JPH07123302B2 - Color video camera - Google Patents

Color video camera

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JPH07123302B2
JPH07123302B2 JP3223937A JP22393791A JPH07123302B2 JP H07123302 B2 JPH07123302 B2 JP H07123302B2 JP 3223937 A JP3223937 A JP 3223937A JP 22393791 A JP22393791 A JP 22393791A JP H07123302 B2 JPH07123302 B2 JP H07123302B2
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light
color
pixel
incident
image pickup
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JP3223937A
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Inventor
剛治 江藤
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Kinki University
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Kinki University
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光増強装置を備えた超
高速撮影用のカラービデオ撮影装置に関し、特に、ロケ
ット等の超高速移動物体、爆発、破壊、乱流、放電現
象、化学反応現象、顕微鏡下の微生物の運動等の科学計
測用に好適に用いられるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a color video recording device for ultra-high-speed photography, which is equipped with a light intensifying device, and more particularly, to ultra-high-speed moving objects such as rockets, explosion, destruction, turbulence, discharge phenomenon, and chemical reaction. It is preferably used for scientific measurement of phenomena and movement of microorganisms under a microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】上記の現象を撮影する場合、超高速カメ
ラによる撮影が必要である。超高速撮影では、露光時間
が非常に短くなり、よって、1画面当たりの光量が落ち
て撮影が出来ない場合が生じる。その典型的な例とし
て、顕微鏡下での動的現象を撮影する場合がある。顕微
鏡下では、もともと光量が少なく、高倍率となるほど小
さい動きでも非常に速い動きとなる。そのため、この動
きに対応すべく、単位時間当たりの撮影画面数、即ち、
フレームレートを上げると、露光時間が短くなり、一層
光量が限られることとなる。
2. Description of the Related Art To photograph the above phenomenon, it is necessary to photograph with an ultra-high speed camera. In ultra-high-speed shooting, the exposure time becomes very short, so the amount of light per screen may drop, and shooting may not be possible. A typical example is photographing a dynamic phenomenon under a microscope. Under a microscope, the amount of light is originally small, and even a small movement becomes very fast as the magnification becomes higher. Therefore, in order to respond to this movement, the number of shooting screens per unit time, that is,
When the frame rate is increased, the exposure time is shortened and the light quantity is further limited.

【0003】上記のような光量が少ない条件下で高感度
化を図るものとして、近時、微弱光を増強するマイクロ
チャンネルプレート型のイメージインテンシファイヤ
(以下、MCP型IIと称する。)が提供されている。
A microchannel plate type image intensifier for enhancing weak light has been recently used as a means for attaining high sensitivity under the condition of a small amount of light as described above.
(Hereinafter referred to as MCP type II) is provided.

【0004】上記MCP型IIは図11に示す構成から
なり、真空管1の前部に取付けた入射窓となるファイバ
ーガラス(入射ファイバーガラス2)の後面に、光が入射
すると電子を放出する陰極からなる光電面3を設け、該
光電面3の後方に所要の間隔をあけて、10μm程度の
微小径の多数の細孔を有するマイクロチャンネルプレー
ト4を設置している。該マイクロチャンネルプレート4
の後方に所要の間隔をあけてファイバーガラス5を設置
し、該ファイバーガラス5の前面に電子が衝突すると光
を発する物質からなるスクリーンを設けて蛍光面6とし
ている。該MCP型IIには、上記したファイバーガラ
ス5の後面に、ファイバーカプリング7を介して撮像素
子8の受光面9を連結している。
The above MCP type II has the structure shown in FIG. 11, and the cathode that emits electrons when light is incident on the rear surface of the fiber glass (incident fiber glass 2) that is an incident window attached to the front part of the vacuum tube 1 The photocathode 3 is provided, and the microchannel plate 4 having a large number of pores with a minute diameter of about 10 μm is installed behind the photocathode 3 with a required space. The micro channel plate 4
A fiber glass 5 is installed at a certain distance behind the fiber glass 5, and a screen made of a substance that emits light when electrons collide with the front surface of the fiber glass 5 is provided as a fluorescent screen 6. The light receiving surface 9 of the image pickup device 8 is connected to the rear surface of the fiber glass 5 via the fiber coupling 7 in the MCP type II.

【0005】上記MCP型IIでは、図11中矢印で示
すように入射ファイバーガラス2の前面より入射して光
電面3に当たった光は、その光量に応じた電子に変換さ
れ、この変換された光量がマイクロチャンネルプレート
4の多数の孔の中に入る。マイクロチャンネルプレート
4の中では1個の光電子は、小さな孔の壁にぶつかり多
数の2次電子を放出するアバランシュ現象を生じ、この
現象を繰り返して電子の数が増大する。該マイクロチャ
ンネルプレート4より出た多数の光電子は電界により加
速された状態で、蛍光面6に衝突し、増強された光を発
する。
In the above MCP type II, the light incident from the front surface of the incident fiber glass 2 and striking the photocathode 3 as shown by the arrow in FIG. 11 is converted into electrons according to the amount of light, and this is converted. The amount of light enters many holes of the microchannel plate 4. In the microchannel plate 4, one photoelectron collides with the wall of a small hole to generate an avalanche phenomenon in which a large number of secondary electrons are emitted, and this phenomenon is repeated to increase the number of electrons. A large number of photoelectrons emitted from the microchannel plate 4 collide with the phosphor screen 6 while being accelerated by the electric field, and emit enhanced light.

【0006】上記作用を有するMCP型IIによれば、
マイクロチャンネルプレートによる電子数の増大、およ
び電界による電子の加速の効果により、入射光の光量を
数万倍程度まで増強することができる。よって、微弱光
下の撮影で、この1万倍以上の光増強機能を有するMC
P型IIを使用することは超高速撮影においては極めて
有効である。
According to the MCP type II having the above action,
Due to the effect of increasing the number of electrons by the microchannel plate and accelerating the electrons by the electric field, the amount of incident light can be increased to about tens of thousands of times. Therefore, an MC that has a light enhancement function of 10,000 times or more when shooting under weak light
The use of P-type II is extremely effective in ultra-high-speed photography.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記のようにMCP型
IIは非常に強力な光学機器であるが、原理的には画像
は白黒となる。これは、マイクロチャンネルプレート前
面の光電面は可視光はもとより、赤外線、紫外線、X線
等どんな周波数の光に対しても電子を放出するため、入
射光のカラー分解は原理的になされず、輝度情報のみと
なるからである。
As described above, the MCP type II is a very powerful optical device, but in principle the image is black and white. This is because the photocathode on the front surface of the microchannel plate emits electrons not only for visible light, but also for light of any frequency such as infrared rays, ultraviolet rays, and X-rays. This is because it will be information only.

【0008】そのため、MCP型IIを用いてカラー化
を図ることは容易でないが、画像処理においては、カラ
ー情報は白黒情報よりも遥かに大きな情報量を有し、処
理を容易とする。例えば、ロケットの移動軌跡を追跡す
る場合、モノクロ撮影では、画面上に多数存在する明点
の中から、1つの対象物の軌跡に対応する明点だけを他
の明点に影響されずに選択することは容易でない。その
場合、カラー撮影により色情報が得られれば追跡したい
明点を容易に判別できる。
Therefore, although it is not easy to achieve colorization using the MCP type II, in image processing, color information has a much larger amount of information than black-and-white information, which facilitates processing. For example, when tracking the trajectory of a rocket, in monochrome photography, only bright points corresponding to the trajectory of one object are selected from many bright points on the screen without being affected by other bright points. It's not easy to do. In that case, if color information is obtained by color imaging, the bright point to be traced can be easily identified.

