JP4918375B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数の撮像部を有する撮像装置に関するものである。

多くの撮像装置ではＣＣＤなどの撮像素子の出力信号を累算することで測光値を演算し、測光値が適正な所定の値となるように、光学的なレンズの絞り値、または撮像素子の電荷蓄積時間を調整する機能を有し、屋外などの昼夜の明るさの異なる環境下での撮影を可能としている。
しかし、光学的にレンズの絞り値を調整するレンズは高価であったり、撮像装置の大きさが大きくなったりするため、撮像素子の電荷蓄積時間を調整する機能を有する撮像装置が大半を占めている。

そして、電荷蓄積時間を調整する機能を有する撮像装置では、逆光状態に対応するために、使用者が逆光状態であることを認識し、逆光補正ボタンを押すことにより制御方法の切り替えを行っている（例えば、特許文献１参照）。
また、１画面を複数のブロックに分割し、中央部分と周辺部分の測光データを組み合わせて逆光状態を判断する撮像装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−２４５７５８号公報 特開平６−２２５２０５号公報

しかし、車載時に夜間の逆光状態で撮影した場合、撮影対象物が常に移動し画面の特定位置にあるとは限らないため、従来の技術では、逆光補正がうまく働かず、ヘッドライトの影響を受けて全体の画像が暗く撮影されてしまい、撮影対象物例えばナンバープレートの文字が識別できないという問題がある。

また、従来の技術では夜間は感度向上のため、撮像装置での電荷蓄積時間を長くしているおり、高速で移動している対象物を撮影すると、撮影画像ににじみが生じ、撮影対象物の細部、例えばナンバープレートの文字が識別できないという問題がある。

一方、最近設置が拡大しつつあるＬＥＤ信号機は商用電源を全波整流してＬＥＤを点灯させているので、ＬＥＤの特性上商用電源の周期の半分で高速に点滅している。そこで、従来の撮像装置では、明るい昼間の撮影時に電荷蓄積時間を短くしているため、点滅しているＬＥＤ信号機を撮影した場合、消灯状態が撮影されるという問題がある。

この発明の目的は、撮影対象物の必要な情報を周囲の照度や撮影対象物の状態に係わらずに、明瞭に撮影する撮像装置を提供することである。

この発明に係る撮像装置は、光量および露出に応じる出力信号を出力する撮像部、上記撮像部の露出を調整する露出調整部、および上記出力信号を累算して測光値を出力する検波部を有する少なくとも２つの撮像系と、上記測光値に基づいて上記撮像系毎の露出調整部を制御する演算部と、を備える撮像装置であって、上記演算部は、上記撮像系毎に上記測光値を所定の値に収束するよう上記露出調整部を制御する制御値を演算する露出計算手段と、１つの上記撮像系の上記測光値および上記制御値から被写体照度を演算する照度計算手段と、を有し、上記被写体照度により他の上記撮像系の撮像部の露出を制御する。

この発明に係る撮像装置の効果は、複数の撮像装置を備え、撮像部毎に露出制御方法を変えることができるので、撮影対象物の必要な情報を周囲の照度や撮影対象物の状態に係わらずに、明瞭に撮影することができることである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による撮像装置の構成を示すブロック図である。
この発明の実施の形態１による撮像装置は、異なる視界を撮影する４つの撮像系を備えており、撮像系を区別するために第１撮像系〜第４撮像系と称し、付記する符号に添えるアルファベットとしてａ、ｂ、ｃ、ｄを割り当てている。なお、以下の説明では４つの撮像系を備える撮像装置について説明するが、少なくとも２つの撮像系を備える撮像装置にこの発明を適用することができる。

そして、各撮像系は、各視界を撮影して撮像部出力信号を出力する撮像部１ａ〜１ｄ、光を集光して撮像部１ａ〜１ｄに結像する光学部２ａ〜２ｄ、撮像部１ａ〜１ｄの電荷蓄積時間を調整する露出調整部３ａ〜３ｄ、各撮像部１ａ〜１ｄの撮像部出力信号を累算し測光値を求める検波部５ａ〜５ｄ、検波部５ａ〜５ｄにおいて求める測光値が所定の値に収束するよう、露出調整部３ａ〜３ｄの制御値を求める露出計算手段６ａ〜６ｄを有する。

