(57)【要約】【課題】  撮像装置で使用されるＩＲ、ＵＶカットコートのカット波長は湿度に依存し、フィルタの特性が湿度によって変化するという問題がある。また、これを防止するために蒸着密度の高いコーティングを行うとコストが高くなるという問題がある。【解決手段】  本発明に係る撮像装置は、ＩＲ（赤外線）カットコートもしくはＵＶ（紫外線）カットコートの少なくともいずれか一方のコートを施したフィルタを有する撮像装置において、湿度センサと、前記湿度センサが出力する湿度情報によって、前記撮像装置が撮影した画像を補正する補正手段とを設けた。この結果、ローコストで、湿度が変化しても安定したホワイトバランスや色再現が得ることができる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＲ（赤外線）カットコートもしくはＵＶ（紫外線）カットコートの少なくとも一方のコートを施したフィルタを有する撮像装置において、
湿度センサと、
前記湿度センサが出力する湿度情報によって、前記撮像装置が撮影した画像を補正する補正手段と
を設けた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、
前記補正手段は、前記湿度センサが出力する湿度情報から、前記撮像装置の各色の感度比の補正係数を算出して、前記撮像装置が撮影した画像を補正すること
を特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記撮像装置の各色の感度比と湿度との関係を示すルックアップテーブルを記憶する記憶手段を設け、
前記補正手段は、前記湿度センサが出力する湿度情報を、前記記憶手段に記憶された前記ルックアップテーブルによって感度比に変換し、前記変換した感度比に基づいて補正係数を算出して、前記撮像装置が撮影した画像を補正すること
を特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記補正手段を、前記湿度センサが出力する湿度情報によって、前記撮像装置が撮影した画像のホワイトバランスを補正するホワイトバランス補正手段としたこと
を特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記補正手段を、前記湿度センサが出力する湿度情報によって、前記撮像装置が撮影した画像の色再現を補正すること色再現補正手段としたこと
を特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記湿度センサが出力する湿度情報は、湿度と相関のある容量、電流、電圧値、デジタル値のいずれかの計量可能な情報であること
を特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記湿度センサが出力する湿度情報の変化速度を可変する遅延手段を設け、
前記遅延手段の遅延時間が前記ＩＲまたはＵＶカットコートの湿度反応時間とほぼ同等になるようにしたこと
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、撮像装置のホワイトバランス、色再現の補正の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、撮像装置では撮影に不要なＩＲ（赤外線）やＵＶ（紫外線）をカットするために、レンズや撮像素子にＩＲやＵＶカットコートを施している。一方、ＩＲやＵＶカットコートは湿度依存性があるので、湿度によってフィルタの特性が変動するという問題がある。このような湿度依存性を抑制するために、コーティングの蒸着密度の高い蒸着法を用いることによって、蒸着膜への水分の混入を防止し、湿度変化が少なくなるようにしている。
【０００３】
ところが、蒸着基材が反るという問題があり、反りによる蒸着膜の剥がれや割れが生じる。この結果、歩留まりが悪くなり、コストアップの原因となっていた。
例えば、特許文献１には、ビデオカメラに使用されるホワイトバランス装置において、紫外線や赤外線の量によって光源を判別して、適切なホワイトバランスを保つ技術が記載されている。
【特許文献１】特開平１１−４６３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、コストを抑制するためには安価な蒸着密度の低い蒸着法を使用する必要があるが、一方でＩＲ、ＵＶカットコートのカット波長は湿度に依存し、フィルタの特性が湿度によって変化するという問題がある。一般に、高湿度の場合は長波長側に、低湿度の場合は短波長側に、それぞれシフトする性質があり、この結果、分光特性が変化し、安定したホワイトバランスや色再現が得られないという課題があった。
