JPWO2016203760A1 - 映像撮影装置および映像撮影方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1の実施の形態の映像撮影装置100を示すブロック図である。映像撮影装置100は、近赤外光回折手段110と、入射光映像信号生成手段120と、回折パターン抽出手段130と、近赤外光映像信号生成手段140と、可視光映像信号生成手段150と、を有している。
本実施の形態では、第1の実施の形態の映像撮影装置100の詳細について説明する。図2は、第2の実施の形態の映像撮影装置100を示すブロック図である。
まず、近赤外光領域のある波長を仮定し式(1)、(2)を用いて回折モデルを作成する。強度の単位は任意であるが、例えば8ビットで表して、正規化された入射強度I0を255とすることができる。
次に、入射した近赤外光の波長を推定するために、波長λをパラメータとして、上記と同様の、近赤外光強度を求める計算を行う。
図11は、本発明第3の実施の形態の映像撮影装置100Aを示すブロック図である。本実施の形態の映像撮影装置100Aは、可視光のカラー映像信号と近赤外光映像の、両方を生成する。映像撮影装置100Aは、近赤外光回折手段として、符号型IRカットフィルタ110aを有している。また、入射光映像信号生成手段120は、複数のフォトセンサが平面的に配置されたフォトセンサアレイ121と、フォトセンサアレイ121の光入射側に設けたカラーフィルタアレイ122と、を有する。さらに、回折パターン抽出手段130と、近赤外光映像信号生成手段140と、可視光映像信号生成手段150と、を有している。図11のR、G、B、NIRは、それぞれ、赤、緑、青、近赤外信号を表している。ここでは、フォトセンサアレイ121で、R+NIR、G+NIR、B+NIR信号が生成され、近赤外光映像信号生成手段140でNIR映像信号が生成される様子を矢印で示している。また、可視光映像信号生成手段150で、R、G,B信号が生成される様子を矢印で示している。動作の詳細については、後述する。
まず、欠けている色を補間するデモザイキング処理について説明する。なお、以下に説明するデモザイキング処理は、あくまで一例であり、他の方法を用いてもよい。
R(1,1)=R(1,1) (6)
座標(1,1)の画素に存在しないG信号、B信号については、例えば、以下のように周辺画素の色信号から補間して算出する。
G(1,1)=(G(2,1)+ G(1,2))/2 (7)
B(1,1)=B(2,2) (8)
次いで、座標(1,2)の画素の映像信号(R、G、B色信号)を生成する。
座標(1,2)の画素は、Gに対応し、直接、G信号を生成する。
G(1,2)=G(1,2) (9)
座標(1,2)の画素に存在しないR信号、B信号についても、R画素の場合と同様に、周辺画素の色情報から補間して算出する。
R(1,2)=R(1,1) (10)
B(1,2)=B(2,2) (11)
上述したように、R、G、B、各色のプログレッシブ信号には、近赤外光成分の円状パターンが含まれている。それぞれの近赤外光成分の推定を、第2の実施の形態と同様にして行う。すなわち、R、G、Bプログレッシブ信号を用いて、図10のフローチャートと同様の処理を行う。これにより、3つのプログレッシブ信号から得られた3つの近赤外光映像信号を抽出・生成する。ここで、Rプログレッシブ信号1Rから得られたNIR信号をNIR_R信号、と呼ぶこととする。同様に、Gプログレッシブ信号1Gから得られたNIR信号をNIR_G信号、Bプログレッシブ信号1Bから得られたNIR信号をNIR_B信号、と呼ぶこととする。そして、それぞれの信号成分を、INIR_R、INIR_G、INIR_B、で表すこととする。
