CN115039008A - 镜头装置、摄像装置、光学部件、摄像方法及摄像程序 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施方式提供一种用于获取良好的画质的多光谱图像的镜头装置、摄像装置、光学部件、摄像方法及摄像程序。在一个方式中，镜头装置具备：摄像光学***，包括使被摄体的光学像成像的透镜；及光学部件，在光轴与摄像光学***的光轴一致的状态下配置于摄像光学***的光瞳附近，所述光学部件具有：框体，具备多个开口区域；多个滤光器，配置于多个开口区域的至少一个中，且包括使至少一部分波段不同的光透过的两个以上的滤光器；及多个偏振滤光片，配置于多个开口区域的至少一个中，且偏振方向不同，对多个开口区域能够变更从摄像光学***射出的光的光量。

Description

镜头装置、摄像装置、光学部件、摄像方法及摄像程序
技术领域
本发明涉及一种用于拍摄多光谱图像的镜头装置、摄像装置、光学部件、摄像方法及摄像程序。
背景技术
关于用于拍摄多光谱图像的技术，例如专利文献1中记载了一种偏振彩色摄像装置，其通过使用偏振传感器和光瞳分割，能够进行多光谱摄像。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开2014/020791号公报
发明内容
本发明的技术所涉及的一个实施方式提供一种能够容易地获取良好的画质的多光谱图像的镜头装置、摄像装置、光学部件、摄像方法及摄像程序。
用于解决技术课题的手段
本发明的第1方式所涉及的镜头装置具备：摄像光学***，包括使被摄体的光学像成像的透镜；及光学部件，在光轴与摄像光学***的光轴一致的状态下配置于摄像光学***的光瞳附近，所述光学部件具有：框体，具备多个开口区域；多个滤光器，配置于多个开口区域的至少一个中，且包括使至少一部分波段不同的光透过的两个以上的滤光器；及多个偏振滤光片，配置于多个开口区域的至少一个中，且偏振方向不同，对多个开口区域能够变更从摄像光学***射出的光的光量。
第2方式所涉及的镜头装置在第1方式中，还具备：调整部件，配置于至少一个开口区域中而调整开口区域的开口面积。
第3方式所涉及的镜头装置在第2方式中，调整部件配置于多个开口区域中。
第4方式所涉及的镜头装置在第2或第3方式中，调整部件的开口面积可变。
第5方式所涉及的镜头装置在第1至第4方式的任一项中，具备：减光滤光片，配置于多个开口区域中的至少一个开口区域中，且对透过至少一个开口区域的光进行减光。
第6方式所涉及的镜头装置在第5方式中，减光滤光片分别配置于多个开口区域中。
第7方式所涉及的镜头装置在第5或第6方式中，减光滤光片的减光程度可变。
第8方式所涉及的镜头装置在第5至第7方式的任一项中，光学部件是在多个开口区域固定有滤光器及偏振滤光片的光学部件，对多个开口区域中的至少一个开口区域***减光滤光片。
第9方式所涉及的镜头装置具备：摄像光学***，包括使被摄体的光学像成像的透镜；及光学部件，在光轴与摄像光学***的光轴一致的状态下配置于摄像光学***的光瞳附近，所述光学部件具有：框体，具备多个开口区域；多个滤光器，配置于多个开口区域的至少一个中，且包括使至少一部分波段不同的光透过的两个以上的滤光器；及多个偏振滤光片，配置于多个开口区域的至少一个中，且偏振方向不同，对多个开口区域调整了从摄像光学***射出的光的光量。
第10方式所涉及的镜头装置在第9方式中，调整是在镜头装置安装于具有成像元件的摄像装置主体上的情况下，使来自成像元件的输出在波段之间恒定的调整。
第11方式所涉及的镜头装置在第9或第10方式中，对多个开口区域中的至少一个调整了开口面积且/或能够调整开口面积。
第12方式所涉及的镜头装置在第9至第11方式的任一项中，光学部件是在多个开口区域固定有滤光器及偏振滤光片的光学部件，对多个开口区域中的至少一个开口区域***对透过的光进行减光的减光滤光片。
第13方式所涉及的镜头装置在第1至第12方式的任一项中，光学部件能够对摄像光学******及移除。
本发明的第14方式所涉及的摄像装置具备：第1至第13中任一项所涉及的镜头装置；成像元件，具备具有与多个偏振滤光片的偏振方向对应的偏振方向的多个偏振元件，且包括选择性地接收透过多个开口区域的任一个的光的多个像素组；及处理器，根据从成像元件输出的多个图像信号，生成与多个滤光器的波段分别对应的多个图像。
第15方式所涉及的摄像装置在第14方式中，处理器根据多个图像信号，计算波段之间的光量比。
第16方式所涉及的摄像装置在第15方式中，在光量比小于阈值的情况下，处理器促使用户改善光量比。
第17方式所涉及的摄像装置在第15或第16方式中，处理器根据光量比，调整从多个开口区域射出的光的光量。
第18方式所涉及的摄像装置在第15至第17方式的任一项中，具备：多个屏蔽部件，与多个开口区域分别对应，且屏蔽多个开口区域中的除了特定的开口区域以外的开口区域，处理器根据在多个屏蔽部件中的任一个安装于镜头装置上的状态下获取的多个图像，计算光量比。
