(57)【要約】【課題】  電子カメラの動き検出やオブジェクト抽出などの精度を向上させること。【解決手段】  露出制御ブロック２０は、マイクロコントローラ３０からの各種初期設定値並びに露出目標値に基づいて、アナログ・ディジタル映像信号処理本線部１０に対して露出制御を行う。アナログ・ディジタル映像信号処理本線部１０は、本線映像信号を露出制御ブロック２０にフィードバックする。露出制御ブロック２０はフィードバックされた信号から、マイクロコントローラ３０に対して輝度レベル微分量検出結果並びに露出誤差判定結果を通知する。マイクロコントローラ３０は、これに基づいて、露出制御ブロック２０を介してアナログ・ディジタル映像信号処理本線部１０の露出制御のON/OFF制御を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像手段により、所定のシャッタ速度にて撮像され、出力された信号を、所定の利得に基づいて増幅した後、Ａ／Ｄ変換して出力されたディジタル映像信号から、前記撮像された撮像画像全体の輝度を示す輝度評価値を一画面毎に算出し、輝度評価値として出力する輝度測光手段と、
前記輝度評価値と所定の露出目標値とを比較して、露出誤差として出力する露出誤差検出手段と、
前記露出誤差が、所定範囲内に収まっているか否かを判定し、露出誤差判定結果として出力する露出誤差判定手段と、
前記輝度評価値から、所定期間毎の輝度変化を検出し、輝度レベル変化量検出結果として出力する輝度レベル変化量検出手段と、
前記露出誤差に基づいて、前記シャッタ速度、あるいは前記利得の少なくともいずれかを設定し、かつその値を更新するか保持するかを切り替えられるシャッタ速度およびゲイン設定手段と、
前記露出誤差判定結果と前記輝度レベル変化量検出結果に基づいて、前記シャッタ速度およびゲイン設定手段を制御して、前記シャッタ速度及び前記利得をホールド状態に設定または解除するマイクロコントローラと、
を備えたことを特徴とする露出制御装置。
【請求項２】
前記マイクロコントローラは、前記露出誤差が所定の範囲内に入ったか否かを判定し、  所定の範囲内に入った事を確認後、前記シャッタ速度およびゲイン設定手段を、ホールド状態に設定し、その後、前記輝度レベル変化量検出手段からの出力が、所定のしきい値を超えたら、前記シャッタ速度およびゲイン設定手段の、ホールド状態を解除することを特徴とする請求項１に記載の露出制御装置。
【請求項３】
撮像手段により、所定のシャッタ速度にて撮像され、出力された信号を、所定の利得に基づいて増幅した後、Ａ／Ｄ変換して出力されたディジタル映像信号から、前記撮像された撮像画像全体の輝度を示す輝度評価値を一画面毎に算出し、輝度評価値として抽出するステップと、
前記輝度評価値と、所定の露出目標値とを比較して、露出誤差として抽出するステップと、
前記露出誤差が、所定範囲内に収まっているか否かを判定し、露出誤差判定結果を抽出するステップと、
前記輝度評価値から、所定期間毎の変化を検出し、輝度レベル変化量検出結果として抽出するステップと、
前記露出誤差に基づいて、前記シャッタ速度、並びに前記利得を設定するステップと、
マイクロコントローラにより、前記露出誤差判定結果と前記輝度レベル変化量検出結果に基づいて、前記シャッタ速度およびゲインを、ホールド状態に設定するステップと、
を含むことを特徴とする露出制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動き検出などのためにフレーム間差分処理を行う電子カメラを含んだシステムの、露出制御装置および露出制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
監視カメラ、セキュリティシステム等では、カメラからの撮像画像から特定の対象物（被写体）を抽出する。例えば、人物全体、顔画像、車両などである。従来より、対象物（被写体）を抽出する方法として、抽出すべき対象の動きに注目し、動きの無い背景などと区別して抽出する方法がある。具体的には、撮像画像の前のフレーム画像と次のフレーム画像の差分を計算し、動きのある部分のみの差分出力を得るものである。このようにフレーム間差分による動き検出方法は、簡単ではあるが、撮像する電子カメラが固定されている場合などでは有効な手法である。
