JP2014089075A - Spectral reflectance measuring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物体の分光反射率を測定する分光反射率測定システムに関する。 The present invention relates to a spectral reflectance measurement system that measures the spectral reflectance of an object.
分光反射率を測定する装置としては、プリズムや回折格子(グレーティング)、液晶チューナブルフィルタ等を利用した分光器が知られている。
物体の分光反射率を測定することで、可視光領域では照明や表示装置に依存しない精密な色再現を行うことができる。
紫外や赤外領域においては、人間の眼でみたときは違いがわからない物体でも成分の差を検出することが可能となる。
As an apparatus for measuring spectral reflectance, a spectroscope using a prism, a diffraction grating (grating), a liquid crystal tunable filter, or the like is known.
By measuring the spectral reflectance of the object, accurate color reproduction that does not depend on illumination or a display device can be performed in the visible light region.
In the ultraviolet and infrared regions, it is possible to detect a difference in components even with an object whose difference is not obvious when viewed with the human eye.
これまでの分光器は、リアルタイム(瞬時的)に点、線分のスペクトルを測定することはできるが、面を一度に測定することでできない、といった問題があった。
面を測定する場合には、線測定の分光器を用いてスキャンすることで測定していた。
この方式では、細胞などのスペクトルを測定する場合は、被写体自身が動いてしまうために、被写体に対応したスペクトルを正確に測定することができないといった問題があった。
Conventional spectrometers have the problem that they can measure the spectrum of a point or line segment in real time (instantaneously), but cannot measure the surface at once.
When measuring the surface, it was measured by scanning using a spectrometer for line measurement.
In this method, when measuring the spectrum of a cell or the like, the subject itself moves, so that there is a problem that the spectrum corresponding to the subject cannot be measured accurately.
特許文献1には、二次元の分光反射率特性を測定する目的で、波長可変フィルタを用いて、波長領域が異なる複数のチャンネルを切り替え、撮影されたマルチバンド画像より、撮影被写体のスペクトルを推定する方法が開示されている。
波長可変フィルタでチャンネルを切り替えながら、同一の被写体を撮影手段により撮影した複数の原画像からなるマルチバンド画像を取得し、該マルチバンド画像から被写体のスペクトルを推定するものである。
波長可変フィルタのチャンネル数は、10チャンネル以上としている。
In Patent Document 1, for the purpose of measuring a two-dimensional spectral reflectance characteristic, a plurality of channels having different wavelength regions are switched using a wavelength tunable filter, and a spectrum of a photographing subject is estimated from a photographed multiband image. A method is disclosed.
While switching channels with a wavelength tunable filter, a multiband image composed of a plurality of original images obtained by photographing the same subject by the photographing means is acquired, and the spectrum of the subject is estimated from the multiband image.
The number of channels of the wavelength tunable filter is 10 or more.
しかしながら、特許文献1に記載の方式は、波長可変フィルタでチャンネルを切り替えながら逐一バンド画像を得るものであるため、複数のチャンネルのスペクトル画像を一度にリアルタイム(瞬時的)に測定することはできない。
すなわち、波長可変フィルタのチャンネルを切り替えて各バンド画像を得る動作が10回以上必要となり、時間を要することを避けられない。
このため、上述した、被写体自身が動いてしまうために、被写体に対応したスペクトルを正確に測定することができないという問題の解消には至っていない。
However, since the method described in Patent Document 1 obtains band images one by one while switching channels with a wavelength tunable filter, spectrum images of a plurality of channels cannot be measured in real time (instantaneously) at a time.
That is, the operation of obtaining each band image by switching the channel of the wavelength tunable filter is required 10 times or more, and it is inevitable that time is required.
For this reason, since the subject itself moves, the problem that the spectrum corresponding to the subject cannot be measured accurately has not been solved.
このような分光器に対して、リアルタイム(瞬時的)に点、線分の分光反射率特性を測定する手段として、ライトフィールドカメラ(プレノプティックカメラ)がある。
プレノプティックカメラでは、メインレンズの絞り付近に空間的に分光透過率の変化するフィルタを配置することで、被検物の二次元の分光反射率をワンショットで測定できることが知られている。
For such a spectroscope, there is a light field camera (plenoptic camera) as means for measuring the spectral reflectance characteristics of points and line segments in real time (instantaneously).
