JP4633129B2 - マルチスペクトル画像撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、各々異なる分光特性による４バンド以上の画像撮影が可能なマルチスペクトル画像撮影装置に関する。

従来より、被写体の画像を撮影するためにＲＧＢ（３バンド）カメラが広く用いられている。

近年、画像撮影装置において被写体の忠実な色再現を行なうために、４バンド以上の画像撮影が可能なマルチスペクトルカメラを用いて被写体のより詳細な分光情報を画像として取得・記録する方法が提案されている。そのような４バンド以上の画像撮影装置としては、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５に開示されている方法がある。

それら文献に開示されている方法では、ＲＧＢの波長帯域よりも狭帯域な透過率特性を有するフィルタをＣＣＤ撮像素子の前面に配置することで、より細かい被写体の分光情報を取得している。
米国特許第５，８６４，３６４号明細書 米国特許第６，４６６，３３４号明細書 特開２００２−２９６１１４号公報 特開２００３−０２３６４３号公報 特開２００３−０８７８０６号公報

しかしながら、被写体から入射される光の大半は、上記狭帯域のフィルタにより不要な帯域の光としてカットされてしまうため、光の損失が従来のＲＧＢカメラと比べ極端に大きい。そのため撮影画像のＳ／Ｎが劣化し、色再現の精度が効果的に上がらないといった問題がある。

さらに、上記特許文献５に示すような単板式のフィルタアレイを用いる方法では、従来のＲＧＢフィルタのみ使用した場合と比べ同一色の画素間隔が大きいため解像度も劣化する。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、従来のＲＧＢ３バンドカメラと比べ、ほぼ遜色ない解像度及び感度でマルチバンドの画像を取得することができ、色再現性を向上することが可能なマルチスペクトル画像撮影装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、
１枚のカラー撮像手段により被写体のカラー画像を撮像するマルチスペクトル画像撮影装置であって、
上記カラー撮像手段は、４バンド以上の分光感度特性のうち主要な３バンドの画像を撮像するための標準的なＲＧＢのカラーフィルタと、上記４バンド以上の分光感度特性のうち上記主要な３バンドを除く残りのバンドの画像を撮像するための上記ＲＧＢとは分光特性の異なるフィルタと、が周期的に配列され、
上記ＲＧＢとは分光特性の異なるフィルタは、上記標準的なＲＧＢいずれのカラーフィルタよりも低い画素配分比率で配列されており、
上記カラー撮像手段により得られる各画素の信号を補間合成して少なくとも４バンド以上の画像を生成する補間処理部をさらに有することを特徴とするマルチスペクトル画像撮影装置が提供される。

本発明によれば、従来のＲＧＢ３バンドカメラと比べ、ほぼ遜色ない解像度及び感度でマルチバンドの画像を取得することができ、色再現性を向上することが可能なマルチスペクトル画像撮影装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置においては、図１に示すように、被写体Ｏからの光がレンズ１０及びハーフミラー（ＨＭ）１２を通して２枚のカラーＣＣＤ撮像素子１４，１６に結像される。このとき、ハーフミラー１２は、透過率と反射率の比が異なり、それぞれの比が約３：１となるようなものを使用している。即ち、図２に示すように、ハーフミラー１２は、透過率１２Ａが波長によらずに７５％一定で、反射率１２Ｂが同様に２５％一定のものを使用している。

上記ハーフミラー１２により分岐された光のうち、光量の大きい方（透過側）の光は、図３に示すような赤外光カットフィルタ（ＩＲ−ＣＦ）１８を通すことで近赤外の光が遮断されて、片方のカラーＣＣＤ撮像素子１４に結像される。なお、図３において、実線１８ＡがＩＲ−ＣＦ１８の分光透過率を示している。

一方、上記ハーフミラー１２により分岐された光のうち、光量の少ない方（反射側）の光は、バンドパスフィルタ２０を通して、もう片方のカラーＣＣＤ撮像素子１６に結像される。

ここで、上記カラーＣＣＤ撮像素子１４，１６は、例えば、図４に示すように、各画素にＲＧＢのカラーフィルタがベイヤ配列状に配置された単版式によるカラーＣＣＤ撮像素子を使用している。各々のＲＧＢフィルタにおける分光透過率は、前述した図３に破線で示しているような分光形状を持つ。

また、上記バンドパスフィルタ２０は、図５に実線２０Ａで示すような櫛型形状の分光透過率を有しており、図中に破線で示すＲＧＢの波長帯域のそれぞれ約半分の帯域の光を通すようなものとなっている。

