JP2013038705A - 光量調整装置、カメラ、及び光量調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路が簡便であり、基板の実装面積を少なくし、カメラ全体のサイズを小型化する。
【解決手段】露光を補助する光源の光量を調節する光量調整装置であって、画像を撮像する撮像手段から出力される画像信号を分離する分離手段と、分離された画像信号の中から光量を調節するのに必要な信号成分を抽出する抽出手段と、抽出された信号成分のレベルに応じて、光源の光量を調節する光量調節手段と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、光量調整装置、カメラ、及び光量調整方法に関する。

撮像管、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）撮像装置（カメラ）において、被写体や背景が暗いときに、電球や蛍光灯、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源を用いて補助的に照明し、視認性を上げることが行われている。

この光源の調光は、出力画像を見ながら観測者が行うことも可能であるが、画像を観測せずに直接撮像記録等を行う場合には、自動的に調光する必要が出てくる。明るいときには、照明の効果は殆どないことから、光源を常時点灯させる状態としても良いのであるが、明るいときにも照明に電流を流し続けるのであるから、消費電力が余計にかかったり、光源の寿命が短くなってしまったり、光源が赤外光である場合には、昼間の画像が変色してしまう、等といった問題がある。

したがって、明るいときにはなるべく消灯し、消費電力を押さえる必要がある。明るいときに消灯する方法として、周囲の光量をＣｄＳ（硫化カドミウム）セルやＰＤ（フォトダイオード：Photo Diode）等の光センサにより検知し、そのセンサ出力に応じて調光することが考えられる。

しかしながら、光センサを設置するスペースが必要となる、光センサ用の部品が必要となる等といった問題がある。撮像装置（カメラ）の検出映像信号から周辺の光量を検知する方法もあるが、基本的には、撮像装置（カメラ）の検出画像をサンプリングしてデジタル信号に変換し、画像処理演算により周辺の光量を求めている。

ここで、従来の撮像装置（カメラ）における光センサのＡＧＣ（自動利得調整：Automatic Gain Control）、ＡＥＣ（自動露光（露出）調整：Automatic exposure Control）、及び入力光の平均輝度の関係について説明する。図７は、従来のカメラの入力光の平均輝度とセンサの出力する平均輝度との関係を示す図である。

図７において、カメラに入射する入射光の平均輝度が高い場合、ゲインは1倍で、ＡＥＣが働き、露光（露出）する時間を調整することにより、画面全体の輝度（光センサが出力する平均輝度）を一定に保持する。カメラに入射する入射光の平均輝度が下がってきた場合、露光（露出）時間を調整して長くすることにより、画面全体の輝度を一定に保持する。

光量がさらに低下し、露光（露出）時間が最大になるとＡＧＣが働き、光信号のゲインを増加させる。光量がさらに低下し、光センサで設定されたゲインの最大値に到達すると、それ以下の光量ではゲイン最大、露光（露出）時間最大となるので、光量補正が出来なくなり、光センサの出力する平均輝度が低下してしまう。さらに光量が低下すると、光センサの出力する平均輝度がさらに低下し、撮像された映像を確認することができなくなる。

しかしながら、撮像装置（カメラ）の映像信号から周辺の光量を検知する方法の場合、基本的に検出された画像をサンプリングしてデジタル信号に変換し、画像処理演算によって周辺の光量を求めることになるが、この方法の場合は、映像信号をＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換し、演算を行うという処理が必要となるため、回路構成が複雑になるという問題がある。

また、Ａ／Ｄ変換器、演算器等のＩＣ（Integrated Circuit）が必要となり、車載用カメラや監視用カメラ等の超小型撮像装置においては、電装されている基板自体が小さいため、部品を実装することが困難であるという問題もある。

