JP4651628B2

JP4651628B2 - 監視システムおよび撮像装置

Info

Publication number: JP4651628B2
Application number: JP2007023194A
Authority: JP
Inventors: 和佳恩田; 正久濱田
Original assignee: Kripton Co Ltd
Current assignee: Kripton Co Ltd
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: JP2008193241A

Description

この発明は、監視システムおよび撮像装置に関し、さらに詳しくは、撮像環境にかかわらず撮像エリア内の撮像対象を明瞭に撮像できる監視システムおよび撮像装置に関する。

近年の監視システムは、例えば、防犯監視（犯罪の予防、犯人の特定や検挙）、防災監視（災害の予防、災害の原因究明）、状況監視（状況記録）などを目的として設置される。このような監視システムには、常時監視システム（ネットワークを介して監視対象の映像を常時配信するシステム）、時分割監視システム（監視対象を所定の時間毎に撮像する撮像して記録するシステム）、トリガー監視システム（災害発生時、犯罪発生時などの特定時刻を基準としてその前後の映像を撮像して記録するシステム）などがある。また、監視システムは、一般に、アナログ監視システム（ビデオカメラおよびＶＴＲから成る構成）ならびにデジタル監視システム（デジタルカメラ、ネットワークおよびデジタル記録装置から成る構成）に分類される。

このような監視システムでは、監視対象がある現地に撮像装置が設置され、この撮像装置により所定の撮像エリアが撮像される。そして、その画像情報が遠方の管理センターにて取得されることにより、監視対象の監視が行われる。このような従来の監視システムには、特許文献１に記載される技術が知られている。

特開２００６−２２９５６９号公報

ここで、照明の点灯時や昼間のように撮像エリアが明るい状況下では、撮像エリア内の撮影対象（被写体）が明瞭に撮像される。例えば、撮像エリア内に不審人物（撮影対象）が侵入したときに、その周囲が明るければ、不審人物の人相や服装などが明瞭に撮像される。したがって、事後的に不審人物を特定する場合にも、その画像情報が有力な証拠物件となり得る。

しかしながら、照明の消灯時や夜間のように撮像エリアが暗い状況下では、一般に、撮像エリア内の撮影対象が明瞭に撮影され難い。例えば、出力画像にて不審人物の顔が薄暗く写し出されるため、その人相などが十分に特定出来ない場合が多い。

また、撮像時のシャッタースピードによっても、同様の現象が生じ得る。例えば、撮影対象が動きを伴う場合に、シャッタースピードを速めると出力画像の鮮明度が向上するが、全体として光量が減少するため出力画像が薄暗くなる。このため、写し出された撮像対象が不明瞭となる場合が多い。

そこで、この発明は、上記に鑑みてされたものであって、撮像環境（特に、光量に関する条件）にかかわらず撮像エリア内の撮像対象を明瞭に撮像できる監視システムおよび撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる監視システムは、監視対象がある現地に設置されて監視対象に関する所定の現地情報を取得する監視ユニットと、現地から離れた場所に設置されて前記現地情報を前記監視対象から取得する管理ユニットと有する監視システムであって、前記監視ユニットが監視対象を含む所定の撮像エリアに向けて設置されると共に撮像エリア内の撮像対象を撮像する撮像装置を有し、前記撮像装置が撮像素子と、前記撮像素子からの出力信号を増幅する増幅部と、前記増幅部からの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部とを有し、出力画像にて前記撮像エリアを認識できる光量を撮像エリアの光量と呼ぶときに、前記増幅部が、前記撮像エリアの光量を基準として規定される第一ゲイン特性を有する第一増幅回路と、前記撮像エリアの光量よりも少ない光量を基準として規定される第二ゲイン特性を有する第二増幅回路と、前記第一増幅回路および前記第二増幅回路を相互に切り替える切替回路とを備え、且つ、前記Ａ／Ｄ変換部が、前記撮像エリアの光量における前記増幅部の出力レベルを基準として規定される第一Ａ／Ｄ変換範囲を有する第一Ａ／Ｄ変換回路と、前記撮像エリアの光量よりも少ない光量における前記増幅部の出力レベルを基準として規定される第二Ａ／Ｄ変換範囲を有する第二Ａ／Ｄ変換回路と、前記第一Ａ／Ｄ変換回路および前記第二Ａ／Ｄ変換回路を相互に切り替える切替回路とを備えることを特徴とする。

この監視システムでは、撮像装置の増幅部が撮像エリアの光量を基準とする第一ゲイン特性と、撮像エリアの光量よりも少ない光量を基準とする第二ゲイン特性とを有し、且つ、これらのゲイン特性が切り替え可能である。したがって、撮像環境（撮像エリアの環境）や撮像対象に応じて増幅部のゲイン特性を変更できる。これにより、撮像環境にかかわらず撮像対象を明瞭に撮像できる利点がある。
また、この監視システムでは、撮像装置のＡ／Ｄ変換部が撮像エリアの光量における増幅部の出力レベルを基準として規定される第一Ａ／Ｄ変換範囲と、撮像エリアの光量よりも少ない光量における増幅部の出力レベルを基準として規定される第二Ａ／Ｄ変換範囲とを有し、且つ、これらのＡ／Ｄ変換範囲が切り替え可能である。したがって、撮像環境（撮像エリアの環境）や撮像対象に応じて撮像部のＡ／Ｄ変換範囲を変更できる。これにより、撮像環境にかかわらず撮像対象を明瞭に撮像できる利点がある。
また、この監視システムでは、ゲイン特性およびＡ／Ｄ変換範囲の双方が切り替え可能なので、目標とする光量における増幅部の出力レベルおよびＡ／Ｄ変換部のＡ／Ｄ変換の範囲を柔軟に調整できる。これにより、撮像環境や撮像対象に応じて好適な出力画像を取得できる利点がある。

また、この発明にかかる監視システムは、前記撮像エリアの光量よりも少ない光量にて前記第二ゲイン特性の出力レベルと前記Ａ／Ｄ変換部のＡ／Ｄ変換範囲の閾値とが略一致する。