【０００３】
ところで、撮像装置においては、一般に、撮像画像の明るさを一定範囲に収めるために露出制御が行われている。
通常、露出制御を行う場合、撮像画像の明るさを測定して数値化し、明るさの評価値とする。そして、その評価値を、外部から設定された明るさの基準値（露出目標値）と比較し、両者がほぼ一致するように、撮像装置の電子シャッタ速度やアンプの利得を制御する。その結果、光源の明るさの変動等によらず、撮影画像全体の明るさが、露出目標値とほぼ一致する値となる。
【０００４】
ところが、光源に輝度変化があった場合や、カメラ（視点）が移動したとき（シーンチェンジ）などで、露出制御動作が働くと、シャッタ速度やアンプゲインが変わり、撮像画像の明るさが変わってしまう。そのため、上述のフレーム間差分による動き検出方法では、判別すべき被写体のみならず、背景画像も明るさが変わってしまい、背景画像にフレーム差分が生じ（フレーム間差分処理に誤動作が生じ）、動き検出精度が落ちてしまう。
また、被写体の動きにより撮像画像の輝度変化に対して系（露出制御動作）が応答し、シャッタ速度、ゲインが変化すると、背景画像の輝度レベルが変動する現象も生ずる。例えば、抽出すべき撮影対象物がカメラに近づいたり、離れたりし、露出制御動作が働くと、明るさに変動が起こる。この現象も、フレーム差分による動き検出の精度を落とす原因となっている。
このようなフレーム差分による動き検出については、従来、種々の技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特開平９−３２２０２８号公報には、撮像画像をディジタル処理して物体等の進入・離脱を検出する監視用ビデオカメラシステムが開示されており、詳しくは、オートアイリス（自動絞りＡＥ）制御ならびにオートホワイトバランス（自動白補正ＡＷＢ）制御を行っている間は、オートアイリス制御動作やオートホワイトバランス制御動作に伴って生じる画像信号の変化量が大きくならないうちに基準画面の更新を繰り返すことで、監視対象に変化が無い部分を動きありと検出してしまう誤検出を解消する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平９−３２２０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これら特開平９−３２２０２８号公報に記載された技術を含め、従来の技術においては、監視対象場所や監視時間、監視間隔等の監視条件を考慮して、露出制御を自動にするか固定にするかを設定する作業は煩わしいだけでなく、長時間にわたって監視を継続する場合は、露出制御を自動にした場合の利点・欠点と、露出制御を固定にした場合の利点・欠点とが相反するため、いずれの設定でも動きのあった対象物（被写体）以外の部分を動き等があったものとして誤検出してしまうことがあった。
【０００７】
そこで本発明は、電子カメラの露出制御のON／OFF動作を最適に制御することで、フレーム間の輝度レベルの変動を抑え、動き検出やオブジェクト抽出などの精度を向上させ得る露出制御装置および方法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】
【０００８】
以上の課題を解決するため、本発明の露出制御装置は、撮像手段により、所定のシャッタ速度にて撮像され、出力された信号を、所定の利得に基づいて増幅した後、Ａ／Ｄ変換して出力されたディジタル映像信号から、前記撮像された撮像画像全体の輝度を示す輝度評価値を一画面毎に算出し、輝度評価値として出力する輝度測光手段（例えば、図３における輝度測光ブロック２１）と、前記輝度評価値と所定の露出目標値とを比較して、露出誤差として出力する露出誤差検出手段（例えば、図３における露出誤差検出器２２）と、  