JP4921204B2 - 撮像装置及びその制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、一般には、撮像装置に係り、特に、自動露出制御機能を有する撮像装置に関するもので、例えば、監視用のデジタルビデオカメラに好適である。

近年、自動露出（ＡＥ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）制御機能を備えたデジタルビデオカメラを監視カメラとして使用することが提案されている。ＡＥ制御では、被写体の明るさの変化に応じて電子シャッター速度、絞り値、ゲイン値などの動作パラメータを変化させることによって、画像の輝度を適正な値に調整することができる。

一方、監視カメラは、撮影を停止する時間を設けることなく常時撮影することが一般的である。このため、高い耐久性を備えていることが望まれている。ＡＥ制御の動作パラメータにおいて、電子シャッター速度やゲイン値と異なり、絞りは長時間駆動に起因する疲労や磨耗などの機械的な問題を生じる場合がある。そこで、特許文献１は、絞りの寿命を延ばすために絞り値を常時固定する制御方式を提案している。
特開平０８−１３６９６８号公報（第２２頁、図１１）

しかしながら、絞り値を固定するということは、残りの電子シャッター速度やゲイン値のみでＡＥ制御を行うことになる。ここで、絞りは、その開口径が小さいほど被写界深度を深くすることができる。よって、監視対象の全領域に対して適度な被写界深度を確保するためには、絞りの開口径をある程度小さくする必要が生じる。

監視対象が暗ければ、電子シャッター速度を遅くして露光時間を長くする処理と、ゲイン値を増大する処理の、少なくとも一方で対応する必要が生じる。しかしながら、露光時間を１フィールドより長くしてしまうと被写界中の動体の動きがぎこちなくなり、ゲイン値をあまり増大すると画像中のノイズが目立ってしまう。

監視システムでは、例えば、撮影された映像から侵入者を特定したり火災の原因となる状況を判定したりするためにも、監視対象をできるたけ高い画質で撮影することが求められる。このため、特許文献１のように常時絞り値を固定する制御を行ってしまうと、異常状態の画質が劣化してかかる要求を満足することができない場合が生じるおそれがある。

本発明は、異常状態を高画質で撮影すると共に耐久性を向上した撮像装置に関する。

本発明の一側面としての撮像装置は、監視対象の状態を検出する検出手段を有し、前記監視対象を監視する監視システムに使用され、前記監視対象を撮像する撮像装置であって、前記検出手段による検出結果に基づいて、撮影モードに通常監視モードと異常監視モードのいずれか一方を設定する設定手段と、絞り値と、少なくともシャッター速度およびゲイン値のいずれか一方を含む動作パラメータの値を変更することによって、撮像素子の出力信号の輝度レベルを目標値に近づける自動露出制御手段を有し、前記自動露出制御手段は、絞り値を前記設定手段により設定された撮影モードに対応した小絞り端寄りの所定値にした状態で前記監視対象の明るさが暗くなった場合、前記通常監視モードが設定されているときよりも前記異常監視モードが設定されているときのほうが絞り値を優先して変更することを特徴とする。

また、本発明の別の一側面としての撮像装置の制御プログラムは、監視対象の状態を検出する検出手段を有し、前記監視対象を監視する監視システムに使用され、前記監視対象を撮像する撮像装置を制御するための制御プログラムであって、前記検出手段による検出結果に基づいて、撮影モードに通常監視モードと異常監視モードのいずれか一方を設定する設定ステップと、絞り値と、少なくともシャッター速度およびゲイン値のいずれか一方を含む動作パラメータの値を変更することによって、撮像素子の出力信号の輝度レベルを目標値に近づけるとともに、絞り値を前記設定手段により設定された撮影モードに対応した小絞り端寄りの所定値にした状態で前記監視対象の明るさが暗くなった場合、前記通常監視モードが設定されているときよりも前記異常監視モードが設定されているときのほうが絞り値を優先して変更する自動露出制御ステップと、を実行させるためのものである。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、異常状態を高画質で撮影すると共に耐久性を向上した撮像装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、実施例１の監視システム１００のブロック図である。監視システム１００は、カメラ本体７と、コントロールユニット１０と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）１２と、モニターディスプレイ１３とを有する。また、監視システム１００は、煙センサー１と、赤外線センサー２と、マイクロホン３とを更に有する。コントロールユニット１０はカメラ本体７と一体であってもよいし、カメラ本体７と別体として異なる場所に配置されてもよい。

カメラ本体７は動画及び静止画を撮像することが可能であるデジタルビデオカメラである。カメラ本体７は、電動雲台６に載置され、コントロールユニット１０を介して、上下（以下、「チルト」と称する）方向及び左右（以下、「パン」と称する）方向に撮像範囲を変えることができる。また、カメラ本体７には、後述するように、カメラ本体７が振動していることを検出する振動検出回路と、被写界に動体が存在することを検出する動体検出回路が内蔵されている。これらの回路はカメラ本体７と別体であってもよい。

カメラ本体７にて取得された撮像信号８は、コントロールユニット１０に出力され、ＨＤＤ記録装置１２とモニターディスプレイ１３とに分配される。カメラ本体７は、モード識別信号１１をＨＤＤ記録装置１２に送信する。このモード識別信号１１は、異常監視モードのときのみアクティブになる信号である。

