(57)【要約】【課題】全方位カメラは視野が広くなるに応じて、遠くの被写体がより小さく写るので、前記撮像素子の周辺に小さく写った被写体の解像度は小さくなってしまう。従来技術では、円状画像データを全体的に高解像化するだけであり、解像度が不足する円状画像データの周辺部分だけを効率良く高解化することができない。【解決手段】広角な視野で撮像対象物を撮影する撮像素子を含む撮像手段を有する撮像装置であって、前記撮像手段の位置をロール回転方向に変位させる変位手段と、所定の単位時間当たりの前記ロール回転できる最大の回数を算出する手段と、前記変位手段により前記撮像手段がそれぞれ異なる位置に変位した状態で前記撮像手段によって生成された複数の画像を合成する合成手段と、を有す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】
広角な視野で撮像対象物を撮影する撮像素子を含む撮像手段を有する撮像装置であって、
前記撮像手段の位置をロール回転方向に変位させる変位手段（１０５）と、
所定のフレームレートを読み込む手段（１０５）と、
シャッタースピードとフレームレートから、１フレーム内に前記ロール回転方向へ変位できる最大の回数を算出する手段（１１０）と、
前記変位手段により前記撮像手段がそれぞれ異なる位置に変位した状態で前記撮像手段によって生成された複数の画像を合成する合成手段（１０６）と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
広角な視野で撮像対象物を撮影する撮像素子を含む撮像手段を有する撮像装置であって、
前記撮像手段の位置をロール回転方向に変位させる変位手段（１０５）と、
１フレーム内で前記撮像素子を前記ロール回転方向へ変位させる回数を読み込む手段（１０５）と、
シャッタースピードと前記ロール回転方向へ変位させる回数から最大フレームレートを算出する手段（１１０）と、
前記変位手段により前記撮像手段がそれぞれ異なる位置に変位した状態で前記撮像手段によって生成された複数の画像を合成する合成手段（１０６）と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
広角な視野で撮像対象物を撮影する撮像素子を含む撮像手段を有する撮像装置であって、
前記撮像手段の位置をロール回転方向に変位させる変位手段（１０５）と、
所定の単位時間当たりの前記ロール回転できる最大の回数を算出する手段（１１０）と、
前記変位手段により前記撮像手段がそれぞれ異なる位置に変位した状態で前記撮像手段によって生成された複数の画像を合成する合成手段（１０６）と、
異常を検知する異常検知部（１０５）と、
を有し、
異常検知部（１０５）にて異常を検知した場合にだけ、前記変位手段（１０５）と前記算出手段（１１０）と前記画像合成手段（１０６）を働かせることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
前記所定の単位時間当たりの、前記撮像手段を変位させる最大の回数が２未満のときに、前記撮像手段の位置をロール回転方向に変位させる変位手段（１０５）を用いないことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記所定の単位時間内に前記撮像手段を変位させる回数が、１フレームあたりの最大の変位回数未満であることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の撮像装置。
【請求項６】
１フレームあたりに前記撮像手段を変位させる角度が、前記所定の単位時間内で同一であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラ装置およびカメラシステムに関し、特に、全方向の画像を撮像する全方位カメラの機能を備えたカメラ装置およびカメラシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置を用いたカメラ装置およびカメラシステムは、例えば、公共の建物や場所、銀行、スーパ等の店舗、ダム、基地、飛行場等の立入り禁止区域等への侵入者あるいは侵入物体（以下侵入物体と称す）を監視する目的でも、数多く用いられている。
