(57)【要約】【課題】逆光条件で撮影する場合に、背景を露出過多にすることなく、目的の被写体を明瞭に確認できる映像を得ることができる撮像装置を提供する。【解決手段】信号変動検出回路１０は、撮像領域内に設定された所定領域に対応する映像信号から輝度の変動を検出し、利得制御回路４は、信号変動検出回路１０の検出結果に応じて、設定された所定領域に対応する映像信号の増幅率を変化させる。【選択図】図１
2008187462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射させた撮影光を光電変換して映像信号を生成する撮像手段と、
この撮像手段で生成された映像信号による撮像領域内に第１の領域を設定する第１の領域設定手段と、
前記映像信号から前記第１の領域における輝度の変動を検出する信号変動検出手段と、
この信号変動検出手段の検出結果に基づいて、前記第１の領域に対応する前記映像信号の増幅率を変化させる利得制御手段とを備え、
前記利得制御手段は、前記第１の領域の輝度が所定レベルより低下するように変動した場合、前記第１の領域の輝度の低下レベルに応じて、前記第１の領域に対応する前記映像信号の増幅率を増加させるようにしたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の領域の周囲に第２の領域を設定する第２の領域設定手段を更に備え、
前記利得制御手段は、前記第１の領域に対応する前記映像信号の増幅率が、前記第２の領域の周囲の領域に対応する前記映像信号の増幅率よりも大きくなっている場合において、前記第２の領域に対応する前記映像信号の増幅率を、前記第２の領域とその周囲の領域との境界から前記第１の領域と前記第２の領域との境界に向かって段階的に増加させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視カメラ等として用いられる撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人物などの被写体を逆光条件で自動露出機能を有する撮像装置により撮影すると、多くの場合では背景に露出が合い、人物などの被写体が暗くなり認識しにくくなっていた。
【０００３】
このような場合に、人物に露出が合うように、レンズのアイリスを若干開けるとか、電子シャッターの露光時間を遅くするような補正動作を行わせることが、広く知られている。また、この場合に最適な露出を得るために、画面を複数の領域に分割し、これら複数の領域を測光して全体露出を制御する技術が多数提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
さらに、入射光量に対するダイナミックレンジを電子的に拡大した機能を有する撮像装置も実用化されている。
【特許文献１】特開２００４−８８５４５号公報
【特許文献２】特開平４−３４０８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、店舗の入り口を監視するために、入店する人物の顔を監視カメラで撮影する場合、逆光を避けるためには、斜め上から撮影するように監視カメラを設置していた。一方、顔の正面から撮影する場合は逆光条件で撮影することになる。
【０００６】
このような逆光条件で撮影する場合に、入店してくる人物の露出が適正になるように、特許文献１，２に記載された技術を用いて露出を制御すると、画面全体を一律に露出制御するため、背景が露出過多になって白っぽくなったり、白く飛んでしまったりすることが多かった。
【０００７】
また、ダイナミックレンジを電子的に拡大した機能を有するカメラであっても、撮影条件によっては十分に露出を補正しきれない場合があった。