JP4010360B2 - 分光画像撮影装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、様々な環境下でも被写体の本来の色を忠実に再現できる撮影装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の撮影装置は、被写体からの撮影光(可視光)をカラーフィルタを備えた光学系で赤・緑・青の3原色の光成分に分光し、CCD等のイメージセンサで3原色の被写体像を撮影して3原色の撮影信号を取得し、同3原色撮影信号に必要に応じて補正処理を施して画像に変換している。また、近赤外領域に感度を有するイメージセンサを利用して近赤外領域の画像を得ることも可能である。
【0003】
ところで、撮影時の入射光は環境や状況に応じて様々に変化する。前記のような撮影装置では被写体の色情報が3色(又は近赤外も含む)に依存するから、同じ被写体を異なる環境下で撮影すると入射光の強弱や分光特性の変化に応じて色情報が変化し、被写体の本来の色を忠実に再現できなかった。
【0004】
そこで、前記のような問題点を解決するために、分光された各分光画像を撮影光とは別の光源の分光特性でもって分光反射率をそれぞれ測定することで、撮影光に依存しない正確な色情報を有する画像を取得できるようにする技術が開示されている(例えば特許文献1,2,3参照)
【0005】
しかしながら、これらの技術は装置本体に光源を内蔵したものや、既知の光源の分光特性分布を記憶したデータベースを予め備えているものであるから、撮影装置が大型複雑化する問題があった。また、特許文献1の装置は撮影時に透過波長可変フィルタで複数種の波長を選択操作するから、取得すべき複数の波長領域分撮影操作を繰り返す必要があって操作が煩雑で時間を要し、しかも制止画像に限定されてしまう問題もあった。
【0006】
【特許文献1】
特開平10−111240号公報
【特許文献2】
特開2001−119556号公報
【特許文献3】
特開2002−345760号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、様々な環境下でも被写体の本来の色を忠実に再現でき、しかも一回の操作で複数の波長領域の分光画像を同時に取得できる小型低コストで簡便な分光画像撮影装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決した本発明の構成は、
1) 遮断フィルタと前方の被写体の方向に向けたレンズとカラーフィルタとイメージセンサとを順に設け、同イメージセンサの信号から被写体の特定波長領域の分光画像を取得する分光画像取得手段を備えて一つの光学系を形成し、同光学系を特定波長領域が異なるように複数設け、分光画像取得時における被写体を照射する光源の光を前記レンズと異なる向きから入射するピン孔と、ピン光の前の光拡散板と、ピン孔を透過した光を所定の特定波長領域とするフィルタと、同フィルタで分光された光を取り込んで入射光の特定波長領域の入射光強さを取得する入射光強さ取得手段とを設け、分光画像取得手段で取得した特定波長領域の分光画像の各画素値をその特定波長領域における入射光強さ取得手段で取得した入射光強さで除して相対分光反射率画像に変換する画像変換手段を設けた分光画像撮影装置
2) 光学系が二つでその分光画像取得手段が取得する特定波長領域が可視領域と近赤外領域である前記1)記載の分光画像撮影装置
にある。
【0009】
【作用】
本発明によれば、被写体からの撮影光の他、被写体とは異なる他方向からの入射光を別途取り入れ、その入射光の分光特性(可視光部分の3原色及び近赤外部分)の画素値を用いて相対反射率を求めて画像に変換することで、異なる撮影環境下による撮影光の強弱に依存されない本来の色情報を有する画像が取得される。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の分光画像取得手段は、可視領域のみの3原色からなる分光画像を取得するもの、又は近赤外領域のみの分光画像を取得するもの、あるいは可視領域のみの3原色からなる分光画像と近赤外領域のみの分光画像の双方を取得するものが可能である。異なる波長領域の分光画像を取得するものは、複数の光学系を並設して一回の撮影操作で同時に取得できるようにする。
【0011】