この監視システムでは、撮像エリア全体の明るさと比較して暗い部分が出力画像にて明瞭に写し出される。これにより、例えば、撮像エリア内に侵入した不審人物の人相などがより明瞭に写し出される利点がある。

また、この発明にかかる監視システムは、前記第二ゲイン特性の基準となる光量以下の範囲にて前記第二ゲイン特性のゲインカーブが直線状に増加する。

この監視システムでは、第二ゲイン特性Ｂの設計が容易という利点がある。

また、この発明にかかる監視システムは、前記第二ゲイン特性の基準となる光量以下の範囲にて前記第二ゲイン特性のゲインカーブが放物線状かつ上に凸に増加する。

この監視システムでは、ゲインカーブが直線状に増加する構成と比較して、光量が少ない範囲にて増幅部の出力レベルが大きくなる。すると、出力画像のうち比較的暗い部分が強調されて明瞭に写し出される。これにより、例えば、撮像エリア内に侵入した不審人物の人相などがより明瞭に写し出される利点がある。

また、この発明にかかる撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子からの出力信号を増幅する増幅部と、前記増幅部からの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部とを有すると共に、所定の撮像エリアに向けて設置されて撮像エリア内の撮像対象を撮像する撮像装置であって、出力画像にて前記撮像エリアを認識できる光量を撮像エリアの光量と呼ぶときに、前記増幅部が、前記撮像エリアの光量を基準として規定される第一ゲイン特性を有する第一増幅回路と、前記撮像エリアの光量よりも少ない光量を基準として規定される第二ゲイン特性を有する第二増幅回路と、前記第一増幅回路および前記第二増幅回路を相互に切り替える切替回路とを備え、且つ、前記Ａ／Ｄ変換部が、前記撮像エリアの光量における前記増幅部の出力レベルを基準として規定される第一Ａ／Ｄ変換範囲を有する第一Ａ／Ｄ変換回路と、前記撮像エリアの光量よりも少ない光量における前記増幅部の出力レベルを基準として規定される第二Ａ／Ｄ変換範囲を有する第二Ａ／Ｄ変換回路と、前記第一Ａ／Ｄ変換回路および前記第二Ａ／Ｄ変換回路を相互に切り替える切替回路とを備えることを特徴とする。

この撮像装置では、増幅部が撮像エリアの光量を基準とする第一ゲイン特性と、撮像エリアの光量よりも少ない光量を基準とする第二ゲイン特性とを有し、且つ、これらのゲイン特性が切り替え可能である。したがって、撮像環境（撮像エリアの環境）や撮像対象に応じて増幅部のゲイン特性Ａを変更できる。これにより、撮像環境にかかわらず撮像対象を明瞭に撮像できる利点がある。
また、この撮像装置では、Ａ／Ｄ変換部が撮像エリアの光量における増幅部の出力レベルを基準として規定される第一Ａ／Ｄ変換範囲と、撮像エリアの光量よりも少ない光量における増幅部の出力レベルを基準として規定される第二Ａ／Ｄ変換範囲とを有し、且つ、これらのＡ／Ｄ変換範囲が切り替え可能である。したがって、撮像環境（撮像エリアの環境）や撮像対象に応じて撮像部のＡ／Ｄ変換範囲を変更できる。これにより、撮像環境にかかわらず撮像対象を明瞭に撮像できる利点がある。

この発明にかかる監視システム（撮像装置）では、撮像装置の増幅部が撮像エリアの光量を基準とする第一ゲイン特性と、撮像エリアの光量よりも少ない光量を基準とする第二ゲイン特性とを有し、且つ、これらのゲイン特性が切り替え可能である。したがって、撮像環境（撮像エリアの環境）や撮像対象に応じて増幅部のゲイン特性を変更できる。これにより、撮像環境にかかわらず撮像対象を明瞭に撮像できる利点がある。

また、この発明にかかる監視システム（撮像装置）では、撮像装置のＡ／Ｄ変換部が撮像エリアの光量における増幅部の出力レベルを基準として規定される第一Ａ／Ｄ変換範囲と、撮像エリアの光量よりも少ない光量における増幅部の出力レベルを基準として規定される第二Ａ／Ｄ変換範囲とを有し、且つ、これらのＡ／Ｄ変換範囲が切り替え可能である。したがって、撮像環境（撮像エリアの環境）や撮像対象に応じて撮像部のＡ／Ｄ変換範囲を変更できる。これにより、撮像環境にかかわらず撮像対象を明瞭に撮像できる利点がある。

また、この発明にかかる監視システム（撮像装置）では、撮像エリアの光量よりも少ない光量を基準として信号の増幅が行われるため、撮像エリア内の画像のうち光量に対応する部分の画像が出力画像に明瞭に写し出される利点がある。

また、この発明にかかる監視システム（撮像装置）では、撮像エリアの光量よりも少ない光量における増幅器の出力レベルを基準としてＡ／Ｄ変換が行われるため、撮像エリア内の画像のうち光量に対応する部分の画像が出力画像に明瞭に写し出される利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１は、この発明の実施例にかかる監視システムを示す構成図である。図２は、図１に記載した監視システムの撮像装置の設置例を示す説明図である。図３および図４は、図１に記載した監視システムの作用を示すフローチャートである。図５は、図２に記載した撮像装置の機能を示すブロック図である。図６は、図２に記載した撮像装置の作用を示すフローチャートである。図７〜図１４は、図２に記載した撮像装置の変形例を示す説明図である。図１５および図１６は、図１に記載した監視システムの変形例を示す説明図である。

［監視システム］
この監視システム１は、防犯監視、防災監視あるいは状況監視を目的として設置され、現地にある監視対象を遠方の監視センターにて監視するためのシステムである。ここで、監視対象としては、例えば、銀行の金庫室の出入り口、重要設備の保管場所（サーバや通信設備の中継所）、重要人物の滞在施設や自宅などの出入り口、病院設備の出入り口などが挙げられる。この監視システム１は、監視ユニット２および管理ユニット３を有し、これらがネットワーク４を介して接続されて構成される（図１参照）。

