(57)【要約】【課題】  従来の撮像装置は、照明を用いて被測定物に光を照射して撮像を行う際に、照射してから被測定物で光が反射してカメラに光が入射するまでの時間が測定されず、そのため被写体と撮像した画像の間の距離を測定することができないという問題点があった。【解決手段】  被写体を撮像する撮像手段を備えた撮像装置において、照射光を発光する発光手段と、該発光した照射光の反射による反射光を受光する受光手段と、前記発光手段の発光から前記受光手段の受光までの時間を計測して距離換算する距離演算手段と、前記撮像手段が撮像した画像の所定の画素単位に前記距離換算した結果を割当てる画像演算手段と、とより構成され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】
被写体を撮像する撮像手段を備えた撮像装置において、
照射光を発光する発光手段と、
該発光した照射光の反射による反射光を受光する受光手段と、
前記発光手段の発光から前記受光手段の受光までの時間を計測して距離換算する距離演算手段と、
前記撮像手段が撮像した画像の所定の画素単位に前記距離換算した結果を割当てる画像演算手段と、
とより構成されることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記画像演算手段により撮像した画素単位の所定の距離に相当する画素を表示する画像表示手段により当該所定の距離の画素部分が表示されることを特徴とする前記請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記発光手段の発光時間と受光手段の露光時間との位相を前記撮像手段が撮像する画像データの所定のフレーム若しくは所定のフィールド毎に変化させることを特徴とする前記請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
被写体を撮像する撮像装置の撮像方法において、
照射光を発光し、
該発光した照射光の反射による反射光を受光し、
前記発光から前記受光までの時間を計測して距離換算し、
撮像した画像の所定の画素単位に前記距離換算した結果を割当てることにより画素単位の距離が測定されることを特徴とする撮像方法。
【請求項５】
前記撮像した画素単位の所定の距離に相当する画素を表示し、
当該所定の距離の画素部分を表示させることを特徴とする前記請求項４に記載の撮像方法。
【請求項６】
前記発光の時間と受光による露光の時間との位相を撮像する画像データの所定のフレーム若しくは所定のフィールド毎に変化させることを特徴とする前記請求項４または請求項５に記載の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体を撮像する撮像手段を備えた撮像装置及び撮像方法に関し、特に撮像した被写体の距離や形状、奥行きを測定して表示する撮像装置及び撮像方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の撮像装置について図１１を用いて説明する。
図１１は、従来の撮像装置であるカメラのブロック図の一例を示す。
この図１１は、ＣＣＤデジタルカメラを用いており、タイミング発生回路２３で作成されたＣＣＤ駆動パルスをドライバ２２を介してＣＣＤ２１に転送してＣＣＤ出力を得て、ＣＤＳ回路２４でノイズ除去し、Ａ／Ｄ回路２５でデジタル変換をして映像出力が為されるものである。
【０００３】
また、従来の撮像装置に関する技術として、例えば特許文献１〜２等がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２３０２３０号公報
【特許文献２】特開２００３−３４６１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の撮像装置（カメラ）においては、照明を用いて被測定物に光を照射して撮像を行う際に、照射してから被測定物で光が反射してカメラに光が入射するまでの時間が測定されず、そのため被写体と撮像した画像の間の距離を測定することができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記従来技術に鑑みて為されたもので、被測定物に光を照射してからカメラに光が入射（受光）するまでの時間を測定し、これにより、カメラが撮像した画像と照明から被測定物までの距離を求めることのできる撮像装置及び撮像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】
【０００７】
上記従来の問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、被写体を撮像する撮像手段を備えた撮像装置において、照射光を発光する発光手段と、該発光した照射光の反射による反射光を受光する受光手段と、前記発光手段の発光から前記受光手段の受光までの時間を計測して距離換算する距離演算手段と、前記撮像手段が撮像した画像の所定の画素単位に前記距離換算した結果を割当てる画像演算手段と、とより構成されることを特徴とする。
