(57)【要約】【課題】赤外線カットフィルタの切替制御を行う撮像装置において、撮影環境の赤外線光量変動に対応する赤外線カットフィルタ切替制御を可能とすることを目的とする。【解決手段】光学レンズと撮像素子の間に赤外線カットフィルタを挿入した際に省かれる赤外線光量、あるいは、光学レンズと撮像素子の間から赤外線カットフィルタを脱離した際に含まれる赤外線光量の評価手段と、前記赤外線光量評価値の履歴を保存する履歴手段と、前記履歴手段に保存される赤外線光量評価値の中から特定の赤外線光量評価値を選択する選択手段と、前記特定された赤外線光量評価値に基づいて赤外線カットフィルタの挿入あるいは脱離制御の基準値を可変とすることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学レンズと、撮像素子と、前記撮像素子の出力信号レベルを一定にするようにフィードバック制御を行なう自動利得制御部（ＡＧＣ）と、前記ＡＧＣの出力信号を映像信号に変換する信号処理部と、前記ＡＧＣの利得量が閾値Ａ以上の場合は赤外線カットフィルタを前記光学レンズと前記撮像素子の間に挿入し、前記ＡＧＣの利得量が閾値Ｂ（Ｂ＜Ａ）以下の場合は前記赤外線カットフィルタを前記光学レンズと前記撮像素子の間から脱離する制御を行うフィルタ切替制御部と、
赤外線カットフィルタ挿入前後のＡＧＣ利得量の差を所定の挿入回数分保存するとともに、赤外線カットフィルタ挿入時に前記所定の挿入回数分のＡＧＣ利得量差情報を更新するフィルタ挿入履歴部と、
赤外線カットフィルタ脱離前後のＡＧＣ利得量の差を所定の脱離回数分保存するとともに、赤外線カットフィルタ脱離時に前記所定の脱離回数分のＡＧＣ利得量差情報を更新するフィルタ脱離履歴部と、
前記フィルタ挿入履歴部に保存されている前記ＡＧＣ利得量差情報から特定のＡＧＣ利得量差Iを選択し、あるいは、前記フィルタ脱離履歴部に保存されている前記ＡＧＣ利得量差情報から特定のＡＧＣ利得量差IIを選択する感度上昇期待値演算部と、
前記感度上昇期待値演算部にて選択された前記特定のＡＧＣ利得量差Iに基づいて閾値Ａを補正、あるいは、前記特定のＡＧＣ利得量差IIに基づいて前記閾値Ｂの補正を行なう切替制御基準演算部と、
を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置において、前記感度上昇期待値演算部にて選択したＡＧＣ利得量差が大きい程、前記閾値Ａ、前記閾値Ｂ、及び、前記閾値Ａと前記閾値Ｂの差を大きくする手段を前記切替制御基準演算部に具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１記載の撮像装置において、
タイマーと、前記タイマー設定時間経過後に前記赤外線カットフィルタの挿着指示を前記フィルタ切替制御部に行うデータ取得モード制御部と、
前記感度上昇期待値演算部にて選択されたフィルタ挿入時のＡＧＣ利得量差の情報が所定値以上の場合は前記フィルタ切替制御部を駆動し、該ＡＧＣ利得量差の情報が所定値未満の場合は前記データ取得モード制御部に前記タイマー設定を行う制御モード切替部とを具備することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線カットフィルタの自動挿脱制御機能を持つ撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置は、多くの場合、赤外線カットフィルタ、もしくは、赤外線をカットする同様の手段を用いて、撮像素子に届く赤外光を減衰させている。これは、人間の目には赤外光領域が見えていないのに対して、撮像素子が赤外光領域にも感度を持つため、撮像素子の出力信号に赤外光を含んだ信号が含まれることにより生じる不自然な色付きの映像を防止する為である。
【０００３】
一方、夜間のような光量が充分に得られない状況で撮影する場合には、赤外光を利用することで撮像装置の感度を向上させることができる。即ち、撮像装置に赤外線カットフィルタの着脱制御機能を設けて、光量が充分な状況では赤外線カットフィルタを装着し、光量が不十分な状況になると、赤外線カットフィルタを外して撮像装置の感度を向上させている。ただし、上述した様に赤外線カットフィルタを外すと発色が不自然となることから、白黒撮影に切替えている。
【０００４】
例えば、街路等を監視する監視用ビデオカメラでは、昼夜を問わず監視可能な映像を得る必要があり、昼間は赤外線カットフィルタを装着し、夕暮れ時になると赤外線カットフィルタを自動的に外す、夜明けになると再び赤外線カットフィルタを自動的に装着する赤外線カットフィルタの自動着脱制御機能を持つ撮像装置がある。
【０００５】
