(57)【要約】【課題】光源または光源に照射された被写体の状態を検知できる検知システムおよびその信号処理方法を提供する。【解決手段】撮像装置１２の電荷蓄積時間内における光源１１の輝度を撮像装置１２のフィールド周期の４ｎ倍で変化させ、フィールド単位でｎフィールド毎に輝度信号を取得する。この輝度信号は演算部Ａ１３１と演算部Ｂ１３２にて、ｍ番目と（ｍ＋２）番目のフィールドの投影領域における輝度信号レベルのレベル差の時間平均がそれぞれ求められる。演算処理部１３３にて、この時間平均の値の２乗和が求められ、この２乗和の値に応じて、判定部１３４にて被写体の状態が判定される。【選択図】図１
2008141251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
上記光源または上記光源によって照射された被写体を撮像する撮像装置と、
上記撮像装置から取得した信号を処理する信号処理部と、
を有し、
上記光源は、
輝度が上記撮像装置の走査面周期の所定倍周期で変化し、
上記信号処理部は、
上記撮像装置から所定走査面周期ごとに上記信号を取得し、複数の異なる走査面間で当該信号の信号レベル差から当該信号レベル差の時間平均を求め、さらに当該時間平均の値をもとに所定の演算を行い、当該演算の演算結果の値に応じて、上記被写体の状態を検知する
検知システム。
【請求項２】
上記撮像装置は、
フィールド蓄積、インターレース走査型であり、
上記光源は、
輝度が上記撮像装置のフィールド周期の４ｎ（ｎ＝１、２、３、…）倍で変化し、
上記信号処理部は、
第１および第２の演算部と、
上記被写体の状態を判定する判定部と、を含み、
フィールド単位で、ｎフィールドごとに上記信号を取得し、当該信号を上記第１と上記第２の演算部にそれぞれ出力し、
上記第１の演算部は、
同一領域で、ｍ（ｍ＝１、２、３、…）番目と（ｍ＋２）番目とのフィールドにおける上記信号レベル差の第１の時間平均を求め、
上記第２の演算部は、
同一領域で、（ｍ＋１）番目と（ｍ＋３）番目とのフィールドにおける上記信号レベル差の第２の時間平均を求め、
上記判定部は、
上記第１と上記第２の時間平均の２乗和を求め、当該２乗和の値に応じて、上記被写体の状態を判定する
請求項１記載の検知システム。
【請求項３】
上記撮像装置は、
フレーム蓄積、インターレース走査型であり、
上記光源は、
輝度が上記撮像装置のフレーム周期の４ｎ（ｎ＝１、２、３、…）倍で変化し、
上記信号処理部は、
第１および第２の演算部と、
上記被写体の状態を判定する判定部と、を含み、
フィールド単位で、２ｎフィールドごとに上記信号を取得し、当該信号を上記第１と上記第２の演算部にそれぞれ出力し、
上記第１の演算部は、
同一領域で、ｍ（ｍ＝１、２、３、…）番目と（ｍ＋２）番目とのフィールドにおける上記信号レベル差の第１の時間平均を求め、
上記第２の演算部は、
同一領域で、（ｍ＋１）番目と（ｍ＋３）番目とのフィールドにおける上記信号レベル差の第２の時間平均を求め、
上記判定部は、
上記第１と上記第２の時間平均の２乗和を求め、当該２乗和の値に応じて、上記被写体の状態を判定する
請求項１記載の検知システム。
【請求項４】
上記撮像装置は、
フレーム蓄積、ノンインターレース走査型であり、
上記光源は、
輝度が上記撮像装置のフレーム周期の４ｎ（ｎ＝１、２、３、…）倍で変化し、
上記信号処理部は、
第１および第２の演算部と、
上記被写体の状態を判定する判定部と、を含み、
フレーム単位で、ｎフィールドごとに上記信号を取得し、当該信号を上記第１と上記第２の演算部にそれぞれ出力し、
上記第１の演算部は、
同一領域で、ｍ（ｍ＝１、２、３、…）番目と（ｍ＋２）番目とのフレームにおける上記信号レベル差の第１の時間平均を求め、
上記第２の演算部は、
同一領域で、（ｍ＋１）番目と（ｍ＋３）番目とのフレームにおける上記信号レベル差の第２の時間平均を求め、
上記判定部は、
上記第１と上記第２の時間平均の２乗和を求め、当該２乗和の値に応じて、上記被写体の状態を判定する
請求項１記載の検知システム。
【請求項５】
光源または当該光源によって照射された被写体を撮像する撮像装置を有する検知システムの信号処理方法であって、
上記光源の輝度を上記撮像装置の走査面周期の所定倍周期で変化させる第１ステップと、
