JP6267535B2 - 色収差測定システム - Google Patents
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Description
このとき、撮像画像には、レンズの色収差(倍率色収差等)に起因する色ずれによるにじみが生じる。そのため、従来は、予め収差データを測定し、撮像画像に対して、測定した収差データに応じて、色ずれを補正する信号処理(画像処理)を行っている(特許文献1〜4等)。
例えば、倍率色収差は、図19に示すように、撮像光学系(レンズ)Oに入射された、光軸OAからずれた位置の被写体からの光(被写体光OR)が、R(赤)、G(緑)、B(青)の3原色について、それぞれの屈折率の違いから、撮像素子Sの異なる位置に結像することで発生する。
なお、従来、色収差を測定するため、例えば、図20に示すような、白黒の市松模様等の格子パターンの収差測定チャートPを壁面等に貼付して、画素ごとにRGBのずれを測定している(例えば、特許文献3)。
また、色収差は、屈折率の違いに起因するため、撮像光学系Oから被写体までの距離が近いほど、大きくなるという特性がある。そのため、収差データは、撮像対象の被写体までの距離に応じて測定を行うことが一般的である。
すなわち、従来の手法では、事前に収差データを測定するためには、広大な場所の確保が必要となるという問題がある。
このとき、チャート板には、開口の中心から、水平方向および垂直方向の少なくとも一の方向において、所定間隔離間した位置にチャート領域を設け、開口からチャート領域までの間に反射領域を設ける。
これによって、チャート板の収差測定チャートの光は、順次、反射板の反射面と、チャート板の反射領域とで反射され、撮像装置が、チャート板の開口において、反射光によって収差測定チャートを撮像することができる。
そして、色収差測定システムは、色収差測定装置によって、撮像装置で撮像された各色信号から、色収差を測定する。
これによって、チャート板の収差測定チャートの光は、順次、反射板の反射面と、チャート板の反射領域とで反射され、撮像装置が、反射板の開口において、反射光によって収差測定チャートを撮像することができる。
本発明によれば、色収差を測定する距離を、光の反射経路によって確保することができる。すなわち、本発明は、色収差の測定距離を直線距離で確保する必要がなく、直線距離よりも短い距離で、色収差の測定距離を確保することができる。
これによって、本発明は、色収差を測定する際に、従来のような広大な場所を必要とせず、室内等の狭い場所でも収差測定を行うことが可能になる。
なお、本発明の実施形態に係る色収差測定システムにおいて、反射板とチャート板とを対向した構成で、チャート板に反射領域を設けず、チャート板に設けた開口に撮像装置を設置する構成を第1実施形態として説明する。
また、チャート板に反射領域を設け、チャート板に設けた開口に撮像装置を設置する構成を第2実施形態、チャート板に反射領域を設け、反射板に設けた開口に撮像装置を設置する構成を第3実施形態として説明する。
〔色収差測定システムの構成〕
まず、図1,図2を参照して、本発明の第1実施形態に係る色収差測定システムSAの構成について説明する。
また、反射板10とチャート板20とは平行で、かつ、反射板10の反射面と、チャート板20のチャート面とが対向するように設置される。
また、撮像装置30は、チャート板20の中央に設けた開口Hを介して、反射板10の反射面を撮像する位置に配置される。
このチャート板20は、収差測定チャートPを平面描画可能な素材であれば特に限定するものではないが、例えば、合板、金属板、アクリル板等である。また、チャート板20は、チャート面に直接、収差測定チャートPを描画したものでもよいし、シートに描画された収差測定チャートPをチャート面に貼付したものであってもよい。
ここで、反射板10の反射面とチャート板20のチャート面との距離Lは、実際に色収差を測定したい距離の1/2とする。
図1に戻って、色収差測定システムSAの構成について説明を続ける。
