(57)【要約】【課題】蛍光灯などの照明により発生するフリッカーを除去して、動きが滑らかでノイズの少ない画質を実現する撮像装置を提供すること。【解決手段】撮像素子１から得た映像信号の輝度レベルを積算してフィールド期間ごとの積算値Ｓを求める積算部５と、照明の点滅周期とフィールド期間との最小公倍数で決まるフリッカー周期を単位とし、フリッカー周期に含まれるｎ個（例えばｎ＝３）のフィールド期間の各積算値Ｓｉ（ｉ＝１，２，３）を分配して出力するスイッチャー６と、スイッチャー６から出力されたｎ個の積算値Ｓｉを基準値Ｓ０と比較するｎ個の比較器７と、ｎ個の比較器７の比較結果に基づき撮像素子１の撮像期間ｔｉを制御するカメラ制御部９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周期で点滅する照明のもとで撮像素子で撮像した信号からフィールド期間ごとの映像信号を出力する撮像装置において、
上記映像信号の輝度レベルを積算してフィールド期間ごとの積算値を求める積算部と、
上記照明の点滅周期と上記フィールド期間との最小公倍数で決まるフリッカー周期を単位とし、該フリッカー周期に含まれるｎ個（ｎは複数）のフィールド期間の各積算値を分配して出力するスイッチャーと、
該スイッチャーから出力されたｎ個の積算値を基準値と比較するｎ個の比較器と、
該ｎ個の比較器の比較結果に基づき上記撮像素子の撮像期間を制御するカメラ制御部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記カメラ制御部は、前記比較器の比較した結果、前記積算値が前記基準値より大きいときは、当該フィールド期間の前記撮像期間を短くし、前記積算値が前記基準値より小さいときは、当該フィールド期間の前記撮像期間を長くするように補正することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記フィールド期間ごとの映像信号についてフリッカー発生の有無を検出するフリッカー検出部を備え、
該フリッカー検出部によりフリッカー有りと判定されたとき、前記カメラ制御部は、前記撮像期間を補正することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
所定の周期で点滅する照明のもとで撮像素子で撮像した信号からフィールド期間ごとの映像信号を出力する撮像方法において、
上記映像信号の輝度レベルを積算してフィールド期間ごとの積算値を求めるステップと、
上記照明の点滅周期と上記フィールド期間との最小公倍数で決まるフリッカー周期を単位とし、該フリッカー周期に含まれるｎ個（ｎは複数）のフィールド期間の各積算値を基準値と比較するステップと、
ｎ個の比較結果に基づき上記撮像素子の撮像期間を制御するステップと、
を備えることを特徴とする撮像方法。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像方法において、
前記積算値の比較結果、前記積算値が前記基準値より大きいときは、当該フィールド期間の前記撮像期間を短くし、前記積算値が前記基準値より小さいときは、当該フィールド期間の前記撮像期間を長くするように補正することを特徴とする撮像方法。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像方法において、
前記撮像期間の１回の補正量を一定値とし、補正の結果前記積算値と前記基準値の差分値が許容値以下になるまで補正を繰り返すことを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光灯などの照明により発生するフリッカーを抑制する監視カメラなどの撮像装置および撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホームセキュリティやコンビニエンスストアなどのセキュリティシステムなど、監視システムの導入が一般的に行われるようになっている。監視カメラには、小型、軽量、高信頼性などの特徴によりＣＣＤを使用した固体撮像装置が使用されることが多い。監視カメラでは、１秒間に６０フィールド（６０Ｈｚ）の画像を撮影しているが、東日本地区のように周波数５０Ｈｚの電源によって点灯された蛍光灯の照明で撮影した場合、その周波数の差により映像信号の輝度信号成分の変動、いわゆるフリッカー（ちらつき）が発生する。
