CN106067949A - 摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摄像装置，通过简单的快门控制能够有效地抑制闪屏。摄像装置(1)具备：摄像元件(40)；透镜(10)，使来自目标区域的光在摄像元件(40)成像；快门(30)，相对于摄像元件(40)配置于目标区域侧；以及控制部(50)。控制部(50)在1帧的摄像周期内多次开放快门(30)，以便将通过透镜(10)获取的光引导到摄像元件(40)。由此，通过简单的快门控制能够更有效地抑制闪屏。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及对目标区域进行摄像的摄像装置，尤其适合用于对包含信号器的风景进行拍摄的时候。

背景技术

已知有利用监视相机对街道、交叉路口进行摄像的摄像装置。在这种摄像装置中，所摄像的图像例如用于交通事故的验证等。通过验证，除车辆、步行者的状况之外，还确认信号器的亮灯状况。即，确认事故时信号器以红色、绿色、黄色的哪种颜色亮灯。

近年来，发光二极管用于信号器的光源。利用商用交流电源驱动发光二极管时，发光二极管以短周期重复亮灯和灭灯。因而，以发光二极管作为光源的信号器也在各种颜色的亮灯时以短周期重复闪烁。如此，信号器以短周期闪烁时，信号器的摄像图像的辉度在帧间变化，在信号器的摄像图像中产生闪屏(flicker)。若在信号器的摄像图像中产生闪屏，则在验证中，可能会无法恰当地确认信号器的亮灯颜色。

以下的专利文献1中记载有能够抑制在LED照明等下产生的闪屏的摄像装置。在该摄像装置中，当判断为存在闪屏时，使进行CCD传感器的快门控制的电荷消除脉冲和电荷读取脉冲的定时以各半帧改变，进行使相机能够在各半帧中对照明的发光周期的同相位部分进行曝光的控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-193065号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述专利文献1的方法中，需要以各半帧改变电荷消除脉冲和电荷读取脉冲的定时，相机在各半帧中对照明的发光周期的同相位部分进行曝光的复杂的快门控制。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种通过简单的快门控制能够有效地抑制闪屏的摄像装置。

用于解决问题的手段

本发明的主要方式涉及摄像装置。本方式的摄像装置具备所述摄像装置具备：摄像元件；透镜，使来自目标区域的光在所述摄像元件成像；快门，相对于所述摄像元件配置于所述目标区域侧；以及控制部。所述控制部在1帧的摄像周期内多次开放所述快门，以便将通过所述透镜获取的光引导到所述摄像元件。

根据本方式的摄像装置，摄像元件在1帧的摄像周期内曝光多次，因此在对信号器等以短周期闪烁的发光源进行摄像的情况下，也能够容易使摄像元件在各个摄像周期接收来自发光源的光，并且能够抑制来自发光源的光的总受光光量在帧间存在较大差异。因此，能够有效地抑制在发光源的摄像图像中产生的闪屏。另外，能够利用在摄像周期内开闭多次快门这样的简单控制来实现该效果。因而，根据本方式的摄像装置，能够提供通过简单的快门控制能够更有效地抑制闪屏的摄像装置。

在本方式的摄像装置中，也可以是，所述摄像元件按照每行来积蓄以及输出与受光光量对应的电荷，所述控制部以使所述摄像元件上的各行中的电荷积蓄期间的一部分彼此重合的方式对所述摄像元件进行控制，针对所有的所述行，在电荷积蓄期间彼此重合的重复积蓄期间内开放多次所述快门。这样，摄像元件在重复积蓄期间中曝光，因此对所有的行，在相同定时以及曝光期间照射目标区域的光。因此，在目标区域中包含高速移动的被拍体的情况下，也不会在被拍体的摄像图像中产生失真。