【０００３】
特に、全方位カメラは一台で広いエリアを監視するために採用されている。全方位カメラには広角レンズ（例えば魚眼レンズ）が適用され、全方位３６０度の画像を撮像できる。撮像素子（例えばＣＭＯＳセンサー）上には全方位撮像された円状の画像データが得られる。レンズが下向きに設置された全方位カメラでは、カメラから近い被写体の像が前記円状の画像データの中心部に撮像され、カメラから遠い被写体の像が前記円状の画像データの周辺部に撮像される。
【０００４】
図８に全方位カメラで得られた画像データの例を示す。８０１は全方位カメラにて得られる円状の画像データ、８０２はカメラから近い被写体の例、８０３はカメラから遠い被写体例を示す。図８に示すように、カメラに近い８０２は円状の画像データの中心部に撮像される。また、カメラから遠い８０３は円状の画像データの周辺部に撮像される。
【０００５】
しかし、特許文献１にも述べられているように、広角レンズは視野が広くなるに応じて、遠くの被写体がより小さく写るので、前記撮像素子の周辺に小さく写った被写体の解像度は小さくなってしまう。
【０００６】
そこで、前記解像度を向上させる技術として、例えば特許文献２には、撮像素子を主走査方向または副走査方向に１画素幅よりも小さい量だけ移動して複数回の撮像を行い、取得した複数の画像から高解像度な画像を合成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−７０１２３号公報
【特許文献２】特開２０１２−２１３２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に開示された従来技術では、撮像素子を主走査方向または副走査方向に二軸で動かすため、機構部品が多く、コストが高くなる。また、撮像素子全体を主走査方向または副走査方向へ平行移動させるため、消費電力が大きく、移動時間が長くなる。
【０００９】
本発明は、前述の問題点に鑑み、全方位カメラによる撮像において、カメラから遠方の被写体の画像データを低コスト、低消費電力、短時間で高解像度化できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は、
広角な視野で撮像対象物を撮影する撮像素子を含む撮像手段を有する撮像装置であって、
前記撮像手段の位置をロール回転方向に変位させる変位手段（１０５）と、
所定のフレームレートを読み込む手段（１０５）と、
シャッタースピードとフレームレートから、１フレーム内に前記ロール回転方向へ変位できる最大の回数を算出する手段（１１０）と、
前記変位手段により前記撮像手段がそれぞれ異なる位置に変位した状態で前記撮像手段によって生成された複数の画像を合成する合成手段（１０６）、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の撮像装置によれば、全方位カメラによる撮像において、カメラから遠方の被写体の画像データを、低コスト、低消費電力、かつ短時間で高解像度化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一の実施形態に係る、デジタルカメラの内部構成例を示すブロック図
【図２】第一の実施形態に係る、各ブロックの機能を時系列で示すフローチャート
【図３】撮像部の回転の前後で得られる円状の画像例
【図４】撮像素子の回転の前後で得られた画像データ例
【図５】第二の実施形態に係る、各ブロックの機能を時系列で示すフローチャート
【図６】第三の実施形態に係る、デジタルカメラの内部構成例を示すブロック図
【図７】第三の実施形態に係る、各ブロックの機能を時系列で示すフローチャート
【図８】全方位カメラで得られた画像データの例
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
［実施形態１］
［撮像装置の構成］
以下に説明する実施形態は、画像処理装置の一例として、全方位撮像が可能なデジタルカメラに本発明を適用した例を説明する。図１は、本実施形態に係るデジタルカメラ１００の内部構成例を示すブロック図である。
