(57)【要約】【課題】監視対象となる撮影エリアの中で局所的な輝度変動が生じても、撮影エリア内で特に詳細な監視を必要とするエリア内の画像が極端な露光オーバー／露光アンダーになることを防ぐ。【解決手段】画角θ１の第一カメラ５と、画角θ２の二台のカメラモジール６ａ，６ｂを組み合わせた第二カメラ６と、画角θ３の三台のカメラモジュール７ａ，７ｂ，７ｃを組み合わせた第三カメラ７とから監視カメラシステムを構成する。第三カメラ７を構成するカメラモジュール７ｂに広ダイナミックレンジのイメージセンサを用い、カメラモジュール７ｂの撮影画像が自動露光制御で明るさ調節された場合でも、画面内に白トビや黒ツブレがなくなる。【選択図】図１
2008147777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像された被写体像を光電変換するイメージセンサを備え、互いに焦点距離が異なる複数種類のカメラを用い、前記各々のカメラの最適撮影距離を焦点距離が長いカメラほど遠距離側に設定してほぼ共通の撮影エリアをそれぞれ個別の自動露光制御のもとで撮影する監視カメラシステムにおいて、
前記複数種類のカメラのうち最も焦点距離が長いカメラを焦点距離が等しい複数のカメラモジュールで構成し、このカメラモジュールの台数に応じて前記撮影エリアを複数の区画エリアに分割して分割された各々の区画エリアを前記カメラモジュールで個別に撮影するとともに、前記カメラモジュールのいずれかに他のカメラモジュールよりも光電変換特性のダイナミックレンジを広くしたイメージセンサを用いることを特徴とする監視カメラシステム。
【請求項２】
前記複数の区画エリアは水平方向に長い撮影エリアを水平方向に三等分して設定され、その中央の区画エリアを撮影するカメラモジュールに前記ダイナミックレンジが広いイメージセンサを用いたことを特徴とする請求項１記載の監視カメラシステム。
【請求項３】
撮影エリアが水平方向に長く設定され、前記互いに焦点距離が異なる複数種類のカメラが、最適撮影距離が近距離に設定された一台の広角カメラと、最適撮影距離が中距離に設定された標準カメラと、最適撮影距離が遠距離に設定された望遠カメラとからなり、前記標準カメラはその撮影エリアを水平方向に二等分した区画エリアを個別に撮影する二台の標準カメラモジュールで構成され、前記望遠カメラはその撮影エリアを水平方向に三等分した区画エリアを個別に撮影する三台の望遠カメラモジュールで構成されるとともに、三等分された区画エリアのうち中央の区画エリアを撮影する望遠カメラモジュールに広いダイナミックレンジをもつイメージセンサを用いたことを特徴とする請求項１記載の監視カメラシステム。
【請求項４】
前記自動露光制御は、それぞれのイメージセンサからの撮像信号を利用した平均測光に基づいて行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の監視カメラシステム。
【請求項５】
道路上を走行する自動車の交通監視装置として車載型で用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の監視カメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数のカメラを使用した監視カメラシステムに関し、詳しくは自動露光制御のもとで撮影を継続しながらも、撮影エリア内の局所的なエリアで極端な露光オーバー・露光アンダーが生じて撮影情報が失われることを防止した監視カメラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
監視用途で使用されるカメラには、一方では広い監視エリアをカバーしながらも、他方では被写体を容易に識別できる程度の倍率で撮影することが要求される。こうした背景から、撮影エリア全体をカバーする広角カメラと、広角カメラよりも撮影倍率が大きい望遠カメラとを組み合わせた監視カメラシステムが考案されている。これらのカメラには自動露光制御機能をもつデジタルカメラが使用され、各々のカメラは平均測光に基づく自動露光制御により撮影を行っているのが通常である。
【０００３】
平均測光による自動露光制御では、イメージセンサから出力された一画面分の撮像信号から一つの測光値を算出し、この測光値に基づいて撮影レンズに組み込まれた絞りの調節や、イメージセンサの電荷蓄積時間の調節などが行われている。このような露光制御方式はハード面・ソフト面での負担が少なく、動作も安定している反面、撮影エリア内の一部に大きな輝度変動があったときにはその影響が全画面に及びやすく、本来の監視対象物がオーバー露光あるいはアンダー露光になって適切な画像情報が得にくくなるという問題がある
