JPH04503745A - フレア光補償 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 フレア光補償 発労ｑ背量 本発明は光学システムにおけるフレア光補償に間する。

フレア光は、光学システムによって形成された像を劣化する。フレア光は光学シ ステムによって形成された像に課せられた非像光として定義され且つシステムに おける光学エレメントによる像光の分散及び反射の結果である。フレア光の結果 として、光学システムによって形成された像の暗部はより明るく見える。

光学システムは通常、反射防止コーチングを有する光学エレメントから構成され ている。これらのコーチングは、反射光を減少し従ってフレアを減少する。しか しながら、これらの光学システムにおいてさえも、像の白領域に見られる光レベ ルの１−３％がフレア光として光学システムにおける諸成分によって反射される 。このパーセンテージはシステムのフレア特性と呼ばれる。

均一なフレア光は、非常に均一な光が像の全部分にわたって重ねられるような光 学エレメントを通過する光の分散によって生じる。均一フレア光の強度は像にお ける光の量の関数である。像が明るい程（即ち領域が明るい程）、フレアは大き くなる。上記のように、フレア光の強度はまた、光学システムの諸成分が光を分 散し且つ反射する状態の関数でもある。最後に、フレア光の強度は像に存在する 光の波長の関数である。これらの効果を考慮に入れると、均一フレア光強度は　 ゛以下の式によって数学的に説明することができる。

Ｉｔ　−ｆ　Ｓ　ｔｌ　（ｘ、ｙ、λ）　ｄａ　ｄλ／Ａここで、定数のｆは前 に説明したように光学エレメントによって分散された像における発光の量に関連 するフレア特性であり、λは光の波長であり、ｄａは強度が積分される部分の面 積であり、ｄλは強度が積分される部分の波長であり、そしてＡは像の全面積で ある。

均一フレア光の効果の１つは像色の不飽和である。これは、フレア光はその特性 によって他の色の光を像に重ね得るために生しる０例えば、像の最も明るい部分 が大部分界である場合、生じるフレア光は大部分界であり、例えば緑の如き赤で ない像の如何なる部分も像の縁部分への赤フレア光の重なりによって劣化する（ 飽和されない）。　フレア光の別の結果は、システムにおける検出器のダイナミ ックレンジがかなり減少することである。この減少を理解するために、増加され る対象、レンズ及び検出器から構成される単純な光学システムを考えよ、検出器 が完全な暗やみにある時、暗ｔｉＪｔと呼ばれるノイズ信号を生成する。この例 の目的のために、暗電流信号が０．０１単位の大きさであると仮定せよ、更に、 検出器が白色であって、それが可能な最も大きな信号を生成する程強い光の中に ある対象を見る時に、１００の単位の大きさの信号を生成すると仮定せよ。する と検出器のダイナミックレンジは１０４となる（即ち、検出器は０．０１乃至１ ００の単位の範囲の光に応答する）。検出器が絶対黒である対象を見ると、理論 的にはこの信号は暗電流値に等しくなるはずである。しかしながら、黒い対象に 隣接した領域からの光の分散によって生じるフレア光に因って形成される黒傷は 絶対的黒でなくいくらか明るい、この黒傷が見られると、検出器はこの時点で、 フレア光がなかった場合に発生したであろう０．０１の単位の代わりに１つの単 位に等しい信号を発生すると仮定せよ。この結果は、検出器のダイナミックレン ジが１０４から１０２に減少してしまう（即ち、検出器はこの時点では１の単位 から１００の単位の範囲の光に応答する）と言うことになる。従って、検出器が 応答することのできる最大ダイナミックレンジを利用するために、フレアの効果 を相殺する必要がある。

