3の色数である第2の画像の画像情報を出力する撮像手段と、上記撮像手段により得られる上記第1の画像の画像情報と上記第2の画像の画像情報に基づいて、前記第3の色数と前記第1の画素数を有する第3の画像の画像情報を生成するマルチスペクトル画像算出手段とを備え、上記被写体像に対するマルチスペクトル画像情報として上記第3の画像の画像情報を生成することを特徴とする。   That is, the present invention is a multispectral image information acquisition apparatus, which has a first color number of three or more colors corresponding to a broadband spectral sensitivity characteristic and a first pixel for a subject image formed by a photographing lens. Image information of a first image having a number and a subject image having a second pixel number and a second color number corresponding to a different spectral sensitivity characteristic for each pixel, the spectral sensitivity The characteristic of the second image is narrow and overlaps with the spectral sensitivity characteristic of the wide band, and the number of colors when all the pixels are collected is the third number of colors larger than the first number of colors. Based on image information for outputting information, image information of the first image obtained by the image pickup means, and image information of the second image, the third color number and the first pixel number are included. Multispectral image calculation means for generating image information of the third image The provided, and generates the image information of the multi-spectral as image information the third image with respect to the subject image.

本発明に係るマルチスペクトル画像情報取得装置において、上記撮像手段は、上記撮影レンズによって形成される被写体像を上記第1の色数と第2の色数を合計した色数と同じ数の像に複製する分岐光学系と、上記分岐光学系により複製された上記第1の色数に等しい数の像面にそれぞれ配された上記第1の色数と同じ枚数のイメージセンサであって、かつ、それぞれのイメージセンサは第1の画素数を有し、イメージセンサの分光感度特性は広帯域の分光感度特性である第1のイメージセンサと、上記第2の色数と同じ数の像面にそれぞれ配された上記第2の色数と同じ枚数のイメージセンサであって、かつ、それぞれのイメージセンサは第2の画素数を有し、イメージセンサの各画素はそれぞれ異なる分光感度特性を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有し、上記第2の色数と同じ枚数のイメージセンサに含まれる画素を全て集めたきの色数は上記第1の色数よりも多い第3の色数である第2のイメージセンサを備えるものとすることができる。   In the multispectral image information acquisition apparatus according to the present invention, the imaging unit converts the subject image formed by the photographing lens into an image having the same number as the total number of colors of the first color number and the second color number. A branching optical system to be duplicated, and the same number of image sensors as the first number of colors arranged on the number of image planes equal to the number of the first colors duplicated by the branching optical system, and Each image sensor has a first number of pixels, and the spectral sensitivity characteristic of the image sensor is arranged on the first image sensor having a broadband spectral sensitivity characteristic, and on the same number of image planes as the second color number. The number of image sensors is the same as the second number of colors, and each image sensor has a second number of pixels, and each pixel of the image sensor has a different spectral sensitivity characteristic. Spectral sensitivity The number of colors is narrow and overlaps with the spectral sensitivity characteristics of the wide band, and the number of colors for collecting all the pixels included in the same number of image sensors as the second number of colors is larger than the first number of colors. A second image sensor having 3 colors may be provided.

また、本発明に係るマルチスペクトル画像情報取得装置において、上記第1のイメージセンサは、赤色画像と緑色画像と青色画像を撮像する3枚のイメージセンサであり、上記第2のイメージセンサは、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記第3の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた上記第2の画素数を有する1枚のイメージセンサであるものとすることができる。   In the multispectral image information acquisition apparatus according to the present invention, the first image sensor is three image sensors for capturing a red image, a green image, and a blue image, and the second image sensor is a pixel. A color filter may be provided for each, and the image sensor may be a single image sensor having the second number of pixels color-coded by the third color filter.

また、本発明に係るマルチスペクトル画像情報取得装置において、上記撮像手段は、上記撮影レンズによって形成される被写体像を2枚の像に複製する分岐光学系と、上記分岐光学系により複製された一方の被写体像の像面に配された1枚数のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記広帯域の分光感度特性に対応する上記第1の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた第1の画素数を有する上記第1の画像の画像情報を取得するための第1のイメージセンサと、上記分岐光学系により複製された他方の被写体像の像面に配された1枚数のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記狭帯域の分光感度特性に対応する上記第3の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた第2の画素数を有する上記第2の画像の画像情報を取得するための第2のイメージセンサを備え、さらに、上記第1のイメージセンサにより得られる広帯域の分光感度特性に対応する第1の画素数の画像情報から、デモザイキング処理により、上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報を生成するデモザイキング部を備え、上記マルチスペクトル画像算出手段は、上記第2のイメージセンサにより得られる狭帯域の分光感度特性に対応する上記第2の画素数の画像情報と、上記デモザイキング部によりデモザイキング処理された上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報に基づいて、上記第3の色数と、上記第4の画素数を有する画像の画像情報を算出するものとすることができる。   Also, in the multispectral image information acquisition apparatus according to the present invention, the imaging means includes a branching optical system that replicates the subject image formed by the photographing lens into two images, and one that is replicated by the branching optical system. One image sensor arranged on the image plane of the subject image, wherein a color filter is arranged for each pixel, and color coding is performed by the color filter of the first color number corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic. A first image sensor for acquiring image information of the first image having the first number of pixels, and one sheet arranged on the image plane of the other subject image copied by the branching optical system. An image sensor having a color filter for each pixel and color-coded by the color filter having the third color number corresponding to the narrow-band spectral sensitivity characteristic A first pixel corresponding to a broadband spectral sensitivity characteristic obtained by the first image sensor, wherein the second image sensor has a second image sensor for acquiring image information of the second image having two pixels. A demosaicing unit that generates image information of the image having the first number of colors and the fourth number of pixels from a number of pieces of image information by demosaicing processing; Image information of the second number of pixels corresponding to the narrow band spectral sensitivity characteristics obtained by the image sensor, and an image having the first number of colors and the fourth number of pixels demosaiced by the demosaicing unit. The image information of the image having the third color number and the fourth pixel number can be calculated based on the image information.

また、本発明に係るマルチスペクトル画像情報取得装置において、上記撮像手段は、上記撮像レンズにより被写体像が結像される像面に配された1枚のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記広帯域の分光感度特性に対応する上記第1の色数のカラーフィルタと上記狭帯域の分光感度特性に対応する上記第3の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた第1の画素数を有するイメージセンサを備え、さらに、上記撮像手段により得られる画像情報を、上記広帯域の分光感度特性に対応する画素の情報と、上記狭帯域の分光感度特性に対応する画素の情報とに分離する画像情報分離部と、上記画像情報分離部により分離された広帯域の分光感度特性に対応する画素の情報から、デモザイキング処理により、上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報を生成するデモザイキング部を備え、上記マルチスペクトル画像算出手段は、上記画像情報分離部により分離された狭帯域の分光感度特性に対応する画素の情報と、上記デモザイキング部によりデモザイキング処理された上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報に基づいて、上記第3の色数と、上記第4の画素数を有する画像の画像情報を算出するものとすることができる。   In the multispectral image information acquisition apparatus according to the present invention, the imaging unit is a single image sensor arranged on an image plane on which a subject image is formed by the imaging lens, and a color filter for each pixel. The color coding is performed by the color filter having the first color number corresponding to the spectral sensitivity characteristic in the wide band and the color filter having the third color number corresponding to the spectral sensitivity characteristic in the narrow band. An image sensor having a number of pixels, and further, image information obtained by the imaging means is converted into pixel information corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic and pixel information corresponding to the narrow band spectral sensitivity characteristic. From the image information separation unit to be separated and the pixel information corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristics separated by the image information separation unit, by demosaicing processing, A multi-spectral image calculation means comprising a demosaicing unit for generating image information of an image having the first number of colors and a fourth number of pixels, wherein the multispectral image calculation means is a narrow-band spectral sensitivity characteristic separated by the image information separation unit , The third color number, and the third color number based on the image information of the image having the first color number and the fourth pixel number demosaiced by the demosaicing unit. Image information of an image having the number of pixels of 4 can be calculated.

また、本発明に係るマルチスペクトル画像情報取得装置において、上記撮像手段は、上記イメージセンサ上の画素は、第1の色数と第2の色数を併せた数の隣接する画素を集めた画素グループには広帯域の分光感度特性に対応する上記第1の色数のカラーフィルタがそれぞれ1種類ずつ配されるとともに、上記広帯域の分光感度特性と重なりを有する狭帯域の分光感度特性に対応する第3の色数のカラーフィルタのうちの上記第2の色数のカラーフィルタが配され、さらに、上記第3の色数を上記第2の色数で割って得られる数に相当する数の、隣接する上記画素グループの集まりにおいて、上記狭帯域の第3の色数のカラーフィルタが全て含まれるように、上記画素グループが配されるものとすることができる。   Further, in the multispectral image information acquisition apparatus according to the present invention, the imaging means is a pixel in which the pixels on the image sensor are a collection of adjacent pixels of the number of first colors and the number of second colors. Each group has one color filter of the first color number corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic, and a first corresponding to the narrow band spectral sensitivity characteristic overlapping with the broadband spectral sensitivity characteristic. A color filter of the second color number among the color filters of the number of colors of 3, and a number corresponding to a number obtained by dividing the third color number by the second color number, The pixel groups may be arranged so that all of the narrowband color filters of the third color number are included in the group of adjacent pixel groups.

さらに、本発明に係るマルチスペクトル画像情報取得装置において、上記マルチスペクトル画像算出手段は、上記第1の画像を分割して得られる第1の小領域画像ごとに、全ての上記第1の小領域画像に対して、上記第1の小領域画像の各色画像に重み係数を乗算した後にこれらを足し合わせることで、上記第1の小領域画像と同一の画素数を有する第2の小領域画像を算出する処理であって、上記第1の小領域画像に対応する領域として上記第2の画像から切り出された第3の小領域画像の値と、上記第2の小領域画像に含まれる上記第3の小領域画像と対応する値との齟齬を最小とするように重み係数を決定し、上記重み係数を変更しながら、上記第3の色数と同じ回数繰り返し、第3の色数と同じ枚数の上記第2の小領域画像を算出する処理を行うものとすることができる。   Furthermore, in the multispectral image information acquisition apparatus according to the present invention, the multispectral image calculation means includes all the first small regions for each first small region image obtained by dividing the first image. A second small area image having the same number of pixels as the first small area image is obtained by multiplying each color image of the first small area image by a weighting coefficient and adding them to the image. A process of calculating, wherein a value of a third small area image cut out from the second image as an area corresponding to the first small area image, and the value of the third small area image included in the second small area image The weighting factor is determined so as to minimize the difference between the small region image 3 and the corresponding value, and the same number of times as the third color number is repeated while changing the weighting factor. Calculate the number of the second small area images It can be made to perform processing.

また、本発明は、マルチスペクトル画像情報取得方法であって、被写体像に対して、広帯域の分光感度特性に対応する3色以上の第1の色数と第1の画素数を有する第1の画像の画像情報と、上記被写体像に対して、第2の画素数を有し、画素ごとに異なる分光感度特性に対応する第2の色数を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有し、全ての画素を集めたときの色数は上記第1の色数よりも多い第3の色数である第2の画像の画像情報を取得する撮像ステップと、上記撮像ステップにおいて得られる上記第1の画像の画像情報と上記第2の画像の画像情報に基づいて、前記第3の色数と前記第1の画素数を有する第3の画像の画像情報を生成するマルチスペクトル画像算出ステップとを有し、上記被写体像に対するマルチスペクトル画像情報として上記第3の画像の画像情報を生成することを特徴とする。   The present invention is also a multispectral image information acquisition method, wherein a first image having a first color number of three or more colors and a first number of pixels corresponding to a broadband spectral sensitivity characteristic with respect to a subject image. The image information of the image and the subject image have a second number of pixels and a second number of colors corresponding to different spectral sensitivity characteristics for each pixel. An imaging step for acquiring image information of a second image having a third spectral color number that is larger than the first color number when overlapping all the pixels with a broadband spectral sensitivity characteristic. And an image of the third image having the third color number and the first pixel number based on the image information of the first image and the image information of the second image obtained in the imaging step. A multispectral image calculation step for generating information, and And generating the image information of the third image as a multi-spectral image information for the image.

本発明に係るマルチスペクトル画像情報取得方法において、上記撮像ステップでは、上記第1の色数と第2の色数を合計した色数と同じ数の被写体像を分岐光学系により複製し、上記被写体像が複製された上記第1の色数に等しい数の像面にそれぞれ配された上記第1の色数と同じ枚数のイメージセンサであって、かつ、それぞれのイメージセンサは第1の画素数を有し、イメージセンサの分光感度特性は広帯域の分光感度特性である第1のイメージセンサにより上記第1の画像の画像情報を取得するとともに、上記被写体像が複製された上記第2の色数と同じ数の像面にそれぞれ配された上記第2の色数と同じ枚数のイメージセンサであって、かつ、それぞれのイメージセンサは第2の画素数を有し、イメージセンサの各画素はそれぞれ異なる分光感度特性を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有し、上記第2の色数と同じ枚数のイメージセンサに含まれる画素を全て集めたきの色数は上記第1の色数よりも多い第3の色数である第2のイメージセンサにより上記第2の画像の画像情報を取得するものとすることができる。   In the multispectral image information acquisition method according to the present invention, in the imaging step, the same number of subject images as the total number of the first color number and the second color number are duplicated by a branching optical system, and the subject The same number of image sensors as the first number of colors arranged on the number of image planes equal to the first number of colors on which the image is duplicated, and each image sensor has a first number of pixels. The image sensor has a spectral sensitivity characteristic of a broadband spectral sensitivity characteristic. The first image sensor acquires image information of the first image, and the subject image is duplicated in the second color number. And the same number of image sensors as the second number of colors arranged on the same number of image planes, and each image sensor has a second number of pixels, and each pixel of the image sensor is Different The spectral sensitivity characteristic is narrow and overlaps with the broadband spectral sensitivity characteristic, and the number of colors for collecting all the pixels included in the image sensor of the same number as the second color number. The image information of the second image can be obtained by a second image sensor having a third color number larger than the first color number.

