JP2017135493A - 屋外監視用撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】夜間には、人工光を使用せずとも、自然の大気中で発生する大気光のみで撮影することができるとともに、昼間には、太陽光の可視光をカラーで撮影することが可能な、製造・運用コストも抑えられる屋外監視用撮影装置を提供すること。【解決手段】搭載したマウントレンズ１２に入射する被撮像体からの入射光のうち、大気光と、可視光とを、分光プリズム１４がそれぞれ分光し、分光された大気光を第１の撮像素子１６が、そして、可視光を第２の撮像素子１８が、それぞれ受光し光電変換する。続いて、第１の撮像素子１６及び第２の撮像素子１８からそれぞれ取得される撮像データを撮像データ合成回路２４が合成し、この合成された撮像データを撮像信号処理回路２６が信号処理し、カメラへと出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、夜間には、人工光を使用せずとも、自然の大気中で発生する大気光のみで撮影することができるとともに、昼間には、太陽光の可視光をカラーで撮影することが可能な屋外監視用撮影装置に関するものである。

従来から、屋外監視用の撮影装置は、昼夜を問わず、１日に２４時間連続稼働できることが望まれている。しかしながら、現状の撮影装置では、夜間にイメージセンサーの感度が不足するため、何らかの人工光が必要となる。この人工光が可視光の場合、人工光を投光している場所が明るくなってしまい、監視行動が被監視対象者にとって、明白なものとなってしまうという問題がある。

そのため、被監視対象者に監視行動を意識させないために、可視光ではない近赤外光を投光し、近赤外光に感度のあるイメージセンサーを用いてカメラ撮影を行われている。例えば、特許文献１には、１つの光学レンズ系を透過した光を複数の波長に分波する波長分解光学系と、この波長分解光学系によって分波された各波長の光学画像を映像信号に変換する複数の撮像機と、これらの各撮像機によって得られた映像信号を互いに異なる色を持つ複数の色映像信号として出力する複数の色映像信号生成部とを有するカラー撮像装置において、前記波長分解光学系は前記光学レンズを透過した光を近赤外光光学画像と、可視光光学画像とに分離し、前記各撮像機の１つは前記波長分解光学系によって分波された近赤外光光学画像を映像信号に変換し、残りの少なくとも１つは前記波長分解光学系によって分波された可視光光学画像を映像信号に変換することを特徴とするカラー撮像装置が開示されているが、このような撮像装置を監視用として用いることがある。

また、特許文献２には、同一光軸上において、入射光を近赤外領域と可視光領域とに分離する分離光学系と、前記近赤外領域の入射光を撮像する第１の撮像素子と、前記可視光領域の入射光を撮像する第２の撮像素子と、前記第１の撮像素子から得られる近赤外画像信号に対して所定の信号処理を行い、該処理後の近赤外画像信号を出力する第１の信号処理部と、前記第２の撮像素子から得られる画像信号と前記第１の信号処理部からの出力信号が入力され、該入力される信号に対して、所定のカラー信号用処理を行い、該処理後の信号をカラー画像信号として出力する第２の信号処理部とを備えることを特徴とする撮像装置が開示されている。これは、内視鏡用撮像装置に適しているとしているが、監視用の撮影装置として用いることも可能なものである。

さらに、特許文献３には、昼間などの可視光が存在する環境及び、夜間など可視光がほとんど存在しない環境ともに、１つのイメージセンサーでカラー撮影を行い、カメラ使用者の視認性を高める技術として、撮像素子に可視光領域の波長を透過するカラーフィルタを配置した画素と、近赤外光領域の波長を透過するカラーフィルタを配置した画素が混在するイメージセンサーを用いて、昼間は可視光領域の画素を使って画像処理を行い、輝度成分と色成分を計算し、夜間など可視光が比較的に小さい場合には、近赤外光領域の画素を使って、輝度成分を生成するといった撮像装置が開示されているが、このような撮像装置を監視用として用いることもできる。

