专利名称：多谱图像捕捉装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够捕捉具有至少四个频带的图像的多谱图像捕捉装置，每个频带都具有不同的频谱特性。
背景技术：
常规地，RGB(三频带)照相机已广泛应用于捕捉物体图像。
近年来，为了使图像捕捉装置能够准确地再现物体的色彩，已经提出了一种方法，该方法通过利用能够捕捉具有至少四个频带的图像的多谱照相机以图像的形式获取并记录物体的更详细的频谱信息。例如在美国专利5,864,364、美国专利6,466,334、日本专利申请第2002-296114号公报、日本专利申请第2003-023643号公报、以及日本专利申请第2003-087806号公报中公开了与这种能够捕捉具有至少四个频带的图像的图像捕捉装置相关的方法。
根据这些文档中公开的方法，将具有比RGB的波长带宽更窄的带宽的透过率特性的滤波器放置在CCD图像捕捉设备前，以获得关于物体的更详细的频谱信息。
然而，从物体入射的大部分光作为不必要频带的光被窄带滤波器遮挡。因此，与常规RGB照相机的情况相比，光损耗极大。在这种情况下，如果延长图像捕捉时间，则尽管存在光损耗也可获得充分曝光。然而，在将图像捕捉时间限制在一定程度上的情况下，如捕捉移动物体的图像时，所获得的图像的信噪比劣化。这导致不能有效地增加色彩再现精度的问题。
此外，为了在普通的RGB监视器中浏览和检查由多谱照相机捕捉到的图像，必须对在不同于RGB的频带上捕捉到的图像进行颜色转换，然后将如此经颜色转换的图像输出到监视器。因此，需要特殊转换器。
发明内容
鉴于上述情况提出了本发明，本发明的一个目的是提供一种多谱图像捕捉装置，该多谱图像捕捉装置即使在物体移动的情况下也能够高精度地再现物体的色彩，并且还能够在普通的RGB监视器上检查所获得的图像而无需特殊转换器。
根据本发明第一方面，提供了一种具有至少四个频带的不同频谱灵敏度特性的多谱图像捕捉装置，其特征在于，所述至少四个频带中的三个主频带具有标准RGB的频谱灵敏度特性，并且特征在于，所述至少四个频带除去三个主频带的剩余频带中的至少一个辅频带具有比RGB的带宽要窄的带宽的频谱灵敏度特性。
根据本发明第二方面，提供了一种多谱图像捕捉装置，其特征在于包括半镜，用于将来自图像捕捉透镜的光分成两个光路；带通滤波器，用于对由所述半镜所分的一部分光的频谱特性进行调制；图像捕捉装置，用于接收由所述带通滤波器调制的光并捕捉物体图像；以及彩色图像捕捉装置，用于接收所述半镜所分的另一部分光作为红、蓝和绿三个分解颜色，并用于捕捉物体的彩色图像。
根据本发明第三方面，提供了一种具有至少四个频带的不同频谱灵敏度特性的多谱图像捕捉装置，其特征在于，包括二向色镜，其具有梳状频谱透过率特性和梳状频谱反射率特性，用于透过具有多个波长带宽的光，并反射具有所述多个波长带宽以外的带宽的光；带通滤波器，其具有与所述二向色镜的透射波长带宽基本类似的透射波长带宽；以及带通滤波器，其具有透射具有基本等于所述二向色镜的反射波长带宽的波长带宽的光的频谱透过率特性。
图1是根据本发明第一实施例的多谱图像捕捉装置的结构的图；图2是表示用在根据第一实施例的多谱图像捕捉装置中的半镜的透过率特性和反射率特性的图；图3是表示在根据第一实施例的多谱图像捕捉装置中使用的红外光截止滤波器的频谱透过率特性，以及在多谱图像捕捉装置中使用的彩色CCD图像捕捉设备的RGB三个频带的频谱灵敏度特性的图；图4是示出在根据第一实施例的多谱图像捕捉装置中使用的彩色CCD图像捕捉设备中所包括的像素的结构的图；图5是表示在根据第一实施例的多谱图像捕捉装置中使用的带通滤波器的频谱透过率特性，以及在多谱图像捕捉装置中使用的彩色CCD图像捕捉设备的RGB三个频带的频谱灵敏度特性的图；图6是表示可取代图5的带通滤波器使用的另一带通滤波器的频谱透过率特性的图；图7是表示由根据第一实施例的多谱图像捕捉装置获得的六个频带的频谱灵敏度特性的图；图8是示出根据第一实施例的多谱图像捕捉装置的第一变型例的结构的图；图9是示出根据第一实施例的多谱图像捕捉装置的第二变型例的结构的图；图10是示出图9中的四元件光学系统的图，其中半镜与分色棱镜相结合；图11是示出根据本发明第二实施例的多谱图像捕捉装置的结构的图；图12是示出图11中所示的旋转滤波器的特定结构的图；图13是示出旋转滤波器的状态与彩色CCD图像捕捉设备所执行的图像读取定时之间的对应关系的图；图14是示出根据本发明第三实施例的多谱图像捕捉装置的结构的图；
