JPH06169461A - 固体撮像素子を有するカラーカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被写体の照度が低下した場合に色信号成分が
ノイズとなって解像度を低下させるのを防止する。 【構成】 カラーカメラに設けられている赤外カットフ
ィルタを除去し、可視光および赤外光より成る被写体像
を固体撮像素子に入射させ、固体撮像素子から出力され
る画像信号のレベルが低下した場合には色信号成分をカ
ットしてモノクロ画像信号を出力するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子を有するカ
ラーカメラで、特に低照度の被写体を観察するのにも適
したカラーカメラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、建造物への不法侵入を監視する
防犯カメラにおいては、従来は白黒カメラが使用されて
いたが、ＣＣＤのような固体撮像素子の開発に伴って近
年ではカラーカメラが用いられるなってきている。ＣＣ
Ｄ撮像素子を使用したカラーカメラは、ＣＣＤ撮像素子
の感度が近赤外域まであるため、色再現性を重視する観
点からＣＣＤ撮像素子の前面に赤外カットフィルタが通
常配置されている。

【０００３】上述した侵入を監視するカラーカメラでは
簡易な構成が取られており、１枚のＣＣＤ撮像素子を用
いた単板式のカラーカメラが広く用いられている。この
単板式のＣＣＤカラーカメラにおいては、シアン、グリ
ーン、イエローおよびマゼンタの４色の色フィルタをス
トライプ状またはモザイク状に配置した色フィルタを撮
像面に配置し、ＣＣＤ撮像素子を使用して、このＣＣＤ
撮像素子から得られた各色成分の画像信号を処理してＮ
ＴＳＣ方式のカラーテレビジョン信号を得るようにして
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような侵入監視用
のカラーカメラにおいては、明るい照明下での撮像の場
合には余り問題はないが、暗くなった部屋で撮像する場
合も多く、その場合にはＣＣＤ撮像素子の出力画像信号
のレベルが全体的に低下するため、カラー表示を行うと
色成分は副搬送波の周波数で変調されているのでノイズ
となり、Ｓ／Ｎが低下すると云う欠点がある。

【０００５】一方、低い照度での撮像を行うために、例
えば特開昭64-69166号公報に記載されているように赤外
カットフィルタを光路に対して挿脱自在に配置し、低照
度での撮像の場合には赤外カットフィルタを光路から脱
出させて撮像を行うようにしてカラーカメラが開示され
ている。しかしながら、このようなカラーカメラでは赤
外カットフィルタを光路から脱出させた場合にもカラー
信号を作成してカラー表示をしているので、色信号成分
がモニター上のカラー画像上にノイズとして依然として
発生する欠点がある。さらに、赤外カットフィルタを被
写体照度に応じて挿脱する必要があり、侵入監視カメラ
のように常時オペレータが傍に待機していないような用
途では操作上の問題もある。

【０００６】本発明の目的は上述した欠点を除去し、被
写体の照度が低下した場合には、色信号成分をカットす
ることによってモニタ上の画像に色信号成分によるノイ
ズが発生しないようにした固体撮像素子を有するカラー
カメラを提供しようとするものである。さらに、本発明
は赤外光を入力光として撮像することができるカラーカ
メラを提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子を有するカラーカメラは、少なくとも１枚の固体撮像
素子と、この固体撮像素子に、可視光および／または赤
外光より成る被写体像を赤外領域成分を減衰させないで
入射させる光学系と、前記固体撮像素子から出力される
画像信号を処理してカラー画像信号を得る信号処理手段
とを具え、この信号処理手段を、その内部の画像信号レ
ベルが所定レベルであるときはカラー画像信号とし、所
定レベルよりも低下するときは、モノクロ画像信号とし
て出力するように構成したことを特徴とするものであ
る。固体撮像素子への入射光量は、被写体が受けている
光のレベルによって大幅に変化する。しかし、人が生活
している通常の環境下では、固体撮像素子の電子的シャ
ッタ機能のみを使用して露出制御をすることが可能であ
る。しかし、この制御にも限界がある。そこで、本発明
の好適な実施例においては、この低入射光量側の限度に
達した場合、さらに可変利得増幅器を制御して信号レベ
ルの増幅を行っているので、許容できる低入射光量側範
囲を拡大することができる。さらに、可変利得増幅器の
利得を可変制御している入射光量域では、ノイズのない
モノクロ画像とし、電子シャッタ機能が働いている領域
ではカラー画像としているので、入射光量に応じて最適
な画像を得ることができる。