監視ユニット２は、監視対象がある現地に設置されて監視対象に関する所定の情報（以下、現地情報という。）を取得する。この監視ユニット２は、撮像装置２１と、センサー２２とを有する。撮像装置２１は、例えば、プログレッシブカメラにより構成され、監視対象を含む所定の撮像エリア１０に向けて設置される（図２参照）。例えば、監視対象が重要設備の出入り口である場合には、この出入り口を含む領域を撮像エリア１０として撮像装置２１が設置される。また、撮像装置２１は、この撮像エリア１０を撮像して画像情報を生成する。センサー２２は、監視対象あるいは撮像エリア１０内に発生した所定の異常を検出する。このセンサー２２は、例えば、（１）監視対象である重要設備の出入り口の開閉動作を検出する開閉センサー、（２）撮像エリア１０内に人が侵入したことを検出する赤外線センサーなどにより構成される。（１）の構成では、ドアの開閉動作が所定の異常として検出され、（２）の構成では、撮像エリア１０内への人の侵入が所定の異常として検出される。

また、監視ユニット２は、監視側制御装置２３と、監視側記録装置２４とを有する。監視側制御装置２３は、撮像装置２１により生成された画像情報およびセンサー２２の検出情報に基づいて後述する所定の処理を行う。監視側記録装置２４は、例えば、ハードディスクレコーダーであり、所定の現地情報（撮像装置２１により生成された画像情報および画像の撮像時刻、センサー２２により検出された異常の発生時刻など）を圧縮データあるいは非圧縮データとして記録する。なお、監視側記録装置２４では、その記憶容量が一杯となると、新しい現地情報が古い現地情報の上に順次上書きされて記録される。また、監視ユニット２は、通信インターフェイス（通信Ｉ／Ｆ）２５およびハブ（ＨＵＢ）２６を介してネットワーク４に接続される。

管理ユニット３は、現地から離れた場所（遠方の監視センター）に設置され、ネットワーク４を介して現地の監視ユニット２に接続される。この管理ユニット３は、所定の現地情報を監視ユニット２から取得して管理する。また、管理ユニット３は、管理側制御装置３１と、管理側記録装置３２と、第一表示装置３３および第二表示装置３４と、画像処理装置３７とを有する。管理側制御装置３１は、例えば、ＰＣ（Personal Computer）であり、監視ユニット２から取得した所定の現地情報について後述する所定の処理を行う。管理側記録装置３２は、例えば、ハードディスクレコーダーであり、監視ユニット２から取得した所定の現地情報を圧縮データあるいは非圧縮データとして記録する。第一表示装置３３および第二表示装置３４は、例えば、ＰＣのモニターであり、所定の現地情報を表示する。画像処理装置３７は、現地情報に含まれる所定の画像情報を処理する装置である。また、管理ユニット３は、通信インターフェイス（通信Ｉ／Ｆ）３５およびハブ（ＨＵＢ）３６を介してネットワーク４に接続される。

ネットワーク４は、インターネット、ＬＡＮ（Local Area Network）などを含む情報通信網である。

この監視システム１では、まず、現地の監視ユニット２にて、撮像装置２１が撮像エリア１０を常時撮像する（ＳＴ１１）（図３参照）。そして、その画像情報を監視側制御装置２３が取得して監視側記録装置２４に記録して保存する（ＳＴ１２）。このとき、画像情報と撮像時刻に関する時刻情報とが関連付けられて記録される。また、監視側制御装置２３は、この画像情報および時刻情報を監視対象に関する現地情報として遠方の管理ユニット３に送信する（ＳＴ１３）。管理ユニット３では、この現地情報を管理側制御装置３１が受信して（ＳＴ１４）、管理側記録装置３２に記録して保存する（ＳＴ１５）。また、この現地情報が画像処理装置３７にて処理されて第一表示装置３３にリアルタイムで表示される（ＳＴ１６）。例えば、第一表示装置３３の表示画面には、現地にて撮像されている撮像エリア１０の画像が表示され、また、その撮像時刻が同時に表示される。そして、この第一表示装置３３の表示画面を監視員が監視することにより、リアルタイムでの監視対象（撮像エリア１０）の監視が可能となる。

また、現地の監視ユニット２にて、センサー２２が所定の異常を検出した場合（ＳＴ２１）には、その異常検出時刻を監視側制御装置２３が監視側記録装置２４に記録して保存する（ＳＴ２２）（図４参照）。また、監視側記録装置２４では、この異常発生時刻の前後（例えば、前後１分間）に撮像された画像情報が上書き不能にされて保護される（ＳＴ２３）。また、監視側制御装置２３は、この異常検出時刻を現地情報として遠方の管理ユニット３に送信する（ＳＴ２４）。管理ユニット３では、この現地情報（異常発生時刻）を管理側制御装置３１が受信して（ＳＴ２５）、管理側記録装置３２に記録する（ＳＴ２６）。また、現地にて異常が発生した旨の警告が第一表示装置３３に表示される（ＳＴ２７）。ここで、異常発生時刻における画像情報は、第二表示装置３４の検索画面から容易に検索できる。したがって、監視員は、表示された警告を見て対応する画像情報を検索し、その画像を第二表示装置３４に表示させることにより、異常発生時における撮像エリア１０内の様子を詳細に検証できる。

［撮像装置］
また、この監視システム１では、監視ユニット２の撮像装置２１が以下の構成を有する（図５参照）。まず、撮像装置２１は、撮像素子２１１と、前置信号処理部２１２と、増幅部２１３と、タイミング発生部２１４と、Ａ／Ｄ変換部２１５と、デジタル信号処理部２１６と、出力部２１７と、増幅度切替部２１８とを有する。撮像素子２１１は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）などにより構成される。前置信号処理部２１２は、撮像素子２１１からの出力信号を前置処理する回路である。増幅部２１３は、例えば、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）などの増幅器であり、タイミング発生部（タイミング発生回路）２１４が発生するタイミングに従って前置信号処理部２１２からの信号を所定の増幅パターン（図８参照）にて増幅する。Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換部２１５は、増幅部２１３からの出力信号をＡ／Ｄ変換する。デジタル信号処理部２１６は、Ａ／Ｄ変換部２１５からのデジタル信号を符号化処理する。なお、符号化処理には、例えば、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）方式が採用される。出力部２１７は、デジタル信号処理部２１６からの出力信号を監視側制御装置２３に出力するための回路である。

