(57)【要約】【課題】前分光方式の分光イメージングにおいて、所定の波長毎に得られる分光画像に含まれるノイズを除去する。【解決手段】照射領域Ｐ内に基準白色部５及び基準黒色部６が配置されており、撮像部３が、照射領域Ｐの被写体Ｗ、基準白色部５及び基準黒色部６を同一画像に撮像するものであり、画像処理部４が、所定の波長域毎に得られた分光画像ｉを取得し、各分光画像ｉに含まれる基準白色部５の白色成分又は基準黒色部６の黒色成分を比較して、それらの白色成分又は黒色成分が同一となるように分光画像ｉを補正して、補正後の分光画像ｉを合成してカラー画像又は疑似カラー画像Ｉを生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を所定の波長域毎に分光する分光光源部と、二次元配列された撮像素子を有し、前記分光光源部からの光が照射される照射領域を撮像する撮像部と、前記撮像部から得られた二次元画像を処理する画像処理部とを備え、
前記照射領域内に基準白色部及び基準黒色部が配置されており、
前記撮像部が、前記照射領域の被写体とともに前記基準白色部及び前記基準黒色部を同一画像に撮像するものであり、
前記画像処理部が、前記所定の波長域毎に得られた分光画像を取得し、各分光画像に含まれる基準白色部の白色成分又は基準黒色部の黒色成分を比較して、それらの白色成分又は黒色成分が同一となるように分光画像を補正して、補正後の分光画像を合成してカラー画像又は疑似カラー画像を生成するものである分光イメージング装置。
【請求項２】
二次元配列された撮像素子を有し、所定領域を撮像する撮像部と、前記所定領域と前記撮像部との間に設けられ所定の波長毎に分光する分光光学系と、前記撮像部から得られた二次元画像を処理する画像処理部とを備え、
前記所定領域内に基準白色部及び基準黒色部が配置されており、
前記撮像部が、前記所定領域の被写体とともに前記基準白色部及び前記基準黒色部を同一画像に撮像するものであり、
前記画像処理部が、前記所定の波長域毎に得られた分光画像を取得し、各分光画像に含まれる基準白色部の白色成分又は基準黒色部の黒色成分を比較して、それらの白色成分又は黒色成分が同一となるように分光画像を補正して、補正後の分光画像を合成してカラー画像又は疑似カラー画像を生成するものである分光イメージング装置。
【請求項３】
前記画像処理部が、前記各分光画像において、その基準黒色部の黒色成分の明度が０％となるように補正するものである請求項１又は２記載の分光イメージング装置。
【請求項４】
前記基準黒色部が、前記分光光源部からの光を内部に導入する開口が形成された筐体と、当該筐体内部において開口方向に対して略４５度となるように配置され、内部に入射した光を吸収するとともに筐体内面に反射する光吸収板とを有し、
前記光吸収板からの反射光が到達する筐体内面に黒色処理が施されている請求項１、２又は３記載の分光イメージング装置。
【請求項５】
光源からの光を所定の波長域毎に分光して射出する分光光源部と、二次元配列された撮像素子を有し、前記分光光源部からの光が照射される照射領域を撮像する撮像部とを用いた分光イメージング方法であって、
前記照射領域内に基準白色部及び基準黒色部を配置して、前記撮像部により前記照射領域の被写体とともに前記基準白色部及び前記基準黒色部を同一画像に撮像し、
前記所定の波長域毎に得られた分光画像を取得して、各分光画像に含まれる基準白色部の白色成分又は基準黒色部の黒色成分を比較して、それらの白色成分又は黒色成分が同一となるように分光画像を補正して、補正後の分光画像を合成してカラー画像又は疑似カラー画像を生成するものである分光イメージング方法。
【請求項６】
二次元配列された撮像素子を有し、所定領域を撮像する撮像部と、前記所定領域と前記撮像部との間に設けられ所定の波長毎に分光する分光光学系とを用いた分光イメージング方法であって、
前記所定領域内に基準白色部及び基準黒色部を配置して、前記撮像部により前記所定領域の被写体とともに前記基準白色部及び前記基準黒色部を同一画像に撮像し、
前記所定の波長域毎に得られた分光画像を取得して、各分光画像に含まれる基準白色部の白色成分又は基準黒色部の黒色成分を比較して、それらの白色成分又は黒色成分が同一となるように分光画像を補正して、補正後の分光画像を合成してカラー画像又は疑似カラー画像を生成するものである分光イメージング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光された波長域の異なる各光を被写体に照射し、それによって得られる分光画像を合成してカラー画像又は疑似カラー画像を生成する分光イメージング装置及び分光イメージング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の分光イメージング装置として、白色光を照射する光源と、当該光源からの白色光を各波長域の光（例えばＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分、紫外成分、赤外成分、又は例えば波長１０ｎｍ毎に分離された光）に分光する分光光学系と、当該分光光学系により得られた各色光が順次照射された被写体を順次撮像する撮像部とを備えたいわゆる前分光方式のものがある。