【０００５】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、ローコストで、湿度が変化しても安定したホワイトバランスや色再現が得られる撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るホワイトバランス装置は、ＩＲ（赤外線）カットコートもしくはＵＶ（紫外線）カットコートの少なくともいずれか一方のコートを施したフィルタを有する撮像装置において、湿度センサと、前記湿度センサが出力する湿度情報によって、前記撮像装置が撮影した画像を補正する補正手段とを設けたことを特徴とする。
特に、前記補正手段は、前記湿度センサが出力する湿度情報によって、前記撮像装置が撮影した画像のホワイトバランスを補正することを特徴とする。
【０００７】
或いは、前記補正手段は、前記湿度センサが出力する湿度情報によって、前記撮像装置が撮影した画像の色再現を補正することを特徴とする。
また、前記湿度センサが出力する湿度情報は、湿度と相関のある容量、電流、電圧値、デジタル値等の計量可能な情報であることを特徴とする。
特に、前記補正手段は、前記湿度センサが出力する湿度情報から、撮像装置の各色の感度比の補正係数を算出して、前記撮像装置が撮影した画像のホワイトバランスもしくは色再現パラメータを補正することを特徴とする。
【０００８】
また、前記撮像装置の各色の感度比と湿度との関係を示すルックアップテーブルを記憶する記憶手段を設け、前記補正手段は、前記湿度センサが出力する湿度情報を、前記記憶手段に記憶された前記ルックアップテーブルによって感度比に変換し、前記変換した感度比に基づいて補正係数を算出して、前記撮像装置が撮影した画像のホワイトバランスもしくは色再現パラメータを補正することを特徴とする。
【０００９】
さらに、前記湿度センサが出力する湿度情報の変化速度を可変する遅延手段を設け、前記遅延手段の遅延時間を前記ＩＲまたはＵＶカットコートの湿度反応時間としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蒸着密度の高い蒸着法を用いることなく、湿度変化に応じてホワイトバランス特性や色再現特性を補正するので、湿度が変化しても安定したホワイトバランスや色再現をローコストで実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明に係る撮像装置について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る撮像装置１０１の構成を示すブロック図である。撮像装置１０１において、被写体からの光は、レンズ１０２を介して入射され、ＩＲ（赤外線）カットコートおよびＵＶ（紫外線）カットコートを施したフィルタ１０３で、撮影に不要なＩＲ成分とＵＶ成分とが除去される。さらに、撮像素子１０５で有限画素にサンプリングされる際の折り返し歪みを防止するためにＯＬＰＦ（光学ローパスフィルタ）１０４を通して、被写体からの光が撮像素子１０５に結像され、電気信号に変換される。撮像素子１０５から読み出されるアナログの電気信号は、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）１０６でノイズ除去や増幅などが行われ、Ａ／Ｄ変換部１０７でデジタルの画像データに変換される。この画像データは、ＤＳＰ（デジタル信号処理部）１０８において、ホワイトバランス処理や色補正処理などの画像処理が行われる。また、ＤＳＰ１０８は、撮像装置１０１の湿度を検出する湿度センサ１１７が出力するアナログの湿度信号をＡ／Ｄ変換部１１８でデジタルデータに変換して入力する。
【００１２】
一方、撮像装置１０１全体は、予め設定されたプログラムに従って動作するＣＰＵ（中央演算処理部）１０９によってシステムバス１１０を介して制御され、ＤＳＰ１０８が処理した画像や撮像装置１０１の設定値などをメモリ１１１に記憶したり、メモリカードＩＦ（インターフェース）１１２に接続されたメモリカード１１３に記憶する。また、ＣＰＵ１０９は、操作パネル１１４の操作に応じて、撮像装置１０１の動作を制御する。さらに、ＣＰＵ１０９は、メモリ１１１やメモリカード１１３に記憶された画像を表示部１１５を介して液晶モニタ１１６に表示する。
【００１３】
