JP2011205623A - 撮像装置および撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】近赤外照明によっても人間に気付かれ難く、また、鮮明な映像を取得することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】待機時（物体非検知時）は９００ｎｍ付近にピーク値を持つ近赤外照明を用いることで、人間の目に見える赤みを低減することができ、必要時（物体検知時）は８５０ｎｍ付近にピーク値を持つ近赤外照明を用いることで、物体の詳細を捉えたい場合には鮮明な映像を取得することができ、更にこのとき、監視対象エリア（近赤外線照明の照射エリア）の外からは人間の目で見た場合に目視困難とすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、近赤外線照明を用いた撮像装置に関するものである。

近年、夜間の映像監視の形態として、近赤外線光を用いた監視が行われている。その際に用いられる撮像素子としては様々なものが考えられるが、それぞれに特性があり一概に最適なものを決定するのは困難である。例えば、近赤外超高感度として開発されたシリコン製の撮像素子でも、可視光波長である６００ｎｍにおける相対感度値に比べて、近赤外波長８５０ｎｍでは相対感度値が約０．５、近赤外波長９００ｎｍでは相対感度値が約０．３、さらに近赤外波長９５０ｎｍでは相対感度値が約０．２と、波長が長くなるほど相対感度が減衰する（非特許文献１参照）。一般的に、ＣＣＤ（Charge-Couple-Device）撮像素子を用いて、ＣＣＤ撮像素子の垂直転送路で垂直画素加算し、ＣＤＳ（ Correlated Double Sampling ）部において水平画素加算すれば、画素加算に比例して高感度になるが、一方で画素加算に反比例して低解像度になる。また、メガピクセル等の高解像度の撮像素子を用いた場合では、フォトダイオードの面積が小さくなる分、感度が低下する。

そこで、近赤外超高感度の撮像素子としてはＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）製の撮像素子が開発されているが、現状、高価格のため汎用は困難である（特許文献１）。そのため、現在では、汎用の夜間動体検知を目的とした場合、シリコン製の撮像素子と近赤外照明としてＬＥＤ（Light-Emitting-Diode）とを一体または別体とした撮像装置が用いられることが多い。

また、鮮明な映像を得るために、近赤外照明の波長を可視光領域に近づけ（波長を短くし）たり照明の光量を増やしたりすると、人間の目に近赤外照明が赤く見えやすくなり、監視効果が薄れる場合がある。

特開２００９−２７８２５９号公報

近赤外超高感度構造新世代EXview HAD CCD http://www.sony.co.jp/Products/SC-HP/cx_pal/vol62/pdf/icx658aka.pdf

本発明は、上記の様な問題に鑑み、近赤外照明によっても人間に気付かれ難く、また、鮮明な映像を取得することが可能な撮像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、本発明の撮像装置は、入射光を光電変換して画像信号を出力する撮像素子と、近赤外領域の光を照射する第一の近赤外照明部と、前記第一の近赤外照明部よりも短い波長の近赤外領域の光を照射する第二の近赤外照明部と、前記画像信号から物体を検知する物体検知部と、前記物体検知部により物体を検知した場合に、前記第一の近赤外照明部と前記第二の近赤外照明部とを切り替える制御部と、を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するため、さらに上記撮像装置は、前記制御部は、監視対象領域が暗い場合に、通常は前記第一の近赤外照明部を発光させ、物体を検知した場合に、前記第二の近赤外照明部を発光させることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の撮像方法は、第一の近赤外光を照射するステップと、画像信号を取得するステップと、前記画像信号から物体を検知するステップと、物体を検知した場合に、前記第一の近赤外光から前記第一の近赤外光より波長の長い第二の近赤外光に切り替えて照射するステップと、を備えることを特徴とする撮像方法。

本発明によれば、待機時には波長の長い近赤外照明光を照射して人間の目に映る赤みを抑え、物体検知時には波長の短い近赤外照明光を照射して鮮明な映像を撮像することで、人間に気付かれにくく且つ鮮明な映像を取得でき、監視効果を高めることができる。

本発明の一実施例の撮像装置の外観を示す模式図である。 本発明の一実施例の撮像装置の内部構成を示す模式図である。 本発明の一実施例の撮像動作の様子を示す模式図である。 本発明の一実施例のＬＥＤの配置例を示す模式図である。 本発明の一実施例の撮像動作を示すフローチャート図である。

