JP4241912B2

JP4241912B2 - テレビジョンカメラ装置

Info

Publication number: JP4241912B2
Application number: JP2003055448A
Authority: JP
Inventors: 和広五十嵐
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2023-03-03
Also published as: JP2004266605A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビジョンカメラ装置に関し、特に、屋外に設置するカメラのカラー映像と近赤外白黒映像とを切り替えて撮像するテレビジョンカメラ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カラーテレビジョンカメラに用いるＣＣＤ等の撮像素子の感度特性は、通常４００ｎｍ〜９００ｎｍ位の波長領域であるが、撮像した画像の色再現性を人が見て、自然な画面となるように赤外カットフィルタを撮像素子の受光面の前面に配置し、近赤外領域の約７００ｎｍ以上の波長成分を除去している。
【０００３】
そのため、例えば、日中の明るく、可視光領域の４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長成分が多い時には良好なカラー画像が得られるし、また、このようなカラーテレビジョンカメラを監視用カメラに用いた場合、監視し易いカラー映像が得られる。しかし、雨の日や夕方の薄暗くなった時及び夜間等は、可視光成分が減少し、カラー画像が見づらくなるし、また、監視のための侵入者等の監視がしづらくなるという問題が発生する。
【０００４】
また、自動利得制御(以下、ＡＧＣと略称する)による感度向上や、フレームメモリを用いた画像蓄積による感度向上を行なう場合もある。しかし、ＡＧＣによる感度向上の場合には、Ｓ／Ｎ比の低下という短所がある。また画像蓄積動作による感度向上をするためには、画像蓄積期間を長くする必要がある。しかし、画像蓄積期間を長くすると動きの速い被写体を撮像したときにブレが生じてしまうという短所がある。従って、画像の品質を保つためには、むやみにＡＧＣゲインを上げたり、画像蓄積期間を長くすることはできない。
【０００５】
これらを改善する方法の一つとして、近赤外領域光まで感度がある撮像素子を用いて明るいときは、色再現性を重視するため、赤外カットフィルタを撮像素子の全面に付けてカラー映像を撮像し、暗くなると自動または手動で赤外カットフィルタを外して、近赤外領域の波長成分をも利用した白黒映像を得るテレビジョンカメラ装置がある（例えば、特許文献１および２参照）。また感度を上げるため近赤外領域用の照明を照射するカメラもある。さらに、上述のＡＧＣや画像蓄積動作を補助的に組み合わせた場合でも、ＡＧＣゲインや画像蓄積を低く抑えることで、前述のＳ／Ｎ比の低下等を極力少なくする方法も取られている。
【０００６】
而して、上述のように赤外カットフィルタを自動または手動で切替える場合、その切替タイミングが問題になる。特に赤外カットフィルタを取り外して近赤外照明を照射した場合、赤外カットフィルタを挿入してカラー映像を撮像した時よりも輝度レベルが高くなることもある。従って、輝度レベルを検出してフィルタを切り替える方式の場合は、赤外カットフィルタを取り付けカラー映像に戻してしまうことがあるが、カラー映像に戻ると、また輝度レベルが低いため再び白黒映像に切り替えられる。この動作を繰り返してしまうこととなる。すなわち、カラー映像と白黒映像が交互に入れ替わる、所謂、ハンチングが起こることとなる。このハンチングを防ぐために、従来の輝度レベルの変化を検出する方式では一度白黒映像に切り替わったら、しばらくカラー映像に切り替わらないようにヒステリシスを多く持たせて白黒映像からカラー映像に切り替わりにくくする方法や所定の明るさを判断するために撮像素子の受光面の一部に赤外線カットフイルタを取付け、赤外線カットフイルタを通して得られる白黒信号と、赤外線カットフイルタ以外の部分から得られる白黒信号をマイコンで演算し、ハンチングが起こらないように制御する方法（例えば、特許文献３参照）がある。
