JP3639498B2 - 監視カメラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
監視用ビデオカメラの露光制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来例について説明する。図３は、従来カメラのブロック図である。
【０００３】
まず、従来のカメラの構成について説明する。図３に示すように従来のカメラは、自動絞りレンズ1、ＣＣＤ2、ＣＣＤ駆動部3、電子アイリス制御部4、アイリス信号検出部5、映像信号処理部6、画像メモリ部7、及び制御部10から構成されている。
【０００４】
自動絞りレンズ1は、アイリス信号のレベルに応じてレンズ内の絞り羽根を制御し光量を自動制御するレンズである。ＣＣＤ2は、ＣＣＤエリアセンサーであり、レンズを通った光学像を、TV方式に準じた電気信号（ＣＣＤ出力）に変換する。ＣＣＤ駆動部3は、ＣＣＤ内の垂直ＣＣＤや水平ＣＣＤなどを駆動するための駆動パルス発生回路である。電子アイリス制御部4は、ＣＣＤの電子シャッタースピード制御回路でありＣＣＤの電子シャッターパルスによりＣＣＤの露光時間を制御する。アイリス信号検出部5は、ＣＣＤ出力から作られたＣＣＤの信号レベル（映像信号の明るさ）を表す信号を検出する部分である。映像信号処理部6は、ＣＣＤ出力信号に対して、この部分で各種信号処理を施し、最終的にはビデオ信号として出力する。画像メモリ部7は、長時間露光で欠落する映像信号を補間するため等に使用する画像メモリである。制御部10は、マイクロコンピュータで各ブロックからの信号を基に制御信号を出し、各ブロックをコントロールする。
【０００５】
次に、従来カメラの信号の流れについて説明する。入光された映像は自動絞りレンズ1を通り、ＣＣＤ2に入力される。ＣＣＤ2はＣＣＤ駆動部3の駆動パルスにより動作し、光信号を電気信号に変換してリセットパルスに基づいて１／６０秒ごとに雑音を含んだＣＣＤ出力を出力する。そしてそのＣＣＤ出力はアイリス信号検出部5及び映像信号処理部6に供給される。アイリス信号検出部5ではＣＣＤ2からのＣＣＤ出力から雑音を除去し、その雑音が除去されたＣＣＤ出力のレベルから光量を表すアイリス信号を作り、電子アイリス制御部4に供給される。アイリス信号は自動絞りレンズ1にも送られ、自動絞りレンズ１ではそのアイリス信号によりＣＣＤ出力が一定になるようレンズの絞りが制御される。映像信号処理部6では、ＣＣＤからのアナログ信号をＡ／Ｄ変換して所定の処理を行い最終的にＤ／Ａ変換して映像信号をＶＴＲ等の記録機器に出力する。また、制御部10の指示によりＣＣＤ出力がＡ／Ｄ変換された時点でその信号（映像信号）を画像メモリ7に記録する。なお、映像メモリ部の画像は所定時間毎に更新される。
【０００６】
このような従来の監視用ビデオカメラを、夜間の駐車場などで使用し、駐車した自動車の車体色やナンバープレートを読み取る必要がある場合、現状のＣＣＤを用いたカラーカメラでは入力される光の量が少ないため光感度が不足し、レンズ絞り値を開放値にし、且つＡＧＣゲインが最大となったとしても露光量不足となり、鮮明な画像が得られない場合が数多く見受けられる。このような場合、カメラの光感度を稼ぎ、明るく鮮明な画像を得る為には、例えばＣＣＤの電子シャッター機能を応用した、長時間露光を用いることで、不足する光感度を改善する方法がよく知られている。
【０００７】
これは、通常のＮＴＳＣ方式の場合、1フィールドの露光時間は１／６０秒であるが、露光量を増やす為に、露光時間を１／６０秒よりも長くしてやる手法である。このことにより、画像が間引かれ、欠落するフィールドが発生してしまう問題点が生じるが、画像メモリーなどを用いて画像を補完することで対応している。当然のことながら、１／３０秒、１／１５秒と露光時間を増やせば、画面はより一層明るくなり、自動車の車体色やナンバープレートを読み取ることが容易となってくる。
【０００８】
