JP2018017864A - Imaging device - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成で良好な偏光情報を取得可能な撮像装置を提供すること。【解決手段】被写体からの光を受光する撮像素子と、遅相軸方向および進相軸方向の偏光成分の間にπ/2の相対位相差を与える第1の位相差板と、遅相軸方向および進相軸方向の偏光成分の間に与える相対位相差を変更可能な第2の位相差板と、撮像素子に導く偏光成分を抽出する偏光子と、第2の位相差板の相対位相差を設定する設定手段と、撮像素子の出力に基づいて映像を生成する処理部と、を有し、第1の位相差板、第2の位相差板、および偏光子は、被写体の側から撮像素子の側へ順に配置され、第2の位相差板は、遅相軸方向または進相軸方向が、第1の位相差板の遅相軸方向または進相軸方向に対して傾き、設定手段は、被写体からの光の偏光成分に応じて、第2の位相差板の相対位相差を変更し、処理部は、フレームレートが0.01fpsより大きい映像を生成する。【選択図】図1An imaging apparatus capable of acquiring good polarization information with a simple configuration is provided. An imaging device that receives light from a subject, a first retardation plate that gives a relative phase difference of π / 2 between polarization components in the slow axis direction and the fast axis direction, and a slow axis Relative phase difference between the second retardation plate capable of changing the relative phase difference applied between the polarization component in the direction and the fast axis direction, the polarizer extracting the polarization component guided to the image sensor, and the second retardation plate A setting unit configured to set a phase difference; and a processing unit configured to generate an image based on an output of the image sensor. The first retardation plate, the second retardation plate, and the polarizer are provided from the subject side. Arranged in order toward the image sensor side, the second retardation plate is set such that the slow axis direction or the fast axis direction is inclined with respect to the slow axis direction or the fast axis direction of the first retardation plate. The means changes the relative phase difference of the second retardation plate according to the polarization component of the light from the subject, and the processing unit But to generate a 0.01fps bigger picture. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、撮像装置に関し、特に偏光情報を用いた画像処理により外界を観察可能な撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus, and more particularly to an imaging apparatus that can observe the outside world by image processing using polarization information.
近年、道路状況を観察する車載カメラ、侵入者を検知する防犯カメラ、および火災や地震などの災害用の防災カメラといった監視カメラが使用されている。これらの監視カメラでは、撮像画像の偏光情報を用いることで物体の識別能力が向上することが広く知られている。 In recent years, surveillance cameras such as in-vehicle cameras for observing road conditions, security cameras for detecting intruders, and disaster prevention cameras for disasters such as fires and earthquakes have been used. In these surveillance cameras, it is widely known that the object identification capability is improved by using the polarization information of the captured image.
特許文献1では、カメラの前面に取り付けた偏光フィルタを回転させることで、偏光情報を取得する侵入者検知用の監視カメラが開示されている。また、特許文献2では、直交する2つの偏光を取得するために、縦方向と横方向の2つの偏光フィルタ、ビームスプリッタ、または偏光アレイを備える車載用カメラが開示されている。 Patent Document 1 discloses an intruder detection monitoring camera that acquires polarization information by rotating a polarizing filter attached to the front surface of the camera. Patent Document 2 discloses a vehicle-mounted camera including two polarization filters in the vertical direction and horizontal direction, a beam splitter, or a polarization array in order to acquire two orthogonal polarizations.
しかしながら、特許文献1では、偏光フィルタの回転に時間を要するため、それぞれの偏光画像を取得する時間にタイムラグが生じてしまう。特許文献2では、縦方向と横方向の2つの偏光フィルタやビームスプリッタを使用する場合、偏光ごとに撮像素子が必要であるため装置が大型化してしまう。また、偏光アレイを使用する場合、解像度が失われてしまう。 However, in Patent Document 1, since it takes time to rotate the polarization filter, a time lag occurs in the time for acquiring each polarization image. In Patent Document 2, when two polarizing filters and beam splitters in the vertical direction and the horizontal direction are used, an image pickup device is required for each polarized light, so that the apparatus becomes large. Also, when using a polarizing array, the resolution is lost.
このような課題に鑑みて、本発明は、簡易な構成で良好な偏光情報を取得可能な撮像装置を提供することを目的とする。 In view of such a problem, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of acquiring good polarization information with a simple configuration.
本発明の一側面としての撮像装置は、被写体からの光を受光する撮像素子と、遅相軸方向の偏光成分と進相軸方向の偏光成分との間にπ/2の相対位相差を与える第1の位相差板と、遅相軸方向の偏光成分と進相軸方向の偏光成分との間に与える相対位相差を変更可能な第2の位相差板と、前記撮像素子に導く偏光成分を抽出する偏光子と、前記第2の位相差板の相対位相差を設定する設定手段と、前記撮像素子の出力に基づいて映像を生成する処理部と、を有し、
前記第1の位相差板、前記第2の位相差板、および前記偏光子は、前記被写体の側から前記撮像素子の側へ順に配置され、前記第2の位相差板は、遅相軸方向または進相軸方向が、前記第1の位相差板の遅相軸方向または進相軸方向に対して傾いており、前記設定手段は、前記被写体からの光の偏光成分に応じて、前記第2の位相差板の相対位相差を変更し、前記処理部は、フレームレートが0.01fpsより大きい映像を生成することを特徴とする。
An imaging apparatus according to an aspect of the present invention provides a relative phase difference of π / 2 between an imaging element that receives light from a subject and a polarization component in a slow axis direction and a polarization component in a fast axis direction. A first retardation plate, a second retardation plate capable of changing a relative phase difference applied between a polarization component in the slow axis direction and a polarization component in the fast axis direction, and a polarization component guided to the image sensor And a setting unit that sets a relative phase difference of the second retardation plate, and a processing unit that generates an image based on the output of the imaging device,
The first retardation plate, the second retardation plate, and the polarizer are arranged in order from the subject side to the imaging element side, and the second retardation plate has a slow axis direction. Alternatively, the fast axis direction is inclined with respect to the slow axis direction or the fast axis direction of the first phase difference plate, and the setting means determines the first phase according to the polarization component of light from the subject. The relative phase difference between the two phase difference plates is changed, and the processing unit generates an image having a frame rate greater than 0.01 fps.
本発明によれば、簡易な構成で良好な偏光情報を取得可能な撮像装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the imaging device which can acquire favorable polarization information with a simple structure can be provided.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
本発明の監視カメラとは、監視、すなわち周囲の状況や状態の変化を検知するための情報収集活動を目的に使用される撮像部と、演算などを行う本体部と、を備えるカメラシステム(撮像装置)のことである。例えば、侵入者や不審者を認知するために敷地内外に設置される防犯カメラや、走行中の道路状況を確認するために車両に設置される車載カメラなどが監視カメラとして使用される。なお、監視カメラの動画像の表示の滑らかさを表す指標であるフレームレートは、0.01fps(frames per second)以上であることが望ましく、0.1fps以上であることがさらに望ましい。 The surveillance camera of the present invention is a camera system (imaging) comprising an imaging unit used for the purpose of monitoring, that is, an information collecting activity for detecting changes in surrounding conditions and states, and a main body unit for performing calculations and the like. Device). For example, a security camera installed inside or outside a site for recognizing an intruder or a suspicious person, an in-vehicle camera installed in a vehicle for checking a road condition while traveling, and the like are used as a monitoring camera. Note that the frame rate, which is an index representing the smoothness of the display of the moving image of the surveillance camera, is preferably 0.01 fps (frames per second) or more, and more preferably 0.1 fps or more.