この撮像装置30は、収差測定の対象となるレンズ等の撮像光学系(レンズ)Oを備え、CCD等の各色(例えば、RGB)に対応した撮像素子Sに像を結像し、撮像した各色の画像信号を色収差測定装置40に出力する。
ここで、撮像装置30は、撮像距離の基準となる予め定めた基準位置を、チャート板20のチャート面に合わせて、反射板10を撮像する。この基準位置は、撮像光学系Oのレンズ中心(主点〔後側主点〕)である。
なお、撮像装置30は、図示を省略した三脚、雲台等で固定されているものとする。
この色収差測定装置40は、収差測定チャートPの各色の画像信号の位置ずれを測定することで、色収差を測定する。
図1,図2で説明した色収差測定システムSAによれば、反射板10の反射面とチャート板20のチャート面との距離をLだけ離間して収差測定チャートPを撮像した場合、収差測定チャートPを用いた色収差の測定距離は、距離Lの2倍となる。
また、収差測定チャートPは、反射板10で反射するが、ミラー反射には屈折率の波長依存性がないため、色収差に影響がない。
すなわち、図4に示すように、撮像装置30は、距離が2Lの位置の壁面等に貼付された収差測定チャートPvを撮像するのと同じ(色収差も同じ)チャート画像を撮像することができる。
なお、収差測定チャートPは、必ずしも撮像装置30の画角全体に撮像される必要はない。例えば、撮像装置30の画角に対して、収差測定チャートPが小さく撮像される場合、図5(b)に示すように、撮像画像の一部として、収差測定チャートPが撮像されることになる。この場合でも、撮像装置30の向きを適宜変えることで、図5(c)に示すように、図5(b)で収差測定チャートPが撮像されていない位置でパターンを撮像して、色収差を測定すればよい。
〔色収差測定システムの構成〕
次に、図6,図7を参照して、本発明の第2実施形態に係る色収差測定システムSBの構成について説明する。
ここで、色収差測定システムSBは、反射板10と、チャート板20Bと、撮像装置30と、色収差測定装置40と、を備える。
チャート板20B以外の構成は、図1で説明した色収差測定システムSAと同じ構成であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
このチャート領域Cは、チャート板20Bの開口Hの中心から、水平方向および垂直方向に所定間隔離間した位置に形成されている。
なお、水平方向においても同様で、撮像装置30が撮像する反射板10の撮像領域Aの幅a(aw)を基準に、開口Hの中心を通るチャート板20Bの垂直線から水平方向に(N−1)×aだけ離れた幅aの領域をチャート領域Cとする。
なお、チャート板20Bは、チャート領域Cと反射領域Rとをそれぞれ異なる部材を連結して構成してもよいし、合板、金属板、アクリル板等の板の片面(チャート面、反射面)のチャート領域Cに、シートに描画された収差測定チャートPを貼付し、反射領域Rに反射シートを貼付して構成してもよい。
図6,図7で説明した色収差測定システムSBは、撮像装置30の撮像光学系(レンズ)Oの中心から、水平および垂直方向に、撮像装置30の画角に対応する反射板10の撮像領域Aの大きさ(高さ、幅)aを基準に、(N−1)×a〔Nは2以上の整数〕だけ離れた位置にチャート領域Cを設けている。これによって、収差測定チャートPの外側の光は、図6の太点線矢印で示したように、また、収差測定チャートPの内側の光は、図6の細点線矢印で示したように、反射板10の反射面とチャート板20Bの反射面とで反射して、撮像装置30に到達する。
また、収差測定チャートPは、反射板10と、チャート板20Bの反射領域Rとで複数回反射するが、ミラー反射には屈折率の波長依存性がないため、第1実施形態と同様、色収差に影響がない。
なお、N=1の場合が、第1実施形態で説明した図1の色収差測定システムSAに相当することになる。
すなわち、色収差測定システムSBでは、撮像装置30が撮像した画像は、水平方向の左右端からそれぞれ水平画素数の1/(2N)の領域に収差測定チャートPのパターンが撮像され、垂直方向の上下端からそれぞれ垂直画素数の1/(2N)の領域に収差測定チャートPのパターンが撮像される。
