JP2012119726A - 撮像装置およびテレビドアホン装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】撮像装置およびテレビドアホン装置に関し、夜間など暗いところで被写体を撮影する場合であっても、撮影画像中の被写体を識別しやすくし視認性を良くすることを目的とする。
【解決手段】撮像装置9は、来訪者である被写体に撮影用赤外光源部9aから赤外光を照射すると共に、撮像部9cは被写体を撮影している間、被写体動き検出部23により赤外波長域の赤外成分から得られる赤外映像信号から被写体の動き情報を検出し、被写体動き検出部23で検出された被写体の動き情報に基づいて累積加算部24により複数の色成分から得られる可視映像信号中の被写体の振れを補正し、振れ補正された可視映像信号を時間軸方向に累積加算してカラー映像信号を出力する構成とした。
【選択図】図5
【解決手段】撮像装置9は、来訪者である被写体に撮影用赤外光源部9aから赤外光を照射すると共に、撮像部9cは被写体を撮影している間、被写体動き検出部23により赤外波長域の赤外成分から得られる赤外映像信号から被写体の動き情報を検出し、被写体動き検出部23で検出された被写体の動き情報に基づいて累積加算部24により複数の色成分から得られる可視映像信号中の被写体の振れを補正し、振れ補正された可視映像信号を時間軸方向に累積加算してカラー映像信号を出力する構成とした。
【選択図】図5
Description
本発明は、被写体を撮影してカラーの撮影画像を得ることが可能な撮像装置およびテレビドアホン装置に関する。
暗いところで被写体を撮影する撮像装置が提案されている。例えば、被写体に赤外光を照射し、照射された被写体をカメラで撮影していた。この撮像装置では、被写体からの可視光成分に基づいてRGB色信号を色変換してカラー画像信号を生成し、さらに被写体からの赤外線成分に基づいて赤外線輝度信号を生成してモノクロ画像信号を生成していた。
すなわち、従来の撮像装置は、ブロックごとに色信号の存在する可視領域と、色信号のほとんど存在しない近赤外輝度信号Irからなる赤外領域とを区別し、近赤外輝度信号Irが輝度信号Y(RGB色信号から生成)より小さいことにより可視領域と判断されたブロックでは、そのブロック内のRGB色信号を色変換してカラー画像信号を生成していた。また近赤外輝度信号Irが輝度信号Yより大きいことにより赤外領域と判断されたブロックでは、そのブロック内の近赤外輝度信号Irからモノクロ画像を生成していた(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−148690号公報
従来の撮像装置では、夜間など赤外光以外の光がほとんど得られないところで撮影された場合、撮像して得た撮影画像内の大部分のブロックで近赤外輝度信号Irが輝度信号Yより大きくなり、撮影画像がモノクロ画像となっていた。このため、撮影画像中の被写体を識別しにくく視認性が良くないという課題があった。
そこで本発明は、夜間など暗いところで撮影する場合であっても、撮影画像中の被写体を識別しやすくし視認性を良くすることを目的とする。
上記の目的を達成するために本発明の撮像装置は、被写体を照射する撮影用赤外光源部と、入射光を可視波長域の複数の色成分と赤外波長域の赤外成分とに色分解する色分解フィルタと、この色分解フィルタを介して入力される光を映像信号として出力する受光素子と、赤外成分から得られる赤外映像信号から被写体の動き情報を検出する被写体動き検出部と、被写体動き検出部で検出された被写体の動き情報に基づいて、複数の色成分から得られる可視映像信号中の被写体の振れを補正し、振れ補正された可視映像信号を時間軸方向に累積加算してカラー映像信号を出力する累積加算部とを備えたことを特徴とする。このような構成により、所期の目的を達成するものである。
また、本発明のテレビドアホン装置は、上記した撮像装置と、この撮像装置により来訪者を撮影して得たカラー映像信号を表示する表示装置とを備えたことを特徴とする。このような構成により、所期の目的を達成するものである。
以上のように本発明の撮像装置は、被写体を照射する撮影用赤外光源部と、入射光を可視波長域の複数の色成分と赤外波長域の赤外成分とに色分解する色分解フィルタと、この色分解フィルタを介して入力される光を映像信号として出力する受光素子と、赤外成分から得られる赤外映像信号から被写体の動き情報を検出する被写体動き検出部と、被写体動き検出部で検出された被写体の動き情報に基づいて、複数の色成分から得られる可視映像信号中の被写体の振れを補正し、振れ補正された可視映像信号を時間軸方向に累積加算してカラー映像信号を出力する累積加算部とを備えたので、被写体動き検出部は夜間など暗いところでも被写体をくっきり撮影できる赤外光を被写体に照射し、撮影して得た赤外映像信号から被写体の振れを検出でき、累積加算部は被写体動き検出部で検出された被写体の動き情報に基づいて可視映像信号中の被写体振れを補正し、補正された可視映像信号を時間軸方向に累積加算でき、これにより信号成分に含まれるランダムノイズを抑え、ノイズにより不明瞭になっている色や輪郭を判別しやすくすると共に可視映像信号中の被写体の輪郭をくっきりさせることができる。これにより、夜間など暗いところで被写体を撮影する場合であっても、色の判別がしやすく、くっきりした撮影画像が得られ、撮影画像中の被写体を識別しやすく視認性を良くすることができる。
また、本発明のテレビドアホン装置は、上記した撮像装置と、この撮像装置により来訪者を撮影して得たカラー映像信号を表示する表示装置とを備えているので、夜間など暗いところにある撮像装置で来訪者を撮影する場合であっても、色の判別がしやすく、輪郭のくっきりした撮影画像が得られ、表示装置に表示される来訪者を識別しやすく視認性を良くすることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態)