ここで、通常露光モード及び長時間露光モードの設定方法について説明する。監視カメラの画像の明るさは、普通、次の２つ方法で制御される。１．露光量を制御する（レンズ絞り（自動絞りレンズ）、電子シャッター速度（電子アイリス））２．ＡＧＣアンプゲインを制御する。画質を重視する場合、光量不足とならないようにし、ＡＧＣアンプゲインはなるべく抑え、Ｓ／Ｎの良い状態を保つことがポイントになる。従って、自動絞りレンズを使用し、長時間露光モード−ＯＦＦ時(通常露光モード)で、画面が暗く(アイリス信号が小さく)なった時は、ＡＧＣアンプゲインはなるべく抑え、自動絞りレンズの絞り羽根が開放でなければ、絞りを先に開けていく。つぎに、絞り羽根開放でも画面が暗ければ、止む終えずＡＧＣアンプゲインを上げていくといった動作を行う。逆に、画面が明るく(アイリス信号が大きく)なった時は、まず、ＡＧＣアンプゲインを下げていく。そしてＡＧＣアンプゲインが最小でも画面が明るければ、絞り羽根を絞っていくといった動作を行う。
【０００９】
次に、自動絞りレンズを使用し、長時間露光を設定する時であって、画面が暗く(アイリス信号が小さく)なった時には、ＡＧＣアンプゲインはなるべく抑え、まず自動絞りレンズの絞り羽根を開けていく。絞り羽根開放でも画面が暗ければ、ＡＧＣアンプゲインを上げていき、レンズの絞り羽根が開放で、かつＡＧＣアンプゲインを上げても光量が不足した場合、はじめて長時間露光モードに入る。この長時間露光モード時は、アイリス信号をイメージセンサー出力とは別制御とし、絞り羽根は開放で固定するようにする（レンズ絞りと電子シャッターの２重動作による誤動作防止）。そして、アイリス信号のレベルをあらかじめ設定された閾値と比較しながら、シャッタースピードを、通常の１／６０秒から、２倍(１／３０秒)、４倍(１／１５秒)と遅くし、画面の明るさ不足を補っていく。この時、ＡＧＣは、シャッタースピードの変化による明るさの急変を抑える役割をし、画面の明るさをなるべく一定に保つ役割を担うといった動作をおこなう。
【００１０】
逆に、長時間露光状態で、画面が明るく(アイリス信号が大きく)なった時には、最初に、長時間露光状態では絞り羽根は開放固定で、画面が明るい場合、まず、ＡＧＣアンプゲインを下げていく。ＡＧＣアンプゲインが下っても画面が明るければ、電子シャッタースピードを早くし、画面の明るさを抑えていく。この時、ＡＧＣは、シャッタースピードの急激な変化による明るさの急変を抑える役割をし、画面の明るさをなるべく一定に保つ役割を担う。電子シャッタースピードが１／６０秒となっても画面が明るい時、絞り羽根の開放固定を解除し、長時間露光モードから脱出する。そして、ＡＧＣアンプゲインを下げていく。ＡＧＣアンプゲインが最小でも画面が明るければ、絞り羽根を絞っていくといった動作を行う。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の方法では駐車中の自動車のように被写体が完全に静止していれば問題ないが、被写体が動いている場合には、露光時間の長さによる画像のブレが無視出来なくなり、画像は明るいが、流れてしまい、鮮明な画像が得られなずナンバープレートが読みとれない等の問題が発生する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、不法侵入者等を監視する監視カメラにおいて、光信号を電気信号へ変換するＣＣＤと、該ＣＣＤへ入力される光の量を調整するためのレンズ絞り手段と、前記ＣＣＤから出力される映像信号から高周波成分の量を検出する高周波成分検出手段と、制御手段とを備え、第１の露光時間の通常モードにおいて前記レンズ絞り手段によってレンズを解放しても所定の映像出力レベルが得られないとき前記制御手段によって前記第１の露光時間より長い第２の露光時間の長時間露光モードを設定し、該長時間露光モードにおいて前記高周波成分検出手段から高周波成分の量の低下を示す出力が前記制御手段で検出されたとき前記通常露光モードに切り換えるようにする。通常の露光モードでは暗くて十分な映像出力が得られないときにも、長時間露光モードでは十分な映像出力が得られることになり、この長時間露光モードが設定されているあいだに前記高周波成分検出手段で高周波成分の急激な低下が検出されたとき監視対象物が動いたと判断し、長時間露光モードから通常の露光モードへと移行するようにする。長時間露光モードでは監視対象物が停止しているときは鮮明な映像が得られると言う点で有利だが、監視対象物が動いているときは逆に映像がブレて全く何を表示しているのか判断できなくなる。このような場合は通常の露光モードにした方が後で監視対象物の判断が容易となるからである。
【００１３】