そして、この分光イメージング装置は、撮像部から得られた各色光の分光画像を、画像処理部によって画像合成してカラー画像又は疑似カラー画像を得るように構成されている。この前分光方式の分光イメージング装置は、被写体と撮像部との間に分散光学系等の分光光学系が配置されない構成であり、画像情報を劣化させる要因が少なく、綺麗な画像取得が可能である。
【０００３】
しかしながら、各分光画像を経時的に取得することから、各分光画像を取得する際の動作環境（例えば外乱光や周辺温度等）等に起因する撮像精度の誤差によって、各分光画像に含まれるノイズが異なる。異なるノイズを含む各分光画像を合成することになり、合成されたカラー画像又は疑似カラー画像が、実際の被写体とカラーバランス又は疑似カラーバランスが異なるものとなってしまうという問題、並びに合成画像が実際のものよりも薄くなってしまうという問題がある。
【０００４】
このようなことから、特許文献１及び特許文献２に示すように、撮像精度の誤差に起因するノイズを低減すべく、分光画像を撮像する前に基準白色板及び基準黒色板を撮像することによって、撮像部を校正するものが考えられている。
【０００５】
しかしながら、各分光画像の撮像前に撮像部を校正したとしても、撮像時の動作環境（例えば外乱光や周辺温度等）に起因するノイズ分を低減することは難しい。また、各分光画像の取得毎に校正したとしても、その校正誤差によって各分光画像には異なるノイズが含まれることになる。
【０００６】
また、前分光方式の分光イメージング装置においては、各波長域の分光画像が暗くなってしまうことから、各分光画像の合成において、分光画像に含まれるノイズ、特に各分光画像の明度（明暗の度合い）の差が合成画像に悪影響を及ぼしてしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−９８０２３号公報
【特許文献２】特開２００６−１７０６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべく、撮像部を基準白色板及び基準黒色板を用いて校正するという発想を脱却してなされたものであり、前分光方式の分光イメージングにおいて、所定の波長域毎に得られる分光画像を補正することによりその画像に含まれるノイズの誤差をキャンセルすることをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係る分光イメージング装置は、光源からの光を所定の波長域毎に分光する分光光源部と、二次元配列された撮像素子を有し、前記分光光源部からの光が照射される照射領域を撮像する撮像部と、前記撮像部から得られた二次元画像を処理する画像処理部とを備え、前記照射領域内に基準白色部及び基準黒色部が配置されており、前記撮像部が、前記照射領域の被写体とともに前記基準白色部及び前記基準黒色部を同一画像に撮像するものであり、前記画像処理部が、前記所定の波長域毎に得られた分光画像を取得し、各分光画像に含まれる基準白色部の白色成分又は基準黒色部の黒色成分を比較して、それらの白色成分又は黒色成分が同一となるように分光画像を補正して、補正後の分光画像を合成してカラー画像又は疑似カラー画像を生成するものであることを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、各分光画像の基準白色部の白色成分又は基準黒色部の黒色成分が同一となるように分光画像を補正することによって、撮像前に撮像部を専用の基準板を用いて校正することなく、各分光画像に含まれる動作環境や校正誤差に起因するノイズの誤差を無くすことができる。これにより、前分光方式の分光イメージング装置において合成画像に与える各分光画像の明度差等を低減することができる。そして、補正後の分光画像を合成することによって、実際の被写体と同じカラーバランスのカラー画像又は疑似カラー画像を生成することができる。
【００１１】
また、本発明に係る分光イメージング装置は、二次元配列された撮像素子を有し、所定領域を撮像する撮像部と、前記所定領域と前記撮像部との間に設けられ所定の波長毎に分光する分光光学系と、前記撮像部から得られた二次元画像を処理する画像処理部とを備え、前記所定領域内に基準白色部及び基準黒色部が配置されており、前記撮像部が、前記所定領域の被写体とともに前記基準白色部及び前記基準黒色部を同一画像に撮像するものであり、前記画像処理部が、前記所定の波長域毎に得られた分光画像を取得し、各分光画像に含まれる基準白色部の白色成分又は基準黒色部の黒色成分を比較して、それらの白色成分又は黒色成分が同一となるように分光画像を補正して、補正後の分光画像を合成してカラー画像又は疑似カラー画像を生成するものであることを特徴とする。
