(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人間の視感度特性に比して広い帯域により所定の被写体の撮像結果を出力する撮像手段と、
前記撮像結果を処理して赤色、青色、緑色の色信号を生成する演算手段と、
所定の制御信号により利得を可変して、前記赤色、青色、緑色の色信号を増幅して出力する可変利得増幅手段と、
前記撮像手段による撮像結果に基づいて、前記制御信号を出力する制御手段とを備え、
前記撮像手段は、
撮像素子の分光特性における赤色波長帯域のピークが抑圧されて、相対的に近赤色域の感度が増大するように設定された
撮像装置。
【請求項２】
人間の視感度特性に比して広い帯域による分光特性の照明光により前記被写体を照明する照明手段を有する
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
車両に搭載されて使用され、
前記被写体が、少なくとも前記車両の運転席からは前記車両の死角に位置する被写体である
請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関し、例えば自動車の後方確認用の撮像装置に適用することができる。本発明は、人間の視感度特性に比して広い帯域により所定の被写体を撮像してオートホワイトバランス調整することにより、十分な感度によりカラー画像を提供することができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用撮像装置として、自動車の後方確認用に使用して安全に寄与することができるようになされたものがある。
【０００３】
このような撮像装置を用いたシステムにおいては、夜間においても充分な明るさにより後方等を確認できるように、主に白黒のテレビジョンカメラを用いて後方の画像を撮像し、さらに白黒のモニタ装置により撮像結果を表示するようになされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで撮像装置より得られる画像においては、白黒による画像に比してカラーによる画像の方が格段的に情報量が多い特徴がある。従って車両用撮像装置においても、カラー画像により後方等を確認することができるようにすれば、白黒画像により確認する場合に比して運転手等に有益な情報を種々に提供することができると考えられる。
【０００５】
ところがカラーの画像においては、白黒による画像の場合に比して感度が劣る問題があり、実際上、自動車の後方確認等に使用すると却って使い勝手が悪い欠点があった。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、十分な感度によりカラー画像を提供することができる撮像装置を提案しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、人間の視感度特性に比して広い帯域により所定の被写体の撮像結果を出力する撮像手段と、所定の制御信号により利得を可変して、この撮像結果より得られる赤色、青色、緑色の色信号を増幅して出力する可変利得増幅手段と、撮像手段による撮像結果に基づいて、先の制御信号を出力する制御手段とを備えるようにする。また撮像手段は、撮像素子の分光特性における赤色波長帯域のピークが抑圧されて、相対的に近赤色域の感度が増大するように設定される。
【０００８】
人間の視感度特性に比して広い帯域により所定の被写体を撮像結果を出力する撮像手段によれば、通常のカラー画像の場合に比して高感度の撮像結果を得ることができる。また所定の制御信号により利得を可変して、この撮像結果より得られる赤色、青色、緑色の色信号を増幅して出力する可変利得増幅手段と、撮像手段による撮像結果に基づいて、先の制御信号を出力する制御手段とを備えるようにすれば、人間の視感度特性に比して広い帯域による撮像結果について、ホワイトバランス調整して違和感を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００１０】
（１）実施の形態の構成
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置を搭載した自動車を示す側面図及び背面図である。この自動車１は、撮像装置１がリア側バンパーの上に配置され、この撮像装置１により後方を撮像して後方の障害物等を確認できるようになされている。なおこの図２においては、この撮像装置１による撮像可能な範囲を破線により示す。
【００１１】
ここで撮像装置１は、図１に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子等による撮像素子２により人間の視感度特性に比して広い帯域により撮像結果を得、この撮像結果を処理して車載のモニタ装置に表示する。
