JP2006033483A - カラー撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 赤外線カットフィルタを装着しない場合であっても、夜間或いは暗所でも撮像が行えること、質の良い色情報が得られるものとする。
【解決手段】 撮像素子2の前に長波長域(R),中波長域(G),短波長域(Bの)信号を透過する色フィルタ3を備えたカラー撮像装置1において、2×2のベイヤー方式の色フィルタアレイ配列5で、R,G,Bの一つを、赤外光の波長域を透過し、該赤外光以外の波長域は透過し難いIRフィルタに代えた配列6とした。
【選択図】 図3
【解決手段】 撮像素子2の前に長波長域(R),中波長域(G),短波長域(Bの)信号を透過する色フィルタ3を備えたカラー撮像装置1において、2×2のベイヤー方式の色フィルタアレイ配列5で、R,G,Bの一つを、赤外光の波長域を透過し、該赤外光以外の波長域は透過し難いIRフィルタに代えた配列6とした。
【選択図】 図3
Description
本発明は、カラー撮像装置に関するものであり、特に、赤外線カットフィルタを用いないカラー撮像装置に係る。
従来、カラービデオカメラやカラーディジタルカメラ等に代表されるカラー撮像装置では、可視光域を対象としたフィルタとして機能する色フィルタレイがCCD素子の手前に設けられている。この色フィルタレイとして代表的なものには、原色フィルタ(RGB)や補色フィルタ(Mg,Ye,Cy)がある。例えば、色フィルタアレイの原色フィルタ配列ではベイヤー方式が用いられ、補色フィルタ配列ではフィールド色差順次方式が用いられている(非特許文献1)。
カラー撮像装置の一般的な構成では、レンズの後方に撮像素子としてのCCD素子が設けられ、CCD素子の手前にはR(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)の波長を各々通す色フィルタ(R透過フィルタ、G透過フィルタ、B透過フィルタ、或いは、補色のマゼンタ(Mg)透過フィルタ、イエロー(Ye)透過フィルタ、シアン(Cy)透過フィルタ)アレイが設けられる。また、CCD素子が赤外線を感知しないように、レンズと色フィルタとの間に赤外線カットフィルタが設けられる。
赤外線カットフィルタを用いた構成では、レンズに光が入光すると、レンズを通った光は、赤外線カットフィルタによって赤外光がカットされる(例えば、図8に示す点線の右側の領域がカット)。そして、赤外線がカットされた光は、図8に示したような、色フィルタの分光透過特性に従って、長波長域(R)、中波長域(G)、短波長域(B)に分離される。その結果、信号値として(R,G,B)値、或いは、補色の(Mg,Ye,Cy)値が得られる。
また、カラー撮像装置を夜間でも良く見えるように暗視状態で撮像可能とする場合には、赤外線をカットする赤外線カットフィルタの装着を外せば良い。この場合には、上記した可視光域の色フィルタがそのまま流用される。尚、ここに示す色フィルタは、アレイ状となっていることから色フィルタアレイと同義である。
CCDカメラ技術入門(114頁、121頁、1997年12月15日コロナ社発行)
CCDカメラ技術入門(114頁、121頁、1997年12月15日コロナ社発行)
しかしながら、上記した構成の如く、CCD素子の手前の赤外線カットフィルタを外し、可視光域を対象とした通常の原色フィルタ(RGB)或いは補色フィルタ(Mg,Ye,Cy)を用いるカメラで撮像を行うと、波長が700nm以上の赤外域のR,G,Bの成分を含む光(例えば、図8に示す破線以上の波長をもつ光)もCCD素子は感知してしまう。
その結果、(R,G,B)値或いは(Mg,Ye,Cy)値が増加して、赤外線カットフィルタをCCD素子の手前に装着した場合の(R,G,B)とは別の(R,G,B)値になり、3原色のバランスが崩れる。これによって、赤外線カットフィルタの装着時の色と非装着時の色とでは別な色として出力され、色の再現性が低下してしまう。それ故に、赤外線カットフィルタの装着を単に外しただけでは、夜間或いは暗所での暗視能力は出せるものの、質の良い色が再現できなくなってしまう。
よって、本発明は上記した問題点に鑑みてなされたものであり、赤外線カットフィルタを装着しない場合であっても、夜間或いは暗所でも撮像が行えること且つ、質の良い色情報が得られるものとすることを課題とする。