【０００３】
発生するフリッカーは、カメラに搭載された光学系の絞り機構による露光制御により低減することができる。すなわち、絞りを小さくし露光時間を大きく（シャッタースピードを遅く）することで、フィールドごとの輝度レベルの変動をある程度抑制することができる。光学的な露光制御だけでは防ぎきれないフリッカーについては、次のような回路技術による抑制方法が提案されている。
【０００４】
特許文献１では、映像信号をバンドパスフィルタに入力して、映像信号に含まれるフリッカー成分を抜き出して、そのフリッカー成分をピーク位置検出回路に入力してピーク位置を検出した後、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル変換し、その値を位相制御部に入力して毎フィールドに対してピーク位置を撮像するように制御している。
【０００５】
特許文献２では、信号レベルが高いところではゲインコントロール回路（ＡＧＣ回路）のゲインを下げ、信号レベルが低いところではゲインを上げるような制御を行いフリッカーの発生を抑制している。
【０００６】
特許文献３では、フリッカー検出手段と検出結果に応じて基準クロックの周波数を制御する手段を設けることにより、各フィールドごとに撮像期間を変えて輝度レベルの積算結果を一定にすることでフリッカーの発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２０９４２７号公報
【特許文献２】特開平１１−３２２５４号公報
【特許文献３】特開２０００−３２３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年の監視カメラでは、さらなる小型化が要求されている。例えば、エスカレータ用の監視カメラの場合、子供等が手摺からうっかり顔を出していると建物天井部に頭をぶつける恐れがあることから、建物天井部近くに保護板を設け、保護板の先頭部は直径５ｃｍ程度の中空の円柱としている。監視カメラはその円柱の中空内に組込む構造となっている。このような超小型の監視カメラでは、光学的な露光制御部を設けるスペース確保が難しくなっている。
【０００９】
光学系の絞り機構による露光制御を行わない場合、例えば、特許文献１に記載される位相調整方法では、撮像間隔の変動が激しくなり、動きのある被写体を撮影したときには、動きがぎくしゃくしてしまう。特許文献２に記載されるＡＧＣ回路のゲイン調整方法では、小さなレベルの信号をゲインを上げて調整するので、ノイズの多い画質となる。
【００１０】
また、特許文献３に記載される基準クロック周波数を制御する方法では、基準クロックは他の同期信号などの生成にも用いられることから可変範囲が制限される。よって、各フィールドの輝度信号の変化が大きくなるとそれに十分追従できなかったり、また撮影時間の細かな調整も困難となり、フリッカーを十分抑制することは難しい。
【００１１】
本発明の目的は、光学系の絞り機構による露光制御を必要とせずに、蛍光灯などの照明により発生するフリッカーを除去して、動きが滑らかでノイズの少ない画質を実現する撮像装置および撮像方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、所定の周期で点滅する照明のもとで撮像素子で撮像した信号からフィールド期間ごとの映像信号を出力する撮像装置において、上記映像信号の輝度レベルを積算してフィールド期間ごとの積算値を求める積算部と、上記照明の点滅周期と上記フィールド期間との最小公倍数で決まるフリッカー周期を単位とし、該フリッカー周期に含まれるｎ個（ｎは複数）のフィールド期間の各積算値を分配して出力するスイッチャーと、該スイッチャーから出力されたｎ個の積算値を基準値と比較するｎ個の比較器と、該ｎ個の比較器の比較結果に基づき上記撮像素子の撮像期間を制御するカメラ制御部と、を備える。