In plenoptic cameras, it is known that a two-dimensional spectral reflectance of a test object can be measured in one shot by placing a filter with spatially varying spectral transmittance near the aperture of the main lens. .
プレノプティックカメラの構成を用いた分光反射率測定装置を想定した場合、理想条件においては、フィルタの分光透過率およびセンサの分光感度特性により、センサの分光透過率が決定し、それに基づいて分光反射率を計測できる。 Assuming a spectral reflectance measurement device that uses a plenoptic camera configuration, under ideal conditions, the spectral transmittance of the sensor is determined based on the spectral transmittance of the filter and the spectral sensitivity characteristics of the sensor. Spectral reflectance can be measured.
しかしながら、実在のプレノプティックカメラでは、フィルタの分光透過率のばらつきや、フィルタの設置位置のずれ等の製造誤差、物体からの反射光の入射角のずれなどの諸要因により、フィルタの分光透過率およびセンサの分光感度特性のみからセンサの分光透過率を決定する手法では誤差が多く含まれることが判明している。
このため、プレノプティックカメラの構成を用いた分光反射率測定装置を具体化しても、分光反射率の計測精度は十分とはいえなかった。
計測精度を上げるためには、製造誤差を極力少なくする必要があるが、そうした場合コスト上昇を避けられない。
However, in actual plenoptic cameras, the spectral characteristics of the filter may vary due to various factors such as variations in the spectral transmittance of the filter, manufacturing errors such as displacement of the filter installation position, and deviation of the incident angle of the reflected light from the object. It has been found that the method of determining the spectral transmittance of the sensor from only the transmittance and the spectral sensitivity characteristic of the sensor includes many errors.
For this reason, even if the spectral reflectance measuring device using the configuration of the plenoptic camera is embodied, it cannot be said that the spectral reflectance measurement accuracy is sufficient.
In order to increase the measurement accuracy, it is necessary to reduce manufacturing errors as much as possible, but in such cases, an increase in cost is inevitable.
本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、フィルタの分光透過率のばらつきや位置ずれ等の誤差要因があっても分光反射率測定の精度を向上させることができ、製造精度の緩和による低コスト化にも寄与し得る分光反射率測定システムの提供を、その目的とする。 The present invention was devised in view of such a current situation, and can improve the accuracy of spectral reflectance measurement even if there is an error factor such as dispersion or misalignment of the spectral transmittance of the filter. It is an object of the present invention to provide a spectral reflectance measurement system that can contribute to a reduction in cost due to relaxation.
上記目的を達成すべく、本発明は、製造後に既知の波長の光を入射させて分光感度特性データを取得し、これに基づいて校正(キャリブレーション)を行うことで、誤差要因の影響を排除することとした。 In order to achieve the above object, the present invention eliminates the influence of the error factor by making the light of a known wavelength incident after manufacturing, obtaining spectral sensitivity characteristic data, and performing calibration based on this. It was decided to.
具体的には、本発明は、光学系と、前記光学系により集光された光情報を電子情報に変換するセンサと、前記光学系の絞り付近に配置され、複数の分光特性を有するフィルタと、前記光学系と、前記センサとの間に配置され、前記センサの二次元平面方向に略平行に複数のレンズが並んだレンズアレイと、前記センサ上の領域ごとの分光感度特性データを格納する記憶手段と、前記記憶手段に格納されている分光感度特性データに基づいて、被写体の分光反射率を算出する被写体分光反射率算出手段と、を有する分光反射率測定システムである。 Specifically, the present invention includes an optical system, a sensor that converts optical information collected by the optical system into electronic information, a filter that is disposed near a stop of the optical system, and that has a plurality of spectral characteristics. A lens array disposed between the optical system and the sensor and arranged with a plurality of lenses substantially parallel to a two-dimensional plane direction of the sensor; and spectral sensitivity characteristic data for each region on the sensor. A spectral reflectance measurement system having storage means and subject spectral reflectance calculation means for calculating the spectral reflectance of the subject based on spectral sensitivity characteristic data stored in the storage means.