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、逆光条件で撮影する場合に、背景を露出過多にすることなく、目的の被写体を明瞭に確認できる映像を得ることができる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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の撮像装置は、入射させた撮影光を光電変換して映像信号を生成する撮像手段と、この撮像手段で生成された映像信号による撮像領域内に第１の領域を設定する第１の領域設定手段と、前記映像信号から前記第１の領域における輝度の変動を検出する信号変動検出手段と、この信号変動検出手段の検出結果に基づいて、前記第１の領域に対応する前記映像信号の増幅率を変化させる利得制御手段とを備え、前記利得制御手段は、前記第１の領域の輝度が所定レベルより低下するように変動した場合、前記第１の領域の輝度の低下レベルに応じて、前記第１の領域に対応する前記映像信号の増幅率を増加させるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の撮像装置は、前記第１の領域の周囲に第２の領域を設定する第２の領域設定手段を更に備え、前記利得制御手段は、前記第１の領域に対応する前記映像信号の増幅率が、前記第２の領域の周囲の領域に対応する前記映像信号の増幅率よりも大きくなっている場合において、前記第２の領域に対応する前記映像信号の増幅率を、前記第２の領域とその周囲の領域との境界から前記第１の領域と前記第２の領域との境界に向かって段階的に増加させるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、撮像領域内に設定した所定領域における輝度の変動を検出し、その検出結果に基づいて、設定した所定領域に対応する映像信号の増幅率を変化させるので、逆光条件で撮影する場合に、背景を露出過多にすることなく、目的の被写体を明瞭に確認できる映像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の撮像装置を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置は、レンズ１と、撮像素子２と、信号処理回路３と、利得制御回路４と、映像出力処理回路５と、操作部６と、マイコン７と、エリア設定回路８と、ゲート回路９と、信号変動検出回路１０と、遅延回路１１と、乗算器１２と、反転回路１３と、ゲート回路１４とを備える。
【００１４】
レンズ１は、撮影光を撮像素子２に結像させる。レンズ１は、露光量を調整するためのアイリス（図示せず）を内蔵している。
【００１５】
撮像素子２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等からなり、レンズ１を通して入射した撮影光を光電変換して電気信号を出力する。信号処理回路３は、撮像素子２から入力される電気信号を処理して映像信号およびその水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤを生成する。また、信号処理回路３は、映像信号の輝度情報を生成する。
【００１６】
利得制御回路４は、乗算器１２で生成される利得制御信号に基づいて、信号処理回路３で生成された映像信号の増幅率を変化させる。映像出力処理回路５は、利得制御回路４から映像信号を受け取り、外部に出力する処理を行う。
【００１７】
操作部６は、ユーザの操作を受け取り、その結果をマイコン７に出力する。マイコン７は、ユーザ操作に応じて操作部６または外部の通信回線（図示せず）を介して入力された指示に基づいて、逆光補正を行う第１の領域を設定するための座標指示をエリア設定回路８に出力する。また、マイコン７は、レンズ１に内蔵されたアイリスを制御する。
【００１８】
エリア設定回路８は、マイコン７から入力される座標指示、および信号処理回路３で生成される映像信号の水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤに基づいて、逆光補正を行う第１の領域を示す第１のエリア信号を生成する。
【００１９】
ゲート回路９は、信号処理回路３で生成された映像信号を、エリア設定回路８で生成された第１のエリア信号でゲートし、逆光補正を行う第１の領域に対応した映像信号を信号変動検出回路１０に供給する。
【００２０】
信号変動検出回路１０は、逆光補正を行う第１の領域に対応した映像信号の明るさ（輝度）の変動を検出し、映像信号に所定レベル以上の明るさの変動を検出した場合に、検出した映像信号の信号レベルの変動量に応じた信号レベルを有するイネーブル信号を出力する。
【００２１】
遅延回路１１は、逆光補正を行う第１の領域に対応した映像信号に変動があった場合に、画面の明るさの変化が急峻になるのを防止する回路であり、信号変動検出回路１０で生成されるイネーブル信号を時間軸で段階的に変化させる。
