JP6179410B2 - 撮像装置および撮像装置撮像窓の水滴付着判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置の撮像窓に付着した水滴の検出に関する。

従来、この種の技術としては、例えば以下に示す特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１には、監視カメラを収納する防塵ケースに設けられた光を透過する板状部材の汚れを検出する汚れ検出器に関する技術が記載されている。監視カメラは、汚れ検出器により汚れを検出すると、防塵ケースの光の透過窓に備えられたワイパーを駆動して汚れを除去する。汚れ検出器は、防塵ケースの内部に光を入射させる発光素子と、発光素子からの光を検出する受光素子と、受光素子から出力される電気信号を検出する検出部とを備えている。

特開平２−２８１１３２号公報

特許文献1記載の監視カメラでは、汚れを検出するために、受光素子ならびに検出部を備えた汚れ検出器が必要であり、装置の大型化や、コストの増大を招く要因となっていた。

本発明は、装置の大型化やコストの増加を極力抑えながら、精度良く水滴付着を検出する撮像装置および撮像装置撮像窓の水滴付着判定方法を提供することを目的とする。

本発明は、撮像窓を介して、撮像対象を撮像する撮像部（１０）と、前記撮像部の合焦位置を前記撮像対象の位置と至近距離の位置の少なくとも２箇所の位置に制御可能なフォーカス位置制御部（１３）と、前記撮像部からの画像信号の評価を行い、画像信号評価値を算出する画像信号評価部（１４）と、前記画像信号評価部で算出した前記画像信号評価値を記憶する評価値記憶部（１６）と、前記画像信号評価値に応じて前記撮像窓の水滴付着を判定する水滴付着判定部（１７）と、前記撮像窓の水滴を除去する水滴除去部（２０）と、を備え、前記画像信号評価部は、前記撮像部の合焦位置を前記撮像対象とした状態で撮像した画像の画像信号評価値を第１の画像信号評価値として算出し、前記水滴付着判定部は、前記第１の画像信号評価値と所定の閾値とを比較することで前記撮像窓への水滴付着可能性有無の１次判定を行い、前記１次判定の結果、水滴付着の可能性有りと判定した場合、前記画像信号評価部は、前記撮像部の合焦位置を至近距離に移動した状態で撮像した画像の画像信号評価値を第２の画像信号評価値として算出し、前記水滴付着判定部は、前記第１の画像信号評価値と前記第２の画像信号評価値とを比較することで前記撮像窓への水滴付着有無の２次判定を行い、前記２次判定の結果、水滴付着有りと判定した場合に前記水滴除去部を駆動するように指示することを特徴とする撮像装置を提供する。

本発明は、撮像部（１０）が撮像窓を介して撮像する撮像装置（１００）で実行される水滴付着判定方法において、撮像対象に合焦位置を合わせた状態で第１の画像を撮像するステップと、前記第１の画像を評価し、第１の画像信号評価値を算出するステップ（Ｓ１０１）と、前記第１の画像信号評価値を所定の閾値とを比較することで、前記撮像窓への水滴付着可能性有無の１次判定を行なう第１の判定ステップ（Ｓ１０２）と、前記第１の判定ステップで水滴付着の可能性有りと判定した場合、前記撮像部の合焦位置を至近距離に合わせるステップ（Ｓ１０３）と、至近距離に合焦位置を合わせた状態で第２の画像を撮像するステップと、前記第２の画像を評価し、第２の画像信号評価値を算出するステップ（Ｓ１０４）と、前記第１の画像信号評価値と前記第２の画像信号評価値とを比較することで、前記撮像窓への水滴付着有無の２次判定を行なう第２の判定ステップ（Ｓ１０６）と、前記第２の判定ステップで水滴付着有りと判定した場合、前記撮像窓の水滴を除去する水滴除去部（２０）を駆動させるように指示するステップ（Ｓ１０７）とを有することを特徴とする撮像装置撮像窓の水滴付着判定方法を提供する。

