JP2013126037A - 撮像装置および電子情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のように部品点数の増加もなく、無駄に補助露光装置を点灯させて消費電流を無駄にすることなく、信号のＳ／Ｎ比の悪化もなく、利得制御された映像信号の輝度情報を用いて、撮像対象である被写体の明るさを正しく判断して、補助照明装置の点灯、消灯および光量制御を行う。
【解決手段】固体撮像素子３と、固体撮像素子２からの出力信号の利得制御を行うＡＦＥ部４（アナログフロントエンド部）と、ＡＦＥ部４からの出力信号を元に画像処理を行い、カラー映像信号に変換する画像信号処理を行う画像信号処理部５と、固体撮像素子３の撮像領域の照度不足を補う補助照明装置８と、補助照明装置８の点灯タイミング、消灯タイミング、点灯時の光量を決定する判定部６と、判定部６の判定結果に基づいて補助照明装置８を制御する照明制御部７とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、補助照明装置を有して被写体からの画像光を光電変換して撮像する撮像装置および、この撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えば監視カメラシステムなどの電子情報機器に関する。

従来、この種の従来の監視カメラシステムが設置されている環境は様々であり、撮像装置の周囲は、昼間は外光または室内の照明などによって明るくされているものの、夜間は暗くなり撮像装置によって得られる映像信号のレベルは低く、侵入者の検出や物品の監視などが困難となるのが一般的である。

そこで、夜間の監視領域の照度不足を補うために、赤外光を発光する補助照明装置が設けられており、撮像装置とは別に照度検出部を取り付けて、その出力を利用して補助照明装置の点灯、消灯を制御している。これが次の特許文献１に開示されている。また、撮像装置によって得られた映像信号の輝度レベルによる補助照明装置の赤外光の点灯タイミングや消灯タイミングを制御することもできる。

図６は、特許文献１に開示されている従来の撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。

図６において、従来の撮像装置には、被写体を撮像する撮像ブロック１０１が設けられ、撮像ブロック１０１は、通常撮影モード時は、レンズ系１０２、アイリス１０３および赤外線カットフィルタ１０４を介してＣＣＤを使用した固体撮像素子より成る撮像素子１０５に被写体からの撮像光を入射する構成である。

このアイリス１０３は、後述するカメラ信号処理回路１０９からの明るさ情報に応じてマイクロコンピュータ１１２によりその通過光の量を制御するようになっている。アイリス制御モータ１０３ａはこのアイリス１０３の開口を制御する。このアイリス制御モータ１０３ａは、カメラ信号処理回路１０９からの明るさ情報に基づいてマイクロコンピュータ１１２が検出する明るさに応じて制御される。

赤外線カットフィルタ１０４は、通常撮影モードのときに、被写体からの撮像光の光路に挿入され、このときは赤外線をカットして可視光による撮像光を撮像素子１０５に入射するようになっている。また、赤外線カットフィルタ１０４は、暗視撮影モードのときは、被写体からの撮像光の光路より除去して、被写体からの赤外線による撮像光をこの撮像 素子１０５に入射する。この場合、この赤外線カットフィルタ１０４の挿入および除去をマイクロコンピュータ１１２の指令により、赤外線カットフィルタ１０４を移動させる入切モータ１０４ａにより行う。

撮像素子１０５は、一般に可視光の外に赤外線に対しても感度があり、本例では撮像素子１０５として、特に、この可視光の外に赤外線に対しても感度のあるものを使用する。

相関二相サンプリング回路（ＣＤＳ）１０６は、この撮像素子１０５からの出力撮像信号から、リセット雑音を除去して自動利得制御回路（ＡＧＣ）１０７に供給する。

自動利得制御回路（ＡＧＣ）１０７では、カメラ信号処理回路１０９からの映像信号のレベル（明るさ情報）をマイクロコンピュータ１１２が検出し、 この利得制御された映像信号の検出レベルに応じたこのマイクロコンピュータ１１２の指令に応じて利得が制御される。

Ａ／Ｄ変換回路１０８は、この自動利得制御回路１０７からの出力信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換してカメラ信号処理回路１０９に供給する。

カメラ信号処理回路１０９は、マイクロコンピュータ１１２により制御され、所望のデジタルのカラー映像信号を得るものである。このカメラ信号処理回路１０９のカラー映像信号から、撮像光の明るさおよびこの撮像光の３原色の赤色信号Ｒ、緑色信号Ｇおよび青色信号Ｂの色情報を得ることができる。

Ｄ／Ａ変換回路１１０は、カメラ信号処理回路１０９から得られるデジタルカラー映像信号をアナログ信号に変換して映像信号出力端子１１１に出力する。

タイミング信号発生回路（ＴＧ）１１３は、マイクロコンピュータ１１２からのクロック信号に同期したタイミング信号を発生する。このタイミング信号発生回路１１３からの所定のタイミング信号は、相関二相サンプリング回路１０６、Ａ／Ｄ変換回路１０８およびカメラ信号処理回路１０９に供給される。

赤外線照射ランプ１１４は、マイクロコンピュータ１１２からの指令に従って暗視撮影モードのときに被写体に赤外線を照射する。

照度センサ１１５は、被写体の照度（明るさ）を検出する。照度センサ１１５の入射光路に赤外線カットフィルタ１１６が設けられている。一般に、照度センサ１１５は可視光域の外の赤外線域にも感度があるが、照度センサ１１５の入射光路に赤外線カットフィルタ１１６を設けたので、この照度センサ１１５の出力側には可視光による照度（明るさ）の検出出力が得られる。本例では赤外線カットフィルタ１１６を設けて照度センサ１１５の赤外線に対する感度を落としたが、これに限らず、赤外線カットフィルタ１１６を外してこの照度センサ１１５の赤外線に対する感度を上げるようにしてもよい。

