JP6073501B2 - 可変照明パターンの赤外線照明ビームを生成するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本開示は、一般に、可変照明パターンの赤外線（「ＩＲ」）照明ビームを生成する方法、及びこのような方法を実行するためのＩＲ照明器に関する。このようなＩＲ照明器は、ズームレンズを有する撮像装置の一部することができ、ズームレンズの焦点距離にとともに変化する照明パターンのＩＲ照明ビームを生成することができる。

従来の防犯又は監視カメラには、調整可能な視野を可能にする可変焦点レンズを使用するものがある。ＩＲ照明器が備わっている場合、その照明パターンは全ての焦点距離について一定であり、一般に１つの焦点距離における特定の視野のために最適化されている。最適化された視野よりも広い視野では、画像の中心に非最適照明パターンが輝点として現れ、この領域ではセンサが飽和して細部が不明瞭になる。これとは逆に、最適化された視野よりも狭い視野では、光力の一部が結像領域の外側に投影され、従って無駄になる。この結果、このようなＩＲ照明器を用いる監視カメラによって最適でないＩＲ画像が取り込まれる。

本発明の１つの態様によれば、撮像対象シーンを照明するための赤外線（ＩＲ）ビームの生成方法が提供される。この方法は、ＩＲビームの広ビーム成分を放出する第１のＩＲエミッタと、ＩＲビームの狭ビーム成分を放出する第２のＩＲエミッタとを含む少なくとも２つのＩＲエミッタを準備するステップを含み、広ビーム成分は、狭ビーム成分の線形プロファイルよりも標準偏差が低い線形プロファイルを有する。この方法は、ＩＲビームの所望の線形プロファイルを選択し、狭ビーム成分と広ビーム成分とを結合した時に所望の線形プロファイルのＩＲビームを生じる、第１のＩＲエミッタに送られる出力と第２のＩＲエミッタに送られる出力との出力比を選択するステップも含む。その後、この方法は、第１及び第２のＩＲエミッタに、選択された出力比で出力を送って広ビーム成分及び狭ビーム成分を生成し、この生成された広ビーム成分と狭ビーム成分を結合することによってＩＲビームを生成するステップを含む。生成された広ビーム成分及び狭ビーム成分は、広ビーム成分の中心及び狭ビーム成分の中心をシーン内の同じ場所に向けることによって結合することができる。ＩＲビームの所望の線形プロファイルは、目標標準偏差以下の標準偏差を有するものとして定義することができる。

この方法は、関連する視野を有する選択された焦点距離でシーンを撮像するステップをさらに含む。選択された焦点距離の所望の線形プロファイルは、目標標準偏差以下の標準偏差と、最も高い有効放射照度とを視野内に有する。最も高い有効放射照度は、第２のＩＲエミッタに送られる出力の割合が最も高い、目標標準偏差以下の標準偏差を有するＩＲビームを生じる出力比とすることができる。

この方法は、各々がそれぞれの異なる視野を有する異なる焦点距離でシーンを撮像し、各異なる焦点距離に対応する所望の線形プロファイルのＩＲビームを生成するステップをさらに含むことができる。各所望の線形プロファイルは、対応する焦点距離に関連する視野において、目標標準偏差以下の標準偏差と、最も高い有効放射照度とを有する。

撮像するステップは、可変焦点距離のズームレンズを有する撮像装置によって行うことができ、この場合、方法は、ズームレンズの現在の焦点距離を特定するステップと、現在の焦点距離に対応する所望の線形プロファイルを選択するステップと、所望の焦点距離におけるＩＲビームを生成するステップと、ＩＲビームによって照明されたシーンを現在の焦点距離で撮像するステップとを含む。現在の焦点距離に対応する所望の線形プロファイルを選択するステップは、一連の焦点距離増分及びその対応する所望の線形プロファイルを含むビームプロファイル−焦点距離マップにアクセスするステップと、対応する焦点距離増分が現在の焦点距離に等しい線形プロファイルをマップ内で選択するステップとを含むことができる。

本発明の別の態様によれば、撮像対象シーンを赤外線放射によって照明するための装置が提供され、この装置は、ＩＲビームの広ビーム成分を放出する第１のＩＲエミッタと、ＩＲビームの狭ビーム成分を放出する第２のＩＲエミッタとを含む少なくとも２つのＩＲエミッタを備え、広ビーム成分は、狭ビーム成分の線形プロファイルよりも標準偏差が低い線形プロファイルを有し、この装置は、第１のＩＲエミッタに結合された第１の電流ドライバと、第２のＩＲエミッタに結合された第２の電流ドライバとを含む少なくとも２つの電流ドライバと、電流ドライバと通信して、結合されたＩＲエミッタに選択量の出力を送るように各電流ドライバに指示する処理回路とをさらに備える。処理回路は、プロセッサと、上述の撮像対象シーンを照明するための赤外線（ＩＲ）ビームの生成方法を実行するようにこのプロセッサによって実行可能なプログラムコードが符号化されたメモリとを含む。第１及び第２のＩＲエミッタは、広ビーム成分及び狭ビーム成分がシーン内の同じ場所に向けられるように位置合わせすることができる。