【0009】上記した理由より、超高速撮影装置におい
て、上記MCP型IIを用いてかつカラー化を図ること
が要望されており、その方法として以下の3つの方法が
考えられる。 3板式 シャッターあるいは光源側に3色のフィルターを順次
入れる方法 MCP型IIの前面にカラーフィルターアレイを取り
付ける方法
For the above-mentioned reasons, it is desired to use the MCP type II in the ultra-high-speed image pickup apparatus to achieve colorization, and the following three methods are possible. 3-plate type Shutter or method of sequentially inserting filters of three colors on the light source side Method of mounting color filter array on the front of MCP type II

【0010】まず、上記の3板式のビデオカメラは周
知のように図12に示す構成からなり、撮像レンズ11
の後方にダイクロイックプリズム12を配置し、該プリ
ズム12内に3原色 (通常は青、赤、緑)のみを透過ま
たは反射する層を設けたダイクロイック面13A,13
Bを設けている。このプリズム12の3つの出射面に対
向して3個の撮像素子14A,14B,14Cを配置し、
上記3個の撮像素子による撮影を同期させてカラー画像
を得るようにしている。
First, as is well known, the above-mentioned three-plate type video camera has a structure shown in FIG.
A dichroic prism 12 is provided behind the dichroic prism, and a layer for transmitting or reflecting only three primary colors (usually blue, red, and green) is provided in the prism 12 and the dichroic surface 13A, 13 is provided.
B is provided. Three image pickup devices 14A, 14B, 14C are arranged so as to face the three exit surfaces of the prism 12,
A color image is obtained by synchronizing the photographing by the three image pickup devices.

【0011】上記3板式によるカラー撮影装置にMCP
型IIを付設する場合、図12に示すように、上記撮像
素子14A,14B,14Cとプリズムの間に夫々MCP
型II16A,16B,16Cを介在し、色フィルターを
通過して予め色分解された所定の色の光のみをMCP型
IIにより光量を増強して各撮像素子に受光させる方法
を採ることが出来る。上記3つの撮像素子にはそれぞれ
赤色画像、緑色画像、青色画像が現れ、これらを合成す
ればカラー画像が得られる。
The MCP is used in the color image pickup device of the three-plate type.
When the type II is attached, as shown in FIG. 12, the MCP is provided between the image pickup devices 14A, 14B and 14C and the prism, respectively.
It is possible to adopt a method in which only the light of a predetermined color that has passed through the color filter and is subjected to color separation in advance via the type IIs 16A, 16B, and 16C is made to have an increased light amount by the MCP type II and is received by each image sensor. A red image, a green image, and a blue image respectively appear on the three image pickup devices, and a color image can be obtained by combining these.

【0012】しかしながら、上記3板式を用いた場合、
3枚の画像を合成する際に位置ズレが生じやすい欠点を
有する。また、撮像素子およびMCP型IIを夫々3個
用いるために、装置が大型化し、かつコスト高になる欠
点がある。
However, when the above three-plate type is used,
There is a drawback that a positional shift is likely to occur when synthesizing three images. Further, since three image pickup devices and three MCP type II are used, respectively, there are disadvantages that the device becomes large and the cost becomes high.

【0013】次に、のシャッターあるいは光源側に3
色のフィルターを順次入れる方法について検討する。原
理的に、60分の1秒以下の短い間隔で撮影する3枚の
連続する画面がそれぞれ赤、緑、青の光成分を移してお
けば、その3枚の間の動き (ズレ)が十分に小さい時
は、3枚を合成してカラー画像を得ることが出来る。こ
の3枚の連続画像の色を変える方法として、光源側で、
赤、緑、青の3色を次々に出す方法と、カメラへの入射
時に3色のフィルターを順次かける方法とがある。
Next, the shutter or the light source side 3
Consider how to add color filters in sequence. In principle, if the three continuous screens that are shot at short intervals of 1 / 60th of a second or less transfer the red, green, and blue light components, the movement (shift) between the three is sufficient. When it is very small, a color image can be obtained by combining the three images. As a method of changing the color of these three continuous images, on the light source side,
There are a method of outputting three colors of red, green, and blue one after another, and a method of sequentially applying filters of three colors when entering a camera.

【0014】具体的には、例えばストロボを3台用意
し、それらを3色の光源としてカメラのシャタリングに
同期させる。または1台の白色光源の前あるいはカメラ
の前にロータリー型の3色のフィルターを付け、カメラ
のシャタリングに同期させて回転させることにより為し
得る。
Specifically, for example, three strobes are prepared, and these are used as light sources of three colors and are synchronized with the shuttering of the camera. Alternatively, a rotary type three-color filter may be attached in front of one white light source or in front of the camera and rotated in synchronization with the shuttering of the camera.

【0015】上記方法では、同期技術に問題があり、外
形も大きくなる。また、撮影の種類によって光源側ある
いはシャッター側で色を変えることが不可能な場合が多
く、例えば、顕微鏡下での撮影や日中での撮影において
は光源側の色を変えることができない。
In the above method, there is a problem in the synchronization technique, and the outer shape becomes large. In many cases, it is impossible to change the color on the light source side or the shutter side depending on the type of photographing, and for example, the color on the light source side cannot be changed in photographing under a microscope or photographing in the daytime.

【0016】次に、上記のカラーフィルターアレイ
(以下、CFAと称する)を用いる方法について検討す
る。この場合、前記図11中で一点鎖線で示すように入
射ファイバーガラス2の前面をレンズによる結像位置と
して、その部分にCFA10を取り付ける方法、あるい
は入射光を平行光になおした後にCFAを通して光電面
3に入射させる方法が採られ得る。この方法は通常のカ
ラー撮影用ビデオカメラに採用される撮像素子の前面に
CFAを装着する場合と原理的に同じである。
Next, the above color filter array
A method using (hereinafter, referred to as CFA) will be examined. In this case, as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 11, the front surface of the incident fiber glass 2 is used as an imaging position by a lens, and the CFA 10 is attached to that portion, or the incident light is converted into parallel light and then the photoelectric surface is passed through the CFA. It is possible to adopt a method of making the light incident on the light source 3. This method is in principle the same as the case where the CFA is mounted on the front surface of the image pickup element adopted in a normal color video camera.

【0017】上記した通常の撮像素子の前面にCFAを
装着する場合、撮像素子の前面にCFAを密着し、CF
Aのピッチは撮像素子の画素ピッチと同じに設定してい
る。そのため、例えば、赤のフィルターの下の画素が受
ける光量は、赤のフィルターの上の赤の光量と比例関係
にある。従って、隣合う4個の画素を考えて、それらに
(赤、緑、青、緑 (R,G,B,G))、あるいは (青、
黄、緑、白 (フィルターなし))などのフィルターをつ
けると、それらの4個の画素で覆われる領域におけるそ
れぞれの色成分の輝度を知ることが出来、これにより、
カラー画像の再生が出来る。
When the CFA is mounted on the front surface of the above-mentioned normal image pickup device, the CFA is closely attached to the front surface of the image pickup device,
The pitch of A is set to be the same as the pixel pitch of the image sensor. Therefore, for example, the amount of light received by the pixel below the red filter is proportional to the amount of red light above the red filter. Therefore, consider four adjacent pixels,
(Red, green, blue, green (R, G, B, G)), or (blue,
If you add filters such as yellow, green, and white (no filter)), you can know the brightness of each color component in the area covered by these four pixels.
Color images can be played back.

