JP4247608B2 - 監視用撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
固体撮像デバイスを使用した撮像装置において、同一画面内の異なる位置にある異なる輝度の被写体をいずれも適正な露光で撮像できる監視用撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとしている課題】
近年、移動体の瞬間の状態を異なる露光時間で撮像したり、同一画面内の異なる位置に存在する異なる輝度の２個又は２個以上の被写体をそれぞれ適正露出で撮像したいという要望が増えてきている。
例えば、有料道路入口料金所の無人化が図られるのに伴って車種確認等のために車両番号読み取り用の撮像装置が導入され、また通行車両の交通違反を監視するための撮像装置の設置も増加しており、このような目的の撮像装置においては、車両番号とともに運転者の確認も同時に行えることが好ましく、その要望も高まってきている。
しかし、従来の固体撮像装置では、固体撮像デバイスのダイナミックレンジが狭いため、一台の固体撮像装置で撮像すると、車外にあるナンバープレートは輝度が高くて白飛びした映像となりやすく、輝度の低い車内の運転者の顔は黒つぶれの映像になってしまうという問題点があった。
そこでその解決方法として、ナンバープレートは露光時間を短くしたカメラで撮像し、運転者の顔は露光時間を長くしたカメラで撮影するという、２台のカメラを使用したシステムが発明されているが、これにもカメラ２台を使用するために設備費が嵩むという問題があった。
したがって、本発明の課題は、画面の内の異なる位置に存在する２個又は２個以上の輝度の異なる被写体を、それぞれ異なる露光時間で分離して撮像し、前記２個又は２個以上の被写体像をそれぞれ個別に鮮明な映像信号として出力できる監視用撮像装置を提供することにある。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を下記の手段により解決した。
【０００４】
（１）固体撮像デバイスを使用した監視用撮像装置において、
前記固体撮像デバイスから読み出される１フレーム又は１フィールドの映像信号のうち、任意な領域の映像信号のみを外部に出力し、他の領域の映像信号は廃棄できるよう前記固体撮像デバイスを駆動し、かつ映像信号を出力する領域及び領域数を任意に設定できる映像信号読出制御手段と、前記映像信号を出力する領域の露光時間を、各領域ごとにそれぞれ任意な値に設定できる電子シャッタ制御手段と、前記映像信号読出制御手段と電子シャッタ制御手段とに設定された領域と露光時間に基づいて撮像デバイスを駆動する撮像デバイス駆動手段と、前記固体撮像デバイスで光電変換された信号を処理し、映像信号として形成し出力する映像信号処理回路とを備え、同一画面内の異なる位置に存在する異なる輝度の２個又は２個以上の被写体を、該被写体それぞれが存在する領域ごとに分離し、かつそれぞれの被写体の輝度に対応した露光時間で撮像し、それぞれ適切な露光の個別の映像信号として外部に出力するように構成してなることを特徴とする監視用撮像装置。
（２）前記撮像デバイス駆動手段が、外部からのトリガの入力によって、前記電子シャッタ制御手段で設定された露光時間に対応した電子シャッタ値で固体撮像デバイスを駆動するとともに、前記映像信号読出制御手段によって設定された領域から映像信号を出力するよう固体撮像デバイスを駆動し、複数の設定領域ごとにそれぞれ異なる露光時間の映像信号を出力することを特徴とする前項（１）に記載の監視用撮像装置。
【０００５】
（３）前記映像信号読出制御手段によって設定された複数の前記映像信号出力領域それぞれについて、前記電子シャッタ制御手段によって設定される露光時間が、順次増加又は減少するような順序に設定され、前記撮像デバイス駆動手段が順次増加又は減少する露光時間に対応した電子シャッタ値で前記固体撮像デバイスを駆動し、かつ前記固体撮像デバイスから読み出される各領域ごとの映像信号それぞれが、その都度前記映像信号の振幅等によって適正露光か否かが判定され、適正露光となるまでは前記設定に基づき順次露光時間を増加又は減少させながら撮像動作を繰り返し行い、適正露光と判定された時点で該領域の映像信号を映像信号処理回路より外部に出力する適正露光判定手段を備えてなることを特徴とする前項（１）又は（２）に記載の監視用撮像装置。
