JP4191531B2 - Multiband image photographing method, apparatus and program - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチバンド画像撮影方法及び装置及びプログラムに係り、特に、再生画像のノイズバランスを均等にし、自然な画像を再現するマルチバンド画像を得るマルチバンド画像撮影技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、撮像技術の進歩により、多チャンネル撮影機（マルチバンドカメラ）、特に、撮影対象の分光波形を実用上十分な精度で復元できる程度のチャンネル（バンド）数を有する撮影機が実用化されつつある。これは、複数種類（多くは４種類以上）の光を透過する波長領域（マルチバンド）で、被写体を撮影して複数の画像データ（各バンド（チャンネル）毎のスペクトル画像データ（マルチバンド画像データ））を得るカメラであり、例えば、ＣＣＤと色分解フィルタを主とした構成となっている。
【０００３】
マルチバンドカメラは、一定の分光強度分布を持つ照明光で被写体を照らして得られる反射光を、バンド毎に異なる一定の分光透過率分布を有する分光フィルタに通過させ、一定の分光透過率分布を有するカメラの光学系レンズを介して、撮像素子の受光面に結像させることでスペクトル画像を得る。
そのため、従来のマルチバンドカメラは、分光フィルタの特性と撮像デバイスの分光感度分布の積により、各バンドの感度が決定される。
【０００４】
すなわち、マルチバンドカメラで撮影した時の有効露光量は、分光フィルタのフィルタ特性、すなわち分光透過率分布と撮影時の照明光の分光強度分布との積によって規定される。精密には、撮像素子の分光感度分布を積に含め、さらにカメラの光学系レンズの分光透過率分布の積を含めて規定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの分光特性に偏りがあると、バンド毎の有効露光量バランスに偏りが生じ、あるバンドのダイナミックレンジが他に比して狭く、その結果そのバンドのＳ／Ｎ比が低下し、ノイズを含んだ画像データとして獲得されてしまうという問題がある。
他方、蛍光灯に例示されるように光源の分光分布に偏りがある場合には、各バンドでの照明光源強度に偏りが生じる。その結果、照明光源強度が低いバンドでの撮影画像データは他のバンドでの撮影画像データに比べＳ／Ｎ比が低い画像となる。マルチバンドカメラ撮影において各バンドで得られる有効露光量は、各バンドに対応する「マルチバンドカメラの分光感度」と「光源の分光エネルギー分布」の関数で与えられると考えることができる。各バンドで得られる光量とＳ／Ｎ比の関係では、光量の増加に伴いＳ／Ｎ比が向上する関数関係にある。
【０００６】
このような場合、各バンド毎の画像を合成して得られた再現画像は、ある色のノイズやムラが目立つという画質低下が生じる。
このようなノイズを除去する方法として、後段の画像処理により、ノイズレベルに応じてノイズ抑制のパラメータを変化させるという方法等が考えられるが、このような方法では、ノイズレベルに差がありすぎると、ノイズ抑制のアーティファクトに差が生じ、やはり結果的に不自然な再現画像となってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、マルチバンド画像撮影時に撮影バンド間でのＳ／Ｎ比を一定範囲に収め、再現画像のノイズバランスを均等にし、自然な画像再現のためのマルチバンド画像を得ることのできるマルチバンド画像撮影方法及び装置及びプログラムを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、被写体を撮影する際、撮影波長領域を複数バンドに分割し、分割された各バンドに対応した被写体のスペクトル画像を撮影するマルチバンド画像の撮影の際、本撮影に先立って行われる予備撮影により得られる撮影データから前記各バンドの出力値とこれら出力値のうちの最大の出力値との比率である第１の比率を前記各バンドごとに算出し、前記第１の比率が所定値以下の前記バンドについては、前記第１の比率を前記所定値の逆数倍して新たに第２の比率を算出し、前記第１の比率が前記所定値を超えた前記バンドについては、前記第１の比率に基づいて撮影条件を決定し、また、前記第１の比率が前記所定値以下の前記バンドについては前記第２の比率に基づいて撮影条件を決定し、前記決定された撮影条件により本撮影を行うことを特徴とするマルチバンド画像撮影方法を提供する。
【０００９】
また同様に前記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、被写体を撮影する際、撮影波長領域を複数バンドに分割し、分割された各バンドに対応した被写体のスペクトル画像を撮影するマルチバンド画像の撮影の際、本撮影に先立って行われる予備撮影により得られる撮影データから前記各バンドの出力値とこれら出力値のうちの最大の出力値との比率である第１の比率を前記各バンドごとに算出し、前記第１の比率が所定値以下の前記バンドについては、前記第１の比率を前記所定値の逆数倍して新たに第２の比率を算出し、前記第１の比率が前記所定値を超えた前記バンドについては、前記第１の比率に基づいて撮影条件を決定し、また、前記第１の比率が前記所定値以下の前記バンドについては、前記第２の比率に基づいて撮影条件を決定し、前記決定された撮影条件により本撮影を行い、得られた画像出力値を、予め用意された、撮影画像の画像出力値と撮影の際の有効露光量が比例関係を有するような変換テーブルにより有効露光量に変換して出力することを特徴とするマルチバンド画像撮影方法を提供する。
マルチバンド画像撮影方法を提供する。
【００１０】
また、マルチバンド画像撮影方法において、前記第１の比率が前記所定値以下の前記バンドについては、前記第２の比率が所定値を超えるまで、前記所定値の逆数倍を繰り返すことが好ましい。
【００１１】
また、マルチバンド画像撮影方法において、前記撮影条件が露光時間であり、前記第１の比率が前記所定値以下の前記バンドについては、前記予備撮影時の露光時間を前記所定値の逆数倍して、前記露光量調整のための露光時間を決定することが好ましい。
また、マルチバンド画像撮影方法において、前記撮影条件が露光時間であり、前記第１の比率が前記所定値以下の前記バンドについては、前記第２の比率が前記所定値を超えるまで、前記予備撮影時の露光時間に対して、前記所定値の逆数倍を繰り返して、前記露光量調整のための露光時間を決定することが好ましい。
また、マルチバンド画像撮影方法において、前記各バンドの出力値が、画像中にある標準白色部における出力値、又は最明点の出力値に基づくものであることが好ましい。
また、マルチバンド画像撮影方法において、前記各バンドの出力値が、画像全体における出力値の平均値に基づくものであることが好ましい。
【００１２】
また同様に前記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、被写体を撮影する際、撮影波長領域を複数バンドに分割し、分割された各バンドに対応した被写体のスペクトル画像を撮影する撮影手段と、前記撮影手段によって本撮影に先立って行われる予備撮影により得られる撮影データから前記各バンドの出力値とこれら出力値のうちの最大の出力値との比率である第１の比率を前記各バンドごとに算出し、前記第１の比率が所定値以下の前記バンドについては、前記第１の比率を前記所定値の逆数倍して新たに第２の比率を算出する検出手段と、前記第１の比率が前記所定値を超えた前記バンドについては、前記第１の比率に基づいて撮影条件を決定し、また、前記第１の比率が前記所定値以下の前記バンドについては、前記第２の比率に基づいて撮影条件を決定する撮影条件決定手段と、を備えたことを特徴とするマルチバンド画像撮影装置を提供する。
【００１３】
また同様に前記課題を解決するために、本発明の第４の態様は、被写体を撮影する際、撮影波長領域を複数バンドに分割し、分割された各バンドに対応した被写体のスペクトル画像を撮影する撮影手段と、前記撮影手段による撮影画像の画像出力値と撮影の際の有効露光量が比例関係を有するように予め作成された変換テーブルを記憶する記憶手段と、
前記撮影手段によって本撮影に先立って行われる予備撮影により得られる撮影データから前記各バンドの出力値とこれら出力値のうちの最大の出力値との比率である第１の比率を前記各バンドごとに算出し、前記第１の比率が所定値以下の前記バンドについては、前記第１の比率を前記所定値の逆数倍して新たに第２の比率を算出する検出手段と、前記第１の比率が前記所定値を超えた前記バンドについては、前記第１の比率に基づいて撮影条件を決定し、また、前記第１の比率が前記所定値以下の前記バンドについては、前記第２の比率に基づいて撮影条件を決定する撮影条件決定手段と、前記決定された撮影条件により本撮影を行い、得られた画像出力値を前記変換テーブルにより有効露光量に変換する変換手段と、を備えたことを特徴とするマルチバンド画像撮影装置を提供する。
【００１４】
また、マルチバンド画像撮影装置において、前記第１の比率が前記所定値以下の場合、前記第２の比率が所定値を超えるまで、前記所定値の逆数倍を繰り返すことが好ましい。
【００１５】
また、マルチバンド画像撮影装置において、前記撮影条件が露光時間であり、前記第１の比率が前記所定値以下の前記バンドについては、前記予備撮影時の露光時間を前記所定値の逆数倍して、前記露光量調整のための露光時間を決定する、ことが好ましい。
また、マルチバンド画像撮影装置方法において、前記撮影条件が露光時間であり、前記第１の比率が前記所定値以下の前記バンドについては、前記第２の比率が前記所定値を超えるまで、前記予備撮影時の露光時間に対して、前記所定値の逆数倍を繰り返して、前記露光量調整のための露光時間を決定する、ことが好ましい。
また、前記各バンドの出力値が、画像中にある標準白色部における出力値、又は最明点の出力値に基づくものである、ことが好ましい。
また、前記各バンドの出力値が、画像全体における出力値の平均値に基づくものである、ことが好ましい。
【００１６】
また同様に前記課題を解決するために、本発明の第５の態様は、コンピュータを、請求項８〜１４のいずれかに記載の検出手段及び撮影条件決定手段として動作させるためのプログラムを提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のマルチバンド画像撮影方法及び装置及びプログラムについて、添付の図面に示される好適実施形態を基に詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係るマルチバンド画像撮影方法を実行するマルチバンド画像撮影装置の第１実施形態の概略を示すブロック図である。
本実施形態のマルチバンド画像撮影装置は、まず被写体を予備撮影し、予備撮影によって得られた各バンド間の感度バランス（出力値バランスと同じ意味で使用）に基づいて撮影条件を決定し、この撮影条件により本撮影を行うものである。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のマルチバンド画像撮影装置１は、被写体１０を撮影してマルチバンド画像データとして取り込むマルチバンドカメラ１２、予備撮影によって得られた撮影データから各バンド間の感度バランスを検出するバンド間感度バランス検出装置１４および検出された各バンド間の感度バランスに基づいて撮影条件を決定する撮影条件決定装置１６を有して構成される。
【００２０】
マルチバンドカメラ１２としては、特に限定されるものではなく、複数種類（多くは４種類以上）の各光を透過する複数の波長領域（マルチバンド）で、被写体を撮影して、各バンド毎の複数の画像（マルチバンド画像）を得ることができるものであればよい。
例えば、撮影用レンズ及び結像した光の像を光電的に読み取るＣＣＤセンサを有し、前記撮影用レンズの前に複数個（少なくとも４個以上）のバンドパスフィルタを配置し、この複数個のバンドパスフィルタを順次取り替えながら、被写体を撮影するようにしたものが例示される。また、このように複数のバンドパスフィルタを順次取り替える代わりに、電気的に分光透過率分布を変化させることのできる液晶チューナブルフィルタを用いることが好ましい。