ＨＤＤ記録装置１２は、コントロールユニット１０を介して、受信した撮像信号８から生成した画像を記録する。モニターディスプレイ１３は、監視者（ユーザー）が画像を視認できるように、撮像信号８から生成した画像を表示する。図２は、ＨＤＤ記録装置１２の構成の一例を示す概略ブロック図である。ＨＤＤ記録装置１２は、図２に示すように、符号化器１５０３と、記録部１５１５とを有する。

符号化器１５０３は、本実施例では、一般にＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）と称される圧縮方式によって、撮像信号８を圧縮する。かかる圧縮方式としては圧縮性能の異なるＭＰＥＧ１、ＭＰＥＧ２及びＭＰＥＧ４などを適用することができる。符号化器１５０３は動き補償フレーム間予測部１５０４と離散コサイン変換部（ＤＣＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）１５０５とを有する。また、符号化器１５０３は、量子化部１５０６と、可変長符号化部（ＶＬＣ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｌｅｎｇｔｈ Ｃｏｄｉｎｇ）１５０７とを更に有する。

動き補償フレーム間予測部１５０４は、被写界の中でも動きや変化の少ない領域では同じデータを繰り返し用いたり、動きや変化の激しい画像では画像を間引いたりして撮像信号８の圧縮を行う。ＤＣＴ１５０５は、動き補償フレーム間予測部１５０４から出力された振幅信号を、周波数信号に変換する。量子化部１５０６はＤＣＴ１５０５の出力信号に対して、周波数帯域別に、目立たない、細かな部分の信号を省略するなどの処理を行い、信号の圧縮を行う。ＶＬＣ１５０７は、量子化部１５０６の出力信号のデジタルデータとしての冗長性を削減する。例えば、０を連続して多く含む信号の場合は、これをある別の数値符号に置き換えるなどして信号の圧縮を行う。

記録部１５１５には、ＶＬＣ１５０７の出力信号、すなわち、撮像信号８を圧縮削減した信号が入力される。記録部１５１５は、信号処理部１５１０と、磁気記録部１５１２とから構成される。信号処理部１５１０は、ＶＬＣ１５０７から出力された信号をまとめて画像データを生成するファイル化を行う。磁気記録部１５１２は、磁気ヘッドを用いて、回転制御部１５１３によって回転が制御された磁気ディスク１５１４に画像データを記録及び保存する。なお、記録部１５１５への単位時間あたりの入力信号量は、「記録レート」と呼ばれ、記録レートが少ないほど、同様の仕様の磁気ディスク１５１４を使用した場合に、長時間の記録を行うことができる。但し、記録レートを少なくするほど記録される画像の画質は劣化する。勿論、記録方式は磁気を利用するものに限らず、光学記録方式を利用するものであっても構わない。

本実施例では符号化器１５０３の量子化部１５０６にて、信号の情報量を周波数帯域別に削減して圧縮しているが、この信号の圧縮の程度をカメラ本体７からのモード識別信号１１に応じて変更する。具体的には、カメラ本体７が撮影すべき被写界に何らかの異常が生じたと判断したときには、記録レートを大きくして精細な画質で記録し、異常が生じていないと判断したときには、記録レートを小さくして画像データの記録容量の削減を行っている。

図１に戻り、コントロールユニット１０は制御及び時刻情報９をカメラ本体７に送信し、カメラ本体７はこの時刻情報を基に、撮影時の正確な時刻を常に取得する。シーンＡ１０１、シーンＢ１０２、シーンＣ１０３、・・・、シーンＮ１０４は、カメラ本体７の監視対象を含む撮像範囲である。図３に撮像範囲と撮影方法の一例を示す。同図において、縦軸は撮像範囲であり、横軸は撮影方法を示している。撮影方法は、各シーンにおける、ズームの倍率、電動雲台６による動作、及び、撮像時間を含み、これらはコントロールユニット１０で設定される。なお、電動雲台６の動作は、パン方向及びチルト方向の各座標を含む。例えば、シーンＡ１０１は、左３０°のパン方向、上２０°のチルト方向において、２倍のズームで１分間の撮像を行うことになる。

カメラ本体７は、電動雲台６を介して、指定された各シーンの位置に撮像範囲を順次移動し、撮像を行う。シーンＮ１０４の撮像が終了したら、再びシーンＡ１０１に戻って撮像を続ける。かかる動作を無限に繰り返す。なお、カメラ本体７の数を増加してもよい。例えば、複数のカメラ本体を用意し、一つのカメラ本体７が一つのシーンを担当する構成も考えられる。

図４は、カメラ本体７の構成を示すブロック図である。カメラ本体７は、ズーム群レンズを含む光学レンズ３０２と、絞り３０３と、撮像素子３０４を有する。また、カメラ本体７は、増幅率可変増幅器（ＧＣＡ：Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）３０５と、タイミングジェネレータ（ＴＧ：Ｔｉｍｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）３０８とを有する。また、カメラ本体７は、信号処理部３１２と、フレームメモリ３１３と、垂直振動センサー３１７と、水平振動センサー３１８と、垂直振動検出部３１９と、水平振動検出部３２０とを更に有する。また、カメラ本体７は、マイクロプロセッサ３２１と、異音検出部３２３と、動体検出部３２４と、ズーム位置センサー３２７と、ズーム駆動部３２８と、絞り駆動部３１１と、絞り値センサー３３０とを更に有する。マイクロプロセッサ３２１は、ＭＰＵなどの制御部と共にＲＡＭやＲＯＭなどのメモリも含む。