第19方式所涉及的摄像装置在第14至第18方式的任一项中，在成像元件中具备具有与多个滤光器的波段对应的波段的多个滤色器，处理器合成多个图像。处理器可以将与多个图像信号对应的多个图像全部合成，也可以将一部分图像合成。并且，处理器也可以合成多个图像而生成彩色图像。
本发明的第20方式所涉及的光学部件具备多个开口区域，且具备：可变机构，变更多个开口区域中的至少一个开口区域的面积。
本发明的第21方式所涉及的摄像装置的摄像方法，所述摄像装置具备：第1至第13方式中任一项所涉及的镜头装置；及成像元件，具备具有与多个偏振滤光片的偏振方向对应的偏振方向的多个偏振元件，且包括选择性地接收透过多个开口区域的任一个的光的多个像素组，所述摄像方法具有：图像生成工序，根据从成像元件输出的多个图像信号，生成与多个滤光器的波段分别对应的多个图像。
第22方式所涉及的摄像方法在第21方式中，还具有：信息计算工序，根据多个图像信号，计算波段之间的光量比。
第23方式所涉及的摄像方法在第22方式中，还具有：改善请求工序，在光量比小于阈值的情况下，促使摄像装置的用户改善光量比。
第24方式所涉及的摄像方法在第22方式中，还具有：光量调整工序，根据光量比，调整从多个开口区域射出的光的光量。
本发明的第25方式所涉及的摄像程序使计算机执行第21至第24方式中任一项所涉及的摄像方法。
附图说明
图1是表示第1实施方式所涉及的摄像装置的概略结构的图。
图2是表示成像元件的概略结构的图。
图3是表示图2所示的1个像素(图2的虚线部)的概略结构的剖视图。
图4是表示图像生成部的结构的图。
图5是镜头装置的外观立体图。
图6是镜头装置的光轴方向上的剖视图。
图7是框体的外观图。
图8是表示光学部件的结构例的图。
图9是表示滤光片组的结构例的图。
图10是表示偏振滤光片的偏振方向的例子的图。
图11是表示光学部件的其他结构例的图。
图12是表示减光滤光片的减光程度可变的光学部件的结构例的图。
图13是表示调整部件的例子的图。
图14是表示调整部件的其他例子的图。
图15是表示具备变更开口区域的面积的可变机构的光学部件的例子的图。
图16是表示3波长时的开口区域的配置例的图。
图17是表示将屏蔽部件安装于框体上的状态的图。
图18是表示光量比调整及摄像的处理的流程图。
图19是表示光量比调整及摄像的处理的另一流程图。
具体实施方式
本发明所涉及的镜头装置、摄像装置、光学部件、摄像方法及程序的一个实施方式如下。在说明中，根据需要参考附图。
<第1实施方式>
<摄像装置的结构>
图1是表示第1实施方式所涉及的摄像装置的概略结构的图。第1实施方式所涉及的摄像装置10(摄像装置)是拍摄多光谱图像的摄像装置，主要具备镜头装置100(镜头装置、摄像光学***)、摄像装置主体200(摄像装置、成像元件、处理器)。摄像装置主体200具备成像元件210(成像元件)、信号处理部230(信号处理部、处理器)。
<成像元件的结构>
图2是表示成像元件210的概略结构的图，图3是表示图2所示的1个像素(图2的虚线部)的概略结构的剖视图。成像元件210是CMOS(Complementary Metal-OxideSemiconductor：互补金属氧化物半导体)型成像元件(图像传感器)，是具有像素阵列层211、偏振滤光片元件阵列层213及微透镜阵列层215的单色型成像元件。各层从像面侧朝向物体侧依次配置像素阵列层211、偏振滤光片元件阵列层213(多个偏振元件)、微透镜阵列层215。另外，成像元件210并不限于CMOS型，也可以是XY地址型或CCD(Charge CoupledDevice：电荷耦合器件)型图像传感器。
像素阵列层211二维排列多个光电二极管212(多个像素组)而构成。一个光电二极管212构成一个像素。各光电二极管212沿着水平方向(x方向)及垂直方向(y方向)规则地配置。
偏振滤光片元件阵列层213二维排列偏振方向(透过光的偏振方向)不同的4种偏振滤光片元件214A、214B、214C、214D(多个偏振元件)而构成。偏振滤光片元件214A、214B、214C、214D的偏振方向例如能够设为0°、45°、90°、135°。并且，这些偏振方向能够与光学部件中的偏振滤光片的偏振方向(参考图10)对应。成像元件210包括多个图像组，所述多个图像组通过这些偏振滤光片元件214A～214D选择性地接收透过多个开口区域的光的任一个。这些偏振滤光片元件214A～214B以与光电二极管212相同的间隔配置，按每个像素设置。
微透镜阵列层215具备在各像素中排列的微透镜216。
<图像生成部的结构>
图4是表示图像生成部的结构的图。信号处理部230具备对从成像元件输出的信号实施模拟信号处理的模拟信号处理部232、图像生成部234及系数存储部236。图像生成部234(处理器)具备记录有使计算机执行本发明所涉及的摄像方法的摄像程序的计算机可读取的代码的ROM(Read Only Memory：只读存储器)等非临时性记录介质(未图示)及作业用临时存储区域(未图示)，根据从成像元件210输出的多个图像信号(与不同的偏振方向对应的图像信号)，生成与配置于镜头装置100的多个滤光器(参考图8等)的波段分别对应的多个图像。图像生成部234能够生成波段λ1、λ2、λ3的图像(3个频带的多光谱图像)。并且，图像生成部234计算和/或调整光量比，输出催促光量比的调整的消息等(后述)。