その他、夜間に人工光を必要としない撮影装置として、中遠赤外光である物体の熱放射を映像化する監視用の撮影装置が実用化されている。これを用いた昼夜監視には、中遠赤外光カメラと、昼間にカラー映像が撮影できる可視カメラとを併用する場合が多いとされている。

特開平０６−１２１３２５号公報 特開２００２−１６９３１号公報 特開２０１０−９８３５８号公報

しかしながら、上記特許文献のように、近赤外光を用いる場合、この近赤外光の波長帯域は、人間には検知できないものの、ＣＣＤやＣＭＯＳといった固体撮像イメージセンサーには、その波長帯域の感度があるため、これら固体撮像イメージセンサーを用いれば、容易に近赤外光を検知することができてしまう。

そして、ＣＣＤやＣＭＯＳといった固体撮像イメージセンサーは、一般大衆が持つ携帯電話に付属するカメラや、デジタルカメラに使用されているものであるため、監視行動を秘匿する必要がある監視、例えば、警察の捜査行動や、防衛のための索敵行動において、上記特許文献の撮影装置を用いる場合には、被監視対象者が、簡単にカメラを用いて監視行動を知ることができ、非常に不都合なものとなってしまう。

また、人工の近赤外光の投光範囲を越す広範囲及び遠距離の監視行動には、特に用いることが難しい。そして、上記特許文献３のようなイメージセンサーを用いれば、昼夜の撮影による監視はできるが、イメージセンサーや、処理回路自体が複雑な構成となってしまうため、製造・運用コストが高くなってしまうという問題がある。

さらに、夜間に人工光を必要としない中遠赤外カメラ単体では、昼間に可視カラー映像を撮影することができないため、昼夜監視には、昼間にカラー映像を撮影できる可視カメラと併用しなくてはならない。この場合、カメラ及びレンズは可視カメラと、中遠赤外カメラの２つが必要であり、カメラの画角、焦点を操作する装置、及び、カメラを被写体に向け固定する雲台装置も、２台分必要となり、装置全体の計上が大型化し、製造等のコストが上がり、さらに、運用が限定されてしまう。

本発明は、上述の課題を解決するためのもので、夜間には、人工光を使用せずとも、自然の大気中で発生する大気光のみで撮影することができるとともに、昼間には、太陽光の可視光をカラーで撮影することが可能な、製造・運用コストも抑えられる屋外監視用撮影装置を提供することにある。

上述の課題に対応するため、本発明は、以下の技術的手段を講じている。
即ち、請求項１記載の発明は、搭載したレンズに入射する被撮像体からの入射光のうち、大気光と、可視光とに、それぞれ分光可能とする分光手段と、当該分光手段により分光された前記大気光を受光し、光電変換する第１の撮像素子と、前記分光手段により分光された前記可視光を受光し、光電変換する第２の撮像素子と、前記第１の撮像素子及び第２の撮像素子からそれぞれ取得される撮像データを合成する撮像データ合成回路と、当該撮像データ合成回路により合成された撮像データを信号処理する撮像信号処理回路とを備えていることを特徴とする屋外監視用撮影装置である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の屋外監視用撮影装置であって、前記第１の撮像素子には、モノクロ撮像素子を用い、前記第２の撮像素子には、カラー撮像素子を用いることを特徴としている。さらに、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の屋外監視用撮影装置であって、前記第１の撮像素子は、９００〜１１００ｎｍ範囲の波長に対しても、高い感度が得られるものであることを特徴としている。

そして、請求項４記載の発明は、請求項１〜３何れか１項記載の屋外監視用撮影装置であって、前記分光手段は、大気光を反射させるとともに、可視光を透過させるダイクロイック膜を具備していることを特徴としている。またさらに、請求項５記載の発明は、請求項１〜４何れか１項記載の屋外監視用撮影装置であって、前記撮像データ合成回路は、前記第１の撮像素子及び第２の撮像素子のうち、何れか一方からの撮像データのみを選択的に取得可能とするデータ選択手段が具備されていることを特徴としている。

