專利名稱：攝影系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種補正所攝影的物體圖象的顏色、并能正確顯示該圖象顏色的攝影系統(tǒng)。
物體的顏色容易受到照明狀況的影響，要想經常正確顯示由攝像機所攝影的圖象的顏色是困難的。人即使在這樣的環(huán)境下，也可以正確認識物體的顏色，這種能力被稱為顏色不變性。
在現有的攝像機中，還不存在具有這種特性的攝像元件。為了在包括攝像機的攝像系統(tǒng)中實現顏色不變性，嘗試通過將特定點的顏色和周圍的顏色比較進行補正，或者進行復雜的補正。但是，這些嘗試或者僅限于特殊圖象的補正，或者需要過多的圖象處理時間，并不實用。
本發(fā)明的目的在于提供一種可以以實用的速度補正所攝影的物體圖象的顏色，并能正確顯示該圖象顏色的、響應良好的攝影系統(tǒng)。
本發(fā)明的特征是，在包括攝像彩色圖象的攝像元件和將對象物的像成像在上述攝像元件的鏡頭的攝影系統(tǒng)中，在由上述鏡頭和攝像元件構成的最大視野內設置有將上述對象物的像散射反射并通過上述鏡頭入射到上述攝像元件上的反射面，設置有上述對象物上的對象點在上述攝像元件上成像得到的直接像的各主坐標(Xmi，Ymi)和由上述反射面在上述攝像元件上得到的上述對象點的間接像的各副坐標(Xni，Yni)相對應的對應裝置，具有通過下式獲得色彩補正的攝像的色彩補正部。
D1(Xmi，Ymi)＝(Rmi/Rni)·S，D2(Xmi，Ymi)＝(Gmi/Gni)·S，D3(Xmi，Ymi)＝(Bmi/Bni)·S，式中，D1、D2、D3分別為色彩補正后的攝像的主坐標(Xmi，Ymi)的R、G、B成分，Rmi、Gmi、Bmi分別為主坐標(Xmi，Ymi)中直接像素(Pm)的R、G、B成分，Rni、Gni、Bni分別為副坐標(Xni，Yni)中間接像素(Pn)的R、G、B成分，S為補正項。
根據后述的發(fā)明人的解析，已經判明設置在最大視野內的反射面所散射反射的間接像代表對象點亮度。因此，用代表該亮度的Rni、Gni、Bni分別去除Rmi、Gmi、Bmi，可以抵消由于照明的影響造成的誤差。這一點已經由發(fā)明人實驗確認。又，補正項S是為了防止當Rmi、Gmi、Bmi被Rni、Gni、Bni除以后的結果超出裝置的定標幅度的界限所引起的飽和。
特別是，如果設定上述反射面使得在上述攝像元件中拍攝上述直接像的直接像部的幅度比拍攝上述間接像的間接像部的幅度要寬，可以有效地活用攝像元件的最大視野。而且，如后所述，即使間接像部的幅度為最大視野的25％的程度，已經確認對色彩補正不會產生不適合的狀況。
又，希望在上述鏡頭的采光部側設置有至少遮蔽上述最大視野以外的光的蓋子。最大視野以外的光會引起色彩補正的誤差，利用該蓋子可以降低誤差。
在設計反射面時，在拍攝上述直接像的直接像部和拍攝上述間接像的間接像部的并排方向上，上述對象物的直接像和間接像可為相似的形狀。這種情況下，可以對花或者微小物體的細微部分進行正確的色彩補正。
另一方面，也可以設計反射面使得在拍攝上述直接像的直接像部和拍攝上述間接像的間接像部的并排方向上，與上述直接像部和上述間接像部分別對應的各像素數的比率為一定值。這種情況下，可以簡化色彩補正的算法，非常高速地進行色彩補正。
反射面的形狀設計按下式進行即可，Xni＝f(A＋tan(2α))/(1＋A·tan(2α))，式中，f為鏡頭的焦點距離，A為(X/Z)，X表示對象點P的從水平基準線Ch的水平方向距離，Z表示對象點P的從垂直基準線Cv的垂直距離，α表示反射面18和與垂直基準線Cv平行的水平線所構成的夾角。
根據發(fā)明人的實驗，如果上述反射面是在表面上形成油脂膜的皮所構成，已經判明可以獲得非常良好的色彩補正。
在實施本發(fā)明時，只要將保存在存儲媒體中的為實現上述對應裝置的軟件安裝在通用的微機中，同時將具有上述反射面的上述蓋子安裝在通用的攝像機上即可。
