JP2017163301A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像対象面に対して斜めに撮像を行う際に、ピントが合う合焦面を撮像面に合致させて画面全体にピントが合った撮影を可能とする撮像装置を提供すること。【解決手段】撮像素子、被写体からの光を撮像素子に結像させる光学手段、撮像方向をパン、かつ/または、チルト方向に変更可能としたパンチルト手段、前記光学手段のあおり角度を変更可能としたあおり駆動手段、を具備し、パンチルト手段のパン、かつ/または、チルト角度に応じて、光学手段のあおり駆動手段によりあおり角度を制御することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、パンチルト駆動可能な撮像装置において、あおり駆動可能なレンズ又はあおり駆動可能な撮像素子を備える撮像装置に関する。

監視カメラ等を高所に設置をしてカメラの光軸を斜め下側に向けて、道路を通行する人を監視したり、車のナンバープレート等を撮影したりしている。この場合、カメラの光軸が斜め下向きとなるために、撮像を行う際のピントが合うピント面は光軸に垂直な面（すなわち、斜めの面）であり、実際に撮像を行う対象となる被写体の撮像面（水平面、垂直面）とは合致しない。

図７、図８を用いて光軸方向とピント面の説明を行う。図７は通常の撮影を行う際の光軸とピントが合うピント面を説明する図である。図７において、３００は撮像センサ、３８０はレンズ、３７０はピントが合うピント面、である。撮像センサ３００の撮像面と、レンズ３８０の主面は並行に配置されている。この結果として、ピントが合うピント面３７０も撮像センサ３００の撮像面、レンズ３８０の主面と平行になる。

図８を用いて、カメラの光軸を斜め下側に向けて撮影を行った時の光軸とピントが合うピント面の関係を説明する。図８において、図７と同様に、３００は撮像センサ、３８０はレンズ、３７０はピントが合うピント面、である。３４０はパンチルトカメラにおけるチルト角度θT、である。監視カメラ等を高所に設置をしてカメラの光軸を斜め下側に向けて撮影を行う際には、光軸が斜め下側に向くために、ピントが合うピント面３７０は、この光軸に垂直な面とる。このため、ピントが合うピント面３７０は、撮影対象となる道路や地面等の水平面、また、車のナンバープレート等の垂直面、いずれの面とも合わないチルト角度に依存した面となる。このために、ピントが合う領域は画面の一部となり、その他の領域はピントがぼけた状態となってしまう。

この状況の中で、光学系の絞りを絞ることにより被写界深度を深くして、ピントぼけを防いでいる。しかしながら、低照度下で撮影を行う監視カメラでは、絞りを解放近くまで開いての撮影も多い。この結果、被写界深度は浅くなってしまい、画面全体でピントが合わず、ピントがぼけた状態で撮影が行われてしまう。

また、特許文献１に開示されているように、撮影光学系をチルト動作することで撮像素子面に対して傾斜させ、撮像素子からの距離が異なる複数の被写体の合焦像を得る方式も知られている。

特開平５−５３１６６号公報

このように、高所から斜めに撮影を行う監視カメラでは、撮影対象となる撮像面とピントが合うピント面が一致せず、被写界深度を用いても画面全体にピントを合わせることが難しかった。

そこで、本発明の目的は、撮像対象面に対して斜めに撮像を行う際に、ピントが合うピント面を撮影対象となる撮像面に合致させて画面全体にピントが合った撮影を可能とする撮像装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、
撮像装置において、
撮像素子、被写体からの光を撮像素子に結像させる光学手段、撮像方向をパン、かつ/または、チルト方向に変更可能としたパンチルト手段、前記光学手段のあおり角度を変更可能としたあおり駆動手段、を具備し、
パンチルト手段のパン、かつ/または、チルト角度に応じて、光学手段のあおり駆動手段によりあおり角度を制御することを特徴とする。

本発明によれば、パンチルトカメラにおいて、設定された被写体の撮像面とパンチルト角度の角度差から光学系のあおり角度を制御することにより、設定された撮像面にピント面を合わせることが可能となり、画面全体にピントを合わすことが可能とした撮像装置を提供することができる。

本発明のブロック図である。 パンチルトカメラである。 シャインプルーフの原理図である。 あおり補正の説明図である。 あおり角度説明図である。 フローチャートである。 光軸の説明図である。 チルト角度と光軸の説明図である。

