(57)【要約】【課題】画像品質の低下を抑制しつつ、レンズ構成をより簡単化できる撮像装置を提供すること。【解決手段】物体側レンズから絞り部２１までのレンズを凸レンズ（正レンズ）を用いずに凹レンズ（負レンズ）１１、１２のみにより構成し、絞り部２１から撮像素子３１までのレンズを正レンズ１５、１６のみで構成し、撮像素子３１をＧの焦点位置に配置し、画像処理部によって辞書データを用いてＲＧＢ信号を得るようにしたことにより、画像品質の低下を抑制しつつ、レンズ構成を簡単化できる撮像装置を実現できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光を光電変換する撮像素子部と、前記撮像素子部により得られた画像信号を画像処理する画像処理部と、を有する撮像装置であって、
前記撮像光学系は、
絞り部と３枚以上のレンズとを有し、物体側レンズから前記絞り部までのレンズが正レンズ又は負レンズのみで構成されているとともに、前記絞り部から前記撮像素子までのレンズが正レンズのみで構成され、
前記撮像素子部は、
前記撮像光学系を通過した光のうち、ＲＧＢ方式のＧの焦点位置に配置され、
前記画像処理部は、
前記撮像素子部により得られたＧ信号に基づいてＲ信号及びＢ信号を生成する、
撮像装置。
【請求項２】
前記画像処理部は、
辞書データを有し、当該辞書データを用いて、前記Ｇ信号に基づいて前記Ｒ信号及び前記Ｂ信号を生成し、或いはＹ信号に基づいてＵ信号及びＶ信号を生成する、
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記画像処理部は、
前記Ｇ信号と前記辞書データとを用いて前記Ｒ信号及び前記Ｂ信号についての着色処理を行い、或いは前記Ｙ信号と前記辞書データとを用いて前記Ｕ信号及び前記Ｖ信号についての着色処理を行う、
請求項２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮像光学系と、撮像光学系から出射された光を光電変換する撮像素子と、撮像素子により得られた画像信号を画像処理する画像処理部と、を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置では、一般に、撮像レンズを通して形成された光学像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子で受光することでカラー画像を得るようになっている。
【０００３】
ここで、例えばデジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯端末機、情報端末機（ＰＤＡ：Personal Digital Assistance）、スマートフォン、携帯型ゲーム機、車載カメラ等の小型の機器においては、撮像光学系も小型であることが求められる。
【０００４】
特許文献１には、色収差等の光学性能が良好であり、光学全長が短い、４枚構成の撮像レンズが開示されている。特許文献１の４枚構成の撮像レンズは、物体側から順に、物体側のレンズ面が近軸領域で凸面をなす正のパワーを有する第１レンズと、負のパワーを有する第２レンズと、物体側のレンズ面が近軸領域で凹面をなす正のパワーを有する第３レンズと、負のパワーを有し像側のレンズ面における周辺部が正のパワーを有するように構成された第４レンズと、によって構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１８２１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示の一態様は、画像品質の低下を抑制しつつ、レンズ構成をより簡単化できる撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る撮像装置は、
撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光を光電変換する撮像素子部と、前記撮像素子部により得られた画像信号を画像処理する画像処理部と、を有する撮像装置であって、
前記撮像光学系は、
絞り部と３枚以上のレンズとを有し、物体側レンズから前記絞り部までのレンズが正レンズ又は負レンズのみで構成されているとともに、前記絞り部から前記撮像素子までのレンズが正レンズのみで構成され、
前記撮像素子部は、
前記撮像光学系を通過した光のうち、ＲＧＢ方式のＧの焦点位置に配置され、
前記画像処理部は、
前記撮像素子部により得られたＧ信号に基づいてＲ信号及びＢ信号を生成する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の一態様によれば、画像品質の低下を抑制しつつ、レンズ構成をより簡単化できる。
【０００９】
