JP6432315B2 - Imaging apparatus and imaging method - Google Patents
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本発明は撮像装置及び撮像方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus and an imaging method.
R(赤)、G(緑)、B(青)にそれぞれ専用の撮像素子を用いる3板方式の撮像装置には、G画素の配列に対してR/B画素の配列を1/2画素ずつx、y方向にずらして配置し、解像度を向上させる画素ずらし法を用いたものと、G画素の配列にR/B画素の配列を合わせて、ずらさずに配置する通常の方法を用いたものとがある。 In a three-plate type imaging device that uses dedicated imaging elements for R (red), G (green), and B (blue), the R / B pixel array is ½ pixel at a time relative to the G pixel array. A method using a pixel shifting method in which the pixels are shifted in the x and y directions to improve the resolution, and a method using a normal method in which the R / B pixel array is aligned with the G pixel array without shifting. There is.
画素ずらし法を用いたものとして、例えば、特許文献1には、画像を結像するレンズと、ダイクロイックプリズムとの間に周期的に傾けられるガラス板を設け、このガラス板により撮像素子(イメージャ)の1/2画素光軸をずらし、1/2画素ずらしたときの画像信号と、1/2画素ずらさないときの画像信号とを時系列的に取り出して処理することにより解像度の向上した画像信号を作成する撮像装置が記載されている。 For example, in Patent Document 1, a glass plate that is periodically tilted is provided between a lens that forms an image and a dichroic prism, and an image pickup device (imager) is provided using this glass plate. The image signal with improved resolution is obtained by shifting the ½ pixel optical axis of the image and processing the image signal when the ½ pixel is shifted and the image signal when the ½ pixel is not shifted in time series. An imaging device for creating the image is described.
また、特許文献2には、R用の撮像素子の出力の重心がB用の撮像素子の出力の重心に対して水平・垂直方向それぞれにおいて交互に存在するように加算することにより、空間位置的なサンプルポイントを増加させ、解像度の劣化を低減する撮像装置が記載されている。 Further, in Patent Document 2, the spatial position is calculated by adding the centroid of the output of the R image sensor so that the centroid of the output of the B image sensor is alternately present in the horizontal and vertical directions. An imaging device is described that increases the number of sample points and reduces resolution degradation.
上述のように、画素ずらし法によれば水平、垂直の解像度を向上させることができるが、2次元的にG画素とR/B画素とがずれて配置されるので色偽信号が発生する。また、G画素とR/B画素とを2次元的に合わせる通常の方法によれば色偽信号は発生しないが解像度の向上は得られない。 As described above, according to the pixel shifting method, the horizontal and vertical resolutions can be improved. However, since the G pixel and the R / B pixel are arranged in a two-dimensional manner, a color false signal is generated. Further, according to a normal method for two-dimensionally matching the G pixel and the R / B pixel, no color false signal is generated, but the resolution cannot be improved.
現在、高解像度スーパーハイビジョン用の8K4K(例えば、7680×4320ドット)カメラでは、4K2K(例えば、3840×2160ドット)の白黒センサを用いて、G画素とR/B画素との画素ずらし法で8K4Kの画像を撮像する。しかしながら、映像コンテンツの再生環境はまだまだ4K2K止まりである。そこで、スーパーハイビジョン用のカメラとしては8K4Kの撮像ができるとともに4K2Kの撮像ができることが望ましい。 At present, in an 8K4K (for example, 7680 × 4320 dots) camera for high-resolution super high-definition, a 4K2K (for example, 3840 × 2160 dots) black and white sensor is used, and an 8K4K pixel shift method using G pixels and R / B pixels is used. The image of is taken. However, the playback environment for video content is still 4K2K. Therefore, it is desirable that a Super Hi-Vision camera can capture 8K4K and can capture 4K2K.
