(57)【要約】【課題】様々な環境下でも被写体の本来の色を忠実に再現する。【解決手段】被写体の３原色からなる可視領域のみの分光画像を取得する第１光学系２と、被写体の近赤外領域のみの分光画像を取得する第２光学系３と、分光画像取得時における被写体とは異なる方向からの入射光強さを取得する第３光学系４と、第１及び第２光学系２，３で取得した各分光画像の画素値を第３光学系で取得する前記波長に対応する画素値で除算して相対分光反射率画像に変換する画像変換手段６とを設けた。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の特定波長領域の分光画像を取得する分光画像取得手段を設け、分光画像取得時における被写体を照射する光源の入射光強さと分光特性を取得する入射光強さ取得手段を設け、分光画像取得手段で取得した特定波長領域の分光画像を入射光強さ取得手段で取得した前記分光画像に対応する特定波長領域の入射光強さで除して相対分光反射率画像に変換する画像変換手段を設けた分光画像撮影装置。
【請求項２】
分光画像取得手段が取得する特定波長領域が可視領域である請求項１記載の分光画像撮影装置。
【請求項３】
分光画像取得手段が取得する特定波長領域が近赤外領域である請求項１記載の分光画像撮影装置。
【請求項４】
分光画像取得手段が取得する特定波長領域が可視領域と近赤外領域である請求項１記載の分光画像撮影装置。
【請求項５】
入射光強さ取得手段が、入射光を光拡散板で拡散してピン孔を透過させ、同透過した光を所定のフィルタで特定波長領域の光に分光するようにしたものである請求項１〜４いずれか記載の分光画像撮影装置。
【請求項６】
分光画像取得手段のレンズを水平に配置して前方の被写体を撮影できるようにし、入射光強さ取得手段のピン孔を前記分光画像取得手段のレンズと異なる向きに配置して被写体とは異なる別方向から入射光を受光できるようにした請求項１〜５いずれか記載の分光画像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、様々な環境下でも被写体の本来の色を忠実に再現できる撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の撮影装置は、被写体からの撮影光（可視光）をカラーフィルタを備えた光学系で赤・緑・青の３原色の光成分に分光し、ＣＣＤ等のイメージセンサで３原色の被写体像を撮影して３原色の撮影信号を取得し、同３原色撮影信号に必要に応じて補正処理を施して画像に変換している。また、近赤外領域に感度を有するイメージセンサを利用して近赤外領域の画像を得ることも可能である。
【０００３】
ところで、撮影時の入射光は環境や状況に応じて様々に変化する。前記のような撮影装置では被写体の色情報が３色（又は近赤外も含む）に依存するから、同じ被写体を異なる環境下で撮影すると入射光の強弱や分光特性の変化に応じて色情報が変化し、被写体の本来の色を忠実に再現できなかった。
【０００４】
そこで、前記のような問題点を解決するために、分光された各分光画像を撮影光とは別の光源の分光特性でもって分光反射率をそれぞれ測定することで、撮影光に依存しない正確な色情報を有する画像を取得できるようにする技術が開示されている（例えば特許文献１，２，３参照）
【０００５】
しかしながら、これらの技術は装置本体に光源を内蔵したものや、既知の光源の分光特性分布を記憶したデータベースを予め備えているものであるから、撮影装置が大型複雑化する問題があった。また、特許文献１の装置は撮影時に透過波長可変フィルタで複数種の波長を選択操作するから、取得すべき複数の波長領域分撮影操作を繰り返す必要があって操作が煩雑で時間を要し、しかも制止画像に限定されてしまう問題もあった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１１１２４０号公報
【特許文献２】
特開２００１−１１９５５６号公報
【特許文献３】
特開２００２−３４５７６０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、様々な環境下でも被写体の本来の色を忠実に再現でき、しかも一回の操作で複数の波長領域の分光画像を同時に取得できる小型低コストで簡便な分光画像撮影装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）  被写体の特定波長領域の分光画像を取得する分光画像取得手段を設け、分光画像取得時における被写体を照射する光源の入射光強さと分光特性を取得する入射光強さ取得手段を設け、分光画像取得手段で取得した特定波長領域の分光画像を入射光強さ取得手段で取得した前記分光画像に対応する特定波長領域の入射光強さで除して相対分光反射率画像に変換する画像変換手段を設けた分光画像撮影装置
２）  分光画像取得手段が取得する特定波長領域が可視領域である前記１）記載の分光画像撮影装置
