JP2010008498A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ビデオカメラのアイリスエンコーダには温度による特性変化があり、性能の劣化を引き起こす。
改善手段として、
１．予め高低温化での特性を測定し記憶しておく。
２．電源投入時にアイリス調整を行う。
等が考えられるが、１については調整に時間、手間がかかり過ぎるし、２については周辺環境による補正はできるが、本体の動作による昇温は考慮されていない。
また、パン・チルトによる姿勢差によっても、Ｆ値とアイリスエンコーダ値とに誤差が生じてしまう。
【解決手段】 電源投入毎に温度検出及びアイリスエンコーダ調整を行い、データの蓄積によるアイリスエンコーダ値の温度補正係数を作成し、温度に対するアイリスエンコーダ値の補正を行う。また、設置状態（正立、倒立）、チルティング角度による姿勢差毎に温度補正係数を作成し、チルティング角度及び温度に対するアイリスエンコーダ値の補正を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明はカメラ等の撮像装置に搭載される露出制御装置に関し、特に、パン・チルト動作を行い得る雲台機構を有するカメラに好適な露出制御装置に関する。

図１１に従来のビデオカメラの露出制御に関する概略構成を示す。図１１は、ビデオカメラの主要構成を示すブロック図である。

１１０１は第一群レンズを構成する固定の前玉レンズ、１１０２は第二群レンズを構成するズームレンズで、ステッピングモータ１１１７を介して変倍動作を行う。１１０３はアイリス（絞り）、１１０４は固定の第三群レンズ、１１０５はフォーカスレンズで、ステッピングモータ１１１９を介して焦点調節を行う。
１１０６はＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子、１１０９は同期信号発生回路（Timing Generator）、１１０７は自動利得制御回路（ＣＤＳ／ＡＧＣ）、１１０８はＡ／Ｄ変換回路、１１１０は信号処理回路、１１２４は、レンズの絞り、ホワイトバランス、フォーカス、及びズーム等の各種調整データを格納する不揮発性メモリである。

また、１１２２は撮像レンズ系で得られた光像中の不要な赤外成分の除去を行う赤外カットフィルタ、１１２３はマイクロコンピュータ（コントローラ）、１１１６はＡＥ／ＡＷＢの評価値を検出する処理回路、１１１５はＡＦの評価値を検出する処理回路である。

以上の構成において、被写体像の光はレンズ群によって撮像素子１１０６の撮像面に結像され電気信号に変換される。ここで、アイリス１１０３が全開状態であり、且つ、輝度信号レベル（撮像素子１１０６の受光量）が所定値に達しないときには、ＡＧＣ回路１１０７で被写体の明るさに応じた信号増幅が行わる。

電気信号に変換された映像信号は、Ａ／Ｄ変換回路１１０８でデジタル信号に変換される。この映像信号は、信号処理回路１１１０で、色分離、ホワイトバランス、ガンマ補正等の映像信号規格に準拠した適宜処理を施され、ビデオエンコーダ１１１１により、映像信号に変換され出力される。

ＡＦ評価値検出処理回路１１１５は映像信号中から、撮像面内に設定された所定の測距枠内に相当する映像信号をゲートするゲート回路、合焦検出を行うために必要な鮮鋭度を示す評価値としての高周波成分を抽出するためのＢＰＦ等から構成されている。また、ＡＦ評価値検出処理回路１１１５で検出された鮮鋭度（フォーカス評価）信号は、ＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ等のシステム全体を統括的に制御するコントローラ１１２３へと供給される。

次に、図１１および図１２を用いてビデオカメラの露出機構及び露出制御を説明する。

ＩＧメータ１１１８には絞り量を検出するためのアイリスエンコーダ１１２６が備えられている。

前記レンズ１１０１、１１０２に入った光はＩＧメータ１１１８に取り付けられた羽根１１０３ａで光量を調節され、撮像素子１１０６に投影される。撮像素子１１０６は光を電気信号に変換し、カメラ信号処理回路１１１０において、輝度信号が取り出され、次に、ＡＥ／ＡＷＢ評価回路１１１６の積分検波回路で積分検波され、コントローラ１１２３に入力される。

