JP6534824B2 - 撮像装置、および撮像装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関するものである。

一般的なカラー撮像装置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子およびアナログ信号処理部等の内部回路の温度変化により感度、ノイズ（ＳＮ比）、色などの特性が変化する。
先行技術文献として、例えば、特許文献１では、二次元に配列した複数の光電変換素子を含むエリアセンサを有する撮像装置において、エリアセンサと接続されるゲイン調整回路からの撮影露光時の撮影出力を記憶するフレームメモリと、撮影露光時の撮影条件を記憶する条件メモリ回路と、記憶した撮影条件を用いて補正出力を得るためのＡＥコントローラと、ＡＥコントローラにより制御されたゲイン調整回路からの補正出力を用いて撮影出力を補正する演算処理回路とを有している。

特開２００３−２４４５５７号公報 特開２０１３−１１８５０３号公報 特開２００９−２４６４４１号公報 特許第２９９５６８３号公報 特許第３４５６８１８号公報 特開昭５５−５８６８８号公報

色で果物の熟し具合を判断するような用途に用いる撮像装置では、映像信号の色相等が、外気温度および撮像装置内部温度により変動しないことが厳格に求められる。色チャネル毎の温度特性であれば、チャネルごとに補償すればよいが、カラーフィルタやその他の光学素子の透過特性の変化や撮像素子の分光感度特性の変化に対しては、補正することは容易ではない。つまり、どんな映像に対しても最適な補正を一意に決められないため、実際の被写体及び照明環境で熟練の技術者により調整されるほかなかった。
本発明の目的は、撮像素子周辺の温度および信号処理部周辺の温度に対応させた補正を行うことである。

本発明の撮像装置は、撮像素子と信号処理部と制御部とメモリ部と温度検出部を有し、温度検出部は撮像素子周辺の温度を検出し、メモリ部は撮像素子の温度特性に対する補償値テーブルを有し、制御部は温度検出部が検出した温度に対する補償値をメモリ部から読み出して、信号処理部を制御することを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、撮像素子と信号処理部と制御部とメモリ部と温度検出部を有し、温度検出部は信号処理部周辺の温度を検出し、メモリ部は信号処理部の出力信号の温度特性に対する補償値テーブルを有し、制御部は温度検出部が検出した温度に対する補償値をメモリ部から読み出して、信号処理部を制御することを特徴とする。

さらに、本発明の撮像装置は、撮像素子と信号処理部と制御部とメモリ部と第１の温度検出部と第２の温度検出部を有し、第１の温度検出部は撮像素子周辺の温度を検出し、第２の温度検出部は信号処理部周辺の温度を検出し、メモリ部は撮像素子の温度特性に対する補償値テーブルと信号処理部の出力信号の温度特性に対する補償値テーブルとを有し、制御部は第１の温度検出部が検出した温度に対する補償値と、第２の温度検出部が検出した温度に対する補償値をメモリ部から読み出して、信号処理部を制御することを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子周辺の温度および信号処理部周辺の温度に対応させた補正を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る撮像装置を説明するためのブロック図である。 本発明の他の一実施形態に係る撮像装置を説明するためのブロック図である。 本発明のさらに他の一実施形態に係る撮像装置を説明するためのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置のメモリ部に記憶している補償値テーブルを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る撮像装置の補償値を生成するための手段を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施例１）
本発明の一実施形態ついて、図１、図４、図５を用いて説明する。
図１は実施例１に係る撮像装置のブロック図である。
図１において、撮像装置１００は、撮像部１０１、信号処理部１０４、映像信号出力部１０７、制御部１０８、メモリ部１０９で構成されている。
撮像部１０１は撮像素子１０２と温度検出部１０３で構成されている。
撮像素子１０２は、単板でも三板等の複数板でもよい。
信号処理部１０４の映像信号処理部１０５は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等で構成されていてもよい。
温度検出部１０３は、撮像素子１０２の周辺の温度を検出（測定）するもので、PN接合ダイオード、測温抵抗体、サーミスタ、熱電対等を利用して温度を検出する。温度検出部１０３は、撮像素子１０２が単板であれば、撮像素子１０２内部に設けられ、三板であればプリズム（ダイクロイックミラー）の温度に近い温度となる場所に設けられることが望ましい。

撮像素子１０２は、図示していない入射光を光電変換して得られた映像信号を信号処理部１０４の映像信号処理部１０５へ出力する。
映像信号処理部１０５は、撮像素子１０２から出力された映像信号に対してレベル調整、白バランス調整、色調補正、輪郭補正、ガンマ補正、ニー補正、シェーディング補正等を行い、映像信号出力部１０７へ出力する。
映像信号出力部１０７は、映像信号処理部１０５から出力された映像信号を例えば、ＳＤＩ（Serial Digital Interface）信号やUSB3 Vision（商標）信号、GigE Vision（商標）信号にして出力する。なお、映像信号出力部１０７は、映像信号を圧縮や暗号化して出力してもよい。
制御部１０８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等であり、撮像装置１００全体を制御する。

