專利名稱：攝像裝置的光譜靈敏度特性測定方法和攝像數(shù)據(jù)構(gòu)成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測定例如數(shù)字?jǐn)z像機、數(shù)碼相機等的攝像裝置的光譜靈敏度特性的技術(shù)和一種在用圖像輸出裝置輸出由攝像裝置拍攝得到的圖像時適合于應(yīng)用的攝像數(shù)據(jù)的構(gòu)成技術(shù)。
迄今，作為攝像裝置的彩色特性測量裝置和方法，在由IEC(國際電工委員會)于1994年5月出版的「國際標(biāo)準(zhǔn)IEC1146-1攝像機(PAL/SECAM/NTSC)-測量方法-第一部分非廣播單一傳感器相機」的第三章第18項中示出的內(nèi)容作為國際規(guī)格，是有代表性的。
圖20是應(yīng)用了上述的攝像裝置和方法的圖，是測定數(shù)碼相機的使用數(shù)碼相機作為攝像裝置的一例時的色再現(xiàn)性和灰度特性的裝置的構(gòu)成圖。圖20示出了攝像裝置1和作為攝像裝置的被攝體的測試圖20。圖20還示出了具有穩(wěn)定的色溫并照射測試圖20的照明光源21和接受從攝像裝置1輸出的數(shù)據(jù)的例如計算機等圖像輸出裝置15。
此外，圖21是測試圖20的構(gòu)成圖，作為基準(zhǔn)色，包含白、黑和具有從白到黑呈階梯狀變化的灰色的灰度標(biāo)準(zhǔn)30，以及紅、綠、藍(lán)等幾片比色圖(color chart)31。作為這些比色圖的例子，有在上述的國際規(guī)格的Annex A、Annex B中規(guī)定了其特性的例子。
首先，假定圖21中示出的測試圖20的各比色圖31的RGB值是已知的，(例如，如果將數(shù)據(jù)定為8比特，則在理想的情況下，如果是紅，則R＝255，G＝B＝0，如果是綠，則G＝255，R＝B＝0，如果是藍(lán)，則B＝255，R＝G＝0)，將其定為理論值。通過求出用攝像裝置1拍攝測試圖20時與被測定的各比色圖31對應(yīng)的RGB值與理論值的差(色差)，可求出攝像裝置1的色再現(xiàn)性，或從用攝像裝置1拍攝從白到黑呈階梯狀變化的灰度標(biāo)準(zhǔn)30時的測定值可求出攝像裝置1的灰度特性。
但是，由于照明光源21照射的測試圖20的照度隨在測試圖20上的位置不同而不同，故即使拍攝相同的比色圖31，測定值也隨在測試圖20上的位置不同而不同，存在如果不校正照明不勻就不能得到準(zhǔn)確的值的問題。
此外，即使在理想的均勻照明下，由于攝像裝置的攝像光學(xué)系統(tǒng)的特性的緣故，例如由于中心部與周邊部的光量差的緣故，即使拍攝相同的比色圖31，測定值也不同，故首先攝像裝置的攝像光學(xué)系統(tǒng)的特性是已知的，存在如果不進行該特性的校正就不能得到準(zhǔn)確的值的問題。
此外，如果測試圖20是印刷物，則由于伴隨褪色、變色等的隨時間的變化，故存在難以進行再現(xiàn)性高的測定的問題。
此外，雖然求出與測試圖20上的各比色圖對應(yīng)的RGB值的測定值與RGB值的理論值之間的色差，但存在不能測定各波長下的攝像裝置的光譜靈敏度特性的問題。
此外，在只有從限于攝像裝置拍攝的種類的圖像得到的信息的情況下，存在對于其它一般的被攝體的圖像，不能進行精度高的色校正的問題。
此外，為了將彩色特性測定裝置的已測定的數(shù)據(jù)與攝像裝置已拍攝的圖像聯(lián)系起來，存在有必要另外制作對應(yīng)表等的操作的問題。
此外，如果照明光源21的種類(光譜分布特性)發(fā)生變化，則與攝像裝置已拍攝的各個比色圖對應(yīng)的數(shù)據(jù)也變化，但由于迄今為止沒有準(zhǔn)確地反映各個照明光源21的特性的辦法，故存在難以進行包含照明光源21的攝像裝置的彩色管理的問題。特別是由于因為上述的原因沒有準(zhǔn)確地測定攝像裝置的光譜分布特性的方法，故例如即使準(zhǔn)確地測定光源的光譜靈敏度特性等，也不能與有效地利用該光譜靈敏度特性的彩色管理聯(lián)系起來。
本發(fā)明是為了解決上述的問題而進行的，其目的在于，提供一種能準(zhǔn)確地測定光譜靈敏度特性而不進行測試圖中的照度不勻、隨時間變化、比色圖的管理等的技術(shù)。
此外，其目的在于，提供一種沒有必要預(yù)先準(zhǔn)確地掌握照明的光譜特性等而能進行測定的技術(shù)。
再者，其目的在于，提供一種得到為了能準(zhǔn)確地對被攝體進行色再現(xiàn)所需要的光譜靈敏度特性的技術(shù)。
再者，其目的在于，提供這樣一種技術(shù)，其中，通過將由攝像裝置得到的光譜靈敏度特性附加在圖像數(shù)據(jù)上，能夠始終了解該攝像裝置的彩色特性，關(guān)于一般的圖像，能進行精度高的色校正。
再者，其目的在于，提供一種與攝像裝置的灰度特性無關(guān)的準(zhǔn)確的光譜靈敏度特性的技術(shù)。