また、監視対象物が動いているか静止しているかを判断する動き検出手段を設け、前記長時間露光モードから通常の露光モードに移行したとき該動き検出手段により監視対象物が静止していると判断されたとき通常露光モードから長時間露光モードへ移行するようにする。監視対象物が一旦動いたが、もう既に停止している場合には、長時間露光モードの方が有利となるからである。
【００１４】
さらに、前記動き検出手段が輝度信号の変化を検出して監視対象物が動いているか静止しているかを判断するようにする。映像信号の高周波成分を検出する手法は検出映像のブレを検出するのに有利であり、監視対象物が動いているか否かは輝度信号を用いて行う方が有利なため通常露光モードから長時間露光モードへの判断はこの輝度信号を検出する動き検出手段を用いたものである。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の監視カメラにおいて、通常の露光モードから長時間露光モードの移行を許可するか否かの設定手段を備え、該設定手段によって長時間露光モードが設定されているときのみ長時間露光モードへ移行するようにする。そのため所定の映像出力レベルが得られないときでも、ユーザによって長時間露光モードが設定されていなければ長時間露光モードへは移行せず、通常の露光モードで監視が行われることになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について説明する。図１は、本実施例のカメラのブロック図であり、従来例と同一の部分については同一の符号を伏してその説明を省略し、異なる部分のみ説明をする。
【００１７】
図１に示すように、従来例で説明した図５と異なる部分は動き検出部8、映像信号の高周波成分検出部9を追加したところである。動き検出部8は、画像内に動き検出のエリアを設け、この部分の映像信号の輝度変化をフィールドごとに監視し、ある閾値以上の変化を検出した場合に、動きがあったと判断する。すなわち、動き検出部8では映像信号処理部6から画像メモリ部7に取り込まれた映像信号（一つ前タイミングで取られたの映像）と動き検出部8に入力された映像信号（現時点で取り込まれたデジタル信号）の共に監視エリアで囲まれた輝度信号を常に比較することによって動きがあったことを検出判断するものである。映像信号の高周波成分検出部9は、図２に示すように映像（映像信号処理部6で処理されＤ／Ａ変換された信号）の高周波成分を抽出（映像信号にハイパスフィルターを通過）し、高周波成分の評価値を決定することで、長時間露光時の画像のブレの量を検出するものである。すなわち、長時間露光モードで撮影中に監視対象が動くと急激に高周波成分が低下するということを利用して画像のぶれを検出判断するものである。なお、画面全体を監視するのでなく、監視エリアを設けたのは、監視部分と全く関係のないところでものの動き等があった場合誤動作をしてしまう恐れがあるからである。また、高周波成分検出部9のハイパスフィルターは監視カメラの種類（性能）によってカットする周波数が異なり、一般には２Ｍ〜４Ｍのフィルターが用いられる。
【００１８】
次に、本実施例のカメラの動作について説明する。本実施例のカメラには長時間露光モードを許可するか許可しないかをユーザが決定する選択スイッチがついている（図示せず）。ユーザによって長時間露光モードが設定されると、まず通常の露光モード（ＮＴＳＣでは１／６０秒に露光）に入り、ＣＣＤ2から所定レベルの出力が得られるよう自動絞りレンズ1を制御する。監視対象が暗くて十分な映像出力が得られない場合はアイリス信号検出部からのアイリス信号が小さくなり、レンズ絞り値を開放値にし、且つＡＧＣゲインが最大となったとしても露光量不足となったと制御部10が判断した場合に、自動的に長露光時間モードに入り、暗くても監視対象が静止していれば必要十分な画像を得ることができる。
【００１９】
