JP6892861B2 - 単一のマトリクスセンサによって可視および近赤外画像を取得するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
− D.Kiku et al.“Simultaneously Capturing of RGB and Additional Band Images using Hybrid Color Filter Array”,Proc.of SPIE−IS&T Electronic Imaging,SPIE Vol.9023(2014)、および
− 米国特許第8,619,143号明細書
は、4つの異なるタイプの画素(従来の「RVB」センサと同様に青色光、緑色光、および赤色光に敏感な画素と、またNIR放射のみに敏感な「灰色」画素と)を含むマトリクスセンサについて説明している。従来、これらの異なるタイプの画素は、それ自体が「パンクロ(panchromatic)」(すなわち、すべての可視および近赤外帯域に敏感である)である基本シリコンセンサ上の(カラーフィルタのマトリクスを形成する)吸収性フィルタの堆積により得られる。一般的に、これらのフィルタを生成するために使用される顔料は、近赤外において透明であり、したがって「赤色」、「緑色」および「青色」画素により取得される画像は、入射光の赤外成分により影響され(従来のカメラにおいて使用される光学フィルタは明らかに存在しないため)、デジタル処理が現実に近い色を再生するのに必要である。
− Z.Sadeghipoor et al.“Designing Color Filter Arrays for the Joint Capture of Visible and Near−Infrared images”,16th IEEE Conference on Image Processing(2009);
− Z.Sadeghipoor et al.“Correlation−Based Joint Acquisition and Demosaicing of Visible and Near−Infrared Images”,18th IEEE Conference on Image Processing(2011)
は、カラーフィルタのより複雑なマトリクス(可視および赤外画像の再構築を最適化することを目的とする)を有するセンサについて説明している。
− Z.Sadeghipoor et al.“A Novel Compressive Sensing Approach to Simultaneously Acquire Color and Near Infrared Images on a Single Sensor” Proc.IEEE International Conference on Acoustics,Speech and Signal Processing(ICASSP),Vancouver,Canada(2013)
は、カラーフィルタのマトリクスを有するセンサが、いわゆる「Bayer」マトリクス(カラーカメラで最も一般的に使用される)に近いが、それと若干異なることについて説明している。従来のBayerマトリクスは、可視成分と赤外成分とを分離できるようにしないであろう。
− D.Hertel et al.“A low−cost VIS−NIR true color night vision video system based on a wide dynamic range CMOS imager”,IEEE Intelligent Vehicles Symposium,2009,pages 273−278
は、可視および近赤外画像の同時取得のために着色画素およびパンクロ画素を含むセンサの使用について説明している。PIR画像を構築するための方法は説明されておらず、また、このような画像のいかなる例も示されておらず、低照度条件において活用され得る「全帯域」モノクロ画像のみが示されている。さらに、この論文は、パンクロ画素を25%のみ含む「RGBM」センサの場合(達成され得る感度利得を著しく制限する)のみに関する。
− 前記着色画素は、近赤外にも敏感である前記第1、第2および第3のタイプの画素のみを含み得る。さらに具体的には、第1、第2および第3のタイプのうちの1つタイプの画素は、緑色光に敏感であり得、第1、第2および第3のタイプのうちの別のものの画素は、青色光に敏感であり得、かつ第1、第2および第3のタイプのうちの残りのタイプの画素は、赤色光に敏感であり得る。
− 前記マトリクスセンサは、スパースタイプのものであり得、その画素の4分の1を超える画素、好適には少なくとも2分の1の画素は、パンクロである。
− 前記信号処理回路は、前記第1のタイプの各画素に関連付けられた光強度を判断し、かつ前記光強度の補間によって前記第1の組から第1のモノクロ画像を再構築する工程と、他のタイプの各着色画素に関連付けられた光強度を判断し、かつ前記第1のモノクロ画像の対応する画素に関連付けられた強度を表す値をそれから減じる工程と、前記他のタイプのそれぞれの着色画素の光強度値であって、前記第1のモノクロ画像の対応する画素に関連付けられた強度を表す前記値が減じられた光強度値の補間により、新しいモノクロ画像を再構築し、その後、前記第1の組のそれぞれの最終モノクロ画像を取得するために、これらの新しい再構築画像と前記第1のモノクロ画像とを組み合わせる工程とを含む方法の適用により、前記第1の組のモノクロ画像を再構築するように構成され得る。