【００２１】
バンド間感度バランス検出装置１４及び撮影条件決定装置１６は、具体的にはコンピュータで構成され、マルチバンドカメラ１２から被写体１０を撮影したマルチバンド画像データを受け取り、それぞれ、以下述べるような所定の処理を行うものである。
バンド間感度バランス検出装置１４は、被写体１０を撮影して得られた各バンド（チャンネル）の出力値（得られている強度）の、最大のものに対する比率を、各バンド間の感度バランスとして検出（算出）するものである。
撮影条件決定装置１６は、各バンド間の感度バランスに基づいて、この感度バランス（上記算出された比率）が一定値以内になるように撮影条件を決定するものである。撮影条件としては、特に限定されるものではないが、例えば、各バンド間の感度バランスが一定値以内になるように、低感度バンドの撮影時間（露光時間）を調整する方法が考えられる。
【００２２】
図２に、本実施形態のマルチバンド画像撮影方法の処理の流れをフローチャートで示す。
以下、図２のフローチャートに沿って本実施形態の作用を説明する。
まず、ステップ１００において、マルチバンドカメラ１２により被写体１０を各バンドについて予備撮影（プレ撮影）を行う。これにより、例えば被写体画像中にある標準白色部の各バンドの出力値を得る。予備撮影によって得られた撮影データ（各バンドの出力値）は、マルチバンドカメラ１２からバンド間感度バランス検出装置１４に送られる。
【００２３】
次に、ステップ１１０において、バンド間感度バランス検出装置１４において、各バンド間の感度バランスを検出（算出）する。
すなわち、バンド間感度バランス検出装置１４は、予備撮影によって得られたマルチバンド画像データを受け取ると、まず、各バンド毎の出力値を比較して、その最大値を求め、次に、各バンド毎の出力値とこの最大値との比率（各バンド出力値／最大値）を算出する。
【００２４】
この比率（各バンド出力値／最大値）がすべて１に近い値であれば、各バンド間の感度バランスは略均等であるといえるが、この比率が小さい値のものが存在すると、そのバンドの感度が低いことになる。
本実施形態は、この各バンド間の感度バランスをなるべく均等になるように、撮影条件を決定して、その撮影条件で本撮影を行うようにしようというものである。
算出された最大値及び各バンドの（最大値との）比率は、撮影条件決定装置１６に送られる。
【００２５】
次に、ステップ１２０において、撮影条件決定装置１６において、上で検出された各バンド間の感度バランスに基づいて本撮影のための撮影条件を決定する。
撮影条件決定装置１６では、上で算出された各バンド間の感度バランスが一定値以内となるように撮影条件を決定する。すなわち、各バンド出力値の最大値に対する比率が、すべて所定値以上（１に近い値）となるように撮影条件を決定する。
【００２６】
撮影条件としては、さまざまな条件が考えられるが、例えば、露光量調整を撮影時間（露光時間）によって行う場合を例にとって説明する。
図３に、撮影条件として、露光時間を設定する方法のフローチャートを示す。
まず、ステップ２００において、撮影条件決定装置１６は、各バンド毎の出力値の最大値に対する比率（各バンド出力値／最大値）が、予め与えられた所定値１／Ｒ（Ｒは、適当な整数、例えばＲ＝１０）以下となるようなバンドを検出する。
【００２７】
この比率が所定値１／Ｒ以下となるバンドは、その出力値が最大値に比べて小さく、出力値が最大値となるバンドに対し、感度が低いことになる。そこで、比率が所定値１／Ｒ以下となるような低感度のバンドについては、露光時間を長くして、低感度を補うようにする。
すなわち、ステップ２１０において、比率が所定値１／Ｒ以下となることが検出されたバンドについては、その露光時間をＲ倍する。
【００２８】
次に、ステップ２２０において、この検出されたバンドの出力値をＲ倍して、再度前記最大値と比較し、その比率を算出し、この新しい比率（バンド出力値のＲ倍／最大値）を前記所定値１／Ｒと比較する。
その結果、出力値をＲ倍してもまだ比率が小さく、まだ露光時間が不足する場合には、ステップ２１０にもどり、そのバンドの露光時間（既にＲ倍されている）を再度Ｒ倍する。
【００２９】
そして、比率が前記所定値１／Ｒを超え、バンド間感度バランスが均等になるまで、この操作を反復する。
その結果、比率が前記所定値を超えたら、ステップ２３０へ進み、そのときの（何度かＲ倍された）露光時間を、そのバンドの露光時間として設定する。
【００３０】
再び、図２のフローチャートにもどり、ステップ１２０において、撮影条件が決定されたら、ステップ１３０へ進み、上で決定された撮影条件（露光時間）をマルチバンドカメラ１２に設定して、この撮影条件で各バンド毎に撮影を行い、マルチバンド画像を取得する。
なお、露光時間の設定は、画像全体における各バンドの平均値を判断して、バンド一様に露光時間を調節するようにしてもよい。このようにすれば、マルチバンド画像撮影における自動露光調整（ＡＥ）ということになる。
このように本実施形態によれば、マルチバンド画像撮影において、各バンド間でＳ／Ｎバランスのよい、自然な画像撮影が可能となる。
【００３１】
以下、より具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
マルチバンドカメラ１２として、分光フィルタ部、ＣＣＤカメラ部及びこれらを制御するソフトウエアの組み込まれたコンピュータから構成されるマルチバンドカメラを用いた。
【００３２】
ここに、分光フィルタ部は、ＣＲＩ社製の液晶チューナブルフィルタ、Varispec Tunable Filter ＲＳ２３２Ｃ Ｉ／Ｆであり、これは、波長範囲４００〜７２０nm、で中心波長を任意に選択可能であり、波長半値幅３０nm、透過率６〜６０％（波長に依存）である。また、ＣＣＤカメラは、ＤＡＬＳＡ社製ＣＡ−Ｄ４−１０２４Ａ ＰＣＩ Ｉ／Ｆ、モノクロで、ピクセル数１０２４×１０２４（pixel)、ピクセルサイズ１２×１２（μ）である。また、パーソナルコンピュータは、ＰＲＯＳＩＤＥ社製のブック型ＰＣ（Windows （登録商標）９５）Ｃ＋＋であり、ＣＰＵは１６６ＭＨｚ、ＲＡＭは１２８Ｍbyteである。
【００３３】
撮影条件は、光源としては、被写体照度９６００lux のメタルハライドランプを用い、レンズはNikomart(ｆ＝５０mm、 Ｆ１．４）で、Ｆ２．８を使用した。また、紫外及び赤外カットフィルタを用いて、４００nm以下、及び７３０nm以上をそれぞれカットした。また、マルチバンド画像数は、波長範囲４１０〜７１０nmを波長間隔２０nmで分割した、１６バンドである。
また、被写体１０は、マクベスチャートを用いた。
【００３４】
このような条件で、まず予備撮影（プレ撮影）を、各バンド２５msecの露出で撮影を行った。そして、画像中にある標準白色部（マクベスチャートグレイ６段中の白色部）の各バンドの出力値を得た。
なお、これは、一般的には、標準白色チャート（分光反射率既知）のものを得られないので、最明点（最も各バンドの出力値の総和の大きい点）の出力値、ＬＡＴＤ的に画像の平均値を参照してもよい。
【００３５】
次に、上で得られた標準白色部の各バンドの出力値（得られている強度）の最大値に対する比率が所定値１／Ｒ（ここでＲ＝１０）となるバンドを検出した。
そして、検出されたバンドに対し、露光時間をＲ倍して設定した。この場合、Ｒ倍した出力値の前記最大値に対する比率が、なお所定値１／Ｒ以下であればこの操作を反復するようにした。
【００３６】
このようにして、露光時間を設定し、この条件で本撮影を行った。このように各バンドの露光時間比率を設定することは、マルチバンド画像撮影におけるオートホワイトバランス（ＡＷＢ）であるといえる。
なお、露光時間の設定において、より好ましくは、上で各バンドに対し、露光時間を設定する際、画像全体における各バンドの平均値を判断して、バンド一様に露光時間を調節してもよい。
【００３７】
以上のように、Ｒ＝１０として設定した撮影においては、本手法によるものは４１０nmのバンドにおいて、１０倍の露光時間が設定される。
撮影したマルチバンド画像から推定したＣＩＥＬａｂ値の画像を、富士写真フイルム社製PICTROGRAPHY 3000 によりハードコピー画像として再現した。
その結果得られた画像は、未設定のものに比べて、短波領域に起因すると考えられる黄／青系の雑音感が低下し、画質の向上が図れた。
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
以下説明する実施形態は、プレ撮影において、各バンドで得られる有効露光量を検出し、撮影バンド間で得られる有効露光量が一定値以内になるように、各バンドの撮影時間を調整することにより撮影条件を決定し、本撮影を行うものである。
【００３９】
まず、有効露光量について説明する。
マルチバンドカメラでの撮影において、各バンドで得られる有効な露光量は、次のように表すことができる。すなわち、波長をλ、ｉ番目のバンドの分光感度をＳｉ（λ）、被写体の分光反射率をρ（λ）、光源の分光分布をＥ（λ）とし、αを比例定数とすると、ｉ番目のバンドの有効露光量ＥＥＶｉは、次の式（１）のように表現される。
ＥＥＶｉ＝α・∫Ｅ（λ）・ρ（λ）・Ｓｉ（λ）ｄλ ・・・（１）
なお、ここでは単位時間での表記を行った。
【００４０】
また、被写体の分光反射率が波長に依存しない無彩色の場合には、ρ（λ）＝ρより、上記式（１）は、次の式（２）のようになる。
ＥＥＶｉ＝α・ρ・∫Ｅ（λ）・Ｓｉ（λ）ｄλ ・・・（２）
さらに、白色のチャートのように被写体の反射率が１に近い場合には、ρ≒１であり、式（２）は次の式（３）のようになる。
ＥＥＶｉ≒α・∫Ｅ（λ）・Ｓｉ（λ）ｄλ ・・・（３）
【００４１】
また、一般には、カメラの出力信号（Ｏ）は、カメラの受ける有効露光量（ＥＥＶ）と関数関係があり、この関数はべき乗の関数で表現されることが多い。すなわち、有効露光量ＥＥＶの関数ｆ（ＥＥＶ）である出力信号Ｏ＝ｆ（ＥＥＶ）は、ＥＥＶのγ乗に比例する。
特に、カメラの出力信号をテーブル変換処理することにより、べき指数γを１とすることにより、次の式（４）に示すように、取得される画像信号（出力信号Ｏ）が有効露光量ＥＥＶと直接比例関係を有するようにすることができる。
Ｏ＝ｆ（ＥＥＶ）∝ＥＥＶ ・・・（４）
【００４２】
この式（４）からわかるように、カメラの出力信号Ｏに対して、ｆの逆変換であるテーブル変換処理ｆ-1を施すことにより有効露光量ＥＥＶとしての画像信号を得ることができる。すなわち、模式的に書けば、
カメラの出力信号 → テーブル変換処理ｆ-1 → 画像信号
となる。以下説明する本実施形態では、このような手段を設け、マルチバンドカメラの各バンドでの取得画像データが有効露光量に比例するようになっているものとする。
また、べき乗指数γの調整機能を有するカメラを使用すれば、γ＝１と調整することにより上記式（４）の関係を得ることができる。
【００４３】
また一般に、撮像系のＳ／Ｎ比は、撮影で得られる光量（ここでの有効露光量）の関数となり、有効露光量の増加に伴い増加する関数となる（有効露光量の平方関数でモデル化することもできる。）。
以上のことから、マルチバンドカメラ撮影において、各バンドでのＳ／Ｎ比が揃った画像取得を行うためには、基準白色板等分光反射率が略一定の被写体を撮影した際に、各バンドで得られる有効露光量を一定範囲内に制御すれば良いことになる。また、マルチバンドカメラから得られる信号値を一定範囲内に制御すれば良いことになる。
【００４４】
この制御は、エネルギーの分光分布において波長方向の特性が略一様な光源下においては、結果としてカメラのバンド間の感度バランスを揃える制御であると言い換えることもできる。また、蛍光灯光源等エネルギーの分光分布において波長方向の特性変化が大きい光源下においては、バンド間の有効露光量全体に対するバランスを制御することになる。