【０００８】
また、上記従来の問題点を解決するため請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の撮像装置であって、前記画像演算手段により撮像した画素単位の所定の距離に相当する画素を表示する画像表示手段により当該所定の距離の画素部分が表示されることを特徴とする。
【０００９】
また、上記従来の問題点を解決するため請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、前記発光手段の発光時間と受光手段の露光時間との位相を前記撮像手段が撮像する画像データの所定のフレーム若しくは所定のフィールド毎に変化させることを特徴とする。
【００１０】
また、上記従来の問題点を解決するため請求項４に記載の発明は、被写体を撮像する撮像装置の撮像方法において、照射光を発光し、該発光した照射光の反射による反射光を受光し、前記発光から前記受光までの時間を計測して距離換算し、撮像した画像の所定の画素単位に前記距離換算した結果を割当てることにより画素単位の距離が測定されることを特徴とする。
【００１１】
また、上記従来の問題点を解決するため請求項５に記載の発明は、前記請求項４に記載の撮像方法であって、前記撮像した画素単位の所定の距離に相当する画素を表示し、当該所定の距離の画素部分を表示させることを特徴とする。
【００１２】
また、上記従来の問題点を解決するため請求項６に記載の発明は、前記請求項４または請求項５に記載の撮像方法であって、前記発光の時間と受光による露光の時間との位相を撮像する画像データの所定のフレーム若しくは所定のフィールド毎に変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、被測定物に光を照射してからカメラに光が入射（受光）するまでの時間を測定し、これにより、カメラが撮像した画像と照明から被測定物までの距離を求めることのできる撮像装置及び撮像方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態である撮像装置のブロック図の実施例（第１実施例）を示す。
タイミング発生回路６のパルスをきっかけとし、照明発光パルス発生回路及びフレーム情報回路４で照明を発光させるパルスを作成して照明３にパルスを転送し、発光させる。
タイミング発生回路６は、受光素子１を駆動するパルス（転送パルス、露光時間パルス）も作成し遅延回路５に転送する。
転送された受光素子駆動パルスは、遅延回路５にて、フレームもしくはフィールド毎に切り換える制御信号発生回路７で生成された切り換えパルスによって遅延量を可変させてドライバ２を介して受光素子１に転送して受光素子出力（画像出力）を得る。
得られた受光素子出力は、ＣＤＳ回路８を経てＡ／Ｄ回路９でデジタル変換されフレームメモリもしくはフィールドメモリ１０に転送される。
転送された画像は演算回路１１で、照明発光パルス発生回路及びフレーム情報回路４から転送されるフレーム番号もしくはフィールド番号を元に、フレームあるいはフィールド間にまたがり、同じ位置（同じアドレス）の画素毎でのピーク値（映像レベル）を検出し、その結果を演算回路もしくは各種制御信号発生回路１２に転送する。
検出したピーク値と照明発光パルス発生回路及びフレーム情報回路４から転送されるフレーム番号もしくはフィールド番号と遅延回路５での遅延量を元に、ＣＣＤカメラ１と被測定物までの距離を求める。
遅延回路５で、遅延させる量は、レファレンス（例えば、非測定物までの距離を３．０ｍとした時の時間）を基準にして、照明発光時間に対して受光素子の露光時間の位相を可変させる。
【００１５】
図３は、本発明の実施の形態であるＣＣＤカメラの露光時間付近のタイミングチャートの実施例を示す。
露光時間３７は、露光開始パルス３８と露光終了パルス３９の期間で設定する。
ＣＣＤカメラの出力３１を前述した図１の遅延回路５で遅延させる時は、この露光開始パルス３８と露光終了パルス３９に加え、リセットゲートパルス３２、水平転送パルス３３、３４、サンプルホールドパルス３５、３６の位相も遅延量に合わせて可変させる。
【００１６】
図４は、本発明の実施の形態である撮像装置と被測定物の配置関係を示す実施例である。
撮像装置は、受光素子を含むカメラ４３と照明４２とより構成され、カメラ４３と照明４２の配置に際して、被測定物（被写体）４１と照明４２までの距離４４（Ｌ１）と、被測定物４１とカメラ４３の受光素子の受光面までの距離４５（Ｌ２）が一定になるように配置する。
これは、カメラ４３が被測定物の方向にその撮像方向を向くように雲台等のパンチルト機構により可動するものである。