入射光強さ取得手段としては、入射光を光拡散板で拡散してピン孔を通過させ、同透過した光を所定のフィルタ(単体又は組み合わせ)で特定波長領域の光に分光するようにしたものが、入射光の方向に影響されずに均一に光を取り入れることができる。また、分光画像取得手段のレンズを水平に配置して前方の被写体を撮影できるようにし、入射光強さ取得手段のピン孔を前記分光画像取得手段のレンズとは異なる向き(例えば太陽光を受光できるような垂直の向き)に配置して被写体とは異なる別方向から入射光を受光できるようにしたものが、撮影光に依存しない他方向からの入射光を確実に取り入れることができる。
【0012】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。図1は実施例の分光画像撮影装置の斜視図、図2は実施例の各光学系の構成を示す概念図、図3は実施例の処理の流れを示すフロー、図4は実施例のカラーフィルタのレイアウト図、図5は実施例のイメージセンサの分光感度特性を示すグラフ、図6は実施例の分光画像撮影装置を用いた撮影を示す概念図である。
【0013】
図中、1は分光画像撮影装置、2は第1光学系、2aは近赤外線遮断フィルタ、2bはレンズ、2cはカラーフィルタ、2dはイメージセンサ、2eは可視画像取得処理部、3は第2光学系、3aは可視光線遮断フィルタ、3bはレンズ、3cはカラーフィルタ、3dはイメージセンサ、3eは近赤外画像取得処理部、4は第3光学系、4aはディフューザ、4bはピンホール、4cは複合フィルタ、4dはカラーフィルタ、4eはイメージセンサ、4fは太陽光の分光特性取得処理部、5はシャッタボタン、6は画像変換処理部、7はモニター、8は記録装置、Aは被写体、Sは太陽である。
【0014】
本実施例の分光画像撮影装置1は、図1に示すように装置前面に前方の被写体を撮影する第1光学系2と第2光学系3を水平に左右配置し、装置上面に上方の太陽光を受光する第3光学系4を垂直に配置している。5はシャッタボタンである。
【0015】
図2に示すように、第1光学系2は近赤外線を遮断し可視光線を透過する近赤外線遮断フィルタ2aとレンズ2bと図4に示すレイアウトを有するカラーフィルタ2cと図5に示す感度特性を有するCCD(Charge CoupledDevice)からなるイメージセンサ2dとで構成されている。第2光学系3は、可視光線を遮断し近赤外線を透過する可視光線遮断フィルタ3aとレンズ3bと図4に示すレイアウトを有するカラーフィルタ3cと図5に示す感度特性を有するCCDからなるイメージセンサ3dとで構成されている。
【0016】
第3光学系4は、入射光を拡散させるディフューザ4a(光拡散板)とピンホール4bと前記近赤外線遮断フィルタ2a及び可視光線遮断フィルタ3aとを組み合わせて構成した複合フィルタ4cとカラーフィルタ4dとCCDからなるイメージセンサ4eとで構成し、各光学系2,3,4に可視画像取得処理部2eと近赤外画像取得処理部3dと太陽光の分光特性取得処理部4fとをそれぞれ設け、同各処理部2e,3e,4fで取得した各画素値でもって分光画像から相対分光反射率画像に変換する画像変換処理部6を設けている。
【0017】
本実施例では、図6に太陽Sの光線下で被写体A(樹木)を撮影する例を示している。シャッタボタン5を操作すると、太陽光で反射された被写体Aの撮影光は第1及び第2光学系2,3の近赤外線遮断フィルタ2aと可視光線遮断フィルタ3aによりそれぞれ独立した可視光線と近赤外線が各レンズ2b,3bで集光され、集光された第1光学系2の撮影光はカラーフィルタ2cで赤(R)・緑(G)・青(B)の3原色に出力されてイメージセンサ2d上に結像するとともに、第2光学系3の集光された撮影光はカラーフィルタ3cの影響を含み、イメージセンサ3d上に結像する。
【0018】
並行して第3光学系4では、上方から入射した太陽光がディフューザ4aで均一に拡散され、その拡散光がピンホール4bを通過して複合フィルタ4c及びカラーフィルタ4dで3原色の可視光線及び近赤外線にそれぞれ分光されてイメージセンサ4eに取り込まれる。
【0019】
各光学系のイメージセンサ2d,3d,4eで取り込まれた信号は可視画像取得処理部2eと近赤外画像取得処理部3eと分光特性取得処理部4fとにそれぞれ取得処理されて画像変換処理部6へ送られる。
【0020】
