JP4322264B2

JP4322264B2 - テレビジョンカメラ

Info

Publication number: JP4322264B2
Application number: JP2006080229A
Authority: JP
Inventors: 和広五十嵐; 明福島
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: JP2006254470A

Description

本発明は、標準露光映像信号と短時間露光映像信号とを時分割出力できる固体撮像素子を有し、広ダイナミックレンジ化した映像信号を得られるテレビジョンカメラ装置に関し、特に夜間発生する蛍光灯やナトリウム灯等のフリッカを除去する方法に関わるものである。

従来、標準露光映像信号と短時間露光映像信号とを時分割出力できる固体撮像素子を有し、広ダイナミックレンジの映像信号を得るテレビジョンカメラは、トンネル出入り口の監視のように輝度レベル差の大きい被写体条件の場合、オートアイリスレンズは標準露光時間の信号が適正になるように制御するので、図２のように昼間は輝度レベルの高い屋外の信号成分が短露光側に存在し、トンネル内の信号成分が標準露光側に存在する。しかし、日没後の夜間になると短露光側に存在した屋外の信号成分がトンネル内の信号成分より暗くなるため、図３のように昼間とは反対にトンネル内の信号成分が短露光側、屋外の信号成分が標準露光側に存在するようになる。または、夕方のようにトンネル内と屋外の輝度レベルの差が少なくなり、トンネル内信号成分と屋外の信号成分が短露光側と標準露光側の両方に存在することもある。

また、図５のように昼間は輝度レベルが高く色温度も高い屋外の信号成分が短時間露光側に存在し、トンネル内の色温度の低い信号成分が標準露光側に存在する。このとき短時間露光側の色温度は１２，０００〜６０００Ｋ（ケルビン）付近になる。標準露光側に存在するナトリウム灯の色温度は２，０００〜２，５００Ｋ付近である。しかし、日没近くになると徐々に屋外の色温度は下がり、４，０００〜３，０００Ｋになり、短時間露光側に存在した高色温度の屋外の信号成分がトンネル内の信号成分より暗くなるため、図５のように昼間とは反対にトンネル内の低色温度信号成分が短時間露光側、屋外の信号成分が標準露光側に存在するようになる。または、トンネル内と屋外の輝度レベルの差が少なくなり、トンネル内信号成分と屋外の信号成分が短時間露光側と標準露光側の両方に存在することもある。このときは短時間露光側と標準露光側の色温度は同等になる。

これらのナトリウム灯が短時間露光側になる場合、ナトリウム灯等の放電管照明器具は電源周波数毎に点滅するので短時間露光映像信号の高速シャッター（例えば、１／２０００秒）との間にタイミングのズレが生じて短時間露光映像信号のトンネル内信号成分にフリッカが発生する。例えば、電源周波数が５０Ｈｚの場合、１００回／秒で点滅する。このような被写体条件になる場所での監視には、フリッカを防止することが優先されるため従来のワイドダイナミック機能付きカメラは使用せず、１００回／秒で点滅を繰り返す光源にあわせて露光を行なう、1/100秒のシャッタ速度を持つカメラを使用していた。

本発明の目的は、上述のような昼間、トンネル内と屋外のような輝度レベル差が大きい被写体が同時に混在するときは広ダイナミックレンジの映像が得られ、夜間、輝度レベルの差が少なくなるか、昼間と反対に屋外が暗くなり、トンネル内の方が明るいような場合には、短時間露光映像信号に発生するフリッカを検知し、標準露光映像信号のみの映像を出力することにより、フリッカを除去し、観測者に見やすい映像を提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するために、異なる露光条件により、標準的な明るさの被写体が適正レベルとなるようにして得た標準露光映像信号と、所定値より明るい被写体が適正レベルとなるようにして得た短時間露光映像信号とを合成して、広ダイナミックレンジの映像信号を生成するテレビジョンカメラにおいて、フリッカの発生状況に応じて上記広ダイナミックレンジ映像信号と上記標準露光映像信号のいずれかを切り替えて出力する手段を有するものである。

また、上記フリッカの発生状況を、前記短時間露光映像信号の平均輝度レベル状況により検知し、該平均輝度レベルの変動を所定回数以上検出した場合、上記標準露光映像信号に切り替えて出力するものである。

また、前記フリッカの発生状況を、短時間露光映像信号の輝度レベルにより検知し、該輝度レベルが所定値以下の場合、上記標準露光映像信号に切り替えて出力するものである。

さらに、前記フリッカの発生状況を、短時間露光映像信号の色温度により検知し、該色温度が所定値以下の場合、上記標準露光映像信号に切り替えて出力するものである。

本発明によれば、フリッカがある時には自動的に標準露光のみの映像になり、フリッカが無くなると広ダイナミックレンジな映像を得ることのできるテレビジョンカメラを実現することができ、観測者が監視しやすくなる。

