JPWO2016084926A1 - 撮像システム - Google Patents
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Abstract
Description
また、可視光による撮影と赤外光による撮影を併用して、画像認識の精度の向上図ることが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
また、2つの撮像素子を用いる場合に、各撮像素子で撮影された二つの動画データには、多少の位置ずれが生じるので、2つの画像データで同じ座標系を用いて画像処理する場合に、位置ずれを補正する必要が生じる。
可視光帯域に透過特性を有し、前記可視光帯域の長波長側に隣接する第1の波長帯域に遮断特性を有し、前記第1の波長帯域内の一部分である第2の波長帯域に透過特性を有する光学フィルタと、
画素毎に受光素子が配置された撮像センサ本体を備え、かつ、前記可視光帯域の透過特性がそれぞれ異なるとともに、前記第2の波長帯域に透過特性を有する4種類以上の領域を備え、当該領域が所定配列で前記撮像センサ本体の各画素に配置されるカラーフィルタを備える撮像センサと、
前記撮像センサ上に像を結ぶレンズを有する光学系と、
前記撮像センサから出力される信号に基づいて、可視光の複数の色の成分の信号と、前記第2の波長帯域に対応する赤外光の成分の信号とを求め、これら信号に基づいて、同じ撮像範囲の可視画像信号および赤外画像信号を同時に出力可能な信号処理手段と、
前記赤外光の光源を備え、所定の投射パターンを被写体に断続的に投射するパターン投射手段と、
前記信号処理手段から出力される前記赤外画像信号から、前記所定の投射パターンが投射されたときに撮像された第1画像データを取得し、前記所定の投射パターンが投射されていないときに撮像された第2画像データを取得し、前記第1画像データと前記第2画像データとの差分から前記所定の投射パターンの反射光のみを含む第3画像データを取得する差分画像データ取得手段と、
前記第3画像データの画素間の自己相関係数を予め定めた所定の画素について算出する自己相関係数取得手段と、
前記所定の画素の自己相関係数に基づいて、前記被写体までの距離を取得する距離取得手段とを備えることを特徴とする。
前記距離取得手段は、前記画素の自己相関係数に基づいて前記テーブルを参照して、前記被写体までの距離を取得することが好ましい。
前記光学フィルタの前記第2の波長帯域が、前記カラーフィルタの各種類の前記領域の前記第3の波長帯域に含まれるように、前記光学フィルタの分光透過特性および前記カラーフィルタの各種類の前記領域の分光透過特性が設定され、
前記第3の波長帯域では、各種類の前記領域の前記透過率の互いの差が当該透過率で20%以内となっていることが好ましい。
図1は本発明を適用した光学式距離計測機能を有する撮像システムの概略構成図である。撮像システムは、被写体100に対して所定の投射パターンを断続的に投射するパターン投射装置(パターン投射手段)2と、撮像装置3と、パターン投射装置2および撮像装置3を駆動制御するとともに、撮像装置3が取得した画像データを演算処理して被写体100までの距離Dを算出する制御装置4を備えている。なお、本例の被写体は円柱100aと壁100bである。
I(x,y) :輝度
N:ブロックサイズ
<I>:ブロック内の平均輝度
図9のグラフに示すように、DBPF7dは、グラフでDBPF(実線)に示すように、DBPF(VR)で示す可視光帯域と、可視光帯域に対して長波長側の少し離れた位置のDBPF(IR)で示す赤外帯域(第2の波長帯域)の2つの帯域の透過率が高くなっている。また、可視光帯域の透過率の高い帯域としてのDBPF(VR)は、たとえば、370nm〜700nm程度の波長帯域となっている。また、赤外側で透過率が高い第2の波長帯域としてのDBPF(IR)は、たとえば、830nm〜970nm程度の帯域となっている。
すなわち、DBPF7dの透過率スペクトルの赤外光を透過する第2の波長帯域となるDBPF(IR)は、Rの領域、Gの領域、Bの領域の全てが略最大の透過率となって各領域で透過率が略同じとなる図9に示す波長帯域A内に含まれ、かつ、IRの領域の略最大の透過率で光を透過する波長帯域B内に含まれるようになっている。
