JP2016111575A - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 奥行きのある被写体に対して、輝度差を低減することを可能にした撮像装置を提供すること。【解決手段】 撮像部を有する撮像装置であって、被写体に対して光を照射する照射手段と、前記撮像部を所定の走査タイミングで前記被写体の像を取得する走査手段と、前記照明手段によって照射する光の光量及び期間を制御する制御手段と、を備え前記制御手段は前記走査タイミングに基づいて、前記照明手段によって照射する光の光量及び期間を制御することを特徴とする。【選択図】 図4

Description

本発明は、撮像装置に関し、例えば照明装置を備えた撮像装置に関する。
従来、夜間監視などの暗所の撮像などを行う際には、カメラに照明機能を設け、被写体に向けて照射することで鮮明な映像を得る方法が採られている。ここで用いられる照明は、カメラに付随して動作させるため、大きさや消費電力等において大きな制約を受ける。
例えば特許文献1では、照射パターンの異なる発光源を備え、ズームによって変わる画角に応じて最適な照射パターンを得られるよう、それらの強度を個別に制御可能な照明装置の構成が開示されている。また特許文献2では、タクシーなどの車内監視用に車内を部分的に照らすような照射パターンの光源を有し、フレーム周期に同期させて順次点灯し、得られた画像を合成するカメラの構成が開示されている。
特開2012−173738号公報 特開2012−5054号公報
しかしながら、奥行きのあるような被写体、例えば廊下のような場所を撮像しようとすると、照明の強度は距離が遠くなればなるほど減少してしまうため、カメラの照明だけでは輝度差のある映像となってしまう場合が有った。
また、前述の特許文献1や2に開示された従来技術を用いても、カメラの向きや配置を変更するとそのたびに最適な照射パターンを決定する必要が有り煩雑であった。そのため、上述の特許文献1や2に開示された従来技術では十分解決できるとは言えなかった。
そこで、本発明の目的は、奥行きのある被写体に対して、輝度差を低減することを可能にした撮像装置を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明は、撮像部を有する撮像装置であって、被写体に対して光を照射する照射手段と、前記撮像部を所定の走査タイミングで前記被写体の像を取得する走査手段と、前記照明手段によって照射する光の光量及び期間を制御する制御手段と、を備え前記制御手段は前記走査タイミングに基づいて、前記照明手段によって照射する光の光量及び期間を制御することを特徴とする。
本発明によれば、奥行きのある被写体に対して、輝度差を低減することを可能にした撮像装置を提供することができる。
本発明の実施例に係る撮像装置の一例を示した模式図である。 本発明の実施例に係る撮像装置の内部構成の一例を示した模式図である。 奥行きのある被写体を撮像したときのカメラおよび被写体の位置関係を示した模式図である。 本発明の実施例に係る撮像装置によって得られる照明輝度の変化の一例を示した模式図である。 本発明の実施例に係る撮像装置によって得られる照明輝度の変化の別の一例を示した模式図である。 本発明の実施例1に係る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。 本発明の実施例2に係る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。 本発明の実施例3に係る撮像装置の操作画面の一例を示した模式図である。 本発明の実施例3に係る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。
(実施例1)
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例に係る撮像装置1000の一例を示した模式図である。101は撮像装置1000の本体、102は照明、103はレンズユニット、104は取付用冶具である。図1(a)は撮像装置を斜め方向から見た図であり、図1(b)は本体101を正面および上方向から見た図である。レンズユニット103を囲むように、照明102がレンズユニット103の視野の方向を照射するように配置されている。また本体101の電源用および通信用のケーブル(不図示)等は取付用冶具104の内部を通って壁や天井などに配線される構造になっている。照明102は発光ダイオード(LED)であり、白色光あるいは監視用途として赤外光が主に用いられるが、これに限定されない。例えば、紫外光を用いてもよいし、配光特性の異なる複数のLED等を用いてもよい。なお、本実施例の撮像装置1000は通信用のケーブル等によってネットワークに接続されている。そして、当該ネットワークに接続されているクライアント装置(例えば、パーソナルコンピューター等)と通信を行う。一例として、クライアント装置からの制御信号等の受信や、撮像した映像データの送信動作当を行う。