前記露出誤差が、所定範囲内に収まっているか否かを判定し、露出誤差判定結果として出力する露出誤差判定手段（例えば、図３における露出誤差判定器２４）と、前記輝度評価値から、所定期間毎の輝度変化を検出し、輝度レベル変化量検出結果として出力する輝度レベル変化量検出手段（例えば、図３における輝度レベル微分量検出部２５）と、前記露出誤差に基づいて、前記シャッタ速度、あるいは前記利得の少なくともいずれかを設定し、かつその値を更新するかホールドするかを切り替えられるシャッタ速度およびゲイン設定手段（例えば、図３におけるシャッタ速度およびゲイン設定部２３）と、前記露出誤差判定結果と前記輝度レベル変化量検出結果に基づいて、前記シャッタ速度およびゲイン設定手段を制御して、前記シャッタ速度及び前記利得をホールド状態に設定または解除するマイクロコントローラ（例えば、図１におけるマイクロコントローラ３０）とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
このような構成により、フレーム間差分を用いた処理を行う時には、露出制御をホールド状態、すなわちシャッタ速度と利得を保持することができる。また、露出誤差と輝度レベル変化量に基づいて、電子カメラの露出制御を更新するかホールドするか最適に制御することができる。例えば、輝度レベル変化量を監視し、ある程度以上の輝度変化が発生したときにホールド状態を解除し（露出制御を行い）、発生が無い場合はホールド状態にすることが可能となる。その結果、フレーム間差分を用いた処理、例えば動き検出やオブジェクト抽出などの精度を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の露出制御装置は、前記マイクロコントローラ（例えば、図１におけるマイクロコントローラ３０）が、前記露出誤差が所定の範囲内に入ったか否かを判定し、所定の範囲内に入った事を確認後、前記シャッタ速度およびゲイン設定手段（例えば、図３におけるシャッタ速度およびゲイン設定部２３）を、ホールド状態に設定し、その後、前記輝度レベル変化量検出手段（例えば、図３における輝度レベル微分量検出部２５）からの出力が、所定のしきい値を超えたら、前記シャッタ速度およびゲイン設定手段（例えば、図３におけるシャッタ速度およびゲイン設定部２３）の、ホールド状態を解除するような構成とした。
このような構成により、電子カメラの露出制御のホールド（ＯＦＦ）状態・解除状態（ＯＮ）状態を最適に制御することができ、ホールド状態でフレーム間差分を用いた処理を行うことで精度を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の露出制御方法は、撮像手段により、所定のシャッタ速度にて撮像され、出力された信号を、所定の利得に基づいて増幅した後、Ａ／Ｄ変換して出力されたディジタル映像信号から、前記撮像された撮像画像全体の輝度を示す輝度評価値を一画面毎に算出し、輝度評価値として抽出するステップと、前記輝度評価値と、所定の露出目標値とを比較して、露出誤差として抽出するステップと、前記露出誤差が、所定範囲内に収まっているか否かを判定し、露出誤差判定結果を抽出するステップと、前記輝度評価値から、所定期間毎の変化を検出し、輝度レベル変化量検出結果として抽出するステップと、前記露出誤差に基づいて、前記シャッタ速度、並びに前記利得を設定するステップと、マイクロコントローラにより、前記露出誤差判定結果と前記輝度レベル変化量検出結果に基づいて、前記シャッタ速度およびゲインを、ホールド状態に設定するステップとを含むようにした。
これにより、電子カメラの露出制御のON／OFF動作を最適に制御することができ、フレーム間の輝度レベルの変動を抑え、動き検出やオブジェクト抽出などの精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図を参照して本発明に係る露出制御装置の実施の形態を説明する。
（実施の形態）
まず、構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る露出制御装置１の機能構成を示す図である。
図１において、露出制御装置１は、アナログ・デジタル映像信号本線部１０と、露出制御ブロック２０と、マイクロコントローラ３０とを含んで構成される。
【００１３】
図２は、アナログ・デジタル映像信号本線部１０の機能構成を示す図である。
