JP2020205561A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光軸に対する垂直軸および水平軸の両方に対して角度を有する斜面に容易にピントを合わせることができるあおり撮影機能を有する撮像装置を提供する。【解決手段】 上記目的を達成するために、本発明による撮像装置は、撮像光学系の光軸に直交する面に対してあおり軸を中心として撮像素子を傾斜させるあおり駆動部と、撮像光学系を光軸の周りに回転させるローテーション駆動部と、撮像光学系の回転角度を算出する角度算出部と、角度算出部の算出結果に基づいて撮像光学系を回転させた後、撮像素子を傾斜させて所定の面に焦点が合うように、ローテーション駆動部およびあおり駆動部を制御する制御部と、を備える。【選択図】 図４

Description

本発明は、あおり撮影が可能な撮像装置に関するものである。

従来、監視カメラを天井などの高所に設置し、カメラの光軸を斜め下側に向け、道路を通行する人を撮影したり、車やその車のナンバープレートを撮影したりすることがある。この場合、カメラの光軸が斜め下向きとなるため、撮像を行う際にピントが合う光軸に垂直なピント面と実際に撮像を行う対象となる、例えば、水平方向に延びる地面などの被写体の撮像面は合致しない。そのため、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合っていない状態となる。このような課題に対し、レンズもしくは撮像素子を相対的に傾ける所謂あおり撮影により被写界深度範囲を広げるカメラが知られている。

しかし、撮像を行う対象となる被写体の撮像面は、カメラに対して縦方向に傾いている場合や横方向に傾いている場合など様々な場合が有る。その為、カメラの設置状態によっては、撮影したい範囲とレンズもしく撮像素子を傾けたい方向が必ずしも一致しない場合が有る。その場合、所定の一方向だけでなく複数の方向に傾けて撮影することを可能とすることが望まれている。

そこで、特許文献１の撮像装置では、撮像レンズのチルト機構として、水平軸ティルト機構と、垂直軸ティルト機構を備えている。垂直軸ティルト機構は、レンズ光軸と直交する垂直軸を中心として回転することで撮像レンズを左右方向に傾けることが可能である。水平軸ティルト機構は、レンズ光軸と直交する水平軸を中心に回転することで撮像レンズを上下方向に傾けることが可能である。これにより、任意の面にピントを合わせることが可能となる。

特開２０１７−９３９０４号公報

しかしながら、ピントを合わせたい面が垂直軸および水平軸の両方に対して角度を有する斜め面であり、垂直軸および水平軸に対する角度をそれぞれ調整して斜め面にピントを合わせる場合、次のような処理が必要である。垂直軸に対する角度をある角度に固定にして水平軸に対する角度を変えることであおり調整する。次に、垂直軸に対する角度をある角度分ずらして固定後、水平軸に対する角度を変えることであおり調整する。以上のように垂直軸に対する角度をある角度分づつずらしながら、その角度ごとに水平軸に対する角度を変えることであおり調整する。これにより、斜め面にピントが合う垂直軸方向、水平軸方向の角度を特定する。以上のような処理の場合、あおり調整が複雑になる。

そこで、本発明では、容易に光軸に対する垂直軸および水平軸の両方に対して角度を有する斜面にピントを合わせることができるあおり撮影機能を有する撮像装置を提供する。

本発明の目的を達成するために、本発明による撮像装置は、撮像光学系の光軸に直交する面に対してあおり軸を中心として撮像素子を傾斜させるあおり駆動部と、前記撮像光学系を光軸の周りに回転させるローテーション駆動部と、前記撮像光学系の回転角度を算出する角度算出部と、前記角度算出部の算出結果に基づいて前記撮像光学系を回転させた後、前記撮像素子を傾斜させて所定の面に焦点が合うように、前記ローテーション駆動部および前記あおり駆動部を制御する制御部と、を備える。

本発明によれば、容易に光軸に対する垂直軸および水平軸の両方に対して角度を有する斜面にピントを合わせることができるあおり撮影機能を有する撮像装置を提供することができる。

監視システムのブロック図である。 撮像素子の傾きと画像の焦点面との関係を示す図である。 撮像装置が実行する処理のフローチャートである。 実施形態１に係る撮像装置が実行する処理のフローチャートである。 あおり制御前の映像を示す図である。 ２線の交点を説明するための図である。 レンズ鏡筒をローテーションした後の映像を示す図である。 実施形態２に係る撮像装置が実行する処理のフローチャートである。 ２点の指定位置を説明するための図である。

