JP2009010840A

JP2009010840A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2009010840A
Application number: JP2007171995A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takano; 裕志高野
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】表示装置の画面上で発光体の輝度を抑えることができ、これによって発光体以外の被写体を明瞭に確認することができる撮像装置を提供する。
【解決手段】レンズ１によって結像され、アイリス２によって光量が調節された撮影光を撮像素子３が光電変換し、得られた電気信号をアナログ増幅回路４で増幅すると、信号処理回路５が映像信号を生成して表示装置１３に加える。そこで、操作部８を用いて表示装置の映像範囲内に部分領域を設定すると、利得演算回路６は部分領域における映像信号のうち、輝度情報レベルが第１の基準値を超える映像信号のレベルを、第１の基準値からの超過分があらかじめ定めた割合になるように低減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、監視カメラに用いて好適な撮像装置に関する。

夜間の屋外駐車場などを監視カメラとモニタを用いて監視する場合、照明光で照らし出される被写体の明るさと、照明器具の発光部の明るさとの差が非常に大きいため、モニタの映像を見たとき、照明光で照らされる被写体は薄暗く、照明器具の発光部は白く飛ぶことが常であった。このように輝度差の大きい被写体を撮像する監視カメラとして、被写体内の輝度差に応じてダイナミックレンジを高速に変化させ、被写体の輝度差に最適化した撮影画像を得る撮像装置が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
特開２００２−３１４８８５号公報（段落００１３〜００２０）

夜間の屋外監視などにおいて、街灯などの数多くの照明が撮影エリアに存在し、それぞれの発光部がモニタ画面上で白く輝いているとき、薄暗い中の被写体を注目しようとすると、それらの照明が視覚上の妨げになることがあった。また、特許文献１に開示されたように、ダイナミックレンジを電子的に拡大する機能を持つ撮像装置であっても、暗い部分と明るい部分の撮影面積が大きく異なると、明るい部分は白飛びするという問題があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、モニタ画面上で発光体の輝度を抑えることができ、これによって発光体以外の被写体を明瞭に確認することができる撮像装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、撮影光を集光するレンズと、
前記レンズで集光された撮影光の光量を、開口率を制御することにより調節する光量調節手段と、
前記光量調節手段によって調節された光量の前記撮影光を結像させて光電変換する撮像手段と、
前記撮像手段によって光電変換されて得られた電気信号を、可変の増幅率で増幅する増幅手段と、
前記増幅手段によって増幅された電気信号に基づいて映像信号を生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段で生成された映像信号の映像範囲内に、外部からの指示に基づいて少なくとも１つの部分領域を設定する領域設定手段と、
前記映像範囲から前記部分領域を除いた領域の輝度情報に基づいて、前記光量調節手段の開口率、及び前記増幅手段の増幅率を制御する制御手段と、
前記光量調節手段の開口率、及び前記増幅手段の増幅率のそれぞれがあらかじめ定められた値より高い場合に、前記部分領域における映像信号のうち、輝度情報レベルが第１の基準値を超える前記映像信号のレベルを、前記第１の基準値からの超過分があらかじめ定められた割合になるように低減させる利得演算手段とを、
備えた撮像装置である。

また、本発明は、前記領域設定手段によって設定された前記部分領域の映像信号の輝度情報レベルが前記第１の基準値よりも大きい第２の基準値を超えるか否かを判定し、前記輝度情報レベルが前記第２の基準値を超えた場合に限定して、前記利得演算手段による前記映像信号のレベル低減動作をさせる動作制限手段を更に備えた撮像装置である。

また、本発明は、撮影光を集光するレンズと、
前記レンズで集光された撮影光の光量を、開口率を制御することにより調節する光量調節手段と、
前記光量調節手段によって調節された光量の前記撮影光を結像させて光電変換する撮像手段と、
前記撮像手段によって光電変換されて得られた電気信号を、可変の増幅率で増幅する増幅手段と、
前記増幅手段によって増幅された電気信号に基づいて映像信号を生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段で生成された映像信号の映像範囲内に、外部からの指示に基づいて少なくとも１つの部分領域を設定する領域設定手段と、
前記映像範囲から前記部分領域を除いた領域の輝度情報に基づいて、前記光量調節手段の開口率、及び前記増幅手段の増幅率を制御する制御手段と、
前記部分領域における映像信号のうち、輝度情報レベルが所定の基準値以下である前記映像信号のレベルを、前記映像範囲全体の平均輝度情報に基づき低減させる利得演算手段とを、
備えた撮像装置である。