上述图像生成部234的功能使用各种处理器(processor)及记录介质来实现。各种处理器中还包括例如执行软件(程序)来实现各种功能的通用的处理器即CPU(CentralProcessing Unit：中央处理器)、对图像处理特化的处理器即GPU(Graphics ProcessingUnit：图形处理单元)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)等在制造后能够变更电路结构的处理器即可编程逻辑器件(Programmable Logic Device：PLD)。各功能可以由一个处理器来实现，也可以由相同种类或不同种类的多个处理器(例如，多个FPGA、或者CPU和FPGA的组合、或CPU和GPU的组合)来实现。并且，也可以由一个处理器实现多个功能。更具体而言，这些各种处理器的硬件结构为将半导体元件等电路元件组合而成的电路(circuitry)。
在上述的处理器或者电路执行软件(程序)时，将能够由执行的软件的计算机(例如，构成图像生成部234的各种处理器或电路、和/或它们的组合)读取的代码存储于ROM等非临时性记录介质中，计算机参考该软件。
摄像装置10在从未图示的快门释放开关等接受到摄影指示输入时，进行成像元件210中的曝光控制。通过该曝光控制成像在成像元件210的受光面上的被摄体的光学像被成像元件210转换为电信号。在成像元件210的各像素中积蓄与入射到光电二极管212的光的光量对应的电荷，从成像元件210读出与积蓄在各像素中的电荷量对应的电信号作为图像信号，并输出。
<镜头装置的结构>
图5是镜头装置100的外观立体图，图6是镜头装置100的镜头装置的光轴L方向上的剖视图。如这些图所示，镜头装置100在镜头镜筒102中配置有由第1透镜110(透镜、摄像光学***)及第2透镜120(透镜、摄像光学***)构成的单一的摄像光学***，这些透镜组通过分别使第1杆104、第2杆106转动而在光轴L的方向上进退，从而调整变焦和/或聚焦。第1透镜110及第2透镜120也可以是由多个透镜构成的透镜组。并且，在镜头镜筒102中，在镜头装置100的光瞳位置(光瞳附近)形成有狭缝108，在该狭缝108中***光学部件130(光学部件)，以光轴与摄像光学***的光轴L一致的状态配置。
<光学部件的结构(其1)>
如后所述，光学部件130具备框体(框体)、滤光器(滤色器、多个滤光器)、偏振滤光片(多个偏振滤光片)、减光滤光片(减光滤光片)。光学部件130能够***镜头镜筒102中或从镜头镜筒102移除，并且能够根据光源(被摄体)的特性，使用特性不同的光学部件。并且，由此对多个开口区域的每一个调整从摄像光学***射出的光的光量且/或能够调整从摄像光学***射出的光的光量。另外，在镜头装置100安装于摄像装置主体200上的情况下，能够将与开口区域132A～132D对应地使来自成像元件210的输出(灵敏度)在多个波段之间恒定或使其在指定的范围内的情况称为“调整”。并且，能够将由被摄体(光源)的光谱、透镜(第1透镜110、第2透镜120)的分光透射率、滤光片(滤光器、偏振滤光片)的透过波长特性、及波段与图像传感器(成像元件210)的输出的关系确定的特性称为“灵敏度”。
通常，图像传感器单体中的灵敏度在制造过程中决定，被摄体的光谱也依赖于其物性，因此在摄影时难以变更它们。从这样的观点出发，在本发明中，按每个波段分割透镜的光瞳，根据与各波段建立对应关联的偏振信息生成分光图像(与滤光器的波段对应的图像)，通过按每个透镜光瞳(开口区域)调整光量，能够改变波段之间的光量比。并且，能够同时获取没有光轴(摄像方向)的偏移的分光图像，与上述专利文献1中记载的技术不同，不需要进行多次摄影。因此，能够容易地获取良好的画质的多光谱图像(后述的方式的光学部件的情况也相同)。
图7是框体132的外观图，图8是表示光学部件的结构例的图。具体而言，图7的(a)部分～(f)部分分别为后视图、俯视图、左侧视图、仰视图、立体图、主视图。如图7的(e)部分及(f)部分所示，框体132具备4个开口区域132A～132D(多个开口区域)。开口区域132A～132D的形状并不限于扇形，可以是圆形或矩形、多边形等其他形状(后述的其他方式中也相同)。在这些开口区域(框体132的背面侧)中，如图7的(a)部分及图8所示，分别配置有滤光片组140A～140D(滤光器(滤色器)、偏振滤光片、减光滤光片)。滤光片组140A～140D也可以用粘接剂固定。
