JPWO2017010316A1 - 撮像装置、および情報処理システム - Google Patents

撮像装置、および情報処理システム Download PDF

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Abstract

本開示は、ネットワークを介して送信する映像などのデータ量を削減するとともに、撮像装置の消費電力を抑制することができるようにする撮像装置、および情報処理システムに関する。本開示の第1の側面である情報処理装置は、多数の画素が縦横に配置された撮像面を有するイメージセンサと、前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロック毎にサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させる画素制御部と、前記イメージセンサから出力される前記ブロック毎の前記サンプリング信号に基づいて縮小画像を生成する縮小画像生成部と備える。

Description

本開示は、撮像装置、および情報処理システムに関し、特に、例えば、複数のカメラによって撮像された映像を集約して解析する場合に用いて好適な撮像装置、および情報処理システムに関する。
従来、所定の場所に近づこうとする不審者を検知するための警備システムや、工場における作業員や店舗における買物客などの行動を解析する解析システムとして、多数のカメラによって撮像された映像をネットワークを介してサーバに集約し、サーバにて分析するシステムが提案されている。
例えば、特許文献1には、店舗における買物客の行動を解析できるシステムが開示されている。このシステムは、複数のエリアに配置されているカメラからの映像がネットワークを介してサーバに集約され、サーバにて、映像内に写っている来店客の動線が算出、記録が設置される。このサーバには、顔画像を登録する登録者データベースと、複数のカメラからの映像から顔画像を検出する顔検出エンジンと、顔検出エンジンで検出された顔画像と登録者データベースに登録された顔画像とを照合する顔認証エンジンとが備えられており、顔画像の照合により映像に映る人物を同定して動線を算出すると同時に、顔画像から判断できる性別・年齢層によって算出した動線分析情報を分類する仕組みも提供することができる。
特開2010−55594号公報
前述したシステムなどでは、カメラの台数を増やしたり、行動解析の精度を向上させようとして映像を高画質化したりした場合、ネットワークの帯域が輻輳してしまうことが起こり得る。
しかしながら、ネットワークを介して送信する映像などのデータ量は、行動解析の精度を劣化させない程度にできるだけ少ない方が望ましい。また、カメラの台数を増やすと、その消費電力もカメラの台数に比例して多くなるので、各カメラにおける消費電力を抑えることが望ましい。
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ネットワークを介して送信する映像などのデータ量を削減するとともに、各カメラ(撮像装置)の消費電力を抑制できるようにするものである。
本開示の第1の側面である撮像装置は、多数の画素が縦横に配置された撮像面を有するイメージセンサと、前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロック毎にサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させる画素制御部と、前記イメージセンサから出力される前記ブロック毎の前記サンプリング信号に基づいて縮小画像を生成する縮小画像生成部と備える。
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの制御に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する1画素を選択し、選択した1画素の画素値を前記サンプリング信号として出力することができる。
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する1画素を選択することができる。
前記イメージセンサの各画素は、前記画素制御部からの前記行選択信号および前記列選択信号に基づいてスイッチングを行うマルチビット化された転送スイッチを有することができる。
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの1画素を空間的かつ時間的にランダムに選択することができる。
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの制御に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する複数の画素を選択し、選択した複数の画素の画素値を加算した加算値を前記サンプリング信号として出力することができる。
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号によって選択された画素の画素値を行毎に加算するアナログ加算部と、前記アナログ加算部からの行毎の出力を順次デジタル加算するADC部とを有することができる。
前記イメージセンサの各画素は、前記画素制御部からの前記行選択信号および前記列選択信号に基づいてスイッチングを行うマルチビット化された転送スイッチを有することができる。
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの複数の画素を空間的かつ時間的にランダムに選択することができる。
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの制御に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する複数の画素を選択し、選択した複数の画素の画素値に正または負の符号を付加して加算した加算値を前記サンプリング信号として出力することができる。
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号によって選択された画素の画素値を行毎に加算するアナログ加算部と、前記アナログ加算部からの出力の符号を反転する符号反転部と、前記アナログ加算部または前記符号反転部からの行毎の出力を順次デジタル加算するADC部とを有することができる。
前記イメージセンサの各画素は、前記画素制御部からの前記行選択信号および前記列選択信号に基づいてスイッチングを行うマルチビット化された転送スイッチを有することができる。
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの複数の画素を空間的かつ時間的にランダムに選択することができる。
前記画素制御部は、前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロック毎に共通のサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記共通のサンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させることができ、前記縮小画像生成部は、前記イメージセンサから出力される前記共通のサンプリング関数が適用された前記ブロック毎の前記サンプリング信号に基づいて前記縮小画像を生成することができる。
前記画素制御部は、前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロック毎に共通のサンプリング関数または前記共通のサンプリング関数とは異なる非共通のサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記共通のサンプリング関数または前記非共通のサンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させることができ、前記縮小画像生成部は、前記イメージセンサから出力される前記共通のサンプリング関数または前記非共通のサンプリング関数が適用された前記ブロック毎の前記サンプリング信号を保持する保持部から、前記共通のサンプリング関数に基づいて前記サンプリング信号をリサンプリングすることにより前記縮小画像を生成することができる。
本開示の第1の側面である撮像装置は、前記縮小画像に対して特徴検出処理を行う特徴検出部をさらに備えることができる。
本開示の第1の側面である撮像装置は、前記イメージセンサの出力から、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域に対応する前記ブロック毎の前記サンプリング信号を切り出して後段に出力する領域切り出し部をさらに備えることができる。
前記領域切り出し部は、前記イメージセンサの出力から成る前記縮小画像から、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域を切り出して後段に出力することができる。
前記画素制御部は、前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロックのうち、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域に対応するブロックに対しては共通のサンプリング関数とは異なる非共通のサンプリング関数を適用し、前記特徴検出処理によって特徴が検出されない領域に対応するブロックに対しては前記共通のサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記共通のサンプリング関数または前記非共通のサンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させることができ、前記領域切り出し部は、前記イメージセンサの出力から、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域に対応する、前記非共通のサンプリング関数が適用された前記ブロックの前記サンプリング信号を切り出してして後段に出力することができる。