ところが、監視対象が動いている場合や停止していた監視対象が動き始めると、長時間露光モードでは画像がブレてしまい、逆に監視対象が判別できず全く使いものにならない画像しか得られないものとなってしまう。そこで、長時間露光モードになった場合、映像信号の高周波成分検出部9で監視エリアからの映像信号の高周波成分を常に監視する。映像信号の高周波成分の急激な低下があった場合、監視対象が動いていると判断して長時間露光モードから通常の露光モードに移行する。すなわち、画像の動きを判断する手段には、従来からカメラのオートフォーカス機能でしばしば用いられてきた映像信号の高周波成分を検出する手法を用いる。監視対象が静止している場合、例えば駐車中の自動車が、フォーカスの合った状態で撮影されている場合、映像信号の高周波成分がその被写体のフォーカスの合った状態に応じた分布を持つ。これに対し、この自動車が動いた時、長時間露光による画像のブレが発生する為、映像信号の高周波成分が急激に低下することになる。この変化を、制御部10で判断し、通常の露光時間に切換えれば、画面は暗くはなるが、ブレの少ない画像が得られる。一方、露光時間を短くしているため映像信号の出力レベルは低いが、画像自体にはブレがないため、事後の画像処理をも含めて考えた場合には、鮮明な画像を得られる可能性が十分あり、有益となる。
【００２０】
次に、監視対象の動きが無くなれば逆に暗い場合長時間露光モードの方が鮮明な画像が得られるため、通常の露光モードから長時間露光モードへ移行させなければならない。このモード移行は動き検出部8で、画像メモリ7に取り込まれた画像と映像信号処理部6から入力された監視エリアの輝度信号との変化を検出し、変化がなければ監視対象が停止していると判断して長時間露光モードに移行し、変化があれば通常露光モードを維持するようにする。
【００２１】
ここで、動きの検出に高周波成分の低下と輝度信号の変化を使い分ける理由として、長時間露光モード時に、輝度信号の変化を検出する場合には、あらかじめカメラの画像に、ある大きさの監視エリアを設定し、このエリア内の輝度信号の変化が、あらかじめ設定した閾値よりも大きい場合に、アラーム信号を出力する、輝度信号の変化を検出し、アラームを出力する方法が知られている。この方法では、長時間露光で被写体が動き画像がブレた場合、画像が流れるだけであり、あらかじめ設定した検出エリアの輝度信号の変化量が閾値よりも少なく、アラーム信号が出力されない場合が発生する。これに対し、高周波成分は、画像がブレた場合には確実に変化し、アラームを出力できる。
【００２２】
次に、長時間露光モードでない(通常)時に、輝度信号の変化を検出する場合には、長時間露光−ＯＦＦ時で、ピントが合い続ける方向(遠近以外の方向)に被写体が動いた場合、シャッター速度が１／６０秒では、画像のブレも少なく、高周波成分の変化は少ない。このため、アラーム信号が出力されない場合が発生する。これに対し、画像のブレがなければ、輝度信号の変化を検出する方法は、大変有力だからである。
【００２３】
上述の本実施例の監視カメラの動作を図４のフローチャートに示す。本監視カメラの電源がＯＮされると、まず通常露光モードが設定される(S1)。次にＣＣＤから出力されるＣＣＤ出力のレベルが所定レベルにあるかチェックする(S2)。ＣＣＤ出力レベルが高いときはステップ１５に進み、出力レベルが所定値になるまで(S16)ステップ１５、ステップ１６を繰り返し、所定出力になれば処理を終了する。
【００２４】
ステップ３でＣＣＤ出力レベルが低ければステップ４に進みレンズ絞りを所定量だけ開け、ＣＣＤ出力が所定レベルになったか確認する(S5)。所定レベルになった場合は処理を終了し、所定レベルより低い場合はステップ６でレンズ絞りが解放状態になっているか確認し、なっていなければステップ４、ステップ５、ステップ６を繰り返す。ステップ６でレンズ絞りが解放になっているのにＣＣＤ出力レベルが低ければステップ７に進み露光時間を長くする。なお、電源立ち上げ時は一番短い露光時間が設定されている。ステップ８でＣＣＤ出力レベルが所定レベルになったか確認して所定レベルになれば処理を終了し、所定レベルにならなければステップ９に進み露光時間が１／６０秒になったか確認する。 露光時間が１／６０秒になっていなければステップ７、ステップ８、ステップ９を繰り返す。
【００２５】
ステップ９で露光時間が１／６０秒になっても所定のＣＣＤ出力レベルが得られないときは、ステップ１０に進みＡＧＣアンプの増幅率を上げる。ステップ１１でＣＣＤレベルが所定の出力レベルになったか確認し、所定のレベルになった場合には処理を終了し、所定のレベルになっていなければステップ１２でＡＧＣアンプの増幅率が所定増幅率になっているか確認する。所定の増幅率になっていなければステップ１０、ステップ１１、ステップ１２を繰り返す。ステップ１２でＡＧＣアンプの増幅率が所定レベルになってもＣＣＤ出力レベルが低いときステップ１３に進む。
