JP2009071706A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子から得られる輝度情報を使ってこれら複数の環境を検出し、その検出結果によって撮像装置のカメラ設定パラメータを変更し、環境毎に適したカメラ設定パラメータにより撮像を行う。
【解決手段】撮像手段から出力された第１のアナログ画像信号及び第２のアナログ画像信号の少なくとも一方について、一画面分のアナログ画像信号を複数の単位エリアに分割し、各単位エリアの平均輝度を算出し、算出した平均輝度に基づいて環境状態を判定し、判定した環境状態に応じたカメラ設定データを選択し、選択したカメラ設定データに基づいてアナログ信号処理手段に特性変換パラメータ値を出力し、且つデジタル信号処理手段に加算比率を指定する値を出力する制御手段と有する撮像装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関し、より詳しくは、異なる２つのシャッタ速度により被写体の撮像を行うことが可能な撮像装置に関する。

従来、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いた撮像装置によって明るい被写体から暗い被写体に至るまで撮像しようとすると、撮像装置のダイナミックレンジが狭いため、明るい部分が飽和して飛んでしまったり、或いは暗い部分のＳ／Ｎが悪くノイズにうずもれてしまって見えなくなる等の欠点があったため、この欠点を解消するために、高速シャッタ画像と低速シャッタ画像の２枚の画像を同じ撮像装置から取り出し、これらを合成することにより、ダイナミックレンジを広げて明るい部分から暗い部分に至るまで、鮮明に撮影できる方法が提案され、実用化されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。

また、自動車などの車両に搭載したカメラのような撮像装置において、逆光の発生などのいろいろな画像の状態（現象）の発生を検出し、検出結果に応じて放置のような処理をする技術も提案されている（例えば、特許文献３）
特開２００７−１２９６３１号公開公報（図１、段落［００４２］から［００４３］） 特開２００３−２５００９４号公開公報（図1、段落［００６９］から［００７１］） 特開２０００−２０７５６３号公開公報

上記のような従来技術における撮像装置を自動車のような移動体に搭載する場合、トンネル内、逆光、暗い林間など刻々と動的に撮像を行う環境が変化する。これらの環境では撮像に適したダイナミックレンジは異なるのであるが、従来の撮像装置においてはカメラの撮像条件を可変としていなかったため、環境の変化に応じた適切なダイナミックレンジで撮像し、良好な出力画像を提供することが困難であった。

より詳しくは、従来の車載用ＷＤＲカメラでは、一般的な車載用カメラで同時に撮像不可能であった「高輝度画像」と「低輝度画像」を２画面加算という技術を用いることにより可能としたが、２画面加算にかかる条件設定を可変としていなかった為、以下のような問題点が発生していた。
（１）昼間の動く被写体が多重画像となり不自然である。
（２）昼間の被写体がよく見えない（低コントラスト)。
（３）トンネル人口直前で、トンネル内を明るく撮像することができない。
（４）トンネル出口付近で、トンネル内側および外側の画像が不自然（低コントラスト、色相不良）である。
（５）逆光時の被写体がよく見えない(低コントラスト)。
（６）夜間の被写体がよく見えない（低コントラスト、色相不良)。

本発明の目的は、上記問題点を解決することにあり、より具体的には、環境を大きく複数に分け、撮像素子から得られる輝度情報を使ってこれら複数の環境を検出し、その検出結果によって撮像装置のカメラ設定パラメータを変更し、環境毎に適したカメラ設定パラメータにより撮像を行うことを目的としている。

上記課題を解決するための手段として、本発明は以下の特徴を有する。
本発明の第１の態様は、撮像装置として提案される。
この撮像装置は、異なる２つのシャッタ速度により被写体の撮像を撮像し、ダイナミックレンジを拡大する機能を有する撮像装置であって、異なる２つのシャッタ速度により被写体の撮像を交互に繰り返し、各シャッタ速度に応じた第１のアナログ画像信号と、第２のアナログ画像信号を出力する撮像手段と、第１のアナログ画像信号及び第２アナログ画像信号のゲインを可変させ、第１のアナログ画像信号及び第２アナログ画像信号のアナログ画像信号をデジタル信号に変換するアナログ信号処理手段と、第１のアナログ信号及び第２のアナログ信号をそれぞれ連続した画像信号である第１の連続画像信号及び第２の連続画像信号に変換し、第１の連続画像信号及び第２の連続画像信号を指定された特性変換パラメータ値を用いて特性変換を行い、特性変換を行った第１の連続画像信号及び第２の連続画像信号をそれぞれ第１のデジタル画像信号及び第２のデジタル画像信号に変換して出力するアナログ信号処理手段と、第１のデジタル画像信号及び第２のデジタル画像信号を、指定された加算比率で加算して第３のデジタル画像信号を生成し、この第３のデジタル画像信号をアナログ画像信号を出力するデジタル信号処理手段と、撮像手段から出力された第１のアナログ画像信号及び第２のアナログ画像信号の少なくとも一方について、一画面分のアナログ画像信号を複数の単位エリアに分割し、各単位エリアの平均輝度を算出し、算出した平均輝度に基づいて環境状態を判定し、判定した環境状態に応じたカメラ設定データを選択し、選択したカメラ設定データに基づいてアナログ信号処理手段に特性変換パラメータ値を出力し、且つデジタル信号処理手段に加算比率を指定する値を出力する制御手段とを有することを特徴としている。

本発明によれば、環境を大きく複数に分け、撮像素子から得られる輝度情報を使ってこれら複数の環境を検出し、その検出結果によって撮像装置のカメラ設定パラメータを変更し、環境毎に適したカメラ設定パラメータにより撮像を行うことが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
本発明の実施の形態は、２画面加算方式による広ダイナミックレンジカメラ（以下、ＷＤＲカメラ）において、様々な条件に対応して各設定を動的に変更することを可能とする機能（シーンチェンジ機能）を備えた撮像装置（例えば、前方監視用車載カメラ）として提案される。

