撮像装置

【課題】正確な測光量が得られ、最適な露光制御が可能となる撮像装置を提供することである。
【解決手段】実施形態に係る撮像装置は、３次元的な領域を測光エリアとして設定し、この測光エリアの測光量に基づいて露光制御を行なうことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、撮像エリア内の被写体を撮像する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置の露光制御は、監視対象（被写体）の輝度を基に行なうのが一般的である。しかしながら、監視対象と同じエリアに監視対象外の物体が入ってきた場合、その物体をも含んで測光してしまうため、正確な測光値が得られず、最適な露光制御ができないという問題がある。
【０００３】
図２３を参照して具体的に説明すると、図２３（ａ）に示すように、撮像エリア１内の監視対象２を撮像する場合、撮像エリア１内の明るさを一定にするために、画面の明るさを制御する（露光制御を行なう）。しかし、図２３（ｂ）に示すように、撮像エリア１内に例えば光反射率の高い物体３に進入すると、その物体３をも含んで測光してしまうため、正確な測光値が得られず、最適な露光制御ができないので、図２３（ｃ）に示すように、画面全体が暗くなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１９４５４号公報
【特許文献２】特開２００８−１２８７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、正確な測光量が得られ、最適な露光制御が可能となる撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、実施形態に係る撮像装置は、３次元的な領域を測光エリアとして設定し、この測光エリアの測光量に基づいて露光制御を行なうことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る撮像装置の構成を概略的に示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る照明部および受光部を説明する模式図。
【図３】第１の実施形態に係る受光部の動作を説明する模式図。
【図４】第１の実施形態に係る受光部の動作を説明する図。
【図５】第１の実施形態に係る測光エリアを説明する図。
【図６】第１の実施形態に係る測光エリアの他の例を説明する図。
【図７】第１の実施形態に係るＬＥＤドライブ回路を説明する図。
【図８】第１の実施形態に係る照明部のゲイン補正を説明するフローチャート。
【図９】第１の実施形態に係る撮像装置の動作を説明するフローチャート。
【図１０】第１の実施形態に係る適用例を説明する模式図。
【図１１】第１の実施形態に係る図１０の適用例に対する測光エリアを説明する図。
【図１２】第１の実施形態に係る図１０の適用例に対して取得した距離画像の一例を模式的に示す図。
【図１３】第１の実施形態に係る反射光の振幅画像の一例を模式的に示す図。
【図１４】第１の実施形態に係る振幅画像の測光エリアを模式的に示す図。
【図１５】第１の実施形態に係る測光エリア内に監視対象物以外の物体が進入した例を説明する模式図。
【図１６】第１の実施形態に係る図１５に対して取得した距離画像の一例を模式的に示す図。
【図１７】第１の実施形態に係る図１５に対する振幅画像の測光エリアを模式的に示す図。
【図１８】第２の実施形態に係る撮像装置の構成を概略的に示すブロック図。
【図１９】第２の実施形態に係る距離画像カメラとエリアカメラの視野範囲を説明する模式図。
【図２０】第２の実施形態に係るエリアカメラのゲイン補正を説明するフローチャート。
【図２１】第２の実施形態に係る撮像装置の動作を説明するフローチャート。
【図２２】第２の実施形態に係るエリアカメラのシャッタ速度補正の段階を説明する図。
