JP5213781B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置に係り、主に、電子スコープなどに適用される撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus, and more particularly to an imaging apparatus applied to an electronic scope or the like.
特許文献１に記載された発明は、観察対象を読み取った画像の色域を人の色域と一致させて出力することができる忠実色再現フィルタであり、図７に示す通り、三つの分光感度（Ｓ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ））を備え、カメラに搭載されることにより、人間の眼の感度に忠実（正確）な色情報を取得することにより、異なったカメラ間での色差をなくすことができるように意図されている。 The invention described in Patent Document 1 is a faithful color reproduction filter that can output a color gamut of an image obtained by reading an observation object in accordance with a human color gamut. As shown in FIG. (S 1 (λ), S 2 (λ), S 3 (λ)), and is mounted on the camera, so that color information faithful to human eye sensitivity (accurate) is acquired, and thus different. It is intended to eliminate the color difference between the cameras.
しかしながら、このような色フィルタに分光感度を設定しカメラ側で忠実色再現技術を適用した製品の生産においては、ＣＣＤの分光感度によってカメラの総合感度が左右されるので、実際には製品化が困難である。しかも、カメラ側で忠実色再現技術を適用するものであるので、忠実色再現技術の適用範囲が狭くなるという問題もある。例えば、内視鏡などはファイバーの先端部に設けられたカメラ部の大きさに制約があるため、カメラ部への忠実色再現フィルタの搭載が物理的に困難であり、内視鏡などへの適用ができないという問題がある。さらに、コスト面の制約があることも無論である。 However, in the production of products in which spectral sensitivity is set for such color filters and faithful color reproduction technology is applied on the camera side, the overall sensitivity of the camera depends on the spectral sensitivity of the CCD. Have difficulty. Moreover, since the faithful color reproduction technique is applied on the camera side, there is a problem that the application range of the faithful color reproduction technique is narrowed. For example, endoscopes and the like have restrictions on the size of the camera unit provided at the tip of the fiber, so it is physically difficult to mount a faithful color reproduction filter on the camera unit. There is a problem that it cannot be applied. Of course, there are cost constraints.
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、実際の色再現技術の製品化に資するとともに、忠実色再現技術の適用範囲を拡大すること、忠実色再現技術に係るコストを低減させることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, contributes to the commercialization of actual color reproduction technology, expands the range of application of faithful color reproduction technology, and reduces the cost of faithful color reproduction technology. The purpose is to let you.
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明の撮像装置１は、図１、２に示す通り、分光反射率Ｒ（λ）の観察対象２に対して、三つの発光スペクトル分布（Ｌ1（λ），Ｌ2（λ），Ｌ3（λ））を有する照明光を生成する照明部３と、前記観察対象２の反射光を検出する、一つの分光感度Ｋ（λ）を備えた第１カメラ４と、を備えている。 In order to achieve the above object, the imaging device 1 according to the first aspect of the present invention has three emission spectrum distributions (L 1 ) for the observation object 2 having the spectral reflectance R (λ) as shown in FIGS. (Λ), L 2 (λ), L 3 (λ)) for generating illumination light 3 and one spectral sensitivity K (λ) for detecting reflected light of the observation object 2 A first camera 4.
また、この一つの分光感度Ｋ（λ）、並びに、図３に示す通り、発光スペクトル分布Ｅ（λ）を持つ照明下でＣＩＥ−ＸＹＺ等色関数の線形変換である三つの分光感度（Ｓ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ））を忠実色再現カメラである第２カメラＭに総合感度として設定する場合における、この発光スペクトル分布Ｅ（λ）及び分光感度（Ｓ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ））に基づいて、第２カメラの出力と等価になるように、図２に示す発光スペクトル分布（Ｌ1（λ），Ｌ2（λ），Ｌ3（λ））を照明部３に設定したものである。 In addition, this one spectral sensitivity K (λ) and three spectral sensitivities (S 1 ) that are linear transformations of the CIE-XYZ color matching functions under illumination having an emission spectral distribution E (λ) as shown in FIG. In the case where (λ), S 2 (λ), S 3 (λ)) are set as the total sensitivity in the second camera M which is a faithful color reproduction camera, the emission spectrum distribution E (λ) and the spectral sensitivity (S 1). Based on (λ), S 2 (λ), S 3 (λ)), the emission spectrum distributions (L 1 (λ), L 2 (λ) shown in FIG. 2 are equivalent to the output of the second camera. ), L 3 (λ)) is set in the illumination unit 3.