這樣，依據上述本發(fā)明的特征，通過由反射面對比間接像和直接像，可以提供一種實用快速地進行攝影物體圖象的色彩補正，正確顯示該圖象的色彩響應良好的攝影系統(tǒng)。
本發(fā)明的詳細內容，可以通過以下所示的發(fā)明實施方案以及實施例進行說明。而且，在權利要求范圍的項中所記入的符號，只不過是為了方便與附圖對照，并不因為該符號的記入而將本發(fā)明限定在附面所示的構成內。
下面對附圖進行簡要說明。
圖1為表示為說明本發(fā)明原理的對象物Ob、反射面、鏡頭、以及CCD元件之間關系的圖。
圖2(a)為表示為說明擴散反射模樣在反射面上的最初的卷積的圖，(b)為表示為說明焦點偏離的間接圖象部Fn在CCD元件上的第二次的卷積的圖。
圖3為分別表示在(a)非線性映射、(b)線性映射、(c)聚光燈照明時整個圖象面F上的直接像Im和間接像In之間的關系圖。
圖4為分別表示為說明在(a)非線性映射、(b)線性映射的情況下各直接像素集合Pm和各間接像素集合Pn之間比率的圖。
圖5(a)為表示對象點P的不同水平位置和最佳反射面的角度α之間關系的曲線，(b)為表示對象點P的深度和視野誤差角ψ之間關系的曲線。
圖6(a)為表示照明強度和輝度之間的關系在色彩補正前后的變化曲線，(b)為表示照明強度和x色度坐標之間的關系在色彩補正前后的變化曲線圖7(a)為表示安裝了保護蓋子的攝像機的斜視圖，(b)為表示安裝了保護蓋子的攝像機的橫截面圖。
圖8為表示有關本發(fā)明的攝影系統(tǒng)的邏輯框圖。
圖9為表示本發(fā)明另一實施方案相當于圖1的圖。
以下參照


本發(fā)明的實施方案。
首先，圖1～5說明本發(fā)明的原理。圖1所示例表示簡化后的光路幾何學模型，在此考察一般對象物Ob上的對象點P和反射面(鼻面)18上的特定點的反射基準點N之間的位置關系。對象物Ob上的對象點P通過攝像機20上的鏡頭21中的O，在CCD元件23上成像為直接像Im。另一方面，對象物Ob上的對象點P的像在反射體15的反射面18表面上散射反射，通過上述鏡頭21在CCD元件23上作為間接像In入射。間接像In由于反射面18的散射反射以及反射面18在鏡頭21的焦點以外，雖然不會成像，為了簡化起見，假定反射面18進行鏡面反射，方便起見以線段PN和NO表示光路的中心。
CCD元件23的整個圖象面F中，一對最大的視野線(面)Vm、Vm所圍的范圍，是鏡頭21在CCD元件23可以成像的范圍，該范圍相當于最大視野。當然，不用說，最大視野也會在圖1垂直紙面的方向上展開。對應于該范圍的整個圖象面F內，從左上至右下的最大視野線Vm和、反射面18的反射面頂部18a與鏡頭21的O連接的邊界視野線Vn所圍的范圍間接像部Fn為攝像間接像In的范圍。對應于剩下部分的范圍直接像部Fm為攝像直接像Im的范圍。
圖1中的垂直基準線Cv表示通過鏡頭21中心的水平方向和紙面厚度方向的零點的基準軸，通過CCD元件23的攝影面的垂直基準線Cv表示垂直方向的基準點的基準軸。圖象坐標由(X，Y，Z)系坐標表示。圖中的符號X，Xn，Xmi以及Xni分別表示對象點P、反射基準點N、直接像部Fm上的對象點P的直接像Im以及間接像部Fn的對象點P的間接像In和水平基準線Ch之間的水平距離。同樣，這些各點與相對于水平基準線Ch在圖1紙面垂直方向上的水平距離用符號Y，Yn，Ymi以及Yni表示。圖中的符號Z以及Zn分別表示對象點P和反射基準點N與垂直基準線Cv的水平距離。換句話說，距離Zn表示反射基準點N的深度，對象點P和反射基準點N的垂直方向距離由Z-Zn表示。
然而，來自照明的光遇到物體表面，依據表面的光學特性進行反射。在攝像機20所觀察到的反射光的強度I(λ)可以用下式描述。