３）  分光画像取得手段が取得する特定波長領域が近赤外領域である前記１）記載の分光画像撮影装置
４）  分光画像取得手段が取得する特定波長領域が可視領域と近赤外領域である前記１）記載の分光画像撮影装置
５）  入射光強さ取得手段が、入射光を光拡散板で拡散してピン孔を透過させ、同透過した光を所定のフィルタで特定波長領域の光に分光するようにしたものである前記１）〜４）いずれか記載の分光画像撮影装置
６）  分光画像取得手段のレンズを水平に配置して前方の被写体を撮影できるようにし、入射光強さ取得手段のピン孔を前記分光画像取得手段のレンズと異なる向きに配置して被写体とは異なる別方向から入射光を受光できるようにした前記１）〜５）いずれか記載の分光画像撮影装置
にある。
【０００９】
【作用】
本発明によれば、被写体からの撮影光の他、被写体とは異なる他方向からの入射光を別途取り入れ、その入射光の分光特性（可視光部分の３原色及び近赤外部分）の画素値を用いて相対反射率を求めて画像に変換することで、異なる撮影環境下による撮影光の強弱に依存されない本来の色情報を有する画像が取得される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の分光画像取得手段は、可視領域のみの３原色からなる分光画像を取得するもの、又は近赤外領域のみの分光画像を取得するもの、あるいは可視領域のみの３原色からなる分光画像と近赤外領域のみの分光画像の双方を取得するものが可能である。異なる波長領域の分光画像を取得するものは、複数の光学系を並設して一回の撮影操作で同時に取得できるようにするのが望ましい。
【００１１】
入射光強さ取得手段としては、入射光を光拡散板で拡散してピン孔を通過させ、同透過した光を所定のフィルタ（単体又は組み合わせ）で特定波長領域の光に分光するようにしたものが、入射光の方向に影響されずに均一に光を取り入れることができる。また、分光画像取得手段のレンズを水平に配置して前方の被写体を撮影できるようにし、入射光強さ取得手段のピン孔を前記分光画像取得手段のレンズとは異なる向き（例えば太陽光を受光できるような垂直の向き）に配置して被写体とは異なる別方向から入射光を受光できるようにしたものが、撮影光に依存しない他方向からの入射光を確実に取り入れることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。図１は実施例の分光画像撮影装置の斜視図、図２は実施例の各光学系の構成を示す概念図、図３は実施例の処理の流れを示すフロー、図４は実施例のカラーフィルタのレイアウト図、図５は実施例のイメージセンサの分光感度特性を示すグラフ、図６は実施例の分光画像撮影装置を用いた撮影を示す概念図である。
【００１３】
図中、１は分光画像撮影装置、２は第１光学系、２ａは近赤外線遮断フィルタ、２ｂはレンズ、２ｃはカラーフィルタ、２ｄはイメージセンサ、２ｅは可視画像取得処理部、３は第２光学系、３ａは可視光線遮断フィルタ、３ｂはレンズ、３ｃはカラーフィルタ、３ｄはイメージセンサ、３ｅは近赤外画像取得処理部、４は第３光学系、４ａはディフューザ、４ｂはピンホール、４ｃは複合フィルタ、４ｄはカラーフィルタ、４ｅはイメージセンサ、４ｆは太陽光の分光特性取得処理部、５はシャッタボタン、６は画像変換処理部、７はモニター、８は記録装置、Ａは被写体、Ｓは太陽である。
【００１４】
本実施例の分光画像撮影装置１は、図１に示すように装置前面に前方の被写体を撮影する第１光学系２と第２光学系３を水平に左右配置し、装置上面に上方の太陽光を受光する第３光学系４を垂直に配置している。５はシャッタボタンである。
【００１５】
図２に示すように、第１光学系２は近赤外線を遮断し可視光線を透過する近赤外線遮断フィルタ２ａとレンズ２ｂと図４に示すレイアウトを有するカラーフィルタ２ｃと図５に示す感度特性を有するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  ＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）からなるイメージセンサ２ｄとで構成されている。第２光学系３は、可視光線を遮断し近赤外線を透過する可視光線遮断フィルタ３ａとレンズ３ｂと図４に示すレイアウトを有するカラーフィルタ３ｃと図５に示す感度特性を有するＣＣＤからなるイメージセンサ３ｄとで構成されている。
【００１６】
第３光学系４は、入射光を拡散させるディフューザ４ａ（光拡散板）とピンホール４ｂと前記近赤外線遮断フィルタ２ａ及び可視光線遮断フィルタ３ａとを組み合わせて構成した複合フィルタ４ｃとカラーフィルタ４ｄとＣＣＤからなるイメージセンサ４ｅとで構成し、各光学系２，３，４に可視画像取得処理部２ｅと近赤外画像取得処理部３ｄと太陽光の分光特性取得処理部４ｆとをそれぞれ設け、同各処理部２ｅ，３ｅ，４ｆで取得した各画素値でもって分光画像から相対分光反射率画像に変換する画像変換処理部６を設けている。
