(57)【要約】      （修正有）【課題】被写体輝度に基づいて赤外カットフィルタの挿抜を行う撮像装置で、日中と夜間を正しく判別することで挿抜の誤動作を防止し、かつできる限り長い時間カラー撮影が可能となるものを提供する。【解決手段】被写体を撮影するための撮像素子３０と、撮像素子に結像させるための撮像光学系１０と、輝度を算出する映像信号処理回路３１と、撮像光学系を介して撮像素子へ入射される光束の赤外光を除去するための赤外カットフィルタ２１と、赤外カットフィルタを撮像光学系の光路に対し挿抜する切り換え機構２０と、撮像素子の信号に基づく被写体輝度と所定の基準輝度とを比較し切り換え機構に赤外カットフィルタの挿抜を切り換えるための制御信号を出力する切り換え判定手段４０とを有する撮像装置において、時刻情報保持手段５３と、日付情報保持手段５１と、前記日付情報をもとに前記時刻情報時点での前記基準輝度を決定する閾値生成手段５０とを設ける。【選択図】図１
2007151003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮影するための撮像素子と、
前記被写体の像を前記撮像素子に結像させるための撮像光学系と、
前記撮像素子の信号より輝度を算出する映像信号処理回路と、
前記撮像光学系を介して前記撮像素子へ入射される光束の赤外光を除去するための赤外カットフィルタと、
前記赤外カットフィルタを前記撮像光学系の光路に対し挿抜する切り換え機構と、
前記撮像素子の信号に基づく被写体輝度と所定の基準輝度とを比較し前記切り換え機構に前記赤外カットフィルタの挿抜を切り換えるための切り換え制御信号を出力する切り換え判定手段と
を有する撮像装置であって、
時刻情報を保持する時刻情報保持手段と、
日付情報を保持する日付情報保持手段と、
前記日付情報をもとに前記時刻情報時点での前記基準輝度を決定する閾値生成手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
赤外カットフィルタ挿入の基準輝度値と赤外カットフィルタ抜出の基準輝度値を別々に持ち、前記閾値生成手段は、前記時刻情報時点での前記赤外カットフィルタ挿入の基準輝度値と赤外カットフィルタ抜出の基準輝度値の夫々を前記日付情報をもとに決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記閾値生成手段は、前記赤外カットフィルタ挿入の基準輝度値として日中は夜間より低い基準輝度値を決定することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記閾値生成手段は、前記赤外カットフィルタ抜出の基準輝度値として夜間は日中より高く、かつ前記赤外カットフィルタ挿入の日中の基準輝度値より低い基準輝度値を決定することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
気象状態観測手段と、前記気象状態観測手段で得られた気象情報をもとに天候悪化予測を行う天候悪化予測手段を有し、前記閾値生成手段は、前記天候悪化予測の結果と前記日付情報をもとに前記時刻情報時点での前記基準輝度を決定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外カットフィルタを用いたカラー撮影モードとモノクロ撮影モードの自動切り換え機能を有する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カラー撮影モードとモノクロ撮影モードの自動切り換え機能を有する撮像装置としては、白黒／カラー切換カメラが知られている（特許文献１）。
このカメラは可視光から赤外光まで感度を有する撮像素子と、被写体を撮像素子に結像させるためのレンズと、前記撮像素子の赤外カットフィルタおよび赤外カットフィルタと光路長の等しいダミーガラスとを備える。また、赤外カットフィルタとダミーレンズを抜き差しする切り換え機構と、撮像素子の信号から輝度・色差信号を生成する映像信号処理手段とを備える。さらに、その輝度値をもとに赤外カットフィルタを挿入してカラー撮影モードとするか、赤外カットフィルタを抜出してモノクロ撮影モードとするかを判定する挿抜判定手段を備える。モノクロ撮影モードではダミーガラスを光路上に挿入するため、赤外光をカットせず感度が上がり、カラー撮影モードでは何も出力されないような低照度下でも映像を得ることができる。
【０００３】