この赤外線カットフィルタの着脱判定は、撮像装置のレンズに入力する光量に基づいて行われており、光量が所定値以上あり、撮像装置の出力映像を充分明るく保てる時にはカラーで撮影し、光量が減少して所定値未満となり、撮像装置の出力映像の明るさを保てない様な必要最低限の場合に白黒で撮影するように切替えている。
【０００６】
しかし、被写体からの入射する光に含まれる赤外光の量と可視光の量の比率は一定ではなく、赤外線カットフィルタを装着した状態での光量、即ち、赤外光を含まない光量にて所定値未満と判定して赤外線カットフィルタを外した場合、赤外光による光量増加によって、再び、光量が所定値以上と判定して赤外線カットフィルタを装着する脱着を繰り返すハンチングと呼ばれる現象が発生する場合がある。
【０００７】
このようなハンチング現象の防止に関して、特許文献１は、「被写体照明の違いによって感度差が大きく異なるため、カラー撮影と白黒撮影との積分判定値にヒステリシスを形成しただけでは、ハンチング現象を充分に防止することができなかった。」ことを課題として、「赤外線カットフィルタの切替制御部は、ＡＧＣ(Auto Gain Controller)制御部から出力されるフィードバック制御値より、赤外線カットフィルタを用いた撮影とダミーフィルタを用いた撮影の感度差を求め、この感度差に基づいてフィルタの切り替えタイミングを調整する。」ことを解決手段として開示している。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１９８９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、赤外線カットフィルタの自動着脱制御機能を有する撮像装置は、防犯・監視用途の撮像装置として利用される場合が多く、設置された撮影環境で昼夜問わず撮影し続ける。また、赤外線カットフィルタの自動着脱制御機能を有する撮像装置の設置は、設置場所が高所であったり、設置台数が多かったりするため、設置作業は昼間に行われることが多く、実際に赤外線カットフィルタの着脱が行われる夕暮れ時や夜明けといった撮影環境とは異なる環境で赤外線カットフィルタの着脱判定の設定作業を行わなければならないことも珍しくない。
【００１０】
そのため、大きく２通りの意図しない設定になってしまうことがある。１つ目は、赤外光が少なく赤外線カットフィルタを外してもあまり感度が上昇しない環境で必要以上に長い時間モノクロで撮影するような設定にしてしまう場合である。２つ目は、逆に赤外光が多く赤外線カットフィルタを外すことで充分感度の上昇が見込めるような環境で、必要以上にカラー撮影の時間を長くとってしまう事で、S/Nが悪く、暗い映像で撮影をおこなってしまう場合である。
【００１１】
また、撮像装置の設置後、近隣の照明環境が変化し赤外光量が撮像装置設置当初と変化するような場合も想定され、そういった場合には赤外線カットフィルタの制御に関する設定を再度見直す必要が発生する。
【００１２】
しかし、特許文献１に記載するＡＧＣ制御部から出力されるフィードバック制御では、赤外線カットフィルタを用いた撮影とダミーフィルタを用いた撮影の感度差が白黒判定値以上の場合に白黒撮影に切替えているが、白黒判定値を感度差に応じて可変とすることが不可能であることから、上述する環境条件の変化に応じて調整することができない。
そこで、本発明では設置環境に応じて赤外線カットフィルタの制御基準を自動的に変更する機能を持った撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、光学レンズと撮像素子の間に赤外線カットフィルタを出し入れする切替制御を行う撮像装置において、赤外線カットフィルタを挿入した際に省かれる赤外線光量と光学レンズと撮像素子の間から赤外線カットフィルタを脱離した際に含まれる赤外線光量の評価手段と、前記赤外線光量評価値の履歴を保存する履歴手段と、前記履歴手段に保存される赤外線光量評価値の中から特定の赤外線光量評価値を選択する選択手段と、前記特定された赤外線光量評価値に基づいて赤外線カットフィルタの挿入あるいは脱離制御の基準値を可変とすることを特徴としており、詳細手段は請求項記載による。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の撮像装置によれば、撮影環境に赤外光が多かった場合には、赤外光量を生かして、低照度でもS/Nの良い画像を実現し、撮影環境に赤外光が少なかった場合には、必要以上に長い時間モノクロで撮影するのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に関わる撮像装置の実施例について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に関わる撮像装置の構成を示すブロック図である。
