JP2006135770A - 撮像装置及び監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光や車両前照灯等の輝度の高い発光体からの光を遮ってブルーミングやスミアのない鮮明な監視画像を得る。
【解決手段】撮像素子（８）の信号を処理する映像信号処理部（５）と調光装置（１０）と調光制御装置（６）とを備えて撮像装置（２）を構成する。調光装置は板状に形成して撮像素子に入射する光が透過するように撮像素子の前方に配置し、板は複数の区分に分けて各区分の光透過率を独立して制御可能とする。調光制御装置は映像信号処理部の出力する映像信号に同期して１乃至数フレームの間は調光装置の全ての区分の光透過率を低下させ、その間の映像信号から受光輝度が所定値以上である撮像素子の撮像面部分を特定して続く複数フレーム間は特定した撮像面部分へ入射する光が透過する位置にある区分の光透過率を低く、その他の区分の光透過率を高く維持する制御を繰り返す。
【選択図】図１

Description

本発明は車両等の監視に用いる撮像装置、より詳しくは太陽光や車両前照灯の光を直接受光する可能性のある環境での撮影に適した撮像装置、及びそれを用いた監視装置に関する。

近年、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージ・センサを用いた小型の撮像装置が民生用、業務用の各種用途に普及している。車両用としても例外ではなく、先行車や前方走行路を確認するための前方監視装置、後方視界確認用の後方監視装置、路側に設置して車両通行量監視やナンバープレートの読み取りを行なう路側監視装置等にＣＣＤイメージ・センサを採用した小型の撮像装置が数多く用いられている。

ところでこうした走行車両を撮影する撮像装置には、昼間は太陽光、夜間は対向車の前照灯の光等の強い光がしばしば入射する。ＣＣＤイメージ・センサを採用した撮像装置では、こうした輝度の明るい光源が視野範囲に入るとブルーミングやスミアと呼ばれる現象が生ずる。この現象は、高輝度被写体の周囲への光のにじみ出しや、高輝度被写体を中心とする縦方向への高輝度の白い筋として現れる。このブルーミングやスミアは、強い光の入射により発生した過剰電荷が周辺画素に溢れたり、垂直転送ラインに流れたりすることにより発生する現象である。撮影した画像にこうした縦筋やにじみが生じたのでは監視対象物の確認やその後の画像処理に支障をきたす。

ブルーミングやスミアを防ぐためには、ＣＣＤイメージ・センサに入射する光量を減らす必要があり光学フィルタや絞りを使用する提案がされている（例えば、特許文献１）。しかし、光学フィルタや絞りにより入射光量を全体的に減少させたのでは低輝度部分の光量が不足してその部分の画像が暗くなる。

この問題を解決するものとしてＣＣＤイメージ・センサの前方に透過型液晶素子を配設し、局部的にその光透過率を制御する案が提案されている（特許文献２参照）。その考えは、透過型液晶素子を透過する太陽光の液晶面上の座標をナビゲーションシステムの地図情報と日付／時刻情報とに基づき算出する。そして、求めた座標に対応する位置の液晶面を駆動して遮光マスクを形成し、該遮光マスクによりＣＣＤイメージ・センサに入射する太陽光を遮断しようとするものである。しかし、この方式では太陽光は遮断できても夜間の対向車等の前照灯から照射される強い光を遮ることはできない。
特開平６−１０５１９４号公報 特開平１０−３２７３３７号公報

本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は、太陽光や車両前照灯等の輝度の高い被写体からの光は遮ってブルーミングやスミアの発生を防止する一方、低輝度被写体からの光は感度高く受光できる撮像装置、及びそれを用いた監視装置を提供することにある。