また、本発明に係るマルチスペクトル画像情報取得方法において、上記撮像ステップでは、2枚の被写体像を分岐光学系により複製し、上記分岐光学系により複製された一方の被写体像の像面に配された1枚数のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記広帯域の分光感度特性に対応する上記第1の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた第1の画素数を有する第1のイメージセンサにより上記第1の画像の画像情報を取得するとともに、上記分岐光学系により複製された他方の被写体像の像面に配された1枚数のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記狭帯域の分光感度特性に対応する上記第3の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた上記第3の画素数を有する第2のイメージセンサにより上記第2の画像の画像情報を取得し、さらに、上記撮像ステップおいて上記第1のイメージセンサにより得られる広帯域の分光感度特性に対応する第1の画素数の画像情報から、デモザイキング処理により、上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報を生成するデモザイキングステップを有し、上記マルチスペクトル画像算出ステップでは、上記撮像ステップおいて上記第2のイメージセンサにより得られる狭帯域の分光感度特性に対応する第2の画素数の画像情報と、上記デモザイキングステップにおいてデモザイキング処理された上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報に基づいて、上記第3の色数と、上記第4の画素数を有する画像の画像情報を算出するものとすることができる。   In the multispectral image information acquisition method according to the present invention, in the imaging step, two subject images are duplicated by the branching optical system and arranged on the image plane of one subject image duplicated by the branching optical system. A first image sensor having a first number of pixels color-coded by the color filter having the first color number corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic, wherein a color filter is arranged for each pixel. The image information of the first image is acquired by one image sensor, and one image sensor arranged on the image plane of the other subject image duplicated by the branching optical system is provided for each pixel. A filter is provided, and has the third number of pixels color-coded by the third color filter corresponding to the narrow band spectral sensitivity characteristic. Image information of the second image obtained by the second image sensor, and image information of the first number of pixels corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic obtained by the first image sensor in the imaging step. To a demosaicing step of generating image information of an image having the first number of colors and the fourth number of pixels by a demosaicing process. In the multispectral image calculation step, the imaging step includes the first step. Image information of the second number of pixels corresponding to the spectral sensitivity characteristics of the narrow band obtained by the second image sensor, and the number of first colors and the number of fourth pixels demosaicing processed in the demosaicing step. Based on the image information of the image, the image information of the image having the third color number and the fourth pixel number can be calculated. That.

また、本発明に係るマルチスペクトル画像情報取得方法において、上記撮像手段ステップでは、被写体像が結像される像面に配された1枚のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記広帯域の分光感度特性に対応する上記第1の色数のカラーフィルタと上記狭帯域の分光感度特性に対応する上記第3の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた第1の画素数を有するイメージセンサにより第1の画素数の画像情報を取得し、さらに、上記撮像手段ステップにおいて上記イメージセンサにより得られる画像情報を、上記広帯域の分光感度特性に対応する画素の情報と、上記狭帯域の分光感度特性に対応する画素の情報とに分離する画像情報分離ステップと、上記画像情報分離ステップにおいて分離された広帯域の分光感度特性に対応する画素の情報から、デモザイキング処理により、上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報を生成するデモザイキングステップを有し、上記マルチスペクトル画像算出ステップでは、上記画像情報分離ステップにおいて分離された狭帯域の分光感度特性に対応する画素の情報と、上記デモザイキングステップにおいてデモザイキング処理された上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報に基づいて、上記第3の色数と、上記第4の画素数を有する画像の画像情報を算出するものとすることができる。   In the multispectral image information acquisition method according to the present invention, in the imaging means step, one image sensor arranged on an image plane on which a subject image is formed, and a color filter is arranged for each pixel. The first number of pixels color-coded by the color filter of the first color number corresponding to the spectral sensitivity characteristic of the wide band and the color filter of the third color number corresponding to the spectral sensitivity characteristic of the narrow band Image information of the first number of pixels is acquired by the image sensor having the image information, and further, the image information obtained by the image sensor in the imaging means step is the pixel information corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic and the narrowband The image information separation step for separating the pixel information corresponding to the spectral sensitivity characteristics of the image and the wide band separated in the image information separation step A demosaicing step for generating image information of an image having the first number of colors and the fourth number of pixels by demosaicing processing from pixel information corresponding to the spectral sensitivity characteristics of the multispectral image calculation In the step, the pixel information corresponding to the spectral sensitivity characteristic of the narrow band separated in the image information separation step, and the first color number and the fourth pixel number demodulated in the demosaicing step are included. Based on the image information of the image, the image information of the image having the third color number and the fourth pixel number can be calculated.

また、本発明に係るマルチスペクトル画像情報取得方法において、上記マルチスペクトル画像算出ステップでは、上記第1の画像を分割して得られる第1の小領域画像ごとに、全ての上記第1の小領域画像に対して、上記第1の小領域画像の各色画像に重み係数を乗算した後にこれらを足し合わせることで、上記第1の小領域画像と同一の画素数を有する第2の小領域画像を算出する処理であって、上記第1の小領域画像に対応する領域として上記第2の画像から切り出された第3の小領域画像の値と、上記第2の小領域画像に含まれる上記第3の小領域画像と対応する値との齟齬を最小とするように重み係数を決定し、上記重み係数を変更しながら、上記第3の色数と同じ回数繰り返し、第3の色数と同じ枚数の上記第2の小領域画像を算出する処理を行うものとすることができる。   Moreover, in the multispectral image information acquisition method according to the present invention, in the multispectral image calculation step, all the first small regions are obtained for each first small region image obtained by dividing the first image. A second small area image having the same number of pixels as the first small area image is obtained by multiplying each color image of the first small area image by a weighting coefficient and adding them to the image. A process of calculating, wherein a value of a third small area image cut out from the second image as an area corresponding to the first small area image, and the value of the third small area image included in the second small area image The weighting factor is determined so as to minimize the difference between the small region image 3 and the corresponding value, and the same number of times as the third color number is repeated while changing the weighting factor. Calculate the number of second small area images It can be made to perform the process of.

本発明では、少ないチャネル数の画像と、マルチスペクトルフィルタアレイの画像をセットで取得し、信号処理によりスペクトル画像を復元することで、イメージングセンサの枚数を減らし、ワンショット撮影も可能とする。   In the present invention, an image with a small number of channels and an image of a multispectral filter array are acquired as a set, and the spectral image is restored by signal processing, thereby reducing the number of imaging sensors and enabling one-shot imaging.

本発明を適用したマルチスペクトル画像情報取得装置の構成例(第1の実施の形態)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example (1st Embodiment) of the multispectral image information acquisition apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用したマルチスペクトル画像情報取得装置の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the multispectral image information acquisition apparatus to which this invention is applied. 上記マルチスペクトル画像情報取得装置におけるマルチスペクトル画像算出部の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the multispectral image calculation part in the said multispectral image information acquisition apparatus. 上記マルチスペクトル画像算出部において各バンドで独立に算出する場合の1つの小領域に対する処理内容を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the processing content with respect to one small area | region in the case of calculating independently in each band in the said multispectral image calculation part. 本発明を適用したマルチスペクトル画像情報取得装置の構成例(第2の実施の形態)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example (2nd Embodiment) of the multispectral image information acquisition apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用したマルチスペクトル画像情報取得装置の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the multispectral image information acquisition apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用したマルチスペクトル画像情報取得装置の構成例(第3の実施の形態)を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example (3rd Embodiment) of the multispectral image information acquisition apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用したマルチスペクトル画像情報取得装置の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the multispectral image information acquisition apparatus to which this invention is applied. 第3の実施の形態におけるマルチスペクトル画像情報取得装置に備えられる単板のカラーイメージセンサ上のカラーフィルタの構成(K=16の場合の画素配列の例の最小単位)を示す図である。It is a figure which shows the structure (minimum unit of the example of a pixel arrangement in the case of K = 16) of the color filter on the single-plate color image sensor with which the multispectral image information acquisition apparatus in 3rd Embodiment is equipped. 第1の実施の形態(K=16)についてシミュレーションを行った際に設定したRGBのイメージングセンサの分光感度特性を示す図である。It is a figure which shows the spectral sensitivity characteristic of the RGB imaging sensor set when simulating about 1st Embodiment (K = 16). 第1の実施の形態(K=16)についてシミュレーションを行った際に設定したMSFAの16種類の分光感度特性を示す図である。It is a figure which shows 16 types of spectral sensitivity characteristics of MSFA set when simulating about 1st Embodiment (K = 16). 第1の実施の形態(K=16)についてシミュレーションを行った際に設定したMSFAの画素配列を示す図である。It is a figure which shows the pixel arrangement | sequence of MSFA set when simulating about 1st Embodiment (K = 16). 第1の実施の形態(K=16)についてシミュレーションを行い、他の手法と比較した結果を示す図である。It is a figure which performs the simulation about 1st Embodiment (K = 16), and shows the result compared with the other method. 第1の実施の形態(K=16)についてシミュレーションを行い、他の手法と比較した結果を示す図である。It is a figure which performs the simulation about 1st Embodiment (K = 16), and shows the result compared with the other method. 第1の実施の形態(K=16)についてシミュレーションを行い、他の手法と比較した結果を示す図である。It is a figure which performs the simulation about 1st Embodiment (K = 16), and shows the result compared with the other method. 第3の実施の形態(K=16)についてシミュレーションを行った際に設定した単板のイメージングセンサの画素配列の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the pixel arrangement | sequence of the single-plate imaging sensor set when simulating about 3rd Embodiment (K = 16). 第3の実施の形態(K=16)についてシミュレーションを行った際に設定したカラーフィルタの分光感度特性を示す図である。It is a figure which shows the spectral sensitivity characteristic of the color filter set when simulating about 3rd Embodiment (K = 16). 第3の実施の形態(K=16)についてシミュレーションを行った際に設定したMSFAの16種類の分光感度特性を示す図である。It is a figure which shows 16 types of spectral sensitivity characteristics of MSFA set when simulating about 3rd Embodiment (K = 16). 第3の実施の形態(K=16)についてシミュレーションを行った際に用いた分光画像を示す図である。It is a figure which shows the spectral image used when simulating about 3rd Embodiment (K = 16). 第3の実施の形態(K=16)についてシミュレーションを行い、他の手法と比較した結果を示す図である。It is a figure which performs the simulation about 3rd Embodiment (K = 16) and shows the result compared with the other method. 第3の実施の形態(K=16)についてシミュレーションを行い、他の手法と比較した結果を示す図である。It is a figure which performs the simulation about 3rd Embodiment (K = 16) and shows the result compared with the other method. 空間方向2次元、波長方向に1次元の合計3次元から構成されるスペクトル画像を示す図である。It is a figure which shows the spectrum image comprised from a total of three dimensions of two dimensions in a space direction and one dimension in a wavelength direction. イメージングセンサ上に配されるカラーフィルタの構成例として、(A)にRGBフィルタ、(B)にマルチスペクトルフィルタアレイを示す図である。As a configuration example of a color filter arranged on an imaging sensor, (A) shows an RGB filter, and (B) shows a multispectral filter array.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily changed without departing from the gist of the present invention.

以下の説明においては、当該手法・装置から出力されるマルチスペクトル画像は、空間方向にNx×Ny個の要素(画素)、波長方向にK個の要素(合計Nx×Ny×K個の要素)から構成されるものとする。また、波長方向のある要素に対応するNx×Nyの画像を「バンド画像」と呼ぶ。各バンド画像は、それぞれ異なる任意の狭帯域の分光感度特性を有するセンサを介して観測された画像と定義する。   In the following description, the multispectral image output from the method / apparatus has Nx × Ny elements (pixels) in the spatial direction and K elements (total Nx × Ny × K elements) in the wavelength direction. It shall consist of An Nx × Ny image corresponding to an element in the wavelength direction is referred to as a “band image”. Each band image is defined as an image observed through a sensor having an arbitrary narrow band spectral sensitivity characteristic.

<第1の実施の形態>
本発明は、例えば図1に示す様な構成のマルチスペクトル画像情報取得装置10に適用される。
<First Embodiment>
The present invention is applied to, for example, a multispectral image information acquisition apparatus 10 having a configuration as shown in FIG.

このマルチスペクトル画像情報取得装置10は、被写体像を結像する撮影レンズ11と、この撮影レンズ11を介して入射される入射光を4本の光路に分岐する分岐光学系12と、この分岐光学系12により4本に分岐された入射光の光路に設けられた3原色(R,G,B)画像撮像用のイメージセンサ13R、13G、13B及びMSFA画像撮像用のイメージセンサ14と、この3原色(R,G,B)画像撮像用のイメージセンサ13R、13G、13Bにより得られるRGB画像と上記MSFA画像撮像用のイメージセンサ14により得られるMSモザイク画像の各画像情報が供給されるマルチスペクトル画像算出部15を備える。   The multispectral image information acquisition apparatus 10 includes a photographing lens 11 that forms a subject image, a branching optical system 12 that branches incident light incident through the photographing lens 11 into four optical paths, and the branching optical system. Image sensors 13R, 13G, 13B for imaging three primary colors (R, G, B) provided in the optical path of incident light branched into four by the system 12, and an image sensor 14 for imaging MSFA, Multispectral supplied with image information of RGB images obtained by image sensors 13R, 13G, and 13B for imaging primary color (R, G, B) images and MS mosaic images obtained by the image sensor 14 for imaging MSFA images. An image calculation unit 15 is provided.

撮像レンズ11は、分岐光学系12により4本に分岐された入射光により、4枚のイメージングセンサ13R、13G、13B、14上に被写体像を結像させる。   The imaging lens 11 forms a subject image on the four imaging sensors 13R, 13G, 13B, and 14 by the incident light branched into four by the branching optical system 12.

3原色(R,G,B)画像撮像用のイメージセンサ13R、13G、13Bは、いずれもNx×Nyの画素数を有する。また、MSFA撮像用のイメージセンサ14は、この限りではないが、以下では、Nx×Nyの画素数を有するものとして説明する。   The image sensors 13R, 13G, and 13B for imaging the three primary color (R, G, and B) images all have Nx × Ny pixel counts. The image sensor 14 for MSFA imaging is not limited to this, but the following description will be made assuming that the number of pixels is Nx × Ny.

4枚のイメージセンサ13R、13G、13B、14により被写体像を撮像して得られるR画像、G画像、B画像、MSモザイク画像の各画像情報は、マルチスペクトル画像算出部15に送られる。マルチスペクトル画像算出部15は、4枚のイメージセンサ13R、13G、13B、14から送られてくるR画像、G画像、B画像、MSモザイク画像の各画像情報に基づいて、マルチスペクトル画像情報を算出して出力する。   The image information of the R image, G image, B image, and MS mosaic image obtained by capturing the subject image with the four image sensors 13R, 13G, 13B, and 14 is sent to the multispectral image calculation unit 15. The multispectral image calculation unit 15 converts multispectral image information based on the image information of R image, G image, B image, and MS mosaic image sent from the four image sensors 13R, 13G, 13B, and 14. Calculate and output.

このマルチスペクトル画像情報取得装置10は、図2に示すマルチスペクトル画像情報取得装置10Aのように、RGB画像を出力する機能を有するものすることができる。   The multispectral image information acquisition apparatus 10 can have a function of outputting an RGB image like the multispectral image information acquisition apparatus 10A shown in FIG.

ここでは、マルチスペクトル画像情報取得装置10と共通の構成要素については同一符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる構成要素について説明する。   Here, the same components as those in the multispectral image information acquisition apparatus 10 are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof is omitted, and different components are described.

