(57)【要約】【課題】ラインごとに受光光量に応じた電荷を蓄積および出力する撮像素子を用いた場合に、効果的にフリッカを抑制でき、且つ、撮像画像の歪みを抑制することが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１は、ラインごとに受光光量に応じた電荷を蓄積および出力する撮像素子４０と、目標領域からの光を撮像素子４０に結像させるレンズ１０と、撮像素子４０に対して目標領域側に配置されたシャッター３０と、制御部５０と、を備える。制御部５０は、撮像素子４０上の各ラインにおける電荷蓄積期間の一部が互いに重なり合うように撮像素子４０を制御し、商用交流電源の交流波形に基づいて点滅を繰り返す発光源の点灯期間を検出し、全てのラインについて電荷蓄積期間が互いに重なり合う重複蓄積期間と点灯期間とが重なる期間内において、シャッター３０を開放する。【選択図】図２
2017011625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインごとに受光光量に応じた電荷を蓄積および出力する撮像素子と、
目標領域からの光を前記撮像素子に結像させるレンズと、
前記撮像素子に対して前記目標領域側に配置されたシャッターと、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記撮像素子上の各ラインにおける電荷蓄積期間の一部が互いに重なり合うように前記撮像素子を制御し、
商用交流電源の交流波形に基づいて点滅を繰り返す発光源の点灯期間を検出し、
全ての前記ラインについて電荷蓄積期間が互いに重なり合う重複蓄積期間と前記点灯期間とが重なる期間内において、前記シャッターを開放する、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
商用交流電源から電力が供給される回路部を備え、
前記制御部は、前記回路部に供給された商用交流電源の交流波形に基づいて、前記発光源の点灯期間を検出する、ことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記制御部は、前記交流波形を全波整流した波形が予め設定した点灯閾値を超える期間を、前記発光源の点灯期間として検出する、ことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記制御部は、前記撮像素子によって撮像された画像から前記発光源が含まれる領域を抽出し、抽出した領域の輝度に基づいて、前記発光源の点灯期間を検出する、ことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置において、
前記制御部は、
前記重複蓄積期間内の所定のタイミングにおいて前記シャッターを開放して前記撮像素子によって撮像された画像から前記発光源が含まれる領域を抽出し、抽出した領域の輝度を取得する処理を撮像周期ごとに繰り返し、
取得した前記輝度が最大となる前記撮像周期における前記シャッターの開放タイミングに基づいて、前記発光源の点灯期間を検出する、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置において、
前記制御部は、前記撮像素子によって撮像された画像から前記発光源が含まれる前記領域を抽出できない場合、前記シャッターの開放タイミングを変化させて、前記発光源が含まれる前記領域の抽出を行う、ことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項４ないし６の何れか一項に記載の撮像装置において、
前記制御部は、前記発光源の点灯期間の検出処理を所定の条件で繰り返し実行し、前記点灯期間の再設定を行う、ことを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一項に記載の撮像装置において、
前記制御部は、一つの撮像周期に複数回、前記重複蓄積期間と前記点灯期間とが重なる期間が生じる場合、前記重複蓄積期間と前記点灯期間とが重なる一または複数の期間を用いて、シャッター速度に基づく前記シャッターの開放期間を設定する、ことを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか一項に記載の撮像装置において、
前記発光源は、信号機である、ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標領域を撮像する撮像装置に関するものであり、特に、信号機を含む風景を撮像する際に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
街路や交差点を監視カメラで撮像する撮像装置が知られている。この種の撮像装置では、撮像された画像が、たとえば、交通事故の検証等に用いられる。検証では、車両や歩行者の状況の他、信号機の点灯状況が確認される。すなわち、事故の際に信号機が赤色、青色、黄色のどの色で点灯していたかが確認される。
【０００３】