【００１３】
ここに前記カメラ制御部は、前記比較器の比較した結果、前記積算値が前記基準値より大きいときは、当該フィールド期間の前記撮像期間を短くし、前記積算値が前記基準値より小さいときは、当該フィールド期間の前記撮像期間を長くするように補正する。
【００１４】
本発明は、所定の周期で点滅する照明のもとで撮像素子で撮像した信号からフィールド期間ごとの映像信号を出力する撮像方法において、上記映像信号の輝度レベルを積算してフィールド期間ごとの積算値を求めるステップと、上記照明の点滅周期と上記フィールド期間との最小公倍数で決まるフリッカー周期を単位とし、該フリッカー周期に含まれるｎ個（ｎは複数）のフィールド期間の各積算値を基準値と比較するステップと、ｎ個の比較結果に基づき上記撮像素子の撮像期間を制御するステップと、を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フリッカーが少なく、動きが滑らかでノイズの少ない画質の映像が得られる超小型の撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかる撮像装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】本実施例におけるフリッカーキャンセル動作を示すタイミング図である。
【図３】フリッカーキャンセル処理のフローチャートを示す図である。
【図４】フリッカー発生のメカニズムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明にかかる撮像装置の一実施例を示す構成図である。撮像装置（監視カメラ）は、撮像素子１、信号処理部２、出力部３、フリッカー検出部４、積算部５、スイッチャー６、比較器７、基準値発生部８、カメラ制御部９、撮像素子駆動部１０を備える。本実施例では、電源周波数５０Ｈｚの蛍光灯照明のもとで、１秒間に６０フィールドの画像を撮影する場合とする。
【００１８】
撮像素子１は、レンズを通した映像を、撮像素子駆動部１０から送られる駆動パルスの期間だけＣＣＤに露光し撮像する。信号処理部２は、撮像素子１にて撮像した信号に各種信号処理を施して映像信号を生成する。出力部３は、信号処理部２からの映像信号を図示しないモニタや録画装置などに出力する。フリッカー検出部４は、信号処理部２からの映像信号についてフリッカー発生の有無を検出する。フリッカー有りと判定したら、スイッチャー６へ信号を送りフリッカーキャンセルの処理を行う。
【００１９】
積算部５は、信号処理部２からの映像信号について輝度レベルを積算する。スイッチャー６は、積算部５からの積算値を、３個の比較器７（７１，７２，７３）に分配する。各比較器７は、スイッチャー６から送られる積算値と基準値発生部８からの基準値を比較し、比較結果をカメラ制御部９へ出力する。
【００２０】
カメラ制御部９は、撮像のタイミング信号、映像信号の同期信号、映像信号処理用の制御信号などを生成し、装置全体の制御を行う。特に、フリッカーキャンセル処理として、各比較器７の比較結果に応じて、撮像素子１の撮像期間を補正する。撮像素子駆動部１０は、補正された撮像期間に従い、撮像素子１を駆動するパルス信号を生成して出力する。
【００２１】
本実施例の装置では、フリッカーキャンセルのため３個の比較器７（７１，７２，７３）を設けている。これは、フリッカーが３フィールド周期で発生することによるが、この３フィールドは、映像の垂直同期期間（１フィールド）と蛍光灯の点滅周期の最小公倍数である。
【００２２】