以下、本発明の一実施例の回路構成について、図１を用いて説明する。図１において、被写体からの光はオートアイリスレンズ１を通して固体撮像素子（ＣＣＤ）２に入射される。ＣＣＤ２は１水平走査期間に、例えば、１／２０００秒間に撮像光を露光して得られた短時間露光映像信号と、その短時間露光映像信号より長く電源周波数による光源の点滅周期にあわせた、例えば電源周波数が５０Ｈｚの時には１／１００秒間に撮像光を露光して得られた標準露光映像信号とを出力する。ＣＣＤ２から出力された映像信号はＣＤＳ３でサンプルホールドされ、信号が所要のレベルとなるようにＡＧＣ４で自動利得制御し、さらにＡ／Ｄ変換器５でアナログ映像信号からデジタル映像信号に変換される。６は、Ａ／Ｄ変換器５からのデジタル映像信号を１水平走査期間毎にそのデジタル映像信号の標準露光映像信号と短時間露光映像信号とを分離し、それぞれ１水平走査期間に時間伸張して、それらを同期化してそれぞれ同時に出力するようにした同期化回路である。同期化回路６から出力された標準露光映像信号は標準露光用映像信号処理回路７へ入力され、一方、同じく同期化回路６から出力された短時間露光映像信号は短時間露光用映像信号処理回路８へ入力される。これら標準露光用映像信号処理回路７および短時間露光用映像信号処理回路８は入力された映像信号に各々所定の映像信号処理を施し、例えばガンマ補正、エンハンサ処理やホワイトバランス処理などを施す。所定の映像信号処理を施された標準露光映像信号と短時間露光映像信号は合成・階調補正処理回路９で広ダイナミックレンジ映像信号として出力切り換え回路１１へ出力される。出力切り換え回路１１は、後段に説明する判断処理による結果を基に、合成された広ダイナミックレンジ映像信号か長露光映像信号のどちらかを切り換えて出力する。マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）１０はＡＧＣ４、標準露光用映像信号処理回路７、短時間露光用映像信号処理回路８および合成・階調補正処理回路９の制御を施すものであり、例えば自動利得制御処理、ホワイトバランス処理、合成処理等のソフトウェアを内蔵する。

まず、短時間露光映像信号のフリッカ発生を検出する第一の実施例を説明する。図７は広ダイナミックレンジ映像切替え処理のフローチャート、図８はフリッカ検出処理を示すフローチャートであり、符号は処理ステップを示すものである。また、図８は図７のステップ７２の詳細な動作を示すものである。前記図７、８を参照しながら、図１に沿って説明する。短時間露光用映像信号処理回路８に入力された映像信号の平均輝度レベルをＣＰＵ１０内で例えば、３フィールド分検出する（ステップ８１）。この３フィールドの輝度レベル変化のパターンが図４に示す６種類のフリッカパターンと一致するかを調べて（ステップ８２、８３、８４、８５）、所定時間内にある回数以上フリッカパターン一致したかをカウントする（ステップ７３）。例えば、ステップ８１で検出した３フィールド分の平均輝度レベルが、第１フィールド＝第２フィールド＜第３フィールドの関係にある場合は図4に示すパターンＡと一致するためフリッカがあると判定される。また、第１フィールド＝第３フィールド＜第２フィールドの関係にある場合は図4に示すパターンＢと一致するためフリッカがあると判定される。所定回数以上一致したときには、フリッカがあると判断して合成・階調補正処理回路９で合成・階調補正せずに標準露光用映像信号のみを後段へ出力する（ステップ７５）。また、一致した回数が所定値よりも少ない時には、フリッカは無いと判断してカウンタをクリアし、はじめからカウントをやり直し、所定の映像信号処理を施し、標準露光映像信号と短時間露光映像信号を合成・階調補正処理回路９で広ダイナミックレンジ映像信号として後段へ出力する（ステップ７６）。その結果、フリッカがある時には自動的に標準露光のみの映像になり、フリッカが無くなると広ダイナミックレンジの映像が得られるようになる。標準露光映像信号は前述したとおり、電源周波数による光源の点滅周期にあわせた露光を行なっているため、フリッカの発生を防止することができる。

