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CN105144688B - 摄像装置和摄像系统 - Google Patents

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CN105144688B
CN105144688B CN201480023324.5A CN201480023324A CN105144688B CN 105144688 B CN105144688 B CN 105144688B CN 201480023324 A CN201480023324 A CN 201480023324A CN 105144688 B CN105144688 B CN 105144688B
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light
visible light
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invisible light
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野中雄一
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Abstract

本发明是对可见光和不可见光成分敏感的摄像装置中可见性更优的摄像装置，摄像装置包括对被摄体进行摄像来获得可见光信号和不可见光信号的摄像部；使用从上述摄像部输出的可见光信号生成可见光亮度信号的第一亮度生成部；使用从上述摄像部输出的不可见光信号生成不可见光亮度信号的第二亮度生成部；使用上述第一亮度生成部生成的可见光亮度信号和上述第二亮度生成部生成的不可见光亮度信号进行修正处理的图像修正处理部；和至少控制上述图像修正处理部的控制部，上述图像修正处理部通过将使用上述不可见光亮度信号而生成的修正信号与上述可见光信号相加来进行修正处理。

Description

摄像装置和摄像系统
技术领域
本发明涉及摄像装置和摄像系统。
背景技术
作为本技术领域的背景技术，有专利文献1(日本特开2003－189297号公报)。在该专利文献1中，记载有“(课题)提供能够提高目的对象物的可见性(视觉辨认度)的图像处理装置和摄像装置。(解决方案)该图像处理装置求取构成可见图像的像素中亮度高的像素的地址，使与所求得的地址对应的地址的红外图像的像素的亮度降低。此外，使红外光源4与红外图像的取得时同步地间歇地点亮。因为使用者能够目视可见图像，所以通过使与该部分对应的红外图像的像素的亮度降低，能够有选择地仅获得不能目视的物体的图像，能够提高目的对象物、即不易见物体的可见性。”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003－189297号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在上述专利文献1中，记载有“因为使用者能够目视可见图像，所以通过使与该部分对应的红外图像的像素的亮度降低，能够有选择地仅获得不能目视的物体的图像，能够提高目的对象物、即不易见物体的可见性。”，但是因为不能同时看见不能目视的物体和能够目视的物体，所以存在改善的余地。
本发明提供可见性更高的摄像装置和摄像系统。
用于解决问题的技术方案
如下简单说明本申请中公开的发明中代表性的内容的概要。
(1)一种摄像装置，其特征在于，包括：对被拍摄体进行摄像来获得可见光信号和不可见光信号的摄像部；使用从所述摄像部输出的可见光信号生成可见光亮度信号的第一亮度生成部；使用从所述摄像部输出的不可见光信号生成不可见光亮度信号的第二亮度生成部；使用所述第一亮度生成部生成的可见光亮度信号和所述第二亮度生成部生成的不可见光亮度信号进行修正处理的图像修正处理部；和至少控制所述图像修正处理部的控制部，所述图像修正处理部通过将使用所述不可见光亮度信号而生成的修正信号与所述可见光信号相加来进行修正处理。
(2)一种摄像系统，其特征在于：包括摄像装置和图像显示单元，所述摄像装置包括：对被拍摄体进行摄像来获得可见光信号和不可见光信号的摄像部；使用从所述摄像部输出的可见光信号生成可见光亮度信号的第一亮度生成部；使用从所述摄像部输出的不可见光信号生成不可见光亮度信号的第二亮度生成部；通过将使用所述第二亮度生成部生成的不可见光亮度信号生成的修正信号与所述第一亮度生成部生成的可见光亮度信号相加来进行修正处理的图像修正处理部；和至少控制所述图像修正处理部的控制部，所述图像显示单元输入从所述摄像装置输出的修正处理后的修正图像而进行显示。