上記撮像装置から所定走査面周期ごとに信号を取得する第２ステップと、
複数の異なる走査面間で、上記信号の信号レベル差から当該信号レベル差の時間平均を求める第３ステップと、
上記時間平均の値をもとに所定の演算を行う第４ステップと、
上記演算の演算結果の値に応じて、上記被写体の状態を検知する第５ステップと、
を有する
検知システムの信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば、撮像装置等を用いて被写体の状態を検知する検知システムおよびその信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特許文献１に示す夜間の防犯システム等に用いられる撮像装置は、信号処理部を有し、光源を周波数１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚ（電源に５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源を用いた場合、光源はその倍の１００Ｈｚまたは１２０Ｈｚでその明るさが変動する）より高い高周波で変調し、さらに、信号処理部にこの高周波変調信号を検出する検出部を設ける。ただし、この撮像装置はその変調周波数より高いフレームレートを持っていなければならない。
【特許文献１】特許第３０１９３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、一般に広く普及している撮像装置はＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）方式またはＰＡＬ（Phase Alternating Line）方式と呼ばれる規格が採用されている。このような規格を採用した撮像装置はフレームレートが遅いため、たとえば特許文献１に示すような防犯システムの撮像装置として使用できない。
【０００４】
本発明は、光源または光源に照射された被写体の状態を検知できる検知システムおよびその信号処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の観点の検知システムは、光源と、上記光源または上記光源によって照射された被写体を撮像する撮像装置と、上記撮像装置から取得した信号を処理する信号処理部と、を有し、上記光源は、輝度が上記撮像装置の走査面周期の所定倍周期で変化し、上記信号処理部は、上記撮像装置から所定走査面周期ごとに上記信号を取得し、複数の異なる走査面間で当該信号の信号レベル差から当該信号レベル差の時間平均を求め、さらに当該時間平均の値をもとに所定の演算を行い、当該演算の演算結果の値に応じて、上記被写体の状態を検知する。
【０００６】
好適には、上記撮像装置は、フィールド蓄積、インターレース走査型であり、上記光源は、輝度が上記撮像装置のフィールド周期の４ｎ（ｎ＝１、２、３、…）倍で変化し、上記信号処理部は、第１および第２の演算部と、上記被写体の状態を判定する判定部と、を含み、フィールド単位で、ｎフィールドごとに上記信号を取得し、当該信号を上記第１と上記第２の演算部にそれぞれ出力し、上記第１の演算部は、同一領域で、ｍ（ｍ＝１、２、３、…）番目と（ｍ＋２）番目とのフィールドにおける上記信号レベル差の第１の時間平均を求め、上記第２の演算部は、同一領域で、（ｍ＋１）番目と（ｍ＋３）番目とのフィールドにおける上記信号レベル差の第２の時間平均を求め、上記判定部は、上記第１と上記第２の時間平均の２乗和を求め、当該２乗和の値に応じて、上記被写体の状態を判定する。
【０００７】
好適には、上記撮像装置は、フレーム蓄積、インターレース走査型であり、上記光源は、輝度が上記撮像装置のフレーム周期の４ｎ（ｎ＝１、２、３、…）倍で変化し、上記信号処理部は、第１および第２の演算部と、上記被写体の状態を判定する判定部と、を含み、フィールド単位で、２ｎフィールドごとに上記信号を取得し、当該信号を上記第１と上記第２の演算部にそれぞれ出力し、上記第１の演算部は、同一領域で、ｍ（ｍ＝１、２、３、…）番目と（ｍ＋２）番目とのフィールドにおける上記信号レベル差の第１の時間平均を求め、上記第２の演算部は、同一領域で、（ｍ＋１）番目と（ｍ＋３）番目とのフィールドにおける上記信号レベル差の第２の時間平均を求め、上記判定部は、上記第１と上記第２の時間平均の２乗和を求め、当該２乗和の値に応じて、上記被写体の状態を判定する。