近年、信号機の光源に発光ダイオードが用いられている。商用交流電源で発光ダイオードを駆動すると、発光ダイオードは短周期で点灯と消灯を繰り返す。したがって、発光ダイオードを光源とする信号機も、各色の点灯の際に、短周期で点滅を繰り返すことになる。このように信号機が短周期で点滅すると、信号機の撮像画像の輝度がフレーム間で変化し、信号機の撮像画像にフリッカ（ちらつき）が生じる。信号機の撮像画像にフリッカが生じると、検証において、信号機の点灯色を適正に確認できないことが起こり得る。
【０００４】
以下の特許文献１には、ＬＥＤ照明等から生じるフリッカを抑制可能な撮像装置が記載されている。この撮像装置では、フリッカ有りと判定したときは、ＣＣＤセンサに対する電荷掃き捨てパルスと電荷読み出しパルスのタイミングを各フィールドで変化させ、各フィールドで照明の発光周期の同位相部分をカメラが露光できるようにする制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１９３０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の手法では、電荷掃き捨てパルスと電荷読み出しパルスのタイミングを各フィールドで変化させるといったＣＣＤセンサに固有の制御が必要となる。このため、特許文献１の手法は、ＣＣＤセンサ以外の撮像素子を使用した撮像方法にはそのまま用いることができないものであった。
【０００７】
かかる課題を鑑み、本発明は、ラインごとに受光光量に応じた電荷を蓄積および出力する撮像素子を用いた場合に、効果的にフリッカを抑制でき、且つ、撮像画像の歪みを抑制することが可能な撮像装置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】
本発明の主たる態様は、撮像装置に関する。本態様に係る撮像装置は、ラインごとに受光光量に応じた電荷を蓄積および出力する撮像素子と、目標領域からの光を前記撮像素子に結像させるレンズと、前記撮像素子に対して前記目標領域側に配置されたシャッターと、制御部と、を備える。前記制御部は、前記撮像素子上の各ラインにおける電荷蓄積期間の一部が互いに重なり合うように前記撮像素子を制御し、商用交流電源の交流波形に基づいて点滅を繰り返す発光源の点灯期間を検出し、全ての前記ラインについて電荷蓄積期間が互いに重なり合う重複蓄積期間と前記点灯期間とが重なる期間内において、前記シャッターを開放する。
【０００９】
本態様に係る撮像装置によれば、重複蓄積期間と点灯期間とが重なる期間内においてシャッターが開放されるため、信号機等の短周期で点滅する発光源を撮像する場合も、それぞれの撮像周期において発光源からの光が撮像素子に受光され易くなり、且つ、発光源からの光の総受光光量がフレーム間で大きく異なることが抑制され得る。よって、発光源の撮像画像に生じるフリッカを効果的に抑制できる。また、重複蓄積期間中に撮像素子が露光されるため、全てのラインに対して、同じタイミングおよび露光期間で、目標領域の光が照射される。このため、高速で移動する被写体が目標領域に含まれる場合も、被写体の撮像画像に歪みが生じることがない。
【００１０】
本態様に係る撮像装置は、商用交流電源から電力が供給される回路部を備える構成とされ得る。この場合、前記制御部は、前記回路部に供給された商用交流電源の交流波形に基づいて、前記発光源の点灯期間を検出する。
【００１１】
より詳細には、前記制御部は、前記交流波形を全波整流した波形が予め設定した点灯閾値を超える期間を、前記発光源の点灯期間として検出する。こうすると、簡単な処理により円滑に発光源の点灯期間を検出することができる。なお、この構成における回路部は、たとえば、商用交流電源から供給された電力を調整して撮像装置内の各部に供給する電源回路とされ得る。
【００１２】
あるいは、前記制御部は、前記撮像素子によって撮像された画像から前記発光源が含まれる領域を抽出し、抽出した領域の輝度に基づいて、前記発光源の点灯期間を検出するよう構成され得る。こうすると、撮像装置が商用交流電源に接続されていない場合も、発光源の点灯期間を検出することができる。
【００１３】
この場合、前記制御部は、前記重複蓄積期間内の所定のタイミングにおいて前記シャッターを開放して前記撮像素子によって撮像された画像から前記発光源が含まれる領域を抽出し、抽出した領域の輝度を取得する処理を撮像周期ごとに繰り返し、取得した前記輝度が最大となる前記撮像周期における前記シャッターの開放タイミングに基づいて、前記発光源の点灯期間を検出するよう構成され得る。
【００１４】
また、前記制御部は、前記撮像素子によって撮像された画像から前記発光源が含まれる前記領域を抽出できない場合、前記シャッターの開放タイミングを変化させて、前記発光源が含まれる前記領域の抽出を行うよう構成され得る。こうすると、発光源が含まれる領域を円滑かつ迅速に抽出できる。よって、点灯期間を円滑かつ迅速に設定でき、撮像画像における発光源のフリッカを効果的に抑制できる。
【００１５】
また、前記制御部は、前記発光源の点灯期間の検出処理を所定の条件で繰り返し実行し、前記点灯期間の再設定を行うよう構成され得る。こうすると、点灯期間Ｔ３を動的に調整でき、点灯期間Ｔ３を精度良く設定することができる。
【００１６】
本態様に係る撮像装置において、前記制御部は、一つの撮像周期に複数回、前記重複蓄積期間と前記点灯期間とが重なる期間が生じる場合、前記重複蓄積期間と前記点灯期間とが重なる一または複数の期間を用いて、シャッター速度に基づく前記シャッターの開放期間を設定するよう構成され得る。こうすると、なるべく多くの光量を撮像素子に導くことができる。よって、より効果的にフリッカを抑制できる。
