JPH0564208A

JPH0564208A - カラービデオ撮影装置

Info

Publication number: JPH0564208A
Application number: JP3223937A
Authority: JP
Inventors: Koji Eto; 剛治江藤
Original assignee: Kindai University
Current assignee: Kindai University
Priority date: 1991-09-04
Filing date: 1991-09-04
Publication date: 1993-03-12
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: JPH07123302B2

Abstract

(57)【要約】【目的】超高速撮影装置において、ＭＣＰ型ＩＩ等の
光増強装置を用いると共にカラー化を図る。【構成】撮影素子の前部にＭＣＰ型ＩＩからなる光増
強装置を配置する。光増強装置の入射窓となるファイバ
ーガラスの前面に３原色を配置したカラーフィルターア
レーを配置する。このカラーフィルターアレーのピッチ
はＭＣＰ型ＩＩとその接続に伴う総合拡散幅と１／２倍
以上であって２倍以下として、空間分解能を確保する。
撮像素子の撮像面上ではある程度色の混合が生じるが、
上記撮像素子からの画像信号が送られる処理部が、撮像
素子の隣接する複数個の画素の組のそれぞれについて、
各画素が入射光に応答する出力と、入射光の色成分の強
度との間の関係を回帰方程式で表すことにより各色成分
の強度を分離して推定することができる構成としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光増強装置を備えた超
高速撮影用のカラービデオ撮影装置に関し、特に、ロケ
ット等の超高速移動物体、爆発、破壊、乱流、放電現
象、化学反応現象、顕微鏡下の微生物の運動等の科学計
測用に好適に用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】上記の現象を撮影する場合、超高速カメ
ラによる撮影が必要である。超高速撮影では、露光時間
が非常に短くなり、よって、１画面当たりの光量が落ち
て撮影が出来ない場合が生じる。その典型的な例とし
て、顕微鏡下での動的現象を撮影する場合がある。顕微
鏡下では、もともと光量が少なく、高倍率となるほど小
さい動きでも非常に速い動きとなる。そのため、この動
きに対応すべく、単位時間当たりの撮影画面数、即ち、
フレームレートを上げると、露光時間が短くなり、一層
光量が限られることとなる。

【０００３】上記のような光量が少ない条件下で高感度
化を図るものとして、近時、微弱光を増強するマイクロ
チャンネルプレート型のイメージインテンシファイヤ
(以下、ＭＣＰ型ＩＩと称する。）が提供されている。

【０００４】上記ＭＣＰ型ＩＩは図１１に示す構成から
なり、真空管１の前部に取付けた入射窓となるファイバ
ーガラス(入射ファイバーガラス２)の後面に、光が入射
すると電子を放出する陰極からなる光電面３を設け、該
光電面３の後方に所要の間隔をあけて、１０μｍ程度の
微小径の多数の細孔を有するマイクロチャンネルプレー
ト４を設置している。該マイクロチャンネルプレート４
の後方に所要の間隔をあけてファイバーガラス５を設置
し、該ファイバーガラス５の前面に電子が衝突すると光
を発する物質からなるスクリーンを設けて蛍光面６とし
ている。該ＭＣＰ型ＩＩには、上記したファイバーガラ
ス５の後面に、ファイバーカプリング７を介して撮像素
子８の受光面９を連結している。

【０００５】上記ＭＣＰ型ＩＩでは、図１１中矢印で示
すように入射ファイバーガラス２の前面より入射して光
電面３に当たった光は、その光量に応じた電子に変換さ
れ、この変換された光量がマイクロチャンネルプレート
４の多数の孔の中に入る。マイクロチャンネルプレート
４の中では１個の光電子は、小さな孔の壁にぶつかり多
数の２次電子を放出するアバランシュ現象を生じ、この
現象を繰り返して電子の数が増大する。該マイクロチャ
ンネルプレート４より出た多数の光電子は電界により加
速された状態で、蛍光面６に衝突し、増強された光を発
する。

【０００６】上記作用を有するＭＣＰ型ＩＩによれば、
マイクロチャンネルプレートによる電子数の増大、およ
び電界による電子の加速の効果により、入射光の光量を
数万倍程度まで増強することができる。よって、微弱光
下の撮影で、この１万倍以上の光増強機能を有するＭＣ
Ｐ型ＩＩを使用することは超高速撮影においては極めて
有効である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにＭＣＰ型
ＩＩは非常に強力な光学機器であるが、原理的には画像
は白黒となる。これは、マイクロチャンネルプレート前
面の光電面は可視光はもとより、赤外線、紫外線、Ｘ線
等どんな周波数の光に対しても電子を放出するため、入
射光のカラー分解は原理的になされず、輝度情報のみと
なるからである。