次に、ＤＳＰ１０８によるホワイトバランス処理や色補正処理などの画像処理について説明する。図２は、画像処理エンジン２０１の構成を示したブロック図である。画像処理エンジン２０１の基本構成は、図１のＡ／Ｄ変換部１０７が出力する画像データをホワイトバランス演算部２０２でホワイトバランス処理を行った後、色再現処理部２０３で色補正などの処理を行ってシステムバス１１０に出力するようになっている。ホワイトバランス演算部２０２の処理は、色温度の異なる光源などを使用した場合でも白色を再現できるようにするための補正処理で、入力する画像からホワイトバランスゲインを求めてＲＧＢの感度比を補正する。色再現処理部２０３の処理は、ＲＧＢの色合いを補正するための処理で、補正後の色をＲ’Ｇ’Ｂ’とすると、例えば（式１）で表すことができる。（式１）において、ａからｉは色補正係数である。
【００１４】
【数１】
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本実施形態では、画像処理エンジン２０１に、線形変換部２０４と補正係数算出部２０５とを設けているのが特徴である。
一般的な湿度センサ１１７が、図３（ａ）の特性３２１に示すように、湿度変化とセンサの出力値とが非線形に変化する。このため、図１のＡ／Ｄ変換部１１８が出力する湿度データが、図３（ｂ）の特性３２２に示すように、湿度変化に応じて線形に変化するようにする必要がある。
【００１５】
線形変換部２０４は、メモリ１１１に予め記憶された湿度センサ１１７の補正値に従って、湿度センサ１１７の出力値を線形にするための線形変換を行う。例えば、Ａ／Ｄ変換部１１８の出力値をＹ１とした場合、線形変換後の値Ｙ２は（式２）で計算することができる。
Ｙ２＝ｋ・Ｙ１＾３＋ｍ・Ｙ１＾２＋Ｙ１＋ｎ    …（式２）
ここで、ｋ，ｍおよびｎは変換係数で、メモリ１１１に予め記憶しておく。尚、ここでは３次の多項式としたが、湿度センサの特性に合わせて、次数を変更してもよい。また、湿度センサ１１７が、湿度変化に正比例した値を出力するセンサの場合は、線形変換部２０４はなくても構わない。
【００１６】
補正係数算出部２０５は、レンズ１０２，フィルタ１０３，ＯＬＰＦ１０４および撮像素子１０５で構成される撮像系の湿度と感度比の関係を示すルックアップテーブルを使用して、ホワイトバランス演算部２０２で入力画像から既に求めているホワイトバランスゲインを補正する補正係数を算出する。尚、ルックアップテーブルは、例えば製造時に湿度毎のデータを計測して、予めメモリ１１１に記憶しておく。また、補正係数算出部２０５は、（式１）に示すような色補正係数（ａからｉ）を湿度によって可変する補正値をメモリ１１１に予め記憶しておき、色再現処理部２０３で使用する色補正係数を湿度に応じて可変する。
【００１７】
ここで、ＩＲおよびＵＶカットコートの分光特性例について、図４を用いて説明する。図４は、湿度が２０％，５０％および８０％の時のＩＲおよびＵＶカットコートの分光特性を比較したグラフである。長い点線で示した特性３０２が湿度２０％の場合、実線で示した特性３０３が湿度５０％の場合、短い点線で示した特性３０４が湿度８０％の場合のそれぞれの分光特性を示している。横軸が波長（ｎｍ）、縦軸が分光透過率（％）である。
【００１８】
図４において、湿度５０％のＩＲおよびＵＶカットコートの特性３０３が、およそ４００ｎｍから６５０ｎｍの波長帯域にあった場合に、湿度２０％の場合は約５ｎｍ程度、波長が短い方向にずれ、湿度８０％の場合は約５ｎｍ程度、波長が長い方向にずれる。
次に、図４のＩＲおよびＵＶカットコートの分光特性に撮像素子１０５の分光特性を重ねて描いたグラフを図５に示す。図５において、撮像素子１０５のＢ（青色）の分光特性は特性３０６，Ｇ（緑色）の分光特性は特性３０７，Ｒ（赤色）の分光特性は特性３０８で示している。ところが、Ｂの特性の波長４００ｎｍ付近は、湿度８０％の場合にＩＲおよびＵＶカットコートの分光特性３０４の帯域外に位置し、本来、撮影されるべき青色の一部がカットされてしまう。逆に、Ｒの特性の波長６５０ｎｍ付近は、湿度２０％の場合にＩＲおよびＵＶカットコートの分光特性３０２の帯域外に位置し、本来、撮影されるべき赤色の一部がカットされてしまう。尚、図４の湿度５０％の場合の分光特性３０３は、ＢおよびＲの分光特性と重なるため図５では描いていない。このように、湿度によってＩＲおよびＵＶカットコートの分光特性が変化すると、撮像素子１０５の分光特性とのずれが生じるので大きな問題となる。
【００１９】