以下、本発明による撮像装置の一実施例について、図１〜５を使用して説明する。

図1、２は本発明の一実施例の撮像装置で、図１は本発明の一実施例の撮像装置の外観を示す模式図、図２は本発明の一実施例の撮像装置の内部構成を示す模式図で撮像装置の内部を上から見た状態である。図１において、１は撮像装置、１１はレンズ窓、１２は照明窓である。図２において、２は撮像部、２１は集光するレンズ部、２２は入射光を電気信号である映像信号に変換する撮像素子、２３は映像信号に様々な処理を施す信号処理部、２４は映像信号から人物等の物体を検知する物体検知部、２５は映像信号の形式を変更して外部に出力するインターフェース部、２６は撮像部の各部と照明部を制御する制御部、３は近赤外照明光を照射する近赤外照明部、３１は８５０ｎｍ付近にピーク値を持つ近赤外光を照射するＬＥＤ、３２は９００ｎｍ付近にピーク値を持つ近赤外光を照射するＬＥＤ、３３は２種類のＬＥＤのオン／オフを切り替える切替部である。

なお、近赤外光は、波長が長くなるほど感度が低下するが赤みが低減し、波長が短くなるほど赤みが強くなるが感度が上昇する性質を持つため、本発明では、長短それぞれの特性を補い生かすために、場合に応じて近赤外照明の波長を切り替えることを特徴としている。

まず、昼間の（明るい）場合の撮像動作について説明する。
監視領域からの光がレンズ窓１１を介して撮像装置１内に入射し、レンズ部２１によって集光されて撮像素子２２に結像する。撮像素子２２では結像した光を光電変換して電気信号としての映像信号に変換し、信号処理部２３へ出力する。信号処理部２３では、映像信号に対して、相関二重サンプリング、ゲインコントロール、アナログ−デジタル変換や画像圧縮処理等の信号処理を施し、物体検知部２４およびインターフェース部２５へ出力する。物体検知部２４では人物等の移動物体や置去り物体等の物体検知処理を行っており、監視対象領域に侵入してきた物体を検知して制御部２６へ検知結果を出力する。物体検知の方法は様々であり、背景差分法等どの様なものであっても構わない。
なお、昼間の場合には光量が十分なため近赤外線照明３は照射しない。

次に、夜間の（暗い）場合の撮像動作について説明する。夜間の場合と昼間の場合とでは、近赤外照明部３を動作させるか否かが異なる。なお、近赤外照明を用いる場合には撮像素子の前に可視光カットフィルタを挿入して撮像されることが多いが、ここでは詳しい説明を割愛する。
制御部２６は、撮像素子２２に対してシャッタースピードを制御させるとともに、これに同期させて近赤外照明部３のＬＥＤを発光させる。具体的には、制御部２６は撮像素子２２のシャッタースピードに同期してＬＥＤ３２を発光させる様に切替部３３に指示を出す。切替部３３は、制御部２６からの指示に従ってＬＥＤ３２を発光させる。ＬＥＤ３２から照射された９００ｎｍ付近にピーク値を持つ近赤外光は、照明窓１２を介して監視対象領域に照射される。監視対象領域から反射してきた近赤外光は、レンズ窓１１を介して撮像装置１内に入射し、レンズ部２１によって集光されて撮像素子２２に結像する。撮像素子２２では結像した光を光電変換して電気信号としての映像信号に変換し、信号処理部２３へ出力する。信号処理部２３では、映像信号に対して、相関二重サンプリング、ゲインコントロール、アナログ−デジタル変換や画像圧縮処理等の信号処理を施し、物体検知部２４およびインターフェース部２５へ出力する。

ここで、物体検知部２４において監視対象領域に侵入してきた物体を検知すると、制御部２６へ検知信号を出力する。制御部２６は検知信号を受信すると、シャッタースピードに同期してＬＥＤ３１を発光させる様に切替部３３に指示を出す。切替部３３は、制御部２６からの指示に従ってＬＥＤ３２を発光させる。ＬＥＤ３１から照射された８５０ｎｍ付近にピーク値を持つ近赤外光は、照明窓１２を介して監視対象領域に照射され、反射した近赤外光を映像信号として取得することで、より鮮明な映像を得ることができる。