図1は、本実施例の監視カメラ100の構成図である。監視カメラ100は、撮像装置部101および本体部102を備える。撮像装置部101は、被写体500からの光を撮像素子2上に結像させる光学系1、被写体の画像情報を取得する撮像素子2、光学系1と撮像素子2との間の光路上に配置された偏光取得手段6を有する。本体部102は、撮像装置部101の撮像を制御する制御部(設定手段)103、撮像素子2の画像情報を処理する処理部104、および使用用途に応じた画像や映像を表示する表示部105を有する。 FIG. 1 is a configuration diagram of a monitoring camera 100 according to the present embodiment. The monitoring camera 100 includes an imaging device unit 101 and a main body unit 102. The imaging device unit 101 is disposed on the optical system 1 that forms an image of light from the subject 500 on the imaging device 2, the imaging device 2 that acquires image information of the subject, and the optical path between the optical system 1 and the imaging device 2. The polarized light acquisition means 6 is provided. The main body unit 102 includes a control unit (setting unit) 103 that controls imaging of the imaging device unit 101, a processing unit 104 that processes image information of the imaging element 2, and a display unit 105 that displays images and videos according to usage. Have
なお、本実施例では偏光取得手段6は光学系1と撮像素子2との間の光路上に配置されているが、本発明はこれに限定されない。偏光取得手段6は、撮像素子2より光入射側(被写体側)に配置されればよく、例えば、光学系1より光入射側や、光学系1が複数の光学要素から形成されている場合、複数の光学要素の途中に配置されてもよい。 In the present embodiment, the polarization acquisition means 6 is disposed on the optical path between the optical system 1 and the image sensor 2, but the present invention is not limited to this. The polarization acquisition unit 6 may be disposed on the light incident side (subject side) from the imaging device 2. For example, when the light incident side from the optical system 1 or the optical system 1 is formed of a plurality of optical elements, You may arrange | position in the middle of several optical element.
偏光取得手段6は、λ/4板(第1の位相差板)3、可変位相差板(第2の位相差板)4、および偏光板(偏光子)5を有する。λ/4板3、可変位相差板4、および偏光板5は、各軸が光学系1の光学軸に垂直な面内となるように配置される。また、λ/4板3、可変位相差板4、および偏光板5は、隣接して配置される。 The polarization acquisition means 6 includes a λ / 4 plate (first retardation plate) 3, a variable retardation plate (second retardation plate) 4, and a polarizing plate (polarizer) 5. The λ / 4 plate 3, the variable phase difference plate 4, and the polarizing plate 5 are arranged so that each axis is in a plane perpendicular to the optical axis of the optical system 1. The λ / 4 plate 3, the variable phase difference plate 4, and the polarizing plate 5 are disposed adjacent to each other.
λ/4板3は、延伸フィルムから構成され、入射光の直交する偏光成分間にπ/2(rad)の相対位相差を与える。λ/4板3が与えるπ/2の相対位相差は、不変(固定)である。本実施例では、λ/4板を用いるが、π/2の相対位相差を与えることが可能であれば3λ/4板や可変位相差板であってもよい。 The λ / 4 plate 3 is composed of a stretched film, and gives a relative phase difference of π / 2 (rad) between orthogonally polarized components of incident light. The relative phase difference of π / 2 given by the λ / 4 plate 3 is unchanged (fixed). In this embodiment, a λ / 4 plate is used, but a 3λ / 4 plate or a variable phase difference plate may be used as long as a relative phase difference of π / 2 can be given.
可変位相差板4は、λ/4板3と同様に入射光の直交する偏光成分間に相対位相差(以下、可変位相差板4の位相差という)を変更可能に与える。本実施例では、可変位相差板4は、液晶を用いた素子であり、印加される電圧に応じて可変位相差板4の位相差を変化させる。図2は、可変位相差板4の構成図であり、図中の円形部分は液晶層の拡大図である。可変位相差板4は、基板8、電極層9、および配向膜10によって液晶層11を挟むように構成されている。液晶層11は、VA方式の液晶層(VA液晶層)で、液晶分子12が配向膜10に倣う形で配向している。印加電圧を0[V]、A[V]、B(>A)[V]へと変更させると、液晶分子12の配向角度(チルト角度)は最小値θminから中間値θを経て最大値θmaxに変化する。本実施例では、制御部103は、可変位相差板4に電圧を印加し、液晶分子15のチルト角度θ、すなわち屈折率異方性を制御することで、可変位相差板4の位相差を変化させる。なお、図2の可変位相差板4の構成は一例であり、本発明はこれに限定されない。例えば、チルト角ではなく、配向方向が変化する駆動方式の異なる液晶素子を用いてもよい。また、電気光学効果による屈折率変化を利用する構成、微細構造による複屈折率の格子高さや間隔を精密に制御する構成、またはそれらを組み合わせた構成を用いてもよい。また、可変位相差板4は、板面内で位相差を一様に変化させる構成ではなく、板面内の異なる領域で異なる位相差を生じさせる構成であってもよい。 Similar to the λ / 4 plate 3, the variable phase difference plate 4 gives a changeable relative phase difference (hereinafter referred to as a phase difference of the variable phase difference plate 4) between the orthogonal polarization components of incident light. In this embodiment, the variable phase difference plate 4 is an element using liquid crystal, and changes the phase difference of the variable phase difference plate 4 in accordance with an applied voltage. FIG. 2 is a configuration diagram of the variable retardation plate 4, and a circular portion in the drawing is an enlarged view of the liquid crystal layer. The variable retardation plate 4 is configured so that the liquid crystal layer 11 is sandwiched between the substrate 8, the electrode layer 9, and the alignment film 10. The liquid crystal layer 11 is a VA liquid crystal layer (VA liquid crystal layer), and the liquid crystal molecules 12 are aligned so as to follow the alignment film 10. When the applied voltage is changed to 0 [V], A [V], B (> A) [V], the alignment angle (tilt angle) of the liquid crystal molecules 12 reaches the maximum value from the minimum value θ min through the intermediate value θ. It changes to θ max . In the present embodiment, the control unit 103 applies a voltage to the variable retardation plate 4 and controls the tilt angle θ of the liquid crystal molecules 15, that is, the refractive index anisotropy, thereby changing the phase difference of the variable retardation plate 4. Change. The configuration of the variable phase difference plate 4 in FIG. 2 is an example, and the present invention is not limited to this. For example, liquid crystal elements having different driving methods in which the orientation direction changes instead of the tilt angle may be used. Further, a configuration using a change in refractive index due to the electro-optic effect, a configuration in which the grating height and interval of the birefringence due to a fine structure are precisely controlled, or a configuration combining them may be used. Further, the variable phase difference plate 4 may not be configured to uniformly change the phase difference within the plate surface, but may be configured to generate different phase differences in different regions within the plate surface.
偏光板5は、入射光の偏光成分のうち透過軸方向(透過偏光方向)の成分を透過させる(抽出する)。偏光取得手段6は撮像装置部101に用いられるため、偏光板5は不要光を吸収するタイプの偏光板を用いることが望ましい。不要光を反射するタイプの、例えばワイヤーグリッド偏光子のような偏光板を用いると、カットする側の偏光が反射されその光が迷光やゴーストとなって画像に悪影響を及ぼすため、撮像装置部101の構成としては望ましくない。より好ましくは、ゴーストへの影響を抑えるため、偏光板5は使用波長域全域において、透過軸と直交する方向に振動する偏光のうち50%以上を吸収する特性を有するものが望ましい。このような偏光板としては、例えばヨウ素化合物を含有する樹脂部材を延伸したフィルム等があるが、このような材料に限らず、任意の吸収型偏光板を使用すればよい。 The polarizing plate 5 transmits (extracts) a component in the transmission axis direction (transmission polarization direction) among the polarization components of incident light. Since the polarization acquisition means 6 is used in the imaging device unit 101, it is desirable that the polarizing plate 5 be a type of polarizing plate that absorbs unnecessary light. If a polarizing plate such as a wire grid polarizer, which reflects unnecessary light, is used, the polarized light on the cut side is reflected and the light becomes stray light or ghost, which adversely affects the image. This is not desirable. More preferably, in order to suppress the influence on the ghost, it is desirable that the polarizing plate 5 has a characteristic of absorbing 50% or more of the polarized light that vibrates in the direction orthogonal to the transmission axis in the entire use wavelength range. Examples of such a polarizing plate include a film obtained by stretching a resin member containing an iodine compound. However, the polarizing plate is not limited to such a material, and any absorbing polarizing plate may be used.