I(λ)＝E(λ)·ρ(λ) (1)式中E(λ)表示照明的光譜強度分布，ρ(λ)表示物體的表面反射，λ表示波長。然后將反射I(λ)分解成3色R、G、B。以在水平方向縮小直接像Im的分辨率反射照明的是反射面18，而獲得間接像In意味著以這種形式測定照明。
由反射面18鏡面反射的光線由擴散光線的分布所包圍。這將以不同的加權影響作為CCD元件23的間接像部Fn到達的光線。例如在圖2(a)中，分別沿光軸S1和S2入射的光線例如具有與以鏡面反射的光軸S1、S2為頂點的高斯分布G1、G2近似的擴散反射強度分布。而向CCD元件23的特定的光軸Sn上的光線將被以強度DRC1、DRC2的值作為間接像部Fn到達CCD元件23上的光線所影響。依據有關近似，從鼻上的點反射的光線C可以用下式描述。C(X,Y)=∫∫Eo(X,Y)·ρo(X,Y)·B1(X,Y)dXdY----(2)]]>式中，下標o表示對象物Ob上的點。光線C表示從情景到達鼻面上的N條的所有照明光線的總和。這時加權系數依據光線的角度變化，或者鼻面的表面粗糙度而變化。模糊系數B1與反射面18的光學特性以及表面的粗糙度有關。
如果反射面18在鏡頭21的焦點之外，由反射面18反射的這些光線大概投影成圓形。其強度分布，如圖2(b)所示，在模糊圓的直徑方向按照高斯函數近似變化。因此，在CCD元件23中的間接像部Fn的這些像素的受光量為具有圓形窗的加權的總和。該圓形窗的大小依賴于模糊系數B2，該模糊系數依賴于焦點距離以及從攝像機20的鏡頭21反射基準點N的深度。Cni=∫∫B2(Xni,Yni)·C(Xni,Yni)·dXni·dYni---(3)]]>式中，下標ni表示間接像In的像素，副坐標(Xni，Yni)表示間接像在CCD元件23上的坐標。
作為組合包含兩種模糊系數B1、B2的兩個式子的結果，進行兩個空間模糊的操作。一個根據在反射面18上的焦點偏離，另一個根據由反射面18在鏡頭21的焦點外時所引起的在CCD元件23上的焦點偏離進行。模糊的過程，在分別控制的兩個層內進行。通過組合包含上述兩種模糊系數的兩個式子進行的連續(xù)卷積可以認為是代表對象點P的亮度。即，由反射面18的反射在CCD元件23上得到的間接像部Fn可以認為代表對象點P的亮度或者其近旁的照明。
因此，進行式(4)表示的運算處理得到的色強度信號D1、D2、D3代表被補正的對象物Ob中的對象點P的顏色。這是因為，代表對象點P的亮度或者照明以及對象點P自身的顏色的各主坐標中的Rmi、Gmi、Bmi被代表對象點P的亮度或者照明的副坐標中的Rni、Gni、Bni相除后，就可以除去對象點P的亮度等的影響。
D1(Xmi，Ymi)＝(Rmi/Rni)·SD2(Xmi，Ymi)＝(Gmi/Gni)·SD3(Xmi，Ymi)＝(Bmi/Bni)·S (3)式中，下標m表示直接像Im，n表示由反射面18的間接像In，i表示CCD元件23上的圖象。又，D1、D2、D3分別為色彩補正后的攝像的主坐標(Xmi，Ymi)的R、G、B成分，Rmi、Gmi、Bmi分別為主坐標(Xmi，Ymi)中直接像素(Pm)的R、G、B成分，Rni、Gni、Bni分別為副坐標(Xni，Yni)中間接像素(Pn)的R、G、B成分。主坐標(Xmi，Ymi)為對象點P在CCD元件23上成像所獲得的直接像的坐標，副坐標(Xni，Yni)為由反射面在CCD元件23上獲得的間接像的坐標。系數S是為了不讓D1～D3的值飽和而調節(jié)絕對值。
作為為檢測空間亮度的傳感器的反射面18的作用，可以通過簡單的實驗獲得確認。當強聚光燈直接照射到白墻上時，有關本發(fā)明的攝影系統(tǒng)1可以獲得圖3(c)中見到的圖象。該聚光燈的直接像Im表現為在邊界線左側近似與白圓的圖形，其間接像In投影成水平分辨率減少、周圍伴隨光斑的橢圓形。反射面18的反射代表照明的顏色?？梢哉彰鞯念伾鶕褂玫陌字粺艉皖伾珵V光片變化。如果狹長的帶狀光投影到白墻上時，其R、G、B的值作為和直接像Im和間接像In中對應的斑點測定。色強度信號(D1、D2、D3)的比例，即使讓照明的顏色變化也大致不變。