【００２２】
乗算器１２は、遅延回路１１で時間軸処理されたイネーブル信号と、第１のエリア信号との積をとり、その結果を利得制御信号として利得制御回路４に供給する。
【００２３】
反転回路１３は、エリア設定回路８で生成された第１のエリア信号を反転してゲート回路１４に供給する。ゲート回路１４は、信号処理回路３で生成される映像信号の輝度情報を、反転回路１３で反転された第１のエリア信号でゲートした後、マイコン７に供給する。
【００２４】
次に、第１の実施の形態に係る撮像装置の動作について説明する。
【００２５】
まず、逆光補正を行う第１の領域の設定について説明する。図２において、領域Ａは撮影画面全体を示し、領域Ｂは逆光補正を行う第１の領域を示す。領域Ａの画面は横が６４０画素、縦が４８０画素で構成されている。領域Ａの四隅をａ１〜ａ４とし、ａ１を基準としてその座標を（ｘ，ｙ）で表すと、各座標はａ１が（０，０）、ａ２が（６３９，０）、ａ３が（０，４７９）、ａ４が（６３９，４７９）となる。
【００２６】
領域Ｂの設定は、ユーザが操作部６を操作して、または外部の通信回線を介してｂ１とｂ４の座標を指定する。一例として、ユーザがｂ１を（２５０，１５０）、ｂ４を（４５０，２７０）と指定すると、マイコン７が矩形領域となるｂ２とｂ３の座標位置を算出してｂ２を（４５０，１５０）、ｂ３を（２５０，２７０）と自動的に設定し、横２０１画素、縦１２１画素からなる領域Ｂの四隅ｂ１〜ｂ４を示す座標指示をエリア設定回路８に出力する。
【００２７】
そして、エリア設定回路８は、マイコン７から入力される座標指示、および信号処理回路３で生成される映像信号の水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤに基づいて、水平同期信号ＨＤに同期した領域を示すタイミング信号Ｔ１と、垂直同期信号ＶＤに同期した領域を示すタイミング信号Ｔ２を生成し、タイミング信号Ｔ１とタイミング信号Ｔ２との積をとり、この結果を第１のエリア信号として出力する。
【００２８】
平常時の撮像装置の露出は、領域Ｂ以外の領域の明るさにより決定する。ゲート回路１４は、信号処理回路３で生成される映像信号の輝度情報を、反転された第１のエリア信号でゲートした後、マイコン７に供給する。そして、マイコン７はゲート回路１４でゲートされた輝度情報に基づいて露出制御信号を生成し、レンズ１に内蔵されたアイリスを制御する。
【００２９】
レンズ１を通して入射した撮影光は撮像素子２に結像して電気信号に変換され、信号処理回路３で映像信号となる。この映像信号は、利得制御回路４およびゲート回路９に出力される。
【００３０】
ゲート回路９は、信号処理回路３からの映像信号を、エリア設定回路８から入力される第１のエリア信号でゲートし、領域Ｂに対応した映像信号を信号変動検出回路１０に供給する。
【００３１】
そして、信号変動検出回路１０は、領域Ｂに対応した映像信号に一定レベルの明るさの変化があった場合に、イネーブル信号を遅延回路１１に出力する。このイネーブル信号は、複数ビットのデジタル信号であり、このイネーブル信号の信号レベルは、信号変動検出回路１０で検出した映像信号の信号レベルの変動量に応じたレベルとなる。
【００３２】
遅延回路１１は、領域Ｂに対応した映像信号に変動があった場合に、画面の明るさの変化が急峻になるのを防止するため、信号変動検出回路１０からのイネーブル信号を時間軸で段階的に変化させる。領域Ｂに検出対象の被写体が入ることにより領域Ｂに対応した映像信号レベルが低下すると、遅延回路１１はイネーブル信号を段階的に増加させ、領域Ｂから被写体が出ることにより領域Ｂに対応した映像信号レベルが回復すると、遅延回路１１はイネーブル信号を段階的に減少させる。
【００３３】
そして、乗算器１２は、遅延回路１１で時間軸処理されたイネーブル信号と、エリア設定回路８から入力される第１のエリア信号との積をとる。この乗算器１２の出力が利得制御信号となって、利得制御回路４に供給される。
【００３４】
そして、利得制御回路４は、乗算器１２から入力される利得制御信号のレベルに応じて、信号処理回路３から供給される映像信号の増幅率を変化させる。一例として、利得制御信号が８ビットの場合、デジタルレベルが0x00では利得制御回路４の利得を０ｄＢ、0xFFでは１２ｄＢに設定する。この場合、逆光補正の最大補正レベルは１２ｄＢとなる。