【０００８】

【作用】このような本発明による固体撮像素子を有する
カラーカメラでは、被写体の照度が低下した場合には、
色信号成分をカットしてモノクロ画像信号を発生させる
ことができるので、低照度の場合にもノイズのない高解
像度の画像が得られることになる。さらに、赤外光も固
体撮像素子に入射するので、赤外カメラとしての機能も
有しており、特に侵入監視カメラとして有効に使用する
ことができる。また、本発明によるカラーカメラにおい
ては、赤外光が固体撮像素子に常時入射し、赤外成分が
色信号成分（実施例ではイエローおよびマゼンタ）とし
て加わるので、色再現性が劣化するが、侵入監視カメラ
のような用途においては色再現性が多少悪くても支障は
ない。

【０００９】

【実施例】図１は本発明によるカラーカメラにおいて、
固体撮像素子としてＣＣＤ撮像素子を用い、その撮像面
にシアン、グリーン、イエローおよびマゼンタの４色の
色フィルタをストライプ状またはモザイク状に配置した
色フィルタを内蔵した場合の各色毎の総合分光感度特性
を示すものである。この図１から明らかなように600nm
以上の赤外領域でもフィルタ付きのＣＣＤ単体は相当量
の感度を持つことになる。本発明においては赤外カット
フィルタは配置されていないので、図１に示したままの
分光感度特性を持つことになり、イエローおよびマゼン
タ成分は従来の赤外カットフィルタを配置した場合に比
べて大幅に増大している。

【００１０】図１には、600nm 以上の赤外域をカットす
る赤外カットフィルタの分光特性および赤外カットフィ
ルタを配置した場合のイエローおよびマゼンタについて
の総合分光感度特性をも点線で示している。ここで、図
１は本発明の実施例として挙げたＣＣＤ撮像素子の例で
あるが、一般的にカラー撮像のためのフィルタには赤外
領域まで透過させるものがあるので、色再現には不要な
赤外光を減衰させるための赤外カットフィルタを使用し
ている。図１から明らかなように本発明においては、赤
外カットフィルタを配置していないので、可視光にイエ
ローおよびマゼンタフィルタを透過した赤外線を加えた
被写体像を撮像することができる。

【００１１】図２は本発明によるカラーカメラの一実施
例の構成を示すものであり、本例では単板式のＣＣＤ撮
像素子を用いるものである。図示してある通りＣＣＤ撮
像素子と、映像信号の処理を行うブロックとの間はケー
ブルで接続されており、ＣＣＤ撮像素子を含む撮像部は
コンパクトになるように構成されている。したがって、
レンズについても絞りはなく、露出制御はＣＣＤ撮像素
子の電子的シャッタ機能のみを用いて行っている。被写
体の像を対物レンズ11を介してＣＣＤ撮像素子12の入射
面に形成する。このＣＣＤ撮像素子12の撮像面には図３
に示すようなモザイク状の色フィルタが内蔵されてい
る。上述したように本発明では通常のカラーカメラの光
学系に含まれている赤外カットフィルタは設けられてい
ない。ＣＣＤ撮像素子12は水平および垂直駆動回路13か
ら供給される駆動信号によって被写体像の光電変換、蓄
積および読み出しを行うように構成されている。ＣＣＤ
撮像素子12から出力される画像信号をケーブル14を経て
サンプル・ホールド回路15に供給する。このサンプル・
ホールド回路15の後段には電圧制御で線型に利得を可変
できる可変利得増幅器16を接続する。この可変利得増幅
器16で増幅した画像信号をＡ／Ｄ変換器17でディジタル
画像信号に変換した後、ディジタルプロセッサ18に供給
する。

【００１２】このディジタルプロセッサ18においては、
後述するような画像信号処理が行われ、それから出力さ
れるディジタル画像信号をD/A 変換器19でアナログ画像
信号に変換した後、これをデコーダ20に供給し、R, G,
B 色信号を作成し、これを出力増幅器21で増幅して出力
端子22にR, G, B 色信号として出力する。このD/A 変換
器19から出力されるアナログ画像信号はエンコーダ23に
も供給してNTSCの複合カラーテレビジョン信号を作成
し、これを出力増幅器24で増幅して出力端子25に供給す
る。

