JP2017022491A - Imaging apparatus - Google Patents

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Tetsuo Saito
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging apparatus which easily suppresses a lack of image information, for example, a halation and black saturation.SOLUTION: An imaging apparatus 100 comprises: imaging lenses 111, 112; an imaging element 120 which receives a beam L1 having passed through the imaging lenses 111, 112; a spatial modulation optical element 130 which comprises plural modulation surfaces 132a arranged flatly in a space allowing the beam L1 to pass therethrough and is disposed between the imaging lenses 111, 112 and the imaging element 120; and a modulation control part which individually controls the permeability D of the modulation surfaces 132 on the basis of intensity information I of a beam L2 received by the imaging element 120.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、空間光変調素子を用いた撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus using a spatial light modulation element.

デジタルカメラに代表される撮像装置は、使用される撮像素子の感度の範囲が人の視覚の感度の範囲よりも狭いため、暗いところの黒潰れや明るいところの白とびが起こりやすい。そのため同じ画面のなかに極端に明るいところがあるとその他の部分が暗くつぶれてしまうなどの画像情報の欠如が生じることが知られている。   In an imaging apparatus represented by a digital camera, the range of sensitivity of an imaging element used is narrower than the range of sensitivity of human vision, and therefore, black areas in dark places and white areas in bright areas are likely to occur. For this reason, it is known that when there is an extremely bright place on the same screen, the lack of image information such as other parts being crushed darkly occurs.

こうした画像情報の欠如を避けるために、従来では露出の値が異なる複数の写真を撮影し、画像合成によって欠如した画像情報を復元するHigh Dynamic Range(HDR)法が知られている(例えば、特許文献1等参照)。   In order to avoid such a lack of image information, a high dynamic range (HDR) method is known in which a plurality of photographs having different exposure values are taken and the missing image information is restored by image synthesis (for example, patents). Reference 1 etc.).

しかしながら、かかる方法では同一シーンを複数の露出の値で撮影してさらに画像を合成することが必要となってしまい、特に高速で移動するものや、高フレームレートが要求される高精度な画像の撮影は困難であった。   However, in this method, it is necessary to shoot the same scene with a plurality of exposure values and further synthesize an image, and particularly those that move at a high speed or high-precision images that require a high frame rate. Shooting was difficult.

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、簡易に白飛びや黒潰れなどの画像情報の欠如を抑制する撮像装置の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus that can easily suppress lack of image information such as overexposure or blackout.

上述した課題を解決するため、本発明の撮像装置は、撮像用レンズと、前記撮像用レンズを透過した光束を受光する撮像素子と、前記光束の透過する空間に平面状に並べられた複数の変調面を備え、前記撮像用レンズと前記撮像素子との間に配置された空間変調光学素子と、前記撮像素子が受光する前記光束の強度情報に基づいて、前記複数の変調面の透過率を個別に制御する変調制御部と、を有する。   In order to solve the above-described problems, an imaging apparatus according to the present invention includes an imaging lens, an imaging element that receives a light beam that has passed through the imaging lens, and a plurality of planarly arranged spaces in which the light beam is transmitted. A modulation surface, a spatial modulation optical element disposed between the imaging lens and the imaging device, and the transmittance of the plurality of modulation surfaces based on intensity information of the light beam received by the imaging device. And a modulation control unit for individually controlling.

本発明の撮像装置によれば、簡易に白飛びや黒潰れなどの画像情報の欠如を抑制する。   According to the imaging apparatus of the present invention, lack of image information such as overexposure or blackout is easily suppressed.

本発明の実施形態における撮像装置の全体構成の一例を示す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating an example of an overall configuration of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における空間変調光学素子と撮像素子との構成の一例を示す平面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing which show an example of a structure of the spatial modulation optical element and imaging device in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における撮像装置の構成の一例を示す斜視図である。It is a perspective view showing an example of composition of an imaging device in an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における撮像方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the imaging method in embodiment of this invention. 撮像素子で得られる画像の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the image obtained with an image pick-up element. 本発明の実施形態において得られる画像と空間変調光学素子の開口パターンとの関係の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the relationship between the image obtained in embodiment of this invention, and the opening pattern of a spatial modulation optical element. 図6の画像を撮影する場合の空間変調光学素子の透過率の開口パターンの一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the opening pattern of the transmittance | permeability of the spatial modulation optical element in the case of imaging | photography the image of FIG.

本実施形態の一例である図1に示された撮像装置100は、シーンたる撮像対象102からの光に空間的な変調を付与する空間変調光学素子130と、撮像対象102についての画像情報を取得するための撮像素子120と、を有している。
撮像装置100は、入射した光を光束L1として撮像素子120に向けて出射する結像光学系110を構成する撮像用レンズたるレンズ111、112と、入射する光束L1の総量を制御する開口絞り115と、を有している。
撮像装置100は、空間変調光学素子130を固定して支持するための固定部たるスペーサー140と、撮像装置100内の各部の動作を制御するための制御手段たる制御部190と、を有している。
The imaging apparatus 100 shown in FIG. 1 as an example of the present embodiment acquires a spatial modulation optical element 130 that applies spatial modulation to light from the imaging target 102 that is a scene, and image information about the imaging target 102. And an image sensor 120 for the purpose.
The imaging apparatus 100 includes lenses 111 and 112 as imaging lenses constituting an imaging optical system 110 that emits incident light as a light beam L1 toward the image sensor 120, and an aperture stop 115 that controls the total amount of the incident light beam L1. And have.
The imaging apparatus 100 includes a spacer 140 that is a fixing unit for fixing and supporting the spatial modulation optical element 130, and a control unit 190 that is a control unit for controlling the operation of each unit in the imaging apparatus 100. Yes.

