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1、(10)申请公布号 CN 103703770 A (43)申请公布日 2014.04.02 CN 103703770 A (21)申请号 201380001201.7 (22)申请日 2013.03.15 2012-171754 2012.08.02 JP H04N 9/07(2006.01) G02B 5/20(2006.01) G02B 5/30(2006.01) H04N 5/225(2006.01) (71)申请人 松下电器产业株式会社 地址 日本大阪府 (72)发明人 平本政夫 物部祐亮 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 雒运朴 (54) 发明。
2、名称 偏振彩色摄像装置 (57) 摘要 偏振彩色摄像装置， 具备如下 ： 偏振彩色滤光 板， 其具有使在第一方向上偏振的第一波长范围 的光透过的第一区域、 使在第二方向上偏振的第 二波长范围的光透过的第二区域、 和使入射的光 的至少一部分透过的第三区域 ； 摄像元件， 其在 摄像面上排列多个单位区块， 该多个单位区块各 自具有第一至第三光敏元件、 和分别与所述第一 至第三光敏元件对向配置的第一至第三偏振滤光 片， 并且所述第一至第三偏振滤光片的偏振光透 射轴方向完全不同 ； 光学透镜， 其使像在所述摄 像元件的所述摄像面上形成。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 201。
3、3.10.31 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2013/001776 2013.03.15 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2014/020791 JA 2014.02.06 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 10 页 附图 8 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书10页 附图8页 (10)申请公布号 CN 103703770 A CN 103703770 A 1/2 页 2 1. 一种偏振彩色摄像装置， 其中， 具备 ： 偏振彩色滤光板， 其具有使在第一方向上偏振的第一波长范围的光透过的第一区域、 使在。
4、第二方向上偏振的第二波长范围的光透过的第二区域、 和使入射的光的至少一部分透 过的第三区域 ； 摄像元件， 其在摄像面上排列多个单位区块， 该多个单位区块各自具有第一至第三光 敏元件、 和分别与所述第一至第三光敏元件对向地配置的第一至第三偏振滤光片， 并且所 述第一至第三偏振滤光片的偏振光透射轴的方向完全不同 ； 光学透镜， 其使像在所述摄像元件的所述摄像面上形成 ； 信号处理部， 其处理从所述摄像元件输出的信号。 2. 根据权利要求 1 所述的偏振彩色摄像装置， 其中， 所述第三区域按照使在第三方向上偏振的第三波长范围的光透过的方式构成。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的偏振彩色摄像装。
5、置， 其中， 所述信号处理部具有图像处理部， 该图像处理部基于从各单位区块中的所述第一至第 三光敏元件输出的信号而生成彩色图像。 4. 根据权利要求 1 至 3 中任一项所述的偏振彩色摄像装置， 其中， 所述第一至第三区域的偏振光透射轴的方向， 分别与所述第一至第三偏振滤光片的偏 振光透射轴的方向一致。 5. 根据权利要求 1 至 4 中任一项所述的偏振彩色摄像装置， 其中， 所述第一至第三区域分别通过彩色滤光片和偏振滤光片的重合而被形成。 6. 根据权利要求 1 至 5 中任一项所述的偏振彩色摄像装置， 其中， 所述第一至第三区域的偏振光透射轴的方向， 各相差 60 度。 7. 根据权利要求。