【０００４】
この問題は、イメージセンサのダイナミックレンジが十分に広ければ軽減されるが、一般的なデジタルカメラに用いられているＣＣＤ型あるいはＣＭＯＳ型のイメージセンサのダイナミックレンジは５０〜６０ｄｂ程度で、通常の写真フイルムがもつダイナミックレンジが７０ｄｂ程度であることからもそれほど広いものではない。ダイナミックレンジを広げるには、フォトダイオード及び信号電荷の蓄積部からなる光電変換部のサイズを大きくすることで改善が可能であるが、これに伴って画素数が減少し解像度の低下が避けられない。
【０００５】
このような事情から、撮影エリア内の輝度レベルの変化が時間的・季節的に予測がつく場合には、その既知の情報を利用して監視対象となる被写体の輝度レベルが過度に変化しないように露光制御する方式が知られている（特許文献１）。また、撮影画面内における最大輝度と最小輝度とを検出するとともに、所定の高輝度レベルから最大輝度までに含まれる高輝度域と、所定の低輝度レベルから最小輝度までに含まれる低輝度域とが撮影画面全体に対してどの程度の面積割合になっているかに応じて測光値を算出し、この測光値に基づいて露光制御を行う方式が知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００１−２１１３８３号公報
【特許文献２】特開２００３−３１９２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１で知られる方式は、太陽の位置の変化や天候の変化など、予め想定される環境の変化に対しては有効であるが、人為的あるいは突発的な変化に対しては対応できない。また、特許文献２で知られる方式では画面全体の輝度分布パターンを評価するために、撮影画面を画素単位あるいは複数の領域に分割して輝度情報を取得しなければならず、画像処理が複雑化して処理時間も長くなる。このため、撮影画面内の一部の輝度が短時間のうちに変化するような場合には追従性も問題となる。また、イメージセンサから得た撮像信号に基づいて明るさに対応した階調信号を作る際に、種々の階調変換処理を行うことによって、主要被写体については十分なダイナミックレンジのもとで画像再生することも可能であるが、主要被写体を特定するために撮影画面内の動体ベクトルの解析が必要で信号処理も煩雑になり、監視用途に応じてカメラの種類や撮影倍率を変更する際には、測光あるいは露光制御プログラムも変更しなければならず汎用性の点で問題がある。
【０００７】
さらに、一般普及型のイメージセンサの中にも、例えば「スーパーＣＣＤハニカムＳＲ」（商品名）のように、解像度を維持しながらもダイナミックレンジを７０ｄｂ程度に高めたイメージセンサも知られているが、一般的なダイナミックレンジのイメージセンサと比較するとコスト負担が大きく、またイメージセンサから得た撮像信号に対する信号処理も複雑化する。したがって、上述のように監視カメラシステムを構成している複数のカメラの各々にこのようなイメージセンサを用いることは、コスト面で不利なだけでなく、時間的に連続した撮影が必要となる監視カメラシステムには適していない。
【０００８】
本発明は上記背景を考慮してなされたもので、時間経過とともに監視が必要な監視エリアの中に特に詳細に監視しなければならない局所的なエリアが想定されるとき、撮影エリア内で明るさが大きく変動するようなことがあったとしても、その局所エリアについては極端な露光オーバー・露光アンダーが生じないようにした監視カメラシステムをローコストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために、結像された被写体像を光電変換するイメージセンサを備え、互いに焦点距離が異なる複数種類のカメラを用い、前記各々のカメラの最適撮影距離を焦点距離が長いカメラほど遠距離側に設定してほぼ共通の撮影エリアをそれぞれ個別の自動露光制御のもとで撮影する監視カメラシステムを構成するにあたり、前記複数種類のカメラのうち最も焦点距離が長いカメラを焦点距離が等しい複数のカメラモジュールで構成し、このカメラモジュールの台数に応じて前記撮影エリアを複数の区画エリアに分割して分割された各々の区画エリアを前記カメラモジュールで個別に撮影するとともに、前記カメラモジュールのいずれかに限って他のカメラモジュールよりも光電変換特性のダイナミックレンジが広いイメージセンサを用いることを特徴としている。
