JP4940361B2 - カラー画像を撮像するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、既存の方法に比べて向上した色再現の忠実さを有する、カラー画像を撮像するための装置に関する。

フルカラーの形式で画像を撮影するための既存の装置及び方法では、色情報は赤、緑及び青の原色に相応するスペクトル領域の個別撮影によって検出される。後続の画像再現において原色部分画像が再びフルカラー画像に統合される。このような装置は例えばＷＯ ＷＯ９８/４９８３７から公知である。

視覚的内容をカラーで再生する基本原理は、光化学的方法でも光電変換器による電子的方法でも適用される。

上記のスペクトル領域の位置及び幅は人間の眼の色受容体のスペクトル感度によって大きく予め設定される。画像撮影においても画像再現においても典型的な値は、
スペクトル領域 青 ４３０〜４８０ｎｍ
スペクトル領域 緑 ５００〜５５０ｎｍ
スペクトル領域 赤 ６００〜６５０ｎｍ
の波長に存在する。これらのスペクトル領域の各々にはＤＩＮ（ドイツ工業規格）６１６４による色度図（Muetze et al., ABC der Optik, Verlag Dausien, Hanau, 1972）においてその色座標上に点が割り当てられる。こうして定義された全ての原色の全体、すなわち原刺激（Primaervalenzen）は、図１に示されているように色度図における三角形（実線）を形成する。原色の加色混合によって各々の色がこの三角形の内部において表示される。この三角形の外部の色は表示できない。とりわけ特徴的な高い彩度を有するスペクトル純度の高い色は表示できない。これらの特徴的な高い彩度を有するスペクトル純度の高い色は境界曲線、スペクトル軌跡（Spektralfarbenzug）上にある。

表示可能な色空間の拡大の可能性は、比較的狭いスペクトル領域を有する画像再現における原刺激の選択に存する。極端な場合には原刺激は結局はスペクトル純度が高く、さらに図１に示されているようなスペクトル軌跡（破線）にある。もちろん、例えば広帯域で発光する温度放射体をプロジェクションランプとして使用するプロジェクションシステムにおける色空間のこのように実現された拡大に対する代償は、画像輝度の著しい損失である。色空間が大きくなればなるほど、原色はますます狭帯域になる。なぜなら、全放射スペクトルの中の相応に狭い放射領域しか利用されないからである。

これに対して、例えばレーザのようなスペクトル純度の高い光源を使用すれば、この欠点は生じない。しかし、このようなシステムは非常にコスト高である。さらに、色空間の単なる拡大は同時に向上した色再現の忠実さをもたらさない。むしろ、再現の際の拡大された色空間は撮影側でも考慮されなければならない。さもなければ色の品質劣化を引き起こす。この色の品質劣化は適当な色変換を介して補正される。しかし、後者は最終的に再び色空間のサイズの低減をもたらす。

ＷＯ ＷＯ９８/４９８３７

従って、本発明の課題は、拡大された色空間を表示および再生を実現するために、再現の際の拡大された色空間を考慮することができる、カラー画像を撮像するための装置を提供することである。この再現の際の拡大された色空間においては、さらに画像輝度の著しい損失が起こらず、プロジェクションランプの放射光が効率的なやり方で利用され、最終的にコスト高なスペクトル純度の高い光源が必要ない。

この課題は、カラー画像を撮像するための装置が、ビームスプリッタと、第１のカメラと、第２のカメラとを有し、ビームスプリッタは、人間の眼の青色受容体の波長領域の内側にある青色波長領域の一部と、人間の眼の緑色受容体の波長領域の内側にある緑色波長領域の一部と、人間の眼の赤色受容体の波長領域の内側にある赤色波長領域の一部とからなる第１の部分光束を透過させ、その他の波長領域からなり、且つ、第１の部分光束と相補的な別の部分光束を反射するダイクロイックミラーを有し、第１のカメラには、第１の部分光束が入射し、第２のカメラには、別の部分光束が入射することによって解決される。

この装置の変形実施形態は３次元画像の発生及び再現のために利用できることが示される。これによって、この装置は、モード「向上したカラー画像再現の忠実さを有する画像撮影及び再現」からモード「３次元画像撮影及び再現」に及びこの逆に僅かな操作で切り換えることができるという利点を提供する。

この装置を用いてカラー画像の撮影及び再現のための方法が実現される。この方法では画像撮影は撮影対象の画像撮影の際に２つのカラー画像をパラレルに撮影し、画像再現の際にはプロジェクション方法が使用される。このプロジェクション方法は単独のプロジェクションランプからの光がトリプルバンドパス特性を有する第１のダイクロイックミラーを介して複数の部分光束に分割される。第１のダイクロイックミラーの３つの透過領域Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１は人間の眼における青色受容体、緑色受容体及び赤色受容体の優勢な刺激のための波長領域の内部にある。透過された部分光束のうちの１つは、撮影されたカラー画像からの画像情報を含むカラー画像変調器によってガイドされる。他の反射された部分光束は、他の撮影されたカラー画像からの画像情報を含む他のカラー画像変調器によってガイドされる。両方の部分光束はそれらの変調の後でトリプルバンドパス特性を有する第２のダイクロイックミラーを介して再び１つの光束に結合される。この第２のダイクロイックミラーは３つの透過領域Ｂ２、Ｇ２、Ｒ２を有し、これらの３つの透過領域は人間の眼における青色受容体、緑色受容体及び赤色受容体の優勢な刺激のための波長領域の内部にあり、さらに第１のダイクロイックミラーの透過領域Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１の外部にある。ビーム結合はこの場合第１のダイクロイックミラーにおいて透過された部分光束が第２のダイクロイックミラーにおいて反射されることにより行われる。

