JP3204389B2 - 超高感度撮像装置の感度可変システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＣＣＤ素子のよ
うな固体撮像素子を使用する高感度撮像装置における遠
隔ズーム操作時ならびに旋回台の遠隔操作時に「蓄積時
間感度アップ方式」を優先する「解像度優先感度アップ
シーケンス」管理から「マスタゲイン制御方式」を優先
する「動き優先感度アップシーケンス」管理に切り替え
て、「蓄積時間制御感度アップ方式」による残像に起因
する目的被写体の画面表示の欠落ならびに合焦の困難性
の発生を未然に防止するようにした超高感度撮像装置の
感度可変システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来ＣＣＤ素子を使用した超高感度撮像
装置は、夜間などの被写体が低照度のときにも、自動的
に撮像感度を上げて被写体の撮像を可能にする機能を備
えている。このような超高感度撮像装置における撮像感
度を制御する技術に関して、たとえば、特開平０２−２
６６６７５号公報には、固体撮像装置の自動感度制御回
路における固体撮像素子の電荷蓄積時間を複数フィール
ドごとに変化させて感度制御を行なうことにより、映像
出力信号のちらつきや、感度制御誤差を抑制することが
できることが開示されている。

【０００３】また、ＣＣＤを光感度が可変設定される感
度可変素子により形成し、アイリス信号に基づく入射光
量と決定されたシャッタ速度により撮影照度状態を判別
し、その判別結果に応じた最適光度を決定して、感度制
御部により光感動切替信号をＣＣＤ素子の駆動回路に供
給することが特開平０７−２３２７８号公報に開示され
ている。さらに、固体撮像素子に感度可変機能を付加し
た固体撮像装置が特開平０４−２９３３７２号公報に開
示されている。この公報の場合には、感度可変機能を有
する固体撮像素子の読み出し信号と目標レベルを含むハ
イレベルとローレベルの２つの基準信号とを比較して、
読み出し信号が両レベルの範囲内に入るように制御信号
を形成し、読み出し信号レベルが不感帯に入ると、自動
利得制御回路の動作を有効として、読み出し信号のレベ
ルを目標レベルに一致させるようにしている。

【０００４】特開平０６−２６１２５５号公報には、感
動倍率が変動した場合に、輝度信号を所定の白色レベル
付近に安定させるために、高感度モードの倍率を変動さ
せるための感度アップ信号、感度ダウン信号の出力を決
定する基準値を感度の倍率によって変動させ、高感度倍
率を変化させたときに、輝度信号を所定の白色レベル付
近で触れるように安定化させることが開示されている。
このように従来の超高感度撮像装置においても、ＣＣＤ
素子の撮像感度調整を可能にしているのが一般的である
が、上述のように夜間などの低照度時において、この低
照度に対応する感度調整を行うと、感度アップに起因し
て画面がノイズでざらつき、モニタを行う人が目の疲労
を覚える。

【０００５】そこで、モニタをする人の負担を軽減する
ために、画面のノイズの少ない感度アップ方式であるＣ
ＣＤ素子の電荷の蓄積時間を制御する「蓄積時間制御感
度アップ方式」によりＣＣＤ素子の撮像時間を通常の１
／６０秒より長い時間蓄積を行う方式が採られる場合が
ある。この「蓄積時間制御感度アップ方式」は、被写体
が低照度によりＣＣＤ素子が感度不足になると、超高感
度撮像装置に設けられているタイミングジェネレータに
よりＣＣＤ素子を駆動するタイミングを変えてＣＣＤ素
子の撮像感度を上げるように調整するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この
「蓄積時間制御感度アップ方式」によるＣＣＤ素子の撮
像感度アップ時に動きのある被写体では、モニタ画面上
に残像が多くなり、被写体の確認を行うのが困難になる
という課題がある。また、高感度撮像装置を遠隔操作で
旋回する旋回台に設置して遠隔操作で旋回させる場合、
および遠隔操作で動作するズームレンズでズーミングを
行うと、夜間などの被写体が低照度のときに、上記と同
様にモニタ画面に残像が多くなる状態が起こり、目的の
被写体に高感度撮像装置を旋回させ、かつズームレンズ
のズーミングをしながら目的の被写体を撮像する場合
に、画角、焦点を遠隔操作で合わせることが困難になる
という課題がある。