【００１７】
なお、本態様に係る撮像装置において、撮像対象の発光源は、たとえば信号機である。この場合、撮像画像における信号機のフリッカを抑制でき、たとえば交通事故の検証において、信号機の点灯色を適正に確認することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のとおり、本発明によれば、簡単な構成の付加により効果的にフリッカを抑制可能な撮像装置を提供ことができる。
【００１９】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（ａ）は、実施形態に係る画像管理システムの外観構成を示す図である。図１（ｂ）は、実施形態に係る撮像画像の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る撮像装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの読み出し制御を説明する図である。
【図５】図５は、実施形態に係るシャッターの制御方法を示すタイミングチャートである。
【図６】図６は、実施形態に係るシャッターの制御方法を示すタイミングチャートである。
【図７】図７は、比較例に係るシャッターの制御方法を示すタイミングチャートである。
【図８】図８は、比較例に係るシャッターの制御方法を示すタイミングチャートである。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、変更例に係るＣＭＯＳイメージセンサの制御方法を説明する図である。
【図１０】図１０は、他の変更例に係るシャッターの制御方法を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、実施形態に係る画像管理システムの外観構成を示す図である。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、画像管理システムは、撮像装置１と外部装置２とを備える。撮像装置１は、監視カメラであり、信号機を含む街路や交差点等を撮像可能に被設置物３に設置される。被設置物３は、たとえば、建物等の外壁や屋上の構造物、電柱等である。撮像装置１は、撮像した画像を内部の記録媒体に随時記録する。外部装置２は、可搬型のパーソナルコンピュータである。この他、外部装置２は、携帯電話機、タブレット等の他の携帯情報端末であっても良い。
【００２４】
撮像装置１に記録された画像は、適宜、外部装置２に回収される。撮像装置１と外部装置２は、無線ＬＡＮによる通信が可能である。外部装置２は、無線ＬＡＮによる通信路を確立し、撮像装置１から画像をダウンロードする。撮像装置１と外部装置２との間の通信は、無線ＬＡＮに限らず、ブルートゥース等の他の通信方式であっても良い。
【００２５】
図１（ｂ）は、撮像装置１により撮像される撮像画像の一例を示す図である。ここでは、信号機４を含む交差点５が目標領域に設定されている。便宜上、図１（ｂ）には、撮像装置１の方向を向く信号機４のみが図示されている。撮像装置１により撮像された画像は、外部装置２に回収された後、たとえば、交通事故の検証等に用いられる。この検証では、交差点５を進む車両や歩行者の状況の他、信号機４の点灯状況が確認される。すなわち、事故の際に信号機４が赤色、青色、黄色のどの色で点灯していたかが確認される。
【００２６】
図２は、撮像装置１の構成を示す図である。
【００２７】
撮像装置１は、レンズ１０と、アイリス２０と、シャッター３０と、撮像素子４０と、制御部５０と、記憶部６０と、通信部７０と、電源回路８０を備える。
【００２８】
レンズ１０は、目標領域からの光を取り込んで、目標領域の像を撮像素子４０の受光面に結像させる。アイリス２０は、目標領域からの光の強弱に応じて適切な光量が撮像素子４０に入射するように、外部からの光を制限する。アイリス２０は、アイリス駆動回路２１により、絞り量が調整される。
【００２９】
シャッター３０は、液晶シャッターである。シャッター３０は、たとえば、電圧が印加された状態で透過率が最大となり、電圧の印加が遮断されると透過率が低くなる、いわゆる、ノーマリーブラック方式の特性を有する液晶シャッターである。この場合、シャッター３０は、電圧が印加された状態で光を透過し、電圧が印加されない状態で光を遮断する。この他、シャッター３０は、電圧が印加されていない状態では透過率が最大となり、電圧が印加されると透過率が低くなる、いわゆる、ノーマリーホワイト方式の特性を有する液晶シャッターであっても良い。また、シャッター３０は、高速で開閉可能であれば、さらに他の方式のシャッターであっても良い。シャッター３０は、シャッター駆動回路３１からの駆動信号によって、開閉状態が切り替えられる。
【００３０】
撮像素子４０は、ＣＭＯＳイメージセンサである。撮像素子４０は、受光面上の各画素に対応する位置に、それぞれフォトダイオードを有する。撮像素子４０は、ラインごとに、フォトダイオードに対する電荷の蓄積と出力が行われるよう撮像信号処理回路４１によって制御される。
【００３１】