なお、使用波長域は、撮像装置部101により取得される波長範囲であり、用途や撮像素子2の波長特性によって選択可能である。本実施例では、使用波長域を可視域(400nm〜700nm)としている。使用波長域は、撮像装置部101の構成に基づいて、可視域(400〜700nm)、近赤外域(700〜1100nm)、および近紫外域(200〜400nm)のうち少なくとも1つの領域を選択するようにすればよい。また、可変位相差板4の設計波長λ(nm)は、適切な特性を有するように、撮像装置部101により取得される使用波長域に応じて選択すればよい。 The used wavelength range is a wavelength range acquired by the imaging device unit 101 and can be selected depending on the application and the wavelength characteristics of the imaging element 2. In this embodiment, the used wavelength range is the visible range (400 nm to 700 nm). Based on the configuration of the imaging device unit 101, the used wavelength range is selected from at least one of the visible range (400 to 700 nm), the near infrared range (700 to 1100 nm), and the near ultraviolet range (200 to 400 nm). What should I do? Further, the design wavelength λ (nm) of the variable phase difference plate 4 may be selected according to the used wavelength range acquired by the imaging device unit 101 so as to have appropriate characteristics.
監視カメラ100では、偏光板5の透過軸方向を固定して可変位相差板4の位相差を時間的に変えながら撮像することで、偏光状態の異なる複数の画像を取得する。制御部103は、撮像素子2と同期して、可変位相差板4の位相差を設定(変更)する。この設定によって撮像素子2が受光する被写体からの光の偏光成分が変化し、制御部103は被写体の偏光情報を有する画像を取得する。制御部103は、取得した複数の画像に基づいて被写体500の偏光情報を取得する。処理部104は、撮像素子2から取得した画像情報および偏光情報に基づいて所定の処理を行い、画像や映像を生成する。表示部105は、処理部104により生成された画像や映像を表示する。 The monitoring camera 100 acquires a plurality of images with different polarization states by fixing the transmission axis direction of the polarizing plate 5 and imaging while changing the phase difference of the variable retardation plate 4 with time. The control unit 103 sets (changes) the phase difference of the variable phase difference plate 4 in synchronization with the image sensor 2. With this setting, the polarization component of the light from the subject received by the image sensor 2 changes, and the control unit 103 acquires an image having the polarization information of the subject. The control unit 103 acquires polarization information of the subject 500 based on the acquired plurality of images. The processing unit 104 performs predetermined processing based on the image information and polarization information acquired from the image sensor 2, and generates an image or video. The display unit 105 displays the image or video generated by the processing unit 104.
以下、偏光板5の透過軸方向を固定して可変位相差板4の位相差を変えながら撮像することで、偏光状態の異なる複数枚の画像を取得する方法について説明する。 Hereinafter, a method of acquiring a plurality of images having different polarization states by imaging while changing the phase difference of the variable retardation plate 4 while fixing the transmission axis direction of the polarizing plate 5 will be described.
まず、図3を参照して、一般的な被写体からの光強度の方位依存性について説明する。図3(a)に示される楕円は、例示的な偏光状態の振幅の方位依存性を示す。φは、偏光方向のx軸方向に対する方位角(度)である。図3(b)は、方位角φを横軸、方位角φのときの図3(a)の楕円半径の2乗である光強度I(φ)を縦軸とした図である。図3(a)の線種の異なる各矢印は、図3(b)の同じ線種の矢印に対応する。図3では、方位角φが45度である偏光成分の光強度が最も強い。そのため、方位角φが45度またはそれと直交する135度である偏光成分を抽出することで、被写体の特徴を最も強調した画像を取得できる。 First, referring to FIG. 3, the orientation dependency of light intensity from a general subject will be described. The ellipse shown in FIG. 3 (a) shows the orientation dependence of the amplitude of an exemplary polarization state. φ is an azimuth angle (degree) with respect to the x-axis direction of the polarization direction. 3B is a diagram in which the azimuth angle φ is the horizontal axis, and the light intensity I (φ) that is the square of the elliptical radius of FIG. 3A when the azimuth angle φ is the vertical axis. Each arrow having a different line type in FIG. 3A corresponds to an arrow having the same line type in FIG. In FIG. 3, the light intensity of the polarization component having the azimuth angle φ of 45 degrees is the strongest. Therefore, by extracting a polarization component having an azimuth angle φ of 45 degrees or 135 degrees orthogonal thereto, it is possible to acquire an image in which the characteristics of the subject are most emphasized.
次に、図4を参照して、偏光板5の透過軸方向を固定し、かつ、可変位相差板4の位相差を一定に設定した場合の偏光取得手段6に入射した入射光の振る舞いについて説明する。図4は、入射光の偏光方向に対する偏光取得手段6の透過率依存性を示す図である。図4では、可変位相差板4の位相差はλ/4に設定されている。偏光取得手段6の透過前後の矢印の方向と長さはそれぞれ、偏光方位と強度である。λ/4板3および可変位相差板4上の破線矢印は遅相軸方向を示し、偏光板5上の破線矢印は透過軸方向を示している。 Next, referring to FIG. 4, the behavior of the incident light incident on the polarization acquisition means 6 when the transmission axis direction of the polarizing plate 5 is fixed and the phase difference of the variable retardation plate 4 is set to be constant. explain. FIG. 4 is a diagram showing the transmittance dependency of the polarization acquisition means 6 with respect to the polarization direction of incident light. In FIG. 4, the phase difference of the variable phase difference plate 4 is set to λ / 4. The directions and lengths of the arrows before and after transmission of the polarization acquisition means 6 are the polarization direction and the intensity, respectively. The broken line arrows on the λ / 4 plate 3 and the variable phase difference plate 4 indicate the slow axis direction, and the broken line arrows on the polarizing plate 5 indicate the transmission axis direction.
λ/4板3および偏光板5は、λ/4板3の遅相軸方向と偏光板5の透過軸方向が平行になるように配置される。ただし、厳密に平行である必要はなく、数度程度ずれていても実質的に平行(略平行)とみなされる。また、可変位相差板4は、遅相軸方向がλ/4板3の遅相軸方向、および偏光板5の透過軸方向に対して反時計回りに45度だけ傾くように配置される。ただし、厳密に45度である必要はなく、数度程度ずれていても実質的に45度(略45度)とみなされる。 The λ / 4 plate 3 and the polarizing plate 5 are arranged so that the slow axis direction of the λ / 4 plate 3 and the transmission axis direction of the polarizing plate 5 are parallel to each other. However, it is not necessary to be strictly parallel, and even if it is shifted by several degrees, it is regarded as substantially parallel (substantially parallel). Further, the variable phase difference plate 4 is arranged such that the slow axis direction is inclined by 45 degrees counterclockwise with respect to the slow axis direction of the λ / 4 plate 3 and the transmission axis direction of the polarizing plate 5. However, it is not necessarily strictly 45 degrees, and even if it is shifted by several degrees, it is regarded as substantially 45 degrees (approximately 45 degrees).