この撮像装置２１では、まず、撮像素子２１１が撮像エリア１０の画像を撮像し（ＳＴ３１）、その出力信号（アナログ信号）を前置信号処理部２１２が前置処理する（ＳＴ３２）（図６参照）。そして、この前置処理された信号を増幅部２１３が所定の増幅パターンにて増幅する（ＳＴ３３）。次に、Ａ／Ｄ変換部２１５が増幅部２１３からの出力信号をＡ／Ｄ変換する（ＳＴ３４）。次に、このＡ／Ｄ変換された信号（デジタル信号）がデジタル信号処理部２１６により符号化処理されて（ＳＴ３５）、出力部２１７により出力される（ＳＴ３６）。そして、この撮像装置２１からの出力信号（出力画像）を監視側制御装置２３が取得して監視側記録装置２４に保存する。

［増幅部のゲイン特性の切り替え］
また、この撮像装置２１では、増幅部２１３が第一ゲイン特性Ａおよび第二ゲイン特性Ｂを有し、且つ、これらのゲイン特性Ａ、Ｂが切り替え可能に構成されている（図７および図８参照）。第一ゲイン特性Ａは、通常の撮影時に用いられるゲイン特性であり、出力画像にて撮像エリア１０の様子を認識できる光量（被写体の明るさ。以下、撮像エリア１０の光量という。）ａを基準として規定される。すなわち、第一ゲイン特性Ａは、その出力画像にて撮像エリア１０の様子を監視できるように、そのゲインカーブが規定される。一方、第二ゲイン特性Ｂは、撮像エリア１０内の暗部の撮影時に用いられるゲイン特性であり、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量ｂを基準として規定される。例えば、第二ゲイン特性Ｂは、撮像エリア１０内に侵入した不審人物を撮像対象１１とするときに、その不審人物の人相や服装（暗部）が出力画像にて確認できるように、そのゲインカーブが規定される。

例えば、この実施例では、増幅部２１３が第一ゲイン特性Ａを有する第一増幅回路２１３１と、第二ゲイン特性Ｂを有する第二増幅回路２１３２と、これらの増幅回路２１３１、２１３２を切り替える切替回路２１３３とを備える（図７参照）。また、第一ゲイン特性Ａは、直線型（比例型）のゲインカーブを有する。また、この第一ゲイン特性Ａでは、撮像エリア１０の明るさに対応した所定の光量ａにて増幅部２１３の出力レベルＶ１とＡ／Ｄ変換範囲Ｘの閾値とが一致する。また、第二ゲイン特性Ｂは、第一ゲイン特性Ａよりも急な傾きを有する直線型のゲインカーブを有する。また、この第二ゲイン特性Ｂでは、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量ｂにて増幅部２１３の出力レベルＶ１とＡ／Ｄ変換範囲Ｘの閾値とが一致する。

ここで、増幅部２１３からの出力信号は、上記のようにＡ／Ｄ変換部２１５にてＡ／Ｄ変換される。図８に示す例では、このＡ／Ｄ変換部２１５のＡ／Ｄ変換範囲Ｘが固定されている。すなわち、第一ゲイン特性Ａの適用時におけるＡ／Ｄ変換範囲Ｘと、第二ゲイン特性Ｂの適用時におけるＡ／Ｄ変換範囲Ｘとは、同一である。

通常の撮像時（昼間など周囲が明るいとき）には、撮像エリア１０の光量ａを基準とする第一ゲイン特性Ａにより、増幅部２１３が撮像素子２１１からの出力信号を増幅する。そして、Ａ／Ｄ変換部２１５が、この出力信号を所定のＡ／Ｄ変換範囲ＸにてＡ／Ｄ変換する。かかる構成では、撮像エリア１０の光量ａが基準とされているため、撮像エリア１０全体の様子が出力画像に明瞭に写し出される。したがって、この出力画像を監視することにより、監視対象が適切に監視される。なお、この実施例では、Ａ／Ｄ変換範囲Ｘが８［ｂｉｔ］に設定されており、出力画像が２５６階調のカラー画像にて表示装置３３、３４の表示画面に表示される。

一方、暗部の撮影時（夜間などの周囲が暗いとき）には、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量ｂを基準とする第二ゲイン特性Ｂにより、増幅部２１３が撮像素子２１１からの出力信号を増幅する。そして、Ａ／Ｄ変換部２１５が、この出力信号を所定のＡ／Ｄ変換範囲ＸにてＡ／Ｄ変換する。かかる構成では、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量ｂが基準とされているため、撮像エリア１０内の画像のうち光量ｂに対応する部分の画像が出力画像に明瞭に写し出される。例えば、上記の通常の撮影時と比較して、撮像エリア１０内に侵入した不審人物の人相などがより明瞭に写し出される。したがって、この出力画像により、犯罪発生時の事後的な検証などが容易となる。例えば、上記の構成では、Ａ／Ｄ変換範囲Ｘが８［ｂｉｔ］に設定されるときに、ゲイン特性Ａ，Ｂが切り替えられることにより、光量ａよりも少ない光量ｂにて８［ｂｉｔ］のＡ／Ｄ変換範囲Ｘ全体を有効に使用できる。しかし、かかるゲイン特性の切り替えができない構成では、暗部の出力レベルが低いために、Ａ／Ｄ変換範囲Ｘの一部（例えば、５［ｂｉｔ］程度）しか使用できない。このため、画像の鮮明度が低下する。

なお、第二ゲイン特性Ｂは、撮像装置２１の撮像対象１１によって適宜設定されることが好ましい。例えば、撮像対象１１が夜間にて撮像エリア１０に侵入した不審人物の人相である場合には、その出力画像にて撮像対象１１が明瞭に確認できるように、第二ゲイン特性Ｂのゲインカーブが規定される。例えば、Ａ／Ｄ変換部２１５のＡ／Ｄ変換範囲Ｘが固定されている構成では、撮像対象１１の明るさに対応する光量ｂおける増幅部２１３の出力レベルＶ１がＡ／Ｄ変換範囲Ｘの閾値に一致するように、第二ゲイン特性Ｂのゲインカーブが規定される（図８参照）。これにより、出力画像にて撮像対象１１がより明瞭に写し出される。

