(57)【要約】  マルチスペクトルカメラは、透過率のピーク数とアンダーピーク数を合わせた総ピーク数が異なる第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の光学フィルタを有し、各光学フィルタは、波長λと各々の透過率Ｙとの関係において、前記波長λと関係付けた変数Ｚの変化に対して前記透過率Ｙが周期的に変化する特性を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素単位が撮像面に２次元的に配列された撮像素子であって、各画素単位は第１から第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の光感知セルを含み、各光感知セルは受光量に応じた光電変換信号を出力する、撮像素子と、
前記第１から第Ｎの光感知セルにそれぞれ対向して配置された第１から第Ｎの光学フィルタであって、各々が所定の波長帯域において透過率のピークまたはアンダーピークを１つ以上有し、且つ前記ピークの数と前記アンダーピークの数とを合わせた総ピーク数が異なる第１から第Ｎの光学フィルタと、
前記第１から第Ｎの光感知セルから出力された光電変換信号を処理する信号処理回路と、
を備え、
前記第１から第Ｎの光学フィルタの各々の透過率Ｙは、前記所定の波長帯域における波長λと関係付けられた変数Ｚの変化に対して周期的に変化し、
前記信号処理回路は、前記第１から第Ｎの光感知セルからのＮ個の光電変換信号と、独立変数を前記変数ＺとするＮ種類の周期関数と、前記波長λの微小変化に対する前記変数Ｚの変化値とを用いて、撮像画像の分光特性を算出する、
マルチスペクトルカメラ。
【請求項２】
前記画素単位は、前記第１から第Ｎの光感知セルと、前記第１から第Ｎの光学フィルタのいずれにも対応して配置されていない無フィルタ光感知セルまたは前記第１から第Ｎの光学フィルタにおけるピークとアンダーピークの中間の透過率を有する光学フィルタが配置された透過率平均化光感知セルとを含み、
前記信号処理回路は、前記無フィルタ光感知セルまたは前記透過率平均化光感知セルからの光電変換信号をさらに用いて、前記分光特性を算出する、請求項１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項３】
所定の波長帯域の光のみ透過させる帯域透過フィルタをさらに備え、
前記信号処理回路は、前記帯域透過フィルタを介した撮像によって取得された前記Ｎ個の光電変換信号を用いて算出された撮像画像の分光特性を、前記第１から第Ｎの光学フィルタを除く撮像光学系の分光特性で除算することにより、前記撮像光学系の影響を除いた撮像画像の分光特性を算出する、請求項１または２に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項４】
前記第１から第Ｎの光学フィルタのうち、第ｉ（ｉは１以上でＮ以下の整数）の光学フィルタは前記総ピーク数がｉ＋１であって、前記Ｎ種類の周期関数は、所定周波数の１倍からＮ倍までの整数倍の周波数のいずれかを有するＮ個の余弦関数ｃｏｓ（ｉＺ）である、請求項１から３のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項５】
前記信号処理回路は、前記無フィルタ光感知セルまたは前記透過率平均化光感知セルの光電変換信号をＥ（０）、前記第ｉの光感知セルの光電変換信号をＥ（ｉ）として、
Ｅ（０）に第１の定数ｋ１を乗算した結果ａ（０）と、Ｅ（ｉ）に第２の定数ｋ２を乗算した結果からＥ（０）に第３の定数を乗算した結果を減算し、さらに第４の定数を除算した結果ａ（ｉ）に前記余弦関数ｃｏｓ（ｉＺ）を乗算したａ（ｉ）ｃｏｓ（ｉＺ）と、を用いて、
ａ（０）とａ（１）ｃｏｓ（Ｚ）〜ａ（Ｎ）ｃｏｓ（ＮＺ）の全てとを加算した結果に前記波長λの微小変化に対する前記変数Ｚの変化値を乗算することにより、前記撮像画像の前記分光特性を算出する、請求項２に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項６】
前記信号処理回路は、前記第１から第Ｎの光感知セルからの光電変換信号に第５の定数を乗算することにより、前記第１から第Ｎの光感知セルからの光電変換信号を補正する、請求項５に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項７】
各画素単位において、前記無フィルタ光感知セルまたは前記透過率平均化光感知セルを中心に、その周辺に前記第１から第Ｎの光感知セルが配置されている、請求項２、５、または６のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項８】
前記信号処理回路は、前記画素単位ごとに信号処理を行うと共に、隣接する画素単位からの光電変換信号を利用して補間情報も生成する、請求項７に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項９】
前記撮像素子は、前記画素単位ごとに配置された複数のマイクロレンズを有する、請求項７または８に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１０】
前記信号処理回路は、複数の色フィルタの分光特性を示すデータを用いて、算出した前記撮像画像の前記分光特性を示す関数と前記色フィルタの分光特性を示す関数とを積分演算することにより、カラー信号を算出する、請求項１から９のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１１】
Ｎ＋１個（Ｎは２以上の整数）の光学系を含む複眼光学系と、
所定の波長帯域において透過率のピークまたはアンダーピークを１つ以上有し、且つ前記ピークの数と前記アンダーピークの数とを合わせた総ピーク数が異なる第１から第Ｎの光学フィルタと、
前記第１から第Ｎの光学フィルタにそれぞれ対向する第１から第Ｎの光感知セル群を有し、各光感知セルは受光量に応じた光電変換信号を出力する、撮像素子と、
前記第１から第Ｎの光感知セルから出力された光電変換信号を処理する信号処理回路と、
を備え、
前記第１から第Ｎの光学フィルタの各々の透過率Ｙは、前記所定の波長帯域における波長λと関係付けられた変数Ｚの変化に対して周期的に変化し、
前記第１から第Ｎの光学フィルタは、前記複眼光学系における前記Ｎ＋１個の光学系のうちのＮ個の光学系にそれぞれ対向して配置され、
前記撮像素子は、さらに前記第１から第Ｎの光学フィルタのいずれもが対向して配置されていない無フィルタ光感知セル群、または前記第１から第Ｎの光学フィルタにおけるピークとアンダーピークの中間の透過率を有する光学フィルタが対向して配置された透過率平均化光感知セル群を有し、
前記信号処理回路は、前記第１から第Ｎの光感知セル群からのＮ種類の光電変換信号と、前記無フィルタ光感知セル群からの光電変換信号または前記透過率平均化光感知セル群からの光電変換信号と、独立変数を前記変数ＺとするＮ種類の周期関数と、前記波長λの微小変化に対する前記変数Ｚの変化値とを用いて、撮像画像の分光特性を算出する、
マルチスペクトルカメラ。
【請求項１２】
所定の波長帯域の光のみ透過させる帯域透過フィルタをさらに備え、
前記信号処理回路は、前記帯域透過フィルタを介した撮像によって取得された前記Ｎ種類の光電変換信号を用いて算出された撮像画像の分光特性に対して、前記第１から第Ｎの光学フィルタの透過率のピークまたはアンダーピークが波長変化に対して減衰または増加する場合、前記減衰または増加を補正した撮像画像の分光特性を算出する、請求項１１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１３】
所定の波長帯域の光のみ透過させる帯域透過フィルタをさらに備え、
前記信号処理回路は、前記帯域透過フィルタを介した撮像によって取得された前記Ｎ種類の光電変換信号を用いて算出された撮像画像の分光特性を、前記第１から第Ｎの光学フィルタを除く撮像光学系の分光特性で除算することにより、前記撮像光学系の影響を除いた撮像画像の分光特性を算出する、請求項１１または１２に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１４】
前記第１から第Ｎの光学フィルタのうち、第ｉ（ｉは１以上でＮ以下の整数）の光学フィルタは前記総ピーク数がｉ＋１であって、前記Ｎ種類の周期関数は、所定周波数の１倍からＮ倍までの整数倍の周波数のいずれかを有するＮ個の余弦関数ｃｏｓ（ｉＺ）である、請求項１から３のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１５】
前記信号処理回路は、前記無フィルタ光感知セルの光電変換信号をＥ（０）、前記第ｉの光感知セルの光電変換信号をＥ（ｉ）として、
Ｅ（０）に第１の定数ｋ１を乗算した結果ａ（０）と、Ｅ（ｉ）に第２の定数ｋ２を乗算した結果からＥ（０）に第３の定数を乗算した結果を減算し、さらに第４の定数を除算した結果ａ（ｉ）に前記余弦関数ｃｏｓ（ｉＺ）を乗算したａ（ｉ）ｃｏｓ（ｉＺ）と、を用いて、
ａ（０）とａ（１）ｃｏｓ（Ｚ）〜ａ（Ｎ）ｃｏｓ（ＮＺ）の全てとを加算した結果に前記波長λの微小変化に対する前記変数Ｚの変化値を乗算することにより、前記撮像画像の前記分光特性を算出する、請求項１１または１２に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１６】
