JP4973334B2 - 撮像装置および撮像装置の切り替え方法 - Google Patents

撮像装置および撮像装置の切り替え方法 Download PDF

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Description

本発明は撮像装置および撮像装置の切り替え方法に関し、特に被写体の状況に応じた画像を外部に出力する撮像装置および遠赤外線領域の電磁波を検出する遠赤外線カメラと、可視光を検出する可視光カメラとを備える撮像装置の切り替え方法に関する。
従来、撮像した画像信号を基に画像処理を行うことで、撮像範囲内の特定の物体を検出する種々の技術が考えられており、このような技術は監視カメラなどに用いられていた。また、可視光を検出して撮像する可視光カメラだけでなく、近赤外線カメラや遠赤外線カメラも知られており、これらは撮像対象の温度を検出することで物体を識別できるようになっていた。
ところで、可視光カメラと赤外線カメラ(遠赤外線カメラ)とでは、それぞれの特性の違いから、比較的確実に識別可能な物体も異なる。このため、可視光カメラと遠赤外線カメラとの両方の機能を備えるハイブリッドカメラが知られている。一般的に、ハイブリッドカメラは、ユーザがハイブリッドカメラから受信した画像を見て、可視光カメラの映像が暗くなったと判断すると、遠赤外線カメラに切り替えている。
ここで、周囲の照度(検出した信号のレベル)に応じて、可視光カメラと遠赤外線カメラとを自動で切り替える技術が知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。このような技術によれば、昼夜を問わず視認性のよい方の画像を得ることができる。
特開2002−142228号公報 特開2005−006066号公報 特開2005−286535号公報
ところで、昼間であっても、霧が発生した場合や粉塵が舞っている状況では、可視光カメラより遠赤外線カメラの画像の方が、視認性がよい場合がある。しかし、従来のハイブリッドカメラは、霧や粉塵を見分けることができず、必ずしも視認性のよい画像を得ることはできないという問題があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、状況に応じて視認性の高い画像を得ることができる撮像装置および撮像装置の切り替え方法を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、被写体の状況に応じた画像を外部に出力する撮像装置において、遠赤外線領域の電磁波を検出する遠赤外線カメラと、可視光を検出し、検出した可視光の輝度に応じて前記状況を判断する輝度判断部と、検出した可視光の明度に応じて前記状況を判断する明度判断部とを有する可視光カメラと、前記輝度判断部の判断と前記明度判断部の判断とに基づいて、前記赤外線カメラが出力する画像と前記可視光カメラが出力する画像とを切り替える切り替え部と、を有し、前記明度判断部は、前記明度に応じて前記状況が霧または粉塵の状況であると判断できるよう構成されており、前記切り替え部は、前記明度判断部が、前記状況が霧または粉塵の状況であると判断したとき、前記遠赤外線カメラが出力する画像に切り替える撮像装置が提供される。
このような撮像装置によれば、切り替え部により、輝度判断部の判断と明度判断部の判断とに基づいて、赤外線カメラが出力する画像と可視光カメラが出力する画像とが切り替えられる。
本発明によれば、輝度による判断のみならず、明度による判断も行うため、状況に応じて視認性の高い画像を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。以下の実施の形態で説明する撮像装置は、被写体から反射または放射されている、異なる周波数帯域の光(電磁波)をそれぞれ検出可能な2つのカメラを備えている。ここでは、そのような撮像装置をハイブリッドカメラと呼称する。
図1は、実施の形態に係るハイブリッドカメラの構成について概略的に示す図である。
図1に示す撮像システムは、ハイブリッドカメラ1とサーバ2とを有している。
