JP2011151707A - 画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト増大及び管理の手間の増大を招くことなくホワイトバランスの調整を必要なときに容易に行うことができる画像撮影装置を提供する。
【解決手段】画像撮影装置１は、撮影対象の画像を撮影するカメラ２０と、カメラ２０の上側に配置され、透過光を拡散させる所定の色の校正板３０と、校正板３０によって拡散された透過光をカメラ２０の視野内における所定位置に導く反射鏡４０とを備えており、反射鏡４０によって校正板３０がカメラ２０の視野内の一部に常時写っている状態にされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、動画像又は静止画像の撮影を行う画像撮影装置に関する。

現在、一般的にカメラ又はビデオカメラと呼ばれている画像撮影装置は、工業用途、業務用途、防犯用途、家庭的・個人的用途、その他の様々な用途で撮影対象の画像（静止場像又は動画像）を撮影するために用いられている。このような画像撮影装置は、通常、光源の色温度に拘わらず撮影対象の本来の色の撮影を可能にするホワイトバランス調整機能を備えている。かかる機能によって、例えば夕日に照らされている白色の物体を撮影した場合に、撮影された画像の赤色成分を弱める処理が行われ、これにより物体の色が正しい色（白色）に調整された画像を得ることができる。

ここで、撮影された画像の色をホワイトバランス調整機能により正しく調整するためには、画像が撮影されたときの光源の色温度を推測する必要がある。光源の色温度を推測する従来の方法としては、例えば以下の（１），（２）に示す方法が挙げられる。
（１）撮影された画像の全体又は一部について色の平均値を求め、ある色に偏っていた場合には、光源の色温度がその色で示される色温度であると推測する方法
（２）色が既知である校正板等を予め撮影して真の色を求めておき、得られた画像の色と真の色との差に基づいて光源の色温度を推測する方法

以下の特許文献１には、装置内に設けられたカラーパッチの撮影を行って得られるパッチ画像データを用いて撮影画像データの色校正を行う技術が開示されている。具体的には、被写体の画像を撮影部で撮影するとともに、撮影部によって画像を撮影する際の外光を用いて装置内に設けられたカラーパッチの撮影を行い、撮影部で撮影された撮影画像データを、カラーパッチの撮影により得られたパッチ画像データに基づいて色校正を行う点が開示されている。

特開２００６−２７９４５９号公報

ところで、上述した（１）の方法は、撮影対象の本来の色がある色に偏っている場合には、ホワイトバランス調整機能によって正しく色を補正することができないという問題がある。例えば、本来の色が赤色である撮影対象が画像全体を占めるように撮影された場合には、光源の色温度が赤色であると誤って推測されてしまい、正しく色を補正することができない。

また、上述した（２）の方法は、上述した（１）の方法とは異なり、撮影対象の色に拘わらずに光源の色温度を常に正しく推測することができるものの、撮影する際にはその都度校正板を画像撮影装置の視野内に配置する必要があるため、一度の撮影に手間が掛かるという問題がある。このため、移動しながら連続的に撮影を行い、順次得られる画像に対する画像処理を行って自動的に走行経路を求めて走行する無人車両やロボットで用いることは困難である。加えて、上述した（２）の方法は、画像撮影装置の視野角が大きな場合には大きな校正板を用いる必要があるため、製造コストや管理の手間が増大するという問題もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コスト増大及び管理の手間の増大を招くことなくホワイトバランスの調整を必要なときに容易に行うことができる画像撮影装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の画像撮影装置は、撮影対象の画像を撮影する撮影装置（２０）を備える画像撮影装置（１）において、前記撮影装置の上側に配置され、透過光を拡散させる所定の色の拡散板（３０）と、前記拡散板によって拡散された透過光を前記撮影装置の視野内における所定位置に導く光学素子（４０）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の画像撮影装置は、前記拡散板が、撮影すべき撮影対象が前記撮影装置の視野に入っている状態で、撮影対象の注目すべき面と平行となるように配置されることを特徴としている。
また、本発明の画像撮影装置は、前記光学素子が、前記拡散板によって拡散された透過光を、前記撮影装置の視野の上端部に導くことを特徴としている。
また、本発明の画像撮影装置は、前記光学素子が、少なくとも一部が前記撮影装置の視野内に常時配置される反射鏡であることを特徴としている。
また、本発明の画像撮影装置は、前記拡散板の上側に配置された光学フィルタ（３１）を備えることを特徴としている。
また、本発明の画像撮影装置は、前記撮影装置及び前記光学素子を収容し、前記拡散板が取り付けられる透明な天板（１０ｅ）と前記撮影装置の視野が向けられる透明な前板（１０ａ）とを有する筐体（１０）を備えることを特徴としている。
また、本発明の画像撮影装置は、前記撮影装置の仰俯角及び前記撮影装置の前記光学素子に対する距離を調整可能に前記撮影装置を支持するステージ（５０）を前記筐体内に備えることを特徴としている。
また、本発明の画像撮影装置は、前記反射鏡が、前記撮影装置に対する反射面の角度が調整可能であることを特徴としている。

