WO2005046248A1

WO2005046248A1 - マルチスペクトル画像撮影装置

Info

Publication number: WO2005046248A1
Application number: PCT/JP2004/016678
Authority: WO
Inventors: Takeyuki Ajito; Toru Wada; Yasuhiro Komiya
Original assignee: Olympus Corporation
Priority date: 2003-11-11
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2005-05-19
Also published as: US20060203100A1; EP1686810A1; JP2011015439A; US8134618B2; US7868936B2; US7612822B2; JPWO2005046248A1; EP1686810A4; US20100026876A1; JP4118916B2; US20110074992A1; JP5124003B2; CN1875638A

Abstract

　被写体（Ｏ）からの光をハーフミラー（１２）で２つの光路に分割し、一方の光は、赤外光カットフィルタ（１８）を通して近赤外の光を遮断しカラーＣＣＤ撮像素子（１４）に結像させることで標準的なＲＧＢの分光感度特性による３バンドの画像を取得する。他方の光は、ＲＧＢの波長帯域のそれぞれ約半分の帯域の光を通すバンドパスフィルタ（２０）を通してカラーＣＣＤ撮像素子（１６）に結像させることでＲＧＢよりも狭帯域な分光特性を有する３バンドの画像を取得する。

Description

明細書

ベクトル画像撮影装置

技術分野

[0001] 本発明は、各々異なる分光特性による 4バンド以上の画像撮影が可能なマルチスベクトル画像撮影装置に関する。

背景技術

[0002] 従来より、被写体の画像を撮影するために RGB (3バンド)カメラが広く用いられている。

[0003] 近年、画像撮影装置において被写体の忠実な色再現を行なうために、 4バンド以上の画像撮影が可能なマルチスペクトルカメラを用いて被写体のより詳細な分光情報を画像として取得 '記録する方法が提案されている。そのような 4バンド以上の画像撮景装置としては、 f列えば、、 USP5, 864, 364、 USP6, 466, 334、特開 2002— 2 96114号公報、特開 2003— 023643号公報、特開 2003— 087806号公報に開示されている方法がある。

[0004] それら文献に開示されている方法では、 RGBの波長帯域よりも狭帯域な透過率特性を有するフィルタを CCD撮像素子の前面に配置することで、より細カ^、被写体の分光情報を取得している。

[0005] し力しながら、被写体力も入射される光の大半は、上記狭帯域のフィルタにより不要な帯域の光としてカットされてしまうため、光の損失が従来の RGBカメラと比べ極端に大きい。このとき、撮影時間を長くすれば、上記光の損失があっても十分な露光を得ることは可能であるが、動きのある被写体を撮影する等、ある程度撮影時間に制限がある場合には、撮影画像の SZNが劣化し、色再現の精度が効果的に上がらないといった問題がある。

[0006] また、上記マルチスペクトルカメラにより撮影された画像を通常の RGBモニタで観察'確認したい場合には、 RGBとは異なるバンドで撮影された画像を色変換してモ- タに出力する必要があるため、特殊な変換器が必要であった。

発明の開示 [0007] 本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、動きのある被写体でも精度よく色再現を行なえ、また、特殊な変を必要とすることなく通常の RGBモニタを用いて直接撮影画像の確認が可能なマルチスペクトル画像撮影装置を提供することを目的とする。

[0008] 本発明の第 1の態様によれば、

4バンド以上の異なる分光感度特性を有するマルチスペクトル画像撮影装置において、

上記 4バンド以上の分光感度特性のうち、主要な 3バンドは、標準的な RGBの分光感度特性を有し、

上記 4バンド以上の分光感度特性のうちの上記主要な 3バンドを除いた残りのバンドのうち、少なくとも一つの補助的なバンドは、上記 RGBよりも狭帯域な分光感度特性を有する、

ことを特徴とするマルチスペクトル画像撮影装置が提供される。

[0009] また、本発明の第 2の態様によれば、

撮像レンズ力の光を 2つの光路に分割するハーフミラーと、

上記ハーフミラーで分割された一方の光の分光特性を変調するバンドパスフィルタと、

上記バンドパスフィルタによって変調された光を受光して、被写体を撮像する撮像手段と、

上記ハーフミラーで分割されたもう一方の光を、赤、青、緑の 3色に分解して受光し、被写体のカラー画像を撮像するカラー撮像手段と、

を具備することを特徴とするマルチスペクトル画像撮影装置が提供される。

[0010] また、本発明の第 3の態様によれば、

複数の波長帯域の光を透過し且つ上記複数の波長帯域以外の光を反射する櫛形の分光透過率及び分光反射率特性を有するダイクロイツクミラーと、

上記ダイクロイツクミラーと略同一の透過波長帯域を有するバンドパスフィルタと、上記ダイクロイツクミラーの反射波長帯域と略同一の波長帯域を透過する分光透過率特性を有するバンドパスフィルタと、

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、本発明の第 1実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。

[図 2]図 2は、第 1実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置に使用するハーフミラ一の透過率 ·反射率特性を示す図である。