さらに、アナログ信号であるＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）信号や輝度信号のみを検出する方法もあるが、何れの方法においてもＤＣ（Direct Current）カットコンデンサが信号ラインに挿入されているので、直流成分に近い輝度信号を検知することは極めて困難であるという問題もある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、露光（露出）光量を補助するための光源を有する超小型カメラに代表されるような撮像装置においても、簡便な回路構成により光源の光量を調節することができる光量調整装置、カメラ、及び光量調整方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明における光量調整装置は、露光を補助する光源の光量を調節する光量調整装置であって、画像を撮像する撮像手段から出力される画像信号を分離する分離手段と、前記分離された画像信号の中から前記光量を調節するのに必要な信号成分を抽出する抽出手段と、前記抽出された信号成分のレベルに応じて、前記光源の光量を調節する光量調節手段と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、回路が簡便であり、基板の実装面積も少なくて済み、カメラ全体のサイズを小型化することができる光量調整装置、カメラ、及び光量調整方法が得られる。

本発明の実施形態に係るカメラにおける光量調整装置の概略ブロック図である。 本発明の実施形態に係るカメラにおける光量調整装置の詳細ブロック図である。 本発明の実施形態に係るカメラにおける光量調整装置の各ブロックから出力される信号波形を示す図である。 本発明の実施形態に係る光量調整装置のＬＥＤドライバ（駆動）回路及びＬＥＤの回路構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るカメラの光センサが出力する平均輝度と照明光量との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係るカメラの入力光の平均輝度と光センサの出力する平均輝度との関係を示す図である。 従来のカメラの入力光の平均輝度とセンサの出力する平均輝度との関係を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化乃至省略する。本発明は、要するに、カメラにおいて、別途センサを必要とせず、出力映像信号から輝度を抽出し、照明光源の光量調整に使用することが特徴になっている。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明の実施形態に係る光量調整装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るカメラにおける光量調整装置の概略ブロック図である。

図１において、本発明の実施形態に係る光量調整装置１は、画像を撮像する撮像部１１と、撮像部１１から出力された画像信号（出力信号）を分岐し、所定の周波数成分の帯域を有する信号のみを通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）１２と、ＢＰＦ１２から出力された信号の振幅レベルを検出する振幅検出部１３と、振幅検出部１３により検出された振幅レベルに応じて光源１５の光量を可変調整する光量可変部１４と、撮像部１の露光を調整する光源１５とから構成される。

撮像部１１から分岐された出力信号は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２に入力される。バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２は、撮像部１１の同期周波数と同じ帯域の信号を通過させる。この信号の振幅を検出するために、振幅検出部１３にバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２の出力信号を入力し、振幅検出部１３の出力に撮像された画像の輝度を表す信号が出力される。この信号を光量可変部１４に入力することにより、光源１５の光量を可変させる。

次に、光量調整装置の構成についてより詳細に説明する。図２は、本発明の実施形態に係るカメラにおける光量調整装置の詳細ブロック図であり、図３は、本発明の実施形態に係るカメラにおける光量調整装置の各ブロックからから出力される信号波形を示す図である。

具体的には、撮像部としてＣＣＤ撮像部１１０が用いられ、ＮＴＳＣ信号を出力するカメラが用いている。ＮＴＳＣ信号を途中で分岐させ、場合によっては、ＮＴＳＣ信号出力のインピーダンスを整合させるためにバッファアンプを介しても良い。ＮＴＳＣ信号（図３（ａ））はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２０に入力される。

バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２０の通過周波数帯域は、ＮＴＳＣ信号の水平同期信号の周波数である１５．７ｋＨｚに設定される。バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２０の出力信号は、図３（ｂ）のように図３（ａ）のＮＴＳＣ信号の同期信号成分を取り出すことができる。この信号の振幅には、光源の輝度情報が含まれているので、この信号の振幅（レベル）を検出することができる。

この信号の振幅（レベル）を取り出すため、例えば図２に示すような、整流器１３０とローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）１４０とにより信号検出回路（振幅検出部１３）が構成されている。整流器１３０を全波整流回路とすると、整流器１３０の出力信号は図３（ｃ）のような波形となる。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４０において、この出力信号の平均値を作る。

具体的には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４０のカットオフ周波数（ｆｃ）を、ＮＴＳＣ信号の垂直同期信号の周波数である５９．９ｋＨｚに設定すると、図３（ｄ）のような出力波形になり、この信号のＤＣ（直流）成分がＮＴＳＣ信号の輝度を表す信号となる。そして、このＮＴＳＣ信号の輝度を表す信号を反転した信号を用いて光源であるＬＥＤ１６０の光量を調整する。