发明的效果
根据本发明，能够提供可见性更高的摄像装置和摄像系统。
附图说明
图1是表示本发明的摄像装置的一个实施例的图。
图2是表示图1所示的摄像装置的摄像部中使用的摄像元件的像素结构例的图。
图3是表示图2中表示的摄像元件的各像素的光的波长的光谱特性的一例的图。
图4是表示图2中表示的摄像元件的各像素的光的波长的光谱特性的其它例子的图。
图5是表示与图2所示的摄像元件不同的可见光+不可见光传感器的像素结构的一例的图。
图6是表示图5所示的摄像元件的各像素的光的波长的光谱特性的一例的图。
图7是表示图5所示的摄像元件的各像素的光的波长的光谱特性的其它例子的图。
图8是表示图1所示的摄像装置的图像修正处理部的具体结构的一例的图。
图9是表示图1所示的摄像装置的图像修正处理部的变形例的图。
图10是表示图1所示的摄像装置的摄像部的其它详细结构例的图。
图11是表示图10所示的摄像部的分离光源的点亮控制的一例的图。
图12是表示图10所示的摄像部的分离光源的点亮控制的其它例子的图。
图13是表示本发明的摄像系统的一个实施例的图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的摄像装置的一个实施例的整体结构图。此处，在以下的说明中，可见光指绿(以下为G)、蓝(以下为B)、红(以下为R)的所有或任一者的光的波长区域，不可见光指红外或近红外(以下IR)的光的波长区域。
在图1中，摄像装置100适当地使用摄像部101、颜色信号处理部102、伽马处理部103、色差生成部104、作为第一亮度生成部的可见光亮度信号处理部105、作为第二亮度生成部的不可见光亮度信号处理部106、图像修正处理部107、亮度伽马处理部108、图像输出处理部109和控制部110构成。
摄像部101适当地使用对后述的可见光区域波长的光敏感的像素、对不可见光区域的波长的光敏感的像素的摄像元件和透镜等光学系统部件构成。颜色信号处理部102根据摄像部101的输出生成颜色信号。伽马处理部103从自颜色信号处理部102输出的颜色信号转换为伽马特性曲线。色差生成部104将伽马处理部103的输出转换为色差信号。
可见光亮度信号处理部105通过去马赛克(デモザイキング、demosaicing)等处理从摄像部101的可见光成分信号输出生成可见光亮度信号。不可见光亮度信号处理部106通过去马赛克等处理从摄像部101的不可见光信号输出生成不可见光亮度信号。
图像修正处理部107利用后述的合成方法对可见光亮度信号处理部105的可见光亮度输出和不可见光亮度信号处理部106的不可见光亮度输出进行合成处理。亮度伽马处理部108将由图像修正处理部107进行修正处理后的信号输出转换为伽马特性曲线而生成亮度信号。
图像输出处理部109将色差生成部104的输出的色差信号和亮度伽马处理部107输出的亮度信号按规定的输出方式(例如非压缩数字输出、压缩而进行网络输出等，不选择内容)进行输出。控制部110控制摄像部101、颜色信号处理部102、可见光亮度信号处理部105、不可见光亮度信号处理部106和图像修正处理部107。
在摄像部101被进行光电转换后的可见光信号在颜色信号处理部102被实施颜色信号生成处理，在伽马处理部103被实施伽马修正处理，在色差生成部104被实施转换为色差信号的处理，并且在可见光亮度信号处理部105被转换为可见光亮度信号。在摄像部101被进行光电转换后的不可见光信号在不可见光亮度信号处理部106被进行转换为不可见光亮度信号的处理。
通过这些处理获得的可见光亮度信号和不可见光亮度信号随着图像修正处理部107在后述的控制部110的控制而被实施后述的合成处理，由此进行图像修正处理。图像修正处理部107的修正输出被转换为在亮度伽马处理部108被进行伽马修正处理后的亮度信号。色差生成部104生成的色差信号和亮度伽马处理部108生成的亮度信号通过图像输出处理部109作为图像信号被至输出外部的表示装置等。
根据本实施例，并不特别限定于图像的位置，可见光亮度信号处理部105将从摄像部101输出的可见光成分的信号处理成可见光亮度信号，不可见光亮度信号处理部106将不可见光成分的信号处理成不可见光亮度信号，使用该双方信号在图像修正处理部107进行修正处理，因此，在画面内，能够将因可见光而可见性高的被摄体部分与因可见光的少而可见性的低的被摄体部分同时作为画面整体，提供可见性高的摄像装置。
