JP2020039078A - 撮像装置および画像監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子およびレンズの少なくとも一方のレンズの光軸に直交する平面に対する傾斜角度を自由に変更可能であるとともに、シェーディングによる画質劣化を低減可能な撮像装置および画像監視システムを提供すること。【解決手段】撮像装置は、レンズ鏡筒に設けられたレンズを透過した光を受光して撮像信号を生成する撮像素子と、撮像素子およびレンズの少なくとも一方をレンズの光軸に直交する平面に対して傾斜させる駆動手段と、撮像素子およびレンズの少なくとも一方の、平面に対する傾斜角度に基づいて、撮像信号に対してシェーディング補正を行う補正手段と、を有する。【選択図】図１７

Description

本発明は、監視カメラ等の撮像装置、およびこれを備える画像監視システムに関する。

ネットワークカメラでは、レンズを通過した入射光を撮像素子で結像させ、画像を取得する。取得された画像において、被写界深度内の被写体の結像状態は良好になり、被写界深度外の被写体の結像状態は不良になる。画素ピッチが小さい撮像素子が搭載されたカメラを使用した場合や、絞りを開放して使用した場合、撮像画面範囲に被写界深度外の撮像範囲が生じやすく、撮像対象の一部分を良好に認識できないおそれがある。このような場合でも、複数のカメラを設置して、いずれかのカメラの被写界深度内に被写体が入っていれば、良好な画像を取得できる。しかしながら、カメラの数を抑制するため、１台のカメラで被写体を良好に認識することが望ましい。したがって、被写界深度が大きいカメラが望まれている。

従来、レンズまたは撮像素子を相対的に傾けて被写界深度を大きくするアオリ撮像機能付きカメラが知られている。アオリ撮像機能を利用することにより、絞りが開放状態でも結像状態を改善できる。しかしながら、アオリ撮像を行うことで、色むらなどのシェーディングが生じてしまう。特許文献１には、光を入射する光学系の光軸に垂直な主面に対して傾いて配置された撮像素子を有し、撮像された画像に発生するシェーディングに対してシェーディング補正を実行する撮像装置が開示されている。

特開２０１５−２１６５４４号公報

しかしながら、特許文献１の撮像装置では、光学系に対する、撮像素子のアオリ角度を自由に変更できるようにした場合、光学特性がアオリ角度、レンズの位置および絞り量などの撮像装置のパラメータによって変化してしまう。そのため、シェーディングが一様に決まらず、画質劣化が生じてしまう。

本発明は、撮像素子およびレンズの少なくとも一方の、レンズの光軸に直交する平面に対する傾斜角度を自由に変更可能であるとともに、シェーディングによる画質劣化を低減可能な撮像装置および画像監視システムを提供することを目的とする。

本発明の一側面としての撮像装置は、レンズ鏡筒に設けられたレンズを透過した光を受光して撮像信号を生成する撮像素子と、撮像素子およびレンズの少なくとも一方をレンズの光軸に直交する平面に対して傾斜させる駆動手段と、撮像素子およびレンズの少なくとも一方の、平面に対する傾斜角度に基づいて、撮像信号に対してシェーディング補正を行う補正手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、撮像素子およびレンズの少なくとも一方の、レンズの光軸に直交する平面に対する傾斜角度を自由に変更可能であるとともに、シェーディングによる画質劣化を低減可能な撮像装置および画像監視システムを提供することができる。

第１の実施形態に係る撮像装置の一例であるネットワーク監視カメラの分解斜視図である。 撮像素子ユニットが装着されたレンズ鏡筒の縦断面図である。 レンズ鏡筒および撮像素子ユニットの分解斜視図である。 撮像部の斜視図である。 撮像部の縦断面図である。 第１の実施形態に係る画像監視システムのブロック図である。 撮像素子ユニットのアオリ角度がゼロの状態における被写界深度を示す図である。 撮像素子ユニットのアオリ角度がゼロではない状態における被写界深度を示す図である。 各種のパラメータを示す図である。 色シェーディングの説明図である。 輝度シェーディングの説明図である。 色シェーディング補正のサンプルデータ位置の例を示す図である。 色シェーディング補正方法を示す図である。 撮像素子をレンズ鏡筒に対して傾けた場合の部分断面図である。 色シェーディングの入射特性関数の求め方を示す図である。 色シェーディングの特性を表す関数の求め方を示す図である。 第１の実施形態のシェーディング補正処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態のシェーディング補正処理を示すフローチャートである。 第３の実施形態のシェーディング補正処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
＜第１の実施形態＞
＜撮像装置の概略構成＞
図１は、本実施形態に係る撮像装置の一例である、ネットワークに接続されたネットワーク監視カメラ（以下、監視カメラ）１の分解斜視図である。監視カメラ１は、固定カバー２、ドームカバー３、レンズ鏡筒４、撮像素子ユニット５、およびパン・チルト・ローテーションユニット６を有する。

撮像素子ユニット５は、レンズ鏡筒４に取り付けられている。レンズ鏡筒４は、パン方向、チルト方向およびローテーション方向へ回転可能に、パン・チルト・ローテーションユニット６に保持されている。パン・チルト・ローテーションユニット６は、例えば、建物の天井などの定位置に固定されている。ドームカバー３は、レンズ鏡筒４を保護する。ドームカバー３は、固定カバー２に嵌め入れられ、固定カバー２は、複数のビス６Ａによって、パン・チルト・ローテーションユニット６に固定されている。このように、ドームカバー３は、固定カバー２とパン・チルト・ローテーションユニット６との間に挟まれて固定されている。以下の説明では、固定カバー２の側（被写体側）を前側とし、パン・チルト・ローテーションユニット６の側（撮像素子側）を後側とする。

ドームカバー３を透過した光は、レンズ鏡筒４を通過し、後述する撮像素子ユニット５の撮像素子ＩＳに受けられることで像を結び、監視カメラ１は映像を撮像できる。本実施形態では、監視カメラ１は、撮像素子ＩＳのアオリ角度（傾斜角度）に応じて、シェーディングの補正値を調整する。監視カメラ１は、下方向を撮像するように設置されることが多い。以下の説明では、アオリ撮像のためのレンズ鏡筒４に対する撮像素子ＩＳの傾斜方向を、地面に対して平行な軸（アオリ軸）を中心として回転する方向（以下、アオリ方向と呼ぶ）とする。なお、監視カメラ１の撮像方向は、他の方向でもよい。また、アオリ撮像のための撮像素子ＩＳの傾斜方向はアオリ方向には限定されず、レンズ鏡筒４の光軸に直交する平面のうちアオリ軸に直交する軸を中心とする回転方向であってもよい。また、本実施形態では、アオリ撮像のため撮像素子ＩＳがレンズ鏡筒４に対して傾斜するが、レンズ鏡筒４が撮像素子ＩＳに対して傾斜してもよい。
＜レンズ鏡筒の構成＞
図２は、撮像素子ユニット５が装着されたレンズ鏡筒４の縦断面図である。図３は、レンズ鏡筒４および撮像素子ユニット５の分解斜視図である。

図２に示されるように、レンズ鏡筒４は、前側から後側に順に、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４および第５レンズ群Ｌ５を有する。第１レンズ群Ｌ１〜第５レンズ群Ｌ５は、撮像光学系を構成する。第１レンズ群Ｌ１は、光軸ＯＡに沿った方向（光軸方向）において固定されている。第２レンズ群Ｌ２は、光軸方向へ移動することで変倍動作（ズーミング）を行う。第３レンズ群Ｌ３は、光軸方向において固定されている。第４レンズ群Ｌ４は、光軸方向へ移動することで合焦動作（フォーカシング）を行う。第５レンズ群Ｌ５は、光軸方向において固定されている。