前記信号処理回路は、前記第１から第Ｎの光感知セルからの光電変換信号に第５の定数を乗算することにより、前記第１から第Ｎの光感知セルからの光電変換信号を補正する、請求項１５に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１７】
前記信号処理回路は、前記複眼光学系における各光学系によって形成される画像の歪みを補正した上で、前記撮像画像の分光特性を算出する、請求項１１から１６のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１８】
前記複眼光学系は、複数の凸レンズを含む、請求項１１から１７のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項１９】
前記複数の凸レンズは、偏心のある凸レンズを含む、請求項１８に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項２０】
前記複眼光学系は、複数の凹レンズと、１つの凸レンズとを含む、請求項１１から１７のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項２１】
前記複数の凹レンズは、偏心のある凹レンズを含む、請求項２０に記載のマルチスペクトルカメラ。
【請求項２２】
前記信号処理回路は、複数の色フィルタの分光特性を示すデータを用いて、算出した前記撮像画像の前記分光特性を示す関数と前記色フィルタの分光特性を示す関数とを積分演算することにより、カラー信号を算出する、請求項１１から２１のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体を撮像することによって取得した画像から画素単位で被写体の反射分光特性を計測できるマルチスペクトル技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いたデジタルカメラの高機能化や高性能化には目を見張るものがある。特に、半導体製造技術の急速な進歩により、撮像素子における画素構造の微細化が進んでいる。その結果、撮像素子の多画素化および駆動回路の高集積化が図られ、撮像素子の画質が大幅に改善されている。また、撮像素子の超小型化も実現されている。【０００３】
最近では、カラー画質の改善も著しい。通常の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の３原色フィルタを用いたカラー撮像以外に、多数の色フィルタを用いて撮像することにより、被写体のカラー画像の品質を向上させることが行われている。例えば、特許文献１の中で紹介されているマルチスペクトルカメラは、ＣＣＤの前に分光特性が異なる多数の光学フィルタを装備し、各光学フィルタを機械的に入れ替えながら撮像する。これにより、撮像によって取得した各画像から被写体の詳細な色情報やスペクトル情報を得ることができる。【０００４】
また、特許文献２は、光学フィルタを最適設計することにより、用いる光学フィルタの数を削減できるマルチスペクトルカメラを紹介している。【０００５】
特許文献３は、１次元の撮像素子と、レンズを通して入射した光を分光するビームスプリッタと、任意の波長帯域の光を選択して透過させるチューナブルフィルタとを用いることにより、光学フィルタを入れ替える機構を用いずとも様々な波長帯域における画像が得られる技術を紹介している。【０００６】
さらに特許文献４は、標準的なＲＧＢの色フィルタとそれら以外の色フィルタとを備える単板式のカラー撮像素子を用いて品質の良いカラー画像を得る技術を紹介している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１８１０３８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２２０８０号公報
【特許文献３】特開２０１２−１３８６５２号公報
【特許文献４】特開２００８−１３６２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１および特許文献２に開示されている従来技術では、複数の光学フィルタを入れ替える機械的な機構が必要である。そのため、撮像装置のサイズが大きくなり、また機械部分を定期的に保守しなければならないという課題がある。特許文献３に開示されている従来技術では、１次元の撮像素子を用いているため、２次元画像を得るには１次元の撮像素子を画素配列方向に対して垂直方向に移動（以下、スキャンとも呼ぶ）させる機械的な機構が必要である。さらに、被写体が静止していなければ、撮像結果がブレを有する２次元画像になるという課題がある。また、特許文献４に開示されている従来技術では、使用される標準的なＲＧＢの色フィルタとそれら以外の色フィルタとが、各々特定の１つの（狭い）波長帯域の光のみを透過させるため、さらなる感度向上は期待できないという課題がある。【０００９】
本発明は、従来の技術とは異なるアプローチのマルチスペクトル技術を提供する。本発明のある実施形態は、機械的な機構が不要で、被写体の動きにも対応でき、感度も向上できるマルチスペクトルカメラを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係るマルチスペクトルカメラは、複数の画素単位が撮像面に２次元的に配列された撮像素子であって、各画素単位は第１から第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の光感知セルを含み、各光感知セルは受光量に応じた光電変換信号を出力する、撮像素子と、前記第１から第Ｎの光感知セルにそれぞれ対向して配置された第１から第Ｎの光学フィルタであって、各々が所定の波長帯域において透過率のピークまたはアンダーピークを１つ以上有し、且つ前記ピークの数と前記アンダーピークの数とを合わせた総ピーク数が異なる第１から第Ｎの光学フィルタと、前記第１から第Ｎの光感知セルから出力された光電変換信号を処理する信号処理回路と、を備える。前記第１から第Ｎの光学フィルタの各々の透過率Ｙは、前記所定の波長帯域における波長λと関係付けられた変数Ｚの変化に対して周期的に変化する。前記信号処理回路は、前記第１から第Ｎの光感知セルからのＮ個の光電変換信号と、独立変数を前記変数ＺとするＮ種類の周期関数と、前記波長λの微小変化に対する前記変数Ｚの変化値とを用いて、撮像画像の分光特性を算出する。【００１１】
本発明の他の態様に係るマルチスペクトルカメラは、Ｎ＋１個（Ｎは２以上の整数）の光学系を含む複眼光学系と、所定の波長帯域において透過率のピークまたはアンダーピークを１つ以上有し、且つ前記ピークの数と前記アンダーピークの数とを合わせた総ピーク数が異なる第１から第Ｎの光学フィルタと、前記第１から第Ｎの光学フィルタにそれぞれ対向する第１から第Ｎの光感知セル群を有し、各光感知セルは受光量に応じた光電変換信号を出力する、撮像素子と、前記第１から第Ｎの光感知セルから出力された光電変換信号を処理する信号処理回路と、を備える。前記第１から第Ｎの光学フィルタの各々の透過率Ｙは、前記所定の波長帯域における波長λと関係付けられた変数Ｚの変化に対して周期的に変化し、前記第１から第Ｎの光学フィルタは、前記複眼光学系における前記Ｎ＋１個の光学系のうちのＮ個の光学系にそれぞれ対向して配置され、前記撮像素子は、さらに前記第１から第Ｎの光学フィルタのいずれもが対向して配置されていない無フィルタ光感知セル群、または前記第１から第Ｎの光学フィルタにおけるピークとアンダーピークの中間の透過率を有する光学フィルタが対向して配置された透過率平均化光感知セル群を有し、前記信号処理回路は、前記第１から第Ｎの光感知セル群からのＮ種類の光電変換信号と、前記無フィルタ光感知セル群からの光電変換信号または前記透過率平均化光感知セル群からの光電変換信号と、独立変数を前記変数ＺとするＮ種類の周期関数と、前記波長λの微小変化に対する前記変数Ｚの変化値とを用いて、撮像画像の分光特性を算出する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様に係るマルチスペクトルカメラによれば、光学フィルタの入れ替えや撮像素子をスキャンさせる機械的な機構を不要にできるため、被写体の動きにも対応できる。また、撮像素子は、所定の波長帯域において透過率が複数のピークを有する光学フィルタを用いているため、従来のＲＧＢ等の色フィルタを用いた場合よりも感度を高くすることができる。加えて、各光感知セルからの信号が多数の色情報を含んでいるため、それらの信号を合成することにより、被写体の反射光スペクトルを概算できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態における色フィルタの代表的な分光特性概要図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施形態１における撮像素子の画素基本単位の平面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ’線断面図、（ｄ）はＣ−Ｃ’線断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施形態１におけるシミュレートした色フィルタ１ａ〜１ｄの分光特性図であり、（ｂ）はシミュレートした色フィルタ１ｅ〜１ｈの分光特性図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態１における色フィルタ１ａの透過率の変動成分だけを抽出した元データ、該変動成分に関して変数変換したデータ、余弦関数（ｃｏｓ）データを示す特性図で、（ｂ）は色フィルタ１ｂに関する上記同様の特性図で、（ｃ）は色フィルタ１ｃに関する上記同様の特性図で、（ｄ）は色フィルタ１ｄに関する上記同様の特性図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態１における色フィルタ１ｅの透過率の変動成分だけを抽出した元データ、該変動成分に関して変数変換したデータ、余弦関数（ｃｏｓ）データを示す特性図で、（ｂ）は色フィルタ１ｆに関する上記同様の特性図で、（ｃ）は色フィルタ１ｇに関する上記同様の特性図で、（ｄ）は色フィルタ１ｈに関する上記同様の特性図である。
