(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の有効領域表面上にオンチップカラーフィルター処理を施すことによって１枚の撮像素子でカラー信号が取得できる単板カラー用撮像素子または光学分光プリズムと複数のモノクローム撮像素子を用いてカラー信号を動画または静止画で撮影する撮像装置において、
撮像レンズと撮像素子の間に光を導くことが出来る光ファイバーの一端を撮像素子の撮像面近くのレンズイメージサークル内でかつ撮影に用いない領域に設置し、その他端を分光計に接続することにより、撮影画像の分光強度分布を測定し、
光ファイバーの断面がレンズ光軸に正対するように設置すること、または、光ファイバーの前またはファイバーの内に任意形状の光透過拡散材料または反射もしくは光屈折方向変更材料を構成し光ファイバーがレンズ光軸に正対以外の角度でもレンズからの入射光が光ファイバーに入射するようにすること、
を特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
撮像素子の有効領域表面上にオンチップカラーフィルター処理を施すことによって１枚の撮像素子でカラー信号が取得できる単板カラー用２次元撮像素子を用いることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の撮像装置において、
無彩色反射被写体を撮影したときの光源の分光特性を求め、既知の反射分光特性と、あらかじめ測定した前記単板カラー用撮像素子を用いた単板式カラーカメラのカラー分光感度特性および色補正目標とする３板式カラーカメラのカラー分光感度特性を積算し、当該単板式カラーカメラと３板式カラーカメラで撮影した画像を計算で生成し、この計算によって求められた２種類の画像の色差を減少させるような色補正処理を行うこと、
または、無彩色反射被写体を撮影したときの光源の分光特性の特徴から光源推定を行い、既に記録してある光源の補正係数の中から推定した光源の補正係数を選択し、選択した補正係数を用いて色補正処理を行うこと、
を特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置において、
前記色補正処理を行う色補正プロセス回路の動作が白バランス調整開始ボタンまたは色補正調整開始ボタンと連動しており、白バランス調整と同時に、または色補正調整開始とともに、色補正処理を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像装置において、
分光特性の測定と連動または非連動で、測定結果をメモリ回路に記録し、任意に読み出し可能とすることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置において、
分光特性の測定と連動または非連動で記録する測定結果はメタデータとして画像データに付加してカメラから出力される、または画像データと別な手段を利用してカメラから出力され、外部記録装置に記録されることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、特に光源測定機能および色補正機能を備えた単板カラー撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、光源の分光特性を測光する装置として特許文献１などがある。また、被写体の反射分光特性を測定する装置として特許文献２などがある。また、測定した照明光のスペクトルやカラーパッチの分光反射率から色補正を行う技術として特許文献３などがある。また、特許文献４や特許文献５などにおいては、被写体の分光スペクトル情報を利用して、入力画像の色補正を行う撮影システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−１８５１２８号公報
【特許文献２】特開２００８−１３９０６２号公報
【特許文献３】特開２００８−２４４６１３号公報
【特許文献４】特許第３６１４１２６号公報
【特許文献５】特開２００５−３４１１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本出願人らは、被写体の光源の分光特性を測光する装置として発案された特願２００９−１７０７２２号（以下、「出願１」という。）および特願２００９−１７２６０５号（以下、「出願２」という。）を既に出願しており、本願は特に出願１に関連した技術である。
【０００５】
具体的には、出願１では、単板カラー２次元撮像素子の一部をモノクロ撮像領域とし、当該モノクロ撮像領域に適当な光学フィルタ処理を施すことにより撮影画像の分光特性を測定することを可能とし、出願２では、撮影画像をミラー構造により分光計へ導くことにより撮影画像の分光特性を測定することを可能とするものであった。
【０００６】