［１．撮像装置の構成］
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の機能ブロック図である。以下、本実施の形態にかかる撮像装置の構成例について、図１を参照しながら説明する。
図１に示すように撮像装置１００は、主として、本発明の撮像手段に相当する撮像部１１０と、アナログ信号からデジタル変換への処理などを行う、本発明のアナログ信号処理手段に相当するアナログ信号処理部１２０と、アナログ信号処理部１２０から得られたデジタル信号を信号処理する、本発明のデジタル信号処理手段に相当するデジタル信号処理部１３０と、デジタル信号処理部１３０によって処理されたデジタル信号に基づき撮像装置１００全体の制御を実行する、本発明の制御手段に相当する制御部１４０とから構成されている。

デジタル信号処理部１３０からの出力は、車載液晶ディスプレイ装置などのモニタ装置２００に送られる。モニタ装置２００は、撮像装置１００により出力された画像信号に従って、画像を表示する。

撮像装置１００は被写体像を撮像部１１０により撮像し、画像信号（アナログ信号）を生成する。生成されたアナログ画像信号は、アナログ信号処理部１２０においてアナログ信号からデジタル信号に変換（以下、Ａ／Ｄ変換とする）された後、デジタル画像信号として出力される。このデジタル画像信号は、２つに分岐され、一方がデジタル信号処理部１３０に入力され、信号処理される。デジタル信号処理部１３０による信号処理後のデジタル画像信号はデジタル信号からアナログ信号に変換（以下、Ｄ／Ａ変換とする）され、画像信号出力端子（図略）から出力される。

また、アナログ信号処理部１２０から出力された画像信号の他方は、制御部１４０に入力される。制御部１４０は制御信号を生成し、撮像部１１０、アナログ信号処理部１２０およびデジタル信号処理部１３０の制御を行う。制御部１４０のこれらの制御により、撮像装置１００は広範囲な輝度差を有する被写体であっても広い輝度領域（広ダイナミックレンジ）を表現可能とした撮像が可能となる。
以下、上記各部の具体的構成例について説明する。

［１．１．撮像部］
撮像部１１０は、被写体からの光を集光する撮像レンズ１１１と、撮像素子１１２（例撮像素子カメラ、ＣＭＯＳセンサなど）とを備える。撮像部１１０においては、被写体からの光を撮像レンズ１１１により集光し、被写体の像を撮像素子１１２の受光面に結像する。撮像素子１１２の露光条件は、後述する電子シャッタ回路１４３によって制御される電子シャッタ速度を調節することにより決定される。撮像素子１１２は光電変換を行い、画像光量に応じた量の電荷を蓄積する。この蓄積された蓄積電荷の電荷量に応じた画像信号が撮像素子１１２から出力される。

被写体の撮像時において、撮像部１１０の撮像素子１１２は、異なる２つのシャッタ速度により撮像を交互に繰り返す。すなわち、低速シャッタ速度と、高速シャッタ速度とで撮像される。撮像素子１１２から交互に出力される画像信号は、撮像部１１０から出力され、アナログ信号処理部１２０に入力される。

［１．２．アナログ信号処理部］
アナログ信号処理部１２０は、交互に入力された低速シャッタ速度と、高速シャッタ速度とによって撮像されたアナログ画像信号のゲインの設定を行うＡＧＣ回路１２１と、アナログ信号からデジタル信号への変換を行うＡ／Ｄ変換回路１２２とを備える。撮像素子１１２からアナログ信号処理部１２０に入力されたアナログ画像信号は、ＡＧＣ回路１２１と、Ａ／Ｄ変換回路１２２とに順次伝送され、信号処理される。制御部１４０からの制御信号により、ＡＧＣ回路１２１はアナログ画像信号毎にゲインを可変させることができる。

Ａ／Ｄ変換回路１２２はアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。変換後の画像信号、すなわち、低速シャッタ速度と、高速シャッタ速度とによって撮像されたデジタル画像信号は、アナログ信号処理部１２０から交互に出力され、デジタル信号処理部１３０に交互に入力される。

［１．３．デジタル信号処理部］
デジタル信号処理部１３０は、ＷＤＲ信号処理回路１３１と、カメラ信号処理回路１３２とを備えている。

［１．３．１．ＷＤＲ信号処理回路］
図２は、ＷＤＲ（Wide Dynamic Range）信号処理回路１３０の具体的構成例を示すブロック図である。

画像信号処理実行部１３１は、低速シャッタで撮像されたデジタル画像信号を信号処理する低速シャッタ用信号処理部１３１ａと、高速シャッタ速度で撮像されたデジタル画像信号を処理する高速シャッタ用信号処理部１３１ｂとを備える。そして、低速シャッタ用信号処理部１３１ａおよび高速シャッタ用信号処理部１３１ｂは、各々、メモリ回路と、切換回路と、特性変換回路とを有する。すなわち、低速シャッタ用信号処理部１３１ａは、低速シャッタ用メモリ回路１３１ａ１と、低速シャッタ用切換回路１３１ａ２と、低速シャッタ用特性変換回路１３１ａ３とを有し、一方、高速シャッタ用信号処理部１３１ｂは、高速シャッタ用メモリ回路１３１ｂ１と、高速シャッタ用切換回路１３１ｂ２と、高速シャッタ用特性変換回路１３１ｂ３とを有する。

電子シャッタ制御部３０５からはフィールドごとにシャッタ速度の異なる、低速電子シャッタと高速電子シャッタの電子シャッタ信号が撮像素子１１２に交互に供給されるので、フィールドごとに、低速シャッタ画像信号と高速シャッタ画像信号とが交互に得られる。これらの画像信号は２つの１垂直期間のメモリである低速シャッタ用メモリ回路１３１ａ１と、高速用シャッタ用メモリ回路１３１ｂ１にそれぞれ入力され、低速シャッタ画像信号と高速シャッタ画像信号とに分離される。