本発明によれば、製造誤差等の誤差要因があっても分光反射率測定の精度を向上させることができ、製造精度の緩和による低コスト化にも寄与し得る分光反射率測定システムを実現できる。 According to the present invention, even if there is an error factor such as a manufacturing error, it is possible to improve the accuracy of the spectral reflectance measurement, and it is possible to realize a spectral reflectance measuring system that can contribute to a reduction in cost due to a reduction in manufacturing accuracy. .
以下、本発明の一実施形態を図を参照して説明する。
本実施形態に係る分光反射率測定システムの具体的構成を説明する前に、図6に基づいて本発明の原理を説明する。
ここでは、分かり易く説明するために、光学系としてのメインレンズ24は単レンズで示し、メインレンズ24の絞り位置Sを単レンズの中心としている。
メインレンズ24の中心には、分光透過率が空間的に連続的に変化するフィルタ26が配置されている。ここでは、分光透過率が空間的に連続的に変化する状態を色の濃淡で表示している。
実際には、レンズ内にフィルタが位置することはない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Before describing the specific configuration of the spectral reflectance measurement system according to the present embodiment, the principle of the present invention will be described with reference to FIG.
Here, for easy understanding, the
At the center of the
In practice, no filter is located in the lens.
フィルタ26の分光透過率の連続性の方向性は、1つの面内であれば限定されない。
例えば、メインレンズ24の光軸に直交する面において、図1中の上下方向、又はこれに直交する方向、あるいは斜めに交差する方向などで連続性を有していればよい。
The directionality of the continuity of the spectral transmittance of the
For example, the surface that is orthogonal to the optical axis of the
分光透過率が連続的に変化するフィルタの位置と透過率との関係は、例えば図7に示すものが知られている(株式会社ニコンのリニアバリアブルフィルタ(LVF)のウェブサイトより抜粋)。
このようなフィルタは透明基板(光学ガラスなど)に薄膜をくさび状に蒸着することで作製することができる。
すなわち、薄膜の厚みを無段階に変化させることにより、分光透過率も連続的に変化する。
For example, the relationship between the position of the filter where the spectral transmittance continuously changes and the transmittance is shown in FIG. 7 (extracted from the website of Nikon Corporation's linear variable filter (LVF)).
Such a filter can be produced by depositing a thin film in a wedge shape on a transparent substrate (optical glass or the like).
That is, by changing the thickness of the thin film steplessly, the spectral transmittance also changes continuously.
メインレンズ24の集光位置付近には、複数のマイクロレンズ(小レンズ)から構成されるマイクロレンズアレイ(以下、「MLA」という)3が配置されている。
イメージ面6にはセンサとしての受光素子アレイが配置されている。受光素子アレイは複数の受光素子からなる。以下においては、符号6を画像センサとして表記する。
MLA3のマイクロレンズの径と、画像センサ6を構成する各受光素子とは、おおよそ30:1〜10:1の比率の関係にある。
MLA3は、画像センサ6の二次元平面方向に略平行に複数の小レンズが並んだレンズアレイである。
A microlens array (hereinafter referred to as “MLA”) 3 composed of a plurality of microlenses (small lenses) is disposed near the condensing position of the
A light receiving element array as a sensor is arranged on the
The diameter of the micro lens of the
The MLA 3 is a lens array in which a plurality of small lenses are arranged substantially parallel to the two-dimensional plane direction of the
画像センサ6は、CCDなどに代表されるイメージセンサで、画素ごとのカラーフィルタが実装されていないモノクロセンサである。
画像センサ6は、メインレンズ24により集光された光情報を電子情報に変換するセンサである。
物体1から発する光のうち、メインレンズ24の開口に入射する光束が分光反射率測定の対象となる。
メインレンズ24に入射した光束は無数の光線の集合であり、それぞれの光線はメインレンズ24の絞りの異なる位置を通過する。
The
The
Of the light emitted from the object 1, the light beam incident on the opening of the
The light beam incident on the
メインレンズ24の絞り位置にフィルタ26を配置しているので、各光線は異なる分光透過率のフィルタを通過することになる。
フィルタ26を通過した光線は、MLA3付近で一旦結像するが、その後MLA3により、それぞれセンサの別位置に到達する。
すなわち、センサ面の位置は光線が通過したフィルタ位置に対応するので、物体のある一点の分光反射率を同時に測定することができる。
Since the
The light rays that have passed through the
That is, since the position of the sensor surface corresponds to the filter position through which the light beam has passed, the spectral reflectance at a certain point of the object can be measured simultaneously.