すなわち、マルチスペクトル画像情報取得装置10Aは、3原色(R,G,B)画像撮像用のイメージセンサ13R、13G、13Bにより得られるR画像、G画像、B画像の各画像情報を記憶するRGB画像記録部16と、MSFA撮像用のイメージセンサ14により得られるMSモザイク画像の画像情報を記憶するMSモザイク画像記録部17を備え、RGB画像記録部16に記録されたRGB画像をそのまま出力する機能を有する。また、必要に応じて、RGB画像記録部16に記録されたRGB画像の画像情報と、MSモザイク画像記録部17に記録されたMSモザイク画像の画像情報がマルチスペクトル画像算出部15に送られ、このマルチスペクトル画像算出部15においてマルチスペクトル画像の画像情報が算出、出力される。この構成の場合、既存のRGBを基本とするカラーシステムとの互換性を保ちつつ、必要に応じてマルチスペクトル画像の情報も併せて取得することが可能である。さらに、RGB画像記録部16、MSモザイク画像記録部17、マルチスペクトル画像算出部15が、別々の装置として実装されている場合も、本発明に含むものとする。   That is, the multispectral image information acquisition apparatus 10A stores RGB image information of R, G, and B images obtained by image sensors 13R, 13G, and 13B for imaging three primary color (R, G, and B) images. The image recording unit 16 and the MS mosaic image recording unit 17 that stores image information of the MS mosaic image obtained by the image sensor 14 for MSFA imaging, and the function of outputting the RGB image recorded in the RGB image recording unit 16 as it is Have If necessary, the image information of the RGB image recorded in the RGB image recording unit 16 and the image information of the MS mosaic image recorded in the MS mosaic image recording unit 17 are sent to the multispectral image calculation unit 15, The multispectral image calculation unit 15 calculates and outputs image information of the multispectral image. In the case of this configuration, it is possible to acquire information on a multispectral image as necessary while maintaining compatibility with an existing color system based on RGB. Furthermore, the present invention includes the case where the RGB image recording unit 16, the MS mosaic image recording unit 17, and the multispectral image calculation unit 15 are implemented as separate devices.

入射光に対する3原色(R,G,B)画像撮像用のイメージセンサ13R、13G、13Bの分光感度は、一般のカラー画像情報収集に用いられるRGBカメラの分光感度特性、もしくはそれに類似した特性とする。この分光感度は、光路を分ける光学部材で実現しても、イメージセンサ上に配したカラーフィルタで実現しても、両者の組み合わせとして実現してもよい。また、MSFA撮像用のイメージセンサ14は、異なる種類のカラーフィルタを画素ごとに配したマルチスペクトルアレイ方式のセンサであり、K種類の狭帯域のカラーフィルタが配されている。K種類のカラーフィルタの分光感度特性は、出力するマルチスペクトル画像の各バンド画像の分光感度特性に対応する。また、K種類のカラーフィルタが分光感度を有する波長帯域は、いずれも、RGBカメラが感度を有する波長帯域と重なりを持つように構成されるのが望ましい。   The spectral sensitivities of the image sensors 13R, 13G, and 13B for imaging the three primary color (R, G, B) images with respect to incident light are the spectral sensitivity characteristics of RGB cameras used for general color image information collection, or characteristics similar thereto. To do. This spectral sensitivity may be realized by an optical member that divides an optical path, a color filter provided on an image sensor, or a combination of both. The image sensor 14 for MSFA imaging is a multispectral array type sensor in which different types of color filters are arranged for each pixel, and K types of narrow-band color filters are arranged. The spectral sensitivity characteristics of the K color filters correspond to the spectral sensitivity characteristics of each band image of the output multispectral image. In addition, it is desirable that any wavelength band in which the K color filters have spectral sensitivity overlap with the wavelength band in which the RGB camera has sensitivity.

以上により、3原色(R,G,B)画像撮像用のイメージセンサ13R、13G、13Bにより得られるR画像、G画像、B画像の各画像情報は、全ての画素位置で高密度にサンプリングされているのに対し、K種類のカラーフィルタの各フィルタの情報、すなわち、MSFA撮像用のイメージセンサ14により得られるMSモザイク画像の画像情報は、K画素のうちの1画素のみで低密度にサンプリングされることとなる。   As described above, the image information of the R image, G image, and B image obtained by the image sensors 13R, 13G, and 13B for imaging the three primary colors (R, G, and B) is sampled at high density at all pixel positions. On the other hand, the information of each of the K types of color filters, that is, the image information of the MS mosaic image obtained by the image sensor 14 for MSFA imaging, is sampled at a low density with only one of the K pixels. Will be.

このマルチスペクトル画像情報取得装置10におけるマルチスペクトル画像算出部15は、例えば図3に示すように、小領域切り出し部151と重み係数算出部152とマルチスペクトル画像生成部153から構成される。   The multispectral image calculation unit 15 in the multispectral image information acquisition apparatus 10 includes a small region cutout unit 151, a weight coefficient calculation unit 152, and a multispectral image generation unit 153, as shown in FIG.

このマルチスペクトル画像算出部15では、小領域切り出し部151において、指定された小領域を各画像から切り出す。その後、重み係数算出部152において、R,G,Bの各チャネル画像に乗算する重み係数を算出する。重み係数は、Kバンド画像の各バンドで異なる値として算出される。この際、重み係数算出部152には、RGBチャネルの分光感度特性、MSFAのK種類のフィルタの分光感度特性、MSFAのカラーフィルタ配列情報が入力される。そして、スペクトル画像生成部153では、小領域切り出し部151から出力されたR,G,Bの小領域画像に対して、重み算出部152から出力された重み係数を乗算し、足し合わせることで、小領域に対応するマルチスペクトル画像を生成する。以上の処理を、全ての領域に対して繰り返しを行うことで、マルチスペクトル画像を生成し、出力する。   In the multispectral image calculation unit 15, the small region cutout unit 151 cuts out the designated small region from each image. Thereafter, the weighting coefficient calculation unit 152 calculates a weighting coefficient for multiplying each of the R, G, and B channel images. The weighting coefficient is calculated as a different value for each band of the K band image. At this time, the spectral coefficient characteristics of the RGB channels, the spectral sensitivity characteristics of the K types of MSFA filters, and the MSFA color filter array information are input to the weighting coefficient calculation unit 152. The spectral image generation unit 153 multiplies the R, G, and B small region images output from the small region cutout unit 151 by the weighting coefficient output from the weight calculation unit 152 and adds them together. A multispectral image corresponding to the small region is generated. A multispectral image is generated and output by repeating the above processing for all regions.

重み係数算出部152では、バンドごとに異なる係数を算出する。重み係数の算出は、各バンドに独立で算出する手法と、全バンド画像を同時に算出する手法とがある。   The weighting coefficient calculation unit 152 calculates a different coefficient for each band. There are two methods for calculating the weighting factor: a method of calculating each band independently, and a method of calculating all band images simultaneously.

ここで、各バンドで独立に算出する場合の1つの小領域に対する処理内容を図4の模式図に示す。   Here, the processing content for one small region when each band is calculated independently is shown in the schematic diagram of FIG.

すなわち、図4に示すように、小領域のMSFAモザイク画像からkバンド目のカラーフィルタに対応する画素の情報を選択(以下、kバンド選択画素)すると共に、同じ位置の画素を小領域のR画像,G画像,B画像から選択する(以下、RGB選択画素)。RGBの選択画素に重み係数を乗算し足し合わせた結果と、kバンド選択画素との二乗誤差を最小とするように重み係数を算出し、算出した重み係数をRGB画像に乗算して足し合わせることで、kバンド目の画像を算出する。   That is, as shown in FIG. 4, pixel information corresponding to the k-th band color filter is selected from the MSFA mosaic image of the small area (hereinafter referred to as a k-band selected pixel), and the pixel at the same position is selected as the R area R An image, a G image, and a B image are selected (hereinafter referred to as RGB selection pixels). Calculate the weighting coefficient so as to minimize the square error between the result obtained by multiplying the RGB selection pixel by the weighting coefficient and the k-band selection pixel, and multiplying the RGB image by the calculated weighting coefficient Then, the image of the kth band is calculated.

以下、マルチスペクトル画像算出部15における処理の詳細を説明する。   Hereinafter, details of the processing in the multispectral image calculation unit 15 will be described.

マルチスペクトル画像の算出は、イメージセンサから出力された画像から切り出した小領域ごとに処理を行う。以下では、1つの小領域に関する処理を記述する。また、その小領域に含まれる画素数をN、小領域のi番目の画素に対応するオリジナルの分光スペクトルを   The calculation of the multispectral image is performed for each small region cut out from the image output from the image sensor. In the following, processing relating to one small area will be described. In addition, the number of pixels included in the small region is N, and the original spectral spectrum corresponding to the i-th pixel in the small region is

(L次元列ベクトル)とする。ここでLは、スペクトル情報を取り扱う波長帯域において十分に細かい間隔で離散化した際のサンプリング点数であり、例えば、可視域380〜780[nm]を5nm間隔でサンプリングしたL=81次元が用いられる。 (L-dimensional column vector). Here, L is the number of sampling points when discretized at sufficiently fine intervals in the wavelength band that handles spectrum information. For example, L = 81 dimensions in which the visible range 380 to 780 [nm] is sampled at intervals of 5 nm is used. .

また、   Also,

個目の波長に対応する単一波長画像を Single wavelength image corresponding to the first wavelength

(N次元列ベクトル)とすれば、N画素分の分光スペクトルは次の式(1)のように表すことができる。 Assuming (N-dimensional column vector), the spectral spectrum for N pixels can be expressed as the following equation (1).

まず、理想的なマルチスペクトル画像を定義する。MSFAのK種類のカラーフィルタのそれぞれの分光感度特性を列ベクトルとして表記し、このベクトルを並べたL×K次元の行列を   First, an ideal multispectral image is defined. Respective spectral sensitivity characteristics of K types of color filters of MSFA are expressed as column vectors, and an L × K dimensional matrix in which these vectors are arranged

とする。もし、イメージセンサが線形の特性を有すれば、i番目の画素に対応する理想的なマルチスペクトル画像の情報は、次の式(2)にて表される。 And If the image sensor has a linear characteristic, information of an ideal multispectral image corresponding to the i-th pixel is expressed by the following equation (2).

と表される。また、kバンド目の単バンド画像を It is expressed. In addition, the single band image of the kth band

(N次元列ベクトル)とすれば、N画素分のマルチスペクトル画像は次の式(3)のように表すことができる。 Assuming (N-dimensional column vector), a multispectral image for N pixels can be expressed as the following equation (3).

今、マルチスペクトルの情報は、MSFAにより粗にサンプリングされた情報が得られている。kバンド目に対応するカラーフィルタにより、N画素からM画素をサンプリングするM×N次元の行列を Now, multispectral information has been roughly sampled by MSFA. An M k × N-dimensional matrix that samples M k pixels from N pixels by a color filter corresponding to the k-th band

とすると、サンプリングされた情報は次の式(4)のように表すことができる。 Then, the sampled information can be expressed as the following equation (4).

ここで、   here,

の行ベクトルは、サンプリングする画素に対応する要素のみが1で、それ以外の要素が全て0であるようなベクトルである。一方、RGBチャネルのそれぞれの分光感度特性を列ベクトルとして表記し、これら3本のベクトルを並べたL×3次元の行列を The row vector is a vector in which only the element corresponding to the pixel to be sampled is 1 and all other elements are 0. On the other hand, the spectral sensitivity characteristics of the RGB channels are expressed as column vectors, and an L × 3D matrix in which these three vectors are arranged is

とする。もし、イメージセンサが線形の特性を有すれば、得られるRGB画像 And If the image sensor has linear characteristics, the resulting RGB image

(N×3次元の行列)は、次の式(5)のように表すことができる。 (N × 3D matrix) can be expressed as the following equation (5).

マルチスペクトル画像算出部15では、観測された情報   In the multispectral image calculation unit 15, the observed information

と、RGB画像 And RGB image

が入力され、これらの情報に基づき、理想的なマルチスペクトル画像 Based on this information, an ideal multispectral image

を推定し、出力する。 Is estimated and output.

本発明では、各バンド画像   In the present invention, each band image

をRGB画像の足し合わせとして、次の式(6)のように推定する。 Is estimated as shown in the following equation (6).

ここで、   here,

は、3次元列ベクトルで、kバンド目の画像を推定するための重み係数である。重み係数の算出には、各バンド画像を独立に算出する方法と全バンドを同時に算出する方法がある。 以下、それぞれの方法について詳細を説明する。 Is a weighting factor for estimating an image of the k-th band with a three-dimensional column vector. There are two methods for calculating the weighting factor: a method of calculating each band image independently and a method of calculating all bands simultaneously. Hereinafter, details of each method will be described.

各バンド独立での重み係数算出方法
式(6)を式(4)に代入すると次の式(7)が得られる。
Substituting the weight coefficient calculation method equation (6) for each band independently into equation (4) yields the following equation (7).

ここで、未知数は、3次元列ベクトルの   Where the unknown is the 3D column vector

であり、それ以外の変数は観測データとフィルタアレイの配列情報から求めることができる。よって、両辺の2乗誤差を最小化するように Other variables can be obtained from the observation data and the array information of the filter array. So to minimize the square error on both sides

求めることが可能である。線形の重回帰分析を用いた場合、次の式(8)が得られる。 It is possible to ask. When linear multiple regression analysis is used, the following equation (8) is obtained.

ここで、   here,

Is

の推定を意味する。式(7)の両辺の2乗誤差を最小化する手法は、線形の重回帰分析に限らない。これを全てのバンド画像に対して行うことで、全てのバンドに対応する重み係数が算出される。 Means the estimation of The method of minimizing the square error on both sides of Equation (7) is not limited to linear multiple regression analysis. By performing this operation for all band images, weighting coefficients corresponding to all bands are calculated.

全バンド同時での重み係数算出方法
推定されたマルチスペクトル画像
Multispectral image estimated weighting factor calculation method for all bands simultaneously

について、観測されたRGB画像 RGB image observed for

との整合性を考慮して推定することも可能である。この場合、全てのバンドで同じ小領域を選択し、全てのバンドに対応する重み係数を同時に推定する必要がある。また以下では、各バンドでサンプリングした画素の合計を It is also possible to estimate in consideration of consistency with In this case, it is necessary to select the same small region for all the bands and simultaneously estimate the weighting coefficients corresponding to all the bands. In the following, the total number of pixels sampled in each band

とする。ただし、イメージセンサの全ての画素をK種類のカラーフィルタのいずれかに割り振った場合 And However, when all pixels of the image sensor are assigned to one of the K color filters

である。 It is.

今、理想的なマルチスペクトル画像   Now ideal multispectral image

から推定されるRGB画像を RGB image estimated from

とする。ここで、 And here,

である。また、 It is. Also,

Is

の疑似逆行列 Pseudo inverse of

がK×Kの単位行列となる任意の行列)である。Kが大きな数であれば、 Is an arbitrary matrix that becomes a K × K unit matrix). If K is a large number,

Is

と十分に近い値となり、RGB画像 Value close enough to the RGB image

も精度良く推定できると考えられる。推定されたマルチスペクトル画像 Can be estimated with high accuracy. Estimated multispectral image

に対しても式(9)の関係が成り立つ条件は、次の式(10)で与えられる。 The condition for satisfying the relationship of the expression (9) is given by the following expression (10).

ここで、 here,

である。 It is.