コントローラ１１２３は撮像素子１１０６に入力された光量値と基準値（目標値）との差を検出し、検出された情報に従ってコントローラ１１２３内のアイリス駆動データをドライバ１２０５に出力し、ＩＧメータ１１１８を駆動する。

絞り値はアイリスエンコーダ１１２６によって計測されて適正露光までＩＧメータ１１１８の駆動を行う。

また、アイリスエンコーダ１１２６はホール素子等から構成され、ＩＧメータ１１１８の磁石の回転角を測定することによって絞り値として出力する。

ここでホール素子の動作を説明する。ホール素子１２０６のＹ方向に電源１２０７によりバイアス電圧をかけ、ホール素子１２０６のＺ方向に磁界をかけると、磁束密度に比例した出力電圧がホール素子１２０６のＸ方向に発生する。

この発生した電圧が、アンプ１２０８で増幅され、コントローラ１１２３内蔵のA/D変換回路１１２３aでデジタル信号に変換されて、アイリスのエンコーダ値としてコントローラ１１２３に取り込まれる。

コントローラ１１２３が駆動信号をアンプ１２０５に出力すると、駆動コイル１２０４に電流が流れ、磁界が発生して磁石１２０３が回転する。また、ホール素子１２０６は磁石１２０３による磁束密度に応じて、回転角の信号として出力する。

しかし、このホール素子には、図１３に示すように、同じバイアス電圧時のホール素子出力は温度が上昇するにつれて小さくなる傾向がある。そこで、従来例ではホール素子にバイアス電圧をかける回路にダイオードを入れてホール素子１２０６の出力電圧が室温の場合の出力電圧より下がるのを補償している。

そして、特許文献１で示されているように、機器内に温度センサを設け、正確な温度補償を行うことが提案されている。
特開平５−107585号公報

ビデオカメラに使用しているアイリスエンコーダには温度による特性変化があり、性能の劣化を引き起こしてしまう。

改善手段として、
１．予め高低温化での特性を測定し記憶しておく。

２．電源投入時にアイリスエンコーダの調整を行う。
等が考えられるが、１については調整に時間、手間がかかり過ぎるし、２については周辺環境による補正はできるが、本体の動作による昇温は考慮されていない。

また、その他、各々任意角度にパンニング、チルティング動作を行い得る電動旋回雲台を有する装置を例に取ると、パンニング、チルティングによる姿勢差によっても、開口径とエンコーダ値との間に誤差が生じてしまう。

このように、前記従来例では、機器内に温度センサを設け、正確な温度補償を行うことが述べられているが、機体によるばらつき、機構劣化による経時変化による特性変化については十分な考慮がなされていなかった。

それ故、本発明の目的は、前述の従来技術における問題点を解決した露出制御装置を提供することであり、特に、電動雲台を有するビデオカメラに搭載するに好適な露出制御装置を提供することである。

上記問題を解決するために本発明では、電源投入毎に、基準開口での絞り検出手段出力と温度検出手段出力とのデータ蓄積によるエンコーダ値の温度補正係数を作成し、それに応じて制御を行う。

また、電動雲台を有する装置では、設置状態（正立、倒立）、チルティング角度により、姿勢差（重力）の影響を受けてしまうので、チルティング角度に応じた温度補正係数を作成し、適用することでより正確な補正が可能となる。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

上記問題を解決するために本発明では、電源投入毎に温度検出及びアイリスエンコーダ調整を行い、データの蓄積によるエンコーダ値の温度補正係数を作成し、それに応じて制御を行う。

また、電動雲台を有する装置では、設置状態（正立、倒立）、チルティング角度により、姿勢差（重力）の影響を受けてしまうので、チルティング角度（姿勢差）に応じた温度補正係数を作成し、適用することでより正確な補正が可能となる。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図1は、本発明の第１の実施形態に係るカメラシステムの主要構成を示すブロック図である。