【００１７】
図1において、レンズ１は撮像装置への入射光を撮像素子４の撮像面に結像させ、絞り２は撮像素子４の撮像面まで到達する光量を調節する。赤外線カットフィルタ３は撮像素子４の撮像面へ到達する光から赤外光を除去する。撮像素子４は撮像面にて受光した光を電気信号に変換する。
【００１８】
信号処理部５は内部に自動利得制御部（AGC）を保持し、マイコン１６からの制御により撮像素子４の出力信号レベルを調整し、特定のフォーマット（NTSC方式やPAL方式など）に変換して出力する。
【００１９】
モーター(絞り用)６は、マイコン16内部で演算された制御量とタイミングで絞り２を制御する。モーター(赤外線カットフィルタ用)７は、マイコン16内部の切替制御・切替前後データ取得部８から出力される切替制御信号によって駆動され、レンズ１と撮像素子４の間の赤外線カットフィルタ３の着脱を行なう。
以下、マイコン16内の制御について説明する。
【００２０】
まず、照度推定演算部13にて被写体の明るさを判定する。本実施例では、信号処理部５のAGCの利得量(G)を基に照度推定値(L)の関係をＬ＝１／Ｇとして演算し、AGCの利得量(G)が大きいほど暗く、小さいほど明るいと判断しており、１フィールド毎（NTSC方式で1/60秒毎）に照度推定値(L)を更新している。
【００２１】
照度推定演算部13にて算出された照度推定値（L）は、切替制御・切替前後データ取得部８及び通常制御モード切替タイミング制御部10に出力される。
【００２２】
制御モード切替部９は、後述する”感度上昇期待値ＳＵ”が最低要求レベル(SUreq)以上の場合には”通常制御モード”を選択し、最低要求レベル（SUreq）よりも小さい場合には”データ取得モード”を選択する。
【００２３】
通常制御モード切替タイミング制御部10は、制御モード切替部９が”通常制御モード”を選択している時だけ機能し、照度推定演算部13から通知される”照度推定値（Ｌ）”と切替制御基準演算部15から通知される後述する”切替制御基準”を比較判定し、切替制御・切替前後データ取得部８に対して赤外線カットフィルタ３を着脱する切替タイミングを通知する。
【００２４】
データ取得モード切替タイミング制御部11は、制御モード切替部９が”データ取得モード”を選択している時だけ機能しておりほぼカラー固定モードとして動作する。ただし、”データ取得モード”は、タイマー14によって１日の中で極短い間、赤外線カットフィルタ３を外す期間を設けている。例えば、毎日0時0分に切替指示を切替制御・切替前後データ取得部８に赤外線カットフィルタ３を着脱する切替タイミングを通知する。この切替指示をトリガーに、感度上昇期待値が更新され、制御モードの見直しも行われる。この時、“感度上昇期待値ＳＵ”が最低要求レベルSUreqを上回っていれば、通常制御モードに復帰する。
【００２５】
切替制御・切替前後データ取得部８は、通常制御モード切替タイミング制御部10およびデータ取得モード切替タイミング制御部11からの切替タイミングの通知に基づいてモーター（赤外線カットフィルタ用）７に切替動作を行うための切替制御信号を出力するとともに、照度推定演算部13より切替直前の照度推定値Ｌを取得し、「切替直前照度（La）」として保持する。
【００２６】
一方、赤外線カットフィルタ３が撮像素子４の撮像面から外されると、撮像素子４の出力信号が大きくなることで、信号処理部５の中でAGCの利得量Gが徐々に小さくなる（赤外線カットフィルタを外した瞬間に利得量が小さくなる訳ではないことに注意）。数フィールド後に、撮像素子４の出力信号量に応じたAGCの利得量に安定する。
【００２７】
切替制御・切替前後データ取得部８は、この切替直後の安定した照度推定値を「切替直後照度（Lb）」として保持し、感度上昇期待値演算部12に「切替直前照度（La）」とともに「切替直後照度（Lb）」を送信し、”感度上昇期待値”更新要求を行う。
【００２８】
感度上昇期待値演算部12は、切替制御・切替前後データ取得部８からの感度上昇期待値更新要求を受けて、「切替直前照度（La）」「切替直後（Lb）」の差分値（La-Lb）を求める。直近10回の差分値（La-Lb）を記憶しておき、新規に差分値（La-Lb）を入手すると最も古いデータから順に削除する更新が行なわれる。この直近10回の差分値（La-Lb）の最大値を現在の”感度上昇期待値ＳＵ”とする。
【００２９】
“感度上昇期待値ＳＵ”を更新した場合、感度上昇期待値SUに基づいて切替制御基準演算部15の”切替制御基準値”と制御モード切替部９の制御モード更新要求を行う。
【００３０】
切替制御基準演算部15は、感度上昇期待値演算部12からの更新要求を受けて”切替制御基準値”を更新する。制御モード切替部９は、感度上昇期待値演算部12からの更新要求を受けて、制御モードの更新を行う。