監視カメラとモニタを用いて夜間の屋外駐車場などを監視する際、撮影領域内にある発光体などに比較して、その照明光で照らされる被写体が薄暗いとき、発光体の輝度に関わりなく、被写体の光量を多くするとともに、映像信号を生成する前段の電気信号を大きくし、かつ、モニタに映し出される発光体の画像の光度を低く抑制すれば監視が容易になる。本発明によれば、領域設定手段によって発光体などの明るい被写体を囲むように部分領域を設定すれば、この部分領域を除いた領域の輝度情報に基づいて光量検出手段の開口率及び増幅手段の増幅率を制御し、さらに、これらの開口率及び増幅率があらかじめ定めた値より高い状態で、部分領域における映像信号のうち、輝度情報レベルが第１の基準値を超える映像信号のレベルを、第１の基準値からの超過分があらかじめ定めた割合になるように低減させるので、モニタ画面上で発光体の輝度を抑えることができ、これによって発光体以外の被写体を明瞭に確認することができる撮像装置が提供される。

以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る撮像装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。図１において、レンズ１は被監視領域から入射する撮影光を、撮像素子３上に結像させるものである。このレンズ１は、開口率を制御することにより撮像素子３の光電変換に供される撮影光の光量を調節するアイリス２を内蔵している。撮像素子３は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）などで構成され、レンズ１との相対距離を設定することによって結像された撮影光を光電変換して電気信号を出力するものである。撮像素子３には、その出力である電気信号を増幅するアナログ増幅回路４が接続されている。アナログ増幅回路４の出力端には増幅された電気信号を処理する信号処理回路５が接続されている。この信号処理回路５は、増幅された電気信号から映像信号を生成するとともに、水平同期信号ＨＤ及び垂直同期信号ＶＤを生成するほか、映像信号の輝度情報を出力する機能を有している。信号処理回路５には、映像範囲内に設定された部分領域の映像信号のレベルを低減して、すなわち輝度補正をして出力する利得演算回路６が接続されている。利得演算回路６には、映像信号を外部に出力して表示装置１３に表示するための処理を行う映像出力処理回路７が接続されている。

一方、利得演算回路６に映像信号のレベル低減動作、すなわち輝度補正をさせるために、操作部８、マイクロコンピュータ回路（以下、マイコンと略記する）９、エリア設定回路１０が設けられ、さらに、マイコン９によってアイリス２及びアナログ増幅回路４を制御するために、反転回路１１及びゲート回路１２が設けられている。操作部８は、マウスやキーボードなどで構成され、ユーザが表示装置１３の映像範囲内に指定した部分領域の主要な座標や、部分領域における映像信号を処理するパラメータなどの指示をマイコン９に加える。マイコン９は操作部８又は通信回線（図示せず）を介して入力された指示に基づいて、映像信号のレベルを低減させる部分領域の詳細な座標値をエリア設定回路１０に加える機能と、映像信号のレベルを低減させるための複数のパラメータを利得演算回路６に加える機能と、信号処理回路５で生成された映像信号の輝度情報を入力し、この輝度情報に基づいてアイリス２の開口率及びアナログ増幅回路４の増幅率を制御する機能とを備えている。

エリア設定回路１０は、マイコン９から加えられた座標情報と、信号処理回路５で生成され、図示省略の経路を介して入力される映像信号の水平同期信号ＨＤ及び垂直同期信号ＶＤとに基づいて、映像信号を低減させる部分領域を示すエリア信号を生成して利得演算回路６に加えるものである。この場合、反転回路１１は、エリア設定回路１０で生成されたエリア信号のレベルを反転してゲート回路１２に加えるもので、ゲート回路１２は、信号処理回路５から出力された映像信号の輝度情報と、反転回路１１で反転されたエリア信号とを入力し、部分領域以外の領域の輝度情報をマイコン９に加えるものである。

上記のように構成された本実施の形態の動作について以下に説明する。図１において、レンズ１は被監視領域から入射する撮影光を、撮像素子３上に結像させる。アイリス２はマイコン９の制御信号に従って撮像素子３に到達する撮影光の光量を調節する。撮像素子３はレンズ１によって結像され、アイリス２によって光量が調節された撮影光を光電変換して電気信号を出力する。アナログ増幅回路４は撮像素子３から出力された電気信号を、マイコン９の制御信号に基づいた増幅率で増幅して信号処理回路５に加える。信号処理回路５はアナログ増幅回路４で増幅された電気信号から映像信号を生成して利得演算回路６に加えるとともに、映像信号の輝度情報をゲート回路１２に加え、さらに水平同期信号ＨＤ及び垂直同期信号ＶＤを生成してエリア設定回路１０に加える。