本開示の第1の側面においては、イメージセンサが制御され、イメージセンサの撮像面を複数に区分したブロック毎にサンプリング関数が適用されることにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する画素が選択され、選択された画素の画素値に基づくサンプリング信号が出力され、前記イメージセンサから出力される前記ブロック毎の前記サンプリング信号に基づいて縮小画像が生成される。
本開示の第2の側面である情報処理システムは、1以上の撮像装置と、前記撮像装置とネットワークを介して接続された情報処理装置から成る情報処理システムにおいて、前記撮像装置が、多数の画素が縦横に配置された撮像面を有するイメージセンサと、前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロック毎にサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させる画素制御部と、前記イメージセンサから出力される前記ブロック毎の前記サンプリング信号に基づいて縮小画像を生成する縮小画像生成部と、前記縮小画像に対して特徴検出処理を行う特徴検出部と、前記イメージセンサの出力から、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域に対応する前記ブロック毎の前記サンプリング信号を切り出し、前記ネットワークを介して前記情報処理装置に送信する領域切り出し部とを備え、前記情報装置が、前記ネットワークを介して送信された前記情報処理装置の出力に対して所定の情報処理を行う情報処理部を備える。
本開示の第2の側面である情報処理システムにおいては、撮像装置により、イメージセンサが制御され、イメージセンサの撮像面を複数に区分したブロック毎にサンプリング関数が適用されることにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する画素が選択され、選択された画素の画素値に基づくサンプリング信号が出力され、前記イメージセンサから出力される前記ブロック毎の前記サンプリング信号に基づいて縮小画像が生成され、前記縮小画像に対して特徴検出処理が行われ、前記イメージセンサの出力から、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域に対応する前記ブロック毎の前記サンプリング信号が切り出されて、前記ネットワークを介して情報処理装置に送信される。また、情報装置により、前記ネットワークを介して送信された前記情報処理装置の出力に対して所定の情報処理が行われる。
本開示の第1の側面によれば、ネットワークを介して情報処理装置に送信するデータ量を削減できる。
また、本開示の第1の側面によれば、撮像装置の消費電力を抑制できる。
本開示の第2の側面によれば、ネットワークを介して情報処理装置に送信するデータ量を削減でき、撮像装置の消費電力を抑制できる。
本開示を適用したカメラ監視システムの第1の構成例を示すブロック図である。 撮像装置と判別サーバの第1の構成例を示すブロック図である。 イメージセンサの撮像面をブロック単位に区分した状態を示す図である。 画素の第1の構成例に対応する等価回路図である。 イメージセンサの第1の構成例を示すブロック図である。 サンプリング関数と各ブロックの出力値とイメージセンサの出力データフォーマットの関係を示す図である。 時系列的に変化するサンプリング関数と各ブロックの出力値とイメージセンサの出力データフォーマットの関係を示す図である。 サンプリング関数の一例を示す図である。 図8のサンプリング関数に基づく画素制御の様子を示す図である。 サンプリング関数の一例を示す図である。 図10のサンプリング関数に基づく画素制御の様子を示す図である。 イメージセンサの第2の構成例を示すブロック図である。 サンプリング関数の一例を示す図である。 図13のサンプリング関数に基づく画素制御の様子を示す図である。 図2の第1の構成例における撮像装置の処理を説明するフローチャートである。 撮像装置と判別サーバの第2の構成例を示すブロック図である。 サンプリング関数の一例を示す図である。 図17のサンプリング関数に基づく画素制御の様子を示す図である。 図16の第2の構成例における撮像装置の処理を説明するフローチャートである。 画素の第2の構成例に対応する等価回路図である。 画素のMOSFETの構造を表す断面図である。 画素の第2の構成例に対応するイメージセンサの構成例(第3の構成例)を示すブロック図である。 画素の第1の構成例とそれに対応するイメージセンサの第1の構成例に適用可能なサンプリング関数を表すタイミングチャートである。 図23のタイミングチャートに対応する行列表記のサンプリング関数を示す図である。 画素の第2の構成例とそれに対応するイメージセンサの第3の構成例に適用可能なサンプリング関数を表すタイミングチャートである。 図25のタイミングチャートに対応する行列表記のサンプリング関数を示す図である。 画素の第3の構成例に対応する等価回路図である。 画素の第3の構成例とそれに対応するイメージセンサに適用可能なサンプリング関数の一例を示す図である。 画素の第3の構成例に対応する等価回路図である。
以下、本開示を実施するための最良の形態(以下、実施の形態と称する)について、図面を参照しながら詳細に説明する。
<本開示の実施の形態であるカメラ監視システムの構成例>
図1は、本開示の実施の形態であるカメラ監視システムの構成例を示している。
このカメラ監視システム10は、複数の撮像装置20と、判別サーバ30と、行動解析装置12とから構成される。なお、図1の場合、5台の撮像装置20が図示されているが、撮像装置20の数はカメラ監視システム10を適用する施設などの規模に応じて任意に増減することができる。
撮像装置20は、ネットワーク11を介して判別サーバ30に接続されており、その出力を、ネットワーク11を介して判別サーバ30に送信するようになされている。
撮像装置20は、通常読み出し(撮像装置20に搭載されているイメージセンサの全画素を駆動して全画素の画素信号から成る全体画像を得ること)の他、CS(Compressive Sensing)読み出しを行うことができる。
ここで、CS読み出しとは、撮像装置20に搭載されているイメージセンサの撮像面を所定サイズのブロックに区分し、区分したブロック毎に、ブロックに含まれる画素のうち、サンプリング関数(詳細後述)に基づいてランダムに選択される画素だけを駆動し、駆動した画素から得られる画素信号に所定の演算を行うことにより1値(以下、CSデータと称する)を生成、出力する動作を指す。したがって、CS読み出し時はイメージセンサの撮像面を区分した各ブロックからCSデータを得ることができる。
撮像装置20にてCS読み出しを行う場合、通常読み出しに比較して、駆動させる画素の数を削減することができるので、消費電力を抑制することができる。また、ネットワーク11を介して判別サーバ30に送信するデータ量を削減することができる。
また、撮像装置20は、CS読み出しによって得られたCSデータから直接的に特徴検出(人物や顔などがある領域を検出すること)を行い、人物や顔などが検出された領域のCSデータだけを切り出して、ネットワーク11を介して判別サーバ30に転送する。
さらに、撮像装置20は、人物や顔などが検出された領域の画素信号を切り出して、ネットワーク11を介して判別サーバ30に転送することができる。これにより、後段の判別サーバ30などでは、人物の表情を検出するなどのより精細な映像を必要とする映像解析も行うことができる。
判別サーバ30は、ネットワーク11を介して撮像装置20から送信される、人物や顔などが検出された領域のCSデータから画像を再構成し、再構成した画像に対して同定判別処理を行う。
行動解析装置12は、判別サーバ30による同定判別処理の結果に基づき、被写体である人物の行動解析処理などを実行する。
<撮像装置20および判別サーバ30の第1の構成例>
次に、図2は、撮像装置20および判別サーバ30の第1の構成例を示している。なお、図2においては、1台の撮像装置20のみが図示されているが、実際には、複数の撮像装置20がネットワーク11を介して判別サーバ30に接続されているものとする。
第1の構成例における撮像装置20は、サンプリング関数保持部21、画素制御部22、イメージセンサ23、イメージセンサ出力保持部24、特徴検出部25、および領域切り出し部26から構成される。
サンプリング関数保持部21は、異なる複数のサンプリング関数を保持しており、画素制御部22からの要求に応じて、保持するサンプリング関数を画素制御部22に供給する。
サンプリング関数とは、イメージセンサ23の撮像面を区分した各ブロックに含まれる画素のうち、どの位置の画素を駆動させるかを表す行列データ、または行列データと同等の意味を有するフォーマットのデータである。なお、該第1の構成例における撮像装置20においては、イメージセンサ23の全ブロックに対して、共通のサンプリング関数が適用される。
画素制御部22は、イメージセンサ23の駆動(各画素の露光と読み出し)を制御する。具体的には、イメージセンサ23の各ブロックに共通のサンプリング関数を適用して対応する画素を駆動させることにより、イメージセンサ23のCS読み出しを制御する。
イメージセンサ23は、画素制御部22からの制御に従って画素等を駆動することにより、ブロック毎のCSデータを生成し、生成したブロック毎のCSデータを同時にまたは順次にイメージセンサ出力保持部24に出力する。
イメージセンサ出力保持部24は、イメージセンサ23から入力されたブロック毎のCSデータを保持する。なお、イメージセンサ出力保持部24に保持される全ブロックそれぞれのCSデータは、共通のサンプリング関数を適用して得られたものであるので、それはイメージセンサ23の全画素を駆動した場合に得られる画像の縮小画像としてみなすことができる。よって、以下、イメージセンサ出力保持部24に保持されている、共通のサンプリング関数を適用して得られた各ブロックのCSデータを一括して縮小画像とも称する。
特徴検出部25は、イメージセンサ出力保持部24に保持されている縮小画像を対象として、例えば人物や顔などの特徴を持つ領域を検出する特徴検出処理を行い、人物や顔などが検出された領域を領域切り出し部26に通知する。領域切り出し部26は、特徴検出部25からの通知に従い、イメージセンサ出力保持部24に保持されている縮小画像から、特徴検出された領域だけを切り出し、ネットワーク11を介して判別サーバ30に送信する。