【図６】本発明の実施形態１におけるマルチスペクトルカメラの構成図である。
【図７】本発明の実施形態１における結像レンズと広帯域光学フィルタを通して撮像素子に結像される様子を模式的に示した図である。
【図８】（ａ）は本発明の実施形態１で被写体として用いたＸ−Ｒｉｔｅ社製のマクベスカラーチェッカーＮｏ１３〜Ｎｏ１５の反射分光特性図であり、（ｂ）はマクベスカラーチェッカーＮｏ１６〜Ｎｏ１８の反射分光特性図である。
【図９】本発明の実施形態１における色フィルタを除く、光源及びレンズを含む光学系の分光特性と撮像素子の分光感度を合わせた分光特性図である。
【図１０】本発明の実施形態１における撮像及び信号処理シミュレーションの流れ図である。
【図１１】（ａ）は本発明の実施形態１における撮像素子の画素Ｅ（０）〜Ｅ（８）の値を示した図であり、（ｂ）は算出したフーリエ係数ａ（０）〜ａ（８）の値を示した図である。
【図１２】（ａ）は本発明の実施形態１における算出した被写体の分光特性図であり、（ｂ）は被写体であるカラーチェッカの分光特性図である。
【図１３】本発明の実施形態２におけるカメラ内に保持した色フィルタの分光特性図である。
【図１４】（ａ）は本発明の実施形態３における複眼光学系を含む撮像素子の平面図であり、（ｂ）はＡＡ’断面図、（ｃ）はＢＢ’断面図、（ｄ）はＣＣ’断面図である。
【図１５】本発明の実施形態３におけるマルチスペクトルカメラの構成図である。
【図１６】本発明の実施形態３における広帯域光学フィルタと９つの結像レンズを通して撮像素子に結像される様子を模式的に示した図である。
【図１７】本発明の実施形態３の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態１）
本発明の第１の実施形態におけるマルチスペクトルカメラは、Ｎ＋１個（Ｎは２以上の整数）の光感知セルを画素の基本単位とする撮像素子を有し、その基本単位（以下、「画素単位」とも称する）の中のＮ個の光感知セルの各々は、１つの光学フィルタ（以下、「色フィルタ」と称することもある。）に対向する。すなわち、各基本単位の中のＮ個の光感知セルに対向してＮ個の光学フィルタがそれぞれ配置される。それらＮ個の光学フィルタの各々は、所定の波長帯域（例えば、３８０ｎｍ〜７６０ｎｍ）において透過率のピークあるいはアンダーピークを１つ以上有する。さらに、Ｎ個の光学フィルタは、透過率のピークの数とアンダーピークの数とを合わせた総ピーク数が異なる。すなわち、画素の基本単位は、光感知セル上に色フィルタが配置されたＮ個の画素と、色フィルタが配置されていない１つの画素とから構成される。
【００１５】
本明細書において、「ピーク」とは、上記所定の波長帯域のうち、透過率がその波長帯域における平均値を超える１つの連続した部分帯域内（その中では透過率が平均値以下になることはない）で透過率が最大になる点を意味する。一方、「アンダーピーク」とは、透過率が上記平均値を下回る１つの連続した部分帯域内（その中では透過率が平均値以上になることはない）で透過率が最小になる点を意味する。
【００１６】
全ての色フィルタは、例えば所定波長帯域の下限波長でピークを有し、所定波長帯域の上限波長でピークあるいはアンダーピークを有する。例えば、Ｎ個の色フィルタのうち、第１の色フィルタは所定波長帯域間でピークとアンダーピークを１つずつ有する総ピーク数２つの光学フィルタであり得る。第２の色フィルタは所定波長帯域間で２つのピークと１つのアンダーピークを有する総ピーク数３つの光学フィルタであり得る。第３の色フィルタは所定波長帯域間で２つのピークと２つのアンダーピークを有する総ピーク数４つの光学フィルタであり得る。以下、同様に、第ｉ（ｉは１以上でＮ以下の整数）の光学フィルタは総ピーク数がｉ＋１である。このように、Ｎ個の色フィルタは、その符番数の増加と共に総ピーク数が１つずつ増加する特徴がある。各色フィルタの光透過特性は、波長に対して変動性を有する。
【００１７】
それら色フィルタを介して受光する各画素について、以下では、第１の色フィルタが配置された画素を第１の画素、第２の色フィルタが配置された画素を第２の画素というように、色フィルタの符番と画素の符番を一致させている。また、本明細書では画素を光感知セルと呼ぶこともある。
【００１８】
以上の画素構成から、画素信号に関して画素の基本単位毎に分析すると、色フィルタを配置していない画素は、所定波長帯域の全ての光を光電変換した信号を発生する。第１の画素は、所定波長帯域の全ての光成分のうちの１つの特定の（比較的狭い）波長帯域の光成分を特に多く含む光を光電変換した信号を発生し、第２の画素は、所定波長帯域の全ての光成分のうちの２つの特定の（比較的狭い）波長帯域の光成分を特に多く含む光を光電変換した信号を発生する。このように第ｉの画素は（ｉは１以上Ｎ以下の整数）、所定波長帯域の全ての光成分のうちのｉ個の特定の（比較的狭い）波長帯域の光成分を特に多く含む光を光電変換した信号を発生する。
【００１９】
波長を独立変数、被写体の光反射率を従属変数とした関数を考えた場合、所定波長帯域において、色フィルタを配置していない画素の信号は被写体の光反射率の直流成分を有すると考えられる。一方、第１〜第Ｎの画素の信号は、上記直流成分の一部と被写体の光反射率分布におけるＮ種類の交流成分を有すると考えられる。従って、それらの信号を用いると、被写体の光反射率を有限のフーリエ級数の形式で近似させることが可能である。この近似手法が本実施形態のアプローチである。
【００２０】
ここで、本実施形態の基本原理について説明する。被写体のある１点からの反射光エネルギーを表す波長の関数が、所定の波長帯域λ１〜λ２（但しλ２−λ１＝Ｗ）で存在するとして、その関数を波長λ１からのシフト波長Ｘ（０≦Ｘ≦Ｗ）を用いてＦ（Ｘ）で表す。Ｆ（Ｘ）は、０≦Ｘ≦Ｗの範囲でのみ定義される関数であるが、以下の説明ではＦ（Ｘ）が偶関数であるものと仮定して、フーリエ余弦級数で展開することを考える。すると、Ｆ（Ｘ）は式１で示される有限のフーリエ余弦級数で近似できる。なお、シフト波長Ｘを、以下では単に波長Ｘと表現する場合がある。
【数１】
2016031922.tif 000003
【００２１】
但し、式１におけるａ（ｉ）は下記の式２で表され、ｉは０から予め設定された最大自然数Ｍまでの整数である。また、式２における積分範囲はＸ＝０〜Ｗである。
【数２】
2016031922.tif 000004
【００２２】
式２で示すａ（ｉ）が撮像素子の画素信号から作り出すことができれば、被写体の反射分光特性を近似的に算出できる。しかしながら、そのためには撮像素子の各色フィルタが、波長の変化に対して余弦的に変化する分光特性を有する必要がある。そのような色フィルタはかなり特殊な光学フィルタと言える。本実施形態は、このような色フィルタの特殊性を緩和するものでもあり、用いる色フィルタの分光特性が波長の変化に対して必ずしも余弦的に変化するものでなくても良い。
【００２３】
例えば、撮像素子の画素上に配置された色フィルタの１つが図１の実線で示される分光特性を有していたとして、その特性がＧ（Ｘ）で表されるとする。Ｇ（Ｘ）は、光透過率の最大値を１とした場合の透過比率（以下では透過率と呼ぶ場合もある）が平均的にＫａであり、さらに波長によって透過率が変動し、その変動成分（交流成分とも言う）をその極大値と極小値との差ＰＰを用いて（ＰＰ／２）×ＡＣ（Ｘ）で表されるとする。すなわち、Ｇ（Ｘ）＝Ｋａ＋（ＰＰ／２）ＡＣ（Ｘ）で表現される。また、色フィルタを配置していない画素では、撮像素子の表面の光反射等で受光量が若干低下し、透過比率はＫｄであるとする。参考までに、図１ではその特性を破線で表している。
【００２４】
被写体からの光が１００％光電変換されるとすると、色フィルタを配置していない画素の信号Ｓｄは以下の式３で表され、色フィルタを配置した画素の信号Ｓａは式４で表される。
【数３】
2016031922.tif 000005
【数４】
2016031922.tif 000006
【００２５】
式３、式４から、式５が導かれる。被写体からの反射光が色フィルタの交流成分によって減衰した場合の光の強度が画素信号の演算で求められることがわかる。
【数５】
2016031922.tif 000007
【００２６】
いずれの色フィルタのＡＣ（Ｘ）も余弦関数であれば、式２に示すフーリエ係数を求めることができ、その結果を用いて式１から被写体の反射分光特性Ｆ（Ｘ）を算出でき得る。しかし、各色フィルタの分光特性が図１のような変動性はあっても余弦関数でない交流成分を有している場合、式２及び式１を利用することは出来ない。
【００２７】