ユーザが操作部８を用いるか、又は外部の通信回線を介して、表示装置１３の映像範囲内に、例えば発光体の画像を囲むように指定した部分領域の主要な座標を示す情報と、映像信号のレベルを低減させるための複数のパラメータとをマイコン９に加える。マイコン９は、部分領域の主要な座標情報に基づき、詳細を後述するように部分領域の詳細な座標情報を設定してエリア設定回路１０に加え、さらに、映像信号のレベルを低減させるための複数のパラメータを利得演算回路６に加える。エリア設定回路１０は、マイコン９から加えられた座標情報と、信号処理回路５で生成された映像信号の水平同期信号ＨＤ及び垂直同期信号ＶＤとに基づいて、詳細を後述するように映像信号を低減させる部分領域を示すエリア信号を生成して利得演算回路６に加える。

反転回路１１は、エリア設定回路１０で生成されたエリア信号のレベルを反転してゲート回路１２に加える。ゲート回路１２は、信号処理回路５から出力された映像信号の輝度情報と、反転回路１１で反転されたエリア信号とを入力し、部分領域以外の領域の輝度情報をマイコン９に加える。マイコン９は、部分領域以外の輝度情報、すなわち明るさに基づいて、詳細を後述するように、アイリス２の開口率及びアナログ増幅回路４の増幅率を制御するとともに、制御情報を利得演算回路６に加える。

ここで、映像信号のレベルを低減して輝度補正を行う部分領域の設定について、図２を用いて説明する。図２において、領域Ａは表示装置１３に表示される映像範囲全体を示し、部分領域Ｂ１、Ｂ２は輝度補正を行う領域を示している。領域Ａの画面は横が６４０画素、縦が４８０画素で構成されている。領域Ａの四隅をａ₁、ａ₂、ａ₃、ａ₄とし、ａ₁を基準としてその座標を（ｘ，ｙ）で表すと、ａ₁は（０，０）、ａ₂は（６３９，０）、ａ₃は（０，４７９）、ａ₄は（６３９，４７９）となる。

部分領域Ｂ１、Ｂ２は、それぞれユーザが操作部８を操作するか、又は外部の通信回線を介して指定するもので、部分領域Ｂ１に対して左上の隅ｂ₁₁及び右下の隅ｂ₁₄の座標を指定し、部分領域Ｂ２に対して左上の隅ｂ₂₁及び右下の隅ｂ₂₄の座標を指定する。これに応じてマイコン９は部分領域Ｂ１に対して右上の隅ｂ₁₂及び左下の隅ｂ₁₃の座標を自動的に設定し、部分領域Ｂ２に対して右上の隅ｂ₂₂及び左下の隅ｂ₂₃の座標を自動的に指定する。一例として、部分領域Ｂ１ではユーザがｂ₁₁を（１００，１７０）、ｂ₁₄を（１６０，２００）と指定すると、マイコン９がｂ₁₂を（１６０，１７０）、ｂ₁₃を（１００，２００）と自動的に設定する。また、部分領域Ｂ２ではユーザがｂ₂₁を（４２０，９０）、ｂ₂₄を（５１０，１３０）と指定すると、マイコン９がｂ₂₂を（５１０，９０）、ｂ₂₃を（４２０，１３０）と自動的に設定する。そして、横６１画素、縦３１画素からなる部分領域Ｂ１の四隅ｂ₁₁、ｂ₁₂、ｂ₁₃、ｂ₁₄を示す座標情報と、横９１画素、縦４１画素からなる領域Ｂ２の四隅ｂ₂₁、ｂ₂₂、ｂ₂₃、ｂ₂₄を示す座標情報をエリア設定回路１０に加える。

次に、エリア設定回路１０によるエリア信号の生成について説明する。エリア設定回路１０はマイコン９から加えられる座標情報と、信号処理回路５で生成された映像信号の水平同期信号ＨＤ及び垂直同期信号ＶＤとに基づいて、図２に示すように、水平同期信号ＨＤに同期した領域を示すタイミング信号Ｔ１と、垂直同期信号ＶＤに同期した領域を示すタイミング信号Ｔ２とを生成し、これらのタイミング信号Ｔ１とＴ２の論理積をとり、その結果をエリア信号として出力する。