【０００８】そのため、ＭＣＰ型ＩＩを用いてカラー化
を図ることは容易でないが、画像処理においては、カラ
ー情報は白黒情報よりも遥かに大きな情報量を有し、処
理を容易とする。例えば、ロケットの移動軌跡を追跡す
る場合、モノクロ撮影では、画面上に多数存在する明点
の中から、１つの対象物の軌跡に対応する明点だけを他
の明点に影響されずに選択することは容易でない。その
場合、カラー撮影により色情報が得られれば追跡したい
明点を容易に判別できる。

【０００９】上記した理由より、超高速撮影装置におい
て、上記ＭＣＰ型ＩＩを用いてかつカラー化を図ること
が要望されており、その方法として以下の３つの方法が
考えられる。３板式シャッターあるいは光源側に３色のフィルターを順次
入れる方法ＭＣＰ型ＩＩの前面にカラーフィルターアレイを取り
付ける方法

【００１０】まず、上記の３板式のビデオカメラは周
知のように図１２に示す構成からなり、撮像レンズ１１
の後方にダイクロイックプリズム１２を配置し、該プリ
ズム１２内に３原色 (通常は青、赤、緑）のみを透過ま
たは反射する層を設けたダイクロイック面１３Ａ,１３
Ｂを設けている。このプリズム１２の３つの出射面に対
向して３個の撮像素子１４Ａ,１４Ｂ,１４Ｃを配置し、
上記３個の撮像素子による撮影を同期させてカラー画像
を得るようにしている。

【００１１】上記３板式によるカラー撮影装置にＭＣＰ
型ＩＩを付設する場合、図１２に示すように、上記撮像
素子１４Ａ,１４Ｂ,１４Ｃとプリズムの間に夫々ＭＣＰ
型ＩＩ１６Ａ,１６Ｂ,１６Ｃを介在し、色フィルターを
通過して予め色分解された所定の色の光のみをＭＣＰ型
ＩＩにより光量を増強して各撮像素子に受光させる方法
を採ることが出来る。上記３つの撮像素子にはそれぞれ
赤色画像、緑色画像、青色画像が現れ、これらを合成す
ればカラー画像が得られる。

【００１２】しかしながら、上記３板式を用いた場合、
３枚の画像を合成する際に位置ズレが生じやすい欠点を
有する。また、撮像素子およびＭＣＰ型ＩＩを夫々３個
用いるために、装置が大型化し、かつコスト高になる欠
点がある。

【００１３】次に、のシャッターあるいは光源側に３
色のフィルターを順次入れる方法について検討する。原
理的に、６０分の１秒以下の短い間隔で撮影する３枚の
連続する画面がそれぞれ赤、緑、青の光成分を移してお
けば、その３枚の間の動き (ズレ）が十分に小さい時
は、３枚を合成してカラー画像を得ることが出来る。こ
の３枚の連続画像の色を変える方法として、光源側で、
赤、緑、青の３色を次々に出す方法と、カメラへの入射
時に３色のフィルターを順次かける方法とがある。

【００１４】具体的には、例えばストロボを３台用意
し、それらを３色の光源としてカメラのシャタリングに
同期させる。または１台の白色光源の前あるいはカメラ
の前にロータリー型の３色のフィルターを付け、カメラ
のシャタリングに同期させて回転させることにより為し
得る。

【００１５】上記方法では、同期技術に問題があり、外
形も大きくなる。また、撮影の種類によって光源側ある
いはシャッター側で色を変えることが不可能な場合が多
く、例えば、顕微鏡下での撮影や日中での撮影において
は光源側の色を変えることができない。

【００１６】次に、上記のカラーフィルターアレイ
(以下、ＣＦＡと称する）を用いる方法について検討す
る。この場合、前記図１１中で一点鎖線で示すように入
射ファイバーガラス２の前面をレンズによる結像位置と
して、その部分にＣＦＡ１０を取り付ける方法、あるい
は入射光を平行光になおした後にＣＦＡを通して光電面
３に入射させる方法が採られ得る。この方法は通常のカ
ラー撮影用ビデオカメラに採用される撮像素子の前面に
ＣＦＡを装着する場合と原理的に同じである。