【0018】これに対して、MCP型IIの入射ファイ
バーガラス2の前面にCFAを取り付ける方法では、下
記の問題がある。まず、第一にCFAと撮像素子との位
置関係を整合させるのは容易でない。通常の撮像素子の
直前面にCFAを装着する場合は、各画素の上に色フィ
ルターを重ねて焼き付ければよいので、通常の集積回路
の製法の延長上で全く誤差なく色フィルターを取り付け
ることが出来る。
On the other hand, the method of attaching the CFA to the front surface of the MCP type II incident fiber glass 2 has the following problems. First, it is not easy to match the positional relationship between the CFA and the image sensor. When a CFA is mounted on the front surface of a normal image sensor, a color filter may be overlaid on each pixel and baked, so that the color filter should be installed without any error in the extension of the manufacturing method of a normal integrated circuit. I can.

【0019】しかし、CFAをMCP型IIの入射ファ
イバーガラス2の前面に取り付ける場合、図11に示す
ように、CFA10と撮像素子8の間には、入射窓のフ
ァイバーガラス2、光電面3、MCP4、ファイバーガ
ラス5、ファイバーカプリング7が介在し、かつ、それ
らの間に空間が存在する。よって、CFA10と撮像素
子8の間の距離は数cmにも及ぶ上に、その間に複数の光
学機器要素が介在するので、CFAと撮像素子のピッチ
をあわせることは非常に困難となる。たとえ工場出荷時
に合わせることが出来ても、熱応力や機械的応力で変形
が生じ、それにより発生するズレを防止することは不可
能に近い。
However, when the CFA is attached to the front surface of the MCP type II incident fiberglass 2, as shown in FIG. 11, between the CFA 10 and the image sensor 8, the fiberglass 2 of the incident window, the photocathode 3, and the MCP 4 are provided. , The fiber glass 5 and the fiber coupling 7 are interposed, and a space exists between them. Therefore, since the distance between the CFA 10 and the image sensor 8 is several cm and a plurality of optical device elements are interposed therebetween, it is very difficult to match the pitch of the CFA and the image sensor. Even if it can be adjusted at the time of shipment from the factory, it is almost impossible to prevent the displacement caused by deformation due to thermal stress or mechanical stress.

【0020】第二に、CFAから撮像素子に入射するま
でに光が分散し、撮像素子の画像で色の混じりが生じ
る。例えば、図13に示すように、CFA10の一つの
赤い窓を通過した赤色光は、入射ファイバーガラス2へ
の入射時に拡散し、光電面3に衝突するときにも拡散す
る。光電面3で光強度に対応する電子となり、該光電子
はMCP4に入射する前に拡散し、かつ、MCP4から
出た電子が蛍光面6に当たる前にも拡散し、さらに、蛍
光面6よりファイバーカプリング7に入射する時、ファ
イバーカプリング7と撮像素子8との結合過程でも拡散
する。よって、例えば、CFA10を透過した光のCF
A10からから画素8aが構成する撮像素子の受光面ま
での総合拡散幅Dは約40μm程度と推定される。
Secondly, the light is dispersed by the time it enters the image pickup device from the CFA, and color mixing occurs in the image of the image pickup device. For example, as shown in FIG. 13, the red light that has passed through one red window of the CFA 10 diffuses when it enters the incident fiber glass 2 and also when it collides with the photocathode 3. The photocathode 3 becomes an electron corresponding to the light intensity, the photoelectron diffuses before entering the MCP 4, and the electron emitted from the MCP 4 also diffuses before hitting the fluorescent screen 6, and further, the fiber coupling from the fluorescent screen 6. When it is incident on 7, it also diffuses in the process of coupling the fiber coupling 7 and the image sensor 8. Therefore, for example, the CF of the light transmitted through the CFA 10
It is estimated that the total diffusion width D from A10 to the light receiving surface of the image sensor formed by the pixel 8a is about 40 μm.

【0021】一方、当然のことながら、光電面3の前面
のCFA10のピッチと最後の撮像素子8の画素8aの
ピッチは同程度であることが望ましく、総合拡散幅が4
0μm程度であるから、CFA10のピッチと撮像素子
8の画素ピッチは少なくとも40μm以上でなければな
らない。ところが、通常の撮像素子の画素ピッチは10
〜20μmオーダーであるから、MCP型IIを用いて
カラー画像を得ようとすれば、各画素での色の重なりが
必然的に発生する。
On the other hand, as a matter of course, it is desirable that the pitch of the CFA 10 on the front surface of the photocathode 3 and the pitch of the pixels 8a of the last image pickup device 8 are about the same, and the total diffusion width is 4
Since it is about 0 μm, the pitch of the CFA 10 and the pixel pitch of the image sensor 8 must be at least 40 μm or more. However, the pixel pitch of an ordinary image sensor is 10
Since it is on the order of ˜20 μm, if an attempt is made to obtain a color image using MCP type II, color overlap at each pixel inevitably occurs.

【0022】これに対して、撮像素子の画素サイズは通
常の小さいものを使い、数〜数十画素を一組の画素と見
なして、その幅をCFAのメッシュサイズに合わせる方
法も考えられる。
On the other hand, it is also possible to use an ordinary small pixel size of the image pickup device, consider several to several tens of pixels as one set of pixels, and adjust the width to the mesh size of CFA.

【0023】また、撮像素子の画素サイズは上記と同様
に通常の小さいものを使用し、撮影した画像を処理する
段階で、後から色毎に画素の領域を区分けして、赤色領
域の画素グループ、青色領域の画素グループ、緑色領域
の画素グループとして色の重複を無くして処理する方法
も考えられる。しかしながら、該方法による場合、各画
像毎に色分けの区画を設定しなければならず画像処理が
極めて複雑になる欠点がある。
Further, the pixel size of the image pickup device is the same as the above, and a normal small one is used, and at the stage of processing the photographed image, the pixel region is divided into each color later, and the pixel group of the red region is formed. It is also possible to consider a method in which the pixel groups in the blue area and the pixel groups in the green area are processed by eliminating color overlap. However, in the case of this method, it is necessary to set a color-coded section for each image, which has a drawback that the image processing becomes extremely complicated.

【0024】このようにMCP型IIの前面にカラーフ
ィルターアレイを取り付ける方法は、位置合わせ、色混
ざり、解像度等の問題から実現化していない。
The method of mounting the color filter array on the front surface of the MCP type II as described above has not been realized due to problems such as alignment, color mixing, and resolution.

【0025】上記MCP型IIを用いたカラー化には種
々の問題があるが、前記したように、画像処理において
はカラー情報は白黒情報よりはるかに大きい情報量を有
し、各種の処理を容易かつ正確とするため、MCP型I
Iカラーとを併用した超高速撮影が可能なビデオカメラ
の提供が強く要望されている。
Although there are various problems in colorization using the MCP type II, as described above, color information has a much larger amount of information than black and white information in image processing, and various kinds of processing are easy. And for accuracy, MCP type I
There is a strong demand for the provision of a video camera capable of ultra-high-speed shooting that uses I-color in combination.