本開示の一態様における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び／又は効果は、いくつかの実施形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つ又はそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】魚眼レンズを用いた従来の撮像装置の構成例を示す図
【図２】実施の形態に係る撮像装置の全体構成を示す概略図
【図３】実施の形態の撮像光学系の構成例を示す図
【図４】図４Ａは撮像光学系から出射したＢ、Ｇ、Ｒそれぞれの光の光路図を示す図であり、図４Ｂは撮像素子の位置におけるＢ、Ｇ、Ｒそれぞれの光の広がりを示す図
【図５】Ｂ、Ｇ、Ｒそれぞれの光についての距離と強度との関係を示す図
【図６】撮像光学系の他の構成例を示す図
【図７】画像処理部でのＲＧＢ映像信号生成処理の説明に供する図
【図８】画像処理部でのＹＵＶ映像信号生成処理の説明に供する図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜本開示に至った経緯＞
実施の形態を説明する前に、本開示に至った経緯について説明する。
【００１２】
図１は、魚眼レンズを用いた従来の撮像装置の構成例を示す。魚眼レンズを用いた撮像装置１０は、例えば車載用カメラ等でよく用いられている。
【００１３】
撮像装置１０は、レンズ群１１〜１６と、絞り部２１と、撮像素子３１と、を有する。絞り部２１は光束を制限する。撮像素子３１は光を電気信号に変換する。
【００１４】
また、撮像装置１０はフィルター４１、４２を有する。フィルター４１は、高周波成分を除去するフィルターであり、撮像素子３１のセル配列による規則的画質劣化として知られているモアレを除去するために設けられている。フィルター４２は可視光だけを選択的に透過するためのフィルターである。
【００１５】
ここで、絞り部２１よりも物体側に配列したレンズ群１１〜１３では、まずレンズ１１に光が入射する。魚眼レンズの場合、レンズ１１への入射画角θｉｎはθｉｎ＞９０°である。この入射画角θｉｎの光がレンズ群１１〜１３を透過することにより画角θｏｕｔ（θｏｕｔ＜９０°）に変換された後に、絞り部２１に入射される。実際には、０＜θｏｕｔ＜３０°であることが多い。このようにレンズ群１１〜１３は、魚眼レンズの広角の画角θｉｎを９０°よりも小さい画角θｏｕｔに狭めて絞り部２１に入射させる画角変換機能を有する。
【００１６】
つまり、レンズ群１１〜１３の合成焦点距離は負であり、レンズ群１１〜１３にはいわゆる凹レンズの機能がある。このときに注意しなければならないことは、レンズ群１１〜１３が機能する光の波長帯域である。可視光として３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの帯域が知られており、フィルター４２はこの帯域を選択的に透過するようになっている。しかし、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの約４００ｎｍの帯域を凹レンズ１枚で画角変換しようとすると、波長による屈折率の変化から画角を変換する機能にばらつきが発生する。そこで、図１に示したような従来構成では、複数のレンズによって画角を変換している。ただし、レンズ１１、１２は負レンズであるため、可視光を画角変換すると波長により画角の誤差が発生することになる。このままだと誤差を持った状態となるので画質が悪くなる。そのため、正レンズであるレンズ１３によって逆方向に光を屈折させることにより、波長による焦点距離誤差を小さくしている。
【００１７】
このことから、レンズ１３は可視光の帯域内での波長による焦点距離誤差を解消する目的で設けられたものであり、例えば緑色（Ｇ：５５０ｎｍ）だけで考えれば波長による焦点距離誤差が発生しないので、レンズ１３を設ける必要性がなくなる。本開示の着目点の一つはこの点にある。
【００１８】
次に、絞り部２１から撮像素子３１までを考えてみる。
【００１９】
レンズ群１４〜１６は、可視光３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの帯域の光を撮像素子３１に結像させる機能を有し、合成焦点距離は正であり、凸レンズと等価である。凸レンズは、波長に帯域があると、凹レンズと同様に焦点距離に誤差を生じさせる。そのため、凸レンズであるレンズ１５、１６だけでは焦点距離誤差を生じさせてしまうため、凹レンズ１４を追加することで焦点距離の誤差を解消している。ここでも緑色（Ｇ：５５０ｎｍ）だけで考えれば波長による焦点距離誤差が発生しないので、レンズ１４を設ける必要性がなくなる。
【００２０】