【０００７】この発明は、上記従来の課題を解決するた
めになされたもので、被写体の照度低下時に「蓄積時間
制御感度アップ方式」を優先する「解像度優先感度アッ
プシーケンス」への感度アップシーケンスの変更ととも
に、感度アップ値も変更するようにして、感度不足が生
じることなく、シーケンスの変更を可能にすることがで
き、画角と、焦点を遠隔操作で容易に合わせることがで
きる超高感度撮像装置の感度可変システムを提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の超高感度撮像装置の感度可変システム
は、ズームレンズを透過した被写体の反射光を受光して
電気信号に変換する固体撮像素子を主体に構成される高
感度撮像装置と、前記高感度撮像装置に設けられ、前記
固体撮像素子の撮像時間を通常より長い時間蓄積を行な
う「蓄積時間制御感度アップ方式」を優先する「解像度
優先感度アップシーケンス」および通常の感度アップで
ある「マスタゲイン制御方式」を優先する「動き優先感
度アップシーケンス」を管理するタイミングジェネレー
タと、前記高感度撮像装置に設けられ、前記固体撮像素
子から得られるカラー信号のタイミング処理を行うプロ
セス処理回路と、前記高感度撮像装置を搭載して遠隔操
作で旋回する旋回台と、前記旋回台の遠隔操作時の操作
を行なう旋回台遠隔操作手段と、前記ズームレンズの遠
隔ズーム操作を行なうズームレンズ遠隔操作手段と、前
記固体撮像素子の撮像時間を通常より長い時間蓄積を行
なう「蓄積時間制御感度アップ方式」を優先する「解像
度優先感度アップシーケンス」で自動的に感度アップを
切り替えている状態時に前記旋回台遠隔操作手段による
遠隔操作信号および前記ズームレンズ遠隔操作手段によ
る遠隔操作信号を検出して制御信号を出力する信号検出
部と、前記高感度撮像装置に設けられ、前記制御信号に
より前記タイミングジェネレータから前記固体撮像素子
に対する前記「解像度優先感度アップシーケンス」処理
による感度アップ値を受け取って前記プロセス処理回路
に渡し、かつ前記タイミングジェネレータおよび前記プ
ロセス処理回路に対して前記固体撮像素子の感度アップ
制御が前記「解像度優先感度アップシーケンス」から前
記「動き優先感度アップシーケンス」に切り替えるよう
に制御する感度制御部とを備えることを特徴とする。

【０００９】この発明によれば、旋回台にズームレンズ
を装着した高速度撮像装置を搭載し、夜間時などのよう
に被写体の照度が低下した状態で、タイミングジェネレ
ータにより固体撮像素子に対して駆動するタイミングを
変えて固体撮像素子の撮像時間を通常より長い時間蓄積
を行う「蓄積時間制御感度アップ方式」を優先する「解
像度優先感度アップシーケンス」で自動的に感度アップ
を切り替える。この状態で、被写体に対する画角と、合
焦を行うために、旋回台遠隔操作手段の遠隔操作により
旋回台を旋回させるとともに、ズームレンズ遠隔操作手
段の遠隔操作によりズーミングを行うことにより、旋回
台遠隔操作手段の遠隔操作信号と、ズームレンズ遠隔操
作手段の遠隔操作信号とを信号検出部で検出する。この
信号検出部から出力される制御信号が高感度撮像装置の
感度制御部に入力されることにより、感度制御部は固体
撮像素子に対する「解像度優先感度アップシーケンス」
処理中のタイミングジェネレータから感度アップ値を受
け取ってプロセス処理回路に転送し、固体撮像素子の感
度アップ制御を「解像度優先感度アップシーケンス」か
ら「動き優先感度アップシーケンス」に切り替える。