図6では、光軸上の一点のみの場合を示しているが、軸外についても同様であり、二次元の分光反射率を同時に測定することが可能となる。 Although FIG. 6 shows the case of only one point on the optical axis, the same is true for off-axis, and two-dimensional spectral reflectance can be measured simultaneously.
フィルタ26は、メインレンズ24の絞り付近に配置される。
ここで、「絞り付近」とは、絞り位置を含み、種々の画角の光線が通過できる部位を意味する。
The
Here, “near the aperture” means a portion that includes the aperture position and through which rays of various angles of view can pass.
図6の構成で撮影された画像は、図8に示すように、小さな円が並んだものとなる。円になるのは単レンズの絞り形状が円であるためである。
それぞれの小さな円を、ここでは「マクロピクセル」と呼ぶこととする。マクロピクセルを全て集めると1つの画像となる。
各マクロピクセルは、MLA3を構成する各小レンズ(マイクロレンズ)の直下に形成される。マクロピクセルの径とマイクロレンズの径はほぼ同じである。
The image photographed with the configuration of FIG. 6 is a series of small circles as shown in FIG. The reason for forming a circle is that the aperture shape of the single lens is a circle.
Each small circle is referred to herein as a “macro pixel”. When all the macro pixels are collected, it becomes one image.
Each macro pixel is formed directly under each small lens (micro lens) constituting the
図6に示すように、マクロピクセルの上部はフィルタ26の下部を通過してきた光線が到達し、下部にはフィルタ26の上部を通過してきた光線が到達する。
フィルタ26の下部が短波長、上部が長波長の分光透過率を持つような配置とすると、それに対応するように、マクロピクセルの上部には短波長、下部には長波長の光線が到達する。
各マクロピクセルの行ごとの平均値を算出し、照明の分光強度、レンズの分光透過率、フィルタの分光透過率、受光素子の分光感度を考慮して計算することで分光反射率を求めることができる。
As shown in FIG. 6, the light beam that has passed through the lower portion of the
When the
Spectral reflectance can be obtained by calculating the average value for each macro pixel row and calculating in consideration of the spectral intensity of illumination, the spectral transmittance of the lens, the spectral transmittance of the filter, and the spectral sensitivity of the light receiving element. it can.
図1に本実施形態に係る分光反射率測定システムの構成を示す。
分光反射率測定システム10は、分光感度特性データを取得するための撮像部12と、該撮像部12と電気的に接続され、取得された分光感度特性データを処理して被写体(物体1)の分光反射率を測定する処理ユニット16とから構成されている。
撮像部12は、レンズモジュール18と、カメラ部20とから構成されている。
レンズモジュール18は、鏡筒22と、該鏡筒22内に設けられたメインレンズ24と、フィルタ26と、レンズ28とを有している。
FIG. 1 shows a configuration of a spectral reflectance measurement system according to the present embodiment.
The spectral
The
The
カメラ部20は、その内部にMLA3と、画像センサ6とを有している。
MLA3は、メインレンズ24の光軸と直交する方向に複数のマイクロレンズを配置した構成を有している。
The
The
処理ユニット16は、図2に示すように、記憶手段としてのメモリ30と、被写体分光反射率算出手段32とを有している。
被写体分光反射率算出手段32は、画素分光特性演算部34と、被写体分光反射率演算部36と、制御部38とからなる。
メモリ30は、画像センサ6上の領域ごとの分光感度特性などのデータを保存(格納)しておく不揮発性のメモリである。
As shown in FIG. 2, the
The subject spectral reflectance calculation means 32 includes a pixel spectral
The
画素分光特性演算部34は、メモリ30に保存されている、各画素の分光特性から、各画素の分光透過率を算出する。
被写体分光反射率演算部36は、画素分光特性演算部34で算出された各画素の分光透過率を利用して、被写体の分光反射率を算出する。
制御部38は、処理ユニット16全体の制御を行う。
The pixel spectral
The subject
The
本実施形態では、撮像部12に被写体分光反射率算出手段32を電気的に接続してシステム全体を構築する構成としたが、被写体分光反射率算出手段32の一部、例えばメモリ30を撮像部12が一体に備える構成としてもよい。電気的な接続は有線・無線を問わない。
また、被写体分光反射率算出手段32全体が撮像部12内に組み込まれている構成としてもよい。
In the present embodiment, the subject spectral reflectance calculation unit 32 is electrically connected to the
Further, the entire subject spectral reflectance calculating unit 32 may be incorporated in the
以下に、二次元の分光反射率を測定する手順を具体的に述べる。
まず、製造後の撮像部12に対して、複数の既知の分光エネルギー分布を持つ照明を入射する。
図3に示すように、撮像部12の前面に、撮像部12の絞り面、すなわちメインレンズ24の絞り面と比べて面積が十分に大きい面光源50を配置する。
図3は、キャリブレーション時の面光源50の配置例を示している。
The procedure for measuring the two-dimensional spectral reflectance will be specifically described below.