撮像部１ａ〜１ｄは、２次元に配列された複数の撮像素子を有し、撮像素子は水平方向に並べられてラインを構成し、さらにラインは鉛直方向に並べられてフレームを構成する。そして、フレーム内の撮像素子からは、順次撮像部出力信号が出力される。
また、撮像部１ａが撮影する視界は、他の撮像部１ｂ〜１ｄが撮影する視界より広い。このように広い視界の撮像部１ａを採用することにより、例えばヘッドライトなどのような一時的に視界に入り込む被写体の影響を小さくすることができ、結果として昼夜の変化を捉えることができる。
以下、撮像部１ａ〜１ｄの露出を電荷蓄積時間を調整する例を説明するが、これに限るものではない。

撮像部出力信号は、入射される光の光量と撮像部１ａ〜１ｄの電荷蓄積時間とにより変化するが、電荷蓄積時間は撮像部１ａ〜１ｄで変えることができる。そして、測光値は撮像部出力信号を１フレーム分累算して求めるので、電荷蓄積時間を変えることにより測光値も変えることができる。

また、撮像装置は、演算部４を備え、演算部４は、露出計算手段６ａ〜６ｄを備えるとともに、第１撮像系の検波部５ａにおいて求める測光値と第１撮像系の露出計算手段６ａにおいて求める制御値とから被写体照度を演算する照度計算手段７、および照度計算手段７において求める被写体照度と予め定められた閾値とを比較判定する判定手段８を有する。

照度計算手段７は、検波部５ａにおいて求める測光値と露出計算手段６ａにおいて求める電荷蓄積時間に関連する制御値とを勘案することにより撮像部１ａで撮影する被写体の被写体照度を計算する。
判定手段８は、被写体照度と閾値とを比較し、被写体照度が閾値を超えているとき昼間信号、被写体照度が閾値以下のとき夜間信号を露出計算手段６ａ〜６ｄに送る。
第１撮像系の露出計算手段６ａは、判定手段８から送られてくる昼間信号または夜間信号に係わらずに検波部５ａにおいて求める測光値が所定の値に収束するよう、露出調整部３ａの制御値を求め、露出調整部３ａに制御値を送る。その結果、検波部５ａにおいて求める測光値は所定の値に収束される。このように測光値が所定の値に収束された画像では、全体としての明るさが所定の明るさとなる。

第２撮像系から第４撮像系の露出計算手段６ｂ〜６ｄは、判定手段８から昼間信号が送られてきているときには、第１撮像系の露出計算手段６ａと同様に、各撮像系の検波部５ｂ〜５ｄにおいて求める測光値が所定の値に収束するよう、露出調整部３ｂ〜３ｄの制御値を求める。逆に、判定手段８から夜間信号が送られてきているときには、第２撮像系から第４撮像系の露出計算手段６ｂ〜６ｄは、露出調整部３ｂ〜３ｄに制御値として予め定められた固定値を送る。その結果、撮像部１ｂ〜１ｄの露出、すなわち電荷蓄積時間が固定されるので、画像の明るさは入射される光の光量の変化に従って変化する。例えば、ヘッドライトのように光量の大きな画像は露出が固定されているので、完全に白つぶれが起こり被写体としては判別することができない。一方、ナンバープレートのように光量が一定で小さい画像は、露出が固定されているので、所定の明るさの画像として認識できる。ナンバープレートには番号が表示されているので、画像から番号を読み取ることができる。