とすれば、式(10)は、次の式(11)のように書き直せる。 Then, equation (10) can be rewritten as the following equation (11).

式(11)は次の式(12)となる。 Expression (11) becomes the following expression (12).

ここで、 here,

はクロネッカー積を表す。一方、式(7)も Represents the Kronecker product. On the other hand, equation (7) also

を用いた表記に書き直すと次の式(13)となる。 When rewritten into a notation using the following expression (13):

式(13)の右辺の On the right side of equation (13)

の行列を Matrix of

とおけば、次の式(14)となる。 Then, the following equation (14) is obtained.

式(12)と式(14)を1つの式にまとめると次の式(15)となる。 When Expression (12) and Expression (14) are combined into one expression, the following Expression (15) is obtained.

式(15)において、未知数は3K次元の列ベクトル In Equation (15), the unknown is a 3K-dimensional column vector.

であり、それ以外の変数は観測データとRGBチャネルの分光感度特性、MSFAの分光感度特性、MSFAのフィルタ配列情報により求めることができる。よって、両辺の2乗誤差を最小化するように、 Other variables can be obtained from observation data, RGB channel spectral sensitivity characteristics, MSFA spectral sensitivity characteristics, and MSFA filter array information. Therefore, to minimize the square error on both sides,

を求めることができる。ただし、式(15)の Can be requested. However, in equation (15)

は、式(12)と式(14)の両辺の2乗誤差最小化において式(12)と式(14)の誤差に対して重みづけを行う係数である。式(15)の左辺のベクトルを Is a coefficient that weights the errors of Equation (12) and Equation (14) in the square error minimization of both sides of Equation (12) and Equation (14). The vector on the left side of equation (15) is

、右辺の行列を , The matrix on the right side

とおけば、例えば、線形の重回帰分析を用いた場合、次の式(16)が得られる。 Then, for example, when linear multiple regression analysis is used, the following equation (16) is obtained.

以上が、重み係数算出に関する詳細説明である。   The above is the detailed description regarding the weighting coefficient calculation.

ここで、MSFA画像撮像用のイメージセンサ14がRGB画像撮像用のイメージセンサ13R,13G,13Bの画素数Nx×Nyと異なる場合のマルチスペクトル画像算出方法について補足する。ただし、MSFA画像撮像用のイメージセンサ14とRGB画像撮像用のイメージセンサ13R,13G,13Bでは同じ被写体領域の像を取得するものとする。まず、RGB画像をMSFAモザイク画像と同じ画素数の画像へと解像度変換を行う。この解像度変換されたRGB画像を用いて、重み係数の算出を行う。その後、算出した重み係数を用いてRGB画像の足し合わせでマルチスペクトル画像を生成する際には、解像度変換する前のオリジナルのRGB画像を用いる。   Here, a supplementary description will be given of a multispectral image calculation method in a case where the image sensor 14 for capturing MSFA images is different from the number of pixels Nx × Ny of the image sensors 13R, 13G, and 13B for capturing RGB images. However, it is assumed that the image sensor 14 for capturing MSFA images and the image sensors 13R, 13G, and 13B for capturing RGB images acquire images of the same subject area. First, resolution conversion is performed on an RGB image into an image having the same number of pixels as the MSFA mosaic image. A weighting factor is calculated using the resolution-converted RGB image. Thereafter, when a multispectral image is generated by adding the RGB images using the calculated weighting factor, the original RGB image before resolution conversion is used.

次に、小領域への分割について補足する。各バンド独立で重み係数を算出する手法の場合には、バンドごとの小領域が同じでも異なってもよい。一方、全バンド同時に重み係数を算出する手法の場合には、全バンドの小領域を統一する必要がある。また、いずれの手法を用いる場合でも、小領域への分割は確率的に行ってもよい。これは、1つの画素が複数の小領域に所属し、所属する確率が定義されている状態を意味する。このとき、マルチスペクトル画像の算出では、式(4)の   Next, it supplements about the division | segmentation into a small area. In the case of the method of calculating the weighting coefficient independently for each band, the small area for each band may be the same or different. On the other hand, in the method of calculating the weighting coefficient simultaneously for all bands, it is necessary to unify the small areas of all bands. Further, in any case, the division into small regions may be performed stochastically. This means that one pixel belongs to a plurality of small areas, and the probability of belonging is defined. At this time, in the calculation of the multispectral image, the equation (4)

The

に置き換える。ここで、 Replace with here,

の各行ベクトルは、サンプリングする画素に対応する要素のみが0以外の1以下の正の値を持ち、それ以外の要素が全て0であるようなベクトルである。0でない要素の値は、その画素が現在処理している小領域に含まれる確率を0〜1の数値で表したものである。 Each row vector is a vector in which only the element corresponding to the pixel to be sampled has a positive value of 1 or less other than 0 and all other elements are 0. The value of an element other than 0 represents the probability that the pixel is included in the small area currently processed by a numerical value between 0 and 1.

から From

への置き換え以外は、前述の処理から変更はない。 There is no change from the above-described processing except for the replacement.

次に、マルチスペクトル画像算出における式(6)のモデルの拡張方法を説明する。式(6)のモデルは、各バンド画像   Next, a method for extending the model of Equation (6) in multispectral image calculation will be described. The model of Equation (6) is for each band image

をRGB画像の足し合わせで表現するものであり、R,G,Bの各画像は、画像基底の役割を果たす。そこで、汎用的な画像基底を加えて、式(6)のモデルを拡張することが可能である。例えば、空間周波数が低い成分は多くの画像に含まれることから、最も空間周波数が低い画像基底である Are represented by the addition of RGB images, and the R, G, and B images serve as image bases. Therefore, it is possible to extend the model of Equation (6) by adding a general-purpose image base. For example, since a component with a low spatial frequency is included in many images, it is the image base with the lowest spatial frequency.

(N次元列ベクトル)を加えて、 (N-dimensional column vector)

とする方法が考えられる。この場合、重み係数 A method is considered. In this case, the weighting factor

は4次元の列ベクトルとなり、未知数が1つ増える。同様にして、有効と思われる任意の画像基底を加えることが可能である。 Becomes a four-dimensional column vector, and the unknown is increased by one. Similarly, any image base that appears to be valid can be added.

すなわち、この第1の実施の形態におけるマルチスペクトル画像情報取得装置10では、第1の色数=3、第2の色数=1、第3の色数=16とし、撮像手段として、撮影レンズ11によって形成される被写体像を上記第1の色数と第2の第2の色数を合計した色数と同じ数、すなわち、4つの像に複製する分岐光学系12と、上記分岐光学系12により複製された上記第1の色数に等しい数の像面にそれぞれ配された上記第1の色数と同じ枚数、すなわち3枚のイメージセンサ13R,13G,13Bと、上記第2の色数と同じ数の像面にそれぞれ配された上記第2の色数と同じ枚数、すなわち1枚のイメージセンサ14を備える。そして、3枚のイメージセンサ13R,13G,13Bは、それぞれ、第1の画素数を有し、広帯域の分光感度特性を有している。また、イメージセンサ14は、第2の画素数を有し、イメージセンサの各画素はそれぞれ異なる分光感度特性を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有している。   That is, in the multispectral image information acquisition apparatus 10 according to the first embodiment, the first number of colors = 3, the second number of colors = 1, and the third number of colors = 16. A branch optical system 12 that duplicates the subject image formed by the same number of colors as the sum of the first color number and the second second color number, that is, four images, and the branch optical system. 12, the same number as the first number of colors arranged on the number of image planes equal to the number of first colors reproduced by 12, that is, the three image sensors 13R, 13G, and 13B, and the second color. The same number of images as the second number of colors arranged on the same number of image planes, that is, one image sensor 14 is provided. The three image sensors 13R, 13G, and 13B each have the first number of pixels and have broadband spectral sensitivity characteristics. The image sensor 14 has a second number of pixels, each pixel of the image sensor has a different spectral sensitivity characteristic, and the spectral sensitivity characteristic is narrow and overlaps with the broadband spectral sensitivity characteristic. ing.

そして、このマルチスペクトル画像情報取得装置10では、被写体像に対して、広帯域の分光感度特性に対応する第1の色数と第1の画素数を有する第1の画像の画像情報をイメージセンサ13R,13G,13Bにより取得するとともに、上記被写体像に対して、第2の画素数を有し、画素ごとに異なる分光感度特性を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有する上記第1の色数よりも多い第3の色数である第2の画像の画像情報をイメージセンサ14により取得し、取得された上記第1の画像の画像情報と上記第2の画像の画像情報に基づいて、上記被写体像に対するマルチスペクトル画像情報として、上記記第3の色数と上記第1の画素数を有する第3の画像の画像情報を生成する。   In the multispectral image information acquisition apparatus 10, the image information of the first image having the first number of colors and the first number of pixels corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic is obtained from the image sensor 13R. , 13G, and 13B, and the subject image has a second number of pixels and a different spectral sensitivity characteristic for each pixel, and the spectral sensitivity characteristic is a narrow band and the broadband spectral sensitivity characteristic. The image sensor 14 acquires image information of the second image having a third color number larger than the first color number having the overlap, and the acquired image information of the first image and the second image information. The image information of the third image having the third color number and the first pixel number is generated as multispectral image information for the subject image based on the image information of the image.

ここで、この第1の実施の形態におけるマルチスペクトル画像情報取得装置10では、第2の色数=1として、1枚のイメージセンサ14により上記第1の色数よりも多い第3の色数である第2の画像の画像情報を取得するようにしたが、例えば、第2の色数=2とし、分岐光学系12により上記第1の色数と第2の第2の色数を合計した色数と同じ数、すなわち、5つの被写体像を複製し、イメージセンサ14を2枚のイメージセンサで構成するようにしてもよい。   Here, in the multispectral image information acquisition apparatus 10 according to the first embodiment, the second number of colors = 1, and the third number of colors larger than the first number of colors by one image sensor 14. The image information of the second image is acquired. For example, the second color number = 2, and the branching optical system 12 adds the first color number and the second second color number. The same number as the number of colors, that is, five subject images may be duplicated, and the image sensor 14 may be constituted by two image sensors.

この場合、イメージセンサ14を構成する2枚のイメージセンサは、それぞれのイメージセンサは第2の画素数を有し、各画素はそれぞれ異なる分光感度特性を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有し、上記第2の色数と同じ枚数のイメージセンサに含まれる画素を全て集めたきの色数は上記第1の色数よりも多い第3の色数であるものとされる。   In this case, the two image sensors constituting the image sensor 14 each have a second number of pixels, each pixel has a different spectral sensitivity characteristic, and the spectral sensitivity characteristic is a narrow band. The number of colors when all the pixels included in the image sensor having the same number as the second number of colors are overlapped with the broadband spectral sensitivity characteristic is a third number of colors larger than the first number of colors. It is supposed to be.

すなわち、この第1の実施の形態におけるマルチスペクトル画像情報取得装置10は、撮像手段として、撮影レンズ11によって形成される被写体像を上記第1の色数と第2の第2の色数を合計した色数と同じ数の像に複製する分岐光学系12と、上記分岐光学系12により複製された上記第1の色数に等しい数の像面にそれぞれ配された上記第1の色数と同じ枚数のイメージセンサであって、かつ、それぞれのイメージセンサは第1の画素数を有し、イメージセンサの分光感度特性は広帯域の分光感度特性である第1のイメージセンサと、上記第2の色数と同じ数の像面にそれぞれ配された上記第2の色数と同じ枚数のイメージセンサであって、かつ、それぞれのイメージセンサは第2の画素数を有し、イメージセンサの各画素はそれぞれ異なる分光感度特性を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有し、上記第2の色数と同じ枚数のイメージセンサに含まれる画素を全て集めたきの色数は上記第1の色数よりも多い第3の色数である第2のイメージセンサを備えるものとすることができる。   In other words, the multispectral image information acquisition apparatus 10 according to the first embodiment has the above-described first color number and second second color number as a subject image formed by the photographing lens 11 as an imaging unit. A branch optical system 12 that replicates the same number of images as the number of colors, and the first number of colors arranged on each of the number of image planes equal to the first color number replicated by the branch optical system 12; The same number of image sensors, each image sensor having a first number of pixels, and the spectral sensitivity characteristics of the image sensors are broadband spectral sensitivity characteristics, and the second image sensor. The image sensors having the same number as the second number of colors arranged on the same number of image planes as the number of colors, each image sensor having a second number of pixels, and each pixel of the image sensor Each The spectral sensitivity characteristic is narrow and overlaps with the broadband spectral sensitivity characteristic, and the number of colors when all the pixels included in the image sensor of the same number as the second color number are collected. May comprise a second image sensor having a third number of colors greater than the first number of colors.

そして、このマルチスペクトル画像情報取得装置10では、被写体像に対して、広帯域の分光感度特性に対応する3色以上の第1の色数と第1の画素数を有する第1の画像の画像情報を第1のイメージセンサにより取得するとともに、上記被写体像に対して、第2の画素数を有し、画素ごとに異なる分光感度特性に対応する第2の色数を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有し、全ての画素を集めたときの色数は上記第1の色数よりも多い第3の色数である第2の画像の画像情報を第2のイメージセンサにより取得し、取得された上記第1の画像の画像情報と上記第2の画像の画像情報に基づいて、上記被写体像に対するマルチスペクトル画像情報として、上記記第3の色数と上記第1の画素数を有する第3の画像の画像情報を生成することができる。   In the multispectral image information acquisition apparatus 10, the image information of the first image having the first color number and the first pixel number of three or more colors corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic with respect to the subject image. Is acquired by the first image sensor, and the subject image has a second number of pixels and a second number of colors corresponding to different spectral sensitivity characteristics for each pixel. Is an image information of a second image having a narrow band and an overlap with the broadband spectral sensitivity characteristic, and the number of colors when all the pixels are collected is a third color number larger than the first color number. Is acquired by the second image sensor, and the third color is used as multispectral image information for the subject image based on the acquired image information of the first image and image information of the second image. And the first pixel number It is possible to generate the image information of the third image.

<第2の実施の形態>
また、本発明は、例えば図5に示す様な構成のマルチスペクトル画像情報取得装置20に適用される。
<Second Embodiment>
Further, the present invention is applied to a multispectral image information acquisition apparatus 20 having a configuration as shown in FIG. 5, for example.