この発光スペクトル分布（Ｌ1（λ），Ｌ2（λ），Ｌ3（λ））は、次の数式１で計算される。なお、詳細は後述する。
照明部３は、ランプと色フィルタを備えることが好ましい。 The illumination unit 3 preferably includes a lamp and a color filter.
また、本発明は、第１カメラ４からの出力を変換して三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚを取得することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the tristimulus values X, Y, and Z are obtained by converting the output from the first camera 4.
第１カメラ４からの出力は演算処理装置５で処理することが好ましいが、第１カメラ４に演算処理装置５を内蔵させてもよい。第１カメラ４はレンズと固体撮像素子を備えることが好ましいが、種々なる態様で実施可能である。 Although the output from the first camera 4 is preferably processed by the arithmetic processing device 5, the arithmetic processing device 5 may be incorporated in the first camera 4. The first camera 4 preferably includes a lens and a solid-state image sensor, but can be implemented in various ways.
図５に示す通り、前記照明部３が分光透過率ＯL（λ）の照明光学系を備え、第１カメラ４が分光透過率ＯD（λ）の受光光学系を備え、Ｋ（λ）をＫ´（λ）、分光透過率ＯL（λ）及び分光透過率ＯD（λ）の積で補正することが好ましい。ここでは、Ｋ（λ）＝Ｋ´（λ）×ＯL（λ）×ＯD（λ）である。この補正の態様は種々に設定可能であり、例えば、発光スペクトル分布（Ｌ1（λ），Ｌ2（λ），Ｌ3（λ））を分光透過率ＯL（λ）の照明光学系で補正し、Ｋ（λ）を受光光学系の分光透過率ＯD（λ）で補正してもよい。 As shown in FIG. 5, the illumination unit 3 includes an illumination optical system having a spectral transmittance O L (λ), the first camera 4 includes a light receiving optical system having a spectral transmittance O D (λ), and K (λ). Is preferably corrected by the product of K ′ (λ), spectral transmittance O L (λ), and spectral transmittance O D (λ). Here, K (λ) = K ′ (λ) × O L (λ) × O D (λ). The mode of this correction can be set in various ways. For example, the emission spectrum distribution (L 1 (λ), L 2 (λ), L 3 (λ)) is converted into an illumination optical system having a spectral transmittance O L (λ). Correction may be made to correct K (λ) with the spectral transmittance O D (λ) of the light receiving optical system.
さらに、照明部３の照明と前記第１カメラ４の露光タイミングとを同期させる同期部６（図５参照）を備えることが好ましい。 Furthermore, it is preferable to include a synchronization unit 6 (see FIG. 5) that synchronizes the illumination of the illumination unit 3 and the exposure timing of the first camera 4.
つぎに本発明の撮像装置１は、理論を交えながら具体的態様を説明すると、三つの分光感度（Ｓ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ））と等価な三つの発光スペクトル分布（Ｌ1（λ），Ｌ2（λ），Ｌ3（λ））を照明部３に設定したものである。撮像装置１は、撮像装置Ａをベースに発明されたものであり、撮像装置Ａでは第２カメラＭで三つの分光感度（Ｓ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ））を設定して、可能な限り平坦な発光スペクトル分布とした照明部を備えたものである。 Next, the imaging device 1 of the present invention will be described with reference to a specific embodiment with a theory. Three light emission equivalent to three spectral sensitivities (S 1 (λ), S 2 (λ), S 3 (λ)). The spectral distribution (L 1 (λ), L 2 (λ), L 3 (λ)) is set in the illumination unit 3. The image pickup apparatus 1 is invented based on the image pickup apparatus A. In the image pickup apparatus A, the third camera M uses three spectral sensitivities (S 1 (λ), S 2 (λ), S 3 (λ)). Is provided, and the illumination unit has an emission spectrum distribution that is as flat as possible.
このように、撮像装置１は、図３に示す第２カメラＭと等価な、等色関数に基づく照明による撮像装置１である（図１参照）。 As described above, the imaging device 1 is an imaging device 1 that uses illumination based on the color matching function, which is equivalent to the second camera M shown in FIG. 3 (see FIG. 1).
また、撮像装置Ａは、特許文献１が色フィルタに三つの分光感度（Ｓ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ））を設定しているのに対して、第２カメラＭにこの分光感度を設定している点で相違している。 The imaging apparatus A has a second camera, whereas Patent Document 1 sets three spectral sensitivities (S 1 (λ), S 2 (λ), S 3 (λ)) in the color filter. The difference is that this spectral sensitivity is set to M.