【００１０】したがって、この発明では、被写体の低照
度時に「解像度優先感度アップシーケンス」処理中に、
旋回台とズームレンズの遠隔操作を行っても、感度アッ
プシーケンスの変更に伴う感度不足が起こらず、画角、
焦点合わせを遠隔操作で容易に行うことができ、画面ノ
イズの少ない状態でモニタすることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明による超高感度撮
像装置の感度可変システムの実施の形態について図面に
基づき説明する。図１はこの発明の第１実施の形態の構
成を示すブロック図である。この図１において、高感度
撮像装置１には、ズームレンズ２が装着されている。高
感度撮像装置１は旋回台３上に設置され、この旋回台３
を後述する旋回台遠隔操作手段８による遠隔操作により
旋回が可能になっている。

【００１２】高感度撮像装置１内には、前記ズームレン
ズ２に対応して固体撮像素子としてのＣＣＤ素子１０が
配設されている。ＣＣＤ素子１０は、ズームレンズ２を
透過した被写体からの反射光を受光してＣＣＤ素子１０
の面上に結像させ、電荷を蓄積する。また、高感度撮像
装置１内には、信号発生器１５とタイミングジェネレー
タ１５が設けられている。信号発生器１５で一定間隔で
発生する信号をタイミングジェネレータ１５に出力する
ことにより、このタイミングジェネレータ１５でＣＣＤ
素子１０の撮像感度を「蓄積時間制御感度アップ方
式」、「マスタゲイン制御方式」、「ＣＣＤ画素加算制
御方式」に対応するように、タイミング信号を発生して
垂直ドライバ１４が駆動され、ＣＣＤ素子１０に蓄積さ
れている電荷を１ラインごとに取り出して光電変換され
た電気信号をカラー信号処理回路１に転送するようにな
っている。カラー信号処理回路１１は輝度信号と色差信
号を合成してプロセス処理回路１２に出力するようにな
っている。

【００１３】前記ズームレンズ２はズームレンズ遠隔操
作手段９を操作することにより、遠隔操作でズーミング
を行うことができるようになっており、このズームレン
ズ遠隔操作手段９を操作することにより、遠隔操作信号
がバッファアンプ７を通してズームレンズ２に出力し
て、このズームレンズ２のズーミング駆動を行うように
なっている。同様にして、前記旋回台３も上述のよう
に、旋回台遠隔操作手段８の遠隔操作により旋回動作を
行うことができるようになっている。旋回台遠隔操作手
段８を操作することにより、遠隔操作信号がバッファア
ンプ６を通して旋回台３に出力し、この旋回台３の旋回
動作が可能になっている。旋回台３が旋回動作を行うこ
とにより、旋回台３に取り付けられた高感動撮像装置１
が旋回台３とともに、旋回するようになっている。

【００１４】前記バッファアンプ６，７の出力信号は信
号検出部５に送出されるようになっている。信号検出部
５はこのバッファアンプ６，７にそれぞれ旋回台遠隔操
作手段８の操作による遠隔操作信号と、ズームレンズ遠
隔操作手段９による遠隔操作信号が入力されているか、
否かを検出し、これらのバッファアンプ６，７にそれぞ
れ遠隔操作信号が入力されていることを検出すると、制
御信号１８を前記高感度撮像装置１内に設けられている
感度制御部１７に出力するようになっている。感度制御
部１７はこの制御信号１８を入力の有無により、ＣＣＤ
素子１０の撮像時間を通常の１／６０秒より長い時間蓄
積を行う「蓄積時間制御感度アップ方式」または通常の
感度アップ方式である「マスタゲイン制御方式」および
「ＣＣＤ画素加算方式」に切り替えるようにしている。

【００１５】すなわち、感度制御部１７は、信号検出部
５からの制御信号１８が入力されている場合には、「蓄
積時間制御感度アップ方式」から「マスタゲイン制御方
式」および「ＣＣＤ画素加算方式」に切り替えるように
している。この切替えを行うに際して、感度制御部１７
は、タイミングジェネレータ１５により現在垂直ドライ
バ１４に出力しているタイミング信号、すなわち、ＣＣ
Ｄ素子１０の撮像感度値を読み取ってプロセス処理回路
１２に出力するとともに、タイミングジェネレータ１５
およびプロセス処理回路１２に対して、「蓄積時間制御
感度アップ方式」から「マスタゲイン制御方式」および
「ＣＣＤ画素加算方式」に切り替えるようにしている。
また、プロセス処理回路１２の出力信号はエンコーダ１
３に送出されるようになっている。エンコーダ１３はプ
ロセス処理回路１２の出力信号を符号化して映像出力１
９をモニタ４に出力するようになっている。