次に、実施の形態１による撮像装置の動作について説明する。なお、第１撮像系の動作は昼夜で違いがないので、最初に第１撮像系に関して説明する。
撮像部１ａは、光学部２ａにより集光される光により誘起される電荷を露出調整部３ａにより制御される電荷蓄積時間に亘って蓄積し、撮像部出力信号として出力する。
検波部５ａは、撮像部１ａより出力される撮像部出力信号を１フレーム単位で累算し、測光値として出力する。
露出計算手段６ａは、検波部５ａにおいて求める測光値が所定の値に収束するように、露出調整部３ａの制御値を求める。
露出調整部３ａは、露出計算手段６ａから入力される制御値に従い、撮像部１ａの電荷蓄積時間を制御する。その結果、撮像部１ａより出力される撮像部出力信号の大きさが変化する。
この一連のフィードバック制御により検波部５ａにおいて求める測光値が所定の値に収束する。

照度計算手段７は、検波部５ａにおいて求める測光値と露出計算手段６ａにおいて求める制御値とを用いて被写体照度を算出する。
判定手段８は、被写体照度を予め定められた閾値と比較し、被写体照度が閾値を超えているとき昼間信号、被写体照度が閾値以下のとき夜間信号を露出計算手段６ａ〜６ｄに送る。
このように、判定手段８から第２撮像系から第４撮像系の露出計算手段６ｂ〜６ｄに昼間信号または夜間信号が送られてくる。そのため、第２撮像系から第４撮像系の動作は昼間信号が送られてきているときと夜間信号が送られてきているときで異なる。但し、昼間信号が送られてきているときの動作は第１撮像系での動作と同様であるので、説明は省略する。

次に、夜間信号が送られてきている第２撮像系での動作を説明する。なお、第３撮像系と第４撮像系での動作は第２撮像系での動作と同様であるので、説明は省略する。
露出計算手段６ｂは、夜間信号が送られてきているので、検波部５ｂにおいて求める測光値に係わらず予め定めた固定値を制御値として露出調整部３ｂに送る。
露出調整部３ｂは、固定値に従って撮像部１ｂの露出を制御する。

実施の形態１による撮像装置は、昼間では撮像部１ａ〜１ｄの電荷蓄積時間を制御して測光値をフィードバック制御することにより、撮像された画像の明るさは全体として所定の明るさになるように制御されている。また、夜間では撮像部１ｂ〜１ｄの電荷蓄積時間を入射される光に係わらず固定することにより、光量の大きな被写体が視界に入り込んでも画像内の他の被写体の明るさが維持されるので、光量の変わらない被写体の画像の明るさを一定に保たれる。

もし、夜間において昼間のように測光値をフィードバック制御すると、車両のヘッドライトのように非常に大きな光量の光が入射されると測光値が大きくなり測光値を小さくしようとして電荷蓄積時間を短くするので、ヘッドライトを除いた被写体の画像が暗くなりその被写体を識別することができなくなる。
しかし、夜間走行中の車両のナンバープレート周辺の照度はある程度の範囲内にあるので、この照度に対応した電荷蓄積時間に固定すれば、ナンバープレートを識別することができる。但し、このとき、ヘッドライト部分は完全に白つぶれを起こし情報は欠落する。

また、撮像部１ａの視界を相対的に広い範囲に設定し、撮影視野に対してヘッドライト部分が小さく撮影するように構成するため、検波部５ａにおいて演算された測光値に大きな変化は発生せずに、照度計算手段７で演算された被写体照度が安定し、昼夜判定に与える影響を軽減することができる。
特に、車両のヘッドライトのような強力な光を撮影すると検波部５ａ〜５ｄで演算する測光値が大きく変化し、照度計算手段７で演算する被写体照度の演算結果が大きく変化する。
また、撮影する視角に対してヘッドライト部の占める面積の割合を小さくすることにより検波部５ａで演算する測光値の変化を抑えることが可能である。

なお、判定手段８は、被写体照度を閾値と比較し、被写体照度が閾値を越えたとき直ちに夜間と判断しているが、直ちに夜間と判断せずに、所定のヒステリシスを有する閾値を超えたとき夜間と判断しても良い。これにより昼から夜への薄暮期間などで頻繁に処理の切り替わりが発生することを防ぐことができる。

