JP6687276B1 - 二板式撮像装置と二板式撮像装置の画像処理方法とその固体撮像素子の位置決め方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第一の観点は、高解像度化を行い感度とフレームレートを維持する技術であり、本発明の特徴とするところは、二枚の撮像素子をプリズムを用いて固定し、プリズムに入射する光学像を二枚の撮像素子で撮像することである。レンズを通過した光の像は、プリズムを通過しG色と他のR色及びB色で2方向へ分光される。前プリズム装置の二枚の撮像素子で撮像する方法は、入射する光学像を公知の単板のハニカム又はベイヤーの画素配列を想定したRGBのG色とR色及びB色を個々に二枚の撮像素子で撮像する事である。一枚はG色であり二枚目はR色及びB色を撮像する。この時ハニカム及びベイヤー配列画素(正方画素配列の画素)のG色とR色及びB色で既に説明した図のような画素の関係があり、ハニカム配列の場合はG色だけの画素に対し、他のR色とB色の画素は斜め方向にG色画素とG色画素の間に位置する。斜め1/2の画素になる。ベイヤー配列の場合はG色だけの画素に対し上下または左右方向でG色画素とG色画素の間に位置する。二枚の撮像素子をこのG色とR色及びB色の位置関係に空間的にプリズムで固定することで、ハニカム配列及びベイヤー配列の画素の色の空間的情報を取得する事ができる。この時ハニカム配列を想定した画素を取得する場合は二枚の正方画素の撮像素子を使う事になり、またベイヤー配列を想定した画素を取得する場合は二枚のハニカム構造の撮像素子を使うことで成立する。
図7は、ストライプ模様のチャート7100を利用して第一個体撮像素子と第二の固体撮像素子との計二枚の撮像素子7200をプリズムの異なる光出射口に位置決め配置する概要を説明する概念図である。図7(A)では、典型例として調整用チャートの縦線のピッチ配列Pが画素配列のピッチPと一致し、かつ調整用チャートの縦線の幅Wが画素幅Wと一致するものとして示している。
図8は、二枚の撮像素子7010,7020のそれぞれの解像度と合成の結果得られる画像の解像度との関係を説明する概念図である。図8(A)に示すように、第一固体撮像素子7010と第二固体撮像素子7020とを共に8Kの解像度特性を有する素子を用いる場合には、合成された後には16Kの解像度を有する画像が得られる。この場合に、例えば16Kの解像度を有する撮像素子から画像データを読み出す場合のフレームレートが一般に150fpsであるとすれば、本実施形態では第一固体撮像素子7010と第二固体撮像素子7020とをパラレルに略同時進行で読み出すことができ、かつ、それぞれの解像度は8Kでよいので300fpsの読み出し速度が維持できるものとなる。すなわち、16Kの画像を獲得する場合には従来150fpsであったものが300fpsとなる。
Claims (14)
- 入射光をG色と、R色及びB色と、で異なる二方向に分離するプリズムと、
前記プリズムによって分離された前記R色及びB色の光を受光してR色の光量に応じた赤色信号とB色の光量に応じた青色信号とを出力する第一固体撮像素子と、
前記プリズムによって分離された前記G色の光を受光してG色の光量に応じた緑色信号を出力する第二固体撮像素子と、
前記第一固体撮像素子の出力と前記第二固体撮像素子の出力とを合成して一枚のハニカム状画素配列の画像データを形成する画像合成部と、を備え、
前記第一固体撮像素子及び前記第二固体撮像素子は、正方画素配列からなり、
前記画像合成部は、互いに斜めに1/2画素間隔分ずらした合成を遂行してハニカム状画素配列の前記画像データを形成し、
前記第一固体撮像素子及び前記第二固体撮像素子の相対的な位置関係は、
ストライプを有するチャートを撮影しながら、いずれか一方の固体撮像素子の配置を該固体撮像素子のみの出力として第一状態が表示されるように前記プリズムからの第一光受光部に配置する場合に、他方の固体撮像素子の配置を該他方の固体撮像素子のみの出力として第二状態が表示されるように前記プリズムからの第二光受光部に配置される位置関係にあり、
前記第一状態とは前記ストライプが表示される状態かストライプが表示されない状態かのいずれか一方の状態であり、前記第二状態は他方の状態である
ことを特徴とする二板式カラー撮像装置。 - 入射光をG色と、R色及びB色と、で異なる二方向に分離するプリズムと、
前記プリズムによって分離された前記R色及びB色の光を受光してR色の光量に応じた赤色信号とB色の光量に応じた青色信号とを出力する第一固体撮像素子と、