このマルチスペクトル画像情報取得装置20は、被写体像を結像する撮影レンズ21と、この撮影レンズ21の後段に設けられた光学ローパスフィルタ22と、上記撮影レンズ21から光学ローパスフィルタ22を介して入射される入射光を2本の光路に分岐する分岐光学系23と、この分岐光学系23により2本に分岐された入射光の光路に設けられた3原色(R,G,B)画像撮像用の単板のRGBイメージセンサ24及びMSFA画像撮像用のイメージセンサ25と、このRGBイメージセンサ24により得られるRGBモザイク画像の画像情報が供給されるデモザイキング部26と、このデモザイキング部26からRGB画像の画像情報が供給されるとともに上記MSFA画像撮像用のイメージセンサ25により得られるMSモザイク画像の画像情報が供給されるマルチスペクトル画像算出部27を備える。   The multispectral image information acquisition device 20 is incident on a photographic lens 21 that forms a subject image, an optical low-pass filter 22 that is provided at the rear stage of the photographic lens 21, and the optical lens 22 that is incident on the photographic lens 21 via the optical low-pass filter 22. Branching optical system 23 for branching incident light into two optical paths, and for imaging three primary colors (R, G, B) provided in the optical path of incident light branched into two by this branching optical system 23 A single-plate RGB image sensor 24 and an image sensor 25 for imaging MSFA images, a demosaicing unit 26 to which image information of RGB mosaic images obtained by the RGB image sensor 24 is supplied, and an RGB signal from the demosaicing unit 26 An MS mosaic obtained by the image sensor 25 for imaging the MSFA image while supplying image information of the image. Comprising a multispectral image calculating unit 27 the image information of the image are supplied.

撮像レンズ21は、分岐光学系23により2本に分岐された入射光により、2枚のイメージングセンサ24、25上に被写体像を結像させる。この際、光学ローパスフィルタ22により高周波成分がカットされた被写体像が2枚のイメージセンサ24,25上に結像される。   The imaging lens 21 forms a subject image on the two imaging sensors 24 and 25 by the incident light branched into two by the branching optical system 23. At this time, the subject image from which the high-frequency component is cut by the optical low-pass filter 22 is formed on the two image sensors 24 and 25.

RGBイメージセンサ24は、撮像面上に3原色(R,G,B)のカラーフィルタがモザイク状に配された単板のイメージセンサであって、Nx×Nyの画素数を有する。また、MSFA撮像用のイメージセンサ25は、この限りではないが、以下では、Nx×Nyの画素数を有するものとして説明する。   The RGB image sensor 24 is a single-plate image sensor in which three primary color (R, G, B) color filters are arranged in a mosaic pattern on the imaging surface, and has a number of pixels of Nx × Ny. The image sensor 25 for MSFA imaging is not limited to this, but the following description will be made assuming that the number of pixels is Nx × Ny.

RGBイメージセンサ24により得られるRGBモザイク画像の画像情報は、デモザイキング部26により、それぞれNx×Nyの画素を有するRとGとBの3枚の画像、すなわち、R画像、G画像、B画像の画像情報に変換される。デモザイキング部26により変換されたR画像、G画像、B画像の画像情報がMSFA画像撮像用のイメージセンサ25により得られるMSモザイク画像の画像情報とともにマルチスペクトル画像算出部27に供給される。そして、マルチスペクトル画像算出部26は、R画像、G画像、B画像、MSモザイク画像の各画像情報に基づいて、マルチスペクトル画像情報を算出して出力する。   The image information of the RGB mosaic image obtained by the RGB image sensor 24 is obtained by the demosaicing unit 26 with three images of R, G, and B each having Nx × Ny pixels, that is, an R image, a G image, and a B image. Is converted into image information. The image information of the R image, the G image, and the B image converted by the demosaicing unit 26 is supplied to the multispectral image calculation unit 27 together with the image information of the MS mosaic image obtained by the image sensor 25 for imaging the MSFA image. Then, the multispectral image calculation unit 26 calculates and outputs multispectral image information based on the image information of the R image, the G image, the B image, and the MS mosaic image.

このマルチスペクトル画像情報取得装置20は、図6に示すマルチスペクトル画像情報取得装置20Aのように、RGB画像を出力する機能を有するものすることができる。   The multispectral image information acquisition apparatus 20 can have a function of outputting RGB images, like the multispectral image information acquisition apparatus 20A shown in FIG.

ここでは、マルチスペクトル画像情報取得装置20と共通の構成要素については同一符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる構成要素について説明する。   Here, the same components as those in the multispectral image information acquisition apparatus 20 are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and different components will be described.

すなわち、マルチスペクトル画像情報取得装置20Aは、デモザイキング部26により得られるR画像、G画像、B画像の各画像情報を記憶するRGB画像記録部28と、MSFA撮像用のイメージセンサ25により得られるMSモザイク画像の画像情報を記憶するMSモザイク画像記録部29を備え、RGB画像記録部28に記録されたRGB画像をそのまま出力する機能を有する。また、必要に応じて、RGB画像記録部28に記録されたRGB画像の画像情報と、MSモザイク画像記録部29に記録されたMSモザイク画像の画像情報がマルチスペクトル画像算出部27に送られ、このマルチスペクトル画像算出部27においてマルチスペクトル画像の画像情報が算出、出力される。この構成の場合、既存のRGBを基本とするカラーシステムとの互換性を保ちつつ、必要に応じてマルチスペクトル画像の情報も併せて取得することが可能である。さらに、RGB画像記録部28、MSモザイク画像記録部29、マルチスペクトル画像算出部27が、別々の装置として実装されている場合も、本発明に含むものとする。   That is, the multispectral image information acquisition apparatus 20A is obtained by the RGB image recording unit 28 that stores image information of the R image, G image, and B image obtained by the demosaicing unit 26, and the image sensor 25 for MSFA imaging. An MS mosaic image recording unit 29 that stores image information of the MS mosaic image is provided, and the RGB image recorded in the RGB image recording unit 28 is output as it is. If necessary, the image information of the RGB image recorded in the RGB image recording unit 28 and the image information of the MS mosaic image recorded in the MS mosaic image recording unit 29 are sent to the multispectral image calculation unit 27, The multispectral image calculation unit 27 calculates and outputs image information of the multispectral image. In the case of this configuration, it is possible to acquire information on a multispectral image as necessary while maintaining compatibility with an existing color system based on RGB. Furthermore, the present invention includes a case where the RGB image recording unit 28, the MS mosaic image recording unit 29, and the multispectral image calculation unit 27 are implemented as separate devices.

このマルチスペクトル画像情報取得装置20において、RGBイメージセンサ24は、R,G,Bに対応するカラーフィルタを画素ごとに配した単板のイメージセンサである。R,G,Bのそれぞれの分光感度特性は、第1の実施の形態に記載したものと同様である。R,G,Bのカラーフィルタの配列は、ベイヤー配列に代表されるような一般的な配列、もしくは、それに類似した配列とする。   In the multispectral image information acquisition apparatus 20, the RGB image sensor 24 is a single-plate image sensor in which color filters corresponding to R, G, and B are arranged for each pixel. The spectral sensitivity characteristics of R, G, and B are the same as those described in the first embodiment. The arrangement of the R, G, and B color filters is a general arrangement represented by the Bayer arrangement, or an arrangement similar thereto.

また、MSFA撮像用のイメージセンサ25は、第1の実施の形態に記載したものと同様のものが使用される。   The image sensor 25 for MSFA imaging is the same as that described in the first embodiment.

光学ローパスフィルタ22は、デモザイキング部26から出力されるRGB画像における、折り返し歪を防ぐことを目的としている。RGBイメージセンサ24上で、R,G,Bそれぞれの画素は少なくとも縦横2画素に1画素を配すことができるため、光学ローパスフィルタ22は、イメージセンサのナイキスト周波数の半分程度までの高周波成分をカットする特性であることが望ましい。また、光学ローパスフィルタ22を挿入する場所は、撮像レンズ21と分岐光学系23の間でなくてもよい。デモザイキング部26に0おけるデモザイキング処理は、任意の手法を用いることができる。   The optical low-pass filter 22 is intended to prevent aliasing distortion in the RGB image output from the demosaicing unit 26. On the RGB image sensor 24, each of the R, G, and B pixels can be arranged in at least one pixel in at least two pixels in the vertical and horizontal directions. Therefore, the optical low-pass filter 22 has a high-frequency component up to about half the Nyquist frequency of the image sensor. It is desirable that the characteristics be cut. The place where the optical low-pass filter 22 is inserted may not be between the imaging lens 21 and the branch optical system 23. An arbitrary method can be used for the demosaicing process in the demosaicing unit 26.

マルチスペクトル画像算出部27の働きは、第1の実施の形態におけるマルチスペクトル画像算出部15と同様である。   The function of the multispectral image calculation unit 27 is the same as that of the multispectral image calculation unit 15 in the first embodiment.

すなわち、この第2の実施の形態は、第1の色数=3、第2の色数=1、第3の色数=16としたマルチスペクトル画像情報取得装置20であって、撮像手段として、撮影レンズ21によって形成される被写体像を2枚の像に複製する分岐光学系23と、上記分岐光学系23により複製された一方の被写体像の像面に配された1枚数のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記広帯域の分光感度特性に対応する上記第1の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた第1の画素数を有する上記第1の画像の画像情報を取得するための第1のイメージセンサ24と、上記分岐光学系23により複製された他方の被写体像の像面に配された1枚数のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記狭帯域の分光感度特性に対応する上記第3の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた上記第2の画素数を有する上記第2の画像の画像情報を取得するための第2のイメージセンサ25を備える。   In other words, the second embodiment is a multispectral image information acquisition device 20 in which the first number of colors = 3, the second number of colors = 1, and the third number of colors = 16, A branching optical system 23 that duplicates the subject image formed by the photographing lens 21 into two images, and one image sensor arranged on the image plane of one subject image duplicated by the branching optical system 23. Image information of the first image having a first number of pixels color-coded by the color filter of the first number of colors corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic, wherein a color filter is arranged for each pixel. The first image sensor 24 for acquiring the image and one image sensor arranged on the image plane of the other subject image duplicated by the branching optical system 23, and a color filter is arranged for each pixel. , A second image sensor for acquiring image information of the second image having the second number of pixels color-coded by the color filter having the third color number corresponding to the spectral sensitivity characteristic of the narrow band. 25.

そして、上記第1のイメージセンサ24により得られる広帯域の分光感度特性に対応する第1の画素数の画像情報から、デモザイキング部26におけるデモザイキング処理により、上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報を生成し、上記第2のイメージセンサ25により得られる狭帯域の分光感度特性に対応する第2の画素数の画像情報と、上記デモザイキング部26によりデモザイキング処理された上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報に基づいて、マルチスペクトル画像算出部27により、上記被写体像に対するマルチスペクトル画像情報として、上記第3の色数と、上記第4の画素数を有する画像の画像情報を算出する。   Then, from the image information of the first number of pixels corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic obtained by the first image sensor 24, the demosaicing processing in the demosaicing unit 26 performs the first color number and the fourth color number. Image information of an image having the number of pixels is generated, and image information of the second number of pixels corresponding to the narrow band spectral sensitivity characteristic obtained by the second image sensor 25 and demosaicing processing by the demosaicing unit 26. Based on the image information of the image having the first color number and the fourth pixel number, the multispectral image calculation unit 27 uses the third color number as multispectral image information for the subject image, Image information of the image having the fourth number of pixels is calculated.

ここで、この第2の実施の形態におけるマルチスペクトル画像情報取得装置20においても、第2の色数=1として、1枚のイメージセンサ25により上記第1の色数よりも多い第3の色数である第2の画像の画像情報を取得するようにしたが、例えば、第2の色数を複数とし、分岐光学系23により上記第2の色数と同じ枚数の被写体像を複製し、第2のイメージセンサ25を上記第2の色数と同じ枚数のイメージセンサで構成するようにしてもよい。   Here, also in the multispectral image information acquisition apparatus 20 according to the second embodiment, the second color number = 1, and the third color larger than the first color number by one image sensor 25. The image information of the second image that is a number is acquired. For example, a plurality of second colors are used, and the same number of subject images as the second colors are duplicated by the branching optical system 23. The second image sensor 25 may be composed of the same number of image sensors as the second number of colors.

この場合、第2のイメージセンサ25を構成する上記第2の色数と同じ枚数のイメージセンサは、それぞれのイメージセンサは第2の画素数を有し、各画素はそれぞれ異なる分光感度特性を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有し、各イメージセンサに含まれる画素を全て集めたきの色数は上記第1の色数よりも多い第3の色数であるものとされる。
<第3の実施の形態>
また、本発明は、例えば図7に示す様な構成のマルチスペクトル画像情報取得装置30に適用される。
In this case, the same number of image sensors as the second number of colors constituting the second image sensor 25, each image sensor has the second number of pixels, and each pixel has a different spectral sensitivity characteristic. The spectral sensitivity characteristic is narrow and overlaps with the broadband spectral sensitivity characteristic, and the number of colors when all the pixels included in each image sensor are collected is a third color number larger than the first color number. It is supposed to be.
<Third Embodiment>
Further, the present invention is applied to a multispectral image information acquisition apparatus 30 having a configuration as shown in FIG. 7, for example.

このマルチスペクトル画像情報取得装置30は、被写体像を結像する撮影レンズ31と、この撮影レンズ31の後段に設けられた光学ローパスフィルタ32と、上記撮影レンズ31から入射光が光学ローパスフィルタ32を介して入射される単板のカラーイメージセンサ33、このカラーイメージセンサ33により得られるカラー画像の画像情報が供給される画像情報分離部34と、この画像情報分離部34からRGBモザイク画像の画像情報が供給されるデモザイキング部35と、このデモザイキング部35からRGB画像の画像情報が供給されるとともに上記画像情報分離部34からMSモザイク画像の画像情報が供給されるマルチスペクトル画像算出部36を備える。   The multispectral image information acquisition device 30 includes a photographic lens 31 that forms a subject image, an optical low-pass filter 32 provided at the rear stage of the photographic lens 31, and incident light from the photographic lens 31 passes through the optical low-pass filter 32. A single-plate color image sensor 33 incident thereon, an image information separation unit 34 to which image information of a color image obtained by the color image sensor 33 is supplied, and image information of RGB mosaic images from the image information separation unit 34 And a multispectral image calculation unit 36 to which image information of RGB images is supplied from the demosaicing unit 35 and image information of MS mosaic images is supplied from the image information separation unit 34. Prepare.

撮像レンズ31は、単板のカラーイメージングセンサ33上に被写体像を結像させる。この際、光学ローパスフィルタ32により高周波成分がカットされた被写体像が単板のカラーイメージセンサ233上に結像される。   The imaging lens 31 forms a subject image on a single-plate color imaging sensor 33. At this time, the subject image from which the high-frequency component is cut by the optical low-pass filter 32 is formed on the single-plate color image sensor 233.

このマルチスペクトル画像情報取得装置30において、カラーイメージングセンサ33は、RGBとMSを組み合わせた色コーディングフィルタが撮像面に設けられた単板のイメージセンサであって、Nx×Nyの画素数を有する。   In this multispectral image information acquisition apparatus 30, the color imaging sensor 33 is a single-plate image sensor in which a color coding filter combining RGB and MS is provided on the imaging surface, and has a number of pixels of Nx × Ny.

このカラーイメージセンサ33により得られるカラー画像の画像情報から、画像情報分離部34においてRGBモザイク画像の画像情報とMSモザイク画像の画像情報が分離される。   From the image information of the color image obtained by the color image sensor 33, the image information separation unit 34 separates the image information of the RGB mosaic image and the image information of the MS mosaic image.

