JPH10257506A - 画像撮像装置 - Google Patents
画像撮像装置Info
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- JPH10257506A JPH10257506A JP9062740A JP6274097A JPH10257506A JP H10257506 A JPH10257506 A JP H10257506A JP 9062740 A JP9062740 A JP 9062740A JP 6274097 A JP6274097 A JP 6274097A JP H10257506 A JPH10257506 A JP H10257506A
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- H—ELECTRICITY
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- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
- H04N23/84—Camera processing pipelines; Components thereof for processing colour signals
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Abstract
ゆる「色モワレ」の発生を抑える事ができ、従来の装置
よりも高画質が得られ、コストダウンも図った画像撮像
装置を提供する。 【解決手段】CCDのR,G,Bそれぞれの受光感度
は、おおよそC線,e線,g線をピークとしており、e
線の近軸レンズバックに対して故意に近軸レンズバック
をずらしたため、RとBの像がデフォーカスしている状
態となり、RとBに対する像性能は、おおよそナイキス
ト周波数で0付近まで低下するため、光学ローパスフィ
ルターがなくても「色モワレ」は発生しない。さらに、
ほぼベストピントとなっているe線をおおよそ受光感度
のピークとするGの画素についてのMTFは、ナイキス
ト周波数においても高い値を示し、コントラストの低下
が少なく、最終的に高画質が得られる。
Description
oupled device )等のカラー撮像素子により電気的に画
像情報を取り込むための画像撮像装置において、そのカ
ラー撮像素子に画像を結像させる光学系に関するもので
ある。
撮像素子で画像情報を取り込む場合、その等間隔のサン
プリングにより、高周波の被写体に対してその周波数と
は別の低周波の「折り返しノイズ」等と呼ばれるノイズ
画像が発生するが、それによる不具合を防ぐために、従
来より、水晶より成る光学ローパスフィルターを画像撮
像装置の光学系内に配置し、被写体の高周波成分が撮像
素子に至らないようにするという事が行われている。
ストダウンを図るため、CCDの各画素にR(red),
G(green),B(blue)等のカラーフィルターを交互
に配置した単板式と呼ばれるものが多く用いられてお
り、その際に、観察者が画像を見たときに強く感じやす
いGの画素を、R,Bの画素よりも多く配置する事で、
像性能を上げるという事が一般的に行われている。図2
は、そのCCDのカラー画素の配置例を示す図であり、
市松パターンと呼ばれている。
少ない事で画素間隔が広いRやBに対して、上記「折り
返しノイズ」がよく目立ち、ノイズに色がついた「色モ
ワレ」と呼ばれる不具合として現れる。このようなCC
Dに対しては、上記光学ローパスフィルターは、特にそ
の「色モワレ」を目立たなくするために用いられる。
学ローパスフィルターを使用すれば、特に「色モワレ」
を抑えるために、不要な高周波をカットする事ができる
が、それ以外に低周波成分の画像をも低下させ、特に上
記単板式のCCDにおいては、Gの画素に対し、不要で