本発明によれば、装置の大型化やコストの増加を極力抑えながら、精度良く水滴付着を検出する撮像装置および撮像装置撮像窓の水滴付着判定方法を提供することができる。

実施形態の撮像装置を含む監視システムの構成を説明するための図である。 第１実施形態に係る水滴付着検出の処理手順を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る水滴付着検出の処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を用いて本発明を実施するための一実施形態を説明する。

図１の監視システムは、撮像装置１００と、撮像装置１００で撮像した画像を表示するモニタ３００とから構成される。
撮像装置１００は、撮像部１０、画像信号処理部１１、フォーカス位置制御部１３、画像信号評価部１４、評価値記憶部１６、水滴付着判定部１７、駆動制御部１９、水滴除去部２０を備えている。

撮像部１０は、撮像装置１００が収納されているハウジングに設けられた撮像窓を介して撮像対象を撮像し画像を取得する。撮像部１０は、予め設定された所定の周期で撮像対象を撮像する。なお、撮像装置１００が天井に設置されている所謂ドームカメラの場合には、撮像窓は撮像装置を収納するドームカバーを指すものとする。ドームカメラのドームカバーは光学部材として機能する。

撮像部１０は、フォーカス位置制御部１３の制御の下に、撮像レンズが可動制御されて、撮像レンズのフォーカス、すなわち合焦位置が変更可能に構成されている。通常撮像時は撮像部１０の合焦位置は、撮像装置１００で撮像しようとする撮像対象に合わされる。撮像部１０の合焦位置の可変範囲は撮像レンズの仕様に応じて決められているが、合焦位置の最至近距離は通常、撮像レンズ前方の例えば数センチメートル程度となる。従って、撮像部１０の合焦位置を強制的に至近距離に設定することで、撮像窓付近の位置で合焦させることができる。

撮像部１０は、撮像によって得られた画像信号を画像信号処理部１１と、画像信号評価部１４に与える。

画像信号処理部１１は、撮像部１０から受け取った画像信号を所定のフォーマットの画像信号に変換し、変換した画像信号をモニタ３００に与える。モニタ３００は、例えば液晶モニタであり、画像信号処理部１１から受け取った画像信号に基づいて、画像を表示する。

フォーカス位置制御部１３は、撮像部１０の合焦位置を制御する。フォーカス位置制御部１３は合焦位置のプリセット位置として、撮像対象の位置と至近距離の位置の少なくとも２つの位置を記憶している。撮像対象のプリセット位置はカメラ設置時に合焦位置が撮像対象の位置になるように設定し、記憶させる。至近距離のプリセット位置は、カメラ設置時に撮像窓付近に合焦する位置に設定して記憶させても良いし、撮像レンズの仕様上の最至近距離としても良い。フォーカス位置制御部１３は、撮像部１０の合焦位置を撮像対象の位置にするか至近距離の位置にするかを水滴除去判定部１７の制御によって切り替える。または、通常は撮像対象に自動的に合焦するオートフォーカス機能を持たせ、水滴除去判定部１７からの指示により、強制的に合焦位置を至近距離のプリセット位置または最至近距離に移動させる構成としても良い。

画像信号評価部１４は、撮像部１０から受け取った画像信号のコントラストと合焦度合いのいずれか一方または両方を評価し、評価値を算出する。具体的には、画像信号の輝度レベルと画素数とのヒストグラムを作成して輝度値の分布を求め、ヒストグラムから演算により輝度値の標準偏差を算出し、この画像信号のコントラスト評価値とする。また、画像信号のＡＣ成分の積分値を算出し、この画像信号の合焦度合い評価値とする。

なお、コントラスト評価値および合焦度合い評価値の算出方法は、上記方法に限定されない。例えば、画像信号の輝度値の最大値と最小値の差を算出し、コントラスト評価値としても良い。また、例えば画像信号のＡＣ成分の最大値を算出し、合焦度合い評価値としても良い。合焦度合いの評価値として画像信号のＡＣ成分の値を用いる手法は、例えば自動でフォーカス調整するカメラ等に従来から使われている技術である。