【００１０】
一般に、前記撮影エリアは水平方向に長くなるのが通常であるから、この撮影エリアを水平方向に三等分した区画エリアを設定してその各々を個別のカメラモジュールで撮影するのが実用的である。この場合、中央の区画エリアが重要な監視情報を含んでいることが確率的に高いので、この区画エリアを撮影するカメラモジュールに前記ダイナミックレンジが広いイメージセンサを用いるのがよい。
【００１１】
さらに、車載型の監視カメラシステムなどでは撮影エリア内の被写体像が動的に変化するので、その変化の様子を把握しやすくするためには、最適撮影距離が近距離に設定された一台の広角カメラと、最適撮影距離が中距離に設定された標準カメラと、最適撮影距離が遠距離に設定された望遠カメラとを用い、前記標準カメラはその撮影エリアを水平方向に二等分した区画エリアを個別に撮影する二台の標準カメラモジュールで構成し、前記望遠カメラはその撮影エリアを水平方向に三等分した区画エリアを個別に撮影する三台の望遠カメラモジュールで構成するのが有効で、この場合、三等分された区画エリアのうち中央の区画エリアを撮影する望遠カメラモジュールに広いダイナミックレンジをもつイメージセンサを用いるのが効果的である。そして、それぞれのカメラあるいはカメラモジュールで行われる自動露光制御は、各々のイメージセンサからの撮像信号を利用した平均測光に基づいて行うのが簡便である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、監視対象となる撮影エリアの中で特に詳細な監視を必要とする局所的なエリアについては、光電変換特性のダイナミックレンジが広いイメージセンサを用いたカメラモジュールで撮影が行われるので、その局所的なエリア内で多少の輝度変動が生じたとしても、そのエリアに含まれる画像の一部がいわゆる白トビや黒ツブレによって消失することが防止できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施形態として、図１に路上での車両の走行を監視する目的で使用される監視カメラシステムの外観を示す。このカメラシステムは、撮影ユニット２と、撮影ユニット２に組み込まれた複数種類のカメラあるいはカメラモジュールの駆動を制御し、また得られた各画像データを記録する記録装置を内蔵した制御ユニット３と、制御ユニット３に接続された携帯型のパソコン４とから構成される。パソコン４のモニタ４ａには、制御ユニット３から出力される編集後の画像信号に基づいて画像表示が行われる。なお、パソコン４の代わりに専用のモニタを接続して画像表示を行うようにしてもよい。
【００１４】
撮影ユニット２は制御ユニット３とともに振動吸収作用をもった支持装置により車内に取り付けられ、撮影ユニット２に組み込まれた各種のカメラは自動車のフロントガラスを通して前方を走行する自動車を撮影する。携帯型のパソコン４は例えば助手席のオペレータによって操作され、画像の観察を行うほかキーボードからの入力操作により画像の表示態様やカメラの動作を適宜に切替えることができるようにしてある。パソコン４の代わりに専用のモニタで画像観察を行う場合には、制御ユニット３に設けられた操作パネルを介してカメラの動作や画像の表示態様を切り替えることができる。
【００１５】
撮影ユニット２には第一カメラ５、二台のカメラモジュール６ａ，６ｂからなる第二カメラ６、三台のカメラモジュール７ａ，７ｂ，７ｃからなる第三カメラ７が組み込まれている。これらのカメラ５〜７は互いに略同じ画角で撮影を行うが、各々の撮影レンズの焦点距離はこの順に焦点距離が長くなっていくように設定され、また最適な撮影距離もこの順で遠くなっていくように撮影レンズのピント設定がなされている。これらの第一カメラ５，第二カメラ６，第三カメラ７は、相対的にはそれぞれ広角カメラ，標準カメラ，望遠カメラに相当する。
【００１６】
カメラモジュール６ａ，６ｂは撮影レンズも含め構造的には全く同一のものであるが、第二カメラ６の撮影エリアを二分して撮影できるように各々の撮影光軸が傾けられている。同様に、カメラモジュール７ａ，７ｂ，７ｃも撮影レンズを含め構造的には全く共通のもので、第三カメラ７全体の撮影エリアを三分して撮影できるように互いの撮影光軸は傾けられている。なお、カメラモジュール６ａ，６ｂ、カメラモジュール７ａ，７ｂ，７ｃは垂直方向での視差をなくすために水平に並べられているが、撮影距離に対して相互間隔はごくわずかであるから必ずしも水平配置にこだわらなくてもよい。
