JP2010273239A - カメラ装置および露光制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画面内の明るい部分でコントラストのはっきりした画像を得ることのできるカメラ装置を提供する。
【解決手段】カメラ装置は、長時間露光信号と短時間露光信号を１フィールド期間内に出力する撮像部と、ニーポイント以上の輝度レベルの長時間露光信号を所定の圧縮率で圧縮する（入射光量に対する輝度レベルの変化を示す入射光量−輝度レベル直線の傾きを小さくする）ニー処理部１２と、長時間露光信号と短時間露光信号を合成した合成信号の輝度レベルに応じてニーポイントおよび圧縮率を調整するニー制御部１４を備えている。このニー制御では、長時間露光信号と短時間露光信号の合成信号の輝度レベルが高いほどニーポイントを下げるとともに入射光量−輝度レベル直線の傾きを元に戻すように、ニーポイントおよび圧縮率が調整される。
【選択図】図２

Description

本発明は、長時間露光信号と短時間露光信号を用いてダイナミックレンジを拡大する機能を備えたカメラ装置に関するものである。

従来、カメラ装置において、様々な逆光補正技術が用いられている。その逆光補正技術の一つとして、例えば、長時間露光信号（露光時間が長時間の映像信号）と短時間露光信号（露光時間が短時間の映像信号）を１フィールド期間内に出力する撮像素子を用いてダイナミックレンジを拡大する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。一般的に、従来の方法では、ダイナミックレンジを拡げるために、ニーポイント（所定の輝度レベル）以上の信号を圧縮するニー処理が行なわれる。そして、ニー処理を施した長時間露光信号と短時間露光信号を合成した後、その合成信号に階調補正を施して、最終的な映像信号が出力される。なお、長時間露光信号と短時間露光信号の合成は、所定の輝度レベル（合成点）以下では長時間露光信号を用い、合成点の輝度レベル以上では短時間露光信号を用いるように行なわれる。

一般的なニー処理では、ニーポイントが固定値であるが、その場合には、長時間露光信号と短時間露光信号をなめらかに合成することが難しく、階調感が悪化するという問題があった。そこで、従来、ダイナミックレンジを拡大する必要がある被写体（非常に明るい被写体）を撮影するときに限って、長時間露光信号のニーポイントを下げるとともに短時間露光信号のゲインを上げるように制御をする技術が提案されている。

図６は、従来のニー処理におけるニーポイントの制御の説明図である。図６（ａ）に示すように、明るい被写体を撮影した場合には、長時間露光信号に対してニーポイント以上の信号を圧縮するニー処理が施されるが、図６（ｂ）に示すように、さらに明るい被写体を撮影する場合には、そのニーポイントを下げるように、ニーポイントの調整が行なわれる。これにより、ある程度、階調感が改善された画像が得られるようになる。

特開２００１−１９７３６２号公報

しかしながら、従来の方法のように長時間露光信号のニーポイントを単に下げただけでは、階調感の改善が十分でないという問題があった。つまり、長時間露光信号と短時間露光信号の合成点における傾き（入射光量に対する輝度レベルの変化を示す入射光量−輝度レベル直線の傾き）が異なるため、コントラストのはっきりしない画像になってしまうという問題があった。しかも、従来の方法では、長時間露光信号と短時間露光信号の合成点という比較的輝度の高い部分（画面内の明るい部分）で、長時間露光信号と短時間露光信号の傾きが異なるため、（画面内の暗い部分では気にならない程度の階調変化のずれであっても）階調変化がなめらかでない印象を与えてしまうという問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、長時間露光信号と短時間露光信号を用いてダイナミックレンジを拡大することができ、画面内の明るい部分でコントラストのはっきりした画像を得ることのできるカメラ装置を提供することを目的とする。

本発明のカメラ装置は、露光時間が長時間の映像信号である長時間露光信号と、露光時間が短時間の映像信号である短時間露光信号を、１フィールド期間内に出力する撮像部と、ニー処理を施す基準輝度レベルであるニーポイント以上の輝度レベルの前記長時間露光信号を所定の圧縮率で圧縮して、前記撮像部への入射光量に対する前記輝度レベルの変化を示す入射光量−輝度レベル直線の傾きを小さくするニー処理部と、前記長時間露光信号と前記短時間露光信号を合成した合成信号の輝度レベルに応じて、前記合成信号の輝度レベルが高いほど前記ニーポイントを下げるとともに前記傾きを元に戻すように、前記ニーポイントおよび前記圧縮率を調整するニー制御部と、を備えた構成を有している。