画像信号評価部１４は、算出した評価値を評価値記憶部１６と水滴付着判定部１７にそれぞれ送る。

評価値記憶部１６は、例えばフラッシュメモリなどで構成され、画像信号評価部１４から受け取った評価値を記憶する。評価値記憶部１６で記憶した評価値は、水滴付着判定部１７での判定時に読み出され、水滴付着判定部１７に読み出されたタイミングで、新たに算出された評価値が上書きされて記憶内容が更新される。

水滴付着判定部１７は、画像信号評価部１４から受け取った最新の画像信号の評価値、および評価値記憶部１６から読み出した前回の画像信号の評価値に基づき、後述する方法で撮像窓に水滴が付着しているか否かを判定する。水滴付着判定部１７は判定結果に基づき、フォーカス位置制御部１３に合焦位置の切り替えを指示し、駆動制御部１９に水滴除去部２００の駆動を指示する。

駆動制御部１９は、水滴付着判定部１７の指示に基づいて、水滴除去部２０を駆動制御する。

水滴除去部２０は、例えばワイパーを備え、駆動制御部１９の制御に基づいて、ワイパーを駆動して撮像窓に付着した水滴を除去する。水滴を除去する手段はワイパーに限らず、例えば圧縮空気を撮像窓に吹き付ける手段でも良い。

撮像装置１００における、撮像部１０と水滴除去部２０を除く構成要素は、プログラムに基づいて各種動作処理を制御する、例えばマイクロコンピュータなどにより構成することができる。

（実施形態１）
更に図２のフローチャートを用いて、実施形態１における動作の流れを説明する。

ステップＳ１０１にて、撮像部１０の合焦位置が撮像対象に合っている状態で、画像信号評価部１４は撮像画像信号の評価値を算出する。画像信号の評価値としては、コントラスト評価値（コントラスト評価値Ａとする）と、合焦度合い評価値（合焦度合い評価値Ａとする）のいずれか、または両方を算出する。いずれの評価値を算出するかはステップＳ１０２とＳ１０６で判定に用いる評価値に応じて予め設定しておく。算出された評価値は評価値記憶部１６に送られ、評価値記憶部１６は受け取った評価値を記憶する。同時に、算出された評価値は水滴付着判定部１７に送られる。

ステップＳ１０２にて、水滴付着判定部１７は、ステップＳ１０１で算出した評価値に基づいて、撮像窓に水滴が付着している可能性があるか否かを判定する。合焦位置が撮像対象に合っている状態で撮像窓に水滴が付着すると、撮像窓から入射する入射光が水滴により散乱して、画像全体が白っぽくなるフレア状態となる。このため、撮像窓に水滴が付着することによって、水滴が付着する前と比較して画像信号の輝度レベルの分布が小さくなり輝度値の標準偏差が小さくなることでコントラスト評価値が小さくなる。また、撮像部１０の合焦位置が撮像対象に合っている状態で撮像窓に水滴が付着すると、付着した水滴の影響で撮像画像がぼやけるため、合焦度合い評価値は水滴付着前と比較して小さくなる。

従って、水滴付着判定部１７は、コントラスト評価値Ａが予め設定した第１の閾値よりも小さい場合、および合焦度合い評価値Ａが予め設定した第２の閾値よりも小さい場合に、水滴が付着している可能性があると判定する。判定する画像評価値としてコントラスト評価値Ａと合焦度合い評価値Ａの両方を用いる場合は、両方の評価値共が各閾値に対し小さい場合に水滴が付着している可能性があると判定する構成とすることが望ましい。この場合、コントラスト評価値と合焦度合い評価値の両方で判定することで、より誤判定を減らすことができる。

水滴が付着している可能性があると判定した場合（Ｓ１０２／ｙｅｓ）には、ステップＳ１０３に進む。水滴が付着している可能性があると判定されなかった場合（Ｓ１０２／ｎｏ）には、処理を終了する。

ステップＳ１０３にて、水滴付着判定部１７は、撮像部１０の合焦位置を至近距離に合わせる様にフォーカス位置制御部１３に指示する。フォーカス位置制御部１３は、撮像部１０の撮像レンズを可動させて合焦位置を至近距離にあわせる。