また、第一ゲイン特性Ａと第二ゲイン特性Ｂとの切り替えは、所定の切替信号が増幅部２１３の切替回路２１３３に入力され、切替回路２１３３が第一増幅回路２１３１と第二増幅回路２１３２とを切り替えることにより行われる（図７参照）。また、切替回路２１３３への切替信号の入力は、自動あるいは手動により行われる。例えば、（１）照度センサー（図示省略）が設置されて撮像エリア１０における光量が計測される。そして、撮像エリア１０内が所定の明るさ以下となったときに、切替回路２１３３への切替信号の入力が自動的に行われる。また、（２）撮像装置２１の設置環境（撮像エリア１０の明るさ）、撮像対象１１、撮像目的、撮像装置２１の記録速度などに応じて、切替回路２１３３への切替信号の入力が手動により行われても良い。

［効果］
この監視システム１では、撮像装置２１の増幅部２１３が撮像エリア１０の光量ａを基準とする第一ゲイン特性Ａと、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量ｂを基準とする第二ゲイン特性Ｂとを有し、且つ、これらのゲイン特性Ａ、Ｂが切り替え可能である。したがって、撮像環境（撮像エリア１０の環境）や撮像対象１１に応じて増幅部２１３のゲイン特性Ａ、Ｂを変更できる。例えば、十分な光量が確保されている通常の撮像時（周囲が明るいときの撮像時）には、第一ゲイン特性Ａが選択されて撮像エリア１０全体が明瞭に撮像される。また、光量が不足し易い暗部の撮影時（周囲が暗い或いはシャッター速度が速いときの撮像時）には、第二ゲイン特性Ｂが選択されて、通常の撮像時では明瞭に撮影することが困難な撮像対象１１（例えば、夜間にて撮像エリア１０内に侵入した不審人物の人相など）が明瞭に撮像される。これにより、撮像環境にかかわらず撮像対象１１を明瞭に撮像できる利点がある。

［付加的事項１］
なお、この監視システム１では、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量（例えば、第二ゲイン特性の基準となる光量ｂ）にて第二ゲイン特性の出力レベルＶ１とＡ／Ｄ変換部２１５のＡ／Ｄ変換範囲Ｘの閾値とが略一致することが好ましい（図８参照）。かかる構成では、撮像エリア１０全体の明るさと比較して暗い部分が出力画像にて明瞭に写し出される。これにより、例えば、撮像エリア１０内に侵入した不審人物の人相などがより明瞭に写し出される利点がある。

［付加的事項２］
また、この監視システム１では、第二ゲイン特性Ｂの基準となる光量ｂ以下の範囲にて第二ゲイン特性Ｂのゲインカーブが直線状に増加することが好ましい（図８参照）。例えば、第二ゲイン特性Ｂのゲインカーブが、光量０から光量ｂまでの範囲にて直線状に出力レベルＶを増加させ、撮像エリア１０光量ｂにて所定の出力レベルＶ１となる。そして、この出力レベルＶ１がＡ／Ｄ変換範囲Ｘの閾値として設定されている。かかる構成では、第二ゲイン特性Ｂの設計が容易という利点がある。

また、これに限らず、第二ゲイン特性Ｂの基準となる光量ｂ以下の範囲にて第二ゲイン特性Ｂのゲインカーブが放物線状（非直線状）かつ上に凸に増加しても良い（図９参照）。かかる構成では、ゲインカーブが直線状に増加する構成と比較して、光量が少ない範囲にて増幅部２１３の出力レベルＶが大きくなる。すると、出力画像のうち比較的暗い部分が強調されて明瞭に写し出される。これにより、例えば、撮像エリア１０内に侵入した不審人物の人相などがより明瞭に写し出される利点がある。

［Ａ／Ｄ変換部のＡ／Ｄ変換範囲の切り替え］
また、上記の構成では、撮像装置２１のＡ／Ｄ変換部２１５が単一のＡ／Ｄ変換範囲Ｘのみを有する（図８参照）。かかる構成では、Ａ／Ｄ変換部２１５の構成が簡素化される点で好ましい。しかし、これに限らず、Ａ／Ｄ変換部２１５は、切り替え可能な複数のＡ／Ｄ変換範囲を有しても良い。

例えば、Ａ／Ｄ変換部２１５が第一Ａ／Ｄ変換範囲Ｘおよび第二Ａ／Ｄ変換範囲Ｙを有し、且つ、これらのＡ／Ｄ変換範囲Ｘ、Ｙが切り替え可能に構成される（図１０および図１１参照）。第一Ａ／Ｄ変換範囲Ｘは、通常の撮影時に用いられるＡ／Ｄ変換範囲であり、撮像エリア１０の光量ａにおける増幅部２１３の出力レベルＶ１を基準として閾値が規定される。したがって、この第一Ａ／Ｄ変換範囲ＸにてＡ／Ｄ変換された出力画像では、撮像エリア１０の様子が明瞭に写し出される。第二Ａ／Ｄ変換範囲Ｙは、撮像エリア１０内の暗部の撮影時に用いられるＡ／Ｄ変換範囲であり、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量ｂにおける増幅部２１３の出力レベルＶ２を基準として閾値が規定される。この第二Ａ／Ｄ変換範囲ＹにてＡ／Ｄ変換された出力画像では、光量が少ない部分（暗部）の画像が明瞭に写し出される。これにより、例えば、撮像エリア１０内に侵入した不審人物を撮像対象１１とするときに、その不審人物の人相や服装（暗部）が出力画像にて明瞭に確認できる。

