JP4581875B2 - 撮像素子の補正テーブル作成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、CCD等の撮像素子の補正テーブルを作成する補正テーブル作成方法に関するものである。
フィルムに記録された画像を読み取る画像読み取り装置には、フィルムに対して光を出射する光源と、フィルムを通過した光を画像データとして受光し、その画像データを電気信号(出力信号)に変換するCCD(電荷結合素子)等の撮像素子とが備えられている。ここで、CCDが受光する光の光量値と、そのときのCCDでの測光値(出力値)との間には、全ての領域においてリニアリティ(直線性)があることが好ましい。しかしながら、現実には、光量が低い領域(暗い領域)や光量が高い領域(明るい領域)では直線性が損なわれることが多い。
そこで、広いダイナミックレンジを得る方法として、撮像素子によって同一の画像に対し蓄積時間を異ならせて複数回の読み取りを行い、より長い蓄積時間で読み取った画像情報を画像のより暗い部分に、より短い蓄積時間で読み取った画像情報を画像のより明るい部分に、それぞれ対応するように画像情報を合成して入力する方法がある(例えば、特許文献1参照)。
特開5−176233号公報(図1)
しかしながら、CCDにおける蓄積時間は、設定条件の関係上、所定範囲内でしか設定することができないので、光量が低い領域における特性を十分に測定することができない。そのため、光量が低い領域での補正を適正に行うのは困難である。
そこで、本発明の目的は、光量が低い領域での補正を可能にすることで、より広いダイナミックレンジが得られる補正テーブルを作成する撮像素子の補正テーブル作成方法を提供することである。
課題を解決するための手段および発明の効果
本発明の撮像素子の補正テーブル作成方法は、RGBに対応した3つの光源から出射された光の受光量を出力するRGBに対応した3つの撮像素子の補正テーブル作成方法において、Rに対応した光源を単色点灯させた状態においてRに対応した撮像素子における蓄積時間を所定範囲で変更して得られた出力値、及び、GBにそれぞれ対応した光源を単色点灯させた状態においてRに対応した撮像素子により得られた出力値と、感度特性から得られた出力値とに基づいてRについての補正値を求め、Gに対応した光源を単色点灯させた状態においてGに対応した撮像素子における蓄積時間を所定範囲で変更して得られた出力値、及び、RBにそれぞれ対応した光源を単色点灯させた状態においてGに対応した撮像素子により得られた出力値と、感度特性から得られた出力値とに基づいてGについての補正値を求め、Bに対応した光源を単色点灯させた状態においてBに対応した撮像素子における蓄積時間を所定範囲で変更して得られた出力値、及び、RGにそれぞれ対応した光源を単色点灯させた状態においてBに対応した撮像素子により得られた出力値と、感度特性から得られた出力値とに基づいてBについての補正値を求めることによって、RGBのそれぞれに対応した補正テーブルを作成するものである。
この構成によると、光量が低い領域での補正が可能になり、より広いダイナミックレンジが得られる補正テーブルを作成することができる。
また、各単色点灯時に対象となる色以外の測光値も測定されるので、測定回数を減らすことができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施の形態に係るCCDの補正テーブル作成方法の手順を示すフローチャートである。なお、本発明の補正テーブル作成方法で作成されるCCDの補正テーブルは、RGBの各色にそれぞれ対応したCCDを有する画像読み取り装置で用いられる。以下の説明では、R(レッド)の光に基づく出力を出力するCCDを「RのCCD」と称し、G(グリーン)及びB(ブルー)の光に基づく出力をそれぞれ出力するCCDを「GのCCD」、「BのCCD」と称する。
まず、RGBの各色のCCDの暗レベルを測定する(ステップS101)。このとき、アナログゲインは1倍に設定されている。図2は、各色のCCDの暗レベルの平均値を示している。