图15是示出安装在图14所示的彩色CCD图像捕捉设备中的(部分)镶嵌式滤波器的滤波器配置的示例的图；图16是表示图15中所示的滤波器R、G、B、R′、G′和B′的频谱透光率特性的图；图17是示出了安装在图14所示的彩色CCD图像捕捉设备中的(部分)镶嵌式滤波器的滤波器配置的另一示例的图；图18是表示图17中所示的滤波器R′、G′、Cy和B′的频谱透光率特性的图；图19是示出根据本发明第四实施例的多谱图像捕捉装置的结构的图；图20是表示图19中所示的二向色镜的频谱透过率分布和频谱反射率分布以及由图19中所示的分色棱镜各自分开的RGB的频谱特性的图；图21是表示图19中所示的带通滤波器52的频谱透过率分布以及图20中所示的二向色镜的频谱透过率分布的图；图22是表示图19中所示的带通滤波器54的频谱透过率分布以及图20中所示的二向色镜的频谱反射率分布的图；图23是示出根据本发明第五实施例的多谱图像捕捉装置的结构的图；图24是表示在根据第五实施例的多谱图像捕捉装置中使用的闪光照射发光单元的光源的频谱特性以及在该多谱图像捕捉装置中使用的彩色CCD图像捕捉设备的RGB三个频带的频谱灵敏度特性的图；图25是示出了图像捕捉操作从快门控制到闪光发射以及彩色CCD图像捕捉设备进行的光接收和图像读取的流程的时序图；以及图26是示出根据本发明第六实施例的多谱图像捕捉装置的结构的图。
具体实施例方式
下面，通过参照附图来描述本发明，附图示出了本发明的优选实施例。
如图1所示，在根据本发明第一实施例的多谱图像捕捉装置中，来自物体O的光透过透镜10和半镜(HM)12，并在彩色CCD图像捕捉设备14和16上被形成为图像。在本示例中使用的半镜12的透过率和反射率在比例上不等。它们的比率近似为三比一。即，如图2所示，半镜12具有透过率12A(其与波长无关，恒为75％)和反射率12B(其与波长无关，恒为25％)。
如图3所示，通过红外光截止滤波器(IR-CF)18来对半镜12所分的较大部分(即，透射侧)的光进行滤波。由此，遮挡近红外光，并在彩色CCD图像捕捉设备14上将所得光形成为图像。在图3中，实线18A表示IR-CF 18的频谱透过率。
同时，通过带通滤波器20来对半镜12所分的较小部分(即，反射侧)的光进行滤波，并在彩色CCD图像捕捉设备16上将所得光形成为图像。
如图4所示，彩色CCD图像捕捉设备14和16中的每一个都是单片式彩色CCD图像捕捉设备，其中对各像素，按照Bayer图案来排列R、G、B滤色器。各R、G、B滤波器的频谱透过率具有如图3中所示的虚线所表示的频谱形状。
另外，带通滤波器20具有如图5中所示的实线20A所表示的梳状频谱透过率。因此，带通滤波器20透过的光的频带近似为由图5中的虚线所表示的RGB波长带宽中的每一个的一半。
另选地，带通滤波器20可具有如图6所示的实线20B所表示的梳状频谱透过率。由实线20B所表示的频谱透过率特性为图5的实线20A所表示的频谱透过率特性的倒置。因此，利用该具有由实线20B所表示频谱透过率特性的带通滤波器20，还可以获得近红外区域的光。
利用上述结构，在为上述半镜12所分的透射侧部分的光所设的彩色CCD图像捕捉设备14处获得具有类似于常规RGB的频谱特性的频谱特性的三个频带的图像。同时，在为反射侧部分的光所设的彩色CCD图像捕捉设备16处获得具有比常规RGB带宽窄的频谱特性的三个频带的图像。因此，通过彩色CCD图像捕捉设备14和16获得总共六个频带的图像。图7示出了如此构造的总共六个频带的频谱灵敏度特性。如上所述，半镜12的透过率和反射率在比例上不等。因此，在图7所示的六个频带的频谱灵敏度中，RGB之外的后三个频带的峰值灵敏度要比前三个RGB频带的峰值灵敏度要低。