在本方式的摄像装置中，也可以是，所述控制部在所述重复积蓄期间的整个期间重复所述快门的开闭。这样，容易在以短周期闪烁的发光源的亮灯期间中含有快门的开放期间，通过摄像元件容易更可靠地接收来自发光源的光。因此，能够抑制发生未包含来自发光源的光的帧。

在该情况下，也可以是，所述控制部通过调整所述快门的开闭周期来调整对所述摄像元件的曝光量。这样，能够顺畅地调整曝光量。

在本方式的摄像装置中，也可以是，所述快门为液晶快门，所述控制部对所述快门进行呈脉冲状的接通/断开控制。这样，能够以短周期正确进行快门的开闭。

发明效果

如上所述，根据本发明，能够提供一种通过简单的快门控制能够有效地抑制闪屏的摄像装置。

本发明的效果以及意义通过以下所示的实施方式的说明得以更加清楚。但是，以下所示的实施方式只是实现本发明时的一个例示，本发明并不限定于以下实施方式所记载的内容。

附图说明

图1的(a)是示出实施方式的图像管理系统的外观构成的图，图1的(b)是示出实施方式的摄像图像的一个例子的图。

图2是示出实施方式的摄像装置的构成的图。

图3是示出实施方式的CMOS图像传感器的构成的图。

图4的(a)、(b)是用于说明实施方式的CMOS图像传感器的读取控制的图。

图5是示出实施方式的快门的控制方法的时序图。

图6是示出实施方式的快门的控制方法的时序图。

图7是示出比较例的快门的控制方法的时序图。

图8是示出比较例的快门的控制方法的时序图。

图9的(a)、(b)是用于说明变更例的CMOS图像传感器的控制方法的图。

附图标记说明

1…摄像装置 10…透镜 30…快门 40…摄像元件 50…控制部

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式，参照附图进行说明。

图1的(a)是示出实施方式的图像管理系统的外观构成的图。

如图1的(a)所示，图像管理系统具备摄像装置1和外部装置2。摄像装置1是监视相机，以能够对包含信号器的街道、交叉路口等进行摄像的方式设置于被设置物3。被设置物3例如是建筑物等的外壁、屋顶的构造物、电线杆等。摄像装置1将所摄像的图像随时记录于内部的记录介质。外部装置2是可移动式的个人计算机。另外，外部装置2也可以是便携式电话机、平板等其他便携式信息终端。

记载在摄像装置1中的图像适当地回收于外部装置2。摄像装置1和外部装置2能够进行无线LAN的通信。外部装置2建立无线LAN的通信路径，从摄像装置1下载图像。摄像装置1和外部装置2之间的通信不限定于无线LAN，也可以是蓝牙等其他通信方式。

图1的(b)是示出通过摄像装置1摄像的摄像图像的一个例子的图。在此，包含信号器4的交叉路口5设定在目标区域。为了方便起见，在图1的(b)中仅图示有朝向摄像装置1的方向的信号器4。通过摄像装置1摄像的图像回收到外部装置2之后，例如用于交通事故的验证等。在该验证中，除进入交叉路口5的车辆、步行者的状态之外，还能确认信号器4的亮灯状况。即，确认事故时信号器4处于红色、绿色、黄色的哪种颜色的亮灯。

图2是示出摄像装置1的构成的图。

摄像装置1具备透镜10、光圈20、快门30、摄像元件40、控制部50、存储部60以及通信部70。

透镜10获取来自目标区域的光，使目标区域的像在摄像元件40的受光面成像。光圈20限制来自外部的光，以使适当的光量按照来自目标区域的光的强弱而入射摄像元件40。光圈20是通过光圈驱动电路21调整光圈系数。

快门30是液晶快门。快门30例如是所谓具有常黑方式特性的液晶快门，在施加电压的状态下透射系数最大，切断电压的施加时透射系数降低。在该情况下，快门30在施加电压的状态下透射光，在不施加电压的状态下遮挡光。另外，快门30也可以是所谓具有常白方式特性的液晶快门，在不施加电压的状态下透射系数最大，施加电压时透射系数降低。另外，如果能够高速开闭，则快门30也可以是其他方式的快门。快门30根据来自快门驱动电路31的驱动信号，切换开闭状态。