【００１３】本実施例においては、被写体の照度が低下
した場合にノイズが発生して解像度が低下するのを防止
するために、先ずＣＣＤ撮像素子12の電子的シャッタを
可変とすることでＣＣＤ撮像素子から得られる画像信号
のレベルを一定にするようにしている。しかし、被写体
照度がさらに低下し、電子的シャッタ機能の制御範囲を
越えた場合には、色信号成分をカットするのと同時に可
変利得制御増幅器16の利得を増大させるようなフィード
バック制御を行っている。このためにA/D 変換器17から
出力される画像信号のピーク値をピーク検出部29で検出
し、このピーク値をマイクロプロセッサユニット32に供
給し、マイクロプロセッサユニットではこのピーク値を
処理してＣＣＤ駆動回路36へ供給する駆動信号を制御し
てＣＣＤ撮像素子12における電荷蓄積時間を制御して電
子的シャッタ機能を果たすようにしている。すなわち、
このＣＣＤ駆動回路36からの出力信号を水平および垂直
駆動信号発生回路33に供給して画像信号のピーク値に応
じた駆動信号を発生させ、これをケーブル14を経て水平
および垂直駆動回路13に供給するようにしている。した
がって被写体の照度が低下して画像信号のピーク値が低
下する場合には、ＣＣＤ撮像素子12における電荷蓄積時
間を長くするので画像信号のレベルの低下を防止するこ
とができる。

【００１４】さらに、マイクロプロセッサユニット32に
おいては、ピーク値を予め決めたレベルと比較し、この
レベルよりも低下していることが判定された場合には色
信号成分をカットする指令をディジタルプロセッサ18に
送る。これと同時にマイクロプロセッサユニット32は検
出した画像信号のピーク値と、予め決めたしきい値との
比較結果に応じたデータをD/A 変換器28へ送り、このD/
A 変換器の出力信号を可変利得増幅器16に供給して画像
信号の振幅を所定の利得で増幅するように構成する。こ
のようにして被写体の照度が低下して画像信号のレベル
が低下して行くに伴って利得を増大させる一種の自動利
得制御を行うフィードバックループを構成している。こ
のフィードバック制御は、電子的シャッタ機能を利用し
て画像信号レベルの制御を行っている入射光量域では停
止させており、可変利得増幅器16は所定の増幅度に固定
設定されている。

【００１５】本例においては、さらに上述した色信号の
カットを手動的にも行うことができるように色信号カッ
トスイッチ31を設け、これが駆動されたときには画像信
号のレベルに拘らず、色信号がカットされるように構成
する。上述したように電荷蓄積時間を制御して画像信号
のレベルを制御する場合には、この電荷蓄積時間はフレ
ーム周期よりも長くすることはできないので、最大蓄積
時間にセットしても画像信号のレベルが所望のレベルよ
りも低下する場合があり、このような場合には上述した
自動利得制御によってさらに画像信号のレベルを上げる
ようにしている。このような状態になるときは被写体の
照度は非常に小さい場合であるので、色信号成分がノイ
ズとなる恐れがあるので、同時に色信号成分をカットし
てノイズの少ない高解像度の画像を得ることができるよ
うにしている。

【００１６】このように本発明においては、画像信号の
レベルが低下したときまたは色信号カットスイッチ31が
駆動されたときには、色信号成分がカットされるので、
この場合には出力端子22にはＲ，Ｇ，Ｂ各々の出力信号
が出力され、また出力端子25に現れる複合カラーテレビ
ジョン信号では色信号成分がカットされているので輝度
成分だけとなり、したがってモニタスクリーン上に映出
される画像はモノクロ画像となる。