図1〜図12を参照しながら、本発明の実施の形態におけるテレビドアホン装置について説明する。ここでは、来訪者を撮影する撮像装置から得たカラー映像信号を表示装置に表示するテレビドアホン装置を例に説明する。
図1〜図12を参照しながら、本発明の実施の形態におけるテレビドアホン装置について説明する。ここでは、来訪者を撮影する撮像装置から得たカラー映像信号を表示装置に表示するテレビドアホン装置を例に説明する。
図1は、本発明の実施の形態におけるテレビドアホン装置1の概略構成図であり、テレビドアホン装置1は子機2と親機3とから構成され、子機2と親機3は通信回線を介して電気的に接続されている。そして、子機2は玄関先に親機3は居室内にそれぞれ設置されている。これにより、来訪者4は玄関先にある子機2、居室内にある親機3を介して居住者5と通話することができる。
まず、図2、図3を参照しながら、子機2の構成について説明する。
図2はテレビドアホン装置1の回路ブロック図であり、子機2は、呼出ボタン6、子機制御部7、子機通話部8および撮像装置9を備えている。また、撮像装置9は、来訪者4を照明する撮影用赤外光源部9a、点灯制御部9b、来訪者4を撮影する撮像部9cおよび映像インタフェース(以下、「映像I/F」と記す)9dを備えている。
図3はテレビドアホン装置1の子機2の正面図であり、子機2では子機本体2aの前面下側に来訪者4の指により押下される呼出ボタン6を設けている。また、撮像装置9の撮影用赤外光源部9aおよび撮像部9cは呼出ボタン6の位置よりも上側に設けられている。また、撮像部9cは子機本体2aに固定されている。これにより、赤外光の照射光が来訪者4の指や手で遮られるのを防いでいる。また、子機通話部8は、子機本体2aの前面中央、すなわち呼出ボタン6と撮像装置9との間に設けられている。
図2に戻り、子機2の呼出ボタン6が来訪者4の指により押下されると呼出ボタン6のスイッチがONになり、呼出ボタン6から子機制御部7へ押下信号を通知する。
子機制御部7は子機2の全体を制御し、来訪者4により呼出ボタン6が押下されると親機3へ呼出通知を送信すると共に、子機通話部8および撮像装置9を作動させる。また子機制御部7は、親機3からの応答終了の信号の通知を受け取ると子機通話部8および撮像装置9の動作を終了させる。
子機通話部8は、マイクロフォン(以下、「マイク」と記す)8a、スピーカ8bおよび通話インタフェース(以下、「通話I/F」と記す)8cを備えている。マイク8aは来訪者4の音声を音声信号として出力する。スピーカ8bは親機3からの音声信号を音声として出力する。通話I/F8cは親機3との音声の入出力を行う。
撮像装置9は子機制御部7により起動されると、撮影用赤外光源部9aを点灯制御部9bにより点灯させると共に、来訪者4を撮像部9cにより撮影してカラーの映像信号(例えば、カラー映像信号は色差信号、輝度信号および同期信号を合成したコンポジット信号、あるいは個別の信号成分をやり取りするコンポーネント信号である)を映像I/F9dを介して親機3に出力する。この撮像装置9内の点灯制御部9bの動作、撮像部9cの構成については後述する。
次に、図2、図4を参照しながら、親機3の構成について説明する。
図2に示すように、親機3は、操作ボタン10、親機制御部11、親機通話部12および表示装置13を備えている。
図4はテレビドアホン装置1の親機3の正面図であり、親機3の操作ボタン10は親機本体3aの前面下側に設けられている。また、親機通話部12のマイク12aとスピーカ12bは親機本体3aの前面中央、すなわち操作ボタン10の上側に設けられている。そして、表示装置13は親機本体3aの前面上側に設けられている。
図2に戻り、操作ボタン10は、居室内にいる居住者5が来訪者4と通話する際に使用される応答ボタンであり、親機制御部11に接続されている。
親機制御部11は、親機3の全体を統括制御する機能を備えており、呼出ボタン6の押下によって子機2の子機制御部7から呼出通知を受け取ると、親機通話部12、表示装置13を作動させる。すなわち、呼出ボタン6の押下により子機通話部8と親機通話部12との間で通話I/F8c、後述する通話I/F12cを介して音声信号の入出力が可能となり通話可能状態となる。また親機制御部11は、居住者5が来訪者4との通話が終了したことで押下される操作ボタン10からの信号により親機通話部12、表示装置13を停止状態にする機能を備えている。親機制御部11と子機制御部7とは互いに連携しながら、テレビドアホン装置1の各部の制御部となっている。
親機通話部12は、マイク12a、スピーカ12bおよび通話I/F12cを備えている。マイク12aは居住者5の音声を音声信号として出力する。スピーカ12bは子機2からの音声信号を音声として出力する。通話I/F12cは子機2との音声信号の入出力を行うものである。
表示装置13は、映像I/F13aと表示パネル13bとを備えている。表示装置13は、映像I/F13aにより子機2からのカラー映像信号を入力し、入力したカラー映像信号を表示パネル13bに表示する。
次に、テレビドアホン装置1の構成が理解されたところで本実施の形態の特徴となる撮像装置9の詳細について説明する。
図2のテレビドアホン装置1では、子機2の撮像装置9により来訪者4を撮影し、親機3の表示パネル13bにより来訪者4の撮影画像を確認するが、夜間など周囲が暗くなるほど必要な輝度が不足して撮影画像が暗くなり視認性が悪くなる。特に、撮像装置9の受光素子で受光量が減少し、これに伴い受光素子でランダムに発生するノイズが相対的に増加してS/Nが悪くなる。S/Nが悪くなるとノイズにより色が判別しにくくなると共に撮影して得た撮影画像内の来訪者4の輪郭がノイズにより判別しにくくなる。