图9是表示滤光片组140的结构例的图。具体而言，如图9的(a)部分所示，滤光片组140A通过将滤光器142A、偏振滤光片144A、减光滤光片146A重叠而构成。同样地，如图9的(b)部分所示，滤光片组140B通过将滤光器142B、偏振滤光片144B、减光滤光片146B重叠而构成。同样地，如图9的(c)部分所示，滤光片组140C通过将滤光器142C、偏振滤光片144C、减光滤光片146C重叠而构成。同样地，如图9的(d)部分所示，滤光片组140D具备滤光器142D、偏振滤光片144D、减光滤光片146D。
滤光器142A～142D是使至少一部分波段不同的光透过的多个滤光器(带通滤光片)，偏振滤光片144A～144C是偏振方向不同的多个偏振滤光片，减光滤光片146A～146D是对通过开口区域132A～132D的光进行减光的减光滤光片。图10是表示偏振滤光片的偏振方向的例子的图，如该图的(a)部分～(d)部分所例示，偏振滤光片144A～144D的偏振方向能够设为最多4个方向(与开口区域的数量相同；例如0°，45°，90°，135°)。另外，偏振滤光片144A～144D可以是通过偏振膜进行偏振的滤光片，也可以是通过线栅或者多个狭缝进行偏振的滤光片。
减光滤光片146A～146D是对透过开口区域132A～132D的光进行减光的滤光片，例如能够使用ND滤光片(ND：Neutral Density：中性密度)。减光滤光片146A～146D的减光程度在一部分或全部滤光片中可以不同，用户通过使用所选择的减光度的减光滤光片，能够调整开口区域132A～132D之间的光量比。
图8、9所示的光学部件130在制造工序中能够调整光量比，因此对于获取良好的画质的多光谱图像有效。并且，能够提高光学部件的刚性。而且，由于在光学部件130中未调整开口区域132A～132D的开口面积，因此能够确保所生成的图像的亮度，并且在想要使景深变浅的情况或在想要防止由小光圈引起的图像模糊的情况下有效。
<光学部件的结构(其2)>
图11是表示光学部件的其他结构例的图。关于图8、9等，在上述例子中，在开口区域132A～132D分别配置有滤光片组140A～140D，但在图11所示的例子中，在开口区域132A～132D中配置有滤光器及偏振滤光片，减光滤光片另行***镜头镜筒102中。
具体而言，如图11的(a)部分所示，滤光器142A及偏振滤光片144A配置于开口区域132A中。同样地，滤光器142B及偏振滤光片144B配置于开口区域132B中，滤光器142C及偏振滤光片144C配置于开口区域132C中，滤光器142D及偏振滤光片144D配置于开口区域132D中。并且，如图11的(b)部分所示，通过在配置有滤光器及偏振滤光片的状态下配置(***狭缝108中)减光滤光片146A、146B，构成光学部件130A。减光滤光片可以对4个开口区域132A～132D中的一部分开口区域***，也可以对全部开口区域***。另外，也可以不直接***减光滤光片，而是配置(粘接等)于框体132上并***。并且，减光滤光片的减光程度可以根据所希望的光量比进行选择。
根据这样的方式，用户通过对所需的开口区域***减光滤光片，能够调整开口区域之间的光量比。并且，由于用户能够进行光量比的反馈，因此能够根据每个用户的使用环境(被摄体的种类、光源特性、图像的使用目的等)进行光量调整，能够以更高的条件数获取良好的画质的多光谱图像。
另外，也可以不是如图11的(a)部分及(b)部分所示那样配置减光滤光片自身，而是将减光滤光片配置于框体上并***该框体。例如，如图11的(c)部分所示，也可以将减光滤光片146A、146B配置于开口区域133A、133B而构成框体133，将该框体133靠近框体132而配置(光瞳附近)。由此形成光学部件130B。
<光学部件的结构(其3)>
在本发明中，减光滤光片的减光程度可以可变。图12是表示减光滤光片的减光程度可变的光学部件的结构例的图，除了滤光器142A及偏振滤光片144A以外，还表示由减光程度可变的减光滤光片147A(可变减光滤光片)构成的滤光片组141A。这样的可变减光滤光片可以配置于一部分开口区域中，也可以配置于全部开口区域中。另外，能够重叠多个减光滤光片构成可变减光滤光片，使这些多个减光滤光片相对旋转，由此调整减光程度。并且，也能够使用液晶显示元件构成减光滤光片，变更液晶的透射率，由此调整减光程度。
根据这样的方式，由于能够主动调整光量比，因此即使在例如外光那样在早晚和白天光谱变化的环境下，用户也能够根据状况容易地获得最佳的光量比(条件数)，由此能够获取良好的画质的多光谱图像。
<光学部件的结构(其4)>
在上述方式中，开口区域的开口面积相同，但在本发明中，开口面积也可以在开口区域之间不同。图13是表示调整部件(调整了各光瞳的开口面积的光瞳分割框)的例子的图，也可以使用这样的调整部件来调整开口面积(缩小框体的开口区域)。如图13的(a)部分所示，调整部件134具有调整框体132的开口区域132A～132D的开口面积的开口区域134A～134D。如该图的(b)部分所示，调整部件134配置于框体132的前表面(也可以是背面)，在框体132上配置滤光器142A～142D及偏振滤光片144A～144D，形成光学部件135。也可以将在调整部件134上配置有滤光器及偏振滤光片的部件安装于框体132上。