ハイブリッドカメラ1は、それぞれ主として、遠赤外線領域の電磁波を検出可能な遠赤外線カメラ3と、可視光を検出可能な可視光カメラ4と、各カメラによる撮像画像を用いて信号処理を行う画像処理回路5とを備えている。
ハイブリッドカメラ1は、それぞれ通信回線を通じてサーバ2に接続されており、例えば、ハイブリッドカメラ1の出力画像をサーバ2に接続されるモニタにおいて表示させる、あるいは、ハイブリッドカメラ1の動作制御や各種設定をサーバ2側から実行できるようになっている。
遠赤外線カメラ3および可視光カメラ4は、それぞれ同じ方向を撮像する。遠赤外線カメラ3は、遠赤外線を検出するセンサとして、例えば、照射された遠赤外線が持つエネルギー(熱)を検知する焦電素子、ボロメータなどを備えている。また、可視光カメラ4は、可視光を検出するセンサとして、例えば、CCD(Charge Coupled Devices)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサなどの固体撮像素子を備えている。
画像処理回路5は、遠赤外線カメラ3および可視光カメラ4により撮像された画像信号を基に、各種の信号処理を行う。特に、本実施の形態では、これら双方の画像信号を基に、撮像範囲内から特定の物体を検出して、出力画像内においてその物体の検出を明示させるような処理を実行する。
なお、遠赤外線カメラ3および可視光カメラ4は、それぞれのセンサからの出力信号をデジタル信号に変換する機能を備え、画像処理回路5は、遠赤外線カメラ3および可視光カメラ4から出力されるデジタル画像信号を基に処理を行う。また、遠赤外線カメラ3および可視光カメラ4は、それぞれ画素数の異なるセンサを具備していてもよい。ただし、この場合には、各カメラの内部には解像度変換機能が設けられ、各カメラから画像処理回路5に対しては、それぞれフレーム当たり同じ画素数(例えば8ビットでデジタイズされた256階調の画像)のデジタル画像信号が出力されるようにする。
なお、遠赤外線カメラ3と可視光カメラ4とは、必ずしも完全に同じタイミングで撮像動作が実行される必要はない。例えば、各カメラの撮像間隔がそれぞれ異なるものとされてもよい。言うまでもなく、各カメラの撮像タイミングはできるだけ近接していることが望ましい。
また、ハイブリッドカメラ1の画像処理回路5からの出力画像をサーバ2のモニタにおいて表示させる、あるいは、ハイブリッドカメラ1の動作制御や各種設定をサーバ2側から実行できるようになっている。
画像切り替え部6は、遠赤外線カメラ3が撮像した画像と可視光カメラ4が撮像した画像を切り替えて、サーバ2に出力する。具体的には切り替え信号“1”が入力されると、遠赤外線カメラ3の画像をサーバ2に出力し、切り替え信号“0”が入力されると、可視光カメラ4の画像をサーバ2に出力する。
同期信号生成部7は、遠赤外線カメラ3と可視光カメラ4とが略同じ時刻で画像撮影し、略同じタイミングで撮像した画像を画像処理回路5に出力させる同期信号を生成する。
図2は、可視光カメラの構成を示すブロック図である。
可視光カメラ4は、レンズ11と、シャッタ12と、固体撮像素子13と、CCD制御部14と、画像処理回路15とを有している。
レンズ11は、被写体からの光を固体撮像素子13に集光する。
シャッタ12が少しでも開放されていると、可視光がレンズ11を通して固体撮像素子13に到達する。
固体撮像素子13は、本実施の形態では、3行3列の9画素のCCDセンサである。
CCD制御部14は、画像信号に対するA/D変換を含むアナログフロントエンド処理を実行する回路である。このCCD制御部14は、CDS処理部141とAGC処理部142と8ビットのA/D変換部143とTG144とを有している。
CDS処理部141は、アンプ雑音とリセット雑音を除去する。
AGC処理部142は、被写体が暗くなるとゲインを大きくする処理を行う。ゲインの値は“0”から“10”の値をとり、“10”が最大のゲイン量であることを示す。
TG144は、固体撮像素子13とCDS処理部141を制御するタイミング信号を生成する。
次に、レンズ11からCCD制御部14までの動作を簡単に説明する。