あるいは、上記バンドパスフィルタ２０は、図６に実線２０Ｂで示すような櫛型形状の分光透過率を有するものでも良い。このような実線２０Ｂで示す分光透過率特性は、図５に実線２０Ａで示した分光透過率特性が反転したものである。従って、このような実線２０Ｂで示す分光透過率特性を有するバンドパスフィルタ２０では、近赤外領域の光も取得することができる。

以上により、前述したハーフミラー１２により分岐された透過側の光に対するカラーＣＣＤ撮像素子１４においては、従来のＲＧＢと同様な分光特性による３バンドの画像が取得される。また、反射側の光に対するカラーＣＣＤ撮像素子１６においては、従来のＲＧＢよりも狭帯域な分光特性を有する３バンドの画像が取得される。よって、合計６バンドの画像が二つのカラーＣＣＤ撮像素子１４，１６により取得されることになる。図７に、以上により構成された計６バンドの分光感度特性を示している。前述したように、ハーフミラー１２の透過／反射率比が異なるため、図中の６バンド分光感度のうち、後者のＲＧＢ以外の３バンドは、前者ＲＧＢ３バンドに比べピーク感度が低くなっている。

このように、被写体Ｏからの入射光の大半をＲＧＢ３バンドの取得に使用し、一方、残りの少量の光をバンドパスフィルタ２０により狭帯域化して他の３バンドに割り当てるようにしている。このようにすることで、バンドパスフィルタ２０による狭帯域化により生じる光量の損失をできるだけ少なくし、マルチスペクトル撮影における感度の劣化を防ぐことにより、色再現性のよい分光感度特性を実現できる。

透過側のカラーＣＣＤ撮像素子１４により取得された画像信号は、第１画像メモリ２２に一旦記憶される。また、反射側のカラーＣＣＤ撮像素子１６により取得された画像信号は、第２画像メモリ２４に一旦記憶される。上記第１画像メモリ２２及び第２画像メモリ２４にそれぞれ記憶された３バンド画像は、画像合成部２６において６バンド画像として合成され、記憶媒体及び外部ＰＣ２８に保存される。このとき、上記ＲＧＢ３バンドの画像信号は、透過側のカラーＣＣＤ撮像素子１４から直接もしくは第１画像メモリ２２を介して別途外部に伝送され、ＲＧＢ接続機器３０に入力できるようにもなっている。これにより、一般的なＲＧＢモニタ等に接続して、画像ビューワーとして使用することが可能となる。

なお、本実施形態において説明した２つのカラーＣＣＤ撮像素子１４，１６は、同じ解像度である必要はなく、例えば反射側のカラーＣＣＤ撮像素子１６は、透過側のカラーＣＣＤ撮像素子１４よりも低解像度であっても良い。反射側のカラーＣＣＤ撮像素子１６により得られた補助的な３バンド画像の解像度が低くても、透過側のカラーＣＣＤ撮像素子１４により得られた主要な３バンド画像における高周波成分を利用して、上記主要な３バンド画像とほぼ同等な解像度のマルチスペクトル画像を得ることも可能である。低解像度なＣＣＤ撮像素子は高解像度なＣＣＤ撮像素子と比べ感度が高いため、より上記ハーフミラー１２の反射率を落とし、透過率を高めることができるので、トータルの感度をさらに高めることが可能となる。

なお、本実施形態では、バンドパスフィルタ２０を用いて狭帯域化するものとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、カラーＣＣＤ撮像素子１６のカラーフィルタの透過分光特性を狭帯域化することで狭帯域化する等、他の手段を用いて狭帯域化しても良い。

次に、図８を参照して、本第１実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置の第１の変形例を説明する。本変形例は、前述した図１における単板式のカラーＣＣＤ撮像素子１４，１６の代わりに、ＲＧＢ色分解プリズムと３つのＣＣＤ撮像素子によって構成した３板式のカラー撮像ユニットを用いたものである。

即ち、ハーフミラー１２により異なる強度比で分岐された光のうち、一方の光は、ＩＲ−ＣＦ１８を通してカラー画像撮像ユニット３２に入射され、そのカラー画像撮像ユニット３２によりＲＧＢ３バンド撮影が行なわれる。他方は、前述した図５に示すような分光透過率によるバンドパスフィルタ２０により被写体Ｏからの光を狭帯域化してカラー画像撮像ユニット３４に入射され、そのカラー画像撮像ユニット３４により３バンド撮影が行なわれる。これにより、計６バンドの画像信号が得られる。

以上のように、３板式のカラー画像撮像ユニット３２，３４を用いることで、単板式のカラーＣＣＤ撮像素子１４，１６を用いた場合と比べ高解像度且つ高感度なマルチスペクトル画像取得が可能となる。このような３板式のカラー画像撮像ユニット３２，３４は、従来のＨＤＴＶカメラ等の動画撮影を行なう撮像装置で広く用いられており、動画のマルチスペクトル画像を撮影する際に有効である。