【００２６】
ステップ１３ではユーザによって長時間モードが許可されているか確認し許可されていなければ処理を終了し、長時間モードが許可されていればステップ１４に進み、長時間露光モードを設定し、処理を終了する。なお、本実施例に監視カメラは当該動作を所定時間毎にステップの最初から繰り返す。
【００２７】
次に、長時間露光モードで監視対象物が動いたときの動作とその監視対象物がその後停止した場合に動作について図５のフローチャートを用いて説明する。長時間露光モードが設定されれば、映像信号の高周波成分検出部9で高周波成分の検出を行い、高周波成分の低下が検出されたとき(S21)、監視対象物が動いたとして通常露光モードに移行(S22)する。ステップ２１で高周波成分の低下が検出されなければ長時間露光モードを維持する。ステップ２２で通常露光モードに移行すれば、動き検出部8で輝度信号の変化を検出する(S23)。ステップ２３で輝度信号の変化が停止したことが観測されれば監視対象物が停止したとしてまた、長時間露光モードに戻る(S24)。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、監視用ビデオカメラを、夜間の駐車場等、レンズ絞り値を開放値にし、且つＡＧＣゲインが最大となったとしても露光量不足となるような照明下で撮影する場合、被写体に動きが無い場合は、長時間露光により明るく鮮明な画像が得られ、また被写体に動きがある場合は、自動的に通常の露光時間に切換えるカメラを実現できる。この露光時間の切換えにより、画面は暗くなるが、ブレのない画像が得られ、例えばビデオテ―プレコーダ等に記録された画像を用いて事後に画像処理することまで含めて考えた場合には、この画像処理により鮮明な画像を得られる可能性を十分に残すことになり、明るさのみで露光時間を判断するビデオカメラに比較して、監視用途として大変有益となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である監視カメラの構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の一実施例である監視カメラの映像信号高周波成分検出部の構成を示した図である。
【図３】本発明の一実施例である監視カメラで、長時間露光モードが設定されるまでの動作を示したフローチャートである。
【図４】本発明の一実施例である監視カメラで、監視対象物が動いて停止するまでの動作を示すフローチャート図である。
【図５】従来例の例の監視カメラの構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１ ：自動絞りレンズ
２ ：ＣＣＤ
３ ：ＣＣＤ駆動部
８ ：動き検出部
９ ：映像信号の高周波成分検出部
１０ ：制御部

Claims (2)

1. 監視カメラにおいて、
   光信号を電気信号へ変換するＣＣＤと、
   該ＣＣＤへ入力される光の量を調整するためのレンズ絞り手段と、
   前記ＣＣＤから出力される映像信号から高周波成分の量を検出する高周波成分検出手段と、
   前記ＣＣＤから出力される映像信号から輝度信号の変化を検出して被写体の動きを検出する動き検出手段と、
   制御手段と、
   を備え、
   第１の露光時間の通常露光モードにおいて前記レンズ絞り手段によってレンズを解放しても所定の映像出力レベルが得られないとき、前記制御手段によって前記第１の露光時間より長い第２の露光時間の長時間露光モードを設定し、該長時間露光モードで前記高周波成分検出手段から高周波成分の量の低下を示す出力が前記制御手段で検出されたとき前記通常露光モードに切り換えるとともに該通常露光モードで前記動き検出手段から被写体の動きが検出されないとき前記長時間露光モードに再び戻ることを特徴とする監視カメラ。
2. 請求項１の監視カメラにおいて、前記通常露光モードから前記長時間露光モードの移行を許可するか否かの設定手段を備え、該設定手段によって長時間露光モードが設定されているときのみ長時間露光モードへ移行することを特徴とする監視カメラ

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