制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路を備え、記憶部６０に保持されたプログラムに従って各部を制御する。記憶部６０は、制御用のプログラムを保持する他、制御部５０による制御の際のワーク領域としても利用される。記憶部６０に保持されたプログラムによって、制御部５０は、アイリス駆動回路２１と、シャッター駆動回路３１と、撮像信号処理回路４１を制御する。通信部７０は、図１（ａ）に示す外部装置２と通信を行う。
【００３２】
電源回路８０は、商用交流電源に接続され、商用交流電源から供給された電力を調整して撮像装置１内の各部に供給する。また、電源回路８０は、商用交流電源から供給される交流電圧を全波整流して制御部５０に供給する。後述のように、制御部５０は、商用交流電源の全波整流波形に基づいて、信号機４の点灯期間を検出する。
【００３３】
図３は、撮像素子４０の構成を模式的に示す図である。便宜上、図３には、９つの画素に対応する部分の構成が示されているが、実際には、同様の構成が縦方向と横方向に所定の画素数に対応して配置されている。
【００３４】
撮像素子４０は、各画素に対応する位置にフォトダイオード４０ａを有する。フォトダイオード４０ａは、光を受光すると、受光光量に応じた電荷を蓄積する。蓄積された電荷は、増幅器４０ｂによって電圧に変換され、増幅される。増幅された電圧は、スイッチ４０ｃがＯＮにされると、ラインＬ毎に垂直信号線４０ｄに伝送される。伝送された電圧は、垂直信号線４０ｄ毎に配置されている列回路４０ｅにより一時的に保管される。保管された電圧は、列選択スイッチ４０ｆがＯＮにされると、水平信号線４０ｇに送られる。そして、水平信号線４０ｇに送られた電圧は、撮像信号処理回路４１に送られる。このように、撮像素子４０では、ラインＬ毎に電圧信号が送信される。
【００３５】
また、撮像素子４０は、ラインＬごとに、フォトダイオード４０ａに対する電荷の蓄積が行われるよう制御される。つまり、一つのラインＬ上のフォトダイオード４０ａが、所定の期間、電荷の蓄積が可能な状態に設定され、この期間が経過すると、このラインＬ上の各フォトダイオード４０ａに生じた電荷が出力される。この制御が、最上段のラインＬから最下段のラインＬに向かって順番に行われる。ラインＬが電荷の蓄積が可能な状態にあるときに、ラインＬ上のフォトダイオード４０ａに光が照射されると、照射された光の光量に応じた電荷が、当該ライン上の各フォトダイオード４０ａに蓄積される。こうして蓄積された電荷が、上記のようにラインＬ毎に読み出され、電圧信号に変換されて、撮像信号処理回路４１に出力される。
【００３６】
以下、各ラインが電荷の蓄積が可能な状態に設定される期間のことを「電荷蓄積期間」と称する。
【００３７】
図２に戻り、撮像信号処理回路４１は、撮像素子４０上の各ラインを順番に電荷蓄積期間に設定し、ライン毎に、電荷の読み出しを行う。撮像信号処理回路４１は、Ａ／Ｄ変換回路を備え、水平信号線４０ｇ（図３参照）を介して撮像素子４０から供給されるライン毎の電圧信号をデジタル信号に変換して、制御部５０に出力する。制御部５０は、撮像信号処理回路４１から供給されたデジタル信号（輝度信号）を記憶部６０に記憶させる。こうして、撮像信号処理回路４１から出力された全ライン分（１フレーム分）の輝度信号から１枚の撮像画像が構成される。
【００３８】
図４（ａ）、（ｂ）は、撮像素子４０の読み出し制御を説明する図である。図４（ａ）は、通常の速度で各ラインから電荷の読み出しを行う場合の制御（以下、「通常読み出しモード」という）を模式的に示す図であり、図４（ｂ）は、高速で各ラインから電荷の読み出しを行う場合の制御（以下、「高速読み出しモード」という）を模式的に示す図である。
【００３９】
図４（ａ）、（ｂ）の左側には、撮像素子４０の受光面と各ラインＬが模式的に示されている。ここでは、最上段のラインＬがＬ０とされ、最下段のラインがＬｎとされている。また、図４（ａ）、（ｂ）の右側には、各ラインに対する制御タイミングが模式的に示されている。
【００４０】
図４（ａ）を参照して、通常読み出しモードでは、最上段のラインＬ０に対する制御がタイミングｔ１で開始され、タイミングｔ２で終了する。１段下のラインＬ２に対する制御は、タイミングｔ１よりも所定時間だけ遅れて開始される。こうして、ラインＬが下段へと変わる毎に開始タイミングが所定時間ずつ遅れながら、各ラインに対する制御が順番に行われる。最下段のラインＬｎの開始タイミングは、タイミングｔ１からΔｔ遅れたタイミングｔ２となる。
【００４１】
最上段のラインＬ０では、タイミングｔ１からタイミングｔ２の間に電荷が蓄積される。たとえば、タイミングｔ１からタイミングｔ２の間の期間Δｔの全てが電荷蓄積期間とされる。他のラインＬに対しても、同様に電荷蓄積期間が設定される。タイミングｔ１から期間Δｔが経過したタイミングｔ２において、最上段のラインＬ０に対する電荷の読み出しが実行される。
【００４２】
２段目のラインＬ１については、タイミングｔ１から所定の時間遅れたタイミングで電荷の蓄積が開始され、タイミングｔ２から所定の時間遅れたタイミングで電荷の読み出しが実行される。こうして、ラインＬが変わる毎に、電荷蓄積の開始タイミングが所定時間ずつ遅れ、電荷読み出しの実行タイミングも所定時間ずつ遅れる。最下段のラインＬｎに対する電荷蓄積の開始タイミングは、タイミングｔ１からΔｔ遅れたタイミングｔ２となり、電荷読み出しの実行タイミングは、タイミングｔ２からΔｔ遅れたタイミングｔ３となる。