なお、収差測定チャートPのパターンが写っていない領域において、色収差を測定するには、撮像装置30が、適宜向きを変えて測定を行えばよい。
以上、本発明の第2実施形態に係る色収差測定システムSBについて説明したが、本発明は、この構成に限定されない。
例えば、第2実施形態のチャート板20Bでは、チャート領域Cと反射領域Rとを設けたが、この反射領域Rは、すべての領域で光を反射させる必要はなく、実際に収差測定チャートPの光が到達する領域のみで反射させることとしてもよい。
なお、撮像装置30が撮像する反射板10の撮像領域A(図6参照)の大きさ(高さ)をa、撮像距離を色収差の測定距離の1/(2N)〔Nは2以上の整数〕としたとき、撮像装置30に近い方から数えてi番目(i=1,2,3,…)の領域Riの垂直方向の大きさ(高さ)riを、以下の式(2)で求められる値とする。
また、第2実施形態のチャート板20Bでは、中心部に反射領域R、その外縁にチャート領域Cを設けた。その場合、図9に示したように、画像中央部に収差測定チャートPが写らない領域が発生する。
その場合、撮像装置30が撮像する反射板10の撮像領域A(図6参照)の大きさ(高さ)をa、撮像距離を色収差の測定距離の1/(2N)〔Nは2以上の整数〕としたとき、開口Hの中心、撮像装置30の撮像光学系Oの光軸から、収差測定チャートP2の上端までの距離pを、以下の式(3)で求められる値とする。
これによって、撮像装置30が撮像する撮像画像は、図11に示すように、収差測定チャートPの内側に、収差測定チャートP2が撮像されることになる。
このように、色収差測定システムSCでは、2種類の測定距離で色収差測定を行うことができる。
また、第2実施形態のチャート板20Bでは、図6で示したように、チャート領域C全体に収差測定チャートPを備えることとしている。
しかし、収差測定チャートPは、チャート領域C内であれば、どの領域であっても所望の測定距離を確保することができる。
そこで、図12の色収差測定システムSDに示すように、チャート板20Dとして、チャート領域Cに対して、その高さaよりも短い高さb(b<a)の領域に収差測定チャートPを形成してもよい。なお、撮像装置30を基準に下方向、垂直方向においても同様である。
また、第2実施形態のチャート板20Bでは、図6,図7で示したように、チャート領域Cにおいて、開口Hの中心から、水平方向および垂直方向の両方に収差測定チャートPを備えることとしている。
しかし、収差測定チャートPは、例えば、開口の中心から、水平方向のみ、または、垂直方向のみに収差測定チャートPを備えることとしてもよい。
〔色収差測定システムの構成〕
次に、図14,図15を参照して、本発明の第3実施形態に係る色収差測定システムSEの構成について説明する。
反射板10Eとチャート板20Eとは平行で、かつ、反射板10Eの反射面と、チャート板20Eのチャート面とが対向するように設置される点は、第1、第2実施形態と同じである。
ただし、ここでは、撮像装置30は、反射板10Eの中央に設けた開口Hを介して、チャート板20Eの反射領域を撮像する位置に配置される。
この反射板10Eは、中央部に、撮像装置30がチャート板20Eを撮像するための開口Hを設けている。これによって、撮像装置30は、チャート板20Eの反射領域Rによって反射された収差測定チャートPを撮像することができる。
このチャート領域Cは、開口Hの中心からチャート板20E(チャート面)に下ろした垂線の交点位置、すなわち、チャート板20Eと撮像光学系(レンズ)Oの光軸との交点位置から、水平方向および垂直方向に所定間隔離間した位置に形成されている。
なお、水平方向においても同様で、撮像装置30が撮像するチャート板20Eの撮像領域Aの幅a(aw)を基準に、開口Hの中心を通るチャート板20Eの垂直線から水平方向に(2N−1)×a/2だけ離れた幅aの領域をチャート領域Cとする。
なお、チャート板20Eは、チャート領域Cと反射領域Rとをそれぞれ異なる部材を連結して構成してもよいし、合板、金属板、アクリル板等の板の片面(チャート面、反射面)のチャート領域Cに、シートに描画された収差測定チャートPを貼付し、反射領域Rに反射シートを貼付して構成してもよい。