【００３１】
次に、図２の制御フローチャート、及び、図３に図示する感度上昇期待値SUとAGCの利得量(G)の関係におけるカラー→モノクロ切替閾値とモノクロ→カラー切替閾値に基づいて、本発明の制御方法を説明する。
【００３２】
まず、モード判定部で感度上昇期待値SUに応じて、赤外線カットフィルタの自動制御モードを２つのモード（通常制御モード・データ取得モード）を自動的に切替える。
【００３３】
通常制御モードにおける赤外線カットフィルタの自動制御は以下に示す手順で行う。通常制御モードでの切替制御のために、照度推定値Ｌに対して２つの切替制御基準値を設ける。２つの制御基準値は、赤外線カットフィルタを挿入するための基準値RVinと、赤外線カットフィルタを脱離するための基準値RVoutである。通常制御モード中は、定期的に照度推定値Lと制御基準値の比較を行う。この比較を行った時に、照度推定値Lが基準値RVinよりも大きければ赤外線カットフィルタを挿入し、照度推定値Lが基準値RVoutよりも小さければ赤外線カットフィルタを脱離する。通常制御モードでは、この切替の度に感度上昇期待値SUを更新する。
【００３４】
上記の制御に加えて、RVin、RVoutを感度上昇期待値SUに応じて動的に変化させる。
まず、RVoutの可変制御について説明する。感度上昇期待値SUが小さく、モノクロ撮影に切替えてもあまり効果が得られない環境では、暗くなってもカラー撮影を継続するように基準値RVoutを小さく設定する。逆に、感度上昇期待値SUが大きく、モノクロ撮影に切替えた場合に大きな効果が得られる環境では、RVoutを大きく設定し、ある程度明るいうちにモノクロ撮影に切替えてS/Nのよい映像を撮影出来るようにする。
【００３５】
次に、RVinの可変制御について説明する。RVinの可変制御も、感度上昇期待値SUが大きい時に大きく設定し、感度上昇期待値SUが小さい時に小さくすることを基本とする。ただし、必要以上に長い時間モノクロ撮影を継続することを防ぐため、RVoutとRVinの差が感度上昇期待値SUが小さいほど小さくなる様に、大きいほど大きくなる様に変化させる。
【００３６】
図３に本実施例での感度上昇期待値SUと切替制御基準値RVin・RVoutの関係を示す。図の横軸が感度上昇期待値SUを表し、縦軸が制御基準値を表している。本実施例で示す撮像装置では、感度上昇期待値SUと制御基準値の関係が線形になる様に変化させる。
【００３７】
データ取得モードでは、既に述べた様に、タイマーで管理した特定の時刻に非常に短い時間で赤外線カットフィルタの着脱を行い、感度上昇期待値SUを更新する。
【００３８】
これらの制御により、赤外光が少なくモノクロ撮影に切替えることのメリットが少ない場合には、なるべく赤外線カットフィルタを外さないで、カラー撮影を継続するような制御基準の変更ができるようになる。さらに、ほとんど効果の無い環境においては、自動制御を停止し、その後撮影環境の変化で赤外光量が増加した場合などには自律的に自動制御を復帰することができる様になる。また、赤外光が多く、モノクロ撮影に切替えることのメリットが多い場合には、AGCの利得に過剰に頼らないS/Nの良い画像を得るように制御基準を変更することも可能となる。
【００３９】
以上、前述の課題を解決しうる本発明の好適な実施例を図面を用いて説明した。本発明の撮像装置であれば、設置作業者は赤外線カットフィルタの制御に関する設定を行う必要がなくなる、さらに設置環境の赤外光量が変化した様な場合であっても、撮像装置が自ら設定値の見直しを行うため再設定の必要もなくなる。よって、本発明は産業上の利用の可能性が充分にあると考える。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のブロック図
【図２】本発明の全体処理フロー
【図３】感度上昇期待値に応じた制御基準設定
【符号の説明】
【００４１】
１・・・レンズ
２・・・絞り
３・・・赤外線カットフィルタ
４・・・撮像素子
５・・・信号処理部
６・・・モーター（絞り用）
７・・・モーター（赤外線カットフィルタ用）
８・・・切替制御・切替前後データ取得部
９・・・制御モード切替部
１０・・・通常制御モード切替タイミング制御部
１１・・・データ取得モード切替タイミング制御部
１２・・・感度上昇期待値演算部
１３・・・照度推定演算部
１４・・・タイマー
１５・・・切替制御基準演算部
１６・・・マイコン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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