First, illumination having a plurality of known spectral energy distributions is incident on the
As shown in FIG. 3, a
FIG. 3 shows an arrangement example of the
入射光を出射する面光源50は複数種類(ここでは6種類)用意し、6種類の面光源の分光エネルギー分布は全て既知とする。
各画素のカメラ応答(=輝度値)を計測することを各面光源に対し1回ずつ繰り返すことにより、画素ごとに6個のカメラ応答が得られる。
表1に、MLA3を透過して画像センサ6の小領域6aに受光したセンサ感度値の例を示す。なお、小領域6aは簡略化のために3x3画素(画素単位)としている。表1において、λは波長を意味する。
A plurality of types (six types here) of surface
By measuring the camera response (= brightness value) of each pixel once for each surface light source, six camera responses are obtained for each pixel.
Table 1 shows an example of sensor sensitivity values transmitted through the
表1におけるX座標とY座標とから区分される部分は、それぞれセンサ上の領域を示し、各画素のカメラ応答(=輝度値)は、分光感度特性データと同義である。
すなわち、領域は、入射光がフィルタを通過する領域ごとに分類されている。
The part divided from the X coordinate and the Y coordinate in Table 1 indicates a region on the sensor, and the camera response (= luminance value) of each pixel is synonymous with the spectral sensitivity characteristic data.
That is, the region is classified for each region where incident light passes through the filter.
画素数x波長数(表1の例では3x3x6=72)のデータを、メモリ30へ、6種類の面光源の分光エネルギー分布と併せて保存する。
本実施形態では6種類としたが、面光源の種類は多ければ多いほど高精度に各画素の分光透過率を算出できることになる。
波長の番号で区別される面光源1、2、3、4、5、6はそれぞれ、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nmのみに強いエネルギーを持つ面光源であり、各面光源の強度は等しいものを使用した。
Data of the number of pixels × the number of wavelengths (3 × 3 × 6 = 72 in the example of Table 1) is stored in the
In this embodiment, six types are used. However, the more types of surface light sources, the more accurately the spectral transmittance of each pixel can be calculated.
次に、物体1の分光反射率を測定する方法を示す。
図4は、物体1の分光反射率を求める際の設置例を示している。図4において、符号52は、照明用の光源を示している。
Next, a method for measuring the spectral reflectance of the object 1 will be described.
FIG. 4 shows an installation example when obtaining the spectral reflectance of the object 1. In FIG. 4, the code |
[分光反射率の計算方法]
分光反射率の計算方法は、下記のようにモデル化される(参考文献:分光画像処理入門、第4章、東京大学出版会)。
G(x,y) = S^tEr(x,y)+n(x,y) ・・・分光反射率推定モデル式
x,y:画素位置
G:カメラ応答を表すmx1の列ベクトル
r:対象物の分光反射率を表すlx1の列ベクトル
S=[s1,s2,…sm]:lxmの行列で、i番目の列siはi番目のバンドの分光感度特性
E:lxlの対角行列であり、行列の対角成分は、照明の分光エネルギー分布
N:ノイズ
なお、^tは転置行列、カメラ
[Calculation method of spectral reflectance]
The calculation method of the spectral reflectance is modeled as follows (Reference: Introduction to Spectral Image Processing, Chapter 4, University of Tokyo Press).
