JP6600800B2 - 固体撮像装置、撮像システム及び物体識別システム - Google Patents
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Description
この固体撮像装置では、前記第1近赤外画素で前記第1の可視光も受光し、前記第2近赤外画素で前記第2の可視光も受光し、前記第3近赤外画素で前記第3の可視光も受光してもよい。
例えば、前記第1の可視光、前記第2の可視光及び前記第3の可視光は、それぞれ赤色光、緑色光及び青色光である。
本発明の固体撮像装置では、前記第1の近赤外光を前記第1の可視光と相関関係にある近赤外領域の光とし、前記第2の近赤外光を前記第2の可視光と相関関係にある近赤外領域の光とし、前記第3の近赤外光を前記第3の可視光と相関関係にある近赤外領域の光とすることができる。
又は、本発明の固体撮像装置は、前記第1〜第3近赤外画素により波長の異なる2種又は3種の近赤外光を受光することができる。即ち、前記第1の近赤外光、前記第2の近赤外光及び前記第3の近赤外光のうち2種は同一波長の光でもよい。
又は、本発明の固体撮像装置では、前記第2近赤外画素及び/又は第3近赤外画素において、前記第1の可視光と相関関係にある近赤外領域の光、前記第2の可視光と相関関係にある近赤外領域の光及び前記第3の可視光と相関関係にある近赤外領域の光のうち2以上を含む帯域の光を受光することもできる。
本発明の固体撮像装置は、前記第1検出部、前記第2検出部及び前記第3検出部が同一素子上に設けられていてもよい。
又は、本発明の固体撮像装置は、前記第1〜第3検出部が相互に異なる素子に設けられており、被写体からの光を分光して前記第1〜第3検出部に向けて出射する分光素子を有する構成とすることもできる。
更に、本発明の固体撮像装置には、前記第1〜第3検出部で取得した信号を用いて、カラー画像を生成する画像生成部が設けられていてもよい。
前記画像生成部では、例えば前記第1〜第3可視光画素で検出した可視光成分と、前記第1〜第3近赤外画素で検出した近赤外光成分を、任意比率で合成し、カラー画像を生成する。
この撮像システムでは、前記固体撮像装置に、各検出部での可視光及び近赤外光の検出結果に基づき、前記光照射装置から出射される近赤外光の光量を制御する照明光制御部が設けられていてもよい。
その場合、前記光検出器として前述した固体撮像装置を使用し、前記データ処理装置の物体識別部において、前記前記光検出器で検出された近赤外光の波長から、前記対象物体に付与された色情報を取得し、前記色情報から前記対象物体を識別してもよい。
この物体識別システムでは、前記検出領域の可視光画像を撮像する撮像装置を更に有し、前記データ処理装置に、前記撮像装置で撮像された可視光画像に、前記物体識別部で取得された前記対象物体の色情報又は前記色情報に関連付けられている任意の情報を付加する画像合成部が設けられていてもよい。
本発明の物体識別システムは、前記データ処理装置での処理結果を表示する表示装置を有していてもよい。
先ず、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施形態の固体撮像装置は、可視光を受光する画素(可視光画素)と近赤外光を受光する画素(近赤外画素)とが相互に隣接して設けられ、検出対象の波長範囲が異なる3種以上の検出部を有する。図1は本実施形態の固体撮像装置の基本構成を示す概念図である。
第1検出部11に設けられた第1可視光画素と、第2検出部12に設けられた第2可視光画素と、第3検出部13に設けられた第3可視光画素は、それぞれ異なる波長の可視光を受光する。例えば、第1可視光画素で赤色光Rを受光する場合は、第2可視光画素で緑色光Gを受光し、第3可視光画素で青色光Bを受光する。
一方、第1検出部11に設けられた第1近赤外画素と、第2検出部12に設けられた第2近赤外画素と、第3検出部13に設けられた第3近赤外画素は、2種以上の波長の光を検出する。即ち、検出部11〜13の近赤外画素は、それぞれ異なる波長の近赤外光を受光してもよいが、異なる検出部の近赤外画素が同一波長の近赤外光を受光してもよい。
本実施形態の固体撮像装置1では、各検出部11〜13を1つの固体撮像素子上に形成することができる。図2A,3A,4Aは検出部11〜13を備える固体撮像素子の画素配置例であり、図2B,3B,4Bは各画素上に設けられた光学フィルターの分光特性を示す図である。また、図6〜図8はそれぞれ図2〜図4に示す画素配列の固体撮像素子を用いた場合に得られる検出成分を示す図である。
