(57)【要約】      （修正有）【課題】正の値の３原色で表される現行の色空間を拡張する目的で，負の値を含む色信号を測定できる撮像装置（カラーテレビジョンカメラ等）を実現する。特に，従来の撮像装置光学系を活用出来るようにする。【解決手段】ＹＲＧＢに色分解して光電変換し，この輝度Ｙ（第１の輝度信号をいう）と３つの原色Ｒ’Ｇ’Ｂ’の信号を得る。第１の輝度信号と，該３原色によって算出された第２の輝度信号との差分を，Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’の関係から３原色に分配して，負成分を含む理想状態に近い３原色信号を得る。これによって，負の成分を含む撮像装置出力を得ることが出来る。【選択図】図１
2009089338.tif 000002
【特許請求の範囲】
撮像すべき被写体からの入射光を，３個の色成分と輝度成分とに色分解し光電変換する手段を有し，該輝度成分と，得られた３個の色成分から算出された第２の輝度信号との差分を，上記３個の色成分の相対関係に基づいて該色成分に案分して加えることによって色成分信号を得ることを特徴とする拡張色空間画像の撮像装置．
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細の説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は，拡張色空間の色成分を対象として撮像するテレビジョンカメラ，いわゆるデジカメ，あるいは読取装置（これらを撮像装置と総称する）に関する．特に，従来の撮像装置の光学系をほぼそのまま利用して拡張色空間の色成分を得る新しい信号処理方式に関する．
【背景技術】
【０００２】  周知の色度図を図２に示す．ここに，小さな○印は国際機関ＣＩＥが定めた３原色Ｒ，Ｇ，Ｂである．放送方式によっては若干ずれる場合もある．これら３原色からなる３角形は実際のテレビ方式で表現できる色の範囲である．この外側の色は正の３原色では表現できない．特に大きくはみ出すのは，青緑（シアン）色などの色である．これは，この色では  赤Ｒ＜０となる．なお，ここに，「負の成分」と述べたが，現実に負の光があるわけではない．測色学で周知のように，あくまで，３原色で表すには負の成分があるということである．したがって，通常は簡単には測定できない．【０００３】  最近，より正確な色再現のために，上記三角形で限定された色空間をその外まで拡張する試みがある．この実用化には，これに対応する撮像装置が必要である．【０００４】  従来提案されている方法の一つは，Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色に代って，測色学の分野で理論的に存在する３原色，即ち，ｘ，ｙ，ｚの定める分光特性のフィルタを用いて撮像する方法である．原理から明らかなように，全ての波長λにおいて，ｘ，ｙ，ｚの分光特性≧０であるので，撮像は物理的に可能である．この方法では，上記の分光特性を有する特殊な光学フィルタが必要である．このような分光特性を持つフィルタの製作は困難である．【０００５】    もう一つの従来例として，さきに出願したＹＲＧＢ色分解による拡張色空間カメラ法（出願番号２００７−２０３６４６）がある．光電変換により得られた輝度信号と２個の色信号から残りの色信号を求めるもので，これによって負の成分を求めることが出来る．この結果，ほぼ従来の光学系を用いて大幅な色空間の拡張が可能になった．
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  前記のように，物理的に負の色は存在せず，通常法では測定できない．課題は負の色成分を得る方法であり，さらに，通常の撮像装置の光学系をなるべくそのまま用いて新しい信号処理方法によってそれを得る撮像装置を実現することにある．
【０００７】  前記のＹＲＧＢ色分解による方法では，切替え方法に課題が残り，異常な負の値が得られる場合があった．それは，３個の色成分に含まれている負成分を１個の色成分の補正に用いるため，過度の補正を行うことがあるためである．本発明は，上記発明の「ＹＲＧＢ出力からの負色成分の算出」の考えを生かしつつ，算出法を改良して，３色への分配を可能にし，より正しい負の値を算出できるようにするものである．