本実施形態では、λ/4板3の遅相軸方向および偏光板5の透過軸方向のx軸方向に対する方位角φ(度)は90度である。ただし、厳密に90度である必要はなく、数度程度ずれていても実質的に90度(略90度)とみなされる。また、可変位相差板4の遅相軸方向のx軸方向に対する方位角φは45度である。ただし、厳密に45度である必要はなく、数度程度ずれていても実質的に45度(略45度)とみなされる。 In this embodiment, the azimuth angle φ (degree) with respect to the x-axis direction of the slow axis direction of the λ / 4 plate 3 and the transmission axis direction of the polarizing plate 5 is 90 degrees. However, it is not necessarily strictly 90 degrees, and even if it is shifted by several degrees, it is regarded as substantially 90 degrees (substantially 90 degrees). Further, the azimuth angle φ of the variable retardation plate 4 with respect to the x-axis direction in the slow axis direction is 45 degrees. However, it is not necessarily strictly 45 degrees, and even if it is shifted by several degrees, it is regarded as substantially 45 degrees (approximately 45 degrees).
なお、λ/4板3および偏光板5は、λ/4板3の進相軸方向と偏光板5の透過軸方向がy軸方向と平行になるように配置されてもよい。この場合、可変位相差板4は、進相軸方向がλ/4板3の進相軸方向、および偏光板5の透過軸方向に対して時計回りに45度だけ傾くように配置される。 The λ / 4 plate 3 and the polarizing plate 5 may be arranged so that the fast axis direction of the λ / 4 plate 3 and the transmission axis direction of the polarizing plate 5 are parallel to the y-axis direction. In this case, the variable retardation plate 4 is arranged such that the fast axis direction is inclined by 45 degrees clockwise with respect to the fast axis direction of the λ / 4 plate 3 and the transmission axis direction of the polarizing plate 5.
図4(a)は、方位角φが90度である偏光成分が入射した場合を示している。この場合、入射光は、偏光方向がλ/4板3の遅相軸方向と平行であるため位相変化を受けずにλ/4板3を透過する。λ/4板3を透過した光は、可変位相差板4により右円偏光に変換されるため、偏光板5を透過すると入射光に対し約50%の強度の直線偏光となる。 FIG. 4A shows a case where a polarization component having an azimuth angle φ of 90 degrees is incident. In this case, since the polarization direction is parallel to the slow axis direction of the λ / 4 plate 3, the incident light is transmitted through the λ / 4 plate 3 without undergoing a phase change. Since the light transmitted through the λ / 4 plate 3 is converted into right circularly polarized light by the variable phase difference plate 4, when passing through the polarizing plate 5, it becomes linearly polarized light having an intensity of about 50% with respect to the incident light.
図4(b)は、方位角φが45度である偏光成分が入射した場合を示している。この場合、入射光は、λ/4板3により左円偏光に変換される。λ/4板3を透過した光は、可変位相差板4により偏光方向の方位角φが90度の直線偏光に変換され偏光板5の透過軸方向と平行となるため、偏光板5をほぼ損失なく透過する。 FIG. 4B shows a case where a polarized component having an azimuth angle φ of 45 degrees is incident. In this case, incident light is converted into left circularly polarized light by the λ / 4 plate 3. The light transmitted through the λ / 4 plate 3 is converted into linearly polarized light having an azimuth angle φ of 90 degrees in the polarization direction by the variable retardation plate 4 and parallel to the transmission axis direction of the polarizing plate 5. Transmits without loss.
図4(c)は、方位角φが0度である偏光成分が入射した場合を示している。この場合、入射光は、偏光方向がλ/4板3の遅相軸方向と直交するため位相変化を受けずにλ/4板3を透過する。λ/4板3を透過した光は、可変位相差板4により左円偏光に変換されるため、偏光板5を透過すると入射光に対し約50%の強度の直線偏光となる。 FIG. 4C shows a case where a polarized component having an azimuth angle φ of 0 degrees is incident. In this case, since the polarization direction is orthogonal to the slow axis direction of the λ / 4 plate 3, the incident light is transmitted through the λ / 4 plate 3 without undergoing a phase change. Since the light transmitted through the λ / 4 plate 3 is converted into left circularly polarized light by the variable phase difference plate 4, when it passes through the polarizing plate 5, it becomes linearly polarized light having an intensity of about 50% with respect to the incident light.
図4(d)は、方位角φが135度である偏光成分が入射した場合を示している。この場合、入射光は、λ/4板3により右円偏光に変換される。λ/4板3を透過した光は、可変位相差板4により偏光方向の方位角φが0度の直線偏光に変換され偏光板5の透過軸方向と直交するため、偏光板5をほぼ透過しない。 FIG. 4D shows a case where a polarized light component having an azimuth angle φ of 135 degrees is incident. In this case, incident light is converted into right circularly polarized light by the λ / 4 plate 3. The light transmitted through the λ / 4 plate 3 is converted into linearly polarized light having an azimuth angle φ of 0 degree in the polarization direction by the variable retardation plate 4 and is orthogonal to the transmission axis direction of the polarizing plate 5. do not do.
したがって、可変位相差板4の位相差がλ/4である場合、偏光取得手段6への入射光の偏光成分のうち、方位角φが45度である偏光成分の透過率が最大になる。以降、偏光取得手段6への入射光の偏光成分のうち透過率が最大になる偏光成分のx軸方向に対する角度(最大透過角)をφo(度)とする。 Therefore, when the phase difference of the variable retardation plate 4 is λ / 4, the transmittance of the polarization component having the azimuth angle φ of 45 degrees among the polarization components of the incident light to the polarization acquisition means 6 is maximized. Hereinafter, the angle (maximum transmission angle) with respect to the x-axis direction of the polarization component having the maximum transmittance among the polarization components of the incident light to the polarization acquisition means 6 is defined as φo (degree).
本実施例では、監視カメラ100は、可変位相差板4の位相差を電気的制御で変化させることで、入射光の偏光成分のうち透過率が最大になる成分の最大透過角φoを変化させる。これによって、偏光板5の透過軸を固定しながら、複数の偏光成分についての偏光情報を取得することができる。 In the present embodiment, the monitoring camera 100 changes the maximum transmission angle φo of the component having the maximum transmittance among the polarization components of the incident light by changing the phase difference of the variable phase difference plate 4 by electrical control. . Thereby, polarization information about a plurality of polarization components can be acquired while fixing the transmission axis of the polarizing plate 5.
図5は、可変位相差板4の位相差ごとの入射光の偏光成分の方位角φと偏光取得手段6の透過率T(φ)の関係図である。図中の線(A)〜(D)はそれぞれ、可変位相差板4の位相差が0、λ/4、λ/2、3λ/4に設定された場合を示している。例えば、線(A)では、方位角φが90度のときに透過率T(φ)が100%となっており、最大透過角φoは90度となる。 FIG. 5 is a relationship diagram between the azimuth angle φ of the polarization component of incident light for each phase difference of the variable phase difference plate 4 and the transmittance T (φ) of the polarization acquisition means 6. Lines (A) to (D) in the figure show cases where the phase difference of the variable phase difference plate 4 is set to 0, λ / 4, λ / 2, and 3λ / 4, respectively. For example, in the line (A), when the azimuth angle φ is 90 degrees, the transmittance T (φ) is 100%, and the maximum transmission angle φo is 90 degrees.