なお、カラー画像撮像ユニット３２，３４の各ＣＣＤ撮像素子は、それぞれ個別に電子シャッタ速度を決めることにより、最適な露出状態で撮影を行うことができる。

また図９は、本第１実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置の第２の変形例を示す図である。本変形例は、前述した第１実施形態の構成と第１の変形例の構成とを組み合わせた構成となっている。

即ち、ハーフミラー１２により異なる強度比で分岐された光のうち、一方の光は、ＩＲ−ＣＦ１８により近赤外領域の光をカットした後、前述した第１の変形例と同様にカラー画像撮像ユニット３２に入射される。そして、そのカラー画像撮像ユニット３２において色分解プリズムによりＲＧＢの光に分離され、各ＣＣＤ撮像素子に結像されて、３バンド撮影が行なわれる。また、他方の光は、バンドパスフィルタ２０及び光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３６により狭帯域化された後、前述した第１の実施形態と同様にカラーＣＣＤ撮像素子１６に結像されて、３バンド撮影が行なわれる。このような撮影を行なうことで、計６バンドの画像信号が得られる。なおここで、光学ＬＰＦ３６は、偽色や色モアレを低減させるため一般的に使用されているものである。よって、特に図示はしていなかったが、前述した第１実施形態（及び後述する他の実施形態）の構成においても同様に配されるものである。

以上のように、本第２の変形例では、主要となるＲＧＢ３バンドに対しては３板式のカラー画像撮像ユニット３２を用いることで高解像度且つ高感度なマルチスペクトル画像取得が可能となる。一方、補助的な３原色については、単板式のカラーＣＣＤ撮像素子１６により解像度を犠牲にして撮影を行なうが、先述したように主要な３バンド画像における高周波成分を利用することで従来の３バンドＨＤＴＶカメラと同様な解像度でマルチスペクトル画像の撮影が行なえる。以上により、小型なマルチバンド画像撮影装置を実現できる。

なお、図９では、ハーフミラー１２と色分解プリズムは別素子となっており、透過側及び反射側の３バンドはそれぞれ別ユニットにより構成されるが、これに限るものではない。例えば、図１０に示すように、ハーフミラー１２と色分解プリズム３８とを合成した一つの素子と、１枚のカラーＣＣＤ撮像素子１６と、３枚のモノクロＣＣＤ撮像素子４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂとを用いて、１ユニットにより６バンド撮影を実現することもできる。このようにすれば、より小型な装置構成による６バンド画像撮影装置が実現可能である。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、図１１に示すように、被写体Ｏからの光が、レンズ１０及び回転フィルタ４２を通して、１枚のカラーＣＣＤ撮像素子４４に結像される。回転フィルタ４２は、図１２に示すように、透過率がほぼ１００％である透明ガラス４２Ａと、前述した図５に示した分光透過率特性によるバンドパスフィルタ４２Ｂとからなるもので、各々の面積比が約３：１となるように構成されている。上記回転フィルタ４２を透過した光は、ＩＲ−ＣＦ１８を通して近赤外の光が遮断され、カラーＣＣＤ撮像素子４４に結像される。また、上記回転フィルタ４２は、モータ４６により回転速度一定で回転するように駆動され、カラーＣＣＤ撮像素子４４は、上記回転フィルタ４２が一回転する間に２回の露光を行なう。

図１３に、回転フィルタ４２の状態とカラーＣＣＤ撮像素子４４の露光タイミングについてのタイミングチャートを示している。上記回転フィルタ４２が透明ガラス４２Ａの状態の間に第１の露光を行ない、取得された３バンド画像を第１画像メモリ２２に記憶する。また、上記回転フィルタ４２がバンドパスフィルタ２０の状態の間に第２の露光を行ない、取得された３バンド画像を第２画像メモリ２４に記憶する。上記第１画像メモリ２２及び第２画像メモリ２４に記憶されたそれぞれの３バンド画像を、画像合成部２６において合成することで６バンドの画像を得る。

以上のような構成により、前述した第１実施形態よりも少ない構成要素で同様な効果を実現することができる。また、第１画像メモリ２２に記憶された３バンド画像をＲＧＢ接続機器３０に入力すれば、従来のＲＧＢカメラと同様に被写体Ｏのカラー画像を簡単に確認することができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、図１４に示すように、被写体Ｏからの光を、ＩＲ−ＣＦ１８を通して近赤外の光を遮断してから、１枚のカラーＣＣＤ撮像素子４４に結像する。このとき、カラーＣＣＤ撮像素子４４には、図１５に示すように、１画素毎にＲ，Ｇ，Ｂ、及びＲ’，Ｇ’，Ｂ’のフィルタが周期的に配置されたモザイクフィルタ４４Ａが装着されている。各フィルタの分光透過率分布は、図１６に示すようになっている。即ち、Ｒ，Ｇ，Ｂのフィルタは従来の３バンドカメラと同じ分光帯域を有するものであり、Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’は従来のＲＧＢよりも狭帯域な分光帯域を有するものとなっている。なお、上記モザイクフィルタ４４Ａは、図１５に示すように、Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’のフィルタがＲ，Ｇ，Ｂ各３画素に対して各１画素の割合で配置され、これが周期的に並んでいる。