开口区域134A～134D的开口面积也可以根据每个开口而不同。并且，调整部件134可以是对一个开口区域调整开口面积的部件，也可以是配置于多个开口区域中而对这些多个开口区域调整开口面积的部件。另外，调整部件134的形状也可以不是圆形而是矩形或多边形等其他形状。
根据这样的方式，能够调整(缩小)开口面积，在想要加深景深的情况下有效。
<光学部件的结构(其5)>
图14是表示调整部件的其他例子的图。在图14中示出了设置有开口区域136A、136D的调整部件136(光学部件、可变机构)和设置有开口区域137B、137C的调整部件137(光学部件、可变机构)。这些开口区域的开口面积可以不同，能够根据所希望的光量比设定不同的开口面积。也可以准备多个开口面积不同的调整部件，用户根据光量比选择调整部件。另外，调整部件可以是对一个开口区域调整开口面积的部件，也可以是配置于多个开口区域中而对这些多个开口区域调整开口面积的部件。并且，调整部件可以如图14的例子那样分割为多个，也可以构成为一个部件。
在使用调整部件136、137的情况下，在框体132上配置滤光器142A～142D及偏振滤光片144A～144D，将调整部件136、137***镜头镜筒102中，使开口区域136A、137B、137C、136D与框体132的开口区域132A～132D对应。
<光学部件的结构(其6)>
图15是表示具备变更开口区域的面积的可变机构的光学部件的例子的图。图15所示的光学部件138(可变机构、光学部件)具有多个开口区域138A～138D，能够变更这些开口区域的开口面积。开口面积的变更可以通过调整液晶显示元件(未图示)的遮光区域的面积等以电气方式进行，也可以通过移动羽状部件或板状部件(未图示)等以机械方式进行。图像生成部234(处理器)根据光量比进行这样的变更。
在使用光学部件138的情况下，与图14所示的例子同样地，在框体132上配置滤光器及偏振滤光片，在其上配置光学部件138，能够使开口区域138A～138D与开口区域132A～132D对应。滤光器及偏振滤光片和光学部件138也可以配置于框体132的不同的面(物体侧和摄像装置主体200侧)上。
另外，图15所示的光学部件138是能够变更开口区域132A～132D的开口面积的部件，但也可以使用能够变更开口区域132A～132D中的至少一个开口区域的面积的光学部件。
通过使用这样的光学部件138，能够如上述“光学部件的结构(其3)”那样主动变更光量比，并且能够如“光学部件的结构(其4)”那样通过变更开口面积来加深景深。
<光学部件的结构(其他)>
在上述结构的光学部件中，对开口区域(波段)及偏振方向为4种的情况进行了说明，但开口区域及偏振方向也可以为3种以下。这是因为，在如成像元件210那样使用单色型(无滤色器)且偏振滤光片元件的偏振方向为4个方向的成像元件的情况下，最多也只能分离与3个偏振方向对应的3个波段的图像。在开口区域为3个的情况下，可以在4个开口区域中的2个中配置相同的波段的滤光器及相同的偏振方向的偏振滤光片，也可以用屏蔽部件屏蔽一个开口。并且，也可以使用具备3个开口区域的框体。
图16是表示3波长时的开口区域的配置例的图。图16的(a)部分表示用屏蔽部件131E屏蔽了4个开口区域131A～131D中的1个(开口区域131D)的状态的框体131，该图的(b)部分表示形成了3个开口区域133A～133C的框体133。另外，开口面积在开口区域之间可以不同。在这些方式中，也与上述方式同样地，能够将滤光器(滤色器)、偏振滤光片、及减光滤光片配置于开口区域中。另外，不管是在使用的开口区域是4个的情况下还是3个以下的情况下，滤光器只要配置于多个开口区域的至少一个中即可，也可以使一部分开口区域透明(无滤光器)。
<图像生成处理>
接着，对使用上述结构的镜头装置100及摄像装置主体200的图像生成处理(摄像方法)进行说明。另外，在此，在光学部件中，滤光器的波段为3种(λ1～λ3)且偏振方向也为3种(例如0°，45°，90°)，成像元件210的偏振方向为4种(0°，45°，90°，135°)。在该情况下，例如使用图16的(a)部分所示的框体131(屏蔽开口区域131D)。
<去除干扰的系数组>
为了获得与波段(λ1～λ3)对应的图像，需要从成像元件210的各像素中分离并提取与各波段对应的像素信号，但在这些图像数据中产生干扰(串扰)。即，由于各波段的光入射到各像素中，因此所生成的图像成为波段λ1～λ3的图像混合后的图像。因此，图像生成部234进行干扰去除处理，生成各波段(λ1～λ3)的图像数据。
从镜头装置100射出的各波段λ1～λ3的光被各像素接收的比例(干扰比率)能够根据滤光器142A～142C所透过的光的波段λ1～λ3的设定、偏振滤光片144A～144C所透过的光的偏振方向的设定、成像元件210的各像素接收的光的偏振方向(4个方向)的设定唯一确定，事先求出。图像生成部234能够使用屏蔽多个开口区域中的除了特定的开口区域以外的开口区域的多个屏蔽部件，根据在多个屏蔽部件中的任一个安装于镜头装置上的状态下获取的多个图像，计算该干扰比率。