【０００８】
好適には、上記撮像装置は、フレーム蓄積、ノンインターレース走査型であり、上記光源は、輝度が上記撮像装置のフレーム周期の４ｎ（ｎ＝１、２、３、…）倍で変化し、上記信号処理部は、第１および第２の演算部と、上記被写体の状態を判定する判定部と、を含み、フレーム単位で、ｎフィールドごとに上記信号を取得し、当該信号を上記第１と上記第２の演算部にそれぞれ出力し、上記第１の演算部は、同一領域で、ｍ（ｍ＝１、２、３、…）番目と（ｍ＋２）番目とのフレームにおける上記信号レベル差の第１の時間平均を求め、上記第２の演算部は、同一領域で、（ｍ＋１）番目と（ｍ＋３）番目とのフレームにおける上記信号レベル差の第２の時間平均を求め、上記判定部は、上記第１と上記第２の時間平均の２乗和を求め、当該２乗和の値に応じて、上記被写体の状態を判定する。
【０００９】
本発明の第２の観点の検知システムの信号処理方法は、光源または当該光源によって照射された被写体を撮像する撮像装置を有する検知システムの信号処理方法であって、上記光源の輝度を上記撮像装置の走査面周期の所定倍周期で変化させる第１ステップと、上記撮像装置から所定走査面周期ごとに信号を取得する第２ステップと、複数の異なる走査面間で、上記信号の信号レベル差から当該信号レベル差の時間平均を求める第３ステップと、上記時間平均の値をもとに所定の演算を行う第４ステップと、上記演算の演算結果の値に応じて、上記被写体の状態を検知する第５ステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光源または光源に照射された被写体の状態を検知できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に関連づけて説明する。
【００１２】
（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る検知システムの一構成例を示す図である。
【００１３】
本検知システム１０は、光源１１、撮像装置１２と信号処理部１３を有する。信号処理部１３はその内部に、たとえば、輝度信号抽出回路１３０、第１の演算部である演算部Ａ１３１、第２の演算部である演算部Ｂ１３２、演算処理部１３３、および判定部１３４を有する。
【００１４】
光源１１は、所定の輝度で被写体を照らす。その輝度は可変であり、撮像装置１２が有する撮像素子の電荷蓄積時間内の輝度が、撮像装置１２のフィールド周期の４ｎ倍周期で変化する。ここで、ｎ＝１、２、３、…である。
【００１５】
本実施形態に係る検知システム１０で使用する撮像装置１２は、以下のような仕様の撮像装置を採用している。
本撮像装置１２を構成する撮像素子は一例として、単板補色フィルタ、フィールド蓄積型インターライン転送ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ（以後、単にＣＣＤと記述する）を用いる。また、一実施例として撮像装置１２のテレビジョン方式はＮＴＳＣ方式、走査方式はインターレースを採用し、走査周波数は水平周波数が１５．７３４Ｈｚで垂直周波数は５９．９４Ｈｚである。
このような構成の撮像装置１２は、光源１１によって照射された被写体を撮像し、撮像して得た信号を輝度信号抽出回路１３０に出力する。
【００１６】
輝度信号抽出回路１３０は入力された信号から輝度信号を抽出し、この輝度信号を演算部Ａ１３１と演算部Ｂ１３２に出力する。演算部Ａ１３１は、入力された輝度信号を撮像素子の同一領域において、ｍ番目と（ｍ＋２）番目のフィールドにおける輝度信号のレベル差の時間平均を求める。この演算部Ａ１３１の出力結果Ａは、演算処理部１３３に出力される。演算部Ｂ１３２は、入力された輝度信号の同一領域において、（ｍ＋１）番目と（ｍ＋３）番目のフィールドにおける輝度信号のレベル差の時間平均を求める。この演算部Ｂ１３２の出力結果Ｂは、演算処理部１３３に出力される。なお、この演算部Ａ１３１と演算部Ｂ１３２の動作の詳細については後述する。
【００１７】
演算部Ａ１３１と演算部Ｂ１３２からそれぞれ出力される出力結果Ａと出力結果Ｂは演算処理部１３３に入力される。演算処理部１３３は出力結果の２乗和の値（Ａ２＋Ｂ２）を求め、判定部１３４に出力する。