[図 3]図 3は、第 1実施例に係るマルチスぺクトル画像撮影装置に使用する赤外光力ットフィルタの分光透過率特性及びカラー CCD撮像素子の RGB3バンドの分光感度特性を示す図である。

[図 4]図 4は、第 1実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置に使用するカラー CC D撮像素子の画素構造を示す図である。

[図 5]図 5は、第 1実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置に使用するバンドパスフィルタの分光透過率特性及びカラー CCD撮像素子の RGB3バンドの分光感度特性を示す図である。

[図 6]図 6は、図 5のバンドパスフィルタの代わりに使用可能な別のバンドパスフィルタの分光透過率特性を示す図である。

[図 7]図 7は、第 1実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置において得られる 6バンドの分光感度特性を示す図である。

[図 8]図 8は、第 1実施例の第 1の変形例であるマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。

[図 9]図 9は、第 1実施例の第 2の変形例であるマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。

[図 10]図 10は、図 9の装置構成におけるハーフミラーと色分解プリズムを合成した 4 分解光学系を示す図である。

[図 11]図 11は、本発明の第 2実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。 [図 12]図 12は、図 11における回転フィルタの具体的構成を示す図である。

[図 13]図 13は、回転フィルタの状態とカラー CCD撮像素子における画像取り込みのタイミングの対応関係を示す図である。

[図 14]図 14は、本発明の第 3実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。

[図 15]図 15は、図 14におけるカラー CCD撮像素子に装着されたモザイクフィルタ（一部）のフィルタ配置例を示す図である。

[図 16]図 16は、図 15における R, G, B, R' , G' , B'のフィルタの分光透過率特性を示す図である。

[図 17]図 17は、図 14におけるカラー CCD撮像素子に装着されたモザイクフィルタ（一部）のフィルタ配置の別の例を示す図である。

[図 18]図 18は、図 17における R'， G' , Cy, B'のフィルタの分光透過率特性を示す図である。

[図 19]図 19は、本発明の第 4実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。

[図 20]図 20は、図 19におけるダイクロイツクミラーの分光透過率分布及び分光反射率分布、並びに色分解プリズムで各々分離される RGBの分光特性を示す図である。

[図 21]図 21は、図 19におけるバンドパスフィルタ 52の分光透過率分布と図 20で示したダイクロイツクミラーによる分光透過率分布とを示す図である。

[図 22]図 22は、図 19におけるバンドパスフィルタ 54の分光透過率分布と図 20で示したダイクロイツクミラーによる分光反射率分布とを示す図である。

[図 23]図 23は、本発明の第 5実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。

[図 24]図 24は、第 5実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置に使用するストロボ照明発光部の光源のスペクトル特性及びカラー CCD撮像素子の RGB3バンドの分光感度特性を示す図である。

[図 25]図 25は、シャツタ制御からストロボ発光、並びにカラー CCD撮像素子の受光、取込までの撮影の流れを示すタイミングチャートを示す図である。 [図 26]図 26は、本発明の第 6実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置の構成を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0012] 以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

[0013] [第 1実施例]

本発明の第 1実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置においては、図 1に示すように、被写体 Oからの光がレンズ 10及びハーフミラー（HM) 12を通して 2枚の力ラー CCD撮像素子 14, 16に結像される。このとき、ハーフミラー 12は、透過率と反射率の比が異なり、それぞれの比が約 3 : 1となるようなものを使用している。即ち、図 2に示すように、ハーフミラー 12は、透過率 12Aが波長によらずに 75%—定で、反射率 12Bが同様に 25%—定のものを使用している。

[0014] 上記ハーフミラー 12により分岐された光のうち、光量の大きい方 (透過側）の光は、図 3に示すような赤外光カットフィルタ (IR— CF) 18を通すことで近赤外の光が遮断されて、片方のカラー CCD撮像素子 14に結像される。なお、図 3において、実線 18A 力 R-CF18の分光透過率を示して!/、る。

[0015] 一方、上記ハーフミラー 12により分岐された光のうち、光量の少ない方 (反射側）の光は、バンドパスフィルタ 20を通して、もう片方のカラー CCD撮像素子 16に結像される。

[0016] ここで、上記カラー CCD撮像素子 14, 16は、例えば、図 4に示すように、各画素に RGBのカラーフィルタがべィャ配列状に配置された単版式によるカラー CCD撮像素子を使用している。各々の RGBフィルタにおける分光透過率は、前述した図 3に破線で示して!/ヽるような分光形状を持つ。

[0017] また、上記バンドパスフィルタ 20は、図 5に実線 20Aで示すような櫛型形状の分光透過率を有しており、図中に破線で示す RGBの波長帯域のそれぞれ約半分の帯域の光を通すようなものとなって、る。

[0018] あるいは、上記バンドパスフィルタ 20は、図 6に実線 20Bで示すような櫛型形状の分光透過率を有するものでも良!ヽ。このような実線 20Bで示す分光透過率特性は、図 5に実線 20Aで示した分光透過率特性が反転したものである。従って、このような実線 20Bで示す分光透過率特性を有するバンドパスフィルタ 20では、近赤外領域の光ち取得することがでさる。