图17是表示将屏蔽部件安装于框体132上的状态的图。如图17的(a)部分所示，屏蔽部件139具备多个屏蔽部件，这些多个屏蔽部件开放框体132的开口区域132A～132D中的任一个而屏蔽剩余开口区域。具体而言，屏蔽部件139A～139D分别屏蔽除了开口区域132A、132B、132C、132D(特定的开口区域)以外的开口区域。图17的(b)部分表示安装有屏蔽部件139A的状态的框体132。另外，如上所述，在开口区域及偏振方向为3种以下的情况下(例如，屏蔽4个开口中的1个以上的情况，或者使用具有3个以下的开口区域的光学部件的情况)，屏蔽部件也可以为3种以下。以下，对开口区域及偏振方向为3种的情况进行说明。
在该情况下，通过逐个使用屏蔽部件139A～139C进行拍摄，能够获得与3个波段分别对应的3个图像。图像生成部234根据这些图像计算用于干扰去除处理的系数组(干扰去除矩阵的各要素)，系数存储部236存储这些系数组。并且，图像生成部234能够根据这些图像计算光量比及其最佳值。
图像生成部234从系数存储部236获取系数组，根据从各像素获得的像素信号，通过上述式1计算与各波段λ1～λ3对应的像素信号，生成各波段λ1～λ3的图像数据。由图像生成部234生成的各波段λ1～λ3的图像数据输出到外部，根据需要存储于存储装置(未图示)中。并且，根据需要显示在显示器(未图示)上。
<光量比的调整及摄像(手动调整的情况)>
接着，对调整光量比而生成多光谱图像的处理(摄像方法的各处理)进行说明。图18是表示光量比的调整及摄像的处理的流程图。该流程图是用户自己调整光量比时的处理。当通过未图示的快门释放等操作指示摄像(或光量比的计算)时，开始处理。另外，使用上述屏蔽部件获取去除干扰的系数组。
当指示摄像时，图像生成部234(处理器)根据各波段λ1～λ3的图像数据(多个图像信号)计算波段之间的光量比(步骤S100：信息计算工序)。以下式(1)～(5)中出现的L1、L2、L3的比率为光量比。图像生成部234可以不直接计算光量比，而是计算与光量有关的条件数(条件数；下述N1～N3)。
[数式1]
Img0＝L1*cos2(0-θ1)+L2*cos2(0-θ1)+L3*cos2(0-θ3) (1)
[数式2]
Img45＝L1*cos2(45-θ1)+L2*cos2(45-θ1)+L3*cos2(45-θ3) (2)
[数式3]
Img90＝L1*cos2(90-θ1)+L2*cos2(90-θ1)+L3*cos2(90-θ3) (3)
[数式4]
Img135＝L1*cos2(135-θ1)+L2*cos2(135-θ1)+L3*cos2(135-θ3) (4)
[数式5]
Figure BDA0003765185510000141
另外，在式(1)～(5)中，L1～L3是各波段(λ1～λ3)的光量，θ1～θ3是分配给各波长的偏振角度(0°，45°，90°)，N1～N3是赋予到各波长的条件数，S1～S3是各波长的信号。假设L1＞＞L2＞＞L3，则N1＜＜N2＜＜N3(光量多时条件数小)。
图像生成部234(处理器)判断光量比是否为阈值以上。在该情况下，可以对上述L1～L3中的1个或多个组合进行判断，也可以对L1～L3中的最大和最小的进行判断。图像生成部234可以根据用户的操作来设定阈值，也可以不根据用户的操作来设定。并且，图像生成部234也可以根据与光量比的最佳值的关系(比率等)来设定阈值。在光量比为阈值以上的情况下(步骤S110中“是”)，图像生成部234生成与滤光器的波段(λ1～λ3)分别对应的多个图像(3波长的多光谱图像)(步骤S140：图像生成工序)。
另一方面，在光量比小于阈值的情况下(步骤S110中“否”)，图像生成部234向摄像装置10的用户输出促使改善光量比的消息(步骤S120：改善请求工序)。图像生成部234能够经由未图示的监视器(显示装置)或扬声器(声音输出装置)输出例如“请缩小开口区域1号的光量”这样的消息。也可以输出“请将开口面积降低1个阶段”、“请将减光度提高1个阶段”等具体的调整方法。或者，也可以在过度缩小、过度减光等的情况下输出“请提高开口区域3号的光量”这样的消息。图像生成部234也可以经由监视器或扬声器等装置，输出表示具体的光量或光量比的值的信息、和/或表示条件数的信息。
用户通过根据消息调整光量比，在镜头装置100安装于具有成像元件210的摄像装置主体200上的情况下，能够进行使来自成像元件210的输出在波段之间恒定(或者所希望的范围)的调整。
若由用户进行了光量比的调整(步骤S130中“是”)，则图像生成部234再次判断在步骤S110中调整后的光量比是否为阈值以上(或者，来自成像元件210的输出是否在波段之间恒定或在指定的范围内)。在光量比为阈值以上的情况下，在步骤S140中进行摄像(图像生成工序)。
在摄像装置10中，通过这样的处理，能够容易地获取良好的画质的多光谱图像。