図2は本体101の内部構造を模式的に示した図である。201は撮像素子、202は制御部、203は照明用制御回路である。また、221は画像処理回路、222は記憶部、230はレンズ制御部、240は外部I/F、250はパンチルト制御部である。レンズユニット103によって集光された被写体像は撮像素子201によって電気信号に変換される。レンズユニット103はズーム方向にレンズを移動するズーム機構や絞り機構等備え、これら制御できる構造を含んでいる。レンズユニット103に含まれる各機構は、被写体に応じて適切な映像を得られるようにレンズ制御部230による制御信号によって制御される。また、レンズ制御部230は、後述する制御部202からの信号に基づいてレンズユニット103を制御するための制御信号を生成する。なお、本実施例では、レンズ制御部230と制御部202は別の構成としたが、レンズ制御部230を制御部202に含めるようにしてもよい。
撮像素子201は、後述する制御部202によって制御され、露光時間や信号の増幅率を可変できる回路を含む。また、本実施例の撮像素子201は、水平ラインの露光および読み出しを行ごとに順次行うローリングシャッタ方式で駆動される。例えばCMOSイメージセンサ等が挙げられる。
画像処理回路221は撮像素子201から取得した画像データを含む信号に対して現像処理などの適切な画像処理を行う。そして、映像信号として外部へ外部I/F240から適切なパケット処理をして送信する。なお、外部I/Fから映像信号を送信する先であるネットワークは、例えばEthernet(登録商標)等の通信規格を満足する複数のルータ、スイッチ、ケーブル等から構成される。本実施例においては、撮像装置1000との通信を行うことができるものであればその通信規格、規模、構成を問わない。
例えば、ネットワークは、インターネットや有線LAN(Local AreaNetwork)、無線LAN(Wireless LAN)、WAN(Wide Area Network)等により構成されてもよい。なお、本実施例におけるネットワークカメラ100は、例えば、PoE(Power Over Ethernet(登録商標))に対応していても良く、LANケーブルを介して電力を供給されても良い。
そして、ネットワーク経由で不図示のクライアント装置からネットワーク経由で、撮像装置1000のための制御指令である制御コマンドを受信することができる。この制御コマンドによって、撮像装置1000の各種パラメータの設定等を行うことができる。
制御部202は全体を制御する中央演算処理回路(以下、CPUと称することがある)、各種パラメータ等を保持する記憶部222等を含む。また、記憶部222はCPU等が実行するプログラム格納領域、プログラム実行中のワーク領域、撮像素子201より生成する撮像画像の格納領域、データの格納領域等として使用される。また、記憶部222は、撮像装置1000の撮像方向や、後述するパンチルト制御部250を駆動するための制御パラメータ等を保持する。また、制御部202は記憶部222等に保持されたプログラム等を実行する。
制御部202は、ネットワークを介してクライアント装置等より送信されたカメラ制御指令である制御コマンドを受信する。そして受信した制御コマンドに応じて画像処理部102や、パンチルト制御部250に制御情報を伝達する。
パンチルト制御部250は伝達された制御情報に含まれる制御指令や制御パラメータに基づいてそれぞれパン方向にパン駆動または、チルト方向にチルト駆動の制御を行う。また、現在のパンチルト位置を制御部202に対して送信する。この動作によって、制御部202は現在のパンチルト位置を知ることができる。なお、本実施例ではパンチルト動作に関して示したが、画角を変更する動作であればよい。例えば、画像データの一部を切り出す等によって画角を変更してもよいし、ローテーション方向に画角を変更できるようにしてもよい。