【００４３】
このように、通常読み出しモードでは、最上段のラインＬ０に対する電荷蓄積の終了タイミングが、最下段のラインＬｎに対する電荷蓄積の開始タイミングとなる。このため、通常読み出しモードでは、全てのラインの電荷蓄積期間が重なり合う期間が生じることはない。
【００４４】
図４（ｂ）を参照して、高速読み出しモードでは、各ラインＬに対する電荷の読み出し速度が高められることにより、ラインＬ間の制御開始タイミングのズレ量が通常読み出しモードに比べて短縮される。図４（ｂ）の例では、ラインＬ間の制御開始タイミングのズレ量が通常読み出しモードに比べて半分に低減されている。このため、最下段のラインＬｎに対する制御の開始タイミングは、最上段のラインＬ０に対する制御の開始タイミングｔ１からΔｔ／２だけ遅れるに留まる。
【００４５】
各ラインＬに対する電荷の読み出し速度は、各ラインの電荷信号を標本化（Ａ／Ｄ変換）する際のビット数を、通常読み出しモード時のビット数よりも削減することにより、高速化される。この処理は、図２の制御部５０による制御のもと、撮像信号処理回路４１によって行われる。高速読み出しモードでは、このように標本化ビット数が削減されるため、通常読み出しモードに比べて、若干、撮像画像の画質が劣化する。しかし、この劣化は、監視カメラ等の用途では、視認性に特に問題がない程度のものである。または、撮像素子４０および撮像信号処理回路４１の改善、高速化により、同等の標本化ビット数にとどめることも可能である。
【００４６】
このように、撮像素子４０に対する制御モードを高速読み出しモードに設定することにより、図４（ｂ）に示すように、全てのラインの電荷蓄積期間が互いに重なり合う重複蓄積期間が生じる。そして、この重複蓄積期間に露光を行うことにより、各ラインＬに、同じタイミングで目標領域からの光が照射され、全てのラインＬ上のフォトダイオード４０ａに、同じタイミングおよび露光量で、電荷が蓄積されるようになる。このため、高速で移動する被写体の撮像画像に歪みが生じることを抑制できる。つまり、ローリングシャッター現象が抑制され、撮像素子４０を用いたグローバルシャッター機能が実現される。
【００４７】
本実施形態では、撮像素子４０の制御モードが、高速読み出しモードに設定される。そして、重複蓄積期間においてシャッター３０が開放されて、目標領域からの光が撮像素子４０に導かれる。
【００４８】
図５は、シャッター３０の制御方法を示すタイミングチャートである。
【００４９】
図５の最上段は、商用交流電源の電圧波形である。ここでは、商用交流電源の周波数が５０Ｈｚであることが想定されている。この場合、商用交流電源の電圧波形の周期Ｔ１は、１／５０秒である。図１（ｂ）の信号機４の各色の光源に発光ダイオードが用いられる場合、発光ダイオードは、図５の上から２段目に示すように、商用交流電源の交流電圧が全波整流された電圧で駆動される。全波整流された電圧波形の周期Ｔ２は、１／１００秒である。発光ダイオードは、全波整流された電圧が点灯閾値ＳＨ１を超える期間Ｔ３において点灯する。したがって、図１（ｂ）の信号機４の各色の信号灯は、周期Ｔ２すなわち１／１００秒周期で点滅する。
【００５０】
これに対し、撮像素子４０は、１／６０秒周期で１フレーム分の撮像画像を構成する。すなわち、撮像装置１の撮像周期Ｔ４は、１／６０秒であり、信号機４の各色の信号灯の点滅周期である１／１００と位相がずれている。このため、図４（ｂ）に示す重複蓄積期間内の固定位置に所定時間幅の露光期間を設定した場合、露光期間と信号機４（発光ダイオード）の点灯期間とが互いに重なり合う時間幅がフレーム毎に変化する。このため、信号機４の撮像画像の輝度が、フレーム間で異なってしまい、信号機４の撮像画像にフリッカが生じる。
【００５１】
図７は、撮像周期Ｔ４の固定位置に所定時間幅の露光期間が設定された場合に、信号機４（発光ダイオード）からの光が撮像素子４０に受光される受光光量を模式的に示すタイミングチャートである。ここでは、撮像周期Ｔ４の終端において時間幅Ｔ７だけシャッター３０が開放されて露光期間が設定されている。この場合、信号機４（発光ダイオード）からの光が撮像素子４０に取り込まれる期間Ｔ８１〜Ｔ８３が、フレーム間で変化する。このため、図７の最下段に模式的に示すように、信号機４（発光ダイオード）からの光に対する撮像素子４０の受光光量がフレーム毎に大きく異なる。これにより、信号機４の画像にフリッカが生じる。
【００５２】
図８は、図７の時間幅Ｔ７が短縮された場合に、信号機４（発光ダイオード）からの光が撮像素子４０に受光される受光光量を模式的に示すタイミングチャートである。たとえば、晴天の昼間等、目標領域が明るい場合に時間幅Ｔ７（シャッター速度）が短縮される。この場合も、図７と同様、撮像周期Ｔ４の終端において時間幅Ｔ７だけシャッター３０が開放されて露光期間が設定されている。この場合、信号機４（発光ダイオード）からの光が撮像素子４０に取り込まれる期間Ｔ８１、Ｔ８２が、フレーム間で変化する。また、左から３番目の撮像期間では、露光期間と信号機４（発光ダイオード）の点灯期間Ｔ３とが重ならないため、信号機４（発光ダイオード）からの光が撮像素子４０に取り込まれない。
【００５３】