以下說明反射面18和攝像機20的位置關系。
反射面18和與垂直基準線Cv平行的水平線所成的夾角為α。線NO所表示的從反射面18的反射光線和水平線所成的夾角為ξ，同樣線NO和反射面18所成的夾角為β。線NO和反射面18的垂線所成的夾角為θ。由于線NO是表示入射光的線PN經反射面18鏡面反射后的光，所以線PN和反射面18的垂線所成的夾角也應為相同的θ。f表示攝像機20的鏡頭21的焦點距離。線PN和水平線所成的夾角由x，線PO和水平線所形成的對象點水平位置夾角由Φ，線PO和線PN所形成的視野誤差角由ψ表示。
如果注意對象點，則有ψ＝Φ－x (5)
如果注意∠PN0，則x＋ξ＝2θ成立。
根據反射基準點N的對角關系，則α＝ξ＋β成立。
根據反射基準點N周圍的反射面18的垂線的關系，則β＝π/2－θ。
根據反射基準點N周圍的上述2式，則ξ＝α－β＝α＋θ－π/2成立。
進一步，θ＝ξ－α＋π/2成立。
將上述各式整理后，獲得下式。
ψ＝Φ－x＝Φ－(2θ－ξ)＝Φ＋ξ－2θ＝Φ＋ξ－2(ξ－α＋π/2)＝Φ＋ξ－2ξ＋2α－π＝Φ－ξ＋2α－π(6)反射面18的角度α可以通過上式進行計算。又對象點水平位置角度Φ可以通過下式求出。
Φ＝tan-1((Z－f)/x)(7)角度ξ表示反射面18上的反射基準點N或者間接像In的水平方向坐標的指標，可以通過下式求出。
ξ＝tan-1(f/Xni) (8)在此，對象點P的水平坐標變化時的最佳反射面18的角度α在圖5(a)中表示。角度α是將視野誤差角ψ設定為2度，一個較小的值的情況下計算得出。另一方面，其它的角度，以其平均值代表。在圖5(a)中，以對象點水平位置角度Φ為橫軸，反射面18的角度α的值為縱軸。當對象點水平位置角度Φ增加時，為了保持視野誤差角ψ在一個較小的定值上，希望反射面18的角度α適當減少。
如圖1、3和4所示，各圖象線由捕捉直接像Im的直接像部Fm和、由邊界線DL隔開并且捕捉間接像In的間接像部Fn所構成。分隔直接像部Fm和間接像部Fn的邊界線DL與反射面18的反射面頂部18a對應。本發(fā)明的映射表示構成直接像部Fm的間接像素Pn占直接像部Fm的直接像素集合Pm的比率。當對象物Ob靠近攝像機20時，由于角度ψ測定視野誤差，映射變得困難。為了使得直接像Im和間接像In之間的視野偏差為最小，要求角度ψ盡可能小。如果角度ψ大，對象物Ob直接映射到直接像部Fm上，間接像部Fn將不會映射，或者完全相反。角度ψ可以以反射面18的坐標頂表示。從圖1的幾何配置可以導出下式的關系。
Tan(x)＝(Z－Zn)/(X－Xn)(9)
將式(5)的兩邊求正切變換，可獲得下式。
tanψ＝(tanΦ－tan(x))/(1＋tanΦ·tan(x)(10)通過式(9)、(10)，可以求出，tanψ＝[Xn(Z－f)＋Zn·X＋X·f－2X·Z]/[Xn·X＋Zn(f－Z)＋Z(Z－f)－X2](11)式(11)表示對象點(X，Z)和反射面18上的反射基準點N(Xn，Zn)的雙方角度的依賴關系。在式(11)中取X＝0，將獲得式(12)所示的攝像機光軸點上的正切角度。
tanψ＝(Xn(Z－f)/(Zn(f－Z)＋Z(Z－f))(12)如果增加反射基準點N和水平基準線Ch之間的水平距離的基準點水平距離Xn，則視野誤差ψ增加。因此，反射面18應盡可能與水平基準線Ch水平重合，但視野誤差ψ隨著反射基準點N的深度Zn的增加而增加。因此，反射基準點N的深度Zn與攝像機20的鏡頭21相比應盡可能小。
對象物距離Z與視野誤差角度的關系在圖5(b)中表示。距離Z增加，則視野誤差角度ψ減少。當靠近對象物Ob時誤差角度ψ為相當高的值，當如果距離在40cm以上，則小于2度。只要不是高分辨率的帶狀照明，視野的問題就不重要。在通常的照明狀態(tài)下，亮度不會在短周期內變化。隨著從反射基準點N的基準水平距離Xn的增加，誤差角度ψ增加。如果反射面18的角度α按圖5(a)所示的傾向變化，其影響將會最小。