図１は、ビデオカメラの主要構成を示すブロック図である。図１において、１０１は第一群レンズを構成する固定の前玉レンズ、１０２は第二群レンズを構成するズームレンズで、ステッピングモータ１１７を介してズーム動作を行う。

１０３はアイリス（絞り）、１０４は固定の第三群レンズ、１０５はフォーカスレンズで、ステッピングモータ１１９を介して焦点調節を行う。１０６はＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子、１０９は同期信号発生回路（Timing Generator）、１０７は自動利得制御回路（ＣＤＳ／ＡＧＣ）、１０８はＡ／Ｄ変換回路、１１０は信号処理回路、１２４は、絞り、ホワイトバランス、フォーカス、及びズーム等の各種調整データを格納するメモリである。

１２２は撮像レンズ系で得られた光像中の不要な赤外成分の除去を行う赤外カットフィルタ、１２３はマイクロコンピュータ（コントローラ）、１１６はＡＥ／ＡＷＢの評価値を検出する処理回路、１１５はＡＦの評価値を検出する処理回路である。

以上の構成において、被写体像の光はレンズ群によって撮像素子１０６の撮像面に結像され電気信号に変換される。ここで、アイリス１０３が全開状態であり、且つ、輝度信号レベル（撮像素子１０６の受光量）が所定値に達しないときには、ＡＧＣ回路１０７で被写体の明るさに応じた信号増幅が行われる。

映像信号は、Ａ／Ｄ変換回路１０８でデジタル信号に変換され、信号処理回路１１０で、色分離、ホワイトバランス、ガンマ補正等の映像信号規格に準拠した適宜処理を施された後、ビデオエンコーダ１１１により、映像信号に変換され出力される。

ここで、アイリス１０３が全開状態であり、且つ、ＡＧＣ回路１０７での信号増幅が行われても、輝度信号レベル（撮像素子１０６の受光量）が所定値に達しないときには、モータ１２０により、赤外カットフィルタ１２２からダミーガラス１２１に変更され、感度アップが図られる。

ＡＦ評価値検出処理回路１１５は映像信号中から、撮像面内に設定された所定の測距枠内に相当する映像信号をゲートするゲート回路、合焦検出を行うために必要な鮮鋭度を示す評価値としての高周波成分を抽出するためのＢＰＦ等から構成されている。また、ＡＦ評価値検出処理回路１１５で検出された鮮鋭度（フォーカス評価）信号は、ＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ等のシステム全体を統括的に制御するコントローラ１２３へと供給される。

１２５は、アイリス１０３周辺の温度を検出する温度センサである。

レンズ１０１、１０２に入った光は羽根１０３aで光量を調節されて撮像素子１０６に入る。撮像素子１０６は光を電気信号に変換し、カメラ信号処理回路１１０において、輝度信号が取り出され、次に、ＡＥ／ＡＷＢ評価回路１１６の積分検波回路で積分検波され、コントローラ１２３に入力される。

コントローラ１２３では、撮像素子１０６に入力された光量と基準値（目標値）とが一致するようにモータ１１８を介してアイリス（絞り）の開口量を制御し、適正露光となるよう駆動制御を行う。

図２に、周辺温度とアイリスエンコーダ出力電圧の関係を示す。

アイリスエンコーダは、常温環境下（２５℃）で、絞り全開時３．０V、全閉時１．０V出力となるように調整される。従来、ホール素子の特性や、予め複数の機体サンプルを用いて温度変化によるアイリスエンコーダの特性を測定し、温度補正係数を設定していた。

しかし、機体のばらつき、経時変化については考慮が十分でなかった。

例えば、絞り開放側では問題とならないが、小絞り近辺では、エンコーダの敏感度が高く、影響が大きくなってしまう。また、回折による光学的な画質劣化を抑えるため、絞り開口径を一定以上絞らないように制御を行っているが、機体のばらつき、経時変化、等を考慮しなければならず、マージンを持たなければならなかった。