そこで撮像装置9を図5に示す構成とした。すなわち、図5はテレビドアホン装置1内の撮像装置9のブロック図であり、撮像装置9は、被写体(例えば、図1中の来訪者4)に撮影用赤外光源部9aから赤外光を照射すると共に、撮像部9cは被写体を撮影している間、被写体動き検出部23により赤外波長域の赤外成分から得られる赤外映像信号から被写体の動き情報を検出し、累積加算部24により被写体動き検出部23で検出された被写体の動き情報に基づいて複数の色成分から得られる可視映像信号中の被写体の振れを補正し、振れ補正された可視映像信号を時間軸方向に累積加算してカラー映像信号を出力する構成とした。被写体動き検出部23、累積加算部24の詳細は後述する。
この構成により、撮像装置9は、被写体動き検出部23により夜間など暗いところでも被写体をくっきり撮影できる赤外光を被写体に照射し、撮影して得た赤外映像信号から被写体の振れを検出でき、累積加算部24は被写体動き検出部23で検出された被写体の動き情報に基づいて可視映像信号中の被写体振れを補正し、振れ補正された可視映像信号を時間軸方向に累積加算でき、これにより信号成分に含まれるランダムノイズを抑え、ノイズにより不明瞭になっている色や輪郭を判別しやすくすると共に、可視映像信号中の被写体の輪郭をくっきりさせることができる。
このようにして、撮像装置9は夜間など暗いところで撮影する場合であっても、色や輪郭がはっきりした撮影画像を得ることができ、得られた撮影画像中の被写体を識別しやすくし視認性を良くすることができる。
具体的に撮像装置9の各部を説明すると、撮影用赤外光源部9aは、例えば赤外発光ダイオード(例えば、ピーク波長が810nm〜950nm)から構成されている。
点灯制御部9bは、撮影用赤外光源部9aの点灯のON/OFFを子機制御部7からの通知に従い制御する。
撮像部9cでは、入射光はレンズ部20、色分解フィルタ21を介して受光素子22の受光面に入光される。レンズ部20は、単一のレンズまたは複数のレンズが組み合わされたレンズ群であり、色分解フィルタ21を介して受光素子22の受光面に被写体の像を結像させる。
色分解フィルタ21は受光素子22の受光面の前に設けられ、可視光における赤成分(R)、緑成分(G)、青成分(B)の光のみを透過させるフィルタおよび赤外成分(Ir)の光のみを透過させるフィルタを同一平面上に複数並べて構成されている。例えば図6は撮像装置9に用いられる色分解フィルタ21の構成図であり、色分解フィルタ21は、赤成分(R)の光のみを透過させる赤フィルタ21aと、緑成分(G)の光のみを透過させる緑フィルタ21bと、青成分(B)の光のみを透過させる青フィルタ21cと、赤外成分(Ir)の光のみを透過させる赤外フィルタ21dとを備え、最小単位が2×2で構成されている。各フィルタは、赤フィルタ21aと青フィルタ21cとが斜めの位置関係となるように配置され、緑フィルタ21bと赤外フィルタ21dとが斜めの位置関係となるように配置されている。
図7は色分解フィルタ21の光透過特性の特性図であり、色分解フィルタ21は可視光を透過させるフィルタの波長に多少の重なりはあるものの、光の透過が最大となるピーク波長は可視光の範囲内にある1つのみである。また、赤外フィルタ21dは赤外領域のみを透過する。
図5に戻り、受光素子22は、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの撮像デバイスを用い、色分解フィルタ21の各フィルタに対応した画素から、赤成分を赤色信号(R信号)とし、緑成分を緑色信号(G信号)とし、青成分を青色信号(B信号)とした原色信号(R,G,B)を出力する。
次に、被写体動き検出部23および累積加算部24について説明する。
撮像装置9は、子機2の子機本体2aに固定されているので、撮像装置9それ自体の振動や手で持った場合の手振れなどに起因する画振れの補正(例えば、ジャイロなどの加速度センサを利用した振れ補正)は不要である。しかし、撮影の対象である被写体自体の動きに伴う撮影画像中の被写体振れ(部分領域の動きも含む)は発生する。このため、被写体振れのある撮影画像をそのまま累積すると輪郭部がぼやけて不明瞭になる。
そこで、本実施の形態では、赤外光による撮影画像(以下、受光素子22から出力された赤外映像信号である赤外信号Irを蓄積したフレーム画像を「赤外画像」ともいう)を用い、撮影画像中の被写体振れを抑える方向に座標を補正しながら累積加算している。赤外光を被写体に照射して得た赤外画像は、暗いところでも被写体をくっきり映すことができるので、被写体の動きが検出しやすい。
まず、図5、図8を用いて、被写体動き検出部23について説明する。
被写体動き検出部23は、図5に示すように、レジスタ25から動き設定基準値25aを入力すると共に受光素子22から出力された赤外信号Irを入力する。被写体動き検出部23は、赤外画像中の被写体(来訪者4)の各部の動きを検出し、この動きから被写体の各部の動き情報を生成する。
図8は撮像装置9内の被写体動き検出部23のブロック図である。被写体動き検出部23は、メモリ制御部231により、例えば時刻(t)で撮影された赤外画像、時刻(t+dt)で撮影された赤外画像を複数のフレームメモリ232、例えば2つのフレームメモリ232に順次にシフトさせながら記憶する。すなわち、撮影時間の差(例えば、時間差がdt)のある2つの赤外画像を2つのフレームメモリ232にそれぞれ記憶する。