本実施形態では、第１レンズ群Ｌ１は２つのレンズＬ１１，Ｌ１２を有し、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３、第４レンズ群Ｌ４および第５レンズ群Ｌ５はそれぞれ、１つのレンズを有する。ただし、各レンズ群を構成するレンズの数は本実施形態の数に限定されない。また、レンズ群の数も本実施形態の数に限定されない。

第５レンズ群Ｌ５の後側には、光学フィルタＯＦおよび撮像素子ＩＳが配置されている。光学フィルタＯＦは、例えば、ＩＲカットフィルタまたはローパスフィルタであり、光軸方向において固定され、特定の波長域の光線を透過、遮光、または減衰する。撮像素子ＩＳは、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサまたはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサなどの光電変換素子である。撮像素子ＩＳは、撮像光学系を介して形成された光学像を光電変換し、撮像信号を生成する。

図３に示されるように、レンズ鏡筒４は、第１鏡筒１２、第２鏡筒２１、第３鏡筒３２、第４鏡筒４１および第５鏡筒５１を有する。第５鏡筒５１には、撮像部７６が固定されている。

第１鏡筒１２は、第１レンズ群Ｌ１を保持する。

第２鏡筒２１は、第２レンズ群Ｌ２を保持する。第２鏡筒２１には、スリーブ部２２とＵ字溝２３が設けられている。ガイドバー２４は、スリーブ部２２に挿入され、第１鏡筒１２および第５鏡筒５１に支持されている。これにより、第２鏡筒２１は、光軸方向へ移動可能に支持される。ガイドバー２５は、Ｕ字溝２３に挿入され、第１鏡筒１２および第３鏡筒３２に支持されている。これにより、第２鏡筒２１のガイドバー２４を中心とした回転が規制される。

第２鏡筒２１には、ラック部材２６が取り付けられている。ラック部材２６は、ステッピングモータ５４の回転軸に固定されたスクリューに噛み合っている。したがって、第２鏡筒２１は、ステッピングモータ５４の回転軸の回転に伴って、ラック部材２６とともに光軸方向へ移動する。

第３鏡筒３２は、第３レンズ群Ｌ３を保持し、第１鏡筒１２と第５鏡筒５１との間で挟持されている。第３鏡筒３２には、絞りユニット（光量調節手段）３１が固定されている。絞りユニット３１は、レンズ鏡筒４を通過する光量を調節する。絞りユニット３１の絞り羽根（図示せず）を駆動して、開口径を変化させることで、絞り値が制御される。

第４鏡筒４１は、第４レンズ群Ｌ４を保持する。第４鏡筒４１には、スリーブ部４２とＵ字溝４３が設けられている。ガイドバー４５は、スリーブ部４２に挿入され、第１鏡筒１２と第５鏡筒５１に支持されている。これにより、第４鏡筒４１は、光軸方向へ移動可能に支持される。ガイドバー４６は、Ｕ字溝４３に挿入され、第３鏡筒３２と第５鏡筒５１に支持されている。これにより、第４鏡筒４１のガイドバー４５を中心とした回転が規制される。

第４鏡筒４１には、ラック部材４４が取り付けられている。ラック部材４４は、ステッピングモータ５５の回転軸に固定されたスクリューに噛み合っている。したがって、第４鏡筒４１は、ステッピングモータ５５の回転軸の回転に伴って、ラック部材４４とともに光軸方向へ移動する。

第５鏡筒５１は、第５レンズ群Ｌ５を保持し、ビス１１によって第１鏡筒１２に固定されている。第５鏡筒５１には、ステッピングモータ５４，５５および不図示のＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）５６が固定されている。

ＦＰＣ５６には、フォトインタラプタ５２，５３が半田付けで固定されている。ＦＰＣ５６は、絞りユニット３１、ステッピングモータ５４，５５およびフォトインタラプタ５２，５３に電気的に接続されている。ＦＰＣ５６からの通電によって、絞りユニット３１、ステッピングモータ５４，５５およびフォトインタラプタ５２，５３を起動することができる。

フォトインタラプタ５２は、第２鏡筒２１および第２レンズ群Ｌ２の位置を計測して、第２鏡筒２１を移動させるステッピングモータ５４を制御するために設けられている。フォトインタラプタ５２は、第２鏡筒２１の移動領域上に配置されている。フォトインタラプタ５２の出力を参照してステッピングモータ５４の駆動パルス数を制御することで、第２鏡筒２１の位置を制御することができる。

フォトインタラプタ５３は、第４鏡筒４１および第４レンズ群Ｌ４の位置を計測して、第４鏡筒４１を移動させるステッピングモータ５５を制御するために設けられている。フォトインタラプタ５３は、第４鏡筒４１の移動領域上に配置されている。フォトインタラプタ５３の出力を参照してステッピングモータ５５の駆動パルス数を制御することで、第４鏡筒４１の位置を制御することができる。

撮像部７６は、撮像素子アオリベース６１、ステッピングモータ（駆動手段）６３および撮像素子ユニット５を有する。チルトベース６１は、第５鏡筒５１に固定されている。撮像素子ユニット５は、撮像素子ホルダ７０、光学フィルタＯＦ、フィルタホルダ７２、撮像素子ＩＳ、撮像素子固定プレート７３およびセンサＦＰＣ７５を有する。アオリ撮像のために、撮像素子ユニット５は、光軸ＯＡに対しアオリ方向へ傾斜可能に、撮像素子アオリベース６１によって支持されている。

以下、図３から図５を参照して、撮像部７６について詳細に説明する。図４および図５はそれぞれ、撮像部７６の斜視図および縦断面図である。

光学フィルタＯＦは、撮像素子ホルダ７０に対して固定されている。具体的には、光学フィルタＯＦは、ゴム製のフィルタホルダ７２に保持されている。撮像素子ＩＳは、接着剤によって板金製の撮像素子固定プレート７３に固定されている。フィルタホルダ７２を撮像素子ホルダ７０に接触させた状態で、撮像素子固定プレート７３を撮像素子ホルダ７０に固定することで、フィルタホルダ７２は、撮像素子ホルダ７０と撮像素子固定プレート７３との間に挟持される。このような構造により、光学フィルタＯＦおよび撮像素子ＩＳは、撮像素子ホルダ７０に対して定位置に取り付けられる。

撮像素子ＩＳは、回路基板７４に半田付けされて、回路基板７４上の回路に電気的に接続されている。回路基板７４には、センサＦＰＣ７５が接合されている。回路基板７４は、センサＦＰＣ７５上の配線を通じて、上述したＦＰＣ５６に電気的に接続される。

撮像素子ホルダ７０は、同心の２つの軸７０Ａを有する。撮像素子ホルダ７０は、軸７０Ａを中心にして、撮像素子アオリベース６１に対して、アオリ方向へ回転可能である。したがって、撮像素子ホルダ７０に取り付けられた撮像素子ＩＳも軸７０Ａを中心にして、撮像素子アオリベース６１ひいてはレンズ鏡筒４に対して、アオリ方向へ回転可能である。このように、撮像素子ＩＳがレンズ鏡筒４に対して傾くことにより、監視カメラ１はアオリ撮像を行うことができる。

より具体的には、撮像素子ホルダ７０の一方の軸７０Ａは、撮像素子アオリベース６１に支持された軸受６２に支持され、他方の軸７０Ａは、撮像素子アオリベース６１に固定された軸受ホルダ６８に支持された軸受６７に支持されている。ウェーブワッシャ６５および軸受ワッシャ６６は、撮像素子ホルダ７０と軸受６７との間に配置され、軸７０Ａの軸線方向へ撮像素子ホルダ７０を付勢している。