そこで、本発明で示すように、電源投入時等にアイリスエンコーダの特性と温度とを収集し、補正係数を更新していくことにより、機体のばらつき、経時変化に対しても対応できるようになる。

図２に示すように、例えば、初期状態では、(a) 初期状態での全開時（OPEN）の温度補正係数、(c) 初期状態での全閉時（CLOSE）温度補正係数を持ち、制御を行っているが、機体のばらつきにより、高低温状態では誤差が生じてしまう。

電源投入時に、周辺温度と絞り全開、全閉時のアイリスエンコーダ出力（25℃，B1，D1），（20℃，B2，D2），・・・・・のデータを取得し、逐次蓄積していくことで、図２ (b) データ蓄積後の全開時（OPEN）温度補正係数、(d) データ蓄積後の全閉時（CLOSE）温度補正係数を算出でき、機器に適した温度補正係数の算出が可能となる。

ビデオカメラにおける、これら一連の動作を以下の図３のフローチャートを用いて説明する。

（ステップ301） スタート。電源投入時、レンズリセット時に開始する。

（ステップ302） コントローラ１１２３から絞り開放となる制御信号を出力し、駆動回路１２０５により全開駆動を行う。

（ステップ303） 絞り開放となるウェイト期間を置いて、アイリスエンコーダ値を読み出す。

（ステップ304） コントローラ１１２３から絞り切りとなる制御信号を出力し、駆動回路１２０５により全閉駆動を行う。

（ステップ305） 絞り全閉となるウェイト期間を置いて、アイリスエンコーダ値を読み出す。

（ステップ306） 検出時点での温度センサ出力値を読み出す。

（ステップ307） データに間違いがないか、確認するため限度値を設け、外れていないかデータチェックを行う。

（ステップ308） 温度と全開時のアイリスエンコーダ出力、全閉時のアイリスエンコーダ出力をデータテーブルに追加。

（ステップ309） 温度補正係数の演算を行う。

（ステップ310） 温度補正係数の更新を行う。

（ステップ311） 終了。

通常の絞り制御時の動作を以下の図４のフローチャートを用いて説明する。

（ステップ401） スタート。

（ステップ402） 温度センサ出力値の読み出し。

（ステップ403） 温度補償演算。

（ステップ404） 絞り値の温度補償を行う。

（ステップ405） 絞り制御。

（ステップ406） 終了。

個別の機体に応じて、補正データを構築し、補正を行うので、機体の温度上昇が生じても適切な温度補正が可能である。

なお、上記では、電源投入時、レンズリセットのタイミングでのデータ収集として記載したが、ビデオ、ネットワーク端子接続状態、ネットワークアクセス停止時間により、アイリスエンコーダのデータ取得を行うように構成しても良い。

図６は、本発明の第２の実施形態に係るカメラシステムの主要構成を示すブロック図であり、図５は本発明の実施例２におけるネットワークカメラシステムの構成図である。図５において、５０１は被写体５０２を撮影して画像データを送信するネットワークカメラ（画像サーバ）、５０４は利用者及び管理者がネットワークカメラ５０１から転送された画像及び音声を受信して表示するとともに、ネットワークカメラ５０１を制御し得るPC等のクライアント端末、５０３はインターネット等のネットワークで、画像データやカメラ制御信号等を伝送することができるものである。

図６において、６０１は第一群レンズを構成する固定の前玉レンズ、６０２は第二群レンズを構成するズームレンズで、ステッピングモータ６１７を介してズーム動作を行う。６０３はアイリス（絞り）、６０４は固定の第三群レンズ、６０５はフォーカスレンズで、ステッピングモータ６１９を介して焦点調節を行う。
６０６はＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子、６０９は同期信号発生回路（Timing Generator）、６０７は自動利得制御回路（ＣＤＳ／ＡＧＣ）、６０８はＡ／Ｄ変換回路、６１０は信号処理回路である。

６２４は、絞り、ホワイトバランス、フォーカス、及びズーム等の各種調整データを格納する不揮発性メモリ、６２２は撮像レンズ系で得られた光像中の不要な赤外成分の除去を行う赤外カットフィルタである。