なお、この発光スペクトル分布（Ｌ1（λ），Ｌ2（λ），Ｌ3（λ））は色フィルタから出る照射光のものであるが、受光光学系で補正した後のものでもよい。 The emission spectrum distribution (L 1 (λ), L 2 (λ), L 3 (λ)) is that of the irradiation light emitted from the color filter, but it may be that after correction by the light receiving optical system.
図２のグラフに示す通り、照明部３からの照明光は三つの発光スペクトル分布（Ｌ1（λ），Ｌ2（λ），Ｌ3（λ））を備え、観察対象２は分光反射率Ｒ（λ）を有し、カメラ３は、モノクロームカメラであるので、一つの分光感度Ｋ（λ）を備えている。 As shown in the graph of FIG. 2, the illumination light from the illumination unit 3 has three emission spectrum distributions (L 1 (λ), L 2 (λ), L 3 (λ)), and the observation object 2 has a spectral reflectance. Since R (λ) and the camera 3 is a monochrome camera, it has one spectral sensitivity K (λ).
図２（ａ）にその一例を示す通り、発光スペクトル分布Ｌ3（λ）は、図４（ｃ）のＳ３（λ）と同様の曲線である。Ｌ2（λ）はＳ2（λ）と対比して歪んでおり頭頂部が右に傾斜して曲線となっている。Ｌ１（λ）はＳ１（λ）と対比して歪んでおり、左側のカーブは傾斜が大きくなっており、右側のカーブは頭頂部付近でピークを複数（ここでは２個）有している。ここでは発光スペクトル分布Ｌ1（λ），Ｌ2（λ），Ｌ3（λ）は、数式１より、カメラ４の分光感度の曲線が変更されれば、それに対応して、その曲線が変更される。 As shown in FIG. 2A as an example, the emission spectrum distribution L 3 (λ) is a curve similar to S 3 (λ) in FIG. L 2 (λ) is distorted as compared with S 2 (λ), and the top of the head is curved to the right. L 1 (λ) is distorted as compared to S 1 (λ), the left curve has a large slope, and the right curve has a plurality of peaks (two in this case) near the top of the head. Yes. Here, the emission spectral distributions L 1 (λ), L 2 (λ), and L 3 (λ) are changed corresponding to the curve of the spectral sensitivity of the camera 4 according to Equation 1, if the curve is changed. Is done.
ここで、前記数式１のｋは第２カメラＭのゲインである。発光スペクトル分布Ｅ（λ）は図３に示す撮像装置Ａの照明部Ｌからの照明光の発光スペクトル分布であり、また、三つの分光感度（Ｓ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ））は、ＣＩＥ−ＸＹＺ等色関数を線形変換したものであり、第２カメラＭの分光感度である。ｌ（エル）は図１に示す第１カメラ４のゲインである。 Here, k in Equation 1 is the gain of the second camera M. The emission spectrum distribution E (λ) is the emission spectrum distribution of the illumination light from the illumination unit L of the imaging apparatus A shown in FIG. 3, and the three spectral sensitivities (S 1 (λ), S 2 (λ), S 3 (λ)) is a linear conversion of the CIE-XYZ color matching function, and is the spectral sensitivity of the second camera M. l is a gain of the first camera 4 shown in FIG.
つぎに数式１の導出過程について説明する。まず、図３の撮像装置Ａにおいて、発光スペクトル分布Ｅ（λ）を持つ光によって分光反射率Ｒ（λ）を持つ観察対象２が照明されている。第２カメラＭが、等色関数ｘ（λ），ｙ（λ），ｚ（λ）の線形変換である（Ｓ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ））の３つの分光感度を持つように総合感度が設定されている。（等色関数は通常その文字の上に「横線」を付してエックスバーなどと表現するが、本明細書では簡単のため「横線」を省略して示す。）このため、第２カメラＭの総合感度がＳ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ）となるように、色フィルタの分光感度が設定してある。 Next, the process of deriving Equation 1 will be described. First, in the imaging apparatus A of FIG. 3, the observation object 2 having the spectral reflectance R (λ) is illuminated by the light having the emission spectrum distribution E (λ). The second camera M has three (S 1 (λ), S 2 (λ), S 3 (λ)) linear transformations of the color matching functions x (λ), y (λ), z (λ). The total sensitivity is set to have spectral sensitivity. (The color matching function is usually expressed as “X bar” with “horizontal line” on the character, but in this specification, “horizontal line” is omitted for simplicity.) For this reason, the second camera M The spectral sensitivities of the color filters are set so that the total sensitivity is S 1 (λ), S 2 (λ), and S 3 (λ).