この入射光路に赤外線カットフィルタ１１６が設けられた照度センサ１１５からの検出信号をマイクロコンピュータ１１２に供給し、このマイクロコンピュータ１１２では、この照度センサ１１５の検出信号レベルにより通常撮影モードと暗視撮影モードとを切換える。

この場合、通常撮影モードから暗視撮影モードに切換える第１の規定照度（検出レベル）と暗視撮影モードから通常撮影モードに切換える第２の規定照度（検出レベル）を、第２の規定照度（検出レベル）＞第１の規定照度（検出レベル）の関係とし、ハンチングが起こらないようにしている。

上記構成により、以下その動作を説明する。

図７は、図６の従来の撮像装置の動作を説明するためのフローチャートである。

図７に示すように、被写体１の照度（明るさ）が高く、照度センサ１１５の検出出力信号が第１の規定照度（検出レベル）以上（ステップＳ１でＮＯ）で且つ第２の規定照度（検出レベル）以上（ステップＳ２でＹＥＳ）のときは、マイクロコンピュータ１１２は通常撮影モードに切り換える（ステップＳ３）。

この通常撮影モードのときは撮像ブロック１０１において、撮像光の光路に赤外線カットフィルタ１０４が挿入され、被写体からの撮像光がレンズ系１０２、アイリス１０３および赤外線カットフィルタ１０４を介して撮像素子１０５に入射され、赤外線がカットされた可視光による所定のカラー映像信号が出力端子１１１から得られる。

次に、この被写体の照度（明るさ）が下がり、この照度センサ１１５の検出出力信号が第１の規定照度以下（ステップＳ１でＹＥＳ）となったときは、マイクロコンピュータ１１２は暗視撮影モードに切り換える（ステップＳ４）。

この暗視撮影モードのときは撮像ブロック１０１において、撮像光の光路より赤外線カットフィルタ１０４が除去されると共に赤外線照射ランプ１１４を点灯して、赤外線を被写体に照射する。このときは、被写体からの赤外線による撮像光がレンズ系１０２およびアイリス１０３を介して撮像素子６に入射され、赤外線による所定の映像信号が出力端子１１１から得られる。よって、暗闇であっても、赤外線によって被写体の映像信号を得ることができる。

特開２０００−２２４４６９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている従来の撮像装置では、撮像装置とは別に照度検出部としての照度センサ１１５を取り付け、その照度センサ１１５からの出力を利用して補助照明装置としての赤外線照射ランプ１１４の点灯タイミングと消灯タイミングを制御している。この場合、撮像装置とは別に照度センサ１１５が必要となって部品点数が増えて生産におけるコストが高くなるというデメリットがある。

このように、照度センサ１１５を利用して赤外線照射ランプ１１４の点灯と消灯を制御する場合の他、利得制御で得られた映像信号の輝度レベルによって補助照明装置の点灯と消灯を制御する場合にも、設置環境の被写体照度は同じでも、白色のような輝度を高く持つ被写体が撮像素子の近くと遠くにある場合で、補助照明装置を異なように制御しないといけないが、仮に、照度検出部を取り付けたとしても、設置環境の被写体照度は同じであると判断してしまい、補助照明装置の光量をどうすればよいのか判断できない。

要するに、従来は、補助照明装置の光量を制御するのではなく、補助照明装置を常に最大光量で点灯させ、電子シャッタやアイリス調整で露光調整して、映像信号の輝度レベルを目標輝度レベルに保つようにしていた。

しかし、このような方法では、補助照明装置において無駄な電力消費をし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もので、従来のように部品点数の増加もなく、無駄に補助露光装置を点灯させて消費電流を無駄にすることなく、信号のＳ／Ｎ比の悪化もなく、利得制御された映像信号の輝度情報を用いて、撮像対象である被写体の明るさを正しく判断して、補助照明装置の点灯、消灯および光量制御を行うことができる撮像装置および、この撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えば監視カメラシステムなどの電子情報機器を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、被写体からの画像光を撮像する複数の受光部が設けられた固体撮像素子と、該固体撮像素子からの各撮像信号の利得制御を行うアナログフロントエンド部と、該固体撮像素子の撮像領域の照度不足を補う補助照明装置と、該補助照明装置の点灯タイミング、消灯タイミングおよび点灯時の光量を決定する判定部と、該判定部の判定結果に基づいて該補助照明装置を制御する照明制御部とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の撮像装置における判定部は、現在の利得Ｖに応じて前記補助照明装置を点灯または消灯するかどうかを判定する点灯消灯判定手段と、映像信号の平均輝度値を目標輝度値Ｙｔの所定許容範囲内に収束させるように該補助照明装置の点灯時の光量を段階的に調整する光量調整手段とを有している。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における点灯消灯判定手段は、目標輝度値Ｙｔと現在の設定範囲の平均輝度値Ｙから前記アナログフロントエンド部に設定する利得Ｖを決定し、該アナログフロントエンド部に設定する利得Ｖと設定しきい値Ｖ１を比較して、該アナログフロントエンド部に設定する利得Ｖが該設定しきい値Ｖ１以上になったときに前記補助照明装置を所定の最低照度で点灯させるように前記照明制御部を制御し、該アナログフロントエンド部に設定する利得Ｖが設定しきい値Ｖ２以下になったときに該補助照明装置を消灯させるように該照明制御部を制御する。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における光量調整手段は、前記補助照明装置の点灯時に、前記目標輝度値Ｙｔと、現在の利得Ｖから点灯タイミングの利得Ｖ１を引いた利得分（Ｖ−Ｖ１）を前記現在の平均輝度値Ｙから除いた補正輝度値Ｙ１とを比較し、該補正輝度値Ｙ１が該目標輝度値Ｙｔから所定の許容範囲Ｓ１を引いた値（Ｙｔ−Ｓ１）よりも小さい場合に該補助照明装置の光量を所定量だけ増やすように前記照明制御部を制御し、該補正輝度値Ｙ１が該目標輝度値Ｙｔに所定の許容範囲Ｓ２を足した値（Ｙｔ＋Ｓ２）よりも大きい場合に該補助照明装置の光量を所定量だけ減らすように該照明制御部を制御して光量調整を行う。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における設定しきい値Ｖ１を点灯しきい値Ｖ１とし、前記設定しきい値Ｖ２を消灯しきい値Ｖ２として、該点灯しきい値Ｖ１≧該消灯しきい値Ｖ２の関係に設定されている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における設定しきい値Ｖ１および前記設定しきい値Ｖ２は設置環境の違いによってユーザが調整可能に構成されている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における所定の許容範囲Ｓ１は、前記補助照明装置の光量増減の判定指標に用いる目標輝度値に対して小さい側の範囲であり、前記所定の許容範囲Ｓ２は、該補助照明装置の光量増減の判定指標に用いる目標輝度値に対して大きい側の範囲である。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における所定の許容範囲Ｓ１と前記所定の許容範囲Ｓ２は互いに異なるかまたは同一の値に設定されている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における所定の許容範囲Ｓ１と前記所定の許容範囲Ｓ２は設置環境の違いによってユーザが調整可能に構成されている。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における補助照明装置は赤外線照明装置である。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置における補正輝度値Ｙ１は、前記現在の利得Ｖ、前記点灯タイミングの利得Ｖ１と同じ前記設定しきい値Ｖ１として、前記現在の平均輝度値Ｙ×１０^{（Ｖ−Ｖ１）／２０}である。