また、撮像素子アオリベース６１には、ステッピングモータ６３が固定されている。ステッピングモータ６３の回転軸には、ウォームギア６４が圧入等によって固定されている。撮像素子ホルダ７０には、噛み合い部７１が一体的に設けられている。噛み合い部７１は、ウォームギア６４と噛み合っている。ステッピングモータ６３には、ＦＰＣ５６が電気的に接続されている。通電によってステッピングモータ６３がウォームギア６４を回転させることで、噛み合い部７１を移動させる。このように、ステッピングモータ６３の回転に伴って、噛み合い部７１が移動すると、撮像素子ユニット５は、軸７０Ａを中心として、光軸に対し傾斜させられる。

撮像素子アオリベース６１と撮像素子ホルダ７０との間には、金属製の引っ張りバネ６９が架け渡されている。引っ張りバネ６９は、図５において、反時計方向の付勢力を撮像素子ホルダ７０に与えている。噛み合い部７１が前進させられた場合、噛み合い部７１は、引っ張りバネ６９の付勢力に抗して、撮像素子ホルダ７０を図５において時計方向へ回転させる。

噛み合い部７１が後退させられた場合、撮像素子ホルダ７０は、図５において反時計方向へ回転させられる。噛み合い部７１とウォームギア６４との間には、バックラッシが存在する。しかしながら、引っ張りバネ６９は反時計方向の付勢力を撮像素子ホルダ７０に与えているため、噛み合い部７１が後退させられる場合、撮像素子ホルダ７０は噛み合い部７１の後退に応じて迅速に回転する。そのため、噛み合い部７１の後退時、撮像素子ホルダ７０のチルト動作の応答性が高い。

なお、金属製の引っ張りバネ６９の代わりに、ゴムなどの弾性材料から形成された引っ張り部材を使用してもよい。

撮像素子アオリベース６１には、不図示のフォトインタラプタ（計測手段）７７が固定されている。フォトインタラプタ７７は、撮像素子ホルダ７０ひいては撮像素子ＩＳのアオリ角度を計測し、撮像素子ホルダ７０を傾斜させるステッピングモータ６３を制御するために設けられている。フォトインタラプタ７７は、撮像素子ホルダ７０の移動領域上に配置され、撮像素子ホルダ７０に設けられた不図示の被検出片７８の位置を検出する。被検出片７８の位置が撮像素子ホルダ７０の初期のアオリ基準角度である。フォトインタラプタ７７の出力を参照してステッピングモータ６３の駆動パルス数を制御することで、撮像素子ホルダ７０のアオリ角度を制御できる。
＜画像監視システムの制御系統＞
図６は、本実施形態に係る画像監視システム１００のブロック図である。撮像素子ＩＳは、レンズ鏡筒４によって結像された光を電気信号に変換し、画像処理回路１０３に伝送する。制御回路１０４は、レンズ鏡筒４、撮像素子ユニット５、パン・チルト・ローテーションユニット６、撮像素子ＩＳおよび画像処理回路（補正手段）１０３の動作を制御し、画像処理回路１０３から出力された画像の保存または転送を行う。記憶部１０５は、画像処理回路１０３や制御回路１０４の処理に必要なデータを保存するとともに、処理後の画像も保存する。

撮像素子ＩＳは、２色以上のカラーフィルタを備える。本実施形態では、撮像素子ＩＳは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）のカラーフィルタを備え、イメージをＲＧＢそれぞれの電気信号に変換して出力する。レンズ鏡筒４は、制御回路１０４からの信号により、ズーム倍率、絞り量およびフォーカス位置を制御される。撮像素子ユニット５は、制御回路１０４からの信号により、レンズ鏡筒４に対するアオリ角度θｔを制御される。

画像処理回路１０３は、撮像素子ＩＳからの信号に対して補正処理を行う補正回路部分と、補正後の信号を現像処理して保存または転送するための形式に変換する現像処理回路１３８とを有する。補正回路部分は、色シェーディング補正回路１３１、画像の周辺部分が暗くなることを補正するための輝度シェーディング補正回路１３２およびホワイトバランスを調整するためのホワイトバランス調整回路１３３などを有する。制御回路１０４は、画像信号や画像処理回路１０３の処理結果、またはユーザーからの指示をもとに、撮像素子ＩＳ、レンズ鏡筒４および画像処理回路１０３の動作を制御する。

また、制御回路１０４は、画像処理回路１０３から出力された画像を記憶部１０５に保存するとともに、ネットワーク通信部１０４ａを通して外部のネットワークに画像やデータを転送する。

操作ユニット（監視装置）１０２は、表示部１３４、操作ユニットＣＰＵ１３５および操作部１３６を備え、通信回路（通信手段）１３７を介して監視カメラ１に通信可能に接続されている。表示部１３４は、例えば、ディスプレイ装置である。表示部１３４は、制御回路１０４を介して取得された画像処理回路１０３で処理された画像（監視カメラ１で撮像された映像）、および操作ユニット１０２の操作者（オペレータ）の操作を案内する画像を表示する。通信回線１３７は、例えば、専用回線または公衆通信網であり、制御回路１０４と操作ユニット１０２とを有線または無線で接続している。

操作部１３６は、マンマシンインタフェースである。操作部１３６を操作することで、監視カメラ１のパン・チルト・ローテーション動作、第２レンズ群Ｌ２や第４レンズ群Ｌ４の駆動動作、撮像素子ユニット５のアオリ動作、および絞りユニット３１の絞り羽根の駆動動作に関する指令を入力可能である。

操作ユニットＣＰＵ１３５は、操作部１３６からの入力に応じて指令信号を生成し、指令信号を制御回路１０４に供給する。したがって、操作者は、監視カメラ１で撮像された映像を表示部１３４によって確認しながら、操作部１３６を操作して、所望の撮像条件で被写体を撮像できる。操作ユニットＣＰＵ１３５は、不図示のＲＯＭなどの記憶媒体に記憶されたプログラムを実行することで各種の機能動作を実行する。
＜被写界深度とアオリ角度の関係＞
図７から図９を参照して、監視カメラ１の被写界深度とアオリ角度との関係について説明する。

図７は、撮像素子ユニット５のアオリ角度θｔがゼロの状態における被写界深度を示す図である。レンズ主面１４０、撮像素子面１４１Ａおよび合焦面１４２Ａは、全て平行となっている。また、被写界深度範囲１４３Ａは、網目で示された領域であって、合焦面１４２Ａに平行な、後方境界１４４Ａおよび前方境界１４５Ａを有する。

図８は、撮像素子ユニット５のアオリ角θｔがゼロではない状態における被写界深度を示す図である。シャインプルーフの法則より、レンズ主面１４０、撮像素子面１４１Ｂおよび合焦面１４２Ｂが１つの直線１４６Ｂで交わっている（直線１４６Ｂは、図の紙面に対する垂直方向に延びている）。被写界深度範囲１４３Ｂは、網目で示された領域であって、直線１４６Ｂで交わる、後方境界１４４Ｂおよび前方境界１４５Ｂを有する。

図９は、各種のパラメータを示す図である。本実施形態では、レンズ鏡筒４の現在のチルト角度をθａ、撮像素子ユニット５の現在のアオリ角度をθｔ、被写体距離をＤ、撮像半画角をω、レンズ焦点距離をｆ、アオリ角度θｔがゼロの状態の後方被写界深度および前方被写界深度Ｄｆ，Ｄｎとする。