【0026】本発明は上記要望を達成せんとするもの
で、MCP型IIを用いた超高速撮影用のビデオ撮影装
置において、高感度のカラー化を達成することを目的と
してなされたものである。
The present invention has been made to achieve the above-mentioned demand, and has been made for the purpose of achieving high-sensitivity colorization in a video photographing apparatus for ultra-high-speed photographing using MCP type II.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】撮像素子の前部に光増強
装置を配置し、該光増強装置の光電面で入射光を光電子
に変換した後に、蛍光面で光量を増強した光に変換して
出射し、この光を撮像素子の各画素で受光し、各画素の
出力信号を処理部で記憶、処理する撮影装置であって、
上記光増強装置の入射窓のファイバーガラス前面又は光
電面の前面に3原色を碁盤目状に配列したカラーフィル
ターアレーを配置し、上記処理部は、撮像素子の隣接す
る複数個の画素を一組とし、各画素の組について個々の
画素が入射光に応答する出力と、画素の組の中心点にお
ける入射光の色成分の強度との関係を最小二乗誤差の条
件から求めた回帰式として記憶しており、該回帰方程式
に基づいて個々の画素の出力信号から各画素の組の中心
点における色成分の強度を推定する構成としているカラ
ービデオ撮影装置。
A light intensifying device is arranged in front of an image pickup device, incident light is converted into photoelectrons by a photoelectric surface of the light intensifying device, and then converted into light having an increased light amount by a fluorescent surface. An imaging device that emits light, receives this light at each pixel of the image sensor, and stores and processes the output signal of each pixel in a processing unit,
A color filter array in which three primary colors are arranged in a grid pattern is arranged on the front surface of the fiber glass or the photoelectric surface of the entrance window of the light intensifying device, and the processing unit sets a plurality of adjacent pixels of the image pickup device as a set. The relationship between the output of each pixel in response to incident light and the intensity of the color component of the incident light at the center point of the pixel set is stored as a regression equation obtained from the condition of the least square error. A color video recording apparatus configured to estimate the intensity of the color component at the center point of each pixel group from the output signal of each pixel based on the regression equation.

【0028】上記回帰式の回帰係数は、入射光の強度に
より層別化することが好ましい。
The regression coefficient of the above regression equation is preferably stratified according to the intensity of incident light.

【0029】具体的には、上記光増強装置はマイクロチ
ャンネルプレート型イメージインテンシファイヤからな
り、上記カラーフィルターアレーのピッチを、マイクロ
チャンネルプレート型イメージインテンシファイヤの入
射窓のファイバーガラス前面又は光電面の前面に配置し
たカラーフィルターアレーの1ピッチ分に入射した入射
光が撮像素子の受光面に到達するまでの総合拡散幅の1
/2倍以上であって2倍以下に設定している。
Specifically, the light intensifying device comprises a micro channel plate type image intensifier, and the pitch of the color filter array is set to the fiber glass front surface or the photoelectric surface of the entrance window of the micro channel plate type image intensifier. 1 of the total diffusion width until the incident light incident on one pitch of the color filter array placed on the front surface of the
/ 2 times or more and 2 times or less.

【0030】さらに具体的には、上記カラーフィルター
アレーは、赤、緑、青または黄、緑、青のフィルターを
備えるものであることが好ましい。
More specifically, the color filter array preferably includes red, green, blue or yellow, green and blue filters.

【0031】[0031]

【作用】本発明に係るカラービデオ撮影装置では、上記
のような構成としているため、カラーフィルターアレー
から光増強装置を介して撮像素子の受光面に入射光が到
達すると、各画素が入射光に応答する出力が撮像素子の
画像信号として処理部に送られる。該処理部では、画像
信号を記憶すると共に、予め記録した各画素の入射光に
応答する出力と各画素の組の中心における入射光の各色
成分との間の回帰方程式にもとづき、上記画像信号から
各画像の組における入射光の色成分の強度を推定し、カ
ラー画像を再現することができる。
Since the color video recording apparatus according to the present invention has the above-mentioned structure, when the incident light reaches the light receiving surface of the image pickup device from the color filter array through the light intensifying device, each pixel becomes an incident light. The response output is sent to the processing unit as an image signal of the image sensor. In the processing unit, the image signal is stored, and based on the regression equation between the output recorded in advance corresponding to the incident light of each pixel and each color component of the incident light at the center of each pixel group, It is possible to reproduce the color image by estimating the intensity of the color component of the incident light in each image set.

【0032】上記回帰係数を入射光の強度により層別化
した場合には、入射光の強度が変化しても高い精度で画
素の出力から入射光の各色成分の強度を推定することが
できる。
When the regression coefficient is stratified by the intensity of the incident light, the intensity of each color component of the incident light can be estimated from the output of the pixel with high accuracy even if the intensity of the incident light changes.

【0033】[0033]

【実施例】次に、本発明を図面に示す実施例に基づき詳
細に説明する。図1に示すように、本発明に係るカラー
ビデオ撮影装置の全体の構成は従来と同様であり、ビデ
オカメラ本体20に、レンズ21により結像した光を電
気信号に変換する撮像ユニット22を備え、該撮像ユニ
ット22内に設けている撮像素子30 (図2に示す。)
の画像信号をビデオカメラ本体20と別体とした処理装
置23に設けた信号処理部24に出力し、該信号処理部
24よりメモリー部25に送る構成としている。該メモ
リー部25には画像構成用コンピュータ26、画像構成
装置27、ディスプレイ28、外部記録装置29を接続
している。
Next, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. As shown in FIG. 1, the overall structure of the color video photographing apparatus according to the present invention is the same as the conventional one, and a video camera body 20 is provided with an image pickup unit 22 for converting the light imaged by the lens 21 into an electric signal. The image pickup device 30 provided in the image pickup unit 22 (shown in FIG. 2)
The image signal is output to the signal processing unit 24 provided in the processing unit 23 which is separate from the video camera main body 20, and is sent from the signal processing unit 24 to the memory unit 25. An image forming computer 26, an image forming device 27, a display 28, and an external recording device 29 are connected to the memory section 25.

【0034】上記撮像ユニット22の構成は図2に示す
ように、前記図11に示す構成と略同一であるため、同
一部材は同一符号を付して説明を省略する。即ち、撮像
ユニット22は、撮像素子30の受光面30aの前部に
マイクロチャンネルプレート型イメージインテンシファ
イヤ (以下、MCP型IIと称する)31を設置し、該
MCP型II31の入射ファイバーガラス2の前面にカ
ラーフィルターアレー33(以下、CFAと略称する。)
を取り付け、よって、MCP型II31により、光量増
強を図ると共に、CFA33の装置によりカラー化を図
っている。
As shown in FIG. 2, the structure of the image pickup unit 22 is substantially the same as the structure shown in FIG. 11. Therefore, the same members are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. That is, in the image pickup unit 22, a microchannel plate type image intensifier (hereinafter referred to as MCP type II) 31 is installed in front of the light receiving surface 30a of the image pickup element 30, and the incident fiber glass 2 of the MCP type II 31 is installed. A color filter array 33 (hereinafter abbreviated as CFA) on the front surface.
Therefore, the amount of light is increased by the MCP type II 31, and the color is achieved by the device of the CFA 33.

【0035】上記MCP型II31は前記した図11と
同様に、真空管1の前部に取り付けた入射ファイバーガ
ラス2の後面の光電面32で入射光を電子に変換し、該
変換された光電子をマイクロチャンネルプレート4を通
して倍増し、この倍増した電子をファイバーガラス5の
前面の蛍光面6で光に変換して、ファイバーカプリング
7を通して撮像素子30の受光面30aに出射する構成
としている。
As in the case of FIG. 11 described above, the MCP type II 31 converts incident light into electrons at the photocathode 32 on the rear surface of the incident fiberglass 2 attached to the front part of the vacuum tube 1, and converts the converted photoelectrons into microelectrons. Doubled through the channel plate 4, the doubled electrons are converted into light by the fluorescent surface 6 on the front surface of the fiber glass 5, and emitted to the light receiving surface 30a of the image pickup device 30 through the fiber coupling 7.

【0036】本実施例のCFA33は、図3に示すよう
に、40μm×40μmの赤、緑、青の3原色のカラー
フィルター35を碁盤目状のマスクパターンで順次配列
したRGB型のCFAである。本実施例では、CFA3
3のピッチP1を、上記したようにCFAを通過して光
電面32から受光面30aに達するまでの間の入射光の
総合拡散幅Dと同程度、即ち、40μmに設定してい
る。
As shown in FIG. 3, the CFA 33 of this embodiment is an RGB type CFA in which color filters 35 of three primary colors of 40 μm × 40 μm of red, green and blue are sequentially arranged in a grid pattern mask pattern. . In this embodiment, CFA3
The pitch P1 of 3 is set to the same degree as the total diffusion width D of the incident light from the photocathode 32 to the light receiving surface 30a after passing through the CFA, that is, 40 μm.