以上の説明は、単位時間に対してのものであったが、時間次元を含めて考えると、各バンドの撮影時に得られる有効露光量は、上記式（１）、（２）、（３）のＥＥＶｉを撮影時間ΔＴに渡って積分して、あるいはＥＥＶｉと撮影時間ΔＴの積として表せる。よって、各バンドの撮影時間ΔＴｉを調整することで有効露光量を調整することができる。
【００４５】
図４は、本実施形態のマルチバンド画像撮影方法を実行するマルチバンド画像撮影装置の概略を示すブロック図である。
図４に示すように、本実施形態のマルチバンド画像撮影装置１０１は、被写体１１０を撮影してマルチバンド画像データとして取り込むマルチバンドカメラ１１２、予備撮影によって得られた撮影データから各バンド間の出力値バランスを検出するバンド間出力値バランス検出装置１１４、検出された各バンド間の出力値バランスに基づいて撮影条件を決定する撮影条件決定装置１１６、予め作成された、画像出力値と有効露光量が比例関係を有するような変換テーブルを記憶しておく記憶装置１１８及び本撮影によって得られた画像出力値を上記変換テーブルを用いて有効露光量に変換する変換装置１２０を有して構成される。
【００４６】
マルチバンドカメラ１１２は、上記第１実施形態におけるものと同様であり、特に限定されるものではない。
バンド間出力値バランス検出装置１１４、撮影条件決定装置１１６、記憶装置１１８及び変換装置１２０は具体的にはコンピュータにより構成される。
バンド間出力値バランス検出装置１１４は、被写体１１０に含まれる標準白色を撮影して得られた各バンド（チャンネル）の出力値が最大値になるようなバンドに対する各バンドの出力値の比率１／Ｒｉを求めるものである。
撮影条件決定装置１１６は、検出された比率１／Ｒｉの各チャンネルの露光時間を、最大値となるチャンネルの露光時間をＲｉ倍して設定するものである。
また、記憶装置１１８は、予め作成された画像出力値と有効露光量との関係が比例関係となるような変換テーブルを記憶しておくものであり、変換装置１２０は、上で決定された撮影条件で本撮影を行って得られた画像出力値をこの変換テーブルを用いて有効露光量に変換するものである。
【００４７】
以下、本実施形態の作用を図５のフローチャートに沿って説明する。
まず、ステップ３００において、予め画像出力値と有効露光量との関係が比例関係となるような、画像出力値と有効露光量の変換テーブルを作成し、これを記憶装置１１８に記憶しておく。
次に、ステップ３１０において、マルチバンドカメラ１１２により被写体１１０を各バンドについて予備撮影を行う。これにより、例えば被写体１１０中にある標準白色部の各バンドの出力値を得る。予備撮影によって得られた撮影データ（各バンドの出力値）は、マルチバンドカメラ１１２からバンド間出力値バランス検出装置１１４に送られる。
【００４８】
次に、ステップ３２０において、バンド間出力値バランス検出装置１１４において各バンド間出力値バランスを検出する。バンド間出力値バランス検出装置１１４は、予備撮影によって得られたマルチバンド画像を受け取ると、被写体１１０中の標準白色部の各バンドの出力値が最大値となるようなバンドを求め、これに対する各バンドの出力値の比率１／Ｒｉを算出する。
【００４９】
次に、ステップ３３０において、撮影条件決定装置１１６において、本撮影の撮影条件を決定する。撮影条件決定装置１１６は、最大値となるバンドに対する各バンドの出力値の比率が１／Ｒｉであるとき、このバンド（チャンネル）の露光時間を、最大値となるバンドの露光時間のＲｉ倍として決定する。
決定した露光時間はマルチバンドカメラ１１２に設定され、これにより次のステップ３４０において本撮影が行われる。
【００５０】
本撮影により得られた画像出力値は、次のステップ３５０において、変換装置１２０に送られ、記憶装置１１８に記憶されている画像出力値と有効露光量の変換テーブルを用いて有効露光量に変換される。
本実施形態のように、画像出力値と有効露光量の変換テーブルを含む処理系においては、画像出力値の制御が直接的に有効露光量の制御となり、直接的な制御が可能となる。
【００５１】
以下、より具体的な実施例について説明する。
（実施例２）
実際に実施するに当たり、図６に示すような実験用照明ブース２０を作成した。図６（ａ）は、ブース２０の正面図であり、図６（ｂ）は、ブース２０の側面図である。図に示すように、ブース２０の上方に蛍光灯２２を平行に並べて配置し、その下に拡散板２４を配置した。ブース２０内下部には、被写体２６を斜めに配置して、上から拡散板２４を通した蛍光灯２２による照明を受けた被写体２６を正面から撮影するようにした。
【００５２】
マルチバンドカメラ１１２としては、分光フィルタ部、ＣＣＤカメラ部及びこれらを制御するソフトウエアの組み込まれたコンピュータから構成される前述した実施例１と同様のマルチバンドカメラを用いた。
撮影条件は、光源としては、本実施例２では東芝演色改良型Ｎ−ＤＳＬ、この蛍光灯を図６（ｂ）に示すように照明ブース２０に８本設置した。被写体照度は３０００Lux であった。
その他の撮影条件は、前述した実施例１と同様であり、マルチバンド画像数は１６バンド、被写体はマクベスチャートである。
【００５３】
図５に示したフローチャートに沿って撮影を行った。
すなわち、予め画像出力値と有効露光量の変換テーブルを用意し、各バンド撮影時間１００msecの露出でプレ撮影を行った。これにより、画像中にある標準白色( マクベスチェッカ、グレイ６段中の白色部）の各バンドの出力値を得た。
なお、このとき、一般的には標準白色チャート（分光反射率既知）のものを得られないので、最明点（最も各チャンネルの出力値の総和の大きい点）の出力値、ＬＡＴＤ的に画像の平均値を参照してもよい。
【００５４】
プレ撮影によって得られた標準白色部の各チャンネルの出力値（得られている強度）が最大値になるようなバンドに対する各バンドの出力値の比率１／Ｒｉを算出した。各チャンネルに対し、各チャンネルの最大値に対する露光時間をＲｉ倍してこれを各チャンネルの撮影時間（露光時間）として設定し、これによって本撮影を行った。
本撮影によって得られた画像出力値に対し、予め用意しておいた変換テーブルを用いて変換を行い、有効露光量に変換した。
これによりマルチバンド画像撮影において、各バンド間でＳ／Ｎバランスの用自然な画像撮影を行うことができた。
【００５５】
次に本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態は、前述した第２実施形態のように画像出力値と有効露光量の変換テーブルをもたない場合、画像出力値と有効露光量という両物理量間は非線型になるが、バンド間の出力値の大小関係を用いた反復制御によって有効露光量を一定範囲内に調整するものである。
通常のカメラのγは、モニタのγの２．２乗の逆数になるように設定されている場合がある。例えば、出力値Ｏｉと有効露光量ＥＥＶｉとは次の式（５）のような関係がある。
Ｏｉ＝２５５・（（ＥＥＶｉ−０．００１）／０．９９９）0.45 ・・・（４）
このため、バンド間の値を直接反映させる場合には、過補正になることはない（アンダー気味の補正）。
【００５６】
図７に、本実施形態のマルチバンド画像撮影方法を実行するマルチバンド画像撮影装置の概略を示すブロック図である。
図４に示すように、本実施形態のマルチバンド画像撮影装置２０１は、被写体２１０を撮影してマルチバンド画像データとして取り込むマルチバンドカメラ２１２、予備撮影によって得られた撮影データから各バンド間の出力値バランスを検出するバンド間出力値バランス検出装置２１４及び検出された各バンド間の出力値バランスに基づいて撮影条件を決定する撮影条件決定装置２１６を有して構成される。
【００５７】
マルチバンドカメラ２１２は、上記第１実施形態におけるものと同様であり、特に限定されるものではない。
バンド間出力値バランス検出装置２１４、撮影条件決定装置２１６は具体的にはコンピュータにより構成される。
バンド間出力値バランス検出装置２１４は、被写体２１０に含まれる標準白色を撮影して得られた各バンド（チャンネル）の出力値が最大値になるようなバンドに対する各バンドの出力値の比率１／Ｒｉを求めるものである。
撮影条件決定装置２１６は、検出された比率１／Ｒｉの各チャンネルの露光時間を、最大値となるチャンネルの露光時間をＲｉ倍して設定するものである。
【００５８】
以下、本実施形態の作用を図８のフローチャートに沿って説明する。
まず、ステップ５００において、マルチバンドカメラ２１２により被写体２１０を各バンドについて予備撮影を行う。これにより、例えば被写体２１０中にある標準白色部の各バンドの出力値を得る。予備撮影によって得られた撮影データ（各バンドの出力値）は、マルチバンドカメラ２１２からバンド間出力値バランス検出装置２１４に送られる。
【００５９】
次に、ステップ５１０において、バンド間出力値バランス検出装置２１４において各バンド間出力値バランスを検出する。バンド間出力値バランス検出装置２１４は、予備撮影によって得られたマルチバンド画像を受け取ると、被写体２１０中の標準白色部の各バンドの出力値が最大値となるようなバンドを求め、これに対する各バンドの出力値の比率１／Ｒｉを算出する。
【００６０】
次に、ステップ５２０において、撮影条件決定装置２１６において、本撮影の撮影条件を決定する。上述したように本実施形態では画像出力値と有効露光量の変換テーブルをもたないため、この撮影条件の決定は反復制御によって行われる。反復制御は、前述した第１実施形態における図３に示すフローチャートと同様の流れに沿って行われる。
すなわち、プレ撮影によって得られた被写体中の標準白色部の各チャンネルの出力値（得られている強度）が最大値に対してある比率１／Ｒｉ以下のチャンネルを検出し、検出されたチャンネルに対して、露光時間をＲｉ倍して設定する。そしてＲｉ倍された露光時間で再度プレ撮影を行い、出力値の比率が１／Ｒｉより大となるまで、繰り返し露光時間をＲｉ倍しプレ撮影を繰り返し、各チャンネルがこれを満たすまでこの操作を行う。このようにして露光時間が決定される。
【００６１】
決定した露光時間はマルチバンドカメラ２１２に設定され、これにより本撮影が行われる。
露光時間の設定においては、画像全体における各バンドの平均値を判断して、バンド一様に露光時間を調節するようにしてもよい。
【００６２】
以下、より具体的な実施例について説明する。
（実施例３）
実際に実施するに当たり、本実施例においても図６に示す実験用照明ブース２０を用いた。
マルチバンドカメラ２１２としては、分光フィルタ部、ＣＣＤカメラ部及びこれらを制御するソフトウエアの組み込まれたコンピュータから構成される前述した実施例１と同様のマルチバンドカメラを用いた。
撮影条件は、光源としては、上記実施例２と同様であり、東芝演色改良型Ｎ−ＤＳＬ、この蛍光灯を図６（ｂ）に示すように実験用照明ブース２０に８本設置した。被写体照度は３０００Lux であった。
その他の撮影条件は、前述した実施例１と同様であり、マルチバンド画像数は１６バンド、被写体はマクベスチャートである。
【００６３】
上で図８のフローチャートを用いて説明したのと同様の方法で撮影を行った。
すなわち、まず各バンド１００msecの撮影時間でプレ撮影を行い、画像中にある標準白色部（マクベスチェッカ、グレイ６段中の白色部）の各バンドの出力値を得た。
そして、上で得られた標準白色部の各バンド（チャンネル）の出力値（得られている強度）が最大値に対して、ある比率１／Ｒ以下となるバンドを検出する。この検出されたバンドに対し、露光時間をＲ倍して設定し、再度プレ撮影を行い、得られた出力値が最大値に対して、ある比率１／Ｒより大になるまでこの操作を繰り返す。
【００６４】
このようにして設定された撮影時間により本撮影を行った。
本実施例の場合には、画像出力値と有効露光量の変換テーブルは存在しないが、このようにバンド間の出力値の大小関係を用いて反復的制御を行うことにより、有効露光量を一定範囲内に調整することが可能となった。
また、上記各実施例において得られた画像は、露光時間を上のように設定しない未設定のものに比べ、短波長領域起因と考えられる黄／青系の雑音感が低下し、画質の向上が図られた。さらに、長波長領域起因に相当する赤色系の雑音感の向上も図られた。
【００６５】