これら２つのカラー画像は、撮影対象からの光がまず最初に有利には３つの透過領域Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１を有するダイクロイックミラーを介して分割されることによって撮影される。透過された部分光束は１つのカラー画像の撮影のために使用される。反射された部分光束はもう１つのカラー画像の撮影のために使用される。両方のカラー画像はステレオカメラによって撮影される。透過領域Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１を有するダイクロイックミラーは有利にはビームスプリッタに統合されており、このビームスプリッタは完結したモジュールとしてステレオカメラの両方の対物レンズの前に接続されている。画像再現の際には観察者は有利にはメガネをかける。このメガネは一方の眼の前に透過領域Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１を有する干渉フィルタ及び他方の眼の前に透過領域Ｂ２、Ｇ２、Ｒ２を有する干渉フィルタを含む。これによって、左の眼は専ら左のカメラ対物レンズによって撮影されたカラー画像を受け取り、右の眼は専ら右のカメラ対物レンズによって撮影されたカラー画像を受け取る。これによってとりわけ高い色の忠実さ及び彩度を有する立体視が得られる。

本発明を次に２つの実施例に基づいて概略的な図面を参照しつつ記述する。

ＤＩＮ６１６４による色度図を示す。 本発明の、前方にセットされたビームスプリッタＳＴ１を有するカメラＫ１及びカメラＫ２から成る画像撮影システムを示す。 図２のダイクロイックミラーＤ１の透過特性及び反射特性を示す線図である。 本発明の、カラー画像のプロジェクションのための装置、すなわち画像再現システムを示す。 図４のダイクロイックミラーＤ２の透過特性及び反射特性を示す線図である。 本発明により拡大された色空間を表す色度図を示す。 本発明の２つの干渉フィルタの透過特性を示す線図であり、ａはＩＦ１，ｂはＩＦ２である。

図２は、前方にセットされたビームスプリッタＳＴ１を有するカメラＫ１及びカメラＫ２から成る画像撮影システムを示す。このビームスプリッタＳＴ１はモジュールとしてミラーＳ１、Ｓ２、Ｓ３と図３に示されているような透過特性及び反射特性を有するダイクロイックミラーＤ１とから成る。撮影対象からＤ１に入射する光は２つの部分光束にスペクトル分解される。ミラーＳ２及びＳ３を介してカメラＫ１に到達する部分光束はスペクトル的に３つの成分Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１から成り、これらの成分は例えば波長領域
Ｂ１ ４３５〜４５５ｎｍ
Ｇ１ ５１０〜５３０ｎｍ
Ｒ１ ６００〜６２０ｎｍ
をカバーする。

ミラーＳ１を介してカメラＫ２に到達する部分光束は光束１に対して相補的なスペクトルから構成される。

図４はカラー画像のプロジェクションのための装置（画像再現システムとも呼ぶ）を示し、この装置は、広帯域スペクトルを放射する温度放射体を有するプロジェクションランプＰＬ、原理的にはビームスプリッタＳＴ１と同一の構造を有するビームスプリッタＳＴ２、例えばライトバルブ技術に基づいて作動する２つのカラー画像変調器ＦＭ１及びＦＭ２、原理的にはＳＴ１と同一の構造を有するビーム結合器ＳＶ、プロジェクション対物レンズＯｂ及びディスプレイＳから成る。カラー画像変調器の内部構造は従来技術から得られる（G.Derra et al., "UHP-Lampen: Lichtquellen extrem hoher Leuchtdichte fuer das Projektionsfernsehen", Phys. Blaetter, 54 (1998, Nr.9)）。ビーム結合器ＳＶは部分光束をカラー画像変調器ＦＭ１及びＦＭ２におけるそれらの変調の後で再び合成する。この場合、カラー画像変調器ＦＭ１はカメラ１からの画像情報を含み、カラー画像変調器ＦＭ２はカメラ２からの画像情報を含む。このビーム結合器ＳＶに含まれるダイクロイックミラーＤ２は、図５に示されているような透過特性及び反射特性を有する。この透過及び反射特性によって、このビーム結合器ＳＶから放出される光束はスペクトル的に６つの領域から成ることが実現される。スペクトル領域Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１の他に、スペクトルにおいて成分Ｂ２、Ｇ２、Ｒ２が存在する。これらの成分は例えば波長領域
Ｂ２ ４６０〜４８０ｎｍ
Ｇ２ ５３５〜５５５ｎｍ
Ｒ２ ６２５〜６４５ｎｍ
をカバーする。

