(57)【要約】【課題】  光学フィルタを光路上から移動させる手段、または光学フィルタの切替えをするための手段（機構）を必要とせずに、高感度での撮像を可能とし、また、人間の色覚特性と合致した色再現性の良好な撮像をも可能とする撮像装置を得る。【解決手段】  当該撮像装置は、入射した光のうち、可視領域における長波長領域を減衰させ、かつ赤外領域の光を透過させる長波長光フィルタと、少なくとも３色以上のカラーフィルターを有し、該長波長光フィルタから出射した光に対応する少なくとも３種以上の色信号を出力する撮像素子とを備える。【選択図】  図１
2006094112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光のうち、可視領域における長波長領域を減衰させ、かつ赤外領域の光を透過させる長波長光フィルタと、
少なくとも３色以上のカラーフィルターを有し、該長波長光フィルタから出射した光に対応する少なくとも３種以上の色信号を出力する撮像素子とを備える撮像装置。
【請求項２】
前記可視領域における長波長領域は、略７００ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記３色以上のカラーフィルターとは赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）の色フィルタであることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮像素子から出力された複数の色信号を補正する色信号補正手段を更に備え、
前記色信号補正手段は、
所定のカラーターゲットおよび当該撮像装置の分光感度特性に基づいて得られ、前記撮像素子から得られた３種類以上の色信号を第１から第３の３種の信号に線形変換する予め設定された補正係数と、撮像素子から出力された複数の色信号とのマトリクス演算を行なうことにより、前記補正を行なうように構成されてなる請求項１ないし３のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項５】
前記色信号補正手段は、
当該撮像装置によって撮像を行なう際に使用する照明の色温度に応じて予め設定される、複数の補正係数を記憶する記憶手段と、
前記撮像素子から出力される色信号に基づいて、当該撮像装置の撮像時における前記照明の色温度を特定して、当該色温度に対応する補正係数を前記記憶手段から選択する選択手段とを更に備え、
前記選択手段によって選択された補正係数と、撮像素子から出力された複数の色信号とのマトリクス演算を行なうことにより、前記補正を行なうように構成されてなる請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
カラー撮像を行なう第１の撮像モード、または高感度での撮像を行なう第２の撮像モードのいずれかの撮像モードに対応する制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に応じて、前記撮像素子から出力された色信号を補正して出力する色信号補正手段と、
該色信号補正手段から出力された信号を前記第１の撮像モードに対応する第１の信号、または前記第２の撮像モードに対応する第２の信号のいずれかの信号に変換する手段とを更に備える請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に、高感度での撮像および色再現性の良好なカラー撮像を可能とする撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の撮像装置は、レンズと、レンズにより結像した光学像を電気信号に変換する撮像素子と、撮像素子から得られた電気信号を信号処理を施すことにより所定の画像信号を得る信号処理手段を有している。通常撮像素子として用いるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサまたはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサは一枚（以下単板センサ）だけを撮像装置に具備する場合、色分解を行う色フィルタを画素ごとに異なる色が単板センサ上に構成されている。
【０００３】
Ｒ、Ｇ、Ｂの色信号を得る場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する光の帯域を透過させる、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の原色フィルタの場合と、Ｍｇ（マジェンタ）、Ｃｙ（シアン）、Ｙｅ（イエロー）、Ｇの補色フィルタの場合がある。前記いずれの色フィルタも染料もしくは顔料を用いて目的の色を透過させるようにその分光透過特性が設計されているが、赤外領域は一定の透過率を有してしまう。
【０００４】
また、撮像素子の光電変換部分は主にＳｉ（シリコン）などの半導体で構成されているため、光電変換部の分光感度特性は波長の長い赤外光まで感度を有している。よって、前記色フィルタを具備した撮像素子から得られた信号は赤外領域の光線にも反応している。一方、人間の色に対する感度特性である色覚特性および明るさに対する感度特性である比視感度特性はその感度が可視領域といわれる３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの感度特性であり、７００ｎｍより長波長域ではほとんど感度を有さない。
【０００５】
よって、人間の色覚特性に合わせて撮像装置の色再現性を良好とするため、前記撮像素子の前に赤外領域の光線を通過させない視感度補正用の赤外線除去フィルタ（以後、ＩＲＣＦ：Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｃｕｔ  Ｆｉｌｔｅｒと称する）を具備する必要があった。
【０００６】
一方、ＩＲＣＦは赤外領域の光を減光してしまうため、例えば監視カメラ等のように色再現性よりも感度を重視する場合には、前記ＩＲＣＦの装備を除去する必要があった。
【０００７】
そこで、上述のような課題に鑑み、ある撮像装置は、入射光光量を調整する絞り手段に連動して動く視感度補正用の光学フィルタ手段を備え、絞りが絞られた状態では当該フィルタ手段によって視感度補正を行なうことにより良好な色再現を得る。一方、一定照度よりも暗い時には、前記絞り手段に連動して前記光学フィルタが光路から外れることにより、近赤外光を用いた高感度の撮像を行っている。なお、前記視感度補正用の光学フィルタ手段としては、赤外線除去フィルタ（以下、ＩＲＣＦ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｃｕｔ  Ｆｉｌｔｅｒ）という。）が使用される。そして、前記視感度補正を行なう際には所定の波長以上（具体的には略６５０ｎｍ以上）の光を減衰させる（例えば、特許文献１）。
【０００８】
また、他の撮像装置は、高感度撮影時には赤外線を減衰させる赤外線除去フィルタを用い、高感度および色再現を両立させる撮像時には前記赤外線除去フィルタと、黄緑を減衰させる帯域減衰フィルタとを組み合わせる。そして、目的とする撮像に応じてフィルタを切替えることによりＲ、Ｇ、Ｂ信号の混合比を調整して映像信号を得ている（例えば、特許文献２）。
【０００９】
さらに、他の撮像装置は、所定入射光量以上あるいは可視光を主とする光源下で撮像する場合には所定のカラー映像信号を出力し、所定の入射光量以下あるいは近赤外光を主とする光源下で撮像する場合には所定のモノクロ映像信号を出力する手段を備える。なお、前記所定のカラー映像信号を出力する場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号を所定の混色比とすることによりホワイトバランスを補正する（例えば、特許文献３）。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−３６８０７公報（第３−６頁、第１−５図）