しかしながら、一般的に用いられる撮像装置の形態と比較し、出願１では撮像素子に特殊な光学フィルタ処理を施す必要があり、また出願２では撮像装置が特殊な構造で大型となってしまう課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、通常用いられる撮像装置の形態を大きく変更することなく、撮影している被写体の照明光源に対して精度良く色補正を行うことが可能な撮像装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明では、撮像素子の受光面近傍に導光ファイバー端を配置しその他端を分光計に接続することにより撮影画像の分光特性測定を可能とし、光ファイバーの断面がレンズ光軸に正対するように設置すること、または、光ファイバーの前またはファイバーの内に任意形状の光透過拡散材料または反射もしくは光屈折方向変更材料を構成し光ファイバーがレンズ光軸に正対以外の角度でもレンズからの入射光が光ファイバーに入射するようにすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、通常用いられる撮像装置の形態を大きく変更することなく、撮影している被写体の照明光源に対して精度良く色補正を行うことが可能な撮像装置を実現することができる。例えば、任意の撮影場所での光源の条件およびレンズ等の光学特性に応じた最適な色補正処理を白バランス調整時に自動的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例
【図２】本発明の実施例のレンズ側から見た撮像素子および光ファイバーの配置例
【図３】本発明の実施例における光ファイバーの設置例
【図４】本発明の第２の実施例
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。なお、各図において、同じ機能を有するものには同じ符号を付け、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００１２】
本発明を用いた実施例について図１を用いて説明する。
【００１３】
図１において、１０１は被写体、１０２はレンズ、１０３はレンズイメージサークル、１０４は撮像素子、１０５は光ファイバー、１０６は分光放射計、１０７はカメラプロセス回路および色補正プロセス回路、１０８は光ファイバー端である。
【００１４】
レンズ１０２からの入射光はその結像位置に配置された撮像素子１０４によって光信号から電気信号に変換され、映像信号としてカメラプロセス回路および色補正プロセス回路１０７に入力され適切な映像信号処理を行った後、色補正された映像信号として出力される。撮像素子１０４の垂直方向上方または下方には撮像面に近接して光を導くためのファイバー材料である光ファイバー１０５（導光ファイバーまたは単にファイバー）が設置されている。光ファイバー１０５の他端（撮像素子側と反対側の光ファイバー端）には、光の波長毎の強度を測定できる分光放射計１０６（分光強度計または単に分光計）が設置されている。分光計１０６から出力された信号は、カメラプロセス回路および色補正プロセス回路１０７のうちの色補正プロセス回路に入力され、色補正信号処理に利用される。
【００１５】
このときのレンズ１０２側から見た撮像素子１０４及び光ファイバー１０５の配置例を、図２に示す。図２に点線で示す円は、レンズによって光が結像する範囲であるレンズイメージサークル１０３を示す。このときレンズ１０２は円形のためレンズイメージサークル１０３は円形となる。一方撮像素子１０４の有効撮像領域の形状は一般的には円形ではなく長方形であり、その対角がレンズイメージサークル１０３内に入るように設計され、さらにはその長方形の横と縦の長さの比率は、例えば３５ｍｍ判フィルムカメラと同等比率では３：２、ＮＴＳＣ方式テレビジョンカメラ用では４：３、ＨＤＴＶ方式テレビジョンカメラ用では１６：９など、正方形ではなく横方向に長いものがほとんどである。従って、ほとんどの一般的な撮像装置では撮像素子の撮像面近くで垂直方向に上方または下方などにはレンズで正常に結像しているが映像信号には用いられない領域があり、本実施例における光ファイバー端１０８はそのようなイメージサークル内で撮像に用いない任意の領域に設置される。
【００１６】
つぎに光ファイバーの設置例について、図３に示す。図３（ａ）は光ファイバーがレンズ光軸に正対した例、（ｂ）は光ファイバー前に光透過拡散剤（または光拡散板や光拡散フィルム）を設置した例、（ｃ）は光ファイバー面に球状の光透過拡散剤を形成し、またはＬＥＤ光拡散キャップや光拡散型ＬＥＤと同様の形成プラスチックなどを用い、側面からの光でも光ファイバーへ入射できる構造とし、光ファイバーをレンズ光軸に対して正対以外の角度に設置した例、（ｄ）は光ファイバーの先端部分に光拡散型ファイバーを用い、光ファイバーをレンズ光軸に対して正対以外の角度に設置した例、（ｅ）は光ファイバーの一部に傷をつけたり削ったりして乱反射などにより、または光屈折方向変更材料などを用いることにより、ファイバー側面からの光を光ファイバーへ入射する構造とし、光ファイバーをレンズ光軸に対して正対以外の角度に設置した例、（ｆ）は光ファイバーの先端に微小なプリズムやミラー様の反射板を設置し、ファイバー側面からの光を光ファイバーへ入射する構造とし、光ファイバーをレンズ光軸に対して正対以外の角度に設置した例である。