後方被写界深度Ｄｆおよび前方被写界深度Ｄｎはそれぞれ、以下の式（１）および式（２）により算出される。

ここで、δは監視カメラ１の許容錯乱円径であり、Ｆは絞り値である。

光軸ＯＡと直線１４６Ｂの距離Ｔ、光軸ＯＡと前方境界１４５Ｂとのなす角θｂおよび光軸ＯＡと後方境界１４４Ｂとのなす角θｃはそれぞれ、以下の式（３）から（５）により算出される。

後方境界１４４Ｂと画界の交点Ｐ１と、光軸ＯＡと合焦面１４２Ｂの交点との間の水平距離Ｄｆｓおよび前方境界１４５Ｂと画界の交点Ｐ２と、光軸ＯＡと合焦面１４２Ｂの交点との間の水平距離Ｄｎｓはそれぞれ、以下の式（６）および（７）により算出される。

アオリ角度θｔが変化すると、撮像素子ユニット５のアオリ角度θｔがゼロではない状態の水平距離Ｄｆｓ，Ｄｎｓも変化する。
＜撮像素子のアオリ角度に対応した、シェーディング補正の方法＞
本実施形態のシェーディング補正の方法について説明する。本実施形態におけるシェーディングとは、色シェーディングと輝度シェーディングを含む概念である。

図１０は、色シェーディングの説明図である。図１０（ａ）は、撮像素子ＩＳの撮像面を示している。図１０（ｂ）−図１０（ｄ）はそれぞれ、均一白色面撮影時の撮像素子ＩＳの中央、画面端および両端の各信号強度および正規化された値を示している。色シェーディングとは、均一な輝度を有する面を撮像した場合に撮像素子ＩＳから出力される各色信号の強度比が撮像素子ＩＳの場所によって異なっている現象である。色シェーディングが発生すると、撮像された画像に色むらが発生してしまう。色シェーディングが発生する要因として、撮像素子ＩＳ内の画素の位置によって、光線の入射方向分布が異なるため、撮像素子ＩＳ上の画素ごとに配置されるマイクロレンズでは斜め方向からの光が十分集光されず、受光部に光が届かないことが挙げられる。また、他の要因として、受光部自体が画素の中央に配置されず片側に寄った構造になることも挙げられる。レンズの条件（ズーム位置や絞り条件など）によっても光線の入射方向分布が変わるため、色シェーディングはレンズの条件によっても変化する。

図１１は、輝度シェーディングの説明図である。図１１（ａ）は、撮像素子ＩＳの撮像面を示している。図１１（ｂ）は、均一白色面撮影時の信号強度を示している。輝度シェーディングとは、周辺光量落ちとも呼ばれ、レンズの条件（ズーム位置や絞り条件など）によって生じ、均一な輝度を有する面を撮像した場合に、レンズ鏡筒４の光軸ＯＡから離れるほど、輝度が低下する現象である。輝度シェーディングは、広角レンズ、またはズームレンズの広角側で著しくなる傾向があり、また、絞り開放での落ち量が大きくなる傾向がある。この現象は、レンズ径よりも外径を通る光束がレンズ鏡筒４によって遮られてしまう口径食が要因の１つとして引き起こされる。また、光束が斜めから入射することによって減光してしまうこと（ｃｏｓ４乗則）も要因の１つである。

以下、色シェーディング補正回路１３１の補正方法について説明する。図１２は、色シェーディング補正のサンプルデータ位置の例を示す図である。以下の説明では、代表例として１つの信号に対する処理について説明するが、実際にはＲ信号、Ｇ信号およびＢ信号のそれぞれに対する処理が行われる。本実施形態では、均一白色面を撮影した撮像素子ＩＳの各色信号から図１２（ａ）に示されるように、Ｈ方向およびＶ方向の中央にそれぞれＭ点およびＮ点ずつサンプリングする。取得されたサンプリングデータ形状を表す関数をｆｆ（ｘ）およびｇｇ（ｙ）（ｘおよびｙはそれぞれ、Ｈ方向およびＶ方向の位置）とすると、色シェーディング強度関数Ｈ（ｘ，ｙ）は以下の式（８）で表される。

取得されたサンプリングデータ形状次第では、色シェーディング強度関数Ｈ（ｘ，ｙ）は、以下の式（９）で表される。

関数ｆｆ（ｘ），ｇｇ（ｙ）を取得するためのサンプリングについては、ショットノイズなどの影響を抑えるため、サンプリング点付近のデータを平均化した値をサンプリングデータとして用いる。平均化する画素数は多いほどショットノイズの影響等を抑えられるが、位置分解能が低下し、平均化に要する時間も増大する。そのため、サンプリング点を中心として、数十〜数千画素分の平均を取ることが望ましい。

サンプリング点数を多くすれば、より精度よく色シェーディングの形状を抽出できるので、色シェーディング補正も正確に行える。しかしながら、サンプリング時の計算や形状の算出に時間が掛かるため、数を増やし過ぎると管理コストの増大につながる。また、形状が単純な関数である場合、特に形状が一様な傾きを持つ場合、サンプリング数を増やしても色シェーディングの補正精度はそれほど向上しない。

例えば、図１２（ｂ）に示される同心円形状の色シェーディングがある場合、色シェーディングの形状を表す多項式関数（ここでは４次関数とする）は以下の式（１０）で近似される。定数ａ−ｅは、各平均値との差分が最小になるように、例えば、最小二乗法を用いて求められる。

また、例えば、図１０（ｄ）に示される一様な傾きを持つ形状の色シェーディングがある場合、色シェーディングの形状を表す関数ｆｆ（ｘ）は以下の式（１１）で近似される。定数ａ’，ｂ’は、各平均値との差分が最小になるように、例えば、最小二乗法を用いて求められる。

このように、サンプリング点数を減らし、色シェーディングの形状を表す関数を一次関数で近似することで、計算時間を短縮化することができる。一般的に色シェーディングの形状は、同心円形状および傾きを持つ形状のいずれか、または両者の合成になる。そのため、まず、撮像素子ＩＳのＨ方向またはＶ方向の両端部および中央部におけるサンプリングデータＳ１，Ｓ２，Ｓｃを取得して比較を行う。図１２（ｂ）に示されるように、Ｓ１＜ＳｃかつＳ２＜Ｓｃかつ｜Ｓ１−Ｓ２｜＜ε１である場合、色シェーディングの形状は同心円形状と推定される。また、図１２（ｃ）に示されるように、Ｓ１＜Ｓｃ＜Ｓ２かつ｜１−（Ｓ２＋Ｓ１）／２Ｓｃ｜＜ε２、またはＳ２＜Ｓｃ＜Ｓ１かつ｜１−（Ｓ２＋Ｓ１）／２Ｓｃ｜＜ε２の場合、色シェーディングの形状は一様な傾きを持つ形状と推定される。ここで、ε１，ε２は一定値である。色シェーディングの形状が一様な傾きを持つ形状と推定された場合、サンプリングデータＳ１，Ｓ２，Ｓｃのみを用いる。また、色シェーディングの形状が同心円形状と推定された場合またはどちらとも推定されなかった場合、サンプリングを行う点を追加して読み出す。このように、色シェーディングの形状を抽出してその形状に応じたサンプリングをすることで、効率的に色シェーディングの補正値を求めることができる。サンプリングを行う点を追加する場合は、サンプリングデータの数が多い分ショットノイズの影響を受けにくくなるため、平均化の画素数を始めよりも少なくしてもよい。ここではｆｆ（ｘ）のみについて述べたが、ｇｇ（ｘ）についても同様に求めることができる。

