JP5778469B2 - 撮像装置、画像生成方法、赤外線カメラシステム及び交換可能なレンズシステム - Google Patents
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Description
前記受光面に被写体の像を結像させることができる光学系と、前記受光面上で像位置を移動させる像シフト手段と、前記撮像手段が撮像した画像を処理する画像処理手段と、を備え、前記撮像手段は、前記像シフト手段による像位置の移動前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、前記画像処理手段は、像位置の移動の前後の撮像時の同一画素の出力レベルどうしの差分を算出する差分算出部と、像位置の移動方向に配列された画素列について、画素の出力レベルの差分を順次に積算して、各画素の積算レベルを算出する積算レベル算出部と、前記各画素の出力レベルの代わりに、各画素の積算レベルに基づいて画像を生成する画像生成部と、受光面の少なくとも一部分の領域の各画素の出力レベルの平均値と前記各画素の積算レベルの平均値とが等しくなるように、前記各画素の積算レベルを補正する補正部を有する、ことを特徴としている。
なお、第1及び第2の配列方向にそれぞれ像位置を移動するにあたっては、移動前の像位置から移動後の像位置へ移動経路は問わない。例えば、移動前の位置から、一旦、第三の位置へ移動し、次いで、移動後の位置へ移動するようにしてもよい。
これにより、像位置の移動と撮像のタイミングを合わせて、正確な補正の実現を図ることができる。
これにより、像位置の移動と撮像のタイミングを合わせて、正確な補正の実現を図ることができる。
撮像素子をボロメータあるいはマイクロボロメータで構成することにより、本発明の撮像装置を、赤外線画像を撮像可能なものとすることができる。
これにより、画素間の出力レベルのばらつきに関係なく、高精度の輝度階調の赤外線画像を生成することができる。
これにより、交換可能なレンズシステムにおいて、画素間の出力レベルのばらつきに関係なく、高精度の輝度階調の画像を生成することができる。
なお、被写体には、撮像視野内の全画像が含まれる。
図2のフローチャートを参照して、本実施形態の撮像装置1の第1動作例を説明する。
まず、像シフト手段22による像位置の移動前に、撮像手段12が受光面11上の像を撮像する(S201)。ここで、図3の上段に、像移動前の受光面11上の像の例を示す。図3に示す受光面は、2次元のマトリクス状に配列された画素によって構成されている。図3に、受光面11上に結像した像の濃淡境界線を「A」で示す。
なお、各画素の出力レベルの差分は、像移動後の出力レベルから像移動前の出力レベルを減算して算出してもよいし、像移動前の出力レベルから像移動後の出力レベルを減算して算出してもよい。
このように、第2画素は、像移動前に「○」の像部分を受光し、像移後に「△」の像部分を受光する。図4(b)に示す、第2画素の移動前後の出力レベルの差分Δ2は、「○」の像部分と「△」の像部分との輝度差に相当する。また、第3画素は、移動前に「△」の像部分を受光し、移動後に「□」の像部分を受光する。第3画素の移動前後の出力レベルの差分Δ3は、「△」の像部分と「□」の像部分との輝度差に相当する。同様に、第n画素は、移動前に「◎」の像部分を受光し、移動後に「▽」の像部分を受光する。第n画素の移動前後の出力レベルの差分Δnは、「◎」の像部分と「▽」の像部分との輝度差に相当する。このように、同一画素によって、画素列L上で隣接する2つの画素の位置に相当する像部分どうしの間の輝度差が検出される。
なお、像移動前の画素の出力レベルから像移動後の同一画素の出力レベルを減算したものを差分とする場合には、上記と逆方向から積算するとよい。
次に、図6のフローチャートを参照して、実施形態の撮像装置の第2動作例について説明する。第2動作例は、像位置の移動後に受光面上の像を撮像し(S604)、各画素の出力レベルを第2メモリに記憶する(S605)ステップまでは、上述の第1動作例と同じである。
なお、基準値は、撮像装置1の使用環境に応じて任意好適な値を設定することができる。
次に、図8のフローチャートを参照して、実施形態の撮像装置の第3動作例について説明する。第3動作例は、像位置の移動後に受光面上の像を撮像し(S804)、各画素の出力レベルを第2メモリに記憶する(S805)までは、上述の第1動作例と実質的に同じである。