この装置は、処理回路と通信するイメージャと、このイメージャに光学的に結合された、可変焦点距離を有するズームレンズと、このズームレンズ及び処理回路と通信するレンズドライバとをさらに備えることができる。メモリは、ズームレンズの一連の焦点距離増分と、その対応する所望の線形プロファイルとを含むビームプロファイル−焦点距離マップをさらに含むことができる。

本発明の１つの実施形態による、ズーム適応型ＩＲビームを含む撮像装置の構成要素の概略ブロック図である。 防犯カメラとして具体化された撮像装置の斜視図である。 防犯カメラのズームレンズの焦点距離にと共に変化する線形プロファイルのＩＲビームを生成するためのプログラムによって行われるステップを示すフローチャートである。 ３〜９ｍｍのズームレンズの最短焦点距離における、撮像装置の広角ＬＥＤセット及び狭角ＬＥＤセットの例示的な線形プロファイルのグラフである。 図４に示す広角及び狭角ＬＥＤセットの線形プロファイル及びズームレンズを有する撮像装置の広角ＬＥＤセットの例示的な焦点距離対最適出力のグラフである。

本明細書で説明する本発明の実施形態は、撮像対象シーンを照明するために使用されるＩＲビームを生成するための可変ＩＲ照明器装置及び方法に関するものであり、このＩＲビームは、可変線形プロファイルの照明パターンを有する。本説明において、「照明パターン」とは、シーンにおけるＩＲビームの２次元放射照度分布を意味し、「線形プロファイル」とは、照明パターンの中心を通る選択線に沿ったＩＲビームの放射照度分布を意味する。通常、ＩＲビームは放射状に対称であり、この場合、線形プロファイルが照明パターンの特徴を定める。このような可変ＩＲビームは、可変焦点距離（ズーム）を有する可変焦点（ズーム）レンズを含む防犯カメラなどの撮像装置において使用することができる。可変ＩＲ照明器は、撮像装置の一部とすることができ、撮像装置によって取り込まれたシーンに対するＩＲビームの線形プロファイルを変化させるために使用することができる。撮像装置は、プロセッサと、ズームレンズの焦点距離が変化するにつれてＩＲビームの線形プロファイルを変化させるようにプロセッサによって実行可能なプログラムコードが符号化されたメモリとを含む。所与の焦点距離におけるＩＲビームの線形プロファイルは、全ての焦点距離について同じ線形プロファイルを有する照明パターンを生成するＩＲ照明器と比較した時に、その焦点距離におけるＩＲビームの均一性及び／又は放射照度が高まるように選択することができる。

ズームレンズの焦点距離と共に変化できる線形プロファイルのＩＲビームを有すると、ズームレンズがズームインした（すなわち焦点距離が長くなった）時に取り込み画像の視野が縮小されるので有利である。取り込み画像の信号対雑音比を最大にするには、所与の焦点距離においてＩＲ照明ビームの出力の大部分が可能な限り均一に視野内に向けられるようにすべきである。しかしながら、固定照明パターンのＩＲビーム（すなわち、不変線形プロファイルのビーム）は、１つの特定の焦点距離における視野に対してしか最適化することができず、この結果、最適化された焦点距離よりも長い焦点距離では、ＩＲビームの大部分が視野の外側に投影され、最適化された焦点距離よりも短い焦点距離では、ＩＲビームが不均一になって画像の中心に輝点を伴うようになる。以下で詳細に説明するように、本明細書で説明する撮像装置の実施形態では、可変ＩＲ照明器が、各々が異なる線形プロファイルのＩＲビームを生成し、異なる線形プロファイルを有するＩＲビームを生成するように異なる出力比で組み合わせることができる少なくとも２つのＩＲエミッタを含み、これにより、撮像装置は、ズームレンズの特定の焦点距離に特に適した線形プロファイルを有するＩＲビームを選択できるようになる。特に適した線形プロファイルとは、目標標準偏差を満たし又はこれを下回り、及び／又は目標放射照度を満たし又はこれを上回るプロファイルのことである。