前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、被写体の映像信号を出力する撮像装置（２）であって、撮像素子（８）と、該撮像素子の出力信号を処理して映像信号を出力する映像信号処理部（５）と、調光装置（１０）と、調光制御装置（６）とを備えて構成され、前記調光装置は板状に形成して被写体から前記撮像素子へ入射する光が透過するように前記撮像素子の前方に配置され、板は複数に区分分けして各区分の光透過率を独立して制御可能に構成されており、前記調光制御装置は、前記映像信号処理部の出力する映像信号に同期して１乃至数フレームの間は前記調光装置の全ての区分の光透過率を低下させてその間の映像信号から受光輝度が所定値以上である撮像素子の撮像面部分を特定し、続く複数フレーム間は特定した撮像面部分へ入射する光が透過する位置にある前記区分の光透過率を低く、その他の区分の光透過率を高く維持する制御を繰り返すように構成されていることを特徴とする撮像装置である。

このような構成の撮像装置によれば、太陽光や車両前照灯等の強い光のみが調光装置上に局部的に形成される光透過率の低いマスクにより遮光され、他の弱い光は遮光されずに撮像素子に到達する。従って、ブルーミングやスミアの現象の生じない映像信号を得ることができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、前記調光装置（１０）は透過型液晶板で構成され、前記区分はマトリクス状に配置されていることを特徴とする。

透過型液晶板はその両面に形成した透明電極間の電圧を変えることにより、その光透過率を変化させることができる。その透明電極を小さな区分に分けてマトリクス状に配置しておけば、任意の形状部分の光透過率を制御することができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、前記調光装置（１０）は、前記撮像素子（８）と該撮像素子に被写体の光を集光する対物レンズとの間に配置されていることを特徴とする。
このように配置すれば、撮像素子に入射する光を選択的に遮光することができる。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、前記調光装置（１０）は、前記撮像素子（８）に被写体の光を集光する対物レンズの前方に配置されていることを特徴とする。
このように配置した場合も、被写体から対物レンズに入射する光を選択的に遮光することができる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の撮像装置（２）と、該撮像装置が出力する映像信号を画像にして表示するモニタ表示装置（３）とを備えることを特徴とする監視装置である。
このような監視装置によれば、撮像装置に太陽光や車両前照灯等の強い光が入射したとしてもブルーミングやスミアの現象の生じない鮮明な画像を得ることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して詳しく説明する。図１は本発明に係る監視装置の全体構成を示したものである。監視装置１は、撮像装置２とモニタ表示装置３とにより構成される。撮像装置２は、カメラ部４と映像信号処理部５、調光制御装置６とを備えて構成される。映像信号処理部５と調光制御装置６とは電気回路で構成される。

カメラ部４は、撮像素子８と対物レンズ９、及び両者の間に配置された調光装置１０と、全体を囲うケース１１により構成される。撮像素子８はＣＣＤイメージ・センサで構成され、表面には数万〜数百万個のフォトダイオードがマトリクス状に配置されており対物レンズ９によって撮像面に結像された被写体の光学映像を電気信号に変換する。

調光装置１０は周知の透過型の液晶板で、偏向フィルタ、ガラス基板、透明電極、配向膜、液晶、配向膜、透明電極、ガラス基板、偏向フィルタをサンドイッチのように層状に重ねたものである。通常、液晶を挟む透明電極間に電圧を印加した場合には光透過率が低下して透過光が遮断され、電圧を印加しない場合には光透過率が高くて光が通過するように構成される。

本実施形態の調光装置１０では、片側の透明電極を基板全体に渡って形成して共通電極としてある。反対側の透明電極は、図２に示すようにガラス基板２０の上に独立した小面積透明電極２１をマトリクス状に配置した構成にしてある。各小面積透明電極２１には細いリード配線２２が接続してあり、調光制御装置６によって各小面積透明電極２１と共通電極間の電圧を可変できるようにしてある。このような構成にすることにより、本実施形態の調光装置１０は各小面積透明電極２１と共通電極とに挟まれた部分にある液晶の光透過率を独立して制御できるようなっている。

映像信号処理部５は、撮像素子８のフォトダイオードで捉えた映像を同期信号を伴った映像信号に変換してモニタ表示装置３と調光制御装置６に出力する。
調光制御装置６は、映像信号の入力を受けて調光装置１０上の前記小面積透明電極２１と共通電極との間の印加電圧を個別に制御する。