この第２カメラＭで観察対象２を撮像すると、第２カメラＭの出力（Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3）は、次の数式２になる。このカメラ出力を演算処理装置で三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚに変換し、映像装置側でＲＧＢ信号を生成している。
一方、図２の撮像装置１において、第１カメラ４の出力は次の数式３になる。
撮像装置Ａと等価な撮像装置１を取得するためには、第２カメラＭと第１カメラ４の出力を等しくすれば良いので、Ｃi＝Ｃi′（i＝1，2，3）であればよい。数式２と数式３により、数式１のＬi（λ）を求めることができる。これにより、等価な照明部３を得ることができる。 In order to obtain the imaging device 1 equivalent to the imaging device A, the outputs of the second camera M and the first camera 4 may be equalized, so that C i = C i ′ (i = 1, 2, 3). I just need it. From Equations 2 and 3, Li (λ) in Equation 1 can be obtained. Thereby, the equivalent illumination part 3 can be obtained.
数式１を満足する３つの発光スペクトル分布Ｌi（λ）：i＝1，2，3を持つ照明を順次行い、一つの分光感度Ｋ（λ）を持つカメラで、その都度撮像する。カメラ出力Ｃi′の計算について、波長に関して、たとえば、380nmから780nmに亘り計算し、その総和を計算する。得られた３枚の画像Ｃ´1，Ｃ´2，Ｃ´3から色変換マトリクスＭにより発光スペクトル分布Ｅ（λ）を持つ照明の場合と同じ三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ画像を得ることができる。 Illumination having three emission spectrum distributions Li (λ) satisfying Equation 1: i = 1, 2, 3 is sequentially performed, and images are taken each time with a camera having one spectral sensitivity K (λ). Regarding the calculation of the camera output C i ′, the wavelength is calculated from 380 nm to 780 nm, for example, and the sum is calculated. Obtaining the same tristimulus X, Y, and Z images from the obtained three images C ′ 1 , C ′ 2 , C ′ 3 by the color conversion matrix M as in the case of illumination having the emission spectrum distribution E (λ). Can do.
即ち、第１カメラ４の出力をＣ´、色変換マトリクスをＭとすると、観察対象２の三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ画像（カラー画像）Ｘは、数式４で記述される。
ここで、Ｍは３×３、３×６、あるいは３×９のマトリクスである。Ｘ＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）T、Ｘ，Ｙ，ＺはＸＹＺ表色系における三刺激値であり、また、Ｃ´＝（Ｃ´1，Ｃ´2，Ｃ´3）Tである。上付き文字Ｔは転置行列を表す。演算処理装置（たとえばパソコンなど）で第１カメラ４の出力を数式４で変換することにより、正確な三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚの取得が可能になる。さらに映像装置側（たとえば液晶表示装置）でこの三刺激値Ｘ，Ｙ，ＺをＲＧＢ信号に変換すると、人の色域と等しい画像を取得でき、観察対象２の色を正確に再現できる。 Here, M is a 3 × 3, 3 × 6, or 3 × 9 matrix. X = (X, Y, Z) T , X, Y, Z are tristimulus values in the XYZ color system, and C ′ = (C ′ 1 , C ′ 2 , C ′ 3 ) T. The superscript T represents a transposed matrix. An accurate tristimulus value X, Y, and Z can be obtained by converting the output of the first camera 4 using Equation 4 with an arithmetic processing unit (for example, a personal computer or the like). Further, when the tristimulus values X, Y, and Z are converted into RGB signals on the video device side (for example, a liquid crystal display device), an image equal to the human color gamut can be acquired, and the color of the observation object 2 can be accurately reproduced.
本発明によれば、カメラの感度に左右されない忠実色再現技術を製品化できる。また、照明部に３つの発光スペクトル分布を設定し忠実色再現カメラと等価な特性を備えさせ、これにより小さなカメラにも忠実色再現技術を適用できるようにしたので、忠実色再現技術の適用範囲を内視鏡などに拡大することができ、その工業的利用価値は大である。また、カメラは一つの分光感度を持てばよいため、モノクロームカメラを採用できるなど、コストを削減できる効果をも有する。 According to the present invention, a faithful color reproduction technique that is not influenced by the sensitivity of the camera can be commercialized. In addition, the three emission spectrum distributions are set in the illumination unit, and the characteristics equivalent to those of the faithful color reproduction camera are provided, so that the faithful color reproduction technology can be applied to small cameras. Can be expanded to endoscopes and the like, and its industrial utility value is great. In addition, since the camera only needs to have one spectral sensitivity, it is possible to reduce costs, such as a monochrome camera.