6、 1 至 6 中任一项所述的偏振彩色摄像装置， 其中， 所述第一波长范围相当于红光的波长范围， 所述第二波长范围相当于绿光的波长范 围， 所述第三波长范围相当于蓝光的波长范围。 8. 根据权利要求 1 至 7 中任一项所述的偏振彩色摄像装置， 其中， 还具备 ： 能够使所述偏振彩色滤光板在光路上装卸的驱动机构。 9. 根据权利要求 8 所述的偏振彩色摄像装置， 其中， 还具备控制部， 该控制部控制所述驱动机构和所述摄像元件， 以便在所述偏振彩色滤 光板从光路上脱离了的状态下使第一摄像进行， 在所述偏振彩色滤光板插入到光路上的状 态下使第二摄像进行。 10. 根据权利要求 9 所述的偏振彩色摄像。
7、装置， 其中， 所述信号处理部具有图像处理部， 该图像处理部基于通过所述第一摄像而从各单位区 块的所述第一至第三光敏元件输出的信号， 生成从被摄物体入射的光的偏振信息， 并且基 于通过所述第二摄像而从各单位区块的所述第一至第三光敏元件输出的信号和所述偏振 信息， 生成彩色图像。 11. 一种偏振彩色滤光板， 其在权利要求 1 至 10 中任一项所述的偏振彩色摄像装置中 使用， 其中， 所述偏振彩色滤光板具有 ： 使在第一方向上偏振的第一波长范围的光透过的第一区 域、 使在第二方向上偏振的第二波长范围的光透过的第二区域、 和使入射的光的至少一部 权 利 要 求 书 CN 103703770 A 。
8、2 2/2 页 3 分透过的第三区域。 12. 一种图像处理装置， 其基于从权利要求 1 至 10 中任一项所述的偏振彩色摄像装置 输出的信号而生成图像， 其中， 所述图像处理装置基于从所述摄像元件的各单位区块的所述第一至第三光敏元件输 出的信号， 生成彩色图像。 13. 一种图像处理程序， 其基于从权利要求 1 至 10 中任一项所述的偏振彩色摄像装置 输出的信号而生成图像， 其中， 使计算机运行 ： 基于从所述摄像元件的各单位区块中的所述第一至第三光敏元件输出 的信号而生成彩色图像的步骤。 权 利 要 求 书 CN 103703770 A 3 1/10 页 4 偏振彩色摄像装置 技术领域 。
9、0001 本申请涉及通过使用一组光学系统、 和所谓偏振摄像元件来取得彩色图像的单板 彩色摄像技术， 该偏振摄像元件以与各像素对向的方式配置有偏振滤光片。 背景技术 0002 近年来， 使用 CCD 和 CMOS 等的固体摄像元件 ( 以下， 称为 “摄像元件” 。) 的数码 相机和数码摄像机的高机能化、 高性能化令人瞠目。 特别是随着半导体制造技术的进步， 摄 像元件中的像素构造的微细化推进。其结果是， 能够实现摄像元件的像素和驱动电路的高 集成化。因此， 仅仅数年， 摄像元件的像素数就从 100 万像素左右显著增加到 1000 万像素 以上。随着这样的摄像元件的性能提高， 最近而言新的功能也。
10、正在一起追加。例如， 在摄像 元件的各像素上配置偏振滤光片、 从而得到二维的偏振信息的偏振成像相机得到开发。 0003 在偏振成像相机中， 在摄像元件的前面配置被图案化的起偏镜(偏光子)的阵列。 根据接近的多个像素的亮度值， 能够求得偏振光的主轴方向、 平均亮度、 偏振成分的强度这 样的偏振信息。 0004 通常， 偏振成像相机只能得到黑白图像。 为了以偏振成像相机取得彩色图像， 需要 在摄像元件的像素上配置彩色滤光片。例如， 在专利文献 1 和专利文献 2 所公开的摄像装 置中， 在摄像元件的多个像素上， 图案化的多个起偏镜、 和以马赛克状所排列的多个彩色滤 光片被重叠配置。由此， 可以同时。
11、取得偏振信息和彩色信息。 0005 先行技术文献 0006 专利文献 0007 专利文献 1 ： 国际公开 2008/149489 号 0008 专利文献 2 ： 特开 2009290895 号公报 发明内容 0009 本申请提供一种摄像技术， 其使用与现有技术不同的光学构成和信号处理， 能够 取得偏振信息和彩色信息。 0010 为了解决上述课题， 本发明的一个形态的偏振彩色摄像装置， 具备如下 ： 偏振彩 色滤光板， 其具有使在第一方向上偏振的第一波长范围的光透过的第一区域、 使在第二方 向上偏振的第二波长范围的光透过的第二区域、 和使入射的光的至少一部分透过的第三区 域 ； 摄像元件， 其。
12、在摄像面上排列多个单位区块， 该多个单位区块各自具有第一至第三光敏 元件、 和分别与所述第一至第三光敏元件对向配置的第一至第三偏振滤光片， 并且所述第 一至第三偏振滤光片的偏振光透射轴的方向完全不同 ； 光学透镜， 其使像在所述摄像元件 的所述摄像面上形成 ； 信号处理部， 其处理从所述摄像元件输出的信号。 0011 上述的一般的且特定的方式， 能够使用系统、 方法和计算机程序进行装配， 或使用 系统、 方法和计算机程序的组合实现。 0012 根据本发明的一个实施方式， 能够通过像素间的运算计算彩色信息。 另外， 根据其 说 明 书 CN 103703770 A 4 2/10 页 5 他的实施。