なお、8K4Kの画像を撮像しダウンコンバートして4K2Kの画像をつくることもできるが、この場合には、やはり色偽信号が発生し、この色偽信号は除去しきれないので、撮像品質が損なわれる。 It is also possible to capture an 8K4K image and down-convert it to create a 4K2K image. However, in this case, a color false signal is generated, and the color false signal cannot be completely removed, so that the imaging quality is impaired. It is.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、高解像度の撮像と、品質の良い低解像度の撮像とを両立し、かつ、高解像度の撮像と、低解像度の撮像とを簡単で調整の容易な構成により切り替えることができる撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and is compatible with both high-resolution imaging and high-quality low-resolution imaging, and high-resolution imaging and low-resolution imaging. It is an object of the present invention to provide an imaging apparatus and an imaging method that can be switched with a simple and easy-to-adjust configuration.
そこで、本発明は、被写体の光学像を青色像、赤色像、緑色像に色分解する色分解プリズムと、前記色分解された緑色像の光路上に変位可能に設けられた透光板と、前記各色像を画像信号に変換する撮像素子と、前記画像信号を処理して映像信号を得る画像処理回路とを備え、前記透光板を少なくとも1フレームを単位として変位させて前記緑色像の光路を変化させ、解像度の異なる前記映像信号を得る撮像装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a color separation prism that separates an optical image of a subject into a blue image, a red image, and a green image, and a translucent plate that is displaceable on the optical path of the color-separated green image, An image sensor that converts each color image into an image signal; and an image processing circuit that processes the image signal to obtain a video signal; and the optical path of the green image is obtained by displacing the translucent plate in units of at least one frame. An imaging device for obtaining the video signals having different resolutions is provided.
また、本発明は、被写体の光学像を青色像、赤色像、緑色像に色分解する色分解プリズムと、前記色分解された緑色像の光路上に変位可能に設けられた透光板と、前記各色像を画像信号に変換する撮像素子と、前記画像信号を処理して映像信号を得る画像処理回路とを備えた撮像装置の撮像方法であって、前記透光板を少なくとも1フレームを単位として変位させて前記緑色像の光路を変化させ、解像度の異なる前記映像信号を得る撮像方法を提供する。 The present invention also provides a color separation prism that separates an optical image of a subject into a blue image, a red image, and a green image, and a translucent plate that is displaceable on the optical path of the color-separated green image, An imaging method of an imaging apparatus comprising: an imaging device that converts each color image into an image signal; and an image processing circuit that processes the image signal to obtain a video signal, wherein the translucent plate is in units of at least one frame. The imaging method for obtaining the video signals having different resolutions by changing the optical path of the green image by displacing the green image is provided.
本発明により、高解像度の撮像と、品質の良い低解像度の撮像とを両立し、かつ、高解像度の撮像と、低解像度の撮像とを簡単で調整の容易な構成により切り替えることができる撮像装置及び撮像方法、例えば、8K4Kカメラとしても4K2Kカメラとしても使用することのできる撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, an imaging apparatus capable of switching between high-resolution imaging and low-resolution imaging with a simple and easy-to-adjust configuration that achieves both high-resolution imaging and high-quality low-resolution imaging. And an imaging method, for example, an imaging apparatus that can be used as both an 8K4K camera and a 4K2K camera can be provided.
以下、図面を参照して本実施の形態に係る撮像装置及び撮像方法について説明する。
本実施の形態に係る撮像装置及び撮像方法は、3板方式のカメラの画素ずらしの有無を少なくとも1フレームを単位として切り替えることにより、高解像度の画像または低解像度の画像を得るものである。
Hereinafter, an imaging apparatus and an imaging method according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
The imaging apparatus and imaging method according to the present embodiment obtains a high-resolution image or a low-resolution image by switching the presence or absence of pixel shift of a three-plate camera in units of at least one frame.
まず、本実施の形態に係る撮像装置の構成について説明する。
図1は、本実施の形態に係る撮像装置1の概略構成を示すブロック図である。
撮像装置1は、例えばテレビジョンカメラであり、レンズ10と、ダイクロイックプリズム(色分解プリズム)20と、透光板30と、撮像素子41、42、43と、画像処理回路50と、制御部60とを備えている。
First, the configuration of the imaging apparatus according to the present embodiment will be described.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus 1 according to the present embodiment.