摄像元件40例如是CMOS图像传感器。摄像元件40在与受光面上的各像素对应的位置分别具有光电二极管。摄像元件40被摄像信号处理电路41控制，以按照行来进行对光电二极管的电荷的积蓄和输出。

控制部50具备CPU(Central Processing Unit；中央处理器)等运算处理电路，按照保存在存储部60的程序控制各个部。存储部60除了保存控制用程序之外还用作控制部50进行控制时的工作区域。通过保存在存储部60的程序，控制部50控制光圈驱动电路21、快门驱动电路31以及摄像信号处理电路41。通信部70与图1的(a)所示的外部装置2进行通信。

图3是示意性示出摄像元件40的构成的图。为了方便起见，图3中示出有与九个像素对应的部分的构成，然而实际上，在纵向和横向上对应于预定的像素数而配置同样的构成。

摄像元件40在与各像素对应的位置具有光电二极管40a。光电二极管40a在接收光时，积蓄与受光光量对应的电荷。积蓄的电荷通过放大器40b转换为电压，并放大。当开关40c接通时，放大后的电压按照每行L传输至垂直信号线40d。所传输的电压通过按照每个垂直信号线40d所配置的列电路40e临时保存。当列选择开关40f接通时，所保存的电压向水平信号线40g输送。于是，输送至水平信号线40g的电压向摄像信号处理电路41输送。如此，在摄像元件40中，按照每行L来发送电压信号。

另外，摄像元件40被控制为按照每行L进行对光电二极管40a的电荷的积蓄。即，一行L上的光电二极管40a在预定的期间内被设定为能够积蓄电荷的状态，当经过该期间时，输出在该行L上的各光电二极管40a产生的电荷。该控制从最上段的行L朝向最下段的行L依次进行。在行L处于能够积蓄电荷的状态时，若向行L上的光电二极管40a照射光，则与所照射的光的光量对应的电荷在该行上的各光电二极管40a上积蓄。这样积蓄的电荷如上所述那样按照每行L被读取，转换为电压信号，向摄像信号处理电路41输出。

以下，将各行被设定为能够积蓄电荷的状态的期间称为“电荷积蓄期间”。

返回图2，摄像信号处理电路41将摄像元件40上的各行依次设定为电荷积蓄期间，按照每行进行电荷的读取。摄像信号处理电路41具备A/D转换电路，将经由水平信号线40g(参照图3)从摄像元件40供给的每行的电压信号转换为数字信号，向控制部50输出。控制部50使从摄像信号处理电路41供给的数字信号(辉度信号)存储在存储部60。这样，根据从摄像信号处理电路41输出的所有行(1帧)的辉度信号来构成一张摄像图像。

图4的(a)、(b)是用于说明摄像元件40的读取控制的图。图4的(a)是示意性示出以通常的速度从各行读取电荷时候的控制(以下，称为“通常读取模式”)的图，图4的(b)是示意性示出以高速从各行读取电荷时候的控制(以下，称为“高速读取模式”)的图。

图4的(a)、(b)的左侧示意性示出摄像元件40的受光面和各行L。在此，以最上段的行L作为L0，以最下段的行作为Ln。另外，图4的(a)、(b)的右侧示意性示出对各行的控制定时。

参照图4的(a)，在通常读取模式下，在定时t1开始对最上段的行L0的控制，在定时t2结束。比定时t1延迟预定时间开始对下一段的行L2的控制。这样，每当行L向下段换行，开始定时就每延迟预定时间，依次进行对各行的控制。最下段的行Ln的开始定时成为从定时t1延迟△t的定时t2。