なお、特徴検出部25における特徴検出処理は既存の手法を適用すればよい。例えば、顔や人物の見え(アピアランス)の部分的な明暗パターンなどの大まかな構造のテンプレートを予め統計的(学習的)な手法で複数作成しておき、縮小画像とそれらのテンプレートとの合致度を総合して検出する手法を適用できる。この手法は、大まかな構造に基づいた特徴検出を行うため、縮小画像からでも特徴検出をし易いという性質がある。
具体的には、イメージセンサ23にて、例えば、1フレーム当たり異なる4種類のサンプリング関数を適用して4枚の縮小画像を得るようにし、特徴検出処理では、サンプリング関数毎に予め学習したテンプレートを4種類用意する。そして、入力される縮小画像毎に学習したテンプレートとの合致度を調べて検出したいもの(例えば人物)である可能性をブロックごとに判断する。この判断結果はブロック数に等しいビットマップイメージとして保持され、次の異なるサンプリング関数に対応する縮小画像の判別においては、保持されているビットマップイメージが参照され、前の縮小画像に対する判断で検出された領域のみが、テンプレートとの合致度を調べる対象とされる。これによって特徴検出処理量を削減することができる。
一方、第1の構成例における判別サーバ30は、例えば、被写体の動線解析の予備情報として、各撮像装置20から送信されるCSデータから全体画像を再構成し、再構成した全体画像を相互に照合したり、判別データベースに格納された過去履歴と照合したりして同定判定処理を行う。なお、判別サーバ30に送信されるCSデータは、既に撮像装置20側で特徴検出処理(例えば顔検出処理など)が実施済みのものなので、判別サーバ30にて大量の映像データから人物を探すなど高負荷の処理をする必要がなく、同定判別処理に集中できる。
ただし、判別サーバ30には、特徴検出された領域のCSデータが縮小画像から切り出されて送信されるので、同定判別処理を行う前に、該CSデータから、通常読み出し時の出力と同様の全体画像を再構成する処理が必要である。なお、CSの原理によれば、撮像装置20にて適用されたサンプリング関数と同じサンプリング関数を用いれば、全体画像の再構成が可能であることが知られている。
判別サーバ30は、撮像装置出力保持部31、画像再構成部32、サンプリング関数保持部33、同定判別部34、判別DB(Data Base)35、および判別結果DB36から構成される。
撮像装置出力保持部31には、ネットワーク11を介して複数の撮像装置20から送信される、縮小画像から切り出された領域のCSデータから保持される。画像再構成部32は、撮像装置20がCS読み出し時に用いたサンプリング関数と同じものをサンプリング関数保持部33から取得する。さらに、画像再構成部32は、該サンプリング関数に基づき、撮像装置出力保持部31に保持されている、縮小画像から切り出された領域のCSデータから全体画像を復元する。
サンプリング関数保持部33は、撮像装置20のサンプリング関数保持部33と同様、複数のサンプリング関数が保持されており、画像再構成部32からの要求に応じてサンプリング関数を供給する。同定判別部34は、再構成された各撮像装置20からの全体画像を相互に照合したり、判別DB35に格納された過去履歴と照合したりして、既に検出されている顔などの同定判定処理を行い、判別結果を判別結果DB36に登録する。なお、判別結果DB36に登録された同定判別結果は、行動解析装置12における被写体の同線解析処理の予備情報として利用される。
<イメージセンサ23の詳細な構成例>
次に、図3は、イメージセンサ23の撮像面をブロック単位に区分した状態を示している。
同図に示されるように、イメージセンサ23の撮像面40には、入射光を電気信号に変換する多数の画素42が2次元格子状に配置されている。撮像面40は、K×L画素から成るブロック単位でM×Nブロックに区分されている。
<画素42の第1の構成例>
図4は、イメージセンサ23の撮像面40に配置されている画素42の第1の構成例に対応する等価回路を示している。
画素42には、入射した光を光電変換により電気信号に変換するPD(フォトダイオード)421が形成されており、PD421には転送スイッチ422を介してFD(フローティングディフュージョン)423が接続されている。
FD423は読み出しAMP424のゲートと接続され、読み出しAMP424は行選択スイッチ426を介して読出し信号線51に接続されている。また、FD423はリセットスイッチ425にも接続されている。読出し信号線51は画素42の外で列選択スイッチ52と接続されている。
画素42の第1の構成例においては、転送スイッチ422に転送信号Tが印加されると、PD421に蓄積された電荷がFD423に転送される。次に、行選択スイッチ426にSRが印加される同時に、列選択スイッチ52に列選択信号SCが印加されると、FD423の電位が読出しアンプ424によって増幅され、増幅された信号が読出し信号線51から読み出される。なお、リセットスイッチ425にリセット信号Rが印加されると、FD423の電位が電源の電位にリセットされる。
<イメージセンサ23の第1の構成例>
図5は、イメージセンサ23の第1の構成例を示している。ただし、同図は撮像面40をM×Nブロックに区分した1個のブロック41と、そこに接続された画素制御信号線、画素信号読み出し線、および周辺回路のみを示しており、ブロック41には、16(=4×4)画素が含まれている場合を示している。
イメージセンサ23内の全ての画素42は、画素制御部22から行選択信号線(row sel.)、転送信号線(trans.)、列選択信号線(col.sel.)およびリセット信号線(reset)を介して通知される制御信号に従って駆動する。
同一の行に属する画素は、行選択信号線、転送信号線、およびリセット信号線を共有する。同一の列に属する画素には、共通の読出し信号線(read)51が接続されており、列選択信号線は対応する列の読出し信号線51を列選択スイッチ52で制御する。したがって、各画素42は、行選択信号線と列選択信号線によるX-Yアドレシングによって、画素信号の読出し対象か否かが制御される。
また、同一のブロック41に属する全ての画素42は、列単位で共通な読出し信号線51、および列選択SW(スイッチ)52を介して、ブロック毎に設けられたアナログ加算器(Analog Adder)53に接続されている。アナログ加算器53の後段には、ブロック毎にADC54が設けられている。
イメージセンサ23の第1の構成例においては、行選択信号線および列選択信号によって選択された画素42の画素信号が、列毎に配線された読出し信号線51により読み出される。同じタイミングで読み出された画素信号はアナログ加算器53によって加算され、アナログ加算器53の出力はADC54によって順次デジタル加算される。
<イメージセンサ23の出力について>
次に、図6は、サンプリング関数と各ブロックの出力値とイメージセンサの出力データフォーマットの関係を示している。
上述したように、ブロックに含まれる画素のうち、どの画素の画素信号を読み出して、加算するかについては、サンプリング関数によって制御される。すなわち、画素制御部22は、サンプリング関数に基づいて、行選択信号、列選択信号、およびリセット信号を生成、出力する。
以下、1ブロックを構成するK×L画素が4×4画素である場合を例にして説明する。あるブロックの画素の画素値をx=[x1,x2,・・・,x16]、該ブロックに対して適用されるサンプリング関数A=[a1,a2,・・・,a16]、該ブロックの出力値、すなわち、CSデータをyとした場合、これらの関係は、図6に示されるように、y=Axとなって、サンプリング関数の1つの行ベクトルに対応してブロックの出力値yが1つ決まる。
イメージセンサ23では、ある時刻において、全てのブロック41に対して共通のサンプリング関数Aが適用されて、各ブロック41からそのときの出力値yを得るように動作する。なお、イメージセンサ23におけるADC54からの信号出力線はブロック毎に分離しているため、全てのブロック41で同期した制御を行うことにより、全てのブロック41から同時にそれぞれ1値の出力値yを得ることができる。換言すれば、M×N個の2次元配列状の出力値yを得ることができる。
ここで、サンプリング関数Aはブロック41を構成する4×4画素に対する任意係数のリサンプリングフィルタとみなすことができるが、全てのブロック41に対して共通のサンプリング関数が適用されているので、全てのブロック41から出力されるM×N個の出力値yは、あたかも全体画像からM×N個の2次元格子点上である共通のリサンプリングを行ったデータでもある。したがって、M×N個の出力値yは、M×N画素の縮小画像とみなすことができる。
画素制御部22およびイメージセンサ23は、上述した動作を、サンプリング関数Aを切り替えながら時系列的に連続して実施することができる。
図7は、時系列的に連続して切り替えられるサンプリング関数と各ブロックの出力値とイメージセンサの出力データフォーマットの関係を示している。ただし、同図の場合、時系列的に連続して切り替えられる4種類のサンプリング関数A1=[a11,a12,・・・,a116],A2=[a21,a22,・・・,a216],A3=[a31,a32,・・・,a316],A4=[a41,a42,・・・,a416]をまとめて、4行16列の行列式Aとして表している。
サンプリング関数A1,A2,A3,A4に対する出力値yは、それぞれがM×N個の2次元配列データ(縮小画像)である[y1,y2,y3,y1]となる。
<サンプリング関数Aに基づく具体的な画素制御について>
次に、サンプリング関数Aに基づく具体的な画素制御について説明する。
サンプリング関数Aの各行ベクトルは、少なくとも1要素が1であればよく、残りの要素は0でよい。
図8は、ブロック41を構成する16画素のうちの1画素を選択して読み出す場合のサンプリング関数Aの一例であり、順次時系列に適用される4種類(4行分)の行ベクトルから構成される。このサンプリング関数Aが適用される場合、ブロック41を構成する16画素のうちの1画素が時系列に4画素分読み出されて出力される。
図9は、図8に示されたサンプリング関数Aに基づく画素制御部22により制御の様子を示している。