はない高周波成分までカットしてしまうという欠点を有
している。また、光学ローパスフィルターは非常に高額
であるので、画像撮像装置のコストアップにもつながっ
てしまう。
ーパスフィルターを用いる事なく、いわゆる「色モワ
レ」の発生を抑える事ができ、さらに、光学ローパスフ
ィルターを用いた従来の装置よりも高画質が得られ、コ
ストダウンも図った画像撮像装置を提供する事を目的と
する。
に、本発明では、照明された被写体からの光を結像させ
る光学レンズと、その結像した光を色別に光電変換する
カラー撮像素子とを有する画像撮像装置において、以下
の条件式範囲を満足する構成とする。 1.5×p×FNo.<|LBg−LBe|<5.0×
p×FNo. 1.5×p×FNo.<|LBc−LBe|<5.0×
p×FNo. 但し、 p:前記カラー撮像素子の光電変換画素の所定ピッチ LBe:e線(波長546.07nm)の近軸レンズバ
ック LBg:g線(波長435.84nm)の近軸レンズバ
ック LBc:C線(波長656.28nm)の近軸レンズバ
ック FNo.:前記光学レンズのFナンバー である。
原色の光電変換画素を持つCCDである構成とする。さ
らに、前記被写体を照明する照明強度を変える事によ
り、前記カラー撮像素子への露光量を制御する構成とし
ても良い。或いは、前記被写体を照明する照明時間を変
える事により、前記カラー撮像素子への露光量を制御す
る構成とする事もできる。また、前記被写体と前記カラ
ー撮像素子の間の光路中に、前記被写体からの光の透過
率を変えるフィルターを設ける事により、前記カラー撮
像素子への露光量を制御する構成とする事もできる。
て、図面を参照しながら説明する。図1に、本発明の第
1の実施形態の全体構成を示す。本構成は、現像済みの
フィルムを被写体として撮影するタイプであり、いわゆ
るフィルム画像撮影装置と呼ばれるものである。
みフィルムである。このフィルム11は、いわゆるAP
S(advanced photo system )タイプのものであり、カ
ートリッジに現像済みのフィルムが装填されているもの
である。また、12はフィルム11を給送する給送部で
あり、これによりフィルム11の送りや巻き戻しを行う
とともに、フィルム11に磁気記録されているIXデー
タの読み書きも行う。13はフィルム11を照明する光
源であり、蛍光管やキセノン管(フラッシュ)或いはタ
ングステンランプで構成されている。光源13によって
照明されたフィルム11の画像は、レンズ1によってC
CD3に結像する。
とCCD3の間に光学ローパスフィルターが配置されて
いたが、本実施形態においては不要である。引き続きC
CD3では、結像した画像を光電変換して出力する。C
CD3からの出力は、アナログプロセス4でCDS(co
rrelation double sampling,相関二重サンプリング)さ
れてアナログ信号(実効値)に変換され、続いてA/D
変換部5でデジタル信号に変換される。そして、この信
号を受けて、画像処理部7では各種の画像処理を行う。
詳しくは後述する。
CCD3,アナログプロセス4,A/D変換部5にタイ
ミングパルスを供給する働きをするTG(timing
generator)である。また、バッファメモリ
ー8は、撮影した画像のデータを適当な形式で一時記憶
しておくところで、メモリーコントローラ9により、制
御部10からの制御信号を受けて制御される。この制御
部10は、本構成のフィルム画像撮影装置全体の制御を
行う。
ムのイジェクト等の操作を指示して制御部10に働きか
ける操作部であり、18は各部へ電力を供給する電源部
である。さらに、17はパーソナルコンピュータ(P
C)であり、このモニターで画像を鑑賞したり、この記
録媒体に画像データを記録する働きをする。そのため、
コネクタ16を介して装置本体と接続されている。そし
て、15はパーソナルコンピュータ17との接続を制御
するI/Fコントロールである。基本的には、パーソナ