また、以上説明したようなマルチバンド画像撮影方法をコンピュータ等に実行させるソフトウエアをプログラムに組んでおけば、このプログラムを任意のコンピュータ等にインストールすることにより、マルチバンドカメラとこのコンピュータを組み合わせて、本発明のマルチバンド画像撮影方法を簡単に実行することができる。
【００６６】
以上、本発明のマルチバンド画像撮影方法及び装置及びプログラムについて、詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００６７】
【発明の効果】
以上、説明した通り、本発明によれば、マルチバンド画像撮影においても、各バンド間でＳ／Ｎバランスのよい、自然な画像撮影を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るマルチバンド画像撮影方法を実行するマルチバンド画像撮影装置の第１実施形態の概略を示すブロック図である。
【図２】 第１実施形態のマルチバンド画像撮影方法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】 撮影条件として、露光時間の設定方法を示すフローチャートである。
【図４】 本発明の第２実施形態のマルチバンド画像撮影方法を実行するマルチバンド画像撮影装置の概略を示すブロック図である。
【図５】 第２実施形態のマルチバンド画像撮影方法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】 実施例２及び３で用いる実験用照明ブースの（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】 本発明の第３実施形態のマルチバンド画像撮影方法を実行するマルチバンド画像撮影装置の概略を示すブロック図である。
【図８】 第３実施形態のマルチバンド画像撮影方法の処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１、１０１、２０１ マルチバンド画像撮影装置
１０、２６、１１０、２１０ 被写体
１２、１１２、２１２ マルチバンドカメラ
１４、１１４、２１４ バンド間感度バランス検出装置
１６、１１６、２１６ 撮影条件決定装置
２０ 実験用照明ブース
２２ 蛍光灯
２４ 拡散板
１１８ 記憶装置
１２０ 変換装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multiband image capturing method, apparatus, and program, and more particularly to a multiband image capturing technique for obtaining a multiband image that reproduces a natural image by equalizing a noise balance of a reproduced image.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the advancement of imaging technology, multi-channel photographing machines (multi-band cameras), in particular, photographing machines having a number of channels (bands) that can restore a spectral waveform to be photographed with sufficient practical accuracy are being put into practical use. is there. This is a wavelength region (multiband) that transmits multiple types of light (mostly 4 types or more), and a subject is photographed to obtain a plurality of image data (spectral image data (multiband image data for each band)). For example, a CCD and a color separation filter.
[0003]
A multiband camera passes reflected light obtained by illuminating a subject with illumination light having a constant spectral intensity distribution, through a spectral filter having a constant spectral transmittance distribution that varies from band to band. A spectral image is obtained by forming an image on the light receiving surface of the image sensor through the optical system lens of the camera.
Therefore, in the conventional multiband camera, the sensitivity of each band is determined by the product of the characteristics of the spectral filter and the spectral sensitivity distribution of the imaging device.
[0004]
That is, the effective exposure amount when photographing with a multiband camera is defined by the filter characteristic of the spectral filter, that is, the product of the spectral transmittance distribution and the spectral intensity distribution of illumination light at the time of photographing. To be precise, the spectral sensitivity distribution of the image sensor is included in the product, and further, the product of the spectral transmittance distribution of the optical system lens of the camera is included.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, if these spectral characteristics are biased, the effective exposure amount balance for each band is biased, the dynamic range of a certain band is narrower than others, and as a result, the S / N ratio of that band decreases, There is a problem that it is acquired as image data including noise.
On the other hand, when the spectral distribution of the light source is biased as exemplified by the fluorescent lamp, the illumination light source intensity in each band is biased. As a result, captured image data in a band with a low illumination light source intensity is an image having a lower S / N ratio than captured image data in other bands. It can be considered that the effective exposure amount obtained in each band in multiband camera photographing is given by a function of “spectral sensitivity of multiband camera” and “spectral energy distribution of light source” corresponding to each band. The relationship between the amount of light obtained in each band and the S / N ratio is a functional relationship in which the S / N ratio improves as the amount of light increases.
[0006]
In such a case, the reproduced image obtained by synthesizing the images for the respective bands is deteriorated in image quality such that noise or unevenness of a certain color is noticeable.
As a method of removing such noise, a method of changing noise suppression parameters according to the noise level by image processing in the subsequent stage is conceivable. However, in such a method, if there is a difference in noise level, There is a problem that noise suppression artifacts are different, resulting in an unnatural reproduction image.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems. When shooting a multiband image, the S / N ratio between shooting bands is kept within a certain range, the noise balance of the reproduced image is made uniform, and natural image reproduction is achieved. It is an object of the present invention to provide a multiband image photographing method, apparatus, and program capable of obtaining a multiband image for use in a computer.