JP2007336246A - 監視用撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学ズーム手段の機構耐久性を確保しながら、監視用として高画質の撮影画像を得る。
【解決手段】光学ズーム手段と、電子ズーム手段と、電子ズーム手段を機能させて撮影を行う時に、予め定められた条件が成立することより（＃６０３〜＃６０９）、ズーム倍率を変更することなく、ズーム手段を電子ズーム手段から光学ズーム手段に切り換え、撮影を継続するズーム変更手段（＃６１１）とを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、光学ズーム手段と電子ズーム手段とを有する監視用撮像装置に関する。

従来のデジタルスチルカメラにおいて、撮影者による撮影範囲（画角）決定の際は電子ズームを動作させる。そして、シャッタレリーズボタン一段目を押す、即ち撮影準備段階の時には光学ズームを同じ撮影範囲に移行させるものがある（例えば特許文献１）。また、主として動画の記録において、記録を行わないスタンバイ時に光学ズームを動作させないで電子ズームのみの動作とするものがある（例えば特許文献２）。
特開２００２−３３９５１号公報 特開平５−１９１７０４号公報

上記従来の構成では、主として光学ズームのアクチュエータ駆動を行わないことにより、電池動作時の電力消費低減を意図したものである。

一方、監視用ビデオカメラなど、基本的に常時動作し、記録を行う装置においては、もちろん消費電力の低減も必要である。しかし、それよりも動作の長期信頼性が最優先される。民生用の撮影機器の要求される動作寿命が数千時間から長くて数万時間であるのに対し、監視用ビデオカメラでは数十万、数百万時間の耐久性が要求される。このような長時間の連続動作において、常時ズームレンズ群をアクチュエータで機械的に動かす光学ズームの耐久性を確保することは極めて困難である。

（発明の目的）
本発明の目的は、光学ズーム手段の機構耐久性を確保しながら、監視用として高画質の撮影画像を得ることのできる監視用撮像装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、光学ズーム手段と、電子ズーム手段と、前記電子ズーム手段を機能させて撮影を行う時に、予め定められた条件が成立することより、ズーム倍率を変更することなく、ズーム手段を前記電子ズーム手段から前記光学ズーム手段に切り換え、撮影を継続するズーム変更手段とを有する監視用撮像装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、本発明は、光学ズーム手段と、電子ズーム手段と、撮影シーンを順次切り換える撮影シーン切換手段と、前記電子ズーム手段を機能させて前記撮影シーン切換手段により切り換えられている撮影シーンを撮影する時に、予め定められた条件が成立することより、ズーム倍率を変更することなく、ズーム手段を前記電子ズーム手段から前記光学ズーム手段に切り換え、前記撮影シーンの撮影を継続するズーム変更手段とを有する監視用撮像装置とするものである。

本発明によれば、光学ズーム手段の機構耐久性を確保しながら、監視用として高画質の撮影画像を得ることのできる監視用撮像装置を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１および実施例２に示す通りである。

図１は本発明の実施例１に係る監視用撮像装置であるカメラの全体のシステム構成図である。カメラ本体１１０は光学ズームレンズの他、電子ズームと動体検出の各機能を持っている。そして、電動雲台１０９に搭載されており、上下（以下、チルト）、左右（以下、パン）に撮影範囲を変えることが、コントロールユニット１１４からの遠隔制御により可能になっている。カメラ本体１１０には、煙センサ２７、赤外線センサ２８、マイクロホン３１および振動センサ１０８が接続されている。

カメラ本体１１０からの出力である映像信号２０は、コントロールユニット１１４に入力され、ここでＨＤＤ（ハードディスクドライブ）記録装置１１５と、モニタディスプレイ１１６に分配される。詳細は図９にて後述するが、ＨＤＤ記録装置１１５はこのビデオカメラの撮像信号を記録するものであり、モニタディスプレイ１１６はその撮影画像を監視者に表示するものである。