以下、本発明における好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiments described below do not limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, all of the configurations described below are not necessarily essential requirements of the present invention.
図８に示す通り、電子スコープ１０（たとえば、内視鏡など）は、分光反射率Ｒ（λ）の観察対象２０に対して、三つの発光スペクトル分布（Ｌ1（λ），Ｌ2（λ），Ｌ3（λ））を有する照明光を照射する照明部３０と、観察対象２０の反射光を検出する、一つの分光感度Ｋ´（λ）を備えたモノクロームカメラである第１カメラ４０と、演算処理装置５０と、同期部６０と、を備えている。以下、詳細を説明する。 As shown in FIG. 8, the electronic scope 10 (for example, an endoscope or the like) has three emission spectrum distributions (L 1 (λ), L 2 (λ) with respect to the observation target 20 having the spectral reflectance R (λ). ), L 3 (λ)), and a first camera 40 that is a monochrome camera having a single spectral sensitivity K ′ (λ) for detecting the reflected light of the observation target 20 and the illumination unit 30 that emits the illumination light having L 3 (λ)). And an arithmetic processing unit 50 and a synchronization unit 60. Details will be described below.
照明部３０は、たとえばLEDなどから構成されるランプ３１と、色フィルタ３２Ａ〜３２Ｃと、集光レンズ３３と、ライトガイド３４と、照明レンズ３５と、を備えている。集光レンズ３３、ライトガイド３４、及び照明レンズ３５は、図５に示す分光透過率ＯL（λ）の照明光学系を構成する。 The illumination unit 30 includes a lamp 31 composed of, for example, LEDs, color filters 32A to 32C, a condenser lens 33, a light guide 34, and an illumination lens 35. The condenser lens 33, the light guide 34, and the illumination lens 35 constitute an illumination optical system having a spectral transmittance O L (λ) shown in FIG.
電子スコープ１０は、１個のランプ３１を用いて、この光源の前方に回転式の色フィルタ３２Ａ〜３２Ｃを設けた構成としている。色フィルタ３２Ａ〜３２Ｃは、各々異なる分光特性を有する色フィルタを有する３セグメントカラーホイールを採用することができ、図示しない回転駆動装置によって回転駆動される。 The electronic scope 10 uses a single lamp 31 and has a configuration in which rotary color filters 32A to 32C are provided in front of the light source. Each of the color filters 32A to 32C can adopt a three-segment color wheel having color filters having different spectral characteristics, and is rotationally driven by a rotation driving device (not shown).
この色フィルタ３２Ａ〜３２Ｃは、半径方向における各色領域の所定位置（例えば中央部）に光軸が位置するようにランプ３１の前方に設置する。そして、色フィルタ３２Ａ〜３２Ｃを、中心点Ｏ（図示略）を中心に所定角度ずつ回転させることにより、各色の光を順次集光レンズ３３へ照射させる。 The color filters 32 </ b> A to 32 </ b> C are installed in front of the lamp 31 so that the optical axis is located at a predetermined position (for example, the central portion) of each color region in the radial direction. Then, the color filters 32 </ b> A to 32 </ b> C are rotated by a predetermined angle around a center point O (not shown), so that light of each color is sequentially irradiated onto the condenser lens 33.
このような構成によって、観察対象２０から得られる画像の色域を人の色域と一致させて出力することができる。なお、１個のランプ３１に代えて、同様の特性を備えた３個の光源を用いてもよい。 With such a configuration, the color gamut of the image obtained from the observation target 20 can be output in accordance with the human color gamut. Note that three light sources having similar characteristics may be used instead of the single lamp 31.
照明部３の照明光が、下に示す数式５に基づいて計算される発光スペクトル分布（Ｌ1（λ），Ｌ2（λ），Ｌ3（λ））を備えるように、照明部３に発光スペクトル分布を設定したものである。ここでは、色フィルタ３２A〜３２Cから出る光の発光スペクトル分布としてあるが、色フィルタ３２A〜３２Cを経て照明光学系（集光レンズ３３、ライトガイド３４、及び照明レンズ３５）から観察対象物２に照射される光の発光スペクトル分布として設定してもよい。
ここで、ｋは第２カメラＭのゲインである。発光スペクトル分布Ｅ（λ）は図３に示す撮像装置Ａの照明部Ｌからの照明光の発光スペクトル分布であり、また、図７の右側のグラフに示す三つの分光感度（Ｓ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ））は、ＣＩＥ−ＸＹＺ等色関数を線形変換したものであり、図３の撮像装置Ａの第２カメラＭの総合分光感度である。ｌ（エル）は第１カメラ４０のゲインである。 Here, k is the gain of the second camera M. The emission spectrum distribution E (λ) is the emission spectrum distribution of the illumination light from the illumination unit L of the imaging device A shown in FIG. 3, and the three spectral sensitivities (S 1 (λ) shown in the graph on the right side of FIG. , S 2 (λ), S 3 (λ)) is obtained by linearly transforming the CIE-XYZ color matching function and is the total spectral sensitivity of the second camera M of the imaging apparatus A in FIG. l (el) is the gain of the first camera 40.