− 前記信号処理回路は、パンクロ画素によって生成される電気信号の補間により、前記パンクロ画像を再構築するように構成され得る。
− 前記信号処理回路は、局所的に定義された線形関数をパンクロ画像の対応する画素の輝度へ適用することによって各前記画像の各画素の輝度レベルを計算することにより、前記第2の組のモノクロ画像を再構築するように構成され得る。
− 変形形態として、前記信号処理回路は、第2の組の前記画像の前記画素に対応する前記パンクロ画像の画素の近傍におけるパンクロ画像の複数の画素の輝度レベル、および/または複数の着色画素の光強度の非線形関数によって各前記画像の各画素の輝度レベルを計算することにより、前記第2の組のモノクロ画像を再構築するように構成され得る。
− 前記マトリクスセンサは、異なるタイプの画素の疑似ランダム分布を含む周期的繰り返しのブロックから構成され得、前記信号処理回路は、前記マトリクスセンサから同じタイプの画素の規則的パターンを抽出することと、同じタイプの画素の前記規則的パターンの並行処理により、前記第1の組および第2の組のモノクロ画像を再構築することとを行うように構成される。
− 前記信号処理回路はまた、少なくとも第2の組のモノクロ画像および前記パンクロ画像への第3の比色分析マトリクスの適用により、低輝度レベルを有するモノクロ画像を再構築するように構成され得る。
− 前記マトリクスセンサはまた、近赤外のみに敏感な画素の2次元配置を含み得、前記信号処理回路は、これらの画素によって生成される電気信号からも近赤外における前記画像を再構築するように構成される。
− 本システムは、マトリクスセンサと光像との間の相対的周期的変位を生成するためのアクチュエータも含み得、マトリクスセンサは、マトリクスセンサおよび光像の複数の別個の相対位置に対応するマトリクスセンサの画素によって生成される電気信号から前記第1および第2の組のモノクロ画像と前記パンクロ画像とを再構築するように適合される。
− 前記信号処理回路は、プログラマブル論理回路から生成され得る。
Ci=m・Mi+p
ここで、
p=C1−m・M1である。
− 2の形状比率(form ratio)を有する変位の方向に細長い形状を有する再構築画素により形成される、対角線に沿って配置された4画素(2緑色、1青色、1赤色)のパターン(いわゆる「Bayer」マトリクス)の繰り返しにより形成されるカラーの画像、
− 補間の必要なしに直接使用可能な「全」パンクロ画像。
これらの2つの再構築画像は、取得周波数より2倍低い率で取得された。
Claims (14)
- − 画素の2次元配置を含むマトリクスセンサ(CM)であって、各画素は、シーン(SC)の光像(IO)の点における光強度を表す電気信号を生成するように適合される、マトリクスセンサ(CM)と、
− 前記シーンのデジタル画像(IVIS,IPIR)を生成するために、前記画素によって生成された前記電気信号を処理するように構成された信号処理回路(CTS)と
を含む画像取得システム(SAI)であって、前記マトリクスセンサは、
− 少なくとも1つの、第1のスペクトル帯内の可視光に敏感な第1のタイプ(PV)と、前記第1と異なる第2のスペクトル帯内の可視光に敏感な第2のタイプ(PB)と、前記第1および第2と異なる第3のスペクトル帯内の可視光に敏感な第3のタイプ(PR)とのいわゆる着色画素であって、前記第1、第2および第3のスペクトル帯の組み合わせは、すべての可視スペクトルを再構成する、いわゆる着色画素、および
− 前記すべての可視スペクトルに敏感ないわゆるパンクロ画素(PM)であって、少なくとも近赤外にも敏感であるいわゆるパンクロ画素(PM)
の2次元配置を含む、画像取得システム(SAI)において、前記信号処理回路は、
− 前記着色画素によって生成される前記電気信号から第1の組のモノクロ画像(IVPB,IBPB,IRPB)を再構築することと、
− 前記パンクロ画素によって生成される前記電気信号からパンクロ画像(IMPB)を再構築することと、
− 前記着色画素によって生成される前記電気信号および前記パンクロ画像から第2の組のモノクロ画像(IV*PB,IB* PB,IR*PB)を再構築することと、
− 前記第1の組の前記モノクロ画像および前記パンクロ画像への第1の比色分析マトリクス(MCol1)の適用により、カラー画像(IVIS)を再構築することと、
− 少なくとも前記第2の組の前記モノクロ画像および前記パンクロ画像への第2の比色分析マトリクス(MCol2)の適用により、前記近赤外における少なくとも1つの画像(IPIR)を再構築することと、
− 出力として前記カラー画像および前記近赤外における前記または少なくとも1つの前記画像を提供することと
を行うように構成されることを特徴とする、画像取得システム(SAI)。 - 前記着色画素は、前記近赤外にも敏感である前記第1、第2および第3のタイプの前記画素のみを含む、請求項1に記載の画像取得システム。