フレア光を補償する従来の方法は、フレアが光学エレメントがフレア光を補償す るためにどのようにして光を分散するかに依存するという事実を利用していた。

これらの方法は、像化される対象（即ち、照明される背景）が無かった時に光学 エレメントによって分散された光の量を測定し、この予め測定されたフレア値を 用いて全ての後続の像を補償していた。しかしながら、フレア光は像を形成する 光の量の関数でもあるため、全ての像に対して同じ予め測定された値を用いると いうことは補償されている像にどれ位の光が存在するかということに応じである 像は過補償になり別の像は補償不足になるという結果をもたらした。

本発明は、どれ位の均一なフレア光が実際存在しているかに基づいて像を補償し 、従って与えられた像の補償不足又は過補償の傾向を減少する。

発朋■要約 本発明は光学像化システムにおけるフレア光を補償するための新規で改良された システムを提供する。

簡単な要約において、この新規なシステムは像からの光を検出して検出された光 の量に関する信号を生成するための検出器、フレア光を観察して観察されたフレ ア光の量に関連する信号を生成するためのフレア光検出器、及びフレア光検出器 からの信号に応答して補償された像信号を発生するための補償器を含んでいる。

本発明の１つの特徴は、差動増幅器を用いてアナログ像信号からアナログフレア 信号を減算することによる像信号の補償である。

本発明の別の特徴は、デジタルプロセッサによる像検出器からのデジタル信号か らフレア検出器からのデジタル信号の減算による像信号の補償である。

本発明の更に別の特徴は、像からの光を検出し、検出された光の量に関連する光 を生成し、フレア光を観察し、観察された光の量に関連する信号を生成して、フ レア光からの信号に応答してフレア補償信号を発生することによりフレア補償像 信号を生成する方法である。

本発明の更に別の特徴は、像光のどれ位が光学システムによってフレア光に変換 されるかを示す伝達関数を決定し、像における光の量を測定し、伝達関数を用い て存在するフレア光の量及び像における光の量を計算し、そしてフレア光の計算 された量によって像を補償することによりフレア補償像信号を生成する方法であ る。

阻血Φ旦単友説朋 本発明は、付記された請求の範囲において特に指摘される。本発明の上記及び更 なる利点は、付記の図面と組合わせて行なわれる以下の説明を参照することによ りよりよく理解され、これらの図面において、第１図は、ラインスキャナにおい て用いられる本発明の実施例の略図であり、第２図は、フレア光及び第１図に図 示されている実施例におけるフレア検出器の配置の略図であり、 第３図は、直線検出器アレイによるアナログ補償のための本発明の実施例の略図 であり、 第３Ａ図は、直線検出器アレイによるデジタル補償のための本発明の実施例であ り、 第４図は、第１図に図示されている本発明の実施例を構成するための方法の１実 施例の図示であり、 第５図は、ドラムスキャナに用いられる本発明の１実施例の略図であり、第５Ａ 図は、フレア光パターン及び第５図に図示の実施例におけるフレア検出器の配置 の略図であり、 第６図は、二次元アレイ像化システムにおける本発明の実施例の略図であり、第 ６Ａ図は、フレア光パターン及び第６図に図示の実施例のフレア検出器の配置の 略図であり、そして 第７図は、量像光を用いてフレア光の量を計算し次に像を補償するためのプロセ スにおける諸段階を示すフローダイアグラムであり、そして第７Ａ図は、第７図 の補償方法を実行する上で有用な像の実施例である。

吐史旦■実施例 （透過モードと反射モードの両方における入射光に用いられる本発明の実施例を 示す）第１図について説明すると、典型的なライン走査システムが、像収集部１ ４及び透過入射光部１０あるいは反射入射光部１２あるいはこの両者を含んでい る。スキャナが反射入射光と透過入射光部の両者を有する時、両方の部分は同時 には用いられないことを注意せよ。透過入射光が用いられる場合（部分１０）、 ランプ１６からの光はファイバオプチック束１８及びビームスプレッダ２０によ って線に形作られる。この光の線は赤外（ＩＲ）フィルタ２３を通して円筒レン ズ系２２によって合焦され、これにより光から熱を取り除き、アパーチュア２４ を通すことにより光を平行化し、そしてカラーフィルタ２５を通して集光ミラー ２６に合焦される。集光ミラー２６はこの光を集光レンズ系２８に反射し、視野 絞り３０を通して走査される透過フィルム３２に送る。フィルム３２を通過する 光は像を形成しこの像は対物ミラー３４により対物レンズ系３６を通して反射さ れ検出器アレイ３８の上に合焦される。像収集部１４及び透過入射光部１０にお けるレンズ及びミラー等の光学エレメントの組合セは透過入射光系のための光学 経路を画成している。

