JP7218116B2 - 撮像装置および撮像装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に照明装置を備えた撮像装置に関する。

従来、夜間や暗所監視向けに、照明装置を備えた撮像装置が知られている。撮像装置が撮影を行う際に照明装置を点灯することで、明かりのない環境でも撮影が可能である。

近年、より遠方の、あるいはより低照度環境下における被写体の撮影を可能にするため、照明強度の上限値をより強くした照明装置を搭載した撮像装置の需要が高まっている。しかし、照明装置を用いて人物等を撮影する際には、被写体への照明強度を決定する際に、被写体画像の画質だけでなく、照明による人体への影響についても考慮する必要がある。加えて、照明装置に可視光以外の波長の光を照射可能な光源を用いる場合、照射される人物は自分に光が照射されていることに気づかずに、一定以上の光量を直視してしまう場合があった。そのため、赤外光など、可視光以外の波長の光を照射する照明装置を用いる場合には、撮像装置が被写体を認識し、照明装置の照明強度を適切に制御する必要がある。このような撮像装置において、照明装置の照明強度を調整する方法として例えば、特許文献１では被写体照度に応じて照明強度を変化させる制御回路が提案されている。

特開２００４－１７９９８５号公報

しかし、上述の従来技術では、ズーム位置の変更による画角の変化が考慮されていない。そのため、ズーム機能を用いたときに照明装置の照明範囲が撮像装置の撮影画角よりも広くなると、撮影画角の外側に照射される光に関しては、照射される被写体を撮像装置が認識できない。つまり撮影画角の外側に人物がいたとしてもその人物に対しては照明強度を適切に制御することが出来なくなる。そこで、本発明の目的は、画質に加えて人体への影響を考慮して、照明装置の照明範囲において適切に被写体を認識して光を照射する照明装置を備えた撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、被写体を照らす照明部と、前記被写体の像を結像するためのレンズユニットと、前記レンズユニットを制御する制御部と、前記被写体の像を撮像する撮像部と、を有する撮像装置であり、前記照明部の照明強度を制御する照明強度制御手段と、前記照明部の照明範囲と、前記撮像部による前記レンズユニットを介する撮影範囲を比較する画角比較手段をさらに備え、前記制御部は、前記照明部が点灯しており、かつ、前記画角比較手段により前記照明範囲よりも前記撮影範囲が小さいと判定された場合、前記照明範囲より前記撮影範囲が大きくなるよう前記レンズユニットを制御し、前記照明範囲より前記撮影範囲が大きくなるよう前記レンズユニットが制御された場合において、前記照明範囲より狭い範囲の画像を外部装置への配信対象とする場合、該範囲の画像が切り出されて前記外部装置へ配信されることを特徴とする。

本発明によれば、画質に加えて人体への影響を考慮して、照明装置の照明範囲において適切に被写体を認識して光を照射する照明装置を備えた撮像装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る撮像システムを示す模式図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置を示す模式図である。 図２の信号処理部の内部構造を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置における、画角と照射範囲の関係を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の動作処理を示すフローチャートである。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は、図示された構成に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、撮像装置１０００を含むシステム構成図である。３０００は、本発明における外部装置であり、ＰＣなどのクライアント装置である。撮像装置１０００とクライアント装置３０００はネットワーク２０００を介してネットワーク経由で相互に通信可能な状態に接続されている。クライアント装置３０００は撮像装置１０００に対して、各種制御コマンドを送信する。本制御コマンドには、例えば撮像開始および停止、照明装置の点灯消灯などを行うためのコマンドが含まれる。また、各制御コマンドを受信した撮像装置１０００は、受信した制御コマンドに対するレスポンス信号をクライアント装置３０００に送信する。

なお、本実施形態における撮像装置１０００は、所定の画角を有し被写体４０００を撮像する撮像装置の一例であり、例えば動画像を撮像する監視カメラである。より詳細には、監視に用いられるネットワークカメラであるものとする。また、本実施形態におけるクライアント装置３０００は、ＰＣ等の外部装置の一例である。又、本実施形態における撮像装置１０００と外部装置３０００からなる監視システムは、撮像システムに相当する。

また、ネットワーク２０００は、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等の通信規格を満足する複数のルータ、スイッチ、ケーブル等から構成されるものとする。しかしながら、本実施形態においては、撮像装置１０００とクライアント装置３０００との間の通信を行うことができるものであれば、その通信規格、規模、構成を問わない。