图2是表示图1所示的摄像装置的摄像部中使用的摄像元件的像素结构例的图。是在同一个摄像元件上栅格状排列主要对R敏感的像素201、主要对G敏感的像素202、主要对B敏感的像素203、对不可见光(表示为IR)敏感的像素204的一例。通过像素201～像素204的配置在摄像元件上构成反复像素。
图3是表示图2所示的摄像元件的各像素的光的波长的灵敏度(敏感度)特性、即光谱特性的一例的图。在该图中，301为像素201的光谱特性，302为像素202的光谱特性，303为像素203的光谱特性，304为像素204的光谱特性。
光谱特性301、302、303各自不仅在作为R、G、B可见光的波长区域而且在IR的波长区域也敏感。通常的仅可见光区域的照相机由具有这些光谱特性的像素构成，通常由于仅对可见光区域进行摄像，为了消除对IR部分的影响，将遮断IR波长区域的光学的滤波片插入至摄像元件和透镜的光轴上使用。光谱特性304仅对IR敏感，通过同时具备该像素和上述对可见光域敏感的像素，能够同时对可见光域(R、G、B)的颜色成分和亮度成分、IR的亮度成分进行摄像。
图4是表示图2所示的摄像元件的各像素的光的光谱特性的其它例子的图。在该图中，401为像素201的其它光谱特性，402为像素202的其它光谱特性，403为像素203的其它光谱特性，404为像素204的光谱特性。光谱特性401、402、403各自仅对作为R、G、B的可见光的波长区域敏感。光谱特性404仅对IR敏感，通过同时具备该像素和对上述可见光域敏感的像素，能够同时对可见光域(R、G、B)的颜色成分和亮度成分、IR的亮度成分进行摄像。
通常，由于仅对可见光域进行摄像，为了消除IR成分的影响，将遮断IR波长区域的光学的滤波片插入至摄像元件和透镜的光轴上使用，需要进行可见光信号处理，根据本实施例，由于本来R、G、B就不含有IR成分，所以不使用该滤波片，能够以简易的结构，使用与现有技术相同的可见光信号处理。由此，能够提供在不改变现有的信号处理来进行颜色再现等方面具有优势的摄像装置。
图5是表示与图2所示的摄像元件不同的可见光+不可见光传感器的像素结构的一例的图。是在同一摄像元件上栅格状排列主要对R敏感的像素501、主要对G敏感的像素502、主要对B敏感的像素503、对所有的R、G、B、IR敏感的像素(表现为W)504的一例。通过像素501～像素504的配置在摄像元件上构成反复像素。
图6是表示图5所示的摄像元件的各像素的光的波长的灵敏度(敏感度)特性、即光谱特性的一例的图。在该图中，601为像素501的光谱特性，602为像素502的光谱特性，603为像素503的光谱特性，604为像素504的光谱特性。光谱特性601、602、603各自不仅对作为R、G、B可见光的波长区域而且对IR波长区域敏感。
图7是表示图5所示的摄像元件的各像素的光的光谱特性的其它例子的图。在该图中，701为像素501的其它光谱特性，702为像素502的其它光谱特性，703为像素503的其它光谱特性，704为像素504的光谱特性。光谱特性701、702、703各自仅对作为R、G、B的可见光的波长区域敏感。光谱特性704对所有R、G、B，IR敏感，通过同时具备该像素和上述对可见光域敏感的像素，能够同时对可见光域(R、G、B)的颜色成分和亮度成分、IR的亮度成分进行摄像。
在本像素结构的摄像元件中，在像素501～像素503的对R、G、B敏感的像素以外，在像素504也对可见光域的R、G、B敏感，因此能够提供对可见光域灵敏度更高的摄像装置。
图8是表示图1所示的摄像装置的图像修正处理部的具体的结构的一例的图。图像修正处理部107适当地包括修正信号生成部801和加法运算部802，该修正信号生成部801根据控制部110的设定，根据不可见光亮度信号处理部106生成的不可见光亮度信号的电平生成修正信号量，该加法运算部802将修正信号生成部801生成的修正信号与可见光亮度信号处理部105生成的可见光亮度信号相加。修正信号生成部801例如由控制部110设定以不可见光亮度信号的电平为输入且以对该输入的修正信号量为输出的输入输出特性。