【特許文献２】特開２００３−１３４５２２公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献３】特開２００３−２６４８４３公報（第５−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の撮像装置は、前記絞り手段に連動してＩＲＣＦを移動させるための手段（機構）が必要であり、撮像素子周りの小型化を実現することが困難である。また、通常、撮像素子の電子シャッタを用いて光量調整を行なう簡易的な撮像装置（例えば、ＰＣカメラ、携帯電話用カメラ、ＴＯＹカメラ、民生用監視カメラ）は、絞り機構を有していない。したがって、特許文献１に記載の撮像装置を当該簡易的な撮像装置に適用する場合には、ＩＲＣＦを着脱するための手段（機構）を新たに設けなければならない。
【００１２】
また、特許文献２または特許文献３に記載の撮像装置においてカラー映像信号を得る場合、当該撮像装置は色信号の補正をせず、ホワイトバランスを合わせるのみで輝度信号を生成する。また、当該輝度信号の生成に使用するＲ、Ｇ、Ｂ信号の混色比は、人間の比視感度特性を考慮せずに決定されているものである。そのため、前記カラー映像信号に対応するＲ、Ｇ、Ｂ値は、人間の色覚特性に対応する分光感度特性によって得られるＲ、Ｇ、Ｂ値と異なった値となってしまう。したがって、当該カラー映像信号は、色差ΔＥ＊ａｂ（ＪＩＳ  Ｚ８７３０）の大きな信号となってしまう。すなわち、前記特許文献２または特許文献３に記載のような撮像装置においては、人間の色覚特性に合わせた色再現性を得ることが困難である。
【００１３】
さらに、特許文献２に記載の撮像装置においても特許文献１と同様に、目的とする撮像に応じてフィルタを切替える手段を必要とする。また、特許文献３に記載の撮像装置においては、Ｒ、Ｇ、Ｂ信号を所定の混色比をフィルタの切替えによって変更しているため、当該特許文献３に記載の撮像装置も特許文献１と同様にフィルタを切替える手段を必要とする。したがって、特許文献２または特許文献３に記載の撮像装置も小型化を実現するのは困難である。
【００１４】
また、特許文献２に記載の撮像装置においては、高感度を実現する際にも７００ｎｍ以上の赤外線を除去するフィルタを装着するため、人間の目には見えない領域の光を撮像することができない。
【００１５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであって、光学フィルタを光路上から移動させる手段、または光学フィルタの切替えをするための手段（機構）を必要とせずに、高感度での撮像を可能とし、また、人間の色覚特性と合致した色再現性の良好な撮像をも可能とする撮像装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る撮像装置は、入射した光のうち、可視領域における長波長領域を減衰させ、かつ赤外領域の光を透過させる長波長光フィルタと、少なくとも３色以上のカラーフィルターを有し、該長波長光フィルタから出射した光に対応する少なくとも３種以上の色信号を出力する撮像素子とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る撮像装置によれば、光学フィルタを光路上から移動させる手段、または光学フィルタの切替えをするための手段（機構）を必要とせずに、高感度での撮像を可能とし、また、人間の色覚特性と合致した色再現性の良好な撮像をも可能とすることができる。また、高感度撮像時においては、光学フィルタを外すことなく人間の目には見えない近赤外領域の光に対応する撮像を行なうこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における撮像装置の構成を示すブロック図である。図１において、レンズ１は、当該撮像装置によって撮像する被写体から反射された光を撮像素子３の受光面上に結像させるように集光する。そして、集光した光を光学フィルタ２に入射させる。
【００１９】
光学フィルタ２は、レンズ１と撮像素子３との間に配置され、入射した光のうち、所定の波長範囲（詳細については後述する。）の光を減衰させる。そして、当該光学フィルタ２を出射した光は、前記受光面に入射する。
【００２０】
図２は、実施の形態１における光学フィルタ２の透過率を説明するための説明図である。図２に示すように、実施の形態１における光学フィルタ２は、略７００ｎｍから略７８０ｎｍまでの波長範囲に対応する光に対して透過率が低く、他の領域における光に対しては透過率が高い。なお、以下の説明においては、当該光学フィルタ２を、長波長光フィルタ２または、ＮＩＲＢＣＦ２（Ｎｅａｒ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｂａｎｄ  Ｃｕｔ  Ｆｉｌｔｅｒ）という。
【００２１】
撮像素子３は、ＮＩＲＢＣＦ２から出射した光に対応する、Ｒ信号、Ｇ信号またはＢ信号（以下、Ｒ信号、Ｇ信号またはＢ信号を色信号ともいう。）を増幅手段４に出力する。撮像素子３としては、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサ、またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサが使用される。
【００２２】
そして、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサを一枚（以下、単板センサという。）だけ撮像装置に具備する場合には、当該単板センサに入射した光の色分解を行なう色フィルタ（以下、色分解フィルタという。）を当該単板センサ上に配置する。色分解フィルタは、撮像素子３における各画素に対応付けて設ける複数の色フィルタによって構成される。
【００２３】
前記色分解フィルタとしては、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応する色信号を得る場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する光の帯域を透過させる、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色フィルタで構成される原色フィルタを使用することができる。また、Ｍｇ（マジェンタ）、Ｃｙ（シアン）、Ｙｅ（イエロー）、Ｇの色フィルタから構成される補色フィルタを使用することもできる。なお、実施の形態１においては、当該撮像素子３上に原色フィルタを配設した場合について説明する。
【００２４】
より具体的に説明すると、上述したＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の撮像素子３は、フォトダイオード（図示せず）を有して構成され、フォトダイオードは当該撮像素子の画素を構成する。そして、当該撮像素子３上には、前記原色フィルタが配置され、前記フォトダイオード上には、Ｒの光を通過させるＲフィルタ、Ｇの光を通過させるＧフィルタ、Ｂの光を通過させるＢフィルタが配置される。
【００２５】
そして、Ｒフィルタに対応するフォトダイオードにおいてはＲ信号、Ｇフィルタに対応するフォトダイオードにおいてはＧ信号、Ｂフィルタに対応するフォトダイオードにおいてはＢ信号が生成され、前記Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号は当該撮像素子３から増幅手段４に出力される。
【００２６】