ルコンピュータ17内にセットされたソフトウェアによ
り、制御信号がコネクタ16を介して制御部10に送ら
れ、その信号に従って制御部10が装置本体を制御す
る。
画素の配置例を示す図であり、エリアCCDの画素配列
とピッチの一例を示している。これは、平方画素で原色
市松のカラーフィルター配置の、プログレッシブスキャ
ン方式(一括転送方式)のCCDである。これは、画素
をまとめる事なく画素毎に転送するもので、静止画の撮
影に向いたものである。同図に示すように、各画素間の
ピッチをpとすると、G同士間のピッチは√2p、B同
士間,R同士間のピッチはそれぞれ2pになる。この方
式のCCDでは、輝度信号はGから作り、色信号はR,
G,Bから作る。
含む光学系の特性について説明しておく。ここで用いる
CCDの画素ピッチは、p=0.005mmを想定して
いる。これは、本実施形態においても同じとする。従来
の画像撮像装置の光学系では、「色モワレ」の発生を抑
えるため、おおよそナイキスト周波数νnでMTF(mo
dulation transfer function,変調伝達関数)が0とな
るような光学ローパスフィルターをレンズとCCDの間
に配置する。ここで、νn=1/(2p)=100であ
る。
学系のMTF特性は、R,G,B共に図3のようにな
る。同図において、横軸が空間周波数、縦軸がMTFで
ある。同図に示すように、ここでのMTFは、ナイキス
ト周波数νnでMTFが0となっているため、「色モワ
レ」が発生する要因となるR,Bの画像に対するMTF
としては適正であるが、R,Bより画素ピッチの小さい
Gの画像では、MTFが低すぎて最終的な画像のMTF
を大きく低下させる。
る。図4は、本実施形態の光学系の構成図であり、同図
の左手が被写体側、右手がCCD側となっている。同図
において、L1〜L4は光学レンズ、F1は不要な赤外
光をカットするためのIR(infrared radiation)カッ
トフィルターである。光学レンズは、L1が正レンズ,
L2が負レンズ,L3がCCD側に強い凸面を持つ正レ
ンズ,L4が被写体側に強い凸面を持つ正レンズであ
る。以下に、本実施形態の光学系のコンストラクション
データを示す。
り、同図(a)は球面収差図、(b)は非点収差図、
(c)は歪曲収差図、(d)は倍率色収差図である。球
面収差図(a)に示したe線,g線,C線の球面収差を
見ると、e線に対してg線,C線の近軸レンズバック,
縦色収差が大きくずれている事が分かる。その他の収差
は非常に良好である。
G,B別のMTF特性を示す図であり、(a),
(b),(c)で表されている。本実施形態の光学系の
CCD受光面は、ほぼe線の近軸レンズバック位置に配
置している。同図では、CCDのR,G,Bそれぞれの
受光感度は、おおよそC線(波長656.28nm),
e線(波長546.07nm),g線(波長435.8
4nm)をピークとしており、e線の近軸レンズバック
に対して故意に近軸レンズバックをずらしたため、Rと
Bの像がデフォーカスしている状態となり、同図
(a),(c)に示されるように、RとBに対する像性
能は、おおよそナイキスト周波数νn(=100)で0
付近まで低下するため、光学ローパスフィルターがなく
ても「色モワレ」は発生しない。
ベストピントとなっているe線をおおよそ受光感度のピ
ークとするGの画素についてのMTFは、同図(b)に
示されるように、ナイキスト周波数νnにおいても高い
値を示し、コントラストの低下が少ない事が分かる。つ
まり、本実施形態の光学系によれば、光学ローパスフィ
ルターを用いなくても「色モワレ」を防ぐ事ができ、さ
らに、Gのコントラストが高い事により、最終的に高画
質が得られる。即ち、コストダウンを図りつつ画質の向
上も得られる事になる。
ためには、g線とC線についてのおおよそナイキスト周
波数νnでのMTFが0となれば良いので、このために
はそれぞれの点像が画素ピッチpに対し、おおよそ2.