【００１２】
このようなものであれば、各分光画像の基準白色部の白色成分又は基準黒色部の黒色成分が同一となるように分光画像を補正することによって、撮像前に撮像部を専用の基準板を用いて校正することなく、各分光画像に含まれる動作環境や校正誤差に起因するノイズの誤差を無くすことができる。そして、補正後の分光画像を合成することによって、実際の被写体と同じカラーバランスのカラー画像又は疑似カラー画像を生成することができる。
【００１３】
また、合成画像が明度０％を基準として生成されるようにするためには、前記画像処理部が、前記各分光画像において、その基準黒色部の黒色成分の明度が０％となるように補正するものであることが望ましい。
【００１４】
上記のように画像処理部により各分光画像において、基準黒色部の黒色成分の明度を０％に補正することなく、当該黒色成分の明度を可及的に０％とするためには、前記基準黒色部が、前記分光光源部からの光を内部に導入する開口が形成された筐体と、前記筐体の内部において開口方向に対して略４５度となるように配置され、内部に入射した光を吸収するとともに筐体内面に反射するＮＤフィルタや鏡面反射を含め反射率が例えば６％以下の黒ガラス等の光吸収板とを有し、前記光吸収板からの反射光が到達する筐体内面に黒色処理が施されていることが望ましい。
【００１５】
また本発明に係る分光イメージング方法は、光源からの光を所定の波長域毎に分光して射出する分光光源部と、二次元配列された撮像素子を有し、前記分光光源部からの光が照射される照射領域を撮像する撮像部とを用いた分光イメージング方法であって、前記照射領域内に基準白色部及び基準黒色部を配置して、前記撮像部により前記照射領域の被写体とともに前記基準白色部及び前記基準黒色部を同一画像に撮像し、前記所定の波長域毎に得られた分光画像を取得して、各分光画像に含まれる基準白色部の白色成分又は基準黒色部の黒色成分を比較して、それらの白色成分又は黒色成分が同一となるように分光画像を補正して、補正後の分光画像を合成してカラー画像又は疑似カラー画像を生成するものであることを特徴とする。
【００１６】
更に本発明に係る分光イメージング方法は、二次元配列された撮像素子を有し、所定領域を撮像する撮像部と、前記所定領域と前記撮像部との間に設けられ所定の波長毎に分光する分光光学系とを用いた分光イメージング方法であって、前記所定領域内に基準白色部及び基準黒色部を配置して、前記撮像部により前記所定領域の被写体とともに前記基準白色部及び前記基準黒色部を同一画像に撮像し、前記所定の波長域毎に得られた分光画像を取得して、各分光画像に含まれる基準白色部の白色成分又は基準黒色部の黒色成分を比較して、それらの白色成分又は黒色成分が同一となるように分光画像を補正して、補正後の分光画像を合成してカラー画像又は疑似カラー画像を生成するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
このように構成した本発明によれば、前分光方式の分光イメージングにおいて、所定の波長域毎に得られる分光画像に含まれるノイズの誤差をキャンセルすることができることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態における分光イメージング装置の模式的全体構成図である。
【図２】同実施形態の基準黒色部の構成を示す模式的断面図である。
【図３】同実施形態における画像処理部の機器構成図である。
【図４】同実施形態における画像処理部の機能構成図である。
【図５】同実施形態における画像の補正・合成の態様を示す模式図である。
【図６】本発明に係る分光イメージング装置を用いた航空測量システムの模式図である。
【図７】分光画像の補正範囲の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明に係る分光イメージング装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態にかかる分光イメージング装置１００は、光源２１からの光を前もって所定の波長域毎に分光し、各波長域の光を被写体Ｗに照射して得られる各波長域の分光画像を取得し、それら各分光画像を合成することによりカラー画像を生成するものであり、いわゆる前分光方式と呼ばれる方式を用いた分光イメージング装置である。
【００２１】
