专利名称：摄影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种补正所摄影的物体图象的颜色、并能正确显示该图象颜色的摄影系统。
物体的颜色容易受到照明状况的影响，要想经常正确显示由摄像机所摄影的图象的颜色是困难的。人即使在这样的环境下，也可以正确认识物体的颜色，这种能力被称为颜色不变性。
在现有的摄像机中，还不存在具有这种特性的摄像元件。为了在包括摄像机的摄像系统中实现颜色不变性，尝试通过将特定点的颜色和周围的颜色比较进行补正，或者进行复杂的补正。但是，这些尝试或者仅限于特殊图象的补正，或者需要过多的图象处理时间，并不实用。
本发明的目的在于提供一种可以以实用的速度补正所摄影的物体图象的颜色，并能正确显示该图象颜色的、响应良好的摄影系统。
本发明的特征是，在包括摄像彩色图象的摄像元件和将对象物的像成像在上述摄像元件的镜头的摄影系统中，在由上述镜头和摄像元件构成的最大视野内设置有将上述对象物的像散射反射并通过上述镜头入射到上述摄像元件上的反射面，设置有上述对象物上的对象点在上述摄像元件上成像得到的直接像的各主坐标(Xmi，Ymi)和由上述反射面在上述摄像元件上得到的上述对象点的间接像的各副坐标(Xni，Yni)相对应的对应装置，具有通过下式获得色彩补正的摄像的色彩补正部。
D1(Xmi，Ymi)＝(Rmi/Rni)·S，D2(Xmi，Ymi)＝(Gmi/Gni)·S，D3(Xmi，Ymi)＝(Bmi/Bni)·S，式中，D1、D2、D3分别为色彩补正后的摄像的主坐标(Xmi，Ymi)的R、G、B成分，Rmi、Gmi、Bmi分别为主坐标(Xmi，Ymi)中直接像素(Pm)的R、G、B成分，Rni、Gni、Bni分别为副坐标(Xni，Yni)中间接像素(Pn)的R、G、B成分，S为补正项。
根据后述的发明人的解析，已经判明设置在最大视野内的反射面所散射反射的间接像代表对象点亮度。因此，用代表该亮度的Rni、Gni、Bni分别去除Rmi、Gmi、Bmi，可以抵消由于照明的影响造成的误差。这一点已经由发明人实验确认。又，补正项S是为了防止当Rmi、Gmi、Bmi被Rni、Gni、Bni除以后的结果超出装置的定标幅度的界限所引起的饱和。
特别是，如果设定上述反射面使得在上述摄像元件中拍摄上述直接像的直接像部的幅度比拍摄上述间接像的间接像部的幅度要宽，可以有效地活用摄像元件的最大视野。而且，如后所述，即使间接像部的幅度为最大视野的25％的程度，已经确认对色彩补正不会产生不适合的状况。
又，希望在上述镜头的采光部侧设置有至少遮蔽上述最大视野以外的光的盖子。最大视野以外的光会引起色彩补正的误差，利用该盖子可以降低误差。
在设计反射面时，在拍摄上述直接像的直接像部和拍摄上述间接像的间接像部的并排方向上，上述对象物的直接像和间接像可为相似的形状。这种情况下，可以对花或者微小物体的细微部分进行正确的色彩补正。
另一方面，也可以设计反射面使得在拍摄上述直接像的直接像部和拍摄上述间接像的间接像部的并排方向上，与上述直接像部和上述间接像部分别对应的各像素数的比率为一定值。这种情况下，可以简化色彩补正的算法，非常高速地进行色彩补正。
反射面的形状设计按下式进行即可，Xni＝f(A＋tan(2α))/(1＋A·tan(2α))，式中，f为镜头的焦点距离，A为(X/Z)，X表示对象点P的从水平基准线Ch的水平方向距离，Z表示对象点P的从垂直基准线Cv的垂直距离，α表示反射面18和与垂直基准线Cv平行的水平线所构成的夹角。
根据发明人的实验，如果上述反射面是在表面上形成油脂膜的皮所构成，已经判明可以获得非常良好的色彩补正。
在实施本发明时，只要将保存在存储媒体中的为实现上述对应装置的软件安装在通用的微机中，同时将具有上述反射面的上述盖子安装在通用的摄像机上即可。