Bi(m,n) = Bi(m-1,n) + Δx(m,n) ・・・(1)
Bi(m,0) = Bi(m-1,0) + Δx(m,0) = 0 ・・・(2)
Bi(m,n) = Bi(m,n-1) + Δy(m,n) ・・・(3)
また、X方向に配列された画素列のうち、端の列については、それまでの積算値が存在しないため、ここ端の列の各画素(0,n)の積分レベルは、下記の(4)式のように、0として計算される。
Bi(0,n) = Bi(0,n-1) + Δy(0,n-1) = 0 ・・・(4)
Bi(m,n) = {Bi(m-1,n) + Δx(m,n) + Bi(m,n-1) + Δy(m,n)}/2 ・・・(5)
第1の方法では、受光面11上の3点の画素の輝度値を決めておき、その3点で規定される1次式により輝度値を補正する。
まず、3点の座標の輝度を以下のように規定する。
座標(Xa,Ya)、輝度Ba
座標(Xb,Yb)、輝度Bb
座標(Xc,Yc)、輝度Bc
なお、3点は、上記のように予め決めた座標の輝度値をBa、Bb及びBcとしてもよいし、輝度の平均値が一定値となるようにオフセット補正を行ってもよい。
Ba = kx*Xa + ky*Ya + C
Bb = kx*Xb + ky*Yb + C
Bc = kx*Xc + ky*Yc + C
kx={Ba(Yb-Yc)+Bb(Yc-Ya)+Bc(Ya-Yb)}/{Xa(Yb-Yc)+Xb(Yc-Ya)+Xc(Ya-Yb)}
ky={Ba(Xb-Xc)+Bb(Xc-Xa)+Bc(Xa-Xb)}/{Xa(Yb-Yc)+Xb(Yc-Ya)+Xc(Ya-Yb)}
C={Ba(XbYc-XcYb)+Bb(XcYa-XaYc)+Bc(XaYb-XbYa)}/{Xa(Yb-Yc)+Xb(Yb-Ya)+Xc(Ya-Yb)}
Br(m,n) = B(m,n) + kx*m + ky*n + C
なお、受光面11の全面又は一部分の領域で輝度値を比較して、輝度を補正してもよい。
第2の補正方法では、受光面の全面及び同一領域について、各画素の出力レベルの平均値と、各画素の積算レベルの平均値とが等しくなるように、各画素の積算レベルを補正する。
ただし、M、N、m及びnは正の整数、1≦m≦M、かつ、1≦n≦Nである。
Bi(m,n) = {Bi(m-1,n) + Δx(m,n) + Bi(m,n-1) + Δy(m,n)}/2 ・・・(5)
Bi(1,n) = {Bi(1,n-1) + Δy(1,n)}/1 ・・・(6)
Bi(m,1) = {Bi(m-1,1) + Δx(m,1)}/1 ・・・(7)
Bi(1,1) = Bi(1,1) ・・・(8)
Br(m,n)=Bi(m,n)+ΔS
このように、個々の画素の積算レベルを補正することにより、輝度誤差の低減した画像を生成することができる。
なお、第1動作例においてはこのようなレベル補正方法を示していないため積算結果としての「○」部分が「0」となってしまっている。N=1として、画素列毎にレベル補正を行うことにより補正後の「○」部分は「○」相当のレベルに補正される。
図10及び図11において、カメラ本体10の撮像ブロックが、図1の撮像手段12に相当し、画像処理のブロックが、図1の画像処理手段13に相当する。また、図10及び図11において、レンズユニット20のブレ補正制御系のブロックが、図1の像シフト手段22に相当する。なお、レンズユニット20のレンズ制御系のブロックは、レンズ系の焦点やズームを制御する機能を表す。
次に、図12を参照して、実施形態の撮像装置の第3動作例について説明する。図12(a)及び(b)は、受光面11を構成する画素のうち、隣接して2次元配列された4つの画素A〜Dの拡大図である。
なお、ブレ補正のために像位置が移動した場合には、像点の座標として、ブレ補正による像移動量を差し引いた値を出力するとよい。
∫(座標)×(存在時間)dt÷(区間Edの存在時間) ・・・(1)
まず、撮像手段12は、像点が円軌道R上の所定部分を移動する前後に、受光面11上の像をそれぞれ撮像する。具体的には、まず、移動前の撮像として、像点が円軌道R上の画素AのSa点に位置するときに受光面11上の像が撮像される(図8のS801)。撮像された画像は第1メモリに記憶される(S802)。
10 カメラ本体
11 受光面
12 撮像手段
13 画像処理手段
20 レンズユニット