図6は、可変位相差板4の位相差に対応する最大透過角φoの偏光成分の状態変化図である。λ/4板3および可変位相差板4上の破線矢印は遅相軸方向を示し、偏光板5上の破線矢印は透過軸方向を示している。図6(a)では、可変位相差板4の位相差は0に設定されており、最大透過角φoは90度である。図6(b)では、可変位相差板4の位相差はλ/4に設定されており、最大透過角φoは45度である。図6(c)では、可変位相差板4の位相差はλ/2に設定されており、最大透過角φoは0度である。図6(d)では、可変位相差板4の位相差は3λ/4に設定されており、最大透過角φoは135度である。 FIG. 6 is a state change diagram of the polarization component of the maximum transmission angle φo corresponding to the phase difference of the variable phase difference plate 4. The broken line arrows on the λ / 4 plate 3 and the variable phase difference plate 4 indicate the slow axis direction, and the broken line arrows on the polarizing plate 5 indicate the transmission axis direction. In FIG. 6A, the phase difference of the variable phase difference plate 4 is set to 0, and the maximum transmission angle φo is 90 degrees. In FIG. 6B, the phase difference of the variable phase difference plate 4 is set to λ / 4, and the maximum transmission angle φo is 45 degrees. In FIG. 6C, the phase difference of the variable phase difference plate 4 is set to λ / 2, and the maximum transmission angle φo is 0 degree. In FIG. 6D, the phase difference of the variable phase difference plate 4 is set to 3λ / 4, and the maximum transmission angle φo is 135 degrees.
換言すれば、図6(a)〜図6(d)のいずれの状態においても、入射光がλ/4板3と可変位相差板4を透過することで、入射光の所望の偏光成分は、偏光板5の透過軸方向と平行な直線偏光となり、偏光板5をほぼ損失なく透過する。さらに換言すれば、偏光取得手段6は、入射光の偏光成分のうち所望の偏光成分の方向を偏光板5の透過軸方向へ回転させ、所望の偏光成分をほぼ損失なく撮像素子2に導く。 In other words, in any state of FIG. 6A to FIG. 6D, the incident light passes through the λ / 4 plate 3 and the variable phase difference plate 4, so that the desired polarization component of the incident light is The linearly polarized light becomes parallel to the transmission axis direction of the polarizing plate 5 and passes through the polarizing plate 5 with almost no loss. In other words, the polarization acquisition means 6 rotates the direction of the desired polarization component of the polarization components of the incident light in the direction of the transmission axis of the polarizing plate 5 and guides the desired polarization component to the image sensor 2 with almost no loss.
また、λ/4板3と可変位相差板4の遅相軸、および可変位相差板4の遅相軸と偏光板5の透過軸がそれぞれ45度をなしているため、入射光の持つ位相情報の影響は最小限となる。例えば、完全な円偏光が入射した場合にはλ/4板3により可変位相差板4の遅相軸と平行な方位角45度の直線偏光となるため、偏光取得手段6の透過率は可変位相差板4の位相差に関係なく偏光取得手段6の透過率は一定となる。楕円偏光の場合は、入射偏光の強度の方位依存性に応じた値が求められるため、強度についての情報は取得できる。 In addition, since the slow axis of the λ / 4 plate 3 and the variable phase difference plate 4 and the slow axis of the variable phase difference plate 4 and the transmission axis of the polarizing plate 5 are each 45 degrees, the phase of the incident light The impact of information is minimal. For example, when complete circularly polarized light is incident, the λ / 4 plate 3 becomes linearly polarized light having an azimuth angle of 45 degrees parallel to the slow axis of the variable phase difference plate 4, and thus the transmittance of the polarization acquisition means 6 is variable. Regardless of the phase difference of the phase difference plate 4, the transmittance of the polarization acquisition means 6 is constant. In the case of elliptically polarized light, a value corresponding to the orientation dependency of the intensity of incident polarized light is obtained, so that information on the intensity can be acquired.
また、制御部103は、入射光について光強度が最大となる偏光成分を求めるために、撮像素子2からの入力値を偏光成分の強度として、入射光の光強度の方位依存性に対して適切な関数(例えば、Sin関数)で解析する。方位角φi(度)の偏光成分の光強度I(φi)、光強度I(φi)に対する可変位相差板4の位相差Δj(nm)での偏光取得手段6の透過率Tij、位相差Δjにおける入射光の全偏光成分の透過光強度Tjは、以下の行列式(1)を満足する。 In addition, the control unit 103 uses the input value from the image sensor 2 as the polarization component intensity to determine the polarization component that maximizes the light intensity of the incident light, and is appropriate for the orientation dependency of the light intensity of the incident light. Analysis with a simple function (for example, Sin function). The transmittance T ij of the polarization acquisition means 6 at the phase difference Δj (nm) of the variable phase difference plate 4 with respect to the light intensity I (φ i ) and the light intensity I (φ i ) of the polarization component at the azimuth angle φi (degree), The transmitted light intensity T j of all the polarization components of the incident light at the phase difference Δj satisfies the following determinant (1).
透過光強度Tjの添え字jは位相差Δjに対応し、各位相差が入射光の一方向の偏光成分にそれぞれ対応する。また、透過率Tijは、入射する直線偏光の振動方向と偏光取得手段6の構成が決まれば一意に求められる。よって、制御部103は、あらかじめ透過率Tijを取得した上で、位相差Δjを変えて取得できる透過光強度Tjを、入射光の偏光成分の振動方向に対する透過光強度プロットとして解析することで入射光の光強度の方位依存性を求めることができる。 The subscript j of the transmitted light intensity Tj corresponds to the phase difference Δj, and each phase difference corresponds to a polarization component in one direction of the incident light. Further, the transmittance Tij is uniquely obtained if the vibration direction of the incident linearly polarized light and the configuration of the polarization acquisition means 6 are determined. Therefore, the control unit 103 obtains the transmittance Tij in advance and analyzes the transmitted light intensity Tj that can be obtained by changing the phase difference Δj as a transmitted light intensity plot with respect to the vibration direction of the polarization component of the incident light. The orientation dependency of the light intensity of light can be obtained.
以上の方法を用いて、監視カメラ100は、素子を回転駆動させることなく可変位相差板4を電気的に駆動することで光強度の方位依存性の情報を取得することが可能となる。 Using the above method, the monitoring camera 100 can acquire information on the azimuth dependence of light intensity by electrically driving the variable retardation plate 4 without rotationally driving the element.
以下、本実施例の構成について、具体的なデータを当てはめて説明する。λ/4板3や可変位相差板4の位相差について、λを被視感度の高い波長550nmとする。また、可変位相差板4は、4つの位相差Δ(0、λ/4、λ/2、3λ/4)(nm)を与える。表1に、可変位相差板4の各位相差に対応する振動方向の異なる直線偏光に対する透過率、すなわち式(1)の透過率[Tij]を表す。表1のφiは、入射偏光の振動方向がx軸方向となす角度を表し、数値は画像表示素子の中心付近の値であり、入射角15度の入射光束の偏光特性が平均化された値として取得される。また、各位相差Δの最大透過角φ0を表1の最下行に示す。例えば、位相差Δがλ/4の可変位相差板4を透過後の偏光状態は、図4に示される状態である。そのため、角度φiが45度のとき最も高い透過率となり、それと直交する角度φiが135度のとき最も小さい透過率となる。また、波長550nmにおける最大透過角φ0と位相差ψ(度)の関係は、φ0=−ψ/2+90と表すことができる。なお、他の波長に対しては、可変位相差板4の波長分散に応じて最大透過角φoが変化するが、可変位相差板4の分散特性が既知であれば、任意の波長に対して最大透過角φoを求めることができる。 Hereinafter, the configuration of the present embodiment will be described by applying specific data. Regarding the phase difference between the λ / 4 plate 3 and the variable retardation plate 4, λ is set to a wavelength of 550 nm with high visibility. The variable phase difference plate 4 gives four phase differences Δ (0, λ / 4, λ / 2, 3λ / 4) (nm). Table 1 shows the transmittance for linearly polarized light having different vibration directions corresponding to each phase difference of the variable retardation plate 4, that is, the transmittance [T ij ] of the equation (1). Φi in Table 1 represents an angle formed by the vibration direction of the incident polarized light with respect to the x-axis direction. The numerical value is a value near the center of the image display element, and is a value obtained by averaging the polarization characteristics of the incident light flux with an incident angle of 15 degrees. Get as. The maximum transmission angle φ 0 of each phase difference Δ is shown in the bottom row of Table 1. For example, the polarization state after passing through the variable retardation plate 4 having a phase difference Δ of λ / 4 is the state shown in FIG. Therefore, the highest transmittance is obtained when the angle φi is 45 degrees, and the smallest transmittance is obtained when the angle φi orthogonal to the angle φi is 135 degrees. The relationship between the maximum transmission angle φ 0 and the phase difference ψ (degrees) at a wavelength of 550 nm can be expressed as φ 0 = −ψ / 2 + 90. For other wavelengths, the maximum transmission angle φo changes according to the chromatic dispersion of the variable phase difference plate 4. However, if the dispersion characteristics of the variable phase difference plate 4 are known, for any wavelength, The maximum transmission angle φo can be obtained.
