JP2005286535A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 通常用途のカラー撮影が可能であると共に、夜間に撮影を行う場合など必要に応じて、赤色波長域の光のみを用いた撮影を行うことができる、例えば昼夜問わず使用可能な監視カメラなどに応用可能な撮像装置を提供する
【解決手段】 この撮像装置は、通常のカラー撮影を行う通常撮影モードと、赤色波長域の撮像信号のみに基づいたモノクロ撮影を行う赤色光撮影モードとを有する。制御部１８は、信号処理回路１６において、通常撮影モードと赤色光撮影モードとのいずれのモードによる信号処理を行うかの切り替え制御を行う。これにより、通常はＲ，Ｇ，Ｂの各色によるカラー撮影を行い、夜間に撮影を行う場合のような低照度下での撮影を行う場合には、近赤外領域を含む赤色波長域のみを用いた解像度の高いモノクロ撮影を行うような撮影方法が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カラー撮影可能な撮像素子を有した撮像装置に関し、特に監視用カメラシステムに用いて好適な撮像装置に関する。

従来より、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子を用いてカラー撮影を行う撮像装置が知られている。例えば、撮像素子として単板式のカラーＣＣＤを用いたものが知られている。これは、受光面に多数のフォトセンサを平面的に配列すると共に、各フォトセンサに例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）色のカラーフィルタを設けたものである。このようなカラーＣＣＤを用いた撮像装置では、Ｒ，Ｇ，Ｂの各波長域の光の入射光量に応じて、カラーＣＣＤから各波長域ごとの撮像信号が出力され、それらＲ，Ｇ，Ｂの撮像信号に基づいてカラー画像が生成される。

このようなカラーＣＣＤを用いたカラー撮影機能を有する撮像装置としては従来、例えば以下の特許文献１に記載のものがある。
特開２０００−３４１７００号公報

例えば監視用カメラシステムでは、昼間は通常の可視光による撮影を行い、夜間は赤外光による撮影を行う。この場合、夜間は専用の赤外線カメラを用いた撮影を行う。赤外線カメラでは一般に、３μｍ〜５μｍ帯または８μｍ〜１２μｍ帯の波長域の光を使用することが多い。このような赤外線カメラを用いても良いが、一方で１つのカメラで昼夜問わず使用可能なカメラがあれば便利である。ところで、一般に、カラーＣＣＤを用いた通常用途の撮像装置において、その撮影レンズは可視光において高い性能が得られるような光学設計がなされている。しかしながら、通常用途のカラーＣＣＤであっても、一般に可視光のみならず近赤外領域にまで感度を持っている。通常の撮像装置では、ＣＣＤの直前に赤外線カットフィルタを設け、その近赤外領域の光がＣＣＤに入射しないようにしているが、例えば夜間撮影を行う場合などにおいて、その近赤外領域の光を含む赤色波長域のみを用いた撮影を行うことができれば、通常用途のカラーＣＣＤを用いた場合であっても、監視用に適したカメラシステムを構築することができ便利である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、通常用途のカラー撮影が可能であると共に、夜間に撮影を行う場合など必要に応じて、赤色波長域の光のみを用いた撮影を行うことができる、例えば昼夜問わず使用可能な監視カメラなどに応用可能な撮像装置を提供することにある。

本発明による撮像装置は、カラー撮影機能を有する撮像装置であって、少なくとも赤色波長域を含む複数の波長域の光に対して感度を有し、各波長域の光の入射光量に応じて各波長域ごとの撮像信号を出力する撮像素子と、撮像素子からの赤色波長域またはすべての波長域の撮像信号に基づいて、画像データを生成する信号処理回路と、信号処理回路において、すべての波長域の撮像信号に基づいて画像データを生成するか、赤色波長域の撮像信号のみに基づいて画像データを生成するかを切り替え制御する制御手段とを備えたものである。