画像情報分離部34において分離されたRGBモザイク画像の画像情報は、デモザイキング部35により、それぞれNx×Nyの画素を有するRとGとBの3枚の画像、すなわち、R画像、G画像、B画像の画像情報に変換される。デモザイキング部35により変換されたR画像、G画像、B画像の画像情報が上記画像情報分離部34において分離されたMSモザイク画像の画像情報とともにマルチスペクトル画像算出部36に供給される。そして、マルチスペクトル画像算出部36は、R画像、G画像、B画像、MSモザイク画像の各画像情報に基づいて、マルチスペクトル画像情報を算出して出力する。   The image information of the RGB mosaic image separated in the image information separation unit 34 is converted by the demosaicing unit 35 into three images of R, G, and B each having Nx × Ny pixels, that is, an R image, a G image, It is converted into image information of a B image. The image information of the R image, the G image, and the B image converted by the demosaicing unit 35 is supplied to the multispectral image calculation unit 36 together with the image information of the MS mosaic image separated by the image information separation unit 34. And the multispectral image calculation part 36 calculates and outputs multispectral image information based on each image information of R image, G image, B image, and MS mosaic image.

このマルチスペクトル画像情報取得装置30は、図8に示すマルチスペクトル画像情報取得装置30Aのように、RGB画像を出力する機能を有するものすることができる。   The multispectral image information acquisition device 30 can have a function of outputting RGB images, like the multispectral image information acquisition device 30A shown in FIG.

ここでは、マルチスペクトル画像情報取得装置30と共通の構成要素については同一符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる構成要素について説明する。   Here, the same components as those of the multispectral image information acquisition apparatus 30 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted, and different components will be described.

すなわち、マルチスペクトル画像情報取得装置30Aは、デモザイキング部35により得られるR画像、G画像、B画像の各画像情報を記憶するRGB画像記録部37と、画像情報分離部34により得られるMSモザイク画像の画像情報を記憶するMSモザイク画像記録部38を備え、RGB画像記録部37に記録されたRGB画像をそのまま出力する機能を有する。また、必要に応じて、RGB画像記録部37に記録されたRGB画像の画像情報と、MSモザイク画像記録部38に記録されたMSモザイク画像の画像情報がマルチスペクトル画像算出部36に送られ、このマルチスペクトル画像算出部36においてマルチスペクトル画像の画像情報が算出、出力される。この構成の場合、既存のRGBを基本とするカラーシステムとの互換性を保ちつつ、必要に応じてマルチスペクトル画像の情報も併せて取得することが可能である。さらに、RGB画像記録部37、MSモザイク画像記録部38、マルチスペクトル画像算出部36が、別々の装置として実装されている場合も、本発明に含むものとする。   That is, the multispectral image information acquisition apparatus 30A includes an RGB image recording unit 37 that stores R image, G image, and B image information obtained by the demosaicing unit 35, and an MS mosaic obtained by the image information separation unit 34. An MS mosaic image recording unit 38 that stores image information of an image is provided, and the RGB image recorded in the RGB image recording unit 37 is output as it is. If necessary, the image information of the RGB image recorded in the RGB image recording unit 37 and the image information of the MS mosaic image recorded in the MS mosaic image recording unit 38 are sent to the multispectral image calculation unit 36, The multispectral image calculation unit 36 calculates and outputs image information of the multispectral image. In the case of this configuration, it is possible to acquire information on a multispectral image as necessary while maintaining compatibility with an existing color system based on RGB. Furthermore, the present invention includes a case where the RGB image recording unit 37, the MS mosaic image recording unit 38, and the multispectral image calculation unit 36 are implemented as separate devices.

このマルチスペクトル画像情報取得装置30に備えられる単板のカラーイメージセンサ33におけるRGBに対応する画素の分光感度特性は、第1の実施の形態に記載したものと同様である。また、MSに対応する画素のK種類の分光感度特性は、第1の実施の形態に記載したものと同様である。   The spectral sensitivity characteristics of the pixels corresponding to RGB in the single-plate color image sensor 33 provided in the multispectral image information acquisition apparatus 30 are the same as those described in the first embodiment. Further, K types of spectral sensitivity characteristics of pixels corresponding to MS are the same as those described in the first embodiment.

光学ローパスフィルタ32は、デモザイキング部35から出力されるRGB画像における、折り返し歪を防ぐことを目的としており、その特性は、第2の実施の形態に記載されるものと同様である。   The optical low-pass filter 32 is intended to prevent aliasing distortion in the RGB image output from the demosaicing unit 35, and its characteristics are the same as those described in the second embodiment.

デモザイキング部35のデモザイキング処理は、任意の手法を用いることができる。   An arbitrary technique can be used for the demosaicing process of the demosaicing unit 35.

マルチスペクトル画像算出部36の働きは、第1の実施の形態に記載したものと同様である。   The operation of the multispectral image calculation unit 36 is the same as that described in the first embodiment.

ここで、このマルチスペクトル画像情報取得装置30に備えられる単板のカラーイメージセンサ33上のカラーフィルタの配列について説明する。   Here, the arrangement of the color filters on the single-plate color image sensor 33 provided in the multispectral image information acquisition apparatus 30 will be described.

2×2の4画素を一つの画素グループとすると、この画素グループには、RとGとBのカラーフィルタと、K種類のカラーフィルタのうちの1種類のカラーフィルタが配される。よって、R,G,Bのカラーフィルタが配される画素は4画素に1つ存在するのに対し、K種類のうちの1種類のカラーフィルタが配される画素は4×L画素に1つ存在することになる。   If 2 × 2 4 pixels are defined as one pixel group, R, G, and B color filters and one type of color filter among K types of color filters are arranged in this pixel group. Therefore, one pixel is provided for four pixels where R, G, and B color filters are arranged, whereas one pixel is provided for each of 4 × L pixels. Will exist.

例えば、K=16の場合の画素配列の例の最小単位を図9に示すように、K=16の場合、K種類のカラーフィルタを1画素ずつ配するためには16=4×4画素必要であることから、単板のカラーイメージセンサ33上のカラーフィルタの最小単位は8×8画素となる。K種類の狭帯域のカラーフィルタの配列は、任意である。   For example, as shown in FIG. 9, the minimum unit in the pixel arrangement example when K = 16, as shown in FIG. 9, when K = 16, 16 = 4 × 4 pixels are required in order to arrange K types of color filters one pixel at a time. Therefore, the minimum unit of the color filter on the single-plate color image sensor 33 is 8 × 8 pixels. The arrangement of the K types of narrow band color filters is arbitrary.

すなわち、この第3の実施の形態は、第1の色数=3、第2の色数=1、第3の色数=16としたマルチスペクトル画像情報取得装置30であって、撮像手段として、撮像レンズ31により被写体像が結像される像面に配された1枚のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記広帯域の分光感度特性に対応する上記第1の色数のカラーフィルタと上記狭帯域の分光感度特性に対応する上記第3の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた第1の画素数を有するイメージセンサ33を備える。   That is, the third embodiment is a multispectral image information acquisition apparatus 30 in which the first number of colors = 3, the second number of colors = 1, and the third number of colors = 16. A first image sensor arranged on an image plane on which a subject image is formed by the imaging lens 31, wherein a color filter is arranged for each pixel, and the first color corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic. And an image sensor 33 having a first number of pixels color-coded by the number of color filters and the third color filter corresponding to the narrow-band spectral sensitivity characteristic.

そして、上記イメージセンサ33により得られる画像情報を、画像情報分離部34により、上記広帯域の分光感度特性に対応する画素の情報と、上記狭帯域の分光感度特性に対応する画素の情報とに分離し、上記画像情報分離部34により分離された広帯域の分光感度特性に対応する画素の情報から、デモザイキング部35におけるデモザイキング処理により、上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報を生成し、 上記画像情報分離部34により分離された狭帯域の分光感度特性に対応する画素の情報と、上記デモザイキング部35においてデモザイキング処理された上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報に基づいて、マルチスペクトル画像算出部36により、上記被写体像に対するマルチスペクトル画像情報として、上記第3の色数と、上記第4の画素数を有する画像の画像情報を算出する。   Then, the image information obtained by the image sensor 33 is separated by the image information separation unit 34 into pixel information corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic and pixel information corresponding to the narrow band spectral sensitivity characteristic. An image having the first number of colors and the fourth number of pixels is obtained by demosaicing processing in the demosaicing unit 35 from pixel information corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic separated by the image information separating unit 34. Image information, pixel information corresponding to the spectral sensitivity characteristics of the narrow band separated by the image information separation unit 34, the first color number demodulated by the demosaicing unit 35, and the first color number. On the basis of the image information of the image having the number of pixels of 4, the multispectral image calculation unit 36 performs multispectral image information on the subject image. As calculates the third number of colors, the image information of the image having the number fourth pixel.

<出力形式を変更した実施の形態>
第1の実施の形態、第2の実施の形態、第3の実施の形態のいずれの場合においても、マルチスペクトル画像を出力する代わりに、マルチスペクトル画像から算出される他の形式の画像データに変換して出力するものとすることができる。
<Embodiment in which output format is changed>
In any case of the first embodiment, the second embodiment, and the third embodiment, instead of outputting a multispectral image, other types of image data calculated from the multispectral image are used. It can be converted and output.

上記の実施の形態においては、RGBチャネルに対応するイメージセンサ(第1の実施の形態ではRイメージセンサ13RとGイメージセンサ13GとBイメージセンサ13B、第2の実施の形態ではRGBイメージセンサ24、第3の実施の形態では単板のカラーイメージセンサ33)の画素数をNRGBとし、MSFAのカラーフィルタの種類数をKとすると、マルチスペクトル画像算出部15,27,36からは画素数NRGBのKバンドの画像が出力される。これに対し、マルチスペクトル画像算出部15,27,36から任意の画素数の
(1)Kバンドより多いバンドのマルチスペクトル画像
(2)Kバンドより少ないバンドのマルチスペクトル画像
(3)スペクトル放射輝度画像
(4)分光反射率画像
(5)XYZ画像
(6)RGB画像
などに変換した後に画像情報を出力するものとすることができる。このとき、変換後の画像情報のバンド数または色チャネル数をJとし、そのj番目のチャネル画像をqjとする。ただし簡単のために変換後の画像情報の画素数はNRGBと等しい場合について説明する。qj がオリジナルの分光スペクトルの画像
In the above embodiment, image sensors corresponding to RGB channels (R image sensor 13R, G image sensor 13G and B image sensor 13B in the first embodiment, RGB image sensor 24 in the second embodiment, In the third embodiment, assuming that the number of pixels of a single-plate color image sensor 33) is N RGB and the number of types of MSFA color filters is K, the number of pixels N from the multispectral image calculation units 15, 27, 36 is N. An RGB K-band image is output. On the other hand, from multispectral image calculation units 15, 27, and 36, (1) a multispectral image of a band larger than the K band, (2) a multispectral image of a band smaller than the K band, and (3) a spectral radiance Image information can be output after being converted into an image (4) spectral reflectance image (5) XYZ image (6) RGB image or the like. At this time, the number of bands or color channels in the converted image information is J, and the j-th channel image is q j . However, for simplicity, a case will be described in which the number of pixels of the image information after conversion is equal to N RGB . q j is the original spectral image

(lは1〜L)、またはKバンドマルチスペクトル画像 (L is 1 to L), or K-band multispectral image

から線形の演算で算出できる場合、すなわち重み係数 That can be calculated by linear calculation, that is, weighting factor

または Or

を用いて、次の式(17)として Using the following equation (17)

定義されるような画像情報に変換する場合には、より簡易な計算によって実装することも可能である。式(6)を式(17)に代入すると、 When converting to image information as defined, it is possible to implement by simpler calculation. Substituting equation (6) into equation (17),

を用いて、変換後の画像情報を To convert the converted image information

と表すことができる。つまり式(18)を用いることにより、Kバンドマルチスペクトル画像を求めることなく、RGB画像から直接上記(1)から(6)の変換後の画像情報を算出することもできる。 It can be expressed as. That is, by using Expression (18), it is possible to directly calculate the image information after the conversions (1) to (6) from the RGB image without obtaining the K-band multispectral image.

本実施形態は、撮影時の照明光の分光スペクトルと、観察用の照明光の分光スペクトルを用いて、撮影時とは異なる光で照明された際の色を算出する場合などに適用される。   The present embodiment is applied to a case where a color when illuminated with light different from that at the time of photographing is calculated using a spectral spectrum of illumination light at the time of photographing and a spectral spectrum of illumination light for observation.

<その他の実施の形態>
さらに、第1〜第3の実施の形態では、広帯域イメージセンサの分光感度特性をRGBに対応する分光感度特性として説明したが、対象とする波長帯域における任意の広帯域の分光感度特性に置き換えて実施することも可能である。
<Other embodiments>
Furthermore, in the first to third embodiments, the spectral sensitivity characteristics of the broadband image sensor have been described as spectral sensitivity characteristics corresponding to RGB. However, the spectral sensitivity characteristics are replaced with arbitrary broadband spectral sensitivity characteristics in the target wavelength band. It is also possible to do.

実施例1として、第1の実施の形態(K=16)について、次の設定で、シミュレーションを行い、他の手法と比較した結果を図13〜図15に示す。   As Example 1, simulation is performed with the following settings for the first embodiment (K = 16), and the results compared with other methods are shown in FIGS.

設定
第1の実施の形態で、K=16の設定とする。つまり、R,G,Bに対応した3枚のイメージングセンサと、16色のフィルタを配したマルチスペクトルフィルタアレイ方式の1枚のイメージングセンサ(合計4枚のイメージングセンサ)により取得したデータから、16色のフィルタに対応した16バンド画像を生成する。RGBのイメージングセンサの分光感度特性を図10に、MSFAの16種類の分光感度特性を図11に示す。また、MSFAの画素配列を図12に示す。図12において、1〜16の数値は、狭帯域カラーフィルタの種類を表し、短波長側から順に番号を付けている。マルチスペクトル画像算出時の領域分割は16×16画素の矩形領域で、全てのバンド画像で共通とする。また、重み係数の算出は、バンドごとに独立で行う。
Setting In the first embodiment, K = 16 is set. In other words, from data acquired by three imaging sensors corresponding to R, G, and B and one imaging sensor of a multispectral filter array system in which filters of 16 colors are arranged (a total of four imaging sensors), 16 A 16-band image corresponding to the color filter is generated. FIG. 10 shows the spectral sensitivity characteristics of the RGB imaging sensor, and FIG. 11 shows the 16 types of spectral sensitivity characteristics of the MSFA. Further, FIG. 12 shows a pixel array of the MSFA. In FIG. 12, numerical values 1 to 16 represent the types of narrow band color filters, and are numbered sequentially from the short wavelength side. Area division at the time of multispectral image calculation is a rectangular area of 16 × 16 pixels, and is common to all band images. Further, the calculation of the weighting factor is performed independently for each band.

自然風景のスペクトル画像のデータベース(Hyperspectral Images of Natural Scenes by D. H. Foster, The University of Manchester)の3種類のスペクトル画像から、一部領域を切り出して、撮影対象として使用した。切り出したスペクトル画像の仕様を表1に示す。   A partial region was cut out from three types of spectral images in a database of spectral images of natural scenes (Hyperspectral Images of Natural Scenes by D. H. Foster, The University of Manchester) and used as a subject to be photographed. Table 1 shows the specifications of the cut-out spectrum image.