次に、図3に示した偏光成分の光が入射した場合を例に、入射する偏光の強度の方位依存性を見積もる方法を示す。まず、図3(b)から、各方位φにおける偏光の強度はI(0)=0.75、I(45)=1.0、I(90)=0.75、I(135)=0.5と読み取ることができる。式(1)に従いこの4つの入射偏光の強度を[I(φj)]として、表1の透過率[Tij]との積を取ると、[Tj]は次のようになる。T(j=0,Δ=0)=1.500、T(j=1,Δ=λ/4)=1.746、T(j=2,Δ=λ/2)=1.500、T(j=3,Δ=3λ/4)=1.250。最大値で規格化すると、T’(j=0)=0.859、T’(j=1)=1.000、T’(j=2)=0.861、T’(j=3)=0.716となる。 Next, a method for estimating the azimuth dependency of the intensity of incident polarized light will be described by taking as an example the case where light of the polarization component shown in FIG. 3 is incident. First, from FIG. 3B, the intensity of the polarized light in each azimuth φ is I (0) = 0.75, I (45) = 1.0, I (90) = 0.75, I (135) = 0. .5. Taking the product of the intensity of these four incident polarized lights as [I (φ j )] and the transmittance [T ij ] in Table 1 according to equation (1), [T j ] is as follows. T (j = 0, Δ = 0) = 1.500, T (j = 1, Δ = λ / 4) = 1.746, T (j = 2, Δ = λ / 2) = 1.500, T (J = 3, Δ = 3λ / 4) = 1.250. When normalized by the maximum value, T ′ (j = 0) = 0.858, T ′ (j = 1) = 1.000, T ′ (j = 2) = 0.661, T ′ (j = 3) = 0.716.
ここで、j=0、1、2、3に対する最大透過角φoはそれぞれ90度、45度、0度、135度であるので、jをφoに直した上で規格化後の透過光強度T’(φo)を光強度I(φ)に重ねてプロットしたグラフを図7(a)に示す。図7(a)の□で示されるプロットは偏光板5の透過軸方向を最大透過角φoとしたときに得られる光強度を示し、○で示されるプロットは偏光取得手段6により得られる光強度を示す。どちらのデータからも光強度が最大となる偏光成分の方位角が45度であることが、I(φ)=A+B*Sin2(φ―φ0)として最小2乗法等によるA,B,φ0のフィッティングから得られる。しかしながら、○で示されるプロットには光強度に比べてオフセットが多く乗っている。このオフセット分は、偏光情報取得過程における消光比の低下に起因するものであり、例えば、規格化後の透過率T’の最小値をT(φ)から減算した後に、再度規格化することで簡易的にある程度キャンセルすることが可能である。この処理を施した後の図7(a)と同様のグラフを図7(b)に示す。図7(b)の各プロットは、図7(a)に準拠している。図7(b)では、図7(a)に比べて入射強度のプロットを反映したデータが得られている。 Here, since the maximum transmission angles φo for j = 0, 1, 2, and 3 are 90 degrees, 45 degrees, 0 degrees, and 135 degrees, respectively, the transmitted light intensity T after normalization after j is corrected to φo A graph in which '(φo) is superimposed on the light intensity I (φ) and plotted is shown in FIG. The plot indicated by □ in FIG. 7A shows the light intensity obtained when the transmission axis direction of the polarizing plate 5 is the maximum transmission angle φo, and the plot indicated by ◯ is the light intensity obtained by the polarization acquisition means 6. Indicates. From both data, the fact that the azimuth angle of the polarization component with the maximum light intensity is 45 degrees indicates that A, B, φ by the least square method or the like as I (φ) = A + B * Sin 2 (φ−φ 0 ). Obtained from zero fitting. However, the plot indicated by ○ has more offset than the light intensity. This offset amount is due to a decrease in the extinction ratio in the polarization information acquisition process. For example, after subtracting the minimum value of the transmittance T ′ after normalization from T (φ), it is normalized again. It is possible to easily cancel to some extent. FIG. 7B shows a graph similar to FIG. 7A after this processing. Each plot of FIG.7 (b) is based on Fig.7 (a). In FIG. 7B, data reflecting a plot of incident intensity is obtained as compared to FIG. 7A.
本実施例では、可変位相差板4の位相差を0から3λ/4まで、λ/4刻みで4つの値に設定しているが、取得する偏光情報に応じて、単一の値、2値、または3値に設定してもよい。例えば、撮像装置を固定した状態で一度偏光情報を取得した場合や、偏光依存性の最大強度および最小強度の方位がある程度既知の場合には、その状態のみを撮像すればよいため、単一の値でも必要な偏光情報を有する画像が得られる場合がある。ただし、解析の容易性などから可変位相差板4の位相差はλ/4の整数倍となるように撮像することが望ましい。 In this embodiment, the phase difference of the variable phase difference plate 4 is set to four values from 0 to 3λ / 4 in increments of λ / 4. However, according to the polarization information to be acquired, a single value, 2 A value or a ternary value may be set. For example, when the polarization information is acquired once in a state where the imaging device is fixed, or when the orientation of the polarization-dependent maximum intensity and minimum intensity is known to some extent, only that state needs to be imaged. An image having necessary polarization information may be obtained even with a value. However, it is desirable to pick up an image so that the phase difference of the variable retardation plate 4 is an integral multiple of λ / 4 for ease of analysis.
また、監視カメラ100が取得した画像は、画像処理等の演算処理を経ることなく、そのまま画像として出力してもよい。可変位相差板4の位相差は、例えば、撮像素子2に導く被写体からの光の偏光成分をフォーカス時にあらかじめ取得し、適切な偏光状態が取得されるように設定してもよい。あらかじめ被写体の偏光状態を取得していなくても、事前に特定(1つまたは複数)の偏光状態を連続して取得するように設定してもよい。 Further, the image acquired by the monitoring camera 100 may be output as it is without undergoing arithmetic processing such as image processing. The phase difference of the variable phase difference plate 4 may be set so that, for example, a polarization component of light from the subject guided to the image sensor 2 is acquired in advance and an appropriate polarization state is acquired. Even if the polarization state of the subject is not acquired in advance, the specific (one or more) polarization state may be acquired in advance.
また、異なる偏光情報を有する画像間で演算処理を行うことで、画素単位で被写体の特徴をより強調した画像を取得することができる。例えば、取得したデータのうち最も光強度の小さい値のみで画像を生成すると、生成された画像では水面や路面からの反射光が排除される。車載カメラではフロントガラスの移りこみによる画像の劣化が問題であるが、取得した偏光情報に基づいて反射光を排除した最適な偏光方位の画像を表示することで路面状況などの誤認識を防ぐことができる。なお、偏光の光強度の値とは、偏光取得手段6で得られた画像の直接の値でもよいし、偏光解析からの内挿または外挿の値でもよい。内挿、外挿とは、得られた偏光強度の差を強調または抑制するように、解析結果からの推定値を用いることを意味する。 Further, by performing arithmetic processing between images having different polarization information, it is possible to acquire an image in which the characteristics of the subject are more emphasized in units of pixels. For example, when an image is generated using only the smallest value of the acquired data, reflected light from the water surface or road surface is excluded from the generated image. In-vehicle cameras have a problem of image degradation due to the movement of the windshield, but prevent misrecognition of road surface conditions by displaying an image with the optimal polarization direction that excludes reflected light based on the acquired polarization information. Can do. Note that the value of the light intensity of the polarized light may be a direct value of the image obtained by the polarization acquisition unit 6 or may be an interpolation value or an extrapolation value from the polarization analysis. Interpolation and extrapolation mean using an estimated value from an analysis result so as to emphasize or suppress the difference in polarization intensity obtained.