例えば、ネットワーク２０００は、インターネットや有線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、無線ＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等により構成されていても良い。なお、本実施形態における撮像装置１０００は、例えば、ＰｏＥ（Ｐｏｗｅｒ Ｏｖｅｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））に対応していても良く、ＬＡＮケーブルを介して電力を供給されても良い。

図２は、本実施形態に係る撮像装置１０００の内部構造を示した模式図である。被写体４０００の像は、レンズユニット１００によって集光（結像）され、撮像素子２００によって電気信号に変換されたのち、信号処理部２０１によって信号処理され、連続する画像、または映像としてネットワークなどの外部に出力される。レンズユニット１００は被写体に応じて最適な映像を得られるように光学ズーム機能を備えたズームレンズ１０１のほか、フォーカスレンズ、絞り、フィルタなどの構成部分を備えており、信号処理部２０１からの制御信号を通して制御される。前記のフィルタとして、レンズユニット１００と撮像素子２００の間の光軸上にレンズユニット１００を通して撮像素子２００に入射する光のうち主に可視光線成分を透過する赤外線カットフィルタ１０２が内蔵されている。

このフィルタは信号処理部２０１からの制御信号により挿抜される構造となっており、挿抜することで可視光線像のみを含む被写体像と可視光線像および赤外線像の両方を含む被写体像を切り替えることができる。また前述の撮像素子２００はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの半導体撮像素子であり、撮像部に相当する。これらは主に可視光線（波長３８０～７８０ナノメートル）に高い感度を有しており、画素ごとに赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかに高い感度を有するが、赤外線（７８０ナノメートル以上）にもある程度の感度を有している。そのため赤外線照明によって照らされている場所などの赤外線で明るい被写体については、赤外線カットフィルタ１０２を抜去することで被写体をより鮮明に撮影することが出来る。本実施形態に係る撮像装置１０００はさらに、赤外線を投光するための赤外線照明３００を備え、被写体に向けて照射して撮影することで被写体の赤外線画像を取得することができる。赤外線照明３００は、単体の光源からなる照明であっても、複数の光源が組み合わさった照明でも良い。なお、本実施形態において、赤外線照明３００は被写体を照らす照明部に相当する。

図３は信号処理部２０１の内部構成を模式的に表したものである。撮像素子２００から得られた被写体像の電気信号は、信号処理部２０１内の画像処理部２１１によって画像処理され、ＪＰＥＧ画像やあるいはＨ．２６４などのビデオ映像が作られる。ここで画像処理とは、露出制御、ホワイトバランス制御、ガンマ補正などの処理を含み、被写体に応じて最適な画像になるように細かく制御を行っている。また、画像処理部２１１で適切な画像が得られるように、レンズユニット制御部２１２によってレンズユニット１００のズームレンズ１０１、フォーカスレンズ、絞り、およびフィルタ挿抜の制御動作を行う。

同様に、撮像素子制御部２１３によって撮像素子２００のゲイン、シャッタースピードの制御を同時に行う。ここで被写体４０００が明るい場合は、レンズユニット制御部２１２の絞り制御結果および撮像素子制御部２１３のゲイン、シャッタースピード制御結果を用いて被写体４０００が明るいと判断する。そして、絞りを絞り、シャッタースピードを短く、ゲインを小さくする制御をする。このとき、赤外線カットフィルタ１０２はレンズユニット１００の光軸上に挿入されており、被写体からの光のうち赤外線成分をカットすることで、得られる画像の色再現性を高めている。被写体が暗くなってくると、同様に制御結果から被写体４０００が暗いと判断して絞りを開き、シャッタースピードを長く、ゲインを大きくする。また、さらに赤外線カットフィルタ１０２をレンズユニット１００の光軸上から外し、赤外線を含めた光を利用することでより明るい画像を得ることが出来る。

このとき赤外線が撮像素子２００に入射すると画像の色再現性が悪くなるため、通常は画像処理部２１１のホワイトバランス制御を変更し、カラー画像ではなく白黒画像を出力する。赤外線カットフィルタ１０２の挿抜タイミングはレンズユニット１００、撮像素子２００および画像処理部２１１の制御結果をもとに被写体の照度を推定することで信号処理部２０１によって決定される。