这样，依据上述本发明的特征，通过由反射面对比间接像和直接像，可以提供一种实用快速地进行摄影物体图象的色彩补正，正确显示该图象的色彩响应良好的摄影系统。
本发明的详细内容，可以通过以下所示的发明实施方案以及实施例进行说明。而且，在权利要求范围的项中所记入的符号，只不过是为了方便与附图对照，并不因为该符号的记入而将本发明限定在附面所示的构成内。
下面对附图进行简要说明。
图1为表示为说明本发明原理的对象物Ob、反射面、镜头、以及CCD元件之间关系的图。
图2(a)为表示为说明扩散反射模样在反射面上的最初的卷积的图，(b)为表示为说明焦点偏离的间接图象部Fn在CCD元件上的第二次的卷积的图。
图3为分别表示在(a)非线性映射、(b)线性映射、(c)聚光灯照明时整个图象面F上的直接像Im和间接像In之间的关系图。
图4为分别表示为说明在(a)非线性映射、(b)线性映射的情况下各直接像素集合Pm和各间接像素集合Pn之间比率的图。
图5(a)为表示对象点P的不同水平位置和最佳反射面的角度α之间关系的曲线，(b)为表示对象点P的深度和视野误差角ψ之间关系的曲线。
图6(a)为表示照明强度和辉度之间的关系在色彩补正前后的变化曲线，(b)为表示照明强度和x色度坐标之间的关系在色彩补正前后的变化曲线图7(a)为表示安装了保护盖子的摄像机的斜视图，(b)为表示安装了保护盖子的摄像机的横截面图。
图8为表示有关本发明的摄影系统的逻辑框图。
图9为表示本发明另一实施方案相当于图1的图。
以下参照
本发明的实施方案。
首先，图1～5说明本发明的原理。图1所示例表示简化后的光路几何学模型，在此考察一般对象物Ob上的对象点P和反射面(鼻面)18上的特定点的反射基准点N之间的位置关系。对象物Ob上的对象点P通过摄像机20上的镜头21中的O，在CCD元件23上成像为直接像Im。另一方面，对象物Ob上的对象点P的像在反射体15的反射面18表面上散射反射，通过上述镜头21在CCD元件23上作为间接像In入射。间接像In由于反射面18的散射反射以及反射面18在镜头21的焦点以外，虽然不会成像，为了简化起见，假定反射面18进行镜面反射，方便起见以线段PN和NO表示光路的中心。
CCD元件23的整个图象面F中，一对最大的视野线(面)Vm、Vm所围的范围，是镜头21在CCD元件23可以成像的范围，该范围相当于最大视野。当然，不用说，最大视野也会在图1垂直纸面的方向上展开。对应于该范围的整个图象面F内，从左上至右下的最大视野线Vm和、反射面18的反射面顶部18a与镜头21的O连接的边界视野线Vn所围的范围间接像部Fn为摄像间接像In的范围。对应于剩下部分的范围直接像部Fm为摄像直接像Im的范围。
图1中的垂直基准线Cv表示通过镜头21中心的水平方向和纸面厚度方向的零点的基准轴，通过CCD元件23的摄影面的垂直基准线Cv表示垂直方向的基准点的基准轴。图象坐标由(X，Y，Z)系坐标表示。图中的符号X，Xn，Xmi以及Xni分别表示对象点P、反射基准点N、直接像部Fm上的对象点P的直接像Im以及间接像部Fn的对象点P的间接像In和水平基准线Ch之间的水平距离。同样，这些各点与相对于水平基准线Ch在图1纸面垂直方向上的水平距离用符号Y，Yn，Ymi以及Yni表示。图中的符号Z以及Zn分别表示对象点P和反射基准点N与垂直基准线Cv的水平距离。换句话说，距离Zn表示反射基准点N的深度，对象点P和反射基准点N的垂直方向距离由Z-Zn表示。
然而，来自照明的光遇到物体表面，依据表面的光学特性进行反射。在摄像机20所观察到的反射光的强度I(λ)可以用下式描述。
I(λ)＝E(λ)·ρ(λ) (1)式中E(λ)表示照明的光谱强度分布，ρ(λ)表示物体的表面反射，λ表示波长。然后将反射I(λ)分解成3色R、G、B。以在水平方向缩小直接像Im的分辨率反射照明的是反射面18，而获得间接像In意味着以这种形式测定照明。