また、検波部５ａ〜５ｄは、１フレーム全体の撮像部出力信号を用いて測光値を演算しているが、フレーム内に検波範囲を設定し、検波範囲内の撮像部出力信号を測光値の演算に用いても良い。
雨天時は、路面が濡れて反射面となるので、対向車両のヘッドライトは路面で反射し、ヘッドライトからの直接光に加え路面で反射した反射光まで撮影される。路面で反射した反射光はヘッドライトからの直接光より広く拡がるので、照度計算手段７で演算する被写体照度が明るく計算されてしまい昼間と誤判定することがある。
そこで、ヘッドライトが反射する路面付近を検波範囲から除外するようにすると、反射光が測光値に影響しないので正確な被写体照度が計算できる。

また、判定手段８は夜間と判定したとき夜間信号を露出計算手段６ｂ〜６ｄに送り、露出計算手段６ｂ〜６ｄは露出調整部３ｂ〜３ｄに固定値を制御値として設定しているが、撮像部１ｂ〜１ｄの視界に含まれる被写体に基づいて判定手段８は夜間と判定したとき夜間信号または昼間信号を選択し露出計算手段６ｂ〜６ｄに送っても良い。
例えば、撮像部１ｂの視界に含まれる被写体がナンバープレートではなく、歩道を歩く人物などの場合にはフィードバック制御を行う方が良い場合もある。この場合、撮像部１ｂの測光値が所定の値に収束して適正となるように、判定手段８は露出計算手段６ｂに昼間信号を送る。このようにすると、視界に含まれる被写体に対応した必要な情報を撮影することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２による撮像装置は、この発明の実施の形態１による撮像装置と露出計算手段が異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
この発明の実施の形態２による第２撮像系の露出計算手段６ｂは、昼間信号が入力されているとき、撮像部１ｂの電荷蓄積期間が商用電源の１周期の整数倍以外の固定値を制御値として露出調整部３ｂに送る。露出調整部３ｂは、この固定値に従って撮像部１ｂの電荷蓄積期間を調整する。例えば、６０Ｈｚ地域での商用電源の１周期は１／６０秒であり、電荷蓄積期間が１／１２０秒以上となる固定値が予め定められている。

図２は、ＬＥＤ信号機の点滅動作について説明するための波形である。
この発明の実施の形態２による撮像装置は、１つの撮像部１ｂは視界内にＬＥＤ信号機が含まれており、ＬＥＤ信号機の点灯の様子を撮影する。
ＬＥＤ信号機は、商用電源を全波整流して点灯させている。図２（ａ）に示すような電流波形で示される商用電源を全波整流すると、図２（ｂ）に示すような電流波形で示される全波整流になる。この全波整流でＬＥＤ信号機を点灯させると、ＬＥＤは特性上、図２（ｃ）に示すようなＬＥＤ点滅波形、すなわち商用電源の周期の半分の周期で点灯、消灯を繰り返す。すなわち、５０Ｈｚ地域（東日本）では１／１００秒、６０Ｈｚ地域（西日本）では１／１２０秒で点灯、消灯を繰り返している。

図３は、この発明の実施の形態２による撮像装置における撮影タイミングを示すタイミングチャートである。
ここでは、６０Ｈｚ地域で１／６０秒毎に電荷蓄積を繰り返す撮像装置でＬＥＤ信号機を撮影した場合を例に説明する。ＬＥＤ信号機のＬＥＤは、図３（ａ）に示すように、１／６０秒周期で０．７／６０秒間点灯し、０．３／６０秒間消灯する。
明るい昼間の撮影時には、図３（ｂ）に示すように、電荷蓄積期間が短くなり、ＬＥＤの消灯状態と電荷蓄積期間が時期的に揃った場合、消灯状態が撮影される。このときは、ＬＥＤ信号機の点灯の様子を撮影していないことになる。