21 光学系
22 像シフト手段
22a レンズ
131 差分算出部
132 積算レベル算出部
133 画像生成部
Claims (12)
- 受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、
前記受光面に被写体の像を結像させることができる光学系と、
前記受光面上で像位置を移動させる像シフト手段と、
前記撮像手段が撮像した画像を処理する画像処理手段と、を備え、
前記撮像手段は、前記像シフト手段による像位置の移動前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、
前記画像処理手段は、
像位置の移動の前後の撮像時の同一画素の出力レベルどうしの差分を算出する差分算出部と、
像位置の移動方向に配列された画素列について、各画素の出力レベルの差分を順次に積算して、各画素の積算レベルを算出する積算レベル算出部と、
前記各画素の出力レベルの代わりに、各画素の積算レベルに基づいて画像を生成する画像生成部と、
前記受光面の少なくとも一部分の領域の各画素の出力レベルの平均値と前記各画素の積算レベルの平均値とが等しくなるように、前記各画素の積算レベルを補正する補正部と、を有する、
ことを特徴とする撮像装置。 - 前記像シフト手段は、像位置の移動の後、再び像位置の移動前の位置へ像位置を戻し、
前記撮像手段は、像位置を戻した後に、再度受光面上の像を撮像し、
前記画像処理手段は、同一画素について、像位置の移動前の出力レベルと像位置を戻した後の出力レベルとの変動量を算出し、
前記積算レベル算出部は、所定の基準値以上の変動量を有する画素の差分を除外して積算レベルを算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記撮像手段は、画素が2次元のマトリクス状に配列された受光面を有し、
前記像シフト手段は、前記受光面の画素の第1の配列方向と、前記第1の配列方向に直交する第2の配列方向にそれぞれ像位置を移動させ、
前記差分算出部は、
前記第1の配列方向への像位置の移動の前後の撮像時の同一画素の出力レベルどうしの第1の差分を算出し、かつ、
前記第2の配列方向への像位置の移動の前後の撮像時の同一画素の出力レベルどうしの第2の差分を算出し、
前記積算レベル算出部は、
前記第1の配列方向に配列された第1の画素列について、各画素の出力レベルの第1の差分を順次に積算して、各画素の第1の積算レベルを算出し、かつ、
前記第2の配列方向に配列された第2の画素列について、各画素の出力レベルの第2の差分を順次に積算して、各画素の第2の積算レベルを算出し、
前記画像生成部は、各画素の前記第1及び第2の積算レベルに基づいて画像を生成する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 - 前記像シフト手段は、前記受光面上の像の任意の点の軌跡が前記受光面上で円軌道を描くように、前記像位置を並進移動させ、
前記撮像手段は、前記像の任意の点が前記円軌道上の所定部分を移動する前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、
前記差分算出部は、前記像の任意の点が前記円軌道上の所定部分を移動する前後の撮像時の同一画素の出力レベルどうしの差分を算出し、
積算レベル算出部は、前記像の任意の点が前記円軌道上の所定部分を移動する前後それぞれの撮像時の前記像の任意の点の位置を結ぶ直線方向を像位置の移動方向として、積算レベルを算出する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。 - 前記像シフト手段は、前記受光面上の像の任意の点が継続的に等速円運動を行うように、前記像位置を移動させる、
ことを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 - 前記撮像手段及び前記画像処理手段は撮像装置本体を構成し、
前記光学系及び前記像シフト手段は、前記撮像装置本体から着脱自在なレンズユニットを構成し、
前記撮像装置本体は、前記受光面の画素間隔を含むデータを前記レンズユニットへ出力し、
前記像シフト手段は、前記データに基づいて像位置を移動させる、
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の撮像装置。 - 前記撮像手段は、受光面上の像を撮像するタイミングに同期した同期信号を出力し、