さらに、好ましくは、本発明の撮像装置におけるアナログフロントエンド部からの出力信号を元に所定の画像信号処理を行ってカラー映像信号を得る画像信号処理部を更に有する。

本発明の電子情報機器は、本発明の上記撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。

本発明においては、被写体からの画像光を撮像する複数の受光部が設けられた固体撮像素子と、固体撮像素子からの各撮像信号の利得制御を行うアナログフロントエンド部と、固体撮像素子の撮像領域の照度不足を補う補助照明装置と、補助照明装置の点灯タイミング、消灯タイミングおよび点灯時の光量を決定する判定部と、判定部の判定結果に基づいて該補助照明装置を制御する照明制御部とを有している。判定部は、現在の利得Ｖに応じて補助照明装置を点灯または消灯するかどうかを判定する点灯消灯判定手段と、映像信号の平均輝度値を目標輝度値Ｙｔの所定許容範囲内に収束させるように補助照明装置の点灯時の光量を段階的に調整する光量調整手段とを有している。この点灯消灯判定手段は、目標輝度値Ｙｔと現在の設定範囲の平均輝度値Ｙからアナログフロントエンド部に設定する利得Ｖを決定し、アナログフロントエンド部に設定する利得Ｖと設定しきい値Ｖ１を比較して、アナログフロントエンド部に設定する利得Ｖが設定しきい値Ｖ１以上になったときに補助照明装置を所定の最低照度で点灯させるように照明制御部を制御し、アナログフロントエンド部に設定する利得Ｖが設定しきい値Ｖ２以下になったときに補助照明装置を消灯させるように照明制御部を制御する。

これによって、従来のように部品点数の増加もなく、無駄に補助露光装置を点灯させて消費電流を無駄にすることなく、信号のＳ／Ｎ比の悪化もなく、利得制御された映像信号の輝度情報を用いて、撮像対象である被写体の明るさを正しく判断して、補助照明装置の点灯、消灯および光量制御を行うことが可能となる。

次に、アナログフロントエンド部の利得に合わせて、補助照明装置の光量を制御することができる。これは、利得が大きい時ほど、被写体の設置環境の照度が低いとみなして、補助照明装置の光量を増やす方法である。

しかしながら、このような方法では、アナログフロントエンド部の利得の増大と同時に補助照明装置の光量を増加させるため、暗いと判断して、せっかく補助照明装置を点灯させているのに、信号のＳ／Ｎ比を悪くしてしまうという弊害がある。

また、補助照明装置の点灯後は電子シャッタ速度やアナログフロントエンド部の利得を固定するという方法もあり得る。

しかしながら、映像信号の輝度レベルを目標輝度レベルに保持させる制御では、補助照明装置の光量のみで行われることになり、補助照明装置の光量のステップの粗さによって、補助照明装置とアナログフロントエンド部の利得調整によって輝度の収束を決定する場合よりも収束幅が大きくなって輝度の収束が悪くなるとう問題があり得る。

これらの問題を解決するために、光量調整手段は、補助照明装置の点灯時に、目標輝度値Ｙｔと、現在の利得Ｖから点灯タイミングの利得Ｖ１を引いた利得分（Ｖ−Ｖ１）を現在の平均輝度値Ｙから除いた補正輝度値Ｙ１とを比較し、補正輝度値Ｙ１が目標輝度値Ｙｔから所定の許容範囲Ｓ１を引いた値（Ｙｔ−Ｓ１）よりも小さい場合に補助照明装置の光量を所定量だけ増やすように照明制御部を制御し、また、補正輝度値Ｙ１が目標輝度値Ｙｔに所定の許容範囲Ｓ２を足した値（Ｙｔ＋Ｓ２）よりも大きい場合に補助照明装置の光量を所定量だけ減らすように照明制御部を制御して光量調整を行う。

これによって、信号のＳ／Ｎ比や目標輝度への収束を悪化させることなく、固体撮像素子によって得られた映像信号をもとに、撮像対象である被写体の明るさを正しく判断し、撮像領域の照度不足を補助照明装置の点灯・消灯、光量調整を精度良く制御することが可能となる。