13、方式， 通过像素间的运算也能够取得偏振信息。 附图说明 0013 图 1 是实施方式 1 的摄像装置的结构图 0014 图 2 是实施方式 1 的摄像部的模式图 0015 图 3 是表示偏振彩色滤光片移动部 11 的其他构成例的模式图 0016 图 4 是实施方式 1 的偏振彩色滤光板 1 的俯视图 0017 图 5 是实施方式 1 的摄像元件 2 的基本结构图 0018 图 6A 是模式化地表示使偏振彩色滤光板 1 从光路上脱离的状态的俯视图 0019 图 6B 是模式化地表示将偏振彩色滤光板 1 插入到光路上的状态的俯视图 0020 图 7 是表示从被摄物体入射的光具有偏振特性时生成彩色图。
14、像的动作的流程的 流程图 0021 图 8 是表示偏振彩色滤光板 1 的变形例的俯视图 0022 图 9 是表示摄像元件 2 的基本像素构成的变形例的图 具体实施方式 0023 本发明的例示的实施方式的概要如下。 0024 (1) 本发明的一个形态的偏振彩色摄像装置， 具备如下 ： 偏振彩色滤光板， 其具有 使在第一方向上偏振的第一波长范围的光透过的第一区域、 使在第二方向上偏振的第二波 长范围的光透过的第二区域、 和使入射的光的至少一部分透过的第三区域 ； 摄像元件， 其在 摄像面上排列多个单位区块， 该多个单位区块各自具有第一至第三光敏元件、 和分别与所 述第一至第三光敏元件对向配置的第一。
15、至第三偏振滤光片， 并且所述第一至第三偏振滤光 片的偏振光透射轴的方向完全不同 ； 光学透镜， 其使像在所述摄像元件的所述摄像面上形 成 ； 信号处理部， 其处理从所述摄像元件输出的信号。 0025 (2) 在项目 (1) 所述的偏振彩色摄像装置的有的形态中， 所述第三区域其构成方 式为， 使在第三方向上偏振的第三波长范围的光透过。 0026 (3)在项目(1)或(2)所述的偏振彩色摄像装置的有的形态中， 所述信号处理部具 有图像处理部， 其基于从各单位区块的所述第一至第三光敏元件输出的信号， 生成彩色图 像。 0027 (4)在项目(1)至(3)中任一项所述的偏振彩色摄像装置的有的形态中， 。
16、所述第一 至第三区域的偏振光透射轴的方向， 分别与所述第一至第三偏振滤光片的偏振光透射轴的 方向一致。 0028 (5)在项目(1)至(4)中任一项所述的偏振彩色摄像装置的有的形态中， 所述第一 至第三区域分别通过彩色滤光片和偏振滤光片的重合而被形成。 0029 (6)在项目(1)至(5)中任一项所述的偏振彩色摄像装置的有的形态中， 所述第一 至第三区域的偏振光透射轴的方向各相差 60 度。 0030 (7)在项目(1)至(6)中任一项所述的偏振彩色摄像装置的有的形态中， 所述第一 波长范围相当于红光的波长范围， 所述第二波长范围相当于绿光的波长范围， 所述第三波 长范围相当于蓝光的波长范围。。
17、 说 明 书 CN 103703770 A 5 3/10 页 6 0031 (8) 项目 (1) 至 (7) 中任一项所述的偏振彩色摄像装置， 在有的形态中， 还具备能 够使所述偏振彩色滤光板在光路上装卸的驱动机构。 0032 (9) 项目 (8) 所述的偏振彩色摄像装置， 在有的形态中， 还具备控制部， 其控制所 述驱动机构和所述摄像元件， 以便在所述偏振彩色滤光板从光路上脱离的状态下使第一摄 像进行， 在所述偏振彩色滤光板插入到光路上的状态下使第二摄像进行。 0033 (10) 在项目 (9) 所述的偏振彩色摄像装置的有的形态中， 所述信号处理部具有图 像处理部， 其基于通过所述第一摄像而。
18、从各单位区块的所述第一至第三光敏元件输出的信 号， 生成从被摄物体入射的光的偏振信息， 并且基于通过所述第二摄像而从各单位区块的 所述第一至第三光敏元件输出的信号和所述偏振信息， 生成彩色图像。 0034 (11)本发明的一个形态的偏振彩色滤光板， 在项目(1)至(10)中任一项所述的偏 振彩色摄像装置中使用。所述偏振彩色滤光板具有 ： 使在第一方向上偏振的第一波长范围 的光透过的第一区域、 使在第二方向上偏振的第二波长范围的光透过的第二区域、 和使入 射的光的至少一部分透过的第三区域。 0035 (12) 本发明的一个形态的图像处理装置， 其构成方式为， 基于从项目 (1) 至 (10) 中。