６２３はマイクロコンピュータ（コントローラ）、６２7は図２に示すような各々任意角度にパンニング、チルティング動作を行い得る電動旋回雲台、６１６はＡＥ／ＡＷＢの評価値を検出する処理回路、６１５はＡＦの評価値を検出する処理回路である。

以上の構成において、被写体像の光はレンズ群によって撮像素子６０６の撮像面に結像され電気信号に変換される。

ここで、アイリス６０３が全開状態であり、且つ、輝度信号レベル（撮像素子６０６の受光量）が所定値に達しないときには、ＡＧＣ回路６０７で被写体の明るさに応じた信号増幅が行われ、次にＡ／Ｄ変換回路６０８でデジタル信号に変換される。

その後、映像信号は、信号処理回路６１０で、色分離、ホワイトバランス、ガンマ補正等の映像信号規格に準拠した適宜処理を施された後、撮影情報付加手段６１１で、シャッタースピードを含む撮影条件を付加され、６１２で画像圧縮が行われる。

圧縮された画像信号は、ネットワークインターフェース６１３、ネットワーク６１４を介して、クライアントＰＣに配信される。

また、アイリス６０３が全開状態であり、且つ、ＡＧＣ回路６０７での信号増幅が行われても、輝度信号レベル（撮像素子６０６の受光量）が所定値に達しないときには、モータ６２０により、赤外カットフィルタ６２２からダミーガラス６２１に変更され、感度アップが図られる。

ＡＦ評価値検出処理回路６１５は映像信号中から、撮像面内に設定された所定の測距枠内に相当する映像信号をゲートするゲート回路、合焦検出を行うために必要な鮮鋭度を示す評価値としての高周波成分を抽出するためのＢＰＦ等から構成されている。

また、ＡＦ評価値検出処理回路６１５で検出された鮮鋭度（フォーカス評価）信号は、ＡＦ、ＡＥ、ＡＷＢ等のシステム全体を統括的に制御するコントローラ６２３へと供給される。

このような各々任意角度にパンニング、チルティング動作を行い得る電動旋回雲台を備えたネットワークカメラでは、設置状態（正立、倒立）、チルティング角度により、アイリスユニット（ＩＧメータ）の受ける重力方向の変化により、羽根の摩擦の増加などにより、絞りの開口径とアイリスエンコーダの値とに誤差が発生してしまう。

そこで、設置状態（正立、倒立）、チルティング角度（姿勢差）に応じた温度補正係数を作成し、適用することでより正確な補正が可能となる。

図１０に、データテーブルの例を示す。ここでは演算の簡略化のため、許容誤差内に収まるように、チルティング角度及び温度センサ出力をエリア分割し、記憶する構成としている。

ネットワークカメラにおける、これら一連の動作を以下の図８に記載のフローチャートを用いて説明する。

（ステップ801） スタート。電源投入時、レンズリセット時に開始する。

（ステップ802） コントローラ１１２３から絞り開放となる制御信号を出力し、駆動回路１２０５により全開駆動を行う。

（ステップ803） 絞り開放となるウェイト期間を置いて、アイリスエンコーダ値を読み出す。

（ステップ804） コントローラ１１２３から絞り切りとなる制御信号を出力し、駆動回路１２０５により全閉駆動を行う。

（ステップ805） 絞り全閉となるウェイト期間を置いて、アイリスエンコーダ値を読み出す。

（ステップ806） 検出時点での温度センサ出力値を読み出す。

（ステップ807） 正立、倒立といった設置状態とチルト角度を読み出す。

（ステップ808） データに間違いがないか確認するため限度値を設け、外れていないかデータチェックを行う。

（ステップ809） チルト角度、温度と全開時のアイリスエンコーダ出力、全閉時のアイリスエンコーダ出力をデータテーブルに追加する。例えば、チルティング角度３０°、温度センサ出力３５℃の時にはAにデータを書き込む。