[0019] 以上により、前述したハーフミラー 12により分岐された透過側の光に対するカラー C CD撮像素子 14においては、従来の RGBと同様な分光特性による 3バンドの画像が取得される。また、反射側の光に対するカラー CCD撮像素子 16においては、従来の RGBよりも狭帯域な分光特性を有する 3バンドの画像が取得される。よって、合計 6 バンドの画像が二つのカラー CCD撮像素子 14, 16により取得されることになる。図 7 に、以上により構成された計 6バンドの分光感度特性を示している。前述したように、ハーフミラー 12の透過 Z反射率比が異なるため、図中の 6バンド分光感度のうち、後者の RGB以外の 3バンドは、前者 RGB3バンドに比べピーク感度が低くなつて!/、る。

[0020] このように、被写体 Oからの入射光の大半を RGB3バンドの取得に使用し、一方、残りの少量の光をバンドパスフィルタ 20により狭帯域ィ匕して他の 3バンドに割り当てるようにしている。このようにすることで、バンドパスフィルタ 20による狭帯域ィ匕により生じる光量の損失をできるだけ少なくし、マルチスペクトル撮影における感度の劣化を防ぐことにより、色再現性のよい分光感度特性を実現できる。

[0021] 透過側のカラー CCD撮像素子 14により取得された画像信号は、第 1画像メモリ 22 にー且記憶される。また、反射側のカラー CCD撮像素子 16により取得された画像信号は、第 2画像メモリ 24にー且記憶される。上記第 1画像メモリ 22及び第 2画像メモリ 24にそれぞれ記憶された 3バンド画像は、画像合成部 26にお、て 6バンド画像として合成され、記憶媒体及び外部 PC28に保存される。このとき、上記 RGB3バンドの画像信号は、透過側のカラー CCD撮像素子 14から直接もしくは第 1画像メモリ 22を介して別途外部に伝送され、 RGB接続機器 30に入力できるようにもなつている。これにより、一般的な RGBモニタ等に接続して、画像ビューヮ一として使用することが可能となる。

[0022] なお、本実施例において説明した 2つのカラー CCD撮像素子 14, 16は、同じ解像度である必要はなぐ例えば反射側のカラー CCD撮像素子 16は、透過側のカラー C CD撮像素子 14よりも低解像度であっても良、。反射側のカラー CCD撮像素子 16 により得られた補助的な 3バンド画像の解像度が低くても、透過側のカラー CCD撮像素子 14により得られた主要な 3バンド画像における高周波成分を利用して、上記主要な 3バンド画像とほぼ同等な解像度のマルチスペクトル画像を得ることも可能である。低解像度な CCD撮像素子は高解像度な CCD撮像素子と比べ感度が高ヽため、より上記ハーフミラー 12の反射率を落とし、透過率を高めることができるので、トータルの感度をさらに高めることが可能となる。

[0023] なお、本実施例では、バンドパスフィルタ 20を用いて狭帯域ィ匕するものとしているが、本発明はこれに限定されるものではなぐ例えば、カラー CCD撮像素子 16のカラ一フィルタの透過分光特性を狭帯域化することで狭帯域化する等、他の手段を用いて狭帯域ィ匕しても良い。

[0024] 次に、図 8を参照して、本第 1実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置の第 1 の変形例を説明する。本変形例は、前述した図 1における単板式のカラー CCD撮像素子 14, 16の代わりに、 RGB色分解プリズムと 3つの CCD撮像素子によって構成した 3板式のカラー撮像ユニットを用いたものである。

[0025] 即ち、ハーフミラー 12により異なる強度比で分岐された光のうち、一方の光は、 IR- CF18を通してカラー画像撮像ユニット 32に入射され、そのカラー画像撮像ユニット 3 2により RGB3バンド撮影が行なわれる。他方は、前述した図 5に示すような分光透過率によるバンドパスフィルタ 20により被写体 Oからの光を狭帯域ィ匕してカラー画像撮像ユニット 34に入射され、そのカラー画像撮像ユニット 34により 3バンド撮影が行なわれる。これにより、計 6バンドの画像信号が得られる。

[0026] 以上のように、 3板式のカラー画像撮像ユニット 32, 34を用いることで、単板式の力ラー CCD撮像素子 14, 16を用いた場合と比べ高解像度且つ高感度なマルチスぺタトル画像取得が可能となる。このような 3板式のカラー画像撮像ユニット 32, 34は、従来の HDTVカメラ等の動画撮影を行なう撮像装置で広く用いられており、動画のマルチスペクトル画像を撮影する際に有効である。

[0027] なお、カラー画像撮像ユニット 32, 34の各 CCD撮像素子は、それぞれ個別に電子シャツタ速度を決めることにより、最適な露出状態で撮影を行うことができる。