比較手法
4-band:図10のGの分光感度特性を長波長側と短波長側の2つに分割した感度と、RとBの分光感度特性を合わせた4チャネルの分光感度特性を有する4枚のイメージングセンサで取得したデータから、画素ごとにWiener推定により16次元のスペクトルを推定して、スペクトル画像を復元する。
Comparison method
4-band: 4 pieces of spectral sensitivity characteristics of 4 channels that combine the spectral sensitivity characteristics of G in FIG. 10 into two parts, the long wavelength side and the short wavelength side, and the R and B spectral sensitivity characteristics. From the data acquired by the imaging sensor, a 16-dimensional spectrum is estimated by Wiener estimation for each pixel, and a spectrum image is restored.

4-band FA x4:4種類のフィルタを画素ごとに配したフィルタアレイ方式のイメージングセンサ4枚で撮影することを想定し、イメージングセンサごとに異なる4種類のカラーフィルタを配する。その結果、合計で16種類のカラーフィルタに対応するデータが取得できる。16種類のカラーフィルタに対応する分光感度特性は図11と同一である。また、1色のカラーフィルタは、4画素に1つ配される。このようにして取得されたデータから、線形補間により16波長の画像を復元する。   4-band FA x4: Assuming that four types of filters are arranged for each pixel and imaging with four filter array type imaging sensors, four different types of color filters are arranged for each imaging sensor. As a result, data corresponding to 16 types of color filters can be acquired in total. The spectral sensitivity characteristics corresponding to the 16 types of color filters are the same as those in FIG. One color filter is arranged for every four pixels. From the data acquired in this way, an image of 16 wavelengths is restored by linear interpolation.

結果
図13〜図15は、バンド画像ごとの正規化された2乗誤差平均の平方根NRMSE(Normalized Root Mean Squared Error)を示す。「RGB+16FA」が本発明によるものである。本発明のNRMSEが最も小さく抑えられていることがわかる。
Results FIG. 13 to FIG. 15 show the normalized root mean squared error (RMMSE) of the root mean square normalized for each band image. “RGB + 16FA” is according to the present invention. It can be seen that the NRMSE of the present invention is minimized.

次に、実施例2として、第3の実施の形態(K=16)について、次の設定で、シミュレーションを行い、他の手法と比較した結果を図20、図21に示す。   Next, as Example 2, simulations are performed for the third embodiment (K = 16) with the following settings, and the results compared with other methods are shown in FIGS.

設定
第1の実施の形態で、K=16の設定とする。イメージセンサの画素数は512×512画素とする。単板イメージングセンサの画素配列を図16に示す。R,G,Bの画素は2×2=4画素ごとに1画素サンプリングされているのに対し、16種類のうちの1種類のカラーフィルタに対応する画素は、8×8=64画素に1画素しかサンプリングされていないこととなる。R,G,Bのカラーフィルタの分光感度と、MSFAの16種類の分光感度を図17、図18に示す。
Setting In the first embodiment, K = 16 is set. The number of pixels of the image sensor is 512 × 512 pixels. FIG. 16 shows a pixel array of the single plate imaging sensor. The R, G, and B pixels are sampled for every 2 × 2 = 4 pixels, whereas the pixels corresponding to one type of color filter out of 16 types are 1 in 8 × 8 = 64 pixels. Only the pixels are sampled. The spectral sensitivities of the R, G, and B color filters and the 16 types of spectral sensitivities of the MSFA are shown in FIGS.

周波数帯域を約半分にする光学的な高周波カットが実装されているものとする。   It is assumed that an optical high-frequency cut that halves the frequency band is mounted.

オリジナルとして、図19の(A),(B)に示すように、空間方向に512×512画素、波長方向81次元(380〜780[nm]を5nm間隔でサンプリング)の分光画像を用いた(ただし16バンドのマルチスペクトル画像から推定した画像である)。   As an original, as shown in FIGS. 19A and 19B, spectral images of 512 × 512 pixels in the spatial direction and 81 dimensions in the wavelength direction (sampled from 380 to 780 [nm] at 5 nm intervals) were used ( However, this is an image estimated from a 16-band multispectral image).

マルチスペクトル画像算出時の領域分割は32×32画素の矩形領域とした。また、重み係数の算出において、バンドごとに独立に算出する場合と、全バンド同時に算出する場合の双方を実装した。さらに、画像基底として、全ての要素が1で構成される直流基底を追加する場合としない場合の双方を実装した。本発明による手法として、これらの組み合わせの4パターンの結果を比較した。   Area division at the time of multispectral image calculation was a rectangular area of 32 × 32 pixels. In addition, in the calculation of the weighting factor, both the case of calculating independently for each band and the case of calculating all the bands simultaneously are implemented. Furthermore, both the case where the direct current base in which all elements are 1 are added and the case where it is not added are implemented as the image base. As a method according to the present invention, the results of four patterns of these combinations were compared.

デモザイキング処理
高密度サンプリングのR,G,Bの画素のデータは、縦横に1画素おきにサンプリングされている。あらかじめ周波数帯域が約半分となるように、高周波成分がカットされていることを想定しているため、周波数領域において、折り返しひずみはほぼ生じないと考えられる。そこで、R,G,Bそれぞれの画素を抜き出した画像(256×256画素)を離散フーリエ変換により周波数領域に投影し、それぞれの位相差に対応する係数を周波数領域で乗算した後、高周波領域をゼロで埋めて512×512の画像としてから、離散逆フーリエ変換により512×512の画像に戻す。これにより、1画素おきにサンプリングされたR,G,Bの画素の情報から、512×512の高周波成分がカットされた画像が復元され、バンド画像で独立にデモザイキングした結果とみなすことができる。
Demosaicing processing Data of R, G, and B pixels of high-density sampling are sampled every other pixel vertically and horizontally. Since it is assumed that the high frequency component is cut in advance so that the frequency band is approximately halved, it is considered that the aliasing distortion hardly occurs in the frequency domain. Therefore, an image (256 × 256 pixels) obtained by extracting each pixel of R, G, and B is projected onto the frequency domain by discrete Fourier transform, and after multiplying the coefficient corresponding to each phase difference by the frequency domain, After filling with zeros to form a 512 × 512 image, the image is returned to a 512 × 512 image by discrete inverse Fourier transform. As a result, an image in which a 512 × 512 high-frequency component is cut is restored from information on R, G, and B pixels sampled every other pixel, and can be regarded as a result of independent demosaicing with a band image. .

比較手法
16波長に対応するカラーフィルタを512×512画素のイメージングセンサ上に均等に配置することを想定し、図12に示した画素配列と同等の配列の繰り返しとした。1種類のカラーフィルタに対応する画素は、4×4=16画素に1画素サンプリングされることとなる。
Comparison Method Assuming that color filters corresponding to 16 wavelengths are arranged uniformly on an imaging sensor of 512 × 512 pixels, an arrangement equivalent to the pixel arrangement shown in FIG. 12 was repeated. A pixel corresponding to one type of color filter is sampled by 1 × 4 × 4 = 16 pixels.

結果
MSの画素のサンプリング位置の256×256個の画素を取り出し、NRMSEにより評価した。図20、図21に像のNRMSEを示す。まず、本発明による結果は、比較手法(均等サンプリング、線形補間)の結果と比較すると、NRMSEを1/3以下に低減させていることがわかる。さらに、本発明による4つの結果を比較すると、直流基底を追加することで15、16バンド目の推定誤差を低減させた。さらに、全バンド同時に重み係数を算出する手法の方が、各バンド独立で算出する手法と比較して、わずかに誤差が減少した。
Results 256 × 256 pixels at the sampling positions of the MS pixels were taken out and evaluated by NRMSE. 20 and 21 show the NRMSE of the image. First, it can be seen that the result of the present invention reduces NRMSE to 1/3 or less when compared with the result of the comparison method (equal sampling, linear interpolation). Furthermore, when the four results according to the present invention were compared, the estimation error of the 15th and 16th bands was reduced by adding a DC base. Furthermore, the method of calculating the weighting coefficient for all the bands simultaneously has a slight error reduction compared to the method of calculating each band independently.

10,10A,20,20A,30,30A マルチスペクトル画像情報取得装置、11,21,31 撮影レンズ、12,23 分岐光学系、13R,13G,13B 3原色画像撮像用イメージセンサ、14,25 MSFA画像撮像用のイメージセンサ、15,27,36 マルチスペクトル画像算出部、16,28,27 RGB画像記録部、17,29,38 MSモザイク画像記録部、22,23 光学ローパスフィルタ、24 RGBイメージセンサ、26,35 デモザイキング部、33 カラーイメージセンサ、34 画像情報分離部34、151 小領域切り出し部、152 重み係数算出部、153 マルチスペクトル画像生成部、 10, 10A, 20, 20A, 30, 30A Multispectral image information acquisition device, 11, 21, 31 photographing lens, 12, 23 branch optical system, 13R, 13G, 13B three primary color image pickup image sensor, 14, 25 MSFA Image sensor for imaging, 15, 27, 36 Multispectral image calculation unit, 16, 28, 27 RGB image recording unit, 17, 29, 38 MS mosaic image recording unit, 22, 23 Optical low-pass filter, 24 RGB image sensor , 26, 35 demosaicing unit, 33 color image sensor, 34 image information separation unit 34, 151 small area segmentation unit, 152 weight coefficient calculation unit, 153 multispectral image generation unit,

Claims (12)