なお、この波長帯域Aより短波長側(波長帯域C)では、透過率が略最大のRの領域に対して、G、Bの領域の透過率が低くなる。DBPF7dでは、このR,G,Bの各領域の透過率に差がある部分が、可視光帯域の透過率が高い部分であるDBPF(VR)と、赤外光帯域の第2の波長帯域の透過率の高い部分であるDBPF(IR)との間のDBPF7dの光を略遮断する透過率が極小となる部分に対応する。すなわち、赤外側では、R,G,Bの各領域の透過率の差が大きくなる部分の光の透過がカットされ、それより長波長側で各領域の透過率が略最大となって透過率が略同じになる波長帯域Aで光を透過するようになっている。
G画素 G+IR
B画素 B+IR
IR画素 IR
G画素 (R画素出力)―(IR画素出力)=(G+IR)−IR=G
B画素 (R画素出力)―(IR画素出力)=(B+IR)−IR=B
これにより、DBPF7dを透過するとともにカラーフィルタを透過するIR成分をカラーフィルタのIR以外の各色の領域から除外することができる。
また。信号処理部21では、可視画像信号に対して、上述のようにガンマ補正や、ホワイトバランスや、RGBマトリックス補正等の画像処理行う。
ここで、カラーフィルタ10bをC=W≒R+G+Bと設計し、RGBの各信号から除去すべきIR信号をIR’とすると、
IR’=((R+IR)+(G+IR)+(B+IR)−(C+IR))/2=IR+(R+G+B−C)/2
IR’≒IRとなる。なお、IRは計測等により求められる実際の値を示し、IR’は、計算により求められる値を示す。各フィルタより、IR’を減算することにより、IR補正ができる。
すなわち、
Rフィルタ(R+IR):
R’=(R+IR)−IR’=R−(R+G+B−C)/2
Gフィルタ(G+IR):
G’=(G+IR)−IR’=G−(R+G+B−C)/2
Bフィルタ(B+IR):
B’=(B+IR)−IR’=B−(R+G+B−C)/2
C(=W)フィルタ(W+IR):
W’=(C+IR)−IR’=C−(R+G+B−C)/2
となる。
また、従来のR、G、Bのベイヤ配列の場合に、図13に示すように、2×2の配列中では、R,Bが1つずつ配置されるとともにGが2つ配置される。
また、この従来のCやIRを含まない配列のうちの1つのGをIRに変更したR、G、B、IRのカラーフィルタの2×2の配列は、図14に示すように、R、G、B、IRが1つずつ配置された配列となる。
したがって、RGB−C(構成1)センサは、Cの市松配置により、輝度解像度は高いが、RGBの画素がまばらであり、かつ、非対称な配置になるため、解像度が低く、モアレが生じやすい。但し、色信号は、輝度信号に対して、求められる解像度は、1/2以下であり低いので、問題ない。また感度が高い。
すなわち、上述の第1の実施の形態のIRを有するカラーフィルタより、Cを有するカラーフィルタの方が、解像度や感度で有利になる可能性が高い。
フィルタ配置は、図16に示すように2×2の配置において、4類のフィルタ部A、B、C、Dが1つずつ備えられることが好ましい。
また、可視の波長帯においてなるべく下記の関係が成り立つようにA,B,C,Dの各フィルタ部を設計することが好ましい。
すなわち、可視光帯域において、
KaA+KbB+KcC+KdD≒0
とする。なお、A,B,C,Dは、各フィルタ部の可視光帯域のイメージセンサ10からの出力信号のレベルを示すものである。
Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR)≒IR(Ka+Kb+Kc+Kd)
であるから、IR信号は、
IR’=(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)
により計算できる。
下記の計算により、A,B,C,Dの各画素に含まれるIR成分を補正できる。
A’=(A+IR)−(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)=A−(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)
B’=B+IR−(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)=B−(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)
C’=C+IR−(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)=C−(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)