【００３５】
その後、映像出力処理回路５は、利得制御回路４で処理された映像信号を外部に出力する。
【００３６】
上記のような動作により、逆光条件の下で設定された領域Ｂに、図２に示すように検出対象の被写体である人物がかかると、領域Ｂ内の映像信号レベルが低下し、この映像信号の変動を検出すると領域Ｂの増幅率を増加させることで、人物が明るくなり明瞭度が向上する。
【００３７】
このように第１の実施の形態によれば、領域Ａ内に設定した領域Ｂにおける明るさの変動を検出し、その検出結果に基づいて、領域Ｂに対応する映像信号の増幅率を変化させるので、逆光条件で撮影する場合に、背景を露出過多にすることなく、目的の被写体を明瞭に確認できる映像を得ることができる。
【００３８】
また、ダイナミックレンジを電子的に拡大した撮像装置に本発明の機能を搭載すれば、逆光補正効果を補助的にさらに拡大することができる。さらに、信号処理にＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を使用する撮像装置であれば、これら補正回路をＦＰＧＡに搭載させることができるため、大きなコストを負担することなく、良好な逆光補正効果を得ることができる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。なお、図３に示す第２の実施の形態に係る撮像の構成のうち図１に示す第１の実施の形態に係る撮像装置の構成と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４０】
図３に示すように本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置は、図１に示す第１の実施の形態の撮像装置に対し、エリア設定回路８をエリア設定回路１５に置き換えた構成である。
【００４１】
エリア設定回路１５は、マイコン７から入力される座標指示、および信号処理回路３で生成される映像信号の水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤに基づいて、逆光補正を行う第１の領域を示す第１のエリア信号を生成するとともに、逆光補正を行う第１の領域の周囲に設定する第２の領域を示す第２のエリア信号を生成する。
【００４２】
図４は第２の実施の形態における領域設定について説明するための図である。図４において、図２と同様に領域Ａは撮影画面全体を示し、領域Ｂは逆光補正を行う第１の領域を示す。
【００４３】
また、図４において、領域Ｃは領域Ｂの周囲にマイコン７が自動的に設定する第２の領域を示す。第２の実施の形態では、領域Ｃと領域Ｂとの間の利得制御回路４に対する利得は、領域Ａと領域Ｃとの境界から領域Ｃと領域Ｂとの境界に向かって段階的に増加させる。この段階的に増加させる幅を例えば７ビットで指定すると、縦横共に最大幅は１２８階調になる。このとき、領域Ｃの各座標は、ｃ１が（１２３，２３）、ｃ２が（５７７，１２３）、ｃ３が（１２３，３９７）、ｃ４が（５７７，３９７）となる。
【００４４】
ユーザ操作によりｂ１とｂ４の座標が指定されると、マイコン７は、領域Ｂの四隅ｂ１〜ｂ４、および領域Ｃの四隅ｃ１〜ｃ４を示す座標指示をエリア設定回路１５に出力する。
【００４５】
エリア設定回路１５は、マイコン７から入力される座標指示、および信号処理回路３で生成される映像信号の水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤに基づいて、第１の実施の形態と同様に、第１のエリア信号を生成し、これをゲート回路９および反転回路１３に出力する。また、エリア設定回路１５は、領域Ｃを示す第２のエリア信号を生成し、これを乗算器１２に供給する。エリア設定回路１５で第２のエリア信号を生成する手順について、図４を参照して説明する。
【００４６】
図４に示すように、波形では、水平同期信号ＨＤに対してｘ＝１２３の位置に水平カウンタのアップカウント開始パルスＳＴ１が、ｘ＝４５０の位置にダウンカウント開始パルスＳＴ２が設定される。１画素を１クロックとし、１クロックで２カウントさせると、水平カウンタ出力はｘ＝１２３までは0x00、それ以降は１画素につき２ずつ繰り上がり、ｘ＝２５０で0xFFとなる。そして、ｘ＝４５１からは１画素につき２ずつ繰り下がり、ｘ＝５７７で0x00となる。この水平カウンタの出力はデジタルデータであるが、アナログ的なイメージで波形を描写すると、水平エリア信号Ｈ１のように表すことができる。