由上述式(5)和式(6)，可得x＝Φ－ψ＝π＋ξ－2α，進一步求該式的正切，則下式成立。
Tan(x)＝tan(π＋ξ－2α)＝tan(ξ－2α)(13)將上式代入式(7)和式(8)，則可求出(Z－Zn)/(X－Xn)＝[(f－Xni·tan(2α))/(Xni＋f·tan(2α))(14)式中設置(X/Z)＝A，將上式(14)展開、整理后，可獲得下式，Xni/f＝{[(A－tan(2α)]－[Xn/Z－(Zn/Z)·tan(2α)]}/[(1＋A·tan(2α))－((Xn/Z)·tan(2α)＋Zn/Z)](15)進一步，當Z＞＞Zn，X＞＞Xn時，上式的分子和分母中的后半項為零，因而下式成立。
Xni＝f[A－tan(2α)]/[1＋A·tan(2α)](16)該式表示對屬于相同掃描線SL的對象物Ob的直接像Im和間接像In的水平坐標的映射。與對象物Ob上的一個對象點對應的間接像部Fn上的點坐標Xni不直接依賴于距離的值，而是依賴于比率A＝(X/Z)。這在式中通過省略Zn可以說明。如果假定對象物Ob位于充分遠離攝像機20的位置時，角度ψ變得非常小。這時，如果應注目的對象點P沿OP移動，線段PN上的反射面的反射僅稍微變化。如式(16)所述，映射對于決定反射面18的形狀有直接的關系。
圖3(a)、圖4(a)表示非線性映射的手法，圖3(b)、圖4(b)表示線性映射的手法。在直接像部Fm和間接像部Fn的位置關系中，通過如何確定上述式(16)中的Xni、A＝(X/Z)以及反射面的各微小部分的角度α，映射可以選擇非線性或者線性的關系。為了說明在1個掃描線SL上的直接像部Fm的直接像素集合Pm和間接像部Fn的間接像素Pn之間的對應關系，圖4用箭頭表示將直接像素集合Pm、間接像素Pn斜向移動后所對應的關系。直接像部Fm中映射的方向為箭頭Mm的方向，而間接像部Fn的映射方向為相反的箭頭Mn的方向。通常，直接像部Fm和間接像部Fn之間的邊界線DL和整個圖象面F的下緣垂直。
在圖3(a)、圖4(a)的非線性映射中，用各間接像素Pn除以由不同個數的像素構成的各直接像素集合Pm。在該映射中，相互對應的直接像Im和間接像In中各部的尺寸設置成a/d＝b/c，即，在直接像部Fm和間接像部Fn并排的方向上，讓對象物Ob的直接像Im和間接像In相似。這樣的映射，適用于對圖象的微小部分進行正確色彩補正的情況，例如攝影花或者小物體的情況。
在圖3(b)、圖4(b)的線性映射中，讓直接像部Fm和間接像部Fn對應的各像素的比率(Pm/Pn)為一定值。在該映射中，相互對應的直接像Im和間接像In中各部的尺寸a/d和b/c設置成不相等。即，直接像Im和間接像In只好為不相似。直接像部Fm的部分以均勻分辨率進行色彩補正。本映射可以高速處理圖象速度，可以獲得基本線性的色彩補正圖象。此外，進行上述分配的對應的裝置用后述的微機30可以實現。
反射面18整體如圖1所示并不是直線，各微小部分的表面角度α均不相同，整體為曲面形狀。圖1的反射面18只不過是為了說明方便而繪制成直線。
利用線圖設計反射面18時，首先，CCD元件上在邊界線DL右側的間接像部Fn中，可以投影可視像的垂直極限界線，在反射面頂部18a確定反射面的微小部分的角度α。反射面各微小部分的角度α依據圖5(a)所示的必要性確定。在深度為1米的范圍內，從直接像投影的長度和對應的反射面18的微小部分長度通過線圖測定。這時，深度的差從式(16)求出概算的數值，不會產生大的誤差。即，從上述映射的式可以適用于由直接像部Fm和間接像部Fn之間的各像素的線圖的測定。