したがって、図８の最下段に模式的に示すように、信号機４（発光ダイオード）からの光に対する撮像素子４０の受光光量がフレーム毎に大きく異なり、これにより、信号機４の撮像画像にフリッカが生じる。また、左から３番目の撮像期間に対応するフレームでは、信号機４（発光ダイオード）からの光に対する撮像素子４０の受光光量がないため、無点灯状態の信号機４の撮像画像となる。
【００５４】
これに対し、本実施形態では、図５に示すように、重複蓄積期間Ｔ５と信号機４（発光ダイオード）の点灯期間Ｔ３とが重なる期間において、シャッター３０が開放される。このため、信号機４（発光ダイオード）が点灯している期間Ｔ３にシャッター３０の開放期間が含まれ易くなり、図７、８の場合に比べて、信号機４の点灯が欠落するフレームが生じにくくなる。図５では、重複蓄積期間Ｔ５と信号機４（発光ダイオード）の点灯期間Ｔ３とが重なる期間Ｔ６１、Ｔ６２、Ｔ６２’、Ｔ６３において、シャッター３０が開放される。これにより、図７、８の場合に比べて、信号機４（発光ダイオード）からの光が撮像素子４０に取り込まれる総受光光量のフレーム間での差異が小さくなる。よって、信号機４の撮像画像にフリッカが生じにくくなる。
【００５５】
ここで、信号機４（発光ダイオード）の点灯期間Ｔ３は、電源回路８０から供給される商用交流電源の全波整流波形に基づいて検出される。図１（ｂ）に示すように、撮像装置１は、信号機４を撮像するものであるため、信号機４の近くに配置されている。このため、信号機４に供給される商用交流電源の交流波形と撮像装置１に供給される交流波形とは、位相が略同じである。したがって、撮像装置１では、自身に供給される商用交流電源の交流波形に基づいて、信号機４（発光ダイオード）の点灯期間Ｔ３を検出することが可能である。具体的には、図５を参照して説明したとおり、自身に供給される商用交流電源の交流波形を全波整流した波形に対して点灯閾値ＳＨ１を設定し、全波整流の波形が点灯閾値ＳＨ１を超える期間を信号機４の点灯期間Ｔ３として検出する。つまり、制御部５０は、電源回路８０から供給される商用交流電源の全波整流波形が、予め設定した点灯閾値ＳＨ１を超える期間を信号機４（発光ダイオード）の点灯期間Ｔ３として検出する。
【００５６】
なお、点灯期間Ｔ３の判定に用いる点灯閾値ＳＨ１は、信号機４に用いられる発光ダイオードを想定して設定される。信号機４に用いられる発光ダイオードが複数種類あり得る場合、各種類の発光ダイオードの点灯閾値のうち最も高い点灯閾値を、点灯期間の判定に用いる点灯閾値ＳＨ１に設定する。あるいは、最も高い点灯閾値よりもやや高い電圧値を点灯期間の判定に用いる点灯閾値ＳＨ１に設定しても良い。このように判定に用いる点灯閾値ＳＨ１を設定することにより、どの種類の発光ダイオードが信号機４に用いられても、設定された点灯閾値ＳＨ１を商用交流電源の全波整流波形が越える期間においては、信号機４が点灯していることになる。
【００５７】
こうして、信号機４（発光ダイオード）の点灯期間Ｔ３を検出した後、制御部５０は、検出した点灯期間Ｔ３と重複蓄積期間Ｔ５とが重複するタイミングを検出する。そして、制御部５０は、点灯期間Ｔ３と重複蓄積期間Ｔ５とが重複する期間においてシャッター３０をＯＮ（開放）状態に設定する。たとえば、制御部５０は、点灯期間Ｔ３と重複蓄積期間Ｔ５との重複が開始するタイミングでシャッター３０をＯＮ（開放）状態に切り替え、その後、シャッター速度に基づくシャッター３０の開放期間が終了するか、あるいは、点灯期間Ｔ３と重複蓄積期間Ｔ５との重複が終了したタイミングで、シャッター３０をＯＦＦ（閉塞）状態に切り替える。
【００５８】
たとえば、図５の例では、重複蓄積期間Ｔ５と信号機４（発光ダイオード）の点灯期間Ｔ３とが重なる期間Ｔ６１が、シャッター速度に基づくシャッター３０の開放期間よりも長い。このため、期間Ｔ６１では、期間Ｔ６１が終了する前に、シャッター３０がＯＦＦ（閉塞）状態に切り替えられる。これに対し、期間Ｔ６２では、シャッター速度に基づくシャッター３０の開放期間が期間Ｔ６１よりも長い。このため、期間Ｔ６２では、点灯期間Ｔ３と重複蓄積期間Ｔ５との重複が終了するタイミングで、シャッター３０がＯＦＦ（閉塞）状態に切り替えられる。
【００５９】
なお、図５の例では、左から２つ目の撮像周期Ｔ４において、信号機４の点灯期間Ｔ３と重複蓄積期間Ｔ５とが重複する期間が、期間Ｔ６２と期間Ｔ６２’の２回生じる。この場合、制御部５０は、期間Ｔ６２におけるシャッター３０の開放期間が、シャッター速度に基づくシャッターの開放期間よりも短いため、２回目に現れる期間Ｔ６２’において、再び、シャッター３０を開放させる。この場合、制御部５０は、１回目の期間Ｔ６２における処理により充足されなかったシャッターの開放期間の分だけ、２回目の期間Ｔ６２’において、シャッター３０を開放させる。これにより、左から２つ目の撮像周期Ｔ４において撮像素子４０に取り込まれる総光量が、シャッター速度に基づく光量に近づけられる。
【００６０】
以上のように、重複蓄積期間Ｔ５と信号機４（発光ダイオード）の点灯期間Ｔ３とが重なる期間Ｔ６１、Ｔ６２、Ｔ６２’、Ｔ６３において、シャッター３０が開放されることで、図７、８の場合に比べて、信号機４（発光ダイオード）からの光が撮像素子４０に取り込まれる総受光光量のフレーム間での差異が小さくなる。よって、信号機４の撮像画像にフリッカが生じにくくなる。