【００１７】上記した通常の撮像素子の前面にＣＦＡを
装着する場合、撮像素子の前面にＣＦＡを密着し、ＣＦ
Ａのピッチは撮像素子の画素ピッチと同じに設定してい
る。そのため、例えば、赤のフィルターの下の画素が受
ける光量は、赤のフィルターの上の赤の光量と比例関係
にある。従って、隣合う４個の画素を考えて、それらに
(赤、緑、青、緑 (Ｒ,Ｇ,Ｂ,Ｇ））、あるいは (青、
黄、緑、白 (フィルターなし））などのフィルターをつ
けると、それらの４個の画素で覆われる領域におけるそ
れぞれの色成分の輝度を知ることが出来、これにより、
カラー画像の再生が出来る。

【００１８】これに対して、ＭＣＰ型ＩＩの入射ファイ
バーガラス２の前面にＣＦＡを取り付ける方法では、下
記の問題がある。まず、第一にＣＦＡと撮像素子との位
置関係を整合させるのは容易でない。通常の撮像素子の
直前面にＣＦＡを装着する場合は、各画素の上に色フィ
ルターを重ねて焼き付ければよいので、通常の集積回路
の製法の延長上で全く誤差なく色フィルターを取り付け
ることが出来る。

【００１９】しかし、ＣＦＡをＭＣＰ型ＩＩの入射ファ
イバーガラス２の前面に取り付ける場合、図１１に示す
ように、ＣＦＡ１０と撮像素子８の間には、入射窓のフ
ァイバーガラス２、光電面３、ＭＣＰ４、ファイバーガ
ラス５、ファイバーカプリング７が介在し、かつ、それ
らの間に空間が存在する。よって、ＣＦＡ１０と撮像素
子８の間の距離は数cmにも及ぶ上に、その間に複数の光
学機器要素が介在するので、ＣＦＡと撮像素子のピッチ
をあわせることは非常に困難となる。たとえ工場出荷時
に合わせることが出来ても、熱応力や機械的応力で変形
が生じ、それにより発生するズレを防止することは不可
能に近い。

【００２０】第二に、ＣＦＡから撮像素子に入射するま
でに光が分散し、撮像素子の画像で色の混じりが生じ
る。例えば、図１３に示すように、ＣＦＡ１０の一つの
赤い窓を通過した赤色光は、入射ファイバーガラス２へ
の入射時に拡散し、光電面３に衝突するときにも拡散す
る。光電面３で光強度に対応する電子となり、該光電子
はＭＣＰ４に入射する前に拡散し、かつ、ＭＣＰ４から
出た電子が蛍光面６に当たる前にも拡散し、さらに、蛍
光面６よりファイバーカプリング７に入射する時、ファ
イバーカプリング７と撮像素子８との結合過程でも拡散
する。よって、例えば、ＣＦＡ１０を透過した光のＣＦ
Ａ１０からから画素８ａが構成する撮像素子の受光面ま
での総合拡散幅Ｄは約４０μｍ程度と推定される。

【００２１】一方、当然のことながら、光電面３の前面
のＣＦＡ１０のピッチと最後の撮像素子８の画素８ａの
ピッチは同程度であることが望ましく、総合拡散幅が４
０μｍ程度であるから、ＣＦＡ１０のピッチと撮像素子
８の画素ピッチは少なくとも４０μｍ以上でなければな
らない。ところが、通常の撮像素子の画素ピッチは１０
〜２０μｍオーダーであるから、ＭＣＰ型ＩＩを用いて
カラー画像を得ようとすれば、各画素での色の重なりが
必然的に発生する。

【００２２】これに対して、撮像素子の画素サイズは通
常の小さいものを使い、数〜数十画素を一組の画素と見
なして、その幅をＣＦＡのメッシュサイズに合わせる方
法も考えられる。

【００２３】また、撮像素子の画素サイズは上記と同様
に通常の小さいものを使用し、撮影した画像を処理する
段階で、後から色毎に画素の領域を区分けして、赤色領
域の画素グループ、青色領域の画素グループ、緑色領域
の画素グループとして色の重複を無くして処理する方法
も考えられる。しかしながら、該方法による場合、各画
像毎に色分けの区画を設定しなければならず画像処理が
極めて複雑になる欠点がある。

【００２４】このようにＭＣＰ型ＩＩの前面にカラーフ
ィルターアレイを取り付ける方法は、位置合わせ、色混
ざり、解像度等の問題から実現化していない。

【００２５】上記ＭＣＰ型ＩＩを用いたカラー化には種
々の問題があるが、前記したように、画像処理において
はカラー情報は白黒情報よりはるかに大きい情報量を有
し、各種の処理を容易かつ正確とするため、ＭＣＰ型Ｉ
Ｉカラーとを併用した超高速撮影が可能なビデオカメラ
の提供が強く要望されている。