この実施例では、増幅部２１３が単一のゲイン特性Ａを有する（図１１参照）。また、Ａ／Ｄ変換部２１５が第一Ａ／Ｄ変換回路２１５１と、第二Ａ／Ｄ変換回路２１５２と、切替回路２１５３とを備える（図１０参照）。第一Ａ／Ｄ変換回路２１５１は、第一Ａ／Ｄ変換範囲Ｘを有し、撮像エリア１０の光量ａにおける増幅部の出力レベルＶ１を基準としてＡ／Ｄ変換範囲の閾値が規定されている。第二Ａ／Ｄ変換回路２１５２は、第二Ａ／Ｄ変換範囲Ｙを有し、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量ｂにおける増幅部２１３の出力レベルＶ２を基準としてＡ／Ｄ変換範囲の閾値が規定されている。なお、この実施例では、各Ａ／Ｄ変換範囲Ｘ、Ｙがいずれも８［ｂｉｔ］に設定されており、出力画像が２５６色のカラー画像として表示装置３３、３４の表示画面に表示される。切替回路２１５３は、第一Ａ／Ｄ変換回路２１５１と第二Ａ／Ｄ変換回路２１５２とを切り替えて、Ａ／Ｄ変換部２１５のＡ／Ｄ変換範囲Ｘ、Ｙを切り替える。

通常の撮像時（昼間など周囲が明るいとき）には、増幅部２１３からの出力信号をＡ／Ｄ変換部２１５が第一Ａ／Ｄ変換範囲Ｘを用いてＡ／Ｄ変換する。かかる構成では、撮像エリア１０の光量ａにおける増幅部２１３の出力レベルＶ１を基準としてＡ／Ｄ変換範囲Ｘが設定されているため、出力画像にて撮像エリア１０全体の様子が明瞭に写し出される。したがって、この出力画像を監視することにより、監視対象が適切に監視される。

一方、暗部の撮影時（夜間などの周囲が暗いとき）には、増幅部２１３からの出力信号をＡ／Ｄ変換部２１５が第二Ａ／Ｄ変換範囲Ｙを用いてＡ／Ｄ変換する。かかる構成では、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量ｂにおける増幅部２１３の出力レベルＶ２を基準としてＡ／Ｄ変換範囲Ｙが設定されているため、撮像エリア１０内の画像のうち光量ｂに対応する部分の画像が明瞭に写し出される。例えば、上記の通常の撮影時と比較して、撮像エリア１０内に侵入した不審人物の人相などがより明瞭に写し出される。したがって、この出力画像により、犯罪発生時の事後的な検証などが容易となる。

なお、第二Ａ／Ｄ変換範囲Ｙは、撮像装置２１の撮像対象１１に応じて適宜設定されることが好ましい。例えば、撮像対象１１が夜間にて撮像エリア１０に侵入した不審人物の人相である場合には、その出力画像にて撮像対象１１が明瞭に確認できるように、第二Ａ／Ｄ変換範囲Ｙが規定される。例えば、増幅部２１３のゲイン特性Ａが固定されている構成では、撮像対象１１の明るさに対応する光量ｂにおける出力レベルＶ２を基準としてＡ／Ｄ変換範囲Ｙの閾値が規定される（図１１参照）。これにより、出力画像にて撮像対象１１がより明瞭に写し出される。

また、第一Ａ／Ｄ変換範囲Ｘと第二Ａ／Ｄ変換範囲Ｙとの切り替えは、切替信号がＡ／Ｄ変換部２１５の切替回路２１５３に入力され、この切替回路２１５３が第一Ａ／Ｄ変換回路２１５１と第二Ａ／Ｄ変換回路２１５２とを切り替えることにより行われる（図１０参照）。また、切替回路２１５３への切替信号の入力は、自動あるいは手動により行われる。例えば、（１）照度センサー（図示省略）が設置されて撮像エリア１０における光量が計測され、撮像エリア１０内が所定の光量以下の明るさとなったときに、切替回路２１５３への切替信号の入力が自動的に行われる。また、（２）撮像装置２１の設置環境（撮像エリア１０の明るさ）、撮像対象１１、撮像目的、撮像装置２１の記録速度などに応じて、切替回路２１５３への切替信号の入力が手動により行われても良い。

また、上記の構成では、増幅部２１３のゲイン特性Ａが固定されているが（図１１参照）、これに限らず、増幅部２１３が複数のゲイン特性Ａ、Ｂを切り替え可能に有していても良い（図１２および図１３参照）。すなわち、増幅部２１３が第一ゲイン特性Ａおよび第二ゲイン特性Ｂを切り替え可能に有し、且つ、Ａ／Ｄ変換部２１５が第一Ａ／Ｄ変換範囲Ｘおよび第二Ａ／Ｄ変換範囲Ｙを切り替え可能に有する。また、第一ゲイン特性Ａおよび第二ゲイン特性Ｂの切り替え、ならびに、第一Ａ／Ｄ変換範囲Ｘおよび第二Ａ／Ｄ変換範囲Ｙの切り替えは、増幅部２１３あるいはＡ／Ｄ変換部２１５に入力される切替信号により独立して行われ得る。

かかる構成では、ゲイン特性Ａ、ＢおよびＡ／Ｄ変換範囲Ｘ、Ｙの双方が切り替え可能なので、目標とする光量ｂにおける増幅部２１３の出力レベルＶおよびＡ／Ｄ変換部２１５のＡ／Ｄ変換の範囲を柔軟に調整できる。これにより、撮像環境や撮像対象１１に応じて好適な出力画像を取得できる利点がある。例えば、通常の撮像時には、撮像エリア１０内の画像のうち光量ｂに対応する部分の画像が適正に出力されるように、ゲイン特性Ａ、ＢおよびＡ／Ｄ変換範囲Ｘ、Ｙが調整される。これにより、撮像エリア１０内の様子が出力画像に明瞭に写し出されて、適正な監視が行われ得る。また、暗部の撮影時には、例えば、撮像エリア１０内に侵入した不審人物の人相などがより明瞭に写し出されるように、ゲイン特性Ａ、ＢおよびＡ／Ｄ変換範囲Ｘ、Ｙが調整される。これにより、犯罪発生時の事後的な検証などが出力画像に基づいて容易に行われ得る。

［暗部撮影用の撮像装置（１）］
上記のように、この監視システム１では、撮像装置２１の増幅部２１３が切り替え可能な複数のゲイン特性Ａ、Ｂを有する（図８参照）。しかし、これに限らず、撮像装置２１が暗部の撮影時のみに使用される場合には、増幅部２１３が単一のゲイン特性Ｂのみを有しても良い。このゲイン特性Ｂは、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量ｂを基準として規定される（図１４参照）。