空間変調光学素子130は、図2(a)に示すように、撮像対象102からの光束L1が空間変調光学素子130に照射される照射領域を区分するように2次元的に配置された複数のセル132を有している。
空間変調光学素子130はまた、各セル132の周囲に形成された支持梁部133を有している。
空間変調光学素子130は、透過型の液晶デバイスであり、各セル132の位置における透過率を独立して変化させることで、符号化された開口パターン、言い換えるとモザイクパターンたる濃淡パターンを形成する符号化開口素子としての機能を有する光学素子である。
As shown in FIG. 2A, the spatial modulation optical element 130 is a plurality of two-dimensionally arranged so as to divide an irradiation area where the light beam L <b> 1 from the imaging target 102 is irradiated to the spatial modulation optical element 130. A cell 132 is provided.
The spatial modulation optical element 130 also has a support beam 133 formed around each cell 132.
The spatial modulation optical element 130 is a transmissive liquid crystal device, and is a code that forms a coded aperture pattern, in other words, a grayscale pattern that is a mosaic pattern, by independently changing the transmittance at the position of each cell 132. It is an optical element having a function as an aperture element.

セル132は、図2(b)に示すように、表面に、光束L1の透過する空間に平面状に並べられた変調面132aを形成し、図1に沿って後述する変調制御部191により独立して透過率を変化させることで透過光L2の強度を変化させる。
セル132は、ここでは10μm四方の正方形状であるが、かかる形状・大きさに限定されるものではない。なお、変調面132aは、光束L1の強度以外の情報すなわち方向や波長等へ与える影響を十分に小さく抑えることが望ましい。
As shown in FIG. 2B, the cell 132 has a modulation surface 132a arranged in a plane in a space through which the light beam L1 passes, and is independently formed by a modulation control unit 191 described later along FIG. Then, the intensity of the transmitted light L2 is changed by changing the transmittance.
The cell 132 has a square shape of 10 μm square here, but is not limited to this shape and size. It is desirable that the modulation surface 132a has a sufficiently small influence on information other than the intensity of the light beam L1, that is, on the direction, wavelength, and the like.

支持梁部133は、セル132の周囲に形成された梁状の支持部であり、各セル132の間に位置する周縁部たる透過率の変調に寄与しない部分である。支持梁部133は、支持梁部133自身が影となって透過光L2の強度情報に与えてしまう影響を抑制するために、支持梁部133自身の影が撮像素子120に映りこまないように設けられる。
具体的には、空間光変調素子130と撮像素子120との間の距離Z1は、支持梁部133自身の影が撮像素子120に映りこまない程度に離される。
かかる支持梁部133の影が映りこむ距離は、支持梁部133の幅Z2、言い換えると隣り合う複数のセル132の間隔によっても変化する。従って、空間光変調素子130と撮像素子120との間の距離Z1は、隣り合う複数のセル132の間隔たる幅Z2の数値に応じて適宜定めれば良い。
なお、空間変調光学素子130は、ここでは透過型の液晶デバイスとしたが、ウェット毛細管型の空間変調光学素子であっても良いし、偏光板と組み合わせた液晶素子やエレクトロクロミック素子、MEMSによるマイクロシャッターアレイなどでも良い。
The support beam portion 133 is a beam-like support portion formed around the cells 132 and is a portion that does not contribute to the modulation of the transmittance that is the peripheral portion located between the cells 132. In order to suppress the influence of the support beam portion 133 itself as a shadow on the intensity information of the transmitted light L2, the support beam portion 133 is configured so that the shadow of the support beam portion 133 itself does not appear on the image sensor 120. Provided.
Specifically, the distance Z1 between the spatial light modulator 130 and the image sensor 120 is separated to such an extent that the shadow of the support beam 133 itself does not appear on the image sensor 120.
The distance in which the shadow of the support beam 133 is reflected also varies depending on the width Z2 of the support beam 133, in other words, the interval between the adjacent cells 132. Therefore, the distance Z1 between the spatial light modulation element 130 and the imaging element 120 may be appropriately determined according to the numerical value of the width Z2 that is the interval between the plurality of adjacent cells 132.
The spatial modulation optical element 130 is a transmission type liquid crystal device here, but may be a wet capillary type spatial modulation optical element, or may be a liquid crystal element combined with a polarizing plate, an electrochromic element, or a MEMS micro-device. A shutter array may be used.