このように、本開示の発明者は、従来構成では、波長の帯域に起因する焦点距離誤差を打ち消すためにレンズ１３、１４が設けられているが、逆に単一の波長に限定すれば、レンズ１３、１４のような焦点距離誤差を打ち消すためのレンズが不要となり、小型化が可能になると考え、本開示に至った。
【００２１】
ただし、単一波長にしてしまうと、単一波長だけの情報量が少ない映像となり、場合によっては映像としての意味を成さないことがある。例えば信号機の場合がそうである。
【００２２】
そこで、本実施の形態においては、単一波長だけで高周波までの映像を作成できる緑色（Ｇ：５５０ｎｍ）等の波長を撮像できるようなレンズ構成とし、他の波長（Ｒ：６５５ｎｍ、やＢ：４８６ｎｍ）の映像は画像処理によって作成する。
【００２３】
つまり、焦点距離誤差を打ち消すためのレンズ１３、１４を省略すると、緑色（Ｇ：５５０ｎｍ）以外の他の波長（Ｒ：６５５ｎｍ、やＢ：４８６ｎｍ）は、ピンボケや像倍率が大小することにより低周波での映像しか作成できなくなる。従来は、このようなピンボケや像倍率の大小は補正できなかったり、補正できたとしても十分に補正することができなかった。これは、望遠広角等のレンズ画角、撮影距離、絞り開口変化等に応じて誤差発生量が異なるため、あらゆる条件に対してピンボケや像倍率の大小を補正することが難しいからである。
【００２４】
ところが、画角、絞り開口及び撮影距離（センサ位置）を一定にすることで、ピンボケや像倍率の大小がどの程度発生するかは光学設計から既知の数値となる。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、先ず、焦点距離誤差が無いＧの信号による映像の特徴を抽出する。例えばエッジを利用して輪郭を抽出する。同様に、焦点距離誤差があるＢやＲにおいても映像の特徴を抽出する。
【００２６】
次に、特徴を抽出した映像に対して、比較演算処理を行うことで特徴の補完を行う。具体的には、抽出したＧの特徴に対して付加すべき特徴があるのか無いのかを判断し、付加すべきであると判断した特徴を付加する。このとき、あらかじめ学習済の辞書データを用い、辞書データと、抽出した特徴映像とを比較し、辞書データの中に同様の映像があった場合には、その映像を参照することにより、特徴映像を補完するとよい。
【００２７】
さらに、中間色を補完する。具体的には、Ｇの特徴抽出した箇所に対して中間色であればどの程度ＲもしくはＢの色を加えればよいかを判断し、ＢやＲの特徴抽出データがＧの特徴抽出データの存在しない箇所にあれば、Ｇの解像度と同様の特性を持たせた特徴抽出データを映像を出力する。
【００２８】
このような処理は、例えば車載用カメラのように撮影映像が限定されている場合に有効である。例えば、車載用カメラであれば、辞書データに標識の画像を格納しておくことで、どのような色が必要か分かり、特徴抽出Ｇ信号に基づいてＢ及びＲを補完できる。また、車載用カメラの用途を考えた場合、車線は白色か黄色であるとした学習データがあれば、他の色を考慮する必要はない。また、青色の案内板があったとしても、青色の色再現性（色の正確さ）は求められることはなく、記載されている白色の文字が判読できればよい。白色の画像は高周波であるＧ信号の特徴を抽出することで再現可能である。案内板であれば、文字が白色である可能性が極めて高いので、その文字を白色にすることは容易である。
【００２９】
このように、Ｇ信号の特徴抽出による映像作成を基本として、Ｒ及びＢの映像を作成することにより、車載カメラとしての機能を満足しつつ、小型軽量なレンズ構成を実現できる。
【００３０】
また、上述の説明では、映像信号をＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を例にとったが、Ｇ信号をＹ信号、Ｒ信号をＵ信号、Ｂ信号をＶ信号とした画像処理を行うようにしてもよい。このような画像処理を行うことにより、上述の例と同様に画像品質の低下を抑制しつつ、レンズ構成を簡単化できる撮像装置を実現できる。
【００３１】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
＜全体構成＞
図２は、実施の形態に係る撮像装置１００の全体構成を示す概略図である。
【００３３】
撮像装置１００は、撮像光学系１１０と、撮像素子部１２０と、画像処理部１３０と、データ転送部１４０と、を有する。画像処理部１３０は、第１〜第４処理部１３１〜１３４を有する。第１処理部１３１は、モアレ除去、ノイズ除去、光量補正、階調補正及び色補正等の処理を行う。第２処理部１３２は、特徴抽出及び動きベクトル算出を行う。第３処理部１３３は、歪曲補正、ガンマ補正及びエッジ補正を行う。第４処理部１３４は、映像データの圧縮伸張処理を行う。
【００３４】