如上所述，来自物体O的大部分入射光被用来获得RGB的三个频带，而少量剩余光通过带通滤波器20而经受带宽减小，并且然后被分配给其他三个频带。由此，尽可能多地减少了带通滤波器20所执行的带宽减小所导致的光量损耗，并防止了多谱图像捕捉中的灵敏度的劣化。因此，可获得具有良好色彩再现性的频谱灵敏度特性。
将由透射侧彩色CCD图像捕捉设备14所获得的图像信号临时存储在第一图像存储器22中。同时，将由反射侧彩色CCD图像捕捉设备16所获得的图像信号临时存储在第二图像存储器24中。在图像合成单元26处将第一图像存储器22和第二图像存储器24中存储的三频带图像合成为六频带图像，并将其存储在存储介质和外部PC 28中。在这种情况下，还可以将RGB三个频带的图像信号直接从透射侧彩色CCD图像捕捉设备14或者通过第一图像存储器22向外发送，输入到RGB连接设备30中。因此，可以将多谱图像捕捉装置与常用RGB监视器等相连接，而将RGB监视器用作图像浏览器。
本实施例中描述的两个彩色CCD图像捕捉设备14和16不必具有相同的分辨率。例如，反射侧彩色CCD图像捕捉设备16的分辨率可低于透射侧彩色CCD图像捕捉设备14。即使反射侧彩色CCD图像捕捉设备16所获得的三个辅频带的图像具有低分辨率，但如果使用由透射侧彩色CCD图像捕捉设备14所获得的三个主频带的图像中的高频分量，则也可获得分辨率基本等于三个主频带的图像的分辨率的多谱图像。低分辩率CCD图像捕捉设备的灵敏度高于高分辨率CCD图像捕捉设备。因此，可以减小半镜12的反射率并增加其透过率。因此，可进一步提高整体灵敏度。
在本实施例中，由带通滤波器20来执行带宽减小。然而，本发明并不限于此。例如，可通过其他方式来执行带宽减小，例如对彩色CCD图像捕捉设备16中包括的滤色器的透射频谱特性执行带宽减小。
参照图8，下面将描述根据第一实施例的多谱图像捕捉装置的第一变型例。在该变型例中，以三片式彩色图像捕捉单元(其中每一个都包括RGB分色棱镜和三个CCD图像捕捉设备)来取代图1中所示的上述单片式彩色CCD图像捕捉设备14和16。
也就是说，具有不等强度比的半镜12所分的一部分光通过IR-CF 18入射到彩色图像捕捉单元32，并由彩色图像捕捉单元32来形成RGB三个频带的图像。同时，由具有如图5所示的频谱透过率的带通滤波器20对来自物体O的另一部分光进行带宽减小，并然后令其入射到彩色图像捕捉单元34。接着，由彩色图像捕捉单元34形成三个频带的图像。由此，获得总共六个频带的图像信号。
这样，与其中采用单片式彩色CCD图像捕捉设备14和16的情况相比，通过利用三片式彩色图像捕捉单元32和34，可获得具有更高分辨率和更高灵敏度的多谱图像。上述三片式彩色图像捕捉单元32和34广泛应用于捕捉移动图像的图像捕捉装置(例如，常规的HDTV照相机)中，并且对捕捉移动图片的多谱图像是有效的。
如果针对各彩色图像捕捉单元32和34中包括的CCD图像捕捉设备分别确定电子快门速度，则可最佳曝光地捕捉图像。
图9示出了根据第一实施例的多谱图像捕捉装置的第二变型例。在本变型例中，将上述第一实施例的结构与第一变型例的结构相结合。
也就是说，在具有不等强度比的半镜12所分的一部分光中，由IR-CF18遮挡近红外区的光。此后，所得光按照与上述第一变型例中的方式类似的方式入射到彩色图像捕捉单元32。然后，彩色图像捕捉单元32中的分色棱镜将光分为RGB光，并且RGB光在各自的CCD图像捕捉设备上形成图像。由此，捕捉到三频带图像。同时，由带通滤波器20和光学低通滤波器(LPF)36对另一部分光进行带宽减小，并且按照与上述第一实施例中的方式类似的方式在彩色CCD图像捕捉设备16上形成图像。由此，捕捉三频带图像。随着图像被如此捕捉，获得了总共六个频带的图像信号。本示例中采用的光学LPF 36通常用来减小伪彩色和彩色莫尔条纹。因此，尽管未在图中具体示出，但是该光学LPF 36类似地可设置在上述第一实施例中(以及在稍后描述的其他实施例中)。
如上所述，在第二变型例中，通过利用针对RGB三个主频带的三片式彩色图像捕捉单元32，可获得具有高分辨率和高灵敏度的多谱图像。同时，针对三个辅助颜色，由单片式彩色CCD图像捕捉设备16以牺牲分辨率为代价来捕捉图像。然而如上所述，通过利用三个主频带图像中的高频分量，可获得具有与常规三频带HDTV照相机获得的分辨率类似的分辨率的多谱图像。从而，可以提供小尺寸多频带图像捕捉装置。
