JP4740969B2 - 撮像装置および撮像制御プログラム - Google Patents

Description

この発明は、撮像部によって撮像される画像の撮像範囲内を光源で照射する撮像装置および撮像制御プログラムに関する。

従来より、空間監視（例えば、河川、ダムまたは道路等の監視）として設置される監視カメラや屋外の防犯カメラにおいて、夜間撮影にあたりハロゲン等の照明を監視カメラによって撮像される画像の撮像範囲内に照射するのが一般的である。

この監視カメラに装備される照明の照射方法として、広い撮像範囲で照射する広角型と、光軸に近い部分を集中的に照射する狭角型が知られている。この広角型および狭角型の照射方法のどちらの場合においても、光軸を中心に水平方向および垂直方向の外側に向かって照度が小さくなるので、照明の光が被写体に対し均等に到達しないため、カメラで捕えたれた映像に明るさの「ムラ」が発生する。

つまり、照明の配光は、図１３で示すように、照射方向に対し均等な照度分布を持っているものではなく、光軸を中心に水平方向および垂直方向に照度が小さくなる。特に、図１４で示すように、広角で撮像する場合、照明の照射範囲以上を映すことになり、カメラで捕らえた映像は中心部が明るく、周辺部分が暗く映る。

また、特許文献１では、望遠のときには、照射角度を小さくして、カメラの撮影範囲に照明灯の強い光が当たるように配光を調整する技術が開示されている。具体的には、画角情報（例えば、広角や望遠）に連動し、照明の光源と反射板の位置を光軸方向に移動することで照射範囲（照射角度）を変え、広角の場合は照射角度を大きくして、カメラの撮影範囲全体に照明灯の光が当たるように配光を調整する。

なお、最近のカメラでは、受光感度が向上し、少ない光でも鮮やかに被写体を捕えるため、暗い部分に明るさが自動調整されてしまうと、中心の明るい部分が閃光するようなハレーション映像を起こす場合がある。

特開２００３−２８３９１５号公報

ところで、上記した特許文献１の技術では、照射角度を小さくして、カメラの撮影範囲に照明の強い光が当るように配光を調整するが、照明そのものの照度が均等でないので、広角撮像時の映像の明るさの「ムラ」が発生するという課題があった。なお、照明の数を増やし、各照明をそれぞれ異なる照射方向へ照射して明るさの「ムラ」を抑制する方法も考えられるが、複数の照明を必要とするため、構造的に大きくなり設備費の増大および照明の電力量が増えることによる維持費アップ等、コスト高となるという課題がある。

そこで、この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、照明に必要なコストを抑えつつ、照明の照射の均等化を図り、映像の明るさのムラを低減することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この装置は、撮像部によって撮像される画像の撮像範囲内を光源で照射する撮像装置であって、前記光源から照射される照明光の光軸を可変し、前記撮像範囲内を走査するように制御する光軸制御手段を備えることを要件とする。

開示の装置は、光源から照射される照明光の光軸を可変し、撮像範囲内を走査するので、単一の光源（または少数の光源）で撮像範囲内の照度を均等化する結果、照明に必要なコストを抑えつつ、照明の照射の均等化を図り、映像の明るさのムラを低減する効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る撮像装置および撮像制御プログラムの実施例を詳細に説明する。

以下の実施例では、実施例１に係る監視カメラ装置の概要および特徴、監視カメラ装置の構成および処理の流れを順に説明し、最後に実施例１による効果を説明する。

［監視カメラ装置の構成］
次に、図１を用いて、図１に示した監視カメラ装置１０の構成を説明する。図１は、実施例１に係る監視カメラ装置１０の構成を示すブロック図である。同図に示すように、この監視カメラ装置１０は、制御部１１、照明部（光源）１２、光軸可変機構１３、カメラ１４、ＤＡ変換処理部１５を備え、図示しない出力部（例えば、モニタやディスプレイ）と接続される。以下にこれらの各部の処理を説明する。

制御部１１は、各種の処理手順などを規定したプログラムおよび所要データを格納するための内部メモリを有し、特に本発明に密接に関連するものとしては、入力部１１ａおよび光軸制御部１１ｂを備える。なお、光軸制御部１１ｂは、特許請求の範囲に記載の「光軸制御手段」に対応する。