【００１７】
図５は、本発明の実施の形態である照明発光パルスと露光時間のタイミングチャートの実施例を示す。
この図５では、照明発光パルス５１に対して露光時間５２の位相を３種類変化させた場合のタイミングチャートを示している。
ここで、照明発光時間ｔｅ５８と露光時間ｔｓ５９は所定の時間に限定されている。
照明発光パルスがその発光時間ｔｅであるデルタｔ１のフレーム５５では、照明発光パルス５１よりも露光時間５２の位相が前にきているので、実受光時間イメージ５３に示すように、重なっている部分が少なくなり映像信号イメージ５４の映像レベル６１も低くなる。
照明発光パルスがその発光時間ｔｅであるデルタｔ３のフレーム５７は、照明発光パルス５１よりも露光時間５２の位相が後ろにきているが、デルタｔ１のフレーム５５と同様に実受光時間イメージ５３が重なっている部分が少なくなり、映像信号イメージ５４の映像レベル６３は低くなる。
照明発光パルスがその発光時間ｔｅであるデルタｔ２のフレーム５６のように、照明発光パルス５１と露光時間５２の重なり部分が一致すると、実受光時間イメージ５３の時間が増えて、映像信号イメージ５４の映像レベル６２も高くなる。
この映像レベル（６１、６２、６３）の位相差（照明発光パルスと露光時間との位相差）をレファレンス時間（距離）として、この時の照明発光パルス５１に対して露光時間５２の位相が、前にきているか後ろにきているかで、被測定物とカメラの距離がレファレンスよりも近いのか遠いのかを判断し、照明発光時間と露光時間の時間差６０（ｔｄ＝、マイナスかプラスか）にて被測定物とカメラの距離を求める。
照明発光時間と露光時間の時間差６０が、マイナス側に行く程、レファレンスの距離よりも近くに被測定物があり、プラス側に行く程、遠くに被測定物がある。
【００１８】
図６は、本発明の実施の形態である照明発光時間と露光時間の差と映像信号レベルの関係を示す実施例である。
この図６は、前述した図５を元に照明発光時間と露光時間の時間差ｔｄ６０と映像信号の関係を表したものであり、ｔｄ＝０がピーク値となることを示す。
【００１９】
図７は、本発明の実施の形態である撮像装置のブロック図の実施例（第２実施例）を示す。
タイミング発生回路７６のパルスをきっかけとし、照明発光パルス発生回路７４で照明を発光させるパルスを作成して遅延回路７３を介して照明７２にパルスを転送し、発光させる。
この際、照明発光パルスをフレームもしくはフィールド毎に切り換える制御信号発生回路７７によって選択される遅延量を遅延回路７３に与えて照明７２に転送している。
タイミング発生回路７６は、受光素子７１を駆動するパルス（転送パルス、露光時間パルス）も作成しドライバ７５を介して受光素子７１に転送して受光素子出力（画像出力）を得る。
得られた受光素子出力は、ＣＤＳ回路７８を経てＡ／Ｄ回路７９でデジタル変換されフレームメモリもしくはフィールドメモリ８０に転送される。
また、タイミング発生回路７６は、フレームもしくはフィールド毎に切り換える制御信号発生回路７７で生成された切り換えパルスを演算回路８１に出力する。
前記の転送された受光素子出力（画像）は演算回路８１で、制御信号発生回路７７から出力されるフレームもしくはフィールド毎の切り換えパルスにより、フレームあるいはフィールド間にまたがりピーク値（映像レベル）を検出することで、同じ位置（同じアドレス）の画素毎でのピーク値（映像レベル）を各種制御信号発生回路１２に転送する。
検出したピーク値と所定のフレーム番号もしくはフィールド番号の所定の遅延量を元に、ＣＣＤカメラ７１と被測定物までの距離を求める。
【００２０】
この図７の第２実施例では、受光素子の露光時間に対して照明発光時間の位相を可変させて画像出力を行う手段、方法としているものであり、前述した図１の第１実施例では、照明発光時間に対して受光素子の露光時間に位相を１フレームもしくは１フィールド毎に可変させて画像出力を得ていたものである。
具体的に第２実施例では、照明発光パルス発生回路７４で生成された照明発光パルスをフレームもしくはフィールド毎に切り換える制御信号発生回路７７によって選択される遅延量を遅延回路７３において遅延した後、照明７２に転送して発光させ、また、タイミング発生回路７６で生成される露光時間パルスを基準に照明発光パルスを遅延させる。
【００２１】
図８は、本発明の実施の形態である画像と映像出力レベルの関係を説明する実施例（第１実施例）であり、図８（ａ）は映像出力のグラフ、図８（ｂ）は画像の模式図、を示す。
この図８は、本発明の照明発光時間に対し露光時間の位相を可変させた時の画像９１を図８（ｂ）に示し、得られた画像のフレームあるいはフィールド間にまたがり、同じ位置（同じアドレス）の画素でのピーク値（映像レベル）を検出したものが図８（ａ）のグラフである。