【００１７】
以上のようにして、光ファイバー端１０８を撮像素子１０４の撮像面近くのレンズイメージサークル１０３内でかつ撮影に用いない領域に設置する。その設置形態としては、光ファイバーの断面がレンズ光軸に正対するように設置してもよいし、あるいは、光ファイバーの前またはファイバーの内に任意形状（例えば、板状、球状）の光透過拡散材料または反射もしくは光屈折方向変更材料を構成し光ファイバーがレンズ光軸に正対以外の角度でもレンズからの入射光が光ファイバーに入射するようにしてもよい。
【００１８】
以上のような構造とすることにより、撮影と同時に撮影画像の一部の入射光の分光強度分布を測定することが可能となる。
【００１９】
次に、撮影被写体に照射される光源の分光分布から色補正処理を行う原理について、色彩工学に基づいた技術であるがここに簡単に説明する。
【００２０】
カメラの被写体は、照明や太陽などの光源によって照らされ、その反射光がカメラのレンズを通して撮像素子に入射される。このとき、照明は光源によって決まった、光の波長λに応じた強度の分光分布Ｐ（λ）を持つ。また被写体も分光反射率ρ（λ）を持つ。両者の積が被写体からの反射光としてテレビカメラへ入射する。テレビカメラはその反射光を、レンズや赤外線（ＩＲ）カットフィルタ・光学ローパスフィルタ（ＬＰＦ）などの光学系の透過特性Ｌ（λ）を経由して、例えばＲ，Ｇ，Ｂに対応した撮像素子の画素がそれぞれ分光感度ＳＲ（λ），ＳＧ（λ），ＳＢ（λ）を持ったカラーセンサで撮像し、その積分値に応じた出力（ＲＧＢ３刺激値）をＲ，Ｇ，Ｂの各色チャンネル出力信号として出力する。これを式で表すと以下のようになる。
0005530785.tif 000002
このとき、被写体の分光反射率ρ（λ）を標準白色板などを用いてなるべく平坦にする、もしくは可能であれば既知のデータで校正することにより、被写体からの反射光Ｃｓ（λ）は、光源の分光分布Ｐ（λ）をできるだけ反映した特性とすることができる。すなわち、Ｃｓ（λ）のスペクトルを測定することにより、撮影環境の光源の分光特性を推定することが可能となる。また、ＲＧＢセンサの分光撮像特性をあらかじめ測定しておけば、そのセンサ出力ＲＧＢ値を計算で求めることが可能となる。従って、例えばマクベスチャートなど反射分光特性ρ（λ）が既知のデータを用いると、光源の分光特性を測定するだけで、各照明条件におけるカメラで撮影したマクベスチャートの再現色を計算で作成することができる。
【００２１】
一般に放送用カメラでは撮影時に、その撮影環境に応じてカメラのホワイトバランスを調整するために、撮影前に灰色もしくは白色の標準反射チャート等の無彩色反射被写体を撮影し、そのときのＲＧＢ信号強度からＲＧＢそれぞれのアンプゲイン設定を調整する。そこで、まず無彩色の標準反射チャートを画面一杯となるように撮影し、そのときの分光反射率が平坦（ρｗｈｉｔｅ（λ）＝一定）であればそのまま用い、または分光反射率ρｗｈｉｔｅ（λ）が既知であればその特性によって校正して、光源の分光特性Ｐ（λ）が光学系の分光特性Ｌ（λ）を経由して撮像素子に入射される光の分光特性を、本実施例による分光計によって求める。つぎに、反射分光特性が既知の２４色マクベスチャートの反射分光特性ρｍａｃｂｅｔｈ＿ｃｏｌｏｒ＿ｋ（λ）（ｋは色番号１〜２４）と、あらかじめ測定した単板式カラーカメラのカラー分光感度特性ＳＲ１（λ），ＳＧ１（λ），ＳＢ１（λ）および色補正の目標とする例えば放送用３板式カラーカメラのカラー分光感度特性ＳＲ２（λ），ＳＧ２（λ），ＳＢ２（λ）とを積算することにより、単板式カメラと３板式カメラでそれぞれ２４色マクベスチャートを撮影したと想定した場合の各色のＲＧＢ信号量を計算で生成することができる。
【００２２】
色補正は例えばこの計算によって求められた、２種類のカメラで撮影したマクベスチャート画像に相当するＲＧＢ信号によって行える。例えば色補正をリニアマトリクスで行う場合、単板式カメラを想定して計算したマクベスチャート２４色それぞれのＲＧＢ値が、３板式カメラを想定して計算したマクベスチャート２４色それぞれのＲＧＢ値と最も近づくように、リニアマトリクスの補正係数を最小二乗法で求め、得られたリニアマトリクス係数を単板式カメラの色補正処理回路においてリニアマトリクス色補正処理を行うことにより、単板式カメラの色再現特性を、３板式カメラの色再現特性と近づけることが可能となる。
【００２３】
なお、想定する色票（色チャート）は反射分光特性が既知であれば２４色マクベスチャートに限る必要はなく、その他の任意の色票を用いてもよいし、また例えば放射分光特性が既知の照明光源を用いて任意の色チャートを画面一杯に拡大して撮影し本実施例で設置された分光計で測定および校正することにより色チャートの反射分光特性を測定して用いてもよい。また、色補正処理はリニアマトリクス方式に限る必要はなく、得られたＲＧＢ信号情報を元に任意の調整方式、例えばゲイン・ペデスタル調整、多軸色相調整、ルックアップテーブル方式、ペインティング処理、等で色補正を行っても構わない。