在最上段的行L0中，在从定时t1至定时t2的期间积蓄电荷。例如，从定时t1至定时t2的期间的整个期间△t为电荷积蓄期间。对其他行L也同样设定电荷积蓄期间。在从定时t1经过△t的定时t2执行对最上段的行L0的电荷读取。

对第二段的行L1，在从定时t1延迟预定的时间的定时开始电荷的积蓄，在从定时t2延迟预定的时间的定时执行电荷的读取。这样，每当行L转行，电荷积蓄的开始定时就每延迟预定时间，电荷读取的执行定时也每延迟预定时间。对最下段的行Ln的电荷积蓄的开始定时成为从定时t1延迟△t的定时t2，电荷读取的执行定时成为从定时t2延迟△t的定时t3。

如此，在通常读取模式下，对最上段的行L0的电荷积蓄的结束定时为成对最下段的行Ln的电荷积蓄的开始定时。因此，在通常读取模式下，所有的行的电荷积蓄期间不会产生重合期间。

参照图4的(b)，在高速读取模式下，通过提高对各行L的电荷的读取速度，行L间的控制开始定时的偏差量与通常读取模式相比缩短。在图4的(b)的例子中，行L间的控制开始定时的偏差量与通常读取模式相比较降低一半。因此，对最下段的行Ln的控制的开始定时限于从对最上段的行L0的控制开始定时t1延迟△t/2。

通过使各行的电荷信号取样(A/D转换)时的比特数比通常读取模式时的比特数缩减，使对各行L的电荷的读取速度高速化。该处理在图2的控制部50的控制下，通过摄像信号处理电路41进行。在高速读取模式下，如此缩减取样比特数，因此与通常读取模式相比，摄像图像的画像质量略微劣化。但是，该劣化是在监视相机等的用途中，对视觉辨识性并不会特别成为问题的程度。另外，通过摄像元件40以及摄像信号处理电路41的改进、高速化，能够限制在同等的取样比特数。

如此，通过将对摄像元件40的控制模式设定为高速读取模式，如图4的(b)所示，产生所有行的电荷积蓄期间彼此重合的重复积蓄期间。于是，通过在该重复积蓄期间进行曝光，对各行L在相同定时照射来自目标区域的光，在所有行L上的光电二极管40a中以相同的定时以及曝光量积蓄电荷。因此，能够抑制高速移动的被拍体的摄像图像产生失真。即，可抑制卷帘快门现象，可实现使用摄像元件40的全局快门功能。

在本实施方式中，摄像元件40的控制模式设定为高速读取模式。于是，在重复积蓄期间的整个期间，快门30重复开闭，来自目标区域的光向摄像元件40引导。

图5是示出快门30的控制方法的时序图。

图5的最上段是商用交流电源的电压波形。在此，设想商用交流电源的频率为50Hz。此时，商用交流电源的电压波形的周期T1为1/50秒。在图1的(b)的信号器4的各种颜色的光源中使用发光二极管的情况下，发光二极管如图5的自上第二段所示那样以商用交流电源的交流电压通过全波整流的电压驱动。全波整流的电压波形的周期T2为1/100秒。发光二极管在全波整流的电压超过亮灯阈值SH1的期间T3亮灯。因而，图1的(b)的信号器4的各种颜色的信号灯以周期T2即1/100秒周期闪烁。

对此，摄像元件40以1/60秒周期构成1帧的摄像图像。即，摄像装置1的摄像周期T4为1/60秒，相位与信号器4的各种颜色信号灯的闪烁周期即1/100错开。因此，在将预定时间宽度的曝光期间设定在图4的(b)所示的重复积蓄期间内的固定位置的情况下，曝光期间和信号器4(发光二极管)的亮灯期间彼此重合的期间宽按照每帧改变。因此，导致信号器4的摄像图像的辉度在帧间不同，在信号器4的摄像图像产生闪屏。