本発明によれば、１台のカメラ及び１つのレンズで、昼間は太陽光による可視カラー撮影、夜間は、大気光によるモノクロ撮影ができるため、２４時間、人工光なしに自然界の光のみで撮影が可能であることから、監視行動を秘匿する必要のある監視、例えば、警察の捜査行動や、防衛のための索敵行動において、被監視対象者に監視行動を察知されずに監視行動を遂行することができる。また、従来のように、可視光カメラと、近赤外光カメラといった２台のカメラを必要としないため、マウントするレンズやカメラを搭載する雲台も１つで済み、装置全体の小型化が図れ、さらに、イメージセンサーや処理回路も複雑な構成を必要としないため、製造や運用面でのコストの削減に繋がる。

本発明に係る監視用撮影装置の実施形態を示した全体概略図である。 本発明に係る監視用撮影装置の実施形態におけるイメージセンサーと、従来のイメージセンサーの分光感度特性及び大気光の発生波長帯を示したグラフである。 本発明に係る監視用撮影装置の実施形態における赤外反射ダイクロイック膜の分光感度特性を示したグラフである。

本発明に係る監視用撮影装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る監視用撮影装置の実施形態を示した全体概略図である。そして、符号については、１０が監視用撮影装置、１２がマウントレンズ、１４が分光プリズム、１６が第１の撮像素子、１８が第２の撮像素子、２０がダイクロイックミラー、２２がＩＲカットフィルター、２４が撮像データ合成回路、２６が撮像信号処理回路を示している。

本実施形態における監視用撮影装置１０は、図１に示すように、マウントレンズ１２を搭載し、このマウントレンズ１２に入射する被撮像体からの入射光のうち、大気光と、可視光とに、それぞれ分光可能とする分光プリズム１４と、分光プリズム１４により分光された大気光を受光し、光電変換する第１の撮像素子１６と、分光プリズム１４により分光された可視光を受光し、光電変換する第２の撮像素子１８と、これら撮像素子（１６、１８）からそれぞれ取得される撮像データを合成する撮像データ合成回路２４と、撮像データ合成回路２４により合成された撮像データを信号処理する撮像信号処理回路２６とを備えてなる。

このように、本実施形態における監視用撮影装置１０は、入射光から分光プリズム１４によって分光される大気光に基づいて撮像データを得る構成を採用しているため、従来の監視用撮影装置のように、夜間でも人工光を用いる必要がなく、その結果、被監視対象者に監視行動を察知されずに監視行動を遂行することができるようになっている。また、本実施形態における監視用撮影装置１０は、１つのマウントレンズ１２と、１台のカメラの組み合わせであるため、従来の、可視光カメラと、近赤外光カメラといった２台のカメラを用いる監視用撮影装置の構成と比べ、マウントするレンズやカメラを搭載する雲台も１つで済み、装置全体の小型化が図れるとともに、また、イメージセンサーや処理回路に複雑さを必要としないため、製造や運用面でのコストの削減にも繋がるわけである。

続いて、全体の構成について、より詳細に説明する。本実施形態における監視用撮影装置１０は、図１に示すように、被撮像体からの映像が、１つのマウントレンズ１２を通り、２板式の分光プリズム１４に入射する。そして、分光プリズム１４に備えられているダイクロイックミラー２０により、入射光のうちの、大気光（波長が７００ｎｍ以上の近赤外光）が反射されることにより分光され（図３中、近赤外光部分を参照）、分光プリズム１４の出力に設けられた第１の撮像素子１６上に結像する。そして、この第１の撮像素子１６では、映像を光から電気に変換し、変換後の撮像データを撮像データ合成回路２４へと送る。なお、本実施形態においては、第１の撮像素子１６には、大気光用としてモノクロのイメージセンサーを使用する。