上記各フィルタを通過した光は、カラーＣＣＤ撮像素子４４で受光され、６バンドの点順次画像データとして画像補間処理部４８に入力される。画像補間処理部４８では、各々のバンドにおいて欠損している画素位置に対応する画像データを近傍の画像データから補間して求め、それぞれ同じ画素数による画像データを生成する。こうして生成された各バンドの画像データのうち、ＲＧＢ３バンドの画像については第１画像メモリ２２に送られ記憶され、Ｒ’Ｇ’Ｂ’３バンド画像は第２画像メモリ２４に送られ記憶される。この第１画像メモリ２２に記憶された３バンド画像をＲＧＢ接続機器３０に入力すれば、従来のＲＧＢカメラと同様に被写体Ｏのカラー画像を簡単に確認することができる。また、上記第１画像メモリ２２及び第２画像メモリ２４に記憶されたそれぞれの３バンド画像を画像合成部２６において再び合成することで、６バンドの画像を得ることができる。

このように、従来と同じ帯域によるＲＧＢフィルタに加え、狭帯域なフィルタを補助的に混合させることで、マルチバンドの点順次画像を取得する際、補助的なバンドに対応する画素に対してＲＧＢに対応する画素の配分率を高くし、それによって、従来のＲＧＢ３バンドカメラと比べ、ほぼ遜色ない解像度及び感度でマルチバンドの画像を取得することができ、色再現性を向上することができる。

また、上述した図１５に示した図では、補助的に加えたＲ’，Ｇ’，Ｂ’のうち、Ｇ’の画素を他のＲ’，Ｂ’に比べ２倍配置している。しかしながら、これに限ることではなく、例えば、図１７に示すように、Ｇ’の２画素のうちの一方をＣｙとして、計７バンドのマルチスペクトル撮影を行っても良い。このとき、フィルタＣｙは、図１８に示すように、前述したフィルタＧ’とは異なる分光透過率特性を持つ。

なお、前述した第１実施形態及び第２実施形態においては、従来のＲＧＢ３バンド以外の補助的な３バンドは、元の各ＲＧＢの帯域から所定の範囲の帯域のみ取り出したもので構成されているが、本実施形態においては、これに限定されるものでなく、例えば図１８に示したＣｙのように、元のＲＧＢの波長帯域から外れた帯域で構成することが可能である。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、これまでの実施形態において使用していた被写体Ｏの光を２分岐させるハーフミラー１２の代わりに、図１９に示すように、波長を選択して透過／反射を行なうダイクロイックミラー（ＤＭ）５０を用いたものである。図２０は、上記ＤＭ５０の分光透過率分布は、図２０に黒細線５０Ａで示すようになっており、また、分光反射率分布は黒点線５０Ｂで示すようになっている。なお、図２０において黒太線は、図１９における色分解プリズムで各々分離されるＲＧＢの分光特性を示している。この図２０に示すように、上記ＤＭ５０はそれぞれ櫛形の分光形状による透過率／反射率分布を有している。

而して、該ＤＭ５０によって透過／反射された光は、カラー画像撮像ユニット３２，３４で、色分解プリズムにより各々異なる狭帯域のＲＧＢ３バンドに分解され撮像される。その結果、各々狭帯域の６バンドの画像が取得されることになる。

さらにこのとき、ＤＭ５０の後に、それぞれ図２１及び図２２に示すようなＤＭ５０の分光透過率５０Ａ／反射率５０Ｂと同様な櫛形分光形状の分光透過率５２Ａ／反射率５４Ａを持つバンドパスフィルタ５２，５４を挿入し、波長選択性を際立たせることで、波長分離性のよい６バンドの画像取得が可能となる。一般的に、ダイクロイックミラー５０のみで櫛形の分光形状を持つ透過率／反射率分布を実現しようとすると、波長選択性があまり望めず、図２０に示すようにある程度非透過帯／非反射帯にも漏れ光が存在してしまう場合が多い。そのため、前述したようにＤＭ５０の後に波長選択性のよいバンドパスフィルタ５２，５４（例えば多層膜干渉フィルタ等）を用いて各バンドの波長分離性を良くすることは、色再現性の良いマルチスペクトルカメラを実現するのに非常に有効な手段である。また、ＤＭ５０により被写体Ｏの光をある程度波長分離しておくことで、バンドパスフィルタ２０による光の損失も最小限に抑えることができるので、光効率の良いマルチバンドカメラが実現できる。