各画素において、各色のプログレッシブ信号成分から、近赤外光成分を差し引くことにより、R、G、B、単色の色成分を得ることができる。それぞれの色成分をIR、IG、IBと呼ぶこととすると、これらの成分は以下の式によって算出することができる。
IR=IR+NIR−INIR_R (12)
IG=IG+NIR−INIR_G (13)
IB=IB+NIR−INIR_B (14)
また、近赤外光成分単色の成分INIRは、次式で表すことができる。
INIR=INIR_R+INIR_G+INIR_B (15)
なお、式(15)の各項については、デモザイキング処理の仕方を反映した重み付けを行っても良い。
上述の実施形態では、近赤外光成分INIRを、IR+NIR、IG+NIR、IB+NIR、3つのプログレッシブ信号を用いて算出したが、特定の色の信号を用いて算出することも可能である。特に、画素がRGBベイヤ配列型の場合、Gチャネルの情報が他のカラーチャネルの2倍あるため、デモザイキング処理後のGチャネルのみを利用する方法が有効である。
INIR=INIR_G (16)
なお、G信号の映像データIGについては、式(13)により算出する。
図17は、第4の実施形の態の映像撮影装置100Bのブロック図である。映像撮影装置100Bは、第3の実施の形態の映像撮影装置100Aに符号化情報メモリ134を追加した構成となっている。符号化情報メモリ134は、回折パターン抽出手段130に接続する。なお、符号型IRカットフィルタ110a、カラーフィルタアレイ122、フォトセンサアレイ121は、映像撮影装置100Aと同じものであるため、ここでは、符号化情報メモリ134および回折パターン抽出手段130について説明する。
第3および第4の実施の形態では、ベイヤ配列型の光学フィルタにより分光する映像撮影装置について説明したがが、本発明はベイヤ配列型に限定されない。本実施の形態では、3板式映像撮影装置に適用した例を示す。
第5の実施の形態では、本発明を、3板式映像撮影装置に適用する例を示したが、本発明は、積層型フォトセンサを有する映像撮影装置にも適用できる。
映像撮影装置102は、符号型IRカットフィルタ110aと、R、G、B専用の入射光映像信号生成手段120R、120G、120Bが積層された積層型入射光映像信号生成手段120Sと、を有している。また回折パターン抽出手段130と、近赤外光映像信号生成手段140と、可視光映像信号生成手段150と、を有している。積層型入射光映像信号生成手段120Sには、例えば、一般的な積層型センサ式映像撮影装置に使用されている積層型センサを使用することができる。図19の例では、光進行方向に対し各フォトセンサを、120B、120G、120Rの順で積層している。
(付記1)
受光面に入射した入射光の可視光成分と近赤外光成分の強度に応じた入射光映像信号を生成する入射光映像信号生成手段と、前記受光面の入射側に配置され前記入射光の近赤外光成分を回折させる近赤外光回折手段と、前記近赤外光が前記受光面に生成する回折パターンを抽出する回折パターン抽出手段と、前記回折パターンに基づいて算出した前記近赤外光成分の強度に応じた近赤外光映像信号を生成する近赤外光映像信号生成手段と、前記入射光映像信号と前記近赤外光映像信号とに基づいて算出した前記可視光成分の強度に応じた可視光映像信号を生成する可視光映像信号生成手段と、を有することを特徴とする映像撮影装置。
(付記2)
前記近赤外光回折手段が、近赤外光をカットし可視光を透過する近赤外光カット部と、近赤外光を透過する近赤外光透過部と、を有することを特徴とする付記1に記載の映像撮影装置。
(付記3)
前記近赤外光回折手段が、前記近赤外光透過部を複数有する、ことを特徴とする付記2に記載の映像撮影装置。
(付記4)
前記近赤外光透過部の形状が略円形である、ことを特徴とする付記2または付記3に記載の映像撮影装置。
(付記5)