【００２４】
すなわち、カメラプロセス回路および色補正プロセス回路１０７のうちの色補正プロセス回路は、灰色もしくは白色の標準反射チャート等の無彩色反射被写体を撮影したときの光源の分光特性を求め、既知の反射分光特性と、あらかじめ測定した単板カラー撮像素子を用いた単板式カラーカメラのカラー分光感度特性および色補正目標とする３板式カラーカメラのカラー分光感度特性を積算し、当該単板式カメラと３板式カメラで撮影した画像を計算で生成し、この計算によって求められた２種類の画像の色差を減少させるような色補正処理を行う。あるいは、色補正プロセス回路は、灰色もしくは白色の標準反射チャート等の無彩色反射被写体を撮影したときの光源の分光特性の特徴から光源推定を行い、既に記録してある光源の補正係数の中から推定した光源の補正係数を選択し、選択した補正係数を用いて色補正処理を行うようにしてもよい。
【００２５】
またそれらの測定または調整は、出願１に示すように、図示しない白バランス調整開始スイッチまたは色補正調整開始スイッチと連動し白バランス調整と同時にまたは色補正調整開始とともに行ってもよい。また、図示しないレンズデフォーカス回路を設け、白バランス調整開始スイッチまたは色補正調整開始スイッチと連動し、色補正調整開始と共にレンズ１０２のフォーカス位置をＭＯＤ（最短撮影距離、最至近距離）または無限遠へ移動し、これにより、光ファイバー端１０８への入射光をできるだけ拡散光とし、また被写体の無彩色チャート表面の明度ムラの影響等を抑え、分光特性測定をより正確に行うようにすることもできる。
【００２６】
またこのとき、分光特性の測定と連動または非連動で、測定結果をメモリ回路に記録し、任意に読み出し可能とすることにより、その場で測定しなくてもあらかじめ測定したデータに応じた任意の色補正処理を行うことが可能である。例えばＡ光源とＤ６５光源の時の分光特性を測定して記録し、またはあらかじめ測定したデータを読み出し専用のメモリ（ＲＯＭ）に記録しておき、撮影時に任意にプリセット値として選択して読み出すことにより、例えば撮影前や撮影時に測定ができない場合でも、固定的にＡ光源やＤ６５光源に対応した値で色補正を行うことが可能となる。
【００２７】
また分光特性の測定結果をメモリ回路に記録する場合でも、記録するデータは分光特性のみなので、例えば３８０−７５０ｎｍの範囲を５ｎｍ毎の１６ビットデータとして保存したとしてもその量はたかだか１５０バイト程度であり、全ての補正データを記憶するよりも格段に少ない容量で間接的に補正データを記録することが可能となる。
【００２８】
本実施例においては、光ファイバー端１０８を撮像素子１０４の撮像面近くのレンズイメージサークル１０３内でかつ撮影に用いない領域に設置しているが、一般的には、撮像レンズと撮像素子の間に設ければよい。
【００２９】
以上説明した撮像素子１０４は、撮像素子の有効領域表面上にオンチップカラーフィルター処理を施すことによって１枚の撮像素子でカラー信号が取得できる単板カラー用２次元撮像素子が最も望ましいが、１次元撮像素子を用いてもよい。また、光学分光プリズムと複数のモノクローム撮像素子を用いてカラー信号を動画または静止画で撮影する撮像装置において撮像レンズと撮像素子の間に光ファイバー端を設けるようにしてもよい。
【実施例２】
【００３０】
本発明を用いた第２の実施例について図４を用いて説明する。
【００３１】
図４では分光特性データはメタデータとして画像データに付加してカメラから出力され、外部記録装置１０９に記録される。例えばＨＤ−ＳＤＩ信号のアンシェラリ領域や音声データ領域などを利用して画像信号に重畳し記録される。または、分光特性データはメタデータとして画像データと別な手段を利用してカメラから出力され、画像データと別に記録される。例えばメモリ付ＶＴＲのメモリ部などを利用して画像信号と関連づけて記録される。
【００３２】
このように撮影時の分光特性データを映像信号と同時に記録することにより、例えば撮影時に色補正を行わなくとも再生時や編集時に最適な色補正処理を行う、などが可能となる。
【００３３】
以上の点以外は実施例１と同様である。
【００３４】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００３５】
１０１…被写体、１０２…レンズ、１０３…レンズイメージサークル、１０４…撮像素子、１０５…光ファイバー、１０６…分光放射計、１０７…カメラプロセス回路および色補正プロセス回路、１０８…光ファイバー端、１０９…外部記録装置
【図１】
0005530785.tif 000003
【図２】
0005530785.tif 000004
【図３】
0005530785.tif 000005
【図４】
0005530785.tif 000006