JP2009278496A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点灯されているＬＥＤ式信号機の発光体を撮影したときに、明滅状態で撮影される場合があった。
【解決手段】フィールド毎に、第１のフィールド画像を撮像すると共に、この撮像時点から商用電源周波数の１／４周期分の時間経過後の第２のフィールド画像を撮像する撮像素子１０２と、これら撮像された第１及び第２のフィールド画像を加算して１つのフィールド画像を生成する信号合成回路１０８と、この生成されたフィールド画像をＮＴＳＣ方式にして出力する信号処理回路１０９とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に係り、特に電源周波数に同期して点滅する発光体を撮像した場合に、この発光体の明滅状態を確実に撮像する撮像装置に関する。

近年、運送業者や社用の自動車、或いは自家用自動車は、自車両が交通事故を起こしたとき等の車両の走行状況を記録するために、ドライブレコーダ及びビデオカメラを車載することが増えている。このドライブレコーダは、車速度、加速度、ブレーキ圧、ハンドル蛇角等の車両状態を計測して記録すると共に、ビデオカメラで撮影した自車両の周辺環境の映像を記録するものである。種々のドライブレコーダの中には、自車両が交通事故を起こしたり急ブレーキをかけたりする等してドライブレコーダが車両状態の大きな変化や急激な変化を検知したときに、ビデオカメラからの撮像映像の記録を開始したり、データ圧縮のビットレートを上げて詳細な映像の記録を行ったりするものもある。このようなドライブレコーダ及びビデオカメラは、交通事故発生時の状況を証拠として確保し、事後に事故原因を分析すること等に有用なものとして用いられている。

ところで、車両に搭載されたビデオカメラが撮影する周辺環境には、道路や交差点に設置された信号機が含まれるが、交通事故発生時の信号機の明滅状態は事故原因の分析等に有用であるため、この明滅状態を画像として記録することは非常に重要である。この信号機については、旧来より電球式の発光体が用いられてきたが、近年のＬＥＤ発光素子の急速な進歩により、ＬＥＤ発光式のものが主流になっている。このＬＥＤ式信号機は、その信頼性を考慮して、単純な駆動回路構成が採用されている。すなわち、各色のＬＥＤ発光素子群に商用電源（日本国内の場合は、地域により５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ，ＡＣ１００Ｖ）を全波整流した電圧を直接印加する構成である。したがって、ＬＥＤ式信号機は、東日本や北米等の５０Ｈｚ地域では１００Ｈｚ、西日本やヨーロッパ、中国等の６０Ｈｚ地域では１２０Ｈｚの点滅を繰り返すものである。

一方、ビデオカメラの垂直同期周波数は、ＮＴＳＣ方式では５９．９４Ｈｚ、ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭ方式では５０Ｈｚであり、この垂直同期周波数が商用電源周波数と一致又は略一致する場合がある。例えば、ＮＴＳＣ方式のビデオカメラを西日本地域で使用した場合は、垂直同期周波数が５９．９４Ｈｚであり商用電源周波数が６０Ｈｚであるため、両者の周波数は略一致する。このような場合において、ＬＥＤ式信号機の発光体をビデオカメラで撮影した場合、発光体が消灯した状態として数秒間連続して撮影される現象が発生することがある（非特許文献１参照）。この現象は、具体的には、例えば２×６０（Ｈｚ）−４×２９．９７（Ｈｚ）＝０．１２（Ｈｚ）、すなわち約８．３秒周期の明滅としてＬＥＤ発光素子の灯火が撮影されるものであり、実際には点灯しているＬＥＤ発光素子が消灯した状態として撮影されてしまうこととなり、ドライブレコーダでの環境状況の記録においては大きな問題となる。

このような、明滅が周期的に繰り返される発光機器が車載カメラの撮像範囲内に含まれる場合であっても、発光機器を点灯状態で撮影することが可能な車載カメラが知られている（例えば特許文献１参照）。この車載カメラは、信号処理部が、撮像部の撮像範囲内に含まれる信号機の消灯期間を求め、撮像素子の電荷蓄積期間が信号機の消灯期間よりも長くなるようにシャッタを制御するものである。

特開２００７−１６１１８９号公報 研究速報「ドライブレコーダ映像に対するＬＥＤ信号機の影響」（財団法人日本自動車研究所発行 自動車研究 第２８巻第７号（２００６年７月））