［全体構成］
まず、図１および図２を参照して、監視システムについて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る監視システムの構成の一例のブロック図である。監視システムは、撮像装置としての監視カメラ１０１と、遠隔で監視カメラ１０１を操作する操作ユニット１２５とを備える。図２は、撮像素子の傾きと画像の焦点面との関係を示す図である。なお、図２において、Ｘ軸を２０４、Ｙ軸を２０５、Ｚ軸を２０６とする。

監視カメラ１０１は、撮像光学系の一例としてのレンズ鏡筒１０４と、Ａ／Ｄ変換部１０６と、画像処理部１０７と、メモリ部１０９と、画像回転部１１０と、圧縮伸長部１１１と、Ｉ／Ｆ１１４と、を備える。また監視カメラ１０１は、ローテーション駆動部１１７と、レンズ駆動部１２６と、制御部１２２と、測距センサ１２３と、を備える。

レンズ鏡筒１０４は、フォーカスレンズ群１０２と、撮像素子１０３と、あおり駆動部１０５と、を備えている。撮像素子１０３は、レンズ鏡筒１０４によって結像された光を電気信号に変換する。撮像素子１０３から出力されたアナログ電気信号（撮像信号）は、ＡＧＣによりゲイン調整され、Ａ／Ｄ変換部１０６によりデジタル信号に変換された後、画像処理部１０７に入力される。なお、図１において、Ａ／Ｄ変換部１０６はレンズ鏡筒１０４外に位置しているが、撮像素子１０３内に位置していてもよい。

画像処理部１０７では、デジタル撮像信号に対して、各種画像処理を行って映像信号を生成する。各種画像処理は、例えば、オフセット処理、ガンマ補正処理、ゲイン処理、ＲＧＢ補間処理、ノイズ低減処理、輪郭補正処理、色調補正処理、または、光源種別判定処理等である。映像信号は、監視カメラ１０１とＩ／Ｆ１１４を介して有線または無線通信により接続された操作ユニット１２５に出力される。

メモリ部１０９は、制御部１２２から指示された信号を基にフォーカスレンズ群１０２及び撮像素子１０３の駆動量を記憶する。また、画像データはメモリ部１０９に一旦保存され、必要に応じて入出力を行う。

画像回転部１１０は、映像を撮像素子１０３をローテーションした角度分だけ電子的に逆回転させる。

圧縮伸長部１１１は、バス１０８を介して制御部１２２からの制御指示に従って、画像に圧縮処理を施して圧縮データを生成する。圧縮データは、Ｉ／Ｆ１１４を介して操作ユニット１２５に出力される。また圧縮伸長部１１１は、メモリ部１０９に格納された圧縮データに所定形式の伸張処理を施して非圧縮データを生成する。所定形式の圧縮・伸長処理としては、静止画像に対してはＪＰＥＧ規格に準拠した処理を行い、動画像に対してはＭＯＴＩＯＮ−ＪＰＥＧやＭＰＥＧ２、ＡＶＣ／Ｈ．２６４、ＡＶＣ／Ｈ．２６５等の規格に準拠した処理を行う。

制御部１２２は、レンズ制御部１１８と、あおり制御部１１９と、ローテーション制御部１２０と、角度算出部としての演算処理部１２１と、を有する。レンズ制御部１１８は、Ｉ／Ｆ１１４を介して操作ユニット１２５から送信される制御コマンドに基づいて、レンズ駆動部１２６に対して、フォーカス設定位置を指示する。また、あおり制御部１１９は、Ｉ／Ｆ１１４を介して操作ユニット１２５から送信される制御コマンドおよび演算処理部１２１の算出結果に基づいて、あおり駆動部１０５に対して、あおり設定位置を指示する。ローテーション制御部１２０は、Ｉ／Ｆ１１４を介して操作ユニット１２５から送信される制御コマンドおよび演算処理部１２１の算出結果に基づいて、ローテーション駆動部１１７に対して、ローテーション角度を指示する。

演算処理部１２１は、画像に複数設定された評価枠ごとに、Ａ／Ｄ変換部１０６もしくは画像処理部１０７からＲＧＢの画素値、もしくは輝度値を受け取り、あおり制御やオートフォーカス（以下、ＡＦ）で使用する評価値を算出する。一般的に評価値は画像のコントラストや高周波成分を基に算出される。評価値としては、位相差や赤外光などの反射光など方法はピント位置が分かるものであれば手段は何でも構わない。また、演算処理部１２１は、各評価枠の評価値を用いて、あおり方向及びあおり角度を算出する。また、演算処理部１２１は、レンズ鏡筒１０４の光軸周りの回転角度を算出する。