ここで図１を参照すると、１つの実施形態による撮像装置１０が、ズームレンズ１２、ズームレンズ１２に光学的に結合されたイメージャ１４、ズームレンズ１２に機械的に結合されてズームレンズの焦点距離を変化させるレンズドライバ１６、各々が異なる線形プロファイルのＩＲビームを生成する１対のＩＲエミッタ１８（ａ）、１８（ｂ）（それぞれ、「広角ＩＲエミッタ」１８（ａ）及び「狭角ＩＲエミッタ」１８（ｂ））を含むＩＲ照明器１８、各ＩＲエミッタ１８（ａ）、１８（ａ）のための電流ドライバ２０（ａ）、２０（ｂ）、並びにイメージャ１４、レンズドライバ１６及び電流ドライバ２０（ａ）、２０（ｂ）と通信する制御回路２２といった主要構成要素を含む。

図１の実施形態には、１対のＩＲエミッタ１８（ａ）、１８（ｂ）しか示していないが、他の実施形態は、各々が異なる線形プロファイルのＩＲビームを生成し、可変線形プロファイルのＩＲビームを生成するように組み合わせることができる２つよりも多くのＩＲエミッタを特徴とすることができる。

図２に示すように、撮像装置１０は、防犯カメラ又は監視カメラとして具体化することができる。防犯カメラ１０は、撮像装置１０の上述した主要構成要素を収容するハウジング３０と、カメラ１０を天井などの表面に取り付けるための可動式マウント３２とを有する。カメラ１０の前部にはズームレンズ１２が取り付けられ、カメラ１０の前部のズームレンズ１２の周囲にはプリント基板（「ＰＣＢ」、図示せず）も取り付けられ、このＰＣＢ上には広角ＩＲエミッタ１８（ａ）及び狭角ＩＲエミッタ１８（ｂ）がそれぞれ取り付けられてズームレンズ１２と同じ方向を向き、ズームレンズの視野を赤外光で照明する役割を果たす。ＩＲエミッタ１８（ａ）、１８（ｂ）は、各ＩＲエミッタ１８（ａ）、１８（ｂ）によって生成された照明パターンが視野内の同じ場所を中心とするように、具体的にはズームレンズ１２の視野の中心を中心とするように位置合わせされる。撮像装置１０は、近くの電気コンセント（図示せず）などの電源に電気的に結合できるとともに、ＩＲエミッタ１８（ａ）、１８（ｂ）に送り出すことができる総有効出力を定める最大出力定格を有するように構成される。

この実施形態の各ＩＲエミッタ１８（ａ）、１８（ｂ）は、赤外線発光ダイオード（ＩＲＥＤ）の組３４を含む。当業では、このようなＩＲＥＤの組は周知であり、１つの好適なこのようなＩＲＥＤの組としては、１対のＯｓｒａｍ社製ＳＦＨ４７１５Ｓ ＩＲＥＤが挙げられる。各ＩＲエミッタ１８（ａ）、１８（ｂ）は、各ＩＲＥＤ３４のための小レンズ３６も含み、この小レンズ３６は、ＩＲＥＤの発光を、特定の線形プロファイルの照明パターンを有するＩＲビームに成形するように構成される。具体的には、広角ＩＲエミッタ１８（ａ）のための小レンズ３６は、比較的広く分散する線形プロファイル（以下、「広ビーム成分」と呼ぶ）のＩＲビームを生成し、狭角ＩＲエミッタ１８（ｂ）のための小レンズ３６は、比較的に狭く分散する線形プロファイル（以下、「狭ビーム成分」と呼ぶ）のＩＲビームを生成する。当業では、このような小レンズは周知であり、１つの好適なこのような小レンズは、Ｌｅｄｉｌ社製のものとすることができる。

電流ドライバ２０（ａ）、２０（ｂ）は、ＩＲエミッタ１８（ａ）、１８（ｂ）に送られる電流を調整するように設計される。電流ドライバ２０（ａ）、２０（ｂ）は、ＩＲエミッタ１８（ａ）、１８（ｂ）の一方又は他方に総有効出力の全てを送出するように、或いは２つのエミッタ１８（ａ）、１８（ｂ）間で出力比を変化させるように制御することができる。当業では、このような電流ドライバは周知であり、１つの好適なこのような電流ドライバは、Ｏｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社製のＡＬ８８０５ Ｂｕｃｋ ＬＥＤドライバである。電流ドライバ２０（ａ）、２０（ｂ）の各々は、監視カメラ１０の（メインシステムオンチップ（ＳｏＣ）としても知られている）処理回路２２を収容するハウジング内の回路基板上のそれぞれの汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）ピン３８（ａ）、３８（ｂ）に通信可能に結合される。ＳｏＣ２２は、プロセッサ（ＣＰＵ）４０と、防犯カメラ１０を動作させるようにプロセッサによって実行されるプログラムコードが符号化されたメモリとを含む。このプログラムコードは、各ＧＰＩＯピン３８（ａ）、（ｂ）から各電流ドライバ２０（ａ）、２０（ｂ）にＩＲビームを生成するための制御信号を送信するための命令を含む。以下で詳細に説明するように、このプログラムコードは、ズームレンズ１２の特定の焦点距離に適した線形プロファイルの結合ＩＲビームを生成するように広ビーム成分と狭ビーム成分を結合する命令も含む。