【0037】これは、CFA33のピッチP1を総合拡
散幅Dよりも充分大きく設定すると共に、後述する撮像
素子30の画素ピッチP2をCFA33のピッチP1よ
りも充分小さく設定した場合には、図4及び図5に示す
ように、画素Gのうちのあるグループ (図中斜線で示
す。)は、単一の色成分に応答し、残りの画素Gは色成
分が混じった状態で応答する。この単一の色成分だけに
応答する画素のグループのみに着目すれば、回帰式を用
いることなく、直接その色成分の強度を知ることができ
る。従って、CFA付きのMCP型IIを撮像素子に接
合した後、赤の光、緑の光、青の光を順次実際に入手す
れば、どの素子がどの光に応答するかを調べることが可
能であるし、各単一の色成分にだけ応答する画素群を調
べておけば、これからカラー画像を再生できる。しかし
ながら、この場合、CFAのピッチが少なくとも総合拡
散幅Dの2倍程度以上大きくならなければならないの
で、画面の空間分解能が低くなるという欠点を有する。
This is because when the pitch P1 of the CFA 33 is set to be sufficiently larger than the total diffusion width D and the pixel pitch P2 of the image pickup device 30 described later is set to be sufficiently smaller than the pitch P1 of the CFA 33, as shown in FIG. As shown in FIG. 5, a certain group of pixels G (indicated by hatching in the figure) responds to a single color component, and the remaining pixels G respond with a mixture of color components. By focusing only on the group of pixels that respond only to this single color component, the intensity of that color component can be directly known without using the regression equation. Therefore, after joining the MCP type II with CFA to the image pickup device and then sequentially obtaining red light, green light, and blue light, it is possible to investigate which device responds to which light. However, if a pixel group that responds only to each single color component is investigated, a color image can be reproduced from this. However, in this case, the pitch of the CFA has to be at least twice as large as the total diffusion width D or more, so that there is a drawback that the spatial resolution of the screen becomes low.

【0038】一方、空間分解能を維持するためには、C
FAのピッチP1を小さくすれば良いのであるが、ピッ
チP1を総合拡散幅Dよりも著しく小さくすると、図6
に示すように、色と色が撮像素子の受光面上で完全に混
合してしまい色の分解ができなくなる。そのため、本実
施例では、CFA33のピッチP1を上記したように総
合拡散幅Dと同程度に設定している。尚、CFA33の
ピッチP1は、上記40μmに限定されるものではな
く、総合拡散幅Dよりも少し小さくても同様の機能が期
待できるが、少なくもと総合拡散幅Dの1/2以上の幅
は必要である一方上記したように総合拡散幅Dの2倍以
上に設定すると所望の空間分解能が得られないため、総
合拡散幅Dの1/2倍以上であって2倍以下程度に設定
するのが好ましい。
On the other hand, in order to maintain the spatial resolution, C
It suffices to make the pitch P1 of FA smaller, but if the pitch P1 is made significantly smaller than the total diffusion width D, the pitch P1 of FIG.
As shown in, the colors are completely mixed on the light receiving surface of the image sensor, and the colors cannot be separated. Therefore, in the present embodiment, the pitch P1 of the CFA 33 is set to be approximately the same as the total diffusion width D as described above. The pitch P1 of the CFA 33 is not limited to the above-mentioned 40 μm, and a similar function can be expected if the pitch P1 is slightly smaller than the total diffusion width D, but at least half the total diffusion width D or more. On the other hand, as described above, the desired spatial resolution cannot be obtained if the total diffusion width D is set to twice or more. Therefore, the total diffusion width D is set to 1/2 times or more and twice or less. Is preferred.

【0039】本実施例の撮像素子30は、図7に示すよ
うに、画素Gを碁盤目状の画素配列としており、画素数
が256行×256例、画素ピッチP2を40μmとし
ており、画素ピッチPGをカラーフィルターアレー33
のピッチP1と等しく設定している。
As shown in FIG. 7, the image pickup device 30 of this embodiment has pixels G arranged in a grid pattern, the number of pixels is 256 rows × 256 examples, the pixel pitch P2 is 40 μm, and the pixel pitch is Color filter array 33 for PG
Is set to be equal to the pitch P1.

【0040】上記のように、本実施例では、カラーフィ
ルターアレー33のピッチP1をMCP型II31での
入射光の総合拡散幅Dの1/2倍以上であって2倍以下
の範囲内に設定すると共に、撮像素子30の画素ピッチ
P2を上記カラーフィルターアレー33のピッチP1と
同程度に設定しているため、カラーフィルターアレー3
3で一旦分解された光は、図8で示すように撮像素子3
0の受光面30a上である程度混合する。
As described above, in the present embodiment, the pitch P1 of the color filter array 33 is set within the range of 1/2 times or more and 2 times or less of the total diffusion width D of the incident light in the MCP type II31. In addition, since the pixel pitch P2 of the image sensor 30 is set to be approximately the same as the pitch P1 of the color filter array 33, the color filter array 3
The light once decomposed in 3 is the image sensor 3 as shown in FIG.
There is some mixing on the light receiving surface 30a of 0.

【0041】しかしながら、上記カラーフィルターアレ
ー33で一旦分解された光は、受光面30a上で完全に
混合してしまうのではないため、入射光の赤の色成分に
やや強く反応する画素や、緑あるいは青の色成分にやや
強く反応する画素が生じる。ただし、例えば、赤の色成
分にやや強く反応する画素であっても緑の色成分や青の
色成分に対してもある程度反応する。
However, the light once decomposed by the color filter array 33 is not completely mixed on the light receiving surface 30a, so that the pixel or green which slightly reacts to the red color component of the incident light, or the green. Alternatively, a pixel that slightly strongly reacts to the blue color component occurs. However, for example, even a pixel that is slightly strongly responsive to the red color component is responsive to the green and blue color components to some extent.

【0042】本実施例では、撮像素子30の全画素Gに
ついて縦方向及び横方向に隣接する4個の画素を一組と
して、これら4個の画素からなる各画素の組について、
個々の画素が入射光に応答する出力と、入射光の赤、
緑、青の3色の色成分の強度との間に回帰式を作ってお
き、この式を用いて上記4個の各画素への入射強度の差
から、4個の画素の中心点における入射光の赤、緑、青
の3色の色成分の強度を推定するようにしている。
In the present embodiment, for all the pixels G of the image pickup device 30, four pixels adjacent in the vertical and horizontal directions are set as one set, and for each pixel set consisting of these four pixels,
The output in which each pixel responds to the incident light and the incident light red,
A regression equation is created between the intensities of the three color components of green and blue. Using this equation, from the difference in the intensities of incidence on the above four pixels, the incidence at the center point of the four pixels is made. The intensities of the three color components of light, red, green, and blue, are estimated.

【0043】上記回帰式の回帰係数は、キャリブレーシ
ョンにより求める。即ち、赤、緑、青の各単色光をそれ
ぞれ複数回撮像ユニット20に入射し、その時に上記4
個一組の各画素が応答して発生する電流強度を調べ、最
小二乗誤差の条件から回帰係数を得る。
The regression coefficient of the above regression equation is obtained by calibration. That is, each of red, green, and blue monochromatic light is made to enter the imaging unit 20 a plurality of times, and at that time,
The current intensity generated in response to each pixel in the set is examined, and the regression coefficient is obtained from the condition of the least square error.