レンズ駆動部１２６は、レンズ制御部１１８から指示されたズームの設定位置に基づいてフォーカスレンズ群１０２の位置を制御する。あおり駆動部１０５は、あおり制御部１１９から指示されたあおり角度の設定に基づいて、撮像素子１０３を光軸と直交する面に対して傾斜させる。ここで、撮像素子１０３を光軸と直交する面に対して傾け、ピント面を地面などの平面に合わせる制御をあおり制御を称する。図２（ａ）に示されるように撮像素子１０３を光軸に対して傾けずに撮影した場合、焦点面２０２ａを有する画像２０１ａが得られる。一方、図２（ｂ）に示されるように撮像素子１０３をＸ軸２０４周りに回転させて撮影した場合、焦点面２０２ｂを有する画像２０１ｂが得られる。また、図２（ｃ）に示されるように撮像素子１０３をＹ軸２０５周りに回転させて撮影した場合、焦点面２０２ｃを有する画像２０１ｃが得られる。このように、撮像素子１０３を傾けることで撮像画像の焦点面を制御することができる。ただし本実施形態は、これに限定されるものではなく、撮像素子１０３に代えてチルトレンズを用いて撮像画像の焦点面を制御することもできる。

ローテーション駆動部１１７はローテーション制御部１２０から指示されたローテーション角度の設定に基づいてレンズ鏡筒１０４を光軸中心として回転させる。また、ローテーション駆動部１１７は、レンズ鏡筒１０４のみでなく、監視カメラ１０１を回転させてもよい。

測距センサ１２３は特定点とカメラ間の距離を測定するセンサである。また、特定点とカメラ間の距離を測定方法としては、コントラスト方式を用いてレンズフォーカス位置を動かすことで距離を測定するようにしても良いし、像面位相差方式を利用して距離を測定するようにしても良い。

操作ユニット１２５は、システム制御部１２４と、入力部１１２と、表示部１１３と、を備える。システム制御部１２４は、操作者（オペレータ）のＧＵＩ操作に応じてカメラ制御コマンドを生成し、監視カメラ１０１へと送信する。

入力部１１２は、キーボード、マウスなどのポインティングデバイスなどが使用され、操作者（オペレータ）は入力部１１２を介してＧＵＩを操作する。表示部１１３は、監視カメラ１０１で撮像された映像、および操作ユニット１２５の操作者（オペレータ）の操作を案内するＧＵＩを表示する。

［第１の実施形態］
次に、図３乃至図７を参照して、第１の実施形態における制御方法（撮像素子１０３のあおり制御）について説明する。図３は、本実施形態における制御方法のフローチャートである。まず、Ｓ３０１において、ユーザが入力部１１２を介して指定したピントを合わせたい面を設定する。次に、Ｓ３０２において、制御部１２２は、指定された面にピントを合わせるために、あおり制御を行う必要があるかを判定する。例えば、Ｘ軸方向（またはＹ軸方向）に延びるように、ピントを合わせたい面が広がっている場合はあおり制御が必要となる。ピントを合わせたい面が狭い範囲である場合は、フォーカスレンズ群１０２を駆動させることにより、ピントを合わせればよい。制御部１２２は、あおり制御を行う必要があると判定した場合（Ｓ３０２でＹＥＳ）、Ｓ３０４において、レンズ鏡筒１０４をローテーションさせる必要があるか判定する。レンズ鏡筒１０４をローテーションさせる必要があると判定された場合（Ｓ３０４でＹＥＳ）、図４に示すフローへと進む。レンズ鏡筒１０４をローテーションさせる必要がないと判定された場合（Ｓ３０４でＮＯ）、通常のあおり制御を行う。なお、通常のあおり制御とは、図４のＳ４０６−Ｓ４１１の処理である。また、あおり制御を行う必要があると判定しなかった場合（Ｓ３０２でＮＯ）、Ｓ３０３において、フォーカスレンズ群１０２を駆動する。

次に、Ｓ３０４において、レンズ鏡筒１０４をローテーションさせる必要があると判定された場合の処理について、図４乃至図７を参照して説明する。図４は、本実施形態における制御方法のフローチャートである。図５は、あおり制御前の映像を示す図である。図６は、２線の交点を説明するための図である。図７は、レンズ鏡筒をローテーションした後の映像を示す図である。ここでは、図５に示すスタンド５０２にピントを合わせる処理について説明する。スタンド５０２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方に対して傾斜しているため、このままの状態であおり制御を行ってもピントが合わない。