【００１７】
上記各カメラによる撮影エリアの態様を図２に概略的に示す。画角θ１の第一カメラ５は最適な撮影距離がＬ１となるようにピント設定され、撮影距離Ｌ１における撮影エリアＳ１が撮影範囲となり、撮影距離Ｌ１の前後にまたがって被写界深度ｄ１を有する。画角θ２のカメラモジュール６ａ，６ｂは最適な撮影距離がＬ２となるようにピント合わせされ、破線で示すように第一カメラ５の撮影エリアＳ１を二分して撮影できるようにそれぞれの撮影光軸が傾けられている。そして、これらのカメラモジュール６ａ，６ｂからなる第二カメラ６は全体として撮影エリアＳ２が撮影距離Ｌ２での撮影範囲となり、第二カメラ６もまた撮影距離Ｌ２の前後にまたがって被写界深度ｄ２を有している。
【００１８】
画角θ３のカメラモジュール７ａ，７ｂ，７ｃは、最適な撮影距離がＬ３となるようにピント設定され、一点鎖線で示すように第二カメラ６の撮影エリアＳ２を三等分して撮影できるように互いの撮影光軸が傾けられている。第三カメラ７は全体として撮影エリアＳ３が撮影距離Ｌ３での撮影範囲となり、撮影距離Ｌ３の前後にまたがるように被写界深度ｄ３を有する。なお、上述した各画角θ１〜θ３はいずれも水平方向の画角を表しており、垂直方向の画角は、それぞれの最適な撮影距離Ｌ１〜Ｌ３で撮影した場合を考慮し、監視対象となる被写体の画像サイズがどの程度になるかに応じて適宜に設定される。
【００１９】
第一〜第三カメラ５〜７の撮影距離Ｌ１〜Ｌ３はそれぞれのカメラの撮影レンズの焦点距離ｆ１〜ｆ３に対応し、ｆ１／Ｌ１＝ｆ２／Ｌ２＝ｆ３／Ｌ３となるように設定されている。例えば、それぞれの撮影レンズの焦点距離ｆ１，ｆ２，ｆ３が５０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍとすると、それぞれの撮影距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は５０ｍ、１００ｍ、２００ｍとなる。この結果、第一カメラ５で撮影距離Ｌ１に位置する被写体を撮影したときの像倍率と、第二カメラ６で撮影距離Ｌ２に位置する被写体を撮影したときの像倍率と、第三カメラ７で撮影距離Ｌ３に位置する被写体を撮影したときの像倍率は等しくなる。
【００２０】
各カメラの被写界深度ｄ１〜ｄ３の幅は、各々の撮影レンズの焦点距離と、設定された最適撮影距離によって変化するほかに、撮影レンズ系内に設けられた絞りの径に依存して変化する。よく知られるように、絞りの開口径を小さくすると被写界深度が大きく改善され、ピントが合っているとみなせる範囲を広げることができる。例えば撮影レンズの焦点距離が５０ｍｍの第一カメラ５や焦点距離が１００ｍｍの第二カメラ６では、絞りをＦ４あるいはＦ５．６程度まで絞れば広範囲の被写界深度を得ることができ、後側被写界深度で無限遠までカバーすることも可能となる。また、第一カメラ５と第二カメラ６、第二カメラ６と第三カメラ７の被写界深度は互いに部分的にオーバーラップしているから、監視対象となる被写体が被写界深度ｄ１〜ｄ３に含まれる撮影距離にあれば、少なくともいずれかのカメラでピントのあった状態で撮影することができる。
【００２１】
図４に第一カメラ５の電気的構成の概略を示す。なお、第二カメラ６を構成するカメラモジュール６ａ，６ｂ、第三カメラ７を構成するカメラモジュール７ａ，７ｂ，７ｃもその電気的構成の基本は同様で、例えば被写体像を光電変換して撮像信号を出力するイメージセンサとしてはいずれもＣＣＤ型のものが用いられ、撮像信号の処理も同様にして行われる。なお、第三カメラ７のカメラモジュール７ｂには、他のカメラやカメラモジュールよりも広いダイナミックレンジをもつイメージセンサ１０ａが用いられている点で異なり、またＡＥ制御回路２１ａも部分的に異なるのでその部分のみ図示したが、他の構成については重複及び図面の煩雑化を避けるために省略した。
【００２２】
第一カメラ５は、前述のように焦点距離が５０ｍｍの撮影レンズ５ｃを備え、絞り１２を通してＣＣＤ型のイメージセンサ１０に被写体像を結像する。イメージセンサ１０からの撮像信号はＡＧＣアンプ１３により適切なレベルに増幅され、Ａ／Ｄコンバータ１４でデジタル化された画素ごとの画像データとしてシステムバス１５に入力される。こうして入力された画像データは、システムコントローラ１７の管制下で画像信号処理回路１８により周知の画像処理が行われ、所定フォーマットのフレーム単位の画像データとしてフラッシュメモリ２０に書き込まれる。
【００２３】