- 前記第1、前記第2および前記第3のタイプのうちの1つのタイプの前記画素は、緑色光に敏感であり、前記第1、前記第2および前記第3のタイプのうちの別のものの前記画素は、青色光に敏感であり、かつ前記第1、前記第2および前記第3のタイプのうちの残りのタイプの前記画素は、赤色光に敏感である、請求項1または2に記載の画像取得システム。
- 前記マトリクスセンサは、スパースタイプのものであり、その画素の4分の1を超える画素、好適には少なくとも2分の1の画素は、パンクロである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の画像取得システム。
- 前記信号処理回路は、
− 前記第1タイプの各画素に関連付けられた前記光強度を判断し、かつ前記光強度の補間によって前記第1の組の第1のモノクロ画像(IVPB)を再構築する工程と、
− 前記他のタイプの各着色画素に関連付けられた前記光強度を判断し、かつ前記第1のモノクロ画像の対応する画素に関連付けられた強度を表す値をそれから減じる工程と、
− 前記他のタイプの前記それぞれの着色画素の光強度値であって、前記第1のモノクロ画像の対応する画素に関連付けられた前記強度を表す前記値が減じられた光強度値の補間により、新しいモノクロ画像(IB’PB,IR’PB)を再構築し、その後、前記第1の組のそれぞれの最終モノクロ画像(IBPB,IRPB)を取得するために、前記新しい再構築画像と前記第1のモノクロ画像(IVPB)とを組み合わせる工程と
を含む方法の適用により、前記第1の組の前記モノクロ画像を再構築するように構成される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の画像取得システム。 - 前記信号処理回路は、前記パンクロ画素によって生成される前記電気信号の補間により、前記パンクロ画像を再構築するように構成される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の画像取得システム。
- 前記信号処理回路は、局所的に定義された線形関数を前記パンクロ画像の前記対応する画素の輝度へ適用することによって各前記画像の各画素の輝度レベルを計算することにより、前記第2の組の前記モノクロ画像を再構築するように構成される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の画像取得システム。
- 前記信号処理回路は、前記第2の組の前記画像の前記画素に対応する前記パンクロ画像の画素の近傍における前記パンクロ画像の複数の画素の輝度レベル、および/または複数の着色画素の前記光強度の非線形関数によって各前記画像の各画素の前記輝度レベルを計算することにより、前記第2の組の前記モノクロ画像を再構築するように構成される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の画像取得システム。
- 前記マトリクスセンサは、前記異なるタイプの画素の疑似ランダム分布を含む周期的繰り返しのブロックから構成され、前記信号処理回路は、
− 前記マトリクスセンサから同じタイプの画素の規則的パターンを抽出することと、
− 前記同じタイプの画素の前記規則的パターンの並行処理により、前記第1の組および第2の組のモノクロ画像を再構築することと
を行うように構成される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の画像取得システム。 - 前記信号処理回路はまた、少なくとも前記第2の組の前記モノクロ画像および前記パンクロ画像への第3の比色分析マトリクス(MCol3)の適用により、低輝度レベルを有するモノクロ画像を再構築するように構成される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の画像取得システム。
- 前記マトリクスセンサ(CM)はまた、前記近赤外のみに敏感な画素の2次元配置(PI)を含み、前記信号処理回路は、前記画素によって生成される前記電気信号からも前記近赤外における前記画像(IPIR)を再構築するように構成される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の画像取得システム。
- 前記マトリクスセンサと前記光像との間の相対的周期的変位を生成するためのアクチュエータも含み、前記マトリクスセンサは、前記マトリクスセンサおよび前記光像の複数の別個の相対位置に対応する前記マトリクスセンサの前記画素によって生成される電気信号から前記第1および第2の組のモノクロ画像と前記パンクロ画像とを再構築するように適合される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の画像取得システム。
- − 請求項1〜12のいずれか一項に記載の画像取得システム(SAI)と、
− 前記近赤外のフィルタリングなしに前記画像取得システムのマトリクスセンサ(SC)上でシーン(SC)の光像(IO)を形成するように適合された光学系(SO)と
を含む可視近赤外両スペクトルカメラ(CBS)。 - 請求項13に記載の両スペクトルカメラの使用による、カラーおよび近赤外における画像の同時取得の方法。
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