そして、デルタｔ３での映像レベルが一番高いので、被測定物までの距離はデルタｔ３の時間から求められる距離となる。
【００２２】
図９は、本発明の実施の形態である画像と映像出力レベルの関係を説明する実施例（第２実施例）であり、図９（ａ）は映像出力のグラフ、図９（ｂ）は画像の模式図、図９（ｃ）は画素選択の模式図、を示す。
この図９では、任意の画素においての照明発光時間と露光時間の位相を可変させた画像と映像出力レベルの関係を示している。
図９（ｂ）にて得られた画像１０１のフレームあるいはフィールド間にまたがり、図９（ｃ）に示すように画像フレーム１０２の任意の画素１０４でのピーク値（映像レベル）を検出して図９（ａ）に示す映像出力レベルのグラフを表わす。
照明発光時間と露光期間を可変させた画像において、同一画素での映像出力レベル１０３をみると、デルタｔ２のレベルが一番大きいので、この時のカメラから被測定物までの距離は、デルタｔ２の時間から求めた距離となる。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態である撮像装置を用いた監視カメラシステムのブロック図の実施例を示す。
この図２は、前述した図１や図７の撮像装置を用いたネットワーク型の監視カメラシステムであり、撮像装置（監視カメラ）が通信回線を介して管理センタに接続される。
管理センタは、ネットワークの入出力を行うサーバと、画像を記録する記録部と、撮像装置が撮像する映像データを表示する表示部と、各撮像装置の表示切り替え等の各種の操作を行うキーボード等の操作部と、これらを制御する制御部とより構成される。
なお、サーバには記録部と制御部を含んでいる場合もある。
【００２４】
図１０は、本発明の実施の形態である撮像した画像表示の実施例を示す。
この図１０は侵入物を検知した監視カメラの画像表示例であり、前述した図２の表示部には、各監視カメラ（撮像装置）のうちの１つの監視カメラの監視映像、または複数の監視カメラによる画面分割の映像表示などを選択的に表示することができる。
例えば、各監視カメラの各々は、被測定物（被写体）が所定の距離となった場合に「侵入物有り」として侵入物を検知すると、当該監視カメラの映像を図１０のように表示することで、どの監視カメラが侵入物体を検知したかが拡大して表示される。
【００２５】
ここで、各々の監視カメラに設定された所定の距離に応じて、被測定物（被写体）が所定の距離となった場合、所定の距離毎に画像表示が為されるように設定し、すなわち、所定の距離に何もなければ画像として何も認識されずに表示されないこととなる。
そして、侵入する物体が有る場合、例えば、距離Ｘの侵入物体と、距離Ｙの侵入物体とを表示し、当該距離Ｘ若しくはＹ以外の撮像範囲の映像（すなわち、背景映像）は表示されずに、距離Ｘと距離Ｙの間の侵入物体のみを表示することができる。
このことは、距離の設定（Ｘ、Ｙ、・・・）を複数設けておき、当該各距離に応じた表示色または表示の濃淡を設定しておくことで、被測定物を立体的な画像として表示することができるものである。
【００２６】
以上説明したように本発明の実施の形態によると、照明の発光時間と受光素子の露光時間を限定し、照明とカメラの位置を一定にし、照明、カメラと被測定物との距離を一定にして設置するものである。
また、照明発光時間に対して受光素子の露光時間に位相を１フレームもしくは１フィールド毎に可変させて画像出力を得るものである。
加えて、１フレームもしくは１フィールド毎に可変させて画像出力を得る時に、受光素
子の露光時間に対して照明発光時間の位相を可変させても良い。
さらに、フレームメモリあるいはフィールドメモリと演算回路を具備し、撮像した画像をフレームあるいはフィールド間にまたがり、同じ位置（同じアドレス）の画素でのピーク値（映像レベル）を検出する。
【００２７】
また本発明の実施の形態によれば、照明の発光時間と受光素子の露光時間を限定し、照明とカメラの位置を一定に設置して照明の発光時間に対して受光素子の露光時間の位相を１フレームあるいは１フィールド毎に可変させて画像出力を得た後にフレームメモリあるいはフィールドメモリと演算回路で演算を行いフレームあるいはフィールド間にまたがって同じ位置（同じアドレス）の画素毎のピーク値（映像出力）を検出して発光からカメラの受光素子に入射するまでの時間を求めることで、被測定物に光を照射してからカメラに光が入射するまでの時間を測定して、カメラと照明から被測定物までの距離を求めることができる。
【００２８】
また本発明の実施の形態によれば、カメラと被測定物までの距離が測定でき、また、被測定物の形状と奥行きも同時に求められるので、その被測定物を表示の色や濃淡により立体的に表示することができ、３次元形状計測にも応用できる。
このような撮像装置を監視カメラシステムに用いることで侵入物体が検知された場合のみ、その侵入物体を表示することができる。