本発明によれば、撮影装置の上側に配置された拡散板によって拡散された透過光を、光学素子によって撮影装置の視野内における所定位置に導いており、所定の色の拡散板が常に写っている状態にあるため、本来の画像処理を行いながらホワイトバランスの調整を行うことができるという効果がある。また、大きな拡散板を用意する必要もないため、コスト増大及び管理の手間の増大を招くことはない。

本発明の一実施形態による画像撮影装置を示す斜視図である。 図１中のＡ−Ａ線に沿う断面矢視図である。 図１中のＢ−Ｂ線に沿う断面矢視図である。 カメラ２０の俯角θと反射鏡４０の角度との関係を説明する第１説明図である。 カメラ２０の俯角θと反射鏡４０の角度との関係を説明する第２説明図である。 本実施形態の画像撮影装置を備える無人車両の外観を示す側面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による画像撮影装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による画像撮影装置を示す斜視図である。また、図２は図１中のＡ−Ａ線に沿う断面矢視図であり、図３は図１中のＢ−Ｂ線に沿う断面矢視図である。これらの図に示す通り、本実施形態の画像撮影装置１は、筐体１０、カメラ２０（撮影装置）、校正板３０（拡散板）、及び反射鏡４０（光学素子）を備えており、校正板３０を移動させることなしに、撮影対象の画像（静止場像又は動画像）を撮影しながらホワイトバランス調整を行うことが可能である。

筐体１０は、前雨よけ板１０ａ（前板）、後雨よけ板１０ｂ、右側板１０ｃ、左側板１０ｄ、天板１０ｅ、及び底板１０ｆを備えており、カメラ２０及び反射鏡４０を収容するとともに校正板３０をカメラ２０の上側に保持する。前雨よけ板１０ａは、カメラ２０の視野ＦＶが向けられるためアクリル等の無色透明な材料で形成された板状部材であり、汚れやキズの付着による視界の悪化を解消するために交換が可能である。後雨よけ板１０ｂは、カメラ２０に接続されるケーブル２１を引き出す引き出し穴１１を有する不透明な板状部材であり、後述するステージ５０の調整用つまみの操作を可能とすべく開閉可能に構成されている。尚、後雨よけ板１０ｂは、調整用つまみを操作できるようにする穴が設けられていれば、必ずしも開閉可能に構成されている必要はない。

右側板１０ｃ及び左側板１０ｄは、後雨よけ板１０ｂと同様の不透明な板状部材であり、その前側（前雨よけ板１０ａの側）には、反射鏡４０を固定するため及びカメラ２０に対する反射鏡４０の角度調整のために用いられる反射鏡固定用長穴１２が形成されている。天板１０ｅは、校正板３０の透過光を筐体１０の内部に導くためにアクリル等の無色透明な材料で形成された板状部材であり、前雨よけ板１０ａと同様に交換が可能である。底板１０ｆは、後雨よけ板１０ｂ、右側板１０ｃ、及び左側板１０ｄと同様の不透明な板状部材であり、その裏面には三脚等を取り付けるためのタップ穴（図示省略）が形成されている。尚、不透明な板状部材である後雨よけ板１０ｂ、右側板１０ｃ、左側板１０ｄ、及び底板１０ｅは、地上からの反射光や迷光等による悪影響を排除すべく、その内面が黒色に塗装されている。