【図２３】従来の問題点を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の撮像装置を図面を参照して説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る撮像装置の構成を概略的に示すものである。第１の実施形態に係る撮像装置は、距離画像カメラ１１、測光エリア情報保管部１２、測光量計算部１３、全体的な制御を司るＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）１４、ゲイン補正部１５、および、これらを通信可能に接続するデータバスおよびアドレスバス１６により構成されている。
【０００９】
以下、各部について詳細に説明する。
距離画像カメラ１１は、たとえば、ＴＯＦ（タイム・オブ・フライト）型の距離画像カメラによって構成されている。ＴＯＦ型の距離画像カメラとは、受光部の各画素に光の飛行時間に対応した信号電荷検出機能を集積化することで、距離情報を画像として同時に取得することができるものであり、光源から出力されるパルス光を対象物に向けて照射し、その対象物からの反射光を受光部で受光するまでの時間と光の速度から、対象物までの距離を計算することで距離画像を取得するという原理に基づいている。
【００１０】
距離画像カメラ１１は、照明部１７および受光部１８により構成されている。照明部１７は、たとえば、図２に示すように、支持基板２１上に複数のＬＥＤ（発光ダイオード）２２，…を所定間隔で配列してなり、これら複数のＬＥＤ２２，…を例えば３０ＭＨＺ程度の変調周波数信号（すなわち、パルス光）にて点灯制御するようになっている。
【００１１】
受光部１８は、たとえば、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサもしくはＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサからなり、図２に示すように、照明部１７と一体的に配設されている。すなわち、図２の例では、支持基板２１上のほぼ中央部に受光部１８を配設するとともに、受光部１８の上下位置にそれぞれ複数のＬＥＤ２２，…を配列している。
【００１２】
距離画像カメラ１１は、図３、図４に示すように、照明部１７からの出射光１７ａを被写体１９に照射し、その反射光１７ｂを受光部１８で受光し、出射光１７ａと被写体１９からの反射光１７ｂの時間の遅れを内部の演算回路により計算することにより、受光部１８の各画素から被写体１９までの距離画像が算出される。また、既知である適切な補正を行なうことにより、カメラを原点とした座標値（ｘ、ｙ、ｚ）の出力を行なう。さらに、反射光１７ｂの振幅（Ｉ）も同時に取得できるのが特徴である。
【００１３】
測光エリア情報保管部１２は、たとえば、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）などによって実現され、撮像エリアに対し３次元的な領域を測光エリアとして設定するための情報を保管するものである。
【００１４】
たとえば、図５に示すような立体的なエリアを３次元座標で指定するものである。図５の例では、ａ〜ｈの８つの点で囲まれた領域２３内を測光エリアとして設定した場合を示している。なお、図６に示すように、中心座標ｉと半径ｊにより、球状の領域２４内を測光エリアとして設定してもよい。
【００１５】
測光量計算部１３は、当該測光量計算部１３内にあらかじめ設定されたプログラムをＣＰＵ１４で実行することにより実現され、距離画像カメラ１１から得られる測光エリア内の距離画像の各画素の輝度値の平均値を測光量として計算し出力するものである。ここで、測光量は平均値の代わりにピーク値や最頻値などであってもよい。
【００１６】
照明用ゲイン補正部１５は、測光量計算部１３により求められた測光量に基づき照明部１７のゲイン補正（距離画像カメラ１１の露光制御）を行なう。たとえば、図７に示すように、ＬＥＤ２２を駆動するＬＥＤドライブ回路５１のゲイン値５２を制御することによりゲイン補正を行なう。
【００１７】
以下、照明部１７のゲイン補正（距離画像カメラ１１の露光制御）について図８に示すフローチャートを参照して説明する。まず、測光量計算部１３により求められた測光量があらかじめ設定された正常値（所定の範囲をもった標準値）に入っているか否かを判定し（ステップＳ１）、入っていれば処理を終了する。測光量が正常値に入っていない場合、測光量が正常値以上か否かを判定し（ステップＳ２）、測光量が正常値以上であれば照明部１７におけるＬＥＤドライブ回路５１のゲイン値５２を所定量下げ（たとえば、−１し、ステップＳ３）、測光量が正常値以上でなければＬＥＤドライブ回路５１のゲイン値５２を所定量上げる（たとえば、＋１する）ことで（ステップＳ４）、ＬＥＤ２２の明るさを自動調整する。