すなわち、図8のサンプリング関数Aの1行目0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0に対応して、図9のAに示されるように、各ブロック41における4行目の行選択信号線および1列目の列選択信号線がアクティブとされて4×4画素のうちの4行1列目の1画素が選択される。さらに、4つの列選択スイッチ52のうちの1列目、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの4行1列目の1画素の画素値がデジタル信号として出力される。
次のタイミングでは、図8のサンプリング関数Aの2行目0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0に対応して同様の制御が行われ、図9のBに示されるように、各ブロック41における4×4画素のうちの2行3列目の1画素、4つの列選択スイッチ52のうちの3列目、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの2行3列目の1画素の画素値がデジタル信号として出力される。
さらに次のタイミングでは、図8のサンプリング関数Aの3行目0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0に対応して同様の制御が行われ、図9のCに示されるように、各ブロック41における4×4画素のうちの3行2列目の1画素、4つの列選択スイッチ52のうちの2列目、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの3行2列目の1画素の画素値がデジタル信号として出力される。
またさらに次のタイミングでは、図8のサンプリング関数Aの4行目0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0に対応して同様の制御が行われ、図9のDに示されるように、各ブロック41における4×4画素のうちの1行4列目の1画素、4つの列選択スイッチ52のうち4列目、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの1行4列目の1画素の画素値がデジタル信号として出力される。
図10は、ブロック41を構成する16画素のうちの6画素を選択して読み出す場合のサンプリング関数Aの一例であり、同図の場合、1種類(1行分)の行ベクトルのみが図示されている。このサンプリング関数Aが適用される場合、ブロック41を構成する16画素のうちの6画素が読み出され、加算されて出力される。
図11は、図10に示されたサンプリング関数Aに基づいて画素制御部22により駆動される画素42などを示している。
図10に示されたサンプリング関数Aのように、同一の列から2画素以上を読み出す場合には、ブロック41の行数に合わせて4フェーズに分けて画素の読み出しが行われる。
すなわち、1番目のフェーズでは、図10のサンプリング関数Aの行ベクトルのうちの1列目から4列目までの要素1 0 1 0に対応して、図11のAに示されるように、各ブロック41における1行目の行選択信号線、並びに1列目および3列目の列選択信号線がアクティブとされて4×4画素のうちの1行1列目と1行3列目の2画素が選択される。さらに、4つの列選択スイッチ52のうちの1列目と3列目、アナログ加算器53、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの1行1列目と1行3列目の2画素の画素値がデジタル信号に変換されてADC54内のカウンタに保持される。
次に2番目のフェーズでは、図10のサンプリング関数Aの行ベクトルのうちの5列目から8列目までの要素0 0 1 0に対応して同様の制御が行われ、図11のBに示されるように、4×4画素のうちの2行3列目の1画素が選択される。さらに、4つの列選択スイッチ52のうちの3列目、アナログ加算器53、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの2行3列目の1画素の画素値がデジタル信号に変換されてADC54内のカウンタに加算、保持される。
3番目のフェーズでは、図10のサンプリング関数Aの行ベクトルのうちの9列目から12列目までの要素0 1 0 0に対応して同様の制御が行われ、図11のCに示されるように、4×4画素のうちの3行2列目の1画素が選択される。さらに、4つの列選択スイッチ52のうちの2列目、アナログ加算器53、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの3行2列目の1画素の画素値がデジタル信号に変換されてADC54内のカウンタに加算、保持される。
最後に4番目のフェーズでは、図10のサンプリング関数Aの行ベクトルのうちの13列目から16列目までの要素1 0 0 1に対応して同様の制御が行われ、図11のDに示されるように、4×4画素のうちの4行1列目と4行4列目の2画素が選択される。さらに、4つの列選択スイッチ52のうちの1列目と3列目、アナログ加算器53、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの4行1列目と4行4列目の2画素の画素値がデジタル信号に変換されてADC54内のカウンタに加算された後、後段に出力される。
<イメージセンサ23の第2の構成例>
次に、図12は、イメージセンサ23の第2の構成例を示している。この第2の構成例は、図5に示された第1の構成例に対して、列選択スイッチ52を列選択スイッチ61に置換するととともにアナログ符号反転器62を追加したものであり、第1の構成例と共通する構成要素については同一の符号を付しているので、その説明は適宜省略する。
列選択スイッチ61は、出力側がアナログ加算器53およびアナログ符号反転器62に接続されており、列選択信号を介する画素制御部22からの制御に応じて、画素42から読み出される画素信号をアナログ加算器53またはアナログ符号反転器62に出力する。アナログ符号反転器62は、出力側がアナログ加算器53に接続されており、入力される画素信号に負符号を付加してアナログ加算器53に出力する。
アナログ符号反転器62が追加されたイメージセンサ23の第2の構成例によれば、ブロック41を構成する16画素のうち、サンプリング関数Aに対応する画素の画素信号を読み出し、それらを加算または減算した後、デジタル信号として出力することができる。
図13は、イメージセンサ23の第2の構成例に適用できるサンプリング関数Aの一例を示している。同図に示されたサンプリング関数Aの行ベクトルの要素のうち、1に対応する画素については画素値が読み出されて加算され、−1に対応する画素については画素値が読み出されて減算され、0に対応する画素については画素値が読み出されない(駆動されない)。
図14は、図13に示されたサンプリング関数Aに基づいて画素制御部22により駆動される画素42などを示している。
図13に示されたサンプリング関数Aのように、同一の列から2画素以上を読み出す場合には、ブロック41の行数に合わせて4フェーズに分けて画素の読み出しが行われる。
すなわち、1番目のフェーズでは、図13のサンプリング関数Aの行ベクトルのうちの1列目から4列目までの要素1 -1 0 0に対応して、図14のAに示されるように、各ブロック41における1行目の行選択信号線、並びに1列目および2列目の列選択信号線がアクティブとされて4×4画素のうちの1行1列目と1行2列目の2画素が選択される。また、1列目の列選択スイッチ61の出力先はアナログ加算器53、2列目の列選択スイッチ61の出力先はアナログ符号反転器62とされる。さらに、アナログ加算器53、アナログ符号反転器62、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの1行1列目の画素の画素値に、1行3列目の画素の符号が負に反転された画素値が加算された後にデジタル信号に変換されてADC54内のカウンタに保持される。
次に2番目のフェーズでは、図13のサンプリング関数Aの行ベクトルのうちの5列目から8列目までの要素0 -1 0 -1に対応して同様の制御が行われ、図14のBに示されるように、4×4画素のうちの2行2列目と2行4列目の2画素が選択される。また、2列目および4列目の列選択スイッチ61の出力先はアナログ符号反転器62とされる。さらに、アナログ加算器53、アナログ符号反転器62、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの2行1列目の画素の符号が負に反転された画素値に、2行4列目の画素の符号が負に反転された画素値が加算された後にデジタル信号に変換されてADC54内のカウンタに加算、保持される。
次に3番目のフェーズでは、図13のサンプリング関数Aの行ベクトルのうちの9列目から12列目までの要素0 0 1 0に対応して同様の制御が行われ、図14のCに示されるように、4×4画素のうちの3行3列目の1画素が選択される。また、3列目の列選択スイッチ61の出力先はアナログ加算器53とされる。さらに、アナログ加算器53、アナログ符号反転器62、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうち3行3列目の画素の画素値がデジタル信号に変換されてADC54内のカウンタに加算、保持される。
最後に、4番目のフェーズでは、図13のサンプリング関数Aの行ベクトルのうちの13列目から16列目までの要素-1 0 0 1に対応して同様の制御が行われ、図14のDに示されるように、4×4画素のうちの4行1列目と4行4列目の2画素が選択される。また、1列目の列選択スイッチ61の出力先はアナログ符号反転器62、4列目の列選択スイッチ61の出力先はアナログ加算器53とされる。さらに、アナログ加算器53、アナログ符号反転器62、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの4行1列目の画素の符号が負に反転された画素値に、4行4列目の画素の画素値が加算され、デジタル信号に変換されてから、ADC54内のカウンタに加算され、後段に出力される。
<図2の第1の構成例における撮像装置20の動作説明>
次に、図15は、図2の第1の構成例における撮像装置20の動作を説明するフローチャートである。