しかし、判定基準となる輝度閾値が単一であると、モード切換時、被写体の輝度が変化しないにもかかわらず赤外カットフィルタ挿抜により赤外成分だけが変化する。そのため、赤外光カット条件下では輝度不足にもかかわらず、赤外光入射条件下では輝度閾値越えとなる状態が発生する。その場合、カラー／モノクロ撮影が頻繁に切り換わるハンチング現象が起こってしまう。そこでハンチングを防止するために、赤外カットフィルタを挿入する閾値を高くし、抜出する閾値を低くして閾値ヒステリシスを形成しする方法が知られている。
【０００４】
また、輝度値を使用せずに日の出・日没時間を使用して赤外カットフィルタを挿抜する撮像装置（特許文献２）が知られている。
この撮像装置は、可視光から赤外光まで感度を有する撮像素子と、被写体を撮像素子に結像させるためのレンズと、前記撮像素子の赤外カットフィルタと、赤外カットフィルタを抜き差しする切り換え機構とを備える。さらに、時刻情報を有する制御回路を備え、日の出から日没までの間、前記赤外カットフィルタを撮像素子の前面に装着させるものである。
加えて、天気情報で日の出と日没を補正するもの（特許文献３）や、ＧＰＳ装置より位置情報と時刻情報を取得し、日の出・日没時間を計算するもの（特許文献４）も知られている。
【特許文献１】特開平１１−２３９３５６号公報
【特許文献２】特開２００４−１２０３３１号公報
【特許文献３】特開２００４−２６０３２０号公報
【特許文献４】特開２００４−２６６６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ハンチング防止のための閾値ヒステリシスを採用した場合、ヒステリシスを大きくすればハンチング抑制の効果が高まる。しかし、被写体輝度がカラー撮影に十分な値であっても設定閾値以上にならなければカラー撮影モードに移行しないという問題がある。逆にヒステリシスを小さくすると、夜間、自動車のヘッドライト等の照明で一時的にカラー撮影モードになり、短期間でモノクロ撮影モードに戻る事態が発生する。仮に夜間に交通量の多い道路付近に装置が設置されたとすると、頻繁に切り換え機構が作動してハンチングが起こり、装置寿命を縮める原因となる。
【０００６】
日の出・日没時間を利用して赤外カットフィルタを挿抜する方法は、設置環境による誤差に対応していない。例えば、ビル影のような環境では、日の出・日没時刻でも被写体輝度が十分でない可能性がある。また、天気情報を参照したとして、天候状態が悪かった場合でも装置の設置場所はカラー撮影が可能な輝度が得られる状況はありえるため、一律に挿抜時刻を補正するのは有効ではない。
本発明は、上述の従来例における問題点を解消することを課題とする。すなわち、撮影中の被写体輝度を参照して赤外カットフィルタを挿抜する撮像装置において、ハンチング現象を発生し難くし、かつモノクロ撮影モードからカラー撮影モードへの移行を適切な輝度で行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明では、赤外カットフィルタの挿抜の閾値である基準輝度を時刻と日付に基づいて変化させる。好ましくは、赤外カットフィルタの挿入閾値と抜出閾値とを別々に変化させ、赤外カットフィルタの挿抜輝度閾値のヒステリシスも変化させる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、時刻によって赤外カットフィルタ抜出閾値と挿入閾値を変えることで挿抜閾値間のヒステリシスの余裕度を操作し、ハンチングを防止しながら適切な輝度で赤外カットフィルタの挿抜が可能となる。すなわち、ハンチング現象が発生しにくく、かつ適切な輝度でモノクロ撮影モードとカラー撮影モードの自動切り換えが可能な撮像装置を提供することができる。
【実施例】
【０００９】
以下、本発明の撮像装置の好適な実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
［第１の実施例］
図１は第１の実施例に係る撮像装置の構成を示すブロック図、図２は図１に示される撮像装置の切り換え動作を制御するフローチャート、図３は図２の制御結果を具体化した１日の閾値変化と切り換え動作の概略図である。
図１の撮像装置は、被写体からの光を集光する撮像レンズ１０、赤外カットフィルタ２１とダミーガラス２２の切り換え機構２０、撮像レンズ１０から入射した光を電荷に変換する、例えばＣＣＤのような撮像素子３０を備える。また、撮像素子３０の出力から輝度・色差信号を生成する映像信号処理手段３１、前記輝度信号と閾値とを比較し赤外カットフィルタ２１とダミーガラス２２の切り換え制御信号を出力するフィルタ切り換え判定手段４０を備える。さらに、前記閾値を生成する閾値生成手段５０、日付情報保持手段５１、夜明け・日暮れ時刻データテーブル５２、時刻情報保持手段５３を備える。