図８の撮像装置１０の照明部３０は、図３のカメラMと同様の特性を有し、発光スペクトル分布（Ｌ1（λ），Ｌ2（λ），Ｌ3（λ））となる照明光を生成するものである。色フィルタ３２Ａ〜３２Ｃからの照明光が発光スペクトル分布（Ｌ1（λ），Ｌ2（λ），Ｌ3（λ））となるように照明部３０を設計してある。なお、図３の構成については既に述べた。 The illumination unit 30 of the imaging device 10 in FIG. 8 has the same characteristics as the camera M in FIG. 3, and has an illumination spectrum distribution (L 1 (λ), L 2 (λ), L 3 (λ)). It generates light. The illumination unit 30 is designed so that the illumination light from the color filters 32A to 32C has an emission spectrum distribution (L 1 (λ), L 2 (λ), L 3 (λ)). The configuration in FIG. 3 has already been described.
三つの分光感度（Ｓ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ））について詳細に説明する。図中のＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数を線形変換して得られる分光感度を基にした特性をそれぞれ示している。すなわち、この３バンド忠実色再現カメラＭの規格化感度は、図７の左側のグラフの等色関数を線形変換したものであり、すべて正の値を持ち、単独のピークを持ち、互いの重なりが最小になるようにしたものである。 The three spectral sensitivities (S 1 (λ), S 2 (λ), S 3 (λ)) will be described in detail. S 1 , S 2 , and S 3 in the figure respectively indicate characteristics based on spectral sensitivity obtained by linear conversion of XYZ color matching functions defined by CIE. That is, the standardized sensitivity of the three-band faithful color reproduction camera M is obtained by linearly converting the color matching functions in the graph on the left side of FIG. 7, all having positive values, having a single peak, and overlapping each other. Is to minimize.
Ｓ１はピーク波長が５８２ｎｍで、１／２幅が５２３〜６２９ｎｍ、１／１０幅が４９１〜６６３ｎｍである。 S 1 has a peak wavelength of 582 nm, a ½ width of 523 to 629 nm, and a 1/10 width of 491 to 663 nm.
Ｓ２は、ピーク波長が５４３ｍｍで、１／２幅が５０６〜５８９ｎｍ、１／１０幅が４６４〜６３２ｎｍである。 S 2 has a peak wavelength of 543 mm, a ½ width of 506 to 589 nm, and a 1/10 width of 464 to 632 nm.
Ｓ３は、ピーク波長が４４６ｎｍで、１／２幅が４２３〜４７８ｎｍ、１／１０幅が４０９〜５０８ｎｍである。 S 3 is a peak wavelength of 446 nm, 1/2 width 423~478nm, 1/10 width is 409～508Nm.
なお、前記分光特性は、それぞれのピーク波長が４ｎｍ、３ｎｍ、７ｎｍの範囲で移動しても実質的に画質は損なわれない。 The spectral characteristics of the spectral characteristics are not substantially impaired even if the respective peak wavelengths move within the range of 4 nm, 3 nm, and 7 nm.
ここで、三つの分光感度（Ｓ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ））は次の数式６を用いて求めた。分光特性自体についての詳細は特許文献１を参照されたい。
つぎに、第１カメラ４０は、対物レンズ４１と、この対物レンズ４１の後方に配置された固体撮像素子（ここではＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）４２と、を備えている。対物レンズ４１は分光透過率ＯD（λ）の受光光学系を構成する。数式１のＫ（λ）をＫ´（λ）、分光透過率ＯL（λ）及び分光透過率ＯD（λ）の積で補正することにより、数式５によりＬi（λ）が設定される。つまり、照明光学系と受光光学系の分光透過率ＯL（λ），ＯD（λ）とカメラの分光感度Ｋ′（λ）の積であるＯL（λ）×ＯD（λ）×Ｋ´（λ）が、数式１のＫ（λ）の代わりとなる。なお、Ｌi（λ）の補正はこれには限定されず、種々なる態様で設定できる。 Next, the first camera 40 includes an objective lens 41 and a solid-state imaging device (here, CCD, CMOS, etc.) 42 disposed behind the objective lens 41. The objective lens 41 constitutes a light receiving optical system having a spectral transmittance O D (λ). By correcting K (λ) in Equation 1 by the product of K ′ (λ), spectral transmittance O L (λ) and spectral transmittance O D (λ), L i (λ) is set according to Equation 5. The That is, O L (λ) × O D (λ) × the product of the spectral transmittances O L (λ), O D (λ) of the illumination optical system and the light receiving optical system and the spectral sensitivity K ′ (λ) of the camera. K ′ (λ) is substituted for K (λ) in Equation 1. The correction of L i (λ) is not limited to this, and can be set in various modes.