【００１８】
判定部１３４は、演算処理部１３３から入力される２乗和の値（Ａ２＋Ｂ２）に基づいて、撮像装置１２によって撮像された被写体が、たとえば、静止あるいは動作しているかを判定する。なお、この判定部１３４の動作の詳細については後述する。
【００１９】
以下に、本実施形態に係る検知システムの構成および機能について詳細に説明する。
はじめに、本実施形態に係る撮像装置１２のＣＣＤの構造について説明する。
【００２０】
図２は、本実施形態に係るＣＣＤの構造を説明するための一例を示す図である。
【００２１】
図２のＣＣＤ２０はインターライン転送で、フォトダイオードＰＤ２１、垂直転送ＣＣＤ２２、水平転送ＣＣＤ２３、増幅器２４を有する。
フォトダイオードＰＤ２１は、マトリクス状に配列されている。垂直ライン方向に配列されるフォトダイオードＰＤ２１は、列ごとにそれぞれ電荷を転送するための垂直転送ＣＣＤ２２に接続されている。各垂直転送ＣＣＤ２２の末端は、電荷を増幅部に転送する水平転送ＣＣＤ２３にそれぞれ接続されている。また、水平転送ＣＣＤ２３の出力側には増幅器２４が接続されている。
【００２２】
映像の走査方式はインターレースであり、一画面は飛び越し走査で、奇数フィールドと偶数フィールドとで構成される。
先ず、光がフォトダイオードＰＤ２１に入射し、電荷蓄積時間にフォトダイオードＰＤ２１で電荷が蓄積されていく。この間、フォトダイオードＰＤ２１と垂直転送ＣＣＤ２２間は遮断されている。
電荷蓄積時間が終了すると、フォトダイオードＰＤ２１と垂直転送ＣＣＤ２２間が導通し、蓄積された電荷が垂直転送ＣＣＤ２２に移される。この直後に、フォトダイオードＰＤ２１と垂直転送ＣＣＤ２２間は遮断され、フォトダイオードＰＤ２１で次の電荷蓄積が開始する。垂直転送ＣＣＤ２２に移された電荷は、１水平ライン毎に水平転送ＣＣＤ２３に転送され、増幅器２４に入力されている。
この１水平ライン毎に、電荷が垂直転送ＣＣＤ２２から水平転送ＣＣＤ２３へ転送されるまでの周波数は、ＣＣＤ２０の水平走査周波数１５．７３４Ｈｚで行われる。垂直転送ＣＣＤ２２のすべての電荷が水平転送ＣＣＤ２３に転送されると、再び垂直転送ＣＣＤ２２とフォトダイオードＰＤ２１間が導通し、フォトダイオードＰＤ２１の電荷が垂直転送ＣＣＤ２２に移される。フィールド蓄積ＣＣＤの場合、光電変換によってフォトダイオードＰＤ２１で電荷が蓄積され、この電荷がフォトダイオードＰＤ２１から垂直転送ＣＣＤ２２へ転送されるまでの転送周波数は、５９．９４Ｈｚとなる。
【００２３】
図３は、図２のＣＣＤ２０の時系列を説明するための図である。
【００２４】
図３に示すように、光電変換によってフォトダイオードＰＤ２１で電荷が蓄積されるまでの所要時間をΔＴ１とし、この電荷がフォトダイオードＰＤ２１から垂直転送ＣＣＤ２２へ転送されるまでの所要時間をΔＴ２とする。
図３から分かるように、ＣＣＤ２０に入射した光エネルギーは、電荷蓄積時間ΔＴ１の間積分されながら、電荷蓄積周期ΔＴ＝ΔＴ１＋ΔＴ２＝（１／５９．９４）秒でサンプリングされていることになる。
【００２５】
さて、撮像装置１２によって撮像された撮像画像の輝度信号は、図１に図示するように信号処理部１３に入力されている。
ここで、本実施例に係るＣＣＤ２０（図２を参照）からの画素の読み出し方法について説明する。
【００２６】
図４は、単板補色フィルタ型ＣＣＤの画素の一配列例を示した図である。
また、図５は、奇数フィールドＯＦＤと偶数フィールドＥＦＤにおける色信号の組み合わせの一例を示す図である。
【００２７】
画素のカラーフィルタは、Ｙｅ（イエロ）、Ｃｙ（シアン）、Ｍｇ（マジェンタ）、Ｇ（グリーン）で構成され、図４に図示するような配列になっている。画素の読み出しは、上下の画素を加算して読み出される。この加算する組み合わせは、奇数フィールドＯＦＤと偶数フィールドＥＦＤで、１列ずれる。具体的には、奇数フィールドＯＦＤのｎラインでは、（Ｃ１１＋Ｃ２１）、（Ｃ１２＋Ｃ２２）、（Ｃ１３＋Ｃ２３）、（Ｃ１４＋Ｃ２４）、（Ｃ１５＋Ｃ２５）、…のようになる。また、偶数フィールドＥＦＤのｎラインでは、（Ｃ２１＋Ｃ３１）、（Ｃ２２＋Ｃ３２）、（Ｃ２３＋Ｃ３３）、（Ｃ２４＋Ｃ３４）、（Ｃ２５＋Ｃ３５）、…のようになる。