すなわち、標準値に対して、暗い場合はＬＥＤ２２の駆動電圧を高くして明るさを高くし、明るい場合はＬＥＤ２２の駆動電圧を低くして明るさを低くするというのが自動調整の考え方である。
【００１８】
次に、上記のような構成において第１の実施形態に係る撮像装置の動作を図９に示すフローチャートを参照して説明する。
なお、以下の説明では、たとえば、図１０に示すような駐車場２５のゲート周辺（図示破線領域２６内）における自動車２７の入退場の監視を行なう場合について述べる。
【００１９】
まず、測光エリア情報保管部１２には、図１０の破線領域（撮像エリア）２６を含むように、図１１に示すような３次元的な測光エリア２８を設定する。
【００２０】
距離画像カメラ１１からは、破線領域２６内の対象物からの反射光から前述したように各画素の距離情報が得られる（ステップＳ１１）。図１２に得られた距離画像の例を示す。この例は図１１に対応していて、奥に行くほど画像の濃淡値が小さくなる（暗くなる）形式の距離画像を示しており、たとえば、Ａ部は０〜２ｍ、Ｂ部は２〜４ｍ、Ｃ部は４〜６ｍ、Ｄ部は６ｍ以上にそれぞれ対応しているものとする。
【００２１】
ここで、距離画像カメラ１１から得られた反射光の振幅（輝度）画像が図１３に示すようであったとすると、測光量計算部１３では、図１４において破線で示した範囲２９（図１１の距離画像から得られる図１１の測光エリアを満たす範囲）内の画素の輝度平均値（測光量）を以下のようにして求める（ステップＳ１２）。
測光量＝Σ_{ｉ＜３２０ｊ＜１６０（（ｘ，ｙ，ｚ）∈Ｍ）}Ｉ（ｉ，ｊ）／（ｎ（（ｘ，ｙ，ｚ）∈Ｍ））
ただしｉ、ｊは濃淡画像の座標、ｘ、ｙ、ｚは距離画像カメラ１１から出力される直交座標値、Ｍはあらかじめ設定した測光エリアの集合、ｎ（）は濃淡画像の座標の中でＭ（測光エリア）に含まれる要素の数、Ｉ（ｉ，ｊ）は濃淡画像の各画素の輝度値を示す。
なお、本実施形態では、距離画像カメラ１１の画素数を３２０×１６０として考える。
【００２２】
次に、従来例との比較のために、たとえば、測光エリア２８内に監視対象物（自動車２７）以外の物体（トラック３０）が進入した例を図１５に示し、このとき距離画像カメラ１１から得られる距離画像は図１６に示すようになる。この場合、測光エリア２８内に含まれるのは図１７に示す破線で囲んだエリア３１内であり、測光量はトラック３０が測光エリア２８内に入ってもほとんど変化せず、よってＬＥＤドライブ回路５１のゲイン値５２はトラック３０がいない場合と同等の程度で、照明用ゲイン補正部１５により自動調整される。（ステップＳ１３）。
次に、第２の実施形態について説明する。
図１８は、第２の実施形態に係る撮像装置の構成を概略的に示すものである。第２の実施形態の第１の実施形態と異なる点は、エリアカメラ４１、エリアカメラ測光量計算部４２、エリアカメラゲイン補正部４３が追加された点にあり、その外は同じであるので、第１の実施形態と異なる点についてだけ説明する。
【００２３】
エリアカメラ４１は、高解像度の監視カメラによって実現できる。また、一般の製品に搭載されている機能ではあるが、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）などのインターフェウスを用いてカメラパラメータ（シャッタ速度など）を外部機器（パーソナルコンピュータなど）から外部コントロールできるエリアカメラ４１を用いるものとする。
【００２４】
また、エリアカメラ４１の視野範囲４１ａは、図１９に示すように、第１の実施形態にて述べた距離画像カメラ１１の視野範囲１１ａとほぼ同じに設定する者とする。このように視野範囲を設定することにより、距離画像カメラ１１からの距離画像を用いてのエリアカメラ４１の露光制御が可能となる。
【００２５】