ステップS1において、画素制御部22は、サンプリング関数保持部21から予め判別サーバ30側と取り決められているサンプリング関数を取得し、取得したサンプリング関数に従い、イメージセンサ23を駆動させる。これにより、イメージセンサ23から、縮小画素(M×Nブロック毎のCSデータ)が出力されて、イメージセンサ出力保持部24に保持される。
ステップS2において、特徴検出部25は、イメージセンサ出力保持部24に保持されている縮小画像を対象として、例えば人物や顔などの特徴を持つ領域を検出する特徴検出処理を行い、人物や顔などが検出された領域を領域切り出し部26に通知する。
ステップS3において、領域切り出し部26は、特徴検出部25からの通知に従い、イメージセンサ出力保持部24に保持されている縮小画像から、人物や顔などが検出された領域だけを切り出し、ネットワーク11を介して判別サーバ30に送信する。以上で、第1の構成例における撮像装置20の1フレーム分の動作は終了される。
上述したように、第1の構成例における撮像装置20では、サンプリング関数に従ったCS読み出しを行うので消費電力を抑制できる。また、CS読み出しにより得られた縮小画像のうち、特徴が検出された領域だけを判別サーバ30に送信するので、イメージセンサ23を通常読み出しして得られる全体画像をそのまま判別サーバ30に送信する場合に比較して、データ通信を大幅に削減することができる。
さらに、判別サーバ30側では、画像の再構成処理が必要となるものの、改めて特徴検出処理を実行することなく、同定判別処理を行うことができるので、判別サーバ30側の処理負荷を削減することができる。
<撮像装置20および判別サーバ30の第2の構成例>
次に、図16は、撮像装置20および判別サーバ30の第2の構成例を示している。なお、この第2の構成例の構成要素のうち、図2に示された第1の構成例と共通するものについては同一の符号を付しているので、その説明は適宜省略する。
図2に示された第1の構成例における撮像装置20は、イメージセンサ23の全ブロックに対して共通のサンプリング関数を適用してCS読み出しを行い、縮小画像を得るようになされていた。
これに対して第2の構成例における撮像装置20は、必ずしも全てのブロックに対して共通のサンプリング関数を適用しなくてもよく、特定のブロックに対しては共通のサンプリング関数とは異なるサンプリング関数を適用することができる。
例えば、行動解析側において、検出した人物の細やかな表情を分析するような場合には、人物の顔領域だけでも、CSデータでない全画素の画素値がそろっている画像データが必要となることがある。このよう場合に対応し、第2の構成例における撮像装置20は、特徴(顔など)が検出された領域のブロックに対しては、全画素の読み出しを意味するサンプリング関数を適用することができる。
第2の構成例における撮像装置20は、サンプリング関数保持部21、画素制御部22、イメージセンサ23、イメージセンサ出力保持部24、リサンプリング部71、縮小画像保持部72、特徴検出部73、および領域切り出し部26から構成される。
サンプリング関数保持部21は、異なる複数のサンプリング関数を保持しており、画素制御部22またはリサンプリング部71からの要求に応じて、保持するサンプリング関数を供給する。
なお、画素制御部22に対しては、イメージセンサ23の各ブロックに対して共通に適用されるサンプリング関数と、特定のブロックに対して適用されるサンプリング関数(例えば、ブロック内の全画素を読み出すもの)が供給される。一方、リサンプリング部71に対しては、イメージセンサ23の各ブロックに対して共通に適用されるサンプリング関数が供給される。
画素制御部22は、イメージセンサ23の駆動(各画素の露光と読み出し)を制御する。具体的には、イメージセンサ23の各ブロックに対して共通のサンプリング関数に対応する画素のみを駆動させることにより、イメージセンサ23のCS読み出しを制御する。さらに、第2の構成例の場合、画素制御部22は、特定のブロックに対して、その他のブロックに対して共通に適用されるサンプリング関数とは異なるサンプリング関数を適用することができる。具体的には、例えば、特徴検出部73から通知される、特徴が検出された領域周辺のブロックに対しては、全画素を読み出すサンプリング関数を適用することができる。
イメージセンサ23は、画素制御部22からの制御に従って画素等を駆動することにより、ブロック毎のCSデータをイメージセンサ出力保持部24に出力する。
イメージセンサ出力保持部24は、イメージセンサ23から入力されたブロック毎のCSデータを保持する。ただし、第2の構成例の場合、イメージセンサ出力保持部24に保持されている各ブロックのCSデータは、共通のサンプリング関数が適用されていない場合があるので、これを縮小画像とみなすことはできない。
リサンプリング部71は、イメージセンサ出力保持部24に保持されているブロック毎のCSデータを取得し、サンプリング関数保持部21から取得したブロック毎のCSデータに対して共通のサンプリング関数を適用するリサンプリング処理を行い、処理結果を縮小画像保持部72に保持させる。
ここで、縮小画像保持部72に保持される、リサンプリング処理の結果は、共通のサンプリング関数が適用されているので縮小画像とみなすことができる。また、イメージセンサ出力保持部24に保持されているブロック毎のCSデータのうち、共通のサンプリング関数が適用されているものについてはリサンプリング処理を省略することができる。
特徴検出部73は、図2の特徴検出部25と同様の特徴検出処理により、縮小画像保持部72に保持されている縮小画像を対象として、例えば人物や顔などの特徴を持つ領域を検出し、人物や顔などが検出された領域を領域切り出し部26および画素制御部22に通知する。
領域切り出し部26は、特徴検出部25からの通知に従い、イメージセンサ出力保持部24に保持されているブロック毎のCSデータのうち、人物や顔などが検出された領域に対応するものを切り出し、ネットワーク11を介して判別サーバ30に送信する。
ただし、イメージセンサ出力保持部24に保持されている、ブロック毎のCSデータについては、特定のブロック(前回の特徴検出処理で特徴が検出された領域周辺のブロック)のCSデータは、該ブロックに属する全画素の画素値そのものである。したがって、判別サーバ30には、特徴が検出された領域に属するブロックの全画素の画素値が送信されることになる。
これにより、第2の構成例における判別サーバ30での画像再構成処理が不要となるので、第2の構成例における判別サーバ30は、図2に示された第1の構成例における判別サーバ30から画像再構成部32とサンプリング関数保持部33を省略した構成をとることができる。第2の構成例における判別サーバ30のその他の構成要素については、第1の構成例と同様なので、その説明は省略する。
<全画素読み出しを指示するサンプリング関数の一例>
図17は、画素制御部22が特定のブロックに対して適用する、その他のブロックに対して共通に適用されるサンプリング関数とは異なるサンプリング関数の一例を示している。
この16行16列のサンプリング関数Aは、各行ベクトルの1要素だけが1の値を有し、その他の15要素が0の値を有する。これら16種類の行ベクトル(1行16列のサンプリング関数)を順次適用することにより、このサンプリング関数を適用するブロックから全ての画素を読み出すことができる。
図18は、図17に示されたサンプリング関数Aに基づく画素制御部22により制御の様子を示している。
すなわち、図17のサンプリング関数Aの1行目1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0に対応して、図18のAに示されるように、対応するブロック41における1行目の行選択信号線および1列目の列選択信号線がアクティブとされて4×4画素のうちの1行1列目の1画素が選択される。さらに、4つの列選択スイッチ52のうちの1列目、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの1行1列目の1画素の画素値がデジタル信号として出力される。
次のタイミングでは、図17のサンプリング関数Aの2行目0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0に対応して同様に制御することにより、図18のBに示されるように、対応するブロック41における4×4画素のうちの1行2列目の1画素、4つの列選択スイッチ52のうちの2列目、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの1行2列目の1画素の画素値がデジタル信号として出力される。
さらに次のタイミングでは、図17のサンプリング関数Aの3行目0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0に対応して同様に制御することにより、図18のCに示されるように、対応するブロック41における4×4画素のうちの1行3列目の1画素、4つの列選択スイッチ52のうちの3列目、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの1行3列目の1画素の画素値がデジタル信号として出力される。
次のタイミングでは、図17のサンプリング関数Aの4行目0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0に対応して同様に制御することにより、図18のDに示されるように、対応するブロック41における4×4画素のうちの1行4列目の1画素、4つの列選択スイッチ52のうち4列目、およびADC54が駆動される。これにより、4×4画素のうちの1行4列目の1画素の画素値がデジタル信号として出力される。
以降のタイミングについては、その説明と図示を省略するが、同様に、対応するブロック41における4×4画素のうちの1画素の画素値がデジタル信号として出力される。
ただし、図17に示されたような特定のブロックに対して適用するサンプリング関数Aに従って駆動させるブロックと、図8に示されたような特定のブロック以外のブロックに共通して適用するサンプリング関数Aに従って駆動させるブロックでは、読み出す画素の数が異なり、ブロック内の各行を選択する回数も異なるため、ブロック間で制御を同期させることができない。例えば、全画素読み出しのブロックではADCを数倍(図18の例の比では4倍)高速に駆動させる必要がある。
