JP2008060876A - 画像記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
監視用映像記録装置において、高画質と長時間記録の両方の要求を満たそうとすると高価なものになる。
【解決手段】
デジタル映像信号を圧縮する前に、不要な領域について画素毎に下位ビットをマスクし高周波成分を抑えるという簡単なデータの変換を施すことにより、監視用に必要な領域の高周波成分を相対的に引き上げ、高画質で記録することができる。その結果、監視用に不要な領域は高圧縮で記録するので、長時間記録が可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像記録装置に係る。

本技術分野の背景技術として、例えば、特開２００６−１８０２００号公報（特許文献１）がある。該公報には、課題として「監視対象箇所が遠隔地にある場合でも高画質映像によって監視を可能とする。」と記載されており、解決手段として「監視カメラのプリセット位置毎に予め設定された画像符号化パラメータを保存しておくパラメータ記録部６０と、カメラ動作コマンドを解析して監視カメラが前記プリセット位置の監視を行うか否かを判定するコマンド解析部５０と、監視カメラがプリセット位置の監視を行うとコマンド解析部５０が判定したときパラメータ記録部６０に保存されているプリセット位置に対応する画像符号化パラメータを用いて監視カメラから送られてくる監視画像を符号化する符号化部２０とを備える。カメラプリセット位置毎に符号化部２０への設定パラメータが最適化され、遠隔地の監視でも高画質映像を得ることが可能となる。」と記載されている。

また、他の背景技術として、例えば、特開２００６−９４４１９号公報（特許文献２）がある。該公報には、課題として「各分割領域の画像に好適な画像補正処理を行なうことによって、画像の画質を向上させることができる画像信号処理装置を得る。」と記載されており、解決手段として「画像データが予め定められた分割領域に分割される。次に、分割領域の画像データの空間周波数特性と人間の視覚特性に基づく空間周波数特性との相関関数を算出する。また、分割領域の画像データに対しエッジ抽出処理を行い、エッジ値を出力すると共に、分割領域の画像データがエッジの部分、平坦部の部分、及びテクスチャの部分の何れを表しているかを判別する。そして、各分割領域の画像データに対して、算出された相関関数と、エッジ値と、判別結果とに基づいて輪郭補正処理やノイズ低減処理のパラメータを決定し、ノイズ低減処理及び輪郭補正処理を行なう。」と記載されている。

また、画像記録装置が記録する画像の圧縮技術として、例えば、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）２０００がある。「わかりやすいＪＰＥＧ２０００の技術」（非特許文献１）には、「興味領域（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉｏｎ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒｅｓｔ）の符号化が行なえること あるアプリケーションでは、画像の一部の領域が他の領域よりも重要度が高いことがある。たとえば、医用画像のアプリケーションでは、病変部を他の周辺部よりも詳細に観察したい場合がある。この重要な領域はＲＯＩと呼ばれるが、この特性をもてば、画像内の重要領域を他の背景領域よりも高品質・低ひずみで符号化・伝送することができるようになる。」と記載されている。

特開２００６−１８０２００号公報 特開２００６−９４４１９号公報 「わかりやすいＪＰＥＧ２０００の技術」、小野定康／鈴木順司 共著、株式会社オーム社、２００３年、６０ページおよび１３７〜１４２ページ

近年、監視用の画像記録装置の圧縮技術として、上述したＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）２０００が採用されるようになっている。

フレーム間差分を圧縮要素として用いるＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）などの圧縮技術をあまり使用しない理由は、画像を間欠で記録することが多い監視用の画像記録装置には向かないことと、デジタルカメラなどで一般的なＪＰＥＧよりも圧縮率が高いためである。

上述のように、ＪＰＥＧ２０００には、画像の特定領域に多くの符号量を割り当てて、その領域の画質の劣化を抑える技術としてＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）という技術があり、画面中の特に注意して監視したい領域のみの画質を向上させることができる。