カメラ２０は、筐体１０の底板１０ｅに取り付けられたステージ５０上に、その視野ＦＶを前雨よけ板１０ａに向けた状態で、前雨よけ板１０ａのつなぎ目（右側板１０ｃ、左側板１０ｄ、天板１０ｅ、及び底板１０ｆとのつなぎ目）がカメラ２０の視野ＦＶ内に入らないように支持されている。尚、カメラ２０は、例えば光軸が水平線に対する俯角θが１０°になるようステージ５０上に支持される。このカメラ２０は、ＱＶＧＡ（３２０×２４０ドット）〜ＶＧＡ（６４０×４８０ドット）程度の画素数を有する画像（カラー画像又はモノクロ画像）の撮影が可能であり、前雨よけ板１０ａを介して前方の撮影対象の画像（静止場像又は動画像）を撮影する。カメラ２０で撮影された画像は、画像データとしてケーブル２１を介して外部に送信される。

カメラ２０を支持するステージ５０は、位置調整用ステージ５０ａと角度調整用ステージ５０ｂとを備えている。位置調整用ステージ５０ａは、カメラ２０と反射板４０との間の間隔を調整するためのステージであり、カメラ２０を前後方向に１０ｍｍ程度移動させることが可能である。角度調整用ステージ５０ｂは、カメラ２０の仰俯角を調整するためのステージであり、仰俯角を５°程度変えることが可能である。

校正板３０は、所定の色（例えば白色）を有し、透過光を拡散させるシート状の拡散板であって、カメラ２０のホワイトバランス調整を行うために設けられている。この校正板３０は、筐体１０の天板１０ｅ上に保持されており、撮影すべき撮影対象がカメラ２０の視野ＦＶに入っている状態で、撮影対象の注目すべき面（例えば、地面）と平行となるように配置される。つまり、カメラ２０の仰俯角とは無関係に、校正板３０は撮影対象の注目すべき面に対して平行となるように筐体１０の天板１０ｅ上に保持される。

ここで、校正板３０をカメラ２０の上側で上記の配置とするのは、カメラ２０によって撮影されるべき撮影対象が照明される状態と、ホワイトバランス調整のために用いられる校正板３０が照明される状態とを極力同じにすることで、カメラ２０のホワイトバランス調整の精度を高めるためである。また、校正板３０に影がかかることを防止し、これによってもホワイトバランス調整の精度を高めている。

この校正板３０上には光学フィルタ３１が設けられる。この光学フィルタ３１は、校正板３０を着色して外部から目立たなくし、或いは校正板３０に入射する光のフィルタリング（例えば、減光や色補正）をするためのものである。例えば、画像撮影装置１が森林の中を走行する車両に取り付けられており校正板３０が白色である場合には、校正板３０を緑色に着色する光学フィルタ３１が設けられる。

また、例えば、校正板３０の透過率が約５０％である場合に、透過率が約３５％である光学フィルタ３１を用いると、校正板３０及び光学フィルタ３１のトータルの透過率を約１７．５％にすることができる。光学フィルタ３１の透過率は、実際に撮影する自然環境の対象を想定した場合に、反射鏡４０によってカメラ２０の視野ＦＶに写される校正板３０の明るさが、視野ＦＶ中の最も明るい部分よりも暗くなり、且つ、視野ＦＶ中の大部分に比べて暗くなりすぎないように設定する。具体的には、校正板３０及び光学フィルタ３１のトータルの透過率が１０〜２５％の間になるように、光学フィルタ３１の透過率を設定するのが望ましい。

尚、異なる特性を有する光学フィルタを重ねて設けても良く、また校正板３０を外部から目立たなくする必要がない場合には光学フィルタ３１を設ける必要は必ずしも無い。これら校正板３０及び光学フィルタ３１は、アクリル等の無色透明な材料で形成された押さえ板３２によって、筐体１０の天板１０ｅ上に固定される。尚、押さえ板３２は取り外しが可能であるため、校正板３０及び光学フィルタ３１を容易に交換することができる。

反射鏡４０は、校正板３０によって拡散された透過光を反射して、カメラ２０の視野ＦＶ内における所定位置に導くものである。この反射鏡４０は、前雨よけ板１０ａと天板１０ｅとのつなぎ目付近に蝶番等を用いて揺動可能に取り付けられており、カメラ２０に対する反射面の角度が調整可能である。また、反射鏡４０の右端部及び左端部には、右側板１０ｃ及び左側板１０ｄに形成された反射鏡固定用長穴１２の各々に介挿されるボルトが取り付けられており、このボルトに組み合わされるナットを締め付けることにより、筐体１０に対して反射鏡４０が固定される。