[0028] また図 9は、本第 1実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置の第 2の変形例を示す図である。本変形例は、前述した第 1実施例の構成と第 1の変形例の構成とを組み合わせた構成となって、る。

[0029] 即ち、ハーフミラー 12により異なる強度比で分岐された光のうち、一方の光は、 IR- CF18により近赤外領域の光をカットした後、前述した第 1の変形例と同様にカラー画像撮像ユニット 32に入射される。そして、そのカラー画像撮像ユニット 32において色分解プリズムにより RGBの光に分離され、各 CCD撮像素子に結像されて、 3バンド撮影が行なわれる。また、他方の光は、バンドパスフィルタ 20及び光学ローパスフィルタ (LPF) 36により狭帯域化された後、前述した第 1の実施例と同様にカラー CCD 撮像素子 16に結像されて、 3バンド撮影が行なわれる。このような撮影を行なうことで、計 6バンドの画像信号が得られる。なおここで、光学 LPF36は、偽色や色モアレを低減させるため一般的に使用されているものである。よって、特に図示はしていなかつたが、前述した第 1実施例 (及び後述する他の実施例）の構成においても同様に配されるちのである。

[0030] 以上のように、本第 2の変形例では、主要となる RGB3バンドに対しては 3板式の力ラー画像撮像ユニット 32を用いることで高解像度且つ高感度なマルチスペクトル画像取得が可能となる。一方、補助的な 3原色については、単板式のカラー CCD撮像素子 16により解像度を犠牲にして撮影を行なうが、先述したように主要な 3バンド画像における高周波成分を利用することで従来の 3バンド HDTVカメラと同様な解像度でマルチスペクトル画像の撮影が行なえる。以上により、小型なマルチバンド画像撮影装置を実現できる。

[0031] なお、図 9では、ハーフミラー 12と色分解プリズムは別素子となっており、透過側及び反射側の 3バンドはそれぞれ別ユニットにより構成される力これに限るものではない。例えば、図 10に示すように、ハーフミラー 12と色分解プリズム 38とを合成した一つの素子と、 1枚のカラー CCD撮像素子 16と、 3枚のモノクロ CCD撮像素子 40R, 4 OG, 40Bとを用いて、 1ユニットにより 6バンド撮影を実現することもできる。このようにすれば、より小型な装置構成による 6バンド画像撮影装置が実現可能である。

[0032] [第 2実施例]

本発明の第 2実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、図 11に示すように、被写体 Oからの光力レンズ 10及び回転フィルタ 42を通して、 1枚のカラー CCD撮像素子 44に結像される。回転フィルタ 42は、図 12に示すように、透過率がほぼ 100 %である透明ガラス 42Aと、前述した図 5に示した分光透過率特性によるバンドパスフィルタ 42Bと力もなるもので、各々の面積比が約 3 : 1となるように構成されている。上記回転フィルタ 42を透過した光は、 IR— CF18を通して近赤外の光が遮断され、力ラー CCD撮像素子 44に結像される。また、上記回転フィルタ 42は、モータ 46により回転速度一定で回転するように駆動され、カラー CCD撮像素子 44は、上記回転フィルタ 42がー回転する間に 2回の露光を行なう。

[0033] 図 13に、回転フィルタ 42の状態とカラー CCD撮像素子 44の露光タイミングについてのタイミングチャートを示して、る。上記回転フィルタ 42が透明ガラス 42Aの状態の間に第 1の露光を行ない、取得された 3バンド画像を第 1画像メモリ 22に記憶する。また、上記回転フィルタ 42がバンドパスフィルタ 20の状態の間に第 2の露光を行ない、取得された 3バンド画像を第 2画像メモリ 24に記憶する。上記第 1画像メモリ 22及び第 2画像メモリ 24に記憶されたそれぞれの 3バンド画像を、画像合成部 26におヽて合成することで 6バンドの画像を得る。

[0034] 以上のような構成により、前述した第 1実施例よりも少ない構成要素で同様な効果を実現することができる。また、第 1画像メモリ 22に記憶された 3バンド画像を RGB接続機器 30に入力すれば、従来の RGBカメラと同様に被写体 Oのカラー画像を簡単に確認することができる。

[0035] [第 3実施例]

本発明の第 3実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、図 14に示すように、被写体 Oからの光を、 IR— CF18を通して近赤外の光を遮断してから、 1枚のカラー C CD撮像素子 44に結像する。このとき、カラー CCD撮像素子 44には、図 15に示すように、 1画素毎に R, G, B、及び R'， G' , B'のフィルタが周期的に配置されたモザィクフィルタ 44Aが装着されている。各フィルタの分光透過率分布は、図 16に示すようになっている。即ち、 R, G, Bのフィルタは従来の 3バンドカメラと同じ分光帯域を有するものであり、 R'， G' , B'は従来の RGBよりも狭帯域な分光帯域を有するものとなつている。なお、上記モザイクフィルタ 44Aは、図 15に示すように、 R，， G，， B，のフィルタが R, G, B各 3画素に対して各 1画素の割合で配置され、これが周期的に並んでいる。