【０００７】
また、監視用カメラ（例えば、特許文献４参照）として、太陽光や室内照明で撮影する第１の撮影モードと被写体に赤外光を照射して撮像する第２の撮像モードを具え、時刻設定したタイマーで第１と第２の撮像モードを切替える技術が記載されている。
【０００８】
更に、本発明者が先に出願したテレビジョンカメラ装置（特願２００２−２８０７２５：出願日平成１４年９月２６日）には、赤外カットフイルタの出し入れによるハンチングを防止するために日の出か、日没かの情報を含むタイマーにより切替える技術が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２３９３５６号公報（第４頁、図１）
【特許文献２】
特開２００１−７５１４０号公報（第３−４頁、図１−３）
【特許文献３】
特開２００２−１３５７８８号公報（第４頁、図１、４）
【特許文献４】
特開２０００−２３５２１２号公報（第３頁）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した日の出や日没の時刻は、一年中変化するし、また、経度と緯度によっても異なる。更に、平地か高地かによっても異なるため、テレビジョンカメラ装置の設置する場所によって、これらを個々に設定する必要があるが、これは極めて煩雑であり、また、保守や点検においても容易ではない。また、上記特許文献３で説明した赤外カットフイルタの出し入れによるハンチングを防止するためには、特殊な構造の赤外カットフイルタが必要になり、また、その制御回路も複雑になる。また、ヒステリシスを大きくすると暗くなってもカラー映像の状態を保持し続けたり、明るくなっても白黒映像の状態を保持し続けたりすることがある。
【００１１】
本発明の目的は、上記欠点を除去し、白黒映像とカラー映像が交互に出力されないようにするテレビジョンカメラ装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、一年を通じ、かつ、場所に応じて自動的に日の出や日没の時刻を検出し、白黒映像とカラー映像を切れかえるテレビジョンカメラ装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のテレビジョンカメラ装置は、被写体を撮像する撮像素子と、近赤外領域の波長成分を除去する赤外カットフィルタと、上記赤外カットフィルタを上記撮像素子の前面に出し入れする駆動機構と、上記撮像素子からの映像信号を処理する映像信号処理手段と、位置情報に基いた日の出および日没のデータテーブルを備えたメモリ装置および時刻情報を有する制御回路とからなり、上記制御回路は、上記位置情報に基いた日の出および日没のデータテーブルと時刻情報に基づいて上記赤外カットフィルタの駆動機構を制御するように構成される。
【００１４】
また、本発明のテレビジョンカメラ装置において、上記制御回路は、上記位置情報と時刻情報に基き日の出から日没までの間、上記赤外カットフィルタを上記撮像素子の前面に装着するよう上記駆動機構を制御するように構成される。
【００１５】
また、本発明のテレビジョンカメラ装置は、更に、上記位置情報と時刻情報を得るためのＧＰＳ装置を備え、少なくとも上記ＧＰＳ装置から得られる位置情報に基いて上記日の出および日没のデータテーブルから日の出および日没の時刻を得るように構成される。
【００１６】
更にまた、本発明のテレビジョンカメラ装置において、上記駆動機構は、上記赤外カットフィルタを上記撮像素子の前面に装着する時刻を上記日の出および日没の時刻から所定時間ずらせる手段を具えている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のテレビジョンカメラ装置の一実施例を図１のブロック構成図に基づき説明する。図１において、１は、被写体からの光が入射する撮像レンズ、２は、撮像レンズ１から入射する光を光電変換し、電荷として画素内に蓄積し、露光終了後映像信号として出力する、例えば、ＣＣＤのような撮像素子、３は、撮像素子２から出力された映像信号の雑音を除去する雑音除去回路、例えば、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路である。４は、映像信号を所定レベルになるように調整する自動利得制御（ＡＧＣ）回路、５は、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路、６は、ディジタル映像信号の各種処理を行うディジタル信号処理回路（ＤＳＰ）、７は、ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換回路、８は、映像信号を所要レベルに増幅し出力する増幅回路である。