19、任一项所述的偏振彩色摄像装置输出的信号而生成图像。 所述图像处理装置基于从所述 摄像元件的各单位区块的所述第一至第三光敏元件输出的信号， 生成彩色图像。 0036 (13) 本发明的一个形态的图像处理程序， 是用于基于从项目 (1) 至 (10) 中任一 项所述的偏振彩色摄像装置输出的信号而生成图像的程序。 所述图像处理程序使计算机运 行 ： 基于从所述摄像元件的各单位区块的所述第一至第三光敏元件输出的信号而生成彩色 图像的步骤。 0037 以下， 一边参照附图， 一边说明本发明的更具体的实施方式。在以下的说明中， 对 于多张图中通用或对应的要素附加相同的符号。 0038 ( 实施方式 1) 。
20、0039 图 1 是表示第一实施方式的偏振彩色摄像装置的整体构成的方块图。本实施方式 的偏振彩色摄像装置， 是数字式的电子照相机， 且具备摄像部 100、 和基于来自摄像部 100 的信号而生成表示图像的信号 ( 图像信号 ) 的信号处理部 200。 0040 摄像部 100 具备如下 ： 具备在摄像面上所排列的多个光敏元件的摄像元件 ( 图像 传感器 )2 ； 具有透射波长范围和偏振光透射轴的方向互不相同的 3 个透光区域的偏振彩色 滤光板1 ； 在摄像元件2的摄像面上形成像的光学透镜3 ； 红外截止滤光片4 ； 按照使偏振彩 色滤光板 1 在摄像光学系统内插拔的方式构成的驱动机构 ( 偏振。
21、彩色滤光片移动部 )11。 在摄像元件 2 的各光敏元件 ( 以下， 也称为 “像素” 。) 之上， 配置有偏振滤光片。在本实施 方式中， 4 个像素和与之对置的 4 个偏振滤光片构成 1 个单位要素， 多个单位要素在摄像面 上以二维状排列。 单位要素中的4个偏振滤光片之中， 3个偏振滤光片的偏振光透射轴的方 向不同。 0041 摄像部100另外还具备如下 ： 发生用于驱动摄像元件2的基本信号， 并且接收从摄 像元件2输出的信号并向信号处理部200发送的信号发生/接收部5 ； 基于由信号发生/接 收部 5 发生的基本信号而驱动摄像元件 2 的控制部 6。控制部 6 此外以与摄像元件 2 的动 。
22、作联动的方式控制偏振彩色滤光片移动部 11 的动作。摄像元件 2 代表性的是 CCD 或 CMOS 传感器， 例如能够由公知的半导体制造技术制造。信号发生 / 接收部 5 和控制部 6， 例如能 说 明 书 CN 103703770 A 6 4/10 页 7 够由 CCD 驱动器等的 LSI 构成。 0042 信号处理部 200 具备如下 ： 处理从摄像部 100 输出的信号而生成图像信号的图像 处理部 7 ； 将图像信号和信号处理的过程中所发生的各种数据加以存储的存储器 30 ； 将生 成的图像信号发送到外部的接口 (IF) 部 8。就图像处理部 7 而言， 例如能够通过公知的数 字信号处理。
23、器 (DSP) 等的硬件、 和进行图像信号生成处理的软件之组合来适当地实现。存 储器 30 例如由 DRAM 等构成。存储器 30 记录从摄像部 100 得到的信号、 并且临时性地记录 由图像处理部 7 生成的图像数据和压缩的图像数据。这些图像数据经由接口部 8 被发送至 未图示的记录媒体和显示部等。 0043 还有， 本实施方式的偏振彩色摄像装置， 能够具备电子快门、 取景器、 电源 ( 电 池 )、 闪光灯等的公知的构成要素， 但其说明对于本实施方式的理解不是特别必要， 因此省 略。另外， 上述的构成是一例， 偏振彩色滤光板 1、 摄像元件 2、 图像处理部 7 以外的构成要 素， 能够适。
24、宜组合公知的要素使用。 0044 以下， 详细地说明摄像部 100 的构成。在以下的说明中， 说明摄像区域的位置和方 向时， 使用图中所示的 xy 坐标。 0045 图 2 是模式化地表示摄像部 100 的光学透镜 3、 红外截止滤光片 4、 偏振彩色滤光 板 1、 偏振彩色滤光片移动部 11 和摄像元件 2 的配置关系的图。就光学透镜 3 而言， 可以是 由多个透镜群构成的透镜单元， 但在图 2 中为了简单而作为单一的透镜描绘。光学透镜 3 是公知的透镜、 且会聚入射光而使之在摄像元件 2 的摄像面 2P 上成像。还有， 图 2 所示的 各构成要素的配置关系完全只是一例， 不限定于这一示例。。
