JP7321728B2 - 制御装置、撮像装置、および、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、あおり撮影が可能な撮像装置に関する。

従来、監視カメラ等の撮像装置を用いて、所定の画角内における距離の異なる広い範囲に対して焦点の合った被写体画像を得るために撮像素子をあおる、いわゆるあおり撮影が知られている。例えば特許文献１および特許文献２には、あおり撮影が可能な撮像装置が開示されている。

特開２００６－３０６１９号公報 特開２０１５－２１９７５４号公報

ところで、あおり撮影が可能な撮像装置において、撮像素子をあおることで撮像素子の傾きやローパスフィルタの屈折により画角（撮像領域）が変動する。しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された撮像装置では、あおり撮影の際における画角の変動を抑制することができない。

そこで本発明は、あおり撮影の際に画角の変動を抑制することが可能な制御装置、撮像装置、および、プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一側面としての制御装置は、結像光学系の光軸に対する撮像素子のあおり角度を設定する設定手段と、前記あおり角度に基づいて、前記撮像素子からの画像信号の読み出し領域を変更する変更手段とを有し、前記変更手段は、撮像装置の設置状態に基づいて、前記撮像素子の前記読み出し領域を変更するか否かを判定する。

本発明の他の側面としての撮像装置は、結像光学系と、前記結像光学系を介して形成された光学像を光電変換する撮像素子と、前記制御装置とを有する。

本発明の他の側面としてのプログラムは、結像光学系の光軸に対する撮像素子のあおり角度を設定するステップと、前記あおり角度に基づいて、前記撮像素子からの画像信号の読み出し領域を変更するステップと、をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記変更するステップにおいて、撮像装置の設置状態に基づいて、前記撮像素子の前記読み出し領域を変更するか否かを判定させる。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

本発明によれば、あおり撮影の際に画角の変動を抑制することが可能な制御装置、撮像装置、および、プログラムを提供することができる。

各実施形態における撮像装置のブロック図である。 各実施形態におけるあおり撮影でのピント面の説明図である。 各実施形態におけるあおり撮影における画角変動の説明図である。 各実施形態における撮像素子の読み出し領域変更の説明図である。 第一の実施形態における撮像素子の読み出し領域の変更量を示す表である。 第一の実施形態における撮像素子の読み出し領域の変更判定のフローチャートである。 第一の実施形態における撮像素子の読み出し領域の変更判定の説明図である。 第二の実施形態における撮像素子のあおり方向の説明図である。 第二の実施形態における設置状態に応じた撮像素子の読み出し領域変更のフローチャートである。 第二の実施形態における設置状態に応じた撮像素子の読み出し領域変更の説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

（第一の実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第一の実施形態における撮像装置について説明する。図１は、本実施形態における撮像装置１００のブロック図である。撮像装置１００は、結像光学系（撮像光学系）１０１、撮像素子（撮像センサ）１０２、信号処理部１０３、システム制御部（制御装置）１０４、駆動制御部１０７、および、あおり機構１０８を有する。システム制御部１０４は、撮像装置１００の各部を制御する。

撮像素子１０２は、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサであり、結像光学系１０１を介して形成された被写体像（光学像）を光電変換して、電気信号を出力する。信号処理部１０３は、カメラＣＰＵ等で構成されるシステム制御部１０４からの制御信号に基づいて撮像素子１０２から出力された電気信号に対して所定の信号処理を行い、画像信号を出力する。システム制御部１０４は、信号処理部１０３から出力された画像信号を取得画像としてイーサネットなどで構成されるネットワーク１０５を介して、ＵＩ表示部１０６に出力する。またシステム制御部１０４は、信号処理部１０３を介して、または直接制御信号を送ることで、撮像素子１０２の有効画素領域内での駆動領域（読み出し領域）を変更することができる。更にシステム制御部１０４は、駆動制御部１０７に制御信号を出力することであおり機構１０８を駆動し、撮像素子１０２の向きをＸＺ平面内で任意の角度傾ける（あおる）ことができる。なおクライアントは、ＵＩ表示部１０６を介して取得画像の確認および撮像装置１００の各部の設定を変更することができる。