由反射面18镜面反射的光线由扩散光线的分布所包围。这将以不同的加权影响作为CCD元件23的间接像部Fn到达的光线。例如在图2(a)中，分别沿光轴S1和S2入射的光线例如具有与以镜面反射的光轴S1、S2为顶点的高斯分布G1、G2近似的扩散反射强度分布。而向CCD元件23的特定的光轴Sn上的光线将被以强度DRC1、DRC2的值作为间接像部Fn到达CCD元件23上的光线所影响。依据有关近似，从鼻上的点反射的光线C可以用下式描述。C(X,Y)=∫∫Eo(X,Y)·ρo(X,Y)·B1(X,Y)dXdY----(2)]]>式中，下标o表示对象物Ob上的点。光线C表示从情景到达鼻面上的N条的所有照明光线的总和。这时加权系数依据光线的角度变化，或者鼻面的表面粗糙度而变化。模糊系数B1与反射面18的光学特性以及表面的粗糙度有关。
如果反射面18在镜头21的焦点之外，由反射面18反射的这些光线大概投影成圆形。其强度分布，如图2(b)所示，在模糊圆的直径方向按照高斯函数近似变化。因此，在CCD元件23中的间接像部Fn的这些像素的受光量为具有圆形窗的加权的总和。该圆形窗的大小依赖于模糊系数B2，该模糊系数依赖于焦点距离以及从摄像机20的镜头21反射基准点N的深度。Cni=∫∫B2(Xni,Yni)·C(Xni,Yni)·dXni·dYni---(3)]]>式中，下标ni表示间接像In的像素，副坐标(Xni，Yni)表示间接像在CCD元件23上的坐标。
作为组合包含两种模糊系数B1、B2的两个式子的结果，进行两个空间模糊的操作。一个根据在反射面18上的焦点偏离，另一个根据由反射面18在镜头21的焦点外时所引起的在CCD元件23上的焦点偏离进行。模糊的过程，在分别控制的两个层内进行。通过组合包含上述两种模糊系数的两个式子进行的连续卷积可以认为是代表对象点P的亮度。即，由反射面18的反射在CCD元件23上得到的间接像部Fn可以认为代表对象点P的亮度或者其近旁的照明。
因此，进行式(4)表示的运算处理得到的色强度信号D1、D2、D3代表被补正的对象物Ob中的对象点P的颜色。这是因为，代表对象点P的亮度或者照明以及对象点P自身的颜色的各主坐标中的Rmi、Gmi、Bmi被代表对象点P的亮度或者照明的副坐标中的Rni、Gni、Bni相除后，就可以除去对象点P的亮度等的影响。
D1(Xmi，Ymi)＝(Rmi/Rni)·SD2(Xmi，Ymi)＝(Gmi/Gni)·SD3(Xmi，Ymi)＝(Bmi/Bni)·S (3)式中，下标m表示直接像Im，n表示由反射面18的间接像In，i表示CCD元件23上的图象。又，D1、D2、D3分别为色彩补正后的摄像的主坐标(Xmi，Ymi)的R、G、B成分，Rmi、Gmi、Bmi分别为主坐标(Xmi，Ymi)中直接像素(Pm)的R、G、B成分，Rni、Gni、Bni分别为副坐标(Xni，Yni)中间接像素(Pn)的R、G、B成分。主坐标(Xmi，Ymi)为对象点P在CCD元件23上成像所获得的直接像的坐标，副坐标(Xni，Yni)为由反射面在CCD元件23上获得的间接像的坐标。系数S是为了不让D1～D3的值饱和而调节绝对值。
作为为检测空间亮度的传感器的反射面18的作用，可以通过简单的实验获得确认。当强聚光灯直接照射到白墙上时，有关本发明的摄影系统1可以获得图3(c)中见到的图象。该聚光灯的直接像Im表现为在边界线左侧近似与白圆的图形，其间接像In投影成水平分辨率减少、周围伴随光斑的椭圆形。反射面18的反射代表照明的颜色。可以照明的颜色根据使用的白只灯和颜色滤光片变化。如果狭长的带状光投影到白墙上时，其R、G、B的值作为和直接像Im和间接像In中对应的斑点测定。色强度信号(D1、D2、D3)的比例，即使让照明的颜色变化也大致不变。