【００４７】
垂直方向も同様に、垂直同期信号ＶＤに対してｙ＝２３の位置に垂直カウンタのアップカウント開始パルスＳＴ３が、ｙ＝２７０の位置にダウンカウント開始パルスＳＴ４が設定される。１画素が１ラインに相当し、１ラインで２カウントさせると、垂直カウンタ出力はｙ＝２３までは0x00、それ以降は１画素につき２ずつ繰り上がり、ｙ＝１５０で0xFFとなる。そして、ｙ＝２７１からは１画素につき２ずつ繰り下がり、ｙ＝３９７で0x00となる。この垂直カウンタの出力はデジタルデータであるが、アナログ的なイメージで波形を描写すると垂直エリア信号Ｅ１のように表すことができる。
【００４８】
そして、水平カウンタ出力と垂直カウンタ出力との合成値が第２のエリア信号となる。ここで、合成値としては、水平カウンタ出力と垂直カウンタ出力の低い方の値をとってもよいし、水平カウンタ出力と垂直カウンタ出力との積をとってもよい。
【００４９】
上述のように、エリア設定回路１５は、第１のエリア信号と第２のエリア信号の２系統を出力する。第１のエリア信号は１ビットのデジタル信号であり、第１の実施の形態と同様に処理される。すなわち、信号処理回路３から出力される映像信号はゲート回路９により第１のエリア信号でゲートされ、信号変動検出回路１０に供給される。信号変動検出回路１０、遅延回路１１は第１の実施の形態と同様の動作を行い、遅延回路１１から乗算器１２にイネーブル信号が供給される。
【００５０】
第２のエリア信号は例えば８ビットのデジタル信号であり、乗算器１２は遅延回路１１で時間軸処理されたイネーブル信号と第２のエリア信号との積を取り、乗算器１２の出力が利得制御信号となって、利得制御回路４に供給される。利得制御回路４は入力される利得制御信号のレベルに応じて、信号処理回路３から供給される映像信号の増幅率を変化させる。これらの処理により、領域Ａと領域Ｂとの明るさの差を視覚的にぼかすことができる。
【００５１】
なお、階調幅は１画素または１ラインに対するカウンタの繰り上げ数、繰り下げ数で変更することができる。カウンタ幅が８ビットの場合、繰り上げ数が２のときは上述の通り階調は１２８であり、繰り上げ数が４のときは６４階調、８のときは３２階調、１６のときは１６階調、３２のときは８階調、６４のときは４階調となる。繰り下げ数と階調の関係も同様である。
【００５２】
例えば、図４において、階調幅を６４とした場合は、水平カウンタのアップカウント開始パルスＳＴ１がｘ＝１８７、垂直カウンタのアップカウント開始パルスＳＴ３がｙ＝８７になり、マイコン７が計算をして設定する。ダウンカウント開始パルスＳＴ２，ＳＴ４はｘ＝４５０，ｙ＝２７０で変更はない。この場合、領域Ａと領域Ｂとの間隔は、階調幅が１２８のときの半分となり、階調幅を変更することによって、間隔を変更することができる。
【００５３】
このように第２の実施の形態によれば、領域Ｂの周囲に領域Ｃを設定し、領域Ｃに対応する映像信号の増幅率を、領域Ａと領域Ｃとの境界から領域Ｃと領域Ｂとの境界に向かって段階的に変化させるので、領域Ａと領域Ｂと間の明るさの差を視覚的にぼかし、違和感の少ない映像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態における領域設定について説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図４】第２の実施の形態における領域設定について説明するための図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  レンズ
２  撮像素子
３  信号処理回路
４  利得制御回路
５  映像出力処理回路
６  操作部
７  マイコン
８  エリア設定回路
９  ゲート回路
１０  信号変動検出回路
１１  遅延回路
１２  乗算器
１３  反転回路
１４  ゲート回路
１５  エリア設定回路
【図１】
2008187462.tif 000003
【図２】
2008187462.tif 000004
【図３】
2008187462.tif 000005
【図４】
2008187462.tif 000006