本実施形態はこの問題を解決したものであり、ある条件を満たせば色フィルタの分光特性における変動が余弦関数で表されなくとも、被写体の反射分光特性を算出できる。そのある条件とは、いずれの色フィルタにおいても、分光特性の交流成分ＡＣ（Ｘ）が波長Ｘと関係付けられた変数Ｚの変化に対して、余弦関数に近くなるということである。もしこの条件が成立すれば、式５の左辺は、
【数６】
2016031922.tif 000008
と近似できる。Ｚ'＝ｄＺ／ｄＸとすると、式５は式６で表される。
【数７】
2016031922.tif 000009
【００２８】
式６は、（Ｆ（Ｚ）／Ｚ'）のフーリエ係数を画素信号ＳａおよびＳｄを用いた演算で求められることを意味している。これにより、（Ｆ（Ｚ）／Ｚ'）を有限のフーリエ級数に展開した結果が得られ、その展開結果にＺ'を乗算し、さらにＦ（Ｚ）をＦ（Ｘ）に変換することにより、被写体の反射分光特性を求めることができる。
【００２９】
以上が本実施形態の基本原理である。以下、その基本原理をもとに本実施形態の具体例を説明する。
【００３０】
まず本実施形態におけるマルチスペクトルカメラの撮像素子について説明する。本実施形態では、撮像面に２次元的に配列された複数の画素単位を有する撮像素子が用いられる。画素単位は、撮像素子における画素の基本単位であり、複数の光感知セルを含む。
【００３１】
図２は、撮像素子の画素の基本単位を示している。図２（ａ）は画素の基本単位を示す平面図である。本実施形態では、水平方向に３画素、垂直方向に３画素の９画素を基本構成としている。その中心の画素上には色フィルタが配置されておらず、その他の画素の上には色フィルタが配置されている。図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、図２（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図、Ｂ−Ｂ’線断面図、Ｃ−Ｃ’線断面図である。図２に示されているように、本実施形態のマルチスペクトルカメラは、３行３列に配列された９個の光感知セル２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｚと、８枚の色フィルタ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈとを備えている。色フィルタ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈは、それぞれ、光感知セル２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈに対向している。本明細書では、このように対向した関係にあることを、「対応する」と表現することがある。光感知セル２ｚは、画素単位の中心に位置しており、その上には色フィルタが存在しない。各光感知セルは、受光量に応じた光電変換信号（画素信号ともいう）を出力するフォトダイオード等の受光素子を有している。これらの光感知セルは、シリコン基板３に形成され、シリコン酸化膜３１を介して複数の色フィルタと対向している。
【００３２】
撮像素子への結像は、色フィルタを通して、あるいは直接光感知セルで光電変換される。各光感知セルからの光電変換信号は、図２では省略されているが、配線層を通して撮像素子から電気信号として読み出される。
【００３３】
ここで、色フィルタ１ａ〜１ｈについて説明する。色フィルタ１ａ〜１ｈは１層のチタン系酸化膜であるが、膜厚が互いに異なる。本実施形態では、被写体の計測波長帯域を３８０ｎｍ〜７６０ｎｍとして、色フィルタ１ａ〜１ｈの膜厚を設計している。その設計条件は、色フィルタ１ａ〜１ｈに光が垂直に入射し、シリコン酸化膜３１を通して光感知セル２ａ〜２ｈ、２ｚで光電変換されるものとし、色フィルタ１ａ〜１ｈの上部は屈折率１．０の空気層で、各色フィルタは屈折率２．５のチタン系酸化膜で形成され、色フィルタ１ａ〜１ｈの下部は屈折率１．４７のシリコン酸化膜３であるということである。このような設計条件で、色フィルタ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈの膜厚を、それぞれ７６ｎｍ、１５２ｎｍ、２２８ｎｍ、３０４ｎｍ、３８０ｎｍ、４５６ｎｍ、５３２ｎｍ、６０８ｎｍとしている。以上の膜厚は、基本膜厚７６ｎｍの整数倍である。その結果、波長帯域３８０ｎｍ〜７６０ｎｍでは、全ての色フィルタの透過特性は３８０ｎｍでピークを有し、７６０ｎｍではピークあるいはアンダーピークを有する。
【００３４】
図３（ａ）に色フィルタ１ａ〜１ｄの分光特性のシミュレーション結果を、図３（ｂ）に色フィルタ１ｅ〜１ｈの分光特性のシミュレーション結果を示す。これらの色フィルタは光透過率の最大値を１とした場合の透過比率において波長に対して変動性を有する。また、各色フィルタの分光特性におけるピークとアンダーピークを合わせた総数は、波長帯域３８０ｎｍ〜７６０ｎｍにおいて、色フィルタ１ａは２つ、色フィルタ１ｂは３つ、色フィルタ１ｃは４つ、色フィルタ１ｄは５つ、色フィルタ１ｅは６つ、色フィルタ１ｆは７つ、色フィルタ１ｇは８つ、色フィルタ１ｈは９つである。
【００３５】
各色フィルタの透過比率について、波長の増加と共にそれらは繰り返し変動するが、それらの周期は一定ではない。しかしながら、波長と関係付けた別な変数に対しては一定周期になり得る。本実施形態では、波長をλ、各色フィルタの透過率をＹとし、例えば式７、式８で示すλの２次関数で表したＺ（Ｚは波長３８０ｎｍからのシフト波長とする）を独立変数とすると、透過率Ｙの変動成分は余弦関数で近似できる。
（式７）(Ｚ＋380)＝λ−(65／19.6)×(λ−520)2＋65 [380≦λ≦520ｎｍの場合]
（式８）(Ｚ＋380)＝λ−(65／57.6)×(λ−520)2＋65 [520≦λ≦760ｎｍの場合]
【００３６】
図４及び図５に、各色フィルタの透過率の変動成分だけを抽出した元データと、該変動成分に関して式７と式８を用いて変数変換したデータと、余弦関数（ｃｏｓ）のデータとを示す。図４（ａ）は色フィルタ１ａのデータを、図４（ｂ）は色フィルタ１ｂのデータを、図４（ｃ）は色フィルタ１ｃのデータを、図４（ｄ）は色フィルタ１ｄのデータを、図５（ａ）は色フィルタ１ｅのデータを、図５（ｂ）は色フィルタ１ｆのデータを、図５（ｃ）は色フィルタ１ｇのデータを、図５（ｄ）は色フィルタ１ｈのデータを表している。いずれの図においても、実線が色フィルタの透過率変動成分の元データ、破線が当該変動成分に関して変数変換したデータ、１点鎖線が余弦関数（ｃｏｓ）データを示している。図４及び図５からわかるように、各色フィルタの透過率の変動成分は波長λと関係付けられた変数Ｚで表されることにより、概ね余弦関数で表される分布に近いことがわかる。このように、本明細書においては、近似的に周期関数のように変化することを「周期的に変化する」と表現する。本明細書における周期的な変化は、必ずしも厳密な意味での周期的変化を意味しない。
【００３７】
次に撮像素子の画素信号について説明する。色フィルタ１ａ〜１ｈの順でそれらが配置された画素を第１〜第８の画素と称し、それらの画素信号をＥ（１）〜Ｅ（８）で表す。また、色フィルタが配置されていない画素を第９の画素と称し、その画素信号をＥ（０）で表す。
【００３８】
以下の説明において、各色フィルタの特性および色フィルタを配置していない画素の分光特性に関して、図１で記した記号をそのまま用いる。波長帯域３８０ｎｍ〜７６０ｎｍにおいて、下限波長３８０ｎｍからのシフト波長Ｘと被写体の反射分光特性を示す関数Ｆ（Ｘ）を用いて、画素信号Ｅ（０）、Ｅ（１）〜Ｅ（８）を表すと、以下の式９、式１０で表される。
【数８】
2016031922.tif 000010
【数９】
2016031922.tif 000011
【００３９】
但し、ＡＣ（ｉ，Ｘ）の入力変数について、ｉは色フィルタ１ａ〜１ｈの順に付番した数値（１〜８）で、Ｘは上記の波長である。すなわち、ＡＣ（１，Ｘ）〜ＡＣ（８，Ｘ）は、順に図４（ａ）〜図４（ｄ）、図５（ａ）〜図５（ｄ）の実線で示される特性の関数である。
【００４０】
式９及び式１０から式１１が得られる。
【数１０】
2016031922.tif 000012
【００４１】
ＡＣ（ｉ，Ｘ）は、図４及び図５に示されているように、余弦関数で近似できるとして、式１１は式１２で表すことができる。
【数１１】
2016031922.tif 000013
【００４２】
Ｚ'＝ｄＺ／ｄＸとすると、式１２は式１３で表される。
【数１２】
2016031922.tif 000014
【００４３】
Ｆ（Ｚ）／Ｚ'のフーリエ係数について、ａ（０）は（２／Ｗ）∫（Ｆ（Ｚ）／Ｚ'）ｄＺであるが、それは（２／Ｗ）∫Ｆ（Ｘ）ｄＸと同じである。このため、ａ（０）は、式９を用いて式１４で表される。一方、ｉ≧１のａ（ｉ）は、式２をもとに式１３を用いて式１５で表される。
【数１３】
2016031922.tif 000015
【数１４】
2016031922.tif 000016
【００４４】
式１４、式１５で得られるフーリエ係数から、Ｆ（Ｚ）／Ｚ'は式１６に示すフーリエ級数で近似的に展開できる。その結果にＺ'の値を乗算すれば、Ｆ（Ｚ（Ｘ））すなわちＦ（Ｘ）が求まる。
【数１５】
2016031922.tif 000017
【００４５】
以上のように、撮像素子の画素信号を用いてフーリエ係数を算出し、それらを用いて、式１のフーリエ級数展開とＺ'の乗算により被写体の反射分光特性を近似的に算出できる。
【００４６】