本実施形態において、システム制御部１０４は、設定手段１０４ａおよび変更手段１０４ｂを有する。設定手段１０４ａは、結像光学系１０１の光軸に対する撮像素子１０２のあおり角度を設定する。変更手段１０４ｂは、あおり角度に基づいて、撮像素子１０２の有効画素領域内での読み出し領域を変更する。

次に、図２を参照して、あおり撮影におけるピント面（焦点面）２０４について説明する。図２はあおり撮影でのピント面の説明図であり、図２（ａ）は撮像素子１０２をあおらない場合、図２（ｂ）は撮像素子１０２をあおった場合をそれぞれ示す。図２（ｂ）に示されるように、あおり撮影では、シャインプルーフの原理に従い、撮像素子１０２の光入射面（撮像面）、結像光学系１０１の主面２０１（光軸２０３に直交する面）、および、ピント面２０４は、Ｙ軸方向に延びる一本の直線Ｌで交わっている。従って、ピント面２０４は、ＸＺ平面内において結像光学系１０１の主面２０１に対して傾いており、撮像素子１０２をあおらない場合のピント面２０２と比較して大きくなる。なお図２において、２０３は結像光学系１０１の光軸である。監視カメラ等の撮像装置１００では、ピント面２０４を被写体面に合わせるように撮像素子１０２をあおることで、広い範囲で焦点が合った画像を取得することができる。

次に、図３を参照して、撮像素子１０２を傾けた状態での撮影（あおり撮影）における画角の変動について説明する。図３は、あおり撮影における画角変動の説明図である。図３に示されるように、結像光学系１０１に対して、撮像素子１０２をプラス（＋）の方向に傾けた場合、撮像素子１０２に投影される被写体像３０１の上端光路および下端光路はそれぞれ、上側にシフトする。その結果、被写体像３０１を撮影すると、被写体像３０１の上部が画角外へ外れた画像３０２が取得される。同様に、撮像素子１０２をマイナス（－）の方向に傾けた場合、撮像素子１０２に投影される被写体像３０１の上端光路および下端光路はそれぞれ、下側にシフトする。その結果、被写体像３０１の下部が画角外へ外れた画像３０３が取得される。なお、被写体像３０１のシフト量（画角の変動量）は、撮像素子１０２のあおり角度（傾き量）に応じて変化する。

＜撮像素子の読み出し領域変更＞
次に、図４および図５を参照して、あおり方向、および、あおり角度（傾き量）に応じた撮像素子１０２の読み出し領域の変更に関して説明する。図４は、撮像素子１０２の読み出し領域変更の説明図である。図５は、撮像素子１０２の読み出し領域の変更量を示す表であり、あおり角度（°）と画角シフト量（画素数）との関係を示している。

図４に示されるように、システム制御部１０４（変更手段１０４ｂ）は、撮像素子１０２の有効画素領域４０１に対して、撮像素子１０２からの画像信号（画素信号）の読み出し領域（駆動領域、読み出し範囲）４０２を設定する。ここでは、一例として、水平方向に１３００画素、垂直方向に１０００画素を含む有効画素領域４０１を有する撮像素子１０２に対して、水平方向に１２５０画素、垂直方向に９５０画素を含む読み出し領域４０２を設定する場合を説明する。

撮像素子１０２をあおらない状態では、撮像素子１０２の読み出し領域４０２を、有効画素領域４０１内の中央部（２６、２６）～（１２７５、９７５）の範囲４０３に設定する。プラス（＋）の方向にあおる場合、画角は下側にシフトし、被写体像３０１の上部が画角外となる。このため、撮像素子１０２の読み出し領域４０２を、有効画素領域４０１の上部（２６、１）～（１２７５、９５０）の範囲４０４に変更する。同様に、マイナス（－）の方向にあおる場合、画角は上側にシフトし、被写体像３０１の下部が画角外となる。このため、撮像素子１０２の読み出し領域４０２を、下部（２６、５１）～（１２７５、１０００）の範囲４０５に変更する。このようにシステム制御部１０４（変更手段１０４ｂ）は、結像光学系１０１の光軸の方向ベクトルを撮像素子１０２の撮像面に射影した射影ベクトルと同じ方向に、撮像素子１０２の読み出し領域４０２を移動させる。システム制御部１０４（変更手段１０４ｂ）は、読み出し領域４０２の変更量を、図５で示されるようにあおり角度に応じて制御する。これにより、撮像素子１０２をプラス側にあおった場合には画像４０６、マイナス側にあおった場合には画像４０７を取得することができるため、あおらない状態と同等の画角での撮像が可能となる。