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明は，ＹＲＧＢ色分解を踏襲しつつ，新たな信号処理方法でよって，撮像された３色の相対関係から，より正しい色信号，即ち，負値を含むＲ，Ｇ，Ｂ色信号を得るものである．
なお，上記の色分解としては，周知の４管式カラーカメラや，固体撮像素子による４板式カラーカメラ，または同等の機能を果す撮像装置の光学系を想定する．４板式は実用化されてはいないが，動作は４管式から容易に類推されるので説明を省く．
【０００９】  なお，説明の都合上，以下，色度図の馬蹄形部分，即ち，面ではなく，弧の曲線部分に関して下記の仮称を設ける．
・シアン弧：  緑Ｇと青Ｂの間の弧．
・黄弧：      赤Ｒと緑Ｇの間の弧．
・マゼンタ弧：赤Ｒの外側の弧＋青Ｂの外側の弧（下底の直線部ではない）．
【００１０】  周知のように，３原色Ｒ，Ｇ，Ｂの分光特性ｒ（λ），ｇ（λ），ｂ（λ）は，波長λによっては負になる．しかし，その加重代数和である輝度Ｙの分光特性ｙ（λ），
ｙ（λ）＝０．２９９ｒ（λ）＋０．５８７ｇ（λ）＋０．１１４ｂ（λ）
（１）
は全ての波長λで＞０である．
なお，以下，係数０．２９９は０．３０と記すなど小数点以下２桁で記す．
【００１１】  そして，理想的には，輝度Ｙ，赤Ｒ，緑Ｇ，青Ｂの出力は，下式によって得られる．
Ｙ＝∫ｙ（λ）ｄλ                                                  （２）
Ｒ＝∫ｒ（λ）ｄλ                                                  （３）
Ｇ＝∫ｇ（λ）ｄλ                                                  （４）
Ｂ＝∫ｂ（λ）ｄλ                                                  （５）
【００１２】  しかし，現実の回路では，上述のように，ｒ（λ），ｇ（λ），ｂ（λ）は負となり得ないので，その波長で０にクランプされる．それをｒ’（λ），ｇ’（λ），ｂ’（λ）と記せば，現実の撮像によって得られる各成分の信号は，
Ｒ’＝∫ｒ’（λ）ｄλ，                                            （６）
Ｇ’＝∫ｇ’（λ）ｄλ，                                            （７）
Ｂ’＝∫ｂ’（λ）ｄλ                                              （８）
となる．
【００１３】  因みに，輝度信号の分光特性ｙは，全ての波長λで，ｙ（λ）＞０なので，実際の回路で式（２）のＹが得られる．
【００１４】  次に，撮像で得られた輝度信号（以下，第１の輝度信号と称す）Ｙと，Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’から計算される第２の輝度信号Ｙ’の差分Ｄを求めると，
Ｄ＝Ｙ−Ｙ’
＝Ｙ−（０．３０Ｒ’＋０．５９Ｇ’＋０．１１Ｂ’）              （９）
＝０．３０（Ｒ−Ｒ’）＋０．５９（Ｇ−Ｇ’）＋０．１１（Ｂ−Ｂ’）
が成立つ．因みに，通常の３管（板）式カメラでは，第２の輝度信号Ｙ’が輝度信号として出力される．
【００１５】  この差分Ｄを３色に配分して，負の分光特性を考慮した本来の理想的な値Ｒ，Ｇ，Ｂにより近い値を得るかが，本発明のポイントである．
【００１６】  例えばシアン弧のみからなる入射光の場合，測定値Ｒ’＝０である．緑Ｇと青Ｂでは分光特性が正なので，Ｇ’＝Ｇ，Ｂ’＝Ｂである．上記の差分Ｄは全て赤の負成分に起因する．したがって，赤ＲのみがＲ＝Ｄ／０．３０（負値）と修正されるべきである．なお，厳密には，Ｒ＜０の範囲において，ＧあるいはＢ＜０となる波長も若干あるが，無視するものとする．