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the first aspect of the present invention is a multiband which divides a photographing wavelength region into a plurality of bands and shoots a spectral image of a subject corresponding to each of the divided bands when photographing a subject. When shooting images, from shooting data obtained by preliminary shooting performed prior to actual shootingAboveFor each bandA first ratio that is a ratio between an output value and a maximum output value of these output values is calculated for each of the bands, and the first ratio is equal to or less than a predetermined value for the first band. A second ratio is newly calculated by multiplying the ratio by a reciprocal of the predetermined value, and the shooting condition is determined based on the first ratio for the band in which the first ratio exceeds the predetermined value. In addition, the second ratio is used for the band in which the first ratio is equal to or less than the predetermined value.The present invention provides a multiband image photographing method characterized in that photographing conditions are determined based on the actual photographing based on the determined photographing conditions.
[0009]
Similarly, in order to solve the above-described problem, the second aspect of the present invention divides the imaging wavelength region into a plurality of bands and captures a spectrum image of the subject corresponding to each of the divided bands. When shooting multi-band images, from shooting data obtained by preliminary shooting prior to main shootingAboveFor each bandA first ratio that is a ratio between an output value and a maximum output value of these output values is calculated for each of the bands, and the first ratio is equal to or less than a predetermined value for the first band. A second ratio is newly calculated by multiplying the ratio by a reciprocal of the predetermined value, and the shooting condition is determined based on the first ratio for the band in which the first ratio exceeds the predetermined value. In addition, for the band where the first ratio is less than or equal to the predetermined value, the second ratio isShooting conditions are determined based on the actual shooting according to the determined shooting conditions, the obtained image output value,A conversion table prepared in advance with a proportional relationship between the image output value of the captured image and the effective exposure at the time of shootingTo provide a multiband image photographing method characterized in that it is converted into an effective exposure amount and output.
A multiband image capturing method is provided.
[0010]
In the multiband image capturing method, it is preferable that for the band having the first ratio equal to or less than the predetermined value, the reciprocal multiple of the predetermined value is repeated until the second ratio exceeds a predetermined value.
[0011]
In the multiband image shooting method,For the band in which the photographing condition is an exposure time and the first ratio is equal to or less than the predetermined value, the exposure time for the preliminary photographing is multiplied by a reciprocal of the predetermined value to adjust the exposure amount. It is preferable to determine the exposure time.
In the multiband image shooting method,The shooting condition is an exposure time, and for the band with the first ratio equal to or less than the predetermined value, with respect to the exposure time at the time of the preliminary shooting until the second ratio exceeds the predetermined value, It is preferable that the exposure time for adjusting the exposure amount is determined by repeating a reciprocal of a predetermined value.
In the multiband image shooting method,The output value of each band is preferably based on the output value at the standard white portion in the image or the output value at the brightest point.
In the multiband image shooting method,The output value of each band is preferably based on an average value of output values in the entire image.
[0012]
Similarly, in order to solve the above-described problem, the third aspect of the present invention divides the imaging wavelength region into a plurality of bands and captures a spectrum image of the subject corresponding to each of the divided bands. Photographing means toBy the photographing meansFrom the shooting data obtained by the preliminary shooting performed prior to the main shootingAboveFor each bandA first ratio that is a ratio between an output value and a maximum output value of these output values is calculated for each of the bands, and the first ratio is equal to or less than a predetermined value for the first band. Detection means for newly calculating a second ratio by multiplying the ratio by a reciprocal of the predetermined value, and the band in which the first ratio exceeds the predetermined value is photographed based on the first ratio. Conditions are determined, and for the band where the first ratio is less than or equal to the predetermined value, the second ratio isThere is provided a multiband image photographing apparatus comprising photographing condition determining means for determining a photographing condition based on the photographing condition.