前記像シフト手段は、前記同期信号に基づいて像位置を移動させる、
ことを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の撮像装置。 - 前記像シフト手段は、像位置を移動させるタイミングに同期した同期信号を出力し、
前記撮像手段は、前記同期信号に基づいて受光面上の像を撮像する、
ことを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の撮像装置。 - 前記撮像素子はボロメータあるいはマイクロボロメータである、
ことを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の撮像装置。 - 受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、前記受光面に被写体の像を結像させることができる光学系とを備えた撮像装置の画像生成方法であって、
前記受光面上で像位置を移動させ、
像位置の移動前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、
像位置の移動の前後の撮像時の同一画素の出力レベルどうしの差分を算出し、
像位置の移動方向に配列された画素列について、各画素の出力レベルの差分を順次に積算して、各画素の積算レベルを算出し、
各画素の出力レベルの代わりに、前記各画素の積算レベルに基づいて画像を生成し、
前記受光面の少なくとも一部分の領域の各画素の出力レベルの平均値と前記各画素の積算レベルの平均値とが等しくなるように、前記各画素の積算レベルを補正する
ことを特徴とする画像生成方法。 - 赤外線の受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、
前記受光面に被写体の像を結像させることができる光学系と、
前記受光面上で像位置を移動させる像シフト手段と、
前記撮像手段が撮像した画像を処理する画像処理手段と、を備え、
前記撮像手段は、前記像シフト手段による像位置の移動前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、
前記画像処理手段は、
像位置の移動の前後の撮像時の同一画素の出力レベルどうしの差分を算出する差分算出部と、
像位置の移動方向に配列された画素列について、各画素の出力レベルの差分を順次に積算して、各画素の積算レベルを算出する積算レベル算出部と、
前記各画素の出力レベルの代わりに、各画素の積算レベルに基づいて画像を生成する画像生成部と、
前記受光面の少なくとも一部分の領域の各画素の出力レベルの平均値と前記各画素の積算レベルの平均値とが等しくなるように、前記各画素の積算レベルを補正する補正部と、を有する、
ことを特徴とする赤外線カメラシステム。 - 撮像装置本体と、前記撮像装置本体に着脱自在なレンズユニットとを備える交換可能なレンズシステムであって、
前記撮像装置本体は、
受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、
前記撮像手段が撮像した画像を処理する画像処理手段と、を備え、
前記レンズユニットは、受光強度に応じた出力レベルの電気信号を出力する撮像素子で構成された画素を配列した受光面を有する撮像手段と、
前記受光面に被写体の像を結像させることができる光学系と、
前記受光面上で像位置を移動させる像シフト手段と、を備え、
前記撮像手段は、前記像シフト手段による像位置の移動の前後に、前記受光面上の像をそれぞれ撮像し、
前記画像処理手段は、
像位置の移動の前後の撮像時の同一画素の出力レベルどうしの差分を算出する差分算出部と、
像位置の移動方向に配列された画素列について、各画素の出力レベルの差分を順次に積算して、各画素の積算レベルを算出する積算レベル算出部と、
前記各画素の出力レベルの代わりに、各画素の積算レベルに基づいて画像を生成する画像生成部と、
前記受光面の少なくとも一部分の領域の各画素の出力レベルの平均値と前記各画素の積算レベルの平均値とが等しくなるように、前記各画素の積算レベルを補正する補正部と、を有する、
ことを特徴とする交換可能なレンズシステム。
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