上述した信号の補完処理は、第２処理部１３２による特徴抽出処理において行われる。
【００３５】
＜撮像光学系の構成＞
図３は、実施の形態の撮像光学系１１０の構成例を示す。図３では、図１との対応部分には同一符号が付してある。撮像光学系１１０は、凹レンズ（負レンズ）１１、１２と、絞り部２１と、凸レンズ（正レンズ）１５、１６と、フィルター４１、４２と、を有する。フィルター４１、４２の出射側には撮像素子部１２０を構成する撮像素子３１が配置されている。図１と比較すれば分かるように、本実施の形態の撮像光学系１１０では、焦点距離誤差を抑制するための、凸レンズ（正レンズ）１３及び凹レンズ（負レンズ）１４が省略されている。
【００３６】
この結果、本実施の形態の撮像光学系１１０を用いると、図４に示したように、撮像素子３１の位置において、Ｇの焦点は合うが、Ｂ、Ｒの焦点は合わずに、ボケた映像となる。因みに、図４Ａは撮像光学系１１０から出射したＢ、Ｇ、Ｒそれぞれの光の光路図を示し、図４Ｂは撮像素子３１の位置におけるＢ、Ｇ、Ｒそれぞれの光の広がりを示す。また、Ｂ、Ｇ、Ｒそれぞれの光についての距離と強度との関係は、図５に示すようになる。図４及び図５から、Ｂの焦点距離ｄ１、Ｇの焦点距離ｄ２、Ｒの焦点距離ｄ３は、それぞれ異なり、撮像素子３１の位置（距離ｄ２の位置）においてＧのみ焦点が合っていることが分かる。
【００３７】
なお、撮像光学系１１０の構成は図３の構成に限らず、例えば図６に示したように、さらに凹レンズ（負レンズ）１１又は１２を省略してもよい。図３のような複数枚のレンズで画角変換機能を行う構成は、例えば魚眼レンズのような広角レンズに好適である。一方、魚眼レンズほど広角でないレンズ系については、図６に示したように画角変換機能を行うためのレンズ数を削減して構成してもよい。要は、本開示の撮像光学系１１０は、撮像素子３１にＧの焦点位置が合うような構成であればよい。よって、撮像光学系１１０は、Ｂ及びＲの焦点位置を撮像素子３１に合わせなくてもよいので、その分だけレンズ枚数を削減したり、レンズ形状を簡素化できる。
【００３８】
＜画像処理部＞
図７は、画像処理部１３０（第２処理部１３２）でのＲＧＢ映像信号生成処理の説明に供する図である。
【００３９】
先ず、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３において、それぞれ、Ｂ信号の特徴、Ｇ信号の特徴、Ｒ信号の特徴を抽出する。このとき、ステップＳ２では、上述したように辞書データを用いて補完を行いつつＧ信号の特徴を抽出する。
【００４０】
ステップＳ４では、Ｂ−Ｇ信号（つまりＢとＧとの色差信号）の特徴を抽出する。ステップＳ５では、Ｒ−Ｇ信号（つまりＲとＧとの色差信号）の特徴を抽出する。
【００４１】
ステップＳ６では、ステップＳ２で抽出したＧ信号の特徴から辞書データを用いてＢ信号を生成する。また、ステップＳ６では、ステップＳ４で抽出したＢ−Ｇ信号の特徴から辞書データを用いてＢ信号を生成する。このようにして、焦点距離誤差により不鮮明なＢ信号から、辞書データと鮮明なＧ信号とを用いて、エッジ及び中間色が再現された鮮明なＢ信号を得ることができる。
【００４２】
同様に、ステップＳ７では、ステップＳ２で抽出したＧ信号の特徴から辞書データを用いてＲ信号を生成する。また、ステップＳ７では、ステップＳ５で抽出したＲ−Ｇ信号の特徴から辞書データを用いてＲ信号を生成する。このようにして、焦点距離誤差により不鮮明なＲ信号から、辞書データと鮮明なＧ信号とを用いて、エッジ及び中間色が再現された鮮明なＲ信号を得ることができる。
【００４３】
換言すれば、ステップＳ６及びステップＳ７における処理は、Ｇ信号と辞書データとを用いてＲ信号及びＢ信号についての着色処理を行っていると言うことができる。
【００４４】
ステップＳ８では、ステップＳ２、Ｓ６、Ｓ７で得たＧ信号、Ｂ信号及びＲ信号を合成することで、ＲＧＢ映像信号を生成する。
【００４５】
＜実施の形態の効果＞
以上説明したように、本実施の形態によれば、物体側レンズから絞り部２１までのレンズを凸レンズ（正レンズ）を用いずに凹レンズ（負レンズ）１１、１２のみにより構成し、絞り部２１から撮像素子３１までのレンズを正レンズ１５、１６のみで構成し、撮像素子３１をＧの焦点位置に配置し、画像処理部１３０によって辞書データを用いてＲＧＢ信号を再現したことにより、画像品質の低下を抑制しつつ、レンズ構成を簡単化できる撮像装置を実現できる。
【００４６】
＜他の実施の形態＞
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【００４７】
上述の実施の形態では、ＲＧＢ方式の撮像装置について説明したが、ＹＵＶ方式の撮像装置に適用することもできる。その場合、上述の説明におけるＧをＹに置き換え、ＢをＵに置き換え、ＲをＶに置き換えればよい。