この構成により、明るい被写体を撮影した場合（例えば、画面内の明るい部分の輝度レベルが非常に高い場合または明るい部分の面積が大きい場合）に、長時間露光信号と短時間露光信号を合成することによって、ダイナミックレンジが拡大された画像を得ることができる。しかも、この場合、長時間露光信号に対するニー処理において、長時間露光信号と短時間露光信号の合成信号の輝度レベルに応じて、ニーポイントと圧縮率を調整するニー制御が行われる（具体的には、合成信号の輝度レベルが高いほどニーポイントを下げるとともに傾きを元に戻すように、ニーポイントと圧縮率が調整される）。これにより、長時間露光信号と短時間露光信号との合成点の付近における長時間露光信号と短時間露光信号の入射光量−輝度レベル直線の傾きが互いに近くなる。したがって、画面内の明るい部分（合成点の付近）で、コントラストのはっきりした画像（階調変化がなめらかな画像、リニアな画像）を得ることができる。

また、本発明のカメラ装置は、前記長時間露光信号と前記短時間露光信号を合成して得られる画像において、所定の閾輝度レベル以下の低輝度エリアを検出する低輝度エリア検出部と、前記低輝度エリアにおける前記長時間露光信号のゲインを上げるゲイン制御部と、を備えた構成を有している。

この構成により、画面内に暗い部分（低輝度エリア）が検出されると、その低輝度エリアにおける長時間露光信号のゲインを上げるゲイン制御が行なわれる。ニーポイントと圧縮率を調整するニー制御を長時間露光信号に対して施すと、低輝度エリア（画面内の暗い部分）の画像がつぶれ気味になるおそれがあるが、上述のように低輝度エリアにおける長時間露光信号のゲインを上げるゲイン制御を行なうことにより、画面内の暗い部分まではっきり見える画像を得ることができる。したがって、特に監視カメラ等で必要とされる暗い部分に対する視認性が向上する。

本発明のカメラ装置は、前記長時間露光信号と前記短時間露光信号を合成して得られる画像において、動きのある被写体を含む動きエリアを検出する動きエリア検出部と、前記動きエリアにおける前記長時間露光信号のゲインを上げる第２のゲイン制御部と、を備えた構成を有している。

この構成により、画面内に動きのある被写体が検出されると、その動きエリアにおける長時間露光信号のゲインを上げるゲイン制御が行なわれる。これにより、画面内の動きのある被写体の部分がはっきり見える画像を得ることができる。したがって、特に監視カメラ等で必要とされる動きのある被写体に対する視認性が向上する。

本発明の露光制御方法は、露光時間が長時間の映像信号である長時間露光信号と、露光時間が短時間の映像信号である短時間露光信号を、１フィールド期間内に出力する撮像部を備えたカメラ装置で用いられる露光制御方法であって、ニー処理を施す基準輝度レベルであるニーポイント以上の輝度レベルの前記長時間露光信号を所定の圧縮率で圧縮して、前記撮像部への入射光量に対する前記輝度レベルの変化を示す入射光量−輝度レベル直線の傾きを小さくすることと、前記長時間露光信号と前記短時間露光信号を合成した合成信号の輝度レベルに応じて、前記合成信号の輝度レベルが高いほど前記ニーポイントを下げるとともに前記傾きを元に戻すように、前記ニーポイントおよび前記圧縮率を調整することと、を含んでいる。

この方法によっても、上記のように、明るい被写体を撮影した場合（例えば、画面内の明るい部分の輝度レベルが非常に高い場合または明るい部分の面積が大きい場合）に、長時間露光信号と短時間露光信号を合成することによって、ダイナミックレンジが拡大された画像を得ることができる。また、長時間露光信号に対するニー処理において、長時間露光信号と短時間露光信号の合成信号の輝度レベルに応じて、ニーポイントと圧縮率を調整するニー制御が行われる（具体的には、合成信号の輝度レベルが高いほどニーポイントを下げるとともに傾きを元に戻すように、ニーポイントと圧縮率が調整される）。これにより、長時間露光信号と短時間露光信号との合成点の付近における長時間露光信号と短時間露光信号の入射光量−輝度レベル直線の傾きが互いに近くなる。したがって、画面内の明るい部分（合成点の付近）で、コントラストのはっきりした画像（階調変化がなめらかな画像、リニアな画像）を得ることができる。