同様にして、反射入射光系Ｃ部分１２）において、ランプ４０からの光は赤外フ ィルタ４１及びカラーフィルタ４２を通過して、走査される反射フィルタ３３に 衝突するのに先立ちトロイドミラー４４によって反射される。一旦この光がフィ ルタ３３から反射して像を形成すると、像光は透過入射光系と同し経路をたどっ て検出器アレイ３８に到達する。像収集部１４と反射入射光１２におけるレンズ とミラー等の光学エレメントの組合せは反射入射光系の光学経路を画成している 。

反射フィルム３３及び透過フィルム３２はスキャナにおいて同し位置を占有して いるように図示されているが、如何なる時でも１つのフィルムのみが所定位１に 置かれることも銘記すべきである。詳細には、反射フィルムは反射入射光部に用 いられ且つ透過フィルムは透過入射光部に用いられる。

本発明によると、検出器３８に近似して配置されるがフレア光のみを観察するの に十分そこから変位しているフレア光検出器上ント１１５が配設されている。第 ２図についても説明すると、第１図のラインスキャナの光学経路を通しての対象 の平面の妨害されない視野を有する像の平面における領域（第１図では検出器ア レイ３８及びフレア検出器１１５を包囲する楕円形として示されている）である 視野６２は、全体的に検出器アレイ３８を中心とする照明像碩域６０及び視野６ ２内に定位されているが像６０の領域外にあるフレア領域６４を含んでいる。

通常、直線アレイ検出器３８は電荷結合デバイス（ＣＣＤ）の３つの個別直線ア レイを含んでいる。これらのアレイは、１０００又はそれ以上の感光エレメント を含み得る。各ＣＣＤデバイスは光ダイオードアレイ及び内蔵のシフトバッファ を含んでいる。光ダイオードによって検出される光の量に対応する信号がバッフ ７に転送される。これらの信号値は次に検出器がアクセスされるとバッファから 順次に読み出される。３個の直線アレイを有する直線検出器において、各アレイ は別々の主原色透過フィルタによって覆われており、これによりこの原色の光の みがこのアレイに到達し、従って各アレイが三原色の１つのみに応答するように している。

一般的に、フィルｊ、　３２の照明面積は、検出器において形成された像が検出 器面積よりも僅かに大きな面積を有するように視野絞り３０によって減少する。

しかしながら、−Ｇ的に、検出器アレイにおける全ての検出器がある程度の光を 受けることが望ましいため、像面積は検出器面積よりも少なくない、このように して、非像光の量は絞りがなかった場合に生したであろう量から減少し従ってフ レアが減少する。フレア検出器１１６，１１８．及び１２区第１図における１１ ５）はフレア領域６４内のみにおける光を検出するように配置されている。

本発明は、像を観察している検出器からの信号から、フレア光のみを観察してい る検出器からの信号を減算することによりフレア光を補償する。第３図に図示さ れている本発明の１つの実施例は、これらの検出器からアナログ信号が出てくる 時にこれらのアナログ信号に減算を行う０例えばライン走査系において、検出器 ユニノ）１．１４（第１図における検出器ユニット３８に対応する）は、１＃Ｊ ！Ｌの直線検出器アレイを含んでおり、これらのアレ伺２２の１つは赤光のみを 検出し、アレイ１２４の１つは青光のみを検出し、アレイ１２６の１つば緑光の みを検出する。