以上により、本実施形態によれば、狭帯域の６バンド撮影により波長分離性の良いマルチスペクトル撮影が実現できると共に、Ｓ／Ｎ比の高いマルチバンドカメラが実現できる。但し、本実施形態においては、これまでの実施形態において述べていたような、従来のＲＧＢ接続機器３０に直接接続して通常のＲＧＢ画像と同等なカラー画像を観察することはできない。そこで、撮影された画像をカラー画像として観察する場合には、撮像された６バンド画像を図１９に示したようなマルチバンド画像処理装置５６を通して色変換することが必要となる。

以上、第１乃至第４実施形態に基づいて説明したように、マルチスペクトル撮影を行なう各バンドのうち、少なくとも３バンドは従来のＲＧＢと同じ広帯域な分光感度特性とし、さらに、他の補助的な狭帯域のバンドに対しては、被写体の光を上記ＲＧＢのバンドよりも少ない比率の光量で割り当てることにより、光の損失を軽減し、これにより動きのある被写体Ｏでも色再現精度の良いマルチスペクトル画像撮影装置を提供することができる。さらに、特殊な変換器を必要とすることなく通常のＲＧＢモニタを用いて直接撮影画像の確認が可能なマルチスペクトル画像撮影装置が提供できる。また、ダイクロイックミラーとバンドパスフィルタを併用すれば、波長分離性の高い狭帯域な６バンドを実現できると共に、上記と同様、光の損失を軽減したマルチスペクトル画像撮影装置が実現できる。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、図２３に示すように、狭帯域の３バンドの波長特性の光源を有するストロボ照明発光部５８を備え、ストロボ無発光状態（外光照明）と、ストロボ発光状態（外光＋ストロボ）の２種類の画像（各々３バンド）を撮像することにより、６バンドのマルチスペクトル画像を取得するものである。ここで、上記ストロボ照明発光部５８の光源には、カラーＣＣＤ撮像素子４４のＲＧＢ感度の各々の波長領域で鋭いピークを持つような櫛形分光分布の波長特性を有する白色ＬＥＤ、蛍光灯などの光源を使用する。或いは、狭帯減の波長特性を有する３種類のＬＥＤ等が用いられても良い。上記ストロボ照明発光部５８の光源の発光スペクトルの例は、図２４に実線で示すようになっている。なお、同図において、破線はＲＧＢの透過率特性を示している。

また、本実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、第１画像メモリ２２に記憶された画像を第２画像メモリ２４に記憶された画像から減算する画像減算部６０を有している。

図２５は、シャッタ制御からストロボ発光、並びにカラーＣＣＤ撮像素子４４の受光、取込までの撮影の流れを示すタイミングチャートを示している。即ち、本実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置においては、まずシャッタ６２が押されると、本マルチスペクトル画像撮影装置は、ストロボ無発光状態、即ち外光照明のみで通常のＲＧＢの３バンドのカラー画像として被写体Ｏの画像を撮影し、得られた画像を第１画像メモリ２２に記憶する。そして従来のＲＧＢ画像として、ＲＧＢ接続機器３０に出力、及び６バンドのうちの主要な３バンド画像として記憶媒体及び外部ＰＣ２８へ出力する。次に、ストロボ発光状態、即ち外光照明＋ストロボ照明で被写体Ｏを照明し、同じく３バンドのカラー画像として被写体０の画像を撮影して、第２画像メモリ２４に記憶する。撮影動作が終わると、この第２画像メモリ２４に記憶した画像から、先に撮影して上記第１画像メモリ２２に記憶してあるストロボ無発光状態（外光照明のみ）の画像を、画像減算部６０にて減算して、ストロボ成分のみによる狭帯域の３バンド画像を作成する。そして、この作成した画像を、補助的な３バンド画像として、記憶媒体及び外部ＰＣ２８へ出力する。以上により、外光成分による３バンド画像とストロボ成分による３バンド画像の計６バンドの画像を得る。

以上のような構成により、前述の各実施形態のような特別な光学系やフィルタ構造ではなく、通常の光学系で同様な効果を実現することができる。また、第１画像メモリ２２に記憶された３バンド画像をＲＧＢ接続機器３０に入力すれば、従来のＲＧＢカメラと同様に被写体Ｏのカラー画像を簡単に確認することができる。