次に本実施形態におけるマルチスペクトルカメラの構成とカメラ内の信号処理について説明する。図６は本実施形態におけるマルチスペクトルカメラの構成図である。このマルチスペクトルカメラは、結像レンズ１１と、広帯域光学フィルタ１２と、撮像素子１３と、信号発生／受信部１４と、画像処理部１５と、画像メモリー１６と、信号出力部１７とを備えている。結像レンズ１１は、図６では単一のレンズとして描かれているが、複数のレンズの組み合わせであってもよい。広帯域光学フィルタ１２は、本実施形態では波長帯域３８０ｎｍ〜７６０ｎｍの光のみ透過させるように設計されている。撮像素子１３は本実施形態ではＣＭＯＳ型の撮像素子であるが、ＣＣＤなどの他の種類のイメージセンサでもよい。信号発生／受信部１４は、撮像素子１３からの画像信号を受信すると共に撮像素子１３を駆動するための信号を撮像素子１３に送る。信号発生／受信部１４は、例えばＣＭＯＳドライバなどのＬＳＩから構成され得る。画像処理部１５は信号発生／受信部１４からの画像信号を画像メモリー１６に送信すると共に画像メモリー１６からの画像信号を読み出して処理する。画像処理部１５は、例えば公知のデジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）などの信号処理回路と、本実施形態における画像処理を実行するソフトウェアとの組合せによって実現され得る。あるいは、画像処理部１５は、専用のハードウェアから構成されていてもよい。本実施形態における信号処理は、画像処理部１５における信号処理回路によって実行される。画像メモリー１６は、例えばＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの公知の半導体メモリーによって構成され得る。信号出力部１７は画像処理部１５からの信号を外部に出力する。
【００４７】
被写体からの光のうち、結像レンズ１１と広帯域光学フィルタ１２により、波長帯域３８０ｎｍ〜７６０ｎｍの光のみが透過し、撮像素子の撮像部（撮像面）に結像される。図７は被写体からの光が結像レンズ１１、広帯域光学フィルタ１２を透過して撮像素子１３の撮像部（撮像面）１３ａに結像される様子を模式的に示した図である。結像された画像は撮像素子１３で光電変換され電気信号になり、信号発生／受信部１４、画像処理部１５を介して画像メモリー１６に記録される。
【００４８】
画像処理部１５は画像メモリー１６に記録された画像情報を画素の基本単位ごとに読み出し、信号処理を行う。一例として、以下にＸ−Ｒｉｔｅ社製のマクベスカラーチェッカーＮｏ１３〜Ｎｏ１８の色見本を撮像した場合の被写体の分光特性を算出する撮像及び信号処理シミュレーションを説明する。なお、上記色見本はＮｏ１３〜Ｎｏ１８の順に青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）、黄（Ｙｅ）、マゼンタ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）である。それらの反射分光特性を図８に示す。同図（ａ）はＮｏ１３〜Ｎｏ１５の反射分光特性を示し、番号順に実線、破線、一点鎖線で表している。同図（ｂ）はＮｏ１６〜Ｎｏ１８の反射分光特性を示し、番号順に実線、破線、一点鎖線で表している。
【００４９】
撮像条件は以下のとおりである。光源は色温度５１００Ｋのハロゲン灯を用いた。色フィルタを除く、光源、レンズを含む光学系と撮像素子の分光感度を合わせた分光特性を図９に示す。この特性を撮像光学分光特性と呼び、Ｏ（Ｘ）で表す。但し、Ｘは３８０ｎｍからのシフト波長である。本実施形態では波長帯域３８０ｎｍ〜７６０ｎｍの範囲を対象にしていることから、Ｘの取り得る値は０〜３８０ｎｍである。また色フィルタを含む撮像素子に関する係数について、図３をもとにＫａ＝０．７９、ＰＰ＝０．３４７とし、Ｋｄは０．９６とした。
【００５０】
以下に、図１０を参照しながら、シミュレーションの流れを説明する。但し、事前処理として式７及び式８を波長λで微分し、λ＝３８０＋ＸとしてＺ’（＝ｄＺ／ｄＸ）を算出しておく。
【００５１】
まず第１ステップとして、Ｎｏ１３〜Ｎｏ１８の各色見本を撮像したとして、それらの分光特性と、撮像光学分光特性Ｏ（Ｘ）と、各色フィルタの分光透過特性との離散的な積分演算を行い、各色見本に関して相対的な信号値Ｅ（０）〜Ｅ（８）を算出する（Ｓ１）。実際の計算では１０ｎｍ毎の数値データを用いて離散的な積分を行い、１つの色見本につき９個の信号値を算出する。従って、総計６×９＝５４個の信号値を算出する。
【００５２】
次に第２のステップとして、算出した信号値Ｅ（０）〜Ｅ（８）に補正係数Ｋｇを掛ける（Ｓ２）。これは図４、図５からわかるように各色フィルタの透過率と波長の関係において、波長λを変数Ｚに変数変換した場合の波形（図中の破線）が理想とする余弦関数の波形（図中の１点鎖線）より低いことに起因する誤差を補正するために行われる。波長λを変数Ｚに変数変換した場合の波形（図中の破線）が理想とする余弦関数の波形（図中の１点鎖線）より低いため、信号値Ｅ（０）〜Ｅ（８）は理想とする信号値より小さいと考えられる。そこで信号を若干増幅すべく補正係数Ｋｇを各信号に掛ける。本実施形態ではその補正係数Ｋｇを１．０２５とした。
【００５３】
第３のステップとして、補正係数Ｋｇを掛けた結果を新たに信号値Ｅ（０）〜Ｅ（８）とし、式１４、式１５を用いて各色見本のフーリエ係数ａ（０）〜ａ（８）を算出する（Ｓ３）。図１１（ａ）に補正係数Ｋｇを掛けた後の信号値Ｅ（０）〜Ｅ（８）を示し、図１１（ｂ）に算出したフーリエ係数ａ（０）〜ａ（８）を示す。但し、これらの数値は計算上の相対値である。
【００５４】
第４ステップとして、算出したフーリエ係数ａ（０）〜ａ（８）を用いて、Ｆ（Ｚ）／Ｚ’をフーリエ級数に展開する（Ｓ４）。第５ステップとして、展開されたフーリエ級数にＺ’を掛けて、Ｆ（Ｚ（Ｘ））すなわちＦ（Ｘ）を算出する（Ｓ５）。算出されたＦ（Ｘ）は撮像画像のスペクトルであるが、これには上記で説明した撮像光学分光特性を含んでいる。そこで、第６ステップでＦ（Ｘ）をさらにＯ（Ｘ）で除算し、被写体の分光特性を算出する（Ｓ６）。
【００５５】
算出した被写体の分光特性を図１２（ａ）に示し、被写体であるカラーチェッカの実際の分光特性を図１２（ｂ）に示す。図１２（ａ）および（ｂ）の中で、太い実線は青（算出結果：Ｃａｌ＿Ｎｏ１３、実際の特性：Ｎｏ１３）、太い破線は緑（算出結果：Ｃａｌ＿Ｎｏ１４、実際の特性：Ｎｏ１４）、太い一点鎖線は赤（算出結果：Ｃａｌ＿Ｎｏ１５、実際の特性：Ｎｏ１５）、細い実線は黄（算出結果：Ｃａｌ＿Ｎｏ１６、実際の特性：Ｎｏ１６）、細い破線はマゼンタ（算出結果：Ｃａｌ＿Ｎｏ１７、実際の特性：Ｎｏ１７）、細い一点鎖線はシアン（算出結果：Ｃａｌ＿Ｎｏ１８、実際の特性：Ｎｏ１８）のカラーチェッカの分光特性を表している。図１２において波長範囲は４００ｎｍ〜７００ｎｍであるが、算出した被写体の分光特性はカラーチェッカの分光特性と概ね同じであることがわかる。
【００５６】
最後に、算出した被写体の分光特性から、予め指定された波長における分光特性値を取り出し、それらのデータを画素信号とした特定波長画像と、画素の基本単位毎に画素信号の平均値を算出し、それらを画素信号とした白黒画像とを、信号出力部１７から外部に出力する（Ｓ７）。このようにして、画像処理部１５から信号出力部１７を介して特定波長画像と白黒画像が出力される。指定波長を変えることにより、設定された計測波長帯域内の全ての画像を得ることができる。また、出力される白黒画像については、撮像素子１３の画素には分光透過率のピークを複数有する色フィルタが多数配置されているため、分光透過率のピークを１つしか有していない従来のＲＧＢフィルタを用いた場合よりも光利用率が高く、それ故、画像の明度が高い。
【００５７】
以上のように、本実施形態のマルチスペクトルカメラでは、Ｎ＝８として、所定の波長帯域において透過率のピークあるいはアンダーピークを１つ以上有し、且つ前記ピークの数と前記アンダーピークの数を合わせた総ピーク数が異なる第１〜第８の光学フィルタが用いられる。前記第１〜第８のフィルタは、前記所定の波長帯域における波長λと各々の透過率Ｙとの関係において、前記波長λと関係付けられた変数Ｚの変化に対して前記透過率Ｙが周期的に変化する。さらに、前記第１〜第８のフィルタ夫々が対応（対向）して配置された第１の光感知セル〜第８の光感知セルと、前記第１〜第８の光学フィルタのいずれも配置されていない無フィルタ光感知セルとを画素単位とする撮像素子が用いられる。前記無フィルタ光感知セル及び前記第１の光感知セル〜第８の光感知セルからの９個の光電変換信号Ｅ（０）〜Ｅ（８）と、独立変数を前記変数Ｚとする８種類の周期関数ＡＣ（１，Ｘ）〜ＡＣ（８，Ｘ）と、前記波長λの微小変化（シフト波長Ｘの微小変化と等価）に対する前記変数Ｚの変化値（Ｚ’＝ｄＺ／ｄＸ）とを用いて、撮像画像の分光特性（すなわち、波長ごとの強度分布）を算出できる。さらに、算出した分光特性を撮像光学系の分光特性で除算することにより、被写体の反射分光特性を算出できる。また、透過率のピークを複数有する光学フィルタが用いられるため、カメラから得られる撮像画像の明度が高いという長所を有する。
【００５８】
本実施形態では、特に、第１から第Ｎの光学フィルタのうち、第ｉ（ｉは１以上でＮ以下の整数）の光学フィルタは総ピーク数がｉ＋１である。そして、演算に用いられるＮ種類の周期関数は、所定周波数の１倍からＮ倍までの整数倍の周波数のいずれかを有するＮ個の余弦関数ｃｏｓ（ｉＺ）である。なお、前述の説明では、余弦関数ｃｏｓ（ｉπＺ／Ｗ）という表現を用いたが、Ｚは波長λと関係づけられた変数であればよいため、前述のπＺ／Ｗを改めてＺと表すことができる。このように書き替えると、前述の余弦関数はｃｏｓ（ｉＺ）と表される。