画像相関部233は、後述するように、複数のフレームメモリ232、図8中の例では2つのフレームメモリ232に記憶されている各赤外画像間の画素値をブロック単位で比較する。すなわち、参照元の赤外画像を複数のブロック(例えば16×16画素)に分割し、参照元のブロック内の各画素値と参照先のブロック内の各画素値とを比較(ブロックマッチング)し、比較されたブロックごとの画素値の差の累積値を相関度として検出する。すなわち、検出された画素値の差の累積値が大きくなるほどブロック間の画像の相関度が高く、画素値の差の累積値が小さくなるほどブロック間の画像の相関度が低い。参照先のブロックの探索範囲は、参照元のブロックの位置を中心に、+15画素〜−15画素とする。また、参照先のブロックの探索精度は1画素単位とする。動き検出部234は、画像相関部233で検出されたブロックの内、相関度の最も高いブロック間の座標差を動き情報として検出する。
図9は、被写体動き検出部23で検出する被写体振れを説明する概要図である。例えば、時刻(t)、時刻(t+dt)それぞれで撮影された赤外画像を各フレームメモリ232に記憶し、記憶された赤外画像(時刻(t)の画像)100と赤外画像(時刻(t+dt)の画像)101とを用いて被写体振れを検出する。例えば、図9中のように被写体の顔部4aが撮影中に振れている場合、被写体動き検出部23は、顔部4aの各部の動き量(ΔX,ΔY)を検出し、この動き量(ΔX,ΔY)から座標を補正するための補正値(オフセット値)を動き情報として出力する。ここで、dtは1画面分(1フレーム画像分)を撮影する時間であり、受光素子22の蓄積時間に相当する時間である。この蓄積時間は1/30(秒)〜1/60(秒)に設定される。なお、時刻(t)は、(t+dt)、(t+2dt)、・・・、(t+ndt)と刻々と変化する。
図10は被写体動き検出部23の画像相関部233の画像相関について説明する概要図である。図10に示すように、画像相関部233は、例えば時刻(t)で撮影された赤外画像100の参照先のブロック235と時刻(t+dt)で撮影された赤外画像101の参照元のブロック236との間の画素値の差の大きさ(ブロック内の各画素値の差を累積した値の大きさ)から、相関度の高いブロックの位置を検出する。画像相関部233は、まず参照先のブロック235を参照元のブロック236と同じ座標(例えば、図10中の座標Wa)に位置を設定し、この設定された位置を中心に参照先のブロック235の位置を上下右左方向、斜め方向に1画素ずつシフトさせる。そして、画像相関部233は、参照先となる各ブロックで画素値の差の累積値を算出し、算出されたブロックの内で相関度が最も高いブロック、すなわち参照元のブロック236に対して参照先のブロック235の座標(例えば、重心座標)、および参照元のブロック236の座標とを動き検出部234に出力する。なお、ブロックの大きさ、数は、1つに限定されない。例えば、16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8、4×4など複数の参照ブロックを単独、またはこれらを組み合わせて設定してもよい。これにより、さらに各部の僅かな振れによる動き情報を検出できる。また、画像相関部233は、ブロックごとに画素値の差の累積値を算出し、この算出された累積値の大きさから相関度を検出するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、画像相関部233で赤外画像間の画像形状をブロック単位で比較し、比較されたブロック間の画像形状の一致度合いを相関度としてもよい。
図11は被写体動き検出部23の動き検出部234の被写体の動き検出例を説明する概要図である。図11に示すように、動き検出部234は、画像相関部233から取得した画像相関度が最も高い参照元ブロック236の重心座標Wa(X1,Y1)と参照先のブロック235の重心座標Wb(X2,Y2)とから動き情報を検出する。すなわち、動き検出部234は、入力した座標Waと座標Wbとの座標値の差から動き量ΔX、動き量ΔYをそれぞれ算出する。例えば図11中の例では、動き量ΔX=X1−X2、動き量ΔY=Y1−Y2となる。なお、被写体の動きがない場合には、重心座標Waと重心座標Wbは同じ値、すなわち、ΔX=0、ΔY=0となる。
また、動き検出部234は、動き設定基準値25aより動き量(ΔX,ΔY)が小さい場合、参照元のブロック236の動き情報として、動き量(ΔX,ΔY)に対応する補正値(オフセット値)を出力する。一方、参照元のブロック236の中で動き設定基準値25aより動き量(ΔX,ΔY)が大きいものがあった場合、動き検出部234は、参照元のブロック236の動き情報として、動き量(0,0)に対応する補正値を出力すると共に累積加算処理をスキップさせる信号を出力する。
このようにして、被写体動き検出部23は、撮影画像中の被写体各部の動き情報を赤外画像100、赤外画像101から検出し、この動き情報に基づいて被写体振れを抑える方向に可視映像信号の座標を補正し、補正された可視映像信号を累積加算部24により累積加算している。図9中の顔部4aだけでなく、撮影された赤外画像中の参照元の各ブロックでの動き情報を検出する。
次に、図5に戻り、累積加算部24について説明する。
累積加算部24は、輝度色差変換部24a、輝度累積加算部24bおよび色差累積加算部24cを備え、輝度累積加算部24b、色差累積加算部24cでは被写体動き検出部23で検出される動き情報に基づいて、可視映像信号の座標をそれぞれ補正し、補正された可視映像信号をそれぞれ時間軸方向に累積加算する。