なお、本実施例の撮像素子201は画像処理回路221に合わせて動作させるために水平駆動信号(HD)および垂直駆動信号(VD)によって画像処理回路221と同期制御されている。画像処理回路221はさらに動体検出機能などのインテリジェンス機能を備えている。
照明用制御回路203は照明102のON/OFFおよび明るさを調整する機能を備えており、映像信号が適した照度となるように制御部路202から制御される。明るさの調整は、照明用ライトに流れる電流量を制御する方法や、印加される電圧のON/OFFデューティ比を変更する方法がある。また、複数の照明をそれぞれ独立に制御して映像に最適な照明を得るようにしても良い。このとき複数の照明それぞれが異なった照明パターンや配光パターンを有していても良い。
ここで奥行きのある被写体を撮像した時を考える。図3(a)は奥行きのある被写体を撮像している時のカメラおよび被写体の位置関係である。そして、被写体301が撮像装置1000から手前側、被写体302が奥側に配置されている。撮像装置1000のレンズユニット103によって得られる画角、および照明102によって照らされる範囲が303で示してある。図3(b)および図3(c)はその時に得られる画像データの一例である。なお、本実施例では、レンズユニット103によって得られる画角、および照明102によって照らされる範囲を同一としたが、必ずしも同一である必要はない。
監視を目的とした場合、できるだけ広い範囲を撮像する、あるいは障害物に遮られることを減らす目的により、カメラは高所に配置されるのが通常である。その場合に得られる画像データにおいて上側が遠方を、下側が近傍を撮像することになる。また、照明の強度は距離に反比例するため、この場合画像の上側が暗く、下側が明るくなる。このとき、被写体301は撮像装置1000に近いため、照明102の光が強く当たり、図3(b)のように被写体映像が白っぽくなり、適切な画像が得られない場合が有る。逆に被写体301に露出を合わせると全体的に暗くなるため、図3(c)のように被写体302が黒く沈んでしまうことになる。
上述のような被写体において、本実施例の撮像装置1000の詳細動作に関して示す。本実施例の撮像装置1000は、画面の上側(遠方部分に相当)に当てる照明を強く、画面の下側(近傍部分に相当)に当てる照明を弱くすることで、撮像される画像データ全体をほぼ均一な明るさにすることができる。また、被写体301も白っぽくなることはない。具体的には、図4(a)に示すように本実施例の撮像素子201はローリングシャッタ方式を採用しているため、画面上部から下部に向かって走査ラインごとに走査タイミングが少しずつずれている。そこで、図4(a)及び(b)に示すように各走査ラインの露光タイミング401に期間を合わせて照明輝度402が周期的に変化するように照明を制御し、それぞれの走査ラインの露光中に照射される照明量を変える。このことで、遠方部分と近傍部分の輝度差を低減し、ほぼ均一な映像を得ることができる。ここで図4(a)は撮像素子201の映像1フレーム(垂直駆動信号VDの1周期に相当)内での各走査ラインの露光タイミングであり、図4(b)は対応するタイミングにおける照明輝度の変化である。
なお、カメラが設置される向きによっては、画面の上側と下側の距離差が大きかったり逆に小さかったりという場合がある。例えばカメラがより水平に向けられた場合には画面の上側はより遠方を撮像することになる。また、より垂直に向けられた場合には画面の上下で遠近の差があまり出なくなる。それらの場合、つまりチルト角度等に応じた照明の照度制御に関して図5を用いて説明する。なお、図4と同様の内容に関しては、同一の符号を付しており、その説明を省略する。
図5(b)の501または503は、チルト角度に応じた照度を示している。つまり、402よりも画面の上下で照明輝度をより大きく、あるいは小さく変化するように照明を制御することで、遠方部分と近傍部分の輝度差を無くして適切な映像を得ることができる。また、天井から吊り下げて設置する場合など、カメラの上下向きが逆になる場合もあり、そのときは画面の下側が遠方部分を撮像することになる。その場合は図5(c)の504のように402とは輝度変化が逆になるように照明を制御することで、同様の効果を得ることが出来る。
図6のフローチャートを用いて、本実施例における撮像装置1000の照明制御動作に関して説明する。なお、本フローチャートの処理は制御部202が実施する。