ＡＥ制御回路２１はＡ／Ｄコンバータ１４から入力される画像データに基づいてフレーム単位で平均測光を行い、一画面分の平均輝度が適正範囲に収まっているか否かを判別する。そして、その判別結果に応じてシステムコントローラ１７はアイリスドライバ２２を介してアイリスモータ２２ａを駆動し、絞り１２の開口径を制御する。このとき絞り１２が開き過ぎないように、その最大開口径はＥＥＰＲＯＭ２４に書き込まれた絞り値データによって制限される。絞り１２が絞り値データで制限された最大開口径になっても露光量が不足する場合には、システムコントローラ１７を介してＡＧＣアンプ１３のゲインが調節されるようになっている。
【００２４】
ＡＦ制御回路２５は、よく知られるように画像信号のコントラスト成分に基づいて合焦度合いを評価し、その評価信号をシステムコントローラ１７に入力する。システムコントローラ１７は、評価信号が最も高くなるようにフォーカスドライバ２６を介してフォーカスモータ２６ａを駆動する。これにより、撮影レンズ５ｃは画像信号のコントラスト成分が極大となるような位置にフィードバック制御され、自動追従式に撮影レンズ５ｃは合焦位置に移動される。
【００２５】
ただし、このようなＡＦ制御回路２５による合焦動作は本発明のカメラシステムでは通常は省略される。そして、ＥＥＰＲＯＭ２４に書き込まれた撮影距離Ｌ１にピントが合致するように、システムコントローラ１７がフォーカスドライバ２６，フォーカスモータ２６ａにより撮影レンズ５ｃをピントセット位置に移動させ、その後は撮影レンズ５ｃはそのままの位置に保たれ固定焦点のままで撮影が行われる。第二カメラ６を構成するカメラモジュール６ａ，６ｂ、第三カメラ７を構成するカメラモジュール７ａ，７ｂ，７ｃについても、それぞれの撮影レンズの焦点距離が上記第一カメラの撮影レンズ５ｃと異なり、またＥＥＰＲＯＭ２４に書き込まれる最適撮影距離Ｌ２，Ｌ３、絞り値データが異なるだけで、基本的な電気的構成は同様のものとなっている。
【００２６】
こうしてカメラごとに得られる画像データはインタフェース回路２８を介して制御ユニット３に入力される。制御ユニット３には、入出力制御回路３０，画像合成装置３１，記録制御装置３２，記録装置３３，操作パネル３４が設けられ、さらに制御ユニット３にはモニタ４ａ付きのパソコン４が接続される。入出力制御回路３０はカメラごとに設けられているインタフェース回路２８との間で画像データや制御データの入出力を制御する。画像合成装置３１は、第一カメラ５，第二カメラ６，第三カメラ７からのそれぞれの画像データを個別に処理し、第二カメラ６及び第三カメラ７については二枚あるいは三枚の画像を一枚の画像に合成する。
【００２７】
記録制御装置３２は、操作パネル３４あるいはパソコン４からの操作入力に応じてＤＶＤレコーダなどの記録装置３３の動作制御を行う。記録装置３３は、各カメラから得られ必要に応じて一画面分に合成された画像データを動画記録する。なお、操作パネル３４やパソコン４から入力されるレリーズ操作信号、あるいはタイマーで設定された一定時間ごとに出力されるレリーズ信号に応答して静止画の記録を並行して行うことも可能である。
【００２８】
第三カメラ７に用いられているカメラモジュール７ｂには、他のカメラやカメラモジュールに内蔵されたイメージセンサと比較して光電変換特性のダイナミックレンジが広いＣＣＤ型のイメージセンサ１０ａが用いられている。このイメージセンサ１０ａは、例えば図４（Ａ）に概念的に示すように受光面上における画素配列構造に工夫が施され、一画素４０が受光面積の広い主画素４０ａと受光面積の狭い副画素４０ｂとからなる。主画素４０ａ，副画素４０ｂはそれぞれ被写体光を光電変換するフォトダイオードで構成され、光電変換して得た信号電荷を個別の電荷蓄積部に蓄える。それぞれの電荷蓄積部に蓄えられた信号電荷は各々の電荷転送路から個別に読み出され、撮像信号として出力される。なお、図４（Ｂ）は主画素４１ａと副画素４１ｂとを分けて配列した例を示すもので、このような画素配列でも同図（Ａ）のイメージセンサと全く同様の機能が得られる。
【００２９】
イメージセンサから画素ごとに出力される撮像信号はＡ／Ｄコンバータ１４によりデジタル変換され画素ごとの画像データに変換されるが、一般的なイメージセンサはダイナミックレンジが狭い。例えば、図５に示すように、暗黒部分（露光量０）から晴天時の空（露光量Ｂ２）までの露光量を信号レベル０からＳｍａｘまでのデジタル量で量子化することを前提としたとき、イメージセンサは露光量０から露光量Ｂ１までは露光量に対応した出力レベルの撮像信号を出力するが、露光量Ｂ１以上の露光量に対しては撮像信号の出力レベルが飽和状態となり、これを量子化しても露光量Ｂ１以上の露光量に対しては全て同じ信号レベルＳｍａｘしか得られない。