以上により、本発明によれば、従来のように部品点数の増加もなく、無駄に補助露光装置を点灯させて消費電流を無駄にすることなく、信号のＳ／Ｎ比の悪化もなく、利得制御された映像信号の輝度情報を用いて、撮像対象である被写体の明るさを正しく判断して、補助照明装置の点灯、消灯および光量制御を行うことができる。

また、信号のＳ／Ｎ比や目標輝度への収束を悪化させることなく、固体撮像素子によって得られた映像信号をもとに、撮像対象である被写体の明るさを正しく判断し、撮像領域の照度不足を補助照明装置の点灯・消灯、光量調整を精度良く制御できる。

本発明の実施形態１における撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。 図１の補助照明装置の光量調整の収束許容範囲について説明するための図である。 図１の撮像装置の判定部における補助照明装置の制御を説明するためのフローチャートである。 映像信号の平均輝度レベル、ＡＦＥ部の利得、補助照明装置の光量の関係を被写体の置かれている環境の照度による推移を説明するための図である。 本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１の撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 特許文献１に開示されている従来の撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。 図６の従来の撮像装置の動作を説明するためのフローチャートである。

以下に、本発明の撮像装置の実施形態１および、この撮像装置の実施形態１を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えば監視カメラシステムなどの電子情報機器の実施形態２について図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における撮像装置の要部構成例を示すブロック図である。

図１において、本実施形態１の撮像装置１は、被写体からの撮像光をレンズ２を介して集光させて撮像する固体撮像素子３と、固体撮像素子３からの各撮像信号を利得制御するＡＦＥ（アナログフロントエンド）部４と、ＡＦＥ部４からの画像信号を所定の信号処理を行ってカラー映像信号を得る画像信号処理部５と、補助照明装置の点灯タイミング、消灯タイミング、点灯時の光量を決定する判定部６と、判定部６からの制御に基づいて補助照明装置８の照明光量を制御する照明制御部７と、赤外光が照射されて固体撮像素子３の撮像領域の照度不足を補う補助照明装置８とを有している。

固体撮像素子３は、被写体からの撮像光をレンズ２を介して入射した光を受光して光電変換することにより電気信号を出力する。固体撮像素子３では、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状でマトリクス状に配置されている。複数の受光部は各画素を構成する複数の光電変換部で構成されている。また、固体撮像素子３は、一般に、可視光の外に赤外線に対しても感度があるが、本事例で考える固体撮像素子３は、特に、赤外線に対しても感度のあるものを用いる。

ＡＦＥ部４は、固体撮像素子３からの各撮像信号が供給されて、後述する判定部６からの指示値に基づいて利得制御が為される。なお、ＡＦＥ部４には、利得制御機能の他に、ノイズ低減のための相関二重サンプリング処理やＡ／Ｄ変換処理などを含めてもよい。このＡＦＥ部４の自動利得制御処理により、撮像信号において、予め設定された選択エリアの平均輝度値Ｙは目標輝度値Ｙｔに収束するようになっている。

画像信号処理部５では、ＡＦＥ部４で利得制御された画層信号が入力されて、輝度のガンマ補正やエッジ強調など輝度系画像信号処理を行ったり、色のガンマ補正や、色補間処理やオートホワイトバランスなどの色系画像処理を行って、最終的に、カラー映像信号に変換して出力端子９に出力するようになっている。

判定部６は、ＡＦＥ部４で利得制御された画像信号が入力されて、目標輝度値Ｙｔと現在の平均輝度値ＹからＡＦＥ部４に印加する利得Ｖを決定し、現在の平均輝度値Ｙを利得Ｖで制御して目標輝度値Ｙｔに近づけようとする。また、判定部６では、ＡＦＥ部４に印加する利得Ｖと平均輝度値Ｙから、被写体の明るさを判断して、補助照明装置８の点灯、消灯、点灯時の光量の判定を行う。

判定部６は、現在の利得Ｖに応じて補助照明装置８を点灯または消灯の判定を行う点灯消灯判定手段６１と、補助照明装置８の点灯時の光量を調整する光量調整手段６２とを有している。

点灯消灯判定手段６１は、目標輝度値Ｙｔと現在の平均輝度値ＹからＡＦＥ部４に設定する利得Ｖを決定し、ＡＦＥ部４に設定する利得Ｖと、所定の設定しきい値Ｖ１（点灯しきい値Ｖ１）とを比較し、ＡＦＥ部４に設定する利得Ｖが所定の設定しきい値Ｖ１以上になったときに補助照明装置８を所定の最低光量で点灯させるように判断し、また、ＡＦＥ部４に設定する利得Ｖが設定しきい値Ｖ２（消灯しきい値Ｖ２）以下になったときに補助照明装置８を消灯させるように照明制御部７を制御して補助照明装置８を点灯または消灯するようになっている。

光量調整手段６２は、補助照明装置８の点灯時に、目標輝度値Ｙｔの所定許容範囲と、現在の利得Ｖから点灯タイミングの利得Ｖ１を引いた利得分（Ｖ−Ｖ１）を現在の平均輝度値Ｙから除いた輝度値Ｙ１（これを補正輝度値と定義する）との比較をし、補正輝度値Ｙ１が目標輝度値Ｙｔから設定許容範囲Ｓ１を引いた値（Ｙｔ−Ｓ１）よりも小さい場合に補助照明装置８の光量を１ステップ分増やすように照明制御部７を制御し、また、補正輝度値Ｙ１が目標輝度値Ｙｔに設定許容範囲Ｓ２を足した値（Ｙｔ＋Ｓ２）よりも大きい場合に補助照明装置８の光量を１ステップ分減らすように照明制御部７を制御して補助照明装置８の光量調整を行う。