在图9中，半镜12和分色棱镜是不同的元件，并分别由分立的单元形成透射侧的三个频带和反射侧的三个频带。然而，本发明并不限于此。例如，如图10所示，通过利用其中半镜12与分色棱镜38相合成的设备、一片彩色CCD图像捕捉设备16、以及三个单色CCD图像捕捉设备40R、40G和40B，可以在一个单元中捕捉六个频带的图像。利用这种结构，可以提供被构造为尺寸更小的六频带图像捕捉装置。
如图11所示，在根据本发明第二实施例的多谱图像捕捉装置中，来自物体O的光透过透镜10和旋转滤波器42，并在一片彩色CCD图像捕捉设备44上形成图像。如图12所示，旋转滤波器42由具有透过率近似100％的透明玻璃42A和具有上述如图5所示的频谱透过率特性的带通滤波器42B形成。将旋转滤波器42构造为使得透明玻璃42A与带通滤波器42B之间的面积比近似为三比一。由于通过IR-CF 18对透过旋转滤波器42的光进行滤波，所以遮挡了近红外光，并且所得光在彩色CCD图像捕捉设备44上形成图像。另外，由电机46来驱动旋转滤波器42按照恒定的转速旋转，并且彩色CCD图像捕捉设备44在旋转滤波器42的一次旋转期间曝光两次。
图13是示出了旋转滤波器42的状态和彩色CCD图像捕捉设备44的曝光定时的时序图。在其中可采用旋转滤波器42的透明玻璃42A的状态期间执行第一次曝光，并且将所得三频带图像存储在第一图像存储器22中。另外，在其中可采用旋转滤波器42的带通滤波器20的状态期间执行第二次曝光，并且将所得三频带图像存储在第二图像存储器24中。然后，在图像合成单元26处对第一图像存储器22和第二图像存储器24中存储的各三频带图像进行合成。由此，获得六频带图像。
利用上述结构，通过利用比第一实施例的元件数量更少的元件，可获得与第一实施例的效果类似的效果。另外，如果将第一图像存储器22中存储的三频带图像输入到RGB连接设备30中，则可容易地按照与常规RGB照相机中的方式类似的方式检查物体O的彩色图像。
如图14所示，在根据本发明第三实施例的多谱图像捕捉装置中，通过IR-CF 18对来自物体O的光进行滤波，使近红外光被遮挡。然后，在一片彩色CCD图像捕捉设备44上形成图像。在该示例中，如图15所示，彩色CCD图像捕捉设备44设置有镶嵌式滤波器44A，其中为各个像素周期性地排列多个滤波器R、G、B、R′、G′和B′。各滤波器的频谱透过率分布示于图16中。即，滤波器R、G和B具有与常规的三频带照相机相同的频谱带宽。同时，滤波器R′、G′和B′具有比常规RGB要窄的频谱带宽。如图15所示，在镶嵌式滤波器44A中，按照在提供一个像素的滤波器R′、G′和B′的同时提供三个像素的滤波器R、G和B的比率来排列这些滤波器，并且周期性地重复该组排列。
透过各滤波器的光由彩色CCD图像捕捉设备44来接收，并作为图像数据依次输入到图像插值处理单元48。在图像插值处理单元48中，基于附近的图像数据通过插值来获得在各频带中缺少的与像素位置对应的图像数据，并生成具有相同像素数的图像数据。在如此生成的各频带的图像数据中，将具有RGB三个频带的图像发送并存储到第一图像存储器22中，而将具有R′G′B′三个频带的图像发送并存储到第二图像存储器24中。如果将第一图像存储器22中存储的三频带图像输入到RGB连接设备30中，则可容易地按照与常规RGB照相机中的方式类似的方式检查物体O的彩色图像。另外，可以通过在图像合成单元26处再次合成第一图像存储器22和第二图像存储器24中存储的各三频带图像来获得六频带图像。
这样，将窄带滤波器补加入并与具有与常规RGB的带宽相同的带宽的RGB滤波器相混合，在获取多频带点序列图像时增大了与RGB相对应的像素相对于与辅频带相对应的像素的分布比率。由此，能以与常规RGB照相机的分辨率和灵敏度近似相等的分辨率和灵敏度获得多频带图像。因此，可提高色彩再现性。
在上述图15中，将与补加的R′、G′和B′滤波器中的G′滤波器相对应的像素设置为与其他R′和B′滤波器相对应的像素的两倍。然而，本发明并不限于此。例如，如图17所示，可将与G′滤波器相对应的两个像素中的一个分配给Cy滤波器，使得可捕捉总共具有七个频带的多谱图像。在这种情况下，Cy滤波器具有与上述G′滤波器的频谱透过率特性不同的频谱透过率特性。