[0036] 上記各フィルタを通過した光は、カラー CCD撮像素子 44で受光され、 6バンドの点順次画像データとして画像補間処理部 48に入力される。画像補間処理部 48では、各々のバンドにおいて欠損している画素位置に対応する画像データを近傍の画像データ力も補間して求め、それぞれ同じ画素数による画像データを生成する。こうして生成された各バンドの画像データのうち、 RGB3バンドの画像については第 1画像メモリ 22に送られ記憶され、 R' G' B' 3バンド画像は第 2画像メモリ 24に送られ記憶される。この第 1画像メモリ 22に記憶された 3バンド画像を RGB接続機器 30に入力すれば、従来の RGBカメラと同様に被写体 Oのカラー画像を簡単に確認することができる。また、上記第 1画像メモリ 22及び第 2画像メモリ 24に記憶されたそれぞれの 3 バンド画像を画像合成部 26におヽて再び合成することで、 6バンドの画像を得ることができる。

[0037] このように、従来と同じ帯域による RGBフィルタにカ卩え、狭帯域なフィルタを補助的に混合させることで、マルチバンドの点順次画像を取得する際、補助的なバンドに対応する画素に対して RGBに対応する画素の配分率を高くし、それによつて、従来の RGB3バンドカメラと比べ、ほぼ遜色な、解像度及び感度でマルチバンドの画像を取得することができ、色再現性を向上することができる。

[0038] また、上述した図 15に示した図では、補助的に加えた R'， G' , B，のうち、 G'の画素を他の R'， B'に比べ 2倍配置している。し力しながら、これに限ることではなぐ例えば、図 17に示すように、 G，の 2画素のうちの一方を Cyとして、計 7バンドのマルチスペクトル撮影を行っても良い。このとき、フィルタ Cyは、図 18に示すように、前述したフィルタ G'とは異なる分光透過率特性を持つ。

[0039] なお、前述した第 1実施例及び第 2実施例においては、従来の RGB3バンド以外の補助的な 3バンドは、元の各 RGBの帯域力所定の範囲の帯域のみ取り出したもので構成されているが、本実施例においては、これに限定されるものでなぐ例えば図 18に示した Cyのように、元の RGBの波長帯域力外れた帯域で構成することが可能である。

[0040] [第 4実施例] 本発明の第 4実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、これまでの実施例にお、て使用して、た被写体 Oの光を 2分岐させるハーフミラー 12の代わりに、図 1 9に示すように、波長を選択して透過 Z反射を行なうダイクロイツクミラー（DM) 50を用いたものである。図 20は、上記 DM50の分光透過率分布は、図 20に黒細線 50A で示すようになっており、また、分光反射率分布は黒点線 50Bで示すようになつている。なお、図 20において黒太線は、図 19における色分解プリズムで各々分離される RGBの分光特性を示している。この図 20に示すように、上記 DM50はそれぞれ櫛形の分光形状による透過率 Z反射率分布を有してヽる。

[0041] 而して、該 DM50によって透過 Z反射された光は、カラー画像撮像ユニット 32, 34 で、色分解プリズムにより各々異なる狭帯域の RGB3バンドに分解され撮像される。その結果、各々狭帯域の 6バンドの画像が取得されることになる。

[0042] さらにこのとき、 DM50の後に、それぞれ図 21及び図 22に示すような DM50の分光透過率 50AZ反射率 50Bと同様な櫛形分光形状の分光透過率 52AZ反射率 54 Aを持つバンドパスフィルタ 52, 54を挿入し、波長選択性を際立たせることで、波長分離性のよい 6バンドの画像取得が可能となる。一般的に、ダイクロイツクミラー 50のみで櫛形の分光形状を持つ透過率 Z反射率分布を実現しょうとすると、波長選択性があまり望めず、図 20に示すようにある程度非透過帯 Z非反射帯にも漏れ光が存在してしまう場合が多い。そのため、前述したように DM50の後に波長選択性のよいバンドパスフィルタ 52, 54 (例えば多層膜干渉フィルタ等）を用いて各バンドの波長分離性を良くすることは、色再現性の良いマルチスペクトルカメラを実現するのに非常に有効な手段である。また、 DM50により被写体 Oの光をある程度波長分離しておくことで、バンドパスフィルタ 20による光の損失も最小限に抑えることができるので、光効率の良いマルチバンドカメラが実現できる。

[0043] 以上により、本実施例によれば、狭帯域の 6バンド撮影により波長分離性の良いマルチスペクトル撮影が実現できると共に、 SZN比の高、マルチバンドカメラが実現できる。但し、本実施例においては、これまでの実施例において述べていたような、従来の RGB接続機器 30に直接接続して通常の RGB画像と同等なカラー画像を観察することはできない。そこで、撮影された画像をカラー画像として観察する場合には、撮像された 6バンド画像を図 19に示したようなマルチバンド画像処理装置 56を通して色変換することが必要となる。