撮影レンズによって形成される被写体像に対して、広帯域な分光感度特性に対応する3色以上の第1の色数と第1の画素数を有する第1の画像の画像情報と、上記被写体像に対して、第2の画素数を有し、画素ごとに異なる分光感度特性に対応する第2の色数を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有し、全ての画素を集めたときの色数は上記第1の色数よりも多い第3の色数である第2の画像の画像情報を出力する撮像手段と、
上記撮像手段により得られる上記第1の画像の画像情報と上記第2の画像の画像情報に基づいて、前記第3の色数と前記第1の画素数を有する第3の画像の画像情報を生成するマルチスペクトル画像算出手段とを備え、
上記被写体像に対するマルチスペクトル画像情報として上記第3の画像の画像情報を生成することを特徴とするマルチスペクトル画像情報取得装置。
For the subject image formed by the photographic lens, image information of a first image having a first color number of three or more colors and a first pixel number corresponding to a broadband spectral sensitivity characteristic, and the subject image On the other hand, it has a second number of pixels and has a second number of colors corresponding to different spectral sensitivity characteristics for each pixel, and the spectral sensitivity characteristics are narrow and overlap with the above-mentioned broadband spectral sensitivity characteristics. Imaging means for outputting image information of the second image having a third color number that is larger than the first color number when collecting all the pixels;
Based on the image information of the first image and the image information of the second image obtained by the imaging means, the image information of the third image having the third color number and the first pixel number is obtained. A multispectral image calculation means for generating,
A multispectral image information acquisition apparatus that generates image information of the third image as multispectral image information for the subject image.
上記撮像手段は、上記撮影レンズによって形成される被写体像を上記第1の色数と第2の色数を合計した色数と同じ数の像に複製する分岐光学系と、上記分岐光学系により複製された上記第1の色数に等しい数の像面にそれぞれ配された上記第1の色数と同じ枚数のイメージセンサであって、かつ、それぞれのイメージセンサは第1の画素数を有し、イメージセンサの分光感度特性は広帯域の分光感度特性である第1のイメージセンサと、上記第2の色数と同じ数の像面にそれぞれ配された上記第2の色数と同じ枚数のイメージセンサであって、かつ、それぞれのイメージセンサは第2の画素数を有し、イメージセンサの各画素はそれぞれ異なる分光感度特性を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有し、上記第2の色数と同じ枚数のイメージセンサに含まれる画素を全て集めたきの色数は上記第1の色数よりも多い第3の色数である第2のイメージセンサを備えること特徴とする請求項1記載のマルチスペクトル画像情報取得装置。   The imaging means includes a branching optical system that duplicates an object image formed by the photographing lens into an image having the same number of colors as the total number of the first and second colors, and the branching optical system. The same number of image sensors as the first number of colors arranged on the number of image planes equal to the number of duplicated first colors, and each image sensor has a first number of pixels. The spectral sensitivity characteristic of the image sensor is the same as the number of the first image sensor, which is a broadband spectral sensitivity characteristic, and the number of the second colors arranged on the same number of image planes as the second number of colors. Each image sensor has a second number of pixels, each pixel of the image sensor has a different spectral sensitivity characteristic, and the spectral sensitivity characteristic is a narrow band and the broadband spectral sensitivity described above. Have overlap with properties, A second image sensor having a third color number larger than the first color number is provided for collecting all pixels included in the same number of image sensors as the second color number. The multispectral image information acquisition apparatus according to claim 1. 上記第1のイメージセンサは、赤色画像と緑色画像と青色画像を撮像する3枚のイメージセンサであり、
上記第2のイメージセンサは、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記第3の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた上記第2の画素数を有する1枚のイメージセンサであること特徴とする請求項2記載のマルチスペクトル画像情報取得装置。
The first image sensor is three image sensors for capturing a red image, a green image, and a blue image,
The second image sensor is a single image sensor having the second number of pixels in which a color filter is arranged for each pixel and color-coded by the third color filter. The multispectral image information acquisition apparatus according to claim 2.
上記撮像手段は、上記撮影レンズによって形成される被写体像を2枚の像に複製する分岐光学系と、上記分岐光学系により複製された一方の被写体像の像面に配された1枚数のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記広帯域の分光感度特性に対応する上記第1の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた第1の画素数を有する上記第1の画像の画像情報を取得するための第1のイメージセンサと、上記分岐光学系により複製された他方の被写体像の像面に配された1枚数のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記狭帯域の分光感度特性に対応する上記第3の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた上記第2の画素数を有する上記第2の画像の画像情報を取得するための第2のイメージセンサを備え、
さらに、上記第1のイメージセンサにより得られる広帯域の分光感度特性に対応する第1の画素数の画像情報から、デモザイキング処理により、上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報を生成するデモザイキング部を備え、
上記マルチスペクトル画像算出手段は、上記第2のイメージセンサにより得られる狭帯域の分光感度特性に対応する上記第2の画素数の画像情報と、上記デモザイキング部によりデモザイキング処理された上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報に基づいて、上記第3の色数と、上記第4の画素数を有する画像の画像情報を算出すること特徴とする請求項1記載のマルチスペクトル画像情報取得装置。
The imaging means includes a branching optical system that duplicates the subject image formed by the photographing lens into two images, and one image arranged on the image plane of one subject image replicated by the branching optical system. A sensor having a color filter for each pixel, the first image having a first number of pixels color-coded by the color filter having the first color number corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic; A first image sensor for acquiring image information and one image sensor arranged on the image plane of the other subject image duplicated by the branching optical system, wherein a color filter is arranged for each pixel. The image information of the second image having the second number of pixels color-coded by the color filter having the third color number corresponding to the spectral sensitivity characteristic of the narrow band is acquired. A second image sensor of,
Further, from the image information of the first pixel number corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic obtained by the first image sensor, an image having the first color number and the fourth pixel number is obtained by demosaicing processing. It has a demosaicing unit that generates image information,
The multispectral image calculation means includes the second pixel number of image information corresponding to the narrow-band spectral sensitivity characteristic obtained by the second image sensor, and the first demosaicing process performed by the demosaicing unit. The image information of the image having the third color number and the fourth pixel number is calculated based on the image information of the image having the number of colors and the fourth pixel number. Multispectral image information acquisition apparatus.
上記撮像手段は、上記撮像レンズにより被写体像が結像される像面に配された1枚のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記広帯域の分光感度特性に対応する上記第1の色数のカラーフィルタと上記狭帯域の分光感度特性に対応する上記第3の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた第1の画素数を有するイメージセンサを備え、
さらに、上記撮像手段により得られる画像情報を、上記広帯域の分光感度特性に対応する画素の情報と、上記狭帯域の分光感度特性に対応する画素の情報とに分離する画像情報分離部と、上記画像情報分離部により分離された広帯域の分光感度特性に対応する画素の情報から、デモザイキング処理により、上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報を生成するデモザイキング部を備え、
上記マルチスペクトル画像算出手段は、上記画像情報分離部により分離された狭帯域の分光感度特性に対応する画素の情報と、上記デモザイキング部によりデモザイキング処理された上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報に基づいて、上記第3の色数と、上記第4の画素数を有する画像の画像情報を算出すること特徴とする請求項1記載のマルチスペクトル画像情報取得装置。
The imaging means is a single image sensor arranged on an image plane on which a subject image is formed by the imaging lens, and a color filter is arranged for each pixel, and corresponds to the broadband spectral sensitivity characteristic. An image sensor having a first number of pixels color-coded by a color filter having a first color number and a color filter having a third color number corresponding to the spectral sensitivity characteristic of the narrow band;
Further, the image information separation unit that separates the image information obtained by the imaging unit into pixel information corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic and pixel information corresponding to the narrow band spectral sensitivity characteristic; and A demosaicing unit that generates image information of an image having the first number of colors and the fourth number of pixels by demosaicing processing from pixel information corresponding to the spectral sensitivity characteristics in a wide band separated by the image information separation unit. With
The multispectral image calculation means includes pixel information corresponding to the narrow-band spectral sensitivity characteristic separated by the image information separation unit, the first color number demodulated by the demosaicing unit, and a fourth color. 2. The multispectral image information acquisition according to claim 1, wherein image information of the image having the third color number and the fourth pixel number is calculated based on image information of the image having the number of pixels. apparatus.
上記撮像手段は、上記イメージセンサ上の画素は、第1の色数と第2の色数を併せた数の隣接する画素を集めた画素グループには広帯域の分光感度特性に対応する上記第1の色数のカラーフィルタがそれぞれ1種類ずつ配されるとともに、上記広帯域の分光感度特性と重なりを有する狭帯域の分光感度特性に対応する第3の色数のカラーフィルタのうちの上記第2の色数のカラーフィルタが配され、さらに、上記第3の色数を上記第2の色数で割って得られる数に相当する数の、隣接する上記画素グループの集まりにおいて、上記狭帯域の第3の色数のカラーフィルタが全て含まれるように、上記画素グループが配されること特徴とする請求項5記載のマルチスペクトル画像情報取得装置。   In the imaging means, the pixel on the image sensor includes a first group of pixels corresponding to a broadband spectral sensitivity characteristic in a pixel group in which a number of adjacent pixels including the first color number and the second color number are collected. Each of the color filters having the number of colors is arranged, and the second color filter of the third color number corresponding to the narrow-band spectral sensitivity characteristic that overlaps the wide-band spectral sensitivity characteristic. A color filter of the number of colors is arranged, and in the group of adjacent pixel groups corresponding to the number obtained by dividing the third color number by the second color number, the narrow-band first filter is provided. 6. The multispectral image information acquisition apparatus according to claim 5, wherein the pixel groups are arranged so that all the color filters having the number of colors of 3 are included. 上記マルチスペクトル画像算出手段は、上記第1の画像を分割して得られる第1の小領域画像ごとに、全ての上記第1の小領域画像に対して、上記第1の小領域画像の各色画像に重み係数を乗算した後にこれらを足し合わせることで、上記第1の小領域画像と同一の画素数を有する第2の小領域画像を算出する処理であって、上記第1の小領域画像に対応する領域として上記第2の画像から切り出された第3の小領域画像の値と、上記第2の小領域画像に含まれる上記第3の小領域画像と対応する値との齟齬を最小とするように重み係数を決定し、上記重み係数を変更しながら、上記第3の色数と同じ回数繰り返し、第3の色数と同じ枚数の上記第2の小領域画像を算出する処理を行うこと特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のマルチスペクトル画像情報取得装置。   The multispectral image calculation means is configured such that, for each first small region image obtained by dividing the first image, for each of the first small region images, each color of the first small region image. A process of calculating a second small area image having the same number of pixels as the first small area image by multiplying the image by a weighting factor and adding them together, the first small area image The difference between the value of the third small area image cut out from the second image as the area corresponding to the second small area image and the value corresponding to the third small area image included in the second small area image is minimized. A process of calculating the second small area image having the same number of times as the third number of colors by repeating the same number of times as the third number of colors while changing the weighting factor. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein: Multispectral image data acquisition apparatus mounting. 被写体像に対して、広帯域の分光感度特性に対応する3色以上の第1の色数と第1の画素数を有する第1の画像の画像情報と、上記被写体像に対して、第2の画素数を有し、画素ごとに異なる分光感度特性に対応する第2の色数を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有し、全ての画素を集めたときの色数は上記第1の色数よりも多い第3の色数である第2の画像の画像情報を取得する撮像ステップと、
上記撮像ステップにおいて得られる上記第1の画像の画像情報と上記第2の画像の画像情報に基づいて、前記第3の色数と前記第1の画素数を有する第3の画像の画像情報を生成するマルチスペクトル画像算出ステップとを有し、
上記被写体像に対するマルチスペクトル画像情報として上記第3の画像の画像情報を生成することを特徴とするマルチスペクトル画像情報取得方法。
With respect to the subject image, image information of a first image having a first color number of three or more colors and a first number of pixels corresponding to a broadband spectral sensitivity characteristic, and a second It has a number of pixels, a second number of colors corresponding to different spectral sensitivity characteristics for each pixel, and the spectral sensitivity characteristics are narrow and overlap with the broadband spectral sensitivity characteristics, collecting all pixels. An imaging step of acquiring image information of a second image having a third color number greater than the first color number,
Based on the image information of the first image and the image information of the second image obtained in the imaging step, image information of the third image having the third color number and the first pixel number is obtained. A multi-spectral image calculation step to generate,
A method for acquiring multispectral image information, comprising generating image information of the third image as multispectral image information for the subject image.
上記撮像ステップでは、
上記第1の色数と第2の色数を合計した色数と同じ数の被写体像を分岐光学系により複製し、
上記被写体像が複製された上記第1の色数に等しい数の像面にそれぞれ配された上記第1の色数と同じ枚数のイメージセンサであって、かつ、それぞれのイメージセンサは第1の画素数を有し、イメージセンサの分光感度特性は広帯域の分光感度特性である第1のイメージセンサにより上記第1の画像の画像情報を取得するとともに、
上記被写体像が複製された上記第2の色数と同じ数の像面にそれぞれ配された上記第2の色数と同じ枚数のイメージセンサであって、かつ、それぞれのイメージセンサは第2の画素数を有し、イメージセンサの各画素はそれぞれ異なる分光感度特性を有し、その分光感度特性は狭帯域で上記広帯域の分光感度特性と重なりを有し、上記第2の色数と同じ枚数のイメージセンサに含まれる画素を全て集めたきの色数は上記第1の色数よりも多い第3の色数である第2のイメージセンサにより上記第2の画像の画像情報を取得すること特徴とする請求項8記載のマルチスペクトル画像情報取得方法。
In the imaging step,
The same number of subject images as the total number of colors of the first color number and the second color number are duplicated by the branching optical system,
The same number of image sensors as the first number of colors arranged on the number of image planes equal to the first number of colors on which the subject image is duplicated, and each image sensor is a first The image information of the first image is obtained by the first image sensor having a number of pixels and the spectral sensitivity characteristic of the image sensor is a broadband spectral sensitivity characteristic,
The same number of image sensors as the second number of colors arranged on the same number of image planes as the second number of colors on which the subject image is duplicated, and each image sensor has a second number Each pixel of the image sensor has a different spectral sensitivity characteristic, and the spectral sensitivity characteristic is narrow and overlaps with the broadband spectral sensitivity characteristic, and the same number as the second number of colors. The image information of the second image is acquired by the second image sensor having a third color number that is larger than the first color number when collecting all the pixels included in the image sensor. The multispectral image information acquisition method according to claim 8.
上記撮像ステップでは、2枚の被写体像を分岐光学系により複製し、上記分岐光学系により複製された一方の被写体像の像面に配された1枚数のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記広帯域の分光感度特性に対応する上記第1の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた第1の画素数を有する第1のイメージセンサにより上記第1の画像の画像情報を取得するとともに、上記分岐光学系により複製された他方の被写体像の像面に配された1枚数のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記狭帯域の分光感度特性に対応する上記第3の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた上記第2の画素数を有する第2のイメージセンサにより上記第2の画像の画像情報を取得し、
さらに、上記撮像ステップおいて上記第1のイメージセンサにより得られる広帯域の分光感度特性に対応する第1の画素数の画像情報から、デモザイキング処理により、上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報を生成するデモザイキングステップを有し、
上記マルチスペクトル画像算出ステップでは、上記撮像ステップおいて上記第2のイメージセンサにより得られる狭帯域の分光感度特性に対応する第3の画素数の画像情報と、上記デモザイキングステップにおいてデモザイキング処理された上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報に基づいて、上記第3の色数と、上記第4の画素数を有する画像の画像情報を算出すること特徴とする請求項8記載のマルチスペクトル画像情報取得方法。
In the imaging step, two subject images are duplicated by a branching optical system, and one image sensor is arranged on the image plane of one subject image duplicated by the branching optical system. A first image sensor having a first number of pixels color-coded by the color filter having the first color number corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic is provided with image information of the first image. One image sensor arranged on the image plane of the other subject image duplicated by the branching optical system and having a color filter for each pixel, corresponding to the narrow band spectral sensitivity characteristic Image information of the second image is acquired by the second image sensor having the second number of pixels color-coded by the color filter having the third number of colors.
Further, the first number of colors and the fourth number of pixels are obtained by demosaicing processing from the image information of the first number of pixels corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic obtained by the first image sensor in the imaging step. Having a demosaicing step to generate image information of an image having a number;
In the multispectral image calculation step, the image information of the third number of pixels corresponding to the narrow-band spectral sensitivity characteristic obtained by the second image sensor in the imaging step and the demosaicing process in the demosaicing step are performed. The image information of the image having the third color number and the fourth pixel number is calculated based on the image information of the image having the first color number and the fourth pixel number. The multispectral image information acquisition method according to claim 8.
上記撮像手段ステップでは、被写体像が結像される像面に配された1枚のイメージセンサであって、画素ごとにカラーフィルタが配され、上記広帯域の分光感度特性に対応する上記第1の色数のカラーフィルタと上記狭帯域の分光感度特性に対応する上記第3の色数のカラーフィルタにより色コーディングされた第1の画素数を有するイメージセンサにより第1の画素数の画像情報を取得し、
さらに、上記撮像手段ステップにおいて上記イメージセンサにより得られる画像情報を、上記広帯域の分光感度特性に対応する画素の情報と、上記狭帯域の分光感度特性に対応する画素の情報とに分離する画像情報分離ステップと、
上記画像情報分離ステップにおいて分離された広帯域の分光感度特性に対応する画素の情報から、デモザイキング処理により、上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報を生成するデモザイキングステップを有し、
上記マルチスペクトル画像算出ステップでは、上記画像情報分離ステップにおいて分離された狭帯域の分光感度特性に対応する画素の情報と、上記デモザイキングステップにおいてデモザイキング処理された上記第1の色数と第4の画素数を有する画像の画像情報に基づいて、上記第3の色数と、上記第4の画素数を有する画像の画像情報を算出すること特徴とする請求項8記載のマルチスペクトル画像情報取得方法。
In the imaging means step, a first image sensor arranged on an image plane on which a subject image is formed, a color filter is arranged for each pixel, and the first image sensor corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic is provided. Image information of the first number of pixels is acquired by an image sensor having a first number of pixels color-coded by the color filter of the number of colors and the color filter of the third number of colors corresponding to the spectral sensitivity characteristics of the narrow band. And
Further, image information obtained by separating the image information obtained by the image sensor in the imaging means step into pixel information corresponding to the broadband spectral sensitivity characteristic and pixel information corresponding to the narrow band spectral sensitivity characteristic. A separation step;
Demosaicing for generating image information of an image having the first number of colors and the fourth number of pixels by demosaicing processing from information on pixels corresponding to the spectral sensitivity characteristics of the broadband separated in the image information separation step. Has steps,
In the multispectral image calculation step, pixel information corresponding to the spectral sensitivity characteristics of the narrow band separated in the image information separation step, the first number of colors and the fourth number demodulated in the demosaicing step. 9. The multispectral image information acquisition according to claim 8, wherein the image information of the image having the third color number and the fourth pixel number is calculated based on the image information of the image having the number of pixels. Method.
上記マルチスペクトル画像算出ステップでは、上記第1の画像を分割して得られる第1の小領域画像ごとに、全ての上記第1の小領域画像に対して、上記第1の小領域画像の各色画像に重み係数を乗算した後にこれらを足し合わせることで、上記第1の小領域画像と同一の画素数を有する第2の小領域画像を算出する処理であって、上記第1の小領域画像に対応する領域として上記第2の画像から切り出された第3の小領域画像の値と、上記第2の小領域画像に含まれる上記第3の小領域画像と対応する値との齟齬を最小とするように重み係数を決定し、上記重み係数を変更しながら、上記第3の色数と同じ回数繰り返し、第3の色数と同じ枚数の上記第2の小領域画像を算出する処理を行うこと特徴とする請求項8乃至請求項11のいずれか1項に記載のマルチスペクトル画像情報取得方法。   In the multispectral image calculation step, for each first small region image obtained by dividing the first image, for each of the first small region images, each color of the first small region image A process of calculating a second small area image having the same number of pixels as the first small area image by multiplying the image by a weighting factor and adding them together, the first small area image The difference between the value of the third small area image cut out from the second image as the area corresponding to the second small area image and the value corresponding to the third small area image included in the second small area image is minimized. A process of calculating the second small area image having the same number of times as the third number of colors by repeating the same number of times as the third number of colors while changing the weighting factor. Any one of claims 8 to 11, wherein Multispectral image information acquisition method according to item 1.
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