以下说明反射面18和摄像机20的位置关系。
反射面18和与垂直基准线Cv平行的水平线所成的夹角为α。线NO所表示的从反射面18的反射光线和水平线所成的夹角为ξ，同样线NO和反射面18所成的夹角为β。线NO和反射面18的垂线所成的夹角为θ。由于线NO是表示入射光的线PN经反射面18镜面反射后的光，所以线PN和反射面18的垂线所成的夹角也应为相同的θ。f表示摄像机20的镜头21的焦点距离。线PN和水平线所成的夹角由x，线PO和水平线所形成的对象点水平位置夹角由Φ，线PO和线PN所形成的视野误差角由ψ表示。
如果注意对象点，则有ψ＝Φ－x (5)
如果注意∠PN0，则x＋ξ＝2θ成立。
根据反射基准点N的对角关系，则α＝ξ＋β成立。
根据反射基准点N周围的反射面18的垂线的关系，则β＝π/2－θ。
根据反射基准点N周围的上述2式，则ξ＝α－β＝α＋θ－π/2成立。
进一步，θ＝ξ－α＋π/2成立。
将上述各式整理后，获得下式。
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可以通过上式进行计算。又对象点水平位置角度Φ可以通过下式求出。
Φ＝tan-1((Z－f)/x)(7)角度ξ表示反射面18上的反射基准点N或者间接像In的水平方向坐标的指标，可以通过下式求出。
ξ＝tan-1(f/Xni) (8)在此，对象点P的水平坐标变化时的最佳反射面18的角度α在图5(a)中表示。角度α是将视野误差角ψ设定为2度，一个较小的值的情况下计算得出。另一方面，其它的角度，以其平均值代表。在图5(a)中，以对象点水平位置角度Φ为横轴，反射面18的角度α的值为纵轴。当对象点水平位置角度Φ增加时，为了保持视野误差角ψ在一个较小的定值上，希望反射面18的角度α适当减少。
如图1、3和4所示，各图象线由捕捉直接像Im的直接像部Fm和、由边界线DL隔开并且捕捉间接像In的间接像部Fn所构成。分隔直接像部Fm和间接像部Fn的边界线DL与反射面18的反射面顶部18a对应。本发明的映射表示构成直接像部Fm的间接像素Pn占直接像部Fm的直接像素集合Pm的比率。当对象物Ob靠近摄像机20时，由于角度ψ测定视野误差，映射变得困难。为了使得直接像Im和间接像In之间的视野偏差为最小，要求角度ψ尽可能小。如果角度ψ大，对象物Ob直接映射到直接像部Fm上，间接像部Fn将不会映射，或者完全相反。角度ψ可以以反射面18的坐标顶表示。从图1的几何配置可以导出下式的关系。
Tan(x)＝(Z－Zn)/(X－Xn)(9)
将式(5)的两边求正切变换，可获得下式。
tanψ＝(tanΦ－tan(x))/(1＋tanΦ·tan(x)(10)通过式(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)表示对象点(X，Z)和反射面18上的反射基准点N(Xn，Zn)的双方角度的依赖关系。在式(11)中取X＝0，将获得式(12)所示的摄像机光轴点上的正切角度。
tanψ＝(Xn(Z－f)/(Zn(f－Z)＋Z(Z－f))(12)如果增加反射基准点N和水平基准线Ch之间的水平距离的基准点水平距离Xn，则视野误差ψ增加。因此，反射面18应尽可能与水平基准线Ch水平重合，但视野误差ψ随着反射基准点N的深度Zn的增加而增加。因此，反射基准点N的深度Zn与摄像机20的镜头21相比应尽可能小。
对象物距离Z与视野误差角度的关系在图5(b)中表示。距离Z增加，则视野误差角度ψ减少。当靠近对象物Ob时误差角度ψ为相当高的值，当如果距离在40cm以上，则小于2度。只要不是高分辨率的带状照明，视野的问题就不重要。在通常的照明状态下，亮度不会在短周期内变化。随着从反射基准点N的基准水平距离Xn的增加，误差角度ψ增加。如果反射面18的角度α按图5(a)所示的倾向变化，其影响将会最小。