かかる構成では、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量ｂを基準として信号の増幅が行われるため、撮像エリア１０内の画像のうち光量ｂに対応する部分の画像が出力画像に明瞭に写し出される。例えば、撮像エリア１０の光量ａを基準とするゲイン特性Ａにより信号の増幅が行われる構成と比較して、撮像エリア１０内に侵入した不審人物の人相などがより明瞭に写し出される。したがって、この出力画像により、犯罪発生時の事後的な検証などが容易となる。

また、一般に、撮像時のシャッター速度が上昇すれば、出力画像の鮮明度が向上する。しかし、その反面で光量が不足するため、出力画像が暗くなる傾向にある。この点において、上記の構成では、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量ｂを基準として信号の増幅が行われるため、速いシャッター速度にて撮像が行われる場合にも、出力画像中の暗部が明瞭に写し出される利点がある。なお、この実施例では、例えば、１／５００［ｓ］〜１／１０００［ｓ］のシャッター速度が採用される。

また、上記の構成では、例えば、赤外線カメラのような暗所専用の撮像装置と比較して、カラーの出力画像が得られる。したがって、特に、撮像装置２１が防犯監視に用いられるときに、撮像エリア１０に侵入した不審人物（撮像対象１１）の服装などがより明確に取得され得る。これにより、優れた監視効果が得られる利点がある。

また、上記の構成は、例えば、Ａ／Ｄ変換範囲のビット数を増加させて出力画像の解像度を向上させる構成と比較して、画像処理に要する時間が短縮され、また、安価かつ既存の設備（８［ｂｉｔ］のＡ／Ｄ変換範囲）にて実現可能な点で好ましい。

［暗部撮影用の撮像装置（２）］
また、上記のように、この監視システム１では、撮像装置２１のＡ／Ｄ変換部２１５が切り替え可能な複数のＡ／Ｄ変換範囲Ｘ、Ｙを有する（図１１参照）。しかし、これに限らず、撮像装置２１が暗部の撮影時のみに使用される場合には、Ａ／Ｄ変換部２１５が単一のＡ／Ｄ変換範囲Ｙのみを有しても良い。このＡ／Ｄ変換範囲Ｙは、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量ｂにおける増幅部２１３の出力レベルＶを基準として規定される（図１４参照）。

かかる構成では、撮像エリア１０の光量ａよりも少ない光量ｂにおける増幅部２１３の出力レベルを基準としてＡ／Ｄ変換が行われるため、撮像エリア１０内の画像のうち光量ｂに対応する部分の画像が出力画像に明瞭に写し出される。例えば、撮像エリア１０の光量ａを基準とするＡ／Ｄ変換範囲Ｘにより信号の増幅が行われる構成と比較して、撮像エリア１０内に侵入した不審人物の人相などがより明瞭に写し出される。したがって、この出力画像により、犯罪発生時の事後的な検証などが容易となる。

［画像処理との関係］
また、この監視システム１では、上記のように、取得された現地情報が管理ユニット３の管理側記録装置３２に記録されており、監視員が必要に応じて現地情報（例えば、異常発生時における画像情報）を検索して第二表示装置３４に表示させ得る（図１参照）。このとき、管理ユニット３では、以下のような処理が行われる。

まず、画像情報を表示させる場合には、まず、監視員が第二表示装置３４の検索画面から必要な情報（異常発生時刻など）を入力して画像情報の検索を行う。すると、管理側制御装置３１が対応する画像情報を管理側記録装置３２から取得して、画像処理装置３７に送る。画像処理装置３７は、この画像情報をデータ解凍（デコード）し、解像度補正、鮮鋭度補正、輝度補正、色補正などの所定の処理を行う。そして、処理された画像情報が再生画像として第二表示装置３４に表示される。監視員は、この表示画像を確認することにより、異常発生時における撮像エリア１０内の様子を容易に検証できる。

ここで、管理側記録装置３２に記録されている画像情報からは、撮像装置２１が有する上記の機能により、撮像エリア１０の特定の部分（暗部）について極めて高い解像度を有する表示画像が取得され得る。すなわち、撮像エリア１０の光量が少ない場合にも、撮像装置２１が有するＡ／Ｄ変換範囲の切り替え機能あるいはゲイン特性の切り替え機能により、撮像エリア１０の暗部（撮像対象１１）が明瞭に撮像されている。したがって、かかる画像情報を画像処理することにより、極めて高い解像度を有する表示画像が取得される。

例えば、撮像装置が８［ｂｉｔ］のＡ／Ｄ変換範囲を有するときに、このＡ／Ｄ変換範囲の切り替えが行われない構成では、撮像エリア１０内の暗部（撮像対象１１）が２［ｂｉｔ］にて撮像されるとする。すると、この２［ｂｉｔ］の画像情報を画像処理して再現しても、黒、黒灰、灰白、白の４階調のみによる表示画像が取得できない。一方、撮像装置２１が上記のようなＡ／Ｄ変換範囲の切り替え機能を有する構成では、撮像エリア１０内の暗部（特定の光量ａの範囲）のみを８［ｂｉｔ］にて撮像できる。そして、この画像情報を画像処理することにより、２５６階調（１６７０万色）の表示画像を取得できる。したがって、上記の撮像装置２１にて取得された画像情報を画像処理装置３７にて画像処理することにより、極めて詳細な再現画像が得られる利点がある。

［適用対象］
また、この監視システム１は、例えば、災害や犯罪の予防（事故や犯罪発生の予防）、災害や犯罪の発生状況の確認（発生前後の状況や状況推移の確認）、災害や犯罪発生時の原因究明と検挙支援（災害の再発防止や犯罪者の特定）、災害や犯罪からの管理者の保護（災害や犯罪からの管理者の安全の確保）などを目的として設置される。