次に、RGBの各色のCCDにおける蓄積時間が最長になるように設定する(ステップS102)。本実施の形態で用いられる各色のCCDにおける蓄積時間は、1倍〜14倍まで設定可能なものであるので、ここでは、蓄積時間が14倍に設定される。
そして、RGBの各色の光を出射するLED光源を順に単色点灯させる(ステップS103)。このとき、LED光源の電流とズームレンズの絞りを調整することにより、ラインスキャンによるCCDでの測光値の平均値をリニアリティ上問題のない領域に収束させる(ステップS104)。本実施の形態では、リニアリティ上問題のない領域の測光値の平均値として、各色のCCDから出力されるAD値が例えば2400〜3200になるように調整される。その後、このAD値が各色の測定の基点になる。
図3は、各単色点灯時の各CCDでの測光値を示している。ここでは、各色のCCDにおける蓄積時間が14倍に設定された状態において、Rに対応したLED光源が単色点灯された場合に、RのCCDでの測光値が3000近傍(図3(a)では、2995.412)になるように、光源電流とズームレンズの絞りが調整されている。同様に、Gに対応したLED光源が単色点灯された場合に、GのCCDでの測光値が3000近傍(図3(b)では、2991.34)になり、Bに対応したLED光源が単色点灯された場合に、BのCCDでの測光値が3000近傍(図3(c)では、2944.255)になるように、光源電流とズームレンズの絞りが調整されている。
ここで、例えばBのCCDの測光値を考えると、Gに対応したLED光源が単色点灯された場合において、BのCCDにおける蓄積時間が14倍に設定されている場合には、BのCCDでの測光値は223.403になっている。つまり、Gに対応したLED光源が単色点灯された場合に、GのCCDでの測光値が3000近傍になるように、光源電流とズームレンズの絞りが調整されることは、BのCCDにおける蓄積時間が14倍に設定されている場合に、BのCCDでの測光値がBに対応したLED光源が単色点灯された場合よりも小さくなるように、光源電流とズームレンズの絞りが調整されることを示している。
また、Rに対応したLED光源が単色点灯された場合において、BのCCDにおける蓄積時間が14倍に設定されている場合には、BのCCDでの測光値は48.828になっている。つまり、Rに対応したLED光源が単色点灯された場合に、RのCCDでの測光値が3000近傍になるように、光源電流とズームレンズの絞りが調整されることは、BのCCDにおける蓄積時間が14倍に設定されている場合に、BのCCDでの測光値がGに対応したLED光源が単色点灯された場合よりも小さくなるように、光源電流とズームレンズの絞りが調整されることを示している。
そして、各色に対応したLED光源が単色点灯された状態で、各CCDにおける蓄積時間を14倍〜1倍に変更しながら、各CCDでの測光値を測定する(ステップS105)。このようにして得られる測定結果は、図3(a)〜図3(c)のようになる。ここで、各CCDでの測光値とは、ラインスキャンによる測光値の平均値である。
例えば、Rに対応したLED光源が単色点灯された場合を考える。RのCCDにおける蓄積時間が14倍に設定されている場合には、RのCCDでの測光値は2995.412であるが、図3(a)に示すように、蓄積時間が12倍に設定されると2583.625になり、蓄積時間が10倍に設定されると2161.978になり、・・・、蓄積時間が1倍に設定されると235.095になる。
ここで、Rに対応したLED光源が単色点灯された場合には、G、Bに対応したLED光源は点灯されていないので、G、BのCCDでの測光値はほとんど0になると考えられる。しかしながら、Rの光の波長、Gの光の波長及びBの光の波長には重なっている部分があるので、Rに対応したLED光源が単色点灯された場合でも、G、BのCCDでの測光値は完全に0にはならない。そのため、Rに対応したLED光源が単色点灯された場合において、G、BのCCDにおける蓄積時間が14倍に設定されている場合には、図3(a)に示すように、GのCCDでの測光値は28.473になり、BのCCDでの測光値は48.828になる。また、G、BのCCDでの測光値も、蓄積時間の変化に伴って変化する。なお、上述の内容は、図3(b)及び図3(c)に示すように、G、Bに対応したLED光源が単色点灯された場合も同様である。