したがって、図５に図示するような奇数フィールドＯＦＤ、偶数フィールドＥＦＤで色信号が出力される。
いずれも、２画素周期で同一のＹｅ、Ｃｙ、Ｍｇ、Ｇの組み合わせの色パターンが繰り返されている。
つまり言い換えると、色信号は２画素周期以上の周波数に重畳して現れる。よって、この色信号を２画素周期を遮断周波数とするローパスフィルタに通せば、色信号は失われ、輝度信号のみが得られる。
したがって、輝度情報は２画素周期でサンプリングされることになる。
【００２８】
図４の円形で図示される投影領域ＲＥＧは、光源による被写体の映像が投影されている様子を示している。なお、画素Ｃ３５、Ｃ３６、Ｃ４５、Ｃ４６、Ｃ５５、Ｃ５６は完全に投影領域ＲＥＧにはいっており、均一に光が照射されているとする。
輝度情報は、奇数フィールドＯＦＤでは、水平ライン（ｎ＋１）のＣ３５、Ｃ３６、Ｃ４５、Ｃ４６の組み合わせに、偶数フィールドＥＦＤでは、水平ラインの（ｎ＋１）ラインのＣ４５、Ｃ４６、Ｃ５５、Ｃ５６の組み合わせによって読み出しされる。
【００２９】
以上に述べたようにして、撮像装置１２からの信号のうち輝度信号が信号処理部１３に出力される。この輝度信号は、演算部Ａ１３１および演算部Ｂ１３２に入力されて所定の処理が行われる。
【００３０】
次に、演算部Ａ１３１および演算部Ｂ１３２で行われる輝度信号の処理方法について図６を参照しながら説明する。
【００３１】
図６は、本実施形態に係る信号処理方法を採用した信号処理部のタイミングチャートである。
【００３２】
図６（Ａ）は、撮像装置１２のインターライン走査を示す図で、偶数フィールドＥＦＤもしくは奇数フィールドＯＦＤのいずれかの状態を示す。図６（Ｂ）〜（Ｅ）はそれぞれ、信号処理部１３で処理される輝度信号レベルの時間変化を表す波形Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４を示し、図６（Ｆ）は一定周期で変化する正弦波の波形Ｗ５を示す図である。
なお、奇数フィールドＯＦＤと偶数フィールドＥＦＤとで１フレームの走査である。つまり、図６（Ａ）に図示するように、ＡとＢ、ＣとＤで１フレームの走査である。
また、以降の説明において、ｆは周波数を、ｔは時刻を、θは位相差をそれぞれ示し、ωは（ω＝２πｆ）を満たす。なお、πは円周率である。
【００３３】
図６（Ｂ）、（Ｃ）に図示する波形Ｗ１と波形Ｗ２は、後で説明する波形Ｗ３と波形Ｗ４で示される波形の関数を導出するための波形である。
図６（Ｄ）に図示する波形Ｗ３は、Ａのフィールドの輝度信号とＣのフィールドの輝度信号との輝度レベルの差をレベル差ＡＣとした時の、レベル差ＡＣを求める関数の時間発展分布を示す。
また、図６（Ｅ）に図示する波形Ｗ４は、Ｂのフィールドの輝度信号とＤのフィールドの輝度信号との輝度レベルの差をレベル差ＢＤとした時の、レベル差ＢＤを求める関数の時間発展分布を示す。
なお、波形Ｗ３は、波形Ｗ１と波形Ｗ２から導出され、波形Ｗ１と波形Ｗ２を足して２で割ったものである。また、波形Ｗ４は波形Ｗ１と波形Ｗ２から導出され、波形Ｗ２から波形Ｗ１を引いて２で割ったものである。
【００３４】
このとき、レベル差ＡＣの第１の時間平均である時間平均ＳＡＣは図１に図示する演算部Ａ１３１で算出される。また、レベル差ＢＤの第２の時間平均である時間平均ＳＢＤは演算部Ｂ１３２で算出される。
具体的には、時間平均ＳＡＣは、Ｃ３５、Ｃ３６、Ｃ４５、Ｃ４６の組み合わせによるＡフィールドとＣフィールドとの輝度レベル差ＡＣから算出される。
同様に、時間平均ＳＢＤは、Ｃ４５、Ｃ４６、Ｃ５５、Ｃ５６の組み合わせによるＢフィールドとＤフィールドとのレベル差ＢＤから算出される。
【００３５】
その時間平均の算出方法について述べる。
ＡフィールドとＣフィールドとのレベル差ＡＣの時間平均ＳＡＣは、波形Ｗ１に、図６（Ｄ）に示す波形Ｗ３を掛けてこの時間平均ＳＡＣを計算する。
また同様に、ＢフィールドとＤフィールドとのレベル差ＢＤの時間平均ＳＢＤは、Ｃ４５、Ｃ４６、Ｃ５５、Ｃ５６の組み合わせによる画素に照射される光の時間変化を表す波形に、図６（Ｅ）に示す波形Ｗ４を掛けてこの時間平均ＳＢＤを計算する。
【００３６】
はじめに、時間平均ＳＡＣの算出方法について具体的に説明する。