補助照明装置８はＬＥＤ照明装置などの赤外線照明装置である。補助照明装置８の点灯、消灯の判定指標に用いる、点灯時のしきい値Ｖ１、消灯時のしきい値Ｖ２はそれぞれ別の値を設定しても、同じ値を設定してもよいが、一般的には点灯、点滅の繰り返しが起きるなど不具合を防ぐために、Ｖ１＞Ｖ２に設定することが望ましい。即ち、設定しきい値Ｖ１を点灯しきい値Ｖ１とし、設定しきい値Ｖ２を消灯しきい値Ｖ２として、点灯しきい値Ｖ１≧消灯しきい値Ｖ２の関係に設定されている。

監視カメラの設置環境の違いによって、監視カメラの使用者がそれらの値を変更できる。このように、設定しきい値Ｖ１、Ｖ２の絶対値は撮像装置１の使用者がそれらの値をスイッチの切替操作やボリューム操作などによって変更または調整できる構成になっており、これによって、使用している撮像装置１の補助照明装置８の光量の大きさや、設置環境にも適宜対応することができる。

ここで、判定部６の光量調整手段６２が行う点灯後の光量調整処理について更に説明する。

図２は、図１の判定部６の光量調整手段６２が行う点灯後の光量調整処理の収束許容範囲について説明するための図である。

図２に示すように、目標輝度値Ｙｔに対して小さい側に所定の許容範囲Ｓ１が設けられ、目標輝度値Ｙｔに対して大きい側に所定の許容範囲Ｓ２が設けられて、目標輝度値Ｙｔ＋所定の許容範囲Ｓ２を上限とし、目標輝度値Ｙｔ−所定の許容範囲Ｓ１を下限として、Ｙｔ−Ｓ１≦補正輝度値Ｙ１≦Ｙｔ＋Ｓ２を満足するように補助照明装置８の光量制御と利得制御が為される。

判定部６が補助照明装置８の光量の増減の判定指標に用いる許容範囲は、目標輝度値Ｙｔに対して、暗い側で小さい側の範囲Ｓ１、明るい側で大きい側の範囲Ｓ２はそれぞれ別の値を設定しても、同じ値を設定してもよい。目標輝度値Ｙｔを中心として別々の許容範囲を設けることにより、補助照明装置８の光量調整の１ステップによる光量の変化を最大光量に対して等間隔に設定したり、もしくは、当倍ずつ光量が変化するステップ幅に設定するなど、光量調整のステップ刻みを変更した場合においても、それぞれに合った許容範囲を設定することができる。監視カメラの設置環境の違いによって、監視カメラの使用者がそれらの値、即ち範囲Ｓ１、範囲Ｓ２およびステップ刻みなどを変更または調整できる。このように、設定した範囲Ｓ１、範囲Ｓ２およびステップ刻みの絶対値はそれぞれ、撮像装置１の使用者がそれらの値をスイッチの切替操作やボリューム操作などによって変更または調整できる構成になっており、これによって、使用している撮像装置１の補助照明装置８の光量の大きさや、設置環境にも適宜対応することができる。

次に、光量調整手段６２の動作について更に説明する。補助照明装置８が点灯しているとき、判定部６の光量調整手段６２は、目標輝度値Ｙｔの所定許容範囲と、現在の利得Ｖから補助照明装置８を点灯したときの利得Ｖ１を差し引いた利得分（Ｖ−Ｖ１）を現在の平均輝度値Ｙから除いた補正平均輝度値Ｙ１（＝Ｙ × １０＾（（Ｖ−Ｖ１）／２０））との比較を行う。これは下記図３のステップＳ１５およびＳ１７において為される。

補正輝度値Ｙ１が目標輝度値Ｙｔから設定した許容範囲Ｓ１を引いた値（Ｙｔ−Ｓ１）よりも小さい場合に補助照明装置８の光量を所定量（例えば１ステップ分）だけ増やすように判断して照明制御部７を介して補助照明装置８の光量調整を行う。

補正輝度値Ｙ１が目標輝度値Ｙｔから設定した許容範囲Ｓ２を足した値（Ｙｔ＋Ｓ２）よりも大きい場合に補助照明装置８の光量を所定量（例えば１ステップ分）だけ減らすように判断して照明制御部７を介して補助照明装置８の光量調整を行う。

これを更に詳細に説明する。目標輝度値Ｙｔを得る一つの方法として、例えば利得が３ｄｂで補助照明装置８を点灯させて所定の最低光量の光量１ｓｔ、利得が４ｄｂで光量２ｓｔ、利得が５ｄｂで光量３ｓｔとすると、この場合は映像信号の目標輝度値Ｙｔを得るのに利得も光量も共に増やしていることから、平均輝度値が急激に増加して目標輝度値Ｙｔの所定範囲に平均輝度値を収束させることが難しくなる。しかも、暗いと判断して、せっかく補助照明装置を点灯させているのに、信号のＳ／Ｎ比を悪くしてしまうという弊害がある。

次に、目標輝度値Ｙｔを得る別の方法として、利得が３ｄｂで補助照明装置８を点灯させて所定の最低光量１ｓｔとし、それ以降は点灯時の利得の３ｄｂを固定して、現在の平均輝度値が目標輝度値Ｙｔの所定範囲に足りなければ、利得を上げるのではなく光量だけを２ｓｔ、３ｓｔと順次上げて行くことも考えられる。補助照明装置８の光量のステップの粗さによって、補助照明装置８と利得調整によって輝度の収束を決定する場合よりも収束幅が大きくなって輝度の収束が悪くなる。このように、光量の刻みが粗い場合には、補正輝度値が目標輝度値Ｙｔの所定範囲にうまく収束しないことになる。