コントロールユニット１１４からはカメラ本体１１０に対し、制御および時刻信号２６が出力される。この制御および時刻信号２６は現在時刻の情報を含んでいて、カメラ本体１１０は正確な現在時刻を常に得ることができるようになっている。また、カメラ本体１１０からは光学ズームが動作しているときだけアクティブになる光学ズーム動作信号１１３がＨＤＤ記録装置１１５に出力されている。

シーンＡ１０１、シーンＢ１０２、シーンＣ１０３、………、シーンｎ１０４は、カメラが撮影するあらかじめプリセットされたシーン（撮影範囲）であり、図２を用いて説明をする。

図２において、プリセットされた被写体２０１として、縦軸に上記シーンＡ１０１〜シーンｎ１０４をとる。横軸はプリセット項目をとる。プリセット項目としては、各シーン毎に、ズームのプリセット倍率２０２、電動雲台１０９によるプリセット動作（位置）２０３およびこのプリセット位置での撮影時間２０６となっている。なお、電動雲台１０９によるプリセット位置は、パン方向２０４、チルト方向２０５の各座標の位置となる。

上記のプリセットは、コントロールユニット１１４からの指示で指定され、カメラはその指定にしたがって順次動き、シーンｎが終了したら、次はまた矢印２０７に示すようにシーンＡに戻って撮影を続ける。監視用のカメラでは、常時動作が前提となっていて、この実施例１では、あらかじめ設定された順番に、シーンＡ１０１、シーンＢ１０２、………、シーンｎ１０４を無限に繰り返す場合を想定している。

図３は、上記カメラの詳細な回路構成を示すブロック図である。

被写体からの光１は、レンズ２、絞り６を通って撮像素子１０の受光面に結像する。レンズ２はズーム機能を持つレンズであって、対物レンズである前玉３、ズーム群４、撮像素子１０の受光面に像を結像させる為のフォーカス群５により構成されている。ここで、ズーム群４の位置、即ちこのレンズ２の焦点距離は、ズーム位置センサ７で検出され、光学ズーム位置信号５３としてマイクロプロセッサ２１に入力される。

撮像素子１０は受光した光を電気信号に変換し、ＡＧＣ（Automatic GainControlled amplifier）１３に出力する。ＡＧＣ１３は、増幅率を入力信号のレベルにより変更し、出力を一定のレベルに保つ機能を持つ増幅器である。このＡＧＣ１３の出力は補間処理部１４に入力される。これにより、補完処理部１４は接続されたラインメモリ１５と共に電子ズームの機能を実現する。これについては後述する。補間処理部１４の出力である撮像信号は信号処理部１９に入力され、ガンマ、ホワイトバランス、ホワイトクリップ、ニーなどの処理を受け、映像信号２０として出力される。またこの映像信号２０はコントロールユニット１１４を介し、図１に示したＨＤＤ記録装置１１５とモニタディスプレイ１１６にも入力される。また、フレームメモリ２４と動体有無検出部２５にも出力され、フレームメモリ２４の出力と映像信号２０とに基づく演算が動体有無検出部２５にて行われて、動体の有無検出が行われる。そして、その結果がマイクロプロセッサ２１に入力される。

マイクロプロセッサ２１には、その他、振動センサを構成する、ジャイロセンサ２９および振動検出部３０にて得られる振動検出情報と、マイクロホン３１からの信号を増幅して異音検出部３２にて得られる異音情報が入力される。さらには、煙センサ２７から発煙検出情報と、赤外線センサ２８からの侵入者、火災などからの赤外線検出情報とが入力される。

他方、マイクロプロセッサ２１は、光学ズーム信号５２によりズーム駆動回路２３を介してレンズ２のズーム群４を駆動制御する。これと同時に、ズーム制御を光学ズームにより行うときは光学ズーム動作信号１１３を出力する。

ここで、電子ズームの動作について説明する。撮像素子１０はＴＧ（TimingGenerator）２２からの駆動パルス１８により動作するが、そのタイミングの制御と補間処理部１４の動作により、電子ズーム機能が実現される。