根据本结构，通过根据不可见光亮度信号的电平将不可见光信号的一部分与可见光信号相加，生成根据不可见光亮度信号的电平来与可见光信号相加的不可见光信号，因此能够进行基于不可见光亮度信号电平的图像修正，与仅对可见光敏感的摄像装置相比能够提供能够生成可见性更优的亮度信号，并且能够通过变更来自控制部110的输入输出特性而对基于由控制部110设定的不可见光亮度信号电平的修正信号的量任意地进行变更的摄像装置。
图9是表示图1所示的摄像装置的图像修正处理部的变形例的图，是作为图像修正处理部107的变形例，表示图像修正处理部107’的具体的结构的图。图像修正处理部107’包括生成在可见光亮度信号处理部105生成的可见光亮度信号与在不可见光亮度信号处理部106生成的不可见光亮度信号之差的差分回路901，除了对修正信号生成部801的输入成为差分回路901这点以外与图8所示的结构相同，适当地包括修正信号生成部801、加法运算部802。
根据本结构，能够通过根据不可见光亮度信号的电平与可见光亮度信号的电平之差将不可见光信号的一部分与可见光信号相加，进行基于不可见光亮度信号与可见光亮度信号的电平差的图像修正，与仅具有可见光敏感的摄像装置相比能够提供能够生成可见性更优的亮度信号，并且能够通过变更来自控制部110的输入输出特性而任意地变更基于由控制部110设定的不可见光亮度信号与可见光亮度信号的电平差的修正信号的量的摄像装置。
图10是表示图1所示的摄像装置的摄像部的其它详细结构例的图，是作为图1所示的摄像部101的变形例表示摄像部101’的具体的结构的图。
摄像部101’适当地使用透镜1001、摄像元件1002、可见光光源1003和不可见光光源1004构成。另外，可见光光源1003和不可见光光源1004既可以为一个能够发出可见光和不可见光的光源(将其称为单一光源)，也可以如图10所示那样分开(将其称为分离光源)。可见光光源1003和不可见光光源1004能够由控制部110控制点亮时间、时刻。
根据这样的结构，能够在用于医疗的腹腔镜等中，与对可见光反射的内脏表面和通过投给造影剂而对不可见光容易反射的血管、淋巴结等所期望的摄影对象相应地适当地选择光源，因此能够提供利用一个装置，不仅能够看见能够利用可见光摄像的内脏表面而且还能够看见对能够利用不可见光摄像的淋巴管进行强调的图像的摄像装置。
图11是表示图10所示的摄像部的分离光源的点亮控制的一例的图，表示通过控制部110使可见光光源1003在时间段A、使不可见光光源1004在时间段B点亮、按每时间段T与曝光时间同步地进行切换的点亮控制的一例。根据这样的结构，能够将可见光和不可见光的光量控制为最佳，而且能够在摄像时没有双方光源的影响，获得可见光亮度与不可见光亮度最佳的合成图像。另外，切换的时间段T并不需要总为一定，也可以根据状况改变可见光摄像的时间和不可见光摄像的时间的长度。
图12是表示图10所示的摄像部的分离光源的点亮控制的其它例子的图，表示通过控制部110使可见光光源1003在时间段A、使不可见光光源1004在时间段B、按每时间段T同步地点亮的点亮控制的一例。通过这样进行点亮控制，能够将可见光和不可见光的光量控制为最佳，能够使可见光亮度与不可见光亮度最佳的合成图像的取得帧速率与图11的情况相比更快。
图13是表示本发明的摄像系统的一个实施例的图，表示适当地使用图1所示的摄像装置100、显示从摄像装置100输出的修正图像的图像显示装置1301、记录从摄像装置100输出的修正图像的存储装置1302构成的摄像系统1300。
图像显示装置1301只要为具有能够与摄像装置100连接的界面的个人电脑、电视监视器等具有图像显示功能的装置就没有限制。此外，从摄像装置100至图像显示装置1301的图像信号的发送既可以为有线也可以为无线。存储装置1302例如为内置于个人电脑的硬盘、便携式存储介质等，但是并不限定于此，能够应用各种存储装置。
采用这样的结构，能够显示医疗等的腹腔镜的可见光和不可见光双方的合成图像而实时地进行把握。进一步，使用存储装置1302构成本摄像系统，能够将要记录的图像存储在存储部。存储部1302为内置于个人电脑的硬盘、便携式存储介质等，但是并不限定于此。
根据本摄像系统，能够获得本实施例的摄像装置的上述各效果，与现有技术相比能够取得、确认提高了可见性的图像。另外，在本实施例中，采用将所有处理部设置在摄像装置100内的结构，其实也可以以各处理功能部的结构例如设置于图像显示装置的方式构成摄像系统，这些方式能够根据车载照相机系统、医疗用照相机系统等应用场合进行各种变更。
如上所述，根据本实施例的摄像装置、摄像系统，能够在画面内利用可见光，不仅将可见性高的被摄体部分而且同时将可见光少可见性低的被摄体部分作为整个画面，提供可见性高的摄像装置和摄像系统。