【００１７】  実際の入力光は，複数の弧にまたがる光からなる場合が多い．そこで，差分ＤをＲ’Ｇ’Ｂ’に分配する必要がある．このためには，３色への分配率を決める必要がある．このように未知数は３つあるが，全体でほぼ１であるべきなので，実質的に２つある．
【００１８】  このように，分配率は理論的に一義的に決めることは出来ないが，上記のように，測定値Ｒ’＝０の時に全てＲに分配したように，Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’の「小ささ」に応じて分配することが考えられる．即ち，これらの逆数の比で分配する方法である．即ち，
Ｒ  ＝  Ｒ’＋αｒ×Ｄ／０．３０                                （１０）
とする．ここに，
αｒ＝（１／Ｒ’）／（１／Ｒ’＋１／Ｇ’＋１／Ｂ’）            （１１）
＝（Ｇ’Ｂ’）／（Ｇ’Ｂ’＋Ｒ’Ｂ’＋Ｇ’Ｒ’）            （１２）
である．
【００１９】  式（１１）の妥当性は，次のようにも納得できる．即ち，赤Ｒの分光特性ｒ（λ）が負となる波長λは，主に緑Ｇや青Ｂが正となる波長と相関が極めて高い．したがって，これらが大きな値となる場合に赤Ｒに大きく分配すればよい．式（１２）はそのようになっている．
【００２０】  Ｇ，Ｂに関しても，上記の赤Ｒの場合と同様の考え方により，逆数の比で分配する．例えば，Ｇの場合，
Ｇ  ＝  Ｇ’＋αｇ×Ｄ／０．５９                                （１３）
とする．ここに，
αｇ＝（１／Ｇ’）／（１／Ｒ’＋１／Ｇ’＋１／Ｂ’）            （１４）
＝（Ｒ’Ｂ’）／（Ｇ’Ｂ’＋Ｒ’Ｂ’＋Ｇ’Ｒ’）            （１５）
となる．
【００２１】  このようにして，理想的な値に近いと考えられる値が得られる．ただし，黄弧に絡む負の青Ｂでは，効果とＳ／Ｎの関係から略す方が望ましいとも考えられる．
【００２２】  補正係数αｒやαｇは，あらかじめ計算してＲＯＭに記憶しておいてもよい．
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】  図１を用いて実施例における具体的動作を説明する．【００２４】  レンズや絞りを経てカメラへの入射光はハーフミラー１によって分割され，１つは輝度Ｙ光電変換回路２で輝度電気信号７に変換される．残りの半分はＲＧＢ色分解・光電変換回路３に導かれる．このようにして，各々，Ｒ’４，Ｇ’５，Ｂ’６の各電気信号に変換される．色分解光電変換回路はかつての４管式と同様であり，そのうちのＲＧＢ色分解・光電変換回路は現在の３管式や３板式のカメラと同様である．【００２５】  これらの３信号４，５，６は，乗算回路８に与えられ，輝度信号７との差分が差分回路９で求められ，式（９）が計算される．この結果と，式（１１）の結果が記憶されたＲＯＭ１０，１１出力との乗算が乗算回路１２，１３  で行われ，さらに加算回路１４，１５（Ｄは負値なので実際は差分回路）において，赤Ｒ’出力や緑Ｇ’出力と加算され，式（１０）に従う信号を出力する．その結果，より理想に近い赤Ｒや緑Ｇ信号が得られる．【００２６】  また，黄弧方向の拡張色空間の効果は比較的薄いので，実施例では拡張を省略するものとすれば，青Ｂ’信号は青信号Ｂと見なすことが出来る．【００２７】  このようにして得られた信号Ｙ７，Ｒ１４，Ｇ１５，Ｂ１６は，規格で定められた所定の非線形変換などを受けて，カメラ出力として出力される．【００２８】  シミュレーションの結果，以上のような処理によりほぼ満足すべき値が得られている．【００２９】  なお，多くの変形や工夫が可能である．【００３０】  一般にテレビジョン信号では輝度Ｙに較べて色信号ＲＧＢは狭帯域でよい．本発明のようにＹＲＧＢ色分解による場合，計算には，狭帯域のＲ，Ｇ，Ｂ信号と輝度信号Ｙの低域成分を与えても良い．【００３１】  補正係数αは，前述のように，式（１１）等によって計算してＲＯＭに入れておいても良いが，もし，記憶量が多くなり過ぎる場合には，３色の８ビット信号のうち例えば上位６ビットのみを生かして，これをアドレスとすればよい．【００３２】  入力光が真暗な場合にＲ’＝Ｇ’＝Ｂ’＝０となる等，２個以上が０となると，式（１１）は計算できない場合があるが，上記のＲＯＭに０を入れておく等で対処すればよい．【００３３】  前記の係数には，既述の式の他，例えば赤について，前述と同様，赤の分光特性が負となる波長では緑Ｇや青Ｂが正となることを考慮して，（Ｇ’＋Ｂ’）／２（Ｒ’＋Ｇ’＋Ｂ’）等も考えられる．【００３４】  入射光がシアン弧Ｇから緑に掛けて存在するときをシミュレーションした結果，ＲとＢがともに小さくなり，やや負の赤成分を過剰に分配する傾向があった．これを少し押さえることが望ましい．