【００２６】本発明は上記要望を達成せんとするもの
で、ＭＣＰ型ＩＩを用いた超高速撮影用のビデオ撮影装
置において、高感度のカラー化を達成することを目的と
してなされたものである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】撮像素子の前部に光量増
強装置を配置し、該光量増強装置の光電面での入射光を
光電子に変換した後に蛍光面で光量を増強した光に変換
して出射し、この光を撮像素子の各画素で受光し、該撮
像素子からの画像信号を処理部で記憶、処理する撮影装
置であって、上記光増強装置の入射窓のファイバーガラ
スの前面又は光電面の前面に３原色を順次配列しカラー
フィルターアレーを配置し、上記処理部は、撮像素子の
隣接する複数個の画素を一組とし、各組についてそれぞ
れ各画素が入射光に応答する出力と、該入射光色成分の
強度との関係を予め記憶し、各画素の出力信号から上記
各組における入射光の色成分の強度を推定する構成とし
ているカラービデオ撮影装置を提供するものである。

【００２８】具体的には、上記装置は、上記複数個の画
素の組のそれぞれについて、各画素が入射光に応答する
出力と、画素の組の中心点における入射光の色成分の強
度との間の関係を回帰方程式として記憶している。

【００２９】上記回帰方程式の回帰係数は、入射光の強
度により層別化することが好ましい。

【００３０】更に具体的には、上記光増強装置はマイク
ロチャンネルプレート型イメージインテンシファイヤか
らなり、上記カラーフィルターアレーのピッチを、マイ
クロチャンネルプレート型イメージインテンシファイヤ
の入射窓から撮像素子の受光面に到達するまでの入射光
の総合拡散幅の１／２以上であって２倍以下に設定して
いる。

【００３１】

【作用】本発明に係るカラービデオ撮影装置では、上記
のような構成としているため、カラーフィルターアレー
から光増強装置を介して撮像素子の受光面に入射光が到
達すると、各画素が入射光に応答する出力が撮像素子の
画像信号として処理部に送られる。該処理部では、画像
信号を記憶すると共に、予め記録した各画素の入射光に
応答する出力と各画素の組の中心における入射光の各色
成分との間の回帰方程式にもとづき、上記画像信号から
各画像の組における入射光の色成分の強度を推定し、カ
ラー画像を再現することができる。

【００３２】上記回帰係数を入射光の強度により層別化
した場合には、入射光の強度が変化しても高い精度で画
素の出力から入射光の各色成分の強度を推定することが
できる。

【００３３】

【実施例】次に、本発明を図面に示す実施例に基づき詳
細に説明する。図１に示すように、本発明に係るカラー
ビデオ撮影装置の全体の構成は従来と同様であり、ビデ
オカメラ本体２０に、レンズ２１により結像した光を電
気信号に変換する撮像ユニット２２を備え、該撮像ユニ
ット２２内に設けている撮像素子３０ (図２に示す。）
の画像信号をビデオカメラ本体２０と別体とした処理装
置２３に設けた信号処理部２４に出力し、該信号処理部
２４よりメモリー部２５に送る構成としている。該メモ
リー部２５には画像構成用コンピュータ２６、画像構成
装置２７、ディスプレイ２８、外部記録装置２９を接続
している。

【００３４】上記撮像ユニット２２の構成は図２に示す
ように、前記図１１に示す構成と略同一であるため、同
一部材は同一符号を付して説明を省略する。即ち、撮像
ユニット２２は、撮像素子３０の受光面３０ａの前部に
マイクロチャンネルプレート型イメージインテンシファ
イヤ (以下、ＭＣＰ型ＩＩと称する）３１を設置し、該
ＭＣＰ型ＩＩ３１の入射ファイバーガラス２の前面にカ
ラーフィルターアレー３３(以下、ＣＦＡと略称する。)
を取り付け、よって、ＭＣＰ型ＩＩ３１により、光量増
強を図ると共に、ＣＦＡ３３の装置によりカラー化を図
っている。

【００３５】上記ＭＣＰ型ＩＩ３１は前記した図１１と
同様に、真空管１の前部に取り付けた入射ファイバーガ
ラス２の後面の光電面３２で入射光を電子に変換し、該
変換された光電子をマイクロチャンネルプレート４を通
して倍増し、この倍増した電子をファイバーガラス５の
前面の蛍光面６で光に変換して、ファイバーカプリング
７を通して撮像素子３０の受光面３０ａに出射する構成
としている。