次に、かかる構成の監視装置１の作用について説明する。監視装置１を車両内に設置して夜間の前方監視に使用した場合について説明する。対向車が前照灯を点灯して近づいてくる場合に調光装置１０の光透過率が全面に渡って高い値であったとすると、撮像素子８が捉えた映像は例えば図３に示すようにモニタ表示装置３に表示される。

前照灯３１からの強い光の入射により前照灯３１の画像部分の周囲には光のにじみ部分３２が生じる。このような現象はブルーミングと呼ばれる。また、前照灯３１の画像部分を中心に縦いっぱいに白い筋３３が現れる。このような現象はスミアと呼ばれる。このようなブルーミングやスミアの現象は、撮像素子８であるＣＣＤイメージ・センサの撮像面に強い光が入力した時にそこで発生した余剰電荷が周辺の画素に溢れたり、垂直転送中に光電変換される電荷量が無視できない量になったりすることが原因と言われる。

こうしたブルーミングやスミアの現象が現れたのでは、対向車３４の車体や中央分離線３５、歩行者３６等の被写体の監視に支障をきたす。これを防止するには、撮像素子８の撮像面に到達する光量を減らせば良い。そのためには絞りや光透過率の低いフィルタを使用することが考えられるが、そのような手段により光量を減少させたのでは画像全体が暗くなって弱い光を放つ対向車３４の車体や中央分離線３５、歩行者３６等の被写体部分まで見えなくなってしまう。

こうした問題を解決するために本実施形態の監視装置１では、撮像素子８と対物レンズ９との間に前記調光装置１０を配置する。そして、その透過型液晶板上の強い光が透過する部分の光透過率は低く、その他の弱い光が透過する部分の光透過率は高く維持するような制御を行なう。図１において説明すると、前照灯３１から放たれた光は対物レンズ９で集光され調光装置１０の１４で示した部分を透過して撮像素子８表面の１５の部分に結像する。従って、調光装置１０の１４で示した部分の光透過率を低く、その他の光が透過する部分の光透過率を高くするように制御を行なう。

このような制御を行なうためには、調光装置１０上で強い光が透過する部分を特定する必要がある。その特定は、撮像素子８が捉えた映像に基づいて行なう。但し、その特定に使用する映像信号中にブルーミングやスミアによるにじみ部分３２や白い縦筋３３に相当する信号含まれていたのでは場所の特定に誤りが生ずる。そこで、本実施形態では調光装置１０上の強い光が透過する部分の特定を、ブルーミングやスミアが生じないような状態で撮影された映像信号に基づいて行なう。

次に、その調光装置１０上の強い光が通過する部分を特定し、その特定した部分のみの光透過率を低くしてブルーミングやスミアのない鮮明な画像を得るための制御について図４に示したタイムチャートを参照して説明する。調光装置１０上には、前述した小面積透明電極がｎ個設けられているとする。その個々の小面積透明電極と共通電極とに挟まれた部分にある液晶部分を区分と呼ぶこととし、１〜ｎの番号が付してあるとする。図４は、区分１〜区分ｎの液晶部分の光透過率の時間変化を示したものである。横軸の時間軸は、撮像素子８が捉えた１枚分の映像を映像信号処理部５が走査して取り込むのにかかる時間である１フレーム時間を単位として目盛ってある。

調光装置１０上の強い光が透過する部分を正確に特定するためにはブルーミングやスミアのない映像信号を必要とする。そのためにはその特定にかかる時間の間、調光装置１０上の全ての区分の光透過率を低くすればよい。そのために図４に示す横軸の１番目のフレーム時間中は全ての区分の光透過率が小さくなるように、各区分の小面積透明電極に印加する電圧を調光制御装置６によって制御する。