しかしながら、ブロック間では、行選択信号線と列選択信号線を共有するものの、ADCはブロック毎に設けられている。これを利用すれば、全ブロックを同期させるのでなく、ブロック行単位で選択制御信号を与えるタイミングをずらすことによって、ある特定のブロックのみ全画素読み出し用の制御信号を出すことは可能である、また、それに合わせて当該ブロックのADCを高速に駆動させれば、異なるサンプリング関数に従って駆動されるブロックを混在させることが可能である。なお、ブロック単位で選択制御信号を与えるタイミングをずらすことによっても、異なるサンプリング関数に従って駆動されるブロックを混在させることができる。
<図16の第2の構成例における撮像装置20の動作説明>
次に、図19は、図16の第2の構成例における撮像装置20の動作を説明するフローチャートである。
ただし、前提として、既に画素制御部22に対して特徴検出部73から前回の特徴検出処理により特徴が検出された領域が通知されているものとする。
ステップS11において、画素制御部22は、サンプリング関数保持部21から特定のブロックに対して適用するサンプリング関数と、特定のブロック以外のブロックに対して共通に適用するサンプリング関数を取得し、取得したサンプリング関数に従い、イメージセンサ23を駆動させる。これにより、イメージセンサ23から、各ブロックのCSデータが出力されて、イメージセンサ出力保持部24に保持される。
ステップS12において、リサンプリング部71は、イメージセンサ出力保持部24に保持されている各ブロックのCSデータを取得するとともに、サンプリング関数保持部21から、イメージセンサ23の各ブロックに対して共通に適用されるサンプリング関数を取得する。さらに、リサンプリング部71は、取得した各ブロックのCSデータに対して共通のサンプリング関数を適用することにより縮小画像を生成して縮小画像保持部72に保持させる。
ステップS13において、特徴検出部73は、縮小画像保持部72に保持されている縮小画像を対象として、例えば人物や顔などの特徴を持つ領域を検出する特徴検出処理を行い、人物や顔などが検出された領域を領域切り出し部26および画素制御部22に通知する。
ステップS14において、領域切り出し部26は、特徴検出部73からの通知に従い、イメージセンサ出力保持部24に保持されている各ブロックのCSデータのうち、人物や顔などが検出された領域に対応するものだけを切り出し、ネットワーク11を介して判別サーバ30に送信する。ただし、イメージセンサ出力保持部24に保持されている、ブロック毎のCSデータについては、特定のブロック(前回の特徴検出処理で特徴が検出された領域周辺のブロック)のCSデータは、該ブロックに属する全画素の画素値そのものである。したがって、判別サーバ30には、特徴が検出された領域に属するブロックの全画素の画素値が送信されることになる。以上で、第2の構成例における撮像装置20の1フレーム分の動作は終了される。
上述したように、第2の構成例における撮像装置20では、サンプリング関数に従ったCS読み出しを行うので消費電力を抑制できる。また、特徴が検出された領域については全画素の画素値を判別サーバ30に送信するので、イメージセンサ23を通常読み出しして得られる全体画像をそのまま判別サーバ30に送信する場合に比較して、データ通信を大幅に削減することができる。
さらに、判別サーバ30側では、改めて特徴検出処理を実行することなく、特徴が検出された領域の全画素の画素値を用いて同定判別処理を行うことができるので、判別サーバ30側の処理負荷を削減することができることに加えて、より詳細な画像分析や行動解析を行うことができる。
<画素42の第2の構成例>
図20は、イメージセンサ23の撮像面40に配置されている画素42の第2の構成例に対応する等価回路を示している。
画素42の第2の構成例は、図4に示された第1の構成例における転送スイッチ422を、マルチビット化した転送スイッチ4221,4222に置換したものであり、その他の構成要素については第1の構成例と共通なので同一の符号を付している。
図4に示された第1の構成例では、サンプリング関数に基づいて選択された画素を読出したとき、選択されなかった画素についてもリセットしてしまい、そこに蓄積されている電荷を読み出すことはできなかった。
該第2の構成例では、転送スイッチ4221,4222に対し、行転送信号TRと列転送信号TCが同時に印可された場合にだけ、PD421に蓄積された電荷がFD423に転送される。これにより、サンプリング関数に基づいて選択されなかった画素をリセットせずに、蓄積されている電荷を、該画素がそれ以降に適用されるサンプリング関数に基づいて選択された場合に読み出すことができる。
図21は、画素42のMOSFETの構造を表す断面図を示している。なお、同図Aは図4に示された画素42の第1の構成例に対応するものであり、同図Bは図20に示された画素42の第2の構成例に対応するものである。
図21のAおよび図21のBに共通し、MOSFETは、ソースとドレインに同じ性質(同図の場合、N型)を持つ半導体、ゲートの真下にあるチャネル領域にその反対の性質(同図の場合、P型)を持つ半導体を配置することで形成される。
各領域上に金属電極を設置することで、ソースは電流の入口、ドレインは出口、ゲートに電流の流れを制御する水門の機能を持たせることができる。ゲートに電圧が印可されていない場合、ソースとドレインの間には性質の異なる半導体が挟まれる構造のため、電気的に絶縁される。反対に、ゲートに電圧が印可された場合、ゲートの真下にあるチャネル領域に自由電子が引き寄せられる。このため、ソースとドレインを結ぶ全ての経路で自由電子が豊富な状態となり、電流が流れ易くなる。
同図Bに示されるゲート1,2は、第2の構成例における転送スイッチ4221,4222を相当する。第2の構成例では、転送スイッチ4221,4222に対して同時に電圧が印可された場合のみ、電流が流れ易くなる。
<画素42の第2の構成例に対応するイメージセンサの構成例>
図22は、画素42の第2の構成例に対応するイメージセンサの構成例(第3の構成例)を示している。
該第3の構成例は、図5に示された第1の構成例における転送信号線(trans.)が、各画素42のマルチビット化された転送スイッチ4221,4222に繋がる行転送信号線(row trans.)と列転送信号線(col.trans.)に置換されたものであり、その他の共通する構成要素には同一の符号を付している。
イメージセンサ23の第3の構成例においては、選択されていない列の列転送信号を印加しないことにより、選択されない画素42の蓄積電荷をPD421に保持させることができる。そして、PD421に保持された電荷は次の同一行の読出しのタイミングでFD423に転送して読み出すことができる。
なお、イメージセンサ23の第3の構成例において、行転送信号線と列信号転送線から常に同一の転送信号を出力するようにすれば、図5に示された第1の構成例と同一の動作が可能である。
上述したように、画素42の第2の構成例とそれに対応するイメージセンサ23の第3の構成例によれば、イメージセンサ23の各画素42はFD423のリセットのタイミングに制限されることなく、PD421の蓄積電荷を任意のタイミングで転送することができる。これを利用した場合、任意の露光時間で各画素の画素信号をサンプリングすることができる。換言すれば、各画素の画素信号を時間的および空間的にランダム加算することができる。
ここで比較のために、画素42の第1の構成例とそれに対応するイメージセンサ23の第1の構成例が可能である、各画素の画素信号を時間的および空間的にランダムにサンプリングする場合のサンプリング関数の一例を図23に示す。
ただし、以降の説明では、同図Aに示されるように、1ブロックは3×3画素で区分されているものとする。同図Bは、サンプリング関数をタイミングチャートとして表したものであり、行は各画素のサンプリングのタイミングを示し、色つきのマス目においてサンプリングが行われる。列はサンプリングのタイミングを示す。同図Bの場合、1フレーム分(実線の区切り)のデータが5回(破線の区切り)に分けてサンプリングされ、3フレーム分の合計15回のサンプリングが行われる。なお、3行単位で列が少しずれているのは、画素42からの画素信号がフォーカルプレーン読み出しにより各行の読み出しが時間的には少しずつずらされることを示している。ただし、その時間差は1H未満なので1ロロックを構成する9画素の読み出しは同時とみなすことができる。
上述したように、画素42の第1の構成例では、サンプリングのタイミング毎に、全ての画素42が、それぞれ選択されているか否か(読み出されるか否か)に拘わらず、PD421の蓄積電荷がリセットされる。このため、例えば1フレーム目における画素P11およびP22のように複数回サンプリングが連続される場合であっても、その都度、リセットしてサンプリングする必要がある。したがって、1フレーム目における画素P11では3回、画素P22では5回のサンプリングを行う必要がある。
図24は、図23のBに示されたタイミングチャートに対応する行列表記のサンプリング関数を示している。同図に示されるように、3フレームに合計15回のサンプリングを行うので、サンプリング関数は、9要素の行ベクトルが15行分まとめられて、15行9列の行列として表記される。
次に、図25は、画素42の第2の構成例とそれに対応するイメージセンサ23の第3の構成例が可能である、各画素の画素信号を時間的および空間的にランダム加算する場合のサンプリング関数の一例を示している。
図25の場合、図23と同様、1フレーム分(実線の区切り)のデータが5回(破線の区切り)に分けてサンプリング可能であり、3フレームに最大で合計15回のサンプリングが可能であるが、リセットを行うことなくサンプリングを継続することができるので、フレーム内でのサンプリングはどの画素でも1回で済ますことができる。
すなわち、画素42の第2の構成例では、その画素42が読出し選択されたか否かに拘わらず、PD421の蓄積電荷を転送するか否かを制御できるので、連続した期間の蓄積電荷をその都度転送せずに、期間の最後にまとめて転送し、読み出すことができる。
図26は、図25に示されたタイミングチャートに対応する行列表現のサンプリング関数を示している。同図において、1以外の係数、例えば、4行1列目の3は、サンプリングのインターバルを1とした場合に3倍の連続した露光期間の信号をサンプリングすることを意味する。