The imaging device 1 is, for example, a television camera, and includes a lens 10, a dichroic prism (color separation prism) 20, a
なお、図1において、レンズ10に入射し、ダイクロイックプリズム20を介して撮像素子41、42、43に入射する矢印付きの線は光路を示す。また、撮像素子41、42、43と画像処理回路50とを結ぶ線及び画像処理回路50から出力する線は撮像装置1内の配線を示す。 In FIG. 1, lines with arrows that enter the lens 10 and enter the imaging elements 41, 42, and 43 through the dichroic prism 20 indicate optical paths. Further, lines connecting the image pickup devices 41, 42, 43 and the image processing circuit 50 and lines output from the image processing circuit 50 indicate wiring in the image pickup apparatus 1.
被写体の画像を結像するレンズ10は、一般的に撮像装置に使用されているもので良く、ここでは詳細な説明を省略する。
ダイクロイックプリズム20は、レンズ10が結像した画像を色分解し、R(赤)、G(緑)、B(青)の3原色の色画像(分光成分)に分離するもので、ここでは、エアギャップがあるタイプ(フィリップスタイプとも呼ばれる)のプリズムを用いる。なお、ダイクロイックプリズム20は、青色像を出射する青の帯域撮像用のプリズム21と、赤色像を出射する赤の帯域撮像用のプリズム22と、緑色像を出射する緑の帯域撮像用のプリズム23とを有している。
The lens 10 that forms an image of a subject may be generally used in an imaging apparatus, and detailed description thereof is omitted here.
The dichroic prism 20 color-separates the image formed by the lens 10 and separates the image into three primary color images (spectral components) of R (red), G (green), and B (blue). A prism of a type having an air gap (also called a Philips type) is used. The dichroic prism 20 includes a blue band imaging prism 21 that emits a blue image, a red band imaging prism 22 that emits a red image, and a green
透光板30は、平行平板のガラス板であって、緑の帯域撮像用のプリズム23をその光軸に対して略垂直に分割してできた2つのプリズムの間に変位可能に、具体的には所定の軸を中心に回転可能に設けられている。つまり、透光板30は、緑の帯域撮像用のプリズム23の光軸に対して傾けることが可能なように、当該光軸に対して傾斜角度を変更することが可能なようにできている。
The
撮像素子41、42、43は、それぞれダイクロイックプリズム20で分離された青色像、赤色像、緑色像を受光して電気信号に変換し出力するものであり、ここではCCD(Charge Coupled Device)であってもCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサであっても良い。また、撮像素子41、42、43は、3板方式の画素ずらしのない上記通常の方法では、4K2Kの画像信号を出力する。
画像処理回路50は、撮像素子41、42、43からの電気信号を処理して輝度信号や色差信号などの映像信号を出力するものである。
制御部60は撮像装置1の各動作を制御するものである。
The image pickup devices 41, 42, and 43 receive the blue image, the red image, and the green image separated by the dichroic prism 20, respectively, convert them into electric signals, and output them. Alternatively, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor may be used. In addition, the image pickup devices 41, 42, and 43 output a 4K2K image signal in the above-described normal method without shifting the pixels using the three-plate method.
The image processing circuit 50 processes electric signals from the image sensors 41, 42, and 43 and outputs video signals such as luminance signals and color difference signals.
The control unit 60 controls each operation of the imaging apparatus 1.