在上述第一和第二实施例中，常规RGB三个频带以外的三个辅频带具有从初始RGB的带宽中提取出的预定范围的带宽。然而，本发明并不限于此。例如，如在图18所示的Cy的情况下，辅助带可包括超过初始RGB的波长带宽的带宽。
如图19所示，在根据本发明第四实施例的多谱图像捕捉装置中，采用透射并反射具有所选波长的光的二向色镜(DM)50来取代前述实施例中采用的对来自物体O的光进行分光的半镜12。在图20中，以黑细线50A来表示DM 50的频谱透过率分布，而以黑虚线50B来表示DM 50的频谱反射率分布。另外，在图20中，黑粗线表示各自由图19中示出的分色棱镜所分开的RGB的频谱特性。如图20所示，DM 50具有均为梳状频谱形状的透过率分布和反射率分布。
然后，由彩色图像捕捉单元32和34的分色棱镜将DM 50透射和反射的光分解为具有不同窄带宽的RGB三个频带，并将它们形成为图像。由此，获得具有窄带宽的六个频带的图像。
另外，将带通滤波器52和54插入DM 50之后的位置处。带通滤波器52和54分别具有如图21和22所示的频谱透过率52A和频谱反射率54A(它们具有类似于DM 50的频谱透过率50A和频谱反射率50B的梳状频谱形状)。由此，增强了波长选择性，并因此可获得具有良好波长分离的六频带图像。一般来说，如果仅仅通过利用二向色镜50来试图获得具有梳状频谱形状的透过率和反射率分布，则波长选择性不会非常理想。由此，如图20所示，在很多情况下在非透射频带和非反射频带中造成一定量的漏光。因此，如上所述，通过将具有良好波长选择性的带通滤波器52和54(例如，多层薄膜干涉滤波器)放置在DM 50之后的位置处来提高对各频带的波长分离是用于提供具有良好色彩再现性的多谱照相机的有效技术。另外，通过由DM 50一定程度地分离来自物体O的光的波长，可使带通滤波器20所引起的光损耗最小。因此，可提供具有较高光效率的多频带照相机。
利用上述结构，根据本实施例，捕捉了具有窄带宽的六个频带的图像，并且因此，可捕捉具有良好波长分离的多谱图像。另外，可提供具有高信噪比的多频带照相机。然而，与前述实施例不同，不能将根据本实施例的多谱图像捕捉装置直接连接到常规的RGB连接设备30来检查等于普通RGB图像的彩色图像。因此，为了检查作为彩色图像的所获得的图像，必须通过利用如图19中所示的多频带图像处理设备56对所获图像进行颜色转换。
如上基于第一至第四实施例所述，在用于捕捉多谱图像的频带中，至少三个频带具有类似于常规RGB的较宽带宽的频谱灵敏度特性。另外，将比分配给RGB的来自物体的部分光要少的部分光分配给具有窄带宽的其他辅频带。由此，减少了光损耗，并由此可以提供能够以良好色彩再现性来捕捉物体O的图像的多谱图像捕捉装置，即使物体O是移动的。此外，可以提供能够通过使用普通RGB监视器而无需特殊的转换器直接检查所获得的图像的多谱图像捕捉装置。另外，如果一起使用二向色镜和带通滤波器，则可获得具有良好波长分离的窄带宽的六个频带，并且可与上述类似地提供减少了光损耗的多谱图像捕捉装置。
如图23所示，根据本发明第五实施例的多谱图像捕捉装置包括闪光照射发光单元58，该闪光照射发光单元58包括具有窄带宽的三个频带的波长特性的光源。因此，可捕捉两种类型的图像(每种具有三个频带)，即不利用闪光发射(即，利用背景照明)捕捉的图像和利用闪光发射(即，利用背景照明和闪光照明)捕捉的图像，然后获得具有六个频带的多谱图像。在这种情况下，闪光照射发光单元58的光源是诸如白光LED和荧光灯的光源，该光源在彩色CCD图像捕捉设备44中包括的RGB的波长灵敏区域中具有包括尖峰的梳状频谱分布的波长特性。另选地，可以使用具有窄带宽的波长特性的三种类型LED。图24中的实线表示闪光照射发光单元58的光源的发射谱的示例。在该图中，虚线表示RGB的透过率特性。
根据本实施例的多谱图像捕捉装置进一步包括图像减法单元60，该图像减法单元60从第二图像存储器24中存储的图像中减去第一图像存储器22中存储的图像。