由上述式(5)和式(6)，可得x＝Φ－ψ＝π＋ξ－2α，进一步求该式的正切，则下式成立。
Tan(x)＝tan(π＋ξ－2α)＝tan(ξ－2α)(13)将上式代入式(7)和式(8)，则可求出(Z－Zn)/(X－Xn)＝[(f－Xni·tan(2α))/(Xni＋f·tan(2α))(14)式中设置(X/Z)＝A，将上式(14)展开、整理后，可获得下式，Xni/f＝{[(A－tan(2α)]－[Xn/Z－(Zn/Z)·tan(2α)]}/[(1＋A·tan(2α))－((Xn/Z)·tan(2α)＋Zn/Z)](15)进一步，当Z＞＞Zn，X＞＞Xn时，上式的分子和分母中的后半项为零，因而下式成立。
Xni＝f[A－tan(2α)]/[1＋A·tan(2α)](16)该式表示对属于相同扫描线SL的对象物Ob的直接像Im和间接像In的水平坐标的映射。与对象物Ob上的一个对象点对应的间接像部Fn上的点坐标Xni不直接依赖于距离的值，而是依赖于比率A＝(X/Z)。这在式中通过省略Zn可以说明。如果假定对象物Ob位于充分远离摄像机20的位置时，角度ψ变得非常小。这时，如果应注目的对象点P沿OP移动，线段PN上的反射面的反射仅稍微变化。如式(16)所述，映射对于决定反射面18的形状有直接的关系。
图3(a)、图4(a)表示非线性映射的手法，图3(b)、图4(b)表示线性映射的手法。在直接像部Fm和间接像部Fn的位置关系中，通过如何确定上述式(16)中的Xni、A＝(X/Z)以及反射面的各微小部分的角度α，映射可以选择非线性或者线性的关系。为了说明在1个扫描线SL上的直接像部Fm的直接像素集合Pm和间接像部Fn的间接像素Pn之间的对应关系，图4用箭头表示将直接像素集合Pm、间接像素Pn斜向移动后所对应的关系。直接像部Fm中映射的方向为箭头Mm的方向，而间接像部Fn的映射方向为相反的箭头Mn的方向。通常，直接像部Fm和间接像部Fn之间的边界线DL和整个图象面F的下缘垂直。
在图3(a)、图4(a)的非线性映射中，用各间接像素Pn除以由不同个数的像素构成的各直接像素集合Pm。在该映射中，相互对应的直接像Im和间接像In中各部的尺寸设置成a/d＝b/c，即，在直接像部Fm和间接像部Fn并排的方向上，让对象物Ob的直接像Im和间接像In相似。这样的映射，适用于对图象的微小部分进行正确色彩补正的情况，例如摄影花或者小物体的情况。
在图3(b)、图4(b)的线性映射中，让直接像部Fm和间接像部Fn对应的各像素的比率(Pm/Pn)为一定值。在该映射中，相互对应的直接像Im和间接像In中各部的尺寸a/d和b/c设置成不相等。即，直接像Im和间接像In只好为不相似。直接像部Fm的部分以均匀分辨率进行色彩补正。本映射可以高速处理图象速度，可以获得基本线性的色彩补正图象。此外，进行上述分配的对应的装置用后述的微机30可以实现。
反射面18整体如图1所示并不是直线，各微小部分的表面角度α均不相同，整体为曲面形状。图1的反射面18只不过是为了说明方便而绘制成直线。
利用线图设计反射面18时，首先，CCD元件上在边界线DL右侧的间接像部Fn中，可以投影可视像的垂直极限界线，在反射面顶部18a确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依据图5(a)所示的必要性确定。在深度为1米的范围内，从直接像投影的长度和对应的反射面18的微小部分长度通过线图测定。这时，深度的差从式(16)求出概算的数值，不会产生大的误差。即，从上述映射的式可以适用于由直接像部Fm和间接像部Fn之间的各像素的线图的测定。