固体撮像素子13で光電変換された信号は、CDS処理部141を経てAGC処理部142に入る。
AGC処理部142は、センサの出力データのゲインを決定する。そして、A/D変換部143は入力された信号をデジタイズし、画像処理回路15に出力する。
画像処理回路15は、輝度判断部151と、明度判断部152と、OR回路153とを有している。
輝度判断部151および明度判断部152にはTG144のタイミング信号が入力されており、これらはそれぞれ同期して動作する。
輝度判断部151は、入力される画像信号の輝度を判断する部位であり、輝度生成部51aと、平均値生成部51bと、最大値抽出部51cと、最小値抽出部51dと、差分演算部51eと、切り替え判断部51fとを有している。
輝度生成部51aは、A/D変換部143が生成したデジタル信号から固体撮像素子13の9画素の輝度値を生成する。ここで、生成される輝度値は、8ビット、すなわち“0”から“255”の値をとる。“0”が一番暗く、“255”が一番明るい。
平均値生成部51bは、輝度生成部51aが生成した固体撮像素子13の全画素の輝度値の平均値を生成する。
最大値抽出部51cは、輝度生成部51aが生成した固体撮像素子13の全画素の輝度値の最大値を抽出する。
最小値抽出部51dは、輝度生成部51aが生成した固体撮像素子13の全画素の輝度値の最小値を抽出する。
差分演算部51eは、最大値と最小値の差を演算し、差分値を取得する。
切り替え判断部51fは、周囲の明るさ(暗さ)を判断するために設けられており、レベル判断部511fと、ゲイン確認部512fと、IRIS確認部513fと、AND回路514fとを有している。
レベル判断部511fは、入力される値が、明暗を判断するために予め与えられた条件を満たす値か否かを判断する。例えば、入力される平均値のレベルが“20”以下で、かつ、入力される差分値(最大値と最小値との差)が“10”以下のとき条件を満たすと判断し、“1”を出力する。それ以外のときは条件を満たさないと判断し、“0”を出力する。
ゲイン確認部512fは、AGC処理部142のゲイン量(“0”〜“10”)を調査する。ゲイン量が“10”のとき“1”を出力し、それ以外は“0”を出力する。
IRIS確認部513fは、シャッタ12が完全に開放されているか否かを調査する。完全に開放されているとき“1”を出力し、それ以外は“0”を出力する。
AND回路514fは、レベル判断部511f、ゲイン確認部512fおよびIRIS確認部513fの出力値がいずれも“1”の場合に輝度切り替え信号“1”を出力し、それ以外は“0”を出力する。
明度判断部152は、入力される画像信号の明度を判断する部位であり、明度生成部52aと、レベル判断部52bとを有している。
明度生成部52aは、固体撮像素子13が単板の場合、A/D変換部143が生成したデジタル信号から固体撮像素子13の9画素の明度値を演算して生成する。ここで、生成される明度には赤色、緑色、青色(RGB)の3つがある。明度値は、赤色、緑色、青色ともに“0”から“255”の値をとり、赤色、緑色、青色の全ての明度値が“255”のとき、画像は白色となる。
レベル判断部52bは、明度生成部52aが生成した明度を使用して値が満たす値か否かを判断する。この判断基準は特に限定されないが、本実施の形態では一例として「赤色−“3”<緑色<赤色+“3”」、「緑色−“3”<青色<緑色+“3”」、「青色−“3”<赤色<青色+“3”」を満たした画素が画素全体の85%を超えたとき、赤色、青色、緑色のいずれもがほとんど同じ値(通常の景色を捉えることが難しい状態)であると判断して、可視光カメラ4が霧、粉塵を撮影していると判断し、明度切り替え信号“1”を出力する。
OR回路153は、輝度切り替え信号と、明度切り替え信号の論理和(OR)をとり、少なくともいずれか一方から“1”が出力されれば切り替え信号として“1”を画像切り替え部6に出力する。
次に、画像処理回路15の処理を説明するが、まず、輝度判断部151の処理を説明し、その後、明度判断部152の処理を説明する。
<輝度判断部の処理>
図3は、輝度判断部の処理を示すフローチャートである。