なお、透光板30は、緑色像がダイクロイックプリズム20中で分離された後、撮像素子43に入射するまでの光路上のいずれかの位置に設けられていれば良い。
すなわち、赤の帯域撮像用のプリズム22と緑の帯域撮像用のプリズム23との間に設けた赤反射ダイクロイック膜(図示せず)により赤色像が反射され、緑色像が分離された後であれば、例えば赤反射ダイクロイック膜の隣に空間を設けて、この空間内に透光板30を設けても良いし、また、緑の帯域撮像用のプリズム23と撮像素子43との間に透光板30を設けても良い。
The
That is, even after the red image is reflected by the red reflecting dichroic film (not shown) provided between the red band imaging prism 22 and the green
なお、製造上の制約を考えた場合に、透光板は、本実施の形態に係る透光板30のように、緑の帯域撮像用のプリズム23を分割してできた2つのプリズムの間に設けるのが良い。
In consideration of manufacturing restrictions, the translucent plate is between two prisms formed by dividing the green
図2は、本実施の形態に係る撮像装置1の透光板30を傾ける前後での光路102、103を示す図である。
透光板30が、緑の帯域撮像用のプリズム23から出射した緑色像の光路101に直交する場合(図2左)には、透光板30に入射した緑色像は透光板30中を直進して、透光板30から垂直に出射し、出射した緑色像の光路102は光路101の延長上にある。
FIG. 2 is a diagram illustrating the
When the
これに対して、透光板30が緑色像の光路101に対し所定の角度Θだけ傾けられてある場合(図2右)には、透光板30を通過する時の屈折によって出射した緑色像の光路103は光路102と比べて画像移動量ΔSだけずれるようになる。これにより、撮像素子43に入射する緑色像も画像移動量ΔSだけずれるようになるため、画像移動量ΔSを、撮像素子43を構成する画素の1/2画素の寸法と同じにすると、緑色像を青色像、赤色像に対して、1/2画素ずらすことが可能となる。
On the other hand, when the
画素ずらしの位置は上述したように透光板30の光軸周りの回転と傾き角度とにより調整できる。この調整は、例えば、特許文献1や特開平09−009115号公報に記載の構成(バネや押さえ板など)を用いて実現でき、ここでは詳細な説明を省略する。
なお、画像移動量ΔSは透光板30の厚さをt、屈折率をn、光軸に対する傾き角度をΘとすると、次の式で表される。
ΔS = 1/n・t・cosΘ
As described above, the pixel shift position can be adjusted by the rotation around the optical axis of the
The image movement amount ΔS is expressed by the following equation, where t is the thickness of the
ΔS = 1 / n · t · cosΘ
透光板30が緑の帯域撮像用のプリズム23から出射した緑色像の光路101に直交していると、撮像素子41、42、43で受光される青色像、赤色像、緑色像は1/2画素ずれていないものとなる。このため、画像処理回路50からは低解像度の4K2Kの映像信号が出力される。
When the
一方、透光板30が緑の帯域撮像用のプリズム23から出射した緑色像の光路101に対して傾いていると、撮像素子43で受光される緑色像と、撮像素子41、42で受光される青色像、赤色像とは1/2画素ずれたものとなる。このため、画像処理回路50からは高解像度の8K4Kの映像信号が出力される。
On the other hand, when the
透光板30の変位は少なくとも1フレームを単位とする。通常は、映像コンテンツを単位として、透光板30を変位させて、高解像度または低解像度の映像コンテンツ(映像信号)を出力するが、1フレーム毎に透光板30を変位させて、高解像度または低解像度の映像信号を1フレーム毎に交互に出力するようなことも技術的には可能である。
The displacement of the
なお、透光板30は、傾ける前に必ずしも緑の帯域撮像用のプリズム23から出射した緑色像の光路101に対して直交している必要はない。すなわち、傾斜角度を変更する前後で緑色像の光路が1/2画素ずれるようになるのであれば、透光板30の傾斜角度を変更する前後の角度はどうあっても良い。
The
つぎに、本実施の形態に係る撮像方法について簡単に説明する。
上述の通りに、撮像装置1は、透光板30の傾きを選択して、画像処理回路50から低解像度の映像信号または高解像度の映像信号を出力する。
そこで、8K4Kの映像信号を必要とするときは、透光板30の傾きを調整して、撮像素子から1/2画素ずれた画像信号を出力させ、画像処理回路50から8K4Kの映像信号を得るようにする。
Next, the imaging method according to the present embodiment will be briefly described.