D’=D+IR−(Ka(A+IR)+Kb(B+IR)+Kc(C+IR)+Kd(D+IR))/(Ka+Kb+Kc+Kd)=D−(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)
ここで、誤差分は、
(KaA+KbB+KcC+KdD)/(Ka+Kb+Kc+Kd)である。この誤差分は、RGBマトリクスにおいて補正ができる。
実際、各フィルタ部についてのIR成分の透過率は、多少異なるため、下記のとおり、係数補正した信号で補正する。
3 撮像装置
7d DBPF(光学フィルタ)
10 イメージセンサ(撮像センサ)
10a イメージセンサ本体
10b カラーフィルタ
14 差分画像データ取得部(差分画像データ取得手段)
15 自己相関係数取得部(自己相関係数取得手段)
16 距離取得部(距離取得手段)
17 テーブル記憶部(テーブル記憶手段)
18 モニタ
21 信号処理部(信号処理手段)
22 可視画像信号
23 赤外画像信号
IR 第1の波長帯域
DBPF(IR) 第2の波長帯域
DBPF(VR) 可視光帯域
Claims (6)
- 可視光帯域に透過特性を有し、前記可視光帯域の長波長側に隣接する第1の波長帯域に遮断特性を有し、前記第1の波長帯域内の一部分である第2の波長帯域に透過特性を有する光学フィルタと、
画素毎に受光素子が配置された撮像センサ本体を備え、かつ、前記可視光帯域の透過特性がそれぞれ異なるとともに、前記第2の波長帯域に透過特性を有する4種類以上の領域を備え、当該領域が所定配列で前記撮像センサ本体の各画素に配置されるカラーフィルタを備える撮像センサと、
前記撮像センサ上に像を結ぶレンズを有する光学系と、
前記撮像センサから出力される信号に基づいて、可視光の複数の色の成分の信号と、前記第2の波長帯域に対応する赤外光の成分の信号とを求め、これら信号に基づいて、同じ撮像範囲の可視画像信号および赤外画像信号を同時に出力可能な信号処理手段と、
前記赤外光の光源を備え、所定の投射パターンを被写体に断続的に投射するパターン投射手段と、
前記信号処理手段から出力される前記赤外画像信号から、前記所定の投射パターンが投射されたときに撮像された第1画像データを取得し、前記所定の投射パターンが投射されていないときに撮像された第2画像データを取得し、前記第1画像データと前記第2画像データとの差分から前記所定の投射パターンの反射光のみを含む第3画像データを取得する差分画像データ取得手段と、
前記第3画像データの画素間の自己相関係数を予め定めた所定の画素について算出する自己相関係数取得手段と、
前記所定の画素の自己相関係数に基づいて、前記被写体までの距離を取得する距離取得手段とを備えることを特徴とする撮像システム。 - 前記第3画像データの画素の自己相関係数と前記被写体までの距離とを対応付けた形態で記憶保持しているテーブルを有し、
前記距離取得手段は、前記画素の自己相関係数に基づいて前記テーブルを参照して、前記被写体までの距離を取得することを特徴とする請求項1に記載の撮像システム。 - 前記可視画像信号に基づいて可視画像を表示するモニタを備え、前記モニタ上に表示される前記被写体に対応して、取得された前記被写体までの距離を表示することを特徴とする請求項1に記載の撮像システム。
- 前記信号処理手段、前記差分画像データ取得手段、前記自己相関係数取得手段および前記距離取得手段のうちの少なくとも2つが1つのチップ上の電子回路から構成されて、ワンチップ化されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像システム。
- 前記カラーフィルタの各種類の前記領域は、前記可視光帯域より長波長側に透過率が互いに近似する第3の波長帯域を備え、
前記光学フィルタの前記第2の波長帯域が、前記カラーフィルタの各種類の前記領域の前記第3の波長帯域に含まれるように、前記光学フィルタの分光透過特性および前記カラーフィルタの各種類の前記領域の分光透過特性が設定され、
前記第3の波長帯域では、各種類の前記領域の前記透過率の互いの差が当該透過率で20%以内となっていることを特徴とする請求項1に記載の撮像システム。 - 前記カラーフィルタは、前記可視光帯域の透過特性がそれぞれ異なるとともに、前記第2の波長帯域に透過特性を有する領域として、前記可視光帯域の透過特性により3種の互いに異なる色成分の領域と、白色となる領域とを備えていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の撮像システム。
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