信号処理部２０１はさらに赤外線照明制御部２１４、画角比較部２１５、および全体制御部２１６を備えている。赤外線照明制御部２１４は信号処理部２０１により、被写体４０００に対して赤外線照明３００の照明強度を制御して照射する。この制御に合わせて、レンズユニット制御部２１２は赤外線カットフィルタ１０２の挿抜を行う。赤外線照明制御部２１４は赤外線照明３００内部の光源を一括して制御しても良いし、複数の光源を個別に制御しても良い。画角比較部２１５はレンズユニット制御部２１２および赤外線照明制御部２１４の制御結果をもとに、レンズユニット１００の現在の制御による撮影範囲である画角と、赤外線照明３００の現在の制御による照射範囲を比較する。なお、赤外線照明制御部２１４は照明強度を制御するための照明強度制御部に相当する。比較においては、画角範囲と撮影範囲の比率を取り、所定値と比較することが好ましい。

全体制御部２１６は各種演算と撮像装置１０００全体を制御するＣＰＵを含む。当該ＣＰＵは、撮像装置１０００全体を制御するために各構成要素を統括的に制御する。それと共に及び各種設定パラメータ等の設定を各構成要素に対して行う。また、記憶部を更に含み、ＣＰＵは当該記憶部に記録されたプログラムを実行することで、後述する本実施形態の各処理を実現する。全体制御部２１６に含まれる記憶部はシステムメモリであり、ＲＡＭが用いられる。システムメモリには、全体制御部２１６の動作用の定数、変数、読み出したプログラム等を展開する。また、全体制御部２１６の記憶部には他にも様々な設定値を保存することができ、レンズユニット１００の制御結果と画角の対応、赤外線照明３００の制御結果と照射範囲の対応がそれぞれ保存されている。画角比較部２１５はこれらの保存された対応値（所定値）を用いることで、画角と照射範囲の対比を行うことができる。また、撮像装置１０００の状態を保存することもできる。

信号処理部２０１はまたさらに、特徴量検出部２１７、放射照度算出部２１８、照度比較部２１９を備えていても良い。特徴量検出部２１７は、画像処理部２１１によって処理された画像に対し、人の頭部、顔、目、といった対象の特徴量を検出することで、被写体４０００が人物であるかどうかを検出（対象検出）することができる。また放射照度算出部２１８は、被写体４０００に対して、赤外線照明３００の光がどの程度照射されるかを算出することができる。放射照度の算出方法は、赤外線照明制御部２１４の制御結果に加えて、レンズユニット１００の制御パラメータおよび取得画像のコントラスト値から、焦点距離との関係を用いて求めることができる。また被写体までの距離情報や被写体の赤外線輝度情報、照射面積などを不図示のセンサなどから求めることで、赤外線照明制御部２１４の制御結果と合わせて算出してもよい。照度比較部２１９は、放射照度算出部２１８の結果と、あらかじめ全体制御部２１６に保存した閾値を比較し、その比較結果に応じて赤外線照明制御部２１４の制御を変更する。

さらに通信制御部２２０によって、撮影画像をネットワーク２０００を通して外部装置３０００に出力する。また、各種の制御コマンドを用いて、外部装置３０００から撮像装置１０００をネットワークを介して制御することができる。

以下に、画角比較部２１５の動作について詳細に記述する。図４は撮像装置１０００の画角と、赤外線照明３０００の照射範囲を示した模式図である。ＷＩＤＥ側にレンズユニット１００を制御した場合は、広い画角４０１を撮影可能であり、逆にＴＥＬＥ側にレンズユニット１００を制御した場合は、狭い画角４０２のみ撮影可能となる。これとは独立に、赤外線照明３００の照射範囲４１０は照明内の光源が持つ配光特性によって決定される。単一の光源のみを持つ赤外線照明の場合、撮像装置１０００の全ての画角に対して赤外線照明が照射されることが望ましいので、照明範囲４１０はレンズユニット１００のＷＩＤＥ端とほぼ一致するように最大に設定されることが望ましい。そのため、レンズユニット１００がＴＥＬＥ側に制御されているときは、照明範囲４１０は撮像装置１０００の画角よりも広くなる。配光特性の異なる複数の光源をもつ赤外線照明では、光源の照射強度をそれぞれ制御することで赤外線照明３００としての配光特性は変化する。その場合、点灯している光源のうち配光特性が最も広い光源の照射範囲を照明範囲４１０として用いても良いし、あるいは各光源の照射強度から配光特性を重み付け平均して、照明範囲４１０としても良い。

上記いずれの場合も、撮像装置１０００の画角および赤外線照明３００の照明範囲は、制御結果から一意に決定する。そのため、レンズユニット制御部２１２と赤外線照明制御部２１４それぞれの制御値と画角および照射範囲の対応表を全体制御部２１６に保存しておき、現在の制御値からそれぞれの値を読みだして比較することで、画角と照明範囲の比較を行うことができる。