次に、本発明の第1の実施形態の第1変形例に係る固体撮像装置について説明する。前述した第1の実施形態の固体撮像装置は、3つの検出部が同一画素上に形成されている構成を採用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、各検出部がそれぞれ異なる固体撮像素子に形成されていてもよい。
本変形例の固体撮像装置2の各検出部21〜23は、例えば、図10A〜Cに示すような繰り返し単位を有する画素配置にすることができる。この場合、第1検出部21では、赤色光R及び赤色光と相関関係にある近赤外光IRRが検出される。また、第2検出部22では、緑色光G及び緑色光と相関関係にある近赤外光IRGが検出され、第3検出部13では、青色光B及び青色光と相関関係にある近赤外光IRBが検出される。
分光素子24としては、例えばダイクロイックプリズムなどを用いることができるが、検出対象の光を分光できればよく、種類や特性は特に限定されるものではない。
次に、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。図11は本実施形態の固体撮像装置を示す概念図である。なお、図11においては、図1に示す固体撮像装置と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図11に示すように、本実施形態の固体撮像装置3は、第1〜第3検出部11,12,13に加えて、画像生成部31が設けられている。
図12は画像生成部31の構成例を示す図である。画像生成部31は、第1〜第3検出部11,12,13から出力された可視光信号S1,S2,S3、近赤外光信号SIR1,SIR2,SIR3に基づきカラー画像を生成するものである。画像生成部35は、例えば「昼モード」の場合は、可視光画素からの可視光信号S1,S2,S3のみを利用しカラー画像を生成し、「夜モード」の場合は近赤外画素からの近赤外信号SIR1,SIR2,SIR3のみを利用してカラー画像を生成する。
次に、本発明の第3の実施形態に係る撮像システムについて説明する。図13は本実施形態の撮像システムの構成例を示す図である。図13に示すように、本実施形態の撮像システムは、固体撮像装置4と、被写体6に照明光である近赤外光を照射する光照射装置5を備えている。
次に、本発明の第4の実施形態に係る物体識別システムについて説明する。図14は本実施形態の物体識別システムの構成を模式的に示す図である。図14に示すように、本実施形態の物体識別システムは、対象物体50に取り付けられ、特定波長の近赤外光を発する光源52a〜52cと、光源52a〜52cから出射された近赤外光を検出する光検出器53と、物体判定部及び物体識別部を備えるデータ処理装置(図示せず)とを有する。
光源52a〜52cは、相互に異なる波長の近赤外光を発する発光素子であり、例えば赤外発光ダイオードなどを用いることができる。また、発光素子の代わりに、光源として、特定波長の近赤外光のみを反射する材料又はこのような材料を含む塗料を用いてもよい。
光検出器53は、光源22a〜22cから発せられる近赤外光をそれぞれ波長毎に区別して検出し、記録できるものであればよく、例えば前述した第1及び第2の実施形態の固体撮像装置を用いることができる。また、光源52a,52b,52cがそれぞれ近赤外光NIR−R,−G,−Bを発する赤外発光ダイオードである場合、光検出器53には、可視光における赤色光(R)、緑色光(G)及び青色光(B)と同様に近赤外光NIR−R,−G,−Bを区別して検出可能な撮像素子を備えるものを用いればよい。
データ処理装置には、光検出器53での検出結果から対象物体50が検出領域内に存在するか否かを判定する物体判定部と、光検出器53で検出された近赤外光の波長情報から対象物体50を識別する物体識別部が設けられている。物体識別部は、例えば、光検出器で検出された近赤外光の波長から、対象物体に付与された色情報を取得し、色情報から対象物体を識別する。
次に、本発明の第5の実施形態に係る固体撮像素子について説明する。図15及び図16は本実施形態の固体撮像素子の画素配置例を示す図である。本発明の固体撮像装置は、図15及び図16に示す繰り返し単位を有する画素配置の固体撮像素子を用いることもできる。図15及び図16に示す固体撮像素子のように、緑色光G及び緑色光と相関関係にある近赤外光IRGを検出する画素を密に配置することにより、輝度解像度を高めることが可能となる。