＜読み出し領域の変更判定＞
次に、図６および図７を参照して、あおり撮影の際に撮像素子１０２の読み出し領域を変更するか否かの判定について説明する。図６は、撮像素子１０２の読み出し領域の変更判定のフローチャートである。図７は、撮像素子１０２の読み出し領域の変更判定の説明図である。図６の各ステップは、主に、システム制御部１０４により実行される。

まず、図６のステップＳ６０１において、システム制御部１０４（設定手段１０４ａ）は、あおり撮影を行うため、駆動制御部１０７に駆動命令を出力してあおり機構１０８を駆動することで、撮像素子１０２をあおる。ここでは撮像素子１０２をあおる方向は、図３および図４におけるプラス（＋）方向である。続いてステップＳ６０２において、システム制御部１０４（変更手段１０４ｂ）は、画角外に外れる領域付近の水平ライン７０１の評価値（フォーカス評価値）を画像から取得する。続いてステップＳ６０３において、システム制御部１０４（変更手段１０４ｂ）は、ステップＳ６０２にて取得した評価値が所定値以上であるか否かを判定する。評価値が所定値未満である場合、システム制御部１０４（変更手段１０４ｂ）は、撮像素子１０２の読み出し領域を変更せず、本フローを終了する。一方、評価値が所定値以上である場合、ステップＳ６０４に進む。ステップＳ６０４において、システム制御部１０４（変更手段１０４ｂ）は、撮像素子１０２の読み出し領域を（上部に）変更する。

本実施形態では、フォーカス評価値により撮像素子１０２の読み出し領域を変更するか否かの判定を行う例を示したが、これに限定されるものではない。システム制御部１０４は、例えば、ＵＩ表示部１０６を介してクライアントに読み出し領域の変更を行うか否かを選択させるようにしてもよい。これにより、フォーカス評価値の低い領域、または、クライアントの意図に合わない領域を、読み出し領域の変更により撮影することを回避することができる。

（第二の実施形態）
＜設置状態に応じた読み出し領域の変更＞
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態において、撮像装置１００は、設置状態に応じて撮像素子１０２の読み出し領域を変更する。ここでは、第一の実施形態と同様のシステムを例に説明を行う。撮像素子１０２の有効画素領域４０１の垂直方向の画素数が１０００画素に対して、読み出し領域４０２が９５０画素であるため、残りの画素は５０画素となる。読み出し領域４０２を有効画素領域４０１の中央に設定した場合、上下に補正可能な画素は２５画素ずつとなる。この場合、第一の実施形態では図５に示されるようにプラス方向（＋）、マイナス方向（－）にそれぞれ５°のあおり角度（傾き量）の画角変動にまで対応することができる。

ここで、図８乃至図１０を参照して、撮像装置１００を天吊り状態で設置した場合の撮像素子１０２をあおる方向について説明する。図８は、撮像素子１０２のあおり方向の説明図である。図８に示されるように、撮像装置１００を天吊りで設置する場合、図８中のプラス（＋）方向に結像光学系１０１に対して撮像素子１０２を角度θだけあおることで、合焦位置８０１を被写体面Ａ－Ｂに合わせることができる。すなわち、撮像装置１００を天吊り設置で使用する場合、撮像素子１０２をあおる方向はプラス（＋）方向に限定することができる。

図９は、撮像装置１００の設置状態に応じた撮像素子１０２の読み出し領域変更のフローチャートである。図１０は、撮像装置１００の設置状態に応じた撮像素子１０２の読み出し領域変更の説明図である。図９の各ステップは、主に、システム制御部１０４により実行される。

まず、ステップＳ９０１において、システム制御部１０４は、撮像装置１００の設置状態を識別する。続いてステップＳ９０２において、システム制御部１０４（変更手段１０４ｂ）は、撮像装置１００の設置状態が天吊り設置であるか否かを判定する。撮像装置１００の設置状態が天吊り設置である場合、システム制御部１０４（変更手段１０４ｂ）は、撮像素子１０２の読み出し領域を変更せずに、本フローを終了する。一方、撮像装置１００の設置状態が天吊り設置である場合、ステップＳ９０３に進む。