【００１２】
ここで撮像素子２は、いわゆる近赤外線撮像素子であり、受光面にいわゆるカラーフィルタが配置される。ここでこのカラーフィルタは、水平方向に連続する画素について、何ら帯域制限しないで入射光を透過する第１のフィルタ、色差信号に対応する補色系の第２及び第３のフィルタとが順次循環的に繰り返されて構成される。これにより撮像素子２は、連続する画素間で、撮像結果を演算処理することによりカラー画像による撮像結果を出力できるようになされている。
【００１３】
さらに撮像素子２は、図３において符号Ａにより示すように、符号Ｂにより示す通常の撮像素子による分光特性に比して、赤色波長帯域のピークが抑圧され、その分近赤色域について相対的に感度が増大するようになされている。これにより撮像素子２においては、人間の視感度特性に比して広い帯域により被写体を撮像できる分、従来の撮像素子に比して高い感度により所望の被写体を撮像できるようになされている。
【００１４】
撮像素子２は、図４に示すように、ベース材であるＣＣＤホルダー３に保持された後、緩衝材であるシールゴム４が撮像面側に配置され、このシールゴム４を介して光学的ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５が配置される。撮像素子２は、この光学的ローパスフィルタ５の前面に樹脂によるアダプタ６が配置され、このアダプタ６を介してレンズ７が配置される。
【００１５】
これにより撮像装置１は、撮像素子２が感度を有する帯域であって、かつ通常の撮像装置においては赤外線カットフィルタにより撮像素子２への入射を制限する近赤外域の光線についても、レンズ７からの光を撮像素子２に入射し、これにより人間の視感度特性に比して広い帯域により撮像結果を得ることができるようになされている。
【００１６】
かくするにつきこのように車両に搭載されて昼間に外部を撮像する場合、撮像対象においては、太陽光により照明されていることにより、撮像素子２は、このように相対的に感度が増大してなる近赤色域についても、十分な入射光量を確保することができる。これに対して夜間においては、この種の車両に使用されるハロゲンランプ又はキセノンランプにより被写体が照明され、これらのランプにおいては、人間の視感度特性に比して広い帯域により被写体を照明することになる。これにより撮像装置１においては、夜間においても、従来の撮像素子による撮像装置に比して十分な入射光量により所望の被写体を撮像できるようになされている。なお図５は、ハロゲンランプの分光特性を示す特性曲線図である。この特性曲線図によれば、ハロゲンランプにおいては、人間の視覚では知覚することが困難な近赤外域に十分な光量により照明光を出射していることが判る。
【００１７】
プリアンプ１０（図１）は、この撮像素子２の出力信号を所定利得により増幅して出力し、アナログディジタル変換回路（Ａ／Ｄ）１２は、図示しない相関二重サンプリング回路を介してこのプリアンプの出力信号を入力し、アナログディジタル変換処理して出力する。
【００１８】
ディジタル信号処理回路１３は、このアナログディジタル変換回路１２の出力信号を信号処理してビデオ信号ＳＶ１を生成し、このビデオ信号ＳＶ１を車載のモニタ装置に出力する。
【００１９】
すなわちディジタル信号処理回路１３において、原色分離回路１４は、アナログディジタル変換回路１２の出力信号について、連続する画素に対応する出力信号間でマトリックス演算処理することにより、赤色色信号Ｒ、青色色信号Ｂ、緑色色信号Ｇを生成する。このとき原色分離回路１４は、ＩＲフィルタを配置してなる同様の撮像素子による撮像結果を処理する場合に対して、異る重み付け係数（マトリックス演算係数である）により演算処理し、これにより被写体の色温度が変化した場合でも、ビデオ信号ＳＶ１における色相が変化しないように色信号Ｒ、Ｇ、Ｂを生成する。
【００２０】
可変利得増幅回路１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂは、システムコントローラ１６より出力される制御信号Ｓ１により利得を切り換え、原色分離回路１４より出力される各色信号Ｒ、Ｇ、Ｂを増幅して出力する。
【００２１】
ガンマ補正回路１７は、可変利得増幅回路１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂより出力される各色信号Ｒ、Ｇ、Ｂのガンマを補正して出力し、続く色差マトリックス回路１８は、これら色信号Ｒ、Ｇ、Ｂをマトリックス演算処理して輝度信号、色差信号を生成する。
【００２２】
エンコーダ１９は、この輝度信号及び色差信号を処理することにより輝度信号及びクロマ信号を生成して出力し、ディジタルアナログ変換回路（Ｄ／Ａ）２０は、エンコーダ１９の出力信号をディジタルアナログ変換処理した後、加算し、これによりコンポジットによるビデオ信号ＳＶ１を生成して出力する。