なお、本実施形態では、シャッタ動作の後、最初に外光のみの光源で被写体Ｏのカラー画像を撮影したが、最初にストロボ発光させて外光＋ストロボ光で被写体Ｏを照明したカラー画像を撮影した後に、外光のみの光源で被写体Ｏのカラー画像を撮影するようにしても良い。

［第６実施形態］
本発明の第６実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、２眼レンズによるマルチスペクトル画像撮影装置で、従来のＲＧＢ３バンド撮影用のカラー撮像部と、狭帯域の３バンドの櫛型の分光透過特性を有するバンドパスフィルタをレンズに備えた、狭帯域の３バンド撮影用のカラー撮像部とを備え、従来のＲＧＢ３バンド撮影用のカラー撮像部からの主要な３バンド画像と、狭帯域の３バンド撮影用のカラー撮像部からの補助的な３バンド画像とから、６バンドのマルチスペクトル画像を取得するものである。

図２６の上側の撮像部が従来のＲＧＢ３バンド撮影用のカラー撮像部であり、レンズ１０とＩＲ−ＣＦ１８、カラーＣＣＤ撮像素子１４とで構成されている。下側の撮像部が狭帯域の３バンド撮影用のカラー撮像部であり、レンズ６４と、レンズ６４の前面に配置された狭帯域の３バンドの櫛型の分光透過特性を有するバンドパスフィルタ２０と、カラーＣＣＤ撮像素子１６とで構成されている。下側の撮像部で撮像された狭帯域の補助的な３バンド画像は、視差により従来の３バンド撮影画像（上側）と画像の位置がずれている。このずれを
第２画像メモリ２４の後の幾何補正部６６で補正し、両者の３バンド画像の位置を一致させて出力する。

以上のような構成により、前述の第１乃至第４実施形態のような特別な光学系やフィルタ構造ではなく、通常の光学系で同様な効果を実現することができる。また、第１画像メモリ２２に記憶された３バンド画像をＲＧＢ接続機器３０に入力すれば、従来のＲＧＢカメラと同様に被写体Ｏのカラー画像を簡単に確認することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

例えば、上述した各実施形態では、撮像素子の例としてＣＣＤ撮像素子を用いて説明したが、ＣＣＤ撮像素子の代わりに、ＣＭＯＳ撮像素子等のＸ−Ｙアドレス型の撮像素子を用いても良い。そのような撮像素子を用いた場合には、高速読み出しや間引き読み出しが可能となり、さらに、単板式のカラー撮像素子構成の場合には同じ色フィルタの画素を選択的に読み出すことも可能となる。従って、マルチスペクトル画像撮影装置における、処理の高速化や、安価な構成も可能となる。

（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。

（１） ４バンド以上の異なる分光感度特性を有するマルチスペクトル画像撮影装置において、
上記４バンド以上の分光感度特性のうち、主要な３バンドは、標準的なＲＧＢの分光感度特性を有し、
上記４バンド以上の分光感度特性のうちの上記主要な３バンドを除いた残りのバンドのうち、少なくとも一つの補助的なバンドは、上記ＲＧＢよりも狭帯域な分光感度特性を有する、
ことを特徴とするマルチスペクトル画像撮影装置。

（対応する実施形態）
この（１）に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第１乃至第４実施形態が対応する。

（作用効果）
この（１）に記載の構成によれば、マルチスペクトル撮影を行なう各バンドのうち、少なくとも３バンドは従来のＲＧＢと同じ広帯域な分光感度特性とし、さらに、他の補助的な狭帯域のバンドに対しては、被写体の光を上記ＲＧＢのバンドよりも少ない比率の光量で割り当てることにより、光の損失を軽減し、これにより動きのある被写体でも精度よく色再現を行なえる。さらに、特殊な変換器を必要とすることなく通常のＲＧＢモニタを用いて直接撮影画像の確認が可能となる。

（２） 上記補助的なバンドの分光感度特性における主波長の感度値は、上記主要な３バンドの分光感度特性における主波長の感度値の半分未満であることを特徴とする（１）に記載のマルチスペクトル画像撮影装置。

（対応する実施形態）
この（２）に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第１乃至第４実施形態が対応する。

（作用効果）
この（２）に記載の構成によれば、被写体からの入射光の大半を主要なＲＧＢ３バンドの取得に使用し、一方、残りの少量の光を狭帯域化して補助的なバンドに割り当てることで、その狭帯域化により生じる光量の損失をできるだけ少なくし、マルチスペクトル撮影における感度の劣化を防ぐことにより、色再現性のよい分光感度特性を実現できる。