【００１８】
９は、マイクロコンピュータ等の制御回路であって、自動利得制御回路４のゲイン制御や映像信号等のデジタル信号を処理するディジタル信号処理回路６の制御、撮像素子２の駆動回路１０を制御する。また、この制御回路は、内蔵するマイクロコンピュータで、日の出、日没等の時刻も算出する。駆動回路１０は、撮像素子２から電荷を読み出すためのパルスを出力する回路であって、制御回路９の制御により撮像素子２の蓄積時間、例えば、通常の露光方式の場合の蓄積時間あるいは周知の長時間露光方式の場合の蓄積時間のように必要により適宜指定された蓄積時間で撮像素子２を制御できるように構成されている。１１は、信号切り替え回路であって、ディジタル信号処理回路６で処理されたディジタル映像信号を通常の明るい被写体の時には、Ｄ／Ａ変換回路７へ出力し、例えば、夕方のような低照度時の画像蓄積による感度向上を行うときには、フレームメモリ１２に映像信号を出力する。フレームメモリ１２は、前記蓄積動作時にディジタル信号処理回路６で処理されたディジタル映像信号を蓄積加算して保持する。
【００１９】
１３は、制御回路９により制御されるフイルタ切替機構であって、日の出の時刻と日没の時刻に基づいて、赤外カットフイルタ１４ａと透明ガラス（またはダミーガラス）１４ｂとを切替えるための駆動機構である。１５は、ＧＰＳ装置で、本発明の例えば、監視カメラが設置される場所の緯度、経度、高度および時間情報を得るための装置である。１６は、ＥＥＰＲＯＭのようなメモリ装置であって、ＧＰＳ装置１５で得られる緯度、経度、高度および時間情報を蓄積する装置であり、また、同時に地域,高度毎の日の出および日没のデータがテーブルとして蓄積されている。この日の出および日没のデータテーブルの一部の一例を表１に示す。
【００２０】
【表１】

表１は、年月日、場所、日の出時刻、日の入り時刻、シフト時間等がメモリ装置１６に記録されているデータテーブルである。これらのデータは、例えば、インターネットで公開している「世界の時刻と温度」から得られるデータによって作成することが可能である。例えば２００２年７月１日の東京の日の出時刻は、ＡＭ４：２６、日の入り時刻は、ＰＭ７：０２である。また、２００３年２月１日の東京の日の出時刻は、ＡＭ６：３８、日の入り時刻は、ＰＭ５：０７である。従って、ＧＰＳ装置１５から得られる情報を基に日時と場所を演算し、この日時と場所の情報に基いてメモリ装置１６に記録されているデータテーブル（表１）から日の出時刻と日の入り時刻を読出し、メモリ装置１６の別の場所に登録する。これにより制御回路９は、内蔵するタイマーが日の出時刻と日の入り時刻になると、自動的に駆動機構１３を制御する。なお、毎日の日の出時刻と日の入り時刻が異なるので、表１には、毎日の日の出時刻と日の入り時刻をテーブルとして持つ必要があるが、真冬ではそれらの違いは、1分程度、真夏では、数日で1分程度であるので、１週間とか１０日単位で、場所毎の日の出時刻と日の入り時刻をテーブル化すれば本発明の目的は十分達成される。また、表１に示すシフト時間については後述する。また、表１には、高さ情報のデータは、例示されていないが、演算等の手段で容易に追加できることは言うまでもない。
【００２１】
本発明のテレビジョンカメラ装置において、その動作について以下説明する。まず、制御回路９では、上述したようにテレビジョン装置が設置された場所の位置座標と現在の日付と時刻をＧＰＳ装置１５から得られたデータを基に算出し、日時と位置座標のデータからメモリ装置１６に蓄積されている日の出および日没のデータテーブル表１を基に日の出と日没の時刻を読出し、メモリ装置１６に記録する。現在時刻がその算出した時刻、例えば、日没の時刻に達すると、撮像素子２の前面に、赤外カットフィルタ１４ａが挿入されている状態であればフィルタ切り替え機構１３に制御信号を送り、赤外カットフィルタ１４ａを透明ガラス１４ｂに切り替える動作をする。同様に制御回路９で算出した日の出時刻に達したら、透明ガラス１４ｂを赤外カットフィルタ１４ａに切り替える。