【００３０】
このような信号変換特性Ｋ１はイメージセンサがもつ光電変換特性に起因しており、露光量の変化に応じて信号レベルが変化する領域がダイナミックレンジに相当する。ダイナミックレンジは、撮影レンズの絞りを絞り込んで露光量を制限することによって、相対的に図５中で高露光量側にシフトさせることができるが、逆に低露光量側で狭められ、いわゆる黒ツブレになる範囲が広がる結果となる。したがって、画面全体の平均輝度に合わせて絞りや電荷蓄積時間の調節を行ってダイナミックレンジをどのようにシフトさせたとしても、画面内にダイナミックレンジでカバーしきれない低輝度被写体や高輝度被写体があると、黒ツブレや白トビとなってその被写体情報が失われることが避けられない。
【００３１】
これに対し、図４（Ａ）に示すように一画素を高感度の主画素４０ａと低感度の副画素４０ｂとから構成しておくと、図６（Ａ）に示すように、主画素４０ａからの撮像信号を量子化した画像データのほかに、副画素４０ｂからの撮像信号を量子化した画像データとを得ることができ、しかもこれらの画像データはそれぞれ異なった信号レベルをもつ。主画素４０ａからは、図５と同様に信号変換特性Ｋ１による画像データが得られるのに対し、副画素４０ｂからは副画素４０ｂの光電変換特性による信号変換特性Ｋ２による画像データが得られる。そして、これらの画像データを合成することによって、広いダイナミックレンジを得ることが可能となる。
【００３２】
図６（Ｂ）に破線で示すように、信号変換特性Ｋ１，Ｋ２による２種類の画像データを単に加算するだけでは、露光量Ｂ２に相当する信号レベルが本来の信号レベルＳｍａｘの２倍になってしまう。そこで、実線で示すように、信号変換特性Ｋ１，Ｋ２を加算した特性に対し、露光量Ｂ２で信号レベルＳｍａｘになるように高露光量側で圧縮を行った信号変換特性Ｋ３を予め用意しておき、この変換特性データを第三カメラ７のカメラモジュール７ｂに用いられているＡＥ制御回路２１ａに格納しておく。図４に示すような主画素及び副画素で一画素を構成するイメージセンサ１０ａとともにこの信号変換特性Ｋ３を利用することによって、カメラモジュール７ｂは広ダイナミックレンジのデジタルカメラとなる。なお、ダイナミックレンジが広い副画素４０ｂからの撮像信号だけで画像データを得ようとしても、通常の電荷蓄積時間では十分な信号レベルを得ることができないので撮像信号に大幅な増幅処理が必要となる。ところが被写体輝度が低い領域では、暗電流に代表されるノイズ成分が多く含まれているため、こうした増幅処理だけでは適正な画像データを得ることは困難となる。
【００３３】
また、図６（Ｂ）に示すように、信号変換特性Ｋ３の変曲点部分については滑らかな曲線で連結する処理を行っておく方が実用的である。さらに、信号変換特性Ｋ１，Ｋ２の合成手法あるいは高露光量側での圧縮手法には公知の種々のものを用いることが可能で、信号変換特性Ｋ３のプロファイルも必ずしも図示のものに限られず、露光量０〜Ｂ２のほぼ全域をダイナミックレンジに含んでいればよい。このような主画素・副画素を利用してダイナミックレンジを広げる手法については、特開２００４−２２０４３８号公報，特開２００４−２９７４０７号公報などで公知である。
【００３４】
以下、上記カメラシステムの作用について説明する。撮影に先立ち、制御ユニット３の操作パネル３４あるいはパソコン４からの操作入力により初期設定が行われる。初期設定される項目としては、まず第一カメラ５、第二カメラ６、第三カメラ７の撮影距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３があり、これらのデータはそれぞれのカメラのＥＥＰＲＯＭ２４に書き込まれる。システムコントローラ１７はこれらの設定データを読み取り、フォーカスドライバ２６，フォーカスモータ２６ａによりそれぞれの撮影レンズを各々の最適な撮影距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３にピントが合うように位置決めする。
【００３５】