本発明による撮像装置において、撮像素子は、例えば近赤外領域を含む赤色波長域、緑色波長域および青色波長域の各色光に対して感度を有し、各色光の入射光量に応じて各色光ごとの撮像信号を出力する。

また、明るさセンサを備え、制御手段が、撮影環境が明るさセンサの出力に基づいて、所定の明るさよりも暗くなったと判断された場合に、赤色波長域の撮像信号のみに基づいた画像データの生成が行われるような切り替え制御を行うようにしても良い。

また、撮像光学系と、撮像光学系による被写体像の結像位置を切り替え制御に応じて調整する調整手段とをさらに備えていても良い。

本発明による撮像装置では、撮像素子が少なくとも赤色波長域を含む複数の波長域の光に感度を有し、各波長域の光の入射光量に応じて各波長域ごとの撮像信号が出力される。信号処理回路では、撮像素子からの赤色波長域またはすべての波長域の撮像信号に基づいて、画像データが生成される。制御手段は、信号処理回路において、すべての波長域の撮像信号に基づいて画像データを生成するか、赤色波長域の撮像信号のみに基づいて画像データを生成するかを切り替え制御する。これにより、例えば、撮像素子としてＲ，Ｇ，Ｂの各波長域の光に感度を有するカラーＣＣＤを用いた場合において、通常はＲ，Ｇ，Ｂの各色によるカラー撮影を行い、夜間に撮影を行う場合のような低照度下での撮影を行う場合には、近赤外領域を含む赤色波長域のみを用いた解像度の高いモノクロ撮影を行うような撮影方法が可能となる。この場合、通常のカラー撮影時と赤色波長域のみを用いたモノクロ撮影時とで、撮像光学系にピント位置のずれが生ずるおそれがあるが、これは撮像光学系による被写体像の結像位置を切り替え制御に応じて調整することにより、容易に解決できる。

本発明による撮像装置によれば、少なくとも赤色波長域を含む複数の波長域の光に対して感度を有し、各波長域の光の入射光量に応じて各波長域ごとの撮像信号を出力する撮像素子と、撮像素子からの赤色波長域またはすべての波長域の撮像信号に基づいて、画像データを生成する信号処理回路と、信号処理回路において、すべての波長域の撮像信号に基づいて画像データを生成するか、赤色波長域の撮像信号のみに基づいて画像データを生成するかを切り替え制御する制御手段とを備えるようにしたので、通常用途のカラー撮影が可能であると共に、夜間に撮影を行う場合など必要に応じて、赤色波長域の光のみを用いた撮影を行うことができる。これにより、例えば昼夜問わず使用可能な監視カメラなどに応用可能な撮像装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る撮像装置の一構成例を示している。本実施の形態に係る撮像装置は、特に監視用のデジタルカメラなどに好適なものである。この撮像装置は、撮影レンズ１０と、光学フィルタ１１と、撮像素子としてのＣＣＤ１２とを備えている。なお、ＣＣＤ１２に代えて、ＣＭＯＳなどの他の撮像素子を用いても良い。撮影レンズ１０は、光学的に被写体像を形成するためのものである。撮影レンズ１０は、例えばフォーカス調整が可能なズームレンズで構成されている。撮影レンズ１０による被写体像は、ＣＣＤ１２の受光面上に結像される。光学フィルタ１１は、不要な光をカットし、ＣＣＤ１２に特定波長の光のみを通過させるものである。ＣＣＤ１２は、撮影レンズ１０による被写体像に応じた撮像信号を出力するようになっている。

ＣＣＤ１２の受光面には、多数のフォトセンサが平面的に配列されている。フォトセンサには例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）色波長域のカラーフィルタが所定の構造で設けられている。このように各色のカラーフィルタを用いて１つのＣＣＤ１２でカラー撮影を行う方式は単板式と呼ばれるが、プリズムによる色分解光学系を搭載し、各色ごとに専用の撮像素子を配置してカラー撮影を行うような複板式の構成も可能である。