再者，其目的在于，提供一種得到能在圖像輸出裝置中以準(zhǔn)確的色再現(xiàn)顯示被攝體的圖像數(shù)據(jù)的技術(shù)。
為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的第1方面的攝像裝置的光譜靈敏度特性測定方法包括準(zhǔn)備工序，準(zhǔn)備具備具有多個像素的攝像元件的攝像裝置、光源和對來自該光源的光進行分光并從其射出端輸出分光的分光器；攝像工序，利用上述攝像裝置拍攝輸出上述分光的上述射出端；第1運算工序，對于與利用上述攝像工序上述攝像裝置輸出的上述多個像素和至少一個色分量對應(yīng)的多個圖像信號的每一個進行校正，使上述攝像裝置的灰度特性中的非線性接近于線性；以及第2運算工序，將進行了上述校正后的上述多個圖像信號的上述多個像素中的某個范圍內(nèi)的平均值作為對于上述分光的光譜靈敏度特性算出。
較為理想的是，通過一邊改變上述分光的波長，一邊進行上述攝像工序、上述第1運算工序和上述第2運算工序，得到與多個波長對應(yīng)的光譜靈敏度特性。
此外，較為理想的是，上述第1運算工序?qū)τ谏鲜龆鄠€圖像信號的每一個，通過算出表現(xiàn)上述灰度特性的非線性的函數(shù)的反函數(shù)的函數(shù)值來進行上述校正。
此外，較為理想的是，在上述第2運算工序中，使用表現(xiàn)與上述多個波長的每一個對應(yīng)的上述分光的強度的分光特性，校正上述平均值，以便消弱在上述多個波長間的上述強度的差別的影響，將校正后的平均值作為上述光譜靈敏度特性。
此外，較為理想的是，在上述準(zhǔn)備工序中，再準(zhǔn)備對上述射出端進行照明的另一光源，在上述攝像工序中，一邊用上述另一光源對上述射出端進行照明，一邊用上述攝像裝置拍攝上述射出端，在上述第1運算工序中，除了上述校正之外，對于上述多個圖像信號的每一個，進行扣除因上述另一光源引起的信號分量的校正。
此外，較為理想的是，在上述準(zhǔn)備工序中，再準(zhǔn)備在從上述射出端到上述攝像裝置的上述分光的路徑上有選擇地開了孔的箱子和以照明光到達(dá)與上述孔及其周圍相當(dāng)?shù)纳鲜鱿涞谋砻娴牟糠值坏竭_(dá)上述射出端的方式進行照射的照明光源，上述方法還具備測量工序，其中，在上述孔上依次放上反射率不同的多個色片，利用上述攝像裝置拍攝該色片，由此，根據(jù)從上述攝像裝置依次得到的圖像信號，測量上述灰度特性中的上述非線性。
本發(fā)明的第2方面的攝像數(shù)據(jù)的構(gòu)成方法包括準(zhǔn)備攝像裝置的準(zhǔn)備工序；攝像工序，得到表現(xiàn)被攝體的圖像的圖像數(shù)據(jù)作為上述攝像裝置的輸出信號；以及光譜靈敏度特性附加工序，將表現(xiàn)上述攝像裝置的光譜靈敏度特性的數(shù)據(jù)附加在上述圖像數(shù)據(jù)上。
較為理想的是，上述攝像裝置具備具有多個像素的攝像元件，上述方法還具備另一準(zhǔn)備工序，準(zhǔn)備光源和對來自該光源的光進行分光并從其射出端輸出分光的分光器；另一攝像工序，利用上述攝像裝置拍攝輸出上述分光的上述射出端；第1運算工序，對于與利用上述攝像工序上述攝像裝置輸出的上述多個像素和至少一個色分量對應(yīng)的多個圖像信號的每一個進行校正，使上述攝像裝置的灰度特性中的非線性接近于線性；以及第2運算工序，將進行了上述校正后的上述多個圖像信號的上述多個像素中的某個范圍內(nèi)的平均值作為對于上述分光的上述攝像裝置的光譜靈敏度特性算出。
此外，較為理想的是，上述方法還包括變換系數(shù)附加工序，其中，將在基準(zhǔn)白色的照明下用上述攝像裝置拍攝比色圖時得到的第1信號與在具有特定的光譜分布特性的照明下用上述攝像裝置拍攝上述比色圖時得到的第2信號之間的變換系數(shù)再附加到上述圖像數(shù)據(jù)上。
本發(fā)明的第3方面的攝像數(shù)據(jù)的構(gòu)成方法包括準(zhǔn)備攝像裝置的準(zhǔn)備工序；攝像工序，得到表現(xiàn)被攝體的圖像的圖像數(shù)據(jù)作為上述攝像裝置的輸出信號；以及變換系數(shù)附加工序，將在基準(zhǔn)白色的照明下用上述攝像裝置拍攝比色圖時得到的第1信號與在具有特定的光譜分布特性的照明下用上述攝像裝置拍攝上述比色圖時得到的第2信號之間的變換系數(shù)附加到上述圖像數(shù)據(jù)上。
圖1是示出測定實施例的光譜靈敏度特性的裝置的圖。
圖2是示出輸出1個信道信號的攝像裝置的輸出特性的一例的圖。
圖3是示出輸出3個信道信號的攝像裝置的輸出特性的一例的圖。
圖4是示出固體攝像元件中的像素的排列的圖。
圖5是示出固體攝像元件的構(gòu)成的電路圖。
圖6是例示非線性校正的圖。
圖7是示出拍攝分光器的射出端而得到的圖像的一例的圖。
圖8是示出分光器的射出端的發(fā)射亮度的不勻的圖。
圖9是示出攝像裝置的非線性特性的圖。