式（８）や式（９）によって、色シェーディング強度関数Ｈ（ｘ，ｙ）が求まった後、撮像素子ＩＳ上の各位置での色シェーディング補正値Ｊ（ｘ，ｙ）は以下の式（１２）で算出される。

図１３は、色シェーディング補正方法を示す図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）はそれぞれ、補正前および補正後の信号強度および正規化された値を示している。まず、図１３（ａ）の上側グラフのように得られた各色信号について式（１２）を用いて、色シェーディング補正値を求める。その後、各色信号の出力値が画面内の所定値に揃うように、色信号に対して補正値を乗算することで、図１３（ａ）の上側のグラフが図１３（ｂ）の上側のグラフのようになる。これにより、画面内の場所に依らずに色信号の強度比が一定となる。そして、Ｇに対する強度比を中央で規格化することで、図１３（ｂ）の上側のグラフが図１３（ｂ）の下側のグラフのようになり、色シェーディングを補正できる。その後、取得されたＲＧＢの色シェーディング補正値を、画素位置（ｘ，ｙ）の関数として記憶部１０５に記憶することで、色シェーディング発生時に図１３（ｂ）の下側グラフように色シェーディングを低減できる。

ただし、レンズ鏡筒４がズームレンズである場合や絞りユニット３１を有する場合、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、ズーム位置および絞り量によって色シェーディングの度合いが変化する。そのため、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、ズーム位置および絞り量に応じた色シェーディングの補正値を算出しておく必要がある。各パラメータについて、取りうる値を設定しながら、色シェーディング補正値をサンプリングすることで、色シェーディングをより低減できる。

特に、図１２のＶ方向が軸７０Ａの方向と同一である場合、関数ｆｆ（ｘ）をアオリ角度θｔに応じた関数ｆｆ（ｘ，θｔ）とすることで、関数ｇｇ（ｙ）はそのままで色シェーディング強度関数Ｈ（ｘ，ｙ）を各アオリ角度θｔに対応させて計算できる。その結果、記憶部１０５に保存するデータ量を削減できる。

以下、アオリ角度θｔに関する色シェーディング補正値を、全ての変数（ズーム位置や絞り量など）についてデータとして記憶部１０５に記憶せず、撮像素子ＩＳが傾いた場合の補正値を換算して求める方法について説明する。データとして記憶しないことで、事前に全てのアオリ角度θｔについて色シェーディング補正値を計測することなく利用できるため、色シェーディングを測定する工程を削減できる。

図１４は、撮像素子ＩＳをレンズ鏡筒４に対して傾けた場合の部分断面図である。図１４（ａ）−図１４（ｃ）はそれぞれ、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔが０，θｓ，−θｓの場合を示している。

図１４（ａ）に示されるように、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔが０である場合の撮像素子ＩＳの上端に届く主光線１４７Ｕに対応する画素への入射角をαとする。このとき、図１４（ｂ）に示されるように、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔがθｓである場合の撮像素子ＩＳの上端に届く主光線１４７Ｕに対応する画素への入射角は、「α＋θｓ」で表される。また、撮像素子ＩＳ下端に届く主光線１４７Ｌに対応する画素への入射角は、「α−θｓ」で表される。

図１４に記載の射出瞳距離Ｌ０と図１３のグラフの各画素の光軸からの距離とを用いて、図１３のグラフの横軸を各画素への入射角のグラフに変換することができる。例えば、図１４（ａ）において、撮像素子ＩＳの上端に届く主光線１４７Ｕに対応する画素と光軸との距離をＫ０とすると、以下の式（１３）を用いて、図１３（ａ）のグラフを図１５（ａ）のグラフに変換することができる。

式（１３）と同様な計算を各画素について行うことで、撮像素子ＩＳの各画素への入射角と色シェーディング量の関係をグラフ化できる。すなわち、色シェーディングの入射角特性ＦＦを算出できる。ここで、図１５に記載のαＸ、αＹは、式（１３）を用いて変換された図１３に記載のＸとＹに対応する角度である。

前述したように、一般的に色シェーディングの形状は、同心円形状および傾きを持つ形状のいずれか、または両者の合成になる。したがって、撮像素子ＩＳがどのパターンに当てはまるかを事前に計測し、補正式を算出することで、撮像素子ＩＳのアオリ角度がθｓである場合の色シェーディングの補正値を算出できる。

また、色シェーディングが、アオリ角度θｔが０である軸に対称性を持つ場合、アオリ角度θｔがθｓである場合の色シェーディングの補正値をアオリ角度θｔが−θｓである場合の色シェーディングの補正値として使用可能である。例えば、図１４（ｃ）において、アオリ角度θｔが−θｓである場合、撮像素子ＩＳの上端に届く主光線１４７Ｕに対応する画素への入射角は、「α−θｓ」で表される。また、撮像素子ＩＳの下端に届く主光線１４７Ｌに対応する画素への入射角は、「α＋θｓ」で表される。前述したように、図１４（ｂ）において、撮像素子ＩＳの上端に届く主光線１４７Ｕに対応する画素への入射角は「α＋θｓ」と表され、撮像素子ＩＳの下端に届く主光線１４７Ｌに対応する画素への入射角は「α−θｓ」と表される。そのため、図１４（ｂ）における色シェーディング補正値を、図１４（ｃ）における色シェーディング補正値として使用可能である。

色シェーディングの入射角特性ＦＦが縦軸（相対出力軸）に対称の場合（ＦＦ（ｘ）＝ＦＦ（−ｘ）の場合）、かつアオリ角度θｔがθｓである場合について説明する。このとき、上端側の画素の入射角は「ＦＦ（θｓ＋α）」、下端側の画素の入射角は「ＦＦ（θｓ−α）」となる。また、アオリ角度θｔが−θｓである場合、上端側の画素の入射角は「ＦＦ（−（θｓ−α））＝ＦＦ（θｓ−α）」、下端側の画素の入射角は「ＦＦ（−（θｓ＋α））＝ＦＦ（θｓ＋α）」となる。アオリ角度θｔがθｓである場合の色シェーディングの補正値があれば、アオリ角度θｔが−θｓである場合の色シェーディングの補正値を取得可能である。したがって、色シェーディングの補正値のデータ数を削減できる。この際、基本的にはアオリ角度θｔ以外の変数（ズーム位置や絞り量など）は同じとする。

また、色シェーディングの入射角特性ＦＦが切片ｂ（縦軸との交点）に対称の場合（ＦＦ（−ｘ）＝−ＦＦ（ｘ）＋２ｂを満たす場合）、かつアオリ角度θｔが−θｓである場合について説明する。このとき、上端側の画素の入射角は「ＦＦ（−（θｓ−α））＝−ＦＦ（θｓ−α）＋２ｂ」、下端側の画素の入射角は「ＦＦ（−（θｓ＋α））＝−ＦＦ（θｓ＋α）＋２ｂ」となる。したがって、アオリ角度θｓと切片ｂがわかれば、アオリ角度−θｓの補正値を取得可能である。

また、色シェーディングの入射角特性ＦＦが最大となるときのアオリ角度θｔの値βの直線に対称の場合（ＦＦ（ｘ）＝ＦＦ（ｘ−β）を満たす場合）、かつアオリ角度θｔが−θｓである場合について説明する。このとき、上端側の画素の入射角は「ＦＦ（θｓ−β＋α）＝ＦＦ（θｓ＋α）」、下端側の画素の入射角は「ＦＦ（θｓ−β−α）＝ＦＦ（θｓ−α）」となる。したがって、アオリ角度θｓと値βがわかれば、アオリ角度θｓ−βの補正値を取得可能である。