【００５９】
画像処理部１５における信号処理回路は、無フィルタ光感知セルの光電変換信号をＥ（０）、前記第ｉの光感知セルの光電変換信号をＥ（ｉ）として、Ｅ（０）に第１の定数ｋ１（前述の例では、２／ＷＫｄ）を乗算した結果ａ（０）と、Ｅ（ｉ）に第２の定数ｋ２（前述の例では２）を乗算した結果からＥ（０）に第３の定数を乗算した結果（前述の例では、２（Ｋａ／Ｋｄ））を減算し、さらに第４の定数（ＰＰ）で除算した結果ａ（ｉ）に前記余弦関数ｃｏｓ（ｉＺ）を乗算したａ（ｉ）ｃｏｓ（ｉＺ）と、を用いて、ａ（０）とａ（１）ｃｏｓ（Ｚ）〜ａ（Ｎ）ｃｏｓ（ＮＺ）の全てとを加算した結果に、前記波長λの微小変化に対する前記変数Ｚの変化値を乗算することにより、被写体の反射分光特性を算出する。
【００６０】
信号処理回路は、図１０のステップＳ２に示すように、前記第１から第Ｎの光感知セルからの光電変換信号に第５の定数（Ｋｇ）を乗算することによって、信号値を補正してもよい。
【００６１】
なお、本実施形態では画素の基本単位を３×３の９画素としたが、これに限定されるものではない。例えば、Ｕ×Ｖ（Ｕ、Ｖは、互いに異なる自然数）の整数画素を基本単位にしても問題ない。さらに、被写体の分光特性の波形（交流成分）だけを計測するのであれば、画素の基本単位に、分光特性の直流成分の算出に関係する、色フィルタが配置されない画素（無フィルタ光感知セル）を含まなくても良い。その場合、画素単位に含まれる光感知セルの数と、それらに対向する光学フィルタの数とは、一致する。また、上記無フィルタ光感知セルの代わりに、第１〜第Ｎの光学フィルタにおけるピークとアンダーピークの中間の透過率を有する光学フィルタが対向して配置された透過率平均化光感知セルを含んでいても良い。高屈折率材料では、波長によって屈折率が大きく変化する。そのような材料では、ピークとアンダーピークの平均の透過率が長波長側で高くなる。その影響を除去するため、全ピークおよび全アンダーピークの平均の透過率を有するフィルタを設けてもよい。また、色フィルタについても単層膜に限らず、複数層の膜で構成してもよい。透過率において総ピーク数が異なる光学フィルタ群を有し、全ての光学フィルタが波長λと各々の透過率Ｙの関係において、波長λと関係付けた変数Ｚの変化に対して透過率Ｙが周期的に変化すれば、色フィルタの構成は任意である。加えて、変数Ｚと波長λの関係に関して、本実施形態では式７と式８で近似表現したが、これに限定するものではなく、スプライン関数等を用いた別な近似式を用いても問題はない。また、撮像素子の構造に関して、本実施形態では各画素にマイクロレンズを配置していないが、撮像素子の感度向上のためにマイクロレンズを配置してもよい。また、カメラ内の信号処理に関して、画素の基本単位毎に信号を処理したが、隣接する基本単位の画素信号も使い、偽色の防止を図っても構わない。このように、信号処理回路は、画素単位ごとに信号処理を行うとともに、隣接する画素単位からの光電変換信号を利用して補間情報を生成してもよい。さらに、本実施形態では、計測波長帯域を３８０ｎｍ〜７６０ｎｍに設計したが、これに限るものではなく、さらに範囲の広い波長帯域であっても構わない。また上記説明では、暗黙に色フィルタ自体着色がなく、屈折率も波長に関係なく一定としたが、実際は微妙に着色し、屈折率が波長により若干変化することが原因で短波長側においてピークとアンダーピークの差が変化する、あるいは平均的な透過率が下がる等の問題がある。そこで上記処理の第６ステップ（Ｓ６）の後で、それらの問題に対応する補正係数を用いて、被写体の反射分光特性をさらに補正してもよい。そのような補正係数は、短波長の領域における光の透過率の減衰による影響と、透過率の振幅が波長によって異なることによる影響とを打ち消すように設定される。
【００６２】
（実施形態２）
次に本発明の第２の実施形態を説明する。本実施形態は、上記第１の実施形態と撮像素子やカメラの構成は同じであるが、画像処理部にカラー画像を作成するための３種類の色フィルタの分光特性データを有している。それら色フィルタの分光特性を図１３に示す。同図において、点線がＲ（赤）フィルタの分光特性、破線がＧ（緑）フィルタの分光特性、１点鎖線がＢ（青）フィルタの分光特性である。
【００６３】
本実施形態では、被写体の分光特性を算出する処理までは第１の実施形態と同じで、その後、被写体の分光特性に上記色フィルタの分光特性を掛け合わせ、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を算出する処理を有する。該処理の後、算出されたＲＧＢ信号からカラー画像を作り出し、信号出力部から外部に出力する。通常、カラー画像を出力するカラーカメラでは、赤外カットフィルタが必要であるが、本実施形態では、赤外カットフィルタを必要としないという特長がある。また、色フィルタについても、通常、透過率が負の値を取ることはできないが、本実施形態では、色フィルタの透過率において部分的に負の特性を有しており、その結果、視感度上好ましいカラー画像を作ることができる。但し、ＲＧＢ信号として算出した結果、負信号になれば、強制的に信号値を０にする処理を入れる。
【００６４】
以上のように、本実施形態のマルチスペクトルカメラでは、内部に３種類の色フィルタの分光特性データを有し、算出した被写体の分光特性にそれらを掛け合わせることにより、カラー信号を作ることができる。すなわち、本実施形態における信号処理回路は、複数の色フィルタの分光特性を示すデータを用いて、算出した撮像画像の分光特性を示す関数と色フィルタの分光特性を示す関数とを積分演算することにより、カラー信号を算出する。赤外カットフィルタを用いることなくカラー画像を生成できるという利点がある。また、負の分光特性を有する色フィルタも計算上利用可能である。このため、これまでにない色再現の範囲が広いカラー画像を提供できるという効果も有する。
【００６５】
なお、本実施形態では、３種類の色フィルタの分光特性データをカメラ内部に保持したが、これに限るものではなく、４種類以上の色フィルタの分光特性データを保持しても構わない。各色フィルタの分光特性データは、カメラ内のメモリ等の記録媒体に格納され、信号処理回路がそのデータを読み出して上記処理が行われ得る。
【００６６】
（実施形態３）
続いて、第３の実施形態を説明する。本実施形態におけるマルチスペクトルカメラは、撮像素子における撮像面が複数の撮像領域に分かれており、それらの撮像領域に対向して複数の光学系（例えばレンズ）が配置されている点で、実施形態１、２と異なる。各撮像領域は、多数の光感知セル（光感知セル群と称する。）を含む。撮像領域の数をＮ＋１個とすると、そのうちのＮ個の撮像領域と、それらに対向するＮ個の光学系との間に、Ｎ個の光学フィルタがそれぞれ配置されている。それらのＮ個の光学フィルタは、実施形態１、２において説明したＮ個の光学フィルタ（色フィルタ）と同様の特性を有する。
【００６７】
本実施形態におけるマルチスペクトルカメラは、１つの被写体を複数の光学系を用いて撮影する。各々の光学系を介してほぼ同一の撮影画像が得られることを前提として、Ｎ＋１個の光学系が配列された複眼光学系と、Ｎ＋１の光感知セル群（上記の撮像領域）を含む撮像素子と、少なくともＮ個の光学フィルタとが用いられる。それら光学フィルタは、複眼光学系に含まれる複数の光学系にそれぞれ対応して配置される。各光学フィルタは、実施形態１における光学フィルタと同様、所定の波長帯域（例えば、３８０ｎｍ〜７６０ｎｍ）において透過率のピークあるいはアンダーピークを１つ以上有する。第１〜第Ｎの光学フィルタ（色フィルタ）は、前記ピークの数と前記アンダーピークの数を合わせた総ピーク数が異なっている。すなわち、被写体を撮像した場合、Ｎ種類の色フィルタを介して撮像されたＮ個の画像と色フィルタを介さず撮影された１つの画像とが得られる。色フィルタによる減衰を考慮しなければ、それらは全て同一の画像であるものとする。但し、Ｎ種類の色フィルタの透過率は、波長が短くなるにつれて全体的に減衰する場合がある。そのような場合は、当該減衰特性と同様の減衰特性を有する光学フィルタ（以下、平均化フィルタと呼ぶ）を色フィルタが配置されていない光学系に対向して配置してもよい。その場合、平均化フィルタを介した画像も得られる。平均化フィルタは、第１〜第Ｎの色フィルタにおけるピークとアンダーピークの中間の透過率を有するといえる。平均化フィルタを透過した光を受ける光感知セル群を、「透過率平均化光感知セル群」と称する。一方、平均化フィルタが配置されない場合、いずれのフィルタも介さずに入射する光を受ける光感知セル群を、「無フィルタ光感知セル群」と称する。
【００６８】
以下の説明において、第Ｎの画素という表現は第Ｎの画素群の総称である一方、画像内の同一位置の画素を指す場合もある。この場合、第１から第Ｎの画素は、それぞれの画像内の同一位置の画素である。ここで、画像内の同一位置の画素は、第１から第Ｎの画素と、色フィルタを配置していない画素群における同一位置の画素とを表す。
【００６９】
以下、本実施形態の詳細を説明する。
【００７０】