【００２３】
オプティカルディテクタ２１は、可変利得増幅回路１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂより出力される各色信号Ｒ、Ｇ、Ｂを演算処理することにより、撮像結果よりオートホワイトバランス調整に必要な信号を生成してシステムコントローラ１６に通知し、システムコントローラ１６は、このオプティカルディテクタ２１の出力信号に基づいて制御信号Ｓ１を生成することにより、色信号Ｒ、Ｇ、Ｂの利得を調整して出力する。これによりオプティカルディテクタ２１、システムコントローラ１６、可変利得増幅回路１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂは、オートホワイトバランス調整回路を構成し、人間の視感度特性に比して近赤外域側に帯域を拡大して被写体を撮像する場合でも、十分な色再現性を確保できるようになされている。
【００２４】
図６は、オプティカルディテクタ２１、システムコントローラ１６を示すブロック図である。オプティカルディテクタ２１は、可変利得増幅回路１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂより出力される各色信号Ｒ、Ｇ、Ｂのうち、赤色及び緑色の色信号Ｒ及び、Ｇを減算回路２２に入力し、これら色信号Ｒ、Ｇの減算信号Ｒ−Ｇを生成する。また青色及び緑色の色信号Ｂ及び、Ｇを減算回路２３に入力し、これら色信号Ｂ、Ｇの減算信号Ｂ−Ｇを生成する。これによりオプティカルディテクタ２１は、緑色色信号Ｇに対する赤色色信号Ｒ及び青色色信号Ｂの差分信号Ｒ−Ｇ、Ｂ−Ｇを生成する。
【００２５】
さらにオプティカルディテクタ２１は、色信号Ｒ、Ｇ、Ｂを加算し、ほぼ輝度信号と等しい等化輝度信号ＮＡＭＹを生成する。オプティカルディテクタ２１において、積分回路２４は、減算回路２２及び２３より出力される差分信号Ｒ−Ｇ、Ｂ−Ｇをそれぞれフィールド単位で積分して出力する。このとき積分回路２４は、等化輝度信号ＮＡＭＹの信号レベルが飽和レベル近辺に設定された第１の基準レベルより立ち上がっている場合、又は０レベル近辺に設定された第２の基準レベルより立ち下がっている場合、対応する差分信号Ｒ−Ｇ、Ｂ−Ｇについては積分対象より除外する。また積分回路２４は、これら第１及び第２の基準レベルのほぼ中間の基準レベルに設定された第３の基準レベルを境にして、高輝度側と低輝度側とで対応する差分信号Ｒ−Ｇ、Ｂ−Ｇを選択的に積分し、これら高輝度側と低輝度側とでそれぞれ積分結果を検出する。
【００２６】
システムコントローラ１６においては、内蔵の処理手順の実行によりこれらの積分結果を処理して制御信号Ｓ１を生成する。なおこの図６においては、この処理手順の実行により構成される機能ブロックを用いてシステムコントローラ１６の構成を説明する。
【００２７】
すなわちシステムコントローラ１６においては、比較回路２５において、高輝度側の積分結果と低輝度側の積分結果とを比較し、値の小さい側の積分結果を選択的に出力する。加算回路２６は、比較回路２５で選択された差分信号Ｒ−Ｇ、Ｂ−Ｇの積分結果を加算し、これによりＲ＋Ｂ−２Ｇにより表される積分結果を出力する。減算回路２７は、比較回路２５で選択された差分信号Ｒ−Ｇ、Ｂ−Ｇの積分結果を減算し、Ｒ−Ｂにより表される積分結果を出力する。
【００２８】
ゲンイ設定回路２８は、加算回路２６及び減算回路２７の出力信号に基づいて、制御信号Ｓ１を生成し、これによりオーディオホワイトバランス調整する。この実施の形態においてゲンイ設定回路２８は、通常の撮像装置における撮像結果に比して長波長側の帯域が相対的に拡大している分、緑色色信号Ｇ及び青色色信号Ｂを処理する可変利得装置回路１５Ｇ及び１５Ｂの利得に比して、赤色色信号Ｒを処理する可変利得増幅回路１５Ｒの利得が相対的に低下するように、制御信号Ｓ１を生成し、これにより長波長側に帯域を拡大して高感度により所望の被写体を撮像した場合でも、十分な色再現性を確保できるようになされている。
【００２９】
（２）実施の形態の動作
以上の構成において、撮像装置１は（図１及び図２）、レンズ７を介して車両の後方の死角を撮像し、その撮像結果が固体撮像素子２より得られる。撮像装置１は、この撮像結果がディジタル信号処理回路１３で処理されて色信号Ｒ、Ｇ、Ｂが生成され、この色信号Ｒ、Ｇ、Ｂがガンマ補正等の処理を経てビデオ信号ＳＶ１に変換され、このビデオ信号ＳＶ１が車載のモニタ装置により表示される。これにより撮像装置１では、後方の障害物等を確認することが可能となる。さらにカラー画像により後方を確認できることにより、その分運転手に多くの情報を提供することが可能となる。
【００３０】