画像変換処理部6では、送られた各画素値について次式で計算を行い、3原色及び近赤外の各相対反射率がそれぞれ求められる。
【0021】
【数1】
【0022】
ここで、I1R,I1G,I1B,I2,I3R,I3G,I3B,I3NIRは、
I1R:第1光学系の赤色画素値
I1G:第1光学系の緑色画素値
I1B:第1光学系の青色画素値
I2:第2光学系の画素値
I3R:第3光学系の可視光部分の赤色画素の代表値
I3G:第3光学系の可視光部分の緑色画素の代表値
I3B:第3光学系の可視光部分の青色画素の代表値
I3NIR:第3光学系の近赤外部分の画素の代表値
を示している。また、kVIS,kNIRは各光学系の特性やイメージセンサの感度特性から決定される装置定数で、定数kによりkNIR=kkVISのように置き換えることも可能である。
【0023】
このようにして得られた各相対反射率refR,refG,refB,refNIRでもって被写体像が形成され、記録装置8へ記録したりモニター7に表示されることとなる。
【0024】
本実施例はこのように構成したから、被写体からの撮影光の他、被写体とは異なる他方向からの入射光を別途取り入れ、その入射光の分光特性(可視光部分の3原色及び近赤外部分)の画素値を用いて相対反射率を求めて画像に変換したことで、異なる撮影環境下による撮影光の強弱や分光特性に依存されない本来の色情報を有する画像を取得できた。
【0025】
しかも、装置内部に光源や分光特性分布を記憶したデータベースを設ける必要がないなら、装置を小型化,軽量化,低コスト化を同時に図ることができた。さらに、複数の波長領域の分光画像を取得するためにそれぞれ専用の光学系を並設したから、一回の操作で同時に分光画像を取得できて被写体又は撮影位置が動いても何ら問題なく撮影が簡便且つ短時間に行え、制止画像に限定されない様々な用途に応用可能な使い易い撮影装置となった。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば様々な環境下でも被写体の本来の色を忠実に再現し、しかも一回の操作で複数の波長領域の分光画像を同時に取得し得る小型低コストで簡便な分光画像撮影装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の分光画像撮影装置の斜視図である。
【図2】実施例の分光画像撮影装置の概念図である。
【図3】実施例の処理の流れを示すフローである。
【図4】実施例のカラーフィルタのレイアウト図である。
【図5】実施例の入射光の分光特性を示すグラフである。
【図6】実施例の分光画像撮影装置を用いた撮影を示す概念図である。
【符号の説明】
1 分光画像撮影装置
2 第1光学系
2a 近赤外線遮断フィルタ
2b レンズ
2c カラーフィルタ
2d イメージセンサ
2e 可視画像取得処理部
3 第2光学系
3a 可視光線遮断フィルタ
3b レンズ
3c カラーフィルタ
3d イメージセンサ
3e 近赤外画像取得処理部
4 第3光学系
4a ディフューザ
4b ピンホール
4c 複合フィルタ
4d カラーフィルタ
4e イメージセンサ
4f 分光特性取得処理部
5 シャッタボタン
6 画像変換処理部
7 モニター
8 記録装置
A 被写体
S 太陽
Claims (2)
- 遮断フィルタと前方の被写体の方向に向けたレンズとカラーフィルタとイメージセンサとを順に設け、同イメージセンサの信号から被写体の特定波長領域の分光画像を取得する分光画像取得手段を備えて一つの光学系を形成し、同光学系を特定波長領域が異なるように複数設け、分光画像取得時における被写体を照射する光源の光を前記レンズと異なる向きから入射するピン孔と、ピン光の前の光拡散板と、ピン孔を透過した光を所定の特定波長領域とするフィルタと、同フィルタで分光された光を取り込んで入射光の特定波長領域の入射光強さを取得する入射光強さ取得手段とを設け、分光画像取得手段で取得した特定波長領域の分光画像の各画素値をその特定波長領域における入射光強さ取得手段で取得した入射光強さで除して相対分光反射率画像に変換する画像変換手段を設けた分光画像撮影装置。
- 光学系が二つでその分光画像取得手段が取得する特定波長領域が可視領域と近赤外領域である請求項1記載の分光画像撮影装置。
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