【００１７】さらに、本例においてはオートホワイトバ
ランス回路30を設け、画像のホワイトバランスを自動的
に取るようにしている。このためにオートホワイトバラ
ンス回路30の出力信号をマイクロプロセッサユニット32
に供給し、このマイクロプロセッサユニットにおいては
以下に説明するようにしてオートホワイトバランス信号
を作成して、これをディジタルプロセッサ18に供給す
る。本発明においては赤外カットフィルタが設けられて
いないので、660 〜750nmの波長領域においては、図１
に示したようにイエローおよびマゼンタのフィルタ素子
を透過した光を光電変換して得られる画像信号のレベル
は通常の場合に比べ赤外光成分が入射することによって
大きくなっている。したがって、このようなイエローお
よびマゼンタに対応した映像信号成分からこの増加相当
分を先ず減衰させてホワイトバランスを取るようにして
いる。すなわち、本例においては、可視光および赤外光
領域においてもホワイトバランスが取れるよういに増幅
器の利得制御範囲を設定するように構成する。そのよう
にするとイエローおよびマゼンタ色のみの被写体の場
合、本来の映像信号成分が減少することになるので、イ
エロー色とマゼンタ色が色抜け状態で再現されてしま
い、被写体の照明光のスペクトルによっては色再現性が
悪くなってしまうことが考えられる。しかし、一般的に
は、一例として太陽光の下では被写体からの光は可視光
の赤に比例して赤外光成分を持っており、色再現の点で
は上述したように構成しても、通常のように赤外カット
フィルタを入れた場合に比較して大きな差異はない。た
だ、用途によっては照明光が主な被写体の場合がある
が、このような場合のホワイトバランス回路の動作は、
赤外光を含まない入射光の信号成分のみで行われるた
め、赤外カットフィルタが入った通常のカラーカメラと
同様となり、色再現性が悪くなることはない。

【００１８】さらに本例においては、画像信号のピーク
値を検出し、これが所定のレベルよりも低下した場合に
は赤外光源を発光させるように構成する。すなわち、ピ
ーク検出部29で検出した画像信号のピーク値をマイクロ
プロセッサユニット32に供給し、マイクロプロセッサユ
ニットにおいてはこのピーク値を予め決めた基準レベル
と比較し、基準レベルよりも低下した場合には、赤外光
源34に信号を送り、これを点灯させるようにする。

【００１９】図２に示した実施例において、符号27は同
期信号発生回路であり、これから発生される同期信号を
サンプル/ ホールド回路15、可変利得増幅器16、A/D 変
換器17、ディジタルプロセッサ18、ＣＣＤ駆動信号発生
回路33およびオートホワイトバランス回路30に供給して
これらの回路の同期を取るようにしている。

【００２０】本発明は上述した実施例のみに限定される
ものではなく、幾多の変更や変形を加えることができ
る。例えば、上述した実施例においては色フィルタの他
にフィルタを設けていないが、図４で示すように可視域
において透過特性を有するとともに近赤外域においても
ある程度の透過特性を有するフィルタを用いることもで
きる。このようなフィルタを用いる場合にはイエローお
よびマゼンタに対応する映像信号成分に混入する660 〜
750nm の光による映像信号成分の増加は少なく、したが
ってオートホワイトバランスを取るときに上述した実施
例のように映像信号を減少させる必要はない。

【００２１】また、上述した実施例においては単板式の
ＣＣＤカラーカメラとしたが、本発明はこのような構成
に限定されるものではなく、例えば色分解光学系を有す
る３板式のカラーカメラに適用することもできる。さら
に、上述した実施例においては、図３に示したようなモ
ザイク状の色フィルタを用いたがストライプ状の色フィ
ルタを用いることもできる。さらに、色フィルタの素子
もシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンに限定される
ものではなく、他の種々の組合せの色フィルタを用いる
ことができる。さらに、上述した実施例においては、画
像信号のピーク値を検出し、これに基づいて色信号成分
をカットするようにしているが、図１から明らかなよう
に、可視光が減少するとイエローおよびマゼンタに対応
する映像信号成分だけが出力されるようになるので、こ
の事実を利用して色信号成分をカットするように構成す
ることもできる。

【００２２】また、上述した実施例においては、固体撮
像素子としてＣＣＤ撮像素子を用いたが、ＢＢＤやＳＩ
Ｔ撮像素子などの他の固体撮像素子を用いることもでき
る。さらに、通常の照度の被写体を撮像するときの露出
制御として、構造的な制約からＣＣＤ撮像素子の電子的
シャッタ機能のみを用いているが、この機能に絞り制御
を加えた場合でも同様に構成することができる。