また、このような監視カメラシステムとして夜間の暗視カメラに適用することで、撮像装置の照明手段として、可視領域外の照明光を用いることができ、特に有効な監視システムを構築することができる。
【００２９】
本発明によれば、照明の発光時間と受光素子の露光時間を限定し、照明とカメラの位置を一定に設置する撮像装置において、照明の発光時間と受光素子の露光時間との位相を１フレームもしくは１フィールド毎に変化させる撮像装置とすることができる。
またこのような撮像装置において、照明の発光時間と受光素子の露光時間との位相を１フレームもしくは１フィールド毎に変化させる方法を、照明発光パルス位相変化もしくは、受光素子の露光時間の制御で行うことができる。
またさらに、フレームもしくはフィールド画像を取り込み、画像レベルのピーク検出をすることができ、取り込んだ画像を演算処理をして表示する、または、制御信号として出力することができる。
またさらに、照明発光とカメラ露光タイミングを変化させることで、ビデオ出力変化を計測することにより被測定物とカメラの間の距離を測定する装置とすることができる。
またさらに、発光とその反射を受光することでカメラと被写体の距離を測定し、被写体の立体画像を取得するカメラ装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態である撮像装置のブロック図の実施例（第１実施例）。
【図２】本発明の実施の形態である撮像装置を用いた監視カメラシステムのブロック図の実施例。
【図３】本発明の実施の形態であるＣＣＤカメラの露光時間付近のタイミングチャートの実施例。
【図４】本発明の実施の形態である撮像装置と被測定物の配置関係を示す実施例。
【図５】本発明の実施の形態である照明発光パルスと露光時間のタイミングチャートの実施例。
【図６】本発明の実施の形態である照明発光時間と露光時間の差と映像信号レベルの関係を示す実施例。
【図７】本発明の実施の形態である撮像装置のブロック図の実施例（第２実施例）。
【図８】本発明の実施の形態である画像と映像出力レベルの関係を説明する実施例（第１実施例）であり、（ａ）は映像出力のグラフ、（ｂ）は画像の模式図、を示す。
【図９】本発明の実施の形態である画像と映像出力レベルの関係を説明する実施例（第２実施例）であり、（ａ）は映像出力のグラフ、（ｂ）は画像の模式図、（ｃ）は画素選択の模式図、を示す。
【図１０】本発明の実施の形態である撮像した画像表示の実施例。
【図１１】従来の撮像装置であるカメラのブロック図の一例。
【符号の説明】
【００３１】
１…受光素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳ）、２…ドライバ、３…照明、４…照明発光パルス発生回路およびフレーム情報回路、５…遅延回路、６…タイミング発生回路（ＴＧ）、７…フレームもしくはフィールド毎に切り換える制御信号発生回路、８…ＣＤＳ回路、９…Ａ／Ｄ回路、１０…フレームもしくはフィールドメモリ、１１…演算回路、１２…演算回路もしくは各種制御信号発生回路、２１…ＣＣＤ、２２…ドライバ、２３…タイミング発生回路（ＴＧ）、２４…ＣＤＳ回路、２５…Ａ／Ｄ回路、３１…ＣＣＤ出力、３２…リセットゲートパルス、３３…水平転送パルス、３４…水平転送パルス、３５…サンプルホールドパルス、３６…サンプルホールドパルス、３７…露光時間、３８…露光開始パルス、３９…露光終了パルス、４１…被測定物、４２…照明、４３…カメラ、４４…被測定物と照明までの距離、４５…被測定物とカメラの受光面までの距離、５１…照明発光パルス、５２…露光時間、５３…実受光時間イメージ、５４…映像信号イメージ、５５…フレーム、５６…フレーム、５７…フレーム、５８…照明発光時間、５９…露光時間、６０…照明発光時間と露光時間の差、７１…受光素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳ）、７２…照明、７３…遅延回路、７４…照明発光パルス発生回路、７５…ドライバ、７６…タイミング発生回路（ＴＧ）、７７…フレームもしくはフィールド毎に切り換える制御信号発生回路、７８…ＣＤＳ回路、７９…Ａ／Ｄ回路、８０…フレームメモリもしくはフィールドメモリ、８１…演算回路、８２…演算回路もしくは各種制御信号発生回路、９１…照明発光時間と露光期間を可変させた画像、９２…照明発光時間と露光時間を可変させた画像において、同一画素での映像出力レベル、１０１…照明発光時間と露光時間を可変させた画像、１０２…ＣＣＤの画像フレームの模式図、１０３…照明発光時間と露光期間を可変させた画像において、同一画素での映像出力レベル、１０４…受光素子のある画素。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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