（３） 撮像レンズ（１０）からの光を２つの光路に分割するハーフミラー（１２）と、
上記ハーフミラーで分割された一方の光の分光特性を変調するバンドパスフィルタ（２０）と、
上記バンドパスフィルタによって変調された光を受光して、被写体を撮像する撮像手段（１６）と、
上記ハーフミラーで分割されたもう一方の光を、赤、青、緑の３色に分解して受光し、被写体のカラー画像を撮像するカラー撮像手段（１４；３２）と、
を具備することを特徴とするマルチスペクトル画像撮影装置。

（対応する実施形態）
この（３）に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第１実施形態及び第１実施形態の第２の変形例が対応する。

（作用効果）
この（３）に記載の構成によれば、ハーフミラーで分割された一方の光を、ＲＧＢと同じ赤、青、緑の３色に分解して撮像し、さらに、他方の光はバンドパスフィルタで狭帯域化して撮影することで、補助的な狭帯域のバンドに対しては被写体の光をＲＧＢのバンドよりも少ない比率の光量で割り当てることにより、光の損失を軽減し、これにより動きのある被写体でも精度よく色再現を行なえる。さらに、特殊な変換器を必要とすることなく通常のＲＧＢモニタを用いて直接撮影画像の確認が可能となる。

（４） 上記ハーフミラーは上記撮像レンズからの光を２：１以上の異なる強度比で２つの光路に分割することを特徴とする（３）に記載のマルチスペクトル画像撮影装置。

（対応する実施形態）
この（４）に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第１実施形態及び第１実施形態の第２の変形例が対応する。

（作用効果）
この（４）に記載の構成によれば、被写体からの入射光の大半をＲＧＢ３バンドの取得に使用し、一方、残りの少量の光をバンドパスフィルタにより狭帯域化して他のバンドに割り当てることで、バンドパスフィルタによる狭帯域化により生じる光量の損失をできるだけ少なくし、マルチスペクトル撮影における感度の劣化を防ぐことにより、色再現性のよい分光感度特性を実現できる。

（５） 上記バンドパスフィルタは、可視領域の波長範囲において複数の透過波長帯域と複数の非透過波長帯域とを有する櫛形の分光形状を持つバンドパスフィルタであり、
上記バンドパスフィルタを通過した光を受光する上記撮像手段は、上記バンドパスフィルタにおける複数の透過波長帯域の光を各々分解して受光するカラー撮像手段（１６）であることを特徴とする（３）または（４）に記載のマルチスペクトル画像撮影装置。

（対応する実施形態）
この（５）に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第１実施形態が対応する。

（作用効果）
この（５）に記載の構成によれば、補助的な狭帯域のバンドについてもカラー撮像手段を用いることで、５バンド以上の多バンド化が可能となり、色再現性の良いマルチスペクトル画像取得が可能となる。

（６） 上記ハーフミラーで分岐された光のうち上記バンドパスフィルタを透過した光を受光する上記撮像手段における撮像素子の総画素数は、上記ハーフミラーで分割された光を赤、青、緑の３色に分解して受光する上記カラー撮像手段における撮像素子の総画素数よりも少ないことを特徴とする（３）乃至（５）の何れかに記載のマルチスペクトル画像撮影装置。

（対応する実施形態）
この（６）に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第１実施形態及び第１実施形態の第２の変形例が対応する。

（作用効果）
この（６）に記載の構成によれば、補助的なバンド画像の解像度が低くても、主要な３バンド画像における高周波成分を利用して、上記主要な３バンド画像とほぼ同等な解像度のマルチスペクトル画像を得ることができる。また、低解像度な撮像手段は高解像度な撮像手段と比べ感度が高いため、よりハーフミラーの反射率を落とし、透過率を高めることができるので、トータルの感度をさらに高めることが可能となる。

（７） ４バンド以上の異なる分光感度特性を有するマルチスペクトル画像撮影装置において、
複数の波長帯域の光を透過し且つ上記複数の波長帯域以外の光を反射する櫛形の分光透過率及び分光反射率特性を有するダイクロイックミラー（５０）と、
上記ダイクロイックミラーと略同一の透過波長帯域を有するバンドパスフィルタ（５２）と、
上記ダイクロイックミラーの反射波長帯域と略同一の波長帯域を透過する分光透過率特性を有するバンドパスフィルタ（５４）と、
を具備することを特徴とするマルチスペクトル画像撮影装置。

（対応する実施形態）
この（７）に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施形態は、第４実施形態が対応する。