圖10是放大圖9的一部分而示出的圖。
圖11是例示攝像裝置的輸出特性的圖。
圖12是例示攝像裝置的光譜靈敏度特性的圖。
圖13是示出從分光器輸出的光的光譜分布的圖。
圖14是示出實施例4的裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖15是圖14的暗箱的斜視圖。
圖16是示出實施例5的裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖17是示出實施例5的數(shù)據(jù)格式的一例的圖。
圖18是示出攝像裝置與圖像輸出裝置的關(guān)系的圖。
圖19A是示出實施例6的數(shù)據(jù)格式的一例的圖。
圖19B是示出實施例6的數(shù)據(jù)格式的另一例的圖。
圖20是示出現(xiàn)有技術(shù)中的攝像裝置的測定方法的圖。
圖21是示出現(xiàn)有技術(shù)中的攝像裝置的測定方法中使用的測試圖的一例的圖。
以下，根據(jù)示出其實施例的


本發(fā)明。再有，在圖中，與前面相同的記號表示與前面相同或相當(dāng)?shù)膶ο蟆?br> 實施例1圖1是示出實現(xiàn)本發(fā)明的實施例1的光譜靈敏度特性測定方法用的測定裝置的結(jié)構(gòu)的圖。在圖1中，描繪了作為被測定對象的攝像裝置1、分光器2、向分光器2輸入被分光的光的光源3、實施攝像裝置1中的信號處理的信號處理電路4、固體攝像元件5、從分光器2射出已分光的光的射出端6、對從攝像裝置1輸出的圖像信號(或數(shù)據(jù))給予第1運算處理的第1運算裝置7和對第1運算裝置的結(jié)果給予第2運算處理的第2運算裝置8。
在以上述方式構(gòu)成的測定裝置中，說明其測定方法。分光器2在內(nèi)部具有棱鏡和衍射光柵(grating)，將從光源3入射的光分光為單一波長的光。一般來說，上述光源3是由鹵素?zé)舻鹊臒艉蛯碜詿舻纳涑龉膺M行聚光的透鏡構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。從射出端6射出被分光的單一波長的光。
攝像裝置1拍攝從分光器2射出的單一波長的光。所拍攝的光由固體攝像元件5進行光電變換，由信號處理電路4進行在相機信號處理中所必須的信號處理、例如非線性校正及增益控制，從輸出端子Sc作為圖像信號被輸出。
通過一邊改變從分光器2輸出的光的波長，一邊對于每個波長得到攝像裝置1的輸出信號，可得到攝像裝置1的光譜靈敏度特性。例如，在從攝像裝置1得到如黑白圖像那樣的1個信道的輸出信號時，如圖2中所示那樣，可得到與波長對應(yīng)的攝像裝置1的輸出特性。
此外，在從攝像裝置1得到如彩色信號、例如R、G、B那樣的3個信道的信號時，通過得到與從分光器2輸出的、變化的光的波長的每一個對應(yīng)的各輸出信號，如圖3中所示，可得到與波長對應(yīng)的攝像裝置1的輸出特性。
在以上所述中，如果將分光器2的射出端6的分光波長范圍定為可見光的范圍，則可得到適合于人的視覺特性的攝像裝置1的光譜靈敏度特性。例如，通過將波長范圍定為380nm至780nm，可得到與日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS Z 8722中的第1種分光測光器相一致的攝像裝置1的光譜靈敏度特性。
從攝像裝置1得到的信號包含攝像裝置1中的非線性的特性。例如，如圖4中所示，固體攝像元件5由多個像素構(gòu)成。作為上述固體攝像元件5，可舉出CCD及MOS元件等，但現(xiàn)在假定1個元件具有圖5中示出的結(jié)構(gòu)。在圖5中，描繪了進行光電變換的光二極管10、將電荷作為信號存儲的電容器11、讀出被存儲的電荷的FET12和放大被讀出的信號的放大器13。在上述那樣的結(jié)構(gòu)中，在光二極管10或放大器13等對于被輸入的光沒有線性特性時，從像素輸出的信號具有非線性特性。
此外，在攝像裝置1中的信號處理中，在進行圖6中示出的非線性校正處理等時，從攝像裝置1得到的輸出信號也成為變成非線性的主要原因。
圖2和圖3中示出的輸入光與與該波長對應(yīng)的攝像裝置1的輸出信號之間的關(guān)系是介入了攝像裝置1的非線性的特性之后的結(jié)果，如果將該結(jié)果按原樣定為攝像裝置1的光譜靈敏度特性，則該特性是由攝像裝置1的非線性特性而引起的，其處理是非常不方便的。
例如，在打算在色空間的變換等的彩色管理中利用光譜靈敏度特性時，由于作為其原則以測色學(xué)中加法規(guī)則成立為前提，故光譜靈敏度特性是線性這一點是很有效的。
第1運算裝置7對攝像元件5的每個像素的輸出信號進行運算處理，以便對于上述攝像裝置1具有的非線性的特性，攝像裝置1的輸入輸出特性(此時，輸入是輸入到攝像裝置1中的光量，輸出是信號電平，或數(shù)據(jù)值)成為線性或看作是線性的特性。