図２に示す如くに、アナログ・デジタル映像信号本線部１０は、イメージセンサ１１と、プログラマブルゲインアンプ（PGA:Programmable Gain Amp）１２と、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）１３とにより構成される。
イメージセンサ１１は、電子シャッタを備えており、露出制御ブロック２０によって設定されるシャッタ速度で、レンズから入力される光を受光する。また、イメージセンサ１１は、受光した光（レンズの結像）を光電変換して、画像信号を出力する。
【００１４】
ＰＧＡ１２は、露出制御ブロック２０によって設定される利得で、イメージセンサの出力信号を増幅する。
ＡＤＣ１３は、ＰＧＡ１２の出力信号をデジタル信号に変換し、本線映像信号として出力する。
次に、露出制御ブロック２０について説明する。
【００１５】
図３は、露出制御ブロック２０の機能構成を示す図である。
図３に示す如くに、露出制御ブロック２０は、輝度測光ブロック２１と、露出誤差検出器２２と、シャッタ速度およびゲイン設定部２３と、露出誤差判定器２４と、輝度レベル微分量検出部２５とにより構成される。
輝度測光ブロック２１は、ＡＤＣ１３から本線映像信号が入力されると、１画面分（１フレームまたは１フィールド分）の画像について、各画素の輝度を積分し、その積分結果から、輝度評価値を算出（検出）する。輝度測光ブロック２１は、算出された輝度評価値を、露出誤差検出器２２および輝度レベル微分量検出部２５に出力する。
【００１６】
なお、輝度測光ブロック２１における輝度評価値を生成するロジックは、輝度測光ロジックと呼ばれる。輝度測光ロジックとして、１画面に含まれる画素の輝度を単純に積分する方法の他、画面の中央付近に被写体が存在することを想定し、中央付近の画素を重み付けして積分する方法や、画面を所定のパターンで分割して重み付けを行い、積分する方法等を用いることも可能である。
【００１７】
露出誤差検出器２２は、輝度測光ブロック２１から入力される輝度評価値と、マイクロコントローラ３０から入力される露出目標値との誤差レベルを判定し、その差分値（以下、「露出誤差」と言う。）が所定値以下かどうかを判定し、シャッタ速度およびゲイン設定部２３および露出誤差判定器２４に出力する。露出誤差判定器２４は、しきい値（所定値）と検出結果（露出誤差）とを比較し、しきい値との大小関係を、マイクロコントローラ３０に出力する。
【００１８】
輝度レベル微分量検出部２５は、輝度測光ブロック２１から入力される輝度評価値の時間的変化を観測する手段で、例えば、２，３フレーム間の輝度評価値の差分値などを算出し、輝度レベル微分量検出結果として、マイクロコントローラ３０に出力する。
本実施の形態では、２つの検出手段（露出誤差判定器２４並びに輝度レベル微分量検出部２５）は、マイクロコントローラ３０により設定されたしきい値と検出結果（露出誤差）を比較する比較手段を有しているが、この比較手段はマイクロコントローラ３０等が、ソフトウェアにて行うようにしても良い。
なお、しきい値は、カメラの設置される環境やカメラ性能（S／N）に依存するため、予め実験等により求める必要がある。実験により求めたしきい値よりも検出レベルが高い場合に“露出誤差有り”もしくは“輝度値変化有り”と判断する。また、露出誤差判定器に与えるしきい値は、露出制御の精度すなわち露出目標値にどこまで近づけるかを示す値であり、輝度レベル微分量検出部に与えるしきい値は、露出制御動作の感度すなわちどの程度の頻度でそれを行わせるかを示す値である（後述）。
【００１９】
次に、本発明である露出制御装置の動作（露出制御ブロック２０とマイクロコントローラ３０）の動作について説明する。
マイクロコントローラ３０は、露出誤差判定器２４並びに輝度レベル微分量検出部２５の出力結果に基づき、露出制御（露出制御ブロック２０の制御）を行う。なお、露出制御ブロック２０の構成は、ハードウェアでもソフトウェアでも良い。また、マイクロコントローラが制御する内容は、露出制御のON／OFF、露出誤差判定器と輝度レベル微分量検出器へのしきい値の設定などである。また、マイクロコントローラ３０は、輝度レベル微分量検出部２５と露出誤差判定器２４のステータスを常時監視することで露出制御ブロック２０の制御を行う。
【００２０】