図４は、フリッカー発生のメカニズムを示す図である。蛍光灯を電源周波数５０Ｈｚで点灯した場合、点滅周期は１／１００ｓｅｃとなる。一方ＣＣＤからの撮像信号は、垂直同期期間（１フィールド）が１／６０ｓｅｃの周期となる。この場合、両者の周期が異なるため、各フィールドでの蛍光灯の明るさが異なり、その結果映像の輝度レベル（Ａ１，Ａ２，Ａ３）が変動しフリッカーが発生する。この明るさの変動は、両者の周期の最小公倍数である３フィールド（１／２０ｓｅｃ）周期で発生する。よって、フリッカーキャンセルのためには、３フィールド期間の各信号レベルを揃えればよい。
【００２３】
次に、各部の動作を詳細に説明する。
撮像素子１では、同期周波数で決まる各フィールドにおいて、撮像期間の間だけＣＣＤに露光することにより映像を電気信号に変換して信号処理部２へ出力する。信号処理部２では、映像信号を出力するために信号処理が実施される。信号処理部２の出力は出力部３で増幅されてビデオ信号として出力される。
【００２４】
信号処理部２の出力は同時にフリッカー検出部４にも入力される。フリッカー検出部４では、バンドパスフィルタ等で映像信号からフリッカー成分を抜き出し、フリッカーの有無の判定を行う。あるいは、フィールドごとの輝度信号のピーク位置を検出し、そのピーク位置の周期性の有無やその周波数に基づいて行う。なお、フリッカー検出は、被写体の照度を電気信号に変換する照度センサー等を別に設け、その出力からフリッカー成分を検出してもよい。映像信号と照度センサーを併用して検出してもよい。フリッカーの判定結果は、スイッチャー６を経由してカメラ制御部９に入力する。フリッカー有りと判定されると、カメラ制御部９では、撮像期間を補正することによりフリッカーキャンセルの処理を実行する。
【００２５】
フリッカーキャンセル処理のため、信号処理部２の出力は積算部５に入力され、積算部５ではフィールドごとに輝度レベルを撮像期間に渡り積算する。各フィールドの積算値Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、スイッチャー６に入力する。スイッチャー６では各フィールドの積算値を保持し、フリッカー発生時の各フィールドの積算値を比較器７１，７２，７３へ分配する。フリッカー発生時の輝度レベルは３フィールド周期で変動するので、スイッチャー６は、各フィールドの積算値Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を対応する３個の比較器７１，７２，７３へ切り替えて出力する。
【００２６】
比較器７１，７２，７３では、入力した積算値Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を基準値発生部８からの基準値Ｓ０と比較し、その差分値（＝積算値−基準値）ΔＳ１，ΔＳ２，ΔＳ３をカメラ制御部９へ出力する。ここで基準値発生部８の出力する基準値Ｓ０は、カメラ制御部９から設定された目標の明るさを積算値に換算したもので、露光制御の基準となる。
【００２７】
カメラ制御部９では、各比較器７から入力する差分値ΔＳ１，ΔＳ２，ΔＳ３の大きさに応じて、各フィールドの撮像期間の値ｔ１，ｔ２，ｔ３を設定する。差分値ΔＳが正（積算値が基準値よりも大きい）の場合は、撮像期間ｔを短くして積算値Ｓが小さくなるように補正する。差分値ΔＳが負（積算値が基準値よりも小さい）の場合は、撮像期間ｔを長くして積算値Ｓが大きくなるように補正する。そして、設定した撮像期間の各値をｔ１→ｔ２→ｔ３→ｔ１→・・・のように順次切り替えて、撮像期間のタイミング信号を生成する。撮像素子駆動部１０は、タイミング信号から撮像期間を示す駆動パルスを生成して撮像素子１へ出力する。
【００２８】
以上の構成により、各フィールドでの撮像期間ｔ１，ｔ２，ｔ３を補正することで輝度レベルの積算値Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を基準値Ｓ０に近づけ、フリッカーを除去するものである。
【００２９】
図２は、本実施例におけるフリッカーキャンセル動作を示すタイミング図である。
（ａ）は、電源周波数５０Ｈｚにて蛍光灯を点灯させた場合の明るさの変化を示したものである。点滅の周期は１／１００ｓｅｃとなる。
【００３０】