しかしながら、特許文献１記載の車載カメラは、発光機器の消灯期間を求める手段と、この求められた発光機器の消灯期間よりも電荷蓄積期間が長くなるようにシャッタ機能を制御する手段とを必要とするため、これらの手段を有する信号処理手段の処理負荷や実現コストが大きなものとなる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電源周波数に同期して点滅する発光体を撮像した場合に、この発光体の明滅状態を確実に撮像する撮像装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下［１］−［３］の手段を提供するものである。
［１］電源周波数に同期して点滅する発光体を撮像する撮像装置であって、
フィールド毎に、第１のフィールド画像を撮像すると共に、この撮像時点から前記電源周波数の略１／４周期分の時間経過後の第２のフィールド画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像された第１及び第２のフィールド画像を画素単位で加算して１つのフィールド画像を生成する画像合成手段と、
前記生成されたフィールド画像を出力する画像出力手段と、
を備えた撮像装置。
［２］前記画像合成手段は、
前記撮像された第１及び第２のフィールド画像のうち、画素単位で輝度レベルの高い方を選択して１つのフィールド画像を生成する
ことを特徴とした上記［１］記載の撮像装置。
［３］ 前記電源周波数は商用電源周波数であって、これに同期して点滅する前記発光体は、前記商用電源周波数の２倍の周波数で点滅するＬＥＤ発光素子である
ことを特徴とした上記［１］又は［２］記載の撮像装置。

本発明によれば、電源周波数に同期して点滅する発光体を撮像した場合に、この発光体の明滅状態を確実に撮像することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、ＮＴＳＣ方式（垂直同期周波数が５９．９４Ｈｚ）の映像信号を出力するビデオカメラ（撮像装置）が、周波数６０Ｈｚの商用電源ＡＣ１００Ｖで発光体（ＬＥＤ発光素子群）を直接駆動する方式のＬＥＤ式信号機を撮像する場合を例にして説明する。このビデオカメラの使用用途としては、車載されて自車両の周辺環境を撮影する車載用ビデオカメラや、交差点や道路脇に設置されて交通状況を撮影する監視用ビデオカメラが代表的なものである。

＜第１の実施形態＞
まず、図１に、本発明の第１実施形態であるビデオカメラのブロック構成図を示す。同図に示すように、ビデオカメラ１００は、光学系１０１、撮像素子１０２、タイミングジェネレータ１０３、ＡＧＣ回路１０４、Ａ／Ｄコンバータ１０５、切換スイッチ１０６、ディレイライン１０７、信号合成回路１０８、信号処理回路１０９、及び映像出力端子１１０を備えている。

複数のレンズ等からなる光学系１０１で集光された被写体からの光束は撮像素子１０２の受光部に結像される。この被写体にはＬＥＤ式信号機の発光体が含まれている。撮像素子１０２は、いわゆる垂直レジスタ倍密構造のＣＣＤを用いる。この垂直レジスタ倍密構造のＣＣＤは、垂直方向の画素数を垂直有効解像度の２倍にし、垂直方向上で隣り合う２つずつの画素から読み出した信号電荷を加算（混合）して垂直転送することにより、全画素読出しを行うように構成されたものである。そして、撮像素子１０２は、タイミングジェネレータ１０３から供給される２種類の撮像タイミングにより、受光した被写体像をそれぞれ露光処理して画像信号を出力する。これら２種類の撮像タイミングは、詳細は後述するが、ＮＴＳＣ方式のフィールドレート（５９．９４Ｈｚ）に同期した第１の撮像タイミングと、この第１の撮像タイミングよりも商用電源周波数（６０Ｈｚ）の１／４周期分（約４．１７ｍＳ）遅れた第２の撮像タイミングとである。

タイミングジェネレータ１０３は、撮像素子１０２に対して上記の第１及び第２の撮像タイミングを供給すると共に、それらと同タイミングで切り換わる切換制御信号を切換スイッチ１０６に対して供給する。ＡＧＣ回路１０４は、撮像素子１０２から供給された画像信号を適切なレベルで後段のＡ／Ｄコンバータ１０５に供給するためにゲイン調整を行う。そして、ゲイン調整された画像信号は、Ａ／Ｄコンバータ１０５でデジタル画像信号に変換されて切換スイッチ１０６に供給される。

切換スイッチ１０６は、タイミングジェネレータ１０３から供給された切換制御信号に応じて、Ａ／Ｄコンバータ１０５から供給されたデジタル画像信号を、ディレイライン１０７側と、ディレイライン１０７を介さない信号合成回路１０８側とのうちいずれかに切り換えて出力する。具体的には、切換制御信号は、撮像素子１０２が第１の撮像タイミングで撮像している間は、切換スイッチ１０６をディレイライン１０７側に、そして、撮像素子１０２が第２の撮像タイミングで撮像している間は、切換スイッチ１０６をディレイライン１０７を介さない信号合成回路１０８側に切り換えるための信号である。