在此，在圖7中示出用攝像裝置1拍攝分光器2的射出光的圖像。在圖7中，成為圍棋盤的格狀的是固體攝像元件5的一個一個的像素，作為光譜特性測定使用的信號只是來自分光器2的射出光的部分，具體地說，在圖7中只成為用斜線示出的部分。但是，在分光器2的射出端的射出光，如圖8中所示，沒有形成均勻的強度分布。此外，即使在射出端6設(shè)置了發(fā)散板的情況下，也不是完全均勻的，如果使用完全的發(fā)散板那樣的發(fā)散度非常高的發(fā)散板，則由于射出光完全被發(fā)散，故入射到攝像裝置1中的光量極為微小，必須增大射出端6，或大大增加光源3的入射光量，為了以高精度來進行測定，這是非常不現(xiàn)實的。
假定攝像裝置1的非線性特性fc是例如圖9中示出的特性。在攝像裝置1的輸出信號的色分量是RGB這3種時，作為從攝像裝置1的輸入輸出特性得到的灰度特性，如圖9中所示，可得到fR、fG、fB這3種特性。在圖10中示出將其一部分放大后的圖。
現(xiàn)在，在圖7中，如果將(i，j)位置上的來自攝像裝置1的輸出信號設(shè)為D＇(i，j)、將(i+2，j+2)位置上的來自攝像裝置1的輸出信號設(shè)為D＇(i+2，j+2)，則由第1運算裝置7得到的值D(i，j)、D(i+2，j+2)是圖10中示出的值。
第2運算裝置8對利用第1運算裝置7得到的每個像素的運算處理結(jié)果的平均值進行運算。通過從第2運算裝置8得到每個波長的信號(或數(shù)據(jù))，可得到作為線性特性的攝像裝置1的光譜靈敏度特性。
之所以利用第1運算裝置對固體攝像元件5的每個像素進行上述處理，是由于下述的原因。如果只著眼于(i，j)、(i+2，j+2)的位置的像素，則從攝像裝置得到的信號的平均值為(D＇(i，j)+D＇(i+2，j+2))/2，由此得到的值為圖10中示出的A點的值。但是，實際上與作為線性特性的、從D(i，j)、D(i+2，j+2)求出的B點的Dc(λ)產(chǎn)生了ΔDc的誤差。
因此，關(guān)于攝像裝置1的光譜特性，對從攝像裝置1輸出的、固體攝像元件5的每個像素的信號進行消除非線性特性的運算處理，從所得到的每個像素的信號的平均值算出Dc，由此，可導(dǎo)出誤差少的光譜靈敏度特性。
實施例2如實施例1中所述的那樣，將表示攝像裝置1的線性特性的每個波長的各信號設(shè)為Dc(λ)。記號「c」表示從攝像裝置1得到的信號的色分量，如果是黑白攝像裝置，則只表示1個信道，如果是輸出R、G、B信號的彩色攝像裝置，則c＝R、G、B。如果將由前面所述的固體攝像元件5內(nèi)的放大器13等引起的非線性特性設(shè)為fsc、由信號處理中的非線性校正(γ)特性等引起的非線性特性設(shè)為frc，則從攝像裝置1的輸出端得到的信號Dc＇(λ)可由下式來表示。
Dc＇(λ)＝frc(fsc(Dc(λ)))＝fc(Dc(λ)) ？？(1)在此，fc＝frc(fsc)，c表示輸出信號的色分量，如果是黑白攝像裝置，則只有1個信道，如果是RGB彩色攝像裝置，則fc是fR、fG、fB。此外，在本實施例中，將攝像裝置的非線性特性以fsc和frc為例進行了說明，但即使在具有其它方面成為非線性的主要原因的攝像裝置中，如果包含所有這些特性作為fc的函數(shù)，則也是同樣的。
因此，利用實施例1中記述的測定，從由攝像裝置1得到的輸出信號Dc＇(λ)，用下式可求出攝像裝置1中的作為線性特性的光譜靈敏度特性。
Dc(λ)＝fc-1(Dc＇(λ)) ？？(2)現(xiàn)在，在圖7中，如果將在(i，j)的位置上的來自攝像裝置1的輸出信號設(shè)為D＇(i，j)，將(i+2，j+2)的位置上的來自攝像裝置1的輸出信號設(shè)為D＇(i+2，j+2)，則通過fc的反函數(shù)的值D(i，j)、D(i+2，j+2)是圖9中示出的值。由于將從攝像裝置1得到的各波長中的值作為相當(dāng)于圖7的斜線部的值來導(dǎo)出計算式(2)中示出的光譜靈敏度特性的公式，故如果置換為固體攝像元件5的像素單位，則該式成為下式所示。
Dc(λ)＝fc-1(∑Dc＇ij(λ)/n) ？？(3)ij固體攝像元件5的像素的位置n計算中使用的像素數(shù)按照式(3)，如果只著眼于(i，j)、(i+2，j+2)的位置的像素，則式(3)中的(∑Dc＇ij(λ)/n)為(D＇(i，j)+D＇(i+2，j+2))/2，如圖10中所示，Dc(λ)為fc-1((D＇(i，j)+D＇(i+2，j+2))/2)。但是，實際上與作為線性特性的、從D(i，j)、D(i+2，j+2)求出的Dc(λ)產(chǎn)生了ΔDc的誤差。
因此，關(guān)于攝像裝置1的光譜特性，對從攝像裝置1輸出的固體攝像元件5的每個像素的信號，通過表示非線性特性的函數(shù)fc的反函數(shù)，從所得到的每個像素的信號的平均值算出Dc，由此可導(dǎo)出誤差少的光譜靈敏度特性。因此，計算光譜靈敏度特性的公式可由下式來表示。