図３は、ＣＣＤ１２単体での分光感度特性の一例を示している。図４には、より詳細な分光感度特性を示す。一般に可視光の波長域は３８０ｎｍ前後〜７８０ｎｍ前後である。近赤外光の波長域は一般に７８０ｎｍ前後〜２．５μｍ前後である。一般に、デジタルスチルカメラなどに搭載されるカラーＣＣＤの分光感度は、可視光のみならず、人間の目には感度のない７８０ｎｍ〜１０００ｎｍ付近の近赤外領域に対しても感度を持つ。ただし通常の撮像装置では、光学フィルタ１１として、ＣＣＤの直前に赤外線カットフィルタやローパスフィルタが設けられ、近赤外光はすべてカットされることが多い。図３および図４に示したように、本実施の形態におけるＣＣＤ１２も同様に可視光および近赤外光に対して感度を有しているが、近赤外光をすべてカットするのではなく通過させ、それを赤色波長域用のフォトセンサで受光してＲ撮像信号として出力する。本実施の形態におけるＣＣＤ１２は、例えば図４に示したような赤色波長域、緑色波長域、および青色波長域の各色光に対して感度を有し、各色光の入射光量に応じて各色光ごとの撮像信号を出力するようになっている。ＣＣＤ１２は、特に緑色波長域に対して高い分光感度を有している。このため、撮影レンズ１０は、この緑色波長域を設計中心として設計されている。

この撮像装置はまた、ＣＤＳ（Correlated Double Sampler）／ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路１３と、タイミング制御回路１４と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路１５と、信号処理回路１６と、画像メモリ１７と、制御部１８とを備えている。この撮像装置はさらに、カードＩ／Ｆ（インタフェース）２１と、メモリカード２２と、ＶＲＡＭ（Video Random Access Memory）２４と、ＬＣＤ（液晶表示装置）２５と、操作部４１と、レンズ駆動部４２とを備えている。この撮像装置はさらに、明るさセンサとしてのフォトセンサ４３と、フォトセンサ４３からの検出信号をデジタル化して制御部１８に出力するＡ／Ｄ変換回路４４とを備えている。

ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１３は、ＣＣＤ１２からの撮像信号に含まれるノイズを除去すると共に、その信号レベルが所定のレベルとなるように利得調整を行うための回路である。Ａ／Ｄ変換回路１５は、撮像信号をＲ，Ｇ，Ｂのデジタル信号に変換するためのものである。タイミング制御回路１４は、タイミング信号を生成し、ＣＣＤ１２、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１３、およびＡ／Ｄ変換回路１５が所定のタイミングで動作するよう制御する。タイミング制御回路１４は例えば、ＣＣＤ１２における撮像信号の読み出しタイミングなどを制御する。信号処理回路１６は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色のデジタル画像信号に各種の信号処理を行い、例えばＮＴＳＣ方式の映像信号に変換して出力するものである。画像メモリ１７は、信号処理回路１６から出力された映像信号を記憶するためのものである。

メモリカード２２は、撮影した画像データなどを記録するための外部記憶メモリ（例えばスマートメディア）である。カードＩ／Ｆ２１は、メモリカード２２と本体との間で画像データの送受信を行うためのインタフェースである。ＶＲＡＭ２４は、ＬＣＤ２５に表示する画像データを一時的に格納するためのものである。ＬＣＤ２５は、各種メニュー表示のほか、撮影機能によって撮影された画像などを表示する。操作部４１は、撮影機能に関する各種の操作キーおよび操作スイッチなどを有している。操作部４１は、撮影モードを切り替えるためのモード切替スイッチ、例えば赤色光のみを用いた赤色光撮影モードへの手動切り替えを指示するモード切替スイッチ４１Ａを有している。そのほか、フォトセンサ４３からの検出信号に基づく撮影モードの自動切り替えを行うか否かを指示する自動切替モード選択スイッチなどを有している。レンズ駆動部４２は、フォーカス調整やズーミングを行うために撮影レンズ１０を駆動するものである。