另一方面，利用数式设计反射面18时，首先，从到达摄像机20的光的边界线开始计算反射面顶部18a坐标(Xo，Yo)。利用线性映射时，根据间接像部Fn和直接像部Fm的对应关系，计算上述A＝(X/Z)以及M＝(Xni/f)。该坐标下反射面的微小部分的角度α利用式(16)确定。然后，利用式(17)、(18)计算从坐标(Xo，Yo)偏离微小距离的部分的坐标。在下面两个式子中下标n和n－1表示对反射面18分割成微小部分时靠近反射面顶部18a的第n－1个微小部分和远离该顶部的反射面结束部18b的第n个微小部分位置之间的关系。进一步，该新坐标(Xn，Yn)中的角度α利用式(16)进行计算。顺序重复这样的操作，确定反射面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，参照图1、3、4、7、8，说明有关本发明的摄影系统的构成。
图5表示摄像机20近旁的具体的构成，摄像机20的前端侧部分安装了具有反射体15的保护盖子10。保护盖子10由角锥台形的盖子体11和为外嵌在摄像机20上的安装部12。该保护盖子10的盖子体11是为了防止在图1所示的一对最大视野线(面)Vm、Vm所包围的范围以外的光侵入摄像机20。一对最大视野线(面)Vm、Vm所包围的范围以外的光会对为补正摄像的从反射面18的光引起误差，因而希望除去。
反射体15安装在盖子体11中的一方的内面侧，包括确定反射面18的表面形状的基材16和张贴在基材16表面上的皮17。在皮17的反射面18侧为形成光的散射反射而着色成栅网状的黑色或者灰色，涂上油脂形成膜。
图6表示摄影系统1的逻辑框图，该摄影系统1大致由保护盖子10、摄像机20、微机30、显示装置41以及彩色打印机42构成。从摄像机20的镜头21摄入的图象通过光圈22调节光量后成像在CCD元件23上。CCD元件23的输出信号除输入到微机30的图象输入部31以外，也输入给帧平均化部24计算摄影图象的光量，控制开口调节电机25调节光圈22的开口量以防止CCD元件23的输出信号饱和。
微机30为商用产品，在硬盘或者RAM等存储装置中安装有软件，实现以下所示的定时器32～色彩应用电路37等的各种功能。该软件可以以存储在CD-ROM或者软盘等存储媒体中的形式发布。图象输入部31是将在摄像机20中沿扫描线SL顺序扫描后的图象信号进行数字化并保存到存储器中。定时器32是为了确定保存在存储器中的整个图象的直接像部Fm和间接像部Fn的边界线DL的位置发挥触发器的作用。在本实施方案中，整个图象中直接像部Fm为240像素，间接像部Fn为80像素。映射器33将包含在间接像部Fn中的1个扫描中的80个各间接像素Pn映射到对应的直接像部Fm的各直接像素集合Pm中。映射方法如上所述按照式(16)进行非线性或者线性映射。
色彩补正部34按照式(4)分别计算D1、D2和D3，在整个图象中其最大值由最大值选择部35求出。该最大值不饱和的量度可以作为式(4)中系数的补正项S的恰当值，定标器36在色彩补正部34中确定补正项S的恰当值，输出补正的D1、D2和D3值。例如，8比特的微机进行信息处理的定标幅度为256，分配给R、G、B三色中1色的定标幅度约为85，则让D1、D2和D3值的定标幅度的最大值在85以下来设定补正项S。16、32比特微机则可以分配更大的定标幅度，可以表现更加细微的色调。
色彩应用电路37是为了对补正后的图象进行保存、再生、编辑等的装置，通过由CPU或者其它硬件驱动存储在硬盘中的软件来实现。由色彩应用电路37进行再生等操作后的图象通过图象处理装置38以彩色图象的形式显示在显示器装置41上，或者通过I/O 39接口以及彩色打印机42打印出静止图象。