另一方面，利用數式設計反射面18時，首先，從到達攝像機20的光的邊界線開始計算反射面頂部18a坐標(Xo，Yo)。利用線性映射時，根據間接像部Fn和直接像部Fm的對應關系，計算上述A＝(X/Z)以及M＝(Xni/f)。該坐標下反射面的微小部分的角度α利用式(16)確定。然后，利用式(17)、(18)計算從坐標(Xo，Yo)偏離微小距離的部分的坐標。在下面兩個式子中下標n和n－1表示對反射面18分割成微小部分時靠近反射面頂部18a的第n－1個微小部分和遠離該頂部的反射面結束部18b的第n個微小部分位置之間的關系。進一步，該新坐標(Xn，Yn)中的角度α利用式(16)進行計算。順序重復這樣的操作，確定反射面18的曲面。
Zn＝[Zn－1－tanαn－1(Mnfn－Xn－1)]/[1－Mn·tan(αn－1)](17)Xn＝Xn－1＋(Zn－1－Zn)/tanαn－1(18)下面，參照圖1、3、4、7、8，說明有關本發(fā)明的攝影系統(tǒng)的構成。
圖5表示攝像機20近旁的具體的構成，攝像機20的前端側部分安裝了具有反射體15的保護蓋子10。保護蓋子10由角錐臺形的蓋子體11和為外嵌在攝像機20上的安裝部12。該保護蓋子10的蓋子體11是為了防止在圖1所示的一對最大視野線(面)Vm、Vm所包圍的范圍以外的光侵入攝像機20。一對最大視野線(面)Vm、Vm所包圍的范圍以外的光會對為補正攝像的從反射面18的光引起誤差，因而希望除去。
反射體15安裝在蓋子體11中的一方的內面?zhèn)?，包括確定反射面18的表面形狀的基材16和張貼在基材16表面上的皮17。在皮17的反射面18側為形成光的散射反射而著色成柵網狀的黑色或者灰色，涂上油脂形成膜。
圖6表示攝影系統(tǒng)1的邏輯框圖，該攝影系統(tǒng)1大致由保護蓋子10、攝像機20、微機30、顯示裝置41以及彩色打印機42構成。從攝像機20的鏡頭21攝入的圖象通過光圈22調節(jié)光量后成像在CCD元件23上。CCD元件23的輸出信號除輸入到微機30的圖象輸入部31以外，也輸入給幀平均化部24計算攝影圖象的光量，控制開口調節(jié)電機25調節(jié)光圈22的開口量以防止CCD元件23的輸出信號飽和。
微機30為商用產品，在硬盤或者RAM等存儲裝置中安裝有軟件，實現以下所示的定時器32～色彩應用電路37等的各種功能。該軟件可以以存儲在CD-ROM或者軟盤等存儲媒體中的形式發(fā)布。圖象輸入部31是將在攝像機20中沿掃描線SL順序掃描后的圖象信號進行數字化并保存到存儲器中。定時器32是為了確定保存在存儲器中的整個圖象的直接像部Fm和間接像部Fn的邊界線DL的位置發(fā)揮觸發(fā)器的作用。在本實施方案中，整個圖象中直接像部Fm為240像素，間接像部Fn為80像素。映射器33將包含在間接像部Fn中的1個掃描中的80個各間接像素Pn映射到對應的直接像部Fm的各直接像素集合Pm中。映射方法如上所述按照式(16)進行非線性或者線性映射。
色彩補正部34按照式(4)分別計算D1、D2和D3，在整個圖象中其最大值由最大值選擇部35求出。該最大值不飽和的量度可以作為式(4)中系數的補正項S的恰當值，定標器36在色彩補正部34中確定補正項S的恰當值，輸出補正的D1、D2和D3值。例如，8比特的微機進行信息處理的定標幅度為256，分配給R、G、B三色中1色的定標幅度約為85，則讓D1、D2和D3值的定標幅度的最大值在85以下來設定補正項S。16、32比特微機則可以分配更大的定標幅度，可以表現更加細微的色調。
色彩應用電路37是為了對補正后的圖象進行保存、再生、編輯等的裝置，通過由CPU或者其它硬件驅動存儲在硬盤中的軟件來實現。由色彩應用電路37進行再生等操作后的圖象通過圖象處理裝置38以彩色圖象的形式顯示在顯示器裝置41上，或者通過I/O 39接口以及彩色打印機42打印出靜止圖象。