ディレイライン１０７は、入力信号を商用電源周波数の１／４周期分の時間だけ遅延させて出力する遅延回路である。信号合成回路１０８は、ディレイライン１０７からの出力信号と、ディレイライン１０７を通さない方の信号とを画素単位で加算して合成画像信号を出力する回路である。信号処理回路１０９は、合成画像信号をガンマ補正やコントア処理等の画像処理を行った後、Ｄ／Ａ変換してＮＴＳＣ方式のアナログ映像信号として映像出力端子１１０に出力する。

すなわち、ビデオカメラ１００は、フィールドレートに同期した第１の撮像タイミングで撮像された画像と、そのタイミングよりも商用電源周波数の１／４周期分遅れた第２の撮像タイミングで撮像された画像とを、第２の撮像タイミングにおいて加算し、ＮＴＳＣ方式の映像信号にして出力するものである。

次に、第１実施形態のビデオカメラ１００の動作について、タイミング図を用いて説明する。まず図２に、交差点や道路脇に設置されたＬＥＤ式信号機の動作タイミングを説明するためのタイミング図を示す。同図（ａ）は、ＬＥＤ式信号機の設置場所における商用電源周波数を示した図である。ＬＥＤ式信号機は、交流電源である商用電源を全波整流して同図（ｂ）の全波整流電圧を得る。そして、ＬＥＤ式信号機は、発光体であるＬＥＤ発光素子群をこの全波整流電圧で駆動し、同図（ｃ）のような輝度波形で点滅させる。すなわち、商用電源周波数が６０Ｈｚである場合は、ＬＥＤ式信号機の発光体は１２０Ｈｚの周波数で点滅することになる。

図３に、撮像素子１０２の動作タイミングの例を示す。同図（ａ）は垂直同期信号を示した図であり、同図（ｂ）は、前述した第１及び第２の撮像タイミング、並びに切換制御信号のタイミングを示した図である。垂直レジスタ倍密構造の撮像素子１０２は、第１の撮像タイミング３０１に基づき所定フィールド（第ｎフィールド）の電荷を蓄積し、第１の読出タイミング３０２で垂直レジスタに読み出す。次に、第２の撮像タイミング３０３に基づき第ｎフィールドの電荷を蓄積し、第２の読出タイミング３０４で垂直レジスタに読み出す。第１の読出タイミング３０２と第２の読出タイミング３０４との間の時間は、商用電源周波数の１／４周期分の時間である。ここで、第２の読出タイミング３０４は、垂直ブランキング期間３０５が終了する前になるようにすべきである。

切換制御信号の動作タイミングは、第１の読出タイミング３０２で切換スイッチ１０６をディレイライン１０７側に切り換え、また第２の読出タイミング３０４で切換スイッチ１０６をディレイライン１０７を介さない信号合成回路１０８側に切り換えるタイミングである。これにより、第１の読出タイミング３０２で読み出された第ｎフィールドの画像データはディレイライン１０７で遅延された後、第２の読出タイミング３０４で読み出された第ｎフィールドの画像データと信号合成回路１０８において加算され、図３（ｃ）のようなタイミングで信号処理回路１０９に供給される。

図４に、ビデオカメラ１００がＬＥＤ式信号機の発光体から発光された光を撮影した場合に、映像出力端子１１０から出力される映像出力信号の輝度レベルを模式的に現した図（ａ）と、従来のビデオカメラが同一対象を撮像した場合に得られる映像出力信号の輝度レベルを模式的に現した図（ｂ）とを示す。同図（ａ）に示したように、第１実施形態のビデオカメラ１００からのＬＥＤ式信号機の発光体の撮像画像の輝度レベルは、あるフィールドの撮像画像の輝度レベルと、そのフィールドにおける商用電源周波数の１／４周期分だけ遅れて撮像された画像の輝度レベルとの合計となるため、発光体の最小輝度レベルと最大輝度レベルとの略中間レベルに安定する。従来方式では、同図（ｂ）に示したように、輝度レベルに大きなうねりが生じるため、発光体が明滅した状態として撮像されるが、第１実施形態によれば、そのような明滅状態が生じるおそれはない。