図４（ａ）は電子ズーム時の説明図である。撮像素子１０の受光面にレンズ２から投射された画像４０１に対し、画像４０２は垂直補完による拡大を行ったものであり、画像４０３はその画像４０２を水平補完により拡大したものである。

図４（ｂ）は垂直補完による画像拡大時の説明図である。同一水平方向の画素全てが１走査線（１ライン）４０４であり、この１ライン単位で、受光面中心付近、すなわち画面全面に拡大するラインのみ読み出しを行う。一方でこのままでは画面１枚が構成できないので、一度この１ラインの情報をラインメモリ１５に入れる。そして、ライン単位で複数回読み出して補完することにより、垂直方向の電子的な拡大を行っている。この例では、最初に読み出したライン４０５と次の読み出しライン４０６と２回読み出しているので、垂直方向の拡大率は２倍となる。

図４（ｃ）は水平補完による画像拡大時の説明図である。１画素単位で表現した１ライン４０４を、ラインメモリ１５に入力し、画素単位で複数回読み出して補完した信号４０７から画像として使用する部分のみを取り出す。このことで、水平方向の電子的に拡大したライン４０８が得られる。

以上の垂直および水平の補完を組合せることで、図４（ａ）の拡大した画像４０３を得ることができる。

ここで、図３の構成においては、垂直方向の拡大するラインのみを取り出す。つまり、マイクロプロセッサ２１からの垂直電子ズーム制御信号１２をＴＧ２２に入力し、ＴＧ２２はそれを受けて垂直駆動パルス１８を制御して必要なラインのみの読み出しを行う。また、ＡＧＣ１３からの出力を補間処理部１４と、それに接続されたラインメモリ１５により上記の補間処理を行う。そして、補間拡大倍率は、マイクロプロセッサ２１からの垂直電子ズーム制御信号１２、水平電子ズーム制御信号１７により制御される。

図５は、フレームメモリ２４の出力（撮像画像）からの動体有無検出を、動体有無検出部２５にて行う場合の説明図である。フレームメモリ２４は１枚の画像のデータを記憶し、それを出力する。よって、画面を有限数のブロックに分割し、その出力信号５０２と入力信号５０１を減算処理部５０３により差分５０４を得ると、静止している物体５０６が０になる。しかし、もし前のフレームとその次のフレームの撮像間に侵入者などの動体が撮像範囲に入った場合には、ブロック毎に二値化した信号５０５からその全てブロックの論理和を取ることにより、その検出を行うことが出来る。なお、フレーム間の間隔はよく知られているようにＴＶ信号（ＮＴＳＣ）では１／３０であるが、このような監視用途ではそれに制約されない。

次に、マイクロプロセッサ２１の動作について説明する。図６はマイクロプロセッサ２１により光学ズーム、電子ズーム切り換え時の動作を示すフローチャートである。

まず電源ＯＮ（＃６０１）で、各動作の初期化を行う。初期化の状態では、光学ズームはワイド端、電子ズームはＯＮであり、光学ズーム動作信号１１３を０にセットして、電子ズームにより、図２による各ズームプリセット動作を開始する。次に、コントロールユニット１１４から現在時刻情報を読み込み（＃６０２）、次いで動作設定時刻指示情報を読み込む（＃６０３）。また、煙センサ２７および赤外線センサ２８から煙発生情報および赤外線検出情報を読み込む（＃６０４，＃６０５）。

次に、振動検出部３０から振動検出情報を読み込み（＃６０６）、次いで異音検出部３２を介してマイクロホン３１から異音検出情報を読み込む（＃６０７）。また、動体有無検出部２５から動体有無検出情報を読み込む（＃６０８）。

次に、上記読み込んだ各情報から、予め定められた異常条件が成立し、高画質の画像の撮影が必要になり、電子ズームから光学ズームへの切り換え動作が必要かの判定を行う（＃６０９）。