前記プリズムによって分離された前記G色の光を受光してG色の光量に応じた緑色信号を出力する第二固体撮像素子と、
前記第一固体撮像素子の出力と前記第二固体撮像素子の出力とを合成して一枚の正方画素配列の画像データを形成する画像合成部と、を備え、
前記第一固体撮像素子及び前記第二固体撮像素子は、ハニカム状画素配列からなり、
前記画像合成部は、互いに縦又は横に1/2画素間隔分ずらした合成を遂行して正方画素配列の前記画像データを形成し、
前記第一固体撮像素子及び前記第二固体撮像素子の相対的な位置関係は、
ストライプを有するチャートを撮影しながら、いずれか一方の固体撮像素子の配置を該固体撮像素子のみの出力として第一状態が表示されるように前記プリズムからの第一光受光部に配置する場合に、他方の固体撮像素子の配置を該他方の固体撮像素子のみの出力として第二状態が表示されるように前記プリズムからの第二光受光部に配置される位置関係にあり、
前記第一状態とは前記ストライプが表示される状態かストライプが表示されない状態かのいずれか一方の状態であり、前記第二状態は他方の状態である
ことを特徴とする二板式カラー撮像装置。 - 請求項1または請求項2に記載の二板式カラー撮像装置において、
前記画像合成部で形成された前記画像データについて、単板式カラー撮像装置において取得された画像データとして、補間処理を遂行する
ことを特徴とする二板式カラー撮像装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の二板式カラー撮像装置において、
前記第一固体撮像素子の赤色信号を出力するR画素は赤色のカラーフィルターを備え、
前記第一固体撮像素子の青色信号を出力するB画素は青色のカラーフィルターを備え、
前記第二固体撮像素子の緑色信号を出力するG画素はカラーフィルターを備えない
ことを特徴とする二板式カラー撮像装置。 - 請求項4に記載の二板式カラー撮像装置において、
前記第一固体撮像素子における前記R画素と前記B画素とは同数であり、
前記第二固体撮像素子における前記G画素の数は、前記R画素または前記B画素の数の二倍である
ことを特徴とする二板式カラー撮像装置。 - 請求項4または請求項5に記載の二板式カラー撮像装置において、
前記第一及び第二固体撮像素子が正方画素配列の場合には、縦横いずれの方向においても前記R画素と前記B画素とが交互に配置され、
前記第一及び第二固体撮像素子がハニカム状画素配列の場合には、斜め方向において前記R画素と前記B画素とが交互に配置される
ことを特徴とする二板式カラー撮像装置。 - 請求項1に記載の二板式カラー撮像装置の画像処理方法において、
前記第一固体撮像素子から前記赤色信号及び前記青色信号を取得すると同時並列に、前記第二固体撮像素子から前記緑色信号を取得する読み出し工程と、
前記読み出した各信号を、前記赤色信号及び前記青色信号と、前記緑色信号と、で互いに斜めに1/2画素間隔分ずらしてハニカム状画素配列の一枚の画像データとして合成する工程と、
前記合成した画像データについて、ハニカム状画素配列の画素補間処理を遂行する工程と、を有する
ことを特徴とする二板式カラー撮像装置の画像処理方法。 - 請求項2に記載の二板式カラー撮像装置の画像処理方法において、
前記第一固体撮像素子から前記赤色信号及び前記青色信号を取得すると同時並列に、前記第二固体撮像素子から前記緑色信号を取得する読み出し工程と、
前記読み出した各信号を、前記赤色信号及び前記青色信号と、前記緑色信号と、で互いに縦または横に1/2画素間隔分ずらして正方画素配列の一枚の画像データとして合成する工程と、
前記合成した画像データについて、正方画素配列の画素補間処理を遂行する工程と、を有する
ことを特徴とする二板式カラー撮像装置の画像処理方法。 - 入射光を第一の入射光と第二の入射光とに分離するハーフミラーと、
前記ハーフミラーによって分離された前記第一の入射光を受光してその光量に応じた第一の受光信号を出力する第一固体撮像素子と、
前記ハーフミラーによって分離された前記第二の入射光を受光してその光量に応じた第二の受光信号を出力する第二固体撮像素子と、
前記第一固体撮像素子の出力と前記第二固体撮像素子の出力とを合成して一枚のハニカム状画素配列の画像データを形成する画像合成部と、を備え、
前記第一固体撮像素子及び前記第二固体撮像素子は、正方画素配列からなり、
前記画像合成部は、互いに斜めに1/2画素間隔分ずらした合成を遂行してハニカム状画素配列の前記画像データを形成し、
前記第一固体撮像素子及び前記第二固体撮像素子の相対的な位置関係は、