【００３６】本実施例のＣＦＡ３３は、図３に示すよう
に、４０μｍ×４０μｍの赤、緑、青の３原色のカラー
フィルター３５を碁盤目状のマスクパターンで順次配列
したＲＧＢ型のＣＦＡである。本実施例では、ＣＦＡ３
３のピッチＰ１を、上記したようにＣＦＡを通過して光
電面３２から受光面３０ａに達するまでの間の入射光の
総合拡散幅Ｄと同程度、即ち、４０μｍに設定してい
る。

【００３７】これは、ＣＦＡ３３のピッチＰ１を総合拡
散幅Ｄよりも充分大きく設定すると共に、後述する撮像
素子３０の画素ピッチＰ２をＣＦＡ３３のピッチＰ１よ
りも充分小さく設定した場合には、図４及び図５に示す
ように、画素Ｇのうちのあるグループ (図中斜線で示
す。）は、単一の色成分に応答し、残りの画素Ｇは色成
分が混じった状態で応答する。この単一の色成分だけに
応答する画素のグループのみに着目すれば、回帰式を用
いることなく、直接その色成分の強度を知ることができ
る。従って、ＣＦＡ付きのＭＣＰ型ＩＩを撮像素子に接
合した後、赤の光、緑の光、青の光を順次実際に入手す
れば、どの素子がどの光に応答するかを調べることが可
能であるし、各単一の色成分にだけ応答する画素群を調
べておけば、これからカラー画像を再生できる。しかし
ながら、この場合、ＣＦＡのピッチが少なくとも総合拡
散幅Ｄの２倍程度以上大きくならなければならないの
で、画面の空間分解能が低くなるという欠点を有する。

【００３８】一方、空間分解能を維持するためには、Ｃ
ＦＡのピッチＰ１を小さくすれば良いのであるが、ピッ
チＰ１を総合拡散幅Ｄよりも著しく小さくすると、図６
に示すように、色と色が撮像素子の受光面上で完全に混
合してしまい色の分解ができなくなる。そのため、本実
施例では、ＣＦＡ３３のピッチＰ１を上記したように総
合拡散幅Ｄと同程度に設定している。尚、ＣＦＡ３３の
ピッチＰ１は、上記４０μmに限定されるものではな
く、総合拡散幅Ｄよりも少し小さくても同様の機能が期
待できるが、少なくもと総合拡散幅Ｄの１／２以上の幅
は必要である一方上記したように総合拡散幅Ｄの２倍以
上に設定すると所望の空間分解能が得られないため、総
合拡散幅Ｄの１／２倍以上であって２倍以下程度に設定
するのが好ましい。

【００３９】本実施例の撮像素子３０は、図７に示すよ
うに、画素Ｇを碁盤目状の画素配列としており、画素数
が２５６行×２５６例、画素ピッチＰ２を４０μｍとし
ており、画素ピッチＰＧをカラーフィルターアレー３３
のピッチＰ１と等しく設定している。

【００４０】上記のように、本実施例では、カラーフィ
ルターアレー３３のピッチＰ１をＭＣＰ型ＩＩ３１での
入射光の総合拡散幅Ｄの１／２倍以上であって２倍以下
の範囲内に設定すると共に、撮像素子３０の画素ピッチ
Ｐ２を上記カラーフィルターアレー３３のピッチＰ１と
同程度に設定しているため、カラーフィルターアレー３
３で一旦分解された光は、図８で示すように撮像素子３
０の受光面３０ａ上である程度混合する。

【００４１】しかしながら、上記カラーフィルターアレ
ー３３で一旦分解された光は、受光面３０ａ上で完全に
混合してしまうのではないため、入射光の赤の色成分に
やや強く反応する画素や、緑あるいは青の色成分にやや
強く反応する画素が生じる。ただし、例えば、赤の色成
分にやや強く反応する画素であっても緑の色成分や青の
色成分に対してもある程度反応する。

【００４２】本実施例では、撮像素子３０の全画素Ｇに
ついて縦方向及び横方向に隣接する４個の画素を一組と
して、これら４個の画素からなる組について入射光の
赤、緑、青の３色の色成分の強度とそれに対する各画素
からの応答の間に回帰式を作っておき、この式を用いて
上記４個の各画素への入射強度の差から、４個の画素の
中心点における入射光の赤、緑、青の３色の色成分の強
度を推定するようにしている。