既述の通り、マイクロコントローラ３０の処理の基本は、輝度レベル微分量検出部２５と露出誤差判定器２４のステータスに応じ、露出制御ブロック２０を制御することで露出制御動作を行うことである。
図４は、マイクロコントローラ３０の動作（露出制御ブロック２０の制御動作）を示したフローチャートである。
【００２１】
マイクロコントローラ３０は、最初に露出制御の制御動作を決める各種パラメータのセット（初期化）を行う（ステップＳ１）。具体的には輝度レベル微分量検出部２５と露出誤差判定器２４に対するしきい値、露出目標値の設定である。
次に、マイクロコントローラ３０は、露出制御ブロック２０を起動し（ONにし）、露出制御動作を開始（ホールド状態を解除する）させる（ステップＳ２）。
【００２２】
露出制御ブロック２０の露出制御が起動されると、露出制御ブロック２０は、露出評価値を露出目標値に近づけるために、シャッタ速度およびゲイン設定部２３を制御して、アナログ・デジタル映像信号本線部１０のシャッタ速度とＰＧＡゲインを更新する。これにより、シャッタ速度とＰＧＡゲインは所定の値に収束する。
次に、マイクロコントローラ３０は、露出誤差判定器２４からの出力結果から、シャッタ速度とＰＧＡゲインが収束したか否かを判定する（ステップＳ３）。なお、露出誤差判定器２４は、設定されたしきい値と比較するが、しきい値が小さいほど精度が高く、大きいと精度が低い。よってしきい値は重要なパラメータである。
【００２３】
マイクロコントローラ３０は、露出誤差判定器２４の出力結果から、シャッタ速度とＰＧＡゲインが収束した（露出誤差判定結果が、予め設定されたしきい値以下になった）ことを確認すると、露出制御動作をホールド状態とし、シャッタ速度とＰＧＡゲインを固定する（ステップＳ４）。
その後、マイクロコントローラ２０は、輝度レベル微分量検出部２５からの出力信号である輝度レベル微分量検出結果が、所定のしきい値を超えていないか判定し、しきい値を超えた場合には、再び、初期化処理を行い、ホールド状態を解除して、露出制御ブロックの露出制御機能を起動する（ステップＳ５，Ｓ１）。なお、輝度レベル微分量検出部２５は、設定されたしきい値と比較するが、しきい値が小さいと露出制御の頻度が上がり、大きいと露出制御の頻度が下がる。フレーム間差分を用いた処理、例えば動き検出やオブジェクト抽出などを行う場合、露出制御が極力行われない方が望ましいので、しきい値は大きくするほうが望ましい。
【００２４】
しきい値を超えていない場合、マイクロコントローラ３０はフレーム間差分処理などを行い、動き検出処理等を行う（ステップＳ５，Ｓ６）。
以上、本発明によれば、露出制御動作を、本発明の条件が発生する場合、即ち、輝度レベル微分量検出値が、所定値より大きい場合にのみ起動し、それ以外のときはシャッタ速度、ＰＧＡゲインを固定値に維持するようにしたので、背景などの輝度レベルが安定し、その結果、動き検出などのフレーム間差分処理の精度が向上する。即ち、従来、被写体が移動したり、近づいたり等することによって行われていた露出制御動作で、輝度レベルが変動し、その結果、動き検出などのフレーム間差分処理の精度が落ちていた現象を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施の形態に係る露出制御装置１の機能構成を示す図である。
【図２】アナログ・デジタル映像信号本線部１０の機能構成を示す図である。
【図３】露出制御ブロック２０の機能構成を示す図である。
【図４】マイクロコントローラ３０の動作（露出制御ブロック２０の制御動作）を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００２６】
１  露出制御装置、１０  アナログ・デジタル映像信号本線部、１１  イメージセンサ、１２  ＰＧＡ、１３  ＡＤＣ、２０  露出制御ブロック、２１  輝度測光ブロック、２２    露出誤差検出器、２３  シャッタ速度およびゲイン設定手段、２４  露出誤差判定器、２５  輝度レベル微分量検出部、３０  マイクロコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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