次に、一般的な監視の状況について、図２、図３を用いて説明する。図２は監視用のカメラの設置方法、図３は監視用のカメラが映した画像を示したものである。

監視用の画像記録装置は監視用のカメラをその画像入力手段として用いる。監視用のカメラは図２のように天井などに取り付けられることが多いが、カメラの設置位置や画角の制限により、画面の中に天井や柱など、監視用としては映す必要のないものが入ってしまうことが多々ある。図３に示すように、上部の天井部分と左側の壁の部分が監視用の画像としては不要な領域になる。以降、監視用に必要な領域を興味領域、不要な領域を非興味領域とする。

ここで、興味領域で必要な画質を得ることができるように高いデータ量に圧縮するようにすると、非興味領域でも高いデータ量となってしまい無駄なデータ量を使ってしまうことになり、十分な記録時間が確保できない。逆に、非興味領域に合わせた低いデータ量にすると、興味領域で十分な画質が得らない。

画像記録装置では、一般的に、記録媒体の容量が決まっているので記録時間を伸ばせば画質を落とさなくてはならないし、画質をあげれば記録時間が短くなる。監視用の画像記録装置では、記録時間と画質では、記録時間の方が優先度の高い項目であり（例えば、１週間は画像を保管したいなど）、結果として、興味領域の画質に不満を持ちながらも、画質を落とさなければならなくなることが多い。

このため、監視用の画像記録装置では、興味領域と非興味領域を異なるデータ量で圧縮する圧縮技術が非常に有効になる。

上述したように、ＪＰＥＧ２０００には、画像の特定領域に多くの符号量を割り当てて、その領域の画質の劣化を抑える技術としてＲＯＩという技術がある。しかしながら、ＲＯＩという技術を使う場合は、これに対応した複雑な回路を追加する必要があり、その計算量の多さにより圧縮回路の規模が増加し、画像記録装置自体のコストアップにつながってしまうという問題があった。

なお、特許文献１には、符号化パラメータは、パラメータ記憶部に予め設定されており、興味領域に多くのデータ量を割り当てて高画質にするという点までは考慮されていない。また、画面中の分割領域毎にカットオフ周波数を変えることが開示されているが、これはノイズ低減のためである。

また、特許文献２には、画像の領域分割された部分に対して好適な画像補正処理をすることが開示されているが、これは輪郭補正とノイズ低減に関する画像補正処理であり、興味領域に多くのデータ量を割り当てて高画質にするという点までは考慮されていない。

本発明の目的は、画面中の興味領域の高画質を実現することのできる画像記録装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明のある一面の概要は、画像信号に対し、画面中の所定領域以外の領域に含まれる画素の周波数成分を下げることにより該所定領域に含まれる画素の周波数成分を相対的に引き上げるようにデータ変換し、該データ変換された画像信号に対し、画素の周波数成分が相対的に引き上げられた該所定領域にはデータ量を多く割り当てて低圧縮率とし、画素の周波数成分を下げた該所定領域以外の領域にはデータ量を少なく割り当てて高圧縮率とし、全体として所定のデータ量に圧縮することを特徴とする。

本発明は、特許請求の範囲に記載のとおりである。

本発明によれば、画面中の興味領域を高画質で記録することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

以下、本発明による映像記録装置の一実施例を、図１〜図６を用いて説明する。

まず、本発明による映像記録装置を使用した監視システムの構成及び全体動作を、図１を用いて説明する。図１は、本発明による映像記録装置の全体動作を説明するための図である。