このようにして、各単色点灯時のRGBの各色のCCDでの測光値が測定されると、次に、暗レベル除去を行う(ステップS106)。つまり、図3(a)〜図3(c)に示す測光値から、図2に示す暗レベル平均値が各色毎に減算される。すると、各CCDでの測光値は、図4(a)〜図4(c)に示すようになる。
このようにして得られた測定テーブルに基づいて、各色の補正テーブルが作成される。まず、各色で最も明るい測定テーブル(例、B単色点灯時のB)の14倍測光値を基準として、その測定テーブル全体の理想値を算出する(ステップS107)。ここでは、一例として、Bに対応した補正テーブルの作成手順を詳細に説明するが、R、Gに対応した補正テーブルの作成手順は同様である。
つまり、BのCCDにおける蓄積時間が14倍に設定された状態で、BのCCDでの測光値が最も大きいのは、Bに対応したLED光源が単色点灯された場合であり、測光値は2920.775である。そして、この測光値はリニアリティ上問題のない領域の値であるので、BのCCDにおける蓄積時間が14倍に設定された状態では、測光値と理想値とが一致する。従って、B単色点灯時のBに対応したCCDでの14倍測光値(理想値)に、14/14、12/14、10/14、・・・、2/14、1/14を順に乗算することで、図5(a)に示すように、各蓄積時間が設定されている場合の測光値の理想値が算出される。
そして、各蓄積時間における実測値及び理想値がログ変換されると、図5(b)に示す変換テーブル1が作成される(ステップS108)。その後、ログ空間において、実測値に対する理想値の近似直線を最小2乗法により算出する(ステップS109)。図6は、図5(b)に示す実測値及び理想値に基づいて算出された近似直線を示している。本実施の形態では、実測値x、理想値yとすると、近似直線は次式で表される。
y=0.9565x+0.3323
次に、各色で次に明るい測定テーブル(例、G単色点灯時のB)の14倍測光値及び上記近似直線により、14倍測光値の理想値を算出する(ステップS110)。つまり、BのCCDにおける蓄積時間が14倍に設定された状態で、BのCCDでの測光値が2番目に大きいのは、Gに対応したLED光源が単色点灯された場合であり、測光値は199.923である。従って、この測光値及び上記近似直線から、G単色点灯時のBのCCDでの測光値の理想値が、221.356と算出される。
上記の理想値を基点として、その測定テーブル全体の理想値を算出する(ステップS111)。従って、G単色点灯時のBのCCDでの14倍測光値の理想値に、14/14、12/14、10/14、・・・、2/14、1/14を順に乗算することで、図7(a)に示すように、各蓄積時間における理想値が算出される。
そして、各蓄積時間における実測値及び理想値がログに変換されると、図7(b)に示す変換テーブル2が作成される(ステップS112)。その後、ログ空間において、実測値に対する理想値の近似曲線を算出する(ステップS113)。図8は、図7(b)に示す実測値及び理想値に基づいて算出された近似曲線を示している。なお、図8には、上述で算出された近似直線があわせて図示されている。本実施の形態では、実測値x、理想値yとすると、近似曲線は次式で表される。
y=0.0084x6-0.2108x5+2.1711x4-11.768x3+35.307x2-54.43x+35.589
次に、各色で最も暗い測定テーブル(例、R単色点灯時のB)の14倍測光値及び上記近似曲線により14倍測光値の理想値を算出する(ステップS114)。つまり、BのCCDにおける蓄積時間が14倍に設定された状態で、BのCCDでの測光値が最も小さいのは、Rに対応したLED光源が単色点灯された場合であり、測光値は25.348である。従って、この測光値及び上記近似曲線から、R単色点灯時のBのCCDでの測光値の理想値が、29.22513と算出される。
上記の理想値を基点として、その測定テーブル全体の理想値を算出する(ステップS115)。従って、R単色点灯時のBのCCDでの14倍測光値の理想値に、14/14、12/14、10/14、・・・、2/14、1/14を順に乗算することで、図9(a)に示すように、各蓄積時間における理想値が算出される。