次に、撮像素子１０５の感度比と湿度の関係について説明する。一般に感度比は、ＲＧＢの分光特性と被写体の分光特性との積で定まる。また、感度比は、Ｇを基準として、Ｒ／ＧあるいはＢ／Ｇで表す。図６は、撮像素子１０５の感度比と湿度の関係を描いたもので、感度比Ｒ／Ｇは特性３１１で、感度比Ｂ／Ｇは特性３１２で示している。尚、図６は、湿度５０％で規格化したもので、湿度５０％において、感度比Ｒ／Ｇの特性３１１と感度比Ｂ／Ｇの特性３１２とは交差し、その時の感度比は１．０となる。図６において、感度比Ｒ／Ｇおよび感度比Ｂ／Ｇは湿度によって変化し、感度比Ｒ／Ｇは湿度２０％の場合は約０．９だが、湿度が高くなるにつれて増加し、湿度８０％では感度比は約１．１になる。逆に、感度比Ｂ／Ｇは湿度２０％の場合は約１．１だが、湿度が高くなるにつれて減少し、湿度８０％では感度比は１以下になる。このように、湿度によって感度比が変動するので、ホワイトバランス処理を行う際に、湿度に応じた補正を行う必要がある。
【００２０】
次にホワイトバランス処理を行う図２のホワイトバランス演算部２０２で使用するホワイトバランスゲインの補正係数の算出方法について説明する。図７は、湿度と感度比の補正係数の特性を示すグラフで、横軸は（式２）による線形変換を行ったあとの湿度データＹ２、縦軸は感度比の補正係数を示す。図６の感度比Ｂ／Ｇの特性３１２に対する補正係数ＢRHは特性３１６で、感度比Ｒ／Ｇの特性３１１に対する補正係数ＲRHは特性３１７である。補正係数ＢRHの特性３１６は、感度比Ｂ／Ｇの特性３１２とは逆形状の特性になっている。同様に、補正係数ＲRHの特性３１７は、感度比Ｒ／Ｇの特性３１１とは逆形状の特性になっている。
【００２１】
次に、色温度が５１００Ｋの時の具体的な補正例について図８を用いて説明する。図８（ａ）は、ＢのＷＢゲインの特性３２３と、ＲのＷＢゲインの特性３２４との湿度による変化を描いたもので、横軸は湿度、縦軸はホワイトバランス（ＷＢ）ゲインを示している。これらの特性と図７の補正係数特性とを掛け合わせると、図８（ｂ）に示すように、感度比の特性３２８は、湿度によらず一定の値（１．５）に補正される。
【００２２】
このように、本実施形態の撮像素子１０１は、メモリ１１１に使用しているＩＲおよびＵＶカットコートの感度比に対する湿度変化データを予め記憶しておき、補正係数算出部２０５でメモリに格納されている感度比に対する湿度変化データの逆数を演算して、それを線形変換された湿度データと照合してホワイトバランスゲインの補正値を算出するので、湿度変化に応じてホワイトバランスゲインが補正され、従来のように、湿度によってホワイトバランスが異なることがなく、常に、安定したホワイトバランスで撮影することができる。尚、本実施形態では、図２のホワイトバランス演算部２０２のホワイトバランス処理について説明したが、同様に、湿度に応じた色再現パラメータをメモリに格納し、色再現処理部２０３の（式１）の色補正係数（ａからｉ）を湿度に応じて補正するようにすれば、湿度が変化しても安定した色再現を得ることが可能になる。
【００２３】
（第２の実施形態）
本発明の２の実施形態に係る撮像装置１０１は、図１に示す第１の実施形態の撮像装置１０１と同じ構成である。第１の実施形態と異なるのは画像処理エンジンの構成で、本実施形態の画像処理エンジン４０１の構成を図９に示す。画像処理エンジン４０１は、ホワイトバランス演算部２０２と補正係数算出部２０４との間にＬＰＦ（ローパスフィルタ）４０２が入っていること以外は、第１の実施形態の図２の画像処理エンジン２０１と同じ構成で、同じように処理する。
【００２４】
次に、ＬＰＦ４０２の構成について、図１０を用いて説明する。図１０において、ＬＰＦ４０２は、遅延素子５０１，５０２および５０３と、各遅延素子の出力に係数１，係数２および係数３をそれぞれ加算する乗算器５０４，５０５および５０６と、乗算器５０４，５０５および５０６の各出力と遅延素子５０３の出力とを加算する加算器５０７とで構成されるＦＩＲデジタルフィルタである。尚、係数１，係数２および係数３は、ＬＰＦ４０２の応答特性によって設計されるが、設計に関する説明は一般的な技術なので省略する。
【００２５】