また、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔの絶対値が大きくなるにつれて、アオリ角度θｔによる、色シェーディングへの影響が大きくなる傾向がある。例えば、図１５では、入射角がαＸ、αＹに近づくことで信号強度が下がることが分かる。そのため、アオリ角度θｔの基準角度からの大きさが大きくなるにつれて、色シェーディングの補正値のテーブルまたは補正式の数を多くしておくことが望ましい。ここで、基準角度とは、色シェーディングの形状が同心円状である場合は、頂点におけるアオリ角度であり、色シェーディングの形状が一次関数であれば、原点に対応するアオリ角度である。具体的には、基準角度に対して第１の角度の大きさを有する第１のアオリ角度に対応するテーブルまたは補正式の数を、基準角度に対して第１の角度より小さい第２の角度の大きさを有する第２のアオリ角度に対応するテーブルまたは補正式の数以上にすることで、色シェーディングによる影響をより低減できる。

このように、色シェーディングの入射角特性ＦＦを算出することで、工程を増やすことなく、色シェーディングの補正値を算出できる。

図１６は、色シェーディングの特性を表す関数の求め方を示す図である。図１６に示されるように、図１３（ａ）のグラフをアオリ角度θｔに合わせて、色シェーディングの特性を表す関数Ｑ（θｔ）だけ横軸方向へずらすことで、関数ｆｆ（ｘ，θｔ）を求めてもよい。例えば、アオリ角度θｔの値が１画素分のズレである場合、関数Ｑ（θｔ）は１画素分の位置の移動となることを示している。

以下、輝度シェーディング補正回路１３２による輝度シェーディング補正について説明する。輝度シェーディング補正は、記憶部１０５に保存された白一面画像撮影時の画像の各部の出力レベルと画像中心部の出力レベルとの比である補正係数を、画像データに乗算することでなされる。例えば、図１１のＡ部の輝度シェーディング補正の補正係数Ｎａは、白一面撮影時の画像中心部の出力レベルをＯｃ、白一面撮影時のＡ部の出力レベルをＯａとするとき、以下の式（１４）で表される。

最終的に本撮影された画像データのＡ部の出力に補正係数Ｎａを乗算する。このように、画像位置ごとの画像データに対して、画像位置に応じた補正係数を乗算することで、輝度シェーディング補正がなされる。

輝度シェーディング量は、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、ズーム位置および絞り量等でも変わることから、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、ズーム位置および絞り量ごとの輝度シェーディングデータが記憶部１０５に格納される。制御回路１０４は、現在の撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、ズーム位置および絞り量に基づいた、対応する輝度シェーディング補正データを記憶部１０５から出力されるように制御する。輝度シェーディング補正回路１３２で輝度シェーディング補正された画像データは、輝度シーディングの無い画像として信号処理されて出力される。

また、輝度シェーディングについても、アオリ角度θｔでの補正値を算出する方法について説明する。輝度シェーディングについては、画素ごとに算出または計測された係数Ｎ’（θｔ）をアオリ角度θｔが０のときの補正値に乗算することで補正してもよい。例えば、シェーディング発生の主要因が周辺光量落ちである場合、シェーディングはｃｏｓ４乗則に従う。撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔが０である場合の図１４（ａ）での上端側の画素への入射角をαとすると、図１４（ｂ）での撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔだけ傾いた画素への入射角は「α＋θｔ」となる。以下の式（１５）で算出される係数Ｎ’（θｔ）をアオリ角度θｔが０のときの上端側の画素の信号強度に乗算することで、アオリ角度θｔでの輝度シェーディングの補正を行うことができる。

同様に、各画素に対応する入射角ごとに係数Ｎ’（θｔ）を算出し、アオリ角度θｔが０である場合の各画素の信号強度に乗算することで、アオリ角度θｔのときの輝度シェーディングの補正することが可能である。

ここまで具体的なシェーディングの補正方法について説明したが、色シェーディングとともに輝度シェーディングが同時に発生する場合があり、各色の信号強度に影響している場合がある。このため、事前に輝度シェーディングを一律に補正し、信号強度への影響を抑えることで色シェーディングの補正値をより効果的に求められる。

実際に撮像装置の色シェーディングを補正する場合、均一白色面を作成するのは難しく、ムラが出来てしまうことがある。そのため、性能とコストの兼ね合いから、例えば各信号の強度比が許容値以内であれば色シェーディングを補正しない、といった場合もある。
＜撮像素子ＩＳのアオリ角度に対応するシェーディング補正の処理フロー＞
図１７を参照して、本実施形態の撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔに対応するシェーディング補正処理について説明する。図１７は、本実施形態のシェーディング補正処理を示すフローチャートである。シェーディング補正処理は、動画像の撮像の処理と並行して実行される。

ただし、変更前のアオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量は記憶部１０５に事前に記憶されており、変更後の値もその値を記憶していることとする。また、撮像素子ＩＳからのＲＧＢ信号は絶えず記憶されているものとする。本処理は、アオリ角度θｔを変更する指令値が入力された時点で開始され、各シェーディングの補正値を設定し終えた時点で終了する。

ステップＳ７０１では、制御回路１０４は、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔを取得する。

ステップＳ７０２では、制御回路１０４は、アオリ角度θｔが所定角度θ１より大きく、所定角度θ２より小さい角度である（「θ１＜θｔ＜θ２」を満足する）かどうかを判定する。アオリ角度θｔが「θ１＜θｔ＜θ２」を満足する場合、ステップＳ７０３に進み、満足しない場合、ステップＳ７０４に進む。

ステップＳ７０３では、制御回路１０４は、まず、レンズの配置および絞り量に基づく色シェーディングの補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、色シェーディング補正回路１３１に撮像素子ＩＳの各画素に対応する色シェーディングの補正値を設定する。

ステップＳ７０４では、制御回路１０４は、まず、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量に基づく色シェーディング補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、色シェーディング補正回路１３１に撮像素子ＩＳの各画素に対応する色シェーディングの補正値を設定する。

ステップＳ７０５では、制御回路１０４は、アオリ角度θｔが所定角度θ３より大きく、所定角度θ４より小さい角度である（「θ３＜θｔ＜θ４」を満足する）かどうかを判定する。アオリ角度θｔが「θ３＜θｔ＜θ４」を満足する場合、ステップＳ７０６に進み、満足しない場合、ステップＳ７０７に進む。

ステップＳ７０６では、制御回路１０４は、まず、レンズの配置および絞り量に基づく輝度シェーディングの補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、輝度シェーディング補正回路１３２に撮像素子ＩＳの各画素に対応する輝度シェーディング補正値を設定する。

ステップＳ７０７では、制御回路１０４は、まず、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量に基づく輝度シェーディング補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、輝度シェーディング補正回路１３２に撮像素子ＩＳの各画素に対応する輝度シェーディングの補正値を設定する。

なお、本実施形態では、シェーディング補正において、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量に基づく演算テーブルが用いられる。また、該当パラメータに基づく演算テーブルを持たず、他の演算パラメータから推定値を計算した演算テーブルを用いてもよい。

撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量を変化させた際のシェーディング量が小さい場合、画質低減に寄与しない領域がある。例えば、アオリ角度θｔによるシェーディング量の増減が数％であればよい、という許容値を設定する場合、角度θ１−θ４はそれに対応する数値を指定すればよい。

また、本実施形態では、「θ１＜θｔ＜θ２」および「θ３＜θｔ＜θ４」の範囲以外、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔに対応するシェーディング補正を行う。しかしながら、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔが大きくなるにつれて、シェーディングムラが発生し、シェーディング補正を行わない方がよいという領域が発生する場合がある。このような場合、「θ１＜θｔ＜θ２」の範囲だけでなく、「θ５＜θｔ＜θ６」の範囲でも撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔに対応するシェーディングを行わないようにしてもよい。