増幅手段４は、撮像素子３から出力された信号を増幅してＡ／Ｄコンバータ５（以下、ＡＤＣ５という。）に出力する。ＡＤＣ５は、増幅手段４から出力された信号をデジタル信号に変換してＤＣ再生手段６に出力する。ＤＣ再生手段６は、ＡＤＣ５から出力されたデジタル信号に基づいてＤＣレベルを再生してＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を積算手段７およびホワイトバランス手段１０に出力する。
【００２７】
なお、通常、当該ＤＣ再生手段６におけるＤＣ再生は、通常、入力された映像信号の黒レベルが０になるように、増幅手段４から出力された映像信号が有するオフセットレベルをＤＣシフトするか、または、当該映像信号に対してクランプ処理を行うことにより行なう。なお、以下の説明においては、ＤＣ再生手段６から出力されるＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号をそれぞれ第１のＲ信号、第１のＧ信号、第１のＢ信号、または、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１という。
【００２８】
積算手段７は、ＤＣ再生手段６から出力されたＲ１、Ｇ１、Ｂ１のそれぞれに対応する値を少なくとも１画面以上の画面毎に積算することにより、Ｒ１に対応する積算値ΣＲ１、Ｇ１に対応する積算値ΣＧ１、およびＢ１に対応する積算値ΣＢ１を算出する。そして、各積算値に対応する信号を除算手段８に出力する。
【００２９】
除算手段８は、積算手段７から出力されたΣＲ１またはΣＢ１をΣＧ１で除算して積算値の比ΣＲ１／ΣＧ１およびΣＢ１／ΣＧ１を算出する。そして、前記積算値の比ΣＲ１／ΣＧ１およびΣＢ１／ΣＧ１を逆数演算手段９に出力する。逆数演算手段９は前記積算値の比の逆数、すなわち、ΣＲ１／ΣＧ１の逆数（以下、第１の逆数ともいう。）およびΣＢ１／ΣＧ１の逆数（以下、第２の逆数ともいう。）を演算して前記ホワイトバランス手段１０に出力する。
【００３０】
ホワイトバランス手段（以下、ＷＢ（Ｗｈｉｔｅ  Ｂａｌａｎｃｅ）手段１０ともいう。）は、前記ＤＣ再生手段６から出力されたＲ１、Ｇ１、Ｂ１、および前記逆数演算手段９から出力された第１の逆数および第２の逆数に基づいてホワイトバランスを行なう。
【００３１】
具体的に説明すると、ＷＢ手段１０は、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１の各々に対応する増幅手段（図示せず）を有しており、Ｒ１に対応する増幅手段においては第１の逆数（ΣＲ１／ΣＧ１の逆数）を係数（利得）として当該Ｒ１を増幅する。同様に、Ｂ１に対応する増幅手段においては、第２の逆数（ΣＢ１／ΣＧ１の逆数）を係数（利得）として当該Ｂ１を増幅する。なお、Ｇ１に対応する増幅手段における係数は「１」とする。
【００３２】
上述のようにして、ＷＢ手段１０は、Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１を各信号に対応する増幅手段によって増幅することでホワイトバランスを行ない、当該ホワイトバランスをした後のＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号を色信号補正手段１１に出力する。なお、以下の説明においては、ホワイトバランス手段１０から出力されるＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号をそれぞれ第２のＲ信号、第２のＧ信号、第２のＢ信号、またはＲ２、Ｇ２、Ｂ２という。
【００３３】
色信号補正手段１１は、前記ＷＢ手段１０から出力されたＲ２、Ｇ２、Ｂ２に基づいてマトリクス演算を行なうことにより、当該撮像装置によって得られる画像の色が予め定めるターゲットカラー（詳細は後述する。）と一致するように前記Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２を補正する。そして、当該補正をした結果得られるＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号をγ（ガンマ）補正手段１２に出力する。
【００３４】
なお、当該色信号補正手段１１において行なうマトリクス演算に使用するマトリクス係数は前記ターゲットカラーに基づいて設定される（詳細は後述）。また、以下の説明においては、当該色信号補正手段１１から出力される色信号をそれぞれ、Ｒｉｄｅａｌ、Ｇｉｄｅａｌ、Ｂｉｄｅａｌという。
【００３５】
具体的に説明すると、色信号補正手段１１は、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２に基づいて下記式１のような線形マトリクス演算を行なって、当該撮像装置によって再現される色がターゲットカラーとなるようにＲ、Ｇ、Ｂ信号を補正する。
【００３６】
2006094112.tif 000003
【００３７】
なお、式１において、ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３、ｇ１１、ｇ１２、ｇ１３、ｂ１１、ｂ１２、ｂ１３はマトリクス係数であり、予め定めた定数である（詳細については後述する。）。また、以下、当該マトリクス係数を補正マトリクス係数といい、当該補正マトリクス係数で構成されるマトリクスを補正係数マトリクスという。
【００３８】
γ補正手段１２は、前記色信号補正手段１１から出力されたＲｉｄｅａｌ、Ｇｉｄｅａｌ、Ｂｉｄｅａｌに対してガンマ補正を行なう。具体的には、前記色信号補正手段１１から出力された色信号に対して非線形な階調変換を行なう。ＹＣｒＣｂ変換手段１３は、γ補正手段１２から出力されたＲｉｄｅａｌ、Ｇｉｄｅａｌ、ＢｉｄｅａｌをＹ信号、Ｃｒ信号、Ｃｂ信号に変換して出力する。なお、Ｙ信号は輝度信号、Ｃｒ信号およびＣｂ信号は色差信号である。
【００３９】
通常、色信号（実施の形態１においては、Ｒｉｄｅａｌ、Ｇｉｄｅａｌ、Ｂｉｄｅａｌ）から輝度信号または色差信号への変換は、前記色信号と３行３列の係数マトリクスとのマトリクス演算により行なう。具体的には、下記式２に示す線形マトリクス演算を行なう。
2006094112.tif 000004
【００４０】
なお、前記式２における３行３列の係数マトリクス中のマトリクス係数（以下、変換マトリクス係数ともいい、当該変換マトリクス係数で構成されるマトリクスを変換係数マトリクスという。）は、例えば、ＩＥＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）６１９６６−２−１に示されている係数、すなわち、ｙ１１＝０．２９９０、ｙ１２＝０．５８７０、ｙ１３＝０．１１４０、Ｃｒ２１＝−０．１６８７、Ｃｒ２２＝−０．３３１３、Ｃｒ２３＝０．５０００、ｃｂ３１＝０．５０００、ｃｂ３２＝−０．４１８７、ｃｂ３３＝−０．０８１３を使用する。
【００４１】
ＹＣｒＣｂ変換手段１３から出力された輝度信号および色差信号は、当該撮像装置を適用する装置またはシステムに応じて処理される。例えば、当該撮像装置をデジタルカメラや携帯電話に適用した場合、当該ＹＣｒＣｂ変換手段１３から出力された輝度信号および色差信号はＪＰＥＧ圧縮を施された後、半導体メモリや所定の記録媒体等のメモリ手段に保存される。また、ＹＣｒＣｂ変換手段１３から出力された前記輝度信号および前記色差信号をテレビ信号として使用する場合、当該輝度信号および色差信号は、例えば、ＮＴＳＣ信号にエンコードされる。
【００４２】
前記色信号補正手段１１における色信号の補正（以下、色信号の補正を色補正ともいう。）について以下にその詳細を説明する。
【００４３】
図３は、人間の色覚特性を表したＲ，Ｇ，Ｂの分光感度特性（ＲＧＢ表色系の等色関数、または単に、等色関数ともいう）を説明するための説明図である。なお、図３において、横軸は波長、縦軸は三刺激値である。
【００４４】