（ステップ810） 終了。

正立状態と倒立状態では、アイリスユニットの受ける重力方向が異なるため、別のデータテーブルを用意する。

通常の絞り制御時の処理を以下の図９に記載のフローチャートを用いて説明する。

（ステップ901） スタート。

（ステップ902） 温度センサ出力値の読み出し。

（ステップ903） チルト角度の読み出し。

（ステップ904） データテーブル検索。例えば、チルティング角度２０°、温度センサ出力１８℃の時にはＢのデータを読み出す。

（ステップ905） 全開、全閉のアイリスエンコーダ値のセット。例えば、チルティング角度２０°、温度センサ出力１８℃の時には、アイリスオープン電圧３．１７Ｖ、クローズ電圧１．１６Ｖがセットされる。

（ステップ906） 絞り値の演算。オープン、クローズ電圧から、Ｆ値のテーブルを演算、作成し、絞り値を求める。

（ステップ907） 絞り制御。

（ステップ908） 終了。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の実施例１におけるビデオカメラの構成図。 本発明の実施例１におけるビデオカメラの周辺温度とアイリスエンコーダ出力電圧の関係を示す説明図。 本発明の実施例１におけるビデオカメラの動作を説明するフローチャート。 本発明の実施例１におけるビデオカメラの動作を説明するフローチャート。 本発明の実施例２におけるネットワークカメラシステム構成図。 本発明の実施例２におけるネットワークカメラの構成図。 本発明の実施例２におけるネットワークカメラのチルト角とアイリスエンコーダ出力電圧の関係を示した図。 本発明の実施例２におけるネットワークカメラの動作を説明するフローチャート。 本発明の実施例２におけるネットワークカメラの動作を説明するフローチャート。 本発明の実施例２におけるネットワークカメラの動作説明図。 従来例におけるビデオカメラの構成図。 ビデオカメラの露出機構及び露出制御を説明するための図。 周辺温度とアイリスエンコーダ出力電圧の関係を示した図。

Claims (4)

1. 撮像面上に結像する光信号を電気信号に変換する撮像素子と、
   被写体像の光を前記撮像素子に導くためのレンズと、
   絞り羽根の露出調整手段と、
   該露出調整手段を駆動する駆動手段と、
   該露出調整手段の絞り値を検出する絞り値検出手段と、
   温度を検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段の出力に基づいて該絞り値検出手段の出力補正を行う出力補正手段と、
   基準開口での絞り検出手段出力と該温度検出手段出力とを蓄積し記憶する記憶手段とを有し、
   該蓄積された絞り検出手段出力と該温度検出手段出力との関係から温度補正を行うことを特徴とした撮像装置。
2. ネットワーク接続状態、ネットワークアクセスを検出するネットワーク接続状態確認手段を有し、
   ネットワーク接続状態確認手段の状態により、該基準開口での絞り検出手段出力と該温度検出手段出力検出を行うことを特徴とした請求項１に記載の撮像装置。
3. 映像出力手段と、
   該映像出力の接続状態を確認し得る映像出力接続状態確認手段とを有し、
   該ネットワーク接続状態確認手段と該映像出力接続状態確認手段の状態により、該基準開口での絞り検出手段出力と該温度検出手段出力検出を行うことを特徴とした請求項２に記載の撮像装置。
4. 撮像面上に結像する光信号を電気信号に変換する撮像素子と、
   被写体像の光を前記撮像素子に導くためのレンズと、
   撮像方向を変更し得る撮像方向変更手段と、
   絞り羽根の露出調整手段と、
   該露出調整手段を駆動する駆動手段と、
   該露出調整手段の絞り値を検出する絞り値検出手段と、
   温度を検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段の出力に基づいて該絞り値検出手段の出力補正を行う出力補正手段と、
   該撮像方向変更手段の撮像方向に応じた基準開口での絞り検出手段出力と該温度検出手段出力とを蓄積し記憶する記憶手段とを有し、
   該蓄積された絞り検出手段出力と該温度検出手段出力との関係から温度補正を行うことを特徴とした撮像装置。

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