波形Ｗ３を数式で表す。まず、波形Ｗ１、波形Ｗ２は以下のようなフーリエ級数で表せる。
【００３７】
【数１】
2008141251.tif 000003
【００３８】
ここで、波形Ｗ１とＷ２は同一周期ｆ２を有するものとする。（１）式と（２）式より、波形Ｗ３は（４）式のように表せる。
【００３９】
【数２】
2008141251.tif 000004
【００４０】
ところで、図６（Ｆ）に図示する周期ｆ１を有する波形Ｗ５は（５）式のような正弦波で表せる。
【００４１】
【数３】
2008141251.tif 000005
【００４２】
（４）式によって表される波形Ｗ３に（５）式で表せる正弦波Ｗ５を掛けると（７）式となる。
【００４３】
【数４】
2008141251.tif 000006
【００４４】
次に、時刻０から時刻Ｔまでにおける（７）式の時間平均をとる。（７）式の右辺に示す各項の内、時間ｔを含む項は交流信号であるから、その時間平均は０である。
したがって、（ω１−（２ｎ−１）ω２＝０）である時のみ、定数ｃｏｓθ１と定数ｓｉｎθ１が残り、時間平均ＳＡＣは（８）式のようになる。
【００４５】
【数５】
2008141251.tif 000007
【００４６】
このようにして、時間平均ＳＡＣが演算部Ａ１３１にて求まる。時間平均ＳＢＤも同様にして演算部Ｂ１３２にて求められ、（９）式で表される。
【００４７】
【数６】
2008141251.tif 000008
【００４８】
さて、（８）式と（９）式で表される時間平均ＳＡＣとＳＢＤとの２乗和（ＳＡＣ２＋ＳＢＤ２）は（１０）式で表される。
【００４９】
【数７】
2008141251.tif 000009
【００５０】
この（１０）式より、ＣＣＤ２０（図２を参照）に入射される光に（ｆ１＝（２ｎ−１）ｆ２）なる周波数成分が含まれているとき、（１０）式で表される波形の成分が検出される。
【００５１】
次に光源１１に含まれる周波数成分について考察する。
図７は、光源１１に含まれる周波数成分についての波形Ｗ６を示す図である。なお、光源１１は、周波数ｆ３で時間τの間、輝度レベルＬ１で発光している。
【００５２】
この波形Ｗ６をフーリエ級数に展開する。波形Ｗ６は、周期（Ｔ３＝１／ｆ3）の周期関数であり、（ω3＝２πｆ3）とすると、（１１）式のようにフーリエ級数の一般式で表される。
【００５３】
【数８】
2008141251.tif 000010
【００５４】
（１１）式の各係数ａ０、ａｎ、ｂｎは波形Ｗ６より（１２）〜（１４）式のように求まる。
【００５５】
【数９】
2008141251.tif 000011
【００５６】
したがって、波形Ｗ６のフーリエ級数は、（１５）式で表される。
【００５７】
【数１０】
2008141251.tif 000012
【００５８】
よって、光源１１の点滅周期をフィールド周期の４倍にした時、すなわち（ｆ３＝ｆ２）である時、（７）式と（１５）式より奇数項で周波数が一致し、時間平均ＳＡＣとＳＢＤの２乗和は（１６）式のようになる。
【００５９】
【数１１】
2008141251.tif 000013
【００６０】
光源１１の点灯のデューティー比をＤとすると（１７）式で表される。
【００６１】
【数１２】
2008141251.tif 000014
【００６２】
よって、（１６）式で表される時間平均ＳＡＣとＳＢＤとの２乗和ＳＡＣＢＤは、（１７）式を用いると（１８）式のようになる。
【００６３】
【数１３】
2008141251.tif 000015
【００６４】
ところで、以下に示す（１８）式の右辺の項（１９）は収束する。
【００６５】
【数１４】
2008141251.tif 000016
【００６６】
この（１８）式の右辺の項（１９）は、デューティー比Ｄに対し、表１のような値をとる。以下に、表１を示す。
【００６７】
【表１】
2008141251.tif 000017
【００６８】
表１に基づいて、横軸にデューティー比Ｄをとり、縦軸に時間平均ＳＡＣとＳＢＤとの２乗和ＳＡＣＢＤをとると、デューティー比Ｄと２乗和ＳＡＣＢＤとの関係は図８に示す図のようになる。
【００６９】
図８より、２乗和ＳＡＣＢＤはデューティー比Ｄ＝０．５で最大となることが分かる。
したがって、（１８）式で表される２乗和ＳＡＣＢＤは、次式のようになる。
【００７０】