被写体からの光３０１は、光学レンズ３０２及び絞り３０３を通過し、撮像素子３０４の受光面に結像する。ズーム位置センサー３２７は、レンズ内部のズーム群レンズの位置、即ち、光学レンズ３０２の焦点距離を検出し、光学ズーム倍率信号としてマイクロプロセッサ３２１に入力する。

撮像素子３０４は、光学レンズ３０２及び絞り３０３を介して受光した光３０１を電気信号に変換し、ＧＣＡ３０５に出力する。ＧＣＡ３０５は、その増幅率（ゲイン値）を変化させることが可能な増幅器であり、マイクロプロセッサ３２１から送信されたゲイン制御信号に応じて、その増幅率を制御する。ＧＣＡ３０５の出力はＡＥ出力信号として信号処理部３１２及びマイクロプロセッサ３２１に入力される。

信号処理部３１２は、ＡＥ出力信号にガンマ補正、ホワイトバランス、ホワイトクリップ、ニーなどの各種画像処理を施して撮像信号８を生成し、出力する。撮像信号８は、コントロールユニット１０を介してＨＤＤ記録装置１２及びモニターディスプレイ１３にも入力される。また、撮像信号８は、フレームメモリ３１３と、撮像画像情報による動体の有無を検出する動体検出部３２４にも入力される。

図５を参照して、動体検出部３２４の動作、即ち、フレームメモリ３１３を用いた動体の検出について説明する。ここで、図５は、動体検出部３２４の動作を説明するための概念図である。

フレームメモリ３１３は、１枚の画像のデータを記憶すると共に、次のフレームにおいてその記憶したデータを出力する、１フレームの遅延素子として機能する。

動体検出部３２４は、図５に示すように、画像を有限数のブロックに分割し、新たに得られた画像と、その１フレーム前の画像とを減算処理して差分信号５０４を取得する。差分信号５０４をブロック毎に２値化した２値化画像５０５について考える。静止している被写体５０６についてはこの差分信号を２値化した値は０になる。一方、直前のフレームの画像とその次のフレームの画像の少なくとも一方に侵入者などの動体５０７が存在した場合、動体５０７の部分は１となる。換言すれば、動体５０７は、全てのブロックの論理和を算出することによって検出することができる。なお、フレーム間の間隔は、ＴＶ信号（ＮＴＳＣ）では１／３０秒、または、インターレース走査のフィールド単位で１／６０秒であるが、監視用の撮像装置ではそれに制約される必要は無い。フレームメモリ３１３は、動体検出が目的で高精細な画像は必要ではなく、全画素を取り込む必要がない。このため、フレームメモリ３１３の必要とされる容量は少なく、製品全体のコストに与える影響も軽微である。

図４に戻り、マイクロプロセッサ３２１には、動体検出部３２４からの動体検出情報、煙センサー１からの発煙検出情報、赤外線センサー２からの侵入者や火災を検出するための放射赤外線情報が入力される。マイクロプロセッサ３２１には、マイクロホン３を用いた異音検出部３２３からの異音情報、垂直振動センサー３１７を用いた垂直振動検出部３１９からの垂直振動情報、及び、水平振動センサー３１８を用いた水平振動検出部３２０からの水平振動情報も入力される。

マイクロプロセッサ３２１は、ズーム駆動部３２８を介して光学レンズ３０２のズーム位置の駆動を制御するとともに、ズーム位置センサー３２７により検出したズーム倍率に応じたズーム倍率信号を得る。また、マイクロプロセッサ３２１は、絞り駆動部３１１を介して絞り３０３の絞り値を制御するとともに、絞り値センサー３３０により検出した絞り値に応じた信号を得る。

また、マイクロプロセッサ３２１は、ＡＥ制御のために、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）６０１とＡＥ基準値６０２という２種類のデータをメモリに格納している。後述するが、ＬＵＴ６０１には、異常が生じていると推定されるときに用いられる異常監視モード用のＬＵＴデータと、異常が生じていないと推定されるときに用いられる通常監視モード用のＬＵＴデータが含まれている。ＡＥ基準値は被写界の目標輝度値であり、この監視システム１００では、ＡＥ出力信号の輝度値がこのＡＥ基準値と等しくなるようにＡＥ制御が行われる。

次に、電子シャッターについて説明する。撮像素子３０４には、電子シャッター制御パルスがＴＧ３０８より入力される。ＴＧ３０８は、撮像素子３０４を駆動するための各種のパルスを発生する回路であり、そのタイミングを、マイクロプロセッサ３２１から送信された電子シャッター制御信号に基づいて決定する。

以下、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して、電子シャッターの動作について説明する。

図６（ａ）は電子シャッター動作の一例を示しており、時間軸は左から右に取られている。ＴＧ３０８は、電荷読み出しパルス４０１を発生して、前フレーム期間における撮像素子３０４のフォトダイオード上に露光によって生じた電荷を読み出し、出力する。前フレーム期間は、ＮＴＳＣ信号のようにインターレース動作を行うときは前フィールド期間となる。