まず、輝度生成部51aは、TG144のタイミング信号が入力されたか否かを判断する(ステップS1)。
タイミング信号が入力されていない場合(ステップS1のNo)、タイミング信号の入力を待機する。
タイミング信号が入力されると(ステップS1のYes)、輝度生成部51aは、CCD制御部14から入力されるデジタル信号から、固体撮像素子13の全画素の輝度値を生成する(ステップS2)。
次に、平均値生成部51bは、輝度生成部51aが生成した輝度値の平均値を生成する(ステップS3)。
次に、最大値抽出部51cは、輝度生成部51aが生成した輝度値の最大値を抽出する(ステップS4)。
次に、最小値抽出部51dは、輝度生成部51aが生成した輝度値の最小値を抽出する(ステップS5)。
次に差分演算部51eは、抽出された最大値と最小値との差分を演算し、差分値を取得する(ステップS6)。
レベル判断部511fは、入力された差分値が与えられた条件を満たす値か否かを判断する(ステップS7)。
条件を満たす値ではない場合(ステップS7のNo)、ステップS1に移行し、ステップS1以降の処理を継続して行う。
一方、条件を満たす値である場合(ステップS7のYes)、レベル判断部511fは“1”を出力する。
次に、ゲイン確認部512fは、ゲインが最大か否かを判断する(ステップS8)。ゲインが最大でなければ(ステップS8のNo)、ステップS1に移行し、ステップS1以降の処理を継続して行う。
一方、ゲインが最大であれば(ステップS8のYes)、ゲイン確認部512fは、“1”を出力する。
次に、IRIS確認部513fは、シャッタ12は開放状態か否かを判断する(ステップS9)。開放状態でなければ(ステップS9のNo)、ステップS1に移行し、ステップS1以降の処理を継続して行う。
一方、開放状態の場合(ステップS9のYes)、IRIS確認部513fは、“1”を出力する。
AND回路514fは、レベル判断部511f、ゲイン確認部512fおよびIRIS確認部513fからいずれも“1”が出力されているため輝度切り替え信号“1”を出力する(ステップS10)。
これにより、OR回路153は“1”を出力し、画像処理回路15は、切り替え信号“1”を出力する。
なお、本実施の形態では、まずステップS7でレベル判断部511fの判断を行い、その後、ステップS8でゲイン確認部512fの判断を行い、最後にステップS9でIRIS確認部513fの判断を行ったが、本発明では判断を行う順番は特に限定されない。
<明度判断部の処理>
図4は、明度判断部の処理を示すフローチャートである。
まず、明度生成部52aは、TG144のタイミング信号が入力されたか否かを判断する(ステップS21)。
タイミング信号が入力されていない場合(ステップS21のNo)、タイミング信号の入力を待機する。
タイミング信号が入力されると(ステップS21のYes)、明度生成部52aは、CCD制御部14から入力されるデジタル信号から、明度を生成する(ステップS22)。
次に、レベル判断部52bは、生成された明度が与えられた条件を満たす値か否かを判断する(ステップS23)。
条件を満たす値ではない場合(ステップS23のNo)、ステップS21に移行し、ステップS21以降の処理を継続して行う。
一方、条件を満たす値の場合(ステップS23のYes)、レベル判断部52bは、明度切り替え信号“1”を出力する(ステップS24)。
これにより、OR回路153は“1”を出力し、画像処理回路15は、切り替え信号“1”を出力する。
以下、ハイブリッドカメラ1の動作を、具体例を用いて説明する。
<A:輝度による判断>
<A−1>
TG144からのタイミング信号により、輝度生成部51aが、固体撮像素子13の9画素の輝度を生成した結果、輝度値“50”,“75”,“90”,“120”,“80”,“180”,“200”,“90”,“160”が生成されたとする。
このとき、平均値生成部51bは、9画素の輝度値の平均値“116”を生成する。最大値抽出部51cは、最大値“200”を抽出する。最小値抽出部51dは、最小値“50”を抽出する。差分演算部51eは、最大値と最小値の差を演算し、差分値“150”を取得する。