（数１５）
ＳＡＣ２＋ＳＢＤ２＝０．０８３３３Ｌ１２  …（２０）
【００７１】
（２０）式に示すように、演算処理部１３３は光源１１（図１を参照）の輝度を検出し、この検出結果（２乗和ＳＡＣＢＤ）を判定部１３４に出力する。この検出結果は、判定部１３４にて被写体の状態を判定する。
【００７２】
本実施例に係る光源１１は特定の光源に依存しない。そこで、他の光源についても輝度を検出できるかについて考察する。
光源として広く使われている白熱電球と蛍光燈は、電源周波数５０Ｈｚの地域で１００Ｈｚ、６０Ｈｚの地域で１２０Ｈｚである。ＮＴＳＣ方式のテレビジョンのフィールド周波数は５９．９４Ｈｚ、パーソナルコンピュータに使用されるモニタのフィールド周波数は、ちらつきがないように６０Ｈｚ以上である。
【００７３】
ＮＴＳＣ方式のテレビジョンのフィールド周波数は５９．９４Ｈｚであり、その１／４倍周期で光源を発光させるとすると、輝度レベル差の周波数ｆ２は次式のようになる。
【００７４】
（数１６）
ｆ２＝５９．９４／４＝１４．９８５Ｈｚ  …（２１）
【００７５】
（７）式と（１５）式より、周波数ｆ２の奇数倍と光源１１の周波数ｆ３の整数倍が一致したときに信号成分が検出される。
【００７６】
表２は、異なる光源の発光周波数と輝度信号レベルの差における周波数との関係を示す値の表である。
【００７７】
【表２】
2008141251.tif 000018
【００７８】
表２のｆ１は（５）式の正弦波の有する周波数で、ｆ２は（２１）式に示す周波数で、ｆ３はそれぞれ、光源１１の周波数、５０Ｈｚ地域での照明の周波数、６０Ｈｚ地域での照明の周波数、ＮＴＳＣ方式のテレビジョンのフィールド周波数、パーソナルコンピュータに使用されるモニタのフィールド周波数である。
表２によると、ｍ＝３０まで、ｆ３が１００、１２０、５９．９４Ｈｚであり、（ｎ×ｆ３＝（２ｍ−１）×ｆ２）が成立するものはない。
【００７９】
例えばパーソナルコンピュータのモニタに関して、そのフィールド周波数が６０Ｈｚ以上であるとすると、本検知システム１０の信号処理出力に最も大きな出力が検出される可能性としては、７４．９２５Ｈｚでスキャンされているモニタが存在した時である。すなわち、ｆ３＝７４．９２５Ｈｚの時であり、表２に示すように、（５×ｆ２）、（１５×ｆ２）、（２５×ｆ２）…と（1×ｆ３）、（３×ｆ３）、（５×ｆ３）…が一致する。この時検出される信号レベルは、次式で示される。
【００８０】
【数１７】
2008141251.tif 000019
したがって、（２２）式で示される信号レベルは光源１１の１／２５のレベルであり、図1に図示してない信号処理で別に除去できる。
【００８１】
以上に述べたように、本検知システム１０は、光源の発光周波数に依存せず、光源または光源に照射された被写体の状態を検知する。
【００８２】
以下に図９を参照しながら、本実施形態に係る検知システムの信号処理方法における一連の動作を説明する。
【００８３】
図９は、本実施形態に係る検知システムの信号処理方法を説明するためのフローチャート図である。
【００８４】
本実施形態では、第１ステップ（ＳＴ１）で、撮像装置１２の電荷蓄積時間内の光源１１の輝度を撮像装置１２のフィールド周期の４ｎ倍で変化させる。
次に第２ステップ（ＳＴ２）で、撮像装置１２からフィールド単位でｎフィールド毎に輝度信号を取得し、この輝度信号を演算部Ａ１３１と演算部Ｂ１３２に出力する。
第３ステップ（ＳＴ３）で、演算部Ａ１３１にて、ｍ番目と（ｍ＋２）番目のフィールドの投影領域ＲＥＧにおける輝度信号レベルのレベル差ＡＣの時間平均ＳＡＣを求める。また、演算部Ｂ１３２にて、（ｍ＋１）番目と（ｍ＋３）番目のフィールドの投影領域ＲＥＧにおける輝度信号レベルのレベル差ＢＤの時間平均ＳＢＤを求める。これら時間平均ＳＡＣとＳＢＤは演算処理部１３３に出力される。
つづいて第４ステップ（ＳＴ４）で、演算処理部１３３にて時間平均ＳＡＣとＳＢＤの２乗和ＳＡＣＢＤが求められ、判定部１３４に出力される。
最後に第５ステップ（ＳＴ５）で、判定部１３４にて２乗和ＳＡＣＢＤの値に応じて、被写体の状態が判定される。
【００８５】
なお、本実施形態に係る演算処理部１３３では、時間平均ＳＡＣとＳＢＤとの２乗和ＳＡＣＢＤを求めるが、時間平均ＳＡＣとＳＢＤとの和（ＳＡＣ＋ＳＢＤ）を判定部１３４での判定基準に用いることもできる。