１は映像記録装置である。２は外部に接続する監視用のカメラであり、被写体からの映像を受光しアナログ信号に変換し、アナログ映像信号Ａを出力する。１０は入力端子であり、カメラ２が出力するアナログ映像信号Ａを映像記録装置１に入力する。２０はＡＤ変換回路であり、アナログ映像信号Ｂを赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各色毎に８ビット（０〜２５５）の値に変換し、デジタル映像信号Ａを出力する。２１はデータ変換回路であり、デジタル映像信号Ａのデータを領域毎に設定されたレベルに従い各画素、各色毎に下位ビットから指定ビット数だけ０にマスクする機能を持ち、データ変換を施した結果のデジタル映像信号Ｂを出力する。２２は圧縮回路であり、デジタル映像信号Ｂを圧縮してデジタル映像信号Ｃを出力する。本実施例ではＪＰＥＧ２０００を圧縮技術として用いた回路としている。２３はデジタル映像信号Ｃを記録するための記録手段であり、本実施例ではハードディスク（以下、ＨＤＤ）を用いる。システム制御マイコン３０は映像記録装置１の動作全体を制御するマイコンである。図示しない入力キーからの操作者の操作を受け取り、操作に対応して映像記録装置１の各回路を制御する。４０はＯＳＤ（Ｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）回路であり、アナログ映像信号Ｂに文字等を重畳しアナログ映像信号Ｃを出力する。また、ＯＳＤ回路４０は映像記録装置１の各種の設定を行うための設定画面を表示する。１１は出力端子であり、アナログ映像信号Ｄを出力する。３は外部に接続するＴＶモニターであり、アナログ映像信号Ｄを入力して画面に表示する。

次に、監視の状況について、図２、図３を用いて説明する。図２と監視用のカメラ１の設置方法、図３は監視用のカメラ１が映した画像を示したものである。

図２のように監視用のカメラ１は天井などに固定されることが多いが、カメラ１の設置位置や角度の制約が多い。これより、監視する必要のない場所をカメラが写してしまうことが多い。図３を例に取ると、映像上部の天井の部分と左側の壁及び下の床の部分は監視用としては不要な領域（非興味領域）になる。また、映像中央の出入り口の部分と右側の人のいる部分は監視用に必要な領域（興味領域）となる。

本実施例では興味領域及び非興味領域を４段階でマスクするレベルの設定ができるようにしている。

レベル１は、データ変換回路で下位ビットをマスクしないことで(そのまま)、映像の高周波成分が多い高画質な画像とする。

レベル２は、データ変換回路で色データの下位２ビットを０にすることで、レベル１の画像よりも高周波成分が少ない画像とする。

レベル３は、データ変換回路で色データの下位４ビットを０にすることで、レベル２の画像よりも高周波成分が少ない画像とする。

レベル４は、データ変換回路で色データの下位６ビットを０にすることで、レベル３の画像よりも高周波成分が少ない画像とする。

ここで、映像の領域毎にマスクする機能について図４を用いて説明する。図４は本発明による映像記録装置の興味領域設定画面を示したもので、図４（Ａ）はレベル設定前の画面、図４（Ｂ）はレベル設定後の画面を示したものである。本実施例では、画面全体を８×８の６４の領域に分け、その領域毎にレベルを設定できるようにしている。

図４（Ａ）に示すように設定前の画面では、全領域がレベル１になっている。ここで、レベルの設定を行うと、図４（Ｂ）に示すような設定後の画面となる。

図４（Ｂ）では、興味領域としてもっとも重要なのは出入り口の領域なので、ここをレベル１に設定して高画質な画像としている。人のいる部分はレベル２に設定している。また、非興味領域として天井部分及び左側の壁の部分はもっとも必要のない領域なので、レベル４に設定して画質を抑えた映像としている。残りの床の部分はレベル３に設定している。

尚、この設定はシステム制御マイコン３０からデータ変換回路２１に指示される。

次に、上述したように各領域を設定した場合のデータ変換回路２１と圧縮回路２２の動作について説明する。

圧縮回路２２は、どのような内容の画像（真っ黒／各画素毎に色の異なる画像／図３のような画像など）を入れても同じ所定のデータ量に圧縮されたデジタル映像信号Ｃを生成するようになっており、記録時間の変動を押さえたい監視用の映像記録装置には必要な特徴である。また、圧縮回路２２は、画像の周波数成分の高い領域を優先的に符号化するようになっており、例えば画像のある一部分だけ特に周波数成分が高いものがあるときに、この部分にデータ量が多く割り当てられ、その結果、低圧縮率となり、高画質の画像となる。逆に全体的に均一の周波数成分になっているような画像では、全領域でほぼ同じ圧縮率となる。

本発明では、これらの特徴を有効に生かすために、データ変換回路２１を圧縮回路２２の前段に配置している。像の非興味領域の高周波数成分を落とし、興味領域の周波数成分を相対的に引き上げ、この部分のデータ量を上げようとするものである。