撮像装置１においては、このようにして後方を撮像するにつき、赤外線カットフィルタを介することなくレンズ７の入射光を撮像素子２で受光し（図４）、またこの撮像素子２が近赤色域について相対的に感度が増大する構成であることにより（図３）、人間の視感度特性に比して広い帯域により撮像結果を得ることができ、これにより高感度によるカラー画像を得ることができる。
【００３１】
ところでこのようにして近赤色域に帯域を拡大した場合、その分色再現性が劣化することになり、運転手が実際に目で見て把握される色合いとは大きく異なった色合いにより障害物等の画像が提供されることになる。すなわち運転手に対して不自然なカラー画像が提供されることになる。
【００３２】
このため撮像装置１においては、原色分離回路１４において、通常の撮像装置とは異なるマトリックス演算係数を用いたマトリックス演算処理により色信号Ｒ、Ｇ、Ｂが生成され、これにより例えば昼間と夜間とで大きく色再現性が変化しないように色信号Ｒ、Ｇ、Ｂが生成される。
【００３３】
さらにこのようにして生成した色信号Ｒ、Ｇ、Ｂをオプティカルディテクタ２１で積分した後、積分結果により制御信号Ｓ１を生成してそれぞれ色信号Ｒ、Ｇ、Ｂの利得を制御し、これにより撮像結果において長波長側の帯域が相対的に拡大した分、緑色色信号Ｇ及び青色色信号Ｂの利得に比して、赤色色信号Ｒの相対的な利得が低下するように、オートホワイトバランス調整される。これにより撮像装置１では、長波長側に帯域を拡大して高感度により所望の被写体を撮像した場合でも、十分な色再現性を確保でき、これにより従来の白黒による撮像装置に比して格段的に多くの情報を運転手に提供することが可能となる。かくするにつき、このようにしてオートホワイトバランス調整して、オートホワイトバランス調整可能な引き込み範囲については、２５００度Ｋ〜９５００度Ｋまで確保できることを確認することができた。
【００３４】
（３）実施の形態の効果
以上の構成によれば、人間の視感度特性に比して広い帯域により所定の被写体を撮像してオートホワイトバランス調整することにより、十分な感度によりカラー画像を提供することができ、その分従来に比して格段的に多くの情報を運転手に提供することができる。従ってその分、夜間や暗い駐車場でバックする場合に、事故、運転ミスを低減することができる。
【００３５】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、後方の確認用に撮像装置を配置する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図７に示すように、例えばドアミラーに配置して側方の確認用に使用してもよい。
【００３６】
また上述の実施の形態においては、差分信号Ｒ−Ｇ、Ｂ−Ｇを生成して積分する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これとは逆に色信号を積分した後、差分信号を生成するようにしてもよい。
【００３７】
また上述の実施の形態においては、本発明を車載用の撮像装置に適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、列車、船舶等に搭載する撮像装置、さらにはドアホン等に配置する撮像装置等に広く適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、人間の視感度特性に比して広い帯域により所定の被写体を撮像してオートホワイトバランス調整することにより、十分な感度によりカラー画像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る撮像装置を示すブロック図である。
【図２】図１に示す撮像装置を搭載した自動車を示す側面図及び背面図である。
【図３】図１の撮像装置の固体撮像素子の分光特性を示す特性曲線図である。
【図４】図１の撮像装置の固体撮像素子の周辺構成を示す分解斜視図である。
【図５】ハロゲンランプに光学特性を示す特性曲線図である。
【図６】図１の撮像装置のオプティカルディテクタとシステムコントローラとの構成を示すブロック図である。
【図７】他の実施の形態に係る撮像装置の搭載例を示す平面図及び側面図である。
【符号の説明】
１……撮像装置、２……固体撮像素子、１４……原色分離回路、１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂ……可変利得増幅回路、１６……システムコントローラ、２１……オプティカルディテクタ
【図１】
0004288544.tif 000002
【図２】
0004288544.tif 000003
【図３】
0004288544.tif 000004
【図４】
0004288544.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0004288544.tif 000008