具体的にこのものは、図１に示すように、分光光源部２と、分光光源部２からの光が照射される照射領域Ｐを撮像する撮像部３と、撮像部３から得られた二次元画像を処理する画像処理部４とを備えている。
【００２２】
分光光源部２は、白色光源２１と、当該白色光源２１からの白色光を所定の波長域（例えばＲ成分の波長域、Ｇ成分の波長域、Ｂ成分の波長域等）に分光する分光光学系２２とを備えている。この分光光学系２２は、回折格子やプリズムを用いた分散型分光方式の他、所定の波長域のみを通過させるカラーフィルタ又はバンドパスフィルタを用いたカラーフィルタ分光方式等を用いて構成することができる。
【００２３】
そして、本実施形態の分光イメージング装置１００においては、前記分光光源部２からの光が照射される照射領域Ｐ内に基準白色部５及び基準黒色部６が配置されている。なお、この照射領域Ｐ内に撮像すべき被写体Ｗが配置されている。
【００２４】
基準黒色部６は、図２に示すように、分光光源部２からの光を内部に導入する開口６１Ｈを有する筐体６１と、筐体６１の内部において、当該筐体６１の開口方向Ｘに対して略４５度となるように配置されて内部に入射した光を吸収するとともに筐体６１の内面に反射する光吸収板６２とを備えている。光吸収板６２としては、ＮＤフィルタや鏡面反射を含め反射率が例えば６％以下の黒ガラス等を用いることができる。そして、光吸収板６２からの反射光が到達する筐体６１の内面に黒色処理が施されている。本実施形態では、筐体６１の内面略全体に黒色処理が施されており、黒色布６１１を筐体６１の内面に貼りつけて黒色処理としているが、黒色塗料を内面に塗布することにより処理しても良い。このように基準黒色部６を構成することによって、分光画像における基準黒色部６の黒色成分の明度を可及的に０％にすることができる。
【００２５】
撮像部３は、二次元配列（ＸＹ方向にマトリックス状に配置）された固体撮像素子３１を有するものであり（図１参照）、この実施形態では、固体撮像素子３１の一例としてＣＣＤイメージセンサを用いている。撮像部３は、分光光源部２により照射された各波長域の光を選択的に撮像できるように構成されており、例えば固体撮像素子３１の前にカラーフィルタを設けることにより構成されている。
【００２６】
この撮像部３は、前記分光光源部２により光が照射される照射領域Ｐの被写体Ｗとともに基準白色部５及び基準黒色部６を二次元画像として同一画像に撮像する。そしてこの撮像部３によって得られた画像データは、画像処理部４に出力される。なお、撮像した分光画像内における基準白色部５及び基準黒色部６の位置は特に限定されないが、各分光画像において同一位置であることが望ましい。これにより、基準白色部５及び基準黒色部６が受ける位置影響を同一にすることができる。
【００２７】
画像処理部４は、例えばパーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータであり、構造的には図３に示すように、ＣＰＵ４０１、メモリ４０２、通信ネットワークや前記本体側コンピュータに接続するためのＵＳＢポート、モデム等の通信インタフェース４０３、ディスプレイ４０４、マウスやキーボードといった入力手段４０５等を備える。
【００２８】
そして、前記メモリ４０２に所定のプログラムをインストールし、そのプログラムに基づいてＣＰＵ４０１や周辺機器が協働することにより、図３に示すように、画像データ受付部４１、画像データ補正部４２、画像合成部４３、画像データ格納部４４等としての機能を発揮する。以下、図５を参照して各部４１〜４４について説明する。
【００２９】
画像データ受付部４１は、所定の波長域毎に得られた分光画像ｉを示す画像データをその都度取得して、その画像データを画像データ補正部４２に出力する。なお、分光光源部２は、所定の波長域の光を順次照射することから、画像データ受付部４１は、各波長域毎の画像データを順次取得する。
【００３０】
画像データ補正部４２は、画像データ受付部４１から取得した各波長域の分光画像ｉに含まれる基準黒色部６の黒色成分を比較して、それら各画像ｉにおける黒色成分が同一となるように分光画像ｉを補正するものである（図５参照）。具体的には、画像データ補正部４２は、各分光画像ｉに含まれる基準黒色部６の黒色成分の明度が０％となるように各分光画像ｉを明度補正することによって、各分光画像ｉの黒色成分が同一となるように補正するものである。また、画像データ補正部４２は、各分光画像ｉに含まれる基準白色部５の白色成分及び基準黒色部６の黒色成分を用いてシェーディング補正も行う。
【００３１】