<画素42の第3の構成例>
次に、図27は、イメージセンサ23の撮像面40に配置されている画素42の第3の構成例に対応する等価回路を示している。
画素42の第3の構成例は、図20に示された第2の構成例におけるリセットスイッチ425を、マルチビット化したリセットスイッチ4251,4252に置換したものであり、その他の構成要素については第2の構成例と共通なので同一の符号を付している。
該第3の構成例では、信号読み出しの対象として選択されているか否かに拘わらず、FD423をリセットするか否かを画素毎に制御することが可能となる。これを利用すれば、例えば、図25にタイミングチャートとして示されているサンプリング関数において、各フレームの露光期間終了時にのみ全画素リセットをかけるようにすれば、フレーム内の異なる期間に露光したブロック内の画素を空間で加算した信号を読み出すことができる。この場合、サンプリング関数の行列表現は図28に示されるとおりとなる。
また、この場合、フレーム毎にブロック内の画素を加算した読み出しを行うので、フレーム当たりの出力値は1値であり、その出力値に対応するサンプリング関数の行ベクトルは、フレーム内のサンプリング単位の総数である45(9画素×5期間)要素のベクトルとなる。
<画素42の第4の構成例>
次に、図29は、イメージセンサ23の撮像面40に配置されている画素42の第4の構成例に対応する等価回路を示している。
画素42の第4の構成例は、図27に示された第3の構成例における行選択スイッチ426を、マルチビット化した選択スイッチ4261,4262に置換するとともに、列選択スイッチ52を廃し、列選択スイッチ52に接続されていた列選択信号線SCを選択スイッチ4262に接続したものである。その他の構成要素については第3の構成例と共通なので同一の符号を付している。
画素42の第4の構成例では、図27に示された第3の構成例と同様に動作することができる。
<本実施の形態であるカメラ監視システムの適用例>
本実施の形態であるカメラ監視システムは、例えば、不審者検知をおこなう警備システム、工場の作業員や店舗の買物客の行動を解析するシステムなどに適用できる。
なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
本開示は以下のような構成も取ることができる。
(1)
多数の画素が縦横に配置された撮像面を有するイメージセンサと、
前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロック毎にサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させる画素制御部と、
前記イメージセンサから出力される前記ブロック毎の前記サンプリング信号に基づいて縮小画像を生成する縮小画像生成部と
備える撮像装置。
(2)
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの制御に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する1画素を選択し、選択した1画素の画素値を前記サンプリング信号として出力する
前記(1)に記載の撮像装置。
(3)
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する1画素を選択する
前記(1)または(2)に記載の撮像装置。
(4)
前記イメージセンサの各画素は、前記画素制御部からの前記行選択信号および前記列選択信号に基づいてスイッチングを行うマルチビット化された転送スイッチを有する
前記(3)に記載の撮像装置。
(5)
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの1画素を空間的かつ時間的にランダムに選択する
前記(4)に記載の撮像装置。
(6)
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの制御に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する複数の画素を選択し、選択した複数の画素の画素値を加算した加算値を前記サンプリング信号として出力する
前記(1)に記載の撮像装置。
(7)
前記イメージセンサは、
前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号によって選択された画素の画素値を行毎に加算するアナログ加算部と、
前記アナログ加算部からの行毎の出力を順次デジタル加算するADC部と
を有する
前記(1)または(5)に記載の撮像装置。
(8)
前記イメージセンサの各画素は、前記画素制御部からの前記行選択信号および前記列選択信号に基づいてスイッチングを行うマルチビット化された転送スイッチを有する
前記(7)に記載の撮像装置。
(9)
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの複数の画素を空間的かつ時間的にランダムに選択する
前記(8)に記載の撮像装置。
(10)
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの制御に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する複数の画素を選択し、選択した複数の画素の画素値に正または負の符号を付加して加算した加算値を前記サンプリング信号として出力する
前記(1)に記載の撮像装置。
(11)
前記イメージセンサは、
前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号によって選択された画素の画素値を行毎に加算するアナログ加算部と、
前記アナログ加算部からの出力の符号を反転する符号反転部と、
前記アナログ加算部または前記符号反転部からの行毎の出力を順次デジタル加算するADC部と
を有する
前記(1)または(10)に記載の撮像装置。
(12)
前記イメージセンサの各画素は、前記画素制御部からの前記行選択信号および前記列選択信号に基づいてスイッチングを行うマルチビット化された転送スイッチを有する
前記(11)に記載の撮像装置。
(13)
前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの複数の画素を空間的かつ時間的にランダムに選択する
前記(12)に記載の撮像装置。
(14)
前記画素制御部は、前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロック毎に共通のサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記共通のサンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させ、
前記縮小画像生成部は、前記イメージセンサから出力される前記共通のサンプリング関数が適用された前記ブロック毎の前記サンプリング信号に基づいて前記縮小画像を生成する
前記(1)に記載の撮像装置。
(15)
前記画素制御部は、前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロック毎に共通のサンプリング関数または前記共通のサンプリング関数とは異なる非共通のサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記共通のサンプリング関数または前記非共通のサンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させ、
前記縮小画像生成部は、前記イメージセンサから出力される前記共通のサンプリング関数または前記非共通のサンプリング関数が適用された前記ブロック毎の前記サンプリング信号を保持する保持部から、前記共通のサンプリング関数に基づいて前記サンプリング信号をリサンプリングすることにより前記縮小画像を生成する
前記(1)に記載の撮像装置。
(16)
前記縮小画像に対して特徴検出処理を行う特徴検出部を
さらに備える前記(1)から(15)のいずれかに記載の撮像装置。
(17)
前記イメージセンサの出力から、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域に対応する前記ブロック毎の前記サンプリング信号を切り出して後段に出力する領域切り出し部を
さらに備える前記(1)から(16)のいずれかに記載の撮像装置。
(18)
前記領域切り出し部は、前記イメージセンサの出力から成る前記縮小画像から、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域を切り出して後段に出力する
前記(17)に記載の撮像装置。
(19)
前記画素制御部は、前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロックのうち、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域に対応するブロックに対しては共通のサンプリング関数とは異なる非共通のサンプリング関数を適用し、前記特徴検出処理によって特徴が検出されない領域に対応するブロックに対しては前記共通のサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記共通のサンプリング関数または前記非共通のサンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させ、
前記領域切り出し部は、前記イメージセンサの出力から、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域に対応する、前記非共通のサンプリング関数が適用された前記ブロックの前記サンプリング信号を切り出してして後段に出力する
前記(17)に記載の撮像装置。
(20)
1以上の撮像装置と、前記撮像装置とネットワークを介して接続された情報処理装置から成る情報処理システムにおいて、
前記撮像装置は、
多数の画素が縦横に配置された撮像面を有するイメージセンサと、