図２（Ａ），（Ｂ）は、信号処理回路１６の一構成例を示している。この撮像装置は、通常のカラー撮影を行う通常撮影モードと、近赤外領域を含む赤色波長域の撮像信号のみに基づいたモノクロ撮影を行う赤色光撮影モードとを有している。図２（Ａ）では、通常撮影モードでの信号の流れが分かるように回路構成を示している。図２（Ｂ）では、赤色光撮影モードでの信号の流れが分かるように回路構成を示している。

信号処理回路１６は、ラインメモリ３１と、ラインマトリックス回路３２と、ＹＣ変換部３３と、エンコーダ３４とを有している。ラインメモリ３１は、Ａ／Ｄ変換回路１５から出力されたＲ，Ｇ，Ｂの各色のデジタル画像信号を、各色ごとに一時的に記憶するものである。ラインマトリックス回路３２は、ラインメモリ３１からＲ，Ｇ，Ｂのデジタル画像信号を順次読み出し、色調整などの補正処理を行うものである。ＹＣ変換部３３は、Ｒ，Ｇ，Ｂのデジタル画像信号を輝度信号Ｙと色差（クロマ）信号Ｃとに変換するものである。ＹＣ変換部３３は、輝度信号Ｙを生成するＹ処理部３３Ｙと、色差信号Ｃを生成するＣ処理部３３Ｃとを有している。エンコーダ３４は、ＹＣ変換部３３から出力された輝度信号Ｙと色差信号Ｃとを、例えばＮＴＳＣ方式の映像信号に変換して出力するものである。

ここで、ＹＣ変換部３３は、通常撮影モードでは、図２（Ａ）に示したように、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色のデジタル画像信号のすべてに基づいて輝度信号Ｙと色差信号Ｃとを生成するようになっている。図２（Ａ）では、この場合に生成された輝度信号Ｙと色差信号Ｃとをそれぞれ、Ｙ（Ｒ，Ｇ，Ｂ），Ｃ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）と記す。一方、赤色光撮影モードでは、図２（Ｂ）に示したように、Ｇ，Ｂ信号を間引きしてＲ信号のみに基づいて輝度信号Ｙと色差信号Ｃとを生成するようになっている。図２（Ｂ）では、この場合に生成された輝度信号Ｙと色差信号Ｃとをそれぞれ、Ｙ（Ｒ），Ｃ（Ｒ）と記す。ＹＣ変換部３３において、いずれのモードによる信号処理を行うかの切り替え制御は制御部１８によって行われる。

制御部１８は、各部の動作制御を行うためのものであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有して構成されている。制御部１８は、信号処理回路１６のＹＣ変換部３３において、通常撮影モードと赤色光撮影モードとのいずれのモードによる信号処理を行うかの切り替え制御を行う機能を有している。制御部１８は、例えばフォトセンサ４３の検出信号に基づいて、撮影環境が所定の明るさよりも暗くなったと判断された場合、例えば夜間であると判断された場合に、自動的に赤色光撮影モードによる信号処理が行われるような切り替え制御を行うようになっている。そのほか、使用者によりモード切替スイッチ４１Ａが操作され、赤色光撮影モードへの切り替えの指示がなされた場合にも赤色光撮影モードによる信号処理が行われるような切り替え制御を行うようになっている。

次に、以上のように構成された撮像装置の撮影動作を説明する。

図５は、この撮像装置における撮影動作の流れを示している。制御部１８は、操作部４１の撮影開始スイッチ（図示せず）の状態を監視し、使用者による撮影開始の指示がなされたか否かを監視している（ステップＳ１）。撮影開始スイッチがオンされ、撮影開始の指示がなされた場合（ステップＳ１；Ｙ）、制御部１８は、さらに通常撮影モードと赤色光撮影モードとを自動で切り替える自動切替モードであるか否かを判断する（ステップＳ２）。この判断は、操作部４１に設けられた自動切り替えの指示を行うための自動切替モード選択スイッチ（図示せず）の状態を監視し、スイッチがオンされたか否か判断する。

