JP2005210209A

JP2005210209A - 撮像装置および撮像方法

Info

Publication number: JP2005210209A
Application number: JP2004012091A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ito; 伊藤　　豊
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】周囲の明るさに影響されず、撮像対象の被写体画像にクリップ現象が生じない映像信号を得ることを可能とする撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像して得た映像信号から高周波成分を抽出し、抽出した高周波成分の振幅が最大になるように絞りを調節する自動絞り機能を用いることで、周囲の明るさの影響を受けにくい露光量の検出が行え、人物等の精細な被写体像が白や黒につぶれることなく適正な露光量で撮像される撮像装置が提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に係り、特に映像信号の飽和特性の改善に関する。

近年、防犯のためにスーパー、コンビニエンスストアなどの流通店舗やオフィスビルなどで映像による監視が多く行われている。このような監視にはビデオカメラなどの撮像装置が用いられている。
一般に撮像装置の光学レンズ部には絞り手段が備えられている。フィルムカメラなどでは絞りとシャッタースピードを調節して最適な露光量で撮影するが、通常のビデオカメラでは、シャッタースピードは映像信号のフィールド周波数（ＮＴＳＣ方式では１／６０秒）に固定されているので、露光量の調節は絞りだけで行われる。
また、最近のビデオカメラでは、露光量の調節は自動絞り（オートアイリス）によって操作が自動化されているが、このときの露光量の測光手段は、撮像素子から出力される輝度信号の振幅レベルを利用することが多く行われている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、従来から一般に行われている露光量の自動調整機構を持った撮像装置の構成を示したものである。
同図において、４０１はレンズ、４０２はレンズに設けられた絞り機構（ＩＲＩＳ）、４０３はＣＣＤなどの撮像素子、４０４は信号処理部（ＤＳＰ）、４０５は輝度信号の平均値を算出するＡＰＬ算出回路（ＡＰＬ）、４０６は映像出力端子、４０７は全体を制御するＣＰＵである。

次に、この撮像装置の動作を説明する。
外部からレンズ４０１を通して入射した被写体光は、絞り機構４０２で露光量を調整された後に撮像素子４０３に入り、ここで電気信号に変換される。
変換された電気信号は、信号処理部４０４で映像信号の形に生成され、映像出力端子４０６から外部に出力される。
また、この映像信号は、同時にＡＰＬ算出回路４０５にも供給されており、このＡＰＬ算出回路４０５では輝度信号の平均値が算出される。この値はＣＣＤ４０３に入る被写体の平均露光量に相当するもので、ここで得た算出値はＣＰＵ４０７に入力される。
ＣＰＵ４０７はこの算出値が常に所定の値になるよう、絞り機構４０２を駆動して絞りを調節する。このようにして、一定レベルの輝度信号が得られるようにフィードバックループとなって自動絞りが構成されている。
特開平８−２３７５３９号公報

一般に、ＣＣＤ等の撮像素子を用いたビデオカメラの輝度信号のダイナミックレンジは狭いので、撮像される被写体の光源の位置によってはクリップ現象、いわゆる「つぶれ」が生じることがある。特に監視カメラでは屋外で使用されたり、出入り口を監視することが多いので、写したい人物と背景の明るさに極端な差があったり、時々刻々と光源の位置が変化すること等により、主被写体像にクリップ現象が多く発生する。

例えば、室内に人がいて、背景のほとんどが明るい屋外であるような逆光状態の場合は、画面全体は背景によって明るくなるため、露光量が過大と判断され絞りを閉じることになる。しかし、この状態では、最も撮したい人物の顔が黒くつぶれてしまう。
また、これとは逆に、比較的暗い室内で人物だけに窓からの明るい光が当っている場合は、画面全体の明るさは背景によって暗くなるため、露光量が過小と判断され、絞りが開かれる。しかし、これでは人物が白くつぶれてしまう。
このように、輝度信号を使って画面の明るさから絞りを調節する従来の方法では、画面の一部、特に人物の顔につぶれが生じることが多く、十分な監視用の撮像ができないという課題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、周囲の明るさに影響されず、人物等の写したい主被写体像につぶれが生じない映像信号を得ることを可能とする自動絞り機能を有する撮像装置を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決する手段として以下の（１）（２）に記載の構成からなる。すなわち、
（１）光学系と、
前記光学系で結像された被写体像を映像信号に変換する撮像素子と、
前記映像信号の高周波成分を抽出する抽出手段と、
前記高周波成分の振幅に基づいて前記光学系の絞りを駆動する駆動手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
（２）被写体像を撮像する撮像装置における撮像方法であって、
前記被写体像を映像信号に変換する撮像ステップと、
前記映像信号の高周波成分を抽出する抽出ステップと、
前記高周波成分の振幅に基づいて光学系の絞りを調整する絞りステップと
を有することを特徴とする撮像装置における撮像方法。