この例では、読み出し後に蓄積された残電荷をクリアして次フィールドの電荷の蓄積を開始する機能を備えた蓄積電荷リセットパルス４０２は、電荷読み出しパルス４０１のすぐ後に出力される。そして、リセットパルス４０２が出力されてから所定時間が経過すると、蓄積された電荷が、前フィールドと同様に電荷読み出しパルス４０１により読み出され、撮像信号として出力される。このリセットパルス４０２が出力されてから、電荷読み出しパルス４０１が出力されるまでの時間が、電荷蓄積時間４０３となる。電荷読み出しパルス４０１と蓄積電荷リセットパルス４０２の出力タイミングがこの間隔のままで１垂直帰線区間（１Ｖ）毎に繰り返されれば、電荷蓄積時間４０３は、ほぼ１フレームまたは１フィールドに等しくなる。つまり、ＮＴＳＣ信号の１フィールドの場合は電荷蓄積時間４０３は約１／６０秒となる。

図６（ｂ）は、図６（ａ）よりも高速シャッターである場合の電子シャッターの動作の一例を示しており、時間軸は左から右に取られている。最初の電荷読み出しパルス４０１の後、暫く時間が経過してから蓄積電荷リセットパルス４０２を出力することにより、電荷蓄積時間４０３を図６（ａ）よりも短くしている。つまり、本実施例の電子シャッター動作では、電荷蓄積時間４０３を決定するためのリセットパルス４０２の出力タイミングを制御することで、電子シャッター速度の制御、すなわち、電荷蓄積時間の制御が行われる。仮に１／５００秒に設定する場合は、この電荷蓄積時間４０３が１／５００秒になるようにリセットパルス４０２の出力タイミングを設定すればよい。

このように、ＴＧ３０８により発生され、撮像素子３０４に入力されるパルスの出力タイミングを制御することにより、撮像素子３０４の露出時間を、機械的な絞り３０３とは別途に制御することが可能である。

以下、カメラ本体７のプログラムＡＥ制御の詳細について説明する。プログラムＡＥ制御とは、被写界の明るさ（輝度）に対応づけられて予め動作パラメータがプログラムされた露出制御のことをいう。本実施例のＡＥ制御における動作パラメータとしては、絞り値、電子シャッター速度、ゲイン値（増幅率）の３つがある。そして、この絞り値、電子シャッター速度、ゲイン値の３つの組合せで決定される露出量を、以下、露出制御量という。マイクロプロセッサ３２１が格納しているＬＵＴ６０１は、被写体の明るさに従って、動作パラメータをどのように対応して変化させるかを記載した表である。ＬＵＴ６０１に含まれる異常監視モードのＬＵＴデータと、通常監視モードのＬＵＴデータとでは、同じ露出制御量でも、絞り値、電子シャッター速度、および、ゲイン値の各動作パラメータの取る値の組合せが異なるものが存在する。

マイクロプロセッサ３２１は、ＬＵＴ６０１とＡＥ基準値６０２を読み込み、ＡＥ出力信号の輝度レベルをＡＥ基準値６０２と等しくなるように動作パラメータを変化させてフィードバック制御を行う。なお、本実施例の信号処理部３１２には可変要素はないものとする。また、ＡＥ基準値６０２と比較する信号は、ＡＥ出力信号に限らずとも撮像素子３０４の出力を基に生成された信号であればよく、撮像信号８であっても構わない。

図７はマイクロプロセッサ３２１のＡＥ制御動作のフローチャートである。まず、マイクロプロセッサ３２１は電源ＯＮと初期化を行い（ステップＳ７０１）、ＡＥ基準値６０２を読み込む（ステップＳ７０２）。次に、マイクロプロセッサ３２１はＬＵＴ６０１の通常監視モード及び異常監視モードのＬＵＴデータを読み込む（ステップＳ７０３）。電源ＯＮ後の最初にこのステップの処理を実行する際には、通常監視モードのＬＵＴデータが初期値として選択され、設定される。次に、マイクロプロセッサ３２１はＧＣＡ３０５から出力されたＡＥ出力信号を読み込む（ステップＳ７０４）。このＡＥ出力信号から得られる輝度値とＡＥ基準値６０２を比較して、ソフトウェアによるサーボ制御を行う。まず、絞り値センサー３３０にて得られる絞り値信号を読み込む（ステップＳ７０５）。そして、ＧＣＡ３０５を制御するための信号であるゲイン制御信号を読み込み（ステップＳ７０６）。更に、電子シャッター速度を制御するための信号である電子シャッター制御信号を読み込む（ステップＳ７０７）。ＧＣＡ３０５から得られるＡＥ出力信号が適正である、すなわち、ＡＥ出力信号から得られる被写界の輝度値が、ＡＥ基準値６０２と等しいか、差が小さい場合は、適正値であるとして動作パラメータを維持したまま待機する（ステップＳ７１０）。そして、再びＧＣＡ３０５から得られるＡＥ出力信号を読み込む（ステップＳ７０４）。このステップＳ７１０での待機は、撮像信号８の変化を１フレーム又は１フィールド単位にするために時間を調節する処理である。反対に、ＧＣＡ３０５から得られるＡＥ出力信号が適正でない場合、すなわち、ＡＥ出力信号から得られる被写界の輝度値をＡＥ基準値６０２から離れている場合には、動作パラメータを変更する制御サブルーチン（ステップＳ７０９）に移る。この制御サブルーチンでは、現在の露出制御値に応じて、いずれかの動作パラメータを選択し、選択した動作パラメータを１ステップ変化させる。そして、一定時間待機（ステップＳ７１０）してから、以後同様にＧＣＡ３０５から出力されたＡＥ出力信号を読み込むステップＳ７０４に戻り、この処理を繰り返す。ここで、動作パラメータの変化を１ステップに制限しているのは、急激にＡＥ出力信号の輝度レベルを変化させてしまうと、撮像信号８から生成される画像が輝度変化の大きな見苦しいものになってしまうためである。