Dc(λ)＝∑Dcij(λ)/n＝∑fc-1(Dc＇ij(λ)/n ？？(4)Dcij將對于各像素的值Dc＇ij(λ)通過非線性特性的反函數(shù)得到的值ij固體攝像元件5的像素的位置n計算中使用的像素數(shù)在本實施例中，在得到攝像裝置1的光譜靈敏度特性時，從固體攝像元件5的每個像素的信號進行了說明，但在具備在表面上依次排列了多個色濾光器的固體攝像元件5的攝像裝置1中，在所得到的圖像的一個一個的像素中，可通過進行式(4)的導(dǎo)出同樣地得到光譜靈敏度特性。例如，在根據(jù)Bayer排列的固體攝像元件5中，在其表面上的某一行中是R、G、R、G、…，下一行中是G、B、G、B、…，這樣來依次排列色濾光器。與此不同，在作為從攝像裝置1輸出的圖像在每個像素中得到R、G、B信號時，關(guān)于R信號的光譜靈敏度特性，可由通過了攝像裝置1的非線性特性的反函數(shù)的平均值來算出圖像的每個像素的R信號，在G、B信號中也是同樣的。
這樣，通過在每個像素中對每個波長求出通過了攝像裝置1的非線性特性的反函數(shù)的平均值，例如，即使從攝像裝置1得到的輸出特性是如圖11中所示那樣，也可求出圖12中所示那樣的攝像裝置1的輸入輸出特性是線性特性的光譜靈敏度特性。
此外，從分光器2射出的光L(λ)在所測定的波長區(qū)域中如圖13中所示那樣不是平坦的時，可由式(5)來求出式(4)中示出的光譜靈敏度特性計算式。
Dc(λ)＝∑fc-1(Dc＇ij(λ))/nL(λ) ？？(5)Dcij各像素Dc＇ij(λ)的通過了非線性特性的反函數(shù)的值ij固體攝像元件5的像素的位置
n計算中使用的像素數(shù)L(λ)來自分光器的射出光的光譜特性實施例3在攝像裝置1的光譜靈敏度特性中存在負(fù)的靈敏度的情況下，在圖1中，對于固體攝像元件5來說，除了來自分光器2的射出光之外，還從其它光源對固體攝像元件5加上照射光，通過從實施例1和2中測定的結(jié)果中扣除上述其它光源的照射光的信號部分，可測定上述負(fù)的光譜靈敏度。
將來自分光器2的射出光設(shè)為0，將只從其它光源對固體攝像元件5進行照射時的攝像裝置1的輸出信號設(shè)為DcO。在此，c表示攝像裝置1的輸出信號的信道(色分量)，例如在輸出RGB信號時，可得到DRO、DGO、DBO。如果將攝像裝置1的非線性特性設(shè)為fc(c是攝像裝置1的輸出信道數(shù))，則作為校正了上述非線性特性的線性特性的數(shù)據(jù)是f-1(DcO)。因此，在圖1中的第1運算裝置7進行運算處理，使得每個像素的輸出信號成為線性特性，在每個像素中扣除來自上述其它光源的照明部分的信號。在式(6)中示出第1運算裝置7的運算。
Dc(λ)＝∑[fc-1(Dc＇ij(λ)-fc-1(Dc＇ij0)] (6)i，j表示固體攝像元件5上的像素位置。
其次，利用第2運算裝置算出第1運算裝置的輸出信號的平均值，用下式(7)來表示。
Dc(λ)＝∑[fc-1(Dc＇ij(λ))-fc-1(Dc＇ij0)]/n (7)利用上述的運算可測定攝像裝置1的負(fù)的光譜靈敏度特性。
實施例4在圖14中示出另一種測定裝置。在該結(jié)構(gòu)中，將測定用的測試圖20粘貼在暗箱40上。此外，使用了對測試圖20進行照明的基本光源21、調(diào)整基本光源21的色溫的色溫變換濾光器22和輔助光源23。在圖15中示出測試圖20的一例。被粘貼測試圖20的暗箱40的內(nèi)部涂敷了反射率低的涂料，進入到暗箱40的內(nèi)部的光在內(nèi)部被吸收。此外，在測試圖20的中央部A處開了孔。在中央部A的上下配置了灰度等級的圖，但如果是在測試圖20的中央部A處開了孔的圖，則即使其它部分的整個面上都是灰色也沒有關(guān)系。
首先，如實施例1中所述那樣，從分光器2射出短波長的光。從分光器2射出的光由光纖等光傳送器41進行中繼，再從光傳送器41的前端部射出，以便通過測試圖20的孔A朝向攝像裝置1一側(cè)。此外，光傳送器41的射出端(即，上述的前端部)被配置在朝向測試圖的整個面照射的主光源21的光照不到的位置上，攝像裝置1同時對由主光源21照射的測試圖20和光傳送器41的射出端進行拍攝。從分光器2射出例如從380nm至780nm為止的每隔5nm的單一光，從用攝像裝置1拍攝得到的拍攝結(jié)果中，只對與光傳送器41的射出端的位置相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)每隔5nm進行取樣。
在已取樣的射出端的位置的數(shù)據(jù)中，第1運算裝置7對攝像元件5的每個像素進行在實施例1和實施例2中示出的運算處理。此時，可用圖14中示出的測定裝置來測定運算裝置7在運算中使用的攝像裝置1的灰度特性。為了得到灰度特性，在測試圖20的孔的部分上依次放上具有與孔的部分的形狀相同的形狀而反射率不同的灰色片，用攝像裝置1拍攝包含反射率不同的灰色補片的測試圖20。然后，可從與灰色片的位置相當(dāng)?shù)臄z像裝置1的輸出信號或數(shù)據(jù)來算出灰度特性。此時，由于灰色片總是在測試圖20的中央部被拍攝，故可避開攝像裝置1的透鏡的周邊光量的降低，可用主光源21來調(diào)整照射光。因此，可消除每個像素的數(shù)據(jù)的離散性(不均勻性)。