なお、上記の予め定められた異常条件とは、
（１） 画像に不審者などの動体が検出されたとき
（２） 防犯上、重要な夜間のみなどの設定時刻の際
（３） 火災発生などの温度急激に上昇して、あるいは、不審者の侵入により、赤外線センサ２８が反応したとき（出力が変動したとき）
（４） 火災発生などで煙センサ２７が反応したとき（出力が変動したとき）
（５） 不審者の挙動などで不意に振動が発生したとき（振動センサ１０８により規定値以上の振動が検出されたとき）
（６） 爆発、衝突などの周囲の音の変化、つまり異音検出部３２により異音が検出されたとき
である。

上記判定の結果、もし予め定められた異常条件が成立したと判定し、切り換え動作が必要である場合は、“電子ズームを光学ズームに切り換えて一定時間後に電子ズームに戻すサブルーチン”（＃６１１）を開始する。

ここで、上記ステップ＃６１１での動作を、図７のフローチャートを用いて説明する。

まず、マイクロプロセッサ２１が内部データとして持っている現在の電子ズームの設定倍率を読み込む（＃７０１）。そして、電子ズームを１倍に変更する（＃７０２）。次に、光学ズームを電子ズームが設定されていた倍率に対応する位置までズーミングする（＃７０３）。また、コントロールユニット１１４からの制御動作への対応も電子ズームから光学ズームに切り換えると共に光学ズーム動作信号を１にする（＃７０４）。

次に、この実施例１では光学ズームの動作は規定した時間が経過すると自動的に電子ズームに戻るようにしているので、規定した時間が経過するまで待つ（＃７０５）。従って、この規定時間経過の間が光学ズームで動作する時間になる。なお、この規定時間を極めて短くすることにより、上記の各種センサが異常を検出している時のみに、光学ズームの動作へ切り換える設定も可能である。

上記規定時間が経過すると、光学ズーム位置信号５３から現在の倍率情報を読み込む（＃７０７）。そして、光学ズームをワイド端に変更して（＃７０６）、電子ズームを上記読み込んだ光学ズームの倍率まで電子ズーミングする（＃７０７）。最後に、コントロールユニット１１４からのズーム制御への対応を電子ズーム動作へ変更し、光学ズーム動作信号の値を０に戻す（＃７０９）。そして、このサブルーチンは終了してメインルーチンへ戻る。

以上の動作の終了後は再び図６に戻り、一定時間待機する（＃６１０）。これはこのフロー全体の動作を安定させるためのもので、この待機時間は任意である。そして、現在時刻の読み込み（＃６０２）に戻る。

また、上記ステップ＃６０９で、予め定められた異常条件が成立せず、電子ズームから光学ズームへの切り換え動作が必要でないと判定した場合は、そのまま一定時間待機の状態に入り（＃６１０）、一定時間待機した後は、現在時刻の読み込み（＃６０２）に戻る。

なお、マイクロプロセッサ２１は、上記電子ズームと光学ズームとの切り換え制御の他、カメラ本来の機能であるＡＥ（自動露出制御）、ＡＷＢ（自動ホワイトバランス制御）なども行っているが、本発明とは直接関係ないのでその説明は省略する。

図８は、撮影範囲（画角）を変えない場合の光学ズームと電子ズームの組合せ（最大ズーム倍率時）を示す図である。同図において、８０１が焦点距離を、８０２がズーム倍率を、８０３が光学ズームの状態を、８０４が電子ズームの状態を、それぞれ示している。

上記の実施例１では、両ズームとも、片方を低倍率（ワイド側）、即ち図８の右端と左端を切り換えているが、画質と耐久性とのバランスを考えたとき、適宜この中間的な状態を設定することも可能である。