【００４８】
この場合における画像処理部１３０（第２処理部１３２）でのＹＵＶ映像信号生成処理例を、図８に示す。
【００４９】
先ず、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３において、それぞれ、Ｕ信号の特徴、Ｙ信号の特徴、Ｖ信号の特徴を抽出する。このとき、ステップＳ１２では、上述したように辞書データを用いて補完を行いつつＹ信号の特徴を抽出する。
【００５０】
ステップＳ１４では、Ｙ−Ｕ信号（つまりＲ信号に相当）の特徴を抽出する。ステップＳ１５では、Ｙ−Ｖ信号（つまりＢ信号に相当）の特徴を抽出する。
【００５１】
ステップＳ１６では、ステップＳ１２で抽出したＹ信号の特徴から辞書データを用いてＵ信号を生成する。また、ステップＳ１６では、ステップＳ１４で抽出したＹ−Ｕ信号の特徴から辞書データを用いてＵ信号を生成する。このようにして、焦点距離誤差により不鮮明なＵ信号から、辞書データと鮮明なＹ信号とを用いて、エッジ及び中間色が再現された鮮明なＵ信号を得ることができる。
【００５２】
同様に、ステップＳ１７では、ステップＳ１２で抽出したＹ信号の特徴から辞書データを用いてＶ信号を生成する。また、ステップＳ１７では、ステップＳ１５で抽出したＹ−Ｖ信号の特徴から辞書データを用いてＶ信号を生成する。このようにして、焦点距離誤差により不鮮明なＶ信号から、辞書データと鮮明なＹ信号とを用いて、エッジ及び中間色が再現された鮮明なＶ信号を得ることができる。
【００５３】
換言すれば、ステップＳ１６及びステップＳ１７における処理は、Ｙ信号と辞書データとを用いてＶ信号及びＵ信号についての着色処理を行っていると言うことができる。
【００５４】
ステップＳ１８では、ステップＳ１２、Ｓ１６、Ｓ１７で得たＹ信号、Ｕ信号及びＶ信号を合成することで、ＹＵＶ映像信号を生成する。
【００５５】
また上述の実施の形態では、物体側レンズから絞り部２１までのレンズを２枚の凹レンズ（負レンズ）１１、１２によって構成し、絞り部２１から撮像素子３１までのレンズを２枚の凸レンズ（正レンズ）１５、１６によって構成した場合について述べたが、本発明の撮像光学系はこれに限らない。本発明の撮像光学系は、絞り部と３枚以上のレンズとを有し、物体側レンズから絞り部までのレンズが正レンズ又は負レンズのみで構成されているとともに、絞り部から撮像素子までのレンズが正レンズのみで構成されることが好ましい。ここで、物体側レンズから絞り部までのレンズは画角変換機能を有し、絞り部から撮像素子までのレンズは結像機能を有する。
【００５６】
＜まとめ＞
本開示の撮像装置は、撮像光学系と、前記撮像光学系から出射された光を光電変換する撮像素子部と、前記撮像素子部により得られた画像信号を画像処理する画像処理部と、を有する撮像装置であって、前記撮像光学系は、絞り部と３枚以上のレンズとを有し、物体側レンズから前記絞り部までのレンズが正レンズ又は負レンズのみで構成されているとともに、前記絞り部から前記撮像素子までのレンズが正レンズのみで構成され、前記撮像素子部は、前記撮像光学系を通過した光のうち、ＲＧＢ方式のＧの焦点位置に配置され、前記画像処理部は、前記撮像素子部により得られたＧ信号に基づいてＲ信号及びＢ信号を生成する。
【００５７】
また、本開示の撮像装置において、前記画像処理部は、辞書データを有し、当該辞書データを用いて、前記Ｇ信号に基づいて前記Ｒ信号及び前記Ｂ信号を生成し、或いはＹ信号に基づいてＵ信号及びＶ信号を生成する。
【００５８】
また、本開示の撮像装置において、前記Ｇ信号と前記辞書データとを用いて前記Ｒ信号及び前記Ｂ信号についての着色処理を行い、或いは前記Ｙ信号と前記辞書データとを用いて前記Ｕ信号及び前記Ｖ信号についての着色処理を行う。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本開示の撮像装置は、画像品質の低下を抑制しつつ、レンズ構成をより簡単化できるといった効果を有し、例えば車載カメラに適用し得る。
【符号の説明】
【００６０】
１０、１００  撮像装置
１１〜１６  レンズ
２１  絞り部
３１  撮像素子
４１、４２  フィルター
１３０  画像処理部
【図１】
2017228832.tif 000003
【図２】
2017228832.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017228832.tif 000006
【図５】
2017228832.tif 000007
【図６】
2017228832.tif 000008
【図７】
2017228832.tif 000009
【図８】
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