各カメラの撮影距離の設定を行った後に、各カメラの水平方向における撮影光軸の傾き調節が行われる。各カメラを保持している撮影ユニット２のベースにはカメラの撮影光軸を水平方向に傾ける調整機構が設けられており、簡便にはモニタ４ａに表示される画像を観察しながら前記調整機構をマニュアル操作する。もちろん、この調整機構を電動式にしておけば、最適撮影距離の初期設定が行われた時点で自動的に撮影光軸の向きを調節することも可能となる。なお、垂直方向における撮影光軸の傾きは基本的には各カメラとも水平で構わないが、各カメラの組み付け時における誤差吸収のために垂直方向でも撮影光軸を傾けられるようにしておいてもよい。
【００３６】
各カメラのピント設定が初期設定された後、各カメラの絞り１２の最大開口径を制限するための絞り値データがＥＥＰＲＯＭ２４に書き込まれる。この絞り１２の最大開口径は、撮影レンズの焦点距離と最適撮影距離によって決まる被写界深度を考慮し、図２に示す被写界深度ｄ１，ｄ２，ｄ３がそれぞれ部分的にオーバーラップするように決められる。被写界深度の値は撮影レンズの焦点距離、撮影距離、絞り値から算出することができるので、被写界深度をオーバーラップさせることを条件した計算アルゴリズムを用いれば、絞り値データはマニュアル入力によらずに自動的に設定することも可能となる。
【００３７】
絞り１２の最大開口径を決める絞り値の値としては、第一カメラ５ではＦ４、第二カメラ６，第三カメラ７ではＦ５．６程度に設定しておけば、例えば夜間のように極端に明るさが不足する状況を除けば、図２に示すように互いにオーバーラップする被写界深度ｄ１，ｄ２，ｄ３を確保したうえで、ほぼ適正露光で撮影を行うことができる。また、明るい日中での撮影時にはアイリスモータ２２ａにより絞り１２が絞り込まれるため、第一カメラ５や第二カメラ６では無限遠まで被写界深度内に収めることもできる。なお、ＥＥＰＲＯＭ２４に書き込まれた絞り値データによって絞り１２の最大開口径が制限され、その状態でも明るさが不足したような場合には、ＡＧＣアンプ１３が有効に作用して露光アンダーを防ぐ。
【００３８】
モニタ４ａには、第一カメラ５、カメラモジュール６ａ，６ｂ、カメラモジュール７ａ，７ｂ，７ｃからの画像をそのまま配列して表示することも可能であるが、好ましくは図７のモニタ画面４ｂに示すように、第一カメラ５からの画像４５と、カメラモジュール６ａ，６ｂからの画像４６ａ，４６ｂを一枚に合成した標準合成画像４６と、カメラモジュール７ａ，７ｂ，７ｃからの画像４７ａ，４７ｂ，４７ｃを一枚に合成した合成画像４７とがモニタ画面４ｂ上に配列して表示される。なお、モニタ画面４ｂには撮影年月日及び時刻を表すデート情報４９と、制御ユニット３に組み込まれたＧＰＳ装置から得られる緯度及び経度を表す位置情報５０とが刻々と表示され、動画像データとともに記録装置３３によって記録媒体に記録される。
【００３９】
画像合成処理では、合成対象となる各画像相互間の境界をパターン認識で識別して適切な境界ラインでトリミングしてから結合処理することによって行われる。合成される各画像は別々のカメラによって個別に露光制御されているので境界部分で濃度差が生じやすくなるが、簡便にはそのまま結合してもよい。また、スムージング処理を行って境界部分の濃度差が目立たないようにグラデーション調整し、あるいは個々の画像の濃度を平均化して結合した画像全体の濃度を調節することも可能である。
【００４０】
上記監視カメラシステムを用い、路上を走行する特定の車両Ｔを監視対象として継続的に撮影を行っている間のモニタ画面４ｂの一例は図７に示すとおりである。図７は、遠方から車両Ｔを撮影しながら車両ナンバーをチェックするときの状況を示すもので、このような状況下では焦点距離が最も長い第三カメラ７の撮影距離Ｌ３に近い車間距離を維持しながら撮影が行われる。この撮影距離Ｌ３は撮影距離Ｌ１，Ｌ２よりもかなり遠距離であるから、第一カメラ５や第二カメラ６から得られる車両Ｔの画像サイズは図示のようにかなり小さくなり、たとえ車両Ｔが第一，第二カメラの被写界深度内に入っていたとしても車両ナンバーの確認までは困難である。
【００４１】
第三カメラ７の画像４７は、画像サイズとしては車両ナンバーの確認も十分なものであり、そして車両Ｔの画像はカメラモジュール７ｂで撮影されたものである。カメラモジュール７ｂのＡＥ制御回路２１は、他のカメラやカメラモジュールとは無関係に、個別に撮影している一画面全体の平均の明るさが適正レベルとなるようにいわゆる平均測光式で露光制御を行っている。このため、その画像４７ｂ内にトンネル内部の暗部が広がってくると、画像４７ｂ全体の露光量を増やすように絞り１２の開口径が大きくなるように制御される。そして、絞り１２の開口径がＥＥＰＲＯＭ２４の絞り値データによって制限された後はＡＧＣアンプ１３で撮像信号の増幅が行われ、画像４７ｂが全体に明るくなるように制御される。