[0044] 以上、第 1乃至第 4実施例に基づいて説明したように、マルチスペクトル撮影を行なう各バンドのうち、少なくとも 3バンドは従来の RGBと同じ広帯域な分光感度特性とし、さらに、他の補助的な狭帯域のバンドに対しては、被写体の光を上記 RGBのバンドよりも少ない比率の光量で割り当てることにより、光の損失を軽減し、これにより動きのある被写体 Oでも色再現精度の良いマルチスペクトル画像撮影装置を提供することができる。さらに、特殊な変を必要とすることなく通常の RGBモニタを用いて直接撮影画像の確認が可能なマルチスペクトル画像撮影装置が提供できる。また、ダィクロイツクミラーとバンドパスフィルタを併用すれば、波長分離性の高、狭帯域な 6 バンドを実現できると共に、上記と同様、光の損失を軽減したマルチスペクトル画像撮影装置が実現できる。

[0045] [第 5実施例]

本発明の第 5実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、図 23に示すように、狭帯域の 3バンドの波長特性の光源を有するストロボ照明発光部 58を備え、ストロボ無発光状態 (外光照明）と、ストロボ発光状態 (外光 +ストロボ)の 2種類の画像 (各々 3バンド）を撮像することにより、 6バンドのマルチスペクトル画像を取得するものである。ここで、上記ストロボ照明発光部 58の光源には、カラー CCD撮像素子 44の RGB 感度の各々の波長領域で鋭!ヽピークを持つような櫛形分光分布の波長特性を有する白色 LED、蛍光灯などの光源を使用する。或いは、狭帯減の波長特性を有する 3 種類の LED等が用いられても良い。上記ストロボ照明発光部 58の光源の発光スぺクトルの例は、図 24に実線で示すようになつている。なお、同図において、破線は RGB の透過率特性を示して、る。

[0046] また、本実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、第 1画像メモリ 22に記憶された画像を第 2画像メモリ 24に記憶された画像から減算する画像減算部 60を有している。

[0047] 図 25は、シャツタ制御力ストロボ発光、並びにカラー CCD撮像素子 44の受光、取込までの撮影の流れを示すタイミングチャートを示している。即ち、本実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置においては、まずシャツタ 62が押されると、本マルチスペクトル画像撮影装置は、ストロボ無発光状態、即ち外光照明のみで通常の RG Bの 3バンドのカラー画像として被写体 Oの画像を撮影し、得られた画像を第 1画像メモリ 22に記憶する。そして従来の RGB画像として、 RGB接続機器 30に出力、及び 6 バンドのうちの主要な 3バンド画像として記憶媒体及び外部 PC28へ出力する。次に、ストロボ発光状態、即ち外光照明 +ストロボ照明で被写体 Oを照明し、同じく 3バンドのカラー画像として被写体 0の画像を撮影して、第 2画像メモリ 24に記憶する。撮影動作が終わると、この第 2画像メモリ 24に記憶した画像から、先に撮影して上記第 1 画像メモリ 22に記憶してあるストロボ無発光状態 (外光照明のみ）の画像を、画像減算部 60にて減算して、ストロボ成分のみによる狭帯域の 3バンド画像を作成する。そして、この作成した画像を、補助的な 3バンド画像として、記憶媒体及び外部 PC28 へ出力する。以上により、外光成分による 3バンド画像とストロボ成分による 3バンド画像の計 6バンドの画像を得る。

[0048] 以上のような構成により、前述の各実施例のような特別な光学系やフィルタ構造ではなぐ通常の光学系で同様な効果を実現することができる。また、第 1画像メモリ 22 に記憶された 3バンド画像を RGB接続機器 30に入力すれば、従来の RGBカメラと同様に被写体 Oのカラー画像を簡単に確認することができる。

[0049] なお、本実施例では、シャツタ動作の後、最初に外光のみの光源で被写体 Oのカラ一画像を撮影したが、最初にストロボ発光させて外光 +ストロボ光で被写体 Oを照明したカラー画像を撮影した後に、外光のみの光源で被写体 Oのカラー画像を撮影するようにしても良い。

[0050] [第 6実施例]

本発明の第 6実施例に係るマルチスペクトル画像撮影装置は、 2眼レンズによるマルチスペクトル画像撮影装置で、従来の RGB3バンド撮影用のカラー撮像部と、狭帯域の 3バンドの櫛型の分光透過特性を有するバンドパスフィルタをレンズに備えた、狭帯域の 3バンド撮影用のカラー撮像部とを備え、従来の RGB3バンド撮影用の力ラー撮像部からの主要な 3バンド画像と、狭帯域の 3バンド撮影用のカラー撮像部からの補助的な 3バンド画像とから、 6バンドのマルチスペクトル画像を取得するものである。