また、入射光面に平行な偏光成分であるP偏光成分と、垂直な成分であるS偏光成分から定義される偏光度を取得することで、平面内の材質の違い(境界部)を認識することができ、監視対象物の画像正確度を向上することができる。なお、偏光度とは入射角や屈折率によって変化する値であり、式(2)で定義される。 Also, by acquiring the degree of polarization defined by the P-polarized light component that is parallel to the incident light surface and the S-polarized light component that is perpendicular, the difference in material (boundary part) in the plane is recognized. And the image accuracy of the monitoring object can be improved. The degree of polarization is a value that varies depending on the incident angle and the refractive index, and is defined by Expression (2).
偏光度=(P偏光成分−S偏光成分)/(P偏光成分+S偏光成分) (2)
このように被写体の物体情報を光学的に取得することで、その特徴量を強調または抑制した画像を生成することが可能となる。また、これらの組合せにより、撮影者の意図に合った画像を生成することが可能となる。さらには、画像の領域ごとに異なる偏光情報もしくは強調効果を持たせた画像を生成してもよい。例えば、主たる被写体と背景(例えば空など)に対して異なる偏光状態の画像を組み合わせることで、背景の色が均一化された画像や背景と主被写体それぞれを強調した画像を取得することができる。他にも被写体の偏光の強度依存性を利用した様々な処理を行うことにより、目的に則した画像を取得することができる。
Polarization degree = (P polarization component−S polarization component) / (P polarization component + S polarization component) (2)
As described above, by acquiring the object information of the subject optically, it is possible to generate an image in which the feature amount is emphasized or suppressed. Moreover, it becomes possible to produce | generate the image suitable for a photographer's intention by these combinations. Furthermore, you may produce | generate the image which gave different polarization | polarized-light information or the emphasis effect for every area | region of an image. For example, by combining images of different polarization states with respect to the main subject and the background (for example, the sky), it is possible to acquire an image with a uniform background color or an image in which the background and the main subject are emphasized. In addition, an image in accordance with the purpose can be acquired by performing various processes using the polarization intensity dependency of the subject.
本実施例では、図8を参照して、光学ローパスフィルタ等が配置された場合に生じる影響を考慮した監視カメラ200について説明する。図8は、本実施例の監視カメラ200の構成図である。監視カメラ200は、光学系1、撮像素子2および偏光取得手段6を備える撮像装置部201と、制御部103、処理部104および表示部105を備える本体部202と、を有する。実施例1と重複する構成については、説明を省略する。 In the present embodiment, a monitoring camera 200 that takes into account the influence that occurs when an optical low-pass filter or the like is arranged will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a configuration diagram of the monitoring camera 200 of the present embodiment. The monitoring camera 200 includes an imaging device unit 201 that includes the optical system 1, the imaging device 2, and the polarization acquisition unit 6, and a main body unit 202 that includes a control unit 103, a processing unit 104, and a display unit 105. The description of the same components as those in the first embodiment is omitted.
一般に、デジタル一眼レフカメラ等の撮像装置では、モアレや偽色防止のため撮像素子の近傍に光学ローパスフィルタが配置される。実施例1で説明した構成を用いても、撮像素子2の手前に光学ローパスフィルタが配置された場合やオートフォーカス手段に偏光依存性が存在する場合、被写体の偏光情報が正しく取得できない場合がある。また、偏光取得手段6を単に光学ローパスフィルタとレンズの間に配置すると、偏光取得手段6の影響により光学ローパスフィルタとしての所望の効果が得られない場合がある。 In general, in an imaging apparatus such as a digital single-lens reflex camera, an optical low-pass filter is disposed in the vicinity of the imaging element in order to prevent moire and false colors. Even when the configuration described in the first embodiment is used, when an optical low-pass filter is disposed in front of the image sensor 2 or when there is polarization dependency in the autofocus unit, the polarization information of the subject may not be acquired correctly. . If the polarization acquisition unit 6 is simply disposed between the optical low-pass filter and the lens, a desired effect as the optical low-pass filter may not be obtained due to the influence of the polarization acquisition unit 6.
撮像装置部201は、光学ローパスフィルタ17を有する。光学ローパスフィルタ17には、複屈折媒質が複数層積層されたものや偏光回折素子などの偏光特性を利用したものが用いられる。 The imaging device unit 201 includes an optical low-pass filter 17. As the optical low-pass filter 17, a multi-layered birefringent medium or a polarizing diffraction element or the like using polarization characteristics is used.
上述のような光学ローパスフィルタ等が配置された場合に生じる弊害に対し、本実施例では、偏光板5と光学ローパスフィルタ17の間にアクロマチックλ/4板16(アクロマチック位相差板、第3の位相差板)を挿入し円偏光に変換する。通常のλ/4板を挿入することとしてもよいが、λ/4板には波長分散があり可視光全域で均一な円偏光とならず、波長による位相ズレが色の変化として画像に表れる可能性がある。そのため、挿入するλ/4板としては、使用波長である可視波長帯域において位相差が最小となるように設計されたアクロマチックλ/4板が望ましい。 In the present embodiment, in contrast to the adverse effects caused when the above-described optical low-pass filter or the like is arranged, in this embodiment, an achromatic λ / 4 plate 16 (achromatic phase difference plate, second optical plate) is provided between the polarizing plate 5 and the optical low-pass filter 17. 3 retardation plate) is inserted and converted into circularly polarized light. A normal λ / 4 plate may be inserted, but the λ / 4 plate has wavelength dispersion and does not become uniform circularly polarized light over the entire visible light range, and the phase shift due to the wavelength may appear in the image as a color change. There is sex. Therefore, as the λ / 4 plate to be inserted, an achromatic λ / 4 plate designed so as to minimize the phase difference in the visible wavelength band that is the used wavelength is desirable.
上記効果に加えて、本実施例では、アクロマチックλ/4板16を挿入することで、偏光板5が撮像素子2で反射される迷光をカットすることができる。そのため、より高精度に被写体の偏光情報を取得することができる。 In addition to the above effects, in the present embodiment, stray light reflected by the imaging element 2 can be cut by inserting the achromatic λ / 4 plate 16. Therefore, the polarization information of the subject can be acquired with higher accuracy.
また、それ以外の対策として、光学ローパスフィルタ17の最も偏光取得手段6に近い層(積層構造となっている場合)の光分離方向と偏光板5の透過軸方向とが45度をなすように配置してもよい。この場合も、光学ローパスフィルタの特性、偏光取得手段6の特性、および迷光の抑制効果を両立できる。いずれの対策を用いてもよいが、後者の方が簡易である。 As another countermeasure, the light separation direction of the layer (in the case of a laminated structure) closest to the polarization acquisition means 6 of the optical low-pass filter 17 and the transmission axis direction of the polarizing plate 5 form 45 degrees. You may arrange. Also in this case, the characteristics of the optical low-pass filter, the characteristics of the polarization acquisition means 6, and the stray light suppressing effect can be achieved. Either measure can be used, but the latter is simpler.