輝度色差変換部24aは、受光素子22から出力された原色信号(R,G,B)であるRGB色信号から輝度信号(Y)と色差信号(例えば、Cr信号、Cb信号)を生成する。輝度色差変換部24aは公知の変換式を用いて算出することができる。例えば、輝度信号をY、赤色信号をR、緑色信号をG、青色信号をBとした場合、輝度信号Yは、Y=0.30×R+0.59×G+0.11×Bとなり、色差信号(Cb,Cr)は、Cb=0.564×(B−Y)、Cr=0.713×(R−Y)として算出することができる。なお、上記のカラーマトリクスとしてSDTVのものを用いた例について説明したが、これに限定されるものではない。他のカラーマトリクス、例えばHDTV用のY,Pb,Prを用いてもよい。
図12は撮像装置9内の輝度累積加算部24bのブロック図である。輝度累積加算部24bは、累積部30と増幅部31と座標補正部36とを備えている。
輝度累積加算部24bは、輝度色差変換部24aから出力された輝度信号Y(以下、「Y信号」ともいう)を、被写体動き検出部23から出力される被写体の動き情報に基づいて、Y信号(可視映像信号)中の被写体の振れを補正し、補正されたY信号を時間軸方向に累積加算する。
具体的に説明すると、輝度累積加算部24bでは、まず、Y信号を増幅部31で増幅する。増幅部31が、例えば10倍の増幅度を有するものであれば、ノイズを含む状態でY信号は10倍される。ここでは理解を容易にするために、入力されたY信号のレベルを1とすると増幅部31の出力はレベル10となる。この増幅部31で増幅された出力は累積部30と座標補正部36とを備えたIIR(Infinite Impulse Response)フィルタに入力される。
IIRフィルタの累積部30は、加算部32、乗算部33、減算部34および遅延部35を備える。遅延部35は、1フレーム分のY信号を記憶するフレームメモリから構成される。
IIRフィルタでは、まず加算部32により、遅延部35により遅延した信号、すなわち前フレームまで累積されたY信号と新たに入力されたY信号とが加算される。ここで、被写体動き検出部23(図8)から出力される動き情報(座標の補正値の情報)に基づいて、座標補正部36は新たに入力されたY信号の座標(被写体が動いた先の座標)に合わせて、前フレームまで累積されたY信号の座標(被写体が動く前の元の座標)を補正し、補正されたY信号と新たに入力されたY信号とを加算部32で加算する。
図8の動き検出部234で、例えば図11に示すように、参照元であるブロック236の動きが検出された場合、1つ前に累積加算されたY信号の参照先であるブロック235の各画素の座標(動く前の座標)に補正値であるオフセット値(例えば、動き量と同じ値のX方向のオフセット値ΔX,Y方向のオフセット値ΔY)を加算し、新たに入力されたY信号の座標(動いた先の座標)と一致させる。すなわち、X1=Y2+ΔX、Y1=Y2+ΔYのように累積されたY信号の座標を補正値により補正する。そして、加算部32は補正されたY信号と新たに入力されたY信号とを加算する。この加算処理は、対象となる参照元と参照先とのブロック間のすべての画素で行われる。また、1フレーム中のY信号のすべての参照元のブロックについて同様の処理が繰り返し行われる。これにより、累積部30で累積されたY信号中の被写体振れが抑えられ、輪郭のボケもなく、くっきりした画像になる。
図12に戻り、加算されたY信号は、再帰ゲイン設定部37にて設定された値に基づいて乗算部33にて乗算される。ここでは、再帰ゲイン設定部37の再帰ゲインGが、例えば増幅されたY信号の1/2(G=0.5)に設定されたとする。すると、乗算部33からは増幅されたY信号の1/2、すなわち、レベル5のY信号が出力されると共に減算部34に入力される。減算部34では、乗算部33に入力される前のY信号(レベル10)から、乗算部33を介したY信号(レベル5)を減算して得られた信号が生成される。生成された信号は、遅延部35に出力される。遅延部35では、各参照元のブロック位置の座標に従って減算部34から出力される各画素の信号を書き込む。
遅延部35により、減算部34の信号は1フレーム分遅延するので、次の新たなフレーム画像のY信号と座標補正されたY信号とが加算部32により加算される。次の新たなフレーム画像のY信号のレベルを1とすると、増幅部31で増幅されたレベル10のY信号は、1フレーム分遅延したレベル5のY信号と加算され、レベル15の輝度信号となって乗算部33に出力される。
そして乗算部33により、レベル7.5のY信号が出力されると共に、減算部34によりレベル7.5のY信号が遅延部35に再び入力される。
このような処理を繰り返すことにより、図13に示すように、輝度累積加算部24bでは被写体動き検出部23から出力される被写体の動き情報に基づいて、被写体振れを抑える方向に累積されているY信号の座標を補正し、座標補正されたY信号に新たに入力されたY信号を加算して時間軸方向に累積する。
これにより、輝度累積加算部24bから出力される信号Ysのレベルは徐々にレベル10に収束し、映像信号にランダムに含まれるノイズが含まれていても、図12に示すIIRフィルタの構成により、単発的、またはランダムに発生したノイズは累積されることなく抑えられ、Y信号のS/Nを改善した輝度信号Ysを出力することができる。また、被写体振れを抑える方向に累積されているY信号の座標を補正するので、輝度信号Ys中の被写体の輪郭のボケが抑えられ、くっきりした画像になる。
また、図5中の色差累積加算部24cは、輝度色差変換部24aから出力された色差信号(Cb,Cr)を時間軸方向に累積加算する。色差累積加算部24cは輝度累積加算部24bと同様に図12に示すIIRフィルタにより構成される。これにより、被写体動き検出部23から出力される被写体の動き情報に基づいて、IIRフィルタでは累積加算する際に座標補正部36により前フレームまで累積加算された色差信号Csの座標を補正し、補正された色差信号Csに色差信号(Cb,Cr)を加算する。