图7是示意性示出在将预定时间宽度的曝光期间设定在摄像周期T4的固定位置的情况下来自信号器4(发光二极管)的光被摄像元件40接收的受光光量的时序图。在此，快门30在摄像周期T4的终端开放时间宽度T7而设定曝光期间。此时，来自信号器4(发光二极管)的光被摄像元件40获取的期间T81～T83在帧间变化。因此，如图7的最下段示意性所示那样，摄像元件40接收来自信号器4(发光二极管)的光的受光光量按照每帧有较大差异。由此，在信号器4的图像中产生闪屏。

图8是示意性示出在图7的时间宽度T7缩短的情况下来自信号器4(发光二极管)的光被摄像元件40接收的受光光量的时序图。例如，在晴天的白天等目标区域明亮的情况下，时间宽度T7(快门速度)缩短。在该情况下，也与图7相同，快门30在摄像周期T4的终端开放时间宽度T7而设定曝光期间。此时，来自信号器4(发光二极管)的光被摄像区域40获取的期间T81、T82在帧间变化。另外，在从左第三个摄像期间，曝光期间和信号器4(发光二极管)的亮灯期间T3不重合，因此来自信号器4(发光二极管)的光没有被摄像元件40获取。

因而，如图7的最下段示意性所示那样，摄像元件40接收来自信号器4(发光二极管)的光的受光光量按照每帧有较大差异，由此，在信号器4的摄像图像中产生闪屏。另外，在与从左第三个的摄像期间对应的帧中，不存在摄像元件40接收来自信号器4(发光二极管)的光的受光光量，因此成为无亮灯状态的信号器4的摄像图像。

对此，在本实施方式中，如图5所示，在重复积蓄期间T5的整个期间，快门30以恒定周期并呈脉冲状重复接通/断开。因此，容易在信号器4(发光二极管)处于亮灯的期间T3含有快门30的开放期间，与图7、8的情况相比，不容易产生信号器4的亮灯欠缺的帧。在图5中，在期间T61～T63，在信号器4(发光二极管)处于亮灯的期间T3含有快门30的开放期间。另外，快门30重复接通/断开，因此与图7、8的情况相比，摄像元件40获取来自信号器4(发光二极管)的光的总受光光量在帧间的差异缩小。因此，在信号器4的摄像图像中不容易产生闪屏。

此外，例如在晴天的白天等目标区域明亮的情况下，如图6所示，通过延长快门30的断开期间而延长快门30的接通/断开周期。由此，摄像元件40从目标区域获取的光的光量减少。在该情况下也如图6的最下段所示，摄像元件40可靠地获取来自信号器4(发光二极管)的光。另外，摄像元件40获取来自信号器4(发光二极管)的光的总受光光量在帧间的差异缩小。因此，在信号器4的摄像图像中不容易产生闪屏。

<实施方式的效果>

根据本实施方式，起到以下效果。

如图5以及图6所示，摄像元件40在1帧的摄像周期T4内曝光多次，因此在对以短周期闪烁的信号器4进行拍摄的情况下，摄像元件40容易在各个摄像周期T4内接收来自信号器4的光，并且抑制来自信号器4的光的总受光光量在帧间存在较大差异。因此，能够有效地抑制在信号器4的摄像图像中产生的闪屏。另外，能够利用在摄像周期内开闭多次快门30这样的简单控制来实现该效果。因而，根据本实施方式，能够提供通过简单的快门控制能够更有效地抑制闪屏的摄像装置1。

另外，摄像元件40按照每行L积蓄以及输出与受光光量对应的电荷，控制部50以高速读取模式控制摄像元件40，以使摄像元件40上的各行L中的电荷积蓄期间的一部分彼此重合。于是，控制部50对所有行L在电荷积蓄期间彼此重合的重复积蓄期间T5内开放多次快门30。如此，摄像元件40在重复积蓄期间T5曝光，因此对所有的行L在相同定时以及曝光期间照射目标区域的光。因此，在目标区域中含有高速移动的被拍体的情况下，也不会在被拍体的摄像图像中产生失真。