（４）前記適正露光判定手段が、適正露光と判定した前記領域からの映像信号を外部に出力した時点で前記電子シャッタ制御手段の動作を停止させ、それ以降に撮像するよう設定された露光時間での撮像を取りやめるとともに、停止信号を外部に出力してなることを特徴とする前項（３）に記載の監視用撮像装置。
（５）前記映像信号処理回路が、異なる複数の領域からそれぞれ異なる露光時間で撮像され外部に出力される複数の映像信号を、同一画面内に前記複数の領域相互の位置関係を崩すことなく合成して外部に出力する手段を備えてなることを特徴とする前項（１）〜（４）のいずれか１項に記載の監視用撮像装置。
【０００６】
（６）前記撮像デバイス駆動手段が、外部トリガの入力によって、予め設定された順序と映像信号読出回数に従って、予め設定された露光時間、又は露光時間と読出領域の異なる映像信号を出力し、外部トリガの入力がない通常時は、撮像デバイス全域からの映像信号を、その平均輝度に対応した露光時間の電子シャッタ値で読み出すように撮像デバイスを駆動してなることを特徴とする前項（１）〜（５）のいずれか１項に記載の監視用撮像装置。
【０００７】
（７）前記監視用撮像装置が、オートアイリス機構を有するレンズを備え、通常時は前記オートアイリス機構を動作させて前記撮像デバイス全域からの映像信号を予め設定された電子シャッタ値により適正露光で読み出し、外部からトリガが入力された時点で前記オートアイリス機能を停止し、トリガ入力直前のアイリス値に固定して、予め設定された順序と映像信号読出回数に従って、予め設定された露光時間、又は露光時間と読出領域の異なる映像信号を出力した後、オートアイリス機能を再起動して前記の通常時の映像信号出力状態に戻すよう構成されてなることを特徴とする前項（１）〜（６）のいずれか１項に記載の監視用撮像装置。
【０００８】
（８）前記撮像用監視装置が、有料道路入口料金所又は道路上において、車両のナンバープレートと運転者の顔との確認が同時に適正露光で監視可能な監視用撮像装置として採用されるものであることを特徴とする前項（１）〜（７）に記載の監視用撮像装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、実施例の図面に基づいて説明する。
図１は本発明の監視用撮像装置実施例のブロック図、図２は本発明の監視用撮像装置実施例の設定条件内容の一具体例と、該具体例のタイミングチャートである。
図において１は固体撮像デバイス、２は映像信号処理回路、３は撮像デバイス駆動手段、４は適正露光判定手段、５は電子シャッタ制御手段、６は映像信号読出制御手段、７は同期信号発生回路、８は外部トリガ入力回路である。
【００１０】
本発明の監視用撮像装置は、図１に実施例のブロック図を示すように、固体撮像デバイス１を１フレーム又は１フィールドごとに、予め任意に設定した露光時間と順序とで駆動可能にする電子シャッタ制御手段５と、
前記固体撮像デバイス１の、任意な位置の任意な本数の水平走査ラインでなる領域複数箇所を、予め映像信号読出位置情報として設定することにより、前記複数箇所の領域それぞれからの１フレーム又は１フィールドの映像信号を、予め設定された読み出し順序と回数とに従って順次読み出せるように、撮像デバイス駆動手段３を制御する映像信号読出制御手段６と、
前記電子シャッタ制御手段５及び前記映像信号読出制御手段６に予め設定された露光時間、映像信号読出位置情報に基づいて固体撮像デバイス１を駆動する撮像デバイス駆動手段３と、
監視対象の被写体が、本発明の監視用撮像装置の撮像位置に到着したことを感知する図示しない位置センサなどからの外部トリガを受けて、前記電子シャッタ制御手段５及び映像信号読出制御手段６に前記トリガを伝達して両手段に作動開始タイミングを与える外部トリガ入力回路８と、
固体撮像デバイス１から読み出された１フレーム又は１フィールドの映像信号を記録あるいは合成などの処理を行う映像信号処理回路２などから構成されている。
【００１１】
本実施例では、前記外部トリガ入力回路８に前記位置センサなどから外部トリガが入力すると、前記外部トリガ入力回路８は、前記電子シャッタ制御手段５と前記映像信号読出制御手段６にトリガを転送し、該トリガを受けた前記電子シャッタ制御手段５では、予め設定された１フレーム又は１フィールドごとの電子シャッタ露光時間とその順序に従って撮像デバイス駆動手段３を制御し、また前記映像信号読出制御手段６では、予め設定された１フレーム又は１フィールドごとの映像信号読出領域位置情報及び読出回数に基づいて前記撮像デバイス駆動手段３を制御する。
