(57)【要約】【課題】安価な低性能カメラを使用した場合、撮影環境毎に適切な明るさで撮影する必要があるが、設置場所が固定された装置に搭載して使用する場合、設置場所および季節,時刻等、太陽光の直射や強い光が刻々と変化する環境において、カメラの前に一定の透過率のフィルタを取り付けると暗い環境に変化した場合にフィルタの影響で撮影した画像が暗くなりすぎてしまう問題がある。【解決手段】カメラへ入射される光の量を調節するフィルタであり、液晶パネルで構成され、カメラ内イメージセンサのデータ出力情報を元に、液晶パネルの一部に図形を表示または液晶パネルの表示の濃度を変化させ、光の透過率を調整可能とする【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサを内蔵したデジタル方式のカメラでの画像撮影に使用する光量を調節を行う液晶パネル型のフィルタであって、カメラ内イメージセンサの出力データを元にカメラレンズ前に設置された液晶パネルに図形を表示または、表示画面の濃度調整を行うことで、光の透過率を調整可能とすることを特徴とするカメラ撮影用フィルタ。
【請求項２】
前述カメラ撮影用フィルタを搭載した装置でカメラ内に搭載されたプロセッサのリアルタイムクロック(RTC)のカレンダー機能およびカメラを搭載する装置の通信機能を使用して、特定の時間および季節・天候等の条件で画像情報の欠落が発生する環境となった場合のみ、フィルタを動作させ適切な明るさで撮影が可能となる、動作設定可能なことを特徴とするカメラ撮影用フィルタ。
【請求項３】
前述カメラ撮影用フィルタを搭載した装置で液晶パネルで構成され光の透過率が調整可能な特徴から、装置の通信機能を用いて遠隔地より画像を確認しながら、指定した位置に図形や画像を常に表示することで、撮影画像の一部を映らないようマスクを行ったたり撮影範囲の調整を行うことを特徴とするカメラ撮影用フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像撮影に使用する光量の調節を行う液晶パネル型のフィルタであって、カメラ内イメージセンサの出力データを元に液晶パネル上に図形を表示または、表示画面の濃度調整を行うことで、カメラに入射される光の量を調整を行う機能を有する、カメラ撮影用フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像撮影を行うカメラにおいて、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサを内蔵したデジタル方式のカメラは、民生および産業のあらゆる用途でに普及している。
【０００３】
デジタル方式のカメラ性能については、レンズおよび内蔵されるイメージセンサ，画像処理ICの性能に大きく左右される。産業機器や監視用途に使用されるカメラは、撮影のスピードおよび暗い環境から非常に明るい環境まで撮影可能な性能が求められるため、使用するレンズおよびイメージセンサ，画像処理ICも高性能ものが採用され高価である。民生機器に使用されるカメラは、小型化および低コスト化が重視される傾向にあるため、産業機器や監視用途に使用されるカメラと比較して、撮影のスピードおよび撮影環境の性能が低いものが多い。
【０００４】
このため、性能の低いカメラを使用すると画像撮影時の環境により、暗い環境の場合は、カメラ内のイメージセンサに入射される光が少なく露出アンダー状態となり、真っ黒画像となり『黒つぶれ』が発生する。また、太陽光の直射や強い光源がある環境の場合は、カメラ内のイメージセンサに入射される光が多く露出オーバー状態となり、真っ白画像となる『白とび』が発生する。『白とび』『黒つぶれ』のいづれの状態も、画像情報が欠落した状態となるため、画像撮影後の補正も不可能となる問題が発生する。
【０００５】
上記問題の対応のため、撮影する環境毎に適した明るさとなるよう、暗い環境の撮影においては、フラッシュおよびライト等の補助光源を使用し撮影を行う。光が強い逆光環境の場合の撮影においては、カメラのレンズに光の透過率を制限したフィルムやフィルターを取り付けて、カメラ内イメージセンサに入射される光を制限する対応をとるのが一般的である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】CQ出版社「CCD/CMOSイメージセンサの基礎と応用」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、安価な低性能カメラを使用した場合、撮影環境毎に適切な明るさで撮影する必要があるが、場所が固定された装置に搭載して使用する場合、設置場所および季節,時刻で、太陽光が直射される等、刻々と明るさが変化する環境となる。