低速シャッタ用メモリ回路１３１ａ１の入力側と出力側の信号は、低速シャッタ用切換回路１３１ａ２へ入力される。同様に、高速シャッタ用メモリ回路１３１ｂ１の入力側と出力側の信号は、高速シャッタ用切換回路１３１ｂ２へ入力される。低速シャッタ用切換回路１３１ａ２、高速シャッタ用切換回路１３１ｂ２は、間欠信号であった低速シャッタ画像信号と高速シャッタ画像信号とを、それぞれ連続信号として出力する。つまり、低速シャッタ用切換回路１３１ａ２からは連続信号となった低速シャッタ画像信号が得られ、高速シャッタ用切換回路１３１ｂ２からは連続信号となった高速シャッタ画像信号がそれぞれ得られる。これらの信号は、低速シャッタ用特性変換回路１３１ａ３と高速シャッタ用特性変換回路１３１ｂ３に入力される。低速シャッタ用特性変換回路１３１ａ３と高速シャッタ用特性変換回路１３１ｂ３は、前述の連続信号となった低速シャッタ画像信号及び連続信号となった高速シャッタ画像信号に対して特性変換、たとえば、非線形特性となるガンマ特性を得る特性変換を行う。

低速シャッタ用特性変換回路１３１ａ３と高速シャッタ用特性変換回路１３１ｂ３は、制御部１４０、より詳しくはカメラ設定変更部１４２が生成する低速特性変換制御信号、高速特性変換制御信号に応じて特性変換を行う。低速特性変換制御信号および高速特性変換制御信号は、低速シャッタ撮像された画像と高速シャッタ撮像された画像を合成して、低輝度〜高輝度まで表現された、所謂ダイナミックレンジ拡大画像を構築する際に合成画像の最適化を図るための制御信号である。

［１．３．２．カメラ信号処理回路］
カメラ信号処理回路１３２は、ＷＤＲ信号処理回路１３１の出力を、モニタ装置２００によって画像表示可能な信号に変換して出力する機能を有する。図３に、カメラ信号処理回路１３２の具体的構成例を示すブロック図を掲げる。図３に示す例においては、カメラ信号処理回路１３２は加算回路１３２ａと、加算回路１３２ａの出力に接続されたＤ／Ａ変換回路１３２ｂとで構成される。

低速シャッタ用特性変換回路１３１ａ３、高速シャッタ用特性変換回路１３１ｂ３の出力である特性変換された低速シャッタ画像信号及び特性変換された高速シャッタ画像信号は、カメラ信号処理回路１３２、より詳しくは加算回路１３２ａに送られる。この加算回路１３２ａは、特性変換された低速シャッタ画像信号と、特性変換された高速シャッタ画像信号とを、制御部１４０によって指定された加算比率で加算する。加算回路１３２ａは、特性変換された低速シャッタ画像信号による画像と、特性変換された高速シャッタ画像信号とを、制御部１４０、より詳しくはカメラ設定管理部１４２によって出力される加算比率制御信号によって指示される加算比率によって加算する。

加算回路１３２ａの出力信号である加算により合成されたデジタル画像信号は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換回路１３２ｂに入力され、デジタル画像信号からアナログ画像信号に変換され、出力端子１３２ｃを介して外部に出力される。

［１．４．制御部］
次に、図１に戻り、制御部１４０について説明する制御部１４０の構成例について説明する。

制御部１４０は、Ａ／Ｄ変換回路１２２から出力される画像信号から輝度を算出する測光部１４１と、測光部１４１の出力に基づいて、環境状態を検出、判定し、あらかじめ用意されている複数のカメラ設定情報から現在の環境状態に適したカメラ設定データを選択するカメラ設定管理部１４２と、撮像素子１１２のシャッタ速度を制御及び駆動させる電子シャッタ制御部１４３とを備える。

制御部１４０は、測光部１４１により低速シャッタ画像信号及び高速シャッタ画像信号から画像信号情報を取得し、取得した画像信号情報に基づき、撮像素子１１２、ＷＤＲ信号回路１３１、カメラ信号処理回路１３２などを制御する制御信号（低速／高速シャッタ速度制御信号、非線形制御信号、加算比率制御信号など）をカメラ設定管理部１４２により生成する。カメラ設定管理部１４２により生成された制御信号のうち、撮像素子１１２を制御する制御信号は電子シャッタ制御部１４３に入力され、撮像部１１０に備えられる撮像素子１１２の電子シャッタを制御する制御信号を出力する。

［１．４．１．測光部］
測光部１４１は、まず、画像信号情報を取得するために、撮像した１画面分の画像信号を分割する。この実施の形態では、測光部１４１は、撮像した１画面分（フレームという）の画像信号を、複数のエリア、例えば縦１０列横１０行からなる１００個のエリアに分割し、各エリアの平均輝度を算出する。ここで「平均輝度」とは、各エリアにおける全画素の平均輝度を８ビット（０から２５５）で正規化した値である。測光部１４１は、各エリアの平均輝度をカメラ設定管理部１４２に出力する。

図４は、１００個のエリアに分割された1画面（一フレーム）分の画像信号を示した説明図である。図示の例では、１画面分（１フレーム）の画像信号４００を縦１０列横１０行からなる１００個のエリアに分割し、且つ各エリア内に平均輝度を８ビット（０から２５５）で正規化した値の値（以下、「平均輝度値」と呼ぶ）を表示した。例えば、図４中のエリア４０１の平均輝度値は、「４３」である。

また、平均輝度値は、必ずしも一つのエリア（以下、「単位エリア」と呼ぶ）における平均輝度を示す場合だけでなく、複数のエリア（以下、「集合エリア」と呼ぶ）における平均輝度の平均を表す場合に用いられる。例えば、図４中の集合エリア４０２は二つの単位エリアで構成される。この二つの単位エリアそれぞれの平均輝度値は「３８」と「３３」である。この場合、集合エリア４０２の平均輝度は下記の式により算出される。
（３８＋３３）／２＝３５．５
なお、集合エリアの平均輝度値を算出するのは、測光部１４１ではなく、後述するカメラ設定管理部１４２である。

［１．４．２．カメラ設定管理部］
カメラ設定管理部１４２は、測光部１４２から出力された各単位エリアの平均輝度値に基づいて、あらかじめ用意された複数のカメラ設定データ（パラメータ値のセット）からいずれかを選択し、選択したカメラ設定データに基づいて撮像素子１１２、ＷＤＲ信号回路１３１、カメラ信号処理回路１３２などを制御する制御信号を生成し、送信する。カメラ設定管理部１４２は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータ（マイコン回路）である。