[0013]
Similarly, in order to solve the above-described problem, the fourth aspect of the present invention divides the imaging wavelength region into a plurality of bands and captures a spectrum image of the subject corresponding to each of the divided bands. Photographing means, and storage means for storing a conversion table created in advance so that an image output value of a photographed image by the photographing means and an effective exposure amount at the time of photographing have a proportional relationship;
By the photographing meansFrom the shooting data obtained by the preliminary shooting performed prior to the main shootingAboveEach bandA first ratio, which is a ratio between the output value of each of the output values and the maximum output value of these output values, is calculated for each band, and the first ratio is equal to or less than a predetermined value for the first band. Detecting means for newly calculating the second ratio by multiplying the ratio of the reciprocal by the reciprocal of the predetermined value, and for the band in which the first ratio exceeds the predetermined value, based on the first ratio The shooting condition is determined, and the second ratio is set to the second ratio for the band in which the first ratio is equal to or less than the predetermined value.An imaging condition determining unit that determines an imaging condition based on the imaging condition; and a conversion unit that performs actual imaging based on the determined imaging condition and converts the obtained image output value into an effective exposure amount using the conversion table. A multiband image photographing apparatus characterized by the above.
[0014]
Also,In the multiband image capturing apparatus, it is preferable that when the first ratio is equal to or less than the predetermined value, the reciprocal of the predetermined value is repeated until the second ratio exceeds the predetermined value.
[0015]
In a multiband image photographing device,For the band in which the photographing condition is an exposure time and the first ratio is equal to or less than the predetermined value, the exposure time for the preliminary photographing is multiplied by a reciprocal of the predetermined value to adjust the exposure amount. It is preferable to determine the exposure time.
In the multiband image photographing apparatus method,The shooting condition is an exposure time, and for the band with the first ratio equal to or less than the predetermined value, with respect to the exposure time at the time of the preliminary shooting until the second ratio exceeds the predetermined value, It is preferable that the exposure time for adjusting the exposure amount is determined by repeating a reciprocal of a predetermined value.
Also,The output value of each band is preferably based on the output value at the standard white portion in the image or the output value at the brightest point.
Moreover, it is preferable that the output value of each band is based on the average value of the output values in the entire image.
[0016]
Similarly, in order to solve the above-mentioned problem,5The aspect ofA computer for operating as the detection means and the photographing condition determination means according to any one of claims 8 to 14.Provide a program.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a multiband image capturing method, apparatus, and program according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
[0018]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a first embodiment of a multiband image photographing apparatus for executing a multiband image photographing method according to the present invention.
The multiband image capturing apparatus of the present embodiment first performs preliminary shooting of a subject, and the sensitivity balance between the bands obtained by the preliminary shooting.(Used in the same meaning as output value balance)The shooting conditions are determined based on the shooting conditions, and the actual shooting is performed based on the shooting conditions.
[0019]
As shown in FIG. 1, the multiband image capturing apparatus 1 of the present embodiment includes a
[0020]
The
For example, a photographing lens and a CCD sensor that photoelectrically reads an image of the formed light are provided, and a plurality (at least four or more) of bandpass filters are arranged in front of the photographing lens. An example of photographing a subject while sequentially replacing the bandpass filter is illustrated. Further, it is preferable to use a liquid crystal tunable filter that can electrically change the spectral transmittance distribution instead of sequentially replacing the plurality of bandpass filters.
[0021]
Specifically, the interband sensitivity
The interband sensitivity
The imaging
[0022]
FIG. 2 is a flowchart showing the processing flow of the multiband image capturing method of the present embodiment.
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in
[0023]
Next, at
That is, when the band-to-band sensitivity
[0024]
If this ratio (each band output value / maximum value) is a value close to 1, the sensitivity balance between the bands can be said to be substantially uniform. The sensitivity will be low.
In the present embodiment, the shooting conditions are determined so that the sensitivity balance between the bands is as uniform as possible, and the main shooting is performed under the shooting conditions.
The calculated maximum value and the ratio of each band (with respect to the maximum value) are sent to the imaging
[0025]
Next, in
The imaging
[0026]
Various conditions can be considered as the imaging conditions. For example, a case where the exposure amount adjustment is performed based on the imaging time (exposure time) will be described as an example.
FIG. 3 shows a flowchart of a method for setting an exposure time as a photographing condition.
First, in
[0027]
A band in which this ratio is equal to or less than the predetermined value 1 / R has a smaller output value than the maximum value, and is less sensitive than a band in which the output value is the maximum value. Therefore, for a low-sensitivity band whose ratio is equal to or less than the predetermined value 1 / R, the exposure time is lengthened to compensate for the low sensitivity.
That is, for the band in which the ratio is detected to be equal to or less than the predetermined value 1 / R in
[0028]
Next, in
As a result, even if the output value is multiplied by R, if the ratio is still small and the exposure time is still insufficient, the process returns to step 210, and the exposure time of the band (already multiplied by R) is again multiplied by R.
[0029]
Then, this operation is repeated until the ratio exceeds the predetermined value 1 / R and the sensitivity balance between the bands becomes uniform.
As a result, if the ratio exceeds the predetermined value, the process proceeds to step 230, and the exposure time at that time (multiple times R) is set as the exposure time for the band.
[0030]
Returning to the flowchart of FIG. 2 again, when the shooting conditions are determined in
In setting the exposure time, the average value of each band in the entire image may be determined, and the exposure time may be adjusted uniformly. In this way, automatic exposure adjustment (AE) in multiband image shooting is achieved.
As described above, according to the present embodiment, in multiband image shooting, natural image shooting with a good S / N balance between the bands can be performed.
[0031]
Hereinafter, more specific examples will be described.
Example 1
As the
[0032]
Here, the spectral filter section is a liquid crystal tunable filter manufactured by CRI, Varispec Tunable Filter RS232C I / F, which can arbitrarily select a center wavelength in a wavelength range of 400 to 720 nm, and has a half-value width of wavelength. 30 nm, transmittance 6 to 60% (depending on wavelength). The CCD camera is a CA-D4-1024A PCI I / F manufactured by DALSA, monochrome, and has a pixel count of 1024 × 1024 (pixel) and a pixel size of 12 × 12 (μ). The personal computer is a book type PC (Windows (registered trademark) 95) C ++ manufactured by PROSIDE, with a CPU of 166 MHz and a RAM of 128 Mbytes.
[0033]
As for the photographing conditions, a metal halide lamp with subject illuminance of 9600 lux was used as the light source, the lens was Nikomart (f = 50 mm, F1.4), and F2.8 was used. Moreover, 400 nm or less and 730 nm or more were cut using an ultraviolet and infrared cut filter, respectively. The number of multiband images is 16 bands obtained by dividing the wavelength range of 410 to 710 nm with a wavelength interval of 20 nm.
The subject 10 used a Macbeth chart.
[0034]
Under such conditions, first, preliminary shooting (pre-shooting) was performed with an exposure of 25 msec for each band. And the output value of each band of the standard white part (white part in six stages of Macbeth chart gray) in the image was obtained.
In general, since a standard white chart (having a known spectral reflectance) cannot be obtained, the output value of the brightest point (the point having the largest sum of the output values of each band) is LATD-like. You may refer to the average value of an image.
[0035]
Next, a band in which the ratio of the output value (obtained intensity) of each band of the standard white portion obtained above to the maximum value was a predetermined value 1 / R (where R = 10) was detected.
The exposure time was set to R times the detected band. In this case, if the ratio of the output value multiplied by R to the maximum value is not more than the predetermined value 1 / R, this operation is repeated.
[0036]
In this way, the exposure time was set, and actual photographing was performed under these conditions. Setting the exposure time ratio of each band in this way can be said to be auto white balance (AWB) in multiband image shooting.
In setting the exposure time, more preferably, when setting the exposure time for each band above, it is possible to determine the average value of each band in the entire image and adjust the exposure time uniformly. Good.
[0037]
As described above, in the shooting with R = 10, the exposure time is set to 10 times in the 410 nm band in this method.
An image of the CIELab value estimated from the taken multiband image was reproduced as a hard copy image by a PICTROGRAPHY 3000 manufactured by Fuji Photo Film Co., Ltd.
As a result, compared with the unset image, the yellow / blue noise sensation attributed to the short wave region was reduced and the image quality was improved.
[0038]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the embodiment described below, in pre-photographing, the effective exposure amount obtained in each band is detected, and the photographing time of each band is adjusted so that the effective exposure amount obtained between the photographing bands is within a certain value. The shooting conditions are determined by the above, and the actual shooting is performed.