G (x, y) = S ^ tEr (x, y) + n (x, y) ... Spectral reflectance estimation model formula
x, y: pixel position
G: mx1 column vector representing the camera response r: lx1 column vector representing the spectral reflectance of the object
S = [s1, s2, ... sm]: matrix of lxm, i-th column si is spectral sensitivity characteristic of i-th band
E: lxl diagonal matrix, the diagonal component of the matrix is the spectral energy distribution of the illumination
N: Noise Note that ^ t is a transposed matrix, camera
[各画素の分光透過率の算出方法]
上記モデルを以下のように変更することで、各画素の分光透過率を算出することができる。
G(x,y) = S^tEr(x,y)+n(x,y) ・・・画素分光透過率推定モデル式
x,y:画素位置
G:カメラ応答を表すmx1の列ベクトル (mは面光源の数)
r:面光源の分光反射率を表すmxlの行列 (lはバンド数)
S:画素(x,y)の各バンドごとの分光感度特性(lx1の列ベクトル)
E:正方行列(図5より照明使用しないため)
N:ノイズ
なお、^tは転置行列、カメラ
[Calculation method of spectral transmittance of each pixel]
The spectral transmittance of each pixel can be calculated by changing the above model as follows.
G (x, y) = S ^ tEr (x, y) + n (x, y) ... Pixel spectral transmittance estimation model formula
x, y: pixel position
G: mx1 column vector representing the camera response (m is the number of surface light sources)
r: mxl matrix representing the spectral reflectance of the surface light source (l is the number of bands)
S: Spectral response for each band of pixel (x, y) (column vector of lx1)
E: Square matrix (because lighting is not used from Fig. 5)
N: Noise Note that ^ t is a transposed matrix, camera
上記分光透過率の算出方法において、「各バンドごと」は、「フィルタを通過する領域ごと」に対応する。
実際に、画素(x,y)=(0,0)の分光透過率の算出方法を例として説明する。
算出する画素(0、0)の分光感度特性を、S(0,0)=[s1,s2,s3,s4,s5,s6]とする。
s1,s2,s3,s4,s5,s6は、
それぞれ波長400nm,450nm,500nm,550nm,600nm,650nmの分光感度特性である。
In the above spectral transmittance calculation method, “each band” corresponds to “each region passing through a filter”.
Actually, a method of calculating the spectral transmittance of the pixel (x, y) = (0, 0) will be described as an example.
The spectral sensitivity characteristic of the pixel (0, 0) to be calculated is S (0, 0) = [s1, s2, s3, s4, s5, s6].
s1, s2, s3, s4, s5, s6 are
The spectral sensitivity characteristics are
上記モデルにもとづいて、画素(0,0)が得たカメラ応答をmx1の列ベクトルとする。
表1より、
G=[245,233,100,60,20,13]^tと設定できる。また、これらのカメラ応答が得られた時の対象物(=面光源)の分光反射率は、各面光源は正規化された光量を持ち、特定波長のみにピークを持つ光源であるので、r=E(正方行列)とおける。
Based on the model, the camera response obtained by the pixel (0, 0) is set as a column vector of mx1.
From Table 1,
G = [245,233,100,60,20,13] ^ t can be set. In addition, the spectral reflectance of the object (= surface light source) when these camera responses are obtained is that each surface light source has a normalized light amount and has a peak only at a specific wavelength. = E (square matrix).
ここでN=0と仮定して、上記モデル式を解くことにより、S(0,0)=[245,233,100,60,20,13]^tを得ることができる(N≠0と仮定する場合は(分光画像処理入門、p65、東京大学出版会)参照)。
S(0,0)は、頂点(0,0)の分光透過率が400nmで245,240nmで233,・・・650nmで13であることを表している。
この計算を全ての画素に関して行うことにより、各画素の分光透過率を得ることができる。
By assuming that N = 0 and solving the above model equation, S (0,0) = [245,233,100,60,20,13] ^ t can be obtained (if N ≠ 0, (Refer to Introduction to spectral image processing, p65, University of Tokyo Press).
S (0,0) represents that the spectral transmittance at the vertex (0,0) is 245 at 400 nm, 233 at 240 nm, 13 at 650 nm.
By performing this calculation for all the pixels, the spectral transmittance of each pixel can be obtained.