上記の課題を解決するために講じた技術的手段は、撮像素子の前に長波長域(R),中波長域(G),短波長域(B)の光を透過する色フィルタアレイを備えたカラー撮像装置において、
2×2のベイヤー方式の色フィルタアレイ配列で、R,G,Bの一つに対し、赤外光の波長域を透過し、該赤外光以外の波長域は透過し難いIRフィルタに代えた配列としたことである。
2×2のベイヤー方式の色フィルタアレイ配列で、R,G,Bの一つに対し、赤外光の波長域を透過し、該赤外光以外の波長域は透過し難いIRフィルタに代えた配列としたことである。
この場合、撮像素子の画素の表面にR透過フィルタ、G透過フィルタ、B透過フィルタ、IRフィルタを含む色フィルタを設け、各画素に対して色フィルタと同色の色データは、画素が感知した値を直接色データとし、同色以外の色データは、直接色データを得た画素に対して隣接する周囲の画素が感知した色データを平均化処理して最終色データ(R,G,B,IR)を出力する構成とすると良い。
また、平均化処理された色データ(R,G,B)と、平均化処理された色データ(IR)の差分を求め、最終色データ(R,G,B,IR)を出力する構成とすると良い。
請求項1の発明によれば、2×2のベイヤー方式の色フィルタアレイ配列で、R,G,Bの一つが、赤外光の波長域を透過し、該赤外光以外の波長域は透過し難いIRフィルタに代わる構成となるので、このIRフィルタによって赤外光の波長域を透過させることができ、夜間や暗所での撮像が可能となる。
また、赤外線カットフィルタを装着せずに、R、G,Bの一つをIRフィルタに代えることによって、夜間や暗所における暗視能力を得ることができるし且つ、色の再現性に関して質の良いものが得られる。これは、R,G,B透過フィルタは撮像素子の表面に染色等により設けることが可能であり、これと同様にIRフィルタを撮像素子の表面に設けることが可能である。
請求項2の発明によれば、撮像素子の各画素の色データ(R,G,B,IR)に関して、撮像素子の画素の前にR透過フィルタ、G透過フィルタ、B透過フィルタ、IRフィルタを含む色フィルタを設け、色フィルタと同色となる色データについては、その画素が感知した値をそのまま用いる。このデータを直接色データと称す。また、同色以外の色データに関しては、その画素に対して隣接する周囲8つの画素が感知した色データをR,G,Bについてそれぞれ平均値を求める。このようにして求めた、色データ(R,G,B)について色データ(IR)も含め、平均化処理された色データ(R,G,B,IR)を出力することができる。
請求項3の発明によれば、平均化処理された色データ(R,G,B)と、平均化処理された色データ(IR)の差分を最終色データ(R,G,B,IR)として出力することにより、暗所では暗視能力が向上でき、明所では色情報の平均化処理と差分処理によって、赤外光によるノイズが含まれない。この為、質の良い色情報を得ることができる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
カラー撮像装置1の基本的な構成を、図1に示す。カラー撮像装置1は、光(入射光)が入射するレンズ4と、入射光から像の撮像を行うCCD素子(撮像素子)2及びCCD素子2の手前に入射光から色を波長に応じて分離する色フィルタ3を備える。この場合、レンズ4の中心を通る光軸に対して垂直に色フィルタ3が染色等により付加された複数の画素を有するCCD素子2が配置される。
色フィルタ3は、CCD素子2の各画素に対応したフィルタ構造がアレイ状となっており(色フィルタアレイ)、CCD素子2の各画素の表面に1色の透過フィルタが配置されており、その色以外の色データは周囲のデータから求める構成となっている。
例えば、色フィルタ3としては、図2に示すベイヤ−方式の2×2の基本配列5が知られている。この方式では、高波長域(R),中波長域(G),低波長域(Bの)信号を透過する色フィルタがアレイ状を成す。この方式では、CCD素子2の色データは、Bのフィルタを透過した光の情報(つまりBデータ)しか得られず、その他の色データ(Rデータ,Gデータ)はBデータの周囲の情報から得るようになっている。