[0051] 図 26の上側の撮像部が従来の RGB3バンド撮影用のカラー撮像部であり、レンズ 10と IR— CF18、カラー CCD撮像素子 14とで構成されている。下側の撮像部が狭帯域の 3バンド撮影用のカラー撮像部であり、レンズ 64と、レンズ 64の前面に配置された狭帯域の 3バンドの櫛型の分光透過特性を有するバンドパスフィルタ 20と、カラー CCD撮像素子 16とで構成されてヽる。下側の撮像部で撮像された狭帯域の補助的な 3バンド画像は、視差により従来の 3バンド撮影画像 (上側）と画像の位置がずれている。このずれを

第 2画像メモリ 24の後の幾何補正部 66で補正し、両者の 3バンド画像の位置を一致させて出力する。

[0052] 以上のような構成により、前述の第 1乃至第 4実施例のような特別な光学系やフィルタ構造ではなぐ通常の光学系で同様な効果を実現することができる。また、第 1画像メモリ 22に記憶された 3バンド画像を RGB接続機器 30に入力すれば、従来の RGB カメラと同様に被写体 Oのカラー画像を簡単に確認することができる。

[0053] なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなぐ本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

[0054] 例えば、上述した各実施例では、撮像素子の例として CCD撮像素子を用いて説明したが、 CCD撮像素子の代わりに、 CMOS撮像素子等の X— Yアドレス型の撮像素子を用いても良い。そのような撮像素子を用いた場合には、高速読み出しや間引き読み出しが可能となり、さらに、単板式のカラー撮像素子構成の場合には同じ色フィルタの画素を選択的に読み出すことも可能となる。従って、マルチスペクトル画像撮影装置における、処理の高速化や、安価な構成も可能となる。

[0055] (付記）

前記の具体的実施例から、以下のような構成の発明を抽出することができる。

[0056] (1) 4バンド以上の異なる分光感度特性を有するマルチスペクトル画像撮影装置において、

上記 4バンド以上の分光感度特性のうち、主要な 3バンドは、標準的な RGBの分光感度特性を有し、上記 4バンド以上の分光感度特性のうちの上記主要な 3バンドを除いた残りのバンドのうち、少なくとも一つの補助的なバンドは、上記 RGBよりも狭帯域な分光感度特性を有する、

ことを特徴とするマルチスペクトル画像撮影装置。

[0057] (対応する実施例）

この（1)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施例は、第 1乃至第 4 実施例が対応する。

[0058] (作用効果）

この（1)に記載の構成によれば、マルチスペクトル撮影を行なう各バンドのうち、少なくとも 3バンドは従来の RGBと同じ広帯域な分光感度特性とし、さらに、他の補助的な狭帯域のバンドに対しては、被写体の光を上記 RGBのバンドよりも少な、比率の光量で割り当てることにより、光の損失を軽減し、これにより動きのある被写体でも精度よく色再現を行なえる。さらに、特殊な変を必要とすることなく通常の RGBモニタを用いて直接撮影画像の確認が可能となる。

[0059] (2) 上記補助的なバンドの分光感度特性における主波長の感度値は、上記主要な 3バンドの分光感度特性における主波長の感度値の半分未満であることを特徴とする（1)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置。

[0060] (対応する実施例）

この（2)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施例は、第 1乃至第 4 実施例が対応する。

[0061] (作用効果）

この（2)に記載の構成によれば、被写体力の入射光の大半を主要な RGB3バンドの取得に使用し、一方、残りの少量の光を狭帯域化して補助的なバンドに割り当てることで、その狭帯域ィ匕により生じる光量の損失をできるだけ少なくし、マルチスぺタトル撮影における感度の劣化を防ぐことにより、色再現性のよい分光感度特性を実現できる。

[0062] (3) 撮像レンズ（10)力の光を 2つの光路に分割するハーフミラー（12)と、

上記ハーフミラーで分割された一方の光の分光特性を変調するバンドパスフィルタ (20)と、

上記バンドパスフィルタによって変調された光を受光して、被写体を撮像する撮像手段（16)と、

上記ハーフミラーで分割されたもう一方の光を、赤、青、緑の 3色に分解して受光し、被写体のカラー画像を撮像するカラー撮像手段（ 14； 32)と、

を具備することを特徴とするマルチスペクトル画像撮影装置。

[0063] (対応する実施例）

この（3)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施例は、第 1実施例及び第 1実施例の第 2の変形例が対応する。

[0064] (作用効果）

この（3)に記載の構成によれば、ハーフミラーで分割された一方の光を、 RGBと同じ赤、青、緑の 3色に分解して撮像し、さらに、他方の光はバンドパスフィルタで狭帯域ィ匕して撮影することで、補助的な狭帯域のバンドに対しては被写体の光を RGBのバンドよりも少ない比率の光量で割り当てることにより、光の損失を軽減し、これにより動きのある被写体でも精度よく色再現を行なえる。さらに、特殊な変を必要とすることなく通常の RGBモニタを用いて直接撮影画像の確認が可能となる。

[0065] (4) 上記ハーフミラーは上記撮像レンズからの光を 2 : 1以上の異なる強度比で 2 つの光路に分割することを特徴とする（3)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置。

[0066] (対応する実施例）

この（4)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施例は、第 1実施例及び第 1実施例の第 2の変形例が対応する。