灰色片的反射率的等級i例如被設(shè)定為16個等級。在打算實現(xiàn)反射率0％的灰色片的情況下，如果停止來自分光器2的光的射出、按孔A的原樣進行拍攝就可實現(xiàn)。此外，在測定灰度特性時，由于在孔的部分A處放上灰色片，故不從攝像裝置1對上述的光傳送器41的射出端進行拍攝。在拍攝各灰色片時的灰色片的表面處的亮度值與此時得到的攝像裝置1的輸出值Dc(i)的關(guān)系是攝像裝置1的灰度特性。通過將與例如16個等級的灰色片對應(yīng)的數(shù)據(jù)間連接起來，就可算出灰度特性。一般來說，上述灰度特性為非線性特性。這相當(dāng)于實施例2中示出的fc。
第1運算裝置7進行將上述攝像裝置1的非線性特性作成線性特性用的運算處理。上述運算對與固體攝像元件5的各像素對應(yīng)的數(shù)據(jù)施加(作用)作為灰度特性的fc的反函數(shù)fc-1即可。該反函數(shù)fc-1是通過用直線來連接通過先拍攝16等級的灰色片得到的數(shù)據(jù)而導(dǎo)出的函數(shù)的反函數(shù)。
第2運算裝置算出從上述第1運算裝置得到的每個像素的信號值的運算結(jié)果的平均值，求出攝像裝置1的光譜靈敏度特性。
此外，輔助光源23是通過測試圖20的孔A只照射光傳送器41的射出端的光源，成為得到在實施例中記敘的負(fù)的光譜靈敏度特性的光源。在測定負(fù)的光譜靈敏度特性的情況下，開始不從分光器2射出單色光，只照射來自輔助光源23的光。在此時進行測定而得到的攝像裝置1的輸出數(shù)據(jù)成為在實施例2中示出的式(6)的Dc＇ij0，再與實施例2同樣通過介入上述反函數(shù)fc-1，可得到線性特性的值。
實施例5圖16是示出將由攝像裝置1拍攝的圖像數(shù)據(jù)輸出到圖像輸出裝置15的形態(tài)的圖。將通過攝像裝置1進行拍攝得到的圖像的數(shù)據(jù)在每個圖像中作為圖像文件傳送到圖像輸出裝置15。上述傳送利用直接將攝像裝置1與圖像輸出裝置15連接起來的電纜16以串行/并行通信方式來進行，或通過紅外通信17及存儲媒體18等來進行。
在現(xiàn)有技術(shù)中，從攝像裝置1輸出并傳送到圖像輸出裝置15的攝像數(shù)據(jù)只有由攝像裝置1拍攝而得到的圖像數(shù)據(jù)，在圖像輸出裝置15中，只輸出基于圖像數(shù)據(jù)的圖像?；蛘?，只通過在圖像數(shù)據(jù)上附加拍攝的日期、時間等簡單的記錄數(shù)據(jù)，就構(gòu)成了攝像數(shù)據(jù)。
但是，如圖16中所示，在攝像裝置1的光譜靈敏度特性與圖像輸出裝置15的光譜特性不同的情況下，即使在使用了相同的圖像輸出裝置15的情況下，由光譜靈敏度特性不同的攝像裝置1拍攝的圖像的色再現(xiàn)性也不同，或相反地，即使使用了相同的攝像裝置1，如果圖像輸出裝置15不同，則與其相關(guān)地色再現(xiàn)性也不同，故在這些色再現(xiàn)性的設(shè)計中，不得不依賴設(shè)計者的感覺。
針對這些問題，在基于NTSC等的規(guī)格的圖像輸出裝置15中，確定了認(rèn)為是理想的光譜特性，攝像裝置1的光譜靈敏度特性當(dāng)然也應(yīng)以該光譜特性為基準(zhǔn)來設(shè)計，但由于攝像裝置1的各種問題的緣故，并不是所有的攝像裝置1都具有以此為基準(zhǔn)的光譜靈敏度特性。此外，由于不限于NTSC方式，而是存在多種方式的圖像輸出裝置15，故不能將攝像裝置1的光譜靈敏度特性確定為一種。
因此，在本實施例中，以在現(xiàn)有技術(shù)的圖像數(shù)據(jù)上附加由實施例1導(dǎo)出的攝像裝置1的光譜靈敏度特性的形態(tài)來構(gòu)成攝像數(shù)據(jù)。由此，在處理從攝像裝置1得到的圖像數(shù)據(jù)方面，該攝像裝置1的光譜靈敏度特性是已知的特性。其結(jié)果，例如，在圖像輸出裝置15中的顯示時進行使色再現(xiàn)性成為相同的彩色匹配等時，也可將光譜靈敏度特性作為重要的數(shù)據(jù)來使用。