【００４３】上記回帰式の回帰係数は、キャリブレーシ
ョンにより求める。即ち、赤、緑、青の各単色光をそれ
ぞれ複数回撮像ユニット２０に入射し、その時に上記４
個一組の各画素が応答して発生する電流強度を調べ、最
小二乗誤差の条件から回帰係数を得る。

【００４４】以下、上記図７に示す縦方向及び横方向に
隣接する４個の画素Ｇ１,Ｇ２,Ｇ３,Ｇ４の組に関し、
上記回帰式及び回帰係数について詳細に説明する。各画
素Ｇ１,Ｇ２,Ｇ３,Ｇ４がある色成分を有する入射光に
対して応答して発生する電流強度をＸ₁,Ｘ₂,Ｘ₃,Ｘ₄、
上記入射光に対する４個の画素Ｇ１,Ｇ２,Ｇ３,Ｇ４の
中心点Ｐでの上記入射光の赤、緑、青の色成分の強度を
それぞれＹ₁,Ｙ₂,Ｙ₃として下記の構造式をたてる。

【００４５】

【数１】

【００４６】ここで、βmn (m＝１〜３、n＝１〜４）は
回帰係数、α₁,α₂,α₃は定数である。この式 (１）中
の回帰係数βmnの値を、キャリブレーションにより求め
る。キャリブレーションの方法は、上記したように強度
が既知である赤、緑、青の単色光をそれぞれＫ回入射し
て、その時に各画素Ｇ１,Ｇ２,Ｇ３,Ｇ４が入射光に対
して応答する電流強度Ｘ₁,Ｘ₂,Ｘ₃,Ｘ₄を求め、それら
の値から最小二乗誤差の条件を利用して回帰係数βmnを
計算する。ここで上記単色光の場合は、その色成分以外
の色成分は０であり、例えば、強度１の赤の単色光で
は、Ｙ₁＝１、Ｙ₂,Ｙ₃＝０である。上記各画素の電流強
度Ｘ₁,Ｘ₂,Ｘ₃,Ｘ₄及び中心点Ｐでの赤、緑、青の色成
分の強度Ｙ₁、Ｙ₂、Ｙ₃から、それぞれキャリブレーシ
ョン時の平均値を引いて、

【００４７】

【数２】

【００４８】とおくと、上記式 (１）は

【００４９】

【数３】

【００５０】となる。上記式 (３）を展開すると、m＝
１、即ち、赤の色成分について、

【００５１】

【数４】

【００５２】となる。ここで、ε₁kは、誤差である。従
って、式 (４）より

【００５３】

【数５】

【００５４】また、

【００５５】

【数６】

【００５６】ここで、最小二乗誤差の条件より

【００５７】

【数７】

【００５８】式 (７）より、

【００５９】

【数８】

【００６０】と置くと、

【００６１】

【数９】

【００６２】従って、

【００６３】

【数１０】

【００６４】となる。上記式 (８）と式 (１０）にキャ
リブレーションに使用した赤の単色光の強度及び各画素
の応答を代入して、回帰係数β₁₁,β₁₂,β₁₃,β₁₄を決
定する。緑の色成分及び青の色成分についても上記した
赤の色成分と同様にしてそれぞれ回帰係数β₂₁,β₂₂,β
₂₃,β₂₄及び回帰係数β₃₁,β₃₂,β₃₃,β₃₄を決定するこ
とができる。

【００６５】本実施例では、撮像素子３０の受光面３０
ａを形成する全ての画素Ｇの、縦横方向に隣接する４個
で一組の組合せの全てについて、上記のような回帰式を
たてて、回帰係数をキャリブレーションにより予め求
め、それらを処理装置２３の画像処理装置２７に記憶し
ている。

【００６６】更に、通常、入射光の強度と画素の応答の
電流強度の入出力関係は非線形であり、入射光の平均強
度が強いときと弱い時では、回帰係数βmnの値は異な
る。そのため、本実施例では、入射光の平均強度を強中
弱の３段階に層別化し、それぞれの段階に対してβmnの
値を求めている。

【００６７】尚、上記のように、入射光の色成分の強度
と各画素の出力の間の関係を回帰方程式により表すた
め、ＣＦＡ３３と撮像素子３０の位置合わせがずれた場
合には再度キャリブレーションを行えばよい。