前記固体撮像デバイス１は、前記電子シャッタ制御手段５と前記映像信号読出制御手段６の設定条件内容に基づいて制御された撮像デバイス駆動手段３によって駆動され、１フレーム又は１フィールドごとに異なる領域の被写体を、それぞれ異なる露出時間で撮像し、映像信号処理回路２を経て、それぞれ異なるフレーム又はフィールドの映像信号として個別に、又は複数のフレーム又はフィールドの映像信号を１枚の画像として観察できるように合成して出力する。
【００１２】
上記監視用撮像装置実施例の設定条件内容の一具体例と該具体例のタイミングチャートを図２に示した。
図２（ａ）に表示したように、本発明の監視用撮像装置実施例の具体例では、前記映像信号読出制御手段６に予め設定される映像読出領域位置情報及び映像信号読出回数として、固体撮像デバイス１の全撮像領域を、例えば上部、中央部、下部に３等分した領域、合計３回に定め、前記電子シャッタ制御手段５に予め設定される露光時間を、１回目が１／２フレーム時間、２回目が４／５フレーム時間、３回目が１／４フレーム時間としている。
図２（ｂ）のタイミングチャートに見られるように、外部トリガが外部トリガ入力回路８に入力し、前記電子シャッタ制御手段５に転送されると電子シャッタ制御手段は１回目として設定された露光時間１／２フレーム時間で撮像デバイス１を駆動するよう撮像デバイス駆動手段２を制御する。また、前記映像信号読出制御手段６は、外部トリガ入力回路８から転送されたトリガを受け、１回目の露光によって固体撮像デバイス１に蓄積された電荷のうち、固体撮像デバイス１の上部１／３フレームの領域に蓄積された電荷のみを固体撮像デバイス１の、例えばＣＣＤの垂直転送回路等の電荷転送路に転送し、他の領域の蓄積電荷は高速電荷掃き捨て動作により掃き捨てるよう前記撮像デバイス駆動手段３を制御し、１回目の上部１／３フレームの領域からの映像信号の出力を可能にする。
【００１３】
１回目の蓄積電荷の転送が終わると、１回目の映像信号を前記転送路から読み出すのに必要な１／３フレームの期間中であっても２回目の４／５フレームの露光が可能になり、電子シャッタ制御手段５の制御に基づいて２回目の露光が行われ、固体撮像デバイス１に２回目の露光による電荷が蓄積される。
１回目の上部１／３フレームの領域からの電荷が、前記電荷転送路から映像信号として出力し終えると、２回目の露光で固体撮像デバイス１に蓄積された電荷のうち中央部の１／３フレームの領域の電荷のみが前記電荷転送路に転送され、他の領域の蓄積電荷は高速電荷掃き捨て動作により掃き捨てられ、２回目の中央部１／３フレームの領域からの映像信号が出力可能になる。
２回目の電荷転送が終了すると、３回目の露光が行われ、２回目の中央部１／３フレームからの映像信号の出力が完了すると、３回目の蓄積電荷のうち固体撮像デバイス１の下部の１／３フレームの領域の電荷のみが前記電荷転送路に転送され、下部１／３フレームの領域からの映像信号として出力される。
上記具体例は、映像信号の出力領域を固体撮像デバイス１の上部、中央部、下部のそれぞれ１／３フレームと均等に３分配したが、その分配数及び領域のライン数は任意であってよく、対象とする被写体の数や大きさに合わせて選択すればよい。
【００１４】
また、本実施例において、映像信号読出制御手段６の映像信号読出領域情報を、固体撮像デバイス１の全域又はある一定領域と設定し、かつ固体撮像デバイス１の露光時間が順次増加、または順次減少するよう電子シャッタ制御手段５の露光時間と回数を設定して、１フレーム又は１フィールドごとに露光時間の異なる固体撮像デバイスの全域又は特定領域からの映像信号を複数出力することにより、微妙に変化する被写体の輝度に適合した露光、あるいは監視用として好ましい露光の静止画像が複数の静止画像の中から選択可能になる。
この場合、固体撮像デバイス１から読み出された映像信号の振幅等によって適正露光か否かを判定する適正露光判定手段４を備えることにより、適正露光と判定された１フレーム又は１フィールドの映像信号のみを出力させることも可能になり、さらには前記適正露光判定手段４が適正露光と判定した時点でトリガを発し、電子シャッタ制御手段５の動作を停止させるようにすれば、それ以降に設定された露光時間での撮像を中止することも可能になる。