これらに対して、本実施形態１の撮像装置１では、利得が３ｄｂで補助照明装置８を点灯させて最低光量１ｓｔとし、それ以降、現在の平均輝度値が目標輝度値Ｙｔの所定範囲に足りなければ、利得が３ｄｂから４ｄｂに上がるが、現在の利得としてはその差分（Ｖ−Ｖ１）の１ｄｂ分だけ多く利得をかけているわけで、このときの補正輝度値を見て、その補正輝度値が目標輝度値Ｙｔの所定範囲に比べて光量が足りなければ光量を２ｓｔから３ｓｔに上げるようになっている。

即ち、本実施形態１の光量調整手段６２では、補助照明装置８の点灯時に、目標輝度値Ｙｔの所定許容範囲（上限（Ｙｔ＋Ｓ２）、下限（Ｙｔ−Ｓ１））と、現在の利得Ｖから点灯タイミングの利得Ｖ１を引いた利得分（Ｖ−Ｖ１）を現在の平均輝度値Ｙから除いた補正輝度値Ｙ１とを比較している。

このように、点灯後の現在の利得Ｖから、補助照明装置８を点灯させたときのＡＦＥ部４の利得Ｖ１（設定しきい値Ｖ１と同じ利得）を引いた値（Ｖ−Ｖ１）を用いて、補助照明装置８の点灯および光量増加とＡＦＥ部４の利得制御の両方によって目標輝度値Ｙｔの所定範囲内に補正輝度値Ｙ１を素早く正確に収束させることができる。要するに、現在の補正輝度値Ｙ１が目標輝度値Ｙｔの所定許容範囲に足りない場合に、補助照明装置８の点灯および光量増加をメインにして更に足りないところを利得制御する２段階の収束制御になっている。現在の補正輝度値Ｙ１が目標輝度値Ｙｔの所定許容範囲に足りない場合に、単に先行して利得制御によって利得を上げて行くと、ノイズも増幅されてＳＮ比が悪化してしまう。したがって、光量調整をメインにしてその後の利得制御を行ってできるだけ利得制御を抑えている。

上記構成により、以下、その動作について説明する。

図３は、図１の撮像装置１の判定部６における補助照明装置８の制御を説明するためのフローチャートである。

図３に示すように、補助照明装置８が消灯している状態をスタート状態とする。まず、補助照明装置８を点灯させるかどうかを、ＡＦＥ部４に設定する現在の利得Ｖにより判断する。即ち、ステップＳ１１でＡＦＥ部４に設定する現在の利得Ｖが補助照明装置８の設定しきい値Ｖ１（点灯しきい値Ｖ１）以上かどうかを判定する。

次に、補助照明装置８が消灯している時において、ステップＳ１１で現在の利得Ｖが補助露光装置８の点灯しきい値Ｖ１以上になったときに（ＹＥＳ）、ステップＳ１２で判定部６は監視領域の明るさを暗いと判断して、補助照明装置８を最小設定光量で点灯させる。補助照明装置８が点灯するまで、ステップＳ１１の条件判定を繰り返す。

続いて、補助照明装置８が点灯後において、ステップＳ１３で補助照明装置８を消灯させるかどうかをＡＦＥ部４に設定する現在の利得Ｖにより判断する。即ち、ステップＳ１３でＡＦＥ部４に設定する現在の利得Ｖが補助露光装置８の消灯しきい値Ｖ２以下かどうかを判定する。

ステップＳ１３で現在の利得Ｖが補助露光装置８の消灯しきい値Ｖ２になったときに（ＹＥＳ）、ステップＳ１４で判定部６は監視領域の明るさを明るいと判断して、補助照明装置８を消灯させる。その後、ステップＳ１１の処理に戻る。

また、ステップＳ１３でＡＦＥ部４に設定する現在の利得Ｖが補助照明装置８の消灯しきい値Ｖ２以下ではないとき（ＮＯ）、次のステップＳ１５で、現在の平均輝度値Ｙとし、補正輝度値Ｙ１（＝Ｙ×１０^{（（Ｖ−Ｖ１）／２０}）≦目標輝度値Ｙｔ−補助照明装置８の光量調整の収束許容範囲Ｓ１の式を満足する現在の輝度値Ｙであるかどうかを判定部６が判定する。ステップＳ１５で補正輝度値Ｙ１（＝Ｙ×１０^{（（Ｖ−Ｖ１）／２０}）≦目標輝度値Ｙｔ−補助照明装置８の光量調整の収束許容範囲Ｓ１の式を満足する場合（ＹＥＳ）に、ステップＳ１６で判定部６が照明制御部７を制御して照明制御部７により補助照明装置８の光量を所定量（例えば１ｓｔ）だけ増加させる。補助照明装置８の光量調整の収束許容範囲Ｓ１は目標輝度値Ｙｔよりも暗い側（値が小さい側）の許容範囲である。また、ステップＳ１５で補正輝度値Ｙ１（＝Ｙ×１０^{（（Ｖ−Ｖ１）／２０}）≦目標輝度値Ｙｔ−補助照明装置８の光量調整の収束許容範囲Ｓ１の式を満足しない場合（ＮＯ）に、次のステップＳ１７の処理に移行する。