図14,図15で説明した色収差測定システムSEは、撮像装置30の撮像光学系(レンズ)Oの中心から、水平および垂直方向に、撮像装置30の画角に対応するチャート板20Eの撮像領域Aの大きさ(高さ、幅)aを基準に、(2N−1)×a/2〔Nは1以上の整数〕だけ離れた位置にチャート領域Cを設けている。これによって、収差測定チャートPの外側の光は、図14の太点線矢印で示したように、また、収差測定チャートPの内側の光は、図14の細点線矢印で示したように、反射板10の反射面とチャート板20Eの反射領域とで反射して、撮像装置30に到達する。
このように、色収差測定システムSEは、色収差を測定するために、直線距離として(2N+1)L必要な距離を、その1/(2N+1)の距離Lを確保することで測定することができる。
この色収差測定システムSEにおいて、撮像装置30が撮像した画像は、図9と同様、中心に撮像装置30が撮像される。また、その画像中、収差測定チャートPが写る領域は、図14,図15で示した反射領域Rを除いた部分となる。
なお、収差測定チャートPのパターンが写っていない領域において、色収差を測定するには、撮像装置30が、適宜向きを変えて測定を行えばよい。
以上、本発明の第3実施形態に係る色収差測定システムSEについて説明したが、本発明は、この構成に限定されない。
例えば、チャート板20Eの反射領域Rは、すべての領域で光を反射させる必要はなく、第2実施形態の変形例1と同様、実際に収差測定チャートPの光が到達する領域のみで反射させることとしてもよい。
しかし、収差測定チャートPは、例えば、開口の中心から、水平方向のみ、または、垂直方向のみに収差測定チャートPを備えることとしてもよい。
以下、参考までに、図面を参照して、色収差測定システムで用いる撮像装置30および色収差測定装置40の例について簡単に説明しておく。
まず、図16を参照して、撮像装置30の構成例(3板式カメラ)について説明する。
図16に示すように、撮像装置30(30A)は、撮像光学系31と、カメラ本体32(32A)とで構成される。
撮像光学系31は、収差測定の対象となるものであって、レンズO等で構成される。この撮像光学系31を介して入射された光がカメラ本体32に取り込まれる。
この各色に対応する撮像素子で撮像された色信号(R信号、G信号、B信号)は、色収差測定装置40に出力される。
これによって、撮像装置30は、撮像光学系31で入射した光を、各色信号に分光して撮像することができる。
図17に示すように、単板式カメラである撮像装置30(30B)は、撮像光学系31と、カメラ本体32(32B)とで構成される。なお、撮像光学系31は、図16の撮像光学系31と同一であるため、説明を省略する。
カラーフィルタアレイ322は、撮像素子323の画素上に赤(R)、緑(G)、青(B)の各色光のみを通過させるフィルタである。なお、カラーフィルタアレイ322に配置される各色フィルタは、例えば、ベイヤ配列で配置される。
撮像素子323は、カラーフィルタアレイ322を介して、撮像光学系31から入射された光を受光するものである。この撮像素子323は、入射光を光電変換し、演算回路324に出力する。
この各色に対応する演算回路324で生成された色信号(R信号、G信号、B信号)は、色収差測定装置40に出力される。
次に、図18を参照して、色収差測定装置40の構成例について説明する。
図18に示すように、色収差測定装置40は、画像記憶手段41と、収差算出手段42と、収差データ記憶手段43とで構成される。
R画像記憶手段41Rは、撮像装置30から出力されるR信号を入力し、フレーム単位で記憶するものである。
G画像記憶手段41Gは、撮像装置30から出力されるG信号を入力し、フレーム単位で記憶するものである。
B画像記憶手段41Bは、撮像装置30から出力されるB信号を入力し、フレーム単位で記憶するものである。
このように、画像記憶手段41には、同じタイミングで撮像された画像が、それぞれの色に対応して分光された画像(R画像、G画像、B画像)として記憶される。