（作用効果）
この（７）に記載の構成によれば、ダイクロイックミラーにより被写体の光をある程度波長分離しておくことで、バンドパスフィルタによる光の損失も最小限に抑えることができるので、光効率の良いマルチバンドカメラが実現できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。 図２は、第１実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置に使用するハーフミラーの透過率・反射率特性を示す図である。 図３は、第１実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置に使用する赤外光カットフィルタの分光透過率特性及びカラーＣＣＤ撮像素子のＲＧＢ３バンドの分光感度特性を示す図である。 図４は、第１実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置に使用するカラーＣＣＤ撮像素子の画素構造を示す図である。 図５は、第１実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置に使用するバンドパスフィルタの分光透過率特性及びカラーＣＣＤ撮像素子のＲＧＢ３バンドの分光感度特性を示す図である。 図６は、図５のバンドパスフィルタの代わりに使用可能な別のバンドパスフィルタの分光透過率特性を示す図である。 図７は、第１実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置において得られる６バンドの分光感度特性を示す図である。 図８は、第１実施形態の第１の変形例であるマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。 図９は、第１実施形態の第２の変形例であるマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。 図１０は、図９の装置構成におけるハーフミラーと色分解プリズムを合成した４分解光学系を示す図である。 図１１は、本発明の第２実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。 図１２は、図１１における回転フィルタの具体的構成を示す図である。 図１３は、回転フィルタの状態とカラーＣＣＤ撮像素子における画像取り込みのタイミングの対応関係を示す図である。 図１４は、本発明の第３実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。 図１５は、図１４におけるカラーＣＣＤ撮像素子に装着されたモザイクフィルタ（一部）のフィルタ配置例を示す図である。 図１６は、図１５におけるＲ，Ｇ，Ｂ，Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’のフィルタの分光透過率特性を示す図である。 図１７は、図１４におけるカラーＣＣＤ撮像素子に装着されたモザイクフィルタ（一部）のフィルタ配置の別の例を示す図である。 図１８は、図１７におけるＲ’，Ｇ’，Ｃｙ，Ｂ’のフィルタの分光透過率特性を示す図である。 図１９は、本発明の第４実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。 図２０は、図１９におけるダイクロイックミラーの分光透過率分布及び分光反射率分布、並びに色分解プリズムで各々分離されるＲＧＢの分光特性を示す図である。 図２１は、図１９におけるバンドパスフィルタ５２の分光透過率分布と図２０で示したダイクロイックミラーによる分光透過率分布とを示す図である。 図２２は、図１９におけるバンドパスフィルタ５４の分光透過率分布と図２０で示したダイクロイックミラーによる分光反射率分布とを示す図である。 図２３は、本発明の第５実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。 図２４は、第５実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置に使用するストロボ照明発光部の光源のスペクトル特性及びカラーＣＣＤ撮像素子のＲＧＢ３バンドの分光感度特性を示す図である。 図２５は、シャッタ制御からストロボ発光、並びにカラーＣＣＤ撮像素子の受光、取込までの撮影の流れを示すタイミングチャートを示す図である。 図２６は、本発明の第６実施形態に係るマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０…レンズ、 １２…ハーフミラー（ＨＭ）、 １４，１６，４４…カラーＣＣＤ撮像素子、 １８…赤外光カットフィルタ（ＩＲ−ＣＦ）、 ２０，４２Ｂ，５２，５４…バンドパスフィルタ、 ２２…第１画像メモリ、 ２４…第２画像メモリ、 ２６…画像合成部、 ２８…記憶媒体及び外部ＰＣ、 ３０…ＲＧＢ接続機器、 ３２，３４…カラー画像撮像ユニット、 ３６…光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、 ３８…色分解プリズム、 ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ…モノクロＣＣＤ撮像素子、 ４２…回転フィルタ、 ４２Ａ…透明ガラス、 ４６…モータ、 ４８…画像補間処理部、 ５０…ダイクロイックミラー（ＤＭ）、 ５６…マルチバンド画像処理装置。

Claims (2)

1. １枚のカラー撮像手段により被写体のカラー画像を撮像するマルチスペクトル画像撮影装置であって、
   上記カラー撮像手段は、４バンド以上の分光感度特性のうち主要な３バンドの画像を撮像するための標準的なＲＧＢのカラーフィルタと、上記４バンド以上の分光感度特性のうち上記主要な３バンドを除く残りのバンドの画像を撮像するための上記ＲＧＢとは分光特性の異なるフィルタと、が周期的に配列され、
   上記ＲＧＢとは分光特性の異なるフィルタは、上記標準的なＲＧＢいずれのカラーフィルタよりも低い画素配分比率で配列されており、
   上記カラー撮像手段により得られる各画素の信号を補間合成して少なくとも４バンド以上の画像を生成する補間処理部をさらに有することを特徴とするマルチスペクトル画像撮影装置。
2. 上記ＲＧＢとは分光特性の異なるフィルタは、上記標準的なＲＧＢのカラーフィルタの透過波長帯域に比べ狭帯域の透過波長帯域を有することを特徴とする請求項１に記載のマルチスペクトル画像撮影装置。

Images