<光量比的调整及摄像(自动调整的情况)>
图19是表示光量比的调整及摄像的处理的另一流程图。该流程图是图像生成部234不依赖于用户的操作而调整光量比时的处理。因此，在摄像装置10具备减光度可变的减光滤光片(参考图12等)和/或开口面积可变的光学部件(参考图15等)的情况下，图像生成部234能够进行图19的流程图所示的处理。
与手动调整光量比的情况同样地，当通过未图示的快门释放等操作指示摄像(或光量比的计算)时，开始处理。并且，使用上述屏蔽部件获取去除干扰的系数组。
步骤S100、S110的处理与图18的流程图相同。在光量比小于阈值的情况下(步骤S110中“否”)，图像生成部234对1个或多个开口区域改变减光滤光片的减光度和/或光学部件的开口面积，调整光量比(步骤S112：光量调整工序)。与手动调整光量比的情况同样地，图像生成部234能够进行使来自成像元件210的输出在波段之间恒定(或者与用户的操作对应的范围)的调整，并且在调整光量比时能够输出表示光量比或条件数等的信息。
在摄像装置10中，通过这样的处理，能够容易地获取良好的画质的多光谱图像。
<具备彩色成像元件的摄像装置的情况>
在本发明中，成像元件可以是彩色成像元件。彩色成像元件也可以具备对与镜头装置侧的滤色器的波段对应的多个波段的，由多个滤色器(多个滤色器)构成的滤色器层。成像元件的滤色器的波段例如能够设为4种，使4种偏振方向的偏振滤光片与1种波段的滤色器对应地配置。通过将这样的彩色成像元件与如上所述具有波段为4种且偏振方向为4种的光学部件的镜头装置组合，对于4个波长，能够调整光量比而容易地获取良好的画质的多光谱图像。波段例如能够设为蓝色、绿色、红色、近红外的4种，图像生成部234能够将这样的波段的4种图像合成为一个图像。并且，图像生成部234也可以合成蓝色、绿色、红色的波段的图像来生成彩色图像。另外，在生成图像时，与对图17如上所述的情况同样地，优选通过使用屏蔽部件的摄像预先获取系数组。
以上对本发明的实施方式及其他例子进行了说明，但本发明并不限定于上述方式，在不脱离本发明的精神的范围内能够进行各种变形。
符号说明
10-摄像装置，100-镜头装置，102-镜头镜筒，104-第1杆，106-第2杆，108-狭缝，110-第1透镜，120-第2透镜，130-光学部件，130A-光学部件，130B-光学部件，131-框体，131A-开口区域，131B-开口区域，131C-开口区域，131D-开口区域，131E-屏蔽部件，132-框体，132A-开口区域，132B-开口区域，132C-开口区域，132D-开口区域，133-框体，133A-开口区域，133B-开口区域，133C-开口区域，134-调整部件，134A-开口区域，134B-开口区域，134C-开口区域，134D-开口区域，135-光学部件，136-调整部件，136A-开口区域，136D-开口区域，137-调整部件，137B-开口区域，137C-开口区域，138-光学部件，138A-开口区域，138B-开口区域，138C-开口区域，138D-开口区域，139-屏蔽部件，139A-屏蔽部件，139B-屏蔽部件，139C-屏蔽部件，139D-屏蔽部件，140-滤光片组，140A-滤光片组，140B-滤光片组，140C-滤光片组，140D-滤光片组，141A-滤光片组，142A-滤光器，142B-滤光器，142C-滤光器，142D-滤光器，144A-偏振滤光片，144B-偏振滤光片，144C-偏振滤光片，144D-偏振滤光片，146A-减光滤光片，146B-减光滤光片，146C-减光滤光片，146D-减光滤光片，147A-减光滤光片，200-摄像装置主体，210-成像元件，211-像素阵列层，212-光电二极管，213-偏振滤光片元件阵列层，214A-偏振滤光片元件，214B-偏振滤光片元件，214C-偏振滤光片元件，214D-偏振滤光片元件，215-微透镜阵列层，216-微透镜，230-信号处理部，232-模拟信号处理部，234-图像生成部，236-系数存储部，L-光轴，S100～S140-摄像方法的各步骤。

Claims (26)

1.一种镜头装置，其具备：
摄像光学***，包括使被摄体的光学像成像的透镜；及
光学部件，在光轴与所述摄像光学***的光轴一致的状态下配置于所述摄像光学***的光瞳附近，
所述光学部件具有：
框体，具备多个开口区域；
多个滤光器，配置于所述多个开口区域的至少一个中，且包括使至少一部分波段不同的光透过的两个以上的滤光器；及
多个偏振滤光片，配置于所述多个开口区域的至少一个中，且偏振方向不同，
对所述多个开口区域能够变更从所述摄像光学***射出的光的光量。
2.根据权利要求1所述的镜头装置，其中，
所述镜头装置还具备：
调整部件，配置于所述至少一个开口区域中而调整所述开口区域的开口面积。
3.根据权利要求2所述的镜头装置，其中，
所述调整部件配置于所述多个开口区域中。
4.根据权利要求2或3所述的镜头装置，其中，