図13に示すように、色差累積加算部24cでは、被写体動き検出部23から出力される被写体の動き情報に基づいて色差信号(Cb,Cr)を時間軸方向に累積加算するので、色差信号(Cb,Cr)のS/Nが改善され、色差信号Csとして出力される。また、色差信号(Cb,Cr)を累積加算する際に被写体振れがあっても撮影画像中の被写体振れが抑えられる方向に累積した色差信号Csの座標を補正し、新たな色差信号(Cb,Cr)と加算するので、累積された色差信号(Cb,Cr)中の被写体の輪郭のボケが抑えられる。
図13の例で、被写体動き検出部23は、時刻(t+2dt)で撮影された赤外画像(図13中の赤外信号Irにおけるフレーム02番目の画像)と時刻(t+3dt)で撮影された赤外画像(図13中の赤外信号Irにおけるフレーム03番目の画像)の差分から被写体の動きを検出し、動き情報を生成して出力する。
輝度累積加算部24bおよび色差累積加算部24cでは、時刻(t+3d)で撮影した可視画像(図13中の輝度信号(Y)、色差信号(Cb,Cr)におけるフレーム03番目の画像)と累積可視画像(図13中のフレーム00番目〜02番目まで累積した画像)とを加算する。このとき、動き情報に基づいて累積可視画像の各画素の座標がブロックごとに補正される。
なお、輝度累積加算部24bと色差累積加算部24cの両方で累積加算するようにしたが、輝度累積加算部24bでは累積加算を行わず、色差累積加算部24cのみで可視映像信号を時間軸方向に累積してもよい。輝度累積加算部24bで累積加算を行わない場合、赤外信号Irと輝度信号Yとを合成する。これにより、回路を削減することができる。
また、色信号(R,G,B)を輝度色差変換部24aで輝度信号(Y)と色差信号(Ca,Cb)とに変換し、輝度信号(Y)と色差信号(Ca,Cb)とをそれぞれ累積加算するように構成したが、この構成に限定されるものではない。色信号(R,G,B)を累積加算するようにしてもよい。この場合、色信号ごとに累積加算する。すなわち、色信号ごとに図12に図示した回路を設ける。
次に、テレビドアホン装置1の動作について説明する。図14は本発明の実施の形態におけるテレビドアホン装置1の動作を説明するフローチャートである。
図14に示すように、来訪者4は玄関先に到着すると子機2の呼出ボタン6を押下する。テレビドアホン装置1は、呼出ボタン6が押下されると(S100)、点灯制御部9bにより撮影用赤外光源部9aの赤外光を発光(ON)させると共に撮像装置9での撮影を開始する(S102)。
次にテレビドアホン装置1は、受光素子22から出力される時刻の異なる赤外信号Irを2つのフレームメモリ232に順次にシフトさせながら記憶し(S104)、被写体動き検出部23によりこれらの赤外信号Irのフレーム画像(赤外画像)から来訪者4の各部の動き情報を検出する(S106)。被写体動き検出部23がレジスタ25に記憶されている動き設定基準値25aと各部の動き情報とを比較し、動き量が動き設定基準値25a以上と判断した場合(S108)、この動きの大きい可視画像は累積対象から外すように加算処理をスキップさせる(S110)。これにより、極端に大きな動きを有する可視画像は加算対象から外され、ボケが抑えられる。
一方、テレビドアホン装置1は、輝度累積加算部24bおよび色差累積加算部24cにより、各部の動き量がレジスタ25に記憶されている動き設定基準値25aより小さいと判断した場合(S108)、座標補正部36により動き情報に基づいて累積画像(累積された輝度信号Y、色差信号Cbおよび色差信号Crの可視画像)中の各画素の座標をブロックごとに補正(例えば、図11中に示す座標Wbにオフセット値ΔX、オフセット値ΔYを加えて座標Waの位置に補正)し、座標補正された累積画像と新たな可視画像とを加算して時間軸方向に累積する(S112)。
このようにして、テレビドアホン装置1は、点灯制御部9bにより撮影用赤外光源部9aを撮影時に点灯し、子機2の撮像部9cは色と輪郭がはっきりした鮮明なカラー映像信号を親機3に出力する。
次にテレビドアホン装置1は、親機3で子機2から出力されたカラー映像信号を受信し、カラー映像信号を表示パネル13bに表示する。さらにテレビドアホン装置1は、子機2からの呼出通知により親機通話部12と表示装置13とを作動させ、これにより呼出ボタン6の押下により子機通話部8と親機通話部12との間で音声信号の入出力が可能となり通話可能状態となる(S114)。
これにより、居住者5は表示パネル13bにより来訪者4の撮影画像を確認しながら来訪者4と通話ができる。撮像部9cにより来訪者4が撮影されている間、S104からS114のステップが繰り返し実行される。
テレビドアホン装置1は、親機制御部11により居住者5が来訪者4との通話が終了したことで押下される操作ボタン10からの信号により親機通話部12と表示装置13とを再び停止させる。また、親機制御部11は子機制御部7に通話終了を通知し、この通知により子機制御部7は点灯制御部9bにより撮影用赤外光源部9aをOFFにし、赤外光の照射を停止する。また、子機制御部7は、撮像部9cによる撮像、音声通話を停止する(S116、S118)。
以上のように本実施の形態によれば、図5に示すように、撮像装置9は、被写体を照射する撮影用赤外光源部9aと、入射光を可視波長域の複数の色成分と赤外波長域の赤外成分とに色分解する色分解フィルタ21と、この色分解フィルタ21を介して入力される光を映像信号として出力する受光素子22と、赤外成分から得られる赤外映像信号から被写体の動き情報を検出する被写体動き検出部23と、被写体動き検出部23で検出された被写体の動き情報に基づいて、複数の色成分から得られる可視映像信号中の被写体の振れを補正し、振れ補正された可視映像信号を時間軸方向に累積加算してカラー映像信号を出力する累積加算部24とを備えた。