5 光照射装置
6 被写体
11〜13、21〜23 検出部
24 分光素子
31 画像生成部
41 照射制御部
50 対象物体
52a〜52c 光源
53 光検出器
Claims (13)
- 同一素子上に、
第1の可視光を受光する第1可視光画素と、第1の近赤外光を受光する第1近赤外画素とが相互に隣接して設けられた第1検出部、
前記第1の可視光とは波長が異なる第2の可視光を受光する第2可視光画素と、第2の近赤外光を受光する第2近赤外画素とが相互に隣接して設けられた第2検出部、
並びに、前記第1の可視光及び前記第2の可視光と波長が異なる第3の可視光を受光する第3可視光画素と、第3の近赤外光を受光する第3近赤外画素とが相互に隣接して設けられた第3検出部
を有する固体撮像装置。 - 前記第1近赤外画素は前記第1の可視光も受光し、
前記第2近赤外画素は前記第2の可視光も受光し、
前記第3近赤外画素は前記第3の可視光も受光する
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記第1の可視光、前記第2の可視光及び前記第3の可視光は、それぞれ赤色光、緑色光及び青色光である請求項1又は2に記載の固体撮像装置。
- 前記第1の近赤外光は前記第1の可視光と相関関係にある近赤外領域の光であり、
前記第2の近赤外光は前記第2の可視光と相関関係にある近赤外領域の光であり、
前記第3の近赤外光は前記第3の可視光と相関関係にある近赤外領域の光である
請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記第1〜第3近赤外画素により波長の異なる2種又は3種の近赤外光を受光する請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記第2近赤外画素及び/又は第3近赤外画素は、前記第1の可視光と相関関係にある近赤外領域の光、前記第2の可視光と相関関係にある近赤外領域の光及び前記第3の可視光と相関関係にある近赤外領域の光のうち2以上を含む帯域の光を受光する請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記第1〜第3検出部で取得した信号を用いて、カラー画像を生成する画像生成部を有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記画像生成部は、前記第1〜第3可視光画素で検出した可視光成分と、前記第1〜第3近赤外画素で検出した近赤外光成分を、任意比率で合成し、カラー画像を生成する請求項7に記載の固体撮像装置。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
被写体に近赤外光を照射する光照射装置と
を備える撮像システム。 - 前記固体撮像装置には、各検出部での可視光及び近赤外光の検出結果に基づき、前記光照射装置から出射される近赤外光の光量を制御する照明光制御部が設けられている請求項9に記載の撮像システム。
- 対象物体に取り付けられ、特定波長の近赤外光を発する光源と、
前記光源から出射された近赤外光を検出する光検出器と、
前記光検出器での検出結果から前記対象物体が検出領域内に存在するか否かを判定する物体判定部及び前記光検出器で検出された近赤外光の波長情報から前記対象物体を識別する物体識別部を備えるデータ処理装置と
を有する物体識別システム。 - 前記光検出器は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置であり、
前記物体識別部は、前記光検出器で検出された近赤外光の波長から、前記対象物体に付与された色情報を取得し、前記色情報から前記対象物体を識別する請求項11に記載の物体識別システム。 - 前記検出領域の可視光画像を撮像する撮像装置を更に有し、
前記データ処理装置には、前記撮像装置で撮像された可視光画像に、前記物体識別部で取得された前記対象物体の色情報又は前記色情報に関連付けられている任意の情報を付加する画像合成部が設けられている請求項12に記載の物体識別システム。
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