本実施形態では、このベイヤ−方式のアレイ状となったR,G,Bから構成される色フィルタの一つを、IRフィルタに代えて図3に示す配列6とした。このIRフィルタは、図2に示すベイヤ−方式の基本配列2の中で2つあるGの色フィルタの一つに対して、IRフィルタで置換する。これは図7のグラフに示す如く、赤外光の波長領域(破線より右側の領域)は透過させるが、赤外光以外の波長領域は透過させ難いIRフィルタによって置換する配列とすることにより、夜間或いは暗所においても、CCD素子2による撮像が可能となる。尚、本実施形態においては、一例としてG透過フィルタをIRフィルタで置換した配列としたが、これに限定されるものではなく、それ以外の色を透過させるフィルタであっても良い。
本実施形態では、このベイヤ−方式のアレイ状となったR,G,Bから構成される色フィルタの一つを、IRフィルタに代えて図3に示す配列6とした。このIRフィルタは、図2に示すベイヤ−方式の基本配列2の中で2つあるGの色フィルタの一つに対して、IRフィルタで置換する。これは図7のグラフに示す如く、赤外光の波長領域(破線より右側の領域)は透過させるが、赤外光以外の波長領域は透過させ難いIRフィルタによって置換する配列とすることにより、夜間或いは暗所においても、CCD素子2による撮像が可能となる。尚、本実施形態においては、一例としてG透過フィルタをIRフィルタで置換した配列としたが、これに限定されるものではなく、それ以外の色を透過させるフィルタであっても良い。
次に、図3に示す配列6における色フィルタレイの色データの算出方法について説明する。ここでは、図3の配列を含む図4に示す様な3×3配列(演算配列)を例にとって説明する。
3×3の中心の色フィルタの位置(B)では、色フィルタの背後にあるCCD素子2が感知した値を、そのまま直接色データとして用いる。(B)以外の色に関しては、(B)を取り囲む周囲(8つのフィルタ)を透過した色情報(色データ)の値を平均化処理して、R、G,IRのそれぞれについてデータを求める。この様にして求めたデータ((R,G,B,IR)データとする)を、色データとして最終データを得る前の前処理データ(R,G,B,IR)と、ここでは定義する。
その後、平均化処理された前処理データ(R,G,B)から平均化処理された前処理データ(IR)を差し引いたものを、後処理データ(R,G,B)値と定義する。即ち、後処理データは以下に示す方法により簡単な演算により求めることができる。
後処理データ(R)=前処理データ(R)−前処理データ(IR)
後処理データ(G)=前処理データ(G)−前処理データ(IR)
後処理データ(B)=前処理データ(B)−前処理データ(IR)
以上のように求めた後処理データ(R,G,B)と「前処理データ(IR)」を最終データ(R,G,B,IR)と、ここでは定義する。本実施形態では、入射光をCCD素子2に入射すると、色フィルタ3により(R,G,B,IR)に分光がなされ、最終データ(R,G,B,IR)が獲得できる。
後処理データ(G)=前処理データ(G)−前処理データ(IR)
後処理データ(B)=前処理データ(B)−前処理データ(IR)
以上のように求めた後処理データ(R,G,B)と「前処理データ(IR)」を最終データ(R,G,B,IR)と、ここでは定義する。本実施形態では、入射光をCCD素子2に入射すると、色フィルタ3により(R,G,B,IR)に分光がなされ、最終データ(R,G,B,IR)が獲得できる。
上記した色データの算出方法を、図4を参照し、Bデータを中心画素として、一例にて説明する。色データに関し、Bデータについては、B透過フィルタ通過後のCCD素子2が感知したBデータをそのまま用いる。Bデータの対角状にある4つのRデータに関しては、R透過フィルタ通過後の4つのCCD素子の画素における赤データの平均値を求める。また、Gデータに関しては、Bデータの左右にある2つのCCD素子2が感知したG透過フィルタ通過後の緑データの平均値を求め、IRデータに関しては、Bデータの上下にある2つのCCD素子2が感知したIRフィルタ通過後のIRデータの平均値を求める。この様にして求めた値を、平均化処理を行った前処理データ(R,G,B,IR)を求める。その後、以下の式によって、後処理データ(R,G,B)を算出する。
後処理データ(R)=前処理データ(R)−前処理データ(IR)
後処理データ(G)=前処理データ(G)−前処理データ(IR)