As described above, the imaging apparatus 1 selects the inclination of the
Therefore, when an 8K4K video signal is required, the tilt of the light-transmitting
また、4K2Kの映像信号を必要とするときは、透光板30の傾きを調整して、撮像素子から1/2画素ずれていない画像信号を出力させ、画像処理回路50で4K2Kの映像信号を得るようにする。
When a 4K2K video signal is required, the tilt of the light-transmitting
以上、本実施の形態に係る撮像装置及び撮像方法について説明してきたが、本発明の撮像装置及び撮像方法においては、ダイクロイックプリズムはエアギャップがないタイプのプリズムであっても良い。エアギャップがないタイプのプリズムの場合にも、緑色像が分離された後、撮像素子に入射するまでのどこかの位置に透光板が設けられれば良い。 The imaging apparatus and imaging method according to the present embodiment have been described above. However, in the imaging apparatus and imaging method of the present invention, the dichroic prism may be a prism having no air gap. Even in the case of a prism of a type without an air gap, a light transmitting plate may be provided at some position after the green image is separated and before entering the image sensor.
また、本発明の撮像装置及び撮像方法においては、透光板を緑色像の光路中に挿脱可能して変位させ、すなわち、透光板を緑色像の光路中に差し込んだり、外したりできるようにして変位させ、緑色像の光路を変化させても良い。 In the imaging apparatus and imaging method of the present invention, the translucent plate can be inserted into and removed from the green image optical path, that is, the translucent plate can be inserted into and removed from the green image optical path. The optical path of the green image may be changed by displacing.
図3は、プリズム23間に透光板31を挿脱するときの光路の変化を示す図である。
図3上に示すように、分割した緑の帯域撮像用のプリズム23の間から、あらかじめ光軸に対し傾けた、または、平行四辺形状のようなあらかじめ光軸に対し傾きを付けた透光板31を外してあるときは、緑色像は直進する。また、図3下に示すように、プリズム23の間に透光板31を差し込んだときは、緑色像は透光板31で屈折し、元の光路からずれて進む。このような構成であれば、透光板を傾けるものよりも簡単に画素ずらしを実現できる。
FIG. 3 is a diagram showing changes in the optical path when the translucent plate 31 is inserted and removed between the
As shown in FIG. 3, a light transmitting plate that is inclined with respect to the optical axis in advance from between the divided green
上述したように、本実施の形態に係る撮像装置1は、被写体の光学像を青色像、赤色像、緑色像に色分解する色分解プリズム20と、色分解された緑色像の光路101上に変位可能に設けられた透光板30と、各色像を画像信号に変換する撮像素子41、42、43と、画像信号を処理して映像信号を得る画像処理回路50とを備え、透光板30を少なくとも1フレームを単位として変位させて緑色像の光路を変化させ、解像度の異なる映像信号を得るものである。このような構成により、高解像度の撮像と品質の良い低解像度の撮像とを両立し、かつ、高解像度の撮像と低解像度の撮像とを簡単で調整の容易な構成により切り替えることができる。
As described above, the imaging apparatus 1 according to the present embodiment includes the color separation prism 20 that separates an optical image of a subject into a blue image, a red image, and a green image, and the
また、本実施の形態に係る撮像装置1は、色分解プリズム20は、青の帯域撮像用のプリズム21と、赤の帯域撮像用のプリズム22と、緑の帯域撮像用のプリズム23とを有し、透光板30は、緑の帯域撮像用のプリズム23を分割した2つのプリズムの間に設けられていることが好ましい。
In the imaging apparatus 1 according to the present embodiment, the color separation prism 20 includes a blue band imaging prism 21, a red band imaging prism 22, and a green
また、本実施の形態に係る撮像装置1は、透光板30を光軸周りで回転させまたは傾斜させて透光板30を変位させることが好ましい。
また、本実施の形態に係る撮像装置1は、緑色像の光路101に対して傾きを有する透光板31を光路101中に挿脱して透光板31を変位させることが好ましい。
また、本実施の形態に係る撮像装置1は、色分解プリズムがエアギャップのあるプリズムであることが好ましいが、エアギャップのないプリズムであっても良い。
In the imaging apparatus 1 according to the present embodiment, it is preferable to displace the
In addition, the imaging apparatus 1 according to the present embodiment preferably displaces the light transmissive plate 31 by inserting and removing the light transmissive plate 31 having an inclination with respect to the
In the imaging apparatus 1 according to the present embodiment, the color separation prism is preferably a prism having an air gap, but may be a prism having no air gap.