【００１０】
切り換え機構２０は、前記切り換え制御信号を受けて赤外カットフィルタ２１とダミーガラス２１を入れ換える機能を有する。すなわち、撮像レンズ１０と撮像素子３０の間に、赤外カットフィルタ２１かダミーガラス２１のどちらかを撮像素子３０の前に位置させる。
フィルタ切り換え判定手段４０は、赤外カットフィルタ抜出レベルＬＤ−Ｎと赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄの２つの閾値と、映像信号処理手段３１の出力する輝度信号とを比較し、切り換え機構２０に前記切り換え制御信号を出力する。
閾値生成手段５０は赤外カットフィルタ抜出レベルＬＤ−Ｎと赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄの２つの閾値を生成する。赤外カットフィルタ抜出レベルＬＤ−Ｎは低閾値レベルＬｏｆｆ，ｌｏｗと高閾値レベルＬｏｆｆ，ｈｉ、赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄは低閾値レベルＬｏｎ，ｌｏｗと高閾値レベルＬｏｎ，ｈｉの任意に設定可能な２つの値が時刻によって切り換わる時変値である。
【００１１】
赤外カットフィルタ抜出レベルＬＤ−Ｎと前記赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄの切り換え時刻は夫々夜明け時刻と日暮れ時刻である。これらの時刻は、日付情報保持手段５１で保持される現在の日付に対応する夜明け時刻αと日暮れ時刻βを夜明け・日暮れ時刻データテーブル５２から取得する。この夜明け時刻αおよび日暮れ時刻βは夫々日の出前の時刻および日没前の時刻で、年周期で変動する。
なお、本実施例では被写体輝度と挿抜閾値で赤外カットフィルタ２１の挿抜判定を行っているため、１年間３６５日分の夜明け・日暮れ時刻データを持たなくても実施上の問題はない。
時刻情報保持手段５３は現在の時刻ｔを保持する。
日付情報保持手段５１、夜明け・日暮れ時刻データテーブル５２および時刻情報保持手段５３は、撮像装置単体で情報を生成しても良いし、外部の、例えばインターネットやＧＰＳを通して情報を受信する構成でも良い。
【００１２】
次に図２のフローチャートを用いて、切り換え制御フローを説明する。
ステップＳ１００からＳ１０３にかけて、フィルタ切り換え判定手段４０は切り換え判定に必要な情報である輝度Ｙを取得する。また、閾値生成手段５０は閾値生成に必要な情報である日付とそれに対応する夜明け時刻αおよび日暮れ時刻βと現在時刻ｔを取得する。
続いてステップＳ１０４で、閾値生成手段５０は前記現在時刻ｔが夜明け時刻α以降でかつ日暮れ時刻β以前か、すなわち閾値下げ時間帯かどうか判定する。判定結果が閾値下げ時間帯ならばステップＳ１０５ａ／Ｓ１０６ａへ、閾値下げ時間帯でなければステップＳ１０５ｂ／Ｓ１０６ｂへ移行する。ステップＳ１０５ａ／Ｓ１０６ａでは、フィルタ切り換え判定手段４０の赤外カットフィルタ抜出レベルＬＤ−Ｎと赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄを低閾値レベルであるＬｏｆｆ，ｌｏｗとＬｏｎ，ｌｏｗに設定する。ステップＳ１０５ｂ／Ｓ１０６ｂでは赤外カットフィルタ抜出レベルＬＤ−Ｎと赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄを高閾値レベルであるＬｏｆｆ，ｈｉとＬｏｎ，ｈｉに設定する。設定後、ステップＳ１０７に移行する。
【００１３】
ステップＳ１０７で、フィルタ切り換え判定手段４０は前記切り換え制御信号をもとに現在赤外カットフィルタ２１が挿入されているか抜出されているか判定する。判定結果が挿入ならば赤外カットフィルタ抜出判定をするステップＳ１０７ａに、抜出ならば赤外カットフィルタ挿入判定をするステップＳ１０７ｂに移行する。
ステップＳ１０７ａでは輝度Ｙと赤外カットフィルタ抜出レベルＬＤ−Ｎとを比較する。輝度Ｙが赤外カットフィルタ抜出レベルＬＤ−Ｎより低ければ、ステップＳ１０８ａで赤外カットフィルタ抜出の切り換え制御信号を出力する。