图25是示出了图像捕捉操作从快门控制到闪光发射以及彩色CCD图像捕捉设备44进行的光接收和图像读取的流程的时序图。也就是说，在根据本实施例的多谱图像捕捉装置中，当首次按下快门62时，该多谱图像捕捉装置不利用闪光发射(即，仅利用背景照明)捕捉物体O的图像作为具有RGB三个频带的普通彩色图像。然后，将所获得的图像存储在第一图像存储器22中。然后将该图像作为常规RGB图像输出到RGB连接设备30中，并将其输出到存储介质和外部PC 28中，作为具有六个频带中的三个主频带的图像。此后，在闪光发射状态下(即，利用背景照明和闪光照明)照射物体O，并按照与三频带彩色图像类似的方式来捕捉物体O的图像，并将所获得的图像存储在第二图像存储器24中。在完成图像捕捉操作之后，在图像减法单元60处，从第二图像存储器24所存储的图像中减去先前没利用闪光发射(即，仅利用背景照明)捕捉到的且存储在第一图像存储器22中的图像。由此，生成仅包含闪光分量的窄带宽的三频带图像。将如此生成的图像输出到存储介质和外部PC 28作为三个辅频带的图像。于是，获得了包括包含背景分量的三频带图像和包含闪光分量的三频带图像在内的总共六个频带的图像。
利用如上所述的结构，通过利用普通光学系统可以获得与前述实施例的效果类似的效果，而无需使用先前实施例中采用的特殊光学系统或滤波器结构。另外，如果将第一图像存储器22中所存储的三频带图像输入到RGB连接设备30中，则可容易地按照与常规RGB照相机中的方式类似的方式检查物体O的彩色图像。
在本实施例中，在执行快门操作之后，首先利用仅具有背景光的光源来捕捉物体O的彩色图像。另选地，可首先执行闪光发射来捕捉受背景光和闪光照射的物体O的彩色图像，然后利用仅具有背景光的光源捕捉物体O的彩色图像。
根据本发明第六实施例的多谱图像捕捉装置是双透镜多谱图像捕捉装置。该多谱图像捕捉装置包括用于捕捉具有常规RGB三个频带的图像的彩色图像捕捉单元，和用于捕捉具有窄带宽的三个频带的图像且包括设置有带通滤波器(具有窄带宽的三个频带的梳状频谱透过率特性)的透镜的彩色图像捕捉单元。由此，该多谱图像捕捉装置根据由用于捕捉常规RGB三个频带的图像的彩色图像捕捉单元捕捉到的具有三个主频带的图像以及由用于捕捉具有窄带宽的三个频带的图像的彩色图像捕捉单元捕捉到的具有三个辅频带的图像，来获得六频带多谱图像。
图26中位于较上位置处的图像捕捉单元是用来捕捉常规RGB三个频带的图像的彩色图像捕捉单元，且该彩色图像捕捉单元包括透镜10、IR-CF 18、以及彩色CCD图像捕捉设备14。同时，图26中位于较下位置处的图像捕捉单元是用来捕捉具有窄带宽的三个频带的图像的彩色图像捕捉单元，且该彩色图像捕捉单元包括透镜64、位于透镜64前且具有窄带宽的三个频带的梳状频谱透过率特性的带通滤波器20、以及彩色CCD图像捕捉设备16。由于视差导致由下图像捕捉单元捕捉到的具有窄带宽的三个辅频带的图像的位置与常规的三频带图像(由上图像捕捉单元捕捉到)的位置错位。由设置在第二图像存储器24之后的位置处的几何校正单元66来校正该错位，并在两个三频带图像的位置已经彼此对准之后输出所得图像。
利用上述结构，通过利用普通的光学系统而无需采用在第一至第四实施例中采用的特殊光学系统或滤波器结构，可获得与前述第一至第四实施例的效果类似的效果。另外，如果将第一图像存储器22中存储的三频带图像输入到RGB连接设备30中，则可容易地按照与常规RGB照相机的方式类似的方式检查物体O的彩色图像。
不必说，本发明并不限于上述实施例，而是可以在本发明的主旨的范围内按照多种方式进行修改或应用。
例如，在上述实施例中用作图像捕捉设备的示例的CCD图像捕捉设备可以被X-Y地址型图像捕捉设备(例如CMOS图像捕捉设备)所取代。如果采用这样一种图像捕捉设备，则可执行高速读取和跳读。另外，如果采用单片式彩色图像捕捉设备，则可选择性地读取与相同滤色器相对应的像素。因此，可以提供处理高速、结构便宜的多谱图像捕捉装置。
(附加声明)根据上述特定实施例，可提取出具有以下结构的发明。
(1)具有至少四个频带的不同频谱灵敏度特性的多谱图像捕捉装置，其特征在于，所述至少四个频带中的三个主频带具有标准RGB的频谱灵敏度特性，并且特征在于，所述至少四个频带中三个主频带以外的剩余频带中的至少一个辅频带具有比RGB的带宽要窄的带宽的频谱灵敏度特性。