図５は、カメラ設定管理部１４２の構成例を示す機能ブロック図である。図５に示す構成例では、カメラ設定管理部１４２は、主判定部５０１と、主判定部５０１及び測光部１４１に接続された昼夜判定部５０２、トンネル中判定部５０３、トンネル入口検出部５０４、逆光検出部５０５と、主判定部５０１に接続された制御信号生成部５０７と、制御信号生成部５０７に接続されたカメラ設定記憶部５０６とを有している。

なお、ここにいう「接続されている」とは、物理的もしくは電気的につながれていることのみでなく、プログラムやモジュール間でのデータの受け渡しが相互に行われることをも含む意味で用いる。

［１．４．２．１．主判定部］
主判定部５０１は、昼夜判定部５０２、トンネル中判定部５０３、トンネル入口検出部５０４、逆光検出部５０５からの判定結果もしくは検出結果を受け取り、これに応じてカメラ設定記憶部５０６に記憶されている複数のカメラ設定データのうちどのカメラ設定データを使用するかを判定し、使用するカメラ設定データに基づいた制御信号を制御信号生成部５０７に生成させる機能を有する。ここで、「カメラ設定データ」とは、撮像装置１００の動作特性を決定する各種パラメータの組み合わせである。各カメラ設定データは、対応する環境状態に適した各種パラメータの設定値が定められた情報である。本実施の形態では、環境状態は４種類定められており、各環境状態に対応したカメラ設定が用意されている。なお、撮像装置１００が撮像する被写体周囲の状況を現状環境状態と呼び、制御部１４０、より詳しくはカメラ設定管理部１４２が検出した環境状況を認識環境状態と呼ぶこととする。

撮像装置１００、より詳しくは制御部１４０の取り得る認識環境状態は、「昼状態」、「夜状態」、「トンネル状態」、「逆光状態」の４種類である。図６は、本実施の形態におけるある認識環境状態から別の認識環境状態へ遷移する態様を示した遷移図である。

本実施の形態にかかる撮像装置１００においては、電源が投入された状態であるカメラ起動状態６０１から、デフォルトの認識環境状態である昼状態６０２に遷移する。昼状態６０３からは、夜状態６０３、トンネル状態６０４、逆光状態６０５のぞれぞれに遷移可能である。また、夜状態６０３、トンネル状態６０４、逆光状態６０５から昼状態６０２に遷移可能である。また、トンネル状態６０４から夜状態６０３へは遷移可能であるが、逆に遷移することは行わない。夜のトンネルにおける撮像は、夜状態６０３に対応したカメラ設定で行えばよいからである。

また、逆光状態６０５からトンネル状態６０４へは遷移可能であるが、逆に遷移することは行わない。トンネル状態６０４から逆光状態６０５へ遷移するには、一旦昼状態602を経由して遷移すればよいためである。主判定部５０１が行う判定動作の詳細については、後述する。

［１．４．２．２．昼夜判定部］
昼夜判定部５０２は、現在の現状環境状態が昼状態６０２であるのか、夜状態６０３であるのかを判定し、判定結果を出力する機能を有する。

上記の判定は、１０行１０列に分割された１画面分の画像情報のうち、上段２ラインを除いた８０個の単位エリアからなる集合エリアの擬似絶対輝度ｙに基づいて行う。図７は、昼夜判定部５０２が擬似絶対輝度ｙを計算するための集合エリアの例を示した図である。１０行１０列に分割された１画面分の画像情報７００のうち、上段２ラインを除いた８０個の単位エリアからなる集合エリア７０１が擬似絶対輝度ｙを算出するために用いられる。

擬似絶対輝度ｙは、以下の式で求める。

上記式（１）において、平均輝度は、集合エリア７０１内の各単位エリアそれぞれの平均輝度の平均値であり、露光時間は、電子シャッタ制御回路１４３によって制御される撮像素子１１２における露光時間である。また、ＡＧＣゲイン倍率はＡＧＣ回路１２１におけるゲイン倍率である。

昼夜判定部５０２は、上記擬似絶対輝度ｙと比較する２つの閾値を記憶している。図８は、昼夜判定部５０２が用いる２つの閾値を説明する図である。２つの閾値は、夜状態の成立を判定するための閾値Ｙ１と、昼状態の成立を判定する閾値Ｙ２である。本実施の形態では、Ｙ２＝Ｙ１＋Δの関係が成立するように定められている。

昼夜判定部５０２は、擬似絶対輝度ｙが閾値Ｙ１未満であれば現在の現状環境状態が夜状態であると判定し、一方、擬似絶対輝度ｙが閾値Ｙ２を越えれば、現在の現状環境状態が昼状態であると判定する。なお、擬似絶対輝度ｙがＹ２≧ｙ≧Ｙ１となる場合には、昼夜判定部５０２は状態遷移を行わない。つまり、現在の現状環境状態が夜状態の場合は認識環境状態を夜状態のままとし、認識環境状態が昼状態の場合は昼状態のままとする。なお、昼夜判定部５０２は、いずれの場合も連続するf回(フレーム)の判定において条件を満たした場合、昼状態の成立又は夜状態の成立と判定する。ｆの値は例えば、９００である。

［１．４．２．３．トンネル中判定部］
トンネル中判定部５０３は、現在環境状態がトンネル状態であるのか否かを判定する機能を有する。上記の判定は、昼夜判定部５０２の場合と同様に、１０行１０列に分割された１画面分の画像情報のうち、上段２ラインを除いた８０個の単位エリアからなる集合エリア７０１（図７参照）の擬似絶対輝度ｙに基づいて行う。擬似絶対輝度ｙの算出方法は、昼夜判定部５０２の場合と同様である。