本発明は、合成信号の輝度レベルが高いほどニーポイントを下げるとともに入射光量−輝度レベル直線を元に戻すようにニーポイントおよび圧縮率を調整することにより、画面内の明るい部分でコントラストのはっきりした画像を得ることができるという効果を有するカメラ装置を提供することができるものである。

本発明の実施の形態におけるカメラ装置の全体構成を示すブロック図 カメラ装置の映像処理部とマイコンの機能ブロック図 カメラ装置で撮影した画像（監視画像）の一例を示す図 （ａ）ニーポイントの説明図 （ｂ）本発明におけるニー制御（ニーポイントと圧縮率の調整）の説明図 （ａ）ニーポイントの説明図 （ｂ）本発明におけるニー制御（ニーポイントと圧縮率の調整）とゲイン制御の説明図 （ａ）ニーポイントの説明図 （ｂ）従来のニー制御（ニーポイントの調整）の説明図

以下、本発明の実施の形態のカメラ装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、監視カメラ等に用いられるカメラ装置の場合を例示する。

本発明の実施の形態のカメラ装置の構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態のカメラ装置の全体構成を示すブロック図である。図１に示すように、カメラ装置１は、光学レンズと絞りを備えるレンズ部２と、ＣＣＤなどの撮像素子を備える撮像部３を備えている。この撮像部３の撮像素子は、長時間露光信号（露光時間が長時間の映像信号）と短時間露光信号（露光時間が短時間の映像信号）を１フィールド期間内に出力する２倍速駆動の機能を有している。

また、カメラ装置１は、撮像部３から出力される長時間露光信号と短時間露光信号に所定の前処理を施すアナログ信号処理部４と、アナログ信号処理部４から出力される長時間露光信号と短時間露光信号に所定の映像処理を施す映像処理部５と、映像処理部５から出力される長時間露光信号と短時間露光信号を合成して最終的な映像信号を出力する映像信号生成部６を備えている。なお、長時間露光信号と短時間露光信号の合成信号に階調補正を施す処理は、この映像信号生成部６で行なわれる。

アナログ信号処理部４は、撮像部３から出力される長時間露光信号と短時間露光信号に相関二重サンプリング処理（ＣＤＳ処理）を施すＣＤＳ部７と、ＣＤＳ処理された長時間露光信号と短時間露光信号にオートゲイン制御（ＡＧＣ）を施すＡＧＣ部８と、オートゲイン制御された長時間露光信号と短時間露光信号にアナログ／ディジタル変換処理（Ａ／Ｄ変換処理）を施すＡ／Ｄ部９を備えている。このカメラ装置１は、各部の動作制御を行なうためのマイコン１０を備えており、アナログ信号処理部４や映像処理部５は、マイコン１０によって動作が制御されている。

さらに、このカメラ装置１は、レンズ部２の絞りを調整する絞り調整部１１を備えている。この絞り調整部１１は、長時間露光信号と短時間露光信号の合成信号の輝度レベルに応じて絞り量を調整するように、マイコン１０によって制御されている。したがって、通常の撮影時には（明るい被写体を撮影しない場合には）、絞り調整部１１で絞り量を調整することにより、適切な明るさ（輝度レベル）の画像を得ることができる。

つぎに、図２を参照して、映像処理部５の機能について説明する。映像処理部５は、例えばＤＳＰで構成されており、本発明の露光制御に関する種々の機能を備えている。図２は、映像処理部５とマイコン１０の機能ブロック図である。図２に示すように、映像処理部５は、長時間露光信号にニー処理を施すニー処理部１２と、ニー処理を施した長時間露光信号と短時間露光信号を合成する信号合成部１３を備えている。

ニー処理部１２では、ニーポイント（ニー処理を施す基準輝度レベル）以上の輝度レベルの長時間露光信号を所定の圧縮率で圧縮して、入射光量−輝度レベル直線（撮像部３への入射光量に対する輝度レベルの変化を示す直線）の傾きを小さくするニー処理が行なわれる。そして、ニー処理に用いるニーポイントと圧縮率は、マイコン１０のニー制御部１４によって調整されている。具体的には、信号合成部１３で合成した長時間露光信号と短時間露光信号の合成信号の輝度レベルが高いほど、ニーポイントを下げるとともに入射光量−輝度レベル直線の傾きを元に戻す（大きくする）ように、ニー制御が行なわれる。なお、このニー制御（ニーポイントと圧縮率の調整）の内容については、図面を用いて後述する。