図９は、図１に示したＨＤＤ記録装置１１５の詳細な回路構成を示すブロック図である。図１に示したように、カメラ本体１１０からの映像信号２０はコントロールユニット１１４を介して、このＨＤＤ記録装置１１５に分配、入力される。ＨＤＤ記録装置１１５は、映像信号２０の圧縮とその記録を、この例では一般的なＭＰＥＧと称される圧縮方式により行うＭＰＥＧ符号化器１００３と、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）記録部１０１５により行う構成としている。なお、ＭＰＥＧと称される圧縮方式としては、圧縮性能により、ＭＰＥＧ１，２，４などが普及している。

ＭＰＥＧ符号化器１００３における動作について説明する。まず、動き補償フレーム間予測部１００４にて、動きのないシーンなどでは同じデータを繰り返し用い、動きの激しい画像では画像を間引く等の時間方向の信号データの圧縮が行われる。次のＤＣＴ（離散コサイン変換）１００５では、信号を振幅方向のデータから周波数別でのデータに変換される。続く量子化部１００６では、画像を人間が見たときに視覚的に目立たない、細かい部分の信号を省略するなどの処理を行って信号データの圧縮が行われる。そして、次のＶＬＣ（可変長符号化）にて、信号のデジタルデータとしての冗長性を削減、たとえば０を連続して多く含む信号データの場合はこれをある別の数値符号で置き換えるなどを行ってデータの圧縮削減が行われる。

以上のように圧縮された撮像データ１００８は、ＨＤＤ記録部１０１５に入力される。そして、信号処理部１０１０にて、データをまとめるファイル化が行われ、次の磁気記録部１０１２に具備される磁気ヘッドにて、回転制御部１０１３により回転制御されている磁気ディスク１０１４に記録、保存が行われる。

ここで、ＨＤＤ記録部１０１５への単位時間あたりの入力信号量を記録レート１００９と呼び、これが少ないほど、同様の仕様の磁気ディスクを使用した場合に、長時間の記録が出来る。しかしながら、画質は劣化することになる。

この実施例１では、上記ＭＰＥＧ符号化器１００３内の量子化部１００６で、その圧縮程度、すなわち信号の各周波数帯域部分単位で信号量を削減している。つまり、信号データの圧縮量を、カメラ本体１１０からの光学ズーム動作信号１１３により制御している。詳しくは、光学ズームが動作しているときは、記録レートを大きくして、精細な画質で記録し、電子ズームの動作しているときは、記録レートを小さくして、ＨＤＤ記録部１０１５への記録容量の削減を行っている。

次に、本発明の実施例２について説明する。なお、カメラの回路構成は上記実施例1と同様であるので、その説明は省略する。

長期間、予め定められた異常条件が成立しないで、電子ズームのみが常時動作し続けていると、光学ズームの機構のフリクションが大きくなり、必要なときに動作しなくなる事も考えられる。この点に鑑み、本発明の実施例２では、定期的に光学ズームの機構を動かすようにしたものであり、図１０のフローチャートを用いて説明する。なお、ここでは上記実施例１において説明した図６のフローチャートとの相違点のみ説明する。

この実施例２においては、電源ＯＮの後、光学ズーム動作信号を０にすると共に、使用するマイクロプロセッサ２１の内部カウンタをリセットさせる（＃９０１）。以後は、図６のステップ＃６０２〜＃６０８と同様である。

その後、光学ズームへの切り換え動作を行うかどうかの判定（＃６０９）において、切り換えを行わないと判定した場合は、内部カウンタを増加させる（＃９０３）。そして、カウント数が予め定められた一定値、つまり一定時間経過した後、一時的に電子ズームから光学ズームへの切り換え動作を行わせる（＃９０４→＃６１１）。そして、内部カウンタをリセットする（＃９０２）。

以上の実施例２によれば、上記実施例１に、長期間光学ズームが動作しない場合に定期的に光学ズームの機構を動かす機能が追加されたことになる。よって、光学ズームの機構のフリクションが大きくなり、必要なときに動作しなくなる、といったことがなくなる。