より詳しくは、トンネル中判定部５０３は以下の３種類の判定を行う。
（１） 環境状態が「トンネル状態」として撮像装置１００が動作している場合、平均輝度が所定の閾値より高くなった場合「トンネル状態」から「昼状態」に認識環境状態を遷移させる
（２） 後述するトンネル入口検出部５０４による検出結果がトンネル未検出である場合、認識環境状態が「昼」として撮像装置１００が動作しているとき、平均輝度が所定の閾値より低くなった場合「昼状態」から「トンネル状態」に認識環境状態を遷移させる
（３）後述するトンネル入口検出部５０４による検出結果がトンネル入口検出であった場合、検出されてから一定時間後に平均輝度が所定の閾値より低くならない場合は、トンネル入口検出が誤りであったとして「トンネル状態」から「昼状態」に認識環境状態を遷移させる。

トンネル中判定部５０３は、上記擬似絶対輝度ｙと比較する複数の閾値を記憶している。図９は、トンネル中判定部５０２が、上記（１）の判定の際に用いる２つの閾値を説明する図である。２つの閾値は、昼の場合に現状環境状態がトンネル状態であるか否かを判定するための閾値Ｙ３と、夕方の場合に現状環境状態がトンネル状態であるか否かを判定するための閾値Ｙ４とを用いる。これは、夕方に比べて日中はトンネル出口付近の照度が高い。そのため昼と夕方の双方で同じ閾値を用いてトンネル内であるか否かを判定すると、トンネル出口付近で昼の場合にはトンネル内で認識環境状態が昼状態に遷移してしまうためである。

すなわち、トンネル中判定部５０３は、昼の場合には擬似絶対輝度ｙと閾値Ｙ３とを比較して、ｙ＜Ｙ３であれば現状環境状態が「トンネル状態」であると判定し、逆にｙ≧Ｙ３であればトンネル内ではない、すなわち「トンネル状態」ではないと判定する。また、トンネル中判定部５０３は、夕方の場合には擬似絶対輝度ｙと閾値Ｙ４とを比較して、ｙ＜Ｙ４であれば現状環境状態が「トンネル状態」であると判定し、逆にｙ≧Ｙ４であればトンネル内ではないと判定する。なお、昼であるか夕方であるかは、トンネル中判定部５０３がトンネル状態を判定する以前の、擬似絶対輝度ｙの値を利用して判断する。

また、トンネル中判定部５０３は、いずれの場合も連続するf回(フレーム)の判定において条件を満たした場合、昼状態の成立又は夜状態の成立と判定する。ｆの値は例えば、３０である。

上記（２）（３）の判定の場合において、トンネル中検出部５０３は、同様に平均輝度ｙと所定の閾値を比較してそれぞれの判定を行うが、使用する所定の閾値はそれぞれ別の独立した閾値を使用してよい。

［１．４．２．４．トンネル入口検出部］
トンネル入口検出部５０４は、画像情報からトンネル入口の存在を検出する機能を有する。トンネル入口検出部５０４は、トンネル入口付近を撮像して得られる画像情報の輝度特徴からトンネル入口の有無を判定する。図１０は、トンネル入口付近の画像であって、時間の経過に伴って変化する連続画像を示す。図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）の順に時間が経過し、撮像装置１００がトンネル入口に近づいている。図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）のそれぞれには、路面部分１０００と、路面部分１０００上にある半円形のトンネル入口部分１００１がある。

これら図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、トンネル入口付近の画像には、以下のような特徴が存在する。
（１） トンネル入口部１００１は、暗い（輝度の高い）部分として存在し、またトンネル入口部分１００１である暗い部分は時間の経過につれて広がっていく。
（２）路面部分１０００の明るさ（輝度）は、トンネル入口部１００１に比べて明るく、また、路面部分１０００の明るさは時間が経過しても保持される。

上記（１）（２）の輝度特徴を数値化するため、トンネル入口検出部５０４はトンネル入口部分１００１及び路面部分１０００の平均輝度を求める。図１１，１２は、１００個の単位エリアに分割された1画面分の画像信号であって、撮像装置１００がトンネル入口を撮影した画像信号を図として表示する図である。図１１は、トンネル入口から約１００ｍ手前で撮影したトンネル入口を撮影した画像信号の図であり、図１２は、トンネル入口から約８０ｍ手前で撮影したトンネル入口を撮影した画像信号の図である。

図１１、図１２に示すように、トンネル入口輝度特徴を数値化するために、６つの集合リアが設定される。すなわち、トンネル入口部分全体についての集合エリアＡ（２行２列）、トンネル入口部分左側についての集合エリアＢ（２行２列）、トンネル入口部分右側についての集合エリアＣ（２行２列）、トンネル入口部分上半分についての集合エリアＥ（２行１列）、トンネル入口部分下半分についての集合エリアＨ（２行１列）、及び路面部分についての集合エリアＤである。

上記各集合エリアの平均輝度を下記のように表わす。
集合エリアＡの平均輝度＝Ｌ（Ａ）
集合エリアＢの平均輝度＝Ｌ（Ｂ）
集合エリアＣの平均輝度＝Ｌ（Ｃ）
集合エリアＤの平均輝度＝Ｌ（Ｄ）
集合エリアＥの平均輝度＝Ｌ（Ｅ）
集合エリアＨの平均輝度＝Ｌ（Ｈ）
トンネル入口検出部５０４は、上記の平均輝度を用いて下記の変数ｘ_６、ｘ_８を算出する。これら変数は後述する回帰分析による相関関数の変数として用いる。

上記変数ｘ_６は、路面部分とトンネル内の輝度比を示し、変数ｘ_８は、トンネル内とトンネル上部の輝度比を示す。

複数の「トンネル入口」と「非トンネル入口」を撮影した画像情報をサンプルデータとして収集する。各サンプルデータについて、それぞれ上記式（２）、式（３）によりｘ_６、ｘ_８を算出し、それぞれ縦軸にｘ_８をとり、横軸にｘ_６をとった散布図に描き、「トンネル入口」と「非トンネル入口」の２つに領域に大別できるかを確認する。図１３に、「トンネル入口」と「非トンネル入口」を撮影した画像情報をサンプルデータをプロットした散布図を示す。図中、横軸にｘ_８の値をとり、縦軸にｘ_６の値をとって、画面情報ごとにプロットした。図１３中四角のマーカーで示している点は「トンネル入口」の画像情報、アスタリスクのマーカーで示している点は、「非トンネル入口」の画像情報に対応する。