メモリ部１０９は、撮像素子１０２の温度特性に対する補償値等を記憶している。
メモリ部１０９に記憶している各温度に対する補償値等は、予め個別に取得したもの、または複数台の撮像装置１００から取得した変動特性を評価して生成したものである。評価は一例として、撮像装置の実際の使用環境を想定して、自然光（AM1.5）或いは高演色性（Ra>95）の工業用LED照明下で、カラーチャート（マンセル色見本）を撮影して行う。
制御部１０８は、温度検出部１０３の温度値を常時読み取り、その温度に対する補償値をメモリ部１０９に記憶している補償値テーブルから読み出して色相等の補正を行う。

図４は本実施例１の撮像装置のメモリ部に記憶している補償値テーブルを説明するための図である。
図４の補償値テーブルは、温度が２５℃を基準に−１０℃以下〜１００℃以上に対応した色相の補償値である。
図４の色相補償値は、Ｒｅｄ，Ｇｒｅｅｎ，Ｂｌｕｅ，Ｃｙａｎ,Ｍａｇｅｎｔａ，Ｙｅｌｌｏｗの６色であるが、１２色またはリニア補正にも適用可能である。

補償値テーブルに無い温度の場合は、例えば、制御部１０８が該当の温度に最も近い２つの補償値をメモリ部１０９から読み出し、該読み出した２つの補償値を直線補間して、補償値を生成する。

図５は本実施例１の撮像装置の補償値を生成するための手段を説明するための図である。
図５は、撮像装置１００の映像信号出力をベクトルスコープ上に表示した図である。ベクトルスコープは、横軸と縦軸にクロミナンス（Cb=B-YとCr=R-Y）を伝統的に用いるが、ここでは、原点から放射方向が飽和度であり、円周方向が色相であるとする。６色の色相補償値は、ベクトルスコープを用いて所定間隔（例えば、１０℃）の温度毎に生成する。

撮像装置１００は、ベクトルスコープ上でＲｅｄの場合、温度検出部１０３で検出した温度が２５℃の時、飽和度を１２７（可変範囲０〜２５５）に調整し、色相を１２７（可変範囲０〜２５５）に調整する。
制御部１０８は、例えば、温度検出部１０３が検出した温度値０℃を読み取った場合、図４のＲｅｄの補償値が０．０３であるため、色相の１２７に対して１２７ｘ０．０３≒４を加算して色相を１３１に補償する。
なお、１２色やリニア等の多点の色相補償値は、ＨＳＶ（色相（Hue）、彩度（Saturation・Chroma）、明度（Value・Lightness・Brightness））色空間等を表示できる表示装置を用いて所定間隔（例えば、５℃）の温度毎に生成してもよい。

図２は本実施例１の撮像装置の映像信号処理部１０５に含まれる色補正回路のブロック図である。
図２の色補正回路は、特許文献４に開示されたいわゆる６色独立マスキングと呼ばれるもので、ＨＳＶ色空間を、色相を基準に原色及び補色のRed、Yellow、Green、Cyan、Blue、Magentaで６領域に分割し、各領域毎に独立に色相と彩度を調整できるものである。多くの場合、領域は、６色中の最大値で判断、或いはR-Bなどの３つの差信号の符号の組合せにより判断し、補正値はそれら差信号から生成される。

具体的には、本例が用いる特許文献４の色補正回路では、下記のように補正が行われる。

ここで、K4〜K6、K10〜K12は色相に関する係数であり、図４の補償値テーブルの補償値に、ユーザー設定値（もしあれば）を加算した値が設定される。K1〜K3、K7〜K9は、主に彩度に関する係数であり、本例では必須ではなく、例えばユーザー設定値（もしあれば）がそのまま設定される。
補正は、境界上では０で領域内部へ行くほど線形に大きくなり、図２の色補正回路のみでは、境界付近の色は補正しにくい。その場合は、特許文献５や６のように境界の位置を異ならせた同様の６色補正回路をもう１系統備えるとよい。

（実施例２）
本発明のさらに他の一実施形態ついて、図３を用いて説明する。
図３は本発明の実施例２の撮像装置を説明するためのブロック図である。
図１との相違点は、温度検出部が撮像部に２つ設けられていることである。
図３において、撮像装置３００は、撮像部１０１、信号処理部２０４、映像信号出力部１０７、制御部３０８、メモリ部３０９で構成されている。
撮像部１０１は撮像素子１０２と温度検出部１０３で構成されている。
温度検出部１０３は、撮像素子１０２の周辺（プリズムやその他の光学素子）の温度を検出するものである。
信号処理部２０４は、映像信号処理部１０５と温度検出部２０６で構成されている。
温度検出部２０６は、映像信号処理部１０５の周辺の温度を検出するものである。