この装置を用いて実行可能な画像撮影方法及び画像再現方法は、既存の方法では通常はそうであるように３つの原刺激ではなく、６つの原刺激を利用する。これらの６つの原刺激はスペクトル領域Ｂ１、Ｂ２、Ｇ１、Ｇ２、Ｒ１、Ｒ２に相応する。これによって図６に示されているように拡大された色空間が表示可能である。既に画像撮影の際のスペクトル分解によって、ビームスプリッタＳＴ２を用いて、上記の方法による拡大された色空間が表示できるだけでなく、充分に再生可能である。この事情を明瞭にするために、λ＝４５０ｎｍを有するスペクトル純度の高い光が図２に示されるような画像撮影システム（＝カラー変調器ＦＭ１、ＦＭ２）に入射すると想定する。ＳＴ１におけるビーム分割に基づいてカメラ１の青色スペクトル領域だけが反応する。相応して図４の画像再現システムのカラー変調器ＦＭ１において青のスペクトル領域に対するライトバルブだけが開く。ビーム結合器ＳＶにおけるビーム結合の後ではスペクトルにおいて原刺激Ｂ１だけが存在し、ディスプレイＳ上には青色のほぼ飽和された色印象を発生する。波長領域
４３０〜４８０ｎｍ
における青の原刺激による既存の方法の場合には、再現された彩度、すなわち色再現の忠実さは明らかにより小さいだろう。

変形実施例ではモジュールとしてのビームスプリッタ装置ＳＴ１が必要ない。カメラ１及びカメラ２はこの場合立体画像ペア（stereoskopisches Bildpaar）を撮影する。図４による画像再現の際にはカメラ１によって撮影された左の画像の画像情報が原刺激Ｂ１、Ｇ１、Ｒ１に含まれている。右の画像の画像情報は原刺激Ｂ２、Ｇ２、Ｒ２に含まれている。観察者側において、図７ａ（ＩＦ１）及び図７ｂ（ＩＦ２）に示されているような透過特性を有する干渉フィルタＩＦ１及びＩＦ２を含んでいる付加的なメガネＢによって、観察者の左眼は左の画像だけを受け取り、観察者の右眼は右の画像だけを受け取ることが実現される。これによって観察者において立体画像の印象が生じる。

実施例１に記述されたような向上したカラー再現の忠実さを有する画像撮影モードと実施例２に記述されたような立体画像撮影モードとの間では、完結したモジュールとしてのビームスプリッタＳＴ１、ＳＴ２を取り付けること又は取り外すことによって簡単に交互に切り換えることができる。さらに別の方法は、ビーム路からミラーＳ１及びＳ２を傾けて外すことである。

ＳＴ１ ビームスプリッタ、 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ ミラー、 Ｄ１ 第１のダイクロイックミラー、 Ｋ１，Ｋ２ カメラ、 ＳＴ２ ビームスプリッタ、 ＦＭ１，ＦＭ２ カラー画像変調器、 ＳＶ ビーム結合器、 Ｄ２ 第２のダイクロイックミラー、 Ｏｂ プロジェクション対物レンズ、 Ｓ ディスプレイ、 Ｂ メガネ、 ＩＦ１，ＩＦ２ 干渉フィルタ

Claims (3)

1. カラー画像を撮像するための装置において、
   ビームスプリッタ（ＳＴ１）と、第１のカメラ（Ｋ１）と、第２のカメラ（Ｋ２）とを有し、
   前記ビームスプリッタ（ＳＴ１）は、人間の眼の青色受容体の波長領域の内側にある青色波長領域の一部（Ｂ１）と、人間の眼の緑色受容体の波長領域の内側にある緑色波長領域の一部（Ｇ１）と、人間の眼の赤色受容体の波長領域の内側にある赤色波長領域の一部（Ｒ１）とからなる第１の部分光束（Ｂ１，Ｇ１，Ｒ１）を透過させ、その他の波長領域からなり、且つ、前記第１の部分光束（Ｂ１，Ｇ１，Ｒ１）と相補的な別の部分光束を反射するダイクロイックミラー（Ｄ１）を有し、
   前記第１のカメラ（Ｋ１）には、前記第１の部分光束（Ｂ１，Ｇ１，Ｒ１）が入射し、
   前記第２のカメラ（Ｋ２）には、前記別の部分光束が入射することを特徴とする、カラー画像を撮像するための装置。
2. 前記ビームスプリッタ（ＳＴ１；ＳＴ２）は少なくとも１つのミラーを含む、請求項１記載の装置。
3. 前記青色波長領域の一部（Ｂ１）は４３５〜４５５ｎｍの波長領域を有し、前記緑色波長領域の一部（Ｇ１）は５１０〜５３０ｎｍの波長領域を有し、前記赤色波長領域の一部（Ｒ１）は６００〜６２０ｎｍの波長領域を有する、請求項１または２記載の装置。

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