入力部１１ａは、利用者からの撮影開始指示やズーム画角情報（例えば、「広角撮影」、「最大望遠撮影」）を入力するものであり、スイッチやボタンなどを備えて構成される。

光軸制御部１１ｂは、照明部１２から照射される照明光の光軸を可変し、カメラ１４の撮像範囲内を走査するように制御する。具体的には、光軸制御部１１ｂは、入力部１１ａに入力されたズーム画角情報と予め設定されたカメラの映像フレーム情報（例えば、「１フレームが１／３０ｓｅｃ」）とを取得する。

そして、光軸制御部１１ｂは、取得されたズーム画角情報および映像フレーム情報を基に、光軸移動周期およびポジション位置を決定する。例えば、光軸制御部１１ｂは、ズーム画角情報が「広角撮影」である場合には、１フレームに対する光軸ポジションを撮像範囲の左から右へ順に「１」〜「５」とし、映像フレーム情報「１フレームが１／３０ｓｅｃ」である場合には、光軸移動周期を「１／３００ｓｅｃ」とする（後に詳述する図３および図４参照）。

その後、光軸制御部１１ｂは、決定された光軸移動周期およびポジション位置を制御信号として照明部１２および光軸可変機構１３に送信して、照明部１２から照射される照明光の光軸を可変し、カメラ１４の撮像範囲内を走査するように制御する。

照明部１２は、カメラ１４の撮像範囲内に照明光を照射する光源で構成され、光軸可変機構１３によって照明光の光軸が可変され、カメラ１４の撮像範囲内を走査する。

光軸可変機構１３は、照明部１２から照射される照明光を反射する反射板１３ａと、反射板１３ｂの傾きを変える接触ローラ機構１３ｂとで構成され、光軸移動周期およびポジション位置に基づいて、反射板１３ａの傾きを変えて、照明光の光軸方向を可変して撮像範囲内を走査させる。

具体的に説明すると、図２に示すように、光源１２を囲うように反射板１３ａが設置され、その反射板１３ａの外側の面にローラが接触するように接触ローラ機構１３ｂが設置されている。このような構成のもと、接触ローラ機構１３ｂは、光軸移動周期およびポジション位置に基づいて、ローラを回転させ、反射板１３ａの傾きを変えている。例えば、接触ローラ機構１３ｂは、図２の例では、ポジション位置「２」「３」「４」、光軸移動周期「１／１８０ｓｅｃ」として、反射板１３ａの傾きを変えている。

つまり、光軸可変機構１３は、照明光の光軸方向を可変して撮像範囲内を走査させることにより、図３に例示すように、ズーム画角情報が「広角撮影」である場合でも、照明の照射を均等とすることが可能である。なお、光軸の走査により１フレーム当りに照射される照度の強度は定量的に低下するが、光軸を走査することで照射範囲の照度を均等化し、映像の映りのムラを低減する。

カメラ１４は、制御部１１による各種処理に必要なデータおよびプログラムを格納するが、特に本発明に密接に関連するものとしては、撮像部１４ａ、メモリ１４ｂおよびズームレンズ１４ｃを備える。

撮像部１４ａは、撮像素子としてＣＣＤやＣＭＯＳで構成され、撮像範囲内の画像を撮像し、映像信号を生成してメモリ１４ｂに記憶させる。具体的には、撮像部１４ａは、制御部１１から映像フレーム情報を取得し、映像フレーム情報を基に、映像信号を生成してメモリ１４ｂに記憶させる。

ここで、図４を用いて光軸ポジションに連動した映像信号生成処理を説明する。同図に示すように、映像信号の１フレームを１／３０ｓｅｃとし、１フレームが各１／６０ｓｅｃの奇数フィールドと偶数フィールドとで構成されている。そして、広角撮影時の場合には、例えば、１フィールド中に光軸位置が光軸ポジション「１」〜「５」に可変する。つまり、光軸移動周期が「１／３００ｓｅｃ」となる。

メモリ１４ｂは、撮像部１４ａによって生成された映像信号を記憶する。ズームレンズ１４ｃは、入力部１１ａに入力されたズーム画角情報を取得し、ズーム画角情報を基に、ズーム処理を行って画角を調整する。

ＤＡ変換処理部１５は、カメラ１４のメモリ１４ｂに記憶された映像信号を読み出し、映像信号をアナログ信号からデジタル信号に変更するＤＡ変換処理を行って、図示しない出力部（例えば、モニタやディスプレイ）に出力する。