そして、各蓄積時間における実測値及び理想値がログに変換されると、図9(b)に示す変換テーブル3が作成される(ステップS116)。その後、ログ空間において、実測値に対する理想値の近似曲線を算出する(ステップS117)。図10は、図9(b)に示す実測値及び理想値に基づいて算出された近似曲線を示している。なお、図10には、上述で算出された近似直線及び近似曲線があわせて図示されている。本実施の形態では、実測値x、理想値yとすると、近似曲線は次式で表される。
y=-0.028x6+0.3523x5-1.7798x4+4.5844x3-6.2908x2+5.2131x-0.6448
最後に、上述の変換テーブル1〜3が結合されると、図11(a)に示すようになる(ステップS118)。そして、上記で結合された変換テーブルに基づいて、ログ空間において、実測値に対する理想値の補正テーブルを作成すると、図11(b)に示すようになる(ステップS119)。このようにして、Bに対応した補正テーブルが作成される。
そして、その他の色の補正テーブルを作成するか否かが判断される(ステップS120)。その他の色の補正テーブルを作成する場合には、ステップS107に戻って、上述と同様の処理が繰り返される。その他の色の補正テーブルを作成しない場合には、処理は終了する。
なお、各色における3つの測定テーブルにおいて、測光値の空白領域がある場合には、必要に応じて、その領域の測光値の測定を行うことが好ましい。
以上説明したように、本実施の形態に係る補正テーブル作成方法では、例えばBに対応した補正テーブルを作成する場合には、蓄積時間が14倍に設定され且つBのCCDでの測光値がリニアリティ上問題のない領域の測光値である3000近傍になるように調整された状態において得られる各蓄積時間毎の実測値と理想値との関係から、この条件下で蓄積時間が1倍に設定された状態で測定された実測値である200近傍と3000近傍との間の範囲の実測値と理想値との近似直線を算出することができる。また、蓄積時間が14倍に設定され且つBのCCDでの測光値が200近傍になる状態において得られる各蓄積時間毎の実測値と理想値との関係から、この条件下で蓄積時間が1倍に設定された状態で測定された実測値である15近傍と200近傍との間の範囲の実測値と理想値との近似曲線を算出することができる。また、蓄積時間が14倍に設定され且つBのCCDでの測光値が30近傍になる状態において得られる各蓄積時間毎の実測値と理想値との関係から、この条件下で蓄積時間が1倍に設定された状態で測定された実測値である0近傍と30近傍との間の範囲の実測値と理想値との近似曲線を算出することができる。ここで、200近傍と3000近傍との間の範囲の実測値と理想値との近似直線と、15近傍と200近傍との間の範囲の実測値と理想値との近似曲線と、0近傍と30近傍との間の範囲の実測値と理想値との近似曲線とを用いることにより、0近傍と3000近傍との間の範囲のより広いダイナミックレンジが得られる補正テーブルを作成することができる。
また、Bに対応したLED光源が単色点灯された場合に、BのCCDで測光値が測定されるだけでなく、R、GのCCDでも測光値が測定される。つまり、各単色点灯時に対象となる色以外の測光値も測定されるので、測定回数を減らすことができる。
また、200近傍と3000近傍との間の範囲の実測値と理想値との近似直線と、15近傍と200近傍との間の範囲の実測値と理想値との近似曲線と、0近傍と30近傍との間の範囲の実測値と理想値との近似曲線とはいずれも、リニアリティ上問題のない領域の測光値である3000近傍を基準点としているので、適正な補正テーブル作成することができる。