ステップＳ１０４にて、撮像部１０の合焦位置が至近距離に合っている状態で、画像信号評価部１４は撮像画像のコントラスト評価値（コントラスト評価値Ｂとする）と合焦度合い評価値（合焦度合評価値Ｂとする）のいずれか、または両方を算出する。いずれの評価値を算出するかはステップＳ１０６で判定に用いる評価値に応じて予め設定しておく。算出された評価値は評価値記憶部１６に送られると同時に、水滴付着判定部１７に送られる。

ステップＳ１０５にて、水滴付着判定部１７は、撮像部１０の合焦位置を撮像対象に合わせる様にフォーカス位置制御部１３に指示する。フォーカス位置制御部１３は、撮像部１０の撮像レンズを駆動して合焦位置を撮像対象に合わせる。ステップＳ１０３で合焦位置を至近距離に合わせてから、ステップＳ１０５で合焦位置を撮像対象に戻すまでの時間は数フレーム期間で十分である。合焦位置を至近距離としている間は撮像対象の画像がぼやけるが、この間は撮像窓に水滴が付着する等している状態なので、撮像画像に対する影響は少ない。
ステップＳ１０６にて、水滴付着判定部１７は、ステップＳ１０１で算出した画像信号評価値とステップＳ１０４で算出した画像信号評価値とを比較する。

水滴が撮像窓に付着している状態では、撮像部１０の合焦位置が撮像対象に合っている場合と比較し、合焦位置を至近距離とした場合のコントラスト評価値は大きくなる。また、撮像窓に水滴が付着した状態では、撮像部１０の合焦位置が撮像対象に合っている場合と比較し、合焦位置を至近距離とした場合の合焦度合い評価値は大きくなる。これは、合焦位置を至近距離とすることによって撮像窓の水滴に合焦または略合焦するためである。

従って、水滴付着判定部１７は、コントラスト評価値Ｂがコントラスト評価値Ａよりも大きい場合、および合焦度合い評価値Ｂが合焦度合い評価値Ａよりも大きい場合に水滴が付着していると判定する。画像評価値としてコントラスト評価値と合焦度合い評価値の両方を用いる場合は、コントラスト評価値Ｂがコントラスト評価値Ａよりも大きく、かつ合焦度合い評価値Ｂが合焦度合い評価値Ａよりも大きい場合に水滴が付着していると判定することが好ましい。この場合、コントラスト評価値と合焦度合い評価値の両方で判定することで、誤判定をより少なくすることができる。

ステップＳ１０６で水滴が付着していると判定した場合（Ｓ１０６／ｙｅｓ）、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０６で水滴が付着していると判定しない場合（Ｓ１０６／ｎｏ）、処理を終了する。

ステップＳ１０７にて、駆動制御部１９は、水滴付着判定部１７の指示を受けて、水滴除去部２００を駆動制御する。水滴除去部２００は、水滴除去手段を駆動して撮像窓に付着した水滴を除去する。水滴除去部２００は、水滴除去手段を所定の回数もしくは所定の時間駆動して停止し、処理を終了する。

本実施形態では、撮像部が合焦位置を撮像対象にあわせて撮像し取得した画像のコントラスト評価値ならびに合焦度合い評価値を判定して、撮像窓に水滴が付着している可能性があるか否かを判定する。水滴が付着している可能性があると判定された場合には、合焦位置を至近距離に合わせて撮像し画像を取得する。合焦位置が撮像対象に合っている状態の画像と至近距離に合っている状態の画像とで、コントラスト評価値ならびに合焦度合い評価値を比較して、水滴付着の有無を判定する。このように２重の判定処理を実行することにより、水滴付着の検出精度を高めることが可能となる。