図３に示した特性は、正常色覚者の等色関数の平均値であり、ＣＩＥ（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ  ｄｅ  ｌ‘Ｅ’ｃｌａｉｒａｇｅ）１９３１にて規定されている。
【００４５】
人間が感じる色は、人間の色覚が備える順応機能（例えば、色順応等）を無視して簡単に表すのであれば、図３に示したＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応する等色関数（ｒ１（λ）、ｇ１（λ）、ｂ１（λ））、被写体の分光反射率、および照明の分光放射強度を乗算し、当該乗算した結果を可視領域において各色毎に積算した値（Ｒ、Ｇ、Ｂの各色毎に積算した３つの積算値）として表すことができる。なお、等色関数は既知のものであり、また、被写体の分光反射率および照明の分光放射強度は、被写体および照明が定まれば一義的に定まる。したがって、被写体および照明を決定することにより、前記３つの積算値を求めることができる。なお、実施の形態１の撮像装置においては、図３に示した等色関数から得られる色をカラーターゲットとする。また、当該等色関数から得られる色に近い色を再現できた場合を色再現性がよいという。
【００４６】
図３に示すように人間の色覚は、いわゆる可視領域と呼ばれる、略３８０ｎｍから略７８０ｎｍまでの波長範囲にだけ感度を有する。また、可視領域内であっても、当該可視領域の長波長側、具体的には、波長が略７００ｎｍよりも長波長の領域ではほとんど感度特性がない。
【００４７】
それに対して、撮像素子３は、当該撮像素子３を構成し、光電変換を行なうフォトダイオードがＳｉ（シリコン）などの半導体で形成されている。そのため、撮像素子３は、可視領域から赤外領域（１０００ｎｍ近辺）まで感度特性を有する。よって、撮像素子３に色分解を行なうＲＧＢの色フィルタを設けた場合、当該色フィルタの分光特性とフォトダイオードの分光感度特性の積に応じたＲ、Ｇ、Ｂの信号が撮像素子３から出力される。
【００４８】
図４は、撮像素子３の分光感度特性を説明するための説明図である。図４は、色フィルタの分光特性と撮像素子３を構成するフォトダイオードの分光感度特性との積で表される撮像素子３のＲ，Ｇ，Ｂ信号の分光感度特性を示したものであり、縦軸は分光感度特性、横軸は波長である。また、図中、ｒ２（λ）はＲに対する分光感度特性、ｇ２（λ）はＧに対する分光感度特性、ｂ２（λ）はＢに対する分光感度特性である。
【００４９】
当該分光感度特性について、具体的に説明すると、図４において、Ｂ信号に対応する分光感度特性（ｂ２（λ））は、波長が略３８０ｎｍになると徐々に値が大きくなり、略４５０ｎｍ近傍で値が最大になった後、徐々に値が小さくなり略５５０ｎｍよりも大きい波長領域で値が小さくなる。そして、波長が赤外領域である略８００ｎｍとなると再び値が大きくなるような特性を有する。
【００５０】
また、Ｇ信号に対応する分光感度特性（ｇ２（λ））は、波長が略４５０ｎｍになると徐々に値が大きくなり、略５５０ｎｍ近傍で値が最大になった後、徐々に値が小さくなり略６５０ｎｍ近傍で値が最小となる。そして、波長が略７００ｎｍになると再び値が大きくなるような特性を有する。さらに、Ｒ信号に対応する分光感度特性（ｒ２（λ））は、波長が略５６０ｎｍになると値が徐々に大きくなり、略６００ｎｍ近傍で値が最大になった後、赤外領域にわたって徐々に値が小さくなる特性を有する。
【００５１】
Ｒの色フィルタは赤外領域の透過率が他の色フィルタよりも比較的高いため、撮像素子３は赤外線に対しても感度を有する。また、Ｂの光を入射するためのＢの色フィルタや、Ｇの光を入射するためのＧの色フィルタも同様に赤外領域に一定の透過率を有する。これは、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルタは通常それぞれの色を含んだ染料や顔料を用いてフィルタを構成するが、その分光透過率は構成する材質に依存し、可視領域の長波長側から赤外領域に掛けて再び透過率が上がる特性を有しているためである。
【００５２】
ここで、図３に示した等色関数（人間の色覚特性）と、図４に示した撮像素子３の分光感度特性（ｒ２（λ）、ｇ２（λ）、ｂ２（λ））とを比較すると、当該撮像素子３は可視領域の長波長側から赤外領域の波長範囲においても感度を有するのに対し、人間の色覚特性は当該波長範囲において感度を有しない点で大きく異なる。特に、赤外領域（７８０ｎｍから１１００ｎｍ）における分光感度特性の相違は著しい。
【００５３】
そのため、従来の撮像装置においては、等色関数と撮像素子３の分光感度特性との赤外領域における相違に鑑み、当該撮像素子３の分光特性のうち赤外領域における影響を排除するため、赤外カットフィルタ（ＩＲＣＦ）をレンズ１と撮像素子３との間に配設して赤外領域における光を除去する。
【００５４】
従来の撮像装置に使用されるＩＲＣＦは、短波長の領域から波長が略６５０ｎｍまでの範囲における光の透過率が１００％であり、波長が略６５０〜７００ｎｍの範囲において当該透過率が急激に低下し、以降撮像素子の感度がなくなる長波長領域（赤外領域）における透過率が略０％となるような特性を有する。
【００５５】
図５は、当該ＩＲＣＦの透過率の一例を説明するための説明図である。図５に示した例においては、略７００ｎｍを半値（５０％透過率）として、略７５０ｎｍ以上の波長の赤外線を全て除去するような特性を有する。
【００５６】
なお、ＩＲＣＦは、当該ＩＲＣＦの構成や使用する材質によって透過率の特性が異なる。図５に示した例のＩＲＣＦは、光の干渉を利用して複数の薄膜を重ねて構成されるＩＲＣＦであり、急峻なカットオフ特性を実現することができるという特徴がある。また、複数の薄膜を重ねて構成されるＩＲＣＦは、赤外領域の長波長側で透過率の値が再度大きくなるという特性があり、図５に示したＩＲＣＦでは概１０００ｎｍで透過率が再び高くなっている。しかし、１０００ｎｍ近辺では撮像素子の分光感度特性の値が略０であるため、これらの積の値は略０となり、色再現性には影響を与えない。
【００５７】
一方、光の吸収を利用したＩＲＣＦの例としては、通常、青ガラスと呼ばれるＩＲＣＦが使用される。なお、青ガラスの場合には急峻なカットオフ特性を実現することはできず、半値が略６５０ｎｍとなる。いずれのＩＲＣＦを使用するにしても、当該ＩＲＣＦを使用する目的は、撮像素子の分光感度特性を等色関数に近づけることである。そのため、当該ＩＲＣＦは、７００ｎｍ以上の透過率が略０となるようなカットオフ特性を有するように設計される。
【００５８】
図６は、従来の撮像装置の分光感度特性を説明するための説明図である。図６において、ＩＲＣＦ（λ）は図５に示したＩＲＣＦの透過率、ｒ２（λ）、ｇ２（λ）、ｂ２（λ）は前記図４において説明した分光感度特性を示す。また、ｒ３（λ）、ｇ３（λ）、ｂ３（λ）は、図４における分光感度特性（ｒ２（λ）、ｇ２（λ）、ｂ２（λ））と図５におけるＩＲＣＦの透過率との積から得られる分光感度特性特性（すなわち、従来の撮像装置の分光感度特性）である。
【００５９】
上述したように従来の撮像装置は、図６においてｒ３（λ）、ｇ３（λ）、ｂ３（λ）で示した撮像素子３の分光感度特性にて撮像を行なうが、正確には、図６に示した従来の撮像装置の分光感度特性と図３で示した等色関数とは異なる。そのため、図６に示した従来の撮像装置の分光感度特性では、図３の等色関数から得られる画像とまったく同値の色再現性は得られない。しかし、ほぼ同等の色再現性が得られるため、従来の撮像装置では本特性にて充分な性能が得られたとしていた。ここでの色再現性とは人間の目で見える色に概一致させることであり、かつ目で違うものに見える色は違う色に、同じものに見える色は同じ色に再現することを意味する。
【００６０】
このように撮像素子３単体の分光感度特性と人間の感度特性とは、特に赤外領域において著しくその特性が異なるため、撮像素子３の前にＩＲＣＦを挿入し、分光感度特性を近似するということを行っていた。なお、図３に示した人間の感度特性の分光特性から得られる色再現性を本実施の形態における色再現性のカラーターゲットとする。