【００１６】次に、以上のように構成されたこの第１実
施の形態の動作について説明する。高感度撮像装置１に
は、ズームレンズ２が取り付けられ、旋回台３に旋回可
能なように高感度撮像装置１が取り付けられているもの
とする。この状態で、信号発振器１６から一定間隔、す
なわち、一定周波数の信号がタイミングジェネレータ１
５に出力される。いま、高感度撮像装置１が通常の照度
の被写体を撮像している状態において、夜間などの低照
度の被写体の撮像に切り替わる状況になると、高感度撮
像装置１固有の自動的に撮像感度を上げる機能により、
ＣＣＤ素子１０の撮像感度を上げるために、「蓄積時間
制御感度アップ方式」を優先する「解像度優先感度アッ
プ方式」に切り替わっているとする。

【００１７】この状態において、モニタを行う人の旋回
台遠隔操作手段８を操作することにより、バッファアン
プ６を通して遠隔操作信号が旋回台３に出力されると同
時に信号検出回路５にも出力される。この旋回台３に遠
隔操作信号が送出されることにより、旋回台遠隔操作手
段８の操作量に応じて旋回台３が旋回される。この旋回
台３の旋回に伴い、高感度撮像装置１も旋回される。

【００１８】高感度撮像装置１の旋回の前、あるいは旋
回後、さらには同時にズームレンズ遠隔操作手段９を操
作することにより、ズームレンズ２の遠隔操作信号がバ
ッファアンプ７を通してズームレンズ１２に送出される
と同時に、信号検出部５にも送出される。ズームレンズ
２に遠隔操作信号が送出されることにより、その操作量
に応じてズームレンズ２のズーミングが遠隔操作され
る。このように、遠隔操作による高感度撮像装置１の旋
回とズームレンズ２のズーミング時に信号検出部５はこ
れらの遠隔操作信号を検出することにより、制御信号１
８を感度制御部１７に出力する。

【００１９】感度制御部１７は制御信号１８を入力する
ことにより、現在のＣＣＤ素子１０の撮像の感度アップ
値、すなわち、「蓄積時間制御感度アップ方式」を優先
する「解像度優先感度アップシーケンス」を管理するの
に対応する感度アップ値をタイミングジェネレータ１５
が読み取り、この感度アップ値をプロセス処理回路１２
に出力する。これと同時に、タイミングジェネレータ１
５に対して感度度制御部１７は通常の感度アップ方式で
ある「マスタゲイン制御方式」を優先する「動き優先感
度アップシーケンス」を管理する感度アップ値に対応す
るプロセスのタイミングに切り替えるように制御する。

【００２０】このプロセスのタイミングに切替制御され
たタイミングジェネレータ１５は信号発生器１６からの
信号を「マスタゲイン制御方式」を優先する「動き優先
感度アップシーケンス」を管理するプロセスのタイミン
グに切り替えて、垂直ドライバ１４に出力する。これに
より、垂直ドライバ１４はこのタイミングでＣＣＤ素子
１０に蓄積された電荷をフィールドごとにカラー信号処
理回路１１に転送する。カラー信号処理回路１１は、Ｃ
ＣＤ素子１０から転送されてくる輝度信号と色差信号と
を合成し、プロセス処理回路１２に出力する。

【００２１】プロセス処理回路１２では、感度制御部１
７から「マスタゲイン制御方式」を優先する「動き優先
感度アップシーケンス」および「ＣＣＤ画素加算制御方
式」に切り替えて「蓄積時間制御感度アップ方式」での
感度アップ値を通常の感度アップ値に換算して設定され
た感度アップによるプロセスのタイミングで処理するよ
うに制御信号が入力されている。したがって、プロセス
処理回路１２は感度制御部１７の制御に基づき、カラー
信号処理回路１１から送出されるカラー信号をこのタイ
ミングに合わせてタイミング処理してエンコーダ１３に
出力する。エンコーダ１３はこのプロセス処理回路１２
の出力信号を符号化して映像出力１９をモニタ４に送出
する。