【００１５】
図１において、制御部１０１は例えばＣＰＵであり、デジタルカメラ１００が備える各ブロックの動作プログラムをＲＯＭ１０２より読み出し、ＲＡＭ１０３に展開して実行することによりデジタルカメラ１００が備える各ブロックの動作を制御する。
【００１６】
シャッタースピード制御部１１０は撮像部１０５で撮像された画像に基づいてシャッタースピードを決定し、光学系１０４を制御する。
【００１７】
画素ずらし制御部１０９は、撮像部１０５の移動量を決定し、撮像部１０５をロール方向に回転させる制御を行う。
【００１８】
カメラ制御部１１１は、光学系１０４と撮像部１０５を制御し、撮像を行う。
【００１９】
ＲＯＭ１０２は、書き換え可能な不揮発性メモリであり、デジタルカメラ１００が備える各ブロックの動作プログラムに加え、各ブロックの動作に必要なパラメータ等を記憶する。
【００２０】
ＲＡＭ１０３は、書き換え可能な揮発性メモリであり、デジタルカメラ１００が備える各ブロックの動作において出力されたデータの一時的な記憶領域として用いられる。本実施形態ではＲＡＭ１０３には、全方位撮像画像や合成途中の中間画像などが一時的に記憶される。
【００２１】
光学系１０４は、例えば魚眼レンズや双曲線ミラー等で構成された光学系であり、円状の全方位像を撮像部１０５に結像する。
【００２２】
撮像部１０５は、撮像素子と、前記撮像素子をロール方向へ回転させる機構からなる。撮像素子は例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサであり、前記撮像素子は光学変換素子を含む。前記撮像素子は、光学系１０４により撮像素子に結像された光学像を光電変換し、得られたアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換部１０６に出力する。また、前記撮像素子をロール方向へ回転させる機構は、例えばステッピングモータであり、画素ずらし制御部１０９からの制御で、前記撮像素子を所望の角度で回転させることができる。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換部１０６は、入力されたアナログ画像信号にＡ／Ｄ変換処理を適用し、得られたデジタル画像データをＲＡＭ１０３に出力して記憶させる。
【００２４】
画像処理部１０７は、例えば画像処理用ＩＣで、ＲＡＭ１０３の画像データを読み出して高解像度処理等を行う。
【００２５】
配信部１１２は、例えばイーサネット（登録商標）通信可能なネットワーク用ＩＣで、外部のネットワーク機器（例えばハブやルーターやパソコン）へ画像データを配信できる。
【００２６】
記録部１０８は記録媒体（例えばＳＤカード等）とそのコントローラ（例えばＳＤカードコントローラー）で、画像データを記録できる。
【００２７】
［撮像装置の動作］
次に図２、図３を参照しながらデジタルカメラ１００の動作を説明する。図２は各ブロックの機能を時系列で示すフローチャートである。図３は撮像部１０５の回転を行う前と、回転を行った後に得られる円状の画像の例である。３０１は前記回転前の画像、３０２は前記回転後の画像、３０３は２度目の回転後に得られる画像、３０４は３度目の回転後に得られる画像、３０５は撮像部１０５の回転軸、３０６は撮像部１０５の回転角を表す。
【００２８】
図２のＳ２０１において、デジタルカメラ１００はまず、フレームレート読込を行う。カメラ制御部１１１はＲＯＭ１０２にあらかじめ保存されたフレームレートの設定値を利用する。フレームレートとは、動画において、単位時間あたりに処理させるフレーム数（静止画像数、コマ数）のことである。前記フレームレートの値はユーザーが任意に変更できるようになっていてもよい。
【００２９】
次に、Ｓ２０２において、カメラ制御部１１１は光学系１０４と撮像部１０５を制御し、撮像を行う。これにより画像データがＲＡＭ１０３に得られる。
【００３０】
次に、Ｓ２０３において、シャッタースピード制御部１１０はＲＡＭ１０３の画像データを参照し、露出評価を行う。露出評価とは、撮像部１０５のダイナミックレンジに合わせて、最適なシャッタースピードと絞り量の組み合わせを算出することである。
【００３１】