処理回路２２は、レンズドライバ１６及びイメージャ１４に通信可能に結合されたピン４２、４４を有するインターフェイスバスも含む。イメージャ１４は、赤外線スペクトルの光を捕捉するように構成され、例えば、相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサなどのデジタルセンサとすることができる。イメージャ１４及びズームレンズ１２の仕様は、操作者の要件及び期待される性能に基づいて選択することができる。当業では、監視カメラにおけるズームレンズ及び画像センサの動作は周知であり、従って、ここではイメージャ１４、レンズドライバ１６及びズームレンズ１２の動作についてこれ以上詳細には説明しない。

次に図３を参照すると、ＣＰＵのメモリに記憶されＣＰＵのプロセッサによって実行可能なプログラムコードが、ズームレンズの焦点距離と共に変化する線形プロファイルのＩＲビーム（「ズーム適応型ＩＲビーム」）の生成方法を実行するための命令を含む。具体的には、このプログラムコードは、実行時に、ズームレンズの特定の焦点距離に適合する線形プロファイルのＩＲビームを生じるように広ビーム成分と狭ビーム成分の出力比を選択する。このプログラムコードは、以下のステップを含む。
（ａ）レンズドライバ１６を読み取って、ズームレンズの現在の焦点距離を特定し、
（ｂ）ビームプロファイル−焦点距離マップを読み取って、現在の焦点距離に関連するＩＲビームの線形プロファイルを特定し、
（ｃ）特定された線形プロファイルに関連する出力比の制御信号を各電流ドライバ２０（ａ）、２０（ｂ））に送信して、特定された線形プロファイルを有するＩＲビームを生成する。

ビームプロファイル−焦点距離マップは、ＩＲビームの線形プロファイル及び関連する出力比をズームレンズの焦点距離増分毎に含むデータベースである。ＩＲビームの線形プロファイル及び関連する出力比は、以下のステップを実行することによって焦点距離増分毎に求めることができる。

まず、ズームレンズ１２が最短焦点距離ｆにある状態で防犯カメラ１０が２つの画像を取り込む（ステップ１００）。第１の画像（「ｉｍｇ１」）は、広角ＩＲエミッタ１８（ａ）に全ての有効出力が送られ、狭角ＩＲエミッタ１８（ｂ）に出力が送られていない状態（「Ｗ＠１００％、Ｎ＠０％」）のＩＲビームを用いて、換言すれば、このＩＲビームの広ビーム成分と狭ビーム成分の出力比（「広ビーム／狭ビーム出力比」）が１００：０の状態で取り込まれる。第２の画像（「ｉｍｇ２」）は、広ビーム／狭ビーム出力比が０：１００（「Ｗ＠０％、Ｎ＠１００％」）のＩＲビームを用いて取り込まれる。従って、第１の画像は、広角ＩＲエミッタ１８（ａ）によって放出された広ビーム成分に対応し、第２の画像は、狭角ＩＲエミッタ１８（ｂ）によって放出された狭ビーム成分に対応する。次に、各画像の幅全体にわたる各画素ＰにおけるＩＲ放射照度Ｉを求めることにより、ｎ画素の画像幅を有する第１及び第２の画像の線形プロファイル（「ＬｉｎｅａｒＰｒｏｆｉｌｅ（ｉｍｇ１）」、「ＬｉｎｅａｒＰｒｏｆｉｌｅ（ｉｍｇ２）」）を求める。この線形プロファイルをデータベース内のメモリに記憶する（ステップ１０２）。

その後、最短焦点距離ｆ（「ｍｉｎｉｍｕｍＦｏｃａｌＬｅｎｇｔｈ」）から開始して、選択された増分ｆ’で最長焦点距離まで、ＩＲビームの好適な広ビーム／狭ビーム出力比を焦点距離増分毎に求める一連のステップを実行する。好適な広ビーム／狭ビーム出力比とは、焦点距離ｆ’における視野に送出される最大ＩＲ出力と、目標標準偏差を下回る標準偏差を有する線形プロファイルとを有するＩＲビームを生じる出力比のことである。目標標準偏差は、経験的に導出することができ（ステップ１０４）、画像幅全体にわたって許容可能に均一に分布したＩＲ強度を生じるように選択することができる。