ここで、湿度センサ１１７の湿度変化に対する応答特性と、ＩＲおよびＵＶカットコートの湿度変化に対する応答特性とについて、図１１を用いて説明する。図１１は、横軸が時間、左側の縦軸は感度比、右側の縦軸はＷＢ補正係数の出力を示している。また、実線で示した特性３２９は、ＷＢ補正係数の時間変化を表したもので、湿度センサ１１７の応答特性によって変化している。例えば、湿度センサ１１７の湿度変化に対する応答時間が３０秒で、ＩＲおよびＵＶカットコートの湿度変化に対する感度比特性の応答時間が６０秒であるとして、時刻Ｔ１において湿度が５０％から８０％に変化した場合について説明する。時刻Ｔ１より前は湿度が５０％で一定であり、その時のＷＢ補正係数を示す特性３２９は１．００、ＩＲおよびＵＶカットコートの感度比を示す特性３３０は１．５でそれぞれ安定している。今、時刻Ｔ１で湿度が５０％から８０％に変化すると、湿度センサ１１７の湿度変化に対する応答時間は３０秒なので、３０秒後の時刻Ｔ２で湿度センサ１１７の出力が安定し、同時に、ＷＢ補正係数を示す特性３２９は湿度８０％の時の補正値の０．９１となる。一方、ＩＲおよびＵＶカットコートの湿度変化に対する感度比特性の応答時間は６０秒なので、６０秒後の時刻Ｔ３でＩＲおよびＵＶカットコートの感度比を示す特性３３０は安定し、湿度８０％の時の感度比の１．６５となる。
【００２６】
このように、湿度センサ１１７の湿度変化に対する応答特性と、ＩＲおよびＵＶカットコートの湿度変化に対する応答特性とが異なるため、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３の過渡状態では、正確なホワイトバランスの補正処理が行われなくなり、撮影画像のホワイトバランスが変化してしまう。
ところが、本実施形態の撮像装置１０１は、図９に示した画像処理エンジン４０１において、補正係数算出部２０５が算出したホワイトバランスゲインの補正係数をホワイトバランス演算部２０２に出力する際にＬＰＦ４０２を通すことによって、図１１の特性３２９の時刻Ｔ１から時刻Ｔ３の部分において応答が遅くなり、点線で示した特性３３１のように時刻Ｔ１から時刻Ｔ３にかけて変化するようになる。この結果、ＩＲおよびＵＶカットコートの感度比を示す特性３３０と同等の応答特性になり、ＩＲおよびＵＶカットコートの感度比の湿度に対する応答特性に合った正確なホワイトバランス補正を実現することができる。
【００２７】
尚、各実施形態においては、図１２（ａ）に示したように、入力した画像を解析（ステップＳ６０２）してＷＢゲインの算出（ステップＳ６０３）後、湿度補正処理（ステップＳ６０４）を行い、ＷＢ処理（ステップＳ６０５）するように構成したが、図１２（ｂ）に示したように、入力した画像に先ず湿度補正処理（ステップＳ６０２ｂ）を行い、湿度補正した画像を解析（ステップＳ６０３ｂ）してＷＢゲインを算出（ステップＳ６０４ｂ）し、ＷＢ処理（ステップＳ６０５）するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施形態に係る撮像装置のブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る撮像装置の画像処理部のブロック図である。
【図３】湿度センサの出力特性を説明するための説明図である。
【図４】ＩＲ，ＵＶカットコートの分光特性例を示す説明図である。
【図５】撮像素子の特性とＩＲ，ＵＶカットコートの特性を組み合わせた場合の分光特性例を示す説明図である。
【図６】湿度と感度比の関係を示す説明図である。
【図７】補正係数算出結果の特性例を示す説明図である。
【図８】色温度が５１００Ｋの場合の補正例を示す説明図である。
【図９】第２の実施形態に係る撮像装置の画像処理部のブロック図である。
【図１０】第２の実施形態に係る撮像装置のＬＰＦのブロック図である。
【図１１】湿度センサの応答特性とＩＲ，ＵＶカットコートの湿度応答特性の関係を示す説明図である。
【図１２】ホワイトバランス補正処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１０１・・・撮像装置          １０２・・・レンズ
１０３・・・フィルタ（ＩＲ，ＵＶカットコート）
１０４・・・ＯＬＰＦ          １０５・・・撮像素子
１０６・・・ＡＦＥ            １０７，１１８・・・Ａ／Ｄ変換部
１０８・・・ＤＳＰ            １０９・・・ＣＰＵ
１１１・・・メモリ            １１７・・・湿度センサ
２０１・・・画像処理エンジン  ２０２・・・ホワイトバランス演算部
２０３・・・色再現処理部      ２０４・・・線形変換部
２０５・・・補正係数算出部    ４０２・・・ＬＰＦ                                                                               
【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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