カメラに太陽光の直射や強い光が照射される場合、被写体とカメラの間に光の透過率を制限したフィルタを取り付け、白とびを防止する対策を行う必要があるが、暗い環境に変化した場合は、光の透過率を制限したフィルタの影響で、カメラに入射される光の量が少なくなり過ぎ、撮影した画像が暗くなりすぎて黒つぶれが発生してしまう問題がある。このため暗い環境に変化した場合には、フラッシュや使用や補助照明を点灯して撮影を行う必要があるが、撮影していることを意図的に伏せている監視用途においては、フラッシュや使用や補助照明を点灯して撮影ができない問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、カメラへ入射される光の量を調節するフィルタであり、前述フィルタは液晶パネルで構成され、カメラ内イメージセンサのデータ出力情報を元に、液晶パネル上の一部に図形を表示または液晶パネルの表示の濃度を変化させ、光の透過率を調整可能とすることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、安価な低性能カメラの使用においても、刻々と変化する明るさの環境の中で、常に適切な明るさで画像の撮影が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の全体の構成を示す図である。
【図２】問題となる撮影画像を表した図である。
【図３】本発明の一実施例で撮影した画像を表した図である
【図４】本発明の実施方法を示した全体のブロック図である。
【図５】イメージセンサの構造を示す説明図である。
【図６】イメージセンサの動作を示す説明図である。
【図７】フォトダイオードの飽和状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
被写体とカメラとの間に、液晶パネルからなるフィルタを設置しカメラへ入射される光の量を調整を行う。
【００１２】
図１は、本発明の全体の構成を示す図であって、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサを内蔵したデジタル方式のカメラ1と撮影対象である被写体4および撮影環境を照らす光源5との間に液晶パネルで構成されるフィルタ2があり、フィルタ2とカメラ1を接続する樹脂フィルムと金属箔で構成されたフレキシブルケーブル3より構成される。
【００１３】
図２は、安価な低性能カメラを使用した場合に問題となる撮影画像を表した図であって、左側画像のように太陽光の直射や強い光源5が無く適切な明るさの場合、カメラ1の自動補正の範囲で調整され被写体4の全体が撮影されるが、右側画像のように強い光源5がある場合はカメラ1の自動補正の範囲を超えてしまうため、被写体4の一部が白とび状態となり、画像情報の欠落6が発生する。
【００１４】
図３は、本発明の一実施例で撮影した画像を表した図であって、左側画像は太陽光の直射や強い光源5の位置に、液晶パネル21で構成されるフィルタ2上に図形7を表示することによって光源のマスクを行い、光源5からカメラに入射される光を遮光して被写体4の全体が撮影された画像である。右側画像は液晶パネルで構成されるフィルタ2の全面に薄い画像8を表示させ、光源5からの入射される光の透過量をカメラ1の自動補正の範囲で調整可能な範囲まで制限したことにより、撮影された画像である。
【００１５】
図４は本発明の実施方法を示した全体のブロック図であって、カメラ1はレンズ11およびイメージセンサ12，内部回路であるDSP(Digital Signal Processor)13および液晶コントローラ14，メモリ15，電源回路16と外部入出力17より構成され、フィルタ2は、液晶パネル21，液晶ドライバ22より構成される。カメラ1とフィルタ2の間は、樹脂フィルムと金属箔で構成されたフレキシブルケーブル3により接続され、液晶パネル21の表示データと駆動用の電源供給を行う。カメラ駆動用の電源は入外部入出力17より外部から供給される。
【００１６】
図５は、イメージセンサ12の構造を示す説明図あって、イメージセンサ12は格子上に数十万〜数百万個のフォトダイオード121が配置され、フォトダイオード121での光電変換により照射された光の量に応じた電荷が蓄積される。フォトダイオードで蓄積された電荷量から、読み出し回路122から光の強さをデジタルデータに変換してSP(Digital Signal Processor)13から入力される同期クロックに従って各フォトダイオードのデータ出力を行う。またDSP(Digital Signal Processor)13からは画像処理回路133で補正された結果が制御信号として入力され、フォオダイオード121の電荷蓄積期間（露光期間）を調整する。
【００１７】
図６は、イメージセンサの動作示すを説明図であって、フォトダイオード121の電荷蓄積期間（露光期間）の動作示した電位分布図91と動作フロー図92とからなる。フォトダイオード121は光の照射で電荷蓄積部901に信号電荷903の蓄積をスタートし、設定された蓄積期間で蓄積完了後、リセットゲート902を動作させ信号電荷902を出力を行う。フォトダイオード121はリセット信号の出力後、信号電荷903の蓄積を再開する。