以上の実施例１および２によれば、予め定められた異常条件が成立した場合には、光学ズームの焦点距離と電子ズームの拡大率の組合せを変更している。つまり、撮影範囲を変えずに、電子ズームから光学ズームへ変更するようにしている。

また、予め定められた異常条件が成立しない場合は、定期的に、光学ズームを動かすべく制御している。また、一定時間経過後には、変更前に戻すようにしている。また、上記予め定められた異常条件が成立した場合には、撮像画像の記録画質も同時に変更するようにしている。

よって、多くのシーンを切り換えて繰り返し撮影する、常時駆動の監視用途などのカメラにおいて、通常は電子ズームを使用し、精細な画像を記録することが必要な、火災、不審者の侵入などの非常時のみに光学ズームを動作させることにより、光学ズームの動作寿命を著しく延長することが可能となる。つまり、光学ズーム機構の動作耐久性の確保しながら、また監視用として必要なタイミングにおいて常時、光学ズーム動作と同等の画質の撮影画像を得ることができる。

本発明の実施例１に係るカメラの全体の概略システム構成図である。 本発明の実施例１における撮像シーンのプリセット内容の一例を示す図である。 本発明の実施例１に係るカメラの詳細な回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１において電子ズーム時、垂直補完による画像拡大および水平補完による画像拡大について説明するための図である。 本発明の実施例１においてフレームメモリによる動体検出の説明図である。 本発明の実施例１において光学ズームと電子ズームの切り換え動作を示すフローチャートである。 図６のステップ＃６１１での詳細な動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例１において撮像画角を変えない場合の光学ズームと電子ズームの組合せの説明図である。 図１のＨＤＤ記録装置の回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２において光学ズームと電子ズームの切り換え動作を示すフローチャートである。

符号の説明

２ レンズ
１０ 撮像素子
２１ マイクロプロセッサ
２５ 動体有無検出回路
２７ 煙センサ
２８ 赤外線センサ
２９ ジャイロセンサ
３０ 振動検出部
３１ マイクロホン
３２ 異音検出部
１０８ 振動センサ
１１０ カメラ本体
１１４ コントロールユニット
１１５ ＨＤＤ記録装置

Claims (9)

1. 光学ズーム手段と、
   電子ズーム手段と、
   前記電子ズーム手段を機能させて撮影を行う時に、予め定められた条件が成立することより、ズーム倍率を変更することなく、ズーム手段を前記電子ズーム手段から前記光学ズーム手段に切り換え、撮影を継続するズーム変更手段とを有することを特徴とする監視用撮像装置。
2. 光学ズーム手段と、
   電子ズーム手段と、
   撮影シーンを順次切り換える撮影シーン切換手段と、
   前記電子ズーム手段を機能させて前記撮影シーン切換手段により切り換えられている撮影シーンを撮影する時に、予め定められた条件が成立することより、ズーム倍率を変更することなく、ズーム手段を前記電子ズーム手段から前記光学ズーム手段に切り換え、前記撮影シーンの撮影を継続するズーム変更手段とを有することを特徴とする監視用撮像装置。
3. 前記予め定められた条件とは、設定時刻であることを特徴とする請求項１または２に記載の監視用撮像装置。
4. 前記予め定められた条件とは、赤外線センサの出力変動であることを特徴とする請求項１または２に記載の監視用撮像装置。
5. 前記予め定められた条件とは、煙センサの出力変動であることを特徴とする請求項１または２に記載の監視用撮像装置。
6. 前記予め定められた条件とは、振動検出手段による規定値以上の振動検出であることを特徴とする請求項１または２に記載の監視用撮像装置。
7. 前記予め定められた条件とは、異音検出手段による異音検出であることを特徴とする請求項１または２に記載の監視用撮像装置。
8. 前記予め定められた条件が成立しない場合は、定期的に一定時間、前記電子ズーム手段から前記光学ズーム手段に切り換えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の監視用撮像装置。
9. 前記予め定められた条件が成立した場合は、撮影された画像の記録画質をも同時に変更することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の監視用撮像装置。

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