このRG収差算出手段42Rは、R画像の画素ごとに、当該画素を含んだ予め定めた大きさのブロック単位で、G画像とブロックマッチングを行うことで、対応するブロックを探索し、画素のずれを算出する。このRG収差算出手段42Rは、算出したG画像に対するR画像の画素ごとのずれを収差データとして、収差データ記憶手段43に記憶する。
これによって、色収差測定装置40は、G画像を基準にR画像およびB画像の画素ごとの色収差を測定することができる。
10 反射板
20 チャート板
30 撮像装置
40 色収差測定装置
C チャート領域
R 反射領域
P 収差測定チャート
Claims (5)
- 測定対象となる撮像光学系を備えた撮像装置によって色収差測定用のチャートである収差測定チャートを撮像した画像から、色収差を測定する色収差測定システムであって、
光を鏡面反射させる反射板と、
前記撮像装置の撮像用の開口を有し、当該開口以外の領域に前記収差測定チャートを配置したチャート領域と光を鏡面反射させる反射領域とを同一面に設け、前記反射板の反射面に対して、当該チャート領域のチャート面を対向して配置したチャート板と、
前記チャート板の開口に設置した前記撮像装置が撮像した、前記反射板および前記チャート板の反射領域で反射された前記収差測定チャートの撮像画像から、前記色収差を測定する色収差測定装置と、を備え、
前記チャート板は、前記開口の中心から、水平方向および垂直方向の少なくとも一の方向において、所定間隔離間した位置に前記チャート領域を設け、前記開口から前記チャート領域までの間に前記反射領域を設けたことを特徴とする色収差測定システム。 - 前記反射板の反射面と前記チャート板のチャート面との距離をL、前記撮像装置の画角に対応して撮像される前記反射板の撮像領域の前記方向に対応する長さをaとしたとき、
前記チャート板において、前記所定間隔として、(N−1)×a(ただし、Nは2以上の整数)だけ前記開口の中心から離間して前記収差測定チャートを配置することを特徴とする請求項1に記載の色収差測定システム。 - 測定対象となる撮像光学系を備えた撮像装置によって色収差測定用のチャートである収差測定チャートを撮像した画像から、色収差を測定する色収差測定システムであって、
前記撮像装置の撮像用の開口を有し、当該開口以外の領域で光を鏡面反射させる反射板と、
前記収差測定チャートを配置したチャート領域と光を鏡面反射させる反射領域とを同一面に設け、前記反射板の反射面に対して、当該チャート領域のチャート面を対向して配置したチャート板と、
前記反射板の開口に設置した前記撮像装置が撮像した、前記反射板および前記チャート板の反射領域で反射された前記収差測定チャートの撮像画像から、前記色収差を測定する色収差測定装置と、を備え、
前記チャート板は、前記開口の中心から当該チャート板へ下ろした垂線の交点位置から、水平方向および垂直方向の少なくとも一の方向において、所定間隔離間した位置に前記チャート領域を設け、前記交点位置から前記チャート領域までの間に前記反射領域を設けたことを特徴とする色収差測定システム。 - 前記反射板の反射面と前記チャート板のチャート面との距離をL、前記撮像装置の画角に対応して撮像される前記反射板の撮像領域の前記方向に対応する長さをaとしたとき、
前記チャート板において、前記所定間隔として、(2N−1)×a/2(ただし、Nは1以上の整数)だけ前記開口の中心から離間して前記収差測定チャートを配置することを特徴とする請求項3に記載の色収差測定システム。 - 測定対象となる撮像光学系を備えた撮像装置によって色収差測定用のチャートである収差測定チャートを撮像した画像から、色収差を測定する色収差測定システムであって、
光を鏡面反射させる反射板と、
前記撮像装置の撮像用の開口を有し、当該開口以外の領域に前記収差測定チャートを配置し、前記反射板の反射面に対して、前記収差測定チャートのチャート面を対向して配置したチャート板と、
前記チャート板の開口に設置した前記撮像装置が撮像した、前記反射板で反射された前記収差測定チャートの撮像画像から、前記色収差を測定する色収差測定装置と、
を備えることを特徴とする色収差測定システム。
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