ステップＳ１０７ｂでは輝度Ｙと赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄとを比較する。輝度Ｙが赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄより高ければ、ステップＳ１０８ｂで赤外カットフィルタ挿入のための切り換え制御信号を出力する。
【００１４】
続いて、図３の動作概略図の説明を行う。
図２のステップＳ１０５ａ／ｂとＳ１０６ａ／ｂで設定される閾値は、高閾値レベル設定（Ｌｏｆｆ，ｈｉとＬｏｎ，ｈｉ）で形成されるヒステリシスの方が低閾値レベル（Ｌｏｆｆ，ｌｏｗとＬｏｎ，ｌｏｗ）のヒステリシスよりも大きい。その理由は次の通りである。すなわち、ステップＳ１０２で取得する夜明け時刻αから日暮れ時刻βまでの期間（以下、日中という）は、基本的に赤外カットフィルタ２１が挿入されているはずの時間帯である。また、赤外カットフィルタ２１を抜出すほど被写体輝度が下がらないはずの時間帯である。したがって、ハンチング防止のためにヒステリシスを大きく取る必要がない。
また、逆の発想から、夜明け時刻αから日暮れ時刻βまでの期間外（以下、夜間という）では前記赤外カットフィルタを挿入するはずがない。そのため、前記赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄを高く設定することでハンチング防止のためのヒステリシスを大きくすることができる。
【００１５】
従来のヒステリシスを使用する方法ではヒステリシスを大きくするほど、赤外カットフィルタ挿入時刻が遅れてしまうが、この実施例の方法では夜間のハンチング現象を抑制しつつ、日中は低い被写体輝度で赤外カットフィルタを挿入することが可能となる。
ステップＳ１０２で取得する夜明け時刻αと日暮れ時刻βが夫々日の出前の時刻および日没前の時刻である理由は、日の出の前から空が明るくなり、日没の前から暗くなり始めるという自然現象に即するためである。また、被写体輝度が十分であれば日の出の前からカラー撮影を行い、日が沈み始める時間帯で一度モノクロ撮影モードになれば次の夜明け時刻αまでには再びカラー撮影モードに戻る必要がないためである。
【００１６】
さらに赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄの高閾値レベルＬｏｎ，ｈｉを撮像装置のカラー撮影可能な最低輝度とすることで、切り換え閾値のヒステリシスが小さいように見せかけつつ、ハンチング防止機能を十分に実現できる。なお、赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄの高閾値レベルが低い場合、低閾値レベルを０にしてしまえば、夜明け時刻αから日暮れ時刻βの間の赤外カットフィルタ抜出がほぼ禁止状態となるのでヒステリシスの余裕度を十分保てる。但し、赤外カットフィルタ抜出レベルＬＤ−Ｎの高閾値レベルＬｏｆｆ，ｈｉより赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄの低閾値レベルＬｏｎ，ｌｏｗを小さくすると如何なる条件でもハンチングが起こるので、設定してはならない。
【００１７】
本実施例では前記赤外カットフィルタ抜出レベルＬＤ−Ｎと前記赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄを同一の時間帯で切り換えている。しかし、当然、別個に切り換え時間を持たせたり、切り換え回数と閾値の数を増やすことでヒステリシスの余裕度を操作することができる。また、単純に切り換えるのではなく、例えば前記赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄ＝Ｌｏｎ，ｌｏｗ＋ｆ（ｔ，α）（但し、ｔ０−α＜ｔ＜ｔ０、ｔ０：日の出時刻）のような関数ｆで２つの閾値をつなぎ、夜明け時間帯や日暮れ時間帯でのハンチング抑制をかけても良い。
【００１８】
［第２の実施例］
図４は本発明の第２の実施例に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。図５は図４に示される撮像装置の切り換え動作を制御するフローチャートである。図６は図５の制御結果を具体化した１日の閾値変化と切り換え動作の概略図である。
図４の撮像装置は、図１のものに対し、夜明け・日暮れ時刻データテーブル５２を日の出・日没時刻データテーブル５２´に交換し、かつ時刻情報保持手段５３、天候悪化予測手段６０、気圧計６１および湿度計６２を付加したものである。