後処理データ(B)=前処理データ(B)−前処理データ(IR)
これらの値と前処理データ(IR)から、最終データ(R,G,B,IR)が得られ、公知の方法を用いて色が再現される。
この様な最終データ(R,G,B,IR)を算出するまでの流れを、一般的なフローチャートで示すと、図5および図6に示すフローとなる。図5では、Rの色フィルタが設置された画素の輝度値をfr(i,j)、Gの色フィルタが設置された画素の輝度値をfg(i,j)、Bの色フィルタが設置された画素の輝度値をfb(i,j)、IRフィルタが設置された画素の輝度値をfir(i,j)と定義する。そして、R、G,B、IRの色フィルタの種類により場合分けが成され、どの色フィルタであるかにより、最終データ(R,G,B,IR)を求める演算式が決定される。尚、フローチャートの中に示されるR,G,B,IRの「ダッシュ」は、平均化処理を施した前処理データを示すものとする。
後処理データ(G)=前処理データ(G)−前処理データ(IR)
後処理データ(B)=前処理データ(B)−前処理データ(IR)
これらの値と前処理データ(IR)から、最終データ(R,G,B,IR)が得られ、公知の方法を用いて色が再現される。
この様な最終データ(R,G,B,IR)を算出するまでの流れを、一般的なフローチャートで示すと、図5および図6に示すフローとなる。図5では、Rの色フィルタが設置された画素の輝度値をfr(i,j)、Gの色フィルタが設置された画素の輝度値をfg(i,j)、Bの色フィルタが設置された画素の輝度値をfb(i,j)、IRフィルタが設置された画素の輝度値をfir(i,j)と定義する。そして、R、G,B、IRの色フィルタの種類により場合分けが成され、どの色フィルタであるかにより、最終データ(R,G,B,IR)を求める演算式が決定される。尚、フローチャートの中に示されるR,G,B,IRの「ダッシュ」は、平均化処理を施した前処理データを示すものとする。
以上、述べた様に、赤外線カットフィルタを装着せず、且つ色フィルタアレイの1つの色フィルタを、IRフィルタにて置換することによって、暗所では暗視能力を向上でき、且つ明所では色データの平均化処理と差分処理によってノイズの影響を受け難くでき、質の良い色情報を得ることができる。
本実施形態においては、原色フィルタ(R,G,B)について例を挙げたが、補色フィルタ(Mg,Ye,Cy)においては、公知の方法(従来技術)である「色差順次方式」(例えば、従来技術に記載の非特許文献1(114頁))によって出力されたRGBデータを用いて、このRGBデータから前処理データ(IR)を差し引くことによって、最終データ(R,G,B,IR)を得ることができる。
また、本実施形態においては、撮像素子としてCCD素子を例に挙げたが、CCD素子に代わる撮像素子であっても良い。
1 カラー撮像装置
2 CCD素子(撮像素子)
3 色フィルタ
4 レンズ
5 ベイヤー方式の配列
6 ベイヤー方式の一部をIRフィルタに代えた配列
2 CCD素子(撮像素子)
3 色フィルタ
4 レンズ
5 ベイヤー方式の配列
6 ベイヤー方式の一部をIRフィルタに代えた配列
Claims (3)
- 撮像素子の前に長波長域(R),中波長域(G),短波長域(Bの)信号を透過する色フィルタアレイを備えたカラー撮像装置において、
2×2のベイヤー方式の色フィルタアレイ配列で、R,G,Bの一つに対して、赤外光の波長域を透過し、該赤外光以外の波長域は透過し難いIRフィルタに代えた配列としたことを特徴とするカラー撮像装置。 - 前記撮像素子の画素の表面にR透過フィルタ、G透過フィルタ、B透過フィルタ、IRフィルタを含む色フィルタを設け、各画素に対して前記色フィルタと同色の色データは、画素が感知した値を直接色データとし、同色以外の色データは、前記直接色データを得た画素に対して隣接する周囲の画素が感知した色データを平均化処理して最終色データ(R,G,B,IR)を出力する請求項1に記載のカラー撮像装置。
- 前記平均化処理された色データ(R、G、B)と、平均化処理された色データ(IR)の差分を求め、最終色データ(R,G,B,IR)を出力する請求項2に記載のカラー撮像装置。
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