【００１８】
フォトダイオード121に照射される光の量が少ない(暗い環境)場合、蓄積期間が短いと信号電荷903として蓄積される量が少ないため、イメージセンサ12から出力される信号レベルが低くなり、DSP(Digital Signal Processor)13の画像処理回路133では暗い環境と判断し、蓄積期間を長くして適切な信号レベルとなるよう蓄積期間の制御を行う。また、フォトダイオード121に照射される光の量が多い(明るい環境)場合、蓄積期間が長いと信号電荷903として蓄積される量が多くなり、イメージセンサ12から出力される信号レベルが高くなるため、DSP(Digital Signal Processor)13の画像処理回路133では明るい環境と判断し、蓄積期間を短くして適切な信号レベルとなるよう蓄積期間の制御を行うが、太陽光の直射や非常に明るい環境の場合は、最短の蓄積期間でも信号電荷903の蓄積量が多く、電荷蓄積部901が飽和状態となり、図７のフォトダイオードの飽和状態を示すを説明図の通り、信号電荷903が隣接するフォトダイオード電荷蓄積部901に漏れ出す状態となり、白とびが発生して画像情報の欠落が発生する。また、このような状態の場合、CCDイメージセンサでは、フォトダイオード121の信号電荷903を1列分をまとめて読み出す方式となっているため、あふれた信号電荷903がノイズとなり、画像にスジ状の光となって現れるスミアノイズが発生し、実際にイメージセンサ12上で光が照射されていない位置でも画像情報欠落が発生する原因となる。このため、強い光が照射されている部分のみ、光の量を調整できれば画像情報の欠落の範囲を広げることなく、画像処理回路133での補正が可能となる。
【００１９】
実施例１では図4において、カメラ1での画像撮影は、フィルタ2およびレンズ11を通った光がイメージセンサ12上に設置されたフォトダイオード121に照射される。イメージセンサ12はDSP(Digital Signal Processor)13から入力される同期クロックおよび電荷蓄積期間(露光期間)に従って、イメージセンサ12上の各座標位置のフォトダイオード121のデータ出力を行う。DSP(Digital Signal Processor)13の内部回路は、Digital Signal Processor)13の全体制御を行うシステムコントローラ(プロセッサ)131，センサI/F回路132，画像処理回路133，入出力I/F回路134より構成され、イメージセンサ12から入力されたデータをセンサI/F回路132が、同期クロックに従って、画像処理回路133に送ることにより、画像処理回路133はイメージセンサ12上の各座標位置のフォトダイオード121に入射された光の量を把握し、画像処理回路133自身が持つ画像補正用パラメータを元に適切なデータ出力レベルとなるよう、イメージセンサ12上のフォトダイオード121での電荷蓄積期間の制御情報をセンサI/F回路132を介して、イメージセンサ12に送ることにより、画像の明るさの補正を行う。画像処理回路133で補正された画像出力データは、入出力I/F回路134および液晶コントローラ14に送られる。入出力I/F回路134では、画像処理回路133で補正されたデータをアナログコンポジット信号(NTSC)やJPEG画像データ等に変換または、画像処理回路133のデータをUSB通信のためのパケットデータに変換を行うことでカメラ画像出力仕様に適した規格で外部入出力17よりカメラ画像の出力を行う。
【００２０】
本発明においては、DSP(Digital Signal Processor)13内の画像処理回路133より出力されたイメージセンサ12上の各座標位置のフォトダイオード121での電荷蓄積期間の制御情報より、強い光が入射されているフォトダイオード121の座標を特定して、座標位置情報や出力レベル情報を液晶コントローラ14に送る。液晶コントローラ14は、あらかじめメモリ12内に用意されていたデータを読み出し、図形や画像を、強い光が入射されているイメージセンサ12上に配置されたフォトダイオード121の座標位置に合わせに、液晶パネル21のドライバ回路22を介し、液晶パネル21上に図形や画像の表示を行う。液晶パネル21上に図形が表示されたことにより、表示された座標位置での光の透過率が少なくなり、イメージセンサ12上に配置されたフォトダイオード121へ入射される光の量が少なくなり、フォトダイオード121の蓄積期間で制御可能なレベルまで下がれば、フォトダイオード121は飽和状態から戻り、白とびの状態が解消される。なお、フィルタ2の液晶パネル21上に表示した図形や画像は、フォトダイオード121の出力レベルが一定レベルまで低下した場合、表示した図形や画像の濃度を薄い状態に変化させたり、図形表示を消す動作をリアルタイムに行う。また、表示される図形や画像のデータについては、強い光が入射されている部分が隠れればよいため、四角や丸型等の単純な図形データで良く、また表示位置も液晶パネル上を縦および横にいくつかに区切ったブロック構成にしておくことで、全体の表示濃度を変えるまたは特定のブロックのみの表示濃度を変えるなど、液晶コントローラ14表示の制御が容易なものでも良い。