撮像素子１０２は、図示していない入射光を光電変換して得られた映像信号を信号処理部２０４の映像信号処理部１０５へ出力する。
映像信号処理部１０５は、撮像素子１０２から出力された映像信号に対してレベル調整、白バランス調整、色調補正、輪郭補正、ガンマ補正、ニー補正、シェーディング補正等を行い、映像信号出力部１０７へ出力する。
映像信号出力部１０７は、映像信号処理部１０５から出力された映像信号を例えば、ＳＤＩ信号またはネットワークに配信できる信号等に変換して出力する。
制御部３０８は、例えば、ＣＰＵ等であり、撮像装置３００全体を制御する。

メモリ部３０９は、撮像素子１０２を構成するシリコンフォトダイオードの量子効率の波長依存性（分光感度特性）の温度特性や、撮像素子１０２のオンチップカラーフィルタの温度特性（もしあれば）に対する補正値等と、撮像部１０１の光学的な温度特性に対する補正値等を、撮像素子の温度特性に対する補正値テーブルとして記憶している。
さらに、メモリ部３０９は、映像信号処理部１０５の出力信号の温度特性に対する補正値テーブルを記憶している。
メモリ部３０９に記憶している各温度に対する補正値は、予め個別に取得したもの、または複数台の撮像装置３００から取得した変動特性を評価して生成したものである。
制御部３０８は、温度検出部１０３と温度検出部２０６の温度値を常時読み取り、その温度に対する補正値をメモリ部３０９に記憶している補正値テーブルから読み出し、両補正値を加算したものを、図２のような色補正回路に与えることで、色相等の補正を行う。
制御部３０８は、温度検出部１０３と温度検出部２０６が検出した温度値を常時読み取ることにより、撮像素子１０２の温度特性による変動と、映像信号処理部１０５の温度特性による変動の両方を補正するができる。

本発明の実施形態である撮像装置は、外部温度および内部温度に対応させた補正を行うことで良好な映像信号を出力することができる。

以上本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された撮像装置に限定されるものではなく、上記以外の撮像装置に広く適用することができることは言うまでもない。
なお、上述した実施形態では、検出した温度に対応した色相補正する場合を例にあげて説明した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、温度変動のある項目についても適用できる。

１００，２００，３００：撮像装置、１０１，２０１：撮像部、１０２：撮像素子、１０３，２０６：温度検出部、１０４，２０４：信号処理部、１０５：映像信号処理部、１０７：映像信号出力部、１０８，２０８，３０８：制御部、１０９，２０９，３０９：メモリ部。

Claims (3)

1. 撮像素子と、信号処理部と、制御部と、メモリ部と、第１の温度検出部と、第２の温度検出部を有し、
   前記第１の温度検出部は、前記撮像素子周辺の温度を検出し、
   前記第２の温度検出部は、前記信号処理部周辺の温度を検出し、
   前記メモリ部は、前記撮像素子の温度特性に対する補正値テーブルと、前記信号処理部の出力信号の温度特性に対する補正値テーブルとを有し、
   前記制御部は、前記第１の温度検出部が検出した温度に対する補正値と、前記第２の温度検出部が検出した温度に対する補正値とを前記メモリ部から読み出して加算し、加算後の補正値により、前記信号処理部における映像信号の処理を補正する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記メモリ部は、前記撮像素子の温度特性に対する色相の補正値テーブルと、前記信号処理部の出力信号の温度特性に対する色相の補正値テーブルとを有し、
   前記制御部は、前記第１の温度検出部が検出した温度に対する色相の補正値と、前記第２の温度検出部が検出した温度に対する色相の補正値とを前記メモリ部から読み出して加算し、加算後の色相の補正値により、前記信号処理部における映像信号の色相を補正する
   ことを特徴とする撮像装置。
3. 撮像素子と、信号処理部と、メモリ部と、第１の温度検出部と、第２の温度検出部を有する撮像装置の制御方法であって、
   前記第１の温度検出部により、前記撮像素子周辺の温度を検出し、
   前記第２の温度検出部により、前記信号処理部周辺の温度を検出し、
   前記メモリ部に格納される前記撮像素子の温度特性に対する補正値テーブルと、前記信号処理部の出力信号の温度特性に対する補正値テーブルとを参照して、前記第１の温度検出部が検出した温度に対する補正値と、前記第２の温度検出部が検出した温度に対する補正値とを読み出して加算し、加算後の補正値により、前記信号処理部における映像信号の処理を補正する
   ことを特徴とする撮像装置の制御方法。

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