また、ステップＳ７０２やステップＳ７０５において、不等式として、「＜（小なり記号）」を用いたが、少なくとも一方が「≦（小なりイコール記号）」であってもよい。また、アオリ角度θｔを考慮したシェーディング補正が「θ１＜θｔ＜θ２」および「θ３＜θｔ＜θ４」の範囲内で行われてもよい。

また、本実施形態では、全ての画素に対して、シェーディング補正を行うが、本発明はこれに限定されない。

また、輝度シェーディングに関する係数Ｎ’（θｔ）は、光軸ＯＡから各画素の距離を変数として、同心円状に変化する値としてもよい。

本実施形態では、ステッピングモータ６３の入力パルスにてアオリ角度θｔに移動させる構成について説明したが、監視カメラ１は撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔを計測する角度エンコーダを有してもよい。また、ステッピングモータ６３の代わりに、人が回すためのハンドルを付けてもよく、その場合、角度エンコーダで取得した角度に応じて、シェーディング補正を行えばよい。
＜第２の実施形態＞
本実施形態では、温度変化時に撮像素子ＩＳとレンズ鏡筒４との距離が変化する監視カメラ１の、シェーディング補正方法について説明する。監視カメラ１および画像監視システムの構成は、第１の実施形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。

本実施形態では、簡単のため、図１４のレンズ鏡筒４の位置に対して、光軸方向にのみ撮像素子ユニット５が温度膨張または収縮する場合について説明する。しかしながら、レンズ鏡筒４の位置が光軸方向へずれ、レンズ鏡筒４からの主光線１４７Ｕ、１４７Ｍ、１４７Ｌの入射角自体が変化する場合や撮像素子ユニット５が光軸ＯＡと垂直な平面内を移動する場合にも本発明を適用することは可能である。

本実施形態では、撮像素子ユニット５の軸７０Ａから撮像側に最も近いレンズ鏡筒４の保持位置をＬ１とする。また、軸７０Ａとレンズ鏡筒４との間に使用される部材の光軸方向の線膨張係数をｍ、撮像素子ＩＳの撮像面方向の線膨張係数をｎ、シェーディング補正用のデータを作成または計測したときの温度をＴ０とする。また、レンズ鏡筒４には、例えば、熱電対があり、レンズ鏡筒４や撮像素子ユニット５の温度を計測できる。

以下、図１８を参照して、本実施形態の撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔに対応するシェーディング補正処理について説明する。図１８は、本実施形態のシェーディング補正処理を示すフローチャートである。シェーディング補正処理は、動画像の撮像の処理と並行して実行される。

ただし、アオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量は記憶部１０５に事前に記憶されており、変更後の値もその値を記憶していることとする。また、撮像素子ＩＳからのＲＧＢ信号は絶えず記憶されているものとする。本処理は、アオリ角度θｔを変更する指令値が入力された時点で開始され、各シェーディングの補正値を設定し終えた時点で終了する。

ステップＳ８０１では、制御回路１０４は、記憶部１０５またはセンサから撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔおよび撮像素子ユニット５周りの雰囲気温度Ｔを取得する。

ステップＳ８０２では、制御回路１０４は、アオリ角度θｔが所定角度θ１より大きく、所定角度θ２より小さい角度である（「θ１＜θｔ＜θ２」を満足する）かどうかを判定する。アオリ角度θｔが「θ１＜θｔ＜θ２」を満足する場合、ステップＳ８０４に進み、満足しない場合、ステップＳ８０３に進む。

ステップＳ８０３では、制御回路１０４は、雰囲気温度Ｔが所定温度Ｔ１より大きく、所定温度Ｔ２より小さい温度である（「Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２」を満足する）かどうかを判定する。雰囲気温度Ｔが「Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２」を満足する場合、ステップＳ８０５に進み、満足しない場合、ステップＳ８０６に進む。

ステップＳ８０４では、制御回路１０４は、まず、レンズの配置および絞り量に基づく色シェーディング補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、色シェーディング補正回路１３１に撮像素子ＩＳの各画素に対応する色シェーディング補正値を設定する。

ステップＳ８０５では、制御回路１０４は、まず、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量に基づく色シェーディング補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、色シェーディング補正回路１３１に撮像素子ＩＳの各画素に対応する色シェーディングの補正値を設定する。

ステップＳ８０６では、制御回路１０４は、雰囲気温度Ｔ、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量に基づく色シェーディング補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、色シェーディング補正回路１３１に撮像素子ＩＳの各画素に対応する色シェーディングの補正値を設定する。

この際、雰囲気温度Ｔを用いて、膨張した長さΔＬはＬ１×ｍ×（Ｔ−Ｔ０）となり、温度Ｔ０のときに撮像素子ＩＳ上の光軸ＯＡから距離Ｋ０だけ離れている画素の光軸ＯＡからの膨張した距離ΔＫはＫ０×ｎ×（Ｔ−Ｔ０）となる。したがって、雰囲気温度Ｔでの撮像素子ＩＳの画素への入射角α’は以下の式（１６）で表される。

したがって、入射角度を「α’＋θ」として補正の計算を行う。

ステップＳ８０７では、制御回路１０４は、アオリ角度θｔが所定角度θ３より大きく、所定角度θ４より小さい角度である（「θ３＜θｔ＜θ４」を満足する）かどうかを判定する。アオリ角度θｔが「θ３＜θｔ＜θ４」を満足する場合、ステップＳ８０９に進み、満足しない場合、ステップＳ８０８に進む。

ステップＳ８０８では、制御回路１０４は、雰囲気温度Ｔが所定温度Ｔ３より大きく、所定温度Ｔ４より小さい温度である（「Ｔ３＜Ｔ＜Ｔ４」を満足する）かどうかを判定する。雰囲気温度Ｔが「Ｔ３＜Ｔ＜Ｔ４」を満足する場合、ステップＳ８１０に進み、満足しない場合、ステップＳ８１１に進む。

ステップＳ８０９では、制御回路１０４は、まず、レンズの配置および絞り量に基づく輝度シェーディングの補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、輝度シェーディング補正回路１３２に撮像素子ＩＳの各画素に対応する輝度シェーディング補正値を設定する。

ステップＳ８１０では、制御回路１０４は、まず、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量に基づく輝度シェーディング補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、輝度シェーディング補正回路１３２に撮像素子ＩＳの各画素に対応する輝度シェーディングの補正値を設定する。

ステップＳ８１１では、制御回路１０４は、まず、雰囲気温度Ｔ、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量に基づく輝度シェーディング補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、輝度シェーディング補正回路１３２に撮像素子ＩＳの各画素に対応する輝度シェーディングの補正値を設定する。本ステップでは、ステップＳ８０６と同様に、入射角を「α’＋θｔ」として計算を行う。

高温下や低温下では、撮像素子ＩＳが大きく傾いていると、シェーディングによる影響が顕著になる。本実施形態では、上述した補正方法を用いることで、高温下や低温下において撮像アオリを行った状態でもシェーディングを適切に補正できる。したがって、撮像アオリの状態でもシェーディングによる画質低減を抑制可能である。

なお、ステップＳ８０２とステップＳ８０３、およびステップＳ８０７とステップＳ８０８の処理はそれぞれ可換であり、順番を入れ替えてもよい。
＜第３の実施形態＞
本実施形態では、監視カメラ１は、交換レンズ式の撮像装置で、撮像アオリを行う。監視カメラ１および画像監視システムの他の構成は、第１の実施形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。