[0039]
First, the effective exposure amount will be described.
In photographing with a multiband camera, an effective exposure amount obtained in each band can be expressed as follows. That is, if the wavelength is λ, the spectral sensitivity of the i th band is Si (λ), the spectral reflectance of the subject is ρ (λ), the spectral distribution of the light source is E (λ), and α is a proportional constant, the i th The effective exposure amount EEVi of this band is expressed by the following equation (1).
EEVi = α · ∫E (λ) · ρ (λ) · Si (λ) dλ (1)
In addition, the unit time is used here.
[0040]
Further, when the spectral reflectance of the subject is an achromatic color that does not depend on the wavelength, the above equation (1) is expressed by the following equation (2) from ρ (λ) = ρ.
EEVi = α · ρ · ∫E (λ) · Si (λ) dλ (2)
Further, when the reflectance of the subject is close to 1 as in the white chart, ρ≈1, and Expression (2) becomes the following Expression (3).
EEVi≈α · ∫E (λ) · Si (λ) dλ (3)
[0041]
In general, the output signal (O) of the camera has a functional relationship with the effective exposure (EEV) received by the camera, and this function is often expressed as a power function. That is, the output signal O = f (EEV), which is a function f (EEV) of the effective exposure amount EEV, is proportional to EEV to the γ power.
In particular, by converting the output signal of the camera into a table and setting the exponent γ to 1, as shown in the following equation (4), the acquired image signal (output signal O) is an effective exposure amount EEV. And have a direct proportional relationship.
O = f (EEV) ∝EEV (4)
[0042]
As can be seen from this equation (4), a table conversion process f which is an inverse conversion of f with respect to the output signal O of the camera.-1To obtain an image signal as an effective exposure amount EEV. In other words, if written schematically,
Camera output signal → Table conversion processing f-1 → Image signal
It becomes. In the present embodiment described below, it is assumed that such a means is provided so that acquired image data in each band of the multiband camera is proportional to the effective exposure amount.
If a camera having a function for adjusting the exponent exponent γ is used, the relationship of the above formula (4) can be obtained by adjusting γ = 1.
[0043]
In general, the S / N ratio of the imaging system is a function of the amount of light obtained by photographing (here, the effective exposure amount), and a function that increases as the effective exposure amount increases (a model of the square function of the effective exposure amount). It can also be converted.)
From the above, in multi-band camera shooting, in order to acquire an image with a uniform S / N ratio in each band, each band is captured when a subject with a substantially constant spectral reflectance such as a reference white plate is shot. It is sufficient to control the effective exposure amount obtained in step 1 within a certain range. Further, the signal value obtained from the multiband camera may be controlled within a certain range.
[0044]
This control can be rephrased as a control for aligning the sensitivity balance between the bands of the camera as a result under a light source having substantially uniform characteristics in the wavelength direction in the spectral distribution of energy. In addition, under a light source having a large characteristic change in the wavelength direction in the spectral distribution of energy such as a fluorescent light source, the balance of the effective exposure amount between bands is controlled.
The above description is for the unit time, but considering the time dimension, the effective exposure amount obtained at the time of photographing each band is the above formula (1), (2), (3). EEVi can be integrated over the shooting time ΔT or expressed as the product of EEVi and the shooting time ΔT. Therefore, the effective exposure amount can be adjusted by adjusting the photographing time ΔTi of each band.
[0045]
FIG. 4 is a block diagram showing an outline of a multiband image photographing apparatus that executes the multiband image photographing method of the present embodiment.
As shown in FIG. 4, the multiband
[0046]
The
Specifically, the interband output value
The interband output value
The photographing
The
[0047]
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in
Next, in
[0048]
Next, in
[0049]
Next, in
The determined exposure time is set in the
[0050]
In the
In the processing system including the conversion table of the image output value and the effective exposure amount as in the present embodiment, the control of the image output value directly becomes the effective exposure amount control, and the direct control becomes possible.
[0051]
Hereinafter, more specific examples will be described.
(Example 2)
In actual implementation, an
[0052]
As the
As for the photographing conditions, as the light source, Toshiba color rendering improved N-DSL was used as the light source in this Example 2, and eight fluorescent lamps were installed in the
Other imaging conditions are the same as in the first embodiment described above, the number of multiband images is 16 bands, and the subject is a Macbeth chart.
[0053]
Photographing was performed according to the flowchart shown in FIG.
That is, a conversion table of image output values and effective exposure amounts was prepared in advance, and pre-photographing was performed with exposure for each band photographing time of 100 msec. As a result, an output value of each band of standard white (Macbeth checker, white portion in 6 gray stages) in the image was obtained.
At this time, a standard white chart (having a known spectral reflectance) cannot generally be obtained, so the output value of the brightest point (the point with the largest sum of the output values of each channel), LATD image You may refer to the average value of.
[0054]
The ratio 1 / Ri of the output value of each band with respect to the band so that the output value (obtained intensity) of each channel of the standard white portion obtained by the pre-photographing becomes the maximum value was calculated. For each channel, the exposure time with respect to the maximum value of each channel is multiplied by Ri and set as the shooting time (exposure time) of each channel.
The image output value obtained by the actual photographing was converted using a conversion table prepared in advance, and converted into an effective exposure amount.
As a result, in multiband image shooting, it was possible to perform natural image shooting for S / N balance between bands.
[0055]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, when there is no conversion table between the image output value and the effective exposure amount as in the second embodiment described above, the physical quantity between the image output value and the effective exposure amount is non-linear. The effective exposure amount is adjusted within a certain range by repetitive control using the magnitude relationship of the output values of the.
In some cases, γ of a normal camera is set to be the reciprocal of 2.2 of γ of the monitor. For example, the output value Oi and the effective exposure amount EEVi have a relationship represented by the following formula (5).
Oi = 255 · ((EEVi−0.001) /0.999)0.45 ... (4)
For this reason, when the value between the bands is directly reflected, there is no overcorrection (undercorrection correction).
[0056]
FIG. 7 is a block diagram showing an outline of a multiband image photographing apparatus that executes the multiband image photographing method of the present embodiment.
As shown in FIG. 4, the multiband
[0057]
The
The interband output value
The inter-band output value
The imaging
[0058]
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in
[0059]
Next, in
[0060]
Next, in
That is, a channel whose output value (obtained intensity) of the standard white portion in the subject obtained by pre-photographing is less than a ratio 1 / Ri with respect to the maximum value is detected, and the detected channel is On the other hand, the exposure time is set to Ri times. Then, pre-photographing is performed again with the exposure time multiplied by Ri, and the pre-photographing is repeated by repeatedly multiplying the exposure time by Ri until the ratio of the output values becomes greater than 1 / Ri, and this operation is performed until each channel satisfies this. Do. In this way, the exposure time is determined.
[0061]
The determined exposure time is set in the
In setting the exposure time, the average value of each band in the entire image may be determined, and the exposure time may be adjusted uniformly.
[0062]
Hereinafter, more specific examples will be described.
(Example 3)
In actual implementation, the
As the
The photographing conditions were the same as in Example 2 above as the light source. Toshiba color rendering improved N-DSL and eight fluorescent lamps were installed in the
Other imaging conditions are the same as in the first embodiment described above, the number of multiband images is 16 bands, and the subject is a Macbeth chart.
[0063]
Photographing was performed in the same manner as described above using the flowchart of FIG.
That is, first, pre-photographing was performed with a photographing time of 100 msec for each band, and an output value of each band of a standard white part (Macbeth checker, white part in 6 gray stages) in the image was obtained.
Then, a band in which the output value (obtained intensity) of each band (channel) of the standard white portion obtained above is a certain ratio 1 / R or less with respect to the maximum value is detected. The exposure time is set to R times the detected band, pre-photographing is performed again, and this operation is repeated until the obtained output value is greater than a certain ratio 1 / R with respect to the maximum value. .
[0064]
The actual shooting was performed with the shooting time set in this way.
In the case of the present embodiment, there is no conversion table between the image output value and the effective exposure amount, but the effective exposure amount is made constant by performing iterative control using the magnitude relationship between the output values between the bands as described above. It became possible to adjust within the range.
In addition, the images obtained in each of the above examples have a lower yellow / blue noise sensation attributed to the short wavelength region and an improvement in image quality compared to an unset image in which the exposure time is not set as above. Was planned. In addition, a red noise sensation corresponding to the long wavelength region was improved.
[0065]
In addition, if software that allows a computer or the like to execute the multiband image capturing method as described above is assembled in a program, this program can be installed in an arbitrary computer or the like to combine the multiband camera and this computer. The multiband image photographing method of the present invention can be easily executed.