撮像素子120は、空間変調光学素子130を透過した透過光L2の入射光量Iを強度情報として取得する光検出器アレイとしてのCCD(Charge Coupled Device)を用いたイメージセンサである。
撮像素子120には複数の光検出器121である受光素子たるフォトダイオードが2次元的に並べて配設された光検出器アレイが配置されており、受光素子の表面に受光面たる撮像面122が形成されている。
撮像素子120と空間変調光学素子130とは、スペーサー140によって所定の距離Z1だけ離れて、撮像面122と変調面132aとが向かい合わせになるように、言い換えると近接対向するように設けられている。
撮像素子120と空間変調光学素子130との間の距離Z1は、透過光L2が対向する撮像面122に全て受光する程度に設けられ、36mm×24mmのフルサイズの撮像素子120を用いたとき、1mm以下であることが望ましい(別出願から、要確認)。
The imaging element 120 is an image sensor using a CCD (Charge Coupled Device) as a photodetector array that acquires the incident light quantity I of the transmitted light L2 that has passed through the spatial modulation optical element 130 as intensity information.
The image sensor 120 is provided with a photodetector array in which photodiodes serving as light receiving elements, which are a plurality of light detectors 121, are arranged two-dimensionally, and an imaging surface 122 serving as a light receiving surface is provided on the surface of the light receiving element. Is formed.
The imaging element 120 and the spatial modulation optical element 130 are provided so that the imaging surface 122 and the modulation surface 132a face each other, in other words, close to each other, separated by a predetermined distance Z1 by the spacer 140. .
The distance Z1 between the image sensor 120 and the spatial modulation optical element 130 is provided such that all the transmitted light L2 is received by the opposite imaging surface 122, and when a 36 mm × 24 mm full size image sensor 120 is used, 1 mm or less is desirable (confirmation is required from another application).

光検出器121は、撮像面122に入射した透過光L2の強度情報すなわち透過光L2の光束の量たる光量Iを電気信号に変換する。ここではCCDを用いることとしたが、強度情報を取得可能なイメージセンサであれば、CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)センサ等を用いるものであっても良い。
撮像面122は、セル132と対向する位置に、1つのセル132を透過した透過光L2が入射する範囲内を1つの単位として、複数、2次元的に並べて配置された仮想的な面である。
言い換えると、撮像面122は、セル132のそれぞれと一対に設けられ、対応するセル132を透過した透過光L2を受光する受光面としての機能を有している。
また、撮像面122は、本実施形態では撮像素子120と空間変調光学素子130との間隔が距離Z1で近接対向して設けられているので、セル132の面積と同等の面積となる。
The photodetector 121 converts the intensity information of the transmitted light L2 incident on the imaging surface 122, that is, the light amount I that is the amount of the transmitted light L2 into an electrical signal. Although a CCD is used here, a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) sensor or the like may be used as long as it is an image sensor that can acquire intensity information.
The imaging surface 122 is a virtual surface that is two-dimensionally arranged in a two-dimensional manner with a unit in which the transmitted light L2 transmitted through one cell 132 is incident at a position facing the cell 132. .
In other words, the imaging surface 122 is provided as a pair with each of the cells 132, and has a function as a light receiving surface that receives the transmitted light L2 transmitted through the corresponding cell 132.
Further, in the present embodiment, the imaging surface 122 has an area equivalent to the area of the cell 132 because the imaging element 120 and the spatial modulation optical element 130 are provided close to each other at a distance Z1.

スペーサー140は、図3に示すように、撮像素子120の周囲を囲むように配置され、撮像素子120を固定している撮像装置100の筐体部分に取り付けられた固定用の部材である。
スペーサー140は、空間変調光学素子130を撮像装置100の筐体部分に接着固定することで、スペーサー140の高さに応じて距離Z1を調整する。
なお、ここではスペーサー140は撮像装置100の筐体部分に固定するとしたが、空間変調光学素子130と撮像素子120との間に配置され、空間変調光学素子130と撮像素子120とを互いに接着固定するものであってもよい。
As shown in FIG. 3, the spacer 140 is a fixing member that is disposed so as to surround the imaging device 120 and is attached to a housing portion of the imaging device 100 that fixes the imaging device 120.
The spacer 140 adjusts the distance Z <b> 1 according to the height of the spacer 140 by bonding and fixing the spatial modulation optical element 130 to the housing portion of the imaging device 100.
Here, the spacer 140 is fixed to the housing portion of the imaging device 100. However, the spacer 140 is disposed between the spatial modulation optical element 130 and the imaging element 120, and the spatial modulation optical element 130 and the imaging element 120 are bonded and fixed to each other. You may do.

図1に示すように、制御部190は、空間変調光学素子130の各セル132の透過率を制御する変調制御部191と、撮像素子120が取得した透過光L2の強度情報を元に画像として再構築するための画像生成部192と、を有している。
制御部190は、変調制御部191がセル132の透過率を設定したときに、透過率に対応した撮像面122の受光感度の補正係数Eを算出する補正係数算出手段たる補正係数算出部193を有している。
制御部190は、撮像面122に入射する透過光L2の光量Iを算出するための光量値算出手段たる光量値算出部194と、補正係数Eと光量Iとを用いて出力する画像を補正する補正手段たる補正部195と、を有している。
制御部190は、撮像装置100に内蔵されたマイクロプロセッサあるいは当該マイクロプロセッサ上で動作するプログラムによって実現される制御手段である。
As shown in FIG. 1, the control unit 190 forms an image based on the modulation control unit 191 that controls the transmittance of each cell 132 of the spatial modulation optical element 130 and the intensity information of the transmitted light L2 acquired by the image sensor 120. And an image generation unit 192 for reconstruction.
When the modulation control unit 191 sets the transmittance of the cell 132, the control unit 190 includes a correction coefficient calculation unit 193 that is a correction coefficient calculation unit that calculates the correction coefficient E of the light receiving sensitivity of the imaging surface 122 corresponding to the transmittance. Have.
The control unit 190 corrects the output image using the light amount value calculating unit 194 serving as a light amount value calculating unit for calculating the light amount I of the transmitted light L2 incident on the imaging surface 122, the correction coefficient E, and the light amount I. And a correction unit 195 as correction means.
The control unit 190 is a control unit realized by a microprocessor built in the imaging apparatus 100 or a program operating on the microprocessor.