このような状態で捉えた映像信号は、モニタ表示装置３上に表示させると図５に示すような画像として現れる。調光装置１０上の全ての区分の光透過率が小さくされているため強い光を放っている前照灯３１部分のみが画像として現れ、その他の光の弱い部分は画像には殆ど現れない。画像として現れる前照灯３１部分も低い光透過率によって光が弱められて撮像素子８に到達するため、ブルーミングやスミアのない画像として表示される。
調光制御装置６にも同じ映像信号が入力されている。従って、調光制御装置６はその映像信号により前照灯３１からの光が結像する撮像素子８上の位置範囲（画素範囲）を特定することができる。

図１に示すように監視装置１の対物レンズ９から被写体である前照灯３１までの距離は長いため、対物レンズ９に前照灯３１から入射する光は殆ど平行光線とみなせる。従って、上述のようにして撮像素子８上における前照灯３１の結像範囲が判明すれば、幾何学的寸法から前照灯３１の光が透過する調光装置１０上の範囲１４を特定することができる。対物レンズ９に各方向から平行光線が入射した場合における撮像素子８上の各結像位置（画素位置）と、その光が透過する調光装置１０上の範囲に存在する前記区分の区分番号との関係は、予め計算により求めて調光制御装置６に記憶させておく。従って、図５に示した画像を表示する映像信号により前照灯３１の結像位置が判明すれば、前照灯３１の光が透過する調光装置１０上の区分番号を直ちに特定することができる。

このようにして１番目のフレーム時間中に前照灯３１の光が透過する調光装置１０上の区分番号を特定したならば、調光制御装置６は続く２番目のフレームからｐ番目のフレームの時間中はその特定した区分番号に対応する区分の光透過率は低い値に、その他の区分の光透過率は高い値に維持する制御を行なう。

図４では、１番目のフレーム時間中に区分ｍと区分（ｍ＋１）の２つの区分を前照灯３１の光が透過すると特定された場合を示している。従って、続く２〜ｐ番目のフレーム時間中においては、区分ｍと区分（ｍ＋１）の２つの区分の光透過率は低い値に、その他の区分の光透過率は高い値に維持されるように制御される。すると、２〜ｐ番目のフレーム時間中においては、モニタ表示装置３上には図６に示すような画像が表示される。

即ち、前照灯３１の光が透過する調光装置１０上の区分の光透過率は低い値に制御されているため、前照灯３１から撮像素子８に到達する光は弱められてブルーミングやスミアのない画像が表示される。その他の被写体部分については、その光が透過する調光装置１０上の区分の光透過率は高い値にされているため通常の明るさで表示される。

続く（ｐ＋１）番目のフレームでは前述の１番目のフレームの場合と同様に、調光装置１０の全面の光透過率を低い値としてその時点における前照灯３１の位置を特定し、その光を弱めるための調光装置１０上の区分番号を特定する。そして、その結果に基づいて（ｐ＋２）〜２ｐ番目のフレーム時間中はその特定した区分番号に対応する区分のみの光透過率を低い値に制御する。図４の（ｐ＋２）〜２ｐ番目のフレーム時間中においては、区分（ｍ＋１）と区分（ｍ＋２）の部分のみが低い光透過率に制御されている。

このように制御することによりモニタ表示装置３上には図６に示すような画像が表示される。対向車３４が移動したとしても調光装置１０上の光透過率の低い部分もそれに追随して移動するため、前照灯３１の画像部分は輝度を弱めた画像として表示されブルーミングやスミアのない画像が得られる。ｐ個のフレーム画面のうちの１フレーム画面については、全体として暗い画像が表示されるが、人間の眼には平均の明るさが認識されるためｐの値を選択することにより監視に支障のない画像を得ることができる。この調光装置１０の全体の光透過率を低くする時間は画像監視に支障がない範囲で２〜数フレーム時間としてもよい。

２〜ｐ番目の間と（ｐ＋２）〜２ｐ番目の間のフレーム時間中においては光透過率を低くする区分が固定されている。従って、その間に対向車３４が移動して前照灯３１からの光の一部が遮光されずに輝度の高い状態で表示される可能性がある。こうした事態を避けるために光透過率を低くする範囲は特定した範囲よりも少し広く設定する。