本実施形態では、記憶部１０５は、シェーディング補正係数のデータであるシェーディング補正係数テーブルを記憶している。シェーディング補正係数テーブルには、レンズ種別を特定するレンズＩＤごとにシェーディング補正係数が羅列されている。なお、レンズシェーディング補正係数テーブルは、ネットワーク上に保存されていてもよい。この場合、レンズＩＤに応じて、シェーディング補正係数テーブルを取得すればよい。

以下、図１９を参照して、本実施形態のシェーディング補正処理について説明する。図１９は、本実施形態のシェーディング補正処理を示すフローチャートである。シェーディング補正処理は、動画像の撮像の処理と並行して実行される。

ただし、アオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量は記憶部１０５に事前に記憶されており、変更後の値もその値を記憶していることとする。また、撮像素子ＩＳからのＲＧＢ信号は絶えず記憶されているものとする。本処理は、アオリ角度θｔを変更する指令値が入力された時点で開始され、各シェーディングの補正値を設定し終えた時点で終了する。

ステップＳ１００１では、制御回路１０４は、レンズ鏡筒４からレンズ種別を特定するレンズＩＤを取得する。

ステップＳ１００２では、制御回路１０４は、レンズＩＤに対応する、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、レンズ配置および絞り量を変数に持つ、シェーディング補正係数テーブルを取得する。取得されたシェーディング補正係数テーブルは、記憶部１０５に保存されてもよいし、交換レンズに保存されてもよい。

ステップＳ１００３では、制御回路１０４は、撮像素子ＩＳのアオリ角θｔを取得する。

ステップＳ１００４では、制御回路１０４は、アオリ角度θｔが所定角度θ１より大きく、所定角度θ２より小さい角度である（「θ１＜θｔ＜θ２」を満足する）かどうかを判定する。アオリ角度θｔが「θ１＜θｔ＜θ２」を満足する場合、ステップＳ１００５に進み、満足しない場合、ステップＳ１００６に進む。

ステップＳ１００５では、制御回路１０４は、まず、レンズの配置および絞り量に基づく色シェーディング補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、色シェーディング補正回路１３１に撮像素子ＩＳの各画素に対応する色シェーディング補正値を設定する。

ステップＳ１００６では、制御回路１０４は、まず、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量に基づく色シェーディング補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、色シェーディング補正回路１３１に撮像素子ＩＳの各画素に対応する色シェーディングの補正値を設定する。

ステップＳ１００７では、制御回路１０４は、アオリ角度θｔが所定角度θ３より大きく、所定角度θ４より小さい角度である（「θ３＜θｔ＜θ４」を満足する）かどうかを判定する。アオリ角度θｔが「θ３＜θｔ＜θ４」を満足する場合、ステップＳ１００８に進み、満足しない場合、ステップＳ１００９に進む。

ステップＳ１００８では、制御回路１０４は、まず、レンズの配置および絞り量に基づく輝度シェーディングの補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、輝度シェーディング補正回路１３２に撮像素子ＩＳの各画素に対応する輝度シェーディング補正値を設定する。

ステップＳ１００９では、制御回路１０４は、まず、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量に基づく輝度シェーディング補正値を記憶部１０５から呼び出す。次に、制御回路１０４は、輝度シェーディング補正回路１３２に撮像素子ＩＳの各画素に対応する輝度シェーディングの補正値を設定する。

なお、本実施形態では、シェーディング補正において、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔ、レンズの配置および絞り量に基づく演算テーブルが用いられる。また、該当パラメータに基づく演算テーブルを持たず、他の演算パラメータから推定値を計算した演算テーブルを用いてもよい。

交換レンズが変わると、シェーディング補正値が変わる。そのため、アオリ角度θｔを０に戻し、シェーディングが最小である状態に戻せばよく、そこから、シェーディング補正値とアオリ角度を適正値に戻せばよい。

本実施形態では、撮像素子ＩＳのアオリ角度θｔが変化した後でもシェーディング補正値をアオリ角度θｔに応じて変更することで画質の低下を抑制できる。
＜他の変形例＞
上述した実施形態では、ステッピングモータが使用されているが、本発明はこれに限定されない。ステッピングモータの代わりに、サーボモータなどの他のモータまたはアクチュエータを使用してもよい。

また、上述した実施形態において、色シェーディングと輝度シェーディングを特定の順番で補正したが、順序が逆になってもよいし、一方だけの補正を行ってもよい。

また、上述した本実施形態では、アオリ角度θｔが一定の範囲内である場合に、レンズ配置および絞り形状に合わせたシェーディング補正を行うが、これにはシェーディング補正自体を一切行わないことも含んでいる。

色シェーディングや輝度シェーディングの補正方法として、絞り量とレンズ配置を挙げたが、一方だけのパラメータに基づいてもよいし、両方のパラメータに基づかなくてもよい。また、他のパラメータに基づいてシェーディング補正の値を変更してもよい。

また、第２の実施形態と第３の実施形態を組み合わせてもよく、また、各実施形態内で述べた実施形態の一部を他の実施形態と組み合わせてもよい。

制御回路１０４で実行される各機能は、制御回路１０４の代わりに、ハードウェアで実行されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のプログラマブルロジックデバイスで実行されてもよい。

本発明は、上述の実施例の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（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ））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。

１ ネットワーク監視カメラ（撮像装置）
４ レンズ鏡筒
ＩＳ 撮像素子
６３ ステッピングモータ
１０３ 画像処理回路（補正手段）

Claims (12)

1. レンズ鏡筒に設けられたレンズを透過した光を受光して撮像信号を生成する撮像素子と、
   前記撮像素子および前記レンズの少なくとも一方を前記レンズの光軸に直交する平面に対して傾斜させる駆動手段と、
   前記撮像素子および前記レンズの少なくとも一方の、前記平面に対する傾斜角度に基づいて、前記撮像信号に対してシェーディング補正を行う補正手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記補正手段は、前記傾斜角度が所定の範囲に含まれる場合、前記傾斜角度に基づいて、前記撮像信号に対してシェーディング補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記傾斜角度が基準値に対して第１の角度の大きさを有する場合にシェーディング補正で使用されるテーブルまたは補正式の数は、前記傾斜角度が前記基準値に対して前記第１の角度より小さい第２の角度の大きさを有する場合にシェーディング補正で使用されるテーブルまたは補正式の数以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記補正手段は、前記撮像素子の撮像面における互いに直交する第１の方向および第２の方向において、各方向に対応するテーブルまたは補正式を用いてシェーディング補正を行い、
   前記補正手段は、前記第１の方向において、前記傾斜角度ごとのテーブルまたは補正式を用いてシェーディング補正を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記補正手段は、前記撮像素子の所定の画素に入射する光線の入射角をα、前記レンズ鏡筒に対する前記撮像素子のアオリ角度をθとするとき、角度「θ＋α」に対応するテーブルまたは補正式を用いてシェーディング補正を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記補正手段は、光量調節手段により調節される前記レンズ鏡筒を通過する光量に基づいて、シェーディング補正を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記補正手段は、前記レンズの配置に基づいて、シェーディング補正を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記補正手段は、前記撮像素子および前記レンズの少なくとも一方の温度が所定の範囲に含まれる場合、前記少なくとも一方の温度に基づいてシェーディング補正を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記補正手段は、前記レンズ鏡筒ごとのレンズＩＤに基づいてシェーディング補正を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記補正手段は、色シェーディングおよび輝度シェーディングの少なくとも一方を補正することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像装置。
11. 前記傾斜角度を計測する計測手段を更に有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置と通信手段を介して通信可能に接続され、前記通信手段を介して、前記撮像装置により撮像された画像を取得する監視装置と、を有することを特徴とする画像監視システム。