また、映像処理部５は、画面内に暗い部分（所定の閾輝度レベル以下の低輝度エリア）が含まれている場合に、その低輝度エリアを検出する機能を有する低輝度エリア検出部１５と、画面内に動きのある部分（動きエリア）が含まれている場合に、その動きエリアを検出する機能を有する動きエリア検出部１６を備えている。そして、映像処理部５は、この低輝度エリアや動きエリアにおける長時間露光信号のゲインを上げるゲイン制御部１７を備えている。なお、このゲイン制御の内容については、図面を用いて後述する。

以上のように構成されたカメラ装置１について、図面を参照してその動作を説明する。ここでは、本発明の特徴的な動作（長時間露光信号と短時間露光信号を用いた露光制御）を中心に説明する。

なお、ここでは説明を省略するが、通常の撮影時には（明るい被写体を撮影しない場合には）、絞り調整部１１で絞り量を調整することにより、適切な明るさ（輝度レベル）の画像を得ることができる。また、画面内に少々明るい部分（絞り調整だけでは対応できないような明るさの部分）が含まれている場合には、本発明の長時間露光信号と短時間露光信号を用いた露光制御は行なわないが、ニー処理部１２によってその明るい部分にニー処理を施して、ダイナミックレンジを拡大する。つまり、以下説明する長時間露光信号と短時間露光信号を用いた露光制御は、画面内に非常に明るい部分（単なるニー処理だけでは対応できないような明るさの部分）が含まれる場合に行なわれる。

図３は、カメラ装置１で撮影した画像（監視画像）の一例を示す図である。図３の例では、画面左側に日向の部分（明るい部分）が含まれている。したがって、この場合には、長時間露光信号と短時間露光信号を用いた露光制御が行なわれる。具体的には、長時間露光信号と短時間露光信号の合成信号の輝度レベルに応じてニーポイントと圧縮率の調整が行われ、長時間露光信号に対してニー処理が行なわれる。

図４は、ニー制御（ニーポイントと圧縮率の調整）の説明図である。図４（ａ）に示すように、明るい被写体を撮影した場合には、長時間露光信号に対してニーポイント以上の信号を圧縮するニー処理が施されるが、この場合、図４（ｂ）に示すように、長時間露光信号と短時間露光信号の合成信号の輝度レベルが高いほど、ニーポイントを下げるとともに入射光量−輝度レベル直線の傾きを元に戻す（大きくする）ように、ニー制御が行なわれる。

また、図３の例では、画面右下に日陰の部分（図では斜線で示した）が含まれている。したがって、低輝度エリア検出部１５は、この日陰の部分を低輝度エリアとして検出し、ゲイン制御部１７は、日陰の部分における長時間露光信号のゲインを上げるゲイン制御を行なう。また、図３の例では、画面中に四人の歩行者が含まれている。したがって、動きエリア検出部１６は、この歩行者の部分を動きエリアとして検出し、ゲイン制御部１７は、この歩行者の部分における長時間露光信号のゲインを上げるゲイン制御を行なう。

図５は、ニー制御（ニーポイントと圧縮率の調整）とゲイン制御（例えば、低輝度エリアのゲイン制御）の説明図である。図５（ａ）に示すように、明るい被写体を撮影した場合には、長時間露光信号に対してニーポイント以上の信号を圧縮するニー処理が施されるが、この場合、図５（ｂ）に示すように、長時間露光信号と短時間露光信号の合成信号の輝度レベルが高いほど、ニーポイントを下げるとともに入射光量−輝度レベル直線の傾きを元に戻す（大きくする）ように、ニー制御が行なわれるとともに、低輝度エリアにおける長時間露光信号のゲインを上げるゲイン制御が行なわれる。

このような本発明の実施の形態のカメラ装置１によれば、長時間露光信号と短時間露光信号の合成信号の輝度レベルが高いほどニーポイントを下げるとともに入射光量−輝度レベル直線を元に戻すようにニーポイントおよび圧縮率を調整するニー制御部１４を設けることにより、画面内の明るい部分でコントラストのはっきりした画像を得ることができる。