（ｂ）は、カメラの撮像タイミングであり、周期１／６０ｓｅｃである。ここで、信号がＨｉレベルの期間ｔ１，ｔ２，ｔ３・・・が撮像期間、すなわちＣＣＤに露光されている期間である。この撮像期間に取り込まれた信号が、そのフィールドの映像信号となる。
（ｃ）は積算部５の出力で、（ｂ）のタイミングで撮像された映像信号の輝度レベルを積算したときの積算値Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・・を示す。初期状態では各フィールドの撮像期間ｔ１，ｔ２，ｔ３は一定であり、各撮像タイミングでの輝度レベル（蛍光灯の明るさ）が異なっているため、各積算値Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が異なる値となる。そのため映像が明暗を繰り返し、フリッカーが発生する。
【００３１】
（ｄ）は比較器７１への入力であり、スイッチャー６によりフィールド１での積算値Ｓ１を入力する。積算値Ｓ１を基準値Ｓ０と比較し、その差分値ΔＳ１（＝Ｓ１−Ｓ０）を求める。
（ｅ），（ｆ）は、比較器７２，７３への入力であり、スイッチャー６によりフィールド２，３での積算値を入力する。積算値Ｓ２，Ｓ３を基準値Ｓ０と比較し、それらの差分値ΔＳ２，ΔＳ３を求める。各比較器への入力はスイッチャー６で切り替えているため、フリッカー発生中も、（ｄ），（ｅ），（ｆ）の各積算値Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は一定に保持されている。
【００３２】
（ｄ），（ｅ），（ｆ）で求めた差分値ΔＳ１，ΔＳ２，ΔＳ３は、カメラ制御部９において、以後のフィールドにおける撮像期間の補正に用いられる。すなわち、（ｄ）における差分値ΔＳ１から、次のフィールド１’における撮像期間ｔ１’を補正する。この場合は差分値ΔＳ１が負（Ｓ１がＳ０よりも小さい）であるので、撮像期間ｔ１’を長く補正する。同様に（ｅ），（ｆ）の場合も、差分値ΔＳ２，ΔＳ３から次のフィールド２’，３’における撮像期間ｔ２’，ｔ３’を補正する。撮像期間を補正するとき、この図では、撮像終了点を固定し撮像開始点を移動させるようにしたが、逆に、撮像開始点を固定し撮像終了点を移動させるようにすることもできる。
【００３３】
補正した撮像期間ｔ１’，ｔ２’，ｔ３’で撮像した次の各フィールドの映像信号の積算値はＳ１’，Ｓ２’，Ｓ３’となる。各フィールドでの積算値Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’は基準値Ｓ０に近づき、その輝度レベルは等しくなることから、フリッカーを除去することができる。
【００３４】
上記の説明では、簡単のために、１回の撮像期間の補正で積算値が基準値に等しくなるものとしたが、（ａ）のように輝度レベルは撮像タイミング（位相）によって大きく変化するので、撮像期間の補正量はその撮像タイミングによっても異なる。従って、１回の補正でフリッカーを十分に除去できるとは限らず、そのような場合には補正を複数回繰り返して行うようにする。また、差分値ΔＳに対して、フリッカーとして目で検知されないような許容値ΔＳ０を設定する。そして、ΔＳが許容値ΔＳ０以下の場合は補正を行わず、現在の撮像時間をそのまま継続するようにする。
【００３５】
ここで、差分値ΔＳから撮像期間ｔを補正する方法を説明する。第１の方法は、１回の補正量Δｔを一定の値Δｔ０に固定するものである。この値Δｔ０は撮像期間に比較して十分小さい値とする。差分値ΔＳが正の値なら撮像期間をΔｔ０だけ短く、差分値ΔＳが負の値なら撮像期間をΔｔ０だけ長く補正する。そして、得られる差分値ΔＳが許容値ΔＳ０以下になるまでこの補正を繰り返す。この方法によれば、精度良くフリッカーを除去することができる。
【００３６】
第２の方法は、１回の補正量Δｔを可変とするものである。そのために、ΔＳの値と補正幅Δｔの関係を予め定めておき、検出したΔＳの大きさに応じて補正量Δｔを与える。その際、ΔＳとΔｔの関係は、蛍光灯の明るさの変化に合わせて非線形の補正を行えるようにする。この方法によれば、少ない補正回数でフリッカーを除去することができる。