<A−2>
ここで、レベル判断部511fは、平均値のレベルが“20”以下で、かつ、差分値が“10”以下のとき条件を満たす(暗い)と判断するよう予め設定されているものとする。今回入力された値の平均値は“116”であり、差分値は“150”であるため、レベル判断部511fは、条件を満たさない(明るい)と判断する。従って、レベル判断部511fは、“0”を出力する。これにより、AND回路514fは輝度切り替え信号“0”を出力する。
<A−3>
一定時間の後に輝度生成部51aが固体撮像素子13の9画素の輝度値を生成した結果、輝度値“16”,“18”,“17”,“16”,“25”,“22”,“18”,“17”,“16”が生成されたとする。
このとき、平均値生成部51bは、輝度値の平均値“18”を生成する。最大値抽出部51cは、最大値“25”を抽出し、最小値抽出部51dは、最小値“16”を抽出する。差分演算部51eは、差分値“9”を取得する。このため、レベル判断部511fは、条件を満たす(暗い)と判断する。
<A−4>
ゲイン確認部512fが、AGC処理部142のゲインの値を確認した結果“8”であった。
<A−5>
IRIS確認部513fは、シャッタ12が開放状態になっていなかったことを確認した。
<A−6>
その後すぐに輝度生成部51aが、固体撮像素子13の9画素の輝度値を生成した結果、輝度値“30”,“35”,“55”,“80”,“35”,“70”,“90”,“85”,“95”が生成されたとする。このとき平均値は“64”、差分値は“65”であるため、レベル判断部511fは、条件を満たさない(明るい)と判断する。
<A−7>
一定時間経過後に輝度生成部51aが、固体撮像素子13の9画素の輝度値を生成した結果、輝度値“16”,“19”,“18”,“17”,“24”,“22”,“17”,“17”,“18”が生成されたとする。このとき平均値は“18”、差分値は“8”のため、レベル判断部511fは、条件を満たす(暗い)と判断する。
<A−8>
ここで、ゲイン確認部512fは、AGC処理部142のゲインの値が最大値“10”であることを確認した。また、IRIS確認部513fは、シャッタ12が開放状態になっていたのを確認した。
<A−9>
レベル判断部511fが条件を満たしたと判断し、ゲイン確認部512fが、ゲインが最大であると確認し、IRIS確認部513fが、シャッタ12が開放状態になっていたのを確認した。この3つの条件が成り立っているため、画像処理回路15は、輝度切り替え信号“1”を出力する。
<A−10>
これにより、切り替え信号“1”が、画像切り替え部6に入力され、画像切り替え部6は、ハイブリッドカメラ1としての出力画像を、可視光カメラ4の画像から遠赤外線カメラ3の画像に切り替える。
<B:明度による判断>
<B−1>
TG144からのタイミング信号により、明度生成部52aが、固体撮像素子13の9画素の明度値(赤色,緑色,青色)を生成した結果、明度値(200,205,210),(220,205,210),(100,205,50),(80,20,210),(100,90,210),(190,100,50),(80,75,100),(120,140,80),(20,50,240)が生成されたものとする。
このとき、「赤色−“3”<緑色<赤色+“3”」、「緑色−“3”<青色<緑色+“3”」、かつ、「青色−“3”<赤色<青色+“3”」を満たす画素は一個もないため、レベル判断部52bは、明度切り替え信号“0”を出力する。
<B−2>
一定時間後、明度生成部52aが固体撮像素子13の9画素の明度値を生成した結果、明度値(220,222,221),(211,212,213),(221,220,222),(222,220,221),(212,211,210),(190,191,192),(222,223,224),(215,214,216),(226,228,200)を生成されたものとする。「赤色−“3”<緑色<赤色+“3”」、「緑色−“3”<青色<緑色+“3”」、かつ、「青色−“3”<赤色<青色+“3”」を満たす画素は、最後の画素(226,228,200)以外の8個であった。9個のうち8個(約89%)が上記条件を満たしていた。このため明度切り替え信号“1”を出力する。