具体的に、反射鏡４０は、その下端部がカメラ２０の視野ＦＶ内に常時配置されるように固定され、校正板３０によって拡散された光がカメラ２０の視野ＦＶの上端部に常時導かれるようにされている。反射鏡４０の下端部によって遮られるカメラ２０の視野角φは５〜１０％程度に設定され、反射鏡４０で反射された光は、カメラ２０で撮影される画像の上端部における画像高さの１０％程度の領域に導かれるように設定される。このような設定にするのは、撮影対象の画像を撮影しながらホワイトバランスの調整を可能にするためである。尚、反射鏡４０の背面（前雨よけ板１０ａに向く面）は、地上からの反射光や迷光等による悪影響を排除すべく黒色に塗装されている。

図４は、カメラ２０の俯角θと反射鏡４０の角度との関係を説明する第１説明図である。図４では、カメラ２０の俯角θが１０°に設定されており、反射鏡４０によって遮られるカメラ２０の視野角φが５％である場合を考える。かかる場合には、カメラ２０に対する反射鏡４０の角度ψは約５０°に設定される。このとき、カメラ２０の視野内には、図４中に示す校正板３０上の領域Ｒ１を透過して反射鏡４０によって反射された光が入射されることになる。従って、カメラ２０によって撮影される画像Ｇは、その上端部に反射鏡４０の下端部（正確には、反射鏡４０の下端部によって反射される校正板３０の像：斜線を付して示した部分）が写っている画像になる。尚、校正板３０の領域Ｒ１以外の領域を透過した光も僅かにカメラ２０の視野内に入射するため、画像Ｇの反射鏡４０が写っている部分の下側には、この光によるぼけ領域Ｂ１が生ずる。

図５は、カメラ２０の俯角θと反射鏡４０の角度との関係を説明する第２説明図である。図５では、カメラ２０の俯角θが１５°に設定されており、反射鏡４０によって遮られるカメラ２０の視野角φが５％である場合を考える。かかる場合には、カメラ２０に対する反射鏡４０の角度ψは約７０°に設定される。このとき、カメラ２０の視野内には、図４中に示す校正板３０上の領域Ｒ２を透過して反射鏡４０によって反射された光が入射されることになる。ここで、領域Ｒ２の左右方向の長さは校正板３０の実際の左右方向の幅よりも広い。従って、カメラ２０によって撮影される画像Ｇは、その上端中央部のみに反射鏡４０の下端部（正確には、反射鏡４０の下端部によって反射される校正板３０の像：斜線を付して示した部分）が写っている画像になる。尚、図５に示す例でも、校正板３０の領域Ｒ２以外の領域を透過した光によるぼけ領域Ｂ２が生ずる。

このように、カメラ２０の視野内に反射鏡４０の下端部を配置することによって、画像Ｇの上端部に反射鏡４０の下端部が写っている画像Ｇをカメラ２０で撮影することができるものの、図５を用いて説明した通り、カメラ２０に対する反射鏡４０の角度ψによっては画像Ｇの上端部において反射鏡４０が写されない部分が生ずる。このため、画像Ｇのうちの上端中央部に写っている画像をホワイトバランスの調整に用いるのが望ましい。

上記構成において、画像撮影装置１に照射される光のうち、押さえ板３２及び光学フィルタ３１を介した光は、校正板３０によって拡散されて天板１０ｅを介して筐体１０の内部に導かれる。筐体１０の内部に導かれた光のうち、反射鏡４０に入射した光は反射鏡４０で反射され、カメラ２０に向かう方向に反射された光がカメラ２０の視野内に入射する。また、画像撮影装置１の前方に位置する撮影対象が、筐体１０の前雨よけ板１０ａを介してカメラ２０で撮影される。これにより、反射鏡４０で反射された校正板３０が上端部に写っており、その下方には撮影対象が撮影されている画像Ｇが得られる。

この画像Ｇの画像データは、画像データとしてケーブル２１を介して外部に送信され、画像処理等に用いられる。ここで、画像Ｇの上端部には、色が既知であって照度が均一化された校正板３０が写っている。このため、画像Ｇの上端部に写っている校正板３０に基づいてホワイトバランス調整を行えば、色が正しい色（白色）に調整された画像を得ることができる。