【００８６】
以上に説明したように、本実施形態によれば、撮像画像の背景ノイズを除去し、光源もしくは光源によって照射された被写体の状態を検出できる。
【００８７】
また、本実施形態に係る検知システムは、撮像装置から得られる信号を取り込み、信号処理部１３の内部にて信号を処理し、被写体の状態を検知する。また、光源に依らない。そのため、撮像装置の仕様には依存せず、たとえば一般に入手可能なカメラを本検知システムの撮像装置として使用できる。
【００８８】
さらに本検知システムは、複数の光源を使用し、信号を並列に信号処理部に伝送することができる。
あるいは、光源の色を複数設け、信号の波長多重伝送も可能である。
また、光源を適宜点滅させ、信号を信号処理部に伝送できる。
【００８９】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について説明する。
【００９０】
本実施形態は、第１実施形態に係るフィールド蓄積、インターレース型の撮像装置１２をフレーム蓄積、インターレース型の撮像装置に置き換えたものである。また同時に、第１実施形態に係る光源１１の輝度の変化周期をフィールド周期の４ｎ倍からフレーム周期の４ｎ倍に変更したものである。この変化周期の変更に伴い、輝度信号の取得もｎフィールドごとから２ｎフィールドごとに輝度信号の取得周期を変更する。
このように、光源１１の輝度の変化周期と輝度信号の取得周期を変更することで、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
したがって、本実施形態によれば、撮像画像の背景ノイズを除去し、光源もしくは光源によって照射された被写体の状態を検出できる。
【００９１】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態について説明する。
【００９２】
本実施形態は、第１実施形態に係るフィールド蓄積、インターレース走査型の撮像装置１２をフレーム蓄積、ノンインターレース走査型の撮像装置に置き換えたものである。
このように、ノンインターレース走査の撮像装置を用いても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
したがって、本実施形態によれば、撮像画像の背景ノイズを除去し、光源もしくは光源によって照射された被写体の状態を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本実施形態に係る検知システムの一構成例を示す図である。
【図２】本実施形態に係るＣＣＤの構造を説明するための一例を示す図である。
【図３】図２のＣＣＤ２０の時系列を説明するための図である。
【図４】単板補色フィルタ型ＣＣＤの画素の一配列例を示した図である。
【図５】奇数フィールドＯＦＤと偶数フィールドＥＦＤにおける色信号の組み合わせの一例を示す図である。
【図６】本実施形態に係る信号処理方法を採用した信号処理部のタイミングチャートである。
【図７】光源１１に含まれる周波数成分についての波形Ｗ６を示す図である。
【図８】デューティー比Ｄと２乗和ＳＡＣＢＤとの関係の一例を示す図である。
【図９】本実施形態に係る検知システムの信号処理方法を説明するためのフローチャート図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０…検知システム、１１…光源、１２…撮像装置、１３…信号処理部、１３０…輝度信号抽出回路、１３１…演算部Ａ、１３２…演算部Ｂ、１３３…演算処理部、１３４…判定部。
【図１】
2008141251.tif 000020
【図２】
2008141251.tif 000021
【図３】
2008141251.tif 000022
【図４】
2008141251.tif 000023
【図５】
2008141251.tif 000024
【図６】
2008141251.tif 000025
【図７】
2008141251.tif 000026
【図８】
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【図９】
2008141251.tif 000028