最短焦点距離ｆから開始して（ステップ１０６）、焦点距離増分ｆ’毎に視野を特定する。この視野は、増加する焦点距離の関数として縮小されるので、焦点距離増分ｆ’における視野ＦＯＶは、以下の方程式によって近似させることができる。
ＦＯＶ_f'＝［ｎ（１−ｆ／ｆ’）／２．．ｎ（１＋ｆ／ｆ’）／２］

焦点距離増分ｆ’における視野が特定されると、この焦点距離における狭ビーム成分ＬＮ’［１．．ｎ］及び広ビーム成分ＬＷ’［１．．ｎ］の線形プロファイルを特定して（ステップ１０８）メモリに記憶する。

この異なる広ビーム／狭ビーム出力比における結合ＩＲビームの線形プロファイルを、目標標準偏差よりも低い標準偏差を有するＩＲビームを生じる出力比が見つかるまで、焦点距離増分ｆ’毎に反復的に特定する。この特定は、０：１００の広ビーム／狭ビーム出力比（「ｐｏｗｅｒＷｉｄｅ＝０％、ｐｏｗｅｒＮａｒｒｏｗ＝０％」）から開始し（ステップ１１０）、狭角エミッタへの出力の増分を減少させる選択数の出力比を通じて反復する反復ループで行われる。増分間隔は、所望の処理速度などの要因に応じて選択することができ、例えば２０％とすることで、０：１００、２０：８０、４０：６０、６０：４０、８０：２０及び１００：０という６つの出力比を得ることができる。この選択された出力比における広ビーム及び狭ビームの線形プロファイルＬ_W'及びＬ_N'の加重平均Ｌ_cを取ることにより、各出力比における結合ＩＲビームの線形プロファイルを特定する（ステップ１１２）。その後、結合ＩＲビームの線形プロファイルの標準偏差を特定し（ステップ１１４）、目標標準偏差と比較する（ステップ１１６）。特定された標準偏差が目標標準偏差を下回っておらず、選択された出力比が１００：０でない場合、（狭ビーム成分の出力を２０％低減し、広ビーム成分の出力を２０％増加させる（ステップ１１８）ことによって）次の出力比を選択し、方法はステップ１１２に戻って結合ＩＲビームの線形プロファイルを次の出力比で再び計算する。

上述したように、目標標準偏差は、画像幅全体にわたる許容可能なＩＲビームの分布を表す。最短焦点距離における０：１００の広ビーム／狭ビーム出力比から開始して、標準偏差が目標標準偏差を下回る出力比が見つかるまで焦点距離増分が毎回増えるようにして狭ビーム成分への出力を低減すると、この出力比が狭ビーム成分に最大可能出力を提供するようになるので、これによって結合ＩＲビームは、有効出力比の組み合わせを表す最大ＩＲ出力（最大放射照度）をカメラの視野に送出できるようになるはずである。

標準偏差が目標標準偏差を下回る結合ＩＲビームの線形プロファイルを生成する出力比が見つかるまで、ステップ１１２〜１１８を繰り返す。この出力比が見つかって出力比が１００：０でない場合、以下の方程式に従って目標標準偏差を線形補間することにより、結合ＩＲビームの最適な出力比を決定する（ステップ１２０）。
ＯｐｔｉｍａｌＰｏｗｅｒＷｉｄｅ＝ｐｏｗｅｒＷｉｄｅ−（１００／ｋ）×（Ｔ_std−ｓｔｄｄｅｖ）／（ｌａｓｔＳｔｄｄｅｖ−ｓｔｄｄｅｖ）
式中、
ＯｐｔｉｍａｌＰｏｗｅｒＷｉｄｅは、広ビーム成分の最適な出力％であり、
ｐｏｗｅｒＷｉｄｅは、目標標準偏差を下回る標準偏差（ｓｔｄＤｅｖ）を生じる出力比における広ビーム成分の出力％であり（狭ビーム成分の出力％は、１００％−広ビーム成分の出力％として容易に計算することができる）、
Ｔ_stdは、目標標準偏差であり、
ｌａｓｔＳｔｄｄｅｖは、ｓｔｄＤｅｖに関連する出力比の直前の出力比における標準偏差である。

出力比が０：１００である場合、最適な出力比は０：１００であると見なされて線形補間ステップは行われない（ステップ１２１）。

最適な出力比が決まると、この値を対応する焦点距離ｆ’と共にマップに保存し（ステップ１２２）、方法は、次の焦点距離増分ｆ’（ステップ１２４）に進み、その後ステップ１０６に戻って次の焦点距離増分ｆ’における結合ＩＲビームの最適な出力比を求める。方法が全ての焦点距離増分について完了すると、各焦点距離増分ｆ’における結合ＩＲビームの最適な出力比を表すビームプロファイル−焦点距離マップが生成される。