【００２２】このようにして、被写体の低照度時におい
て、「蓄積時間制御感度アップ方式」を優先する「解像
度優先感度アップシーケンス」を管理する状態のＣＣＤ
素子１０の感度アップ管理時に、ズームレンズ２の遠隔
操作と、旋回台３の遠隔操作を行っている場合は、瞬時
に「蓄積時間制御感度アップ方式」を優先する「解像度
優先感度アップシーケンス」を管理する状態から「マス
タゲイン制御方式」を優先する「動き優先感度アップシ
ーケンス」および「ＣＣＤ画素加算制御方式」に切り替
えているから、ＣＣＤ素子１０の撮像感度アップが行わ
れていながら残像がなくなる。したがって、画角と焦点
を遠隔で合せやすくすることが可能となる。

【００２３】ＣＣＤ素子１０の感度アップ切替え動作に
関して、上記のようにして、「蓄積時間制御感度アップ
方式」を優先する「解像度優先感度アップシーケンス」
を管理する状態から「マスタゲイン制御方式」を優先す
る「動き優先感度アップシーケンス」および「ＣＣＤ画
素加算制御方式」に切り替えた後に、「マスタゲイン制
御方式」を優先する「動き優先感度アップシーケンス」
および「ＣＣＤ画素加算制御方式」の状態から「蓄積時
間制御感度アップ方式」を優先する「解像度優先感度ア
ップシーケンス」を管理する状態に戻す場合には、マス
タゲイン制御方式」を優先する「動き優先感度アップシ
ーケンス」および「ＣＣＤ画素加算制御方式」に切り替
えた後に、所定時間経過してから、「蓄積時間制御感度
アップ方式」を優先する「解像度優先感度アップシーケ
ンス」を管理する状態に戻せば、画面ノイズの少ない状
態でモニタすることができる。

【００２４】なお、この発明は、固体撮像素子を利用し
たビデオカメラすべてに応用が可能である。したがっ
て、単板白黒／カラーカメラ、２板式／３板式カラーカ
メラ、赤外線カメラなどに利用できる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、夜間
などの被写体の低照度時に、「蓄積時間制御感度アップ
方式」を優先する「解像度優先感度アップシーケンス」
を管理する状態で固体撮像素子の感度アップを行ってい
るときに、旋回台遠隔操作と、ズームレンズ遠隔操作が
行われたことを信号検出部で検出し、感度制御部により
固体撮像素子の撮像感度を「蓄積時間制御感度アップ方
式」を優先する「解像度優先感度アップシーケンス」を
管理する状態から「マスタゲイン制御方式」を優先する
「動き優先感度アップシーケンス」および「ＣＣＤ画素
加算制御方式」に切り替えるようにしたので、固体撮像
素子の撮像感度アップが行われていながら残像がなくな
る。したがって、画角と焦点を遠隔操作で合せやすくす
ることが可能となるとともに、画面ノイズの少ない状態
でモニタすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による超高感度撮像装置の感度可変シ
ステムの第１実施の形態の構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１……高感度撮像装置、２……ズームレンズ、３……旋
回台、４……モニタ、５……信号検出部、６、７……バ
ッファアンプ、８……旋回台遠隔操作手段、９……ズー
ムレンズ遠隔操作手段、１０……ＣＣＤ素子、１１……
カラー信号処理回路、１２……プロセス処理回路、１３
……エンコーダ、１４……垂直ドライバ、１５……タイ
ミングジェネレータ、１６……信号発生器、１７……感
度制御部、１８……制御信号、１９……映像出力。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/225 H04N 5/235 H04N 5/335