ストライプを有するチャートを撮影しながら、いずれか一方の固体撮像素子の配置を該固体撮像素子のみの出力として第一状態が表示されるように前記ハーフミラーからの第一光受光部に配置する場合に、他方の固体撮像素子の配置を該他方の固体撮像素子のみの出力として第二状態が表示されるように前記ハーフミラーからの第二光受光部に配置される位置関係にあり、
前記第一状態とは前記ストライプが表示される状態かストライプが表示されない状態かのいずれか一方の状態であり、前記第二状態は他方の状態である
ことを特徴とする二板式白黒撮像装置。 - 入射光を第一の入射光と第二の入射光とに分離するハーフミラーと、
前記ハーフミラーによって分離された前記第一の入射光を受光してその光量に応じた第一の受光信号を出力する第一固体撮像素子と、
前記ハーフミラーによって分離された前記第二の入射光を受光してその光量に応じた第二の受光信号を出力する第二固体撮像素子と、
前記第一固体撮像素子の出力と前記第二固体撮像素子の出力とを合成して一枚の正方画素配列の画像データを形成する画像合成部と、を備え、
前記第一固体撮像素子及び前記第二固体撮像素子は、ハニカム状画素配列からなり、
前記画像合成部は、互いに縦又は横に1/2画素間隔分ずらした合成を遂行して正方画素配列の前記画像データを形成し、
前記第一固体撮像素子及び前記第二固体撮像素子の相対的な位置関係は、
ストライプを有するチャートを撮影しながら、いずれか一方の固体撮像素子の配置を該固体撮像素子のみの出力として第一状態が表示されるように前記ハーフミラーからの第一光受光部に配置する場合に、他方の固体撮像素子の配置を該他方の固体撮像素子のみの出力として第二状態が表示されるように前記ハーフミラーからの第二光受光部に配置される位置関係にあり、
前記第一状態とは前記ストライプが表示される状態かストライプが表示されない状態かのいずれか一方の状態であり、前記第二状態は他方の状態である
ことを特徴とする二板式白黒撮像装置。 - 請求項9に記載の二板式白黒撮像装置の画像処理方法において、
前記第一固体撮像素子から前記第一の受光信号を取得すると同時並列に、前記第二固体撮像素子から前記第二の受光信号を取得する読み出し工程と、
前記読み出した各信号を、前記第一の受光信号と、前記第二の受光信号と、で互いに斜めに1/2画素間隔分ずらしてハニカム状画素配列の一枚の画像データとして合成する工程と、
前記合成した画像データについて、ハニカム状画素配列の画素補間処理を遂行する工程と、を有する
ことを特徴とする二板式白黒撮像装置の画像処理方法。 - 請求項10に記載の二板式白黒撮像装置の画像処理方法において、
前記第一固体撮像素子から前記第一の受光信号を取得すると同時並列に、前記第二固体撮像素子から前記第二の受光信号を取得する読み出し工程と、
前記読み出した各信号を、前記第一の受光信号と、前記第二の受光信号と、で互いに縦または横に1/2画素間隔分ずらして正方画素配列の一枚の画像データとして合成する工程と、
前記合成した画像データについて、正方画素配列の画素補間処理を遂行する工程と、を有する
ことを特徴とする二板式白黒撮像装置の画像処理方法。 - 請求項1または請求項2に記載の二板式カラー撮像装置における二枚の固体撮像素子の位置決め方法において、
ストライプを有するチャートを撮影しながら、いずれか一方の固体撮像素子の配置を該固体撮像素子のみの出力として第一状態が表示されるようにプリズムからの第一光受光部に位置決めする工程と、
他方の固体撮像素子の配置を該他方の固体撮像素子のみの出力として第二状態が表示されるようにプリズムからの第二光受光部に位置決めする工程と、を有し、
前記第一状態とは前記ストライプが表示される状態かストライプが表示されない状態かのいずれか一方の状態であり、前記第二状態は他方の状態である
ことを特徴とする固体撮像素子の位置決め方法。 - 請求項9または請求項10に記載の二板式白黒撮像装置における二枚の固体撮像素子の位置決め方法において、
ストライプを有するチャートを撮影しながら、いずれか一方の固体撮像素子の配置を該固体撮像素子のみの出力として第一状態が表示されるようにハーフミラーからの第一光受光部に位置決めする工程と、
他方の固体撮像素子の配置を該他方の固体撮像素子のみの出力として第二状態が表示されるようにハーフミラーからの第二光受光部に位置決めする工程と、を有し、
前記第一状態とは前記ストライプが表示される状態かストライプが表示されない状態かのいずれか一方の状態であり、前記第二状態は他方の状態である
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