別の実施形態では、各焦点距離における広ビーム成分と狭ビーム成分の出力比の複数の組み合わせを投影し、許容可能な標準偏差及び放射照度を有する線形プロファイルのＩＲビームを生じる出力比を手動で選択することにより、ビームプロファイル−焦点距離マップを経験的に生成することができる。

別の実施形態（図示せず）によれば、ＩＲ照明器が、可変線形プロファイルのＩＲビームを生成するための、図１〜３に示す実施形態と同じ広角及び狭角ＩＲエミッタ１８（ａ）、１８（ｂ）を有することができるが、このＩＲ照明器は撮像装置の一部を形成しない。このＩＲ照明器は、例えばＩＲ防犯カメラと共に使用される外部ＩＲ照明器とすることができる。

このＩＲ照明器は撮像装置の一部ではないので、ＩＲ照明器の処理回路は、撮像装置のズームレンズの焦点距離と共にＩＲビームの線形プロファイルを変化させるための命令を必ずしも含む必要はない。その代わり、ＩＲ照明器は、操作者がＩＲビームの所望の線形プロファイルを手動で選択できるようにするユーザインターフェイスを有することができる。これとは別に、又はこれに加えて、ＩＲ照明器は、撮像装置と通信できるように、Ｗｉ−Ｆｉのような無線通信手段、又は撮像装置にイーサネット又はその他の通信ケーブルを接続するための通信ポートを有することもできる。ＩＲ照明器又は接続された撮像装置の処理回路には、ビームプロファイル−焦点距離マップと、撮像装置のズームレンズの焦点距離と共に変化する線形プロファイルのＩＲビームをＩＲ照明器に生成させるプログラムコードとをプログラムすることができる。

ここで図４及び図５を参照すると、３〜９ｍｍのズームレンズと、２０１５画素の画像幅ｎとを有する防犯カメラの広ビーム成分及び狭ビーム成分の線形プロファイルを示している。各画素ｎにおける放射照度は、この例では画素毎に２５５個の異なる画素値を有する画像センサの画素値として記録される。図４からは、狭ビーム成分の標準偏差の方が広ビーム成分の標準偏差よりも実質的に高く、光束のピークが画像の中心に存在することが分かる。

図５には、焦点距離増分ｆ’毎のＩＲビームの広角出力設定のマップを示す。ここでは、３〜９ｍｍの焦点距離にわたり、広ビーム成分の出力％が８０％から２０％まで変化することが分かる。このマップは、各焦点距離増分ｆ’におけるＩＲビームの広ビーム／狭ビーム出力比を求めるために使用することができる。

本明細書では、好ましい実施形態によって本発明を説明したが、当業者であれば、本発明に様々な変更を行うことができると理解するであろう。これらの変更及び代替例は、本発明の思想及び範囲に含まれるものと見なされる。例えば、本開示はＩＲ撮像に関するものであったが、本発明は、可視光スペクトルなどの電磁放射線スペクトルの他の部分を使用する撮像に適用することもできる。具体的には、可変線形プロファイルの結合可視光照明ビームを生成するように結合できる少なくとも広ビーム成分及び狭ビーム成分を生じる２又はそれ以上の照明器要素で構成された可視光照明器を提供することができる。より具体的には、この照明ビームの線形プロファイルは、撮像装置のズームレンズの焦点距離増分と共に変化することができる。

１０：撮像装置
１２：ズームレンズ
１４：イメージャ
１８（ａ）広角ＩＲエミッタ
１８（ｂ）狭角ＩＲエミッタ
２０（ａ）：ドライバ
２０（ｂ）：ドライバ
２２：制御回路
３４：赤外線発光ダイオード
３６：小レンズ
３８（ａ）：汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）ピン
３８（ｂ）：汎用入力／出力（ＧＰＩＯ）ピン
４０：プロセッサ
４２：ピン
４４：ピン

Claims (19)