また、撮像装置１０は、演算処理装置５０と、照明部３０の照明と第１カメラ４０の露光タイミングとを同期させる同期部６０とをそなえている。 The imaging device 10 also includes an arithmetic processing device 50 and a synchronization unit 60 that synchronizes the illumination of the illumination unit 30 and the exposure timing of the first camera 40.
以上のように構成された撮像装置１０によれば、ランプ３１から照射された光は、色フィルタ３２Ａ〜３２Ｃを透過し、この時点で、照明光は発光スペクトル分布Ｌi（λ）を備え、そして、集光レンズ３３で集光され、ライトガイド３４を透過して、照明レンズ３５から観察対象２０に照射される。 According to the imaging device 10 configured as described above, the light emitted from the lamp 31 passes through the color filters 32A to 32C, and at this time, the illumination light has the emission spectrum distribution L i (λ), Then, the light is condensed by the condenser lens 33, passes through the light guide 34, and is irradiated from the illumination lens 35 onto the observation target 20.
そして、観察対象２０から反射された光は、対物レンズ４１を介して、固体撮像素子４２に入り、観察対象２０の像を結像する。カメラ４０から演算処理装置５０と同期部６０へ、それぞれ異なった色フィルタ３２Ａ〜３２Ｃに基づく照明に対応する色域のカメラ出力が出される。カメラ出力を演算処理装置５０で演算処理し、三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ信号が生成される。この三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚ信号は映像装置側で処理し、ＲＧＢ信号を生成するが、演算処理装置５０で演算処理し、ＲＧＢ信号を出力してもよい。 Then, the light reflected from the observation target 20 enters the solid-state imaging device 42 via the objective lens 41 and forms an image of the observation target 20. A camera output of a color gamut corresponding to illumination based on different color filters 32A to 32C is output from the camera 40 to the arithmetic processing unit 50 and the synchronization unit 60, respectively. The camera output is arithmetically processed by the arithmetic processing unit 50 to generate tristimulus values X, Y, and Z signals. The tristimulus values X, Y, and Z signals are processed on the video apparatus side to generate RGB signals. However, the arithmetic processing apparatus 50 may perform arithmetic processing and output the RGB signals.
演算処理装置５０は高速で動作し、各画像信号に基づいて、画像の色についての色度値をリアルタイムで得る。演算処理装置５０による演算は、前記した数式と理論的概念によって計算される。 The arithmetic processing unit 50 operates at high speed, and obtains chromaticity values for the colors of the image in real time based on each image signal. The calculation by the calculation processing device 50 is calculated by the above mathematical formula and theoretical concept.
このように、電子スコープ１０は、ＣＩＥが定めたＸＹＺ等色関数を線形変換して得られる分光感度を有する第２カメラＭと等価な分光特性の設定された発光スペクトル分布を備えた照明部３を用いて照明光を生成する。これに基づいて、計算方式と理論的概念によって、観察対象２０の色についての色度値を得ることができる。これにより、観察対象２０から取得された画像の色域を人の色域と一致させて出力することができる。 As described above, the electronic scope 10 includes the illumination unit 3 having an emission spectrum distribution in which spectral characteristics equivalent to those of the second camera M having spectral sensitivity obtained by linearly converting the XYZ color matching functions determined by the CIE are set. Is used to generate illumination light. Based on this, the chromaticity value for the color of the observation object 20 can be obtained by the calculation method and the theoretical concept. Thereby, the color gamut of the image acquired from the observation target 20 can be made to match the human color gamut and output.
なお、本実施の形態では、１個のランプ３１と３個の色フィルタ３２Ａ〜３２Ｃを用いた構成の電子スコープ１０について説明したが、これに代えて３つの光源を用いた構成としてもよい。 In the present embodiment, the electronic scope 10 having the configuration using one lamp 31 and the three color filters 32A to 32C has been described. However, a configuration using three light sources may be used instead.