25、例如， 光学透镜 3 与红外截止滤 光片 4 的配置关系交换也可， 光学透镜 3 与偏振彩色滤光板 1 的配置关系交换也可。或者， 光学透镜 3 和偏振彩色滤光片版 1 一体化也可。 0046 就红外截止滤光片4而言， 在本实施方式中， 是大约吸收相比650nm更靠长波长侧 的光的类型的光学滤光片。 但是， 未必一定要是光吸收型的光学滤光片， 例如也可以是由折 射率不同的多层膜构成的反射型的光学滤光片。偏振彩色滤光片移动部 11 具有电机、 且是 可以使偏振彩色滤光板 1 在摄像光学系统的光轴上插拔的旋转机构。偏振彩色滤光片移动 部 11， 在得到被摄物体的偏振信息时使偏振彩色滤光板 1 脱离。
26、摄像光学系统、 而在得到彩 色信息时使偏振彩色滤光板 1 进入摄像光学系统内。还有， 偏振彩色滤光片移动部 11 只要 是以能够在光路上插拔偏振彩色滤光板 1 的方式构成， 也不一定非要是旋转式机构， 怎样 构成都可以。例如， 偏振彩色滤光片移动部 11， 如图 3 所例示， 也可以按照使偏振彩色滤光 板 1 仅沿一个方向移动的方式构成。 0047 图4是模式化地表示偏振彩色滤光板1的俯视图。 在本实施方式中， 偏振彩色滤光 板 1 的透光区域， 被三等分为偏振特性不同的 3 个区域 1a1、 1a2、 1a3。若设水平方向 (x 方 向 ) 为 0 度， 则区域 1a1、 1a2、 1a3 。
27、的偏振光透射轴的方向分别设计为 +60 度、 0 度、 -60 度。 另外， 区域 1a1、 1a2、 1a3 除了上述的偏振特性以外， 还具备不同的色特性 ( 波长选择性 )。 其设计方式为， 区域 1a1 只使红 (R) 光透过， 区域 1a2 只使绿 (G) 光透过， 区域 1a3 只使蓝 (B)光透过。 在本实施方式中， 通过使拥有期望的偏振光透射轴的偏振滤光片和拥有期望的 波长选择性的彩色滤光片贴合来实现上述特性。 0048 图 5 是表示摄像元件 2 的基本像素构成的图。摄像元件 2 具有 ： 以 2 行 2 列的像 素为基本构成的单位要素被二维状排列在摄像面上的构成。 1个单位要。
28、素具有 ： 4个光敏元 说 明 书 CN 103703770 A 7 5/10 页 8 件 2PD11、 2PD12、 2PD21、 2PD22 ； 和以覆盖它们的方式配置的 4 个偏振滤光片 2a1、 2a2、 2a3、 2a4。若以水平方向 (x 方向 ) 为基准方向， 且设其角度为 0 度， 则第 1 行第 1 列的偏振滤光 片 2a1 拥有 +60 度的方向的偏振光透射轴。第 1 行第 2 列和第 2 行第 1 列的偏振滤光片 2a2、 2a3， 都拥有 0 度的方向的偏振光透射轴。第 2 行第 2 列的偏振滤光片 2a4 拥有 -60 度 的方向的偏振光透射轴。这样的偏振滤光片 2a。
29、1 2a3， 例如能够由光子结晶实现。 0049 根据以上的构成， 在摄像时入射到摄像装置的光， 在透过偏振彩色滤光板 1 的各 区域时， 偏光成分和色彩成分受到选择， 进而在透过摄像元件 1 的各偏振滤光片时， 偏光成 分进一步受到选择。另外， 因为偏振彩色滤光板 1 具有透射波长范围不同的 3 个区域 1a、 1a2、 1a3， 所以 R、 G、 B 的混色的光向各像素入射。在本实施方式中， 从各像素输出的信号， 由 图像处理部 7 处理， 生成彩色图像和偏振信息。 0050 以下， 说明本实施方式的偏振彩色摄像装置的操作和信号处理。 首先说明的是， 在 从被摄物体入射到摄像装置的光没有偏。
30、振特性的假定情况下取得彩色信息的方法。其后， 说明取得偏振信息的方法。 0051 取得彩色信息时， 通过偏振彩色滤光片移动部 11， 在偏振彩色滤光板 1 被插入到 摄像光学系统的状态下进行摄像。摄像元件 2 通过偏振彩色滤光板 1、 光学透镜 3、 红外截 止滤光片 4 而接收来自被摄物体的光， 并进行光电转换， 由此输出被摄物体像所对应的电 信号。基于此电信号， 表示图像的信号 ( 图像信号 ) 被生成。 0052 摄像元件 2 的各单位要素的光敏元件 2PD11、 2PD12、 2PD21、 2PD22， 输出与各自接 收到的光的量 ( 强度 ) 对应的光电转换信号。若将这些光电转换信号。