また、この監視システム１は、常時監視システム（ネットワークを介して監視対象の映像を常時配信するシステム）、時分割監視システム（監視対象を所定の時間毎に撮像する撮像して記録するシステム）、トリガー監視システム（災害発生時、犯罪発生時などの特定時刻を基準としてその前後の映像を撮像して記録するシステム）など、いかなる監視システムに適用されても良い。いずれを適用対象とするかは、監視目的等との関係から適宜選択され得る。

また、この実施例では、監視システム１が監視ユニット２および管理ユニット３を有し、これらがネットワーク４を介して接続されて構成される（ネットワーク監視）（図１参照）。しかし、これに限らず、監視ユニット２および管理ユニット３がネットワーク４を介することなく直接的に接続されても良い（図７参照）。また、単一の監視ユニット２と単一の管理ユニット３とが接続されても良いし（１対１監視）（図１５参照）、複数の監視ユニット２と単一の管理ユニット３とが直接あるいは切替器（図示省略）を介して接続されても良い（Ｎ対１監視）（図１６参照）。

以上のように、本発明にかかる監視システムおよび撮像装置は、撮像環境にかかわらず撮像エリア内の撮像対象を明瞭に撮像できる点で有用である。

この発明の実施例にかかる監視システムを示す構成図である。図１に記載した監視システムの撮像装置の設置例を示す説明図である。図１に記載した監視システムの作用を示すフローチャートである。図１に記載した監視システムの作用を示すフローチャートである。図２に記載した撮像装置の機能を示すブロック図である。図２に記載した撮像装置の作用を示すフローチャートである。図２に記載した撮像装置の変形例を示す説明図である。図２に記載した撮像装置の変形例を示す説明図である。図２に記載した撮像装置の変形例を示す説明図である。図２に記載した撮像装置の変形例を示す説明図である。図２に記載した撮像装置の変形例を示す説明図である。図２に記載した撮像装置の変形例を示す説明図である。図２に記載した撮像装置の変形例を示す説明図である。図２に記載した撮像装置の変形例を示す説明図である。図１に記載した監視システムの変形例を示す説明図である。図１に記載した監視システムの変形例を示す説明図である。

符号の説明

１監視システム
２監視ユニット
２１撮像装置
２１１撮像素子
２１２前置信号処理部
２１３増幅部
２１３１第一増幅回路
２１３２第二増幅回路
２１３３切替回路
２１４タイミング発生部
２１５Ａ／Ｄ変換部
２１５１Ａ／Ｄ変換回路
２１５２Ａ／Ｄ変換回路
２１５３切替回路
２１６デジタル信号処理部
２１７出力部
２１８増幅度切替部
２２センサー
２３監視側制御装置
２４監視側記録装置
３管理ユニット
３１管理側制御装置
３２管理側記録装置
３３第一表示装置
３４第二表示装置
３７画像処理装置
４ネットワーク
１０撮像エリア
１１撮像対象

Claims

監視対象がある現地に設置されて監視対象に関する所定の現地情報を取得する監視ユニットと、現地から離れた場所に設置されて前記現地情報を前記監視対象から取得する管理ユニットと有する監視システムであって、
前記監視ユニットが監視対象を含む所定の撮像エリアに向けて設置されると共に撮像エリア内の撮像対象を撮像する撮像装置を有し、
前記撮像装置が撮像素子と、前記撮像素子からの出力信号を増幅する増幅部と、前記増幅部からの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部とを有し、
出力画像にて前記撮像エリアを認識できる光量を撮像エリアの光量と呼ぶときに、
前記増幅部が、前記撮像エリアの光量を基準として規定される第一ゲイン特性を有する第一増幅回路と、前記撮像エリアの光量よりも少ない光量を基準として規定される第二ゲイン特性を有する第二増幅回路と、前記第一増幅回路および前記第二増幅回路を相互に切り替える切替回路とを備え、且つ、
前記Ａ／Ｄ変換部が、前記撮像エリアの光量における前記増幅部の出力レベルを基準として規定される第一Ａ／Ｄ変換範囲を有する第一Ａ／Ｄ変換回路と、前記撮像エリアの光量よりも少ない光量における前記増幅部の出力レベルを基準として規定される第二Ａ／Ｄ変換範囲を有する第二Ａ／Ｄ変換回路と、前記第一Ａ／Ｄ変換回路および前記第二Ａ／Ｄ変換回路を相互に切り替える切替回路とを備えることを特徴とする監視システム。
前記撮像エリアの光量よりも少ない光量にて前記第二ゲイン特性の出力レベルと前記Ａ／Ｄ変換部のＡ／Ｄ変換範囲の閾値とが略一致する請求項１に記載の監視システム。
前記第二ゲイン特性の基準となる光量以下の範囲にて前記第二ゲイン特性のゲインカーブが直線状に増加する請求項１または２に記載の監視システム。
前記第二ゲイン特性の基準となる光量以下の範囲にて前記第二ゲイン特性のゲインカーブが放物線状かつ上に凸に増加する請求項１または２に記載の監視システム。
撮像素子と、前記撮像素子からの出力信号を増幅する増幅部と、前記増幅部からの出力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部とを有すると共に、所定の撮像エリアに向けて設置されて撮像エリア内の撮像対象を撮像する撮像装置であって、
出力画像にて前記撮像エリアを認識できる光量を撮像エリアの光量と呼ぶときに、
前記増幅部が、前記撮像エリアの光量を基準として規定される第一ゲイン特性を有する第一増幅回路と、前記撮像エリアの光量よりも少ない光量を基準として規定される第二ゲイン特性を有する第二増幅回路と、前記第一増幅回路および前記第二増幅回路を相互に切り替える切替回路とを備え、且つ、
前記Ａ／Ｄ変換部が、前記撮像エリアの光量における前記増幅部の出力レベルを基準として規定される第一Ａ／Ｄ変換範囲を有する第一Ａ／Ｄ変換回路と、前記撮像エリアの光量よりも少ない光量における前記増幅部の出力レベルを基準として規定される第二Ａ／Ｄ変換範囲を有する第二Ａ／Ｄ変換回路と、前記第一Ａ／Ｄ変換回路および前記第二Ａ／Ｄ変換回路を相互に切り替える切替回路とを備えることを特徴とする撮像装置。