【００６１】
図７は、実施の形態１における撮像装置の分光感度特性を説明するための説明図である。図７のように、実施の形態１における撮像装置の分光感度特性は、ＮＩＲＢＣＦ２の透過率（図２）と撮像素子３の分光感度特性（図４）との積で表されるため、ＮＩＲＢＣＦ２で透過されない波長領域だけ感度を有さない分光感度特性となる。そして、実施の形態１の撮像装置における撮像素子３から出力される信号は、ＮＩＲＢＣＦ２の透過率（図２）と撮像素子３の分光感度特性（図４）との積で表される分光感度特性、すなわち図７に示した分光感度特性を介した値となる。
【００６２】
次に、色信号補正手段１１の動作について説明する。上述のように、色信号補正手段１１は、前記ＷＢ手段７から出力されるＲ２，Ｇ２，Ｂ２の信号を入力として、式１に示した線形マトリクス演算を行ない、ターゲットカラーとするＲｉｄｅａｌ、Ｇｉｄｅａｌ、Ｂｉｄｅａｌを算出する。
【００６３】
ここで、前記色信号補正手段１１の補正マトリクス係数は、例えば以下のように算出することができる。色再現性を評価するための評価チャートとして２４種のカラーパッチ（色票）を有するＭＡＣＢＥＴＨ（マクベス）のカラーチェッカー（以下、単に、カラーチェッカーともいう。）がある。なお、ＭＡＣＢＥＴＨは、「グレタグ−マクベス  ホールディング  アクチエンゲゼルシャフト」の登録商標である。
【００６４】
前記カラーチェッカーは、被写体として現存する色を代表するカラーパッチ（色票）を多く含み、かつ人間の記憶色（肌色、植物の緑、空の青等）を重視した２４種のカラーパッチを有するチャートである。なお、２４種類のカラーパッチとは、１：暗い肌色、２：明るい肌色、３：青空の色、４：草の色、５：青色の花、６：青みの緑色、７：オレンジ色、８：紫みの青色、９：中程の赤色、１０：紫色、１１：黄緑色、１２：オレンジみの黄色、１３：青色、１４：緑色、１５：赤色、１６：黄色、１７：マジェンタ、１８：シアン、１９：白色、２０：グレイ８、２１：グレイ６．５、２２：グレイ５、２３：グレイ３．５、２４：黒色である。
【００６５】
図８は、マクベスのカラーチェッカーに含まれるカラーパッチに対する３００ｎｍから１２００ｎｍの分感反射率の一例である。具体的には、１：暗い肌色、２：明るい肌色、４：草の色、６：青みの緑色、１１：黄緑色、１３：青色、１４：緑色を一例として示した。
【００６６】
実施の形態１における撮像素子３の分光感度特性とＮＩＲＢＣＦ２の透過率との積である図７に示した分光感度特性と、照明の分光放射強度と、前記カラーチェッカーの分光反射特性との積（第１の積）から、各カラーパッチに対応するＲ，Ｇ，Ｂの値を算出することができる。一方、カラーターゲットに対応するＲ，Ｇ，Ｂの値は、図３に示した等色関数と、各カラーパッチに対応するＲ，Ｇ，Ｂの値の算出に用いた照明の分光放射強度と、前記カラーチェッカーの分光反射特性との積（第２の積）から同様に求めることができる。
【００６７】
そして、前記第１の積によって算出した２４種類の各カラーパッチに対応するＲ、Ｇ、Ｂの値と、前記第２の積によって算出した２４種類の各カラーパッチに対応するＲ、Ｇ、Ｂ値（カラーターゲット）との差が最小となるように、最小二乗誤差法を用いて前記式１に示した補正係数マトリクスにおける９つの補正マトリクス係数を算出することができる。なお、実施の形態１の撮像装置においては、５０００Ｋの照明に対応する分光放射強度を使用して補正マトリクス係数の算出を行なった。
【００６８】
以上のように、補正マトリクス係数を算出して色信号補正手段１１に設定しておくことにより、色信号を補正して良好な色再現性を得ることができる。
【００６９】
以下、ＮＩＲＢＣＦ２において減衰させる波長範囲の設定について説明する。通常、色再現性を設計する上で、評価チャートとして使用される代表的なものとして、マクベスのカラーチェッカーが挙げられる。
【００７０】
一方、補正マトリクス係数は、被写体をカラーチェッカーとし、当該カラーチェッカーに含まれるカラーパッチのみで算出した係数である。また、前記カラーチェッカーは、自然界に存在する特徴的な色を可能な限り網羅して作成されているが、当該カラーチェッカーの分光反射率は、可視領域だけを考慮して作成されている。すなわち、赤外領域における分光反射率は考慮されていない。したがって、当該カラーチェッカーによって算出された補正マトリクス係数を用いた場合、当該撮像装置によって撮像する被写体の色に対応する分光反射率の赤外領域の影響によって、当該被写体の色に対して良好な色再現を実現することができない場合がある。なお、以下の説明においては、当該撮像装置によって良好な色再現性を実現することができない被写体の色を例外色という。
【００７１】
ここで、赤外領域の影響とは、例えば、可視領域においては、被写体の分光反射率とカラーパッチの分光反射率とが似たような傾向であるが（すなわち、人間の目には同じ色に見えるが）、赤外領域における被写体の分光反射率の値が大きいことにより、撮像装置によって再現される色が実際の色とは異なる色になってしまう場合である。
【００７２】
例外色としては、例えば、木の葉、化繊の服等がある。例えば、人間の目には絵の具の緑と木の葉とは同じ色に見える（すなわち、可視領域における両者の分光反射率の傾向が同じである）が、前記木の葉の赤外領域における分光反射率と絵の具の緑の赤外領域における分光反射率との違いによって、当該撮像装置において再現される木の葉の色と絵の具の緑色とは異なる色となってしまう。
【００７３】
図８は、例外色の一例である木の葉に対応する分光反射率を説明するための説明図である。図８においては、カラーチェッカーにおける緑色の例である草の色（ｆｏｌｉａｇｅ）、青みの緑色（ｂｌｕｉｓｈ  ｇｒｅｅｎ）ならびに黄緑色（ｙｅｌｌｏｗ  ｇｒｅｅｎ、ｇｒｅｅｎ）および自然界に自生している木の葉（木の葉（１）、木の葉（２））の分光反射率を示した。
【００７４】
例えば、木の葉の色を再現する場合には、図８に示した草の色のカラーパッチが使用される。当該草の色に対応する分光反射率と、木の葉（１）または木の葉（２）に対応する分光反射率とは、５００ｎｍ〜６００ｎｍにおいてピークを有する点で可視光領域においては同じような傾向にある。この点については、他の緑色系の色についても同様である。しかしながら、木の葉（１）または木の葉（２）については、他の色と異なり、７００ｎｍ近傍から急激に分光反射率の値が大きくなる。
【００７５】
上述のように、人間の目は７００ｎｍ近傍から長波長側についてはほとんど感度を有しない。そのため、人間の目は、図８のように可視領域において似たような分光反射率を有する色を略同じ色として認識する。しかしながら、前記図４に示したように、撮像素子３の分光感度特性は赤外領域においても感度を有することから、人間の目では認識することができない赤外領域の光にも感応してしまう。そのため、赤外領域の光に感応する撮像素子３を使用した場合には、当該撮像装置によって得られる色再現が大きく異なってしまう。具体的には、Ｒ信号の割合がＧ信号またはＢ信号に対して必要以上に大きくなることによって、本来、緑であるはずの木の葉の色が茶色っぽく再現されてしまう。
【００７６】
図９は、例外色の他の例である化繊の服に対応する分光反射率を説明するための説明図である。なお、図９においては、化繊の服の例である青色の服（以下、青服という。）に対応する分光反射率、およびカラーチェッカーにおける青色（ｂｌｕｅ）に対応する分光反射率を示す。
【００７７】