31、分别表示为 2PD11s、 2PD12s、 2PD21s 和 2PD22s， 则这些信号由下式 1 式 4 表示。 0053 【算式 1】 0054 2PD11s Rs+GsCos2(/3)+BsCos2(2/3) ( 式 1) 0055 【算式 2】 0056 2PD12s Rscos2(/3)+Gs+Bscos2(/3) ( 式 2) 0057 【算式 3】 0058 2PD21s Rscos2(/3)+Gs+Bscos2(/3) ( 式 3) 0059 【算式 4】 0060 2PD22s RsCos2(2/3)+GsCos2(/3)+Bs ( 式 4) 0061 在此， Rs、 Gs、。
32、 Bs 是表示在偏振彩色滤光板 1 和摄像元件 2 的各偏振滤光片不拥有 偏振特性的假定情况下， 分别透过偏振彩色滤光板 1 的区域 1a1、 1a2、 1a3 而入射到 1 个像 素的光的强度的信号。即， Rs、 Gs、 Bs 是分别表示被摄物体的红、 绿、 蓝的成分信号。另外， 在式 1 式 4 中， 为了简单， 将偏振光透射轴的方向相同的 2 片偏振滤光片重叠时的透射率 作为 100， 将偏光方向有 90 度不同的 2 片偏振滤光片重叠时的透射率作为 0。还有， 实 际上它们并不是完全达到 100或 0， 能够使用根据偏振滤光片的透射率对式 1 式 4 的 各项附加修正系数的算式。 00。
33、62 摄像元件 2 按单位要素输出上述式 1 式 4 所示的信号 ( 以下， 称为 “像素信 号” 。)。这些像素信号， 通过控制部 6 和信号发生 / 接收部 5 从摄像元件 2 被读取。所读 取的像素信号被发送至信号处理部 200。在信号处理部 200， 所接收的像素信号被记录在存 储器 30 中， 所记录的信号由图像处理部 7 处理。 说 明 书 CN 103703770 A 8 6/10 页 9 0063 在此， 说明像素信号 2PD11s、 2PD12s、 2PD21s、 2PD22s 和彩色信号 Rs、 Gs、 Bs 的关 系。根据上述式 1 式 4， 像素信号 2PD11s、 2。
34、PD12s( 与 2PD21s 相同 )、 2PD22s 和彩色信号 Rs、 Gs、 Bs 处于下式 5 所表示的关系。 0064 【算式 5】 0065 ( 式 5) 0066 根据式 5 所示的系， Rs、 Gs、 Bs 能够通过 2PD11s、 2PD12s( 或 2PD21s)、 2PD22s 的使 用， 由以下的式 6 表示。 0067 【算式 6】 0068 ( 式 6） 0069 图像处理部 7， 能够按单位要素基于式 6 进行运算， 求得彩色信号 Rs、 Gs、 Bs。然 后， 由这些彩色信号生成彩色图像， 经由接口 (IF) 部 8 输出到外部。 0070 通过以上的信号处理。
35、， 不用对摄像元件 2 的各像素设置彩色滤光片， 就可以进行 图像的彩色化。根据上述构成， 通过更换偏振彩色滤光板 1 的彩色滤光片部分， 经由不同的 彩色滤光片构成也能够实现彩色化。只要使用不同的三色的彩色滤光片， 则通过信号处理 就可以彩色化， 因此彩色滤光片的组合不限定为上述的例子。 例如， 通过使用互补色系的品 红(Mg)、 青(Cy)， 黄(Ye)的彩色滤光片， 能够提高光的利用率， 因此也能够简单地进一步提 高彩色图像的灵敏度。 这样的彩色滤光片的更换在现有技术中不能轻易实现， 为了实现， 只 有使不同的彩色滤光片在摄像元件上图案化的方法。为此成本非常地高。相对于此， 根据 本实施。
36、方式， 能够以低成本实现由不同的彩色滤光片构成带来的彩色化。 0071 其次， 说明来自被摄物体的光具有偏振特性而取得其偏振信息的方法。图 6A 是模 式化地表示取得偏振信息时的偏振彩色滤光板 1 和摄像元件 2 的配置关系的俯视图。在图 6A 中， 光学透镜 3 和红外截止滤光片 4 等的表述被省略。取得偏振信息时， 如图 6A 所示， 在 借助偏振彩色滤光片移动部 11 使偏振彩色滤光板 1 从摄像光学系统脱离了的状态下进行 摄像。这时， 来自被摄物体的光通过光学透镜 3、 红外截止滤光片 4 由摄像元件 2 接收并进 行光电转换。从各光敏元件输出的信号值， 由与该光敏元件对向配置的偏振滤。