そこで、まず、スタンド５０２の領域で実空間において平行な２本の直線を指定する（Ｓ４０２）。線５０６、線５０７はスタンド５０２の上下端であり、映像上は遠近法により平行でないが、実空間においては、平行な２本の直線である。また、線５０４，線５０５は、スタンド５０２の左右端であり、映像上は遠近法により平行でないが、実空間においては平行な２本の直線である。どちらの２本の直線を指定してもよいが、指定する２本の直線は撮像素子１０３をあおることにより深度が拡大する方向（方向５０８）に対して垂直な線であるほうがより望ましい。つまり、図５の場合、スタンド５０２は撮像素子１０３の長辺側の方が深度の拡大を必要とするので、撮像素子１０３の短辺側の線５０４、線５０５を指定する。指定方法は、ユーザが入力部１１２によって画面上で線を描画し、線の座標位置を受け付けるのでもよいし、映像から自動で２線を判定するのでも構わない。なお、自動判定時は線５０６、線５０７および、線５０４，線５０５のうち、線の長さが短い方を選ぶとよい。

次に選択した２本の直線を延長し、２線の交点位置を求める（Ｓ４０３）。図６に示すように、線５０４、線５０５を延長し、交点６０３の位置を算出する。交点６０３は、遠近法により位置が決まる消失点である。遠近法により、本来平行の線５０４、線５０５が平行でなくなったことにより発生する。図５の状態では、あおり軸は３１０の位置にある。あおり軸３１０が消失点を通過していない場合、あおり軸３１０とスタンド５０２の線５０４，線５０５が角度をなしており、あおり調整ができない。そこで、ローテーション制御部１２０は、レンズ鏡筒１０４を回転させることで、あおり軸３１０が消失点（交点６０３）を通過するようにする。具体的には、制御部１２２は、交点６０３と撮像素子１０３の中心Ａを結ぶ線とあおり軸３１０のなす角度（ローテーション角度）を算出する（Ｓ４０４）。そして、算出されたローテーション角度になるように、ローテーション制御部１２０は、レンズ鏡筒１０４をさせる（Ｓ４０５）。このときの撮影範囲は、図５から図７のように回転した映像になる。

次に、通常のあおり制御（Ｓ４０６−Ｓ４１１）を行う。まず、Ｓ４０６で評価領域３５０を設定する。評価領域３５０は、例えば、図７に示すように、スタンド５０２内を複数に分割して設定する。なお、各評価領域は、１つの画素で構成されてもよいし、複数の画素で構成されてもよい。Ｓ４０７では、あおりスキャンを行う。あおりスキャンとは、撮像素子１０３のあおり角を変更しながら、ステップＳ４０６で設定された評価領域ごとに、コントラストに関する評価値を取得する制御である。評価値は、所定の撮影シーンの中の所定の評価領域において得られるコントラストに関する評価値である。評価値ピークは、評価値のうちの最大値である。評価値が得られる評価領域において、評価値ピークが得られるあおり角が最もピントが合うあおり角である。

Ｓ４０８では、Ｓ４０７で得られた各評価領域における最適あおり角を保持する。Ｓ４０９では、Ｓ４０８で保持された各評価領域における最適あおり角に基づいてあおりピント面を検出する。同一平面内では最適あおり角が一致することを利用し、各評価領域における最適あおり角が互いに一致するかどうかの判定を行う。最適あおり角が最も多く一致する領域があおりピント面として検出される。Ｓ４１０では、Ｓ４０９で得られた最多一致角度範囲を保持する。Ｓ４１１では、あおり制御部１１９は、Ｓ４１０で保持された最多一致角度範囲内のあおり角となるように、撮像素子１０３を駆動させるあおり制御を行う。なお、各評価値がピークを取る角度が一致しない場合は、各評価値のピーク角度の平均値を用いる。

次に、Ｓ４１２において、画像回転部１１０は、撮像素子１０３をローテーションした角度分、映像を電子的に逆回転させる。これにより、映像の回転位置をもとの状態（５０１）に戻すことができる。もとに戻した映像は５０１の映像と同じ回転角度になる。ただし電子回転させる際、映像５０１内の一部を切り出し、その部分を拡大させるため、映像の画角は狭まる。