次に、Ｓ２０４において、画素ずらし制御部１０９は、Ｓ２０３において算出されたシャッタースピードと、Ｓ２０１で算出されたフレームレートを用いて、フレームレート内で最大撮像可能回数Ｎ（回）を算出する。例えば、フレームレートが６０ｆｐｓで、シャッタースピードが１／１８０秒であるとする。このとき最大撮像可能回数は次の式（１）で計算され、４回となる。
Ｎ＝１÷フレームレート÷シャッタースピード＋１・・・（１）
次に、Ｓ２０５において、画素ずらし制御部１０９は、前記最大撮像可能回数が２以上であるかどうかを判定する。前記最大撮像可能回数が２未満の場合は、Ｓ２０１で読み込んだ前記フレームレート内では高解像度化処理はできないと判断し、Ｓ２１０へ進む。前記最大撮像可能回数が２以上の場合は、高解像度化処理が可能と判断し、Ｓ２０６へと進む。
【００３２】
次に、Ｓ２０６において、カメラ制御部１１１はＳ２０４で得られたシャッタースピードに基づき、光学系１０４と撮像部１０５を制御し、撮像を行う。これにより画像データがＲＡＭ１０３に得られる。Ｓ２０６において得られた画像データの例を図３の３０１に示す。
【００３３】
次に、Ｓ２０７において、画素ずらし制御部１０９は撮像部１０５をロール方向へ回転させ撮像を行う。Ｓ２０７において得られた画像データの例を図３の３０２に示す。画像データ３０２は撮像素子１０５を反時計回りに角度３０６だけロール方向へ回転させたときに得られる画像データの例である。
【００３４】
次に、図２のＳ２０８において、画素ずらし制御部１０９はＳ２０４で算出された最大撮像可能回数だけ撮像を行ったかどうかを判定する。もし撮像回数が撮像可能回数に達していなかった場合、Ｓ２０６のフローへ戻って、撮像可能回数に達するまで撮像を行う。Ｓ２０６とＳ２０７を最大撮像可能回数まで繰り返すことで、順次、図３の画像データ例３０３と画像データ例３０４が得られる。
【００３５】
次に、Ｓ２０９において、画像処理部１０７は、Ｓ２０６にて撮像された複数の画像データを合成し高解像度な画像を生成する。
【００３６】
次に、Ｓ２１０において、配信部１１２は外部へ高解像度な画像データを配信する。もしくは記録部１０８が高解像度な画像データを記録する。
【００３７】
［高解像度な画像データの合成方法］
撮像部１０５を回転させて撮像することで高解像度な画像が得られる原理を、図４を参照しながら説明する。図４は撮像素子１０５の回転の前後で得られた画像データ例である。
【００３８】
４０１は撮像素子１０５の回転前に得られた画像データ、４０２は撮像素子１０５の一回回転後に得られた画像データ、４０３は撮像素子１０５の二回目に回転した後に得られた画像データ、４０４は撮像素子１０５の３回目に回転した後に得られた画像データ、４０５は合成後の高解像度な画像データ、４０６は撮像素子１５０の回転に伴う撮像素子１５０上の光電変換素子の移動量を示す。
【００３９】
まず画像処理部１０７は前記回転による前記光電変換素子の移動量４０６を算出する。移動量４０６は、撮像素子１５０上の各光電変換素子と撮像素子１０５の回転軸との距離、撮像素子１０５の回転速度、の二つの値から算出される。
【００４０】
次に画像処理部１０７は、画像データ４０１を基準として画像データ４０１から移動量４０６だけシフトした位置に、画像データ４０２の画像データを重ね合わせる。
【００４１】
次に画像処理部１０７は、画像データ４０３、画像データ４０４についても同じ動作を繰り返す。前記重ね合わせ動作により、最終的に高解像度な画像４０６を得ることができる。図４では１フレーム内で、画像処理部１０７を三回だけ回転させた場合の高解像度化の例を示している。１フレーム内で三回の回転を行った結果、高解像度化を行わないときに比べ、ロール方向へ４倍の解像度の画像データが得られる。
【００４２】
［実施形態１の付随形態］
なお、本実施形態のデジタルカメラ１００の例においては、図２のＳ２０８で前記最大撮像可能回数Ｎ（回）まで撮像を繰り返す。しかし、前記所定の時間内の撮像回数が二回以上であれば、高解像度化が可能である。よって、撮像回数は前記最大撮像可能回数Ｎ（回）未満であっても良い。この場合は前記撮像部の回転回数が減らせるので、高解像度化しながら消費電力を削減することができる。