另外，控制部50在重复积蓄期间T5的整个期间重复快门30的开闭。由此，容易在以短周期闪烁的信号器4的亮灯期间含有快门30的开放期间，通过摄像元件40容易更可靠地接收来自信号器4的光。因此，能够抑制产生未含有来自信号器4的光的帧。

另外，如图6所示，控制部50通过调整快门30的开闭周期来调整对摄像元件40的曝光量。由此，能够顺畅地调整曝光量。

另外，快门30为液晶快门，控制部50对快门30进行脉冲状的接通/断开控制。由此，能够以短周期正确进行快门30的开闭。

<变更例>

在上述实施方式中，如图4的(b)所示，通过设定摄像元件40的控制模式为高速读取模式来生成重复积蓄期间，然而也可以如图9的(b)所示，通过设定摄像元件40的控制模式为低速模式来生成重复积蓄期间。在低速模式下，各行的摄像期间设定为图9的(a)所示的通常读取模式的两倍即2△t。在该情况下，快门30例如在重复积蓄期间的整个期间控制为以恒定周期重复接通/断开。由此，与上述实施方式相同，也能够抑制在信号器4的摄像图像中产生闪屏，并且抑制得到含有无亮灯状态的信号器4的摄像图像。

以上，对本发明的实施方式以及变更例进行了说明，但本发明并不受上述实施方式以及变更例的任何限制，另外，本发明的实施方式除上述以外也可以进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，将卷帘快门方式的CMOS图像传感器用作摄像元件40而实现全局快门功能，但也可以将全局快门方式的CCD图像传感器用作摄像元件40。在该情况下，在1帧的摄像期间，快门30被多次设定为透射状态，优选的是控制为快门30在1帧的摄像期间的整个期间以恒定周期重复接通/断开。

另外，在上述实施方式中，快门30被控制为在重复积蓄期间的整个期间重复接通/断开，但快门30也可以被控制为在重复积蓄期间内的一部分期间重复接通/断开。在该情况下，优选的是将快门30重复接通/断开的期间设定为尽可能长，以使得容易在发光二极管的发光期间含有快门30的接通期间。

另外，在上述实施方式中，快门30的接通/断开的重复周期恒定，但如果快门30进行多次接通/断开，则重复周期并不一定要恒定。

另外，在上述实施方式中，摄像对象为信号器4，但摄像对象也可以不是信号器4，可以是以短周期闪烁的其他发光源。

另外，在上述实施方式中，摄像装置1设置于建筑物等的外壁、屋顶的构造物、电线杆等，但例如也可以在路灯等一体地包含摄像装置1的构成。

另外，摄像装置1并不限定于监视相机，也可以是具备摄像部、存储部的其他摄像装置。

另外，本发明的实施方式在权利要求书所示的技术构思范围内可以适当进行各种变更。

Claims (5)

1.一种摄像装置，其特征在于，

所述摄像装置具备：

摄像元件；

透镜，使来自目标区域的光在所述摄像元件成像；

快门，相对于所述摄像元件配置于所述目标区域侧；以及

控制部，

所述控制部在1帧的摄像周期内多次开放所述快门，以便将通过所述透镜获取的光引导到所述摄像元件。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，

所述摄像元件按照每行来积蓄以及输出与受光光量对应的电荷，

所述控制部以使所述摄像元件上的各行中的电荷积蓄期间的一部分彼此重合的方式对所述摄像元件进行控制，

针对所有的所述行，在电荷积蓄期间彼此重合的重复积蓄期间内开放多次所述快门。

3.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于，

所述控制部在所述重复积蓄期间的整个期间重复所述快门的开闭。

4.根据权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，

所述控制部通过调整所述快门的开闭周期来调整对所述摄像元件的曝光量。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的摄像装置，其特征在于，

所述快门为液晶快门，

所述控制部对所述快门进行呈脉冲状的接通/断开控制。