すなわち、本実施の形態では、明るい被写体を撮影した場合（例えば、画面内の明るい部分の輝度レベルが非常に高い場合または明るい部分の面積が大きい場合）に、長時間露光信号と短時間露光信号を合成することによって、ダイナミックレンジが拡大された画像を得ることができる。しかも、この場合、長時間露光信号に対するニー処理において、長時間露光信号と短時間露光信号の合成信号の輝度レベルに応じて、ニーポイントと圧縮率を調整するニー制御が行われる（具体的には、合成信号の輝度レベルが高いほどニーポイントを下げるとともに傾きを元に戻すように、ニーポイントと圧縮率が調整される）。これにより、長時間露光信号と短時間露光信号との合成点の付近における長時間露光信号と短時間露光信号の入射光量−輝度レベル直線の傾きが互いに近くなる。したがって、画面内の明るい部分（合成点の付近）で、コントラストのはっきりした画像（階調変化がなめらかな画像、リニアな画像）を得ることができる。

また、本実施の形態では、画面内に暗い部分（低輝度エリア）が検出されると、その低輝度エリアにおける長時間露光信号のゲインを上げるゲイン制御が行なわれる。ニーポイントと圧縮率を調整するニー制御を長時間露光信号に対して施すと、低輝度エリア（画面内の暗い部分）の画像がつぶれ気味になるおそれがあるが、上述のように低輝度エリアにおける長時間露光信号のゲインを上げるゲイン制御を行なうことにより、画面内の暗い部分まではっきり見える画像を得ることができる。したがって、特に監視カメラ等で必要とされる暗い部分に対する視認性が向上する。

また、本実施の形態では、画面内に動きのある被写体が検出されると、その動きエリアにおける長時間露光信号のゲインを上げるゲイン制御が行なわれる。これにより、画面内の動きのある被写体の部分がはっきり見える画像を得ることができる。したがって、特に監視カメラ等で必要とされる動きのある被写体に対する視認性が向上する。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

以上のように、本発明にかかるカメラ装置は、画面内の明るい部分でコントラストのはっきりした画像を得ることができるという効果を有し、監視カメラ等として用いられ、有用である。

１ カメラ装置
３ 撮像部
４ アナログ信号処理部
５ 映像処理部
６ 映像信号生成部
１０ マイコン
１２ ニー処理部
１３ 信号合成部
１４ ニー制御部
１５ 低輝度エリア検出部
１６ 動きエリア検出部
１７ ゲイン制御部

Claims (4)

1. 露光時間が長時間の映像信号である長時間露光信号と、露光時間が短時間の映像信号である短時間露光信号を、１フィールド期間内に出力する撮像部と、
   ニー処理を施す基準輝度レベルであるニーポイント以上の輝度レベルの前記長時間露光信号を所定の圧縮率で圧縮して、前記撮像部への入射光量に対する前記輝度レベルの変化を示す入射光量−輝度レベル直線の傾きを小さくするニー処理部と、
   前記長時間露光信号と前記短時間露光信号を合成した合成信号の輝度レベルに応じて、前記合成信号の輝度レベルが高いほど前記ニーポイントを下げるとともに前記傾きを元に戻すように、前記ニーポイントおよび前記圧縮率を調整するニー制御部と、
   を備えたことを特徴とするカメラ装置。
2. 前記長時間露光信号と前記短時間露光信号を合成して得られる画像において、所定の閾輝度レベル以下の低輝度エリアを検出する低輝度エリア検出部と、
   前記低輝度エリアにおける前記長時間露光信号のゲインを上げるゲイン制御部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のカメラ装置。
3. 前記長時間露光信号と前記短時間露光信号を合成して得られる画像において、動きのある被写体を含む動きエリアを検出する動きエリア検出部と、
   前記動きエリアにおける前記長時間露光信号のゲインを上げる第２のゲイン制御部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカメラ装置。
4. 露光時間が長時間の映像信号である長時間露光信号と、露光時間が短時間の映像信号である短時間露光信号を、１フィールド期間内に出力する撮像部を備えたカメラ装置で用いられる露光制御方法であって、
   ニー処理を施す基準輝度レベルであるニーポイント以上の輝度レベルの前記長時間露光信号を所定の圧縮率で圧縮して、前記撮像部への入射光量に対する前記輝度レベルの変化を示す入射光量−輝度レベル直線の傾きを小さくすることと、
   前記長時間露光信号と前記短時間露光信号を合成した合成信号の輝度レベルに応じて、前記合成信号の輝度レベルが高いほど前記ニーポイントを下げるとともに前記傾きを元に戻すように、前記ニーポイントおよび前記圧縮率を調整することと、
   を含むことを特徴とする露光制御方法。