次に、入射光のうちの、可視光（波長が７００ｎｍ以下）は、ダイクロイックミラー２０を透過し（図３中、可視光部分を参照）、分光プリズム１４の出力に設けられた第２の撮像素子１８上に結像する。そして、この第２の撮像素子１８では、映像を光から電気に変換し、変換後の撮像データを撮像データ合成回路２４へと送る。なお、本実施形態においては、第２の撮像素子１８には、可視光用として、受光素子上にカラーフィルタが形成されたカラーのイメージセンサーを使用する。

また、本実施形態では、大気光が反射される構成となっているが、逆に、大気光を透過し、可視光を反射させることで分光するようにし、それぞれ処理する構成としても良い。またさらに、第２の撮像素子１８には、ＩＲカットフィルター２２が取り付けられており、赤外線をカットするようになっているが、これは本発明を限定するものではない。

そして、撮像データ合成回路２４において、第１の撮像素子１６からの撮像データと、第２の撮像素子１８からの撮像データが合成され、その合成後の撮像データが、撮像信号処理回路２６へと送られ、映像処理された後に、カメラへと出力されるように構成されている。このような構成を採用することで、夜間の大気光による映像と、昼間の可視光による映像が、１つのカメラ出力となり、昼夜を問わず、人工光を必要としない監視用撮影装置を形成することができるわけである。そのため、被監視対象者に監視行動を察知されずに監視行動を遂行することができ、監視が必要なシーン、例えば、警察の捜査行動や、防衛のための索敵行動（例えば、装甲車等に装備）において極めて有用なものとなる。

また、従来の可視カメラと、赤外カメラを併設して運用した場合には、２台のレンズ及びカメラの構成であるため、どうしても各撮像データの合成にズレが生じ、その結果、カメラ出力の品質に問題が生じてしまうところ、本実施形態のように、１つのレンズ及び１つのカメラの構成であれば、各撮像データの合成にズレが生じないため、カメラ出力の品質の向上が望める。

なお、撮像データ合成回路２４において、第１の撮像素子１６及び第２の撮像素子１８のうち、何れか一方からの撮像データのみを選択的に取得可能とするデータ選択手段を備えるようにして、昼間は可視光のみ、夜間は大気光のみでの撮影とする構成を採用し、運用コストを抑えるようにしても良い。

ところで、自然の屋外には、夜間に大気光が存在するが、この大気光は、大気上層において、様々な反応によって発生する光であり、夜間に月などの明かりが無くても、山の稜線と空が区別できるのは、大気が発光しているためである。この大気光の発光原因としては、（１）日中の太陽光による光イオン化反応で生成されたイオンの再結合、（２）上層大気に放射される宇宙船によるルミネセンス、（３）酸素や窒素が、数百ｋｍ上空で水酸化物イオンと反応することによる化学発光、といったものがあるとされている。

また、大気光は、可視光波長帯域では少ないが、波長１０００ｎｍ程度から増加するもので、本実施形態においては、この大気光の波長帯域である波長１０００ｎｍ付近においても感度が高いイメージセンサー（第１の撮像素子１６）を用いることで、夜間においても、人工光を使用しなくても撮影を行うことができるようにしているわけである。その結果、従来の撮影装置では実現できなかった、昼夜を問わない人工光が不要な監視用撮影を行うことができる。

ここで、このイメージセンサーと、従来から通常の撮影に用いられているイメージセンサーの分光感度特性及び大気光の発生波長帯域を図２に示す。なお、上記の波長１０００ｎｍ付近においても感度が高いイメージセンサーは、ブラックシリコンと呼ばれる半導体をベースにしたものを用いることが好ましい。