光に応答して各アレイによって発生する信号はバッファ（図示せず）にシフトさ れ、コンピュータ１４６の制御下で順次に読み出される。３つの個別検出器１】 ６゜１１８及び１２０はフレア光のみを検出するように配置されている。赤フレ ア光検出器１１６は赤光のみに応答し、青フレア光検出器１１８は青光のみに応 答し、そして緑フレア光検出器１２０は緑光のみに応答する。各検出器１１６， １１８及び１２０は、校正セッチングのための関連の応答補償回路１２８，１３ ０．及び１３２を有しており、これらの回路については更に簡単に述べられる。

各フレア検出器１１６，１１８．及び１２０からの信号（Ｒ［ｌ　ＦＬ　ＣＭＰ 、　ＢＬ　ＦＬ　ＣＭＰ、及びＧＲＰ′Ｌ　ＣＭＰ）は、差動増幅器１３４．１ ３６．１３８によってそのそれぞれの直線アレイ１２２゜１２４．１２６からの 信号（ＲＤ　１１．　ＢＬ　ｌ？Ｉ、及びＧＲＩＭ）から減算され、それぞ担像 のフレア補償赤、青及び緑成分（ＲＤ　ＣＭＰ、　ＢＬ　ＣＭＰ、及びＧＲＣＦ ＩＰ）を含む信号をそれぞれ発生する。これらの差動増幅器からの補償された出 力信号はコンパンダを通過し、視覚応答により近く対応する特性を存する電気信 号を発生する。即ち、光検出器の直線応答特性は、通常対数増幅器を用いて高い 強度においては応答特性を圧縮し且つ低い強度においては応答特性を伸張するよ うに変換される。これらの出力信号の各々はデジタルプロセッサ１４６によって 処理するためにアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１４２によってデジタ ル値に変換される。デジタルプロセッサはデータの後続の走査のために伸縮され たデジタル信号をより直線的な形に変換し直すためのルックアップテーブル（Ｌ ＩＩＴ）　１４４を含んでいる。

第３Ａ図に示されている第２の実施例において、このシステムはデジタル化され た信号に対して減算を実行する。この実施例において、２ＭｉのＡ／Ｄコンバー タが用いられる。１つの組のＡ／Ｄコンバータ１４１はフレア信号を赤、青及び 緑フレア検出器１１６，１１８，１２０から変換してデジタル化された出力信号 １４８を生成する６第２の組のＡ／Ｄコンバータ１４３はコンパンダ１４０から の信号をデジタル化して、コンパンダ１４０は検出器１２２　、１２４及び１２ ６がらのアナログ信号を対数的に変換する。これらのデジタル化された信号１５ ０はルックアップテーブル（ＬＩＴ）１４４によって適当な直線赤−緑−青値に 変換される。フレア検出器１１６，１１８及び１２０からの信号０の１４８であ るデジタル化された値はコンピュータ１４６によってデジタルプロセッサ１４６ において像検出器１２２．１２４．１．２６からの対応のデジタル化された信号 値から減算される。

各フレア検出器の利得は像化エレメントによって生成される信号レベルに一致す るように調整しなければならない。即ち、フレア検出器及び増加エレメントが両 方共フレア光のみを検出している時は、それらの出力信号は等しくなるべきであ る。一般的にフレア光検出器は像検出器よりも大きいため、フレア検出器からの 信号は減衰しなければならない。通常、これは検出器面積における差に比例して 信号を減衰することを要求する。

この減衰を実行する１つの技術が第４図に図示されている。赤−緑一青検出器１ ２２、１２４．１２６及びフレア検出器１１６．１１８．１２０は両方共均−に 照明されており且つこれらのフレア検出器の各々の利得は像化エレメントによっ て生成される信号に等しい信号を供給するように調節される。これは、アレイエ レメントの間の利得の変化又は暗電流の変化を取り除かない一次補正である。