次に、ステップＳ１７で、現在の平均輝度値Ｙとし、補正輝度値Ｙ１（＝Ｙ×１０^{（Ｖ−Ｖ１）／２０}）≧目標輝度値Ｙｔ＋補助照明装置８の光量調整の収束許容範囲Ｓ２の式を満足する現在の輝度値Ｙであるかどうかを判定部６が判定する。補助照明装置８の光量調整の収束許容範囲Ｓ２は目標輝度値Ｙｔよりも明るい側（大きい側）の許容範囲である。ステップＳ１７で補正輝度値Ｙ１（＝Ｙ×１０^{（（Ｖ−Ｖ１）／２０}）≧目標輝度値Ｙｔ＋補助照明装置８の光量調整の収束許容範囲Ｓ２の式を満足する場合（ＹＥＳ）に、ステップＳ１８で判定部６が照明制御部７を制御して照明制御部７により補助照明装置８の光量を所定光量分（例えば１ｓｔ）だけ減少させる。また、ステップＳ１７で補正輝度値Ｙ１（＝Ｙ×１０^{（（Ｖ−Ｖ１）／２０}）≧目標輝度値Ｙｔ＋補助照明装置８の光量調整の収束許容範囲Ｓ２の式を満足しない場合（ＮＯ）に、次のステップＳ１３の処理に戻って、現在の利得Ｖが補助露光装置８の消灯しきい値Ｖ２よりも小さいかどうかを判定部６が判定する。

以上の判定部６による判定動作を照度の高い環境から照度の低い環境におけるまで、映像信号の平均輝度レベル、ＡＦＥ部４の利得、補助照明装置８の光量に着目して見たものが図４になる。

図４は、映像信号の平均輝度レベル、ＡＦＥ部４の利得、補助照明装置８の光量の関係を被写体の置かれている環境の照度による推移を説明するための図である。

図４に示すように、右側の映像信号の平均輝度レベルを見ると、照度の高い環境では明るいため、映像信号の目標輝度値Ｙｔを得るために電子シャッタの速度で調整している。映像信号の平均輝度レベルが右側で高くなるところは、電子シャッタの限界を超えるところを意味する。

次に、さらに暗い方向（右側から左側）に行くと、ＡＦＥ部４での利得制御領域になり、設定しきい値Ｖ１（点灯しきい値Ｖ１）を現在の利得Ｖが超えたところで、判定部６が照明制御部７を制御して補助照明装置８を点灯させる。この補助照明装置８が点灯位置での光量が補助照明装置８での調整可能な最小設定光量を意味している。

補助照明装置８の点灯後に、被写体の環境における照度が上がって、ＡＦＥ部４の現在の利得Ｖが下がる場合にも、補助照明装置８は最小設定光量で点灯しており、ＡＦＥ部４の現在の利得Ｖが設定しきい値Ｖ２（消灯しきい値Ｖ２）を下回ったところで、判定部６が照明制御部７を制御して補助照明装置８を消灯させる。

再度、補助照明装置８の点灯領域に着目すると、その点灯領域ではＡＦＥ部４の利得Ｖが補助照明装置８の点灯しきい値Ｖ１を挟んで前後しているのが分かる。これは、補助照明装置８の、現在の平均輝度値Ｙが目標輝度値Ｙｔへの収束した段階からさらに、現在の平均輝度値Ｙをより目標輝度値Ｙｔへ近づけるために、ＡＦＥ部４の現在の利得Ｖの微調整を行っていることを意味している。

次に、さらに図４の左側の暗い方向に行くと、光量が階段状に順次増加して、補助照明装置８の調整可能な最大設定光量を超え、今度は、光量調整からＡＦＥ部４の現在の利得Ｖの増加によって、映像信号の平均輝度値Ｙを、映像信号の目標輝度値Ｙｔの所定許容範囲内の一定値に保とうとする。

さらに暗い方向に行くと、ＡＦＥ部４の利得の最大値を超え、映像信号の平均輝度レベルは一定値を保てなくなって下がって行く。

以上により、本実施形態１によれば、固体撮像素子３と、固体撮像素子２からの出力信号の利得制御を行うＡＦＥ部４（アナログフロントエンド部）と、ＡＦＥ部４からの出力信号を元に画像処理を行い、カラー映像信号に変換する画像信号処理を行う画像信号処理部５と、固体撮像素子３の撮像領域の照度不足を補う補助照明装置８と、補助照明装置８の点灯タイミング、消灯タイミング、点灯時の光量を決定する判定部６と、判定部６の判定結果に基づいて補助照明装置８を制御する照明制御部７とを有している。

これによって、補助照明装置８の点灯タイミング、消灯タイミングを正確に制御できるのはもちろん、補助照明装置８が点灯後した後の光量調整においても適切な光量調整を行うことができ、映像信号のＳ／Ｎ比を悪化さることなく、また、無駄に補助露光装置８を点灯させて消費電流を無駄にするということもなく、また、映像信号の平均輝度値Ｙの目標輝度値Ｙｔへの収束性を素早くかつ正確に行うことができる。このように、映像信号の輝度情報を用いて、撮像対象である被写体の明るさを正しく判断して、補助照明装置の点灯、消灯および光量制御を行うことができる。

（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１の撮像装置１を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。

図５において、本実施形態２の電子情報機器９０は、上記実施形態１の撮像装置１と、この撮像装置１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９１と、この撮像装置１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９２と、この撮像装置１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９３と、この撮像装置１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９４とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、撮像装置１の他に、メモリ部９１と、表示部９２と、通信部９３と、プリンタなどの画像出力部９４とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。

この電子情報機器９０としては、前述したように例えば監視カメラやドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラなどの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。

したがって、本実施形態２によれば、この撮像装置１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部９４により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９１に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。

なお、本実施形態１では、特に説明しなかったが、撮像装置１は、被写体からの画像光を撮像する複数の受光部が設けられた固体撮像素子３と、固体撮像素子３からの各撮像信号の利得制御を行うＡＦＥ部４と、固体撮像素子３の撮像領域の照度不足を補う補助照明装置８と、補助照明装置８の点灯タイミング、消灯タイミングおよび点灯時の光量を決定する判定部６と、判定部６の判定結果に基づいて補助照明装置８を制御する照明制御部７とを有している。これによって、従来のように部品点数の増加もなく、無駄に補助露光装置を点灯させて消費電流を無駄にすることなく、信号のＳ／Ｎ比の悪化もなく、利得制御された映像信号の輝度情報を用いて、撮像対象である被写体の明るさを正しく判断して、補助照明装置の点灯、消灯および光量制御を行うことができる本発明の目的を達成することができる。