以下、図８を参照して、図７のステップＳ７０９における動作パラメータを変更する制御サブルーチンについて詳細に説明する。

読み込んだ動作パラメータの組合せから、現在設定されている監視モードにおける露出制御値を求める（ステップＳ８０１）。初めてこのステップを処理する場合には、通常監視モードが設定されているため、通常監視モードにおける露出制御値を求める。そして、現在のＡＥ出力信号のレベルとＡＥ基準値６０２の比較結果から、ＡＥ出力信号を明るくするための動作パラメータの変更を行うか、暗くするための動作パラメータの変更を行うかを決定する（ステップＳ８０２）。次に、設定されている監視モードにて、実際に動かす動作パラメータをＬＵＴ６０１に応じて決定する（ステップＳ８０３）。ＡＥ出力信号を明るくするための露出制御値の変更を行う場合には（ステップＳ８０４）、絞りを１段広げる、電子シャッター速度を１段遅くする、又は、ゲイン値を１段上げる制御のいずれかを行う（ステップＳ８０５）。ＡＥ出力信号を暗くするための露出制御値の変更を行う場合には（ステップＳ８０４）、絞りを１段絞る、電子シャッター速度を１段速くする、又は、ゲイン値を１段下げる制御のいずれかを行う（ステップＳ８０６）。どの動作パラメータを変更するかは、上述したように、その時点での露出制御値とＬＵＴ６０１から読み込んだデータによって決定される。このように、制御サブルーチンは、ＬＵＴ６０１に格納されているいずれかの監視モードのＬＵＴデータに従って動作パラメータを制御する。

図９は、マイクロプロセッサ３２１が、異常が生じているか否かを判断し、必要に応じて通常監視モードと異常監視モードを切り替えるフローチャートである。これは監視システム１００の電源がＯＮされると、図７に示すＡＥ制御のフローチャートと並行して処理される。まず、電源ＯＮにて初期化を行う（ステップＳ１３０１）。次に、制御及び時刻情報９より現在時刻を読み込み（ステップＳ１３０２）、予めコントロールユニット１０に設定されている動作設定時刻を読み込む（ステップＳ１３０３）。次に、発煙検出情報より煙発生の有無を読み込み（ステップＳ１３０４）、放射赤外線情報より赤外線検出の有無を読み込む（ステップＳ１３０５）。また、垂直振動情報及び水平振動情報より振動を読み込み（ステップＳ１３０６）、異音情報より音声検出の有無を読み込み（ステップＳ１３０７）、更に動体検出情報より動体検出有無を読み込む（ステップＳ１３０８）。以上の結果により、異常であると判断できる情報を検出したかを判断する（ステップＳ１３０９）。具体的には、ステップＳ１３０４からＳ１３０８の検出結果から、振動や異音等のいずれかの要因が検出できたのであれば、異常であると判断し、いずれの要因も検出できないのであれば、異常ではないと判断する。この異常であるか否かの判断結果に変化がない場合は、ステップ１３０２に戻る。異常状態の判断結果に変化がある場合は、通常監視モードと異常監視モードを切り替えるためのサブルーチン（ステップＳ１３１０）に入る。このように、異常であるか否かの判断結果に変化がなければ、そのとき設定されている監視モードを維持し、異常であるか否かの判断結果に変化があれば、通常監視モードと異常監視モードを一方から他方へと切り替える。ここで、異常監視モードにのみ継続時間の上限を規定し、異常監視モードに設定してからこの上限の時間が経過した場合には、強制的に通常監視モードに切り替える構成としてもよい。

図１０はステップＳ１３１０の、監視モードを切り替えるサブルーチンを詳細に説明するための図である。まず、通常監視モードと異常監視モードのうち、現在設定されている監視モードの動作パラメータと、その時点における露出制御量を求める（ステップＳ１４０１）。露出制御量を維持したまま、現在設定されているＬＵＴデータを、他方の監視モードのＬＵＴデータに切り替える。求めた露出制御量を維持するように、他方のモードにおけるＬＵＴデータを参照して動作パラメータを対応させる（ステップＳ１４０２）。そして、モード識別信号１１を変更する（Ｓステップ１４０３）。モード識別信号１１は、異常監視モードであれば１に、通常監視モードであれば０に設定される。モード識別信号１１が１に設定されると、記録レートを大きくして精細な画質で記録し、０に設定されると、記録レートを小さくして画像データの記録容量の削減を行う。そして、図８の制御サブルーチンが、切り替えた後の監視モードのＬＵＴデータを用いて行われる。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、通常監視モードにおけるＬＵＴデータをプログラム線図に置き替えた図と、各動作パラメータを固定するエリアを示すための表である。いずれも横軸は被写界輝度、および、露出制御値を示しており、左側にいくほど輝度が高い被写界（被写体が明るい）に適応した露出制御値である。プログラム線図として記載された３本の線は、それぞれ、ゲイン値９０１、電子シャッター速度９０２、絞り値９０３を示す。ここで、便宜上、被写体が明るい領域から暗い領域にかけて、露出制御値をエリアＡ、エリアＢ、エリアＣの３つのエリアに分類する。