為了實證上述發(fā)明，上述攝像機20采用SONY公司制造的XC-711(商標)彩色攝像機，鏡頭21采用焦點距離12.5mm的COSMICARC制的C型(商標)。色彩值采用MINOLTA制色差計CS-100(商標)。攝影系統(tǒng)1最初的構成為獲取實驗數據的靜止圖象的裝置。皮17為進行擴散反射采用去掉光澤的灰色采紙做成，當采用設置了油脂膜的皮革時獲得了更良好的結果。間接像部Fn的幅度與整個畫面F的比值的最大值限定在25％以內。微機采用動作時鐘120MHz的Pentium(商標)，對于320×220像素的圖象，處理時間為0.55秒。
補正表面色彩的該攝影系統(tǒng)1的實用性，通過研究有關色彩品質對亮度的影響而獲得確認。發(fā)明人組合日光和熒光燈對幾個全彩色圖象進行了實驗。圖象處理是將直接像Im的色彩除以間接像In的色彩來進行。圖象的色彩獲得了改善，暗的圖象變亮，可以確認其細微部分，太亮的圖象變暗。100流明以下的暗圖象通過使用反射面18的方法進行處理后噪色變得明顯。
為了調查由該攝影系統(tǒng)1進行色彩補正后的品質的量度，進行了兩個獨立的實驗。將紅色紙片設置在攝像機平面上，在不同照明強度下比較紙片的顏色。紅色紙片的輝度中照明強度的效果在補正前后的對比在圖6(a)中示出。橫軸為照明強度，縱軸表示紅色紙片的輝度。如[補正前]的曲線所示，通常，增加情景照明的強度，圖象中色彩紙片的亮度增加。如[補正后]的曲線所示，補正后的紙片中的亮度即使是照明強度變化也基本保持不變。根據CIE1931基準的xy色度坐標中的照明強度的效果在圖6(b)中示出。在圖6(b)的[補正前]的曲線中，隨著橫軸所示的照明強度的增加，縱軸所示的紅色紙片的x色度坐標的值也增加。這意味著當照明強度不相同時，相對于原來的色彩產生了色相的失真。如果觀察補正后的x色度坐標，就會發(fā)現隨著照明的增強僅只有微小減少。此外，在圖6(a)、(b)中，相當于照明最弱的情況的100流明時的輝度以及x色度坐標值雖然常常不同于比這大的照明強度時的值，但通過變更反射面的條件設定，即使是在低強度的照明也可以維持照度和色相的定常性。
采用反射面18的該攝影系統(tǒng)1所進行的圖象色彩補正除去了原圖象失真的顏色。不同強度照明下補正的圖象的直方圖均相似。從這點看，也可以說體域內照明的強度沒有影響。如圖6(a)、(b)所示，色彩補正前后的色彩參數，當照明的強度在一定范圍內變化時，可以說色彩的亮度和色相僅限制在微小的變化范圍內。
最后，說明本發(fā)明的另一實施方案的可能性。
在上述實施方案中，CCD元件23的全圖象面F為平面形狀，從理論上講采用全圖象面F例如是以鏡頭21的點O為中心的曲面形狀的CCD元件23是可能的。這種情況下，上述式(15)可以被置換成下式。
tan(2α)＝{A·tanξ＋1－[(Zn/Z)＋(Xn/Z)·tanξ]}/{1－A·tanξ＋[(Zn/Z)·tanξ－(Xn/Z)]}(19)進一步，當Z＞＞Zn，X＞＞Xn時，上式的分子和分母中的后半項為零，因而式(16)可以被置換成下式。
tan(2α)＝(A·tanξ＋1)/(1－A·tanξ)(20)反射面18的曲面設計只要用式(20)代替式(16)進行即可。
在上述實施方案中，反射面18雖然是由形成油脂膜的黑色皮構成，如果只要讓反射面的光以適當強度進行散射反射，采用表面為柵格狀的灰色等其它材料構成也可。
在上述實施方案中，應示出比較實用的例，在映射中分割成一個間接像素Pn和多個直接像素構成的直接像素集合Pm。但是，當間接像部Fn和直接像部Fm的幅度相等時也可以只分割成一個間接像素Pn和一個直接像素Pm，或者，間接像部Fn比直接像部Fm的幅度要寬的情況下分割成多個間接像素構成的間接像素集合Pn和一個直接像素Pm在理論上是可能的。