(对应实施例)与以上(1)中描述的多谱图像捕捉装置相关的实施例对应于第一至第四实施例。
(操作效果)根据以上(1)中描述的结构，用于捕捉多谱图像的各频带中的至少三个频带具有与常规RGB类似的宽带宽的频谱灵敏度特性。另外，将比分配给上述RGB频带的来自物体的部分光要少的部分光分配给具有窄带宽的其他辅频带。由此，减少了光损耗，并可高精度地再现物体的色彩，即使物体是移动的。另外，可利用普通RGB监视器而无需特殊转换器来直接检查所获得的图像。
(2)根据以上(1)所述的多谱图像捕捉装置，其特征在于，在辅频带的频谱灵敏度特性中的主波长的灵敏度值小于在三个主频带的频谱灵敏度特性中的每一个中的主波长的灵敏度值的一半。
(对应实施例)与以上(2)中描述的多谱图像捕捉装置相关的实施例对应于第一至第四实施例。
(操作效果)根据以上(2)中描述的结构，从物体入射的大部分光用于获取RGB三个主频带，并使少量的剩余光经受带宽减小，且将其分配给辅频带。由此，尽可能多地减小了由于带宽减小导致的光量损耗，并防止多谱图像捕捉中的灵敏度的劣化。因此，可获得具有良好色彩再现性的频谱灵敏度特性。
(3)一种多谱图像捕捉装置，其特征在于，包括半镜(12)，用于将来自图像捕捉透镜(10)的光分成两个光路；带通滤波器(20)，用于对所述半镜所分的一部分光的频谱特性进行调制；图像捕捉装置(16)，用于接收由所述带通滤波器调制的光并捕捉物体图像；以及彩色图像捕捉装置(14；32)，用于接收所述半镜所分的另一部分光作为红、蓝和绿三个分解颜色，并用于捕捉物体的彩色图像。
(对应实施例)与以上(3)中描述的多谱图像捕捉装置相关的实施例对应于第一实施例和第一实施例的第二变型例。
(操作效果)根据以上(3)中描述的结构，通过将半镜所分的一部分光分解成类似于RGB的红、蓝和绿三个颜色，来将该部分光形成为图像，并通过利用带通滤波器对另一部分光进行带宽减小来将该另一部分光形成为图像。由此，将比分配给RGB频带的来自物体的部分光要少的部分光分配给具有窄带宽的辅频带。由此，减少了光损耗，并可高精度地再现物体的色彩，即使物体是移动的。另外，可利用普通的RGB监视器而无需特殊转换器来直接检查所获得的图像。
(4)根据以上(3)所述的多谱图像捕捉装置，其特征在于，所述半镜将来自图像捕捉透镜的光按照等于或大于二比一的不等强度比率分为两个光路。
(对应实施例)与以上(4)中描述的多谱图像捕捉装置相关的实施例对应于第一实施例和第一实施例的第二变型例。
(操作效果)根据以上(4)中描述的结构，从物体入射的大部分光用于获取RGB三个频带，并通过带通滤波器使少量的剩余光的带宽减小，且将其分配给其他频带。由此，尽可能多地减小了由于带通滤波器执行的带宽减小导致的光量损耗，并防止多谱图像捕捉中的灵敏度的劣化。因此，可获得具有良好色彩再现性的频谱灵敏度特性。
(5)根据以上(3)和(4)中的任一个所述的多谱图像捕捉装置，其特征在于，所述带通滤波器是在可见区的波长范围内具有包括多个透射波长带宽和多个非透射波长带宽的梳状频谱形状的带通滤波器，并且特征在于，用于接收透过带通滤波器的光的所述图像捕捉装置为用于分解和接收从所述带通滤波器透过的具有多个透射波长带宽的光的彩色图像捕捉装置(16)。
(对应实施例)与以上(5)中描述的多谱图像捕捉装置相关的实施例对应于第一实施例。
(操作效果)根据以上(5)中描述的结构，通过针对具有窄带宽的辅频带也采用彩色图像捕捉装置，可将形成图像的频带数增加到五个或更多。由此，可获得具有良好色彩再现性的多谱图像。
(6)根据以上(3)至(5)中的任一个所述的多谱图像捕捉装置，其特征在于，包括在用于接收半镜所分的且透过带通滤波器的光的图像捕捉装置中的图像捕捉设备的像素总数小于包括在用于接收半镜所分的光作为红、蓝和绿三个分解颜色的彩色图像捕捉装置中的图像捕捉设备的像素总数。
(对应实施例)与以上(6)中描述的多谱图像捕捉装置相关的实施例对应于第一实施例和第一实施例的第二变型例。