なお、上述の実施の形態では、Bに対応した補正テーブルを作成する場合に、Bに対応したLED光源が単色点灯した状態におけるBのCCDでの実測値の他、Gに対応したLED光源が単色点灯した状態におけるBのCCDでの実測値及びRに対応したLED光源が単色点灯した状態におけるBのCCDでの実測値が用いられているが、Bに対応した補正テーブルを作成する場合に、Bに対応したLED光源が単色点灯した状態において、Bに対応したLED光源から出射され且つBのCCDで受光される光量を複数段階に変化させることにより得られるBのCCDでの実測値だけを用いることも考えられる。つまり、この場合には、各単色点灯時に対象となる色以外の測光値は測定されない。ここで、Bに対応したLED光源から出射され且つBのCCDで受光される光量を変化させる方法としては、Bに対応したLED光源の電流を変化させる方法や、Bに対応したLED光源から出射された光をBのCCDで受光される前にフィルタを通過させる方法がある。
次に、本発明のCCDの補正テーブル作成方法に関連した他の補正テーブル作成方法を説明する。図12は、本発明の実施の形態に係るCCDの補正テーブル作成方法に関連した補正テーブル作成方法の手順を示すフローチャートである。
まず、LED光源を消灯した状態で、CCDの暗レベルを測定する(ステップS201)。その後、LED光源を最大電流値で点灯させる(ステップS202)。そして、ズームレンズの絞りを調整することにより、ラインスキャンによるCCDでの測光値の平均値をリニアリティ上問題のない領域に収束させる(ステップS203)。本実施の形態では、リニアリティ上問題のない領域の測光値の平均値として、各色のCCDから出力されるAD値が例えば2400〜3200になるように調整される。その後、このAD値が各色の測定の基点になる。なお、絞り調整のみで収束できない場合は、LED光源の電流値を可変させる
LED光源の電流値を一定間隔で変化させ、各電流値での測光値の平均値を測定する(ステップS204)。本実施の形態では、LED光源の電流値が、最大電流値の8分の1ずつ減少するように変化する。そして、暗レベル除去を行う(ステップS205)。上記の最大電流での測光値を基準として、測定テーブル全体の理想値を算出する(ステップS206)。このようにして得られる測定結果及び理想値は、図13(a)のようになる。
そして、各電流値での実測値及び理想値がログ変換されると、図13(b)に示すようになる(ステップS207)。その後、ログ空間において、実測値に対する理想値の近似直線を最小2乗法により算出する(ステップS208)。図14は、図13(b)に示す実測値及び理想値に基づいて算出された近似直線を示している。本実施の形態では、実測値x、理想値yとすると、近似直線は次式で表される。
y=0.9649x+0.2724
このようにして、補正テーブルが作成される。そして、その他の色の補正テーブルを作成するか否かが判断される(ステップS209)。その他の色の補正テーブルを作成する場合には、ステップS201に戻って、その他の色のLED光源に関し、上述と同様の処理が繰り返される。その他の色の補正テーブルを作成しない場合には、処理は終了する。
次に、本発明の補正テーブル作成方法に関連したその他の補正テーブル作成方法を説明する。図15は、本発明の実施の形態に係るCCDの補正テーブル作成方法に関連したその他の補正テーブル作成方法の手順を示すフローチャートである。ここでは、既知のリニアリティ補正が行われていることが条件である。
まず、光源光量の低下を模擬させるためのグレースケールパターンスライド(ガラス製)を使用し、本スキャンを行う(ステップS301)。本実施の形態では、スライドには、第1領域〜第9領域が設けられており、第1領域が最も暗いスケールであり、第9領域が最も明るいスケールになっている。
上記スライドの本スキャンにより、最も暗いスケールの測光値が得られる(ステップS302)。最も暗いスケールの測光値に基づいて、暗領域を得るためのフィルタの透過率を逆算し、適切なNDフィルタを選定する(ステップS303)。ここでは、NDフィルタとして、ゼラチンNDフィルタが用いられる。上記で選定されたNDフィルタをスライド下部に貼り付け、本スキャンを行う(ステップS304)。上記スライドの本スキャンにより、最も暗い領域の測光値が得られる(ステップS305)。
最も暗い領域の測光値から各スケールの測光値を読み取り、実測値を得る(ステップS306)。スライド及びNDフィルタの透過率に基づいて、各スケールの実測値から光源光量を逆算する(ステップS307)。上記で逆算された光源光量に基づいて、各スケールの理想値を算出する(ステップS308)。各スケールの実測値に対する各スケールの理想値の近似直線を最小2乗法により算出する(ステップS309)。