一例として、レンズユニット１００をＴＥＬＥ側に制御したときを考える。上記の画角比較部２１５にて画角４０２が照明範囲４１０よりも狭いと判断されるため、信号処理部２０１はレンズユニット制御部２１２を用いて画角が照明範囲４１０よりも広くなるようにレンズユニット１０１を制御し、画角４０１へと変更する。このとき、撮影される画像は制御前の画角４０２よりも広くなるため、画像切り出しによるデジタルズーム機能を用いて本来の画角と同じ範囲を切り出して、通信制御部２２０を用いて外部装置３０００に送信する、としても良い。

図５は本実施形態の撮像装置の制御に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は全体制御部２１６が各構成要素を制御して行う。また、本フローチャートの処理は連続して画像取得を行う動画像取得時に所定のタイミングにて実行する。そして、動画像取得が終了した場合に本フローチャートの処理も終了する。

ステップＳ５０１において、画像処理部２１１を用いて被写体４０００の画像を取得する。そして、処理をステップＳ５０２へと進める。

ステップＳ５０２において、信号処理部２０１により、画像処理部２１１によって取得した画像に対して、レンズユニット制御部２１２および撮像素子制御部２１３の制御結果から被写体の明暗状態を判断する。暗いと判断した場合はステップＳ５０３に処理を進め、明るいと判断した場合はステップＳ５０１に処理を戻す。

ステップＳ５０３において、赤外線撮影時の設定に信号処理部２０１を変更する。ここで赤外線撮影時の設定とは、赤外線照明制御部２１４を用いて赤外線照明３００を点灯、レンズユニット制御部２１２を用いて赤外線カットフィルタ１０１をレンズ光軸上から外す設定である。また、画像処理部２１１のホワイトバランス制御を変更し白黒撮影モードに変更する、といったものである。またその後、現在のレンズユニット制御部２１２の制御結果および赤外線照明制御部２１４の制御結果をもとに、対応する画角、照明範囲を全体制御部２１５から読み出す。そして、処理をステップＳ５０４に進める。

ステップＳ５０４において、ステップ５０３にて読み出した画角、照明範囲を比較し、画角が照明範囲よりも大きいかを判断する。画角が照明範囲と同じかより小さいと判断した場合は、ステップＳ５０５に処理を進める。一方で画角が照明範囲よりも大きいと判断した場合、ステップＳ５０６に処理を進める。

ステップＳ５０５において、レンズユニット制御部２１２を用いて画角が照明範囲よりも大きくなるように、レンズユニット１０１を制御する。そして処理をステップＳ５０６に進める。

ステップＳ５０６において、特徴量算出部２１７を用いて被写体に人物がいるどうかを判断する。人物がいる場合には、ステップＳ５０７に処理を進める。一方で人物がいない場合は、ステップＳ５０１に処理を進める。

ステップＳ５０７において、被写体までの距離をレンズユニット制御部２１２の制御結果から求め、赤外線照明制御部２１４の制御結果と放射照度算出部２１８を用いて被写体位置における赤外線照明３００の放射照度を求める。そして、照度比較部２１９により閾値と比較する。ここで、閾値は被写体が人物の場合に長時間照射しても問題ない放射照度である。比較の結果放射照度が閾値よりも弱い場合は、赤外線照明制御部２１４の制御を変更せずにステップＳ５０１へと処理を戻す。一方で、閾値よりも強い場合は、ステップＳ５０８へ処理を進める。

ステップＳ５０８において、放射照度が閾値よりも小さくなるよう赤外線照明制御部２１４の制御を変更したのち、ステップＳ５０１へ処理を戻す。そして、以上の動作を動画像の取得終了まで、またはユーザー等による動作修了指示まで繰り返す。

以上のような動作を行うことで、ズームレンズ使用時に画角が変化しても、画質に加えて人体への影響を考慮することができる。そして、照明装置の照明範囲において適切に被写体を認識して光を照射する照明装置を備えた撮像装置を提供することができる。つまり、照明部が点灯しているときに、画角比較手段の結果に基づいてレンズユニット１００のズーム機能の設定可能範囲を制限することが可能となる。

なお、ステップＳ５０８において、画像処理部２１１にて撮影した被写体４０００の画像に対し、ステップＳ５０４にて保存した画角に等しくなるようにデジタルズーム処理を行い、通信制御部２２０を用いて外部装置３０００に送信するようにしてもよい。