【００６１】
なお、たとえば、晴天の昼間等、目標領域が明るい場合には、シャッター速度が高く設定され、図６に示すように、シャッター３０のＯＮ期間が短くされる。これにより、目標領域から撮像素子４０に取り込まれる光の光量が減少される。この場合も、図６の最下段に示すように、信号機４（発光ダイオード）からの光が撮像素子４０に確実に取り込まれる。また、信号機４（発光ダイオード）からの光が撮像素子４０に取り込まれる総受光光量のフレーム間での差異が小さくなる。よって、信号機４の撮像画像にフリッカが生じにくくなる。
【００６２】
＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
【００６３】
図５および図６に示すように、重複蓄積期間Ｔ５と点灯期間Ｔ３とが重なる期間Ｔ６１、Ｔ６２、Ｔ６２’、Ｔ６３内においてシャッター３０が開放されるため、短周期で点滅する信号機４を撮像する場合も、それぞれの撮像周期Ｔ４において信号機４からの光が撮像素子４０に受光され易くなり、且つ、信号機４からの光の総受光光量がフレーム間で大きく異なることが抑制され得る。よって、信号機４の撮像画像に生じるフリッカを効果的に抑制できる。また、重複蓄積期間Ｔ５中に撮像素子４０が露光されるため、全てのラインに対して、同じタイミングおよび露光期間で、目標領域の光が照射される。このため、高速で移動する被写体が目標領域に含まれる場合も、被写体の撮像画像に歪みが生じることがない。
【００６４】
また、制御部５０は、商用交流電源からの交流波形を全波整流した波形が予め設定した点灯閾値ＳＨ１を超える期間を、前記発光源の点灯期間Ｔ３として検出するため。簡単な処理により円滑に信号機４の点灯期間Ｔ３を検出することができる。
【００６５】
また、制御部５０は、前記制御部は、一つの撮像周期Ｔ４に複数回、重複蓄積期間Ｔ５と点灯期間Ｔ３とが重なる期間（Ｔ６２、Ｔ６２’）が生じる場合、期間Ｔ６２にみならず期間Ｔ６２’をも用いて、シャッター速度に基づくシャッター３０の開放期間を設定するため、なるべく多くの光量を撮像素子４０に導くことができる。よって、より効果的にフリッカを抑制できる。
【００６６】
また、シャッター３０は、液晶シャッターであり、制御部５０は、図５および図６に示すように、シャッター３０をパルス状にＯＮ／ＯＦＦ制御する。これにより、期間Ｔ６２のように期間が短い場合にも、シャッター３０の開閉を正確に行うことができる。
【００６７】
＜変更例＞
上記実施形態では、図４（ｂ）に示すように、撮像素子４０の制御モードを高速読み出しモードに設定することによって重複蓄積期間が生成されたが、図９（ｂ）に示すように、撮像素子４０の制御モードを低速モードに設定することによって重複蓄積期間が生成されても良い。低速モードでは、各ラインの撮像期間が図９（ａ）に示す通常読み出しモードの２倍、すなわち２Δｔに設定される。この場合も、シャッター３０は、上記実施形態と同様、重複蓄積期間と信号機４（発光ダイオード）の点灯期間とが重なる期間において、開放される。これによっても、上記実施形態と同様、信号機４の撮像画像に生じるフリッカを抑制でき、且つ、無点灯状態の信号機４を含む撮像画像が得られることが抑止される。
【００６８】
また、上記実施形態では、電源回路８０に供給される商用交流電源の交流波形に基づいて信号機４の点灯期間Ｔ３を検出したが、以下のように、撮像素子４０により撮像される撮像画像に基づいて、信号機４の点灯期間Ｔ３を検出しても良い。
【００６９】
すなわち、この変更例では、撮像素子４０の撮像領域が、たとえば水平８区画、垂直８区画のトータル６４区画の領域に区分される。そして、それぞれの領域から出力される映像情報がフーリエ変換され、領域ごとに、フリッカ周波数、すなわち、映像情報のフレームレートに対応する周波数と、フーリエ変換により取得された各領域の周波数との差が検出される。信号機４等の短周期で点滅する発光源を含まない領域のフリッカ周波数（両周波数の差）はゼロであり、信号機４等の短周期で点滅する発光源を含む領域においてフリッカ周波数が検出される。このため、フリッカ周波数が検出された領域に、信号機４があると判定され得る。なお、信号機４を撮影しているにもかかわらず、フリッカ周波数が検出されない場合は、シャッター３０の開放タイミングを移動させ、フリッカ周波数を検出する。こうして、フリッカ周波数が検出された領域に信号機４があると判定する。
【００７０】
次に、信号機４を含む領域について、撮像周期Ｔ４ごとに、輝度の合計値（総受光光量）を取得する。この場合、たとえば、図１０に示すように、シャッター３０の開放期間を、想定される発光ダイオードの点灯期間Ｔ３と同程度に設定する。これにより、信号機４の点灯期間Ｔが重複蓄積期間Ｔ５とシャッター３０の開放期間の両方に含まれる場合に、信号機４を含む領域において、信号機４からの光の受光光量が最大となる。図１０の例では、期間Ｔ６３において信号機４の受光光量が最大となる。したがって、期間Ｔ６３におけるシャッター３０の開放期間を信号機４の点灯期間として検出できる。
【００７１】
制御部５０は、このような処理により、信号機４を含むと判定した領域の輝度の合計値（総受光光量）を各撮像周期Ｔ４において取得し、輝度の合計値（総受光光量）が最大となるときのシャッター３０の開放期間を信号機４の点灯期間Ｔ３の一つとして検出する。そして、制御部５０は、検出した点灯期間Ｔ３を、信号機４の点灯周期（商用交流電源が５０Ｈｚの場合、１／１００秒）で繰り返し設定して、各撮像周期Ｔ４における点灯期間Ｔ３とする。