サンプルデータが散布図により２つの領域に分かれることが確認できたら、２つの領域の境界ライン（図１３中の直線１３００）に相当する下記関数ｚを定義する。

上記の式（４）において、固定パラメータであるα_１、α_２、α_３(いずれも重回帰係数)を重回帰分析により求める。α_１、α_２、α_３を予め求めておき、記憶しておく。

トンネル入口検出部５０４は、画面情報ごとに異なる変数である上記変数ｘ_６、ｘ_８の値を算出した後、これら値及び上記固定パラメータα_１、α_２、α_３を上記式（４）に当てはめて関数ｚの値を算出する。

トンネル入口検出部５０４は、算出した関数ｚの値に基づいて、トンネル入口を検出下か否かを判定する。より詳しく述べると、トンネル入口検出部５０４は、算出した関数ｚの値がｚ＞０である場合は、トンネル検出成功と判定し、トンネル検出が成功であることを示す出力を主判定部５０１に渡す。一方、算出した関数ｚの値がｚ≦０である場合は、トンネル検出失敗（トンネル入口存在せず）と判定し、トンネル検出が非成功であることを示す出力を主判定部５０１に渡す。

散布図を用いた重回帰分析により固定パラメータα_１、α_２、α_３を決定した後、これらのパラメータ及び変数ｘ_６、ｘ_８を使ってトンネル検出ができるかを評価するため、シミュレーションを行った。図１４は、具体的に重回帰分析で求めた関数ｚから、連続データのフレーム毎に関数ｚの値(判別値)を計算し、その時間変化を表示した図である。図１４に示すグラフの横軸は連続するフレーム番号をとり、縦軸は各フレームに対応する画像情報の関数ｚの値である。さらに同じグラフ上に連続データから求めたトンネル位置とトンネル手前40m、100m、150m、200mのフレーム位置を太線にて表示した。

図１４のグラフにおいて３つのトンネルが存在する。各トンネル入口手前で関数ｚの値が負（ｚ＜０）から正（ｚ＞０）に転換し、トンネル検出部５０４によるトンネル検出が適正に行われていることが確認できる。

［１．４．２．５．逆光検出部］
図５に戻り、カメラ設定管理部１４２の構成要素の一つである逆光検出部５０５について説明する。逆光検出部５０５は、画像情報の輝度特徴から現状環境状況が逆光状態であることを検出する機能を有する。

「逆光状態」対応したカメラ設定データを使用した方が良いシーンとは、画面上の太陽に引っ張られて、電子シャッタ速度が高速になり、そのためモニタ装置２００に表示される画面が夜ではないのに路面が著しく暗く、空が明るくなってしまうシーンである。同じく空が明るいシーンは逆光状態ではないが海沿いの道路のように周囲が大きく開けている場所を走行する場合の様な場含もあるが、平均輝度ではなく、擬似絶対輝度で比較した場合、逆光シーンの方が一般的に大きな値(明るい)となる,そこで次の２つのポイントに着目して、空部と路面部を定義し、空部と路面部のそれぞれの平均輝度から擬似絶対輝度を求め、その２つの要素で重回帰分析を行うことにより逆光状態を検出する。
（１）路面が暗い
（２）空の輝度が飽和していても太陽と通常の空は明るさが違う

図１５は、逆光検出部５０５が空部と路面部の擬似絶対輝度を求める領域（集合エリア）の例を示す図である。１００個の単位エリアに分割された１画面分の画像情報において、空エリアとして集合エリアＡ（２行６列）、集合エリアＢ（２行６列）、集合エリアＣ（２行６列）が設定されている。集合エリアＡの下側一行と集合エリアＢの上側一行は重なっており、また集合エリアＢの下側一行と集合エリアＣの上側一行は重なるように設定されている。また、画面下方中央に路面部の擬似平均輝度を計算するための集合エリアＤ（２行６列）が設定されている。また、画面上段２列はマスクエリアにされている。

上記各集合エリアの平均輝度を下記のように表わす。
集合エリアＡの平均輝度＝Ｌ（Ａ）
集合エリアＢの平均輝度＝Ｌ（Ｂ）
集合エリアＣの平均輝度＝Ｌ（Ｃ）
集合エリアＤの平均輝度＝Ｌ（Ｄ）
逆光検出部５０５は、上記の平均輝度を用いて下記の変数ｘ_４、ｘ_５を算出する。これら変数は後述する回帰分析による相関関数の変数として用いる。

上記変数ｘ_４は、路面部の擬似絶対輝度を示し、変数ｘ_５は、空部に対応する集合エリアＡ，Ｂ，Ｃの最大値の擬似絶対輝度を示す。

カメラ設定を「昼状態」として、逆光に相当する情景である「逆光」の情景の画像情報、「フレア」の情景の画像情報、及び逆光でない情景に相当する「昼」の情景を撮影した画像情報をサンプルデータとして収集する。各サンプルデータについて、それぞれ上記式（５）、式（６）によりｘ_４、ｘ_５を算出し、それぞれ縦軸にｘ_４をとり、横軸にｘ_５をとった散布図に描き、「逆光＋フレア」と「昼」の２つの領域に大別できるかを確認する。図１６に、「逆光」、「フレア」、「昼」を撮影した画像情報をサンプルデータをプロットした散布図を示す。図中、横軸にｘ_５の値をとり、縦軸にｘ_４の値をとって、画面情報ごとにプロットした。図１６中、黒いひし形のマーカーで示している点は、「逆光」の画像情報、白抜き四角のマーカーで示している点は「フレア」の画像情報、白抜き三角のマーカーで示している点は、逆光でない情景である「昼」の画像情報に対応する。