エリアカメラ測光量計算部４２は、当該エリアカメラ測光量計算部４２内にあらかじめ設定されたプログラムをＣＰＵ１４で実行することにより実現され、エリアカメラ４１から得られる図５の測光エリア内の画像の各画素の輝度値の平均値を測光量として計算し出力するものである。
【００２６】
また、エリアカメラ測光量計算部４２は、距離画像カメラ１１とエリアカメラ４１との異なる解像度の情報を対応付けする処理を行なう。たとえば、距離画像カメラ１１とエリアカメラ４２が同一箇所を視野とし、その解像度が横、縦とも４倍異なるとした場合、以下のような変換式を基にエリアカメラ４１の解像度を落とした後に測光量の計算を行なう。
Ｉ′（ｉ，ｊ）＝Ｉ（ｉ／４，ｊ／４）
ここで、Ｉ（）はエリアカメラ４１の輝度値であり、Ｉ′（）は解像度を１／４に落としたエリアカメラ４１の輝度値である。上記式では、４画素ごとの間引きにて解像度を落としているが、４×４の平均値で解像度を落としてもよい。
【００２７】
エリアカメラゲイン補正部４３は、エリアカメラ測光量計算部４３により求められた測光量に基づきエリアカメラ４１のゲイン補正（エリアカメラ４１の露光制御）を行なう。
以下、エリアカメラ４１のゲイン補正（エリアカメラ４１の露光制御）について図２０に示すフローチャートを参照して説明する。まず、エリアカメラ測光量計算部４３により求められた測光量があらかじめ設定された正常値（所定の範囲をもった標準値）に入っているか否かを判定し（ステップＳ２１）、入っていれば処理を終了する。測光量が正常値に入っていない場合、測光量が正常値以上か否かを判定し（ステップＳ２２）、測光量が正常値以上であればエリアカメラ４１のシャッタ速度を所定量（たとえば、１段）下げ（ステップＳ２３）、測光量が正常値以上でなければエリアカメラ４１のシャッタ速度を所定量（たとえば、１段）上げることで（ステップＳ２４）、エリアカメラ４１のゲインを自動調整する。
次に、上記のような構成において第２の実施形態に係る撮像装置の動作を図２１に示すフローチャートを参照して説明する。
なお、以下の説明では、図１０に示すような駐車場２５の監視を主にエリアカメラ４１で行ない、距離画像カメラ１１はエリアカメラ４１の露光制御に用いる場合を想定する。
【００２８】
ステップＳ１１〜Ｓ１３までは図９と同等である。
次に、ステップＳ１４では、距離画像カメラ１１からの距離情報に基づき、輝度平均値（測光量）を求める。具体的には、エリアカメラ測光量計算部４２により、前述のように解像度を落としたエリアカメラ４１から得られる画像の、図１４において破線で示した範囲２９（図１２の距離画像から得られる図１１の測光エリアを満たす範囲）内の各画素の輝度平均値（測光量）を以下のようにして求める。
測光量＝Σ_{ｉ＜３２０ｊ＜１６０（（ｘ，ｙ，ｚ）∈Ｍ）}Ｉ′（ｉ，ｊ）／（ｎ（（ｘ，ｙ，ｚ）∈Ｍ））
ただしｉ、ｊは濃淡画像の座標、ｘ、ｙ、ｚは距離画像カメラ１１から出力される直交座標値を、Ｍはあらかじめ設定した測光エリアの集合、ｎ（）は濃淡画像の座標の中で、Ｍ（測光エリア）に含まれる要素の数、Ｉ′（ｉ，ｊ）は解像度を１／４に落とした濃淡画像の各画素の輝度値を表す。
なお、本実施形態では、距離画像カメラ１１の画素数を３２０×１６０とし、エリアカメラ４１の解像度を１２８０×６４０として考える。
【００２９】
次に、エリアカメラゲイン補正部４３は、エリアカメラ測光量計算部４３により求められた測光量に基づきエリアカメラ４１のゲイン補正（エリアカメラ４１の露光制御）を行なう（ステップＳ１５）。具体的には、図２０で説明したように、求めた測光量に応じて、図２２のようにエリアカメラ４１のシャッタ速度を１段階ずつ切換えることにより、監視対象の明るさを一定の値に保つことができる。
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、距離画像カメラ１１の露光制御を３次元的な領域の測光量に基づいて行なうことにより、距離画像カメラ１１からは常に安定した距離画像を得ることができ、精度の高い自動監視が可能となる。
【００３０】
また、以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、エリアカメラ４１の露光制御を距離画像カメラ１１の３次元的な領域の測光量に基づいて行なうことにより、距離画像カメラ１１だけでなく、高解像度のエリアカメラ４１の明るさも最適に保たれ、常に安定した監視ができるようになる。