以上説明した画像撮影装置１は、撮影条件（照明条件を含む）が頻繁に変化する撮影対象を撮影するのに用いるのが好適である。例えば、移動しながら連続的に撮影を行い、順次得られる画像に対する画像処理を行って自動的に走行経路を求めて走行する無人車両やロボットに設けるのが好適である。図６は、本実施形態の画像撮影装置を備える無人車両の外観を示す側面図である。図６（ａ）に示す無人車両６０は画像撮影装置１を車両上部（天井）に備えており、図６（ｂ）に示す無人車両６０は画像撮影装置１を車両前部（バンパ上部）に備えている。

図６（ａ）に示す無人車両６０は、画像撮影装置１に照射される光が車体によって遮られることがないという利点がある。これに対し、図６（ｂ）に示す無人車両６０は、画像撮影装置１に照射される光が車体によって遮られる虞があるものの、図６（ａ）に示すものよりも路面を近くで撮影することができるという利点がある。ここで、大地と空との境界が視野ＦＶ内に配置されるように画像撮影装置１を取り付ければ、走行経路を求めるためには用いられない空が写っている部分に校正板３０が写されることになる。従って、ホワイトバランス調整に用いられる校正板３０が常にカメラ２０に写っているようにしても、走行経路を求める画像処理に不具合が生ずることはない。

以上説明した通り、本実施形態によれば、透過光を拡散させる所定の色の校正板３０をカメラ２０の上側に配置し、校正板３０によって拡散された透過光を反射鏡４０でカメラ２０の視野内における上端部に導いているため、本来の画像処理を行いながらホワイトバランスの調整を行うことができる。また、本実施形態では、カメラ２０を収容する筐体１０の天板１０ｅ上に校正板３０を配置し、校正板３０によって拡散された透過光を筐体１０の内部に収容された反射鏡４０でカメラ２０の視野内に導いているため、コスト増大及び管理の手間の増大を招くことはない。

ここで、仮に反射鏡４０等を用いないとすると、地面に対して平行に設置した校正板３０をカメラ２０の視野に入れるためには、校正板３０を前方に伸ばす必要があり、サイズが大きくなってしまう。これに対し、本実施形態では、校正板３０によって拡散された透過光を反射鏡４０によってカメラ２０の視野内に導いているため、装置をコンパクト化することができるメリットも得られる。このように、本実施形態はコストの増大及び大型化等を招くことなくホワイトバランスの調整を必要なときに容易に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、校正板３０で拡散された透過光を反射鏡４０によってカメラ２０の視野内に導く例について説明したが反射鏡４０に代えて、光学レンズや光ファイバ等の光学素子で導いても良い。また、光学素子が透過光を導く位置は、必ずしもカメラ２０の視野内における上端部に限られず、カメラ２０の視野内における任意の位置に導くことが可能である

１ 画像撮影装置
１０ 筐体
１０ａ 前雨よけ板
１０ｅ 天板
２０ カメラ
３０ 校正板（拡散板）
３１ 光学フィルタ
４０ 反射鏡
５０ ステージ

Claims (8)

1. 撮影対象の画像を撮影する撮影装置を備える画像撮影装置において、
   前記撮影装置の上側に配置され、透過光を拡散させる所定の色の拡散板と、
   前記拡散板によって拡散された透過光を前記撮影装置の視野内における所定位置に導く光学素子と
   を備えることを特徴とする画像撮影装置。
2. 前記拡散板は、撮影すべき撮影対象が前記撮影装置の視野に入っている状態で、撮影対象の注目すべき面と平行となるように配置されることを特徴とする請求項１記載の画像撮影装置。
3. 前記光学素子は、前記拡散板によって拡散された透過光を、前記撮影装置の視野の上端部に導くことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の画像撮影装置。
4. 前記光学素子は、少なくとも一部が前記撮影装置の視野内に常時配置される反射鏡であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の画像撮影装置。
5. 前記拡散板の上側に配置された光学フィルタを備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の画像撮影装置。
6. 前記撮影装置及び前記光学素子を収容し、前記拡散板が取り付けられる透明な天板と前記撮影装置の視野が向けられる透明な前板とを有する筐体を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の画像撮影装置。
7. 前記撮影装置の仰俯角及び前記撮影装置の前記光学素子に対する距離を調整可能に前記撮影装置を支持するステージを前記筐体内に備えることを特徴とする請求項６記載の画像撮影装置。
8. 前記反射鏡は、前記撮影装置に対する反射面の角度が調整可能であることを特徴とする請求項４記載の画像撮影装置。

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