サンプルデータが散布図により２つの領域に分かれることが確認できたら、２つの領域の境界ライン（図１６中の直線１６００）に相当する下記関数ｗを定義する。
ｗ＝α_４・ｘ_４＋α_５・ｘ_５＋α_６ …式（７）
上記の式（７）において、固定パラメータであるα_４、α_５、α_６(いずれも重回帰係数)を重回帰分析により求める。α_４、α_５、α_６を予め求めておき、記憶しておく。

逆光検出部５０５は、画面情報ごとに異なる変数である上記変数ｘ_４、ｘ_５の値を算出した後、これら変数の値及び上記固定パラメータα_４、α_５、α_６を上記式（７）に当てはめて関数ｗの値を算出する。

逆光検出部５０５は、算出した関数ｗの値に基づいて、逆光状態を検出したか否かを判定する。より詳しく述べると、逆光検出部５０５は、算出した関数ｗの値がｗ＞０である場合は、現状環境状況が逆光状態であると判定し、逆光状態であることを示す出力を主判定部５０１に渡す。一方、算出した関数ｗの値がｗ≦０である場合は、逆光検出失敗（逆光状態でない状態）と判定し、逆光検出が非成功であることを示す出力を主判定部５０１に渡す。

［１．４．２．６．カメラ設定記憶部］
図５に戻り、カメラ設定管理部１４２の構成要素の説明を続ける。
カメラ設定記憶部５０６は、４種類の現状環境状態である「昼状態」、「夜状態」、「トンネル状態」、「逆光状態」のそれぞれに対応するカメラ設定を記述したデータ（カメラ設定データと呼ぶ）を記憶する機能を有する。

図１７から図２０に、「昼状態」、「夜状態」、「トンネル状態」、「逆光状態」のそれぞれに対応するカメラ設定データのデータ構成例を示す。「昼状態」、「夜状態」、「トンネル状態」、「逆光状態」に対応するこれらカメラ設定データ１７００は、低速シャッタ速度及び高速シャッタ速度のそれぞれについて、「収束値」、「マスクエリア」、「エリア数」、「加算比率」、「非線形」の値を記述しているとともに、ＷＤＲモードをＯＮにするか否かについても記述している。

［１．４．２．７．制御信号生成部］
図５に戻り、カメラ設定管理部１４２の構成要素の説明を続ける。
制御信号生成部５０７は、主判定部５０１からの、環境状況を指定する信号に応じて、指定された環境状況に応じたカメラ設定データをカメラ設定記憶部５０６から読み取り、読み取ったカメラ設定データに基づいて、低速シャッタ用特性変換回路１３１ｃと高速シャッタ用特性変換回路１３１ｚに非線形特性の値を送信し、また、加算回路１３２ａに特性変換された低速シャッタ画像信号による画像と、特性変換された高速シャッタ画像信号とを合成する比率である合成比率を指示する合成比率制御信号を生成し送信するなどをおこなう。制御信号生成部５０７が生成する各種制御信号により、撮像装置１００は主判定部501の判定した環境状態に応じたカメラ設定に従って、撮像処理を行うことができる。

［１．４．３．電子シャッタ制御回路］
図１に戻り、制御部１４０の構成要素の説明を再開する。
制御部１４０の構成要素である電子シャッタ制御回路１４３は、カメラ設定管理部１４２、より詳しくは制御信号生成部５０７からの制御信号に応じて、低速シャッタ速度と高速シャッタ速度の異なる２つの電子シャッタ速度で撮像素子１１２の制御を行う。
以上で、撮像装置１００の構成例の説明を終了する。

［２．撮像装置のカメラ設定変更における動作例］
次に、上記構成を有する撮像装置１００、より詳しくはカメラ設定管理部１４２の動作例について、図２１から図２４を参照しながら説明する。図２１から図２４は、撮像装置１００、より詳しくはカメラ設定管理部１４２の動作例を示すフローチャートである。

撮像装置１００、より詳しくはカメラ設定管理部１４２は、撮像素子１１２から得られる画像情報の輝度特徴を使って４つの環境状態である「昼状態」、「夜状態」、「トンネル状態」、及び「逆光状態」を検出し、その検出結果によって、検出した現在環境状態に応じたカメラ設定データを使用して、その環境化において必要なダイナミックレンジを確保し撮像を行うものである。

撮像装置１００の電源が投入されると、カメラ設定管理部１４２、より詳しくは主判定部５０１は、認識環境状態を示す変数”wdrState"、トンネル検出結果を示す変数"tunnelState"、及び起動状態を示す変数"起動フラグ"を初期値に設定する。カメラ設定管理部１４２、より詳しくは主判定部５０１は、これら変数を書き換え可能に記憶している。

上記変数”wdrState"がとり得る値は、「昼状態」を示す「昼」、「夜状態」を示す「夜」、「トンネル状態」を示す「トンネル」、及び「逆光状態」を示す「逆光」の４種類の値のいずれかである。また、変数"tunnelState"がとり得る値は、トンネル入口検出部５０４がトンネル入口を検出したことを示す「トンネル検出ＯＫ」、及びトンネル入口検出部５０４がトンネル入口を検出しなかったことを示す「トンネル検出ＮＧ」の２種類の値のいずれかである。また、変数"起動フラグ"がとり得る値は、起動後所定時間ｔ１を経過したことを示す「true」、及び起動後所定時間ｔ１を経過していないことを示す「false」の２種類の値のいずれかである。

さて、カメラ設定管理部１４２、より詳しくは主判定部５０１は電源投入後に上記の３変数をデフォルト値である”wdrState"＝トンネル、"tunnelState"＝トンネル検出OK、"起動フラグ"＝「false」にセットする（Ｓ１０）。

次に、カメラ設定管理部１４２、より詳しくは主判定部５０１は、記憶している変数”wdrState"の値が「昼」であるか否かを判定する（Ｓ２０）。変数”wdrState"の値が「昼」である場合は（Ｓ２０、Ｙｅｓ）、カメラ設定管理部１４２、より詳しくは主判定部５０１は、変数"起動フラグ"の値が「false」であるか否かを判定する（Ｓ３０）。一方、Ｓ２０において変数”wdrState"の値が「昼」でない場合は（Ｓ２０、Ｎｏ）、後述するステップＳ２１０（図２３参照）に移行する。