【００３１】
なお、前記実施形態では、距離画像カメラとしてＴＯＦ型の距離画像カメラを用いた場合について説明したが、これに限らず、たとえば、ステレオカメラや超音波カメラなどを用いても同様に適用可能である。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１１…距離画像カメラ、１２…測光エリア情報保管部、１３…測光量計算部、１４…ＣＰＵ、１５…照明用ゲイン補正部、１６…データバスおよびアドレスバス、１７…照明部、１８…受光部、４１…エリアカメラ、４２…エリアカメラ測光量計算部、４３…エリアカメラゲイン補正部。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元的な領域を測光エリアとして設定し、この測光エリアの測光量に基づいて露光制御を行なうことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
撮像エリア内の被写体までの距離を示す距離画像を取得する距離画像カメラと、
前記撮像エリアに対し３次元的な領域を測光エリアとして設定する測光エリア設定手段と、
前記距離画像カメラから得られる前記測光エリア設定手段により設定された測光エリア内の距離画像に基づき測光量を計算する測光量計算手段と、
この測光量計算手段により計算された測光量に基づき前記距離画像カメラの露光制御を行なう露光制御手段と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
前記距離画像カメラは、照明部から出力されるパルス光を被写体に向けて照射し、その被写体からの反射光を受光部で受光するまでの時間と光の速度から、被写体までの距離を計算することで距離画像を取得するＴＯＦ（タイム・オブ・フライト）型の距離画像カメラであり、
前記露光制御手段は、前記測光量計算手段により計算された測光量に基づき前記照明部の明るさを制御することにより前記距離画像カメラの露光制御を行なうことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
撮像エリア内の被写体までの距離を示す距離画像を取得する距離画像カメラと、
前記撮像エリア内の被写体を撮像するエリアカメラと、
前記撮像エリアに対し３次元的な領域を測光エリアとして設定する測光エリア設定手段と、
前記距離画像カメラから得られる前記測光エリア設定手段により設定された測光エリア内の距離画像に基づき、前記エリアカメラから得られる画像を用いて測光量を計算する測光量計算手段と、
この測光量計算手段により計算された測光量に基づき前記エリアカメラの露光制御を行なう露光制御手段と、
を具備したことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
前記エリアカメラの視野範囲を前記距離画像カメラの視野範囲と対応させることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項６】
前記測光量計算手段は、前記エリアカメラの解像度を前記距離画像カメラの解像度に変換した後に測光量の計算を行なうことを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項７】
前記距離画像カメラは、照明部から出力されるパルス光を被写体に向けて照射し、その被写体からの反射光を受光部で受光するまでの時間と光の速度から、被写体までの距離を計算することで距離画像を取得するＴＯＦ（タイム・オブ・フライト）型の距離画像カメラであることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項８】
前記３次元的な領域は直方体状の領域であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項４記載の撮像装置。
【請求項９】
前記３次元的な領域は球状の領域であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項４記載の撮像装置。

【図１】