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は本発明の実施形態にかかわるブロック図である。

［実施例１］
以下、図１〜図６を参照して、本発明の第1の実施例によるパンチルトカメラにおけるピント面のあおり補正について説明する。

図１は本発明における撮像装置の一例を示すブロック図である。

図１において、１００は本発明における撮像装置である。１１０は被写体からの光を撮像部に集光するレンズであり、不図示のフォーカス機構、ズーム機構、絞り機構、防振機構等を含む。１２０は撮像部である。

レンズ１１０により被写体からの光を集光した不図示のセンサにより光電変換される。光電変換された信号は、現像を行い撮像データに変換されるとともに、レンズ１１０のフォーカス機構、ズーム機構、絞り機構、防振機構等を制御する。

１３０はレンズ１１０のあおり機構を駆動するあおり駆動部、１３５はあおり駆動部１３５を制御するあおり制御部であり、レンズ１１０のあおり角度を制御する。１４０はレンズ１１０の撮像向きを変更するパン、チルト駆動部（以下、ＰＴ駆動部と称することが有る）である。ＰＴ駆動部は、不図示のアクチュエータやギア機構等を含み、レンズ１１０の撮像向きを可変とする。

１４５はＰＴ駆動部１４０を制御するパン、チルト制御部（以下、ＰＴ制御部と称することが有る）である。ＰＴ制御部１４５は後述する通信部１７０で受信した制御パラメータ等に基づいて、ＰＴ駆動部１４０を制御する。なお、ＰＴ駆動部１４０及びＰＴ制御部１４５はパン方向とチルト方向は夫々独立に可変することが可能である。

１５０は後述するＣＰＵ１６０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、後述する撮像部１２０が生成する撮像画像の格納領域等、データの格納領域として使用されるメモリである。また、メモリ１５０は、撮像装置１００の撮像方向やＰＴ駆動部１４０を駆動するための制御パラメータ等を保持する。ＣＰＵ１６０はユーザ等の指示に応じて、ＰＴ制御部１４０に対して駆動命令を行う。そして、この駆動命令を受けた制御部１４５はＰＴ駆動部１４０の所定の制御を行う。なお、このパラメータにはパンまたはチルト位置、駆動速度、駆動加速度等が含まれる。また、メモリ１５０は、後述の通信部１７０が受信した命令の実行を保留するための命令保留キューも保持する。

１６０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）である。ＣＰＵ１６０はメモリ１５０等に保持されたプログラム等を実行する。

１７０はネットワーク通信部、１８０は外部装置であるクライアント等と接続するためのネットワークである。ネットワーク通信部１７０はバッファ等を含み、符号化された撮像画像をバッファすることができる。そして、バッファした撮像画像を通信回路（以下、Ｉ／Ｆと称することがある）経由でネットワーク１８０に出力する。このＩ／Ｆは、バッファから出力された撮像画像をパケット化し、パケット化した撮像画像を通信端子経由でネットワーク１８０に送信する。ここで、通信端子は、ＬＡＮケーブルが接続されるＬＡＮ端子等で構成される。

なお、外部装置であるクライアントは、ネットワーク１８０に接続されるコンピュータ装置として構成されており、典型的には、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと称することがある）などの汎用コンピュータである。

なお、ネットワーク１８０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１００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１８０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、本実施例における撮像装置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。

なお、本実施例における撮像装置１００は、動画像を撮像する監視カメラであり、より詳細には、監視に用いられるネットワークカメラであるものとする。また、本実施例における外部装置を含めた監視システムは撮像システムの一例である。

ここで、本実施例の撮像装置１００の一般的な動作に関して例示する。

レンズ１１０を介して入射した光は撮像部１２０により撮像され、画像データとしてメモリ１５０にいったん記憶される。撮像されメモリ１５０に記憶された画像データは、通信部１７０によりネットワークを介して通信を行うために圧縮・符号化され、また、通信に必要なプロトコル処理等が行われネットワーク１８０を介して図示しないクライアント装置に対して送信される。

また、図示しないクライアント装置より送信されたコマンドは、ネットワーク１８０を介して通信部１７０に入り、ＣＰＵにより解釈される。クライアント装置より送信されたコマンドが撮像に関するコマンドであるときには、ＣＰＵ１６０より撮像部１２０に対して撮像パラメータの設定が行われる。そして、設定結果を通信部１７０経由でクライアント装置に返送する。