本発明による撮像装置は、撮像して得た映像信号の高周波成分が最大になるように絞りを調節する自動絞り機能を用いるので、周囲の明るさの影響を受けにくい露光量の検出が行え、その結果、写したい主被写体像にクリップ現象を生じることのない監視用の撮像を行うことが可能となる。

以下、本発明の撮像装置の実施形態につき、好ましい実施例により図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る撮像装置の一実施形態を示すブロック図、図２は本実施例中の自動絞り（オートアイリス）を説明するのフローチャート、図３は絞り（アイリス）の値と高周波成分の関係を示す図である。

図１において、１０１はレンズ、１０２はレンズに設けられた絞り機構（ＩＲＩＳ）、１０３はＣＣＤなどの撮像素子、１０４は映像信号を生成する信号処理部（ＤＳＰ）、１０５は輝度信号の平均値を算出するＡＰＬ算出回路（ＡＰＬ）、１０６は輝度信号からハイパスフィルタなどを用いて高周波成分を抽出する抽出回路（ＨＰＦ）、１０７は映像出力端子、１０８は全体を制御するＣＰＵである。

次に、この撮像装置の動作を説明する。
外部からレンズ１０１を通して入射した被写体光は、絞り機構１０２で露光量を調整された後に撮像素子１０３に入り、ここで電気信号に変換される。
変換された電気信号は、信号処理部１０４で映像信号の形に生成され、映像出力端子１０７から外部に出力される。また、この映像信号は、同時にＡＰＬ算出回路１０５と抽出回路１０６に供給されている。
ＡＰＬ算出回路１０５では、供給された映像信号の輝度信号の平均値が算出される。この値はＣＣＤ１０３に入る被写体の平均露光量に相当するもので、算出値はＣＰＵ１０８に入力される。なお、ＡＰＬ算出回路１０５で得た算出値の用途は後述する。

一方、抽出回路１０６では、供給された映像信号の輝度信号の高周波成分が抽出され、その振幅値が同じくＣＰＵ１０８に入力される。この高周波成分は画像の精細度を表す成分である。
ＣＰＵ１０８では、この高周波成分の振幅が最大になるよう、絞り機構１０２を駆動して絞りを調節する。このようにして、輝度信号の高周波成分が最大値になるようにフィードバックループとなって自動絞りが構成されている。

次に、上記高周波成分の振幅について説明する。
画面内で高周波成分が多いということは画面内の情報量が多いということであり、これは即ち、人物等の精細な被写体像が白や黒につぶれることなく正常な露光量で撮像されていることを表している。
図３は絞り（アイリス）の値と高周波成分の関係を示したものである。この図で分かるように、絞りが十分絞られているＢ付近では、精細な被写体像の露光量が少ないために、黒のつぶれが生じ高周波成分が少なくなる。
絞りを徐々に開くと高周波成分が増加するが、グラフの頂点Ｘの位置が高周波成分の最大点であり、さらに絞りが開くと輝度信号に白クリップ現象が起こり、そのため高周波成分が減少するようになる。
従って高周波成分が最大になるよう絞りを調節すれば、白、黒共につぶれのない精細な被写体像を得ることができる。これは特に画像から人物等の情報を得る目的で撮像を行う監視には好適である。

次に、本実施例の自動絞りの過程について、図２のフローチャートを用いて説明する。なお、図２を説明するに当たり、図１の符号を参照する。
ＣＰＵ１０８は、まずＡＰＬ算出回路１０５の出力を用い、初期のアイリス（絞り）値を設定する。その時の抽出回路１０６からの高周波成分の振幅値をＣＰＵ１０８はメモリ（図示せず）に記憶する（ステップ１）。
次に、絞り機構１０２に指示してアイリスを開き方向に駆動する（ステップ２）。
そして、高周波成分が変化したかどうか、メモリの値と抽出回路１０６の出力を比較して、高周波成分の変化をみる（ステップ３）。
高周波成分が増加した場合はアイリスの駆動方向が正しいので、メモリの値を更新して記憶し（ステップ４）、更にアイリスを開く方向に駆動し（ステップ５）、メモリに記憶した値と抽出回路１０６の高周波成分の振幅値とを比較する（ステップ６）。
高周波成分が増加している間は、そのときのアイリス値を第２のメモリ（図示せず）に記憶して（ステップ７）、ステップ４、ステップ５、ステップ６を繰り返す。
高周波成分が増加しなくなった場合は、先に第２のメモリに記憶したアイリス値が最適と判断し、そのアイリス値に戻り（ステップ８）、処理を終了する。