44×pの直径のボケ像となれば良く、この状態とする
ために、e線の近軸レンズバックに対するg線とC線の
近軸レンズバックのズレ量は、おおよそ2.44×p×
FNo.とすれば良い。図7は、この状態を模式的に示
した図である。図中のLBは、小文字で示した各線にお
ける近軸レンズバック位置を表す。
エ変換して周波数特性を求め、ナイキスト周波数νn
(=1/(2p))でMTFが0になる円形の直径を逆
算したものである。半径rの円形のMTF特性は、 MTF(ν)=2・J1(2πrν)/2πrν で表される。ここで、J1は1次のベッセル関数であ
る。
り、近軸レンズバックの適正なズレ量は変化するし、さ
らに、縦方向の色収差は故意に発生させても、それによ
る倍率色収差の発生は望ましくなく、また、光学系に用
いるガラスの種類も限られているので、所定の条件丁度
に光学系を設計する事は難しい。この事に鑑み、およそ
以下に示す条件の範囲に入るようにすると、少なくとも
従来より良好な画像が得られる。 1.5×p×FNo.<|LBg−LBe|<5.0×p×FNo. (1) 1.5×p×FNo.<|LBc−LBe|<5.0×p×FNo. (2)
ーパスフィルターを用いないと「色モワレ」が発生し、
上限値以上になると、RとBの画像のコントラストが大
幅に低下し、画質が低下する。さらに、 2.0×p×FNo.<|LBg−LBe|<4.0×p×FNo. (3) 2.0×p×FNo.<|LBc−LBe|<4.0×p×FNo. (4) の範囲に入るようにすると、「色モワレ」を防ぎつつ非
常に良好な画像が得られる。
チp=0.005,FNo.=4.0,LBg−LBe
=−0.053,LBc−LBe=0.063である。
尚、本実施形態に示した正レンズ,負レンズ,正レン
ズ,正レンズの単焦点レンズにおいて上記条件を満たす
ためには、3枚の正レンズの内少なくとも2枚の正レン
ズについてνd<45、負レンズについてνd<30で
ある事が望ましい。
像処理に関して説明する。図8は、補間計算により画像
情報を算出する際の詳細な流れを示す図である。本実施
形態のCCD3を用いた場合、得られる画像データをカ
ラーフィルター別に見ると、図8のステップ#1,ステ
ップ#2,ステップ#3において×印で示すように、画
像データの存在しない画素がある事が分かる。それ故、
図1に示した画像処理部7において、不足している画像
情報を算出する補間計算が行われる。尚、画像処理部7
では、補間計算以外に、CCD3からのA/D変換後の
データに対してγ処理等が行われるが、図8では省略し
た。
プ#1で示すGの画像に対して、補間計算により不足分
の画像情報を算出し、ステップ#4とする。補間計算に
はいくつかの方法があるが、ここではメディアン補間を
採用した。これは、図9(a)に示すように、算出した
い不足の画素をG0とし、G0の周りに既に値が得られ
ている画素をG1,G2,G3,G4としたとき、G1
〜G4の内、最も大きいものと最も小さいものを除く2
つを選んでGa,Gbとして平均をとり、G0=(Ga
+Gb)/2とするものである。その他の方法として
は、4つの画素の平均をとり、G0=(G1+G2+G
3+G4)/4とする平均補間等がある。
らステップ#4で示すGの画像情報を減ずる事により、
色差情報Crを算出してステップ#5とする。但し、R
の画像情報には、まだ画像データの存在しない画素があ
るので、その画素に対しては、色差情報は0とする。ス
テップ#5で示す色差情報に対しては、ステップ#6で
パターンのマスク処理が行われる。これは、例えば図9
(b)に示すように、元の画像の画素A1〜A9があっ
たときに、A5に対する新しい画像情報を、A5とその
周りの8つの画素及びM1〜M9のマスクパターンによ
り、A5′=Σ(Mi×Ai)により算出するものであ
る。
テップ#6で示すマスクパターンでマスク処理を行った
結果をステップ#7に示す。そして、ステップ#7で示
す画像情報にステップ#4で示すGの画像情報を加算す
る事により、ステップ#8で示すRの画像情報が得られ
る。
らステップ#4で示すGの画像情報を減ずる事により、
色差情報Cbを算出してステップ#9とする。但し、B
の画像情報には、まだ画像データの存在しない画素があ
るので、その画素に対しては、色差情報は0とする。ス
テップ#9で示す色差情報に対しては、ステップ#10
でパターンのマスク処理が行われる。これは、上記図9
(b)で説明した処理と同じ内容である。
テップ#10で示すマスクパターンでマスク処理を行っ
た結果をステップ#11に示す。そして、ステップ#1
1で示す画像情報にステップ#4で示すGの画像情報を
加算する事により、ステップ#12で示すBの画像情報