利用，本发明并不限定于上述的实施例，而包括各种各样的变形例。例如，上述的实施例为了将本发明说明得容易明白而进行了详细的说明，但是并不一定限定于包括所说明的所有结构。此外，能够将一个实施例的结构的一部分替换到另一个实施例的结构，此外，还能够在一个实施例的结构中加入另一个实施例的结构。此外，能够对各实施例的结构的一部分进行其它结构的追加、删除、替换。
此外，上述的各结构既可以以硬盘构成其一部分或全部，也可以通过利用信息处理器执行程序而实现其一部分或全部。此外，对于控制线和信息线，仅表示了在说明上被认为需要的部分，并不一定表示了产品的所有的控制线和信息线。实际上也可以认为几乎所有的结构相互连接。
附图标记的说明
100 摄像装置
101 摄像部
102 颜色信号处理部
103 伽马处理部
104 色差生成部
105 可见光亮度信号处理部
106 不可见光亮度信号处理部
107 图像修正处理部
108 亮度伽马处理部
109 图像输出处理部
110 控制部。

Claims (9)

1.一种摄像装置，其特征在于，包括：
对被拍摄体进行摄像来获得可见光信号和不可见光信号的摄像部；
使用从所述摄像部输出的可见光信号生成可见光亮度信号的第一亮度生成部；
使用从所述摄像部输出的不可见光信号生成不可见光亮度信号的第二亮度生成部；
使用所述第一亮度生成部生成的可见光亮度信号和所述第二亮度生成部生成的不可见光亮度信号进行修正处理的图像修正处理部；和至少控制所述图像修正处理部的控制部，
所述摄像部包括：
具有对可见光波长区域内的多个波长区域敏感的像素和对不可见光区域敏感的像素的摄像元件；
可见光的光源；和
不可见光的光源，
所述控制部控制所述可见光的光源和不可见光的光源，使得所述可见光的光源和所述不可见光的光源各自与曝光时间同步地切换点亮，来生成用于摄像的可见光和不可见光，
所述图像修正处理部通过将使用所述不可见光亮度信号而生成的修正信号与所述可见光信号相加来进行修正处理。
2.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于：
使用由所述控制部设定的输入输出特性来根据所述不可见光亮度信号的电平生成所述修正信号。
3.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于：
使用由所述控制部设定的输入输出特性来根据所述不可见光亮度信号与所述可见光亮度信号之差的电平生成所述修正信号。
4.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于：
所述可见光波长区域内的多个波长区域包括红光的波长区域、蓝光的波长区域和绿光的波长区域。
5.如权利要求1所述的摄像装置，其特征在于：
所述摄像元件所具有的像素中的一部分像素对可见光区域内的红光、蓝光、绿光、以及不可见光均敏感。
6.一种摄像系统，其特征在于：
包括摄像装置和图像显示单元，
所述摄像装置包括：
对被拍摄体进行摄像来获得可见光信号和不可见光信号的摄像部；
使用从所述摄像部输出的可见光信号生成可见光亮度信号的第一亮度生成部；
使用从所述摄像部输出的不可见光信号生成不可见光亮度信号的第二亮度生成部；
通过将使用所述第二亮度生成部生成的不可见光亮度信号生成的修正信号与所述第一亮度生成部生成的可见光亮度信号相加来进行修正处理的图像修正处理部；和
至少控制所述图像修正处理部的控制部，
所述摄像部包括：
具有对可见光波长区域内的多个波长区域敏感的像素和对不可见光区域敏感的像素的摄像元件；
可见光的光源；和
不可见光的光源，
所述控制部控制所述可见光的光源和不可见光的光源，使得所述可见光的光源和所述不可见光的光源各自与曝光时间同步地切换点亮，来生成用于摄像的可见光和不可见光，
所述图像显示单元输入从所述摄像装置输出的修正处理后的修正图像而将其显示。
7.如权利要求6所述的摄像系统，其特征在于：
使用由所述控制部设定的输入输出特性来根据所述不可见光亮度信号的电平生成所述修正信号。
8.如权利要求6所述的摄像系统，其特征在于：
使用由所述控制部设定的输入输出特性来根据所述不可见光亮度信号与所述可见光亮度信号之差的电平生成所述修正信号。
9.如权利要求6所述的摄像系统，其特征在于：
还包括能够记录所述修正图像的记录装置。
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