【００１７】
本実施例では、図６に太陽Ｓの光線下で被写体Ａ（樹木）を撮影する例を示している。シャッタボタン５を操作すると、太陽光で反射された被写体Ａの撮影光は第１及び第２光学系２，３の近赤外線遮断フィルタ２ａと可視光線遮断フィルタ３ａによりそれぞれ独立した可視光線と近赤外線が各レンズ２ｂ，３ｂで集光され、集光された第１光学系２の撮影光はカラーフィルタ２ｃで赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の３原色に出力されてイメージセンサ２ｄ上に結像するとともに、第２光学系３の集光された撮影光はカラーフィルタ３ｃの影響を含み、イメージセンサ３ｄ上に結像する。
【００１８】
並行して第３光学系４では、上方から入射した太陽光がディフューザ４ａで均一に拡散され、その拡散光がピンホール４ｂを通過して複合フィルタ４ｃ及びカラーフィルタ４ｄで３原色の可視光線及び近赤外線にそれぞれ分光されてイメージセンサ４ｅに取り込まれる。
【００１９】
各光学系のイメージセンサ２ｄ，３ｄ，４ｅで取り込まれた信号は可視画像取得処理部２ｅと近赤外画像取得処理部３ｅと分光特性取得処理部４ｆとにそれぞれ取得処理されて画像変換処理部６へ送られる。
【００２０】
画像変換処理部６では、送られた各画素値について次式で計算を行い、３原色及び近赤外の各相対反射率がそれぞれ求められる。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
ここで、Ｉ１Ｒ，Ｉ１Ｇ，Ｉ１Ｂ，Ｉ２，Ｉ３Ｒ，Ｉ３Ｇ，Ｉ３Ｂ，Ｉ３ＮＩＲは、
Ｉ１Ｒ：第１光学系の赤色画素値
Ｉ１Ｇ：第１光学系の緑色画素値
Ｉ１Ｂ：第１光学系の青色画素値
Ｉ２：第２光学系の画素値
Ｉ３Ｒ：第３光学系の可視光部分の赤色画素の代表値
Ｉ３Ｇ：第３光学系の可視光部分の緑色画素の代表値
Ｉ３Ｂ：第３光学系の可視光部分の青色画素の代表値
Ｉ３ＮＩＲ：第３光学系の近赤外部分の画素の代表値
を示している。また、ｋＶＩＳ，ｋＮＩＲは各光学系の特性やイメージセンサの感度特性から決定される装置定数で、定数ｋによりｋＮＩＲ＝ｋｋＶＩＳのように置き換えることも可能である。
【００２３】
このようにして得られた各相対反射率ｒｅｆＲ，ｒｅｆＧ，ｒｅｆＢ，ｒｅｆＮＩＲでもって被写体像が形成され、記録装置８へ記録したりモニター７に表示されることとなる。
【００２４】
本実施例はこのように構成したから、被写体からの撮影光の他、被写体とは異なる他方向からの入射光を別途取り入れ、その入射光の分光特性（可視光部分の３原色及び近赤外部分）の画素値を用いて相対反射率を求めて画像に変換したことで、異なる撮影環境下による撮影光の強弱や分光特性に依存されない本来の色情報を有する画像を取得できた。
【００２５】
しかも、装置内部に光源や分光特性分布を記憶したデータベースを設ける必要がないなら、装置を小型化，軽量化，低コスト化を同時に図ることができた。さらに、複数の波長領域の分光画像を取得するためにそれぞれ専用の光学系を並設したから、一回の操作で同時に分光画像を取得できて被写体又は撮影位置が動いても何ら問題なく撮影が簡便且つ短時間に行え、制止画像に限定されない様々な用途に応用可能な使い易い撮影装置となった。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば様々な環境下でも被写体の本来の色を忠実に再現し、しかも一回の操作で複数の波長領域の分光画像を同時に取得し得る小型低コストで簡便な分光画像撮影装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の分光画像撮影装置の斜視図である。
【図２】実施例の分光画像撮影装置の概念図である。
【図３】実施例の処理の流れを示すフローである。
【図４】実施例のカラーフィルタのレイアウト図である。
【図５】実施例の入射光の分光特性を示すグラフである。
【図６】実施例の分光画像撮影装置を用いた撮影を示す概念図である。
【符号の説明】
１  分光画像撮影装置
２  第１光学系
２ａ  近赤外線遮断フィルタ
２ｂ  レンズ
２ｃ  カラーフィルタ
２ｄ  イメージセンサ
２ｅ  可視画像取得処理部
３  第２光学系
３ａ  可視光線遮断フィルタ
３ｂ  レンズ
３ｃ  カラーフィルタ
３ｄ  イメージセンサ
３ｅ  近赤外画像取得処理部
４  第３光学系
４ａ  ディフューザ
４ｂ  ピンホール
４ｃ  複合フィルタ
４ｄ  カラーフィルタ
４ｅ  イメージセンサ
４ｆ  分光特性取得処理部
５  シャッタボタン
６  画像変換処理部
７  モニター
８  記録装置
Ａ  被写体
Ｓ  太陽
【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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