以上のように、本発明の好ましい実施形態１、２を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１、２に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１、２の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する撮像装置および、この撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えば監視カメラシステムなどの電子情報機器の分野において、従来のように部品点数の増加もなく、無駄に補助露光装置を点灯させて消費電流を無駄にすることなく、信号のＳ／Ｎ比の悪化もなく、利得制御された映像信号の輝度情報を用いて、撮像対象である被写体の明るさを正しく判断して、補助照明装置の点灯、消灯および光量制御を行うことができる。また、信号のＳ／Ｎ比や目標輝度への収束を悪化させることなく、固体撮像素子によって得られた映像信号をもとに、撮像対象である被写体の明るさを正しく判断し、撮像領域の照度不足を補助照明装置の点灯・消灯、光量調整を精度良く制御できる。

１ 撮像装置
２ レンズ
３ 固体撮像素子
４ ＡＦＥ部
５ 画像信号処理部
６ 判定部
６１ 点灯消灯判定手段
６２ 光量調整手段
７ 照明制御部
８ 補助照明装置
９ カラー映像信号出力端子
９０ 電子情報機器
９１ メモリ部
９２ 表示部
９３ 通信部
９４ 画像出力部

Claims (13)

1. 被写体からの画像光を撮像する複数の受光部が設けられた固体撮像素子と、該固体撮像素子からの各撮像信号の利得制御を行うアナログフロントエンド部と、該固体撮像素子の撮像領域の照度不足を補う補助照明装置と、該補助照明装置の点灯タイミング、消灯タイミングおよび点灯時の光量を決定する判定部と、該判定部の判定結果に基づいて該補助照明装置を制御する照明制御部とを有する撮像装置。
2. 前記判定部は、現在の利得Ｖに応じて前記補助照明装置を点灯または消灯するかどうかを判定する点灯消灯判定手段と、映像信号の平均輝度値を目標輝度値Ｙｔの所定許容範囲内に収束させるように該補助照明装置の点灯時の光量を段階的に調整する光量調整手段とを有している請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記点灯消灯判定手段は、
   目標輝度値Ｙｔと現在の設定範囲の平均輝度値Ｙから前記アナログフロントエンド部に設定する利得Ｖを決定し、該アナログフロントエンド部に設定する利得Ｖと設定しきい値Ｖ１を比較して、該アナログフロントエンド部に設定する利得Ｖが該設定しきい値Ｖ１以上になったときに前記補助照明装置を所定の最低照度で点灯させるように前記照明制御部を制御し、
   該アナログフロントエンド部に設定する利得Ｖが設定しきい値Ｖ２以下になったときに該補助照明装置を消灯させるように該照明制御部を制御する請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記光量調整手段は、
   前記補助照明装置の点灯時に、前記目標輝度値Ｙｔと、現在の利得Ｖから点灯タイミングの利得Ｖ１を引いた利得分（Ｖ−Ｖ１）を前記現在の平均輝度値Ｙから除いた補正輝度値Ｙ１とを比較し、
   該補正輝度値Ｙ１が該目標輝度値Ｙｔから所定の許容範囲Ｓ１を引いた値（Ｙｔ−Ｓ１）よりも小さい場合に該補助照明装置の光量を所定量だけ増やすように前記照明制御部を制御し、
   該補正輝度値Ｙ１が該目標輝度値Ｙｔに所定の許容範囲Ｓ２を足した値（Ｙｔ＋Ｓ２）よりも大きい場合に該補助照明装置の光量を所定量だけ減らすように該照明制御部を制御して光量調整を行う請求項２または３に記載の撮像装置。
5. 前記設定しきい値Ｖ１を点灯しきい値Ｖ１とし、前記設定しきい値Ｖ２を消灯しきい値Ｖ２として、該点灯しきい値Ｖ１≧該消灯しきい値Ｖ２の関係に設定されている請求項３に記載の撮像装置。
6. 前記設定しきい値Ｖ１および前記設定しきい値Ｖ２は設置環境の違いによってユーザが調整可能に構成されている請求項３に記載の撮像装置。
7. 前記所定の許容範囲Ｓ１は、前記補助照明装置の光量増減の判定指標に用いる目標輝度値に対して小さい側の範囲であり、前記所定の許容範囲Ｓ２は、該補助照明装置の光量増減の判定指標に用いる目標輝度値に対して大きい側の範囲である請求項４に記載の撮像装置。
8. 前記所定の許容範囲Ｓ１と前記所定の許容範囲Ｓ２は互いに異なるかまたは同一の値に設定されている請求項４に記載の撮像装置。
9. 前記所定の許容範囲Ｓ１と前記所定の許容範囲Ｓ２は設置環境の違いによってユーザが調整可能に構成されている請求項３に記載の撮像装置。
10. 前記補助照明装置は赤外線照明装置である請求項１に記載の撮像装置。
11. 前記補正輝度値Ｙ１は、前記現在の利得Ｖ、前記点灯タイミングの利得Ｖ１と同じ前記設定しきい値Ｖ１として、前記現在の平均輝度値Ｙ×１０^{（Ｖ−Ｖ１）／２０}である請求項４に記載の撮像装置。
12. 前記アナログフロントエンド部からの出力信号を元に所定の画像信号処理を行ってカラー映像信号を得る画像信号処理部を更に有する請求項１に記載の撮像装置。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。

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