前記近赤外光回折手段の情報と、前記受光面上に前記回折パターンが発生する位置の情報と、を記憶する情報メモリを有する、ことを特徴とする付記1乃至付記4いずれか一付記に記載の映像撮影装置。
(付記6)
前記近赤外光映像信号生成手段が、近赤外光の回折モデルを生成する回折モデル生成手段と、前記入射光映像信号の輝度勾配を解析する輝度勾配解析手段と、前記輝度勾配の解析結果に適合する回折モデルを判定する適合回折モデル判定手段と、前記適合回折モデルに基づいて入射した近赤外光の強度を推定する入射近赤外光強度推定手段と、を有することを特徴とする付記1乃至付記5いずれか一付記に記載の映像撮影装置。
(付記7)
前記近赤外光映像信号生成手段が、前記適合回折モデルに基づいて入射した近赤外光の波長を推定する入射近赤外光波長推定手段、を有することを特徴とする付記6に記載の映像撮影装置。
(付記8)
前記輝度勾配解析手段が、前記入射光映像信号を、前記回折パターンを1つ含む領域ごとに分割する領域分割手段と、分割した領域の座標を前記回折パターンの中心を原点とする極座標に変換する座標変換手段と、を有することを特徴とする付記6または付記7に記載の映像撮影装置。
(付記9)
前記輝度勾配解析手段が、前記入射光映像信号のある座標における輝度勾配と、前記回折モデルの前記ある座標に対応する位置での輝度勾配と、の比である輝度勾配比を算出する輝度勾配比算出手段を有する、ことを特徴とする付記8に記載の映像撮影装置。
(付記10)
前記輝度勾配解析手段が、前記分割した領域内の複数の座標で生成した前記輝度勾配比を統計処理する輝度勾配比統計処理手段を有する、ことを特徴とする付記9に記載の映像撮影装置。
(付記11)
前記適合回折モデル判定手段が、前記起動勾配比統計処理手段の統計処理結果に基づいて判定を行う、ことを特徴とする付記10に記載の映像処理装置。
(付記12)
前記入射光映像信号生成手段が、入射光を複数色の可視光に分離して強度に応じた信号を生成することを特徴とする付記1乃至付記11いずれか一付記に記載の映像撮影装置。
(付記13)
前記近赤外光映像信号生成手段が、前記複数色の色毎に近赤外光映像信号を生成する、ことを特徴とする付記12に記載の映像撮影装置。
(付記14)
前記第入射光映像信号生成手段がシリコン系フォトセンサを有する、ことを特徴とする付記1乃至付記13いずれか一付記に記載の映像撮影装置。
(付記15)
受光面の入射側に配置された近赤外光回折手段によって入射光の近赤外光成分を回折させ、前記受光面に入射した前記入射光の可視光成分と近赤外光成分の強度に応じた入射光映像信号を生成し、前記近赤外光が前記受光面に生成する回折パターンを抽出し、前記回折パターンに基づいて算出した前記近赤外光成分の強度に応じた近赤外光映像信号を生成し、前記入射光映像信号と前記近赤外光映像信号とに基づいて前記可視光成分の強度に応じた可視光映像信号を生成する、ことを特徴とする映像撮影方法。
(付記16)
前記入射光の前記近赤外光成分を、近赤外光をカットし可視光を透過する近赤外光カット部と近赤外光を透過する近赤外光透過部とを有する符号型IRカットフィルタで回折させる、ことを特徴とする付記15に記載の映像撮影方法。
(付記17)
前記近赤外光透過部を複数有する前記符号型IRカットフィルタを用いる、ことを特徴とする付記16に記載の映像撮影方法。
(付記18)
前記近赤外光透過部が略円形の前記符号型IRカットフィルタを用いる、ことを特徴とする付記16または付記17に記載の映像撮影方法。
(付記19)
前記近赤外光回折手段の情報と前記入射光映像信号生成手段上に前記回折パターンが発生する位置情報とをメモリに記憶する、ことを特徴とする付記15乃至付記18いずれか一付記に記載の映像撮影方法。
(付記20)