データ変換回路２１は、画素毎に下位ビットをマスクできるようになっているが、この効果について説明する。ＡＤ変換回路２０では入力されたアナログ映像信号Ｂを赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各色毎に８ビット（０〜２５５）の値に変換し出力している。ここで、隣接する画素Ａと画素Ｂをレベル３（下位４ビットを０にマスク）に設定した場合、データ変換回路２１からの出力は上位４ビットだけで決まる１６の倍数（０、１６、３２、４８、６４、・・・）の値に切り捨てられる。例えば、入力された画素Ａの８ビットの値が５６のときは４８に（５６を２進数で表すと「００１１１０００」で、この下位４ビットをマスクすると「００１１００００」になり、これは十進数の４８となる)、画素Ｂの８ビットの値が６３のときも４８になる。この結果、画素Ａと画素Ｂの８ビットの値が等しくなり、平均化され、画像の高周波成分がカットされることになる。

上述したように、データ変換回路２１は入力したデジタル映像信号Ａを各画素毎に設定通りに下位ビットのマスクをかけている。本発明による映像記録装置のデータ変換回路２１による下位ビットのマスクによる効果を図５〜図８を用いて説明する。

図５は、本発明による映像記録装置のデータ変換回路２１から出力されるデジタル映像信号Ｂの画面例である（入力は図３の画像である）。図５（Ａ）が全領域のレベルが１のままのときの画面、図５（Ｂ）が図４（Ｂ）に示した設定でマスクをかけた場合の画面である。図５（Ｂ）の画像では、レベル４及びレベル３に設定した天井の部分や左側の壁や床の部分の非興味領域のディテールがなくなっていることがわかる。なお、レベル１に設定した出入り口の部分の興味領域の画質は図５（Ａ）と図５（Ｂ）とでは同じになっている。

図６が本発明による映像記録装置の圧縮回路２２から出力されるデジタル映像信号Ｃの画面例である。図６（Ａ）が図５（Ａ）の全領域のレベルが１のままの画像を入力したときの圧縮後の出力画像、図６（Ｂ）が図５（Ｂ）の画像を入力したときの圧縮後の出力画像である。図６（Ａ）の場合は、全体的に均一の周波数成分になっているので所定のデータ量に圧縮するため高い圧縮率となり、興味領域を含め全体の画質が劣化している。これに対し、図６（Ｂ）の場合は、興味領域の高周波成分をそのままに、非興味領域の高周波成分を落としているので周波数成分の高い興味領域を優先的に符号化するようになり、監視用としては重要な興味領域の画質に関しては高画質が確保できている。図６（Ｂ）のほうが図６（Ａ）よりも画質が向上していることがわかる。このように、非興味領域の下位ビットをマスクするという方法で高周波成分を落とすことにより、周波数成分の高い興味領域を優先的に符号化することが可能となり、安価なコストで、画面中の興味領域を高画質で記録することができる。

本発明による映像記録装置の第２の実施形態を説明する。実施例１との違いはデータ変換方式であり、実際に圧縮回路２２から出力する別の画像の例を図７と図８を用いて説明する。

図７は本発明による映像記録装置の圧縮回路２２への入力画像（文字）の一例であり、画像Ａは元の画像、画像Ｂと画像Ｃは画像Ａの上半分にデータ変換回路２１によるデータ変換をかけた画像であり、画像Ｂは２×２の４画素を１ブロックとしてモザイク的に平均化したもの、画像Ｃはガウス関数をもちいて平均化したものである。この画像を圧縮回路２２により圧縮すると、図８に示す画像となす。

図８は本発明による映像記録装置の圧縮回路２２からの出力画像（文字）の一例であり、画像ＡからＣは、それぞれ図７の画像ＡからＣを入力したときの結果である。図８の画像Ｂと画像Ｃともに、データ変換を全くかけない画像Ａよりも、下半分の文字が読みやすくなっていることがわかる。

なお、一般的に映像記録装置には、記録した映像を再生する機能を備えているが、これに関しては既知のものであり、ここでは説明しない。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