が得られる。
関しては、CCD3から得られた、ステップ#2,ステ
ップ#3でそれぞれ示す画像情報に対して、直接に補間
処理を行う方法もあるが、本発明では、上述したよう
に、一度ステップ#4で示すGの画像情報との差分を取
ってから補間処理(マスク処理)を行い、その後、再度
ステップ#4で示すGの画像情報を加算している。これ
は、本実施形態で示した光学系では、RとBの画像のM
TFを低く抑えているので、CCDから得られた画像情
報に対して直接に補間処理を行うよりも、Gの画像情報
との差分に補間を施す方が良好な画質が得られるからで
ある。
るための強調処理が行われる。図8においては、ステッ
プ#4,ステップ#8,ステップ#12でそれぞれ示す
G,R,Bの画像情報に対して、それぞれステップ#1
3,ステップ#15,ステップ#17で示す同一のマス
クパターンによってマスク処理を行い、ステップ#1
4,ステップ#16,ステップ#18でそれぞれ示す画
像情報を得る様子が表されている。尚、この強調処理の
マスクパターンは、R,G,Bで別々のものを用いても
良い。
装置では、現像済みのフィルム11を使用するが、この
フィルム11は、カメラ等で撮影した時の露光状態によ
って濃度が違ってくるので、その濃度の異なるフィルム
11を本実施形態に用いた場合、CCD3への露光量が
変化して、光量不足や光量オーバーが発生する。ところ
が、本実施形態の光学系において、明るさを調節するた
めにレンズ1のFNo.を変化させたのでは、上述した
R画像とB画像の近軸レンズバックのズレ量が変化して
しまい、「色モワレ」の発生を抑える効果が得られなく
なってしまう。
光量を適正に保つため、制御部10により、光源13か
らのフィルム11への光の照度を制御している。その他
の方法としては、CCD3への露光時間やCCD3での
積分時間を制御する方法や、フィルム11からCCD3
までの間の光路中に透過率を変化させるためのフィルタ
ーを挿入する方法等がある。
フィルターの一例を模式的に示す図である。同図に示す
ように、モータ26の回転軸に接続されているローレッ
ト20には、透過率の異なるND(neutral density )
フィルター21〜25が、その回転軸周りに配置されて
いる。そして、レンズ1とCCD3の間の光路中に位置
するNDフィルターの種類を、モータ26の回転に連動
してローレット20を回転させる事により、21〜25
のいずれかに切り換える。尚、27は回転位置検出セン
サーである。
に対して故意に縦色収差を発生させる事で「色モワレ」
を防いだが、Gの画像は性能が良いため、「色モワレ」
が発生するよりも高い周波数で「折り返しノイズ」が発
生する可能性がある。これを防ぐために、光学ローパス
フィルターを用いても良い。この、Gの画像に対する
「折り返しノイズ」を防ぐための光学ローパスフィルタ
ーは、通常の画像撮像装置の「色モワレ」を防ぐための
光学ローパスフィルターよりも高周波をカットするの
で、画質は「色モワレ」を防ぐための光学ローパスフィ
ルターを用いたときよりも良い。
系の構成図である。これは、CCDを撮像素子とするデ
ジタルカメラのズーム光学系である。また、同図の左手
が被写体側、右手が像面側となっている。同図におい
て、光学レンズは、負レンズ,正レンズ,正レンズから
なる正の第1群(grp1)、負レンズ,負と正の接合
レンズからなる負の第2群(grp2)、絞り,正レン
ズからなる正の第3群(grp3),負と正の接合レン
ズからなる第4群(grp4)により構成される。ま
た、F1はIRカットフィルターである。
角から望遠に向かうに従い、負の第2群が像面側へ、正
の第4群が被写体側へと矢印方向に動く。以下に、本実
施形態の光学系のコンストラクションデータを示す。
ス機構を持ち、負の第2群を光軸方向に移動させて、被
写体の像の内、Gの画像がCCD上良好となるようにフ
ォーカスする。この第2の実施形態は、上記第1の実施
形態のように一定距離にある被写体を撮影するものでは
なく、或程度距離にばらつきのある被写体を撮影するの
で、或被写体距離にピントが合っている状態では、その
他の距離にある被写体にはピントが合わず、効果が得ら
れにくい筈であるが、実際には、FNo.が4以上とレ
ンズが暗く、また、焦点深度を持つ事や、一つの撮影に
おける被写体距離のばらつきが或程度の撮影範囲内に収
まる事等から、問題にはならない。
おける収差図であり、図13は望遠端における収差図で
ある。それぞれの図において、(a)は球面収差図、
(b)は非点収差図、(c)は歪曲収差図、(d)は倍
率色収差図である。それぞれの球面収差図(a)に示し