制御部１８は、自動切替モードでないと判断した場合（ステップＳ２；Ｎ）にはさらに、赤色光撮影モードへの手動切り替えの指示があるか否かを判断する（ステップＳ３）。この判断は、操作部４１に設けられたモード切替スイッチ４１Ａの状態を監視し、スイッチがオンされたか否かで判断する。手動切り替えの指示がない場合（ステップＳ３；Ｎ）には、通常のカラー撮影を行う通常撮影モードに移行する（ステップＳ３）。この場合、ＣＣＤ１２は、撮影レンズ１０および光学フィルタ１１を介して受光面に結像された被写体像に応じた撮像信号を出力する。撮像信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路１３およびＡ／Ｄ変換回路１５を経て、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色のデジタル画像信号に変換され、信号処理回路１６に入力される。信号処理回路１６では、Ａ／Ｄ変換回路１５から出力されたＲ，Ｇ，Ｂの各色のデジタル画像信号を、各色ごとにラインメモリ３１に一時的に記憶すると共に、それらの信号を順次読み出し、ラインマトリックス回路３２で色調整などの補正処理を行う。次に、ＹＣ変換部３３において、図２（Ａ）に示したようにＲ，Ｇ，Ｂの各色のデジタル画像信号のすべてに基づいて輝度信号Ｙと色差信号Ｃとを生成する。生成された輝度信号Ｙ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）と色差信号Ｃ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とが、エンコーダ３４に出力される。エンコーダ３４は、生成された輝度信号Ｙ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）と色差信号Ｃ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とを、例えばＮＴＳＣ方式の映像信号に変換して出力する。信号処理回路１６から出力された映像信号は、画像メモリ１７に記録される。また、制御部１８は、映像信号を、使用者の操作に応じてカードＩ／Ｆ２１を介して外部のメモリカード２２に出力して記録させたり、ＬＣＤ２５に出力して撮影内容を表示させたりする処理を行う。

一方、制御部１８は、自動切替モードであると判断した場合（ステップＳ２；Ｙ）にはさらに、フォトセンサ４３からの検出信号に基づいて、撮影環境が夜間などの低照度下であるか否かを判断する（ステップＳ４）。この判断は例えば、明るさセンサとしてのフォトセンサ４３からの検出信号の信号レベルが、あらかじめ設定された値よりも低いか否かで判断する。フォトセンサ４３からの検出信号に基づいて、撮影環境が昼間などの明るい状態であると判断した場合（ステップＳ４；Ｎ）には、上記したステップＳ５の通常撮影モードへ移行する。一方、撮影環境が夜間などの低照度下であると判断した場合（ステップＳ４；Ｙ）には、近赤外領域を含む赤色波長域の撮像信号のみに基づいたモノクロ撮影を行う赤色光撮影モードに移行する（ステップＳ６）。また、赤色光撮影モードへの手動切り替えの指示があった場合（ステップＳ３；Ｎ）にも、赤色光撮影モードへと移行する。この場合、信号処理回路１６では、Ａ／Ｄ変換回路１５から出力されたＲ，Ｇ，Ｂの各色のデジタル画像信号を、各色ごとにラインメモリ３１に一時的に記憶すると共に、それらの信号を順次読み出し、ラインマトリックス回路３２で色調整などの補正処理を行う。次に、ＹＣ変換部３３において、図２（Ｂ）に示したようにＧ，Ｂ信号を間引きしてＲ信号のみに基づいて輝度信号Ｙと色差信号Ｃとを生成する。生成された輝度信号Ｙ（Ｒ）と色差信号Ｃ（Ｒ）とが、エンコーダ３４に出力される。エンコーダ３４は、生成された輝度信号Ｙ（Ｒ）と色差信号Ｃ（Ｒ）とを、例えばＮＴＳＣ方式の映像信号に変換して出力する。信号処理回路１６から出力された映像信号は、画像メモリ１７に記録される。また、制御部１８は、映像信号を、使用者の操作に応じてカードＩ／Ｆ２１を介して外部のメモリカード２２に出力して記録させたり、ＬＣＤ２５に出力して撮影内容を表示させたりする処理を行う。