S:画素(x,y)の各バンドごとの分光感度特性(lx1の列ベクトル)として、メモリ30に表1に示す如く保存された分光感度特性データから選択して設定する。
このようにして、上記分光透過率の算出方法を実行することは、製造後の撮像部12のキャリブレーションを意味する。
これにより、製造時に発生する撮像部12の誤差を補正することができる。
すなわち、本発明は、複数の既知の分光エネルギー分布を持つ照明を入射させて、センサとフィルタを合わせた、すなわちカメラとしての分光透過率を計測し、この結果を各画素の分光感度特性と再定義して利用するものである。
S: A spectral sensitivity characteristic (column vector of lx1) for each band of the pixel (x, y) is selected and set from spectral sensitivity characteristic data stored in the
Executing the spectral transmittance calculation method in this way means calibration of the
Thereby, the error of the
That is, according to the present invention, illumination having a plurality of known spectral energy distributions is made incident, and the spectral transmittance of the combined sensor and filter, that is, the camera is measured. It is defined and used.
なお、本実施形態では、各画素の分光透過率を算出したが、全ての画素の分光感度を算出する場合、計算量が問題となったり、出力されたデータを保存しておく領域の大きさが問題となったりする。
それを避けるため、分光反射率を算出する画素のサンプリングが重要となる。
In this embodiment, the spectral transmittance of each pixel is calculated. However, when calculating the spectral sensitivity of all the pixels, the amount of calculation becomes a problem, or the size of the area in which the output data is stored is calculated. Becomes a problem.
In order to avoid this, it is important to sample pixels for calculating the spectral reflectance.
サンプリングの方法としては、単純に間引きを行う方法、図6に示したように、フィルタとセンサ上で対応する画素領域を決定して、画素領域ごとに分光感度を登録して用いる方法がある。
また、サンプリングを行ったデータの間の画素を線形補間などにより補正することで、メモリへ登録するデータ数を減らす方法が挙げられる。
次の[被写体の分光反射率の算出方法]では、サンプリングされた分光反射率を復元した後に算出を行うものとする。
As a sampling method, there are a method of simply performing thinning, and a method of determining a corresponding pixel region on the filter and the sensor and registering and using the spectral sensitivity for each pixel region as shown in FIG.
Further, there is a method of reducing the number of data to be registered in the memory by correcting pixels between the sampled data by linear interpolation or the like.
In the next [Method for calculating spectral reflectance of subject], calculation is performed after the sampled spectral reflectance is restored.
[被写体の分光反射率の算出方法]
物体1の分光反射率を求める方法を説明する。
図4より、物体1で反射された環境光が、画像センサ6の小領域6aのみに撮像するように配置されていることがわかる。
よって、m=9として分光反射率推定モデル式を適用することができる。
[Calculation method of spectral reflectance of subject]
A method for obtaining the spectral reflectance of the object 1 will be described.
As can be seen from FIG. 4, the ambient light reflected by the object 1 is arranged so as to capture only the small area 6 a of the
Therefore, the spectral reflectance estimation model formula can be applied with m = 9.
具体的には、S=
[S(0,0),S(0,1),S(0,2),S(1,0),S(1,1),S(1,2),S(2,0),S(2,1),S(2,2)]と置く。
また、照明が各波長で同一エネルギー分布を持つとして、Eを正方行列とする。
Specifically, S =
[S (0,0), S (0,1), S (0,2), S (1,0), S (1,1), S (1,2), S (2,0), S (2,1), S (2,2)].
Further, assuming that the illumination has the same energy distribution at each wavelength, let E be a square matrix.
また画素(x,y)のセンサ感度値をV(x,y)とすると、
G=[ V(0,0),V(0,1),V(0,2),V(1,0),V(1,1),V(1,2),V(2,0),V(2,1),V(2,2)]と置ける。
これらを用いてrを解くことにより、物体1の分光反射率を求めることができる。
If the sensor sensitivity value of pixel (x, y) is V (x, y),
G = [V (0,0), V (0,1), V (0,2), V (1,0), V (1,1), V (1,2), V (2,0 ), V (2,1), V (2,2)].
By solving for r using these, the spectral reflectance of the object 1 can be obtained.