在圖17中示出數(shù)據(jù)格式的一例。以在過去只是圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中附加在實施例1中測定的光譜靈敏度特性作為標(biāo)題部或尾部的形態(tài)來構(gòu)成數(shù)據(jù)。通過將該數(shù)據(jù)作為一個圖像數(shù)據(jù)進行存儲保存或傳送，將攝像裝置1的光譜特性數(shù)據(jù)傳送到圖像輸出裝置15中。圖像輸出裝置15可利用附加在圖像數(shù)據(jù)上的光譜靈敏度特性進行圖像數(shù)據(jù)的色變換等，此外，也可補償色再現(xiàn)性。例如，如圖18中所示，在使用互聯(lián)網(wǎng)等傳送裝置進行各機器種類的彩色管理時，推薦了一次將由R、G、B的分量等得到的圖像數(shù)據(jù)變換為標(biāo)準(zhǔn)色空間的做法。這里的標(biāo)準(zhǔn)色空間是由IEC61966？2？1定義的sRGB、或CIELab、或CIELuv、XYZ等，并沒有太大的關(guān)系。此時，如果攝像裝置1的光譜特性是已知的，則容易變換為適當(dāng)?shù)纳臻g。
此外，在本實施例中，在圖16中圖示了個人計算機或監(jiān)視器作為圖像輸出裝置15，但不限于監(jiān)視器，即使在打印機或投影儀等的圖像輸出裝置15中，也是同樣的。
實施例6在圖16的形態(tài)中，作了下述的假定。上述攝像裝置1具有適合于上述圖像輸出裝置15的色空間的攝像特性，例如，如果圖像輸出裝置15是NTSC監(jiān)視器，則上述攝像裝置1具有NTSC的攝像特性，如果是具有sRGB空間的圖像輸出裝置15，則具有與其適合的攝像特性。再者，在測試圖20上設(shè)置表示預(yù)先知道的光譜分布特性ρ(λ)的比色圖、照明光源21是在上述色空間中已被規(guī)定的基準(zhǔn)白色時，將從上述攝像裝置1得到的上述比色圖的信號設(shè)為Rs、Gs、Bs。
利用由實施例1求出的光譜靈敏度特性是R(λ)、G(λ)、B(λ)的攝像裝置1，可用下式表示在光譜分布特性為L(λ)的照明下得到的上述比色圖的信號Rc、Gc、Bc。
Rc＝∫ρ(λ)×R(λ)×L(λ)dλ (6)Gc＝∫ρ(λ)×G(λ)×L(λ)dλ (7)Bc＝∫ρ(λ)×B(λ)×L(λ)dλ (8)
在被攝體的所有的比色圖中，Rs＝Rc (9)Gs＝Gc (10)Bs＝Bc (11)成立即可，但在不成立的情況下產(chǎn)生色再現(xiàn)性誤差。為了消除該誤差，確定下式的3×3的矩陣系數(shù)即可。RsGsBs=a11a12a13a21a22a23a31a32a33·RcGcBc---(12)]]>例如，可用至少3個信道的代表性的比色圖求出這些系數(shù)。將上述a11～a33這9個矩陣系數(shù)添加到利用攝像裝置1得到的圖像數(shù)據(jù)上。在圖19A和圖19B中示出圖像文件的數(shù)據(jù)格式的一例。例1(圖19A)是將上述矩陣系數(shù)附加在圖像數(shù)據(jù)的最前面的數(shù)據(jù)。例2(圖19B)是將攝像裝置1的光譜靈敏度特性和上述矩陣系數(shù)附加在圖像數(shù)據(jù)的最前面的數(shù)據(jù)。通過將a11～a33這9個矩陣系數(shù)添加到圖像文件上，例如可用個人計算機等來補償色再現(xiàn)誤差。
圖19中示出的數(shù)據(jù)格式是一例，當(dāng)然，如果將上述矩陣系數(shù)附加在圖像數(shù)據(jù)的任一部分上，則可得到同樣的效果。
以上，敘述了1個信道或R、G、B這樣的3個信道的攝像裝置的情況，但對于N信道(N是自然數(shù))的攝像裝置，本發(fā)明的測定方法也是有效的。
由任意的光源的光譜分布特性、任意的被攝體的光譜反射率特性和利用本發(fā)明得到的作為被測定對象的攝像裝置的光譜靈敏度特性可算出該攝像裝置的輸出信號，可高精度地算出與該攝像裝置的各種顏色有關(guān)的攝像信號。例如，在N足夠大的情況下等，由光源的光譜分布特性、從本發(fā)明得到的被測定攝像裝置的光譜靈敏度特性和拍攝任意的被攝體得到的信號可高精度地推測該被攝體的光譜反射率特性。
如上所述，按照本發(fā)明的第1方面的攝像裝置的光譜靈敏度特性測定方法，可得到準(zhǔn)確的光譜靈敏度特性。
按照本發(fā)明的第2方面的攝像數(shù)據(jù)的構(gòu)成方法，接受攝像數(shù)據(jù)的圖像輸出裝置可得到在色再現(xiàn)中所需要的的信息，可適當(dāng)?shù)剡M行彩色匹配等色校正。
按照本發(fā)明的第3方面的攝像數(shù)據(jù)的構(gòu)成方法，接受攝像數(shù)據(jù)的圖像輸出裝置可以準(zhǔn)確的色再現(xiàn)性再現(xiàn)被攝體(拍攝的對象)的圖像。
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置的光譜靈敏度特性測定方法，其特征在于，包括準(zhǔn)備工序，準(zhǔn)備具備具有多個像素的攝像元件的攝像裝置、光源和對來自該光源的光進行分光并從其射出端輸出分光的分光器；攝像工序，利用上述攝像裝置拍攝輸出上述分光的上述射出端；第1運算工序，對于與利用上述攝像工序上述攝像裝置輸出的上述多個像素和至少一個色分量對應(yīng)的多個圖像信號的每一個進行校正，使上述攝像裝置的灰度特性中的非線性接近于線性；以及第2運算工序，將進行了上述校正后的上述多個圖像信號的上述多個像素中的某個范圍內(nèi)的平均值作為對于上述分光的光譜靈敏度特性算出。