本発明による映像記録装置の全体動作を説明するための図 監視用のカメラの設置方法 監視用のカメラが映した画像 本発明による映像記録装置の興味領域設定画面 本発明による映像記録装置のデジタル映像信号Ｂの画面例 本発明による映像記録装置のデジタル映像信号Ｃの画面例 本発明による映像記録装置の圧縮回路２２への入力画像(文字)の一例 本発明による映像記録装置の圧縮回路２２からの出力画像(文字)の一例

符号の説明

１・・・映像記録装置、２・・・カメラ、３・・・ＴＶモニター、１０・・・入力端子、
１１・・・出力端子、２０・・ＡＤ変換回路、２１・・・データ変換回路、２２・・・圧縮回路、
２３・・・記録手段、３０・・・システム制御マイコン、４０・・・ＯＳＤ回路、

Claims (8)

1. 画像信号に対し、画面の一部である所定領域以外の領域に含まれる画素の周波数成分を下げることにより該所定領域に含まれる画素の周波数成分を相対的に引き上げるようにデータ変換するデータ変換手段と、
   該データ変換手段でデータ変換された画像信号に対し、画素の周波数成分が相対的に引き上げられた該所定領域にはデータ量を多く割り当てて低圧縮率とし、画素の周波数成分を下げた該所定領域以外の領域にはデータ量を少なく割り当てて高圧縮率とし、該画面全体として所定のデータ量に圧縮する圧縮手段と、
   該圧縮手段で圧縮された画像信号を記録媒体に記録する記録手段と、
   を備えることを特徴とする画像記録装置。
2. 画像信号に対し、画面の一部である所定領域以外の領域に含まれる画素の周波数成分を下げるようにデータ変換するデータ変換手段と、
   該データ変換手段でデータ変換された画像信号に対し、周波数成分の高い領域にデータ量を多く割り当て、該画面全体として所定のデータ量に圧縮する圧縮手段と、
   該圧縮手段で圧縮された画像信号を記録媒体に記録する記録手段と、
   を備えることを特徴とする画像記録装置。
3. 画像の画像信号をデジタル化し、前記デジタル画像信号を圧縮して記録する画像記録装置において、
   前記画像信号をデジタル化しデジタル画像信号Ａを出力するＡＤ変換回路と、前記デジタル画像信号Ａのデータ変換を行いデジタル画像信号Ｂを出力するデータ変換回路と、前記デジタル画像信号Ｂを圧縮しデジタル画像信号Ｃを出力する圧縮回路と、前記デジタル画像信号Ｃを記録する記録手段とを備え、
   前記データ変換回路は、画像信号の一部の部分の周波数成分を落とすためのデータ変換をするものであり、
   画像の所定領域を、前記データ変換回路により画像の所定領域の周波数成分を落とすようにしたことを特徴とする画像記録装置。
4. 請求項３記載の画像記録装置は、監視用途に使うことを特徴とした画像記録装置。
5. 請求項３または４記載の画像記録装置において、前記データ変換回路でのデータ変換は、前記デジタル画像信号Ａの画素毎に、下位ビットをマスクすることを特徴とした画像記録装置。
6. 請求項３または４記載の画像記録装置において、前記データ変換回路でのデータ変換は、デジタル画像信号Ａの隣接する画素の平均を取ることを特徴とした画像記録装置。
7. 請求項３乃至６のいずれか記載の画像記録装置において、前記圧縮回路の画像圧縮技術にＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）２０００を使うことを特徴とした画像記録装置。
8. 画像信号に対し、画面の一部である所定領域に含まれる画素の周波数成分を、該所定領域以外の領域に含まれる画素の周波数成分と対比して、相対的に上げるようにデータ変換するデータ変換手段と、
   該データ変換手段でデータ変換された画像信号に対し、周波数成分のより高い領域にデータ量をより多く割り当て、該画面全体として所定のデータ量に圧縮する圧縮手段と、
   該圧縮手段で圧縮された画像信号を記録媒体に記録する記録手段と、
   を備えることを特徴とする画像記録装置。
   
   

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