【0044】以下、上記図7に示す縦方向及び横方向に
隣接する4個の画素G1,G2,G3,G4の組に関し、
上記回帰式及び回帰係数について詳細に説明する。各画
素G1,G2,G3,G4がある色成分を有する入射光に
対して応答して発生する電流強度をX1,X2,X3,X4
上記入射光に対する4個の画素G1,G2,G3,G4の
中心点Pでの上記入射光の赤、緑、青の色成分の強度を
それぞれY1,Y2,Y3として下記の構造式をたてる。
Hereinafter, regarding a set of four pixels G1, G2, G3 and G4 which are adjacent to each other in the vertical and horizontal directions shown in FIG.
The above regression equation and regression coefficient will be described in detail. Each pixel G1, G2, G3, G4 has a current intensity generated in response to incident light having a certain color component as X 1 , X 2 , X 3 , X 4 ,
The intensity of the red, green, and blue color components of the incident light at the center point P of the four pixels G1, G2, G3, and G4 with respect to the incident light is represented by Y 1 , Y 2 , and Y 3 below, respectively. Build up.

【0045】[0045]

【数1】 [Equation 1]

【0046】ここで、βmn (m=1〜3、n=1〜4)は
回帰係数、α123は定数である。この式 (1)中
の回帰係数βmnの値を、キャリブレーションにより求め
る。キャリブレーションの方法は、上記したように強度
が既知である赤、緑、青の単色光をそれぞれK回入射し
て、その時に各画素G1,G2,G3,G4が入射光に対
して応答する電流強度X1,X2,X3,X4を求め、それら
の値から最小二乗誤差の条件を利用して回帰係数βmnを
計算する。ここで上記単色光の場合は、その色成分以外
の色成分は0であり、例えば、強度1の赤の単色光で
は、Y1=1、Y2,Y3=0である。上記各画素の電流強
度X1,X2,X3,X4及び中心点Pでの赤、緑、青の色成
分の強度Y1、Y2、Y3から、それぞれキャリブレーシ
ョン時の平均値を引いて、
Here, β mn (m = 1 to 3, n = 1 to 4) is a regression coefficient, and α 1 , α 2 and α 3 are constants. The value of the regression coefficient βmn in this equation (1) is obtained by calibration. As the calibration method, as described above, the red, green, and blue monochromatic lights whose intensities are known are respectively incident K times, and at that time, each pixel G1, G2, G3, G4 responds to the incident light. The current intensities X 1 , X 2 , X 3 , X 4 are obtained, and the regression coefficient βmn is calculated from these values using the condition of the least square error. Here, in the case of the monochromatic light, the color components other than the color component are 0. For example, in the case of red monochromatic light having an intensity of 1, Y 1 = 1 and Y 2 , Y 3 = 0. From the current intensities X 1 , X 2 , X 3 , X 4 of each pixel and the intensities Y 1 , Y 2 , Y 3 of the red, green, and blue color components at the center point P, the average values at the time of calibration, respectively. Pull

【0047】[0047]

【数2】 [Equation 2]

【0048】とおく。なお、Ymaは色成分の平均値、X
naは各画素の電流強度の平均値を示している。この式
(2)より、上記式(1)は
Let us say. Note that Y ma is the average value of the color components, X
na indicates the average value of the current intensity of each pixel. From this equation (2), the above equation (1) becomes

【0049】[0049]

【数3】 [Equation 3]

【0050】となる。上記式 (3)を展開すると、m=
1、即ち、赤の色成分について、
It becomes Expanding equation (3) above, m =
1, that is, for the red color component,

【0051】[0051]

【数4】 [Equation 4]

【0052】となる。ここで、ε1kは、誤差である。従
って、式 (4)より
It becomes Here, ε 1 k is an error. Therefore, from equation (4)

【0053】[0053]

【数5】 [Equation 5]

【0054】また、In addition,

【0055】[0055]

【数6】 [Equation 6]

【0056】ここで、最小二乗誤差の条件よりHere, from the condition of the least square error,

【0057】[0057]

【数7】 [Equation 7]

【0058】式 (7)より、From equation (7),

【0059】[0059]

【数8】 [Equation 8]

【0060】と置くと、Putting,

【0061】[0061]

【数9】 [Equation 9]

【0062】従って、Therefore,

【0063】[0063]

【数10】 [Equation 10]

【0064】となる。上記式 (8)と式 (10)にキャ
リブレーションに使用した赤の単色光の強度及び各画素
の応答を代入して、回帰係数β11121314を決
定する。緑の色成分及び青の色成分についても上記した
赤の色成分と同様にしてそれぞれ回帰係数β2122
2324及び回帰係数β31323334を決定するこ
とができる。
It becomes The regression coefficients β 11 , β 12 , β 13 , and β 14 are determined by substituting the intensity of the red monochromatic light used for calibration and the response of each pixel into the above equations (8) and (10). For the green color component and the blue color component, the regression coefficients β 21 , β 22 , and β are set in the same manner as the red color component described above.
23 , β 24 and the regression coefficients β 31 , β 32 , β 33 , β 34 can be determined.

【0065】本実施例では、撮像素子30の受光面30
aを形成する全ての画素Gの、縦横方向に隣接する4個
で一組の組合せの全てについて、上記のような回帰式を
たてて、回帰係数をキャリブレーションにより予め求
め、それらを処理装置23の画像処理装置27に記憶し
ている。
In this embodiment, the light receiving surface 30 of the image pickup device 30 is used.
Regression coefficients as described above are prepared for all combinations of four pixels G forming a that are adjacent to each other in the vertical and horizontal directions, and regression coefficients are obtained in advance by calibration, and they are processed by a processing device. 23 in the image processing device 27.

【0066】更に、通常、入射光の強度と画素の応答の
電流強度の入出力関係は非線形であり、入射光の平均強
度が強いときと弱い時では、回帰係数βmnの値は異な
る。そのため、本実施例では、入射光の平均強度を強中
弱の3段階に層別化し、それぞれの段階に対してβmnの
値を求めている。
Furthermore, the input / output relationship between the intensity of the incident light and the current intensity of the pixel response is usually non-linear, and the value of the regression coefficient βmn is different when the average intensity of the incident light is strong and weak. Therefore, in this embodiment, the average intensity of the incident light is stratified into three levels of high, medium, and low, and the value of βmn is obtained for each level.

【0067】尚、上記のように、入射光の色成分の強度
と各画素の出力の間の関係を回帰方程式により表すた
め、CFA33と撮像素子30の位置合わせがずれた場
合には再度キャリブレーションを行えばよい。
As described above, since the relationship between the intensity of the color component of the incident light and the output of each pixel is expressed by the regression equation, if the CFA 33 and the image pickup device 30 are misaligned, the calibration is performed again. Should be done.

【0068】本実施例のカラービデオ撮影装置は、上記
のような構成としているため、撮影時には、CFA33
から光電面32、マイクロチャンネルプレート4、蛍光
面6を介して撮像素子30の撮像面30aに入射した入
射光に対する各画素Gの応答の電流強度は、信号処理部
24を介してメモリー部25に蓄積される。画像再生時
には、処理部23において、上記4個の画素G1,G2,
G3,G4ごとに画素の応答X1,X2,X3,X4の平均強度
を求め、その強中弱の3段階に応じた回帰係数βmnを上
記式 (3)に適用して入射光の色成分を推定し、カラー
画像を再現することができる。
Since the color video photographing apparatus of this embodiment has the above-mentioned structure, the CFA 33 is used at the time of photographing.
The current intensity of the response of each pixel G to the incident light incident on the image pickup surface 30a of the image pickup device 30 through the photocathode 32, the microchannel plate 4, and the phosphor screen 6 is stored in the memory unit 25 via the signal processing unit 24. Accumulated. During image reproduction, the processing unit 23 causes the four pixels G1, G2,
The average intensity of the pixel responses X 1 , X 2 , X 3 , X 4 is calculated for each of G3 and G4, and the regression coefficient βmn corresponding to the three levels of strength, medium strength, and weakness is applied to the above equation (3), and incident light is input. It is possible to reproduce the color image by estimating the color components of.