前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロック毎にサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させる画素制御部と、
前記イメージセンサから出力される前記ブロック毎の前記サンプリング信号に基づいて縮小画像を生成する縮小画像生成部と、
前記縮小画像に対して特徴検出処理を行う特徴検出部と、
前記イメージセンサの出力から、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域に対応する前記ブロック毎の前記サンプリング信号を切り出し、前記ネットワークを介して前記情報処理装置に送信する領域切り出し部とを備え、
前記情報装置は、
前記ネットワークを介して送信された前記情報処理装置の出力に対して所定の情報処理を行う情報処理部を備える
情報処理システム。
10 カメラ監視システム, 11 ネットワーク, 12 行動解析装置, 20 撮像装置, 21 サンプリング関数保持部, 22 画素制御部, 23 イメージセンサ, 24 イメージセンサ出力保持部, 25 特徴検出部, 26 領域切り出し部, 30 判別サーバ, 31 撮像装置出力保持部, 32 画像再構成部, 33 サンプリング関数保持部, 34 同定判別部, 35 判別DB, 36 判別結果DB, 40 撮像面, 41 ブロック, 42 画素

Claims (20)

  1. 多数の画素が縦横に配置された撮像面を有するイメージセンサと、
    前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロック毎にサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させる画素制御部と、
    前記イメージセンサから出力される前記ブロック毎の前記サンプリング信号に基づいて縮小画像を生成する縮小画像生成部と
    備える撮像装置。
  2. 前記イメージセンサは、前記画素制御部からの制御に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する1画素を選択し、選択した1画素の画素値を前記サンプリング信号として出力する
    請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する1画素を選択する
    請求項2に記載の撮像装置。
  4. 前記イメージセンサの各画素は、前記画素制御部からの前記行選択信号および前記列選択信号に基づいてスイッチングを行うマルチビット化された転送スイッチを有する
    請求項3に記載の撮像装置。
  5. 前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの1画素を空間的かつ時間的にランダムに選択する
    請求項4に記載の撮像装置。
  6. 前記イメージセンサは、前記画素制御部からの制御に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する複数の画素を選択し、選択した複数の画素の画素値を加算した加算値を前記サンプリング信号として出力する
    請求項1に記載の撮像装置。
  7. 前記イメージセンサは、
    前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号によって選択された画素の画素値を行毎に加算するアナログ加算部と、
    前記アナログ加算部からの行毎の出力を順次デジタル加算するADC部と
    を有する
    請求項6に記載の撮像装置。
  8. 前記イメージセンサの各画素は、前記画素制御部からの前記行選択信号および前記列選択信号に基づいてスイッチングを行うマルチビット化された転送スイッチを有する
    請求項7に記載の撮像装置。
  9. 前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの複数の画素を空間的かつ時間的にランダムに選択する
    請求項8に記載の撮像装置。
  10. 前記イメージセンサは、前記画素制御部からの制御に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する複数の画素を選択し、選択した複数の画素の画素値に正または負の符号を付加して加算した加算値を前記サンプリング信号として出力する
    請求項1に記載の撮像装置。
  11. 前記イメージセンサは、
    前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号によって選択された画素の画素値を行毎に加算するアナログ加算部と、
    前記アナログ加算部からの出力の符号を反転する符号反転部と、
    前記アナログ加算部または前記符号反転部からの行毎の出力を順次デジタル加算するADC部と
    を有する
    請求項10に記載の撮像装置。
  12. 前記イメージセンサの各画素は、前記画素制御部からの前記行選択信号および前記列選択信号に基づいてスイッチングを行うマルチビット化された転送スイッチを有する
    請求項11に記載の撮像装置。
  13. 前記イメージセンサは、前記画素制御部からの行選択信号および列選択信号に従い、前記ブロックを構成する画素のうちの複数の画素を空間的かつ時間的にランダムに選択する
    請求項12に記載の撮像装置。
  14. 前記画素制御部は、前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロック毎に共通のサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記共通のサンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させ、
    前記縮小画像生成部は、前記イメージセンサから出力される前記共通のサンプリング関数が適用された前記ブロック毎の前記サンプリング信号に基づいて前記縮小画像を生成する
    請求項1に記載の撮像装置。
  15. 前記画素制御部は、前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロック毎に共通のサンプリング関数または前記共通のサンプリング関数とは異なる非共通のサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記共通のサンプリング関数または前記非共通のサンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させ、
    前記縮小画像生成部は、前記イメージセンサから出力される前記共通のサンプリング関数または前記非共通のサンプリング関数が適用された前記ブロック毎の前記サンプリング信号を保持する保持部から、前記共通のサンプリング関数に基づいて前記サンプリング信号をリサンプリングすることにより前記縮小画像を生成する
    請求項1に記載の撮像装置。
  16. 前記縮小画像に対して特徴検出処理を行う特徴検出部を
    さらに備える請求項1に記載の撮像装置。
  17. 前記イメージセンサの出力から、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域に対応する前記ブロック毎の前記サンプリング信号を切り出して後段に出力する領域切り出し部を
    さらに備える請求項16に記載の撮像装置。
  18. 前記領域切り出し部は、前記イメージセンサの出力から成る前記縮小画像から、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域を切り出して後段に出力する
    請求項17に記載の撮像装置。
  19. 前記画素制御部は、前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロックのうち、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域に対応するブロックに対しては共通のサンプリング関数とは異なる非共通のサンプリング関数を適用し、前記特徴検出処理によって特徴が検出されない領域に対応するブロックに対しては前記共通のサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記共通のサンプリング関数または前記非共通のサンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させ、
    前記領域切り出し部は、前記イメージセンサの出力から、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域に対応する、前記非共通のサンプリング関数が適用された前記ブロックの前記サンプリング信号を切り出してして後段に出力する
    請求項17に記載の撮像装置。
  20. 1以上の撮像装置と、前記撮像装置とネットワークを介して接続された情報処理装置から成る情報処理システムにおいて、
    前記撮像装置は、
    多数の画素が縦横に配置された撮像面を有するイメージセンサと、
    前記イメージセンサを制御し、前記イメージセンサの前記撮像面を複数に区分したブロック毎にサンプリング関数を適用することにより、前記ブロックを構成する画素のうちの前記サンプリング関数に対応する画素を選択し、選択した画素の画素値に基づくサンプリング信号を出力させる画素制御部と、
    前記イメージセンサから出力される前記ブロック毎の前記サンプリング信号に基づいて縮小画像を生成する縮小画像生成部と、
    前記縮小画像に対して特徴検出処理を行う特徴検出部と、
    前記イメージセンサの出力から、前記特徴検出処理によって特徴が検出された領域に対応する前記ブロック毎の前記サンプリング信号を切り出し、前記ネットワークを介して前記情報処理装置に送信する領域切り出し部とを備え、
    前記情報装置は、
    前記ネットワークを介して送信された前記情報処理装置の出力に対して所定の情報処理を行う情報処理部を備える
    情報処理システム。
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