【００２１】
以上の動作により、被写体4とカメラ1との間に設置した液晶パネル21で構成されるフィルタ2上に図形や画像を表示し、フィルタ2の光の透過率を変化させることにより、カメラに入射される光の量の制御が可能となり、カメラ1が持つ明るさの自動調整幅や逆光補正の範囲を超える明るさの環境においても、画像情報の欠落が発生せず被写体4を撮影可能な、カメラ画像撮影用フィルタを実現可能である。
【００２２】
実施例２は本発明の実施例１で説明したカメラ画像撮影用フィルタの使用方法であって、液晶パネルで構成され光の透過率が調整可能な特徴から、特定の条件および期間，時刻にフィルタを動作をさせるものである。
【００２３】
図４の本発明の実施方法を示した全体のブロック図より、カメラ1の内部回路であるDSP(Digital Signal Processor)13や液晶コントローラ14については、同一のチップ内に内蔵されたSoC(System on Chip)等のマルチメディア系プロセッサが普及しており、簡単な回路構成および安価で製品化の実現が可能である。また、リアルタイムクロック(RTC)を内蔵した製品を使用してカレンダー機能を利用することで、特定の日，時刻および期間でフィルタを動作させることが可能である。
【００２４】
定点監視カメラやATM等の設置環境が固定された装置に搭載して使用する場合、設置場所の環境で特定の季節および時刻のみ太陽光等の強い光が直射され、刻々と明るさが変化する環境となる場合がある。前述のような環境の場合においても、リアルタイムクロック(RTC)のカレンダー機能を利用しフィルタ2上に表示を行う図形の表示位置および表示時刻をあらかじめ設定しておくことで特定の条件でフィルタを動作させることが可能となる。
【００２５】
また、カメラが搭載される装置のLANなどの通信機能を利用して、インターネット上より、設置された場所の天候情報を入手して、フィルタの動作と連動させることで、太陽光がカメラに直射される天候が良い日または時刻のみ、フィルタを動作させることが可能である。
【００２６】
以上の動作により、画像情報の欠落が発生する環境となった場合のみ、フィルタ2を動作させ適切な明るさで撮影が可能となる、カメラ画像撮影用フィルタの実現が可能である。
【００２７】
実施例３は本発明の実施例１で説明したカメラ画像撮影用フィルタの使用方法であって、液晶パネルで構成され光の透過率が調整可能および、指定した位置に図形や画像を常に表示することを特徴とすることから、撮影画像の一部を映らないようマスクを行ったたり撮影範囲の調整を行うものである。
【００２８】
カメラで撮影を行う環境において、個人宅の室内等の撮影時の背景に写り込んでしまう場合、プライバシー侵害等の問題が発生するような場合がある。このような場合、通常は装置の設置位置を変更するか、背景として写り込む位置に遮光フィルタを貼り付けて撮影画像には写らないよう対応を行うことになるが、これらの対応は装置の設置場所に出向き対応を行うことになる。
【００２９】
本発明のカメラ画像撮影用フィルタにおいては、光の透過率を自由に調整でき、また、画像の任意の位置に図形や画像が表示が可能であるため、カメラが搭載される装置のLAN等の通信機能を用いて、装置の設置場所以外の場所から撮影された画像を確認しながら、フィルタ上の表示する図形や画像の位置を指定することで、実際の装置設置場所へ行かずとも遠隔で画像撮影範囲の調整が可能となるカメラ画像撮影用フィルタの実現が可能である。
【符号の説明】
【００３０】
1…カメラ、11…レンズ、12…イメージセンサ、121…フォトダイオード、122…読み出し回路、13…DSP(Digital Signal Processor)、131…Dシステムコントローラ(プロセッサ)、132…センサI/F回路、133…画像処理回路、134…入出力I/F回路、14…液晶コントローラ、15…メモリ、16…電源回路、17…外部入出力、2…フィルタ、21…液晶パネル、22…ドライバ回路、3…フレキシブルケーブル、4…被写体、5…光源、6…画像情報欠落部、7…図形、8…画像、91…電位分布図、92…動作フロー図、901…フォトダイオード電荷蓄積部、902…フォトダイオードリセットゲート、903…信号電荷。
【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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