【００２３】

【発明の効果】上述したように本発明によるカラーカメ
ラにおいては、従来のカラーカメラに設けられている赤
外カットフィルタを除去し、赤外光による被写体像をも
撮像することができるようにするとともに、画像信号レ
ベルが低下した場合には色信号成分をカットしてモノク
ロ画像信号を出力するようにしたので、被写体の照度が
低い場合にもノイズのない高解像度の画像を得ることが
できる。このような画像は特に侵入監視カメラのような
用途に対してはきわめて有効である。さらに、上述した
実施例においては、画像信号のレベルに応じて固体撮像
素子における電荷蓄積時間を制御するとともに画像信号
の利得を制御するようにしたので、低照度の被写体像を
も高い輝度で映出することができる。さらに、上述した
ようにしてホワイトバランスを取ることによって赤外カ
ットフィルタを除去したことによるホワイトバランスの
くずれを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によるカラーカメラの分光透過
特性を示すグラフである。

【図２】図２は、本発明によるカラーカメラの一実施例
の構成を示すブロック図である。

【図３】図３は、同じくその色フィルタの構成を示す平
面図である。

【図４】図４は、本発明によるカラーカメラに用いるの
に好適なフィルタの分光透過特性を示すグラフである。

【符号の説明】

11 対物レンズ 12 ＣＣＤ撮像素子 13 水平および垂直駆動回路 14 ケーブル 15 サンプル/ ホールド回路 16 可変利得増幅器 17 A/D 変換器 18 ディジタルプロセッサ 19 D/A 変換器 20 デコーダ 21 出力増幅器 22 R,B,B 出力端子 23 エンコーダ 24 出力増幅器 25 複合カラー信号出力端子 26 ＣＣＤ駆動回路 27 同期信号発生器 28 D/A 変換器 29 ピーク検出部 30 オートホワイトバランス回路 31 色信号カットすいっち 32 マイクロプロセッサユニット 33 水平・垂直駆動信号発生回路 34 赤外光源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１枚の固体撮像素子と、 この固体撮像素子に、可視光および／または赤外光より
   成る被写体像を赤外領域成分を減衰させないで入射させ
   る光学系と、 前記固体撮像素子から出力される画像信号を処理してカ
   ラー画像信号を得る信号処理手段とを具え、この信号処
   理手段を、その内部の画像信号レベルが所定レベルであ
   るときはカラー画像信号とし、所定レベルより低下して
   いるときは、モノクロ画像信号として出力するよう構成
   したことを特徴とする固体撮像素子を有するカラーカメ
   ラ。
2. 【請求項２】 前記信号処理手段を、前記固体撮像素子
   から出力される画像信号のレベルを検出し、このレベル
   が所定のレベルになるように、固体撮像素子の電子的シ
   ャッタ速度を制御し、前記固体撮像素子の電子的シャッ
   タ速度による制御でも所定レベルが得られないときは、
   増幅器の利得を制御して増幅器の出力が規定レベルとな
   るようにし、前記画像信号レベルが所定レベルより低下
   しているときに色信号成分を自動的にカットしてモノク
   ロ画像信号を出力するように構成したことを特徴とする
   請求項１記載の固体撮像素子を有するカラーカメラ。
3. 【請求項３】 前記信号処理手段を、前記固体撮像素子
   から出力される画像信号のレベルを検出し、これが予め
   決めたしきい値よりも小さくなったときに、赤外光を放
   射する赤外光源を点灯させる信号を発生するよう構成し
   たことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像素
   子を有するカラーカメラ。
4. 【請求項４】 少なくとも１枚の固体撮像素子と、この
   固体撮像素子に、可視光および／または赤外光より成る
   被写体像を赤外領域を減衰させないで入射させる光学系
   に光を入射したとき、赤外カットフィルタを実装したと
   きに比べて、赤外域まで固体撮像素子の応答が及ぶた
   め、ホワイトバランスが可視光域内でとれていたものと
   異なり、可視域および赤外域においてもホワイトバラン
   スがとれるように増幅器の利得を制御するように構成し
   たことを特徴とする固体撮像素子を有するカラーカメ
   ラ。