また、本実施の形態に係る撮像方法は、被写体の光学像を青色像、赤色像、緑色像に色分解する色分解プリズム20と、色分解された緑色像の光路101上に変位可能に設けられた透光板30と、各色像を画像信号に変換する撮像素子41、42、43と、画像信号を処理して映像信号を得る画像処理回路50とを備えた撮像装置1の撮像方法であって、透光板30を少なくとも1フレームを単位として変位させて緑色像の光路を変化させ、解像度の異なる映像信号を得る撮像方法である。このような構成により、高解像度の撮像と品質の良い低解像度の撮像とを両立し、かつ、高解像度の撮像と低解像度の撮像とを簡単で調整の容易な構成により切り替えることができる。
In addition, the imaging method according to the present embodiment is provided so as to be displaceable on a color separation prism 20 that separates an optical image of a subject into a blue image, a red image, and a green image, and an
1 撮像装置
20 ダイクロイックプリズム
23 緑の帯域撮像用のプリズム
30、31 透光板
41、42、43 撮像素子
50 画像処理回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 20
Claims (6)
前記緑の帯域撮像用のプリズムを分割した2つのプリズムの間の前記色分解された緑色像の光路上に変位可能に設けられた透光板と、
前記各色像を画像信号に変換する撮像素子と、
前記画像信号を処理して映像信号を得る画像処理回路とを備え、
前記透光板を少なくとも1フレームを単位として変位させて前記緑色像の光路を変化させ、解像度の異なる前記映像信号を得る撮像装置。 A color separation prism having a blue band imaging prism, a red band imaging prism, and a green band imaging prism, which separates an optical image of a subject into a blue image, a red image, and a green image When,
A translucent plate provided displaceably on an optical path of the color- separated green image between two prisms obtained by dividing the green band imaging prism ;
An image sensor for converting each color image into an image signal;
An image processing circuit for processing the image signal to obtain a video signal,
An imaging apparatus that obtains the video signals having different resolutions by changing the light path of the green image by displacing the translucent plate in units of at least one frame.
請求項1に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 1, wherein the translucent plate is displaced by inclining the translucent plate with respect to an optical axis.
請求項1に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1, wherein the translucent plate is inclined by inserting and removing the translucent plate having an inclination with respect to the optical path of the green image into the optical path.
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the color separation prism is a prism having an air gap.
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the color separation prism is a prism without an air gap.
前記透光板を少なくとも1フレームを単位として変位させて前記緑色像の光路を変化させ、解像度の異なる前記映像信号を得る撮像方法。 A color separation prism having a blue band imaging prism, a red band imaging prism, and a green band imaging prism, which separates an optical image of a subject into a blue image, a red image, and a green image And a translucent plate disposed on the optical path of the color- separated green image between two prisms obtained by dividing the green band imaging prism, and converting each color image into an image signal. An imaging method for an imaging apparatus comprising: an imaging element; and an image processing circuit that processes the image signal to obtain a video signal,
An imaging method for obtaining the video signals having different resolutions by changing the optical path of the green image by displacing the translucent plate in units of at least one frame.
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JP2016111458A (en) | 2016-06-20 |
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