［監視カメラ装置による処理］
次に、図５を用いて、実施例１に係る監視カメラ１０による処理を説明する。図５は、実施例１に係る監視カメラ装置１０の処理動作を示すフローチャートである。

同図に示すように、監視カメラ装置１０は、撮影開始指示を受け付けると、（ステップＳ１０１肯定）、入力部１１ａに入力されたズーム画角情報とカメラの映像フレーム情報（例えば、「１フレームが１／３０ｓｅｃ」）とを取得する（ステップＳ１０２）。

そして、監視カメラ装置１０は、取得されたズーム画角情報および映像フレーム情報を基に、光軸移動周期およびポジション位置を決定する（ステップＳ１０３）。続いて、監視カメラ装置１０は、光軸移動周期およびポジション位置に基づいて、反射板１３ａの傾きを変えて、照明光の光軸方向を可変して撮像範囲内を走査させる（ステップＳ１０４）。

その後、監視カメラ装置１０は、撮像範囲内の画像を撮像し、映像信号を生成して外部の出力部（例えば、モニタやディスプレイ）に出力する（ステップＳ１０５）。

[実施例１の効果]
上述してきたように、監視カメラ装置１０は、光源１２から照射される照明光の光軸を可変し、撮像範囲内を走査するように制御するので、照明に必要なコストを抑えつつ、照明の照射の均等化を図り、映像の明るさのムラを低減することが可能である。

また、実施例１によれば、光源１２の照明光を反射させる反射板１３ａの傾きを変えて光軸を可変し、撮像範囲内を走査するので、光学的反射機構を用いた簡易な設備により照明に必要なコストを抑えつつ、照明の照射の均等化を図り、映像の明るさのムラを低減することが可能である。

また、実施例１によれば、カメラ１４のズーム画角情報に応じて、光軸の移動周期および光軸の位置を決定し、決定された光軸の移動周期および光軸の位置を基に、光軸を可変して撮像範囲内を走査するように制御するので、例えば、画角が広い場合には、照明光の走査範囲を広くし、画角が狭い場合には、照明光の走査範囲を狭くする結果、カメラ１４のズーム画角情報に応じた最適な照明の照射制御を行いつつ、映像の明るさのムラを低減することが可能である。

ところで、上記の実施例１では、１フレーム中に撮像範囲内の全てを照射したアナログの映像信号を生成し、デジタルに変換する場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１フレーム中に撮像範囲内の一部を照射したデジタルの映像信号を生成して合成するようにしてもよい。

そこで、以下の実施例２では、１フレーム中に撮像範囲内の一部を照射したデジタルの映像信号を合成用メモリに記憶し、合成用メモリから複数のデジタルの映像信号を読み出し、合成して出力部に出力する場合として、図６〜図８を用いて、実施例２における監視カメラ装置１０ａの構成および処理について説明する。図６は、実施例２に係る監視カメラ装置の構成を示すブロック図であり、図７は、画像合成処理を説明するための図であり、図８は、光軸移動周期とポジション位置を説明するための図である。

図６に示すように、実施例２に係る監視カメラ装置１０ａは、図１に示した実施例１に係る監視カメラ装置１０と比較して、合成用メモリ１４ｄおよび合成処理部１４ｅを新たに備える点が相違する。

実施例２に係る監視カメラ装置１０ａにおいて、合成用メモリ１４ｄは、撮像部１４ａによって撮像され、生成されたデジタルの映像信号を記憶する。合成処理部１４ｅは、合成用メモリ１４ｄから複数のデジタルの映像信号を読み出し、合成して図示しない外部の出力部に出力する。

ここで、図７の例を用いて、画像合成処理について具体的に説明する。同図に例示すように、撮像部１４ａは、光軸のポジション位置が左から右へ順に「１」〜「３」である場合に、各光軸ポジションの画像を「１／３０ｓｅｃ」で撮像してデジタルの画像信号を生成し、合成用メモリ１４ｄに順次記憶させる。そして、合成処理部１４ｅは、合成用メモリ１４ｄに各光軸ポジションの画像信号が格納されると、読み出して合成し、外部の出力部に出力する。