【0069】上記のように本実施例では、上記のように
してキャリブレーションにより予め回帰係数βmn求め
て、該回帰係数βmnを処理装置23内に記録しているた
め、任意の色成分からなる入射光に対して式 (3)より
中心点Pでの各色成分を推定することができる。
As described above, in the present embodiment, since the regression coefficient βmn is obtained in advance by the calibration as described above and the regression coefficient βmn is recorded in the processing device 23, the incidence of an arbitrary color component is made. Each color component at the center point P can be estimated from the equation (3) for light.

【0070】図9の(a)〜(d)は、本発明の第2実施例を
示している。第2実施例では、撮像素子30の全画素に
ついて縦横方向に隣接する3個の画素G1’,G2’,G
3’を一組として、上記した第1実施例と同様にこれら
3個一組の画素について入射光の赤、緑、青の色成分の
強度Y1,Y2,Y3とそれに対する画素からの応答X1,
2,X3の間の回帰方程式を求め、この回帰方程式を用
いて上記3個の各画素への入射強度の差から、上記3個
の画素の中心点P’における入射光の赤、緑、青の3色
の色成分の強度を推定するようにしている。
FIGS. 9A to 9D show the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, with respect to all the pixels of the image sensor 30, three pixels G1 ′, G2 ′, G that are adjacent in the vertical and horizontal directions are used.
3 ′ as one set, the intensity of the red, green, and blue color components of incident light Y 1 , Y 2 , Y 3 and the pixels corresponding thereto are calculated for these three sets of pixels in the same manner as in the first embodiment. Response X 1 ,
A regression equation between X 2 and X 3 is obtained, and the red and green incident lights at the center point P ′ of the three pixels are calculated from the difference in the incident intensity on each of the three pixels using this regression equation. The intensities of the three color components of blue are estimated.

【0071】上記図9に示すように、一つの中心点P’
に対して縦横方向に隣接する3個の画素を選ぶ方法は4
通ある。これらの3つの画素G1’,G2’,G3’につ
いて、
As shown in FIG. 9, one central point P '
The method of selecting three pixels that are adjacent to each other in the vertical and horizontal directions is 4
There is communication. For these three pixels G1 ', G2', G3 ',

【0072】[0072]

【数11】 [Equation 11]

【0073】であり、And

【0074】[0074]

【数12】 [Equation 12]

【0075】となる。従って、係数βmn'が決まれば式
(11)より、任意の色成分を有する入射光に対して各
画素G1’,G2’,G3’の応答する電流強度に係数βmn'
をかければ、中心点P’での各色成分の強度を算出する
ことができる。
It becomes Therefore, if the coefficient βmn 'is determined, the equation
From (11), the coefficient βmn 'is added to the current intensity of each pixel G 1 ', G 2 ', G 3 ' responding to the incident light having an arbitrary color component.
If it is written, the intensity of each color component at the center point P ′ can be calculated.

【0076】係数βmn'を求めるためのキャリブレーシ
ョンは下記のようにして行なう。即ち、強度が既知の赤
の単一色光を、撮像素子に入射し各画素G1’,G2’,G
3’の電流強度X1’,X2’,X3’を調べる。この時Y1
が既知でY2,Y3=0であるから、X1’,X2’,X3’を
1’で割れば係数β111213が求まる。同様にし
て、強度が既知の緑及び青の単一色光を、入射してその
時の各画素の強度電流をその単一色の強度で割れば、そ
れぞれ係数β212223及び係数β313233が求
まる。
The calibration for obtaining the coefficient βmn 'is performed as follows. That is, red monochromatic light having a known intensity is made incident on the image pickup element and each pixel G 1 ', G 2 ', G
3 'current intensity of X 1', X 2 ', X 3' examined. At this time Y 1
Since Y 2 and Y 3 = 0 are known, the coefficients β 11 , β 12 and β 13 can be obtained by dividing X 1 ′, X 2 ′ and X 3 ′ by Y 1 ′. Similarly, when green and blue monochromatic lights of known intensities are incident and the intensity current of each pixel at that time is divided by the intensity of the monochromatic color, the coefficients β 21 , β 22 , β 23 and the coefficient β are respectively obtained. 31 , β 32 , β 33 can be obtained.

【0077】上記したように一つの中心点P’に対して
3個の画素の組の選び方は図6の(a)〜(d)の4通りある
が、本実施例ではこれらの4通りについて係数行列βij
を求め、det{βij}の値を最大とする3個の画素の組を
採用し、これを処理部23に記憶している。更に、第2
実施例でも、上記した第1実施例と同様に、入射光の強
度により強中弱の3段階に層別化して、各段階に対して
異なるβijの値を使用する構成としている。
As described above, there are four ways of selecting a set of three pixels with respect to one central point P ', as shown in FIGS. 6A to 6D. In this embodiment, these four ways are selected. Coefficient matrix βij
Is obtained, a set of three pixels that maximizes the value of det {βij} is adopted, and this is stored in the processing unit 23. Furthermore, the second
Also in the embodiment, similarly to the above-described first embodiment, the intensity of incident light is stratified into three stages of strong, medium and weak, and different βij values are used for each stage.

【0078】第2実施例のその他の構成及び動作は上記
した第1実施例と同様であるので、説明を省略する。
The other structure and operation of the second embodiment are the same as those of the above-mentioned first embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0079】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、種々の変形が可能である。例えば、上記第1及
び第2実施例では、CFAのピッチを拡散幅と同程度に
設定すると共に、撮像素子の画素ピッチをCFAのピッ
チと等しく設定しているが、画素ピッチをカラーフィル
ターアレーのピッチよりも小さく設定してもよい。画素
ピッチをこのように設定した場合、色分解能を一層高め
ることができる。
The present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications can be made. For example, in the above-described first and second embodiments, the pitch of CFA is set to be about the same as the diffusion width, and the pixel pitch of the image sensor is set to be the same as the pitch of CFA. However, the pixel pitch of the color filter array is set. It may be set smaller than the pitch. When the pixel pitch is set in this way, the color resolution can be further improved.

【0080】上記第1及び第2実施例では共に入射光の
強度に対応して強中弱の3段階の層別化を行っていた
が、撮影条件に応じて更に段階を増やして細かい層別化
を行っても良いし、逆に、層別化を行わなくともよい。
In both the first and second embodiments, the stratification of three levels of strong, medium, and weak is performed corresponding to the intensity of the incident light, but the number of stages is further increased according to the shooting conditions to perform fine stratification. The stratification may be performed, or conversely, the stratification may not be performed.

【0081】第2実施例のように3個の画素を一組とし
て色成分を推定する場合には、画素を図10に示すよう
に千鳥配列とした撮像素子を用いてもよい。この場合、
一つの中心点P’に対する3個の画素の選び方は一通り
である。
When the color components are estimated with a set of three pixels as in the second embodiment, an image pickup device in which the pixels are arranged in a staggered arrangement as shown in FIG. 10 may be used. in this case,
There are one way to select three pixels for one center point P ′.