上記のように水滴付着の検出精度を高めることが可能になるので、水滴を除去するワイパーなどを不必要に駆動することは回避され、水滴除去手段を適切に駆動することができる。この結果、水滴が付着していない状態で水滴除去手段を駆動するという無駄な動作を抑制することができる。特に、水滴除去手段としてワイパーを採用した場合、水滴が付着していない状態でワイパーを駆動すると、撮像窓を傷付けたり、ワイパー自体が極端に劣化したりする不具合が生じるため、本発明の効果は大きい。

また、先行技術文献１に記載のような、発光素子、受光素子および検出器などの別装置を用いることなく、撮像装置に通常備えられている構成を使って水滴付着の有無を判定することができる。このため、装置を大型化せず、またコストの増大を極力抑えた状態で、精度良くカメラ撮像窓の水滴付着を検出することができる。

（実施形態２）
実施形態２の水滴付着検出装置の構成は実施形態１と同じである。実施形態２では実施形態１に対し、水滴除去部２０の動作繰返し判定を追加している。以降の説明で実施形態１と共通または類似する内容については説明を省略する場合がある。

図３のフローチャートで、ステップＳ１０１からＳ１０６までは図２で説明した内容と同じである。

ステップＳ２０１にて、撮像部１０の合焦位置が撮像対象に合っている状態で、画像信号評価部１４は撮像画像信号の評価値を算出する。画像信号の評価値としては、コントラスト評価値（コントラスト評価値Ｃとする）と、合焦度合い評価値（合焦度合い評価値Ｃとする）のいずれか、または両方を算出する。いずれの評価値を算出するかはステップＳ２０４で判定に用いる評価値に応じて予め設定しておく。算出された評価値は評価値記憶部１６に送られ、評価値記憶部１６は受け取った評価値を記憶する。

ステップＳ２０２にて、駆動制御部１９は、水滴付着判定部１７の指示を受けて、水滴除去部２００を駆動制御する。水滴除去部２００は、水滴除去手段を駆動して撮像窓に付着した水滴を除去する。水滴除去部２００は、水滴除去手段を所定の回数もしくは所定の時間駆動して停止し、ステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３にて、撮像部１０の合焦位置が撮像対象に合っている状態で、画像信号評価部１４は撮像画像信号の評価値を算出する。画像信号の評価値としては、コントラスト評価値（コントラスト評価値Ｄとする）と、合焦度合い評価値（合焦度合い評価値Ｄとする）のいずれか、または両方を算出する。いずれの評価値を算出するかはステップＳ２０４で判定に用いる評価値に応じて設定する。算出された評価値は水滴付着判定部１７に送られる。

ステップＳ２０４にて、水滴付着判定部１７は水滴除去装置駆動前後の画像信号評価値を比較し、水滴付着の有無を判定する。実施形態１でも説明したように、合焦位置が撮像対象に合っている状態で撮像窓に水滴が付着することにより、水滴が付着する前と比較してコントラスト評価値および合焦度合い評価値は小さくなる。

従って、水滴付着判定部１７は、コントラスト評価値Ｄがコントラスト評価値Ｃよりも大きい場合、および合焦度合評価値Ｄが合焦度合評価値Ｃよりも大きい場合に、水滴除去部２０の動作前に水滴が付着していて水滴除去部２０の動作により水滴が除去されたものと判定する。ステップＳ２０４の判定では、コントラスト評価値と合焦度合評価値のいずれか一方を比較して判定すれば十分である。また、評価値の比較の際には所定の閾値を設定して、コントラスト評価値Ｄがコントラスト評価値Ｃよりも第１の所定の閾値以上大きい場合、および／または、合焦度合評価値Ｄが合焦度合評価値Ｃよりも第２の所定の閾値以上大きい場合に、水滴除去部２０の動作前に水滴が付着していて水滴除去部２０の動作により水滴が除去されたものと判定する構成としても良い。判定に閾値を設定することにより、誤判定を減らすことができる。

ステップＳ２０４で水滴が付着していたと判定した場合（Ｓ２０４／ｙｅｓ）、雨が降り続ける等して水滴が付着し続けている可能性があるため、ステップＳ２０１に戻り、Ｓ２０４で雨滴が付着していたと判定しなくなるまで（Ｓ２０４／ｎｏ）、Ｓ２０１〜Ｓ２０４のループを繰り返す。ステップＳ２０４で水滴が付着していたと判定しない場合（Ｓ２０４／ｎｏ）、雨が止んだ等して水滴が付着しなくなったとして処理を終了する。