まず、ステップS601において、制御部202は、ユーザ等の指示によって、被写体の撮像を開始する。本実施例においては、照明の点灯を伴う撮像が開始されたとする。なお、本指示はネットワークを介して受信してもよいし、直接入力等を受け付ける操作部を設け、その操作部から行ってもよい。そして、ステップS602に処理を進める。
ステップS602において、制御部202は、記憶部222より、照明を制御するための設定の読み出しをおこなう。照明を制御するための設定は、照明輝度変化パターンを含む。この際に例えば予め設定済みの照明輝度変化パターンを固定値として用いてもよいし、前回使用した照明輝度変化パターンを用いてもよい。なお、本実施例における撮像装置1000が用いる照明輝度変化パターンは、撮像素子201をどうさせるためのHD及びVDを単位として照明輝度を変化させる。そして、ステップS603に処理を進める。
ステップS603において、制御部202は、撮像装置の設置状態を判定する。具体的には、正位置で設置されているか又は逆位置で設置されているかを判定する。本実施例の撮像装置1000は装置の設置時にユーザが設置状態を設定するように求める。その設定内容を記憶部222に記憶させておき、その記憶された設定に基づいて判定を行う。なお、設置時にユーザに設定をさせずに、重力センサ等を用いて撮像装置の設置状態を判定するようにしてもよい。そして、逆位置と判定された場合はステップS604に処理をすすめ、正位置と判定された場合はステップS605に処理をすすめる。
ステップS604において、制御部202は、ステップS602で読み出した照明を制御するための設定に含まれる照明輝度変化パターンを変換する。具体的には、図5(c)で示したように、設置状態に応じた適切なパターンに変換する。そして、ステップS605に処理を進める。
ステップS605において、制御部202は、撮像装置1000が撮像しようとしている画角におけるチルト量をパンチルト制御部250より読み出す。そして、ステップS606に処理を進める。なお、本実施例において、チルト量は撮像する画角の設定位置に相当する。
ステップS606において、制御部202は、ステップS605で読み出したチルト量に基づいて、ステップS602で読み出した、またはステップS604で変換した照明を制御するための設定に含まれる照明輝度変化パターンを変換する。具体的には、図5(b)で示したように、チルト量に応じた適切なパターンに変換する。一例として、レンズユニット103が水平方向に向いている状態をチルト量がゼロとして、図5(b)で示した501のパターンを使用する。そして、所定の量に達するたびに図5(b)で示した402から503へと変化させる。そして、ステップS607に処理を進める。
ステップS607において、制御部202は、S606で変換した設定を使用し、照明用制御回路203に対して照明制御を開始する。
なお、S605ではパンチルト制御部250よりチルト量を読み出したが、定期的に読み出して記憶部222に記憶しておき、その記憶したチルト量を使用してもよい。また、ステップS606では、チルト量に基づいて照明輝度変化パターンの変換を行ったが、チルト量以外にも、パン量やローテーション量等を用いて変換してもよい。
なお、照明輝度の制御では、例えば予め設定済みの照明輝度変化パターンを固定値として用いる方法や、ズーム値とフォーカス値を用いて画面内の領域に対応するピント位置を求め、そこから画面上下の距離を算出して照明の変化量を求める方法がある。このとき照明からの光強度は照明からの距離の2乗に反比例するため、カメラの画面上での位置変化に対しても2乗に反比例するような輝度変化をするように照明を制御するのが望ましい。また距離情報ではなく実際の映像輝度の上下比を算出し、その逆数が照明輝度の上下比になるように照明を変化させても良い。さらにカメラ自体が制御するのではなく、ユーザがカメラ外部から直接あるいはネットワークを通して照明を制御しても良い。このときは画面内での照明輝度の最大値と最小値、およびその方向を指定する方法が考えられる。照明を実際に制御する方法としてLEDを照明に用いる場合、LEDに流れる電流を制御する方法や、LED点灯にPWM(パルス幅変調)信号を用いて輝度の大きなときはON比を大きくし、輝度の小さなときはON比を小さくする方法がある。なお、各設定は記憶部222等に記憶されるようにしてもよい。
(実施例2)