ステップＳ９０３において、システム制御部１０４（変更手段１０４ｂ）は、図１０に示されるように、撮像素子１０２の画像信号の読み出し領域４０２を、下部（２６、５１）～（１２７５、１０００）の範囲１００２に設定する。これにより、プラス（＋）方向のあおりに対して有効画素領域４０１の中央部（２６、２６）～（１２７５、９７５）の範囲１００１に読み出し領域４０２を設定した場合に比べて、補正可能量は矢印１００３から矢印１００４となる。その結果、より大きな画角変動（あおり量）の補正が可能となる。なお、天吊り状態か否かの判定は、ＵＩ表示部１０６からクライアントが設定するようにしてもよく、または、取得画像から自動で判定し設定するようにしてもよい。

このように各実施形態において、制御装置（システム制御部１０４）は、設定手段１０４ａおよび変更手段１０４ｂを有する。設定手段１０４ａは、結像光学系１０１の光軸に対する撮像素子１０２のあおり角度（結像光学系１０１の主面と撮像素子１０２の撮像面とがなす角度）を設定する。変更手段１０４ｂは、あおり角度に基づいて、撮像素子１０２からの画像信号の読み出し領域４０２を変更する。

好ましくは、変更手段は、結像光学系の光軸の方向ベクトルを撮像素子の撮像面に射影した射影ベクトルと同じ方向に、撮像素子の読み出し領域を移動させる。また好ましくは、変更手段は、撮像素子の読み出し領域を変更するか否かを判定する。より好ましくは、変更手段は、あおり角度で撮影された画像から取得されたフォーカス評価値に基づいて、読み出し領域を変更するか否かを判定する。より好ましくは、変更手段は、フォーカス評価値が所定値よりも大きい場合、読み出し領域を変更する。一方、変更手段は、フォーカス評価値が所定値よりも小さい場合、読み出し領域を変更しない。また好ましくは、変更手段は、撮像装置の設置状態に基づいて、読み出し領域を変更するか否かを判定する。より好ましくは、変更手段は、設置状態が天吊り設置である場合、読み出し領域を変更する。一方、変更手段は、設置状態が天吊り設置でない場合、読み出し領域を変更しない。また好ましくは、読み出し領域は、撮像素子の有効画素領域４０１の少なくとも一部である。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

各実施形態によれば、あおり撮影の際に画角（撮像領域）の変動を抑制することが可能な制御装置、撮像装置、および、プログラムを提供することができる。

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。

１０４ システム制御部（制御装置）
１０４ａ 設定手段
１０４ｂ 変更手段

Claims (6)

1. 結像光学系の光軸に対する撮像素子のあおり角度を設定する設定手段と、
   前記あおり角度に基づいて、前記撮像素子からの画像信号の読み出し領域を変更する変更手段と、を有し、
   前記変更手段は、撮像装置の設置状態に基づいて、前記撮像素子の前記読み出し領域を変更するか否かを判定することを特徴とする制御装置。
2. 前記変更手段は、前記結像光学系の前記光軸の方向ベクトルを前記撮像素子の撮像面に射影した射影ベクトルと同じ方向に、前記撮像素子の前記読み出し領域を移動させることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記変更手段は、
   前記設置状態が天吊り設置である場合、前記読み出し領域を変更し、
   前記設置状態が前記天吊り設置でない場合、前記読み出し領域を変更しないことを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記読み出し領域は、前記撮像素子の有効画素領域の少なくとも一部であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 結像光学系と、
   前記結像光学系を介して形成された光学像を光電変換する撮像素子と、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の制御装置と、を有することを特徴とする撮像装置。
6. 結像光学系の光軸に対する撮像素子のあおり角度を設定するステップと、
   前記あおり角度に基づいて、前記撮像素子からの画像信号の読み出し領域を変更するステップと、をコンピュータに実行させるプログラムであって、
   前記変更するステップにおいて、撮像装置の設置状態に基づいて、前記撮像素子の前記読み出し領域を変更するか否かを判定させることを特徴とするプログラム。