本実施形態では実施形態１の効果に加え、一度水滴付着有りと判定して水滴除去部を駆
動させた後は、撮像部の合焦位置を変えることなく水滴付着の有無を判定するので、撮像
対象を鮮明に撮像しながら適切に水滴付着の有無を判定することができる。

１０…撮像部
１１…画像信号処理部
１３…フォーカス位置制御部
１４…画像信号評価部
１６…評価値記憶部
１７…水滴付着判定部
１９…駆動制御部
２０…水滴除去部
１００…撮像装置
３００…モニタ

Claims (3)

1. 撮像窓を介して、撮像対象を撮像する撮像部と、
   前記撮像部の合焦位置を前記撮像対象の位置と至近距離の位置の少なくとも２箇所の位
   置に制御可能なフォーカス位置制御部と、
   前記撮像部からの画像信号の評価を行い、画像信号評価値を算出する画像信号評価部と、
   前記画像信号評価部で算出した前記画像信号評価値を記憶する評価値記憶部と、
   前記画像信号評価値に応じて前記撮像窓の水滴付着を判定する水滴付着判定部と
   前記撮像窓の水滴を除去する水滴除去部と
   を備え、
   前記画像信号評価部は、前記撮像部の合焦位置を前記撮像対象とした状態で撮像した画
   像の画像信号評価値を第１の画像信号評価値として算出し、
   前記水滴付着判定部は、前記第１の画像信号評価値と所定の閾値とを比較することで前
   記撮像窓への水滴付着可能性有無の１次判定を行い、
   前記１次判定の結果、水滴付着の可能性有りと判定した場合、前記画像信号評価部は、
   前記撮像部の合焦位置を至近距離に移動した状態で撮像した画像の画像信号評価値を第２
   の画像信号評価値として算出し、
   前記水滴付着判定部は、前記第１の画像信号評価値と前記第２の画像信号評価値とを比
   較することで前記撮像窓への水滴付着有無の２次判定を行い、
   前記２次判定の結果、水滴付着有りと判定した場合に前記水滴除去部を駆動するように
   指示する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記水滴付着判定部は、前記水滴除去部動作前後の画像信号評価値を比較することで、
   水滴付着有無の３次判定を行い、前記３次判定で、水滴付着有りと判定した場合、前記水
   滴除去部を駆動するように指示し、更に前記水滴除去部動作前後の画像信号評価値を比較
   することで、水滴付着有無の３次判定を行なう動作を、前記３次判定で、水滴付着有りと
   判定しなくなるまで繰り返し、前記３次判定で、水滴付着有りと判定しない場合、前記水
   滴除去部を停止するように指示することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 撮像部が撮像窓を介して撮像する撮像装置で実行される水滴付着判定方法において、
   撮像対象に合焦位置を合わせた状態で第１の画像を撮像するステップと、
   前記第１の画像を評価し、第１の画像信号評価値を算出するステップと、
   前記第１の画像信号評価値と所定の閾値とを比較することで、前記撮像窓への水滴付着
   可能性有無の１次判定を行なう第１の判定ステップと、
   前記第１の判定ステップで水滴付着の可能性有りと判定した場合、前記撮像部の合焦位
   置を至近距離に合わせるステップと、
   至近距離に合焦位置を合わせた状態で第２の画像を撮像するステップと、
   前記第２の画像を評価し、第２の画像信号評価値を算出するステップと、
   前記第１の画像信号評価値と前記第２の画像信号評価値とを比較することで、前記撮像
   窓への水滴付着有無の２次判定を行なう第２の判定ステップと、
   前記第２の判定ステップで水滴付着有りと判定した場合、前記撮像窓の水滴を除去する
   水滴除去部を駆動させるように指示するステップと
   を有することを特徴とする撮像装置撮像窓の水滴付着判定方法。