まず本実施形態におけるマルチスペクトルカメラの撮像素子について説明する。本実施形態では９つの光学系から成る複眼光学系を有する２次元の撮像素子が用いられる。図１４は、撮像素子１３の構造を示している。図１４（ａ）は複眼光学系を含む撮像素子１３の平面図である。本実施形態の撮像素子は水平方向に３つ、垂直方向に３つの合計９つの結像レンズ２０を有している。その内の８つの結像レンズ２０の直下には色フィルタが配置されている。図１４（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面を図１４（ｂ）に、Ｂ−Ｂ’線断面を図２（ｃ）に、Ｃ−Ｃ’線断面を図１４（ｄ）に示す。図１４に示すように、撮像素子１３は、色フィルタ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈと、光感知セル群２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｚとを有する。撮像素子１３の表面には複数の光感知セル群２ａ〜２ｚが２次元状に配列されている。なお、同図から分かるように光感知セル群２ｚ上には色フィルタが無い。光感知セル群２ｚは結像レンズによる画像を直接光電変換する。
【００７１】
撮像素子１３への結像は、色フィルタ１ａ〜１ｈを通して、あるいは直接光感知セルで光電変換される。図１４では省略されているが、光電変換信号は、配線層を通して撮像素子から電気信号として読み出される。なお、被写体は撮像素子１３から十分離れており、９つの結像レンズ２０による光感知セル群２ａ〜２ｚにおける画像は、光学フィルタ１ａ〜１ｈの透過特性の違いを無視すれば、ほぼ同一である。さらに光感知セル群２ａ〜２ｚは同じ画素数で同じサイズを有する。すなわち、それらの光感知セル群から読み出された画像もほぼ同一である。もし複眼光学系の個々の光学系に光学的な歪みがある場合は、それに起因する画像の歪を補正する処理を画像処理部（信号処理回路）が行ってもよい。本実施形態における色フィルタ１ａ〜１ｈは、実施形態１、２における色フィルタ１ａ〜１ｈとサイズは異なるが同じ特性を有する。
【００７２】
次に撮像素子１３の画素信号について説明する。ここでは、光感知セル群２ａ〜２ｈの順にそれら光感知セル群における同一場所の画素を第１〜第８の画素と称し、それらの画素信号をＥ（１）〜Ｅ（８）で表す。また、光感知セル群２ｚにおける上記同一場所の画素を第９の画素と称し、その画素信号をＥ（０）で表す。すると、実施形態１において説明した式９〜式１５の処理がそのまま適用でき、被写体の反射分光特性を近似的に算出できる。
【００７３】
次に、本実施形態におけるマルチスペクトルカメラの構成とカメラ内の信号処理について説明する。図１５は、本実施形態におけるマルチスペクトルカメラの構成図である。本実施形態のマルチスペクトルカメラは、撮像素子１３に対向して９個の光学フィルタ１および９個の結像レンズ２０が配置されている点を除き、実施形態１、２と同様の構成を有する。このため、重複する構成要素の説明は省略する。
【００７４】
被写体からの光のうち、広帯域光学フィルタ１２により、波長帯域３８０ｎｍ〜７６０ｎｍの光のみが透過し、９つの結像レンズ２０により撮像素子１３の撮像部（撮像面）に結像される。図１６は被写体からの光が広帯域光学フィルタ１２、９つの結像レンズ２０を透過して撮像素子１３の撮像部１３ａに結像される様子を模式的に示した図である。なお、撮像部は９つの結像レンズ２０に対応して、仮想的に９つの撮像領域（２ａ〜２ｈと２ｚ）に分割される。結像された画像は撮像素子１３で光電変換され電気信号になり、信号発生／受信部１４、画像処理部１５を介して画像メモリー１６に記録される。
【００７５】
画像処理部１５は画像メモリー１６に記録された画像情報を画素の仮想的な９つの撮像領域毎に読み出し、信号処理を行う。この信号処理は、実施形態１において説明した処理と同じである。また、実施形態２において説明した処理を適用してもよい。
【００７６】
以上のように、本実施形態のマルチスペクトルカメラでは、９つの光学系から成る複眼光学系と、所定の波長帯域において透過率のピークあるいはアンダーピークを１つ以上有し、且つ前記ピークの数と前記アンダーピークの数を合わせた総ピーク数が異なる第１〜第８の光学フィルタとが用いられる。前記第１〜第８のフィルタは、前記所定の波長帯域における波長λと各々の透過率Ｙの関係において、前記波長λと関係付けた変数Ｚの単調増加に対して前記透過率Ｙが周期的に変化する。さらに、前記第１〜第８のフィルタ夫々が対応して配置された第１の光感知セル群〜第８の光感知セル群と、前記第１〜第８の光学フィルタのいずれも配置されていない無フィルタ光感知セル群とを有する撮像素子が用いられる。前記無フィルタ光感知セル及び前記第１の光感知セル〜第８の光感知セルからの９個の光電変換信号と、独立変数を前記変数ＺとするＮ種類の周期関数と、前記波長λの微小変化に対する前記変数Ｚの変化値とを用いて、撮像画像の分光特性を算出できる。さらに、算出した分光特性を撮像光学系の分光特性で除算することにより、被写体の反射分光特性を算出できる。また、透過率のピークを複数有する光学フィルタが用いられるため、カメラから得られる撮像画像としても明度が高いという長所を有する。
【００７７】
なお、本実施形態では３×３の９つのレンズを用いた複眼光学系と８つの色フィルタとを用いたが、これに限定されるものではない。例えば、図１７に示すように、通常の単眼白黒カメラ２１の前面に、色フィルタが無い凹レンズと色フィルタ１ａ〜１ｈが各々装着された８つの凹レンズとを含む凹レンズアレイ２２を配置した構成でも良い。凹レンズアレイ２２は、偏心のある凹レンズを含んでいてもよい。但し、そのような構成において、画像の複数個所で凹レンズによる歪みが有る場合や画像位置がずれる場合、それらの画像補正を行う必要がある。このような構成では、図１７に示すように、凹レンズアレイ２２と撮像素子１３との間に比較的大型の結像レンズ２３が配置され得る。このような結像レンズ２３は、各凹レンズによって広がった光を、その凹レンズに対応する撮像素子上の画素領域に集束させる。なお、凹レンズに偏心を持たせるのは、光学的に結像の位置をずらすことにより、その凹レンズに対応する撮像領域内に適切に像を形成するためである。その他の例として、通常の単眼白黒カメラの前面に、色フィルタが無い凸レンズと色フィルタ１ａ〜１ｈが各々装着された８つの凸レンズとを含む９つの凸レンズアレイを配置した構成でも良い。但し、その場合、画像の複数個所で凸レンズによる歪みが有る場合や画像位置がずれる場合、それらの画像補正を行う必要がある。この場合も、凸レンズに偏心を持たせるのは、光学的に結像の位置をずらすことにより、その凸レンズに対応する撮像領域内に適切に像を形成するためである。
【００７８】
以上のように、本開示は、以下の項目に記載のマルチスペクトルカメラを含む。
【００７９】
［項目１］
複数の画素単位が撮像面に２次元的に配列された撮像素子であって、各画素単位は第１から第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の光感知セルを含み、各光感知セルは受光量に応じた光電変換信号を出力する、撮像素子と、
前記第１から第Ｎの光感知セルにそれぞれ対向して配置された第１から第Ｎの光学フィルタであって、各々が所定の波長帯域において透過率のピークまたはアンダーピークを１つ以上有し、且つ前記ピークの数と前記アンダーピークの数とを合わせた総ピーク数が異なる第１から第Ｎの光学フィルタと、
前記第１から第Ｎの光感知セルから出力された光電変換信号を処理する信号処理回路と、
を備え、
前記第１から第Ｎの光学フィルタの各々の透過率Ｙは、前記所定の波長帯域における波長λと関係付けられた変数Ｚの変化に対して周期的に変化し、
前記信号処理回路は、前記第１から第Ｎの光感知セルからのＮ個の光電変換信号と、独立変数を前記変数ＺとするＮ種類の周期関数と、前記波長λの微小変化に対する前記変数Ｚの変化値とを用いて、撮像画像の分光特性を算出する、
マルチスペクトルカメラ。
【００８０】
［項目２］
前記画素単位は、前記第１から第Ｎの光感知セルと、前記第１から第Ｎの光学フィルタのいずれにも対応して配置されていない無フィルタ光感知セルまたは前記第１から第Ｎの光学フィルタにおけるピークとアンダーピークの中間の透過率を有する光学フィルタが配置された透過率平均化光感知セルとを含み、
前記信号処理回路は、前記無フィルタ光感知セルまたは前記透過率平均化光感知セルからの光電変換信号をさらに用いて、前記分光特性を算出する、項目１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【００８１】
［項目３］
所定の波長帯域の光のみ透過させる帯域透過フィルタをさらに備え、
前記信号処理回路は、前記帯域透過フィルタを介した撮像によって取得された前記Ｎ個の光電変換信号を用いて算出された撮像画像の分光特性を、前記第１から第Ｎの光学フィルタを除く撮像光学系の分光特性で除算することにより、前記撮像光学系の影響を除いた撮像画像の分光特性を算出する、項目１または２に記載のマルチスペクトルカメラ。
【００８２】
［項目４］
前記第１から第Ｎの光学フィルタのうち、第ｉ（ｉは１以上でＮ以下の整数）の光学フィルタは前記総ピーク数がｉ＋１であって、前記Ｎ種類の周期関数は、所定周波数の１倍からＮ倍までの整数倍の周波数のいずれかを有するＮ個の余弦関数ｃｏｓ（ｉＺ）である、項目１から３のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【００８３】
［項目５］
前記信号処理回路は、前記無フィルタ光感知セルまたは前記透過率平均化光感知セルの光電変換信号をＥ（０）、前記第ｉの光感知セルの光電変換信号をＥ（ｉ）として、