(操作效果)根据以上(6)中描述的结构，即使辅频带的图像的分辨率较低，通过利用三个主频带的图像的高频分量也可获得具有与三个主频带的图像的分辨率基本相等的分辨率的多谱图像。另外，低分辨率图像捕捉装置的灵敏度高于高分辨率图像捕捉装置，并由此可以进一步减小半镜的反射率且增大其透过率。因此，可进一步提高整体灵敏度。
(7)一种具有至少四个频带的不同频谱灵敏度特性的多谱图像捕捉装置，其特征在于，包括二向色镜(50)，其具有梳状频谱透过率特性和梳状频谱反射率特性，用于透过具有多个波长带宽的光，并反射具有所述多个波长带宽以外的带宽的光；带通滤波器(52)，其具有与所述二向色镜的透射波长带宽基本类似的透射波长带宽；以及带通滤波器(54)，其具有透射波长带宽基本等于所述二向色镜的反射波长带宽的光的频谱透过率特性。
(对应实施例)与以上(7)中描述的多谱图像捕捉装置相关的实施例对应于第四实施例。
(操作效果)根据以上(7)中描述的结构，通过利用二向色镜一定程度地分离来自物体的光的波长来使得由带通滤波器所导致的光损耗最小。因此，可提供具有良好光效率的多频带照相机。
权利要求
1.一种具有至少四个频带的不同频谱灵敏度特性的多谱图像捕捉装置，其特征在于，所述至少四个频带中的三个主频带具有标准RGB的频谱灵敏度特性，并且特征在于，所述至少四个频带中的除三个主频带之外的剩余频带中的至少一个辅频带具有比RGB的带宽要窄的带宽的频谱灵敏度特性。
2.根据权利要求1所述的多谱图像捕捉装置，其特征在于，在辅频带的频谱灵敏度特性中的主波长的灵敏度值小于三个主频带的频谱灵敏度特性中的每一个中的主波长的灵敏度值的一半。
3.一种多谱图像捕捉装置，其特征在于，包括半镜(12)，用于将来自图像捕捉透镜(10)的光分成两个光路；带通滤波器(20)，用于对所述半镜所分的一部分光的频谱特性进行调制；图像捕捉装置(16)，用于接收由所述带通滤波器调制的光并捕捉物体图像；以及彩色图像捕捉装置(14；32)，用于接收所述半镜所分的另一部分光作为红、蓝和绿三个分解颜色，并用于捕捉所述物体的彩色图像。
4.根据权利要求3所述的多谱图像捕捉装置，其特征在于，所述半镜将来自图像捕捉透镜的光按照等于或大于二比一的不等强度比率分为两个光路。
5.根据权利要求3和4中的任一项所述的多谱图像捕捉装置，其特征在于，所述带通滤波器是在可见区的波长范围内具有包括多个透射波长带宽和多个非透射波长带宽的梳状频谱形状的带通滤波器，并且特征在于，用于接收透过带通滤波器的光的所述图像捕捉装置为用于分解和接收从所述带通滤波器透过的具有多个透射波长带宽的光的彩色图像捕捉装置(16)。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的多谱图像捕捉装置，其特征在于，包括在用于接收半镜所分的且透过带通滤波器的光的图像捕捉装置中的图像捕捉设备的像素总数小于包括在用于接收半镜所分的光作为红、蓝和绿三个分解颜色的彩色图像捕捉装置中的图像捕捉设备的像素总数。
7.一种具有至少四个频带的不同频谱灵敏度特性的多谱图像捕捉装置，其特征在于，包括二向色镜(50)，其具有梳状频谱透过率特性和梳状频谱反射率特性，用于透过具有多个波长带宽的光，并反射具有所述多个波长带宽以外的带宽的光；带通滤波器(52)，其具有与所述二向色镜的透射波长带宽基本类似的透射波长带宽；以及带通滤波器(54)，其具有透射波长带宽基本等于所述二向色镜的反射波长带宽的光的频谱透过率特性。
全文摘要
半镜(12)将来自物体(O)的光分成两个光路。通过红外光截止滤波器(18)对一部分光进行滤波，使得遮挡近红外光，并在彩色CCD图像捕捉设备(14)上将所得光形成图像。由此，获得具有标准RGB的频谱灵敏度特性的三个频带的图像。通过透过带宽近似为RGB的波长带宽一半的光的带通滤波器(20)对另一部分光进行滤波，并在彩色CCD图像捕捉设备(16)上将所得光形成为图像。由此，获得具有比RGB的带宽要窄的带宽的频谱特性的三个频带的图像。
文档编号H04N9/04GK1875638SQ20048003226
公开日2006年12月6日 申请日期2004年11月10日 优先权日2003年11月11日
发明者味户刚幸, 和田徹, 小宫康宏 申请人:奥林巴斯株式会社