[0066]
As described above, the multiband image capturing method, apparatus, and program of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various kinds of methods can be used without departing from the gist of the present invention. Of course, improvements and changes may be made.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to perform natural image capturing with a good S / N balance between bands even in multiband image capturing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a first embodiment of a multiband image photographing apparatus for executing a multiband image photographing method according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a process flow of the multiband image capturing method of the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for setting an exposure time as an imaging condition.
FIG. 4 is a block diagram showing an outline of a multiband image photographing apparatus that executes a multiband image photographing method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing flow of a multiband image capturing method of the second embodiment.
6A is a front view and FIG. 6B is a side view of an experimental lighting booth used in Examples 2 and 3. FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing an outline of a multiband image photographing apparatus that executes a multiband image photographing method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing a process flow of a multiband image capturing method of the third embodiment.
[Explanation of symbols]
1, 101, 201 Multiband image photographing apparatus
10, 26, 110, 210 Subject
12, 112, 212 Multiband camera
14, 114, 214 Band-to-band sensitivity balance detection device
16, 116, 216 Imaging condition determination device
20 Experimental lighting booth
22 Fluorescent light
24 Diffuser
118 Storage device
120 converter
Claims (15)
本撮影に先立って行われる予備撮影により得られる撮影データから前記各バンドの出力値とこれら出力値のうちの最大の出力値との比率である第１の比率を前記各バンドごとに算出し、
前記第１の比率が所定値以下の前記バンドについては、前記第１の比率を前記所定値の逆数倍して新たに第２の比率を算出し、
前記第１の比率が前記所定値を超えた前記バンドについては、前記第１の比率に基づいて撮影条件を決定し、また、前記第１の比率が前記所定値以下の前記バンドについては前記第２の比率に基づいて撮影条件を決定し、
前記決定された撮影条件により本撮影を行うことを特徴とするマルチバンド画像撮影方法。When shooting a subject, the shooting wavelength region is divided into a plurality of bands, and when shooting a multiband image for shooting a spectrum image of the subject corresponding to each divided band,
The first ratio is the ratio between the maximum output value of the output value and these output values of the respective bands from the imaging data obtained by the preliminary imaging to be conducted prior to the shooting are calculated for each of the respective bands,
For the band in which the first ratio is equal to or less than a predetermined value, a new second ratio is calculated by multiplying the first ratio by a reciprocal of the predetermined value,
For the band in which the first ratio exceeds the predetermined value, shooting conditions are determined based on the first ratio, and for the band in which the first ratio is equal to or less than the predetermined value, the first ratio is determined. The shooting conditions are determined based on the ratio of 2 ,
A multiband image photographing method, wherein the main photographing is performed according to the determined photographing conditions.
本撮影に先立って行われる予備撮影により得られる撮影データから前記各バンドの出力値とこれら出力値のうちの最大の出力値との比率である第１の比率を前記各バンドごとに算出し、
前記第１の比率が所定値以下の前記バンドについては、前記第１の比率を前記所定値の逆数倍して新たに第２の比率を算出し、
前記第１の比率が前記所定値を超えた前記バンドについては、前記第１の比率に基づいて撮影条件を決定し、また、前記第１の比率が前記所定値以下の前記バンドについては、前記第２の比率に基づいて撮影条件を決定し、
前記決定された撮影条件により本撮影を行い、
得られた画像出力値を、予め用意された、撮影画像の画像出力値と撮影の際の有効露光量が比例関係を有するような変換テーブルにより有効露光量に変換して出力することを特徴とするマルチバンド画像撮影方法。When shooting a subject, the shooting wavelength region is divided into a plurality of bands, and when shooting a multiband image for shooting a spectrum image of the subject corresponding to each divided band,
The first ratio is the ratio between the maximum output value of the output value and these output values of the respective bands from the imaging data obtained by the preliminary imaging to be conducted prior to the shooting are calculated for each of the respective bands,
For the band in which the first ratio is equal to or less than a predetermined value, a new second ratio is calculated by multiplying the first ratio by a reciprocal of the predetermined value,
For the band in which the first ratio exceeds the predetermined value, shooting conditions are determined based on the first ratio, and for the band in which the first ratio is equal to or less than the predetermined value, The shooting conditions are determined based on the second ratio ,
Perform the actual shooting according to the determined shooting conditions,
The obtained image output value is converted into an effective exposure amount by using a conversion table prepared in advance so that the image output value of the captured image and the effective exposure amount at the time of shooting have a proportional relationship, and is output. Multiband image shooting method.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチバンド画像撮影方法。The multiband image capturing method according to claim 1, wherein the multiband image capturing method is performed.
ことを特徴とする請求項３に記載のマルチバンド画像撮影方法。The multiband image photographing method according to claim 3.
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のマルチバンド画像撮影方法。The multiband image capturing method according to claim 1, wherein the multiband image capturing method is performed.
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のマルチバンド画像撮影方法。 The multiband image capturing method according to claim 1, wherein the multiband image capturing method is performed.
前記撮影手段によって本撮影に先立って行われる予備撮影により得られる撮影データから前記各バンドの出力値とこれら出力値のうちの最大の出力値との比率である第１の比率を前記各バンドごとに算出し、前記第１の比率が所定値以下の前記バンドについては、前記第１の比率を前記所定値の逆数倍して新たに第２の比率を算出する検出手段と、
前記第１の比率が前記所定値を超えた前記バンドについては、前記第１の比率に基づいて撮影条件を決定し、また、前記第１の比率が前記所定値以下の前記バンドについては、前記第２の比率に基づいて撮影条件を決定する撮影条件決定手段と、
を備えたことを特徴とするマルチバンド画像撮影装置。When photographing a subject, a photographing unit that divides a photographing wavelength region into a plurality of bands and photographs a spectral image of the subject corresponding to each of the divided bands;
Each maximum of said each band the first ratio is the ratio of the output value of the output value and these output values of the respective bands from the imaging data obtained by the preliminary imaging to be conducted prior to the imaging by the imaging means Detecting means for calculating a new second ratio by multiplying the first ratio by a reciprocal of the predetermined value for the band in which the first ratio is equal to or less than a predetermined value;
For the band in which the first ratio exceeds the predetermined value, shooting conditions are determined based on the first ratio, and for the band in which the first ratio is equal to or less than the predetermined value, Shooting condition determining means for determining shooting conditions based on the second ratio ;
A multiband image photographing apparatus comprising:
前記撮影手段による撮影画像の画像出力値と撮影の際の有効露光量が比例関係を有するように予め作成された変換テーブルを記憶する記憶手段と、
前記撮影手段によって本撮影に先立って行われる予備撮影により得られる撮影データから前記各バンドの出力値とこれら出力値のうちの最大の出力値との比率である第１の比率を前記各バンドごとに算出し、前記第１の比率が所定値以下の前記バンドについては、前記第１の比率を前記所定値の逆数倍して新たに第２の比率を算出する検出手段と、
前記第１の比率が前記所定値を超えた前記バンドについては、前記第１の比率に基づいて撮影条件を決定し、また、前記第１の比率が前記所定値以下の前記バンドについては、前記第２の比率に基づいて撮影条件を決定する撮影条件決定手段と、
前記決定された撮影条件により本撮影を行い、得られた画像出力値を前記変換テーブルにより有効露光量に変換する変換手段と、
を備えたことを特徴とするマルチバンド画像撮影装置。When photographing a subject, a photographing unit that divides a photographing wavelength region into a plurality of bands and photographs a spectral image of the subject corresponding to each of the divided bands;
Storage means for storing a conversion table prepared in advance so that the image output value of the photographed image by the photographing means and the effective exposure amount at the time of photographing have a proportional relationship;
Each maximum of said each band the first ratio is the ratio of the output value of the output value and these output values of the respective bands from the imaging data obtained by the preliminary imaging to be conducted prior to the imaging by the imaging means Detecting means for calculating a new second ratio by multiplying the first ratio by a reciprocal of the predetermined value for the band in which the first ratio is equal to or less than a predetermined value;
For the band in which the first ratio exceeds the predetermined value, shooting conditions are determined based on the first ratio, and for the band in which the first ratio is equal to or less than the predetermined value, Shooting condition determining means for determining shooting conditions based on the second ratio ;
A converting unit that performs actual shooting under the determined shooting conditions, and converts the obtained image output value into an effective exposure amount by the conversion table;
A multiband image photographing apparatus comprising:
ことを特徴とする請求項８又は９に記載のマルチバンド画像撮影装置。The multiband image photographing device according to claim 8 or 9, characterized by the above.
ことを特徴とする請求項１１に記載のマルチバンド画像撮影装置。The multiband image photographing apparatus according to claim 11.
ことを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載のマルチバンド画像撮影装置。The multiband image photographing device according to any one of claims 8 to 12.
ことを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載のマルチバンド画像撮影装置。 The multiband image photographing device according to any one of claims 8 to 12.
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