Ｅ（０）に第１の定数ｋ１を乗算した結果ａ（０）と、Ｅ（ｉ）に第２の定数ｋ２を乗算した結果からＥ（０）に第３の定数を乗算した結果を減算し、さらに第４の定数を除算した結果ａ（ｉ）に前記余弦関数ｃｏｓ（ｉＺ）を乗算したａ（ｉ）ｃｏｓ（ｉＺ）と、を用いて、
ａ（０）とａ（１）ｃｏｓ（Ｚ）〜ａ（Ｎ）ｃｏｓ（ＮＺ）の全てとを加算した結果に前記波長λの微小変化に対する前記変数Ｚの変化値を乗算することにより、前記撮像画像の前記分光特性を算出する、項目２に記載のマルチスペクトルカメラ。
【００８４】
［項目６］
前記信号処理回路は、前記第１から第Ｎの光感知セルからの光電変換信号に第５の定数を乗算することにより、前記第１から第Ｎの光感知セルからの光電変換信号を補正する、項目５に記載のマルチスペクトルカメラ。
【００８５】
［項目７］
各画素単位において、前記無フィルタ光感知セルまたは前記透過率平均化光感知セルを中心に、その周辺に前記第１から第Ｎの光感知セルが配置されている、項目２、５、または６のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【００８６】
［項目８］
前記信号処理回路は、前記画素単位ごとに信号処理を行うと共に、隣接する画素単位からの光電変換信号を利用して補間情報も生成する、項目７に記載のマルチスペクトルカメラ。
【００８７】
［項目９］
前記撮像素子は、前記画素単位ごとに配置された複数のマイクロレンズを有する、項目７または８に記載のマルチスペクトルカメラ。
【００８８】
［項目１０］
前記信号処理回路は、複数の色フィルタの分光特性を示すデータを用いて、算出した前記撮像画像の前記分光特性を示す関数と前記色フィルタの分光特性を示す関数とを積分演算することにより、カラー信号を算出する、項目１から９のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【００８９】
［項目１１］
Ｎ＋１個（Ｎは２以上の整数）の光学系を含む複眼光学系と、
所定の波長帯域において透過率のピークまたはアンダーピークを１つ以上有し、且つ前記ピークの数と前記アンダーピークの数とを合わせた総ピーク数が異なる第１から第Ｎの光学フィルタと、
前記第１から第Ｎの光学フィルタにそれぞれ対向する第１から第Ｎの光感知セル群を有し、各光感知セルは受光量に応じた光電変換信号を出力する、撮像素子と、
前記第１から第Ｎの光感知セルから出力された光電変換信号を処理する信号処理回路と、
を備え、
前記第１から第Ｎの光学フィルタの各々の透過率Ｙは、前記所定の波長帯域における波長λと関係付けられた変数Ｚの変化に対して周期的に変化し、
前記第１から第Ｎの光学フィルタは、前記複眼光学系における前記Ｎ＋１個の光学系のうちのＮ個の光学系にそれぞれ対向して配置され、
前記撮像素子は、さらに前記第１から第Ｎの光学フィルタのいずれもが対向して配置されていない無フィルタ光感知セル群、または前記第１から第Ｎの光学フィルタにおけるピークとアンダーピークの中間の透過率を有する光学フィルタが対向して配置された透過率平均化光感知セル群を有し、
前記信号処理回路は、前記第１から第Ｎの光感知セル群からのＮ種類の光電変換信号と、前記無フィルタ光感知セル群からの光電変換信号または前記透過率平均化光感知セル群からの光電変換信号と、独立変数を前記変数ＺとするＮ種類の周期関数と、前記波長λの微小変化に対する前記変数Ｚの変化値とを用いて、撮像画像の分光特性を算出する、
マルチスペクトルカメラ。
【００９０】
［項目１２］
所定の波長帯域の光のみ透過させる帯域透過フィルタをさらに備え、
前記信号処理回路は、前記帯域透過フィルタを介した撮像によって取得された前記Ｎ種類の光電変換信号を用いて算出された撮像画像の分光特性に対して、前記第１から第Ｎの光学フィルタの透過率のピークまたはアンダーピークが波長変化に対して減衰または増加する場合、前記減衰または増加を補正した撮像画像の分光特性を算出する、項目１１に記載のマルチスペクトルカメラ。
【００９１】
［項目１３］
所定の波長帯域の光のみ透過させる帯域透過フィルタをさらに備え、
前記信号処理回路は、前記帯域透過フィルタを介した撮像によって取得された前記Ｎ種類の光電変換信号を用いて算出された撮像画像の分光特性を、前記第１から第Ｎの光学フィルタを除く撮像光学系の分光特性で除算することにより、前記撮像光学系の影響を除いた撮像画像の分光特性を算出する、項目１１または１２に記載のマルチスペクトルカメラ。
【００９２】
［項目１４］
前記第１から第Ｎの光学フィルタのうち、第ｉ（ｉは１以上でＮ以下の整数）の光学フィルタは前記総ピーク数がｉ＋１であって、前記Ｎ種類の周期関数は、所定周波数の１倍からＮ倍までの整数倍の周波数のいずれかを有するＮ個の余弦関数ｃｏｓ（ｉＺ）である、項目１から３のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【００９３】
［項目１５］
前記信号処理回路は、前記無フィルタ光感知セルの光電変換信号をＥ（０）、前記第ｉの光感知セルの光電変換信号をＥ（ｉ）として、
Ｅ（０）に第１の定数ｋ１を乗算した結果ａ（０）と、Ｅ（ｉ）に第２の定数ｋ２を乗算した結果からＥ（０）に第３の定数を乗算した結果を減算し、さらに第４の定数を除算した結果ａ（ｉ）に前記余弦関数ｃｏｓ（ｉＺ）を乗算したａ（ｉ）ｃｏｓ（ｉＺ）と、を用いて、
ａ（０）とａ（１）ｃｏｓ（Ｚ）〜ａ（Ｎ）ｃｏｓ（ＮＺ）の全てとを加算した結果に前記波長λの微小変化に対する前記変数Ｚの変化値を乗算することにより、前記撮像画像の前記分光特性を算出する、項目１１または１２に記載のマルチスペクトルカメラ。
【００９４】
［項目１６］
前記信号処理回路は、前記第１から第Ｎの光感知セルからの光電変換信号に第５の定数を乗算することにより、前記第１から第Ｎの光感知セルからの光電変換信号を補正する、項目１５に記載のマルチスペクトルカメラ。
【００９５】
［項目１７］
前記信号処理回路は、前記複眼光学系における各光学系によって形成される画像の歪みを補正した上で、前記撮像画像の分光特性を算出する、項目１１から１６のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【００９６】
［項目１８］
前記複眼光学系は、複数の凸レンズを含む、項目１１から１７のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【００９７】
［項目１９］
前記複数の凸レンズは、偏心のある凸レンズを含む、項目１８に記載のマルチスペクトルカメラ。
【００９８】
［項目２０］
前記複眼光学系は、複数の凹レンズと、１つの凸レンズとを含む、項目１１から１７のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【００９９】
［項目２１］
前記複数の凹レンズは、偏心のある凹レンズを含む、項目２０に記載のマルチスペクトルカメラ。
【０１００】
［項目２２］
前記信号処理回路は、複数の色フィルタの分光特性を示すデータを用いて、算出した前記撮像画像の前記分光特性を示す関数と前記色フィルタの分光特性を示す関数とを積分演算することにより、カラー信号を算出する、項目１１から２１のいずれかに記載のマルチスペクトルカメラ。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明のマルチスペクトルカメラは、主に固体撮像素子を用いた固体カメラの全てに有効である。例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の民生用カメラや産業用の監視カメラ等に利用可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ  色フィルタ
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｚ  光感知セル
３  シリコン基板
１１  結像レンズ
１２  広帯域光学フィルタ
１３  撮像素子
１３ａ  撮像部（撮像面）
１４  信号発生／受信部
１５  画像処理部
１６  画像メモリー
１７  信号出力部
２０  （複眼）結像レンズ
２１  単眼白黒カメラ
２２  凹レンズアレイ
２３  結像レンズ
３１  シリコン酸化膜
【図１】
2016031922.tif 000018
【図２】
2016031922.tif 000019
【図３】
2016031922.tif 000020
【図４】
2016031922.tif 000021
【図５】
2016031922.tif 000022
【図６】
2016031922.tif 000023
【図７】
2016031922.tif 000024
【図８】
2016031922.tif 000025
【図９】
2016031922.tif 000026
【図１０】
2016031922.tif 000027
【図１１】
2016031922.tif 000028
【図１２】
2016031922.tif 000029
【図１３】
2016031922.tif 000030
【図１４】
2016031922.tif 000031
【図１５】
2016031922.tif 000032
【図１６】
2016031922.tif 000033
【図１７】
2016031922.tif 000034
【国際調査報告】
2016031922.tif 000035
2016031922.tif 000036
2016031922.tif 000037
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