青服に対応する分光反射率と、青色に対応する分光反射率とは、４５０ｎｍ近傍においてピークを有する点で可視光領域においては似たような傾向にある。しかしながら、青服については６５０ｎｍ近傍から分光反射率の値が急激に上昇する。したがって、前記木の葉（１）および木の葉（２）の場合と同様に、赤外領域に感応しない人間の目の場合には、青服の青色も、カラーチェッカーの青色も同じ青色に見えるが、赤外領域に感応してしまう撮像装置の場合には青服の青色とカラーチェッカーの青色とが異なる色として再現されてしまう。具体的には、Ｒ信号の割合がＧ信号またはＢ信号に対して必要以上に大きくなることによって、本来、青色であるはずの青服が紫色に再現されてしまう。
【００７８】
そこで、ＮＩＲＢＣＦ２によって減衰させる波長範囲は、例外色に対して必要以上にＲ信号が大きくなることを抑圧することによって、当該撮像装置において再現される色と、人間の目によって認識される色とが、ほぼ同一の色となるような色再現性を得ることができ、かつ、高感度での撮像が可能な程度に長波長の光を透過するように設定する。以上の理由により、実施の形態１において使用するＮＩＲＢＣＦ２においては、７００ｎｍ〜７８０ｎｍの波長範囲を減衰させることによってＲ信号が必要以上に大きくなることを抑制するとともに、当該ＮＩＲＢＣＦ２を透過する７８０ｎｍよりも長波長の光を利用して高感度での撮像を可能とした。
【００７９】
図１１は、実施の形態１における撮像素子３から出力されるＲ、Ｇ、Ｂの各々に対応する信号のレベル（以下、信号レベルという。）を説明するための説明図である。図１１において、横軸は被写体の名称、縦軸は信号レベルである。また、棒グラフ内に示したＲ、Ｇ、ＢはそれぞれＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を示し、各棒グラフの上に付した数字は各色信号に対応する信号レベルの値を示す。
【００８０】
図１１（ａ）は、前記図４に示した分光感度特性（すなわち、色フィルタの分光感度特性と、撮像素子３を構成するフォトダイオードの分光感度特性との積）、照明の分光放射強度、および被写体の分光反射率の積から算出して得られる信号レベルである。
【００８１】
一方、図１１（ｂ）は、前記図７に示した分光感度特性（すなわち、ＮＩＲＢＣＦ２の透過率、色フィルタの分光感度特性および撮像素子３を構成するフォトダイオードの分光感度特性との積）、照明の分光放射強度、および被写体の分光反射率の積から算出して得られる信号レベルである。
【００８２】
なお、図１１（ａ）および図１１（ｂ）における信号レベルの演算に使用した照明の分光放射強度は、５０００Ｋの照明に対応する分光反射強度である。また、被写体の分光反射率のうち、暗い肌色および明るい肌色はマクベスカラーチェッカーの分光反射率（図７）であり、木の葉（１）および木の葉（２）は図８に示した木の葉（１）および木の葉（２）の分光反射率である。
【００８３】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）における「暗い肌色」および「明るい肌色」は例外色ではないため、当該撮像装置においてはカラーターゲットに近い色を再現することができる。しかしながら、「木の葉（１）」および「木の葉（２）」は例外色であることから、従来の撮像装置においては、赤外領域における光の影響により、図１１（ａ）に示すように、Ｇ信号またはＢ信号と比較してＲ信号のレベルが大きくなってしまう。その結果、「木の葉（１）」または「木の葉（２）」に対応するＧ信号またはＢ信号に対するＲ信号の比は、「暗い肌色」および「明るい肌色」と同じような比となってしまう。
【００８４】
そして、「木の葉（１）」および「木の葉（２）」の緑色を再現するに際して、Ｇ信号の信号レベルに対するＲ信号の信号レベルが大きくなりすぎた場合には、当該撮像装置３の後段におけるＷＢ手段１０または色信号補正手段１１においてホワイトバランスまたは色補正を施しても、Ｒ信号の補正を的確に行なうことができない。したがって、木の葉の緑色を的確に再現することができない。その結果、撮像装置によって再現される木の葉の色は、実施の形態１のターゲットカラーにおける肌色や茶色と同様な色として再現されてしまう。
【００８５】
一方、ＮＩＲＢＣＦ２を使用した場合には、図１１（ｂ）に示すように、Ｒ信号の信号レベルが抑制される。これは、当該ＮＩＲＢＣＦ２によって、７００ｎｍ〜７８０ｎｍの光が減衰されるためである。特に、「木の葉（１）」および「木の葉（２）」については、急激に分光反射率の値が大きくなる範囲（図９における７００ｎｍ近傍）を除去することができるため、Ｇ信号の信号レベルに対するＲ信号の信号レベルの大きさ（比）を効果的に調整することができる。すなわち、図１１（ａ）の場合と異なり、Ｇ信号またはＢ信号に対するＲ信号の割合を小さくすることができる。
【００８６】
以上の説明のように、実施の形態１における撮像装置によれば、光学フィルタを光路上から移動するための手段や、光学フィルタの切替えをするための手段を必要とせずに、高感度での撮像および色再現性の良好なカラー撮像を可能とすることができる。
【００８７】
また、実施の形態１における撮像装置に使用する撮像素子の分光感度特性や被写体の分光放射率に応じて、ＮＩＲＢＣＦ２によって減衰させる波長範囲を適宜選択することで、赤外領域の影響を抑制し、例外色および例外色以外の色の全ての色について良好な色再現性を得ることができる。
【００８８】
さらに、実施の形態１における撮像装置は、赤外領域に対する感度をも有しているため、白黒の高感度撮像を信号処理方式の切替えのみで実現することができる。
【００８９】
また、光学フィルタの移動、切替えを行なうための手段を必要としないため、撮像装置の小型化を容易に実現することができる。
【００９０】
なお、実施の形態１においては、例外色の一例として木の葉の色および青服について説明したが、実施の形態１における撮像装置は、可視光領域における赤外領域側において分光反射率の値が急激に上昇するような被写体の色に対して、前記木の葉および青服と同様に良好な色再現性を得ることができる。
【００９１】
また、実施の形態１においては、ＮＩＲＢＣＦ２によって減衰させる波長範囲を７００ｎｍ〜７８０ｎｍとする場合について説明したが、高感度撮像のために赤外領域の波長をある程度透過させることができる範囲であれば、より広い波長範囲を設定してもよい。したがって、例えば、光を減衰させる波長範囲を７００ｎｍ〜８５０ｎｍとしてもよい。
【００９２】
また、実施の形態１においては、マクベスカラーチェッカー２４色を用いて予め定める補正マトリクス係数を算出したが、例外色として上述した、木の葉や化繊の色などを加えた２４色以上の評価色の分光反射率を用い、最小２乗法によってカラーターゲットに対して色差が最小となるように補正マトリクス係数を算出しても良い。
【００９３】
また、実施の形態１においては、色信号補正手段１１において３行３列の補正係数マトリクスを設定する場合について説明したが、例えば、例外色以外の色に対応する第１の補正係数マトリクスと、木の葉や化繊の色などの例外色に対応する第２の補正係数マトリクスを設定してもよい。
【００９４】
また、実施の形態１においては、Ｒ、Ｇ、Ｂの色フィルタで構成される原色フィルタを具備した撮像素子を使用する場合について説明したが、Ｙｅ、Ｍｇ、Ｃｙ、Ｇの色フィルタで構成される補色フィルタを設けた撮像素子を使用することもできる。なお、補色フィルタを使用する場合には、下記式３で示す３行４列の補正係数マトリクスを色信号補正手段１１に設定し、原色フィルタを使用する場合と同様に、適切な補正マトリクス係数を算出する。
2006094112.tif 000005
【００９５】
実施の形態２．
図１２は、実施の形態２における撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、以下の説明において、前記実施の形態１において説明した構成については同一の符号を付記し、説明を省略する。図１２において、色信号補正手段２１は、記憶手段２１ａおよび選択手段２１ｂを備える。
【００９６】