ステップＳ３０において変数"起動フラグ"の値が「false」であると判定した場合（Ｓ３０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は起動後に計時を開始しているタイマ、或いはカウンタを参照し、起動後所定時間ｔ１が経過しているか否かを判定する（Ｓ４０）。一方、変数"起動フラグ"の値が「false」ではないと判定した（Ｓ３０、Ｙｅｓ）場合、主判定部５０１は後述するステップＳ６０（図２１）に移行する。

ステップＳ４０において、起動後所定時間ｔ１が経過していると判定した場合（Ｓ４０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は変数"起動フラグ"の値を「true」に書き換えて記憶する（Ｓ５０）。一方、起動後所定時間ｔ１が経過していないと判定した場合（Ｓ４０、Ｎｏ）、主判定部５０１は後述するステップＳ６０に制御を移行する。

前述のステップＳ３０、ステップＳ４０の双方において判定結果が「Ｎｏ」である場合、主判定部５０１は、昼夜判定部５０２に現状環境状態が「夜状態」であるか否かを判定させる（Ｓ６０）。昼夜判定部５０２は、擬似絶対輝度ｙを夜状態を判定するための閾値Ｙ１と比較して、「夜状態」であるか否かを判定し、判定結果を主判定部５０１に出力する。昼夜判定部５０２の判定結果が「夜状態」である場合（Ｓ６０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は変数”wdrState"の値を「夜」に書き換えてこれを記憶する（Ｓ７０）。ステップＳ７０の実行の後、主判定部５０１は制御を前述のステップＳ２０に戻す。一方、ステップＳ６０の判定において、昼夜判定部５０２の判定結果が「夜状態」でない場合（Ｓ６０、Ｎｏ、主判定部５０１は後述するステップＳ１１０（図２２参照）に移行する。

上記ステップＳ７０及び図２１中の外部ページ参照３，４，６からの戻りに続いて、主制御部５０１は、記憶している変数”wdrState"を参照し、この変数に対応したカメラ設定データを使用して各種制御信号を生成するよう制御信号生成部５０７を制御する（Ｓ８０）。これにより、昼夜判定部５０２、トンネル中判定部５０３、トンネル入口判定部５０４、逆光検出部５０５の検出結果に応じて決定された変数”wdrState"の値にしたがってカメラ設定データが選択され、各環境状態に適したカメラ設定データにしたがって各部の制御が行われ、現状環境状態に適したダイナミックレンジの選択等が行われることになる。

さて、図２２を参照しながらステップ６０から移行するステップＳ１１０以降の処理について説明する。
ステップＳ１１０に制御が移ると、主判定部５０１はトンネル入口検出部５０４にトンネル入口検出処理を実行させ、前方にトンネル入口が存在するか否かを判定する（Ｓ１１０）。トンネル入口検出部５０４は、図１１に示す集合エリアＡからＨの平均輝度に基づいて変数ｘ_６及びｘ_８を算出し、算出した変数ｘ_６及びｘ_８前述の式（４）に当てはめ関数ｚの値を求めてトンネル入口の存在を判定し、判定結果を主判定部５０１に出力する。

主判定部５０１は、トンネル入口検出部５０４がトンネル入口が存在すると判定した場合（Ｓ１１０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は変数”wdrState”の値を「トンネル」に書き換え記憶する（Ｓ１２０）。これにより、環境状態「トンネル」に対応するカメラ設定データに基づいて、撮像装置１００の各種パラメータが決定され、トンネル内の撮像に適した状態で撮像装置１００が動作することとなる。

変数”wdrState”の書き換え後、主判定部５０１は、制御を前述のステップＳ２０（図２１参照）に戻す。一方、トンネル入口検出部５０４の判定結果からトンネル入口が存在しないと判定した場合（Ｓ１１０、Ｎｏ）、主判定部５０１は、変数”起動フラグ”の現在の値が「true」であるか否かを判定する（Ｓ１３０）。このステップＳ１３０において、変数”起動フラグ”の現在の値が「true」であると判定した場合（Ｓ１３０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は、トンネル中判定部５０３を用いてトンネル中であるか否かを判定するトンネル中判定処理を実行する（Ｓ１４０）。このトンネル中判定処理では、トンネル中判定部５０３は所定の閾値と上段２ラインを除いた８０個の単位エリアからなる集合エリア７０１（図７参照）の擬似絶対輝度ｙを比較し、擬似絶対輝度ｙが所定の閾値より低い場合はトンネル内と判定し、判定結果を主判定部５０１に出力する。

トンネル中判定部５０３の判定結果がトンネル内である場合（Ｓ１４０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は変数”wdrState"の値を「トンネル」に書き換えて記憶し、且つ変数”tunnnelState"の値を「トンネル検出ＮＧ」に書き換えて記憶する（Ｓ１５０）。これら変数の書き変え終了後、主判定部５０１は制御を前述のステップＳ８０（図２１参照）に戻す。

ステップＳ１３０の判定において変数”起動フラグ”の現在の値が「true」でないと判定した場合（Ｓ１３０、Ｎｏ）、及びステップＳ１４０においてトンネル中判定部５０３の判定結果がトンネル内でないとする場合（Ｓ１４０、Ｎｏ）、主判定部５０１は逆光検出部５０５に逆光検出を実行させ、逆光状態であるか否かを判定する（Ｓ１６０）。逆光検出部５０５は、図１５に示す集合エリアＡからＤそれぞれの平均輝度から、変数ｘ_４、ｘ_５を算出し、算出した変数ｘ_４、ｘ_５を前述の式（７）に当てはめ、関数ｗの値を求めてトンネル入口の存在を判定し、判定結果を主判定部５０１に出力する。

ステップＳ１６０において、逆光検出部５０５の判定結果が逆光状態である場合（Ｓ１６０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は変数”wdrState”の値を「逆光」に書き換え記憶する（Ｓ１７０）。変数”wdrState”の書き換え後、主判定部５０１は、制御を前述のステップＳ８０（図２１参照）に