【0082】また、カラーフィルターアレーも上記のよ
うなRGB型のものに限定されず、例えば、黄、緑及び
青のフィルターを備えるYGB型のカラーフィルターア
レーを使用してもよい。
The color filter array is not limited to the RGB type as described above, and for example, a YGB type color filter array having yellow, green and blue filters may be used.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に係るカラービデオ撮影装置は、超高速に適した光増強
装置であるMCP型イメージインテンシファイヤーの光
電面にカラーフィルターアレーを取付けると共に、撮像
素子の画素のうち隣接する数個の画素の受光強度とそれ
らの中心点における3原色の色成分の強度との関係を予
め処理手段に記憶し、各画素の出力信号から上記数個の
画素の組における入射光の色成分の強度を推定する構成
としているため、機器を大型化することなく超高速カラ
ー撮影を行なうことができると共に、カラーフィルター
と撮像素子の位置合わせも不要となる。
As is apparent from the above description, in the color video recording apparatus according to the present invention, the color filter array is mounted on the photocathode of the MCP type image intensifier which is a light intensifying device suitable for ultra high speed. , The relationship between the received light intensities of several adjacent pixels of the pixels of the image pickup device and the intensities of the color components of the three primary colors at their center points is stored in advance in the processing means, and the above-mentioned several of them are output from the output signal of each pixel. Since the intensity of the color component of the incident light in the set of pixels is estimated, it is possible to perform ultra-high-speed color photography without increasing the size of the device, and it is not necessary to align the color filter with the image sensor.

【0084】また、本発明に係るカラービデオ装置は、
上記のような構成としているため、被写体の照明等が不
要であって、顕微鏡下においても超高速のカラー撮影を
実現することができると共に、大型の機器、移動物体等
の超高速カラー撮影にも適し、計測撮影において情報量
が多くなり、計測処理の精度をあげることができる等の
種々の利点を有する。
Further, the color video apparatus according to the present invention is
With the above-mentioned configuration, there is no need to illuminate the subject, and it is possible to achieve ultra-high-speed color imaging even under a microscope, and also for ultra-high-speed color imaging of large devices and moving objects. It is suitable, and has various advantages such as a large amount of information in measurement photography and the accuracy of measurement processing can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 第1実施例に係るカラービデオ撮影装置の全
体を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an entire color video shooting apparatus according to a first embodiment.

【図2】 MCP型IIの光電面の前面にカラーフィル
ターを取付けた状態を示す要部側面図である。
FIG. 2 is a side view of essential parts showing a state in which a color filter is attached to the front surface of an MCP type II photocathode.

【図3】 カラーフィルターアレーのマスクパターンを
示す部分概略図である。
FIG. 3 is a partial schematic view showing a mask pattern of a color filter array.

【図4】 カラーフィルタアレーのピッチを総合拡散幅
よりも十分大きく設定した場合の各色光線の混合状態を
示す概略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a mixed state of light beams of respective colors when the pitch of the color filter array is set to be sufficiently larger than the total diffusion width.

【図5】 カラーフィルタアレーのピッチを総合拡散幅
よりも十分大きく設定した場合の各色光線の混合状態を
示す概略図である。
FIG. 5 is a schematic view showing a mixed state of light beams of respective colors when the pitch of the color filter array is set sufficiently larger than the total diffusion width.

【図6】カラーフィルタアレーのピッチを総合拡散幅よ
りも著しく小さく設定した場合の各色光線の混合状態を
示す概略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a mixed state of light beams of respective colors when the pitch of the color filter array is set to be significantly smaller than the total diffusion width.

【図7】 撮像素子の画素配列を示す部分概略図であ
る。
FIG. 7 is a partial schematic diagram showing a pixel array of an image sensor.

【図8】 カラーフィルタアレーのピッチを本実施例の
範囲に設定した場合の各色光線の混合状態を示す概略図
である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a mixed state of light rays of respective colors when the pitch of the color filter array is set within the range of this embodiment.

【図9】 第2実施例における3個の画素の選び方を示
す部分概略図である。
FIG. 9 is a partial schematic diagram showing how to select three pixels in the second embodiment.

【図10】 本発明の一変形例における画素の配列を示
す部分概略図である。
FIG. 10 is a partial schematic diagram showing an array of pixels in a modification of the present invention.

【図11】 従来の問題を説明するための図2と同様な
図面である。
FIG. 11 is a view similar to FIG. 2 for explaining a conventional problem.

【図12】 従来の3番式を用いた場合の問題を説明す
るための図面である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a problem when the conventional No. 3 equation is used.

【図13】 光電面の前面にカラーフィルターを取付け
た場合の問題点を説明するための図面である。
FIG. 13 is a view for explaining a problem when a color filter is attached to the front surface of the photocathode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2,5 ファイバーガラス 4 マイクロチャンネルプレート 23 処理部 30 撮像素子 31 MCP型II 32 光電面 35 カラーフィルター G 画素 2,5 Fiber glass 4 Micro channel plate 23 Processing unit 30 Imaging device 31 MCP type II 32 Photoelectric surface 35 Color filter G pixel

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 撮像素子の前部に光増強装置を配置し、
該光増強装置の光電面で入射光を光電子に変換した後
に、蛍光面で光量を増強した光に変換して出射し、この
光を撮像素子の各画素で受光し、各画素の出力信号を処
理部で記憶、処理する撮影装置であって、 上記光増強装置の入射窓のファイバーガラス前面又は光
電面の前面に3原色を碁盤目状に配列したカラーフィル
ターアレーを配置し、 上記処理部は、撮像素子の隣接する複数個の画素を一組
とし、各画素の組について個々の画素が入射光に応答す
る出力と、画素の組の中心点における入射光の色成分の
強度との関係を最小二乗誤差の条件から求めた回帰式と
して記憶しており、該回帰方程式に基づいて個々の画素
の出力信号から各画素の組の中心点における色成分の強
度を推定する構成としているカラービデオ撮影装置。
1. A light intensifying device is arranged in front of an image pickup device,
After converting the incident light into photoelectrons on the photoelectric surface of the light intensifying device, the light is converted into light with an increased amount of light on the fluorescent surface and emitted, and this light is received by each pixel of the image sensor, and the output signal of each pixel is output. An image pickup apparatus for storing and processing in a processing unit, wherein a color filter array in which three primary colors are arranged in a grid pattern is arranged on the front surface of the fiber glass or the photoelectric surface of the entrance window of the light intensifying device. , A group of a plurality of adjacent pixels of the image pickup device, the relationship between the output of each pixel in response to incident light and the intensity of the color component of the incident light at the center point of the pixel set Color video recording is stored as a regression equation obtained from the condition of least square error, and the intensity of the color component at the center point of each pixel group is estimated from the output signal of each pixel based on the regression equation. apparatus.
【請求項2】 上記回帰式の回帰係数を入射光の強度に
より層別化している請求項1に記載のカラービデオ撮影
装置。
2. The color video recording apparatus according to claim 1, wherein the regression coefficient of the regression equation is stratified by the intensity of incident light.
【請求項3】 上記光増強装置はマイクロチャンネルプ
レート型イメージインテンシファイヤからなり、 上記カラーフィルターアレーのピッチを、マイクロチャ
ンネルプレート型イメージインテンシファイヤの入射窓
のファイバーガラス前面又は光電面の前面に配置したカ
ラーフィルターアレーの1ピッチ分に入射した入射光が
撮像素子の受光面に到達するまでの総合拡散幅の1/2
倍以上であって2倍以下に設定している請求項1または
請求項2に記載のカラービデオ撮影装置。
3. The light intensifying device comprises a microchannel plate type image intensifier, and the pitch of the color filter array is arranged on the front surface of the fiber glass or the photocathode of the entrance window of the microchannel plate type image intensifier. 1/2 of the total diffusion width until the incident light incident on one pitch of the arranged color filter array reaches the light receiving surface of the image sensor
3. The color video recording apparatus according to claim 1, wherein the color video recording apparatus is set to be more than twice and less than twice.
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