被写体の明るさが最も明るい側のエリア、即ち、エリアＡにおいては、絞り値９０３を小絞り端寄りの所定値に、ゲイン値９０１を最小値に固定した状態で、電子シャッター速度９０２によるＡＥ制御を行う。絞り値を小さくしすぎると光の回折の影響が大きく、絞り値を大きくしすぎると被写界深度が浅くなるという課題が生じる。また、ゲイン値を大きくすると画像データに重畳するノイズが増大する。そのため、一つの動作パラメータで対応可能な範囲においては、絞り値およびゲイン値を固定したままで、電子シャッター速度９０２のみで被写界の輝度を調整する。

エリアＢは、電子シャッター速度９０２を許容範囲内で最も遅くしても、ＡＥ基準値６０２よりも輝度が暗くなる被写界が対象となる。電子シャッター速度９０２の許容範囲の上限は、本実施例では、電子シャッター速度が１／６０秒のフレーム又はフィールド周波数にほぼ等しく、これ以上電子シャッター速度を落とすと動解像度が低下してしまう値である。エリアＢにおいては、絞り値をエリアＡと同じ値に固定し、電子シャッター速度９０２を最も遅い上限値に、すなわち、露光時間をほぼ１フレームと等しい値に固定した状態で、ゲイン値９０１によるＡＥ制御を行う。ゲイン値９０１は、一般的に最大で２０〜３０デシベル（１０〜３０倍）程度の信号の増幅が可能である。ゲイン値９０１を増加させるほどノイズも比例して増加してしまうが、絞りの摩耗を防止するために、絞り値を固定したままゲイン値９０１のみで被写界の輝度を調整する。

そしてエリアＣは、電子シャッター速度９０２を上限に設定し、かつ、ゲイン値９０１を許容範囲内で最大値としても、ＡＥ基準値６０２よりも輝度が暗くなる被写界が対象となる。ゲイン値９０１の最大値は、生じるノイズの量を考慮して実験的に決定すればよい。エリアＣにおいては、ＡＥ出力信号を明るくするためには、電子シャッター速度９０２およびゲイン値９０１を用いることはできないため、残りの動作パラメータである絞り値９０３の開口径をエリアＡ、Ｂよりも大きくする。

このように通常監視モードでは、電子シャッター速度９０２およびゲイン値９０１だけでは対応できない低輝度の被写界の場合のみ、絞り値９０３を変化させる。絞り値９０３以外の動作パラメータを用いて被写界の輝度を適正値にできる場合は、絞り値９０３を変化させない。したがって、絞り３０３を駆動する頻度が減少し、絞り３０３の疲労や摩耗を低減させることができ、監視システム１００の寿命を延ばすことができる。

図１２は、ＬＵＴ６０１のうち、通常監視モードの動作パラメータを記載した通常監視モード用のＬＵＴである。絞り値９０３を絞り込み側で固定することにより、被写界深度が深くなり、合焦可能な範囲は広がる。このため、レンズ３０２を動かして焦点調節をする自動焦点調節機能に対しても動作が緩やかになり、そのアクチュエータの寿命を延ばすことにもつながる。ただし、絞り値９０３は、多くの場合で固定されたままであると考えられるため、光量不足による画質低下を考慮して、絞り３０３を絞り込んだ状態よりはやや開いた位置（Ｆ値＝８）にて固定される。また、ゲイン値９０１も、エリアＣでのノイズの増加を配慮して、最大値を設定可能な上限値よりもやや低い値（２０ｄＢ）に固定している。

このように、通常監視モードは、絞り値９０３のみならず、レンズ３０２のアクチュエータを含めた寿命の延長に効果的である。一方で、絞り値９０３を固定したことによる感度不足によって、ゲイン値の増加に伴うノイズの増加が発生し、撮影画質が低下するという問題が発生する。しかし、監視システム１００は、異常時における高画質撮影が重要であり、換言すれば、異常がなければ高画質よりも耐久性を優先して異常時における撮影不能を回避すべきである。かかる観点から、本実施例では通常監視モードにおいてゲイン値９０１の変更を絞り値９０３の変更よりも優先している。
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、異常監視モードにおけるＬＵＴデータをプログラム線図に置き替えた図と、各動作パラメータを固定するエリアを示すための表である。いずれも横軸は被写界輝度を示しており、左側にいくほど輝度が高い被写界（被写体が明るい）に適応した露出制御値を示している。プログラム線図として記載された３本の線は、それぞれ、ゲイン値９０１、電子シャッター速度９０２、絞り値９０３を示す。ここで、便宜上、被写体が明るい領域から暗い領域にかけて、露出制御値をエリアＡ、エリアＢ、エリアＣの３つのエリアに分類する。このプログラム線図は、監視システムとは異なる一般的なビデオカメラの標準的なプログラム線図に類似しており、絞り３０３の摩耗よりも画質を優先させたものになっている。