続いて、図８を用いて光軸移動周期とポジション位置を説明する。図８の例では、光軸のポジション位置が「１」〜「３」であり、光軸移動周期を「１／６０ｓｅｃ」である場合を説明する。同図に例示すように、監視カメラ装置１０ａでは、合成される１フレームが１／３０ｓｅｃで生成され、光軸のポジション位置が「１」〜「３」である場合には、生成された３つのフレーム「１−１」〜「１−３」を合成して、出力される一つのフレームが１／１０ｓｅｃで作成される。また、光軸移動周期が１フィールドと同様の「１／６０ｓｅｃ」となり、実施例１と比較して、光軸移動周期を遅くしつつ、明るさのムラを低減したフレームを作成する。

このように、監視カメラ装置１０ａは、１フレーム中に撮像範囲内の一部を照射したデジタルの映像信号を生成して合成するので、光軸を可変させる速度を遅くした場合でも、照明の照射の均等化を図り、映像の明るさのムラを低減することが可能である。なお、実施例２は、例えば、撮像範囲にある被写体の変化（移動）が少ないような場合に適している。

さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では実施例３として本発明に含まれる他の実施例を説明する。

（１）拡散レンズ
上記の実施例１では、反射板１３ａを用いて光軸を可変させる場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、拡散レンズを用いて光軸を可変させるようにしてもよい。

具体的には、図９に示すように、実施例３の監視カメラ装置は、光軸可変機構として、反射板１３ａと、光源１２に対向する位置に設置され光源１２の照明光を拡散させる拡散レンズ１３ｃと、拡散レンズ１３ｃに取り付けられたレンズ可動軸１３ｄと、レンズ可動軸１３ｄを回転して（または直線に）動かすモータ１３ｅとを備える。このような構成のもと、モータ１３ｅは、光軸移動周期およびポジション位置に基づいて、レンズ可動軸１３ｄを回転させ、拡散レンズ１３ｃの傾きを変えて光軸を可変させる。

このように、光源１２の照明光を拡散させる拡散レンズ１３ｃの傾きを変えて光軸を可変し、撮像範囲内を走査するので、光学的屈折機構を用いた簡易な設備により照明に必要なコストを抑えつつ、照明の照射の均等化を図り、映像の明るさのムラを低減することが可能である。

（２）反射板の回転
また、上記の実施例１では、反射板１３ａの傾きを用いて光軸を可変させる場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、表面に歪みがある反射板１３Ａの回転により光軸を可変させるようにしてもよい。

具体的には、図１０に示すように、実施例３の監視カメラ装置は、光軸可変機構として、表面に歪みがある反射板１３Ａと、反射板１３Ａを水平方向に回転させる接触ローラ機構１３ｂとを備える。このような構成のもと、モータ１３ｅは、反射板１３Ａを回転させ、図１１に示すように、撮像エリアを照射する。

このように、表面に歪みがある反射板１３Ａの回転により光軸を可変させるので、より高速に光軸を可変させつつ、映像の明るさのムラを低減することが可能である。

（３）ＤＭＤ（登録商標）
また、反射板１３ａの傾きを用いて光軸を可変させる場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）の傾きを用いて光軸を可変させるようにしてもよい。ＤＭＤは、半導体基板上の表面にミラーが敷き詰められており、電気信号のＯＮまたはＯＦＦで傾きが変化する仕組みとなっている。

具体的には、図１２に示すように、ＤＭＤは、光軸移動周期およびポジション位置に基づいて、傾きを変化させ、集光レンズで集光された光源の照明光の光軸を可変制御する。

このように、ＤＭＤの傾きを用いて光軸を可変させるので、電気的にＤＭＤの傾きを変化させることができる結果、より高速に光軸を可変させつつ、映像の明るさのムラを低減することが可能である。

（４）システム構成等
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、制御部１１とカメラ１４を統合してもよい。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

また、本実施例において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

（５）プログラム
なお、本実施例で説明した撮像制御方法は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。このプログラムは、インターネットなどのネットワークを介して配布することができる。また、このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。

以上の実施例１〜３を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）撮像部によって撮像される画像の撮像範囲内を光源で照射する撮像装置であって、
前記光源から照射される照明光の光軸を可変し、前記撮像範囲内を走査するように制御する光軸制御手段を備えることを特徴とする撮像装置。

（付記２）前記光軸制御手段は、前記光源の照明光を反射させる反射板の傾きを変えて光軸を可変し、前記撮像範囲内を走査するように制御することを特徴とする付記１に記載の撮像装置。

（付記３）前記光軸制御手段は、前記光源に対向する位置に設置され、当該光源の照明光を拡散させる拡散レンズの傾きを変えて光軸を可変し、前記撮像範囲内を走査するように制御することを特徴とする付記１に記載の撮像装置。