近赤外光の回折モデルを生成し、前記入射光映像信号の輝度勾配を解析し、前記輝度勾配の解析結果に適合する回折モデルを判定し、前記適合する回折モデルに基づいて入射した近赤外光の強度を推定する、ことを特徴とする付記15乃至付記19いずれか一付記に記載の映像撮影方法。
(付記21)
前記適合する回折モデルに基づいて入射した近赤外光の波長を推定する、ことを特徴とする付記20に記載の映像撮影方法。
(付記22)
前記入射光映像信号を、前記回折パターンを1つ含む領域ごとに分割し、分割した領域の座標を前記回折パターンの中心を原点とする極座標に変換する、ことを特徴とする付記17乃至付記21いずれか一付記に記載の映像撮影方法。
(付記23)
前記入射光映像信号のある座標における輝度勾配と前記回折モデルの前記ある座標に対応する位置での輝度勾配との比である輝度勾配比を算出する、ことを特徴とする付記22に記載の映像撮影方法。
(付記24)
前記分割した領域内の複数の座標で生成した前記輝度勾配比を統計処理する、ことを特徴とする付記23に記載の映像撮影方法。
(付記25)
前記輝度勾配比の前記統計処理の結果に基づいて前記適合する回折モデルの判定を行う、ことを特徴とする付記24に記載の映像撮影方法。
(付記26)
入射光を複数色の可視光に分離して強度に応じた信号を生成する、ことを特徴とする付記15乃至付記25いずれか一付記に記載の映像撮影方法。
(付記27)
前記複数色の色毎に近赤外光映像信号を生成する、ことを特徴とする付記26に記載の映像撮影方法。
(付記28)
前記入射光映像信号をシリコン系フォトセンサで生成する、ことを特徴とする付記15乃至付記27いずれか一付記に記載の映像撮影方法。
(付記29)
受光面の入射側に配置された近赤外光回折手段によって入射光の近赤外光成分を回折させるステップと、前記受光面に入射した前記入射光の可視光成分と近赤外光成分の強度に応じた入射光映像信号を生成するステップと、前記近赤外光が前記受光面に生成する回折パターンを抽出するステップと、前記回折パターンに基づいて算出した前記近赤外光成分の強度に応じた近赤外光映像信号を生成するステップと、前記入射光映像信号と前記近赤外光映像信号とに基づいて前記可視光成分の強度に応じた可視光映像信号を生成するステップと、を有することを特徴とする映像撮影プログラム。
(付記30)
近赤外光の回折モデルを生成するステップと、前記入射光映像信号の輝度勾配を解析するステップと、前記輝度勾配の解析結果に適合する回折モデルを判定するステップと、前記適合する回折モデルに基づいて入射した近赤外光の強度を推定するステップと、を有することを特徴とする付記29に記載の映像撮影プログラム。
(付記31)
前記入射光映像信号を、前記回折パターンを1つ含む領域ごとに分割するステップと、分割した領域の座標を前記回折パターンの中心を原点とする極座標に変換するステップと、を有することを特徴とする付記29または付記30に記載の映像撮影プログラム。
(付記32)
前記入射光映像信号のある座標における輝度勾配と前記回折モデルの前記ある座標に対応する位置での輝度勾配との比である輝度勾配比を算出するステップ、を有することを特徴とする付記31に記載の映像撮影プログラム。
(付記33)
前記分割した領域内の複数の座標で生成した前記輝度勾配比を統計処理するステップと、前記統計処理の結果に基づいて前記適合する回折モデルの判定を行うステップと、を有することを特徴とする付記32に記載の映像撮影プログラム。
(付記34)
入射光を複数色の可視光に分離して感知するステップ、を有することを特徴とする付記29乃至付記33いずれか一付記に記載の映像撮影プログラム。
20 円状パターン
100 映像撮影装置
110 近赤外光回折手段
110a 符号型IRカットフィルタ
120 入射光映像信号生成手段
121 フォトセンサアレイ
122 カラーフィルタアレイ
131 回折モデル生成手段
132 輝度勾配解析手段
133 適合モデル判定手段