変調制御部191は、撮像素子120からの光量Iの分布情報に基づいて、電気信号によって空間変調光学素子130の各セル132における透過率を独立して設定する。
画像生成部192は、撮像素子120から入力された透過光L2の光量Iから画像情報を合成して、光量Iの強度分布から出力する画像を生成する。
The modulation control unit 191 independently sets the transmittance in each cell 132 of the spatial modulation optical element 130 based on the electrical signal based on the distribution information of the light quantity I from the image sensor 120.
The image generation unit 192 combines image information from the light amount I of the transmitted light L2 input from the image sensor 120 and generates an image to be output from the intensity distribution of the light amount I.

かかる構成の撮像装置100を用いて、画像を得るまでの撮影方法について、図4を用いて説明する。
まず、撮影が開始されると、撮像装置100に入射してきた光は、結像光学系110によって、撮像素子120上に像を結ぶように偏向されるとともに、開口絞り115を通過することで光束L1の総量が調整される。
かかる初期状態においては、空間変調光学素子130は、開口パターンなし、すなわちセル132の全てが透過状態、すなわち透過率最大に設定されている(ステップS201)。
An imaging method until an image is obtained using the imaging apparatus 100 having such a configuration will be described with reference to FIG.
First, when shooting is started, the light incident on the imaging device 100 is deflected by the imaging optical system 110 so as to form an image on the imaging element 120 and passes through the aperture stop 115 to be a luminous flux. The total amount of L1 is adjusted.
In such an initial state, the spatial modulation optical element 130 is set to have no aperture pattern, that is, all of the cells 132 are in a transmissive state, that is, the maximum transmittance (step S201).

撮像素子120には、通常のデジタルカメラと同様に、2D画像が対応するセル132に入射した透過光L2の強度情報として形成され、画像生成部192は、かかる強度情報を画像データとして取得し、変換して保存する(ステップS202)。
かかる処理は、撮像素子120が、空間変調光学素子130を透過してきた光から画像情報を取得する画像取得ステップである。
In the image sensor 120, a 2D image is formed as intensity information of the transmitted light L2 incident on the corresponding cell 132, as in a normal digital camera, and the image generation unit 192 acquires the intensity information as image data. Convert and save (step S202).
Such processing is an image acquisition step in which the image sensor 120 acquires image information from light transmitted through the spatial modulation optical element 130.

光量値算出部194は、撮像素子120における透過光L2の光量Iを各撮像面122ごと、言い換えると画素ごとに算出し、撮像面122における明るさの取得を行う(ステップS203)。   The light amount value calculation unit 194 calculates the light amount I of the transmitted light L2 in the image sensor 120 for each imaging surface 122, in other words, for each pixel, and acquires the brightness on the imaging surface 122 (step S203).

ところで、撮像対象102からの光を画像化したときに得られる画像は、理想的な露光条件で撮影された場合には、図5(a)に例示するように、全体の明るさが撮像素子120の感度の範囲内に収まるように撮影される。
しかしながら、撮像対象102は様々な条件の被写体が複数入り込んでおり、例えば反射率や色の違いなどの条件によって入射する光量が大きく異なり、必ずしも理想的な露光条件で撮影できず、図5(b)に示すように、白飛びや黒潰れ等が生じる場合がある。
このような露光条件において、撮像面122に入射する光量Iは、光検出器121の感度の上限値を超えてしまう状態(白飛び)あるいは光量Iが光検出器121の感度の下限値を下回る状態(黒潰れ)であると考えられる。
By the way, when the image obtained by imaging the light from the imaging target 102 is captured under ideal exposure conditions, the overall brightness of the imaging element is exemplified as shown in FIG. Images are taken so that they are within the sensitivity range of 120.
However, the imaging target 102 includes a plurality of subjects with various conditions. For example, the amount of incident light varies greatly depending on conditions such as reflectance and color, and the image cannot be captured under ideal exposure conditions. ) As shown in FIG.
Under such exposure conditions, the amount of light I incident on the imaging surface 122 exceeds the upper limit of sensitivity of the photodetector 121 (out-of-white), or the amount of light I falls below the lower limit of sensitivity of the photodetector 121. It is considered to be in a state (black crushing).

従来の撮像装置では、露光条件すなわち絞りやイメージセンサの感度を調整することで、白飛びや黒潰れの発生を抑える方法や、複数の露光条件で撮影し、得られた画像を合成するHDR法等が知られている。
しかしながら、高速で移動する被写体の撮影など、条件によってブレや処理の時間に制限が出てしまう問題までは解決できていないのが現状である。
また、光量の多い一部分に合わせて全体の光量を落としてしまうと、逆に元から光量の少ない部分では黒潰れが生じてしまうことになり、特に監視カメラなどでは観察対象が識別できなくなる問題が生じるおそれがある。
In a conventional imaging apparatus, a method of suppressing the occurrence of overexposure or blackout by adjusting exposure conditions, i.e., the sensitivity of an aperture or an image sensor, or an HDR method that synthesizes images obtained by shooting under a plurality of exposure conditions. Etc. are known.
However, at present, it has not been possible to solve problems such as shooting of a subject that moves at high speed, which causes limitations on blurring and processing time depending on conditions.
Also, if the total light amount is reduced to match the part with a large amount of light, the black part will be crushed in the part where the light amount is originally low, and the observation target cannot be identified particularly with a surveillance camera. May occur.