【００７２】
なお、この変更例では、図５および図６のシャッター制御を行う前に、上記処理を実行して、信号機４の点灯期間Ｔ３を判定する必要がある。また、図５および図６のシャッター制御を開始した後も、所定の条件で適宜、上記処理を実行し、信号機４の点灯期間Ｔ３を再設定することが望ましい。たとえば、信号機４の点灯期間Ｔ３の設定を行ってから一定期間が経過したタイミングで上記処理を行って点灯期間Ｔ３の再設定を行う。あるいは、停電や瞬断、回路ノイズの増大等によって点灯期間Ｔ３にずれが生じた可能性がある場合に、上記処理を行って点灯期間Ｔ３の再設定を行う。このように点灯期間Ｔ３を動的に調整することにより、点灯期間Ｔ３を精度良く設定することができる。
【００７３】
この変更例によれば、撮像装置１の電源が交換式の電池である場合等、撮像装置１が商用交流電源に接続されていない場合も、信号機４の点灯期間Ｔ３を検出することができる。
【００７４】
なお、この変更例では、信号機４を含む領域をフリッカ周波数に基づいて検出したが、信号機４を含む領域の検出方法はこれに限られず、たとえば、信号機４の点灯に対応する画像を静止画像として所定時間だけ含む領域を、信号機４を含む領域として検出しても良く、撮像素子４０がカラーである場合は、信号機４の点灯色である緑、赤、黄の画像を静止画像として所定時間だけ含む領域を、信号機４を含む領域として検出しても良い。また、撮像領域を区分する方法も、水平８区画、垂直８区画に限られるものではなく、他の方法で区分されても良い。
【００７５】
さらに、点灯期間Ｔ３の判定方法も上記に限られるものではなく、たとえば、重複蓄積期間Ｔ５と同じ期間においてシャッター３０を開放させ、信号機４を含むと判定した領域における輝度の合計値（総受光光量）が最大となる重複蓄積期間Ｔ５に信号機４の点灯期間Ｔ３が含まれると判定しても良い。この場合、たとえば、輝度の合計値（総受光光量）が最大となる重複蓄積期間Ｔ５の中間タイミングを信号機４の点灯期間Ｔ３の中間タイミングとして、信号機４の点灯期間Ｔ３を設定しても良く、他の方法により、輝度の合計値（総受光光量）が最大となる重複蓄積期間Ｔ５内に点灯期間Ｔ３を設定しても良い。
【００７６】
以上、本発明の実施形態および変更例について説明したが、本発明は上記実施形態および変更例に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施形態も上記以外に種々の変更が可能である。
【００７７】
たとえば、上記実施形態では、図５および図６に示すように、信号機４の点灯期間Ｔ３と重複蓄積期間Ｔ５とが重なり始めるタイミングでシャッター３０をＯＮ（開放）状態に切り替えたが、シャッター３０の切り替え方法はこれに限られるものではなく、点灯期間Ｔ３と重複蓄積期間Ｔ５とが重なる期間においてシャッター３０がＯＮ（開放）状態に設定されれば、他の切り替え方法であって良い。
【００７８】
また、上記実施形態では、図５に示すように、一つの撮像周期Ｔ４において、信号機４の点灯期間Ｔ３と重複蓄積期間Ｔ５とが重なる期間が複数ある場合、まずは、最初の重なり期間にシャッター３０の開放を行い、この開放ではシャッター速度に基づく開放期間が不足する場合に、後続の重なり期間でシャッター３０を開放するようにした。しかし、一つの撮像周期Ｔ４に複数の重なり期間がある場合のシャッター制御はこれに限られるものではなく、たとえば、最後の重なり期間から順番に、シャッター速度に応じた開放期間が充足されるまで、シャッター３０の開放期間を設定するようにしても良く、あるいは、シャッター速度に応じた開放期間を、全ての重なり期間に均等に分配するようにしても良い。
【００７９】
また、上記実施形態では、撮像対象が信号機４であったが、撮像対象は必ずしも信号機４でなくとも良く、短周期で点滅する他の発光源であっても良い。
【００８０】
また、上記実施形態では、撮像装置１が建物等の外壁や屋上の構造物、電柱等に設置されたが、たとえば、街灯等に撮像装置１の構成が一体的に含められても良い。
【００８１】
さらに、撮像装置１は、監視カメラに限らず、撮像部、記憶部を備えた他の撮像装置であっても良い。本発明は、ラインごとに受光光量に応じた電荷を蓄積および出力する撮像素子を用いた撮像装置に適宜適用可能である。
【００８２】
この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１  …  撮像装置
１０  …  レンズ
３０  …  シャッター
４０  …  撮像素子
５０  …  制御部
８０  …  電源回路（回路部）
【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】
2017011625.tif 000008
【図７】
2017011625.tif 000009
【図８】
2017011625.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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