【００６８】本実施例のカラービデオ撮影装置は、上記
のような構成としているため、撮影時には、ＣＦＡ３３
から光電面３２、マイクロチャンネルプレート４、蛍光
面６を介して撮像素子３０の撮像面３０ａに入射した入
射光に対する各画素Ｇの応答の電流強度は、信号処理部
２４を介してメモリー部２５に蓄積される。画像再生時
には、処理部２３において、上記４個の画素Ｇ１,Ｇ２,
Ｇ３,Ｇ４ごとに画素の応答Ｘ₁,Ｘ₂,Ｘ₃,Ｘ₄の平均強度
を求め、その強中弱の３段階に応じた回帰係数βmnを上
記式 (３）に適用して入射光の色成分を推定し、カラー
画像を再現することができる。

【００６９】上記のように本実施例では、上記のように
してキャリブレーションにより予め回帰係数βmn求め
て、該回帰係数βmnを処理装置２３内に記録しているた
め、任意の色成分からなる入射光に対して式 (３）より
中心点Ｐでの各色成分を推定することができる。

【００７０】図９の(a)〜(d)は、本発明の第２実施例を
示している。第２実施例では、撮像素子３０の全画素に
ついて縦横方向に隣接する３個の画素Ｇ１’,Ｇ２’,Ｇ
３’を一組として、上記した第１実施例と同様にこれら
３個一組の画素について入射光の赤、緑、青の色成分の
強度Ｙ₁,Ｙ₂,Ｙ₃とそれに対する画素からの応答Ｘ₁,
Ｘ₂,Ｘ₃の間の回帰方程式を求め、この回帰方程式を用
いて上記３個の各画素への入射強度の差から、上記３個
の画素の中心点Ｐ’における入射光の赤、緑、青の３色
の色成分の強度を推定するようにしている。

【００７１】上記図９に示すように、一つの中心点Ｐ’
に対して縦横方向に隣接する３個の画素を選ぶ方法は４
通ある。これらの３つの画素Ｇ１’,Ｇ２’,Ｇ３’につ
いて、

【００７２】

【数１１】

【００７３】であり、

【００７４】

【数１２】

【００７５】となる。従って、係数βmn'が決まれば式
(１１）より、任意の色成分を有する入射光に対して各
画素Ｇ₁’,Ｇ₂’,Ｇ₃’の応答する電流強度に係数βmn'
をかければ、中心点Ｐ’での各色成分の強度を算出する
ことができる。

【００７６】係数βmn'を求めるためのキャリブレーシ
ョンは下記のようにして行なう。即ち、強度が既知の赤
の単一色光を、撮像素子に入射し各画素Ｇ₁’,Ｇ₂’,Ｇ
₃’の電流強度Ｘ₁’,Ｘ₂’,Ｘ₃’を調べる。この時Ｙ₁
が既知でＹ₂,Ｙ₃＝０であるから、Ｘ₁’,Ｘ₂’,Ｘ₃’を
Ｙ₁’で割れば係数β₁₁,β₁₂,β₁₃が求まる。同様にし
て、強度が既知の緑及び青の単一色光を、入射してその
時の各画素の強度電流をその単一色の強度で割れば、そ
れぞれ係数β₂₁,β₂₂,β₂₃及び係数β₃₁,β₃₂,β₃₃が求
まる。

【００７７】上記したように一つの中心点Ｐ’に対して
３個の画素の組の選び方は図６の(a)〜(d)の４通りある
が、本実施例ではこれらの４通りについて係数行列βij
を求め、det{βij}の値を最大とする３個の画素の組を
採用し、これを処理部２３に記憶している。更に、第２
実施例でも、上記した第１実施例と同様に、入射光の強
度により強中弱の３段階に層別化して、各段階に対して
異なるβijの値を使用する構成としている。

【００７８】第２実施例のその他の構成及び動作は上記
した第１実施例と同様であるので、説明を省略する。

【００７９】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、種々の変形が可能である。例えば、上記第１及
び第２実施例では、ＣＦＡのピッチを拡散幅と同程度に
設定すると共に、撮像素子の画素ピッチをＣＦＡのピッ
チと等しく設定しているが、画素ピッチをカラーフィル
ターアレーのピッチよりも小さく設定してもよい。画素
ピッチをこのように設定した場合、色分解能を一層高め
ることができる。

【００８０】上記第１及び第２実施例では共に入射光の
強度に対応して強中弱の３段階の層別化を行っていた
が、撮影条件に応じて更に段階を増やして細かい層別化
を行っても良いし、逆に、層別化を行わなくともよい。