一方、ステップ３で最初にアイリスを開いたときに高周波成分が増加しなかった場合は、まず、そのときの高周波成分の振幅値をメモリに記憶する（ステップ９）。
次に、絞り機構１０２に指示してアイリスを閉じる方向に駆動する（ステップ１０）。
そして、高周波成分が変化したかどうか、メモリの値と抽出回路１０６の出力を比較して、高周波成分の変化をみる（ステップ１１）。
高周波成分が増加した場合はアイリスの駆動方向が正しいので、メモリの値を更新して記憶し（ステップ１２）、更にアイリスを閉じる方向に駆動し（ステップ１３）、メモリに記憶した値と抽出回路１０６の高周波成分の振幅値とを比較する（ステップ１４）。
高周波成分が増加している間は、そのときのアイリス値を第２のメモリに記憶して（ステップ１６）、ステップ１２、ステップ１３、ステップ１４を繰り返す。
高周波成分が増加しなくなった場合は、先に第２のメモリに記憶したアイリス値が最適と判断し、そのアイリス値まで戻り（ステップ１５）、処理を終了する。

一方、ステップ１１でアイリスを閉じたときに高周波成分が増加しなかった場合は、アイリスを開く方向でも閉じる方向でも高周波成分が増加しないので、高周波成分の振幅値による自動絞り制御をやめ、ＡＰＬ算出回路１０５からの出力を用いた自動絞り方式に変更する（ステップ１７）。
これは、図３に示すＡのように絞りが開放に近い状態や、Ｂのように閉じた状態に近い状態にある場合で、この範囲では絞りを多少変化させても高周波成分が変化しない不感領域があるからである。従って、このような領域に入った場合には、補助的に輝度信号の平均値を用いた制御に切り換えると好適である。
例えば、抽出回路１０６からの高周波成分の振幅値が小さく、絞りを変化させても振幅値に変化が無いときは、一時的にＡＰＬ算出回路１０５で算出した輝度信号の平均値が所定の値になるように自動絞り制御を切り換え、その後、高周波成分の振幅値を最大化する自動絞り制御に切り換えるのである。

なお、本実施例では画面全体の高周波成分を求めてこれを最大化する例を示したが、これに限ることなく、例えば画面の中心部の高周波成分を用いたり、特に注視したい部分をあらかじめ選択してその部分の高周波成分を用いることも可能である。
また、本実施例では、抽出回路１０６の動作として、輝度信号の高周波成分を抽出するようにしているが、出力映像信号がＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）などのコンポーネントカラー信号の場合には、輝度信号に近いＧ信号から高周波成分を抽出しても良い。

また、本発明による撮像装置および撮像方法は、実施例の説明で述べた監視用ビデオカメラへの適用に限るものではなく、一般用途のビデオカメラにも適用可能である。

本発明による撮像装置の一実施形態を示すブロック図である。本発明による撮像装置の自動絞り制御のフローチャート図である。絞り（アイリス）の値と高周波成分の関係を示した図である。従来の撮像装置の一実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１０１、４０１レンズ
１０２、４０２絞り機構（ＩＲＩＳ）
１０３、４０３撮像素子
１０４、４０４信号処理部
１０５、４０５ＡＰＬ算出回路
１０６抽出回路
１０７、４０６映像出力端子
１０８、４０７ＣＰＵ

Claims

光学系と、
前記光学系で結像された被写体像を映像信号に変換する撮像素子と、
前記映像信号の高周波成分を抽出する抽出手段と、
前記高周波成分の振幅に基づいて前記光学系の絞りを駆動する駆動手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
被写体像を撮像する撮像装置における撮像方法であって、
前記被写体像を映像信号に変換する撮像ステップと、
前記映像信号の高周波成分を抽出する抽出ステップと、
前記高周波成分の振幅に基づいて光学系の絞りを調整する絞りステップと
を有することを特徴とする撮像装置における撮像方法。