従って、第３図に図示の実施例においては、個別の検出器１１６．１１８．及び １２０からの信号は、個別の像検出器アレイ１２２．１２４．１２６によって発 生される信号に等しい信号を生成するべくそれらのそれぞれの補償回路１３２． １３０及び１２８を調節することにより変化する。同様にして、第３Ａ図に図示 のデジダル実施例において、コンピュータ１４６は、１４８と集合的に示されて いる個別フレア検出器信号の値を調節して検出器１２２．１２４及び１２６によ って発生される像信号に等しくなるようにしている。

本発明はまた、第１図乃至第４図に関連して上記で説明されたラインスキャナ以 外のスキャナで実施され得る。例として、第５図及び第５Ａ図はドラムスキャナ 等のスポットスキャナを図示しており、第６図及び第６ＡｒＸＪは二次元検出器 ）０６を有するスキャナを図示しており、これらは両方共本発明に従って構成さ れている。

第５図について説明すると、走査されるフィルム６が透明ドラム７００表面に取 り付けられている。ドラム７０の中にはアパーチュア７４を有するランプ７２及 びスポット７８をドラム７０の表面に投影する収光レンズがある。フィルム６６ を通過する光はレンズ系８０によって収集されアパーチュア８２によってマスク され検出器８４の上に合焦される。検出器において形成される像が検出器よりも 僅かに大きい面積を有するように視野絞りが設定されているため、スポットスキ ャナにおいてさえもある程度のフレアが存在する（第５Ａ図）、ドラムが回転す ると（矢印８６）、フィルム６６の異なった部分が光７８のスポットと検出器８ ４の間に運ばれる。ドラム７０の各回転が完了すると、ランプ７２と光学トレイ ン８０の残りの部分は、フィルム６６の最終的には全ての部分をスポット７８と 検出器８４の間に持ってくるようにするべくドラム７０の軸の下に増分的に変位 する（矢印８８）、再び、この実施例において、フレア検出器１１５は検出器８ ４に近辺に隣接して定位されている。第５Ａ図も説明すると、適当に設定された 視野絞り８２（化５図）を有する系において、像の照明された領域９０は検出器 ８４０寸法を僅かに超え、検出器８４の回りＬこ中心付けられ、この結果視野９ ２は像９０と同心の小さな環状フレア領域９４のみを有することになる。これら ３つのフレア検出器１１６，１１８及び１２０（第５図における１１５）の検出 器８４の近辺に隣接したこの環状フレア領域９４内の配置によってこれらの検出 器がフレア光９４を検出するだけということが保証される。

第６図について説明すると、二次元検出器アレイ光学系が二次元検出器アレイ１ ０６を含んでおり、このアレイ１０６の上に光学経路１０４は対象１００の像を 合焦する。再び、アレイ１０６の全ての検出器は特定の光を受けるため、照明さ れた面積１０２は像化される対象１００の面積を超える。この結果フレア領域１ ０８は像１０６を包囲する。フレア検出器１１５は検出器１０６の近辺に隣接し て定位されている。第６Ａ図において、適当に設定された視野を有する系におい て、フレア光領域１０８は釦０６の面積を僅かに超えることが判る。フレア検出 器１１６，１１８．及び１２０（第６図では１１５）の二次元アレイを有する系 における配置は、これらの検出器がフレア光のみを検出するという様式になる。

均一フレア光のみが補償されているため、２つ以上の組のフレア検出器を提供す ることが必要であることを銘記せよ。

フレア検出器（１１６，１１８，１２０）を利用しないフレアを補償するための 別の方法が第７図及び第７Ａ図に関連して説明される。この技術は、比較的小さ な黒領域２１２を有する白い背景２１４を含む既知像２１０を照明することによ り始まる。この像は系の光学経路を通して観察される（段階２００）。全赤信号 、即ち検出器アレイの全赤エレメントからの信号の和が黒領域２１２を観察する エレメントによって発生される赤信号の平均と比較される。黒領域２１２におけ る赤信号はフレアにより、全赤信号に比例する。この比例は、フレア特性ｆ１． うである。この段階は青及び緑ニレメン］・に対して反復され、これらの色に対 するフレア特性ｆ　ｂ、ｕａｆｙｍ＊ｎを発生する（段階２０２）。こうして赤 フレア成分は像を観察している全ての赤検出器からの赤信号にフレア特性ｆ４． ４を乗算することにより計算される（段階２０６）。