なお、撮影レンズ１０は、緑色波長域を設計中心として設計されているので、通常のカラー撮影時と赤色波長域のみを用いたモノクロ撮影時とで、撮影レンズ１０によるピント位置のずれが生ずるおそれがある。このため、制御部１８が、撮影モードの切り替え制御に応じてレンズ駆動部４２を制御し、ピント位置のずれを補正するようなフォーカス調整を行うことが好ましい。これは一般的なオートフォーカス技術を用いることで容易に実施できる。

以上のようにして、本実施の形態によれば、信号処理回路１６において、通常撮影モードと赤色光撮影モードとのいずれのモードによる信号処理を行うかの切り替え制御を行う機能を有しているので、通常はＲ，Ｇ，Ｂの各色によるカラー撮影を行い、夜間に撮影を行う場合のような低照度下での撮影を行う場合には、近赤外領域を含む赤色波長域のみを用いた解像度の高いモノクロ撮影を行うような撮影方法が可能となる。また、本実施の形態による撮像装置は、撮影レンズ１０やＣＣＤ１２自体は、従来からあるものをそのまま使用できるので、低コストで実施しやすい。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施の形態では、信号処理回路１６において、Ｒ，Ｇ，Ｂのデジタル画像信号を輝度信号Ｙと色差信号Ｃとに変換処理して出力する例を示したが、ＹＣ変換を行わずにＲ，Ｇ，Ｂ信号のまま出力するようにしても良い。この場合にも、通常の撮影モードではＲ，Ｇ，Ｂ信号を出力し、赤色光撮影モードではＧ，Ｂ信号を間引きしＲ信号のみを出力するような処理を行う。

本発明の一実施の形態に係る撮像装置の一構成例を示す回路図である。 信号処理回路の詳細を示す回路図である。 ＣＣＤの分光感度の一例を示す特性図である。 可視領域におけるＣＣＤの分光感度の詳細を示す特性図である。 撮影動作の一例を示す流れ図である。

符号の説明

１０…撮影レンズ、１１…光学フィルタ、１２…ＣＣＤ、１６…信号処理回路、１８…制御部、４１Ａ…モード切替スイッチ、４２…レンズ駆動部。

Claims (4)

1. カラー撮影機能を有する撮像装置であって、
   少なくとも赤色波長域を含む複数の波長域の光に対して感度を有し、前記各波長域の光の入射光量に応じて前記各波長域ごとの撮像信号を出力する撮像素子と、
   前記撮像素子からの赤色波長域またはすべての波長域の撮像信号に基づいて、画像データを生成する信号処理回路と、
   前記信号処理回路において、前記すべての波長域の撮像信号に基づいて前記画像データを生成するか、前記赤色波長域の撮像信号のみに基づいて前記画像データを生成するかを切り替え制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像素子は、近赤外領域を含む赤色波長域、緑色波長域および青色波長域の各色光に対して感度を有し、前記各色光の入射光量に応じて前記各色光ごとの撮像信号を出力する
   ようになされていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 明るさセンサを備え、
   前記制御手段は、前記明るさセンサの出力に基づいて、撮影環境が所定の明るさよりも暗くなったと判断された場合に、前記赤色波長域の撮像信号のみに基づいた画像データの生成が行われるような切り替え制御を行う
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 撮像光学系と、
   前記撮像光学系による被写体像の結像位置を前記切り替え制御に応じて調整する調整手段と
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撮像装置。
   
   

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