このような構成により、被写体動き検出部23により夜間など暗いところでも被写体をくっきり撮影できる赤外光を被写体に照射し、撮影して得た赤外映像信号から被写体の振れを検出でき、累積加算部24は被写体動き検出部23で検出された被写体の動き情報に基づいて可視映像信号中の被写体振れを補正し、補正された可視映像信号を時間軸方向に累積加算でき、これにより信号成分に含まれるランダムノイズを抑え、ノイズにより不明瞭になっている色や輪郭を判別しやすくすると共に可視映像信号中の被写体の輪郭をくっきりさせることができる。これにより、夜間など暗いところで被写体を撮影する場合であっても、色や輪郭の判別がしやすく、くっきりした撮影画像が得られ、撮影画像中の被写体を識別しやすく視認性を良くすることができる。
またテレビドアホン装置1は、図2に示すように、撮像装置9と、撮像装置9により来訪者4を撮影して得たカラー映像信号を表示する表示装置13とを備えているので、夜間など暗いところにある撮像装置9で来訪者4を撮影する場合であっても、十分な色情報と輪郭情報が得られることにより表示装置13に表示される来訪者4を識別しやすくし視認性を良くすることができる。
なお、本実施の形態では色分解フィルタ21を用いたが、この構成に限定されるものではない。例えば、図15に示すように、各フィルタには各色成分領域それぞれと赤外領域とを透過する2バンド透過特性を有する色分解フィルタ40を用いてもよい。色分解フィルタ40は、赤成分(R)だけでなく赤外成分(Ir)の光を透過させる赤・赤外フィルタ40aと、緑成分(G)だけでなく赤外成分(Ir)の光を透過させる緑・赤外フィルタ40bと、青成分(B)だけでなく赤外成分(Ir)の光を透過させる青・赤外フィルタ40cと、赤外成分(Ir)の光のみを透過させる赤外フィルタ40dとを備え、最小単位が2×2で構成されている。この構成により、色分解フィルタ21に比べて、色分解フィルタ40では赤外光を透過させる領域の大きさを4倍にし、受光素子22における赤外光の受光量を多くすることができ、赤外信号をさらに検出しやすく、これにより輪郭成分が抽出しやすくなり精度の良い動き情報を得ることができる。この色分解フィルタ40を用いる場合、図16に示すように、減算部26をさらに備え、減算部26により、RGB混合信号(R+Ir,G+Ir,B+Ir)から赤外信号をそれぞれ除去したRGB色信号を生成すればよい。
また本実施の形態では、撮影用赤外光源部9aを撮像装置9に設け、子機本体2aに予め取り付けているが、撮影用赤外光源部9aを着脱自在にし、後でオプション光源として取り付け可能としてもよい。この場合、オプション光源が取り付けられたときに、オプション光源と撮像部9cとの連動動作を行う。また、外設されている撮影用赤外光源部9aを点灯制御部9bに電気的に接続するようにして、点灯制御部9bにより赤外光の点灯を制御するようにしてもよい。
また、点灯制御部9bに撮影用可視光源部をさらに接続し、赤外光と可視光とを併用して照明するようにしてもよい。この場合、可視光はうっすらと被写体を照明する光でよく、被写体にとって眩しくならないように光量を設定する。これにより、夜間など暗いところでも撮影画像の色再現性、コントラストを高め、より鮮明なカラー画像を得ることができる。
また本実施の形態では、子機2の内部に撮像装置9を設けるようにしたが、子機2の外部にあってもよい。すなわち、外設されているネットワーク対応の撮像装置9とテレビドアホン装置1とを通信回線(例えば、ネットワークなど)を介して接続してもよい。この場合、撮像装置9は通信回線を介してテレビドアホン装置1にカラー映像信号を送信する。
また、本実施の形態ではテレビドアホン装置を用いて説明したが、暗い場所でも鮮明なカラー画像を得ることができるため、夜間に撮影する撮影機器(例えば、監視カメラ、デジタルカメラ、デジタルムービ、携帯電話など)にも適用することができる。
以上のように本発明は、赤外成分から得られる赤外映像信号から被写体の動き情報を検出し、検出された被写体の動き情報に基づいて、複数の色成分から得られる可視映像信号中の被写体の振れを補正し、振れ補正された可視映像信号を時間軸方向に累積加算してカラー映像信号を出力するので、夜間など暗いところでも被写体をくっきり撮影できる赤外光を被写体に照射し、撮影して得た赤外映像信号から被写体の振れを検出でき、検出された被写体の動き情報に基づいて可視映像信号中の被写体振れを補正し、振れ補正された可視映像信号を時間軸方向に累積加算でき、これにより信号成分に含まれるランダムノイズを抑え、ノイズにより不明瞭になっている色や輪郭を判別しやすくすると共に、可視映像信号中の被写体の輪郭をくっきりさせることができる。
これにより、夜間など暗いところで被写体を撮影する場合であっても、撮影画像中の被写体を識別しやすく視認性を良くすることを可能とする撮像装置、テレビドアホン装置、監視カメラ、デジタルカメラ、デジタルムービ、携帯電話などに有用なものである。
1 テレビドアホン装置
2 子機
2a 子機本体
3 親機
3a 親機本体
4 来訪者
4a 顔部
5 居住者
6 呼出ボタン
7 子機制御部
8 子機通話部
8a,12a マイク
8b,12b スピーカ
8c,12c 通話I/F
9 撮像装置
9a 撮影用赤外光源部
9b 点灯制御部
9c 撮像部
9d,13a 映像I/F
10 操作ボタン
11 親機制御部
12 親機通話部
13 表示装置
13b 表示パネル
20 レンズ部
21,40 色分解フィルタ