【００４２】
ところが、もともと車両Ｔ自体はまだトンネルに入る手前で十分に明るい状態であるから、上記のように画像４７ｂが全体的に明るくなるように露光調節されると車両Ｔが露光オーバー傾向で撮影が行われる。そして、カメラモジュール７ｂに使用されているイメージセンサが一般的なダイナミックレンジの狭いものであると、ナンバープレート部分が白トビしてしまい、車両ナンバーが白トビの中に埋もれて識別することができなくなることが懸念される。こうした問題は、任意にフレーミングを行うことができる一般のデジタルカメラと異なり、決められた撮影エリア内のどの位置に監視対象となる車両Ｔがくるか不定のまま使用される車載型あるいは固定設置型の監視カメラでは回避することが難しい。そして、このような事態は必ずしも全画面平均測光による露光制御だけでなく、画面の中央エリアだけを測光する中央スポット測光や、画面の周辺部から中央部に向かって大きくなるように重み付けして測光を行うマルチパターン式の中央重点測光でも生じる可能性が高い。
【００４３】
ところが、カメラモジュール７ｂには図６（Ｂ）に示すようにダイナミックレンジが広い光電変換特性をもつイメージセンサ１０ａが用いられているため、平均測光により画像４７ｂ全体が明るくなるように露光制御が行われたとしても、ナンバープレートが白トビすることがなく車両ナンバーも十分に視認できる状態で撮影することができる。また、車両Ｔがトンネル内に入ったときには、カメラモジュール７ｂの露光制御により画像４７ｂ全体が明るくなるように撮影されるから、車両ナンバーはより観察しやすい明るさで撮影されることになる。逆に、トンネルから車両が出るときには、トンネル外の明るい背景の影響を受けて画像４７ｂが全体的に暗くなるような露光制御が行われ、ナンバープレートが暗く撮影されることになるが、ダイナミックレンジが広いイメージセンサ１０ｂで撮影が行われるため、車両ナンバーがナンパープレートとともに黒ツブレ状態で撮影されることもない。
【００４４】
なお、カメラモジュール７ｂで撮影される画像４７ｂ自体が広ダイナミックレンジで撮影された場合でも、モニタ４ｂの表示ダイナミックレンジが狭いものであると、モニタ画面内でナンバープレートが白トビや黒ツブレの状態で表示されることもあり得る。しかし、画像４７ｂ自体が広ダイナミックレンジで撮影されているため画像データが部分的に失われることがないため、例えばモニタ４ｂの明るさ調節を行うことによって、容易に車両ナンバーを確認することができる。さらに、夕暮れや夜間の撮影時には、対向車のヘッドライト、街路灯や商店街からの照明などが監視対象となっている自動車の周囲の明るさを大きく変化させることが懸念されるが、上記構成によればその影響も少なからず低減させることができるようになる。また、本発明の監視カメラシステムは、車載型に限らず固定設置型の監視カメラにも等しく適用することができる。
【００４５】
以上、図示した実施形態をもとに本発明について説明してきたが、エリア監視カメラに用いられている撮影レンズの焦点距離や画角、最適撮影距離、絞り値などの具体的な値はあくまで例示的に挙げたもので、監視カメラシステムの用途や使用形態に応じてこれらは適宜に変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明を用いた監視カメラシステムの外観図である。
【図２】各カメラの画角及び撮影エリアを示す説明図である。
【図３】監視カメラシステムの電気的構成の概略を示すブロック図である。
【図４】広ダイナミックレンジのイメージセンサを示す概念図である。
【図５】狭ダイナミックレンジのイメージセンサを用いた場合の信号変換特性を示すグラフである。
【図６】広ダイナミックレンジのイメージセンサを用いた場合の信号変換特性を示すグラフである。
【図７】車両を監視対象としたときの撮影画像の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
２  撮影ユニット
３  制御ユニット
４  パソコン
４ａ  モニタ
４ｂ  モニタ画面
５  第一カメラ
６ａ，６ｂ  カメラモジュール（第二カメラ）
７ａ，７ｂ，７ｃ  カメラモジュール（第三カメラ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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