为了实证上述发明，上述摄像机20采用SONY公司制造的XC-711(商标)彩色摄像机，镜头21采用焦点距离12.5mm的COSMICARC制的C型(商标)。色彩值采用MINOLTA制色差计CS-100(商标)。摄影系统1最初的构成为获取实验数据的静止图象的装置。皮17为进行扩散反射采用去掉光泽的灰色采纸做成，当采用设置了油脂膜的皮革时获得了更良好的结果。间接像部Fn的幅度与整个画面F的比值的最大值限定在25％以内。微机采用动作时钟120MHz的Pentium(商标)，对于320×220像素的图象，处理时间为0.55秒。
补正表面色彩的该摄影系统1的实用性，通过研究有关色彩品质对亮度的影响而获得确认。发明人组合日光和荧光灯对几个全彩色图象进行了实验。图象处理是将直接像Im的色彩除以间接像In的色彩来进行。图象的色彩获得了改善，暗的图象变亮，可以确认其细微部分，太亮的图象变暗。100流明以下的暗图象通过使用反射面18的方法进行处理后噪色变得明显。
为了调查由该摄影系统1进行色彩补正后的品质的量度，进行了两个独立的实验。将红色纸片设置在摄像机平面上，在不同照明强度下比较纸片的颜色。红色纸片的辉度中照明强度的效果在补正前后的对比在图6(a)中示出。横轴为照明强度，纵轴表示红色纸片的辉度。如[补正前]的曲线所示，通常，增加情景照明的强度，图象中色彩纸片的亮度增加。如[补正后]的曲线所示，补正后的纸片中的亮度即使是照明强度变化也基本保持不变。根据CIE1931基准的xy色度坐标中的照明强度的效果在图6(b)中示出。在图6(b)的[补正前]的曲线中，随着横轴所示的照明强度的增加，纵轴所示的红色纸片的x色度坐标的值也增加。这意味着当照明强度不相同时，相对于原来的色彩产生了色相的失真。如果观察补正后的x色度坐标，就会发现随着照明的增强仅只有微小减少。此外，在图6(a)、(b)中，相当于照明最弱的情况的100流明时的辉度以及x色度坐标值虽然常常不同于比这大的照明强度时的值，但通过变更反射面的条件设定，即使是在低强度的照明也可以维持照度和色相的定常性。
采用反射面18的该摄影系统1所进行的图象色彩补正除去了原图象失真的颜色。不同强度照明下补正的图象的直方图均相似。从这点看，也可以说体域内照明的强度没有影响。如图6(a)、(b)所示，色彩补正前后的色彩参数，当照明的强度在一定范围内变化时，可以说色彩的亮度和色相仅限制在微小的变化范围内。
最后，说明本发明的另一实施方案的可能性。
在上述实施方案中，CCD元件23的全图象面F为平面形状，从理论上讲采用全图象面F例如是以镜头21的点O为中心的曲面形状的CCD元件23是可能的。这种情况下，上述式(15)可以被置换成下式。
tan(2α)＝{A·tanξ＋1－[(Zn/Z)＋(Xn/Z)·tanξ]}/{1－A·tanξ＋[(Zn/Z)·tanξ－(Xn/Z)]}(19)进一步，当Z＞＞Zn，X＞＞Xn时，上式的分子和分母中的后半项为零，因而式(16)可以被置换成下式。
tan(2α)＝(A·tanξ＋1)/(1－A·tanξ)(20)反射面18的曲面设计只要用式(20)代替式(16)进行即可。
在上述实施方案中，反射面18虽然是由形成油脂膜的黑色皮构成，如果只要让反射面的光以适当强度进行散射反射，采用表面为栅格状的灰色等其它材料构成也可。
在上述实施方案中，应示出比较实用的例，在映射中分割成一个间接像素Pn和多个直接像素构成的直接像素集合Pm。但是，当间接像部Fn和直接像部Fm的幅度相等时也可以只分割成一个间接像素Pn和一个直接像素Pm，或者，间接像部Fn比直接像部Fm的幅度要宽的情况下分割成多个间接像素构成的间接像素集合Pn和一个直接像素Pm在理论上是可能的。
上述摄影系统(装置)可以在为摄影运动图象的摄像机或者在摄影静止图象的数码相机中利用。又，上述摄影系统也可以在基于色彩的立体距离获取装置中恰当地使用。现有的立体距离获取装置是以各扫描线上的色码的变化点作为特征点来进行检测的。其特征点通过对左右立体图象之间进行比较，如果接近色码则为一致。色码的安定性是本发明的色彩不变性的很大的优点。将本摄影装置适用到立体距离获取装置中，可以提高立体映射的信赖度。