エリアＡにおいては、光の回折現象による光学解像度の低下を考慮して、絞り値を絞り込んだ状態よりもやや開いた位置（Ｆ値＝１６）に固定し、ゲイン値９０１を最小値に固定した状態で、電子シャッター速度９０２によるＡＥ制御を行う。通常監視モードと異なり、絞り値と小絞り側で固定する範囲がエリアＡのみであるため、エリアＡでの絞り値を通常監視モードよりも１段小絞り側に設定している。

電子シャッター速度９０２を許容範囲内で最も遅くしても、ＡＥ基準値６０２よりも輝度が暗くなる被写界が対象となるエリアＢでは、ゲイン値９０１を固定したまま、絞り値９０３によるＡＥ制御を行う。このエリアＢではゲイン値９０１を最小値に固定したまま増加させないため、ゲイン値９０１に起因するノイズを低減させることができる。

絞り値９０３を最大開口径とした状態でも輝度値がＡＥ基準値６０２より暗い被写界を対象とするエリアＣにおいては、残る動作パラメータであるゲイン値９０１を用いてＡＥ制御を行う。ゲイン値９０１の上昇はノイズの増加による画質の劣化を伴うので、他の動作パラメータが被写界の輝度信号を明るくするための限界の値に達してから、ゲイン値９０１を上昇させる制御を開始することが望ましい。

図１４は、ＬＵＴ６０１のうち、異常監視モードの動作パラメータを記載した異常監視モード用のＬＵＴである。ここでは、エリアＡ、Ｂ、Ｃの各エリアを４段階のステップで制御しているが、ステップ数を増加することにより、滑らかで自然な制御が可能になる。本実施例では、各エリアで一つのパラメータのみが可変に設定され、同時に複数のパラメータを可変に設定しない構成を例にあげて説明したが、同時に複数のパラメータを可変にする構成としても構わない。通常監視モードと異常監視モードを比較した場合に、通常監視モードのほうが絞り値９０３を変更する機会が減少する構成であれば、耐久性を高めるという効果を達成することが可能になる。
なお、本実施例の監視システムは、図３に示すように撮像範囲が予め決まっており、被写界の輝度は事前に予想できる。そのため、予想される被写界の輝度が、昼夜を通してエリアＢの範囲に収まるように設計されている。したがって、異常監視モードに設定された場合に、絞り値９０３を用いてＡＥ制御を行われる可能性が高いことになる。絞り値９０３の変化による自動露出制御は、画質の劣化がなく、電子シャッター速度９０２を高速、あるいは、低速にした場合のように被写体の動きが不自然になるデメリットもなく、自然な撮影画像を得ることができる。

しかし、これを通常監視モードにも適用すると、絞り３０３に疲労や摩耗が蓄積されてしまい、耐久性が低下する。そこで、本実施例は、監視対象の同一の明るさ範囲に対して、通常監視モードか異常監視モードに応じて、可変とする動作パラメータを異ならしめている。具体的には、絞り値９０３を主たる動作パラメータとして用いる制御パターンを異常監視モードにのみ採用することで、監視システム１００の耐久性を高めるとともに、異常発生時の撮影画像の画質を高める構成を達成しているのである。

図１５は、図９の変形例のフローチャートである。他の構成は実施例１と同様であるので説明は省略する。図９と異なる部分のみを説明すると、最初に電源ＯＮと内部初期化を行い、同時に、内部カウンタもリセットする（ステップＳ１６０１）。

ステップＳ１３０９の分岐において、異常であるか否かの判断結果に変化がない場合には、ステップＳ１６０２に進み、設定されている監視モードが通常監視モードであるかを判定する。ここで通常監視モードでなければステップＳ１３０２に戻り、通常監視モードであれば内部カウンタを１つ増加（インクリメント）する（ステップＳ１６０３）。次に、内部カウンタの値が予め定めた一定値に達しているかの判断を行い（ステップＳ１６０４）、一定値未満のときは、ステップＳ１３０２に戻る。一方、内部カウンタの値が一定値に達した場合には、通常監視モードを異常監視モードに切り替え（ステップＳ１６０５）、一定時間異常監視モードで駆動した後に通常監視モードに戻す（ステップＳ１６０６）。そして内部カウンタのリセットを行い（ステップＳ１６０８）、ステップＳ１６０８に戻る。この動作により、予め定めた一定期間、異常を検出しない場合も、定期的にメカアクチュエータを動かすことにより、長時間動かさないことで発生するメカのフリクションの増加を防止することが可能となる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施例ではマイクロプロセッサ３２１が通常監視モードと異常監視モードとの間の切り替えを行っているが、かかる制御はコントロールユニット１０又はその他の制御装置が行ってもよい。かかる制御装置は、カメラ本体７が配置されている監視対象領域とは離れた基地局に設置されていてもよい。また、上述したように、絞り値９０３を変更するエリアは上述したエリアに限定されるわけではない。通常監視モードにおける絞り値９０３の変更の頻度が、異常監視モードよりも少ない構成になっていれば、絞り値９０３を可変とするエリアは複数のエリアに分散されていていも構わない。

また、各実施例の目的は、次のような方法によっても達成される。すなわち、前述した実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施例の機能が実現されるだけでなく、本発明には次のような場合も含まれる。すなわち、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施例の機能が実現される。つまり、監視モードの切り替えや動作パラメータの設定を、カメラ本体７が配置されている監視対象領域とは離れた基地局の制御装置にて制御する場合に、この制御装置にて読み出されて実行されるプログラムコードも本発明に該当する。