また、撮像停止信号も出力し、外部の録画装置の一時停止を行うこともできる。
【００１５】
さらには、前記撮像デバイス駆動手段３が、外部からトリガが入力された時に限って前記電子シャッタ制御手段５と映像信号読出制御手段６からの制御を受けて予め設定された異なる露光時間、異なる映像信号読出領域、映像信号読出回数の映像信号を出力するよう駆動され、外部トリガ入力がない通常時には、前記固体撮像デバイス１の全域からの映像信号が、全画面の平均輝度に対応する露光時間によって撮像された動画像として出力されるテレビカメラとしての機能を有するようにすることも好ましい。
【００１６】
また、本発明の監視用撮像装置に、オートアイリス機能を備えたレンズを備え、通常時はテレビカメラとして動作させ、外部からトリガが入力した場合に、前記オートアイリス機能を停止し、トリガ入力直前のアイリス値に固定して、予め設定された条件内容に基づいて、１フレーム又は１フィールドの露光時間、映像信号読出領域、映像信号読出回数の異なる映像信号を読み出すように構成することも好ましい。
【００１７】
本発明の監視用撮像装置では、映像信号読出制御手段６により映像信号の読出領域が１フレーム又は１フィールドごとに分割され、映像信号として出力されない領域の電荷が高速電荷掃き捨て動作により高速で掃き捨てられるので、前記電子シャッタ制御手段５の露光時間を一定にして動作させることにより、固体撮像デバイス１の一部一定領域からの被写体を高速で撮像することも可能になる。
【００１８】
上記実施例は固体撮像デバイスとしてＣＣＤを使用することを念頭に置いて設定する領域を画面の上下に分離するものとして説明したが、固体撮像デバイスにＣＭＯＳなど水平ラインの任意な場所の光電変換素子からの電荷を読み出せる機能を有する固体撮像デバイスを使用すれば、映像信号を出力する領域を画面の上下に限定することなく左右に分離することや、さらには任意な位置の任意な面積の領域とすることも可能である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によって次のような効果が発揮される。
【００２０】
１．請求項１〜４によれば、
同一画面の異なる位置に存在する２個又は２個以上の異なる輝度の被写体を、それぞれ適正な露光時間で、個別に分離撮像して外部に出力できる。
また、映像信号読出領域位置情報で設定された領域の固体撮像デバイスに蓄積された電荷のみを映像信号として読み出し、他の領域に蓄積された電荷は電荷高速掃き捨て動作により高速で掃き捨てられるので、分離撮像される２個又は２個以上の被写体の撮像間隔は、通常のテレビレートにおける１フレーム又は１フィールド間隔より短縮され、高速移動する被写体の撮像にはより有利となる。
【００２１】
２．請求項５によれば、
異なる複数の領域からそれぞれ異なる露光時間で撮像され外部に出力される複数の映像信号を、同一画面内に前記複数の領域相互の位置関係を崩すことなく合成して外部に出力することができる。
【００２２】
３．請求項６、７によれば、
通常時はテレビカメラとして動作させて、モニタに動画像として表示し、静止画像として監視・検証を必要とした時点で外部トリガを発し、適正露光の静止画像を記録・再生する監視用撮像装置が実現できる。
【００２３】
４．請求項８によれば、
有料道路入口料金所又は道路上において、車両のナンバープレートと運転者の顔との確認が同時に適正露光で監視可能な監視用撮像装置として採用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の監視用撮像装置実施例のブロック図、
【図２】 本発明の監視用撮像装置実施例の設定条件内容の一具体例と、該具体例のタイミングチャート、
【符号の説明】
１：固体撮像デバイス ２：映像信号処理回路
３：撮像デバイス駆動手段 ４：適正露光判定手段
５：電子シャッタ制御手段 ６：映像信号読出制御手段
７：同期信号発生回路 ８：外部トリガ入力回路

Claims (8)

1. 固体撮像デバイスを使用した監視用撮像装置において、
   前記固体撮像デバイスから読み出される１フレーム又は１フィールドの映像信号のうち、任意な領域の映像信号のみを外部に出力し、他の領域の映像信号は廃棄できるよう前記固体撮像デバイスを駆動し、かつ映像信号を出力する領域及び領域数を任意に設定できる映像信号読出制御手段と、