また、クライアント装置より送信されたコマンドが撮像方向を変更するためのコマンドを含む場合は、ＣＰＵ１６０よりＰＴ制御部１４５に対してＰＴ駆動コマンドが送られる。ＰＴ制御部１４５は、ＰＴ駆動部１４０を制御して指示された位置に対してパンまたはチルト機構を駆動する。

図２はパン・チルト駆動機構を持つネットワークカメラ１００を示す図である。図２（ａ）はカメラ１００を側面側から見た図であり、パン駆動機構はボトムケース２０１とターンテーブル２０２で構成され、パン回転軸２０３を中心にターンテーブル２０２が回転する構造である。図２（ｂ）はカメラ１００を正面側から見た図であり、チルト駆動機構はレンズ支柱２０４とケース２０６で構成され、チルト回転軸２０５を中心にケース２０６が回転する構造である。

パン、チルトの各駆動機構を持つネットワークカメラでは、図２に示したように、チルト回転軸２０５を中心としてケース２０６が回転する。また、パン回転軸２０３を中心としてターンテーブル２０２が回転する。チルト角度が０度（水平）のときにパン回転を行うと、撮像画像は水平方向に移動する。また、チルト角度が９０度（垂直上向き）のときにパン回転を行うと、撮像画像は画像のセンターを中心にして回転する。

図３はシャインプルーフの原理図である。図３は撮像を行う際の撮像センサ、レンズ、ピント面を説明する図である。

図３において、３００は撮像センサ、３０５は撮像センサ３００の撮像面の延長線、３１０はレンズ、３１５はレンズ３１０の主面の延長線、３２０はピントが合うピント面、３２５はピント面３２０の延長線である。シャインプルーフの原理では、撮像センサ３００の撮像面の延長線３０５とレンズ３１０の主面の延長線３１５が交わるところに、ピントが合うピント面３２０の延長線３２５も交わるというものである。図３においても、撮像センサ３００の撮像面の延長線３０５、レンズ３１０の主面の延長線３１５、ピントが合うピント面３２０の延長線３２５が１点で交わっている。

図４はパンチルトカメラにおいて、高所よりあるチルト角度をもって撮影を行った時、あおり補正を行って撮像面を垂直面とするようにした説明図である。

図４において、３００は撮像センサ、３１０はレンズ、３２０はピントが合うピント面、である。３８０は撮像面と平行に配置した通常撮影を行う際のレンズの位置、および、向きを示している。３４０はパンチルトカメラにおけるチルト角度θT、３５０は通常の撮影を行う際のレンズ３８０の主面の角度に対してあおり撮影を行うためにレンズ３１０を傾けたあおり角度θL、である。

図４では、高所に取り付けたパンチルトカメラより車に付けられたナンバープレート（垂直面）を撮影する、という条件の説明を行う。パンチルトカメラが高所に取り付けられていて、車のナンバープレーを撮影するために、カメラは下向きとなり、あるチルト角度θTで撮影を行う。この時に、チルト角度θTに従ってレンズのあおり制御部１３５よりあおり駆動部１３０を駆動し、レンズを３８０の位置より３１０の位置にあおり角度θL分回転させる。レンズ３１０をあおり角度θL分回転させることにより、ピントが合うピント面３２０が垂直な面となる。

図５を用いて、チルト角度とあおり角度の関係を説明する。図３のシャインプルーフの原理図に図４のあおり補正の説明図を合わせる形で説明を行う。図５に付した番号は、基本的に図３と図４の付した番号と共通で説明を行う。

３００は撮像センサ、３０５は撮像センサ３００の撮像面の延長線、３１０はレンズ、３１５はレンズ３１０の主面の延長線、３２０はピントが合うピント面、３２５はピント面の延長線、である。３８０は撮像面と平行に配置した通常撮影を行う際のレンズの位置、および、向きを示している。３４０はパンチルトカメラにおけるチルト角度θT、３５０は通常の撮影を行う際のレンズ３８０の主面の角度に対してあおり撮影を行うためにレンズ３１０を傾けたあおり角度θL、である。３６０は光軸上での撮像センサよりレンズまでの距離a、３７０は光軸上でのレンズよりピント面までの距離ｂ、である。

ここで、ピント面３２０が垂直面であるために、ピント面３２０の延長線３２５と撮像センサ３００の撮像面の延長線３０５のなす角度は、チルト角度θT（３４０）に等しい。また、レンズ３１０の主面の延長線３１５と撮像センサ３００の撮像面の延長線３０５のなす角度は、あおり角度θL（３５０）に等しい。また、光軸とレンズ３１０の主面の延長線３１５は直交するために、