1. 撮像対象シーンを照明するための赤外線（ＩＲ）ビームの生成方法であって、
   （ａ）前記ＩＲビームの広ビーム成分を放出する第１のＩＲエミッタと、前記ＩＲビームの狭ビーム成分を放出する第２のＩＲエミッタとを含む少なくとも２つのＩＲエミッタを準備するステップを含み、前記広ビーム成分は、前記狭ビーム成分の線形プロファイルよりも標準偏差が低い線形プロファイルを有し、前記方法は、
   （ｂ）現在の焦点距離を特定し、前記狭ビーム成分と前記広ビーム成分とを結合した時に前記特定された現在の焦点距離にとって望ましい線形プロファイルの前記ＩＲビームを生じる、前記第１のＩＲエミッタに送られる出力と前記第２のＩＲエミッタに送られる出力との出力比を、一連の焦点距離増分及び前記望ましい線形プロファイルのＩＲビームを生じる対応する出力比を含むビームプロファイル−焦点距離マップからプロセッサを用いて自動的に選択するステップと、
   （ｃ）前記第１及び第２のＩＲエミッタに、前記選択された出力比で出力を送って前記広ビーム成分及び前記狭ビーム成分を生成し、該生成された広ビーム成分と狭ビーム成分を結合することによって前記ＩＲビームを生成するステップと、
   をさらに含むことを特徴とする方法。
2. 前記生成された広ビーム成分及び狭ビーム成分は、前記広ビーム成分の中心及び前記狭ビーム成分の中心を前記シーン内の同じ場所に向けることによって結合される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ＩＲビームの前記所望の線形プロファイルは、目標標準偏差以下の標準偏差を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 関連する視野を有する選択された焦点距離で前記シーンを撮像するステップをさらに含み、前記選択された焦点距離の前記所望の線形プロファイルは、前記目標標準偏差以下の標準偏差と、最も高い有効放射照度とを前記視野内に有する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記最も高い有効放射照度は、前記第２のＩＲエミッタに送られる出力の割合が最も高い、前記目標標準偏差以下の標準偏差を有するＩＲビームを生じる前記出力比である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 各々がそれぞれの異なる視野を有する異なる焦点距離で前記シーンを撮像し、各異なる焦点距離に対応する所望の線形プロファイルのＩＲビームを生成するステップをさらに含み、各所望の線形プロファイルは、前記対応する焦点距離に関連する前記視野において、前記目標標準偏差以下の標準偏差と、前記最も高い有効放射照度とを有する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記撮像するステップは、可変焦点距離のズームレンズを有する撮像装置によって行われ、前記方法は、前記ズームレンズの現在の焦点距離を特定するステップと、前記現在の焦点距離に対応する前記所望の線形プロファイルを選択するステップと、前記所望の焦点距離におけるＩＲビームを生成するステップと、前記ＩＲビームによって照明されたシーンを前記現在の焦点距離で撮像するステップとを含む、
   ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 撮像対象シーンを赤外線（ＩＲ）放射によって照明するための装置であって、
   （ａ）ＩＲビームの広ビーム成分を放出する第１のＩＲエミッタと、前記ＩＲビームの狭ビーム成分を放出する第２のＩＲエミッタとを含む少なくとも２つのＩＲエミッタを備え、前記広ビーム成分は、前記狭ビーム成分の線形プロファイルよりも標準偏差が低い線形プロファイルを有し、前記装置は、
   （ｂ）前記第１のＩＲエミッタに結合された第１の電流ドライバと、前記第２のＩＲエミッタに結合された第２の電流ドライバとを含む少なくとも２つの電流ドライバと、
   （ｃ）前記電流ドライバと通信して、前記結合されたＩＲエミッタに選択量の出力を送るように各電流ドライバに指示する、プロセッサとメモリとを含む処理回路と、
   をさらに備え、前記メモリには、
   （ｉ）一連の焦点距離増分と、その対応する出力比とを含むビームプロファイル−焦点距離マップが符号化され、各出力比は、前記狭ビーム成分と前記広ビーム成分とを結合した時に対応する前記焦点距離増分にとって望ましい線形プロファイルのＩＲビームを生じる、前記第１のＩＲエミッタに送られる出力と前記第２のＩＲエミッタに送られる出力との出力比であり、前記メモリにはさらに、
   （ｉｉ）特定された現在の焦点距離に一致する前記焦点距離増分に対応する前記出力比を前記ビームプロファイル−焦点距離マップから選択することにより、前記特定された現在の焦点距離のための出力比を選択するとともに、前記電流ドライバを、前記第１及び第２のＩＲエミッタに前記選択された出力比で出力を送って前記広ビーム成分及び前記狭ビーム成分を生成し、該生成された広ビーム成分及び狭ビーム成分を結合するように制御するよう前記プロセッサによって実行可能なプログラムコードが符号化される、
   ことを特徴とする装置。
9. 前記第１及び第２のＩＲエミッタは、前記広ビーム成分及び狭ビーム成分が前記シーン内の同じ場所に向けられるように位置合わせされる、
   ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記処理回路と通信するイメージャと、該イメージャに光学的に結合された、可変焦点距離を有するズームレンズと、該ズームレンズ及び前記処理回路と通信するレンズドライバとをさらに備える、
    ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記メモリは、前記ズームレンズの一連の焦点距離増分と、その対応する所望の線形プロファイルとを含むビームプロファイル−焦点距離マップをさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 広ビーム成分及び狭ビーム成分で構成された赤外線（ＩＲ）ビームでシーンを照明する装置において使用するためのビームプロファイル−焦点距離マップの生成方法であって、前記装置は、広ビーム成分を放出する第１のＩＲエミッタと、狭ビーム成分を放出する第２のＩＲエミッタとを少なくとも備え、前記広ビーム成分は、前記狭ビーム成分の線形プロファイルよりも標準偏差が低い線形プロファイルを有し、前記方法は、
    （ａ）一群の焦点距離増分における各焦点距離増分について、前記狭ビーム成分と前記広ビーム成分とを結合した時に前記焦点距離増分にとって望ましい線形プロファイルのＩＲビームを生じる、前記第１のＩＲエミッタに送られる出力と前記第２のＩＲエミッタに送られる出力の好適な広ビーム対狭ビーム出力比を特定するステップと、
    （ｂ）前記特定された好適な広ビーム対狭ビーム出力比及び対応する焦点距離増分を、前記装置が読み込むことができるデータベースに記憶するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
13. 前記焦点距離増分のための前記好適な広ビーム対狭ビーム出力比を特定するステップは、前記焦点距離増分における視野に送出される最大ＩＲ出力と、目標標準偏差以下の標準偏差を有する線形プロファイルとを有するＩＲビームを生じる出力比を特定するステップを含む、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記最大ＩＲ出力を有するＩＲビームを生じる広ビーム対狭ビーム出力比を特定するステップは、低い広ビーム対狭ビーム出力比から開始して、前記第２のＩＲエミッタへの出力の増分を減少させる選択数の出力比増分を反復する反復ループを実行した後、目標標準偏差以下の標準偏差を有する線形プロファイルを生じる最も低い出力比増分を選択するステップを含む、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記最も低い出力比増分を選択した後に線形補間を行って最適な出力比を取得し、該最適な出力比を、前記データベース内の前記焦点距離増分のための前記好適な出力比として使用する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 撮像対象シーンを赤外線（ＩＲ）放射によって照明するための装置であって、
    （ａ）ＩＲビームの広ビーム成分を放出する第１のＩＲエミッタと、前記ＩＲビームの狭ビーム成分を放出する第２のＩＲエミッタとを含む少なくとも２つのＩＲエミッタを備え、前記広ビーム成分は、前記狭ビーム成分の線形プロファイルよりも標準偏差が低い線形プロファイルを有し、前記装置は、
    （ｂ）前記第１のＩＲエミッタに結合された第１の電流ドライバと、前記第２のＩＲエミッタに結合された第２の電流ドライバとを含む少なくとも２つの電流ドライバと、
    （ｃ）前記電流ドライバと通信して、前記結合されたＩＲエミッタに選択量の出力を送るように各電流ドライバに指示する、プロセッサ及びメモリを含む処理回路と、
    をさらに備え、前記メモリには、ビームプロファイル−焦点距離マップを生成するためのプログラムコードと、該マップを用いて、前記第１のＩＲエミッタに送られる出力と前記第２のＩＲエミッタに送られる出力との好適な広ビーム対狭ビーム出力比でＩＲビームを放出するように前記ＩＲエミッタに命令するためのプログラムコードとが符号化され、前記マップを生成するための前記プログラムコードは、
    （ｉ）一群の焦点距離増分における各焦点距離増分について、前記狭ビーム成分と前記広ビーム成分とを結合した時に前記焦点距離増分にとって望ましい線形プロファイルのＩＲビームを生じる広ビーム対狭ビーム出力比を特定し、該特定された出力比を好適な広ビーム対狭ビーム出力比として選択することと、
    （ｉｉ）前記好適な広ビーム対狭ビーム出力比及び対応する焦点距離増分を、前記処理回路が読み込むことができるデータベースに記憶することと、
    を含む、
    ことを特徴とする装置。
17. 前記焦点距離増分のための前記好適な広ビーム対狭ビーム出力比を特定するためのプログラムコードは、前記焦点距離増分における視野に送出される最大ＩＲ出力と、目標標準偏差以下の標準偏差を有する線形プロファイルとを有するＩＲビームを生じる出力比を特定することを含む、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記最大ＩＲ出力を有するＩＲビームを生じる広ビーム対狭ビーム出力比を特定するためのプログラムコードは、低い広ビーム対狭ビーム出力比から開始して、前記第２のＩＲエミッタへの出力の増分を減少させる選択数の出力比増分を反復する反復ループを実行した後、目標標準偏差以下の標準偏差を有する線形プロファイルを生じる最も低い出力比増分を選択することを含む、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の装置。
19. 前記最も低い出力比増分を選択した後に線形補間を行って最適な出力比を取得し、該最適な出力比を、前記データベース内の前記焦点距離増分のための前記好適な出力比として使用する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の装置。

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