次にこの計算された値は検出器の各赤エレメントからの信号から滅夏される（段 階２０８）。この手順は次に各色に対して反復される。従ってフレア補正は像に おける光の色成分に依存する。この方法は特に二次元検出器アレイに有用である が、何となれば像全体が一度に捕捉され且つアレイの外側にくる光の量が僅かで ある　事故である。

好ましい実施例を示してきたが、当業者は請求された発明の範囲及び精神内に依 然としである多くの変化が可能であることを認識しよう。従って、本発明を請求 の範囲に示されているように限定することがその意図である。

ζ ｒ” ギ　きＩ フレア光補償 発盟ｑ！約 光学像化システムにおけるフレア光を′４償するためのシステムにおいて、像か らの光を検出して検出された光の量に関連する信号を生成するための検出器、上 記フレア光を観察して観察された光の量に関連する信号を生成するためのフレア 光検出器、及び上記フレア光検出器からの信号に応答して上記像検出器からの信 号を減少するための補償器を含むことを特徴とするシステム。

Ｘ際調査報告 国際調査報告 Ｕｓ　９００７１５０ ＳＡ　４２ｇ３０

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．光学像検出系におけるフレア光補償のための装置において、像からの光を検 出し且つ検出された光の量に関連する像信号を生成するための像検出器、 フレア光を観察し且つ観察された光の量に関連するフレア光信号を生成するため のフレア光検出器、及び 上記フレア光信号に応答してフレア補償像信号を発生するための補償器を含むこ とを特徴とする装置。
2. ２．上記検出器が１組の直線光検出アレイを含むことを特徴とする請求項１の装 置。
3. ３．上記１組の直線光検出アレイからの１つの直線光検出アレイが光の１つの色 に応答することを特徴とする請求項２の装置。
4. ４．上記フレア光検出器が１組の光検出器を含むことを特徴とする請求項３の装 置。
5. ５．上記フレア光検出器が上記アレイの両端の中間にあることを特徴とする請求 項４の装置。
6. ６．上記１組の光検出器からの１つの光検出器が光の１つの色に応答することを 特徴とする請求項４の装置。
7. ７．上記補償器手第が１組の差動増幅器を含むことを特徴とする請求項１の装置 。
8. ８．上記補償器が、 上記フレア光検出器からの信号をデジタル値に変換するためのアナログーデジタ ル変換器、 上記検出器アレイからの信号をデジタル値に変換するためのアナログーデジタル 変換器、及び フレア補償像信号を生成するために上記フレア光検出器からの信号のデジタル値 を上記検出器アレイからの信号のデジタル値から減算するためのプロセッサを含 むことを特徴とする請求項１の装置。
9. ９．フレア補償像信号を生成する方法において、像からの光を検出し且つ検出さ れた光の量に関連する信号を生成する段階、フレア光を観察し且つ観察された光 の量に関連する信号を生成する段階、及び上記フレア光からの信号に応答してフ レア補償信号を発生する段階を含むことを特徴とする方法。
10. １０．光学系においてフレア補償像信号を生放するための方法において、上記系 に特有なフレアを決定する段階、補償される像の光及び色分布の総量を測定する 段階、上記系のフレア特性に、補償される像における光の量を乗算する段階、上 記像に対するフレア光を決定する段階、及びフレア成分により上記像における光 の強度の値を補償する段階を含むことを特徴とする方法。