図5のフローチャートに基づいて、物体1の分光反射率を測定する場合の手順を説明する。
まず、図4に示すように、物体1を撮像部12から規定の距離離れた位置に設置する(S1)。
次に、撮像部12の図示しない撮影ボタンを押下することにより撮影を行う(S2)。
撮影された画像は画像センサ6で取得され、メモリ30に保存される(S3)。
The procedure for measuring the spectral reflectance of the object 1 will be described based on the flowchart of FIG.
First, as shown in FIG. 4, the object 1 is installed at a position away from the
Next, shooting is performed by pressing a shooting button (not shown) of the imaging unit 12 (S2).
The captured image is acquired by the
次に、撮影終了の信号を受けた制御部38は、各画素の分光透過率測定を画素分光特性演算部34に指示する(S4)。
画素分光特性演算部34では、上記の[各画素の分光透過率の算出方法]にもとづいて計算が行われる。
算出された各画素の分光透過率は、メモリ30に保存される(S5)
Next, the
In the pixel spectral
The calculated spectral transmittance of each pixel is stored in the memory 30 (S5).
次に、制御部38は物体1の分光反射率測定を被写体分光反射率演算部36に指示する(S6)。
被写体分光反射率演算部36では、メモリ30に保存された「撮影画像と各画素の分光透過率」を入力として、物体1の分光反射率を計算する。
計算方法は、上記の[被写体の分光反射率の算出方法]に従う。
Next, the
The subject
The calculation method follows the above [Calculation Method of Spectral Reflectance of Subject].
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、メモリ30と被写体分光反射率算出手段32とを付加することにより、既存のプレノプティックカメラの構成についても、製造誤差等の誤差要因を排除でき、精度の高い分光反射率測定システムとすることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, by adding the
1 物体
3 レンズアレイとしてのマイクロレンズアレイ
6 センサとしての画像センサ
12 撮像部
24 光学系としてのメインレンズ
26 フィルタ
32 被写体分光反射率算出手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記光学系により集光された光情報を電子情報に変換するセンサと、
前記光学系の絞り付近に配置され、複数の分光特性を有するフィルタと、
前記光学系と、前記センサとの間に配置され、前記センサの二次元平面方向に略平行に複数のレンズが並んだレンズアレイと、
前記センサ上の領域ごとの分光感度特性データを格納する記憶手段と、
前記記憶手段に格納されている分光感度特性データに基づいて、被写体の分光反射率を算出する被写体分光反射率算出手段と、
を有する分光反射率測定システム。 Optical system,
A sensor that converts optical information collected by the optical system into electronic information;
A filter disposed near the stop of the optical system and having a plurality of spectral characteristics;
A lens array that is arranged between the optical system and the sensor and in which a plurality of lenses are arranged substantially parallel to a two-dimensional plane direction of the sensor;
Storage means for storing spectral sensitivity characteristic data for each area on the sensor;
Subject spectral reflectance calculating means for calculating the spectral reflectance of the subject based on spectral sensitivity characteristic data stored in the storage means;
Spectral reflectance measurement system having
前記分光感度特性データは、分光エネルギー分布が既知の複数種類の光を入射させて得られたものであることを特徴とする分光反射率測定システム。 The spectral reflectance measurement system according to claim 1,
The spectral reflectance measurement system according to claim 1, wherein the spectral sensitivity characteristic data is obtained by making a plurality of types of light having known spectral energy distributions incident.
前記分光エネルギー分布が既知の光は、前記光学系の絞り面よりも面積が大きい面光源から出射したものであることを特徴とする分光反射率測定システム。 The spectral reflectance measurement system according to claim 2,
The light having a known spectral energy distribution is emitted from a surface light source having a larger area than the diaphragm surface of the optical system.
前記領域は、画素単位であることを特徴とする分光反射率測定システム。 In the spectral reflectance measuring system according to any one of claims 1 to 3,
The spectral reflectance measurement system according to claim 1, wherein the region is a pixel unit.
前記領域は、入射光が前記フィルタを通過する領域ごとに分類されていることを特徴とする分光反射率測定システム。 In the spectral reflectance measuring system according to any one of claims 1 to 3,
The said area | region is classified for every area | region where incident light passes the said filter, The spectral reflectance measuring system characterized by the above-mentioned.
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