<B−3>
これにより、切り替え信号“1”が、画像切り替え部6に入力され、画像切り替え部6は、ハイブリッドカメラ1としての出力画像を、可視光カメラ4の画像から遠赤外線カメラ3の画像に切り替える。
以上説明したように、本実施の形態の撮像システムによれば、輝度による判断に加えて明度による判断もするようにしたので、たとえ昼間であっても霧や粉塵の発生により、画面全体が白色や灰色にしか見えない場合には、自動的に遠赤外線カメラ3に切り替わるため、容易に視認性のよい画像を表示させることがきる。
なお、本実施の形態では、可視光カメラ4の画像から遠赤外線カメラ3の画像に切り替える場合について説明したが、逆の場合も同様にして切り替えることができる。すなわち、切り替え信号“0”が、画像切り替え部6に入力されると、画像切り替え部6は、ハイブリッドカメラ1としての出力画像を、遠赤外線カメラ3の画像から可視光カメラ4の画像に切り替える。
また、本実施の形態では、ハイブリッドカメラ1で切り替え信号を生成し、サーバ2にいずれか一方の画像を送信するようにしたが、本発明はこれに限らず、サーバ2が遠赤外線カメラ3および可視光カメラ4の画像を受け取った後にサーバ2側で切り替えを行うようにしてもよい。
以上、本発明の撮像装置および撮像装置の切り替え方法を、図示の実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物や工程が付加されていてもよい。
また、本発明は、前述した実施の形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
実施の形態に係るハイブリッドカメラの構成について概略的に示す図である。 可視光カメラの構成を示すブロック図である。 輝度判断部の処理を示すフローチャートである。 明度判断部の処理を示すフローチャートである。
符号の説明
1 ハイブリッドカメラ、2 サーバ、3 遠赤外線カメラ、4 可視光カメラ、5 画像処理回路、6 画像切り替え部、7 同期信号生成部、11 レンズ、12 シャッタ、13 固体撮像素子、14 CCD制御部、15 画像処理回路、151 輝度判断部、152 明度判断部

Claims (3)

  1. 被写体の状況に応じた画像を外部に出力する撮像装置において、
    遠赤外線領域の電磁波を検出する遠赤外線カメラと、
    可視光を検出し、検出した可視光の輝度に応じて前記状況を判断する輝度判断部と、検出した可視光の明度に応じて前記状況を判断する明度判断部とを有する可視光カメラと、
    前記輝度判断部の判断と前記明度判断部の判断とに基づいて、前記遠赤外線カメラが出力する画像と前記可視光カメラが出力する画像とを切り替える切り替え部と、
    を有し、
    前記明度判断部は、前記明度に応じて前記状況が霧または粉塵の状況であると判断できるよう構成されており、
    前記切り替え部は、前記明度判断部が、前記状況が霧または粉塵の状況であると判断したとき、前記遠赤外線カメラが出力する画像に切り替える撮像装置。
  2. 前記明度判断部は、前記可視光カメラの撮像素子の画素における赤色、緑色、青色の明度がそれぞれ略等しいとき、霧または粉塵の明度であると判断する請求項1記載の撮像装置。
  3. 遠赤外線領域の電磁波を検出する遠赤外線カメラと、可視光を検出する可視光カメラとを備える撮像装置の切り替え方法において、
    輝度判断部が、前記可視光カメラが検出した可視光の輝度に応じて被写体の状況を判断し、
    明度判断部が、前記可視光カメラが検出した可視光の明度に応じて被写体の状況を判断し、
    前記輝度判断部の判断と前記明度判断部の判断とに基づいて、前記遠赤外線カメラが出力する画像と前記可視光カメラが出力する画像とを切り替え、
    明度に応じて前記状況が霧または粉塵の状況であると判断したとき、前記遠赤外線カメラが出力する画像に切り替える撮像装置の切り替え方法。
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