【００８１】第２実施例のように３個の画素を一組とし
て色成分を推定する場合には、画素を図１０に示すよう
に千鳥配列とした撮像素子を用いてもよい。この場合、
一つの中心点Ｐ’に対する３個の画素の選び方は一通り
である。

【００８２】また、カラーフィルターアレーも上記のよ
うなＲＧＢ型のものに限定されず、例えば、黄、緑及び
青のフィルターを備えるＹＧＢ型のカラーフィルターア
レーを使用してもよい。

【００８３】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に係るカラービデオ撮影装置は、超高速に適した光増強
装置であるＭＣＰ型イメージインテンシファイヤーの光
電面にカラーフィルターアレーを取付けると共に、撮像
素子の画素のうち隣接する数個の画素の受光強度とそれ
らの中心点における３原色の色成分の強度との関係を予
め処理手段に記憶し、各画素の出力信号から上記数個の
画素の組における入射光の色成分の強度を推定する構成
としているため、機器を大型化することなく超高速カラ
ー撮影を行なうことができると共に、カラーフィルター
と撮像素子の位置合わせも不要となる。

【００８４】また、本発明に係るカラービデオ装置は、
上記のような構成としているため、被写体の照明等が不
要であって、顕微鏡下においても超高速のカラー撮影を
実現することができると共に、大型の機器、移動物体等
の超高速カラー撮影にも適し、計測撮影において情報量
が多くなり、計測処理の精度をあげることができる等の
種々の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係るカラービデオ撮影装置の全
体を示す概略図である。

【図２】ＭＣＰ型ＩＩの光電面の前面にカラーフィル
ターを取付けた状態を示す要部側面図である。

【図３】カラーフィルターアレーのマスクパターンを
示す部分概略図である。

【図４】カラーフィルタアレーのピッチを総合拡散幅
よりも十分大きく設定した場合の各色光線の混合状態を
示す概略図である。

【図５】カラーフィルタアレーのピッチを総合拡散幅
よりも十分大きく設定した場合の各色光線の混合状態を
示す概略図である。

【図６】カラーフィルタアレーのピッチを総合拡散幅よ
りも著しく小さく設定した場合の各色光線の混合状態を
示す概略図である。

【図７】撮像素子の画素配列を示す部分概略図であ
る。

【図８】カラーフィルタアレーのピッチを本実施例の
範囲に設定した場合の各色光線の混合状態を示す概略図
である。

【図９】第２実施例における３個の画素の選び方を示
す部分概略図である。

【図１０】本発明の一変形例における画素の配列を示
す部分概略図である。

【図１１】従来の問題を説明するための図２と同様な
図面である。

【図１２】従来の３番式を用いた場合の問題を説明す
るための図面である。

【図１３】光電面の前面にカラーフィルターを取付け
た場合の問題点を説明するための図面である。

【符号の説明】

２,５ファイバーガラス４マイクロチャンネルプレート２３処理部３０撮像素子３１ＭＣＰ型ＩＩ３２光電面３５カラーフィルターＧ画素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像素子の前部に光量増強装置を配置
し、該光量増強装置の光電面で入射光を光電子に変換し
た後に蛍光面で光量を増強した光に変換して出射し、こ
の光を撮像素子の各画素で受光し、該撮像素子からの画
像信号を処理部で記憶、処理する撮影装置であって、上記光増強装置の入射窓のファイバーガラス前面又は光
電面の前面に３原色を順次配列したカラーフィルターア
レーを配置し、上記処理部は、撮像素子の隣接する複数個の画素を一組
とし、各組についてそれぞれ各画素が入射光に応答する
出力と、該入射光の色成分の強度との間の関係を予め記
憶し、各画素の出力信号から上記各組における入射光の
色成分の強度を推定する構成としているカラービデオ撮
影装置。
【請求項２】上記複数個の画素の組のそれぞれについ
て、各画素が入射光に応答する出力と、画素の組の中心
点における入射光の色成分の強度との間の関係を回帰方
程式として記憶している請求項１記載の装置。
【請求項３】上記回帰方程式の回帰係数を入射光の強
度により層別化している請求項２記載の装置。
【請求項４】上記光増強装置はマイクロチャンネルプ
レート型イメージインテンシファイヤからなり、上記カラーフィルターアレーのピッチを、マイクロチャ
ンネルプレート型イメージインテンシファイヤの入射窓
又は光電面から撮像素子の受光面に到着するまでの入射
光の総合拡散幅の１／２倍以上であって２倍以下に設定
している請求項１から請求項３記載の装置。