134 符号化情報メモリ
140 近赤外光映像信号生成手段
150 可視光映像信号生成手段
160 プリズム
170 カメラレンズ
Claims (10)
- 受光面に入射した入射光の可視光成分と近赤外光成分の強度に応じた入射光映像信号を生成する入射光映像信号生成手段と、前記受光面の入射側に配置され前記入射光の近赤外光成分を回折させる近赤外光回折手段と、前記近赤外光が前記受光面に生成する回折パターンを抽出する回折パターン抽出手段と、前記回折パターンに基づいて算出した前記近赤外光成分の強度に応じた近赤外光映像信号を生成する近赤外光映像信号生成手段と、前記入射光映像信号と前記近赤外光映像信号とに基づいて算出した前記可視光成分の強度に応じた可視光映像信号を生成する可視光映像信号生成手段と、を有することを特徴とする映像信号撮影装置。
- 前記近赤外光回折手段が、近赤外光をカットし可視光を透過する近赤外光カット部と、近赤外光を透過する近赤外光透過部と、を有することを特徴とする請求項1に記載の映像撮影装置。
- 前記近赤外光透過部の形状が略円形である、ことを特徴とする請求項2に記載の映像撮影装置。
- 前記近赤外光映像信号生成手段が、近赤外光の回折モデルを生成する回折モデル生成手段と、前記映像信号の輝度勾配を解析する輝度勾配解析手段と、前記輝度勾配の解析結果に適合する適合回折モデルを判定する適合回折モデル判定手段と、前記適合回折モデルに基づいて入射した近赤外光の強度を推定する入射近赤外光強度推定手段と、を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれか一付記に記載の映像撮影装置。
- 前記近赤外光映像信号生成手段が、前記適合回折モデルに基づいて入射した近赤外光の波長を推定する入射近赤外光波長推定手段、を有することを特徴とする請求項4に記載の映像撮影装置。
- 受光面の入射側に配置された近赤外光回折手段によって入射光の近赤外光成分を回折させ、前記受光面に入射した前記入射光の可視光成分と近赤外光成分の強度に応じた入射光映像信号を生成し、前記近赤外光が前記受光面に生成する回折パターンを抽出し、前記回折パターンに基づいて算出した前記近赤外光成分の強度に応じた近赤外光映像信号を生成し、前記入射光映像信号と前記近赤外光映像信号とに基づいて前記可視光成分の強度に応じた可視光映像信号を生成する、ことを特徴とする映像撮影方法。
- 前記入射光映像信号を、前記回折パターンを1つ含む領域ごとに分割し、分割した領域の座標を前記回折パターンの中心を原点とする極座標に変換する、ことを特徴とする請求項6に記載の映像撮影方法。
- 前記入射光映像信号のある座標における輝度勾配と前記回折モデルの前記ある座標に対応する位置での輝度勾配との比である輝度勾配比を算出する、ことを特徴とする請求項7に記載の映像撮影方法。
- 前記分割した領域内の複数の座標で生成した前記輝度勾配比を統計処理し、前記統計処理の結果に基づいて前記適合する回折モデルの判定を行う、ことを特徴とする請求項8に記載の映像撮影方法。
- 受光面の入射側に配置された近赤外光回折手段によって入射光の近赤外光成分を回折させるステップと、前記受光面に入射した前記入射光の可視光成分と近赤外光成分の強度に応じた入射光映像信号を生成するステップと、前記近赤外光が前記受光面に生成する回折パターンを抽出するステップと、前記回折パターンに基づいて算出した前記近赤外光成分の強度に応じた近赤外光映像信号を生成するステップと、前記入射光映像信号と前記近赤外光映像信号とに基づいて前記可視光成分の強度に応じた可視光映像信号を生成するステップと、
を実行させるための映像撮影プログラムを記録したことを特徴とするプログラム記録媒体。
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