例えば，αｒに（Ｇ＋０．４Ｂ）／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）を乗ずるなどの対策があり得る．
このように，シミュレーションに従って，若干の修正をすることが望ましい．【００３５】  式（１１）において，Ｒ’，Ｇ’，Ｂ’の代わりに０．３０Ｒ’，０．５９Ｇ’，０．１１Ｂ’とするなどの変形もあり得る．【００３６】  なお，近似による誤差の関係で，補正されたＲ，Ｇ，Ｂの色度点が規定の馬蹄形の枠をはみ出す危険性もある．その場合は，その値で打切ることも考えられる．【００３７】  ここでは，４管（板）式を想定したが，いろいろの変形や組合せも可能である．３管（３板）式撮像装置は単管（単板）式カラー撮像装置でも良い．４板式は単板式固体撮像素子とすることも出来る．例えば，現在，ＲＧＢ３色（ただし，Ｇのみは素子数が倍）のものが実用化されているが，ＹＲＧＢを同数配置した素子を考えればよい．
【発明の効果】
【００３８】  上記のように，本発明によれば，新しい信号処理方式を導入することにより，かつて用いられた光学系をほぼそのまま用いて拡張色空間信号を得ることが出来るので，実用に際して極めて有効である．
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の撮像装置における構成図である．
【図２】  色度点の関係を示す説明図である．
【符号の説明】
１  ハーフミラー，
２  輝度Ｙ成分の光電変換回路，
３  ＲＧＢ色分解ならびに光電変換回路，
９  撮像された第１の輝度信号と計算された第２の輝度信号の差分を求める差分回路，
１０，１１  配分の係数を記憶したＲＯＭ，
１２，１３  差分信号に係数を乗算する乗算回路，
１４，１５  撮像された色信号と配分される信号の加算回路，
１６，１７  補正された色信号
【図１】
2009089338.tif 000003
【図２】
2009089338.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月3日(2007.11.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】  そして，理想的には，輝度Ｙ，赤Ｒ，緑Ｇ，青Ｂの出力は，下式によって得られる．ここで，入射光をＩ（λ）と記す．
Ｙ＝∫Ｉ（λ）ｙ（λ）ｄλ                                        （２）
Ｒ＝∫Ｉ（λ）ｒ（λ）ｄλ                                        （３）
Ｇ＝∫Ｉ（λ）ｇ（λ）ｄλ                                        （４）
Ｂ＝∫Ｉ（λ）ｂ（λ）ｄλ                                        （５）
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】  しかし，現実の回路では，上述のように，ｒ（λ），ｇ（λ），ｂ（λ）は負となり得ないので，その波長で０にクランプされる．それをｒ’（λ），ｇ’（λ），ｂ’（λ）と記せば，現実の撮像によって得られる各成分の信号は，
Ｒ’＝∫Ｉ（λ）ｒ’（λ）ｄλ，                                  （６）
Ｇ’＝∫Ｉ（λ）ｇ’（λ）ｄλ，                                  （７）
Ｂ’＝∫Ｉ（λ）ｂ’（λ）ｄλ                                    （８）
となる．