【００１９】
閾値生成手段５０は、赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄと、赤外カットフィルタ抜出レベルＬＤ−Ｎを出力する。赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄは、任意に設定可能な低閾値レベルＬｏｎ，ｌｏｗと高閾値レベルＬｏｎ，ｈｉの時間切り換えで構成される。赤外カットフィルタ抜出レベルＬＤ−Ｎは、カラー撮影可能な最低限の被写体輝度レベルである。赤外カットフィルタ挿入レベルＬＮ−Ｄの切り換え時間は、日の出・日没時刻データテーブル５２´に格納されている。前記赤外カットフィルタ抜出レベルＬＤ−Ｎを時不変値（時間に係らず一定の値）にしているのは、日中でもモノクロ撮影をする場合があることを想定しているためである。
【００２０】
日の出・日没時刻データテーブル５２´は日の出時刻ＴＮ−Ｄおよび日没時刻ＴＤ−Ｎと夜明け標準時間ａおよび日暮れ標準時間ｂを保持する。第１の実施例に倣えば、日の出前のある時刻（夜明け時刻αに対応）はＴＮ−Ｄ−ａ´、日没前のある時刻（日暮れ時刻βに対応）はＴＤ−Ｎ−ｂ´である。ａ´およびｂ´は夫々夜明け・日暮れ標準時間ａとｂの補正値である。夜明け・日暮れ標準時間ａとｂの補正値ａ´とｂ´は天候悪化推定手段６０で生成される時間補正率ｋによってａ´＝（１−ｋ）ａ、ｂ´＝（１＋ｋ）ｂの形で得られる。
【００２１】
天候悪化推定手段６０は気象状態の履歴として最小夜明け時刻ＴＮ−Ｄ−ａとそのａ時間前、最小日暮れ時刻ＴＤ−Ｎ−２ｂとそのｂ時間前の４点の気圧および湿度のデータを取得する。前記気圧計６１で測定された気圧のそのａ時間の降下割合と、前記湿度計６２で測定された湿度のｂ時間の上昇割合が大きいほど、前記補正率ｋは大きくなる。また、前記補正率ｋは０以上１以下となるように正規化され、気圧上昇と湿度下降に関しては数値に反映させない。
【００２２】
以上の天候悪化予測により天候が急速に悪化した場合、夜明け時刻αは遅くなり日暮れ時刻βは早くなる。夜明け・日暮れ時間帯に予測どおりに天候が悪化したのであれば、悪天候下の自動車のヘッドライトといった人工的な高輝度の光源が原因となるハンチングを予防できる。切り換え判定は実際の被写体輝度と設定閾値との比較となるため、予測精度は高くなくても問題ない。
【００２３】
第１の実施例同様、高低の閾値レベルの切り換え部分を関数化や、段階的に閾値を切り換えていく方法でヒステリシスの余裕度を調整しても良い。また、気圧計や湿度計のような気象状態を直接測定する観測装置以外にも、インターネット上の天気予報等の気象情報を収集して前記時間補正率ｋを算出しても良い。
以上に述べたように、上述の実施例による撮像装置は、時刻によって赤外カットフィルタ抜出閾値と挿入閾値を変える。これにより、挿抜閾値間のヒステリシスの余裕度を操作し、ハンチングを防止しながら適切な輝度で赤外カットフィルタの挿抜が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施例に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示される撮像装置の切り換え動作を制御するフローチャートである。
【図３】図２の制御フローを具体化した１日の閾値変化と切り換え動作の概略図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示される撮像装置の切り換え動作を制御するフローチャートである。
【図６】図５の制御フローを具体化した１日の閾値変化と切り換え動作の概略図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０：撮像レンズ
２０：切り換え機構
２１：赤外カットフィルタ
２２：ダミーガラス
３０：撮像素子
３１：映像信号処理手段
４０：フィルタ切り換え判定手段
５０：閾値生成手段
５１：日付情報保持手段
５２：夜明け・日暮れ時刻データテーブル
５２´：日の出・日没時刻データテーブル
５３：時刻情報保持手段
６０：天候悪化予測手段
６１：気象状態観測手段（気圧計）
６２：気象状態観測手段（湿度計）
【図１】
2007151003.tif 000003
【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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