【００４３】
また、本実施形態のデジタルカメラ１００の例においては、前記所定の時間内の前記撮像部の回転角度を各々一定にすることができる。図２のＳ２０９において、画像処理部１０７が行う前記光電変換素子の移動量４０６の算出が簡単になる。その結果、デジタルカメラ１００の消費電力の削減や、高速な動作が可能となる。
【００４４】
以下、先行技術に対する本実施形態の優位性を説明する。
【００４５】
本実施形態に係るデジタルカメラ１００のシャッタースピード制御部１１０は、式（１）で算出されたシャッタースピードに基づいて、撮像部１０５を回転させている。そのため、得られる映像のフレームレートは、設定値よりも小さくなることがない。つまり、フレームレートの遅延なく高解像度化が可能である。
【００４６】
また、撮像部１０５は１軸で回転させるので、デジタルカメラ１００の機構部品が少なくなり、低コストで実現可能である。
【００４７】
また、撮像部１０５を回転させたとき、撮像部１０５の回転軸付近よりも外周部へ近付くにしたがって、大きく画像をずらすことができる。よって、前記撮像素子の周辺に小さく写った被写体を高解像度化するのに、わずかな回転角で行うことが可能であり、デジタルカメラ１００の省電力化と高速な動作が可能となる。
【００４８】
［実施形態２］
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態におけるデジタルカメラの構成は、第１の実施形態で図１に示した構成と同様であるため、説明は省略する。
【００４９】
［撮像装置の動作］
図５を参照しながら第２の実施形態に係るデジタルカメラ１００の動作を説明する。図５は各ブロックの機能を時系列で示すフローチャートである。
【００５０】
図５のＳ５０１において、デジタルカメラ１００はまず、１フレームあたりの回転回数読込を行う。カメラ制御部１１１はＲＯＭ１０２にあらかじめ保存された１フレームあたりの回転回数の設定値を利用する。前記１フレームあたりの回転回数の値はユーザーが任意に変更できるようになっていてもよい。
【００５１】
次に、Ｓ５０２において、カメラ制御部１１１は光学系１０４と撮像部１０５を制御し、撮像を行う。これにより画像データがＲＡＭ１０３に得られる。
【００５２】
次に、Ｓ５０３において、シャッタースピード制御部１１０はＲＡＭ１０３の画像データを参照し、露出評価を行う。露出評価とは、撮像部１０５のダイナミックレンジに合わせて、最適なシャッタースピードと絞り量の組み合わせを算出することである。
【００５３】
次に、Ｓ５０４において、画素ずらし制御部１０９は、Ｓ５０３において算出されたシャッタースピードと、Ｓ５０１で算出された１フレームあたりの回転回数を用いて、最大フレームレートＭ（ｆｐｓ）を算出する。例えば、１フレームあたりの回転回数が４回で、シャッタースピードが１／１８０秒であるとする。このとき最大フレームレートは次の式（２）で計算され、６０ｆｐｓとなる。
Ｍ＝１÷（シャッタースピード×１フレームあたりの回転回数）・・・（２）
次に、Ｓ５０５において、カメラ制御部１１１はＳ５０４で得られたシャッタースピードに基づき、光学系１０４と撮像部１０５を制御し、撮像を行う。これにより画像データがＲＡＭ１０３に得られる。
【００５４】
次に、Ｓ５０６において、画素ずらし制御部１０９は撮像部１０５をロール方向へ回転させ撮像を行う。Ｓ５０５とＳ５０６によって得られる画像例は第１の実施形態で図３に示した構成と同様であるため、説明は省略する。
【００５５】
次に、Ｓ５０７において、画素ずらし制御部１０９はＳ５０１で読み込んだ１フレームあたりの回転回数だけ撮像を行ったかどうかを判定する。もし撮像回数が撮像可能回数に達していなかった場合、Ｓ５０５のフローへ戻って、前記１フレームあたりの回転回数に達するまで撮像を行う。
【００５６】
次に、Ｓ５０８において、画像処理部１０７は、Ｓ５０５にて撮像された複数の画像データを合成し高解像度な画像を生成する。
【００５７】
次に、Ｓ５０９において、配信部１１２は外部へ高解像度な画像データを配信する。もしくは記録部１０８が高解像度な画像データを記録する。
【００５８】