＜第２の実施形態＞
第１実施形態では、信号合成回路１０８は、ディレイライン１０７から供給された出力信号と、切換スイッチ１０６から供給された、ディレイライン１０７を通さない方の信号とを画素単位で加算して合成画像信号を出力したが、第２実施形態では、信号合成回路１０８ａは、供給された両者の信号のうち、画素単位で輝度レベルの高い方の信号を選択することにより合成画像信号を得るものである。それ以外の部分についての構成及び動作は第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。

信号合成回路１０８ａを備えたビデオカメラ１００ａの動作について、図５に、ビデオカメラ１００ａがＬＥＤ式信号機の発光体から発光された光を撮影した場合に、映像出力端子１１０から出力される映像出力信号の輝度レベルを模式的に現した図を示す。同図に示したように、第２実施形態のビデオカメラ１００ａからのＬＥＤ式信号機の発光体の撮像画像の輝度レベルは、あるフィールドの撮像画像の輝度レベルと、そのフィールドにおける商用電源周波数の１／４周期分だけ遅れて撮像された画像の輝度レベルとのうち輝度レベルの高い方を選択したものとなるため、発光体の最大輝度レベルに近いレベルで安定する。実際、ＬＥＤ式信号機の発光体以外の部分について、２枚の画像には大きな差がないものと推定されるため、最大値をとっても大きな問題はない。以上説明したとおり、第２実施形態においても、図４（ｂ）に示したような明滅状態が生じるおそれはない。

以上説明したとおり、各実施形態において、ビデオカメラは、映像信号出力端子１１０から出力される信号はＮＴＳＣ方式の放送規格に準拠した映像信号とすることができるので、汎用的でありドライブレコーダ等の外部機器との接続における互換性の問題を起こすことがない。また、露光時間を短くすることができるため、従来技術のような課題解決のための絞り機構を設ける必要がなく、ビデオカメラを車載した場合に生じる振動等の悪条件下でも信頼性を確保することができる。

なお、以上説明した各実施形態においては、ＮＴＳＣ方式の映像信号を出力するビデオカメラが、周波数６０Ｈｚの商用電源ＡＣ１００Ｖで発光体を直接駆動する方式のＬＥＤ式信号機を撮像する場合を例にして説明したが、これらの条件はこれに限るものではない。電源周波数が５０Ｈｚ／６０Ｈｚ、放送方式がＮＴＳＣ／ＰＡＬ／ＳＥＣＡＭ方式のいずれの組み合わせにおいても本発明の技術的思想は所期の目的を達成し得るものである。

また、ＬＥＤ式信号機に限らず、電源周波数に同期して点滅する発光体であれば本発明は適用できる。

本発明の第１実施形態であるビデオカメラのブロック構成図を示す。 交差点や道路脇に設置されたＬＥＤ式信号機の動作タイミングを説明するためのタイミング図である。 撮像素子の動作タイミングの例を示した図である。 第１実施形態のビデオカメラがＬＥＤ式信号機の発光体から発光される光を撮影した場合に、映像出力端子から出力される映像出力信号の輝度レベルを模式的に現した図と、従来のビデオカメラが同一対象を撮像した場合に得られる映像出力信号の輝度レベルを模式的に現した図とである。 第２実施形態のビデオカメラがＬＥＤ式信号機の発光体から発光される光を撮影した場合に、映像出力端子から出力される映像出力信号の輝度レベルを模式的に現した図である。

符号の説明

１００ ビデオカメラ
１０１ 光学系
１０２ 撮像素子
１０３ タイミングジェネレータ
１０４ ＡＧＣ回路
１０５ Ａ／Ｄコンバータ
１０６ 切換スイッチ
１０７ ディレイライン
１０８ 信号合成回路
１０９ 信号処理回路
１１０ 映像出力端子

Claims (3)

1. 電源周波数に同期して点滅する発光体を撮像する撮像装置であって、
   フィールド毎に、第１のフィールド画像を撮像すると共に、この撮像時点から前記電源周波数の略１／４周期分の時間経過後の第２のフィールド画像を撮像する撮像手段と、
   前記撮像された第１及び第２のフィールド画像を画素単位で加算して１つのフィールド画像を生成する画像合成手段と、
   前記生成されたフィールド画像を出力する画像出力手段と、
   を備えた撮像装置。
2. 前記画像合成手段は、
   前記撮像された第１及び第２のフィールド画像のうち、画素単位で輝度レベルの高い方を選択して１つのフィールド画像を生成する
   ことを特徴とした請求項１記載の撮像装置。
3. 前記電源周波数は商用電源周波数であって、これに同期して点滅する前記発光体は、前記商用電源周波数の２倍の周波数で点滅するＬＥＤ発光素子である
   ことを特徴とした請求項１又は２記載の撮像装置。

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