上述攝影系統(tǒng)(裝置)可以在為攝影運動圖象的攝像機或者在攝影靜止圖象的數碼相機中利用。又，上述攝影系統(tǒng)也可以在基于色彩的立體距離獲取裝置中恰當地使用?，F有的立體距離獲取裝置是以各掃描線上的色碼的變化點作為特征點來進行檢測的。其特征點通過對左右立體圖象之間進行比較，如果接近色碼則為一致。色碼的安定性是本發(fā)明的色彩不變性的很大的優(yōu)點。將本攝影裝置適用到立體距離獲取裝置中，可以提高立體映射的信賴度。
權利要求
1.一種攝影系統(tǒng)，包括攝像彩色圖象的攝像元件(23)和將對象物(Ob)的像成像在所述攝像元件的鏡頭(21)，其特征是在由所述鏡頭(21)和攝像元件(23)構成的最大視野(Vm，Vm)內設置有將所述對象物(Ob)的像散射反射并通過所述鏡頭(21)入射到所述攝像元件(23)上的反射面(18)，設置有所述對象物(Ob)上的對象點(P)在所述攝像元件(23)上成像得到的直接像的各主坐標(Xmi，Ymi)和由所述反射面(18)在所述攝像元件(23)上得到的所述對象點(P)的間接像的各副坐標(Xni，Yni)相對應的對應裝置(30)，具有通過下式獲得色彩補正的攝像的色彩補正部(34)，D1(Xmi，Ymi)＝(Rmi/Rni)·S，D2(Xmi，Ymi)＝(Gmi/Gni)·S，D3(Xmi，Ymi)＝(Bmi/Bni)·S，式中，D1、D2、D3分別為色彩補正后的攝像的主坐標(Xmi，Ymi)的R、G、B成分，Rmi、Gmi、Bmi分別為主坐標(Xmi，Ymi)中直接像素(Pm)的R、G、B成分，Rni、Gni、Bni分別為副坐標(Xni，Yni)中間接像素(Pn)的R、G、B成分，S為補正項。
2.根據權利要求1所述的攝影系統(tǒng)，其特征是設定所述反射面(18)使得在所述攝像元件(23)中拍攝所述直接像的直接像部(Fm)的幅度比拍攝所述間接像的間接像部(Fn)的幅度要寬。
3.根據權利要求1所述的攝影系統(tǒng)，其特征是在所述鏡頭(21)的采光部側設置有至少遮蔽所述最大視野(Vm)以外的光的蓋子(10)。
4.根據權利要求1所述的攝影系統(tǒng)，其特征是在拍攝所述直接像的直接像部(Fm)和拍攝所述間接像的間接像部(Fn)的并排方向上，所述對象物(Ob)的直接像(Im)和間接像(In)為相似的形狀。
5.根據權利要求1所述的攝影系統(tǒng)，其特征是在拍攝所述直接像的直接像部(Fm)和拍攝所述間接像的間接像部(Fn)的并排方向上，與所述直接像部(Fm)和所述間接像部(Fn)分別對應的各像素的比率(Pm/Pn)為一定值。
6.根據權利要求1所述的攝影系統(tǒng)，其特征是所述反射面(18)的形狀按下式形成，Xni＝f(A－tan(2α))/(1＋A·tan(2α))，式中，f為鏡頭的焦點距離，A為(X/Z)，X表示對象點(P)的從水平基準線(Ch)的水平方向距離，Z表示對象點(P)的從垂直基準線(Cv)的垂直距離，α表示反射面(18)和與垂直基準線(Cv)平行的水平線所構成的夾角。
7.根據權利要求1～6中任一項所述的攝影系統(tǒng)，其特征是在所述反射面(18)是在表面上形成油脂膜的皮。
全文摘要
提供一種實用快速補正攝影物圖象的色彩、正確顯示該圖象的色彩的攝影系統(tǒng)。包括攝取彩色圖象的攝像元件(23)和鏡頭(21)，在最大視野(Vm，Vm)內設置將對象物(0b)的像散射反射通過鏡頭(21)入射到攝像元件(23)上的反射面(18)。對象物(0b)上的對象點(P)在攝像元件(23)上成像得到的直接像的各主坐標(Xmi，Ymi)和由反射面(18)在攝像元件(23)上得到的對象點(P)的間接像的各副坐標(Xni，Yni)相對應。通過各主坐標中像素的R、G、B成分被各副坐標的相同成分相除，獲得色彩補正的攝像。
文檔編號H04N9/04GK1239629SQ9618054
公開日1999年12月22日 申請日期1996年12月17日 優(yōu)先權日1996年12月17日
發(fā)明者穆罕默德·阿布勒·阿杜勒拉蒂夫 申請人:自然技術有限公司