本発明の実施例１による監視システムのブロック図である。 図１に示す監視システムのＨＤＤ記録装置のブロック図である。 図１に示す撮像範囲と撮影方法を示す表である。 図１に示すカメラ本体の構成を示すブロック図である。 図４に示す動体検出部の動作を説明するための概念図である。 電子シャッター速度の動作を説明するための図である。 図４に示すマイクロプロセッサの動作のフローチャートである。 図７に示す制御サブルーチンの詳細を示すフローチャートである。 図４に示すマイクロプロセッサがカメラ本体の撮影モードを通常監視モードから異常監視モードに切り替えるフローチャートである。 図９に示す監視モードを切り替えるサブルーチンの詳細を示すフローチャートである。 実施例１の通常監視モードにおける動作パラメータのプログラム線図と制御パターンの表である。 図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に対応したＬＵＴである。 実施例１の異常監視モードにおける動作パラメータのプログラム線図と制御パターンの表である。 図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に対応したＬＵＴである。 図９の変形例のフローチャートである。

符号の説明

１ 煙センサー（検出手段）
２ 赤外線センサー（検出手段）
３ マイクロホン（検出手段）
７ カメラ本体（撮像装置）
１２ ＨＤＤ記録装置
１００ 監視システム
３０３ 絞り
３０５ 増幅率可変増幅器
３１２ マイクロプロセッサ（自動露出制御手段）
３１７ 垂直振動センサー（検出手段）
３１８ 水平振動センサー（検出手段）
３２４ 動体検出部（検出手段）

Claims (8)

1. 監視対象の状態を検出する検出手段を有し、前記監視対象を監視する監視システムに使用され、前記監視対象を撮像する撮像装置であって、
   前記検出手段による検出結果に基づいて、撮影モードに通常監視モードと異常監視モードのいずれか一方を設定する設定手段と、
   絞り値と、少なくともシャッター速度およびゲイン値のいずれか一方を含む動作パラメータの値を変更することによって、撮像素子の出力信号の輝度レベルを目標値に近づける自動露出制御手段を有し、
   前記自動露出制御手段は、絞り値を前記設定手段により設定された撮影モードに対応した小絞り端寄りの所定値にした状態で前記監視対象の明るさが暗くなった場合、前記通常監視モードが設定されているときよりも前記異常監視モードが設定されているときのほうが絞り値を優先して変更することを特徴とする撮像装置。
2. 前記自動露出制御手段は、絞り値を前記設定手段により設定された撮影モードに対応した小絞り端寄りの所定値にした状態で前記監視対象の明るさが暗くなった場合、前記異常監視モードが設定されているときは、少なくともシャッター速度およびゲイン値のいずれか一方よりも絞り値を優先して変更することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記自動露出制御手段は、絞り値を前記設定手段により設定された撮影モードに対応した小絞り端寄りの所定値にした状態で前記監視対象の明るさが暗くなった場合、前記通常監視モードが設定されているときは、少なくともシャッター速度およびゲイン値のいずれか一方を変更することで前記輝度レベルを前記目標値にすることができるのであれば絞り値を固定し、前記異常監視モードが設定されているときは、少なくともシャッター速度およびゲイン値のいずれか一方を変更することで前記輝度レベルを目標値にすることができても絞り値を変更することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 前記自動露出制御手段は、絞り値を前記設定手段により設定された撮影モードに対応した小絞り端寄りの所定値にした状態で前記監視対象の明るさが暗くなった場合、前記通常監視モードが設定されているときは、絞り値よりもゲイン値を優先して変更し、前記異常監視モードが設定されているときは、ゲイン値よりも絞り値を優先して変更することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
5. 前記自動露出制御手段は、絞り値を前記設定手段により設定された撮影モードに対応した小絞り端寄りの所定値にした状態で前記監視対象の明るさが暗くなった場合、前記通常監視モードが設定されているときは、絞り値を固定してゲイン値を変更し、前記異常監視モードが設定されているときは、ゲイン値を固定して絞り値を変更することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
6. 前記設定手段は、撮影モードに前記通常監視モードを設定して所定時間が経過した場合、前記検出手段の検出結果によらず撮影モードに前記異常監視モードを設定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記撮像素子の出力信号から得られた画像を前記通常監視モードと前記異常監視モードの間で異なる画質で記録する記録装置を更に有し、
   前記通常監視モードにおける画像の画質よりも前記異常監視モードにおける画像の画質の方が高いことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 監視対象の状態を検出する検出手段を有し、前記監視対象を監視する監視システムに使用され、前記監視対象を撮像する撮像装置を制御するための制御プログラムであって、
   前記検出手段による検出結果に基づいて、撮影モードに通常監視モードと異常監視モードのいずれか一方を設定する設定ステップと、
   絞り値と、少なくともシャッター速度およびゲイン値のいずれか一方を含む動作パラメータの値を変更することによって、撮像素子の出力信号の輝度レベルを目標値に近づけるとともに、絞り値を前記設定手段により設定された撮影モードに対応した小絞り端寄りの所定値にした状態で前記監視対象の明るさが暗くなった場合、前記通常監視モードが設定されているときよりも前記異常監視モードが設定されているときのほうが絞り値を優先して変更する自動露出制御ステップと、
   を実行させるための制御プログラム。