となる。

θが小さい時に tanθ ＝ θ と近似すると、

となる。

また、レンズの公式として、

が成り立つ。

このため、(1)’と(2)より、

となる。すなわち、あおり角度θLは、チルト角度θT、レンズ３１０の焦点距離f、レンズよりピント面３２０までの距離b、より計算できる。

図６は本実施例のフローチャートである。

まず最初に、あおり撮影モードであるかないかを判定する（S100）。

あおり撮影モードでなければ（N）、通常撮影を行う（S200）。

あおり撮影モードである時には（Y）、ピント面の設定を行う（S110）。ピント面の設定では、ピントを合わせる面を垂直面、水平面、あるいは、任意の角度の面とするかを不図示のクライアント側のUIにより設定する。

設定されたピント面が、垂直面か、水平面か、または、任意の角度の面であるかを判定する（S120）。

ここで、設定されたピント面が水平面である時には、ピント面が水平としてこの面の角度を設定する（S130）。

設定されたピント面が垂直面である時には、ピント面が垂直としてこの面の角度を設定する（S133）。

設定されたピント面が任意の角度の面である場合には、不図示のクライアント側のUIにより、任意の面を設定し、ピント面が設定した任意の角度の面として面の角度を設定する（S135）。ここでは、任意の面の設定方法に関しては、特許の本質ではないため説明を省略する。

ピント面としての角度を設定した後、パンチルトカメラの現在撮影を行っている向きとしてチルト角度θTを検出する（S140）。

検出したチルト角度θTより撮像センサの撮像面の角度がわかり、先に設定したピント面の、面の角度より、レンズのあおり角度θLを計算する（S150）。

計算されたレンズのあおり角度θLに従って、あおり駆動部を制御してあおり駆動を行う（S160）。あおり駆動を行うことで、設定した水平面、垂直面、あるいは、任意の角度の面にピント面を合わせる。これにより、あおり撮影を行う（S170）。

撮影中にチルト駆動が行われたかどうかを監視し（S180）、チルト駆動が行われるとチルト角度検出ステップ（S140）に移動して、チルト角度θTを検出する。

本実施例では、高所より斜め下向きの光軸で垂直面を撮像する際の説明を行った。斜め下向きの光軸で水平面を撮像する際にも、同様に、チルト角度θTより計算したあおり角度θLにより光学系のあおり駆動を行うことでピント面を水平に合わせることが可能であることは言うまでもない。

さらに、任意の面に対しても、光軸方向に対してあおり角度を２軸で調整することによりピント面を設定した任意の面に合わせることが可能である。また、同様に、パン方向に回転させて斜めの光軸で撮影する際に、光学系のあおり駆動を行って指定したピント面にピント合わせることが可能である。

このように、パンチルトカメラにおいて、設定された被写体の撮像面とパンチルト角度の角度差から光学系のあおり角度を制御することにより、設定された撮像面にピント面を合わせることが可能となり、画面全体にピントを合わすことが可能となった。

１００ 本発明における撮像装置、１１０ レンズ、１２０ 撮像部、
１３０ あおり駆動部、１３５ あおり制御部、１４０ パン、チルト駆動部、
１４５ パン、チルト制御部、１５０ メモリ、１６０ ＣＰＵ、３００ 撮像センサ、
３０５ 撮像センサ３００の撮像面の延長線、３１０ レンズ、
３１５ レンズ３１０の主面の延長線、３２０ ピントが合うピント面、
３２５ ピント面の延長線、３４０ チルト角度θT、３５０ あおり角度θL、
３６０ 光軸上での撮像センサよりレンズまでの距離a、
３７０ 光軸上でのレンズよりピント面までの距離ｂ

Claims (2)

1. 撮像装置において、
   撮像素子、
   被写体からの光を撮像素子に結像させる光学手段、
   撮像方向をパン、かつ/または、チルト方向に変更可能としたパンチルト手段、
   前記光学手段のあおり角度を変更可能としたあおり駆動手段、
   を具備し、
   パンチルト手段のパン、かつ/または、チルト角度に応じて、光学手段のあおり駆動手段によりあおり角度を制御することを特徴とする撮像装置。
2. 焦点面を水平面、垂直面、あるいは、任意の面に設定する焦点面設定手段を設け、
   前記パンチルト手段のパン、かつ/または、チルト角度と焦点面設定手段により設定された焦点面との角度差により、光学手段のあおり駆動手段によるあおり角度を制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。