図４は、本発明の実施形態に係る光量調整装置のＬＥＤドライバ（駆動）回路及びＬＥＤの回路構成を示す図である。上記したローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４０から出力されたＮＴＳＣ信号の輝度を表す信号の反転信号を、図４に示したＬＥＤドライバ（駆動）回路に入力する。図３（ｄ）の信号レベルが大きいとき、すなわち画像の平均輝度が高いとき、その反転した信号がＬＥＤドライバ（駆動）回路に入力されると、ＬＥＤ１６０は消灯状態となる。

他方、図３（ｄ）の信号レベルが小さいとき、すなわち画像の平均輝度が低いとき、その反転した信号がＬＥＤドライバ回路に入力されると、ＬＥＤ１６０は点灯状態となる。ここで、ＬＥＤ１６０の点灯／消灯状態におけるふらつき（所謂ハンチング現象）を防止するため、図２のローパスフィルタ１４０のカットオフ周波数（ｆｃ）は、露光センサ側の自動露光（露出）調整（ＡＥＣ：Automatic exposure control）の応答速度に対して十分遅く、ＬＥＤ１６０の光量変化が追従するように、低い周波数に設定する必要がある。

すなわち、ＮＴＳＣ信号の垂直同期信号の周波数が５９．９ｋＨｚの場合は、少なくともローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４０のカットオフ周波数（ｆｃ）は５９．９ｋＨｚ以下にする必要がある。所謂ハンチング現象を防止するため、より安定的に動作させるためにはローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４０のカットオフ周波数（ｆｃ）はさらに一桁下の５．９９ｋＨｚ以下にすると良い。

特に、蛍光灯等の光が照射されている場合には、フリッカーノイズが発生することがあるが、この場合も、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４０のカットオフ周波数（ｆｃ）を５．９９ｋＨｚ以下にすることで、このフリッカーノイズを低減させる効果もある。

次に、図５及び図６を用いてセンサの出力する平均輝度と照明光量との関係、および入力光の平均輝度とセンサの出力する平均輝度との関係について説明する。図５は、本発明の実施形態に係るカメラの光センサが出力する平均輝度と照明光量との関係を示す図であり、図６は、本発明の実施形態に係るカメラの入力光の平均輝度と光センサの出力する平均輝度との関係を示す図である。

図２のローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４０の出力信号を、図５の横軸及び図６の縦軸のセンサの出力する平均輝度とする。また、図４のＬＥＤドライバ（駆動）回路によって駆動されるＬＥＤ１６０の照明光量を図５の縦軸における照明光量とする。

図５に示すように、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４０の出力信号、すなわち横軸に示すセンサの出力する平均輝度が低下するとＬＥＤ１６０が点灯することにより、ＬＥＤ１６０の照明光量が増加する。この図５に示した特性を、上記した図７に示すＡＥＣ、ＡＧＣ、非制御領域におけるセンサの出力する平均輝度（縦軸）に適用した図が図６である。

すなわち、図６において、撮像部（カメラ）に入射する入力光の平均輝度が高い場合（横軸の右側）、ＡＧＣによるゲインは1倍で、ＡＥＣが働き、露光時間を調整することにより画面全体の輝度（センサの出力する平均輝度）を一定に保持する。

撮像部（カメラ）に入射する入射光の平均輝度が下がってきた場合（横軸の左側）、露光（露出）時間を調整して長くすることにより画面全体の輝度を一定に保持する。入射光の平均輝度がさらに低下し、露光時間が最大になるとＡＧＣが働き、信号のゲインが増加する。光量がさらに低下し、光センサで設定されたＡＧＣのゲインの最大値になると、それ以下の光量ではＡＧＣのゲイン最大、露光（露出）時間最大となり光量補正ができなくなり、本発明に係る光量調整装置が搭載されていない場合には、上記説明した図７のようにセンサの出力する平均輝度が低下してしまう。