权利要求
1.一种摄影系统，包括摄像彩色图象的摄像元件(23)和将对象物(Ob)的像成像在所述摄像元件的镜头(21)，其特征是在由所述镜头(21)和摄像元件(23)构成的最大视野(Vm，Vm)内设置有将所述对象物(Ob)的像散射反射并通过所述镜头(21)入射到所述摄像元件(23)上的反射面(18)，设置有所述对象物(Ob)上的对象点(P)在所述摄像元件(23)上成像得到的直接像的各主坐标(Xmi，Ymi)和由所述反射面(18)在所述摄像元件(23)上得到的所述对象点(P)的间接像的各副坐标(Xni，Yni)相对应的对应装置(30)，具有通过下式获得色彩补正的摄像的色彩补正部(34)，D1(Xmi，Ymi)＝(Rmi/Rni)·S，D2(Xmi，Ymi)＝(Gmi/Gni)·S，D3(Xmi，Ymi)＝(Bmi/Bni)·S，式中，D1、D2、D3分别为色彩补正后的摄像的主坐标(Xmi，Ymi)的R、G、B成分，Rmi、Gmi、Bmi分别为主坐标(Xmi，Ymi)中直接像素(Pm)的R、G、B成分，Rni、Gni、Bni分别为副坐标(Xni，Yni)中间接像素(Pn)的R、G、B成分，S为补正项。
2.根据权利要求1所述的摄影系统，其特征是设定所述反射面(18)使得在所述摄像元件(23)中拍摄所述直接像的直接像部(Fm)的幅度比拍摄所述间接像的间接像部(Fn)的幅度要宽。
3.根据权利要求1所述的摄影系统，其特征是在所述镜头(21)的采光部侧设置有至少遮蔽所述最大视野(Vm)以外的光的盖子(10)。
4.根据权利要求1所述的摄影系统，其特征是在拍摄所述直接像的直接像部(Fm)和拍摄所述间接像的间接像部(Fn)的并排方向上，所述对象物(Ob)的直接像(Im)和间接像(In)为相似的形状。
5.根据权利要求1所述的摄影系统，其特征是在拍摄所述直接像的直接像部(Fm)和拍摄所述间接像的间接像部(Fn)的并排方向上，与所述直接像部(Fm)和所述间接像部(Fn)分别对应的各像素的比率(Pm/Pn)为一定值。
6.根据权利要求1所述的摄影系统，其特征是所述反射面(18)的形状按下式形成，Xni＝f(A－tan(2α))/(1＋A·tan(2α))，式中，f为镜头的焦点距离，A为(X/Z)，X表示对象点(P)的从水平基准线(Ch)的水平方向距离，Z表示对象点(P)的从垂直基准线(Cv)的垂直距离，α表示反射面(18)和与垂直基准线(Cv)平行的水平线所构成的夹角。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的摄影系统，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
提供一种实用快速补正摄影物图象的色彩、正确显示该图象的色彩的摄影系统。包括摄取彩色图象的摄像元件(23)和镜头(21)，在最大视野(Vm，Vm)内设置将对象物(0b)的像散射反射通过镜头(21)入射到摄像元件(23)上的反射面(18)。对象物(0b)上的对象点(P)在摄像元件(23)上成像得到的直接像的各主坐标(Xmi，Ymi)和由反射面(18)在摄像元件(23)上得到的对象点(P)的间接像的各副坐标(Xni，Yni)相对应。通过各主坐标中像素的R、G、B成分被各副坐标的相同成分相除，获得色彩补正的摄像。
文档编号H04N9/04GK1239629SQ9618054
公开日1999年12月22日 申请日期1996年12月17日 优先权日1996年12月17日
发明者穆罕默德·阿布勒·阿杜勒拉蒂夫 申请人:自然技术有限公司