続いて、図３を用いて実際の夜間の使用状態を説明する。図３は本発明の一実施例の撮像動作の様子を示す模式図である。４１は出力映像を表示したモニタ、４２は出力されてモニタ４１に表示される表示映像、４３は人物等の物体、４４はＬＥＤ３２の照射エリア、４５はＬＥＤ３１の照射エリアである。

図３において、撮像装置の前方を物体が通過して動体検知する前などの待機時は９００ｎｍ程度の照明で撮像部の利得を高くして撮像し、物体の検知を待つ。物体を検知したら８５０ｎｍ程度の照明に切り替え撮像部の利得を低くして、より鮮明な映像を撮像し記録する。撮像エリア外に物体が移動するとまた待機時と同様に９００ｎｍ程度の照明に切り替わる。

詳しくは次の通りである。
Ａは監視対象領域に何もないときの撮像状態であり、ＬＥＤ３２の長波長の近赤外光を照射して撮像している。ＢはＬＥＤ３２の長波長の近赤外光の下で監視対象領域に人物とみられる物体４３を検知した状態であり、表示映像４２には物体４３が写り込んで検知されている。Ｃは物体４３の検知に伴ってＬＥＤ３１の短波長の近赤外光を照射して撮像しており、より感度の高い鮮明な映像となっている。ＤはＬＥＤ３１の短波長の近赤外光の下で監視対象領域を物体４３が横切って行く状態である。Ｅは物体４３が監視対象領域を通り抜けたことで監視対象領域に物体が無くなり、再び長波長の近赤外光を照射するＬＥＤ３２の下での撮像状態に戻った状態である。

図４は本発明の一実施例のＬＥＤの配置例を示す模式図であり、正面から見た様子である。
ａは、向かって右側に短波長のＬＥＤ３１、左側に長波長のＬＥＤ３２が配置されたパターンである。この場合、近赤外光の照射範囲が集中しているため鮮明な映像を取得したい場合や、物体の進行方向が１方向の場合等に用いると良い。
ｂは、短波長のＬＥＤ３１と長波長のＬＥＤ３２が縦に１列ずつ交互に配置されたパターンである。この場合、ＬＥＤの配置が割と均等であるため、近赤外光の照射範囲を広く取りたい場合等に用いると良い。
ｃは、短波長のＬＥＤ３１と長波長のＬＥＤ３２が横に１列ずつ交互に配置されたパターンである。この場合、ＬＥＤの配置が割と均等であるため、近赤外光の照射範囲を広く取りたい場合等に用いると良い。
ｄは、中心付近に長波長のＬＥＤ３２が、その周りを囲む様に短波長のＬＥＤ３１が位置されたパターンである。この場合、物体の現れる位置が一定である場合や、物体の出現パターンが一定である場合（周囲に現れてから中心に集まる、中心から現れてから周囲に散る等）等に用いると良い。
ｅは、四隅に長波長のＬＥＤ３２が、中央に十字架状に短波長のＬＥＤ３１が配置されたパターンである。この場合、物体の現れる位置が一定である場合や、物体の出現パターンが一定である場合（四隅に現れてから中程に集まる、中程から現れてから四隅に散る等）等に用いると良い。
ｆは、短波長のＬＥＤ３１と長波長のＬＥＤ３２が縦横に１個ずつ格子状に交互に配置されたパターンである。この場合、ＬＥＤの配置が均一であるため、近赤外光の照射範囲を広くし、かつ、明るさにムラなく映像を取得したい場合等に用いると良い。

なお、これらの配置パターンは、短波長のＬＥＤ３１と長波長のＬＥＤ３２が逆になってもよく、ほぼ同様の効果を得ることができる。

以下に図５の本発明の一実施例の撮像動作を示すフローチャート図を用いて動作の流れを説明する。
まず、監視対象領域を撮像する様に撮像装置１を設置し、撮像を開始する（Ｓ１）。このとき照明はオフの状態である。照度センサや取得画像の輝度、タイムスケジュール等により夜間（暗い）と判断されると、Ｓ３に進み、夜間でないと判断されるとＳ１へ進み証明なしでの撮像を継続する（Ｓ２）。夜間と判断されると、長波長のＬＥＤ３２を発光させた撮像が開始される（Ｓ３）。長波長のＬＥＤ３２の照明の下、物体検知が継続的に行われ、物体を検知した場合にはＳ５へ進み、検知されなければＳ３へ進む（Ｓ４）。物体を検知すると、より鮮明な映像を取得できる短波長のＬＥＤ３１を発光させた撮像が開始される（Ｓ５）。短波長のＬＥＤ３１の照明の下、物体が検知され続ける限りＳ５の動作を継続し、物体が検知されなくなるとＳ３へ進んで、長波長のＬＥＤ３２の照明の下での撮像が再び開始される。