2.如權(quán)利要求1中所述的光譜靈敏度特性測定方法，其特征在于通過一邊改變上述分光的波長，一邊進行上述攝像工序、上述第1運算工序和上述第2運算工序，得到與多個波長對應(yīng)的光譜靈敏度特性。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的攝像裝置的光譜靈敏度特性測定方法，其特征在于上述第1運算工序?qū)τ谏鲜龆鄠€圖像信號的每一個，通過算出表現(xiàn)上述灰度特性的非線性的函數(shù)的反函數(shù)的函數(shù)值來進行上述校正。
4.如權(quán)利要求2中所述的光譜靈敏度特性測定方法，其特征在于在上述第2運算工序中，使用表現(xiàn)與上述多個波長的每一個對應(yīng)的上述分光的強度的分光特性，校正上述平均值，以便消弱在上述多個波長間的上述強度的差別的影響，將校正后的平均值作為上述光譜靈敏度特性。
5.如權(quán)利要求1、2或4中所述的攝像裝置的光譜靈敏度特性測定方法，其特征在于在上述準(zhǔn)備工序中，再準(zhǔn)備對上述射出端進行照明的另一光源，在上述攝像工序中，一邊用上述另一光源對上述射出端進行照明，一邊用上述攝像裝置拍攝上述射出端，在上述第1運算工序中，除了上述校正之外，對于上述多個圖像信號的每一個，進行扣除因上述另一光源引起的信號分量的校正。
6.如權(quán)利要求1、2或4中所述的攝像裝置的光譜靈敏度特性測定方法，其特征在于在上述準(zhǔn)備工序中，再準(zhǔn)備在從上述射出端到上述攝像裝置的上述分光的路徑上有選擇地開了孔的箱子和以照明光到達(dá)與上述孔及其周圍相當(dāng)?shù)纳鲜鱿涞谋砻娴牟糠值坏竭_(dá)上述射出端的方式進行照射的照明光源，上述方法還具備測量工序，其中，在上述孔上依次放上反射率不同的多個色片，利用上述攝像裝置拍攝該色片，由此，根據(jù)從上述攝像裝置依次得到的圖像信號，測量上述灰度特性中的上述非線性。
7.一種攝像數(shù)據(jù)的構(gòu)成方法，其特征在于，包括準(zhǔn)備攝像裝置的準(zhǔn)備工序；攝像工序，得到表現(xiàn)被攝體的圖像的圖像數(shù)據(jù)作為上述攝像裝置的輸出信號；以及光譜靈敏度特性附加工序，將表現(xiàn)上述攝像裝置的光譜靈敏度特性的數(shù)據(jù)附加在上述圖像數(shù)據(jù)上。
8.如權(quán)利要求7中所述的攝像數(shù)據(jù)的構(gòu)成方法，其特征在于上述攝像裝置具備具有多個像素的攝像元件，上述方法還具備另一準(zhǔn)備工序，準(zhǔn)備光源和對來自該光源的光進行分光并從其射出端輸出分光的分光器；另一攝像工序，利用上述攝像裝置拍攝輸出上述分光的上述射出端；第1運算工序，對于與利用上述攝像工序上述攝像裝置輸出的上述多個像素和至少一個色分量對應(yīng)的多個圖像信號的每一個進行校正，使上述攝像裝置的灰度特性中的非線性接近于線性；以及第2運算工序，將進行了上述校正后的上述多個圖像信號的上述多個像素中的某個范圍內(nèi)的平均值作為對于上述分光的上述攝像裝置的光譜靈敏度特性算出。
9.如權(quán)利要求7或8中所述的攝像數(shù)據(jù)的構(gòu)成方法，其特征在于還包括變換系數(shù)附加工序，其中，將在基準(zhǔn)白色的照明下用上述攝像裝置拍攝比色圖時得到的第1信號與在具有特定的光譜分布特性的照明下用上述攝像裝置拍攝上述比色圖時得到的第2信號之間的變換系數(shù)再附加到上述圖像數(shù)據(jù)上。
10.一種攝像數(shù)據(jù)的構(gòu)成方法，其特征在于，包括準(zhǔn)備攝像裝置的準(zhǔn)備工序；攝像工序，得到表現(xiàn)被攝體的圖像的圖像數(shù)據(jù)作為上述攝像裝置的輸出信號；以及變換系數(shù)附加工序，將在基準(zhǔn)白色的照明下用上述攝像裝置拍攝比色圖時得到的第1信號與在具有特定的光譜分布特性的照明下用上述攝像裝置拍攝上述比色圖時得到的第2信號之間的變換系數(shù)附加到上述圖像數(shù)據(jù)上。
全文摘要
本發(fā)明的課題是高精度地測定攝像裝置的光譜靈敏度特性。分光器2對光源3的光進行分光,從射出端6輸出。具備固體攝像元件的攝像裝置1拍攝射出端6。第1運算裝置7對攝像裝置1輸出的每個像素的圖像信號進行校正,使攝像裝置1的灰度特性中的非線性特性接近于線性。第2運算裝置8對校正后的圖像信號算出多個像素的某個范圍內(nèi)的平均值作為光譜靈敏度特性。
文檔編號G01J3/46GK1249444SQ9912076
公開日2000年4月5日 申請日期1999年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月28日
發(fā)明者久野徹也, 杉浦博明 申請人:三菱電機株式會社