37、光片的特性 和来自被摄物体的光的偏振特性决定。即， 在将来自被摄物体的偏振光亮度的振幅设为 A， 摄像元件的偏振滤光片的偏振光透射轴的方向的角度设为 ， 来自被摄物体的偏振光亮度 达到最大的方向的角度设为 ， 来自被摄物体的偏振光亮度的平均值设为 M 时， 像素信号 值 PDs 通常由下式 7 表示。 0072 【算式 7】 0073 PDs Acos(2-2)+M ( 式 7) 0074 若使用式7， 则摄像元件2的各像素信号2PD11s、 2PD12s、 2PD21s和2PD22s分别由 下式 8 式 11 表示。 0075 【算式 8】 说 明 书 CN 103703770 A 9 7/。
38、10 页 10 0076 2PD11s Acos(2/3-2)+M ( 式 8) 0077 【算式 9】 0078 2PD12s Acos(2)+M ( 式 9) 0079 【算式 10】 0080 2PD21s Acos(2)+M ( 式 10) 0081 【算式 11】 0082 2PD22s Acos(-2/3-2)+M ( 式 11) 0083 在式 8 式 11 中， A、 、 M 是未知数， 取决于每个被摄物体的位置。因为未知数是 3 个， 所以只要包含它们的关系式有 3 个， 则能够求得这些未知数。因此， A、 、 M 能够使用 式 8、 式 9( 或式 10) 和式 11 求得。
39、。即， 就被摄物体的偏振信息而言， 通过在来自以 2 行 2 列 为基本构成的 4 个像素的信号之中使用 3 个来计算 A、 、 M， 且将其代入式 7 求得。 0084 接着， 说明从被摄物体入射具有偏振特性的光时的彩色信息的取得方法。图 6B 是 模式化地表示用于取得彩色信息的偏振彩色滤光板 1 和摄像元件 2 的配置关系的俯视图。 取得彩色信息时， 首先如图 6A 所示， 在使偏振彩色滤光板 1 从摄像光学系统脱离了的状态 下进行摄像。 接着， 如图6B所示， 在使偏振彩色滤光板1进入摄像光学系统的状态下进行摄 像。即， 摄像装置将被摄物体进行两次拍摄、 且利用取得的 2 个图像信息来生。
40、成彩色信息。 0085 以下， 一边参照图 7， 一边说明取得彩色信息时的处理的流程。摄像装置首先在使 偏振彩色滤光板 1 从由被摄物体入射的光的光路上脱离了的第一状态下进行摄像 ( 步骤 S601)。这时， 控制部 6 向偏振彩色滤光片移动部 11 发送控制信号， 使偏振彩色滤光板 1 移 动到光路外。 0086 其次， 图像处理部 7， 根据在第一状态下取得的像素信号， 遍及图像全体而求得式 7 所示的 A、 、 M( 步骤 S602)。A、 、 M 是依存于图像上的位置的数值， 但在以下的说明中， 不论图像上的位置， 都以相同的符号 A、 、 M 表现。图像处理部 7 使用求得的 A、 。
41、、 M， 遍及 图像全体而计算由以下的式 12 式 14 所示的系数 k1、 k2、 k3( 步骤 S603)。 0087 【算式 12】 0088 ( 式 12) 0089 【算式 13】 0090 ( 式 13) 0091 【算式 14】 0092 ( 式 14) 0093 接着， 摄像装置在将偏振彩色滤光板 1 插入到光路上的第二状态下进行摄像 ( 步 骤 S604)。这时， 控制部 6 向偏振彩色滤光片移动部 11 发送控制信号， 使偏振彩色滤光板 1 移动到覆盖摄像元件 2 的摄像面 2P 的位置。 0094 接着， 图像处理部7， 根据在第二状态下取得的图像， 使用上述式12式14。
42、生成彩 色图像 ( 步骤 S605)。具体来说， 使用分别相当于式 1 式 4 的以下的式 15 18 生成彩色 图像。 说 明 书 CN 103703770 A 10 8/10 页 11 0095 【算式 15】 0096 2PD11s=k1Rs+k2GsCos2(/3)+k3BsCos2(2/3) ( 式 15) 0097 【算式 16】 0098 2PD12s=k1Rscos2(/3)+k2Gs+k3Bscos2(/3) ( 式 16) 0099 【算式 17】 0100 2PD21s=k1Rscos2(/3)+k2Gs+k3Bscos2(/3) ( 式 17) 0101 【算式 18】。
43、 0102 2PD22s k1RsCos2(2/3)+k2GsCos2(/3)+k3Bs ( 式 18) 0103 式 15 式 18 就是在式 1 式 4 中的 Rs、 Gs、 Bs 上分别乘以 k1、 k2、 k3， 且是考虑 了从被摄物体入射的光的偏振特性的关系式。 假如来自被摄物体的光是非偏光， 则k1k3 所含的系数 A 为 0， 式 15 式 18 与式 1 式 4 相同。根据式 15 式 18， 彩色信号 Rs、 Gs、 Bs 和像素信号 2PD11s、 2PD12s( 或 2PD21s)、 2PD22s 的关系由下式 19 表示。 0104 【算式 19】 0105 ( 式 1。