高解像度な画像データの合成方法は第１の実施形態で説明した方法と同様であるため、説明は省略する。
【００５９】
［本実施形態の優位性］
以下、先行技術に対する本実施形態の優位性を説明する。
【００６０】
第２の実施形態に係るデジタルカメラ１００のシャッタースピード制御部１１０はＳ５０１において１フレームあたりの回転回数を読み込んでいる。前記動作により、ユーザーは所望の高解像度を設定することができ、高解像度の選択の自由度が高い。
【００６１】
［実施形態３］
［撮像装置の構成］
図６は本実施形態に係るデジタルカメラ６００の内部構成例を示すブロック図である。図１で示した第１の実施形態の構成と以下は同様である。すなわち、図６のデジタルカメラ１００、制御部１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、光学系１０４、撮像部１０５、画像処理部１０７、記録部１０８、画素ずらし制御部１０９、シャッタースピード制御部１１０、カメラ制御部１１１、配信部１１２、は実施形態１で示した構成要素と同様である。
【００６２】
マイク６１３と異常検知部６０２は本実施形態で追加された構成要素である。マイク６１３はデジタルカメラ１００の周囲の音声を測定し、得られた音声データをＲＡＭ１０３に出力して記憶させる。
【００６３】
異常検知部６０２はＲＡＭ１０３の画像データと音声データを解析し、異常を検知する。異常とは、例えば荷物の持ち去り、荷物の置き去り、カメラへのいたずら、動く物体、ケンカの音声、絶叫等である。
【００６４】
［撮像装置の動作］
図７を参照しながら第３の実施形態に係るデジタルカメラ１００の動作を説明する。図７は各ブロックの機能を時系列で示すフローチャートである。
【００６５】
図７のＳ７１１において、デジタルカメラ１００はまず撮像を行う。カメラ制御部１１１は光学系１０４と撮像部１０５を制御し、撮像を行う。これにより画像データがＲＡＭ１０３に得られる。
【００６６】
次に、Ｓ７１２において、音の測定を行う。これにより音声データがＲＡＭ１０３に得られる。
【００６７】
次に、Ｓ７１３において、異常検知部６１２は異常検知の処理を行う。ＲＡＭ１０３の画像データと音声データを解析し、デジタルカメラ１００の周囲に異常があるかどうかを判定する。
【００６８】
異常を検知した場合、次にＳ７１４で高解像度処理を行う。高解像度処理Ｓ７１４は図２のＳ２０１〜Ｓ２０９をまとめたステップで、撮像と画像データの高解像度化を行う。
Ｓ７１３にて異常を検知しない場合は、高解像度化処理Ｓ７１４を行わずにＳ７１０へ移動する。
【００６９】
次に、Ｓ７１０において、配信部１１２は外部へ画像データと音声データを配信する。もしくは記録部１０８が画像データと音声データを記録する。ここで配信、記録される前記画像データはＳ７１３にて異常を検知している場合は高解像度化された画像データとなり、異常を検知されていない場合は低解像度の画像データとなる。
【００７０】
なお、Ｓ７１４は図５のＳ５０１〜Ｓ５０８のステップで構成されてもよい。この場合は、あらかじめ所定の１フレーム内の撮像素子１０５の回転回数で高解像度化を行う。
【００７１】
異常検知部６１２が異常を検知する場合は、デジタルカメラ１００周辺の高解像度の画像データが必要になる。例えば、カメラから遠くで荷物が持ち去りされている場面では、荷物の種類や、持ち去ろうとしている人物の顔が高解像度で記録されていると、追跡等が容易となる。
【００７２】
異常検知部６１２が異常を検知していない場合は、定常監視として高解像度処理を行わないため、省電力化が可能となる。
【符号の説明】
【００７３】
１００  デジタルカメラ、１０１  制御部、１０２  ＲＯＭ、１０３  ＲＡＭ、
１０４  光学系、１０５  撮像部、１０６  Ａ／Ｄ変換部、１０７  画像処理部、
１０８  記録部、１０９  画素ずらし制御部、１１０  シャッタースピード制御部、１１１  カメラ制御部、１１２  配信部
【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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