本実施形態では、このように露光条件によって画像情報が欠如してしまう問題を解決するために、ステップS203において取得した明るさの情報を元に、次のような操作を行う。   In the present embodiment, in order to solve the problem that the image information is missing depending on the exposure condition as described above, the following operation is performed based on the brightness information acquired in step S203.

説明を簡単にするために、図6に示すように、撮像面122に投影される撮像対象102の全撮影領域を8×8の64分割した場合の区画a1〜h8について説明する。なお、64分割であるのは説明の簡単のために大きく分割したに過ぎず、実際の撮像装置100においては、撮像面122は、各画素を最小単位として、分割する個数は任意に定めてよい。
図6において、撮像面122のうち、特に区画b3、b4、c3、c4、e5、e6、f5、f6が、白飛び部分、言い換えると画像情報が欠如してしまっている部分である。
かかる白飛び部分は、既に述べたように、区画b3、b4、c3、c4、e5、e6、f5、f6に対応する撮像面122に入射する光量Iが予め決められた所定値ILimより大きい。具体的には光量Iが光検出器121の感度の上限値を超えてしまう飽和状態であると考えられる。
In order to simplify the description, as shown in FIG. 6, the sections a1 to h8 when the entire imaging region of the imaging target 102 projected onto the imaging surface 122 is divided into 64 × 8 × 8 will be described. Note that the division into 64 is only a large division for simplicity of explanation, and in the actual imaging apparatus 100, the imaging surface 122 may arbitrarily determine the number of divisions with each pixel as a minimum unit. .
In FIG. 6, in particular, sections b3, b4, c3, c4, e5, e6, f5, and f6 of the imaging surface 122 are whiteout portions, in other words, portions where image information is missing.
As already described, the amount of light I incident on the imaging surface 122 corresponding to the sections b3, b4, c3, c4, e5, e6, f5, and f6 is larger than the predetermined value I Lim. . Specifically, it is considered that the light amount I is in a saturated state in which the upper limit value of the sensitivity of the photodetector 121 is exceeded.

光量値算出部194は、それぞれの撮像面122に入射する光量Iの大きさを測定し、光検出器121の感度の上限値と比較することで、撮像面122に対応する光検出器121が飽和状態となっているか否かを判別する(ステップS204)。かかるステップS204は、各撮像面122の画像情報の欠如を判別する飽和判別ステップである。
なお、かかる飽和判別ステップにおいて比較する所定値ILimは、光検出器121の感度の上限値よりも低い所定値を設定しても良い。
The light quantity value calculation unit 194 measures the magnitude of the light quantity I incident on each imaging surface 122 and compares it with the upper limit value of the sensitivity of the photodetector 121, so that the photodetector 121 corresponding to the imaging surface 122 can be detected. It is determined whether or not it is saturated (step S204). This step S204 is a saturation determination step for determining the lack of image information on each imaging surface 122.
Note that the predetermined value I Lim to be compared in the saturation determination step may be set to a predetermined value lower than the upper limit value of the sensitivity of the photodetector 121.

ステップS204において画像情報が欠如した部分が発見された場合には、現在の透過率Dがセル132の設定できる下限値すなわち最小値かどうかを判別する下限値判定ステップ(ステップS205)を行う。   If a portion lacking image information is found in step S204, a lower limit determination step (step S205) is performed to determine whether the current transmittance D is a lower limit value that can be set in the cell 132, that is, a minimum value.

ステップS205において透過率Dが最小値ではないと判別された場合には、変調制御部191が、飽和状態が判別された撮像面122に対応する位置のセル132における透過率Dを、透過率D’=D−ΔDに下げる(ステップS206)。
具体的には、区画b3、b4、c3、c4、e5、e6、f5、f6に対応する位置のセル132の透過率Dを下げる。
透過率の減少値ΔDは、本実施形態では空間変調光学素子130の最大透過率と最小透過率との差分を64等分した透過率であるが、空間変調光学素子130が設定可能な透過率の階調数に応じて任意の値に設定しても良い。
かかるステップS206は、セル132の透過率Dを設定する透過率設定ステップである。
When it is determined in step S205 that the transmittance D is not the minimum value, the modulation control unit 191 determines the transmittance D in the cell 132 at the position corresponding to the imaging surface 122 where the saturation state is determined as the transmittance D. '= D-ΔD is lowered (step S206).
Specifically, the transmittance D of the cell 132 at the position corresponding to the sections b3, b4, c3, c4, e5, e6, f5, f6 is lowered.
In the present embodiment, the transmittance decrease value ΔD is a transmittance obtained by dividing the difference between the maximum transmittance and the minimum transmittance of the spatial modulation optical element 130 into 64 equal parts, but the transmittance that can be set by the spatial modulation optical element 130 An arbitrary value may be set according to the number of gradations.
Step S206 is a transmittance setting step for setting the transmittance D of the cell 132.

撮像装置100は、ステップS206において設定された新たな透過率D’のパターンに従って、再度ステップS202に戻って、撮像素子120に入射する光量Iの強度情報を画像情報として取得する。
ステップS202〜ステップS206を、飽和状態の判別される区画がなくなるまで繰り返すと、図7に透過率を白黒で模式的に示すように、空間変調光学素子130のセル132上には、最大64階調の透過率分布である変調パターンが形成される。
The imaging apparatus 100 returns to step S202 again according to the new transmittance D ′ pattern set in step S206, and acquires intensity information of the light amount I incident on the imaging element 120 as image information.
When Steps S202 to S206 are repeated until there is no more compartment where the saturation state is determined, a maximum of 64 floors is formed on the cell 132 of the spatial modulation optical element 130 as schematically shown in FIG. A modulation pattern which is a tone transmittance distribution is formed.