次に、利得演算回路６の詳細な動作について、図３、図４及び図５を用いて以下に説明する。図３において、Ｘ軸は入力レベルを表し、Ｙ軸は出力レベルを表しており、それぞれの最小レベルを０、最大レベルを１としている。部分領域Ｂ１、Ｂ２以外での入力レベルと出力レベルの関係はｙ＝ｘとなり、入力された映像信号はそのままのレベルで出力される。輝度補正の開始レベルをｐ（０≦ｐ≦１）、入力レベルに対する出力レベルの増加率をｋ（０≦ｋ≦１）とすると、領域Ｂ１、Ｂ２において、ｘ≦ｐではｙ＝ｘとなり、ｘ＞ｐではｙ＝ｋｘ＋ｐ（１−ｋ）となり、入力レベルがｐよりも大きい場合は映像信号の出力レベルが抑制される。増加率ｋは小さくなるほど出力レベルの抑制効果が大きくなり、ｋ＝０の場合、ｘ＞ｐではｙ＝ｐとなり、出力レベルは一定値ｐとなる。ｋ＝１の場合は、ｘ＞ｐにおいてもｙ＝ｘとなる。

図４は２つの直線が交差する近傍において、利得演算回路６が、さらに多点補間を行ったときの特性例を示す。ここでは、ｙ＝ｘの他に増加率ｋが異なる２つの関数ｙ＝ｆ₁（ｘ）、ｆ₂（ｘ）を用いて、すなわち補間数を増やして、実線Ｒで示すように疑似曲線化することによって、レベルｐの近傍における映像の違和感が軽減される。

図５は領域Ｂ１、Ｂ２における利得演算回路６の出力信号波形を示している。利得演算回路６の入力レベルがｐよりも大きい場合では、破線Ｄで示す入力信号波形が実線Ｒで示すとおりに抑制される。図３中のｐ、ｋは、図５中のｐ、ｋにそれぞれ相当する。

図６は被写体の明るさに応じて、すなわち、信号処理回路５で生成され、ゲート回路１２を介して入力された輝度情報の平均値に基づいて、マイコン９が制御動作を行う被写体の明るさ（輝度情報レベル）と開口率との関係、被写体の明るさ（輝度情報レベル）とアナログ増幅回路４のゲイン（増幅率）との関係を併せて示した線図である。図６において、日中のように被写体が明るい場合は、アナログ増幅回路４のゲインは最低レベルにあり、アイリス２はｏｐｅｎ（開）とｃｌｏｓｅ（閉）の間に位置する。夜間のように被写体が暗くなってくると、まずアイリス２がｏｐｅｎ（開）になる。被写体がより暗くなるとアナログ増幅回路４のゲインが増加し始める。さらに暗くなると、アナログ増幅回路４のゲインが最大レベルに達する。ここでは、アイリス２はレンズ１に内蔵されたメカニカル動作のものを想定しているが、撮像素子３の機能である電子シャッターを用いた電子アイリスを利用してもよい。

利得演算回路６は、被写体が明るいときは、指定されたｐに関わらず、常にｙ＝ｘとし、より暗いときに前述した、映像信号のレベル抑制動作をさせる必要がある。このレベル抑制動作を開始させる明るさ、すなわち信号処理回路５で生成され、ゲート回路１２を介して入力された輝度情報レベルの平均値をｑ（図６参照）とする。マイコン９は、ユーザの操作に応じて操作部８又は外部の通信回線（図示せず）を介して入力された指示に基づいて、これらｐ、ｋ、ｑのパラメータを利得演算回路６に加える。

また、エリア設定回路１０は、内部で生成したエリア信号を図示省略のゲート回路に供給する。図示省略のゲート回路は、信号処理回路５で生成された映像信号の輝度情報をエリア信号でゲートしてマイコン９に供給する。すなわち、部分領域Ｂ１、Ｂ２以外の輝度情報を遮断し、部分領域Ｂ１、Ｂ２の輝度情報をマイコン９に供給する。マイコン９は部分領域Ｂ１、Ｂ２のそれぞれの輝度情報レベルが一定レベル、例えば９０％以上であるか否かを判断し、一定レベルに達しない場合は、利得演算回路６による映像信号レベルの抑制動作を停止させる。これらの構成要素が本発明の動作制限手段に対応している。