【００２２】
而して、日の出の時刻になると、制御回路９に内蔵しているタイマーの時刻データとメモリ装置１６が有する日の出および日没のデータテーブルから日の出の時刻を検出し、赤外カットフイルタ１４ａが撮像装置２の前面にセットされる。従って、被写体からの光は、撮像レンズ１を介して赤外カットフィルタ１４ａにより赤外領域の波長成分が除去され、撮像素子２に入射される。この入射光は、撮像素子２により光電変換され、電荷として画素内に蓄積され、制御回路９により制御される駆動回路１０から出力される電荷読みだしパルスにより所定の露光時間まで蓄積され、１画面分の映像信号が雑音除去回路３へ出力される。上記映像信号は、雑音除去回路３により雑音を除去されサンプルホールド後、自動利得制御回路４へ出力される。
【００２３】
自動利得制御回路４は、雑音除去回路３から出力された上記映像信号を制御回路９により指定されるレベルになるまで利得の制御を行い、所定の信号レベルの映像信号がＡ／Ｄ変換回路５へ出力される。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換回路５により自動利得制御回路４から出力された前記所定の信号レベルの映像信号は、ディジタル映像信号に変換されディジタル信号処理回路６へ出力される。
【００２５】
ディジタル映像信号処理回路６では、制御回路９の制御により、Ａ／Ｄ変換回路５から出力された前記ディジタル映像信号に輝度処理、色処理、ガンマ補正、輪郭補償等の画質制御とホワイトバランスの調整等の信号処理が行われる。信号処理が行われた上記ディジタル映像信号は、信号切り替え回路１１に印加される。この信号切り替え回路１１に印加される信号は、日の出の時刻情報に基づいているので、通常の明るい被写体の撮影時の赤外カットフイルタ１４ａを通過した映像信号であるので、Ｄ／Ａ変換回路７へ直接出力され、上記増幅回路８を経由して出力信号１７として出力される。
【００２６】
一方、日没の時刻になると、制御回路９に内蔵しているタイマーの時刻データとメモリ装置１６が有する日没の時刻を検出し、透明ガラス１４ｂが撮像装置２の前面にセットされる。従って、被写体からの光は、撮像レンズ１、透明ガラス１４ｂを介して撮像素子２に入射される。撮像素子２から出力される映像信号は、上述と同様に信号処理され、信号切替回路１１に印加される。この印可された信号は、日没の時刻情報に基づいて、フレームメモリ１２へ出力される。
【００２７】
フレームメモリ１２では、ディジタル映像信号処理回路６から出力された上記ディジタル映像信号が所定の蓄積期間、例えば２フレーム加算され、保持される。
【００２８】
Ｄ／Ａ変換回路７では、フレームメモリ１２で保持された映像信号が、アナログ映像信号に変換され、増幅回路８へ出力される。
【００２９】
増幅回路８では、Ｄ／Ａ変換回路７から出力された前記アナログ映像信号が所定の信号レベルに増幅され、その出力１５が他の機器、例えばビデオモニタ、ＶＴＲ等の装置に出力される。
【００３０】
なお、前述の自動利得制御回路４のゲインと電荷蓄積時間は所定の限度値に達したときには増減を停止させる。前述のような日没時に撮影する長時間露光方式のテレビジョンカメラ装置の動作は、通常の長時間露光方式テレビジョンカメラの動作と同様であるので、撮像素子２および駆動回路１０の詳細な説明は、省略する。
【００３１】
以上説明したように、制御回路９では、テレビジョンカメラ装置が設置されている場所と、現在の時刻とメモリ装置１６が有する日の出および日没のデータテーブルから演算され、日没の時刻に達すると、フィルタ切り替え機構１３に制御信号を送り、撮像素子2の前面の赤外カットフィルタ１４ａを透明ガラス１４ｂに切り替え、ディジタル映像信号処理回路6でクロマ信号成分を除去し、白黒映像にする。
【００３２】
一方、現在の時刻が、日の出時刻に達すると、透明ガラス１４ｂを赤外カットフィルタ１４ａに切り替え、ディジタル映像信号処理回路6のクロマ信号成分のデータを元に戻し、カラー映像を出力する。