所述调整部件的所述开口面积可变。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的镜头装置，其中，
所述镜头装置具备：
减光滤光片，配置于所述多个开口区域中的至少一个开口区域中，且对透过所述至少一个开口区域的光进行减光。
6.根据权利要求5所述的镜头装置，其中，
所述减光滤光片分别配置于所述多个开口区域中。
7.根据权利要求5或6所述的镜头装置，其中，
所述减光滤光片的减光程度可变。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的镜头装置，其中，
所述光学部件是在所述多个开口区域固定有所述滤光器及所述偏振滤光片的光学部件，
对所述多个开口区域中的至少一个开口区域***所述减光滤光片。
9.一种镜头装置，其具备：
摄像光学***，包括使被摄体的光学像成像的透镜；及
光学部件，在光轴与所述摄像光学***的光轴一致的状态下配置于所述摄像光学***的光瞳附近，
所述光学部件具有：
框体，具备多个开口区域；
多个滤光器，配置于所述多个开口区域的至少一个中，且包括使至少一部分波段不同的光透过的两个以上的滤光器；及
多个偏振滤光片，配置于所述多个开口区域的至少一个中，且偏振方向不同，
对所述多个开口区域调整了从所述摄像光学***射出的光的光量。
10.根据权利要求9所述的镜头装置，其中，
所述调整是在所述镜头装置安装于具有成像元件的摄像装置主体的情况下，使来自所述成像元件的输出在所述波段之间恒定的调整。
11.根据权利要求9或10所述的镜头装置，其中，
对所述多个开口区域中的至少一个调整了开口面积且/或能够调整开口面积。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的镜头装置，其中，
所述光学部件是在所述多个开口区域固定有所述滤光器及所述偏振滤光片的光学部件，
对所述多个开口区域中的至少一个开口区域***对透过的光进行减光的减光滤光片。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的镜头装置，其中，
所述光学部件能够对所述摄像光学******及移除。
14.一种摄像装置，其具备：
权利要求1至13中任一项所述的镜头装置；
成像元件，具备具有与所述多个偏振滤光片的偏振方向对应的偏振方向的多个偏振元件，且包括选择性地接收透过所述多个开口区域的任一个的光的多个像素组；及
处理器，根据从所述成像元件输出的多个图像信号，生成与所述多个滤光器的所述波段分别对应的多个图像。
15.根据权利要求14所述的摄像装置，其中，
所述处理器根据所述多个图像信号，计算所述波段之间的光量比。
16.根据权利要求15所述的摄像装置，其中，
在所述光量比小于阈值的情况下，所述处理器促使用户改善所述光量比。
17.根据权利要求15或16所述的摄像装置，其中，
所述处理器根据所述光量比，调整从所述多个开口区域射出的光的光量。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的摄像装置，其中，
所述摄像装置具备：
多个屏蔽部件，与所述多个开口区域分别对应，且屏蔽所述多个开口区域中的除了特定的开口区域以外的开口区域，
所述处理器根据在所述多个屏蔽部件中的任一个安装于所述镜头装置的状态下获取的所述多个图像，计算所述光量比。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的摄像装置，其中，
在所述成像元件中具备多个滤色器，所述多个滤色器具有与所述多个滤光器的所述波段对应的波段，
所述处理器合成所述多个图像。
20.一种光学部件，其具备多个开口区域，且具备：
可变机构，变更所述多个开口区域中的至少一个开口区域的面积。
21.一种摄像装置的摄像方法，所述摄像装置具备：权利要求1至13中任一项所述的镜头装置；及成像元件，具备具有与所述多个偏振滤光片的偏振方向对应的偏振方向的多个偏振元件，且包括选择性地接收透过所述多个开口区域的任一个的光的多个像素组，
所述摄像方法具有：
图像生成工序，根据从所述成像元件输出的多个图像信号，生成与所述多个滤光器的所述波段分别对应的多个图像。
22.根据权利要求21所述的摄像方法，其中，
所述摄像方法还具有：
信息计算工序，根据所述多个图像信号，计算所述波段之间的光量比。
23.根据权利要求22所述的摄像方法，其中，
所述摄像方法还具有：
改善请求工序，在所述光量比小于阈值的情况下，促使所述摄像装置的用户改善所述光量比。
24.根据权利要求22所述的摄像方法，其中，
所述摄像方法还具有：
光量调整工序，根据所述光量比，调整从所述多个开口区域射出的光的光量。
25.一种摄像程序，其使计算机执行权利要求21至24中任一项所述的摄像方法。
26.一种记录介质，其为非临时性且计算机可读取的记录介质，且记录有权利要求25所述的摄像程序。
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