   前記映像信号を出力する領域の露光時間を、各領域ごとにそれぞれ任意な値に設定できる電子シャッタ制御手段と、
   前記映像信号読出制御手段と電子シャッタ制御手段とに設定された領域と露光時間に基づいて撮像デバイスを駆動する撮像デバイス駆動手段と、
   前記固体撮像デバイスで光電変換された信号を処理し、映像信号として形成し出力する映像信号処理回路とを備え、
   同一画面内の異なる位置に存在する異なる輝度の２個又は２個以上の被写体を、該被写体それぞれが存在する領域ごとに分離し、かつそれぞれの被写体の輝度に対応した露光時間で撮像し、それぞれ適切な露光の個別の映像信号として外部に出力するように構成してなることを特徴とする監視用撮像装置。
2. 前記撮像デバイス駆動手段が、外部からのトリガの入力によって、前記電子シャッタ制御手段で設定された露光時間に対応した電子シャッタ値で固体撮像デバイスを駆動するとともに、前記映像信号読出制御手段によって設定された領域から映像信号を出力するよう固体撮像デバイスを駆動し、複数の設定領域ごとにそれぞれ異なる露光時間の映像信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の監視用撮像装置。
3. 前記映像信号読出制御手段によって設定された複数の前記映像信号出力領域それぞれについて、前記電子シャッタ制御手段によって設定される露光時間が、順次増加又は減少するような順序に設定され、前記撮像デバイス駆動手段が順次増加又は減少する露光時間に対応した電子シャッタ値で前記固体撮像デバイスを駆動し、かつ前記固体撮像デバイスから読み出される各領域ごとの映像信号それぞれが、その都度前記映像信号の振幅等によって適正露光か否かが判定され、適正露光となるまでは前記設定に基づき順次露光時間を増加又は減少させながら撮像動作を繰り返し行い、適正露光と判定された時点で該領域の映像信号を映像信号処理回路より外部に出力する適正露光判定手段を備えてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の監視用撮像装置。
4. 前記適正露光判定手段が、適正露光と判定した前記領域からの映像信号を外部に出力した時点で前記電子シャッタ制御手段の動作を停止させ、それ以降に撮像するよう設定された露光時間での撮像を取りやめるとともに、停止信号を外部に出力してなることを特徴とする請求項３に記載の監視用撮像装置。
5. 前記映像信号処理回路が、異なる複数の領域からそれぞれ異なる露光時間で撮像され外部に出力される複数の映像信号を、同一画面内に前記複数の領域相互の位置関係を崩すことなく合成して外部に出力する手段を備えてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の監視用撮像装置。
6. 前記撮像デバイス駆動手段が、外部トリガの入力によって、予め設定された順序と映像信号読出回数に従って、予め設定された露光時間、又は露光時間と読出領域の異なる映像信号を出力し、外部トリガの入力がない通常時は、撮像デバイス全域からの映像信号を、その平均輝度に対応した露光時間の電子シャッタ値で読み出すように撮像デバイスを駆動してなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の監視用撮像装置。
7. 前記監視用撮像装置が、オートアイリス機構を有するレンズを備え、通常時は前記オートアイリス機構を動作させて前記撮像デバイス全域からの映像信号を予め設定された電子シャッタ値により適正露光で読み出し、外部からトリガが入力された時点で前記オートアイリス機能を停止し、トリガ入力直前のアイリス値に固定して、予め設定された順序と映像信号読出回数に従って、予め設定された露光時間、又は露光時間と読出領域の異なる映像信号を出力した後、オートアイリス機能を再起動して前記の通常時の映像信号出力状態に戻すよう構成されてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の監視用撮像装置。
8. 前記撮像用監視装置が、有料道路入口料金所又は道路上において、車両のナンバープレートと運転者の顔との確認が同時に適正露光で監視可能な監視用撮像装置として採用されるものであることを特徴とする請求項１〜７に記載の監視用撮像装置。

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