以上のような動作を行うことで、ズームレンズ使用時に画角が変化しても、画質に加えて人体への影響を考慮して、照明装置の照明範囲において適切に被写体を認識して光を照射する照明装置を備えた撮像装置を提供することができる。さらに外部装置に対しては変更前の画角で画像を送信することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００ レンズユニット
１０１ ズームレンズ
１０２ 赤外線カットフィルタ
２００ 撮像素子
２０１ 信号処理部
２１１ 画像処理部
２１２ レンズユニット制御部
２１３ 撮像素子制御部
２１４ 赤外線照明制御部
２１５ 画角比較部
２１６ 全体制御部
２１７ 特徴量算出部
２１８ 放射照度算出部
２１９ 照度比較部
２２０ 通信制御部
３００ 赤外線照明
１０００ 撮像装置
３０００ 外部装置

Claims (10)

1. 被写体を照らす照明部と、前記被写体の像を結像するためのレンズユニットと、前記レンズユニットを制御する制御部と、前記被写体の像を撮像する撮像部と、を有する撮像装置であり、
   前記照明部の照明強度を制御する照明強度制御手段と、
   前記照明部の照明範囲と、前記撮像部による前記レンズユニットを介する撮影範囲を比較する画角比較手段をさらに備え、
   前記制御部は、前記照明部が点灯しており、かつ、前記画角比較手段により前記照明範囲よりも前記撮影範囲が小さいと判定された場合、前記照明範囲より前記撮影範囲が大きくなるよう前記レンズユニットを制御し、
   前記照明範囲より前記撮影範囲が大きくなるよう前記レンズユニットが制御された場合において、前記照明範囲より狭い範囲の画像を外部装置への配信対象とする場合、該範囲の画像が切り出されて前記外部装置へ配信されることを特徴とする撮像装置。
2. 前記レンズユニットはズーム機能を有し、
   前記ズーム機能は光学ズーム機能であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記照明部は複数の異なる照明範囲の光源を有し、前記光源それぞれの照明範囲のうち点灯している光源の照明範囲が最大のものを、前記照明部の照明範囲とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記照明部は複数の異なる照明範囲の光源を有し、前記照明強度制御手段はそれぞれの光源の照明強度を制御することが可能であり、
   前記それぞれの光源の照明強度によってそれぞれの照射範囲を重み付け平均したものを、前記照明部の照明範囲とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
5. 前記撮像装置はさらに、
   前記撮像部の撮影範囲に所定の対象があることを検出する、対象検出手段と、
   検出された対象に対する前記照明部による放射照度を算出する、放射照度算出手段と、
   前記放射照度算出手段が算出した放射照度と所定の閾値とを比較する照度比較手段と、
   を備え、
   前記照明強度制御手段は前記照度比較手段の比較結果に基づいて、前記照明部の照明強度を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記対象検出手段は前記撮像部によって撮像された画像に人体の頭部、顔、目のうち少なくとも１つを対象として検出することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記放射照度算出手段は前記照明部の照明強度、前記対象検出手段が検出する対象までの距離、前記対象の前記照明に対する照射面積に基づいて放射照度を算出することを特徴とする請求項５または６に記載の撮像装置。
8. 前記照明強度制御手段はさらに、前記照度比較手段による比較結果が、前記放射照度算出手段が算出した放射照度が所定の閾値を超えている場合に、前記照明部の照明強度を所定の照明強度に制限することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 外部装置とネットワーク経由で通信する通信手段をさらに備え、前記通信手段により前記外部装置から制御コマンドを受信することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 被写体を照らす照明部を有する撮像装置の制御方法であり、
    前記照明部の照明強度を制御する照明強度制御工程と、
    点灯している前記照明部の照明範囲と、前記撮像装置の撮影範囲を比較する画角比較工程と、
    前記照明部が点灯しており、かつ、前記照明範囲よりも前記撮影範囲が小さいと判定された場合、前記照明範囲より前記撮影範囲が大きくなるよう前記撮像装置のレンズユニットを制御する制御工程と、を有し、
    前記照明範囲より前記撮影範囲が大きくなるよう前記レンズユニットが制御された場合において、前記照明範囲より狭い範囲の画像を外部装置への配信対象とする場合、該範囲の画像が切り出されて前記外部装置へ配信されることを特徴とする撮像装置の制御方法。

Images