以上、詳しく説明した本実施の形態について、本発明の範囲内で種々の変形を施すことができる。本実施の形態では、図７の右側のグラフに示す規格化感度を線形変換により導出したが、必ずしもこのような線形変換によらない変換を行なった場合であっても、図７の右側のグラフに示す規格化感度と同じ範囲内にあるものは、実質的に特定マトリクスに基づくものと解されるべきであり、マトリクス変換以外の変換を排除する趣旨ではない。また、３つの色フィルタを用いたが、プログラマブル・フィルタ（可変フィルタ）を用いても良い。さらに、発光スペクトル分布の、照明光学系、受光光学系による補正の態様も種々に設定できる。 As described above, the embodiment described in detail can be variously modified within the scope of the present invention. In the present embodiment, the normalized sensitivity shown in the graph on the right side of FIG. 7 is derived by linear transformation. However, even when such a transformation not necessarily based on linear transformation is performed, the graph on the right side of FIG. Those within the same range as the normalized sensitivity shown in the above should be understood as being based on a specific matrix, and are not intended to exclude conversions other than matrix conversion. Further, although three color filters are used, a programmable filter (variable filter) may be used. Further, various modes of correcting the emission spectrum distribution by the illumination optical system and the light receiving optical system can be set.
ＣＣＤを撮像素子としたカメラ装置は安定性、信頼性が高く、家庭用のみならず産業用、保安用、その他のあらゆる分野に利用されている。こうした分野では正確な色情報の取得や異なったカメラ間で色差が認められないことが強く求められるので、本発明の撮像装置はこうした要求を満たすものとして広い利用が期待される。 A camera device using a CCD as an imaging device has high stability and reliability, and is used not only for home use but also for industrial use, security use, and other fields. In such a field, it is strongly required that accurate color information is acquired and no color difference is recognized between different cameras. Therefore, the imaging apparatus of the present invention is expected to be widely used to satisfy these requirements.
１…撮像装置 ２…観察対象 ３…照明部 ４…カメラ Ｍ…忠実色再現カメラ
Ａ…撮像装置 １０…電子スコープ ２０…観察対象 ３０…照明部
４０…モノクロームカメラ ３１…ランプ ３２Ａ〜３２Ｃ…色フィルタ
３３…集光レンズ ３４…ライトガイド ３５…照明レンズ ４１…対物レンズ
４２…固体撮像素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Imaging device 2 ... Observation object 3 ... Illumination part 4 ... Camera M ... Faithful color reproduction camera A ... Imaging apparatus 10 ... Electronic scope 20 ... Observation object 30 ... Illumination part 40 ... Monochrome camera 31 ... Lamp 32A-32C ... Color filter 33 ... Condensing lens 34 ... Light guide 35 ... Illumination lens 41 ... Objective lens 42 ... Solid-state imaging device
Claims (3)
前記観察対象の反射光を検出する、一つの分光感度Ｋ（λ）を備えた第１カメラと、を備え、
該一つの分光感度Ｋ（λ）、並びに、
発光スペクトル分布Ｅ（λ）を持つ照明下でＣＩＥ−ＸＹＺ等色関数の線形変換である三つの分光感度（Ｓ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ））を第２カメラに総合感度として設定する場合における、該発光スペクトル分布Ｅ（λ）及び前記分光感度（Ｓ1（λ），Ｓ2（λ），Ｓ3（λ））に基づいて、
前記第２カメラの出力と等価になるように、前記発光スペクトル分布（Ｌ1（λ），Ｌ2（λ），Ｌ3（λ））を前記照明部に設定することを特徴とする撮像装置。 An illumination unit that generates illumination light having three emission spectrum distributions (L 1 (λ), L 2 (λ), and L 3 (λ)) for an observation target of spectral reflectance R (λ);
A first camera having one spectral sensitivity K (λ) for detecting reflected light of the observation target;
The one spectral sensitivity K (λ), and
Three spectral sensitivities (S 1 (λ), S 2 (λ), S 3 (λ)), which are linear transformations of CIE-XYZ color matching functions under illumination having an emission spectrum distribution E (λ), are applied to the second camera. Based on the emission spectral distribution E (λ) and the spectral sensitivities (S 1 (λ), S 2 (λ), S 3 (λ))
The imaging apparatus characterized in that the emission spectrum distribution (L 1 (λ), L 2 (λ), L 3 (λ)) is set in the illumination unit so as to be equivalent to the output of the second camera. .
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