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ズームレンズを透過した被写体の反射光
   を受光して電気信号に変換する固体撮像素子を主体に構
   成される高感度撮像装置と、 前記高感度撮像装置に設けられ、前記固体撮像素子の撮
   像時間を通常より長い時間蓄積を行なう「蓄積時間制御
   感度アップ方式」を優先する「解像度優先感度アップシ
   ーケンス」および通常の感度アップである「マスタゲイ
   ン制御方式」を優先する「動き優先感度アップシーケン
   ス」を管理するタイミングジェネレータと、 前記高感度撮像装置に設けられ、前記固体撮像素子から
   得られるカラー信号のタイミング処理を行うプロセス処
   理回路と、 前記高感度撮像装置を搭載して遠隔操作で旋回する旋回
   台と、 前記旋回台の遠隔操作時の操作を行なう旋回台遠隔操作
   手段と、 前記ズームレンズの遠隔ズーム操作を行なうズームレン
   ズ遠隔操作手段と、 前記固体撮像素子の撮像時間を通常より長い時間蓄積を
   行なう「蓄積時間制御感度アップ方式」を優先する「解
   像度優先感度アップシーケンス」で自動的に感度アップ
   を切り替えている状態時に前記旋回台遠隔操作手段によ
   る遠隔操作信号および前記ズームレンズ遠隔操作手段に
   よる遠隔操作信号を検出して制御信号を出力する信号検
   出部と、 前記高感度撮像装置に設けられ、前記制御信号により前
   記タイミングジェネレータから前記固体撮像素子に対す
   る前記「解像度優先感度アップシーケンス」処理による
   感度アップ値を受け取って前記プロセス処理回路に渡
   し、かつ前記タイミングジェネレータおよび前記プロセ
   ス処理回路に対して前記固体撮像素子の感度アップ制御
   が前記「解像度優先感度アップシーケンス」から前記
   「動き優先感度アップシーケンス」に切り替えるように
   制御する感度制御部と、 を備えることを特徴とする超高感度撮像装置の感度可変
   システム。
2. 【請求項２】 前記信号検出部は、第１のバッファアン
   プを通して前記旋回台遠隔操作手段の遠隔操作信号の検
   出を行うことを特徴とする請求項１記載の超高感度撮像
   装置の感度可変システム。
3. 【請求項３】 前記信号検出部は、第２のバッファアン
   プを通して前記ズームレンズ遠隔操作手段の遠隔操作信
   号の検出を行うことを特徴とする請求項１記載の超高感
   度撮像装置の感度可変システム。
4. 【請求項４】 前記固体撮像素子は、被写体が低照度時
   に撮像時間を通常の１／６０秒よりも長い時間蓄積を行
   うことを特徴とする請求項１記載の超高感度撮像装置の
   感度可変システム。
5. 【請求項５】 前記固体撮像素子の感度アップの処理
   は、「蓄積時間制御感度アップ方式」を優先する「解像
   度優先感度アップシーケンス」を管理する状態から「マ
   スタゲイン制御方式」を優先する「動き優先感度アップ
   シーケンス」および「ＣＣＤ画素加算制御方式」に切り
   替えた後に、「マスタゲイン制御方式」を優先する「動
   き優先感度アップシーケンス」および「ＣＣＤ画素加算
   制御方式」の状態から「蓄積時間制御感度アップ方式」
   を優先する「解像度優先感度アップシーケンス」を管理
   する状態に戻す場合には、「マスタゲイン制御方式」を
   優先する「動き優先感度アップシーケンス」および「Ｃ
   ＣＤ画素加算制御方式」に切り替えた後に、所定時間経
   過してから、「蓄積時間制御感度アップ方式」を優先す
   る「解像度優先感度アップシーケンス」を管理する状態
   に戻すことを特徴とする請求項１記載の超高感度撮像装
   置の感度可変システム。
6. 【請求項６】 前記高感度撮像装置は、単板白黒／カラ
   ーカメラであることを特徴とする請求項１記載の超高感
   度撮像装置の感度可変システム。
7. 【請求項７】 前記高感度撮像装置は、２板式／３板式
   カラーカメラであることを特徴とする請求項１記載の超
   高感度撮像装置の感度可変システム。
8. 【請求項８】 前記高感度撮像装置は、赤外線カメラで
   あることを特徴とする請求項１記載の超高感度撮像装置
   の感度可変システム。
9. 【請求項９】 前記固体撮像素子は、ＣＣＤ素子である
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の
   超高感度撮像装置の感度可変システム。