たe線,g線,C線の球面収差を見ると、第1の実施形
態の場合と同様に、e線に対してg線,C線の近軸レン
ズバック,縦色収差が大きくずれている事が分かる。そ
の他の収差は良好である。
ズバックは、 広角端:LBg−LBe=−0.070,LBc−LB
e=+0.053 望遠端:LBg−LBe=−0.100,LBc−LB
e=+0.074 である。このとき、g線の近軸レンズバックは、広角端
と望遠端とで同じ符号であり、C線の近軸レンズバック
も同様である。
ると、広角端或いは望遠端のそれぞれにおいては上記条
件式(1),(2)或いは(3),(4)を満たしてい
ても、広角から望遠に焦点距離を変えたとき、近軸レン
ズバックの差が小さくなり、上記条件式を満たさない状
況が発生する。従って、ズームレンズにおいては、本実
施形態のように、広角端と望遠端の近軸レンズバックの
ズレの方向は同一の方が良い。
ンズ,正レンズの4成分からなるズームレンズにおい
て、条件式(1),(2)或いは(3),(4)を満た
すには、第3群の正レンズの分散νdについては、νd
<45となることが望ましい。尚、図14及び図15
は、本実施形態の光学系のそれぞれ広角端,望遠端にお
けるR,G,B別のMTF特性を示す図であり、それぞ
れ(a),(b),(c)で表されている。これらの場
合も、上記第1の実施形態の光学系について図6で示し
たMTF特性と同様の特性を示している。
光学ローパスフィルターを用いる事なく、いわゆる「色
モワレ」の発生を抑える事ができ、さらに、光学ローパ
スフィルターを用いた従来の装置よりも高画質が得ら
れ、コストダウンも図った画像撮像装置を提供する事が
できる。
ック図。
MTF特性を示す図。
図。
を模式的に示す図。
おける収差図。
おける収差図。
TF特性を示す図。
TF特性を示す図。
Claims (5)
- 【請求項1】 照明された被写体からの光を結像させる
光学レンズと、該結像した光を色別に光電変換するカラ
ー撮像素子とを有する画像撮像装置において、以下の条
件式範囲を満足する事を特徴とする画像撮像装置、 1.5×p×FNo.<|LBg−LBe|<5.0×
p×FNo. 1.5×p×FNo.<|LBc−LBe|<5.0×
p×FNo. 但し、 p:前記カラー撮像素子の光電変換画素の所定ピッチ LBe:e線(波長546.07nm)の近軸レンズバ
ック LBg:g線(波長435.84nm)の近軸レンズバ
ック LBc:C線(波長656.28nm)の近軸レンズバ
ック FNo.:前記光学レンズのFナンバー である。 - 【請求項2】 前記カラー撮像素子は、R,G,B原色
の光電変換画素を持つCCDである事を特徴とする請求
項1に記載の画像撮像装置。 - 【請求項3】 前記被写体を照明する照明強度を変える
事により、前記カラー撮像素子への露光量を制御する事
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像撮像装
置。 - 【請求項4】 前記被写体を照明する照明時間を変える
事により、前記カラー撮像素子への露光量を制御する事
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像撮像装
置。 - 【請求項5】 前記被写体と前記カラー撮像素子の間の
光路中に、前記被写体からの光の透過率を変えるフィル
ターを設ける事により、前記カラー撮像素子への露光量
を制御する事を特徴とする請求項1又は請求項2に記載
の画像撮像装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06274097A JP3758284B2 (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 画像撮像装置 |
US09/040,044 US6741760B2 (en) | 1997-03-17 | 1998-03-17 | Image sensing apparatus which intentionally retains longitudinal chromatic aberration |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06274097A JP3758284B2 (ja) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | 画像撮像装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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