このようにして、補正テーブルが作成される。そして、その他の色の補正テーブルを作成するか否かが判断される(ステップS310)。その他の色の補正テーブルを作成する場合には、ステップS301に戻って、その他の色に対応したスライドに関し、上述と同様の処理が繰り返される。その他の色の補正テーブルを作成しない場合には、処理は終了する。
以上、本発明の好適な一実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の実施の形態では、Bに対応した補正テーブルを作成する場合には、Bに対応したLED光源が単色点灯した状態におけるBのCCDの実測値と理想値との関係から算出された近似直線と、Gに対応したLED光源が単色点灯した状態におけるBのCCDの実測値と理想値との関係から算出された近似曲線と、Rに対応したLED光源が単色点灯した状態におけるBのCCDの実測値と理想値との関係から算出された近似曲線とからBに対応した補正テーブルが作成されているが、Bに対応したLED光源が単色点灯した状態におけるBのCCDの実測値と理想値との関係から算出された近似直線と、Gに対応したLED光源が単色点灯した状態におけるBのCCDの実測値と理想値との関係から算出された近似曲線とからBに対応した補正テーブルが作成されてもよい。
また、上述の実施の形態では、6次式の近似曲線が算出されているが、近似曲線の次数は変更可能である。
本発明の実施の形態に係るCCDの補正テーブル作成方法の手順を示すフローチャートである。 各色のCCDの暗レベルの平均値を示す図である。 各単色点灯時の各CCDでの測光値を示す図である。 暗レベル除去が行われた後の各単色点灯時の各CCDでの測光値を示す図である。 B単色点灯時のBのCCDの実測値及び理想値を示す図である。 近似直線を示すグラフである。 G単色点灯時のBのCCDの実測値及び理想値を示す図である。 近似曲線を示すグラフである。 R単色点灯時のBのCCDの実測値及び理想値を示す図である。 近似曲線を示すグラフである。 実測値に対する理想値の補正テーブルを示す図である。 本発明の実施の形態に係るCCDの補正テーブル作成方法に関連した他の補正テーブル作成方法の手順を示すフローチャートである。 暗レベル除去が行われた後のCCDでの測光値を示す図である。 近似直線を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係るCCDの補正テーブル作成方法に関連したその他の補正テーブル作成方法の手順を示すフローチャートである。

Claims (1)

  1. RGBに対応した3つの光源から出射された光の受光量を出力するRGBに対応した3つの撮像素子の補正テーブル作成方法において、
    Rに対応した光源を単色点灯させた状態においてRに対応した撮像素子における蓄積時間を所定範囲で変更して得られた出力値、及び、GBにそれぞれ対応した光源を単色点灯させた状態においてRに対応した撮像素子により得られた出力値と、感度特性から得られた出力値とに基づいてRについての補正値を求め、
    Gに対応した光源を単色点灯させた状態においてGに対応した撮像素子における蓄積時間を所定範囲で変更して得られた出力値、及び、RBにそれぞれ対応した光源を単色点灯させた状態においてGに対応した撮像素子により得られた出力値と、感度特性から得られた出力値とに基づいてGについての補正値を求め、
    Bに対応した光源を単色点灯させた状態においてBに対応した撮像素子における蓄積時間を所定範囲で変更して得られた出力値、及び、RGにそれぞれ対応した光源を単色点灯させた状態においてBに対応した撮像素子により得られた出力値と、感度特性から得られた出力値とに基づいてBについての補正値を求めることによって、
    RGBのそれぞれに対応した補正テーブルを作成することを特徴とする撮像素子の補正テーブル作成方法。
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