記憶手段２１ａは、当該色信号補正手段２１のマトリクス演算に使用する補正マトリクス係数を複数記憶する。なお、当該複数の補正マトリクス係数は、撮像装置によって撮像する際に使用する照明の色温度に応じて設定される（詳細は後述する。）。
【００９７】
選択手段２１ｂは、除算手段８から入力される積算値の比に基づいて、照明の色温度を特定して、前記記憶手段２１ａに記憶された補正マトリクス係数を読み出す。そして、色信号補正手段２１は、前記選択手段２１ａによって選択された補正マトリクス係数を用いてマトリクス演算を行なう。
【００９８】
図１３は、色温度が３０００Ｋの照明に対応する分光放射強度、図１４は、色温度が６５００Ｋの照明に対応する分光放射強度である。図１３と図１４とを比較すると、色温度によって分光放射強度が異なることがわかる。
【００９９】
例えば、撮像装置の分光感度特性と、図３に示した等色関数とが同一の曲線で示される場合には、ＷＢ手段１０においてホワイトバランスを行なうことにより、当該撮像装置によって再現される色は照明の分光放射強度の変化の影響を受けず、常に、良好な色再現を得ることができる。
【０１００】
しかしながら、実施の形態１において説明したように、当該撮像装置の分光感度特性（図７）と、等色関数（図３）とは大きく異なる。よって、実施の形態１における、５０００Ｋの照明下において演算した補正マトリクス係数の場合、５０００Ｋの照明下における撮像においては、良好な色再現性を得ることができる（条件等色）が、色温度が異なる照明下においては、良好な色再現性を得られるとは限らない。
【０１０１】
すなわち、例えば、図１３に示した３０００Ｋの照明下における撮像や、図１４に示した６５００Ｋの照明下における撮像等、異なる色温度の照明下での撮像において、実施の形態１において算出した補正マトリクス係数を使用すると当該撮像装置によって得られる色再現性が異なる色再現性となってしまう。
【０１０２】
そのため、実施の形態２の撮像装置においては、異なる色温度の照明下において最適な補正マトリクス係数を予め演算し、記憶手段２１ａに記憶させる。なお、補正マトリクス係数の演算は実施の形態１において説明した方法によって行なうことができる。すなわち、任意に設定した色温度の照明に対応する分光放射強度、カラーチェッカーの分光反射率および撮像装置の分光感度特性（図７）の積に対応するＲ、Ｇ、Ｂの値と、等色関数、任意に設定した色温度の照明に対応する分光放射強度およびカラーチェッカーの分光反射特性の積に対応するＲ、Ｇ、Ｂの値との差が最も小さくなるように最小二乗誤差法により算出することができる。
【０１０３】
図１５は、除算手段８から入力される積算値の比と色温度との関係を説明するための説明図である。図１５において、横軸はＲ１の積算値とＧ１の積算値との比（ΣＲ１／ΣＧ１）、縦軸はＢ１の積算値とＧ１の積算値との比（ΣＢ１／ΣＧ１）である。また、図中の○は各色温度に対応する点を示したものである。
【０１０４】
図１５に示すように、色温度に応じてΣＲ１／ΣＧ１とΣＢ１／ΣＧ１との関係は一義的に求まる。すなわち、ΣＲ１／ΣＧ１またはΣＢ１／ΣＧ１が分かれば照明の色温度を特定することができる。
【０１０５】
そこで、選択手段２１ｂに、図１５に示した曲線を予め設定する。そして、当該選択手段２１ｂは、除算手段８から出力された積算値の比に応じて、前記記憶手段２１ａに記憶した補正マトリクス係数を選択する。すなわち、積算値の比によって示される色温度に対応した補正マトリクス係数を選択する。
【０１０６】
そして、色信号補正手段１１は、選択手段２１ｂによって選択された補正マトリクス係数を使用してマトリクス演算を行うことにより色信号の補正を行なう。なお、実施の形態２における色信号補正手段２１でのマトリクス演算は下記式４のように示される。
【０１０７】
2006094112.tif 000006
【０１０８】
なお、式４の各補正マトリクス係数に付した（ΣＲ１／Ｇ１ｏｒΣＢ１／ΣＧ１）は、除算手段８から出力された積算値の比（ΣＲ１／Ｇ１またはΣＢ１／ΣＧ１）によって選択されることを示す。
【０１０９】
以上の説明のように、実施の形態２における撮像装置によれば、色温度に応じて補正マトリクス係数を選択し、選択された補正マトリクス係数を使用してマトリクス演算を行なって色補正を行なうことにより、異なる色温度の照明下においても良好な色再現を得ることができる。
【０１１０】
なお、実施の形態２の説明においては前記図１５に示した曲線を前記選択手段２１ｂに記憶する場合について説明したが、曲線を記憶させなくてもよく、例えば、当該曲線において所定の色温度に対応する点（例えば、図１５における３０００Ｋ、４０００Ｋ、５ｓ０００Ｋおよび６０００Ｋに対応する点）を記憶させ、当該選択手段２１ｂに入力された積算値の比が最も近い点によって示される色温度に対応する補正マトリクス係数を選択してもよい。
【０１１１】
実施の形態３．
図１６は、実施の形態３における撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、当該撮像装置は、図１６における破線内の各手段によって構成される。また、図１６において、実施の形態１または実施の形態２と同様の構成については同一の符号を付記し、説明を省略する。
【０１１２】
切替スイッチ３４は、当該撮像装置において、カラーでの撮像（以下、第１の撮像モードともいう。）または感度を上げての撮像（以下、第２の撮像モードともいう。）の選択を行なう際、ユーザーによって操作される。そして、制御手段３５は、当該切替えスイッチ３４が示す撮像モードに対応する信号（以下、選択信号ともいう。）を色信号補正手段３１およびＹＣｒＣｂ変換手段３３に出力する。
【０１１３】
色信号補正手段３１は、第１の記憶手段３１ａおよび選択手段３１ｂを備える。第１の記憶手段３１ａは、実施の形態１において説明した補正マトリクス係数、およびＲ、Ｇ、Ｂ信号が補正されずに当該色信号補正手段３１から出力されるように設定するマトリクス係数（以下、非補正マトリクス係数という。）を記憶する。なお、非補正マトリクス係数は、具体的には、ｒ１１＝１、ｒ１２＝０、ｒ１３＝０、ｇ２１＝０、ｇ２２＝１、ｇ２３＝０、ｂ３１＝０、ｂ３２＝０、ｂ３３＝１である。すなわち、非補正マトリクス係数によって構成される係数マトリクスは単位行列である。
【０１１４】
選択手段３１ｂは、制御手段３５から出力された選択信号に応じて、記憶手段３１ａに記憶された、補正マトリクス係数または非補正マトリクス係数のいずれかを選択する。具体的には、前記第２の制御手段３５から、第１の撮像モードが選択された旨の選択信号が入力された場合には補正マトリクス係数を選択し、第２の撮像モードが選択された旨の選択信号が入力された場合には非補正マトリクス係数を選択する。そして、当該色信号補正手段３１は、選択手段３１ｂによって選択された、補正マトリクス係数または非補正マトリクス係数のいずれかを使用して色信号の補正を行なって、補正後の色信号（Ｒｉｄｅａｌ、Ｇｉｄｅａｌ、Ｂｉｄｅａｌ）をγ補正手段１２に出力する。
【０１１５】
ＹＣｒＣｂ変換手段３３は、第２の記憶手段３３ａおよび選択手段３３ｂを備える。第２の記憶手段３１ａは、実施の形態１において説明した変換マトリクス係数を予め記憶する。また、Ｙ信号のみを生成し、色差信号を“０”とするようなマトリクス係数（以下、Ｙ変換マトリクス係数ともいう。）も予め記憶する。なお、Ｙ変換マトリクス係数は、具体的には、ｙ１１＝１、ｙ１２＝１、ｙ１３＝１、Ｃｒ２１＝０、Ｃｒ２２＝０、Ｃｒ２３＝０、Ｃｂ３１＝０、Ｃｂ３２＝０、Ｃｂ３３＝０である。すなわち、当該Ｙ変換マトリクス係数によって色信号の変換を行なった場合、当該撮像素子から出力された信号に対応する映像（画像）は白黒の映像となる。
【０１１６】