（付記４）前記光軸制御手段は、前記光源の照明光を反射させる反射板を回転させて光軸を可変し、前記撮像範囲内を走査するように制御することを特徴とする付記１に記載の撮像装置。

（付記５）前記光軸制御手段は、電気信号に応じて傾きが変化し、前記光源の照明光を反射させるＤＭＤの傾きを変えて光軸を可変し、前記撮像範囲内を走査するように制御することを特徴とする付記１に記載の撮像装置。

（付記６）前記撮像部の画角情報に応じて、前記光軸の移動周期および前記光軸の位置を決定し、当該光軸の移動周期および光軸の位置を基に、前記光軸を可変して前記撮像範囲内を走査するように制御することを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の撮像装置。

（付記７）撮像部によって撮像される画像の撮像範囲内を光源で照射するように制御する撮像制御方法であって、
前記光源から照射される照明光の光軸を可変し、前記撮像範囲内を走査するように制御する光軸制御工程を含んだことを特徴とする撮像制御方法。

（付記８）撮像部によって撮像される画像の撮像範囲内を光源で照射するように制御する撮像制御方法をコンピュータに実行させる撮像制御プログラムであって、
前記光源から照射される照明光の光軸を可変し、前記撮像範囲内を走査するように制御する光軸制御手順をコンピュータに実行させることを特徴とする撮像制御プログラム。

以上のように、本発明に係る撮像装置および撮像制御プログラムは撮像部によって撮像される画像の撮像範囲内を光源で照射する場合に有用であり、特に、照明に必要なコストを抑えつつ、照明の照射の均等化を図り、映像の明るさのムラを低減することに適する。

実施例１に係る監視カメラ装置の構成を示すブロック図である。 反射板の傾きによる光軸可変制御を説明するための図である。 照明の光軸走査による照度分布の一例を説明するための図である。 光軸移動周期とポジション位置を説明するための図である。 実施例１に係る監視カメラ装置の処理動作を示すフローチャートである。 実施例２に係る監視カメラ装置の構成を示すブロック図である。 画像合成処理を説明するための図である。 光軸移動周期とポジション位置を説明するための図である。 拡散レンズの傾きによる光軸可変制御を説明するための図である。 反射板の回転による光軸可変制御を説明するための図である。 反射板の回転による光軸可変制御を行った場合の照度分布の軌跡イメージを示す図である。 ＤＭＤを用いた光軸可変制御を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。

符号の説明

１０、１０ａ 監視カメラ装置
１１ 制御部
１１ａ 入力部
１１ｂ 光軸制御部
１２ 照明部
１３ 光軸可変機構
１３ａ 反射板
１３ｂ 接触ローラ機構
１３ｃ 拡散レンズ
１３ｄ レンズ可動軸
１３ｅ モータ
１４ カメラ
１４ａ 映像部
１４ｂ メモリ
１４ｃ ズームレンズ
１５ ＤＡ変換処理部

Claims (2)

1. 撮像部によって撮像される画像の撮像範囲内を光源で照射する撮像装置であって、
   前記光源から照射される照明光の光軸を前記撮像部の範囲内において走査するように可変制御する光軸制御手段と、
   前記光軸制御手段の制御に応じて前記光源の照明光を反射させる反射板の傾きを変えて光軸を可変する光軸可変手段とを有し、
   前記光軸制御手段は、前記撮像部の画角情報に応じて、前記光軸の移動周期および前記光軸の位置を決定し、当該光軸の移動周期および光軸の位置を基に、前記光軸を可変して前記撮像範囲内を走査するように前記光軸可変手段を制御することを特徴とする撮像装置。
2. 撮像部によって撮像される画像の撮像範囲内を光源で照射する制御をコンピュータに行わせる撮像制御プログラムであって、
   前記コンピュータを、
   前記光源から照射される照明光の光軸を前記撮像部の範囲内において走査するように可変制御する光軸制御手段として機能させ、
   前記光軸制御手段は、前記撮像部の画角情報に応じて、前記光軸の移動周期および前記光軸の位置を決定し、当該光軸の移動周期および光軸の位置を基に、前記光軸を可変して前記撮像範囲内を走査するように、前記光源の照明光を反射させる反射板の傾きを変えて光軸を可変する光軸可変手段を制御することを特徴とする撮像制御プログラム。

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