次に、短時間露光映像信号の輝度レベルを検知する第２の実施例を説明する。図９は輝度レベル検出処理を示すフローチャートであり、符号は処理ステップを示すものである。前記図９を参照しながら、図１に沿って説明する。ＣＰＵ１０では、短時間露光用映像信号処理回路８に入力された映像信号の輝度レベルデータＹを毎フィールド検出を行う（ステップ９１）。この検出された輝度レベルデータＹと所定のしきい値データＸとを毎フィールド比較する（ステップ９２）。この比較処理でＹ＜Ｘの場合、標準露光映像信号出力に切り換えるためのカウンタＡの値が＋１されるとともに、広ダイナミックレンジ信号出力に切り換えるためのカウンタＢの値を０クリアする（ステップ９３）。このカウンタＡの値が規定値に達すると（ステップ９５）出力切り換え回路１１に対して標準露光映像信号を出力するための処理が行われる（ステップ９７）。逆に、この比較処理でＹ≧Ｘの場合、標準露光映像信号出力に切り換えるためのカウンタＡの値が０クリアされるとともに、広ダイナミックレンジ信号出力に切り換えるためのカウンタＢの値を＋１する（ステップ９４）。このカウンタＢの値が規定値に達すると（ステップ９６）出力切り換え回路１１に対して広ダイナミックレンジ信号を出力するための処理が行われる（ステップ９８）。その結果、短時間露光映像信号の輝度が小さくなると自動的に標準露光のみの映像出力に切り替わり、逆に輝度が大きいときは広ダイナミックレンジ映像出力に自動的に切り替わる。すなわち昼間の輝度レベルが高い、屋外の信号成分が短時間露光側に存在している時は広ダイナミックレンジ映像出力に切り替わり、夜間になると短露光側に存在した屋外の映像信号成分が屋内の映像信号成分より暗くなるため、昼間とは反対に屋内の信号成分が短露光側に存在するようになり輝度レベルが低下し標準露光のみの映像出力に切り替わる。つまり、フリッカがある時には自動的に標準露光のみの映像になり、フリッカが無くなると広ダイナミックレンジな映像が得られるようになる。標準露光映像信号は前述したとおり、電源周波数による光源の点滅の周期にあわせた露光を行なっているため、フリッカの発生を防止することができる。

次に、短時間露光映像信号の色温度を検出する第３の実施例を説明する。図１０は色温度検出処理を示すフローチャートであり、符号は処理ステップを示すものである。前記図１０を参照しながら、図１に沿って説明する。短時間露光用映像信号処理回路８に入力された映像信号の色温度をＣＰＵ１０内で検出する（ステップ１０１）。短時間露光側の色温度が、ある値（例えば４，０００Ｋ）よりも低下したときは（ステップ１０２）、ナトリウム灯等の色温度の低い光源のもとで撮像した映像、すなわちフリッカが発生している映像と判断して合成・階調補正処理回路９で合成・階調補正せずに標準露光用映像信号のみを後段へ出力する(ステップ１０３)。また、短時間露光側の色温度がある値よりも高いときには（ステップ１０２）、太陽光などの色温度の高い光源のもとで撮像した映像、すなわちフリッカが発生していない映像と判断して、所定の映像信号処理を施し、標準露光映像信号と短時間露光映像信号を合成・階調補正処理回路９でワイドダイナミックレンジ映像信号として後段へ出力する（ステップ１０４）。その結果、フリッカがある時には自動的に標準露光のみの映像になり、フリッカが無くなると広ダイナミックレンジな映像が得られるようになる。標準露光映像信号は前述したとおり、電源周波数による光源の点滅の周期にあわせた露光を行なっているため、フリッカの発生を防止することができる。

本発明の一実施例によるテレビジョンカメラの構成を示すブロック図。昼間の輝度レベル分布の一例を示す図。夜間の輝度レベル分布の一例を示す図。フリッカのパターンを示す図。昼間の色温度分布の一例を示す図。夜間の色温度分布の一例を示す図。広ダイナミックレンジ映像切替え処理のフローチャート。フリッカ検出処理を示すフローチャート。輝度レベル検出処理を示すフローチャート。色温度検出処理を示すフローチャート。

符号の説明

１：オートアイリスレンズ、２：固体撮像素子（ＣＣＤ）、３：ＣＤＳ、４：ＡＧＣ、５：Ａ／Ｄ変換器６：同期化回路、７：標準露光用映像信号処理回路、８：短時間露光用映像信号処理回路、９：合成・階調補正処理回路、１０：マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）。

Claims

標準的な明るさの被写体を適正レベルとしかつ露光時間を光源の点滅周期に合わせた標準露光映像信号と、所定値より明るい被写体が適正レベルとなるようにして得た短時間露光映像信号とを合成して、広ダイナミックレンジ映像信号を出力するテレビジョンカメラにおいて、
前記短時間露光映像信号からフリッカを検出する検出手段と、
前記検出手段によりフリッカを検出すると、前記標準露光映像信号を出力する手段と
を備えたことを特徴とするテレビジョンカメラ。