変調パターンが既知であるから、変調パターンを透過した透過光L2の撮像面122に入射する光量Iの値を、対応する位置のセル132の透過率Dに基づいて算出される補正係数Eで割ることで、初期状態における最大光量Imaxが求められる。
具体的には、撮像面122の区画b3に入射する光量Ib3、セル132の区画b3の透過率Db3、セル132の最大透過率Dmaxとしたときに、補正係数E=Db3/Dmax、最大光量Imax=Ib3/Eである。
補正係数算出部193は、透過率Dの変調パターンに基づいて、撮像面122の各区画におけるそれぞれの光量Iを補正するための補正係数Eを算出する(ステップS207)。
Since the modulation pattern is known, the value of the amount of light I incident on the imaging surface 122 of the transmitted light L2 that has passed through the modulation pattern is divided by the correction coefficient E calculated based on the transmittance D of the cell 132 at the corresponding position. Thus, the maximum light amount I max in the initial state is obtained.
Specifically, the correction coefficient E = D b3 / D when the light amount I b3 incident on the section b3 of the imaging surface 122, the transmittance D b3 of the section b3 of the cell 132, and the maximum transmittance D max of the cell 132 are set. max , maximum light intensity I max = I b3 / E.
The correction coefficient calculation unit 193 calculates a correction coefficient E for correcting each light quantity I in each section of the imaging surface 122 based on the modulation pattern of the transmittance D (step S207).

なお、ステップS205において、セル132の設定できる下限値まで透過率Dを減少させてもなお飽和状態の判別される区画がなくならない場合も考えられる。このような場合には、開口絞り115をさらに絞って(ステップS208)、光束L1の総量を抑えた状態でステップS201〜ステップS206を繰り返すことが望ましい。このような光量抑制ステップを経た場合には、ステップS207における補正係数Eには、開口絞り115によって抑制された光量をも考慮することが望ましい。
ただし、ステップS205とステップS208とは処理を省略してもよく、その場合には、ステップS204において飽和状態が判別されると、透過率をD’に調整するべくステップS206に遷移するとしても良い。
In step S205, there may be a case where there is still no compartment in which the saturated state is determined even if the transmittance D is reduced to the lower limit value that can be set in the cell 132. In such a case, it is desirable to further reduce the aperture stop 115 (step S208) and repeat steps S201 to S206 while suppressing the total amount of the light beam L1. When such a light quantity suppression step is passed, it is desirable to consider the light quantity suppressed by the aperture stop 115 as the correction coefficient E in step S207.
However, step S205 and step S208 may be omitted, and in this case, when a saturated state is determined in step S204, the process may transition to step S206 to adjust the transmittance to D ′. .

かかる変調パターンが形成された段階で、ステップS204において飽和状態となった撮像面122がない場合には、画像生成部192は、ステップS202において取得された画像情報から画像を再構成する(ステップS209)。   When there is no imaging surface 122 that is saturated in step S204 at the stage where such a modulation pattern is formed, the image generation unit 192 reconstructs an image from the image information acquired in step S202 (step S209). ).

補正部195は、ステップS208で再構成された画像に、補正係数Eと光量Iとを用いて補正を行うことで、画像全体の明るさを補正する(ステップS210)。
このように、補正部195によって補正を行うことで、白飛びや黒潰れが軽減されたダイナミックレンジの広い画像が得られる。
The correction unit 195 corrects the brightness of the entire image by correcting the image reconstructed in step S208 using the correction coefficient E and the light amount I (step S210).
In this way, by performing correction by the correction unit 195, an image with a wide dynamic range in which whiteout and blackout are reduced can be obtained.

画像生成手段192が再度、出力画像を生成する(ステップS211)と、撮像装置100は撮影を終了する。   When the image generation unit 192 generates the output image again (step S211), the imaging apparatus 100 ends the shooting.

本実施形態では、撮像装置100は、撮像素子120が受光する透過光L2の強度情報に基づいて、セル132の透過率Dを個別に制御する変調制御部191を有している。
かかる構成により、撮像装置100は、簡易な構造で白飛びや黒潰れなどの画像情報の欠如を抑制する。
In the present embodiment, the imaging apparatus 100 includes a modulation control unit 191 that individually controls the transmittance D of the cell 132 based on the intensity information of the transmitted light L2 received by the imaging element 120.
With this configuration, the imaging apparatus 100 suppresses lack of image information such as whiteout or blackout with a simple structure.

本実施形態では、空間変調光学素子130は、撮像素子120と近接対向して設けられる。
かかる構成により、セル132を透過した透過光L2が、対向する撮像素子120の撮像面122に入射するから、余分な光を撮像面122が検知することがない。従って撮像装置100は、簡易な構造で白飛びや黒潰れなどの画像情報の欠如を抑制する。
In the present embodiment, the spatial modulation optical element 130 is provided in close proximity to the imaging element 120.
With this configuration, the transmitted light L2 that has passed through the cell 132 is incident on the imaging surface 122 of the opposing imaging device 120, so that the imaging surface 122 does not detect excess light. Therefore, the imaging apparatus 100 suppresses lack of image information such as whiteout or blackout with a simple structure.