そこで、電荷蓄積期間が、図３（ｃ）に示すように、０．８／６０秒と調整された撮像部１ｂによりＬＥＤ信号機を撮影すると、０．８／６０秒間の様子が蓄積されるためＬＥＤ信号機は点灯状態として撮影されることになる。
ところで、ＬＥＤ信号機の撮影用に昼間、撮像部１ｂの露出調整部３ｂの制御値を固定値とした場合、ＬＥＤ信号機以外の被写体を適切な明るさで撮影できないという問題が考えられる。
しかし、この発明の実施の形態２による撮像装置は、他の撮像部１ｃ、１ｄを備えているので、１つの撮像部１ｂをＬＥＤ信号機撮影専用として使用し、他の撮影部１ｃ、１ｄを前方・側方撮影用として使用することによりこの問題は解決できる。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による撮像装置の構成を示すブロック図である。
この発明の実施の形態３による撮像装置は、実施の形態１による撮像装置に垂直同期調整手段９を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
垂直同期調整手段９は、図４に示すように、撮像部１ａから垂直同期信号が入力され、その垂直同期信号を商用電源の１／４周期だけ遅らせた垂直同期信号を撮像部１ｂに入力する。撮像部１ｂは、垂直同期信号をトリガとして電荷蓄積期間を開始する。

図５は、この発明の実施の形態３による撮像装置の電荷蓄積タイミングを波形で示した図である。
第１撮像系の撮影部１ａの電荷蓄積期間がＬＥＤ信号機の消灯状態と時期的揃った場合でも、垂直同期調整手段９により第２撮像系の撮像部１ｂの電荷蓄積期間がＬＥＤ信号機の消灯状態とずれるので、撮像部１ｂによりＬＥＤ信号機の点灯状態を撮影することができる。
この実施の形態３による撮像装置は、複数の撮像部１ａ〜１ｄを備え、垂直同期調整手段９により撮像部１ａと撮像部１ｂの電荷蓄積期間の開始する時点をずらすことができるので、ＬＥＤ信号機の消灯状態の撮影を防止できる。

この発明の実施の形態１による撮像装置の構成を示すブロック図である。 ＬＥＤ信号機の点滅動作について説明するための波形である。 この発明の実施の形態２による撮像装置における撮影タイミングを示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態３による撮像装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による撮像装置の電荷蓄積タイミングを波形で示した図である。

符号の説明

１ａ〜１ｄ 撮像部、２ａ〜２ｄ 光学部、３ａ〜３ｄ 露出調整部、４ 演算部、５ａ〜５ｄ 検波部、６ａ〜６ｄ 露出計算手段、７ 照度計算手段、８ 判定手段、９ 垂直同期調整手段。

Claims (3)

1. 光量および露出に応じる出力信号を出力する撮像部、上記撮像部の露出を調整する露出調整部、および上記出力信号を累算して測光値を出力する検波部を有する少なくとも２つの撮像系と、上記測光値に基づいて上記撮像系毎の露出調整部を制御する演算部と、を備える撮像装置であって、
   上記演算部は、
   上記撮像系毎に上記測光値を所定の値に収束するよう上記露出調整部を制御する制御値を演算する露出計算手段と、
   １つの上記撮像系の上記測光値および上記制御値から被写体照度を演算する照度計算手段と、
   上記被写体照度と予め定められた閾値とを比較する判定手段と
   を有し、
   上記露出計算手段は、上記被写体照度が閾値以上の場合は、上記１つの撮像系の測光値が所定の値に収束するよう制御値を演算するとともに少なくとも１つの他の上記撮像系の撮像部の電荷蓄積時間を、商用電源の周期の半分の周期以上の時間に固定するよう予め定められた制御値を出力することを特徴とする撮像装置。
2. 上記演算部は、上記被写体照度と予め定められた閾値とを比較する判定手段を有し、
   上記露出計算手段は、上記被写体照度が閾値を超える場合は、上記撮像系毎に測光値が所定の値に収束するよう制御値を演算し、上記被写体照度が閾値以下の場合は、上記１つの撮像系の測光値が所定の値に収束するよう制御値を演算するとともに少なくとも１つの他の上記撮像系の撮像部の露出が固定するよう予め定められた制御値を出力することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 上記１つの撮像系の撮像部は、周囲の照度を検知できる範囲を撮影する視界を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。

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