以上の説明によって明らかなように、本実施の形態によれば、撮影領域内にある発光体などの明るい被写体を囲むように部分領域を設定し、この部分領域を登録しておけば、夜間の監視などでは、この部分領域内の明るさの基準値からの増加率が抑制されて輝度補正がなされることにより、モニタ画面上で発光体の輝度が抑えられ、目的の被写体を明瞭に確認することができる。

なお、ゲート回路１２には、部分領域の輝度情報レベルがｐに満たないときはゲートしない機能をもたせるようにしてもよい。例えば、日中のときなど照明器具が点灯していないときは、このゲートしない機能が動作することにより、マイコン９が画面全体の平均輝度情報でアイリス２の開口率及びアナログ増幅回路４の増幅率を制御する。

また、上記の実施の形態では、ユーザが操作部８又は通信回線を介して入力された指示に基づいて設定される部分領域が２つである場合について説明したが、部分領域の数は発光体などの明るい被写体の数に応じて決定すればよく、１つであっも、３つ以上であってもよい。

本発明に係る撮像装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。一実施の形態の動作を説明するために、映像範囲内に部分領域を設定してエリア信号を生成する説明図である。一実施の形態を構成する利得演算回路の動作を説明するために、その入力レベルと出力レベルとの関係を示した線図である。一実施の形態を構成する利得演算回路の他の動作例を説明するために、その入力レベルと出力レベルとの関係を示した線図の一部である。一実施の形態を構成する利得演算回路の詳細な動作を説明するための波形図である。一実施の形態を構成するマイクロコンピュータ回路の制御動作を説明するために、明るさと開口率との関係、並びに明るさとゲインとの関係を併せて示した線図である。

符号の説明

１レンズ
２アイリス（光量調節手段）
３撮像素子（撮像手段）
４アナログ増幅回路（増幅手段）
５信号処理回路（信号処理手段）
６利得演算回路（利得演算手段）
７映像出力処理回路
８操作部（領域設定手段）
９マイクロコンピュータ回路（制御手段）
１０エリア設定回路（領域設定手段）
１１反転回路
１２ゲート回路
１３表示装置

Claims

撮影光を集光するレンズと、
前記レンズで集光された撮影光の光量を、開口率を制御することにより調節する光量調節手段と、
前記光量調節手段によって調節された光量の前記撮影光を結像させて光電変換する撮像手段と、
前記撮像手段によって光電変換されて得られた電気信号を、可変の増幅率で増幅する増幅手段と、
前記増幅手段によって増幅された電気信号に基づいて映像信号を生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段で生成された映像信号の映像範囲内に、外部からの指示に基づいて少なくとも１つの部分領域を設定する領域設定手段と、
前記映像範囲から前記部分領域を除いた領域の輝度情報に基づいて、前記光量調節手段の開口率、及び前記増幅手段の増幅率を制御する制御手段と、
前記光量調節手段の開口率、及び前記増幅手段の増幅率のそれぞれがあらかじめ定められた値より高い場合に、前記部分領域における映像信号のうち、輝度情報レベルが第１の基準値を超える前記映像信号のレベルを、前記第１の基準値からの超過分があらかじめ定められた割合になるように低減させる利得演算手段とを、
備えた撮像装置。
前記領域設定手段によって設定された前記部分領域の映像信号の輝度情報レベルが前記第１の基準値よりも大きい第２の基準値を超えるか否かを判定し、前記輝度情報レベルが前記第２の基準値を超えた場合に限定して、前記利得演算手段による前記映像信号のレベル低減動作をさせる動作制限手段を更に備えた請求項１に記載の撮像装置。
撮影光を集光するレンズと、
前記レンズで集光された撮影光の光量を、開口率を制御することにより調節する光量調節手段と、
前記光量調節手段によって調節された光量の前記撮影光を結像させて光電変換する撮像手段と、
前記撮像手段によって光電変換されて得られた電気信号を、可変の増幅率で増幅する増幅手段と、
前記増幅手段によって増幅された電気信号に基づいて映像信号を生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段で生成された映像信号の映像範囲内に、外部からの指示に基づいて少なくとも１つの部分領域を設定する領域設定手段と、
前記映像範囲から前記部分領域を除いた領域の輝度情報に基づいて、前記光量調節手段の開口率、及び前記増幅手段の増幅率を制御する制御手段と、
前記部分領域における映像信号のうち、輝度情報レベルが所定の基準値以下である前記映像信号のレベルを、前記映像範囲全体の平均輝度情報に基づき低減させる利得演算手段とを、
備えた撮像装置。