本実施形態では、撮像素子120は、複数のセル132のそれぞれに対向する位置に設けられ、セル132と同等の面積の複数の受光面122を備えている。
また、撮像素子120が受光する光量Iを、それぞれの受光面122毎に算出する光量値算出部194を有し、変調制御部191は、光量Iに基づいて、受光面122に対向するセル132の透過率Dを制御する。
かかる構成により、セル132を透過した透過光L2が、対向する撮像素子120の撮像面122にのみ入射するから、余分な光を撮像面122が検知することがない。従って撮像装置100は、簡易な構造で白飛びや黒潰れなどの画像情報の欠如を抑制する。
In the present embodiment, the image sensor 120 is provided at a position facing each of the plurality of cells 132, and includes a plurality of light receiving surfaces 122 having an area equivalent to that of the cells 132.
In addition, a light amount value calculating unit 194 that calculates the light amount I received by the image sensor 120 for each light receiving surface 122 is provided, and the modulation control unit 191 is based on the light amount I and the cell 132 facing the light receiving surface 122. The transmittance D is controlled.
With this configuration, the transmitted light L2 that has passed through the cell 132 is incident only on the imaging surface 122 of the opposing imaging device 120, so that the imaging surface 122 does not detect excess light. Therefore, the imaging apparatus 100 suppresses lack of image information such as whiteout or blackout with a simple structure.

本実施形態では、変調制御部191は、光量Iが所定値より大きい時には、撮像面122に対向するセル132の透過率Dを下げる。
かかる構成により、光量Iが予め決められた所定値より大きい位置のみの光量を落とすことができるので、ピンポイントで白飛びを抑制するから、全体の光量が落ちずに黒潰れの発生を抑制しながら白飛びを抑制する。
In the present embodiment, the modulation control unit 191 reduces the transmittance D of the cell 132 facing the imaging surface 122 when the light amount I is larger than a predetermined value.
With such a configuration, it is possible to reduce the amount of light only at a position where the amount of light I is greater than a predetermined value. Therefore, since whiteout is suppressed at a pinpoint, the occurrence of black crushing is suppressed without reducing the overall amount of light. While suppressing whiteout.

本実施形態では、撮像装置100は、変調制御部191が透過率Dを設定したときに、透過率Dに応じた補正係数Eを算出する補正係数算出部193と、補正係数E及び光量Iを用いて画像の補正を行う補正手段195と、を有している。
かかる構成により、補正部195によって補正を行うことで、白飛びした位置での、元々入射するはずの最大光量Imaxを算出して、撮像素子120のダイナミックレンジを広くした撮影を行う。
本実施形態では、撮像素子120と空間変調光学素子130との間の距離Z1は、隣り合う複数の変調面132aの間に位置する支持梁部133の影が撮像素子120に映りこまないように離される。
かかる構成により、撮像素子120に支持梁部133の影が映りこむことがないから、撮像素子120に入射する光束の強度情報の低下が抑制される。
In the present embodiment, the imaging apparatus 100 includes the correction coefficient calculation unit 193 that calculates the correction coefficient E according to the transmittance D, the correction coefficient E, and the light amount I when the modulation control unit 191 sets the transmittance D. And a correction unit 195 that corrects an image by using the correction unit.
With this configuration, correction is performed by the correction unit 195 to calculate the maximum amount of light I max that should originally be incident at the overexposed position and perform imaging with a wide dynamic range of the image sensor 120.
In the present embodiment, the distance Z1 between the image sensor 120 and the spatial modulation optical element 130 is set so that the shadow of the support beam 133 located between the adjacent modulation surfaces 132a is not reflected on the image sensor 120. Be released.
With this configuration, since the shadow of the support beam 133 does not appear in the image sensor 120, a decrease in intensity information of the light beam incident on the image sensor 120 is suppressed.

本実施形態では、レンズ111、112よりも光束L1の光軸方向において下流側であって、空間変調光学素子130よりも上流側に配置された開口絞り115を有している。
かかる構成により、セル132の設定できる下限値まで透過率Dを減少させてもなお飽和状態の判別される区画がなくならない場合であっても簡易な構造で白飛びや黒潰れなどの画像情報の欠如を抑制する。
In the present embodiment, the aperture stop 115 is disposed downstream of the lenses 111 and 112 in the optical axis direction of the light beam L1 and upstream of the spatial modulation optical element 130.
With such a configuration, even if the transmittance D is reduced to the lower limit value that can be set in the cell 132, even if the section where the saturated state is still determined does not disappear, image information such as overexposure or blackout may be displayed with a simple structure. Suppress the lack.

これら撮像方法は、制御部190に記録されたプログラムによって実現されており、CPUなどの計算手段によって実行される。かかるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、FD、CD−R、DVD等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。   These imaging methods are realized by a program recorded in the control unit 190, and are executed by calculation means such as a CPU. Such a program may be configured to be recorded and provided in a computer-readable recording medium such as a CD-ROM, FD, CD-R, or DVD in an installable or executable format file.

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and the present invention described in the claims is not specifically limited by the above description. Various modifications and changes are possible within the scope of the above.

例えば、上記実施形態において、撮像装置100は、コンパクトデジタルカメラや、携帯機器搭載の小型カメラのような種々の形態の撮像装置であっても良い。   For example, in the above-described embodiment, the imaging apparatus 100 may be an imaging apparatus of various forms such as a compact digital camera or a small camera mounted on a portable device.