図9は、本発明の監視カメラ100または監視カメラ200の一形態である車載カメラ300を搭載した車両の斜視図である。車載カメラ300は、光学系1、撮像素子2および偏光取得手段6を備える撮像装置部301と、制御部103、処理部104および表示部105を備える本体部302と、を有する。車載カメラ300は、解像度や色情報を落とすことなく、偏光情報を取得し、走行中の周辺状況を正確に検知することで安全な運転環境を実現することができる。 FIG. 9 is a perspective view of a vehicle equipped with an in-vehicle camera 300 that is one form of the surveillance camera 100 or the surveillance camera 200 of the present invention. The in-vehicle camera 300 includes an imaging device unit 301 including the optical system 1, the imaging element 2, and the polarization acquisition unit 6, and a main body unit 302 including the control unit 103, the processing unit 104, and the display unit 105. The in-vehicle camera 300 can realize a safe driving environment by acquiring polarization information without accurately reducing resolution and color information and accurately detecting a surrounding situation during traveling.
図10は、本発明の監視カメラ100または監視カメラ200の一形態であるネットワークカメラ(監視用ネットワークカメラ)400を示す斜視図である。ネットワークカメラ400は、光学系1、撮像素子2および偏光取得手段6を備える撮像装置部401と、制御部103、処理部104および表示部105を備える本体部402と、を有する。ネットワークカメラ400は、解像度や色情報を落とすことなく、偏光情報を取得し、監視対象となる周辺状況を正確に検知(侵入者や不審者の検知や事故や災害の検知)することで防犯や防災に効果的である。 FIG. 10 is a perspective view showing a network camera (monitoring network camera) 400 which is an embodiment of the monitoring camera 100 or the monitoring camera 200 of the present invention. The network camera 400 includes an imaging device unit 401 that includes the optical system 1, the imaging device 2, and the polarization acquisition unit 6, and a main body unit 402 that includes a control unit 103, a processing unit 104, and a display unit 105. The network camera 400 acquires polarization information without reducing resolution and color information, and accurately detects the surrounding situation to be monitored (detection of intruders and suspicious persons, detection of accidents and disasters) It is effective for disaster prevention.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。本実施形態では、監視カメラの例として、車載カメラと監視用ネットワークカメラについて説明したが、本発明はこれらに限定されない。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary. In the present embodiment, the in-vehicle camera and the monitoring network camera have been described as examples of the monitoring camera, but the present invention is not limited to these.
なお、可変位相差板4の位相差に示されるλは、一般的な撮像装置の使用波長域は可視域(400〜700nm)であるため、そのような波長であればよく、例えば中心波長550nmとすればよい。または、使用波長域が赤外域(700nm〜1100nm)の場合は赤外域内の波長であればよく、例えば波長900nmとすればよい。その両方を含む場合には、可視域または赤外域内の波長であればよく、例えば波長750nmとすればよい。 Note that λ indicated by the phase difference of the variable phase difference plate 4 is a visible wavelength (400 to 700 nm) in a general imaging apparatus, and therefore may be such a wavelength. For example, the center wavelength is 550 nm. And it is sufficient. Or when a use wavelength range is an infrared region (700 nm-1100 nm), what is necessary is just a wavelength in an infrared region, for example, what is necessary is just to be wavelength 900nm. When both are included, the wavelength may be in the visible range or the infrared range, for example, the wavelength may be 750 nm.
2 撮像素子
3 λ/4板(第1の位相差板)
4 可変位相差板(第2の位相差板)
5 偏光板(偏光子)
100 監視カメラ
103 制御部(設定手段)
104 処理部
200 監視カメラ
300 車載カメラ
400 ネットワークカメラ
500 被写体
2 Image sensor 3 λ / 4 plate (first retardation plate)
4 Variable phase difference plate (second phase difference plate)
5 Polarizing plate (polarizer)
100 monitoring camera 103 control unit (setting means)
104 processing unit 200 surveillance camera 300 vehicle-mounted camera 400 network camera 500 subject
Claims (19)
遅相軸方向の偏光成分と進相軸方向の偏光成分との間にπ/2の相対位相差を与える第1の位相差板と、
遅相軸方向の偏光成分と進相軸方向の偏光成分との間に与える相対位相差を変更可能な第2の位相差板と、
前記撮像素子に導く偏光成分を抽出する偏光子と、
前記第2の位相差板の相対位相差を設定する設定手段と、
前記撮像素子の出力に基づいて映像を生成する処理部と、を有し、
前記第1の位相差板、前記第2の位相差板、および前記偏光子は、前記被写体の側から前記撮像素子の側へ順に配置され、
前記第2の位相差板は、遅相軸方向または進相軸方向が、前記第1の位相差板の遅相軸方向または進相軸方向に対して傾いており、
前記設定手段は、前記被写体からの光の偏光成分に応じて、前記第2の位相差板の相対位相差を変更し、
前記処理部は、フレームレートが0.01fpsより大きい映像を生成することを特徴とする撮像装置。 An image sensor that receives light from the subject;
A first retardation plate that provides a relative phase difference of π / 2 between the polarization component in the slow axis direction and the polarization component in the fast axis direction;
A second retardation plate capable of changing a relative phase difference applied between the polarization component in the slow axis direction and the polarization component in the fast axis direction;
A polarizer for extracting a polarization component guided to the image sensor;
Setting means for setting a relative phase difference of the second retardation plate;
A processing unit that generates a video based on the output of the imaging device,
The first retardation plate, the second retardation plate, and the polarizer are sequentially arranged from the subject side to the imaging element side,
In the second phase difference plate, the slow axis direction or the fast axis direction is inclined with respect to the slow axis direction or the fast axis direction of the first phase difference plate,
The setting means changes a relative phase difference of the second retardation plate according to a polarization component of light from the subject,
The image processing apparatus, wherein the processing unit generates an image having a frame rate greater than 0.01 fps.
前記第1の位相差板、前記第2の位相差板、および前記偏光子は、隣接して配置されることを特徴とする請求項1から8のうちいずれか1項に記載の撮像装置。 The second retardation plate is composed of one retardation plate,
The imaging device according to any one of claims 1 to 8, wherein the first retardation plate, the second retardation plate, and the polarizer are arranged adjacent to each other.
前記設定手段は、前記第2の位相差板に印加する電圧を設定することを特徴とする請求項1から9のうちいずれか1項に記載の撮像装置。 The second retardation plate is a retardation plate using liquid crystal,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the setting unit sets a voltage to be applied to the second retardation plate.
前記光学ローパスフィルタの最も前記偏光子の側の層による光分離方向は、前記偏光子が抽出する方向から45度だけ傾いていることを特徴する請求項1から11のうちいずれか1項に記載の撮像装置。 An optical low-pass filter composed of a plurality of layers is further provided between the imaging element and the polarizer, and the light separation direction by the layer closest to the polarizer of the optical low-pass filter is a direction in which the polarizer extracts. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the image pickup apparatus is tilted by 45 degrees.
前記光学ローパスフィルタと前記偏光子との間に、遅相軸方向と進相軸方向の偏光成分の間にπ/2の相対位相差を与える第3の位相差板を有し、
前記第3の位相差板の遅相軸方向または進相軸方向は、前記偏光子が抽出する方向から45度だけ傾いていることを特徴とする請求項1から11のうちいずれか1項に記載の撮像装置。 An optical low-pass filter is further provided between the image sensor and the polarizer,
A third retardation plate that provides a relative phase difference of π / 2 between the polarization component in the slow axis direction and the fast axis direction between the optical low-pass filter and the polarizer;
The slow axis direction or the fast axis direction of the third phase difference plate is inclined by 45 degrees from the direction of extraction by the polarizer, according to any one of claims 1 to 11. The imaging device described.
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging apparatus is an in-vehicle camera.
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| KR102281517B1 (en) * | 2020-03-11 | 2021-07-26 | 컴레이저(주) | Camera module with automatic change of filter |
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