これに対して、本発明に係る光量調整装置が搭載されている（ＬＥＤ１６０による照明光がある）場合には、センサの出力する平均輝度の低下に伴い、図５に示した特性に従い、ＬＥＤ１６０による照明光量が上昇するので、センサの出力する平均輝度の低下を抑制することができる。

ＬＥＤ１６０による照明光量の増加に伴う平均輝度の増加によって、センサの出力する平均輝度は低下するが、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４０（図２）の時定数を大きくしているので、照明光量とセンサの出力する平均輝度とは、ある目標値に修練し、目標値が振動する所謂ハンチング現象を起こすことはない。

さらに光量が低下すると、センサの出力する平均輝度がさらに低下する一方、ＬＥＤ１６０による照明光量は最大となり、仮に外光の照度が０ルクス（ｌｕｘ）であったとしても映像を確認することが不可能となることはない。

また、光源の波長を赤外線の波長を有する光（赤外光）とすることにより、可視光の光を被写体自体に照射することなく、暗い中であっても高輝度の画像を撮像することができる。

なお、上述した光源の光量の調節に関する一連の動作は、カメラに内蔵された図示しないＣＰＵ等の演算処理装置が、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶装置に格納されたプログラムを読み取り実行することによって行われる。また、本発明の説明では、画面の平均輝度によりＡＥＣ、ＡＧＣの制御、光源光量制御を行うという説明をしたが、必ずしも平均輝度である必要はなく、例えば、画面内の或る見たい領域の輝度や、その領域に限った領域の平均輝度をもとにＡＥＣ、ＡＧＣ、光源光量を制御しても良い。

以上説明したように、本発明は、露光光量を補助するための光源を有するカメラの光量調整装置において、超小型カメラにおいても容易に実現可能であり、光センサを配置することなく基板の実装面積も少ない簡便な回路により、周囲の光量を検出し、周囲の光量に応じて光源の光量を調節することができ、カメラ全体の小型化に資する光量調整装置、カメラ、及び光量調整方法を提供するものである。

よって、本発明によれば、回路が簡便であり、基板の実装面積も少なくて済み、カメラ全体のサイズを小型化することができる光量調整装置、カメラ、及び光量調整方法を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範囲な趣旨及び範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正及び変更が可能である。

１、１０ 光量調整装置
１１ 撮像部
１２、１２０ ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
１３ 振幅検出部
１４ 光量可変部
１５ 光源
１１０ ＣＣＤ撮像部
１３０ 整流器
１４０ ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
１５０ ＬＥＤドライバ
１６０ ＬＥＤ

特開２００３−００８９８５号公報 特開２００７−１０８２３２号公報

Claims (7)

1. 露光を補助する光源の光量を調節する光量調整装置であって、
   画像を撮像する撮像手段から出力される画像信号を分離する分離手段と、
   前記分離された画像信号の中から前記光量を調節するのに必要な信号成分を抽出する抽出手段と、
   前記抽出された信号成分のレベルに応じて、前記光源の光量を調節する光量調節手段と、
   を含むことを特徴とする光量調整装置。
2. 前記分離手段は、前記画像信号の中から所定の周波数成分を含む画像信号を分離することを特徴とする請求項１に記載の光量調整装置。
3. 前記抽出手段は、前記所定の周波数成分を含む画像信号を整流することにより、前記信号成分を抽出することを特徴とする請求項２に記載の光量調整装置。
4. 前記光量調節手段は、前記信号成分のレベルに応じて、前記光源の駆動回路を駆動することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光量調整装置。
5. 前記光源は、赤外光であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光量調整装置。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載の光量調整装置を含むことを特徴とするカメラ。
7. 露光を補助する光源の光量を調節する光量調整方法であって、
   分離手段が、画像を撮像する撮像手段から出力される画像信号を分離する工程と、
   抽出手段が、前記分離する工程により分離された画像信号の中から前記光量を調節するのに必要な信号成分を抽出する工程と、
   光量調節手段が、前記抽出する工程により抽出された信号成分のレベルに応じて、前記光源の光量を調節する工程と、
   を含むことを特徴とする光量調整方法。

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