また、上記実施形態では、光量のみを強度情報としたが、光検出器に各基本色のフィルターを取り付けて、色別の強度情報を得ることとしても良い。   In the above-described embodiment, only the light amount is used as the intensity information. However, it is also possible to obtain the intensity information for each color by attaching a filter of each basic color to the photodetector.

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。   The effects described in the embodiments of the present invention are only the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.

100 撮像装置
102 撮像対象
110 結像光学系
111、112 撮像レンズ(レンズ)
115 絞り部(開口絞り)
120 撮像素子
121 光検出器
122 撮像面(受光面)
130 空間変調光学素子
132 セル
132a 変調面
140 スペーサー
190 制御部
191 変調制御部
192 画像生成部
193 補正係数算出手段(補正係数算出部)
194 光量値算出手段(光量値算出部)
195 補正手段(補正部)
D 透過率
E 補正係数
I 光束の量(光量)
Z1 撮像素子と空間変調光学素子との間の距離
Z2 複数の変調面の間隔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Imaging device 102 Imaging target 110 Imaging optical system 111, 112 Imaging lens (lens)
115 Aperture (aperture stop)
120 Image sensor 121 Photo detector 122 Image pickup surface (light receiving surface)
130 Spatial Modulation Optical Element 132 Cell 132a Modulation Surface 140 Spacer 190 Control Unit 191 Modulation Control Unit 192 Image Generation Unit 193 Correction Coefficient Calculation Means (Correction Coefficient Calculation Unit)
194 Light quantity value calculating means (light quantity value calculating section)
195 Correction means (correction unit)
D Transmittance E Correction factor I Amount of luminous flux (light quantity)
Z1 Distance between the imaging element and the spatial modulation optical element Z2 Spacing between a plurality of modulation surfaces

特開2005−173493号公報JP 2005-173493 A

Claims (7)

撮像用レンズと、
前記撮像用レンズを透過した光束を受光する撮像素子と、
前記光束の透過する空間に平面状に並べられた複数の変調面を備え、前記撮像用レンズと前記撮像素子との間に配置された空間変調光学素子と、
前記撮像素子が受光する前記光束の強度情報に基づいて、前記複数の変調面の透過率を個別に制御する変調制御部と、を有する撮像装置。
An imaging lens;
An image sensor for receiving a light beam transmitted through the imaging lens;
A plurality of modulation surfaces arranged in a plane in a space through which the light beam passes, and a spatial modulation optical element disposed between the imaging lens and the imaging element;
An image pickup apparatus comprising: a modulation control unit that individually controls transmittances of the plurality of modulation surfaces based on intensity information of the light flux received by the image pickup element.
請求項1に記載の撮像装置において、
前記空間変調光学素子は、前記撮像素子と近接対向して設けられることを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 1,
The image pickup apparatus, wherein the spatial modulation optical element is provided in close proximity to the image pickup element.
請求項1または2に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、複数の前記変調面のそれぞれに対向する位置に設けられ、前記各変調面と同等の面積の複数の受光面を備え、
前記撮像素子が受光する前記光束の量を、それぞれの前記受光面毎に算出する光量値算出手段を有し、
前記変調制御部は、前記光束の量に基づいて、当該受光面に対向する前記変調面の透過率を制御することを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 1 or 2,
The imaging device is provided at a position facing each of the plurality of modulation surfaces, and includes a plurality of light receiving surfaces having an area equivalent to each of the modulation surfaces,
A light amount value calculating means for calculating the amount of the light flux received by the image sensor for each of the light receiving surfaces;
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the modulation control unit controls the transmittance of the modulation surface facing the light receiving surface based on the amount of the light flux.
請求項3に記載の撮像装置において、
前記変調制御部は、前記光束の量が所定値より大きい時には、当該受光面に対向する前記変調面の透過率を下げることを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 3.
The imaging apparatus, wherein the modulation control unit lowers the transmittance of the modulation surface facing the light receiving surface when the amount of the light beam is larger than a predetermined value.
請求項3または4に記載の撮像装置において、
前記変調制御部が前記透過率を下げたときに、当該透過率に対応した補正係数を算出する補正係数算出手段と、
前記補正係数と、前記光束の量とを用いて前記撮像素子上に形成される画像の補正を行う補正手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
In the imaging device according to claim 3 or 4,
Correction coefficient calculating means for calculating a correction coefficient corresponding to the transmittance when the modulation control unit lowers the transmittance;
An image pickup apparatus comprising: a correction unit configured to correct an image formed on the image pickup device using the correction coefficient and the amount of the light flux.
請求項1乃至5の何れか1つに記載の撮像装置において、
前記撮像素子と前記空間変調光学素子との間の距離は、隣り合う前記複数の変調面の間に位置する周縁部の影が前記撮像素子に映りこまないように離されることを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The distance between the imaging element and the spatial modulation optical element is separated so that a shadow of a peripheral edge located between the plurality of adjacent modulation surfaces is not reflected on the imaging element. apparatus.
請求項1乃至6の何れか1つに記載の撮像装置において、
前記撮像用レンズよりも前記光束の光軸方向において下流側であって、前記空間変調光学素子よりも上流側に配置された絞り部を有することを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to any one of claims 1 to 6,
An imaging apparatus comprising: a stop portion disposed downstream of the imaging lens in the optical axis direction of the light beam and upstream of the spatial modulation optical element.
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