選択手段３３ｂは、制御手段３５から出力された選択信号に応じて、記憶手段３３ａに記憶された、変換マトリクス係数またはＹ変換マトリクス係数のいずれかを選択する。具体的には、前記制御手段３５から、第１の撮像モードが選択された旨の信号が入力された場合には変換マトリクス係数を選択し、第２の撮像モードが選択された旨の信号が入力された場合にはＹ変換マトリクス係数を選択する。そして、当該ＹＣｒＣｂ変換手段３３は、選択手段３３ｂによって選択された、変換マトリクス係数またはＹ変換マトリクス係数のいずれかを使用して輝度信号または色差信号を生成して出力する。
【０１１７】
以上の説明のように、実施の形態３における撮像装置においては、第２の撮像モードが選択された場合、色信号補正手段３１においては非補正マトリクス係数が選択される。よって、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２の信号レベルは、補正マトリクス係数を使用した場合のように減衰されない。また、ＹＣｒＣｂ変換手段３３においては、Ｙ変換マトリクス係数が選択されるため、減衰されないＲ２、Ｇ２、Ｂ２が単純加算される。すなわち、選択された撮像モードに適応するように補正手段３１およびＹＣｒＣｂ変換手段３３によって、色信号の補正および選択を行なう。
【０１１８】
したがって、実施の形態３における撮像装置によれば、Ｒ信号、Ｇ信号またはＢ信号の信号レベルが小さい場合であっても、被写体をより確実に撮像することができる。すなわち、より高感度での撮像が可能となる。
【０１１９】
なお、発明者の実験およびシミュレーションにより、非補正係数マトリクスによる演算およびＹ変換係数マトリクスによるマトリクス演算を行なうことによって、例えば、図１３に示した３０００Ｋの照明下では、従来の撮像装置と比較して１．８倍以上に感度が向上することが確認されている。
【０１２０】
また、実施の形態３の撮像装置によれば、マトリクス係数を選択する手段を設けることで、光学フィルタの移動のための手段を必要とせず、簡易な構成で色再現性の良好なカラーでの撮像、および感度の高い白黒撮像を切替えて行なうことができる
【０１２１】
なお、実施の形態３においては、色信号補正手段３１に第１の記憶手段３１ａおよび第１の選択手段３１ｂを設ける場合について説明したが、例えば、当該撮像装置を図１７のように構成してもよい。
【０１２２】
すなわち、ＷＢ手段１０の後段にスイッチ手段３６を設け、制御手段３５からの制御信号を当該スイッチ手段３６に入力する。そして、スイッチ手段３６は、カラー撮像に対応する制御信号が入力された場合、第１のスイッチ３６１、第２のスイッチ３６２および第３のスイッチ３６３によってＲ２、Ｇ２、およびＢ２を色信号補正手段３１に入力させる。
【０１２３】
一方、高感度の撮像に対応する制御信号が入力された場合、スイッチ手段３６は、第１のスイッチ３６１、第２のスイッチ３６２および第３のスイッチ３６３によってＲ２、Ｇ２、およびＢ２をγ補正手段１２に入力させる。なお、図１７のように構成した場合、記憶手段３１ａに記憶するマトリクス係数は、補正マトリクス係数のみでよい。
【０１２４】
また、実施の形態３においては、色信号補正手段３１に第１の記憶手段３１ａおよび第１の選択手段３１ｂを設け、ＹＣｒＣｂ変換手段３３に第２の記憶手段３３ａおよび第２の選択手段３３ｂを設ける場合について説明したが、例えば、図１８に示すように、第２の制御手段４５に記憶手段４５ａおよび選択手段４５ｂを設け、当該記憶手段４５ａに補正マトリクス係数、非補正マトリクス係数、変換マトリクス係数およびＹ変換マトリクス係数を記憶させ、切替スイッチが示す撮像モードに応じて選択手段４５ｂにマトリクス係数の選択を行なわせてもよい。
【０１２５】
また、撮像モードの切替えは、切替えスイッチによってユーザーが行なってもよいし、例えば、光電素子等を利用し、周囲の明るさに応じて自動的に撮像モードの切替えを行なうようにしてもよい。
【０１２６】
また、以上の説明においては、切替スイッチ３４を撮像装置内に設けない場合について説明したが、当該撮像装置の設計等に応じて、切替スイッチ３４を撮像装置内に設けてもよい。
【０１２７】
また、実施の形態２において説明した構成と、実施の形態３において説明した構成とを組み合わせて撮像装置を構成してもよい。したがって、例えば、実施の形態２において説明した撮像装置に、実施の形態３において説明した切替スイッチ３４、制御手段３５、非補正マトリクス係数、Ｙ変換マトリクス係数を記憶する手段等を設け、カラー撮像と高感度の撮像との切替えを可能にするとともに、照明の色温度に応じた撮像をも可能とするようにしてもよい。
【０１２８】
また、前記実施の形態１ないし３において説明した撮像装置は、映像もしくは静止画を撮像するビデオカメラ、カメラ一体型ＶＴＲ、デジタルスチルカメラ、ＰＣカメラ、携帯電話もしくは携帯端末機（例えば、ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｅｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）に内蔵されるデジタルスチルカメラ、暗視に利用される監視カメラまたは車載カメラ等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】この発明の実施の形態１における撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における光フィルタ２の透過率を説明するための説明図である。
【図３】等色関数を説明するための説明図である。
【図４】撮像素子の分光感度特性を説明するための説明図である。
【図５】ＩＲＣＦの透過率の一例を説明するための説明図である。
【図６】従来の撮像装置の分光感度特性を説明するための説明図である。
【図７】実施の形態１における撮像装置の分光感度特性を説明するための説明図である。
【図８】マクベスのカラーチェッカーに含まれるカラーパッチの分感反射率を説明するための説明図である。
【図９】木の葉の分光反射率を説明するための説明図である。
【図１０】化繊の服に対応する分光反射率を説明するための説明図である。
【図１１】実施の形態１における撮像素子３から出力されるＲ、Ｇ、Ｂの各々に対応する信号レベルを説明するための説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態２における撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】３０００Ｋの照明に対応する分光放射強度を説明するための説明図である。
【図１４】６５００Ｋの照明に対応する分光放射強度を説明するための説明図である。
【図１５】積算値の比と色温度との関係を説明するための説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態３における撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】この発明の実施の形態３における撮像装置の構成の第２の例を示すブロック図である。
【図１８】この発明の実施の形態３における撮像装置の構成の第３の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１３０】
１  レンズ、２  ＮＩＲＢＣＦ、３  撮像素子、４  増幅手段、５  ＡＤコンバータ、６  ＤＣ再生手段、７  積算手段、８  除算手段、９  逆数演算手段、１０  ホワイトバランス手段、１１，２１，３１，４１  色信号補正手段、１２  ガンマ補正手段、１３，３３，４３  ＹＣｒＣｂ変換手段、２１ａ，３１ａ，３３ａ，４５ａ  記憶手段、２１ｂ，３１ａ，３３ｂ，４５ｂ  選択手段、３４  切替スイッチ、３５，４５  制御手段、３６  スイッチ手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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