【００３７】
図３は、フリッカーキャンセル処理のフローチャートを示す図である。ここでは、撮像期間の補正方法として、上記第１の方法を用いた場合を示す。
Ｓ１０１では、フリッカー検出部４により、フリッカー発生の有無を判定する。フリッカーの判定は、例えばバンドパスフィルタ等で映像信号からフリッカー成分を抜き出すことで行う。フリッカー有りの場合は次のＳ１０２へ進む。フリッカーなしの場合は処理を終了する（現在の撮像条件を継続する）。
【００３８】
Ｓ１０２以降はフリッカーキャンセル処理であり、各フィールドｉ（ｉ＝１，２，３）について順次実行する。Ｓ１０２では、積算部５は各フィールドｉにおける映像信号の輝度レベルを積算し、各積算値をＳｉとする。
Ｓ１０３では、比較器７は各積算値Ｓｉを基準値Ｓ０と比較して、その差分値ΔＳｉ（＝Ｓｉ−Ｓ０）を求める。
【００３９】
Ｓ１０４では、カメラ制御部９は差分値ΔＳｉの絶対値が許容値ΔＳ０以下かどうか判定する。許容値以下であれば、処理を終了する。許容値より大きければ次のＳ１０５へ進む。
Ｓ１０５では、さらに差分値ΔＳｉの正負を判定する。ΔＳｉが正（積算値が基準値よりも大きい）の場合はＳ１０６へ進み、ΔＳｉが負（積算値が基準値よりも小さい）の場合はＳ１０７へ進む。
【００４０】
Ｓ１０６では、撮像期間ｔｉを所定幅Δｔ０だけ短く補正しｔｉ’とする。Ｓ１０７では、撮像期間ｔｉをΔｔ０だけ長く補正しｔｉ’とする。補正した撮像時間ｔｉ’にて、次の各フィールドｉ’（ｉ’＝１’，２’，３’）の映像を取りこむ。
【００４１】
Ｓ１０６、Ｓ１０７の処理後は、上記Ｓ１０２の処理に戻り上記の処理を繰り返す。そして、新たな積算値と基準値との差分値を求め、その絶対値が許容値より大きければ、撮像期間をさらにΔｔ０だけ短く（または長く）補正する。このようにして、差分値の絶対値が許容値以下になるまで繰り返す。なお、補正量Δｔ０の大きさは、初回の値に対し、２回目、３回目・・・となるにつれ、徐々に小さな値にしても良い。
【００４２】
以上の処理により、各フィールドの積算値は基準値に等しくなり、フリッカーが除去される。なお、撮像期間を補正する際には、前記第２の補正方法のように、補正幅をそのときの輝度レベルに応じて可変としても良い。また、撮像期間を変更する場合、撮像開始点または撮像終了点のいずれを変更するようにしてもよい。
【００４３】
本実施例では、各フィールドの輝度レベルの積算値を基準値と比較し、それぞれの差分値に応じて撮像期間の長さを補正するようにした。よって、従来方法と比べて次の点で優れる。
（１）各フィールドの撮像期間を補正する際、撮像開始点または撮像終了点は固定されているので、撮像間隔が大きく変動することがない。よって、動きのある映像であっても、動きがぎくしゃくせず滑らかな映像が得られる。
（２）輝度レベルが小さい場合は撮像期間（露光時間）を長く補正する。その際ゲインは一定であるので、ノイズが増加することはない。
（３）撮像期間を補正する際、補正量の範囲が制限されることはなく、かつ補正を繰り返すことで補正量を加算することができる。よって、大きなフリッカーが発生してもそれに十分追従し、かつきめ細かな調整によりフリッカーを十分に抑制することができる。
（４）光学系の絞り機構による露光制御を必要としないので、超小型の撮像装置を実現できる。
【符号の説明】
【００４４】
１…撮像素子、
２…信号処理部、
３…出力部、
４…フリッカー検出部、
５…スイッチャー、
６…積算部、
７（７１，７２，７３）…比較器、
８…基準値発生部、
９…カメラ制御部、
１０…撮像素子駆動部、
ｔ…撮像期間、
Ｓ…積算値、
Ｓ０…基準値、
ΔＳ…差分値。
【図１】
2010200133.tif 000003
【図２】
2010200133.tif 000004
【図３】
2010200133.tif 000005
【図４】
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