なお、Ｓ４，Ｓ６でＮｏの場合には基本的にはＳ３へ進むが、常時、定期的または不定期的に、夜間（暗い）かどうかを判断するＳ２へ進むことが好ましい。

９００ｎｍ程度の照明時は、垂直画素加算と水平画素加算により、低解像度で高感度にしても良い。

特に図２において、撮像部２に、ＣＣＤ撮像素子を用い、ＣＣＤ撮像素子の垂直転送路で垂直画素加算を行い、ＣＤＳにおいて水平画素加算を行えば、画素加算に比例して高感度になる。

これは、ＬＥＤ３２を用いて９００ｎｍ付近にピーク値を持つ近赤外光を照射した際に取得する映像の感度が低く（暗く）なることへの改善であり、垂直または水平の画素加算、若しくは垂直及び水平の画素加算を行うことで、取得する映像の解像度が低くなっても感度を高く（明るく）して、より鮮明な映像を取得することができる。

また、特に図２において、撮像部２に、メガピクセル等高解像度の撮像素子を用いれば、画素加算時にも解像度が確保される。

本発明によれば、待機時（物体非検知時）は９００ｎｍ付近にピーク値を持つ近赤外照明を用いることで、人間の目に見える赤みを低減することができ、必要時（物体検知時）は８５０ｎｍ付近にピーク値を持つ近赤外照明を用いることで、物体の詳細を捉えたい場合には鮮明な映像を取得することができ、更にこのとき、監視対象エリア（近赤外線照明の照射エリア）の外からは人間の目で見た場合に目視困難とすることができる。

また、レンズに異常低分散ガラスの様な、可視光並に近赤外線の収差を低減したレンズでも、９５０ｎｍ程度では収差が多いが、８５０ｎｍ程度と９００ｎｍ程度では収差が許容できるため、鮮明な画像の取得に問題がない。

以上の説明は撮像動作のみを説明してきたが、記録部または記録装置を設けて記録することで、証拠画像を残せ、監視形態としてより有効に運用することができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、映像監視の場合で説明したが、これに限定されるものではなく、この他にも監視を目的としない様々なカメラ用途に適用することができる。

要するに本発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１：撮像装置、２：撮像部、３：近赤外照明部、１１、レンズ窓、１２：照明窓、２１：レンズ、２２：撮像素子、２３：信号処理部、２４：物体検知部、２５：インターフェース部、２６：制御部、３１、ＬＥＤ（８５０ｎｍ）、３２：ＬＥＤ（９００ｎｍ）、３３：切替部、４１：モニタ、４２：表示映像、４３：物体（人物）、４４：ＬＥＤ３２の照射エリア、４５：ＬＥＤ３１の照射エリア。

Claims (3)

1. 入射光を光電変換して画像信号を出力する撮像素子と、
   近赤外領域の光を照射する第一の近赤外照明部と、
   前記第一の近赤外照明部よりも短い波長の近赤外領域の光を照射する第二の近赤外照明部と、
   前記画像信号から物体を検知する物体検知部と、
   前記物体検知部により物体を検知した場合に、前記第一の近赤外照明部と前記第二の近赤外照明部とを切り替える制御部と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御部は、監視対象領域が暗い場合に、通常は前記第一の近赤外照明部を発光させ、物体を検知した場合に、前記第二の近赤外照明部を発光させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 第一の近赤外光を照射するステップと、
   画像信号を取得するステップと、
   前記画像信号から物体を検知するステップと、
   物体を検知した場合に、前記第一の近赤外光から前記第一の近赤外光より波長の長い第二の近赤外光に切り替えて照射するステップと、
   を備えることを特徴とする撮像方法。