図２に示すように、イメージセンサーにおいて、大気光を捉えるためには、波長１０００ｎｍ付近の感度を保つ必要があるが、従来のイメージセンサーでは、波長１０００ｎｍ付近の感度が得られないことが分かる。一方で、本実施形態のように、波長１０００ｎｍ付近の感度も得ることができるイメージセンサー（第１の撮像素子１６）を使用すれば、大気光を捉えることができるため、従来の監視用撮影装置のように、人工光を用いずとも、夜間において、撮影することができるわけである。

また、波長１０００ｎｍ付近の感度を保つためには、イメージセンサーをモノクロとし、カラー化のための色フィルターを付けないことが望ましい。なぜならば、イメージセンサーをカラー化するためには、センサーの各画素上に色フィルターを設け、Ｒ・Ｇ・Ｂの３色の画像を得る必要があるが、この色フィルターの透過特性により、波長１０００ｎｍ付近の感度が落ちてしまうからである。

そして、本実施形態においては、２分光（２板式）プリズムによって、波長１０００ｎｍ付近の大気光である近赤外光と、波長４００ｎｍから７００ｎｍの可視光を分離し、大気光用にはモノクロセンサー、可視光用にはカラーセンサーの２枚のイメージセンサーを使用し、２枚のイメージセンサー出力を合成することにより、昼夜撮影を可能にしている。

よって、従来の、可視光カメラと、近赤外光カメラといった２台のカメラを用いる監視用撮影装置の構成と比べ、マウントするレンズやカメラを搭載する雲台も１つで済み、装置全体の小型化が図れるとともに、イメージセンサーや処理回路自体に複雑さが必要ないため、製造や運用面でのコストの削減にも繋がるわけである。また、各撮像データを合成する際にもズレが生じないため、カメラ出力の品質の向上にも繋がる。

本発明に係る監視用撮影装置は、１台のカメラ及び１つのレンズで、昼間は太陽光による可視カラー撮影、夜間は、人工光を用いず、大気光によるモノクロ撮影ができるため、監視行動を秘匿する必要のある監視、例えば、警察の捜査行動や、防衛のための索敵行動において、好適に用いることができる。また、１つのレンズ、１台のカメラの構成であるため、製造・運用面でのコストを抑えたい事情にも適格である。

１０ 監視用撮影装置
１２ マウントレンズ
１４ 分光プリズム
１６ 第１の撮像素子
１８ 第２の撮像素子
２０ ダイクロイックミラー
２２ ＩＲカットフィルター
２４ 撮像データ合成回路
２６ 撮像信号処理回路

Claims (5)

1. 搭載したレンズに入射する被撮像体からの入射光のうち、大気光と、可視光とに、それぞれ分光可能とする分光手段と、当該分光手段により分光された前記大気光を受光し、光電変換する第１の撮像素子と、前記分光手段により分光された前記可視光を受光し、光電変換する第２の撮像素子と、前記第１の撮像素子及び第２の撮像素子からそれぞれ取得される撮像データを合成する撮像データ合成回路と、当該撮像データ合成手段により合成された撮像データを信号処理する撮像信号処理回路とを備えていることを特徴とする屋外監視用撮影装置。
2. 前記第１の撮像素子には、モノクロ撮像素子を用い、前記第２の撮像素子には、カラー撮像素子を用いることを特徴とする請求項１記載の屋外監視用撮影装置。
3. 前記第１の撮像素子は、９００〜１１００ｎｍ範囲の波長に対しても、高い感度が得られるものであることを特徴とする請求項１又は２記載の屋外監視用撮影装置。
4. 前記分光手段は、大気光を反射させるとともに、可視光を透過させるダイクロイック膜を具備していることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載の屋外監視用撮影装置。
5. 前記撮像データ合成回路は、前記第１の撮像素子及び第２の撮像素子のうち、何れか一方からの撮像データのみを選択的に取得可能とするデータ選択手段が具備されていることを特徴とする請求項１〜４何れか１項記載の屋外監視用撮影装置。