44、9) 0106 此外， 根据式 19， 使用 2PD11s、 2PD12s( 或 2PD21s)、 2PD22s， 由以下的式 20 表示 Rs、 Gs、 Bs。 0107 【算式 20】 0108 ( 式 20) 0109 图像处理部 7， 在步骤 S605 中， 通过基于式 20 的运算生成彩色图像。生成的彩色 图像经由接口 (IF) 部 8 被输出到外部。 0110 如此， 通过使偏振彩色滤光板 1 从摄像光学系统出入而进行两次摄像， 即使是被 摄物体有偏振特性时， 也能够利用所取得的 2 个图像而生成彩色信息。 0111 如上， 根据本实施方式， 在像素上配置有 3 种偏振滤光片的摄像。
45、元件 2， 和在摄像 光学系统中具有与上述3种偏振滤光片有着相同的偏振特性的等面积的3个区域1a1、 1a2、 1a3 的偏振彩色滤光板 1， 均被使用。由于 3 个区域 1a1、 1a2、 1a3 具有作为 R、 G、 B 的彩色滤 光片的功能， 从而通过从摄像元件2输出的信号间的运算， 能够得到RGB的彩色信息。 另外， 通过使偏振彩色滤光板 1 从光路上脱离而进行摄像， 能够取得被摄物体的偏振信息。于是， 便具有如下这样优异的效果 ： 通过利用经由偏振彩色滤光板 1 取得的图像和未经由偏振彩 色滤光板 1 取得的图像， 即使对于具有偏振特性的被摄物体， 也能够取得彩色信息。 0112 还。
46、有， 在本实施方式中， 使偏振彩色滤光板1的区域1a1、 1a2、 1a3的偏振光透射轴 的方向， 和摄像元件 2 的偏振滤光片 2a1、 2a2( 或 2a3)、 2a4 的偏振光透射轴的方向， 分别为 60度、 0度、 -60度， 但并不限定为这样的例子。 这些偏振光透射轴的方向只要是不同的3个 方向便没有问题。另外， 使偏振彩色滤光板 1 的区域 1a1、 1a2、 1a3 的透射波长范围分别与 红 (R)、 绿 (G)、 蓝 (B) 的光的波长范围相同， 但不限定于这样的例子。这些区域的透射波长 说 明 书 CN 103703770 A 11 9/10 页 12 范围只要是与不同的三色。
47、的光对应的波长范围， 便能够通过运算计算 RGB 的彩色信息。 0113 另外， 本实施方式的偏振彩色滤光板 1 为圆形， 但也可以具有椭圆、 多角形等的其 他的形状。此外， 偏振彩色滤光板 1 可以分割成 4 个以上的区域， 也可以在不同的区域间设 置遮光部。另外， 偏振彩色滤光板 1 的各区域的面积不需要一定相同。这些区域的面积不 同时， 采用根据其面积比而在式 1 4 的各项上附加必要的系数的运算式即可。 0114 以下， 一边参照图 8、 9， 一边说明使实施方式 1 更普及化的构成例。 0115 图8是表示偏振彩色滤光板1的其他的构成例的图。 在此构成例中， 偏振彩色滤光 板 1 具。
48、有 2 个不同的偏光彩色区域 1a1、 1a2 和透明区域 1b。在此， 偏光彩色区域 1a1、 1a2、 透明区域 1b 的面积全部相等， 透明区域 1b 由在 x 方向上被分割的 2 个区域构成。偏光彩 色区域 1a、 1a2 的偏振光透射轴的方向， 是以 x 方向为基准， 分别构成角度 1、 2 的方向。 另外， 偏光彩色区域 1a1 其构成方式为， 使青 (Cy) 的波长范围 ( 绿和蓝的波长范围 ) 的光 透过， 而吸收或反射红的波长范围的光。另一方面， 偏光彩色区域 1a2 其构成方式为， 使黄 (Ye)的波长范围(红和绿的波长范围)的光透过， 而吸收或反射蓝的波长范围的光。 还有， 偏光彩色区域 1a1、 1a2 分别位于图 8 的上部和下部， 但其配置任意。 0116 图9是表示摄像元件2的单位要素的其他的构成例的图。 在该例中， 1个单位要素 具有 ： 3 个光敏元件 2PD1、 2PD2、 2PD3 ； 和与之对向配置的 3 个偏振滤光片 2a1、 2a2、 2a3。在 此， 偏振滤光片2a1、 2a2、 2a3的偏振光透射轴的方向， 分别相对于x方向构成角度1、 2、 3。还有， 在该例中， 光敏元件 2PD1、 2PD2 沿 y 方向排列， 光敏元件 2PD2、 2PD3。