22 受光素子
23 被写体動き検出部
24 累積加算部
24a 輝度色差変換部
24b 輝度累積加算部
24c 色差累積加算部
25 レジスタ
26,34 減算部
30 累積部
31 増幅部
32 加算部
33 乗算部
35 遅延部
36 座標補正部
37 再帰ゲイン設定部
100,101 赤外画像
231 メモリ制御部
232 フレームメモリ
233 画像相関部
234 動き検出部
235,236 ブロック
2 子機
2a 子機本体
3 親機
3a 親機本体
4 来訪者
4a 顔部
5 居住者
6 呼出ボタン
7 子機制御部
8 子機通話部
8a,12a マイク
8b,12b スピーカ
8c,12c 通話I/F
9 撮像装置
9a 撮影用赤外光源部
9b 点灯制御部
9c 撮像部
9d,13a 映像I/F
10 操作ボタン
11 親機制御部
12 親機通話部
13 表示装置
13b 表示パネル
20 レンズ部
21,40 色分解フィルタ
22 受光素子
23 被写体動き検出部
24 累積加算部
24a 輝度色差変換部
24b 輝度累積加算部
24c 色差累積加算部
25 レジスタ
26,34 減算部
30 累積部
31 増幅部
32 加算部
33 乗算部
35 遅延部
36 座標補正部
37 再帰ゲイン設定部
100,101 赤外画像
231 メモリ制御部
232 フレームメモリ
233 画像相関部
234 動き検出部
235,236 ブロック
Claims (7)
- 被写体を照射する撮影用赤外光源部と、
入射光を可視波長域の複数の色成分と赤外波長域の赤外成分とに色分解する色分解フィルタと、
前記色分解フィルタを介して入力される光を映像信号として出力する受光素子と、
前記赤外成分から得られる赤外映像信号から前記被写体の動き情報を検出する被写体動き検出部と、
前記被写体動き検出部で検出された前記被写体の動き情報に基づいて、前記複数の色成分から得られる可視映像信号中の前記被写体の振れを補正し、振れ補正された可視映像信号を時間軸方向に累積加算してカラー映像信号を出力する累積加算部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 - 前記累積加算部は、
前記可視映像信号の座標を補正する座標補正部と、
前記可視映像信号を時間軸方向に累積する累積部とを有し、
前記座標補正部は、前記被写体の動き情報に基づいて前記可視映像信号中の前記被写体の動きを抑える方向に座標を補正し、
前記累積部は、座標補正された可視映像信号を時間軸方向に累積することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記被写体動き検出部は、
前記赤外映像信号を順次に記憶する複数のフレームメモリと、
前記複数のフレームメモリにそれぞれ記憶されている各赤外映像信号間の相関度をブロック単位で検出する画像相関部と、
前記画像相関部で検出されたブロックの内、前記相関度が最も高いブロック間の座標差から前記被写体の動き情報を検出する動き検出部とを備えたことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 - 前記色分解フィルタは、可視光における赤成分の光を透過させる赤フィルタと、可視光における緑成分の光を透過させる緑フィルタと、可視光における青成分の光を透過させる青フィルタと、赤外成分のみを透過させる赤外フィルタとを有するフィルタであり、
前記受光素子は、前記赤フィルタ、前記緑フィルタおよび前記青フィルタをそれぞれ介して入力される光に対応したRGB色信号を出力すると共に前記赤外フィルタを介して入力される光に対応した赤外信号を出力する素子であり、
前記被写体動き検出部は、前記赤外信号から前記被写体の動き情報を検出し、
前記累積加算部は、前記被写体動き検出部で検出された前記被写体の動き情報に基づいて前記RGB色信号中の前記被写体の振れを補正した前記カラー映像信号を出力することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記色分解フィルタは、可視光における赤成分および赤外成分の光を透過させる赤・赤外フィルタと、可視光における緑成分および赤外成分の光を透過させる緑・赤外フィルタと、可視光における青成分および赤外成分の光を透過させる青・赤外フィルタと、赤外成分のみを透過させる赤外フィルタとを有するフィルタであり、
前記受光素子は、前記赤・赤外フィルタ、前記緑・赤外フィルタおよび前記青・赤外フィルタをそれぞれ介して入力される光に対応したRGB混合信号を出力すると共に前記赤外フィルタを介して入力される光に対応した赤外信号を出力する素子であり、
前記受光素子から出力された前記RGB混合信号から前記赤外信号をそれぞれ減算する減算部をさらに備え、
前記被写体動き検出部は、前記赤外信号から前記被写体の動き情報を検出し、
前記累積加算部は、前記被写体動き検出部で検出された前記被写体の動き情報に基づいて前記減算部により前記RGB混合信号から前記赤外信号をそれぞれ除去したRGB色信号中の前記被写体の振れを補正した前記カラー映像信号を出力することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記累積加算部は、IIRフィルタにより前記可視映像信号を時間軸方向に累積加算する回路であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置により来訪者を撮影して得たカラー映像信号を表示する表示装置とを備えたことを特徴とするテレビドアホン装置。
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