以上のように、あおり軸が１軸であってローテーション機構を備える監視カメラの方が、あおり軸を２軸備える監視カメラに比べて、容易にあおり軸に対して角度を有する斜面にピントを合わせることができる。

［第２の実施形態］
次に、図８および図９を参照して、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、レンズ鏡筒１０４のローテーション角度を算出する方法が第１の実施形態とは異なる。第２の実施形態では、ピントを合わせたい面のある２点を指定してローテション角度を算出する。図８は、第２の実施形態の処理のフローチャートを示す。図９は、２点の指定位置を示す図である。第２の実施形態では、図４のＳ４０２−Ｓ４０４が下記の処理に置き換わる。

第２の実施形態では、図９に示すスタンド８０３にピントを合わせる処理について説明する。スタンド８０３は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方に対して傾斜しているため、このままの状態であおり制御を行ってもピントが合わない。

そこで、まず、スタンド８０３の領域で実空間において平行な２本の直線上のうち、いずれか１本の直線上の２点を指定する（Ｓ９０２）。映像上は遠近法により平行でないが、スタンド８０３の左右端である線８０８、線８０５および、スタンド８０３の上限端である線８１０、線８１１は実空間においては平行である。線はセンサをあおることにより深度が拡大する方向（方向８０９）に対して垂直な線であるほうが望ましいため、線８０８、線８０５のうちのいずれかを指定する。ここでは、線８０５を指定し、さらに、線８０５上の２点８０１、８０２を指定する。指定するのはユーザが画面上で線を描画し、入力部１１２で点の座標位置を受け付けるのでもよいし、映像から自動で２点を判定するのでも構わない。また点の数は２点以上でも構わない。

次に、指定した２点の座標を算出する（Ｓ９０３）。指定した２点の座標は、測距センサ１２３によって、点８０１、点８０２とカメラとの距離を計測することで算出される。または、フォーカスレンズ１０２によって、点８０１、点８０２に合焦させ、合焦位置情報からそれぞれの距離を測定してもよい。なお、点の大きさは合焦できるだけの大きさである必要がある。

次に、点８０２を通過するあおり軸と平行な基準面８０７と、点８０１を面８０７に垂直に投影した点８０６の座標を算出後（Ｓ９０４）、点８０１、点８０２、点８０６の三角形のなす角８０５を算出する（Ｓ９０５）。なす角８０５があおり軸と傾斜しているスタンド８０３との傾斜角、すなわち、ローテーション角度となる。以後のフローは、図４のＳ４０５−Ｓ４１２と同じフローを実行する。

以上のように、あおり軸が１軸であってローテーション機構を備える監視カメラの方が、あおり軸を２軸備える監視カメラに比べて、容易にあおり軸に対して角度を有する斜面にピントを合わせることができる。

１０１ 撮像装置
１０２ フォーカスレンズ群
１０３ 撮像素子
１０４ レンズ鏡筒
１０５ あおり駆動部
１０６ Ａ／Ｄ変換部
１０７ 画像処理部
１０９ メモリ部
１１０ 画像回転部
１１１ 圧縮伸長部
１１２ 入力部
１１３ 出力部
１１４ ＩＦ部
１１７ ローテーション駆動部
１１８ レンズ制御部
１１９ あおり制御部
１２０ ローテーション制御部
１２１ 演算処理部
１２２ 制御部
１２３ 測距センサ

Claims (5)

1. 撮像光学系の光軸に直交する面に対してあおり軸を中心として撮像素子を傾斜させるあおり駆動部と、
   前記撮像光学系を光軸の周りに回転させるローテーション駆動部と、
   前記撮像光学系の回転角度を算出する角度算出部と、
   前記角度算出部の算出結果に基づいて前記撮像光学系を回転させた後、前記撮像素子を傾斜させて所定の面に焦点が合うように、前記ローテーション駆動部および前記あおり駆動部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記角度算出部は、前記所定の面上の２本の直線の交点と前記撮像素子の中心を結ぶ線と前記あおり軸のなす角度より前記回転角度を算出することを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御部は、前記所定の面上の２本の直線の交点を前記あおり軸が通過するように前記撮像光学系を回転させ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. 前記角度算出部は、前記所定の面上の直線上に位置する２点の位置と、前記あおり軸と平行な基準面から、前記２点が通過する直線と前記基準面とのなす角度を算出することで前記回転角度を算出することを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記撮像光学系を光軸の周りに回転させた量に基づいて映像を電子的に逆回転させる画像回転部を備え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。

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