【００３３】
なお、カメラの設置場所によっては、カメラの前方に山や高いビル等の障害物があり、撮像したい場所の日当たりが悪かったり、日の出時刻になってもなかなか明るくならない等の場合、あるいはカメラの最低被写体照度性能により、日没前や、日の出直後でも感度が不足する場合もある。従って、このような場合には、日没、日の出時刻からフィルタを切り換える時間を適宜ずらすことも必要であり、そのような場合には、メモリ装置１６が有する日の出および日没のデータテーブルから得られる日の出および日没のデータを数分あるいは数十分遅らせる機能を備え、フィルタを切り換える時間を遅らせることもできる。例えば、表１のシフト時間の欄にも示してあるように−０．５Ｈ、即ち、３０分日の出時刻と日の入り時刻を早めたり、あるいは＋１．０Ｈ、即ち、１時間、日の出時刻と日の入り時刻を遅らせたりすることが可能である。勿論、日の出時間を３０分遅らせ、日の入り時刻を１時間早めることも可能である。
【００３４】
また、メモリ装置１６が例えば、予め日本全国の場所毎の日の出および日没のデータテーブルを蓄積している場合には、工場を出荷する時点で、日本のどの場所に設置されるかが分かるので、工場出荷時点で、日の出および日没のデータを読出し、設定しておくことも可能である。このような場合には、ＧＰＳ装置１５は、不要になる。
【００３５】
また、カメラを設置場所から移動させない場合には、ＧＰＳ装置から得られた座標データをメモリ装置１６に記録し、ＧＰＳ装置を取り外すこともできる。そしてカメラの設置場所を変えた場合には、ＧＰＳ装置を取り付け、位置座標を再度算出する必要が有る。
【００３６】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された監視カメラや、動き検出の実施例に限定されるものではなく、上記以外に、撮像装置の視野内の変化を検出する装置や検出方法に広く適応することが出来ることは、言うまでも無い。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、輝度の変化を検出する方式ではないので夜間の屋外等低照度時の監視において、赤外照明を照射してもカラー映像と白黒映像が交互に入れ替わるハンチングが起こらず、監視者の負担を軽減し侵入者等を識別しやすくなるという極めて優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回路構成の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
１：撮像レンズ、２：撮像素子、３：雑音除去回路、４：自動利得制御回路、５：Ａ／Ｄ変換回路器、６：ディジタル映像信号処理回路、７：Ｄ／Ａ変換回路、８：出力増幅回路、９：制御回路、１０：駆動回路、１１：信号切り替え回路、１２：フレームメモリ、１３：フィルタ切り替え駆動機構、１４ａ：赤外カットフィルタ、１４ｂ：透明ガラス、１５：ＧＰＳ装置、１６：メモリ装置、１７：出力信号。

Claims

被写体を撮像する撮像素子と、近赤外領域の波長成分を除去する赤外カットフィルタと、上記赤外カットフィルタを上記撮像素子の前面に出し入れする駆動機構と、上記撮像素子からの映像信号を処理する映像信号処理手段と、テレビジョンカメラ装置設置場所の位置情報および時間情報を取得するＧＰＳ装置と、当該ＧＰＳ装置で取得した前記テレビジョンカメラ装置設置場所の前記位置情報および時間情報を蓄積するとともに、地域、高度毎の日の出および日没のデータをデータテーブルとして蓄積するメモリ装置と、当該メモリ装置に蓄積された前記設置位置情報および時間情報と、前記データテーブルから、前記テレビジョンカメラ装置設置場所での日の出および日没の時刻を算出し、当該算出された時刻に基づいて上記赤外カットフィルタの駆動機構を制御する制御回路と、を有することを特徴とするテレビジョンカメラ装置。
請求項１記載のテレビジョンカメラ装置において、前記データテーブルの前記地域、高度毎の日の出および日没のデータには、前記テレビジョンカメラ装置設置場所によって日の出時間若しくは日没時間を適宜ずらすためのシフト時間が記憶されていることを特徴とするテレビジョンカメラ装置。