画像合成部４３は、前記画像データ補正部４２により少なくとも明度補正及びシェーディング補正された補正後の各分光画像ｉ’を取得してそれら分光画像ｉ’を重ね合わせることによって合成してカラー画像Ｉ、疑似カラー画像Ｉ、補正後の各分光画像ｉ’を用いて定量計算等の数値処理をしたカラー画像Ｉ又は疑似カラー画像Ｉを生成するものである（図５参照）。このように生成されたカラー画像Ｉ等は、ディスプレイ４０４上に表示される。また、前記画像データ受付部４１が取得した各分光画像ｉの画像データ及び前記画像合成部４３により得られたカラー画像Ｉ等の画像データは、画像データ格納部４４に格納され、以後適宜ディスプレイ４０４上に表示できるようにしている。
【００３２】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る分光イメージング装置１００によれば、各分光画像ｉの基準黒色部６の黒色成分が同一となるように分光画像ｉを補正することによって、撮像前に撮像部３を専用の基準板を用いて校正することなく、各分光画像ｉに含まれる動作環境や校正誤差に起因するノイズの誤差を無くすことができる。これにより、前分光方式の分光イメージング装置１００において合成画像Ｉに与える各分光画像ｉの明度差等を低減することができる。そして、補正後の分光画像ｉ’を合成することによって、実際の被写体Ｗと同じカラーバランスのカラー画像Ｉ等を生成することができる。
【００３３】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３４】
例えば、前記実施形態では、被写体を走査することなく、各波長域毎に分光画像を取得可能に構成されているが、その他、二次元配置された固体撮像素子において行又は列の一方に異なる波長域を割り当て、各波長域において１軸分の画像を取得するように構成しても良い。この場合、各波長域毎の分光画像を取得するためには、被写体、基準白色部及び基準黒色部を走査する必要がある。
【００３５】
また、前記実施形態では、各分光画像の基準黒色部の黒色成分を明度０％となるように補正した後にカラー画像を合成するように構成されているが、各分光画像の基準黒色部の黒色成分が所定値（例えば明度１％等）となるように補正した後にカラー画像を合成し、その後にカラー画像の基準黒色部の黒色成分が明度０％となるように補正するように構成しても良い。
【００３６】
さらに前記実施形態の分光イメージング装置は前分光方式のものであったが、後分光方式のものであっても良い。この場合において分光イメージング装置は、二次元配列された撮像素子を有し、所定の照射領域を撮像する撮像部と、前記照射領域と前記撮像部との間に設けられ所定の波長毎に分光する分光光学系と、前記撮像部から得られた二次元画像を処理する画像処理部とを備える。撮像部及び画像処理部の構成としては前記実施形態と同様である。また、分光光学系は、回折格子やプリズムを用いた分散型分光方式の他、所定の波長域のみを通過させるカラーフィルタを用いたカラーフィルタ分光方式等を用いて構成することができる。
【００３７】
この分光イメージング装置は、例えば図６（ａ）に示すように、航空測量システム又は人工衛星測量システムに用いることができる。この航空測量システムは、航空機２００に前記分光イメージング装置を搭載して、地表面を撮像するように構成される。この航空測量システムにおいては、航空機２００の飛行に伴い受光領域Ｐが移動する（図６（ｂ）参照）。また、このように大きな範囲を撮像するものにおいては、同一画像内において基準白色部及び基準黒色部の組が複数組撮像されるようにすることが好ましい。これにより分光画像の補正精度を向上させることができる。なお、分光画像ｉを補正する場合、１組の基準白色部５及び基準黒色部６を中心として、所定面積の範囲を補正する（図７（ａ）参照）。また、その所定面積の範囲内に複数組の基準白色部５及び基準黒色部６が存在する場合には、その複数組を用いて所定面積の範囲内を補正する（図７（ｂ）参照）。
【００３８】
その上、基準白色部及び基準黒色部は、四角形状、円形状の他、ライン状をなすものであっても良い。
【００３９】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
１００・・・分光イメージング装置
Ｗ    ・・・被写体
２    ・・・分光光源部
２１  ・・・光源
Ｐ    ・・・照射領域
３    ・・・撮像部
３１  ・・・撮像素子
ｉ    ・・・分光画像（二次元画像）
ｉ’  ・・・補正後の分光画像
４    ・・・画像処理部
Ｉ    ・・・カラー画像、疑似カラー画像（合成画像）
５    ・・・基準白色部
６    ・・・基準黒色部
６１  ・・・筐体
６１Ｈ・・・開口
Ｘ    ・・・開口方向
６２  ・・・ＮＤフィルタ
【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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