[0067] (作用効果）

この（4)に記載の構成によれば、被写体力の入射光の大半を RGB3バンドの取得に使用し、一方、残りの少量の光をバンドパスフィルタにより狭帯域ィ匕して他のバンドに割り当てることで、バンドパスフィルタによる狭帯域ィ匕により生じる光量の損失をできるだけ少なくし、マルチスペクトル撮影における感度の劣化を防ぐことにより、色再現性のよ！、分光感度特性を実現できる。

[0068] (5) 上記バンドパスフィルタは、可視領域の波長範囲において複数の透過波長帯域と複数の非透過波長帯域とを有する櫛形の分光形状を持つ

あり、

上記バンドパスフィルタを通過した光を受光する上記撮像手段は、上記バンドパスフィルタにおける複数の透過波長帯域の光を各々分解して受光するカラー撮像手段

(16)であることを特徴とする（3)または (4)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置

[0069] (対応する実施例）

この（5)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施例は、第 1実施例が対応する。

[0070] (作用効果）

この（5)に記載の構成によれば、補助的な狭帯域のバンドについてもカラー撮像手段を用いることで、 5バンド以上の多バンド化が可能となり、色再現性の良いマルチスベクトル画像取得が可能となる。

[0071] (6) 上記ハーフミラーで分岐された光のうち上記バンドパスフィルタを透過した光を受光する上記撮像手段における撮像素子の総画素数は、上記ハーフミラーで分割された光を赤、青、緑の 3色に分解して受光する上記カラー撮像手段における撮像素子の総画素数よりも少な、ことを特徴とする（3)乃至（5)の何れかに記載のマルチスペクトル画像撮影装置。

[0072] (対応する実施例）

この（6)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施例は、第 1実施例及び第 1実施例の第 2の変形例が対応する。

[0073] (作用効果）

この（6)に記載の構成によれば、補助的なバンド画像の解像度が低くても、主要な 3バンド画像における高周波成分を利用して、上記主要な 3バンド画像とほぼ同等な解像度のマルチスペクトル画像を得ることができる。また、低解像度な撮像手段は高解像度な撮像手段と比べ感度が高いため、よりハーフミラーの反射率を落とし、透過率を高めることができるので、トータルの感度をさらに高めることが可能となる。

[0074] (7) 4バンド以上の異なる分光感度特性を有するマルチスペクトル画像撮影装置において、

複数の波長帯域の光を透過し且つ上記複数の波長帯域以外の光を反射する櫛形の分光透過率及び分光反射率特性を有するダイクロイツクミラー (50)と、

上記ダイクロイツクミラーと略同一の透過波長帯域を有するバンドパスフィルタ（52) と、

上記ダイクロイツクミラーの反射波長帯域と略同一の波長帯域を透過する分光透過率特性を有するバンドパスフィルタ（54)と、

[0075] (対応する実施例）

この（7)に記載のマルチスペクトル画像撮影装置に関する実施例は、第 4実施例が対応する。

[0076] (作用効果）

この（7)に記載の構成によれば、ダイクロイツクミラーにより被写体の光をある程度波長分離しておくことで、バンドパスフィルタによる光の損失も最小限に抑えることができるので、光効率の良いマルチバンドカメラが実現できる。

Claims

請求の範囲

[1] 4バンド以上の異なる分光感度特性を有するマルチスペクトル画像撮影装置において、

ことを特徴とするマルチスペクトル画像撮影装置。

[2] 上記補助的なバンドの分光感度特性における主波長の感度値は、上記主要な 3バンドの分光感度特性における主波長の感度値の半分未満であることを特徴とする請求項 1に記載のマルチスペクトル画像撮影装置。

[3] 撮像レンズ（10)力の光を 2つの光路に分割するハーフミラー（12)と、

[4] 上記ハーフミラーは上記撮像レンズからの光を 2 : 1以上の異なる強度比で 2つの光路に分割することを特徴とする請求項 3に記載のマルチスペクトル画像撮影装置。

[5] 上記バンドパスフィルタは、可視領域の波長範囲において複数の透過波長帯域と複数の非透過波長帯域とを有する櫛形の分光形状を持つバンドパスフィルタであり、上記バンドパスフィルタを通過した光を受光する上記撮像手段は、上記バンドパスフィルタにおける複数の透過波長帯域の光を各々分解して受光するカラー撮像手段 (16)であることを特徴とする請求項 3または 4に記載のマルチスペクトル画像撮影装

[6] 上記ハーフミラーで分岐された光のうち上記バンドパスフィルタを透過した光を受光する上記撮像手段における撮像素子の総画素数は、上記ハーフミラーで分割された光を赤、青、緑の 3色に分解して受光する上記カラー撮像手段における撮像素子の総画素数よりも少ないことを特徴とする請求項 3乃至 5の何れかに記載のマルチスぺタトル画像撮影装置。

[7] 4バンド以上の異なる分光感度特性を有するマルチスペクトル画像撮影装置において、