このようにして本実施形態の監視装置１は、対向車３４の前照灯３１や太陽光等の強い光が透過する調光装置１０上の部分を特定してその部分の光透過率を低く制御する。このため、それらの強い光が入射したとしてもブルーミングやスミアのない鮮明な被写体の画像を得ることができる。

図７は、本発明に係る監視装置の他の実施形態の全体構成を示したものである。本実施形態の監視装置１ａは、調光装置１０をカメラ部４の内部ではなく対物レンズ９の前方に配置した点が図１の監視装置１と異なる。調光制御装置６による調光装置１０の制御は、図１の監視装置１の場合と同様である。

被写体からの光は殆ど平行光線となって対物レンズ９に入射する。従って、例えば車両の前照灯からの光が直接に対物レンズ９に入射しないようにするには、調光装置１０上では対物レンズ９と同面積部分の光透過率を低下させる必要がある。即ち、図１の監視装置１の場合と違って、かなり広い面積部分の光透過率を低下させる必要がある。調光装置１０上の広い面積部分の光透過率を低下させると前照灯以外の被写体部分から対物レンズ９に入射する光量も光透過率の低い部分に遮られて減少し、像が暗くなる。これを防ぐには対物レンズ９と調光装置１０との距離を長くし、調光装置１０に広い面積の液晶板を使用する。広い面積の液晶板が必要となる反面、前記の一つ一つの区分を大きく形成してもよくなるため小面積透明電極を形成する加工が容易となる利点がある。

この図７の監視装置１ａの場合も、図１の監視装置１の場合と同様にブルーミングやスミアのない鮮明な画像を得ることができる。

本発明に係る監視装置の全体構成図である。 調光装置１０の構成を説明する図である。 調光装置１０の全表面を高い光透過率にして撮影した場合の画像例である。 調光装置１０の各区分の光透過率の制御方法を説明する図である。 調光装置１０の全表面を低い光透過率にして撮影した場合の画像例である。 調光装置１０上の強い光が透過する部分のみの光透過率を低くして撮影した場合の画像例である。 本発明に係る監視装置の他の実施形態の全体構成図である。

符号の説明

図面中、１、１ａは監視装置、２は撮像装置、４はカメラ部、５は映像信号処理部、６は調光制御装置、８は撮像素子、９は対物レンズ、１０は調光装置を示す。

Claims (5)

1. 被写体の映像信号を出力する撮像装置（２）であって、撮像素子（８）と、該撮像素子の出力信号を処理して映像信号を出力する映像信号処理部（５）と、調光装置（１０）と、調光制御装置（６）とを備えて構成され、
   前記調光装置は板状に形成して被写体から前記撮像素子へ入射する光が透過するように前記撮像素子の前方に配置され、板は複数に区分分けして各区分の光透過率を独立して制御可能に構成されており、
   前記調光制御装置は、前記映像信号処理部の出力する映像信号に同期して１乃至数フレームの間は前記調光装置の全ての区分の光透過率を低下させてその間の映像信号から受光輝度が所定値以上である撮像素子の撮像面部分を特定し、続く複数フレーム間は特定した撮像面部分へ入射する光が透過する位置にある前記区分の光透過率を低く、その他の区分の光透過率を高く維持する制御を繰り返すように構成されていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記調光装置（１０）は透過型液晶板で構成され、前記区分はマトリクス状に配置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. 前記調光装置（１０）は、前記撮像素子（８）と該撮像素子に被写体の光を集光する対物レンズとの間に配置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。
4. 前記調光装置（１０）は、前記撮像素子（８）に被写体の光を集光する対物レンズの前方に配置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。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の撮像装置（２）と、該撮像装置が出力する映像信号を画像にして表示するモニタ表示装置（３）とを備えることを特徴とする監視装置。
   
   

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