以下、本発明の第2の実施例による撮像装置1000の動作について、図7の動作フローチャートを用いて説明する。また、実施例1と同様の構成に関しては同一の符号を付しており、その説明を省略する。本発明の第2の実施形態である撮像装置は撮像画面上下の輝度比を求め、それを補正するような照明制御になるように設定することで、画面上下の輝度差を抑えた映像を得ることができる。また、その設定値を初期設定値として記憶部222に保存しておくことで、以後は記憶部222から設定値を読み出すことで再度設定を行うことなく制御することが出来る。
図7は第2の実施例における撮像装置が照明を制御する際の動作フローチャートである。なお、本フローチャートの処理は制御部202が実施する。
まず、ステップS701において、制御部202は、ユーザ等の指示によって、被写体の撮像を開始する。本実施例においては、照明の点灯を伴う撮像が開始されたとする。そして、ステップS702に処理を進める。
ステップS702において、制御部202は、記憶部222に照明輝度変化パターンが設定されているか否か判定する。具体的には、設置直後等の場合で、適切な照明変化パターンが記憶されていない場合に、照明輝度変化パターンを作成すべきかを判定する。本実施例の撮像装置1000は装置の設置時等にユーザに対して照明輝度変化パターンの設定を行うように求める。そして、記憶されていると判定された場合はステップS703に処理をすすめ、記憶されていないと判定された場合はステップS705に処理をすすめる。
ステップS703において、制御部202は、適切な照明変化パターンが記憶されている場合は、記憶部222から設定を読み出す。そして、ステップS704に処理を進める。
ステップS704において、制御部202は、ステップS703で設定された照明変化パターンを用いて照明用制御回路203に対して照明制御を開始する。
一方で、ステップS705において、制御部202は、所定の条件で被写体を撮像し、撮像した画面を上下方向にN分割してそれぞれの平均輝度を測定する。Nは2以上の整数であり、N=10程度が望ましい。ここで、被写体を撮像する際には、照明102を所定の光量で一定に光らせていてもよいし、決められたパターンで光らせていてもよい。そして、ステップS706に処理を進める。
ステップS706において、制御部202は、ステップS705で求めた測定結果である平均輝度のうち、上下端の2つの輝度比(上輝度/下輝度)=Aを求める。そして、ステップS707に処理を進める。
ステップS707において、制御部202は、ステップS706で求めた上下の輝度比を補正するように、(上輝度/下輝度)=1/Aとなるように分割領域ごとの照明輝度変化パターンを作成する。そして、ステップS708に処理を進める。
ステップS708において、制御部202は、ステップS707で作成した照明輝度変化パターンを用いて、上下間の照明輝度については、2次関数で補間する。これによって、各走査ラインにおける輝度変化を抑える照明の照明制御パターンを実現する。そして、ステップS709に処理を進める。
ステップS709において、制御部202は、ステップS708で補間した照明制御パターンを記憶部222に記憶する。そして、ステップS703に処理を戻す。
以上により、設置状態に応じて手前側と奥側の明るさの差を抑えるような照射パターンを実現することを可能にした照明装置を備える撮像装置を提供することが出来る。また、本実施例の動作を所定のパンチルト位置等で実施することで、撮像範囲全体の照明制御パターンを実現することができる。
なお、本実施例においては、画像の輝度を用いて照明制御パターンを実現する方法を例示したが、被写体までの距離を夫々測距し、その測距結果に基づいて照明制御を行うことで画面上下の輝度差を抑えた映像を得ることもできる。一例として、撮像装置1000はズーム機能、フォーカス機能を持ち、撮像範囲内の任意の場所にある被写体に対してピントを合わせて撮像することが可能である。ある距離に対してピントの合う位置はズーム位置毎に一意に決まるため、ズーム値およびフォーカス値から被写体までの距離を測定することが可能である。そこで画面上下の被写体までの距離をそれぞれ測定し、照明からの距離の2乗に反比例するような照明制御を行うことで画面上下の輝度差を抑えた映像を得ることができる。また、被写体距離をズーム値およびフォーカス値以外から算出してもよい。一例として、位相差型の検出センサを用いてもよいし、プレノプティックカメラ等を用いてもよい。
以上により、手前側と奥側の明るさの差を抑えるような照射パターンを実現することを可能にした照明装置を備える撮像装置を提供することが出来る。
(実施例3)
以下、発明の第3の実施例による撮像装置について図8の操作画面および図9の動作フローチャートを用いて説明する。本発明の第3の実施形態である撮像装置は、設置後に照明の制御パターンをユーザが設定することが出来るよう、操作画面上に照明制御用のGUIを備えている。図8は本発明の第3の実施形態である撮像装置の操作画面である。監視映像の表示画面801の脇に照明制御用のスライドバー802を備え、ユーザ操作されたスライドバーの位置に応じて予め記憶部に記憶してある照明パターンを5段階で切り換えることができる。なお、本操作画面はネットワーク上にあるクライアント装置のディスプレイ画面等に表示される。
図9は第3の実施例における撮像装置が照明を制御する際の動作フローチャートである。なお、本フローチャートの処理は制御部202が実施する。
ステップS901において、制御部202は、ユーザ等によってUI操作の有無を判定する。操作が有った場合は、ステップS903に処理を進める。また、操作がなかった場合は処理を戻す。
ステップS903において、制御部202は、スライドバーの位置が設定されると、対応する制御パターンを記憶部から読み出す。そして、ステップS904に処理を進める。
ステップS904において、制御部202は、ステップS903で設定された照明変化パターンを用いて照明用制御回路203に対して照明制御を開始する。
以上により、手前側と奥側の明るさの差を抑えるような照射パターンを実現することを可能にした照明装置を備える撮像装置を提供することが出来る。
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
101 カメラ本体
102 照明用ライト
103 レンズユニット
104 取付用金具
201 撮像素子
202 制御部
203 照明用制御回路
221 映像処理回路
222 記憶部
1000 撮像装置

Claims (6)

  1. 撮像部を有する撮像装置であって、
    被写体に対して光を照射する照射手段と、
    前記撮像部を所定の走査タイミングで前記被写体の像を取得する走査手段と、
    前記照明手段によって照射する光の光量及び期間を制御する制御手段と、を備え
    前記制御手段は前記走査タイミングに基づいて、前記照明手段によって照射する光の光量及び期間を制御することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記制御手段は前記走査タイミングに同期して照射する前記照明手段によって照射する光の光量を周期的に変化させることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記被写体の像において複数の範囲の輝度を測定する測定手段と、
    前記測定手段の測定結果に応じて前記照明手段のための照明制御パターンを作成する作成手段と、を更に備え、
    前記制御手段は前記照明制御パターンに基づいて、前記照明手段によって照射する光の光量及び期間を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
  4. 前記被写体までの距離を測定する測距手段と、
    前記測距手段の測距結果に応じて前記照明手段のための照明制御パターンを作成する作成手段と、を更に備え、
    前記制御手段は前記照明制御パターンに基づいて、前記照明手段によって照射する光の光量及び期間を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
  5. 前記撮像部が撮像する画角を変更するための変更手段と、
    前記画角の設定位置を取得する取得手段と、を更に備え、
    前記制御手段は前記取得手段で取得した設定位置に基づいて前記照明手段によって照射する光の光量を制御することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。
  6. 前記変更手段は撮像部が撮像する画角をパン方向に変更するパン手段、チルト方向に変更するチルト手段、ズーム方向に変更するズーム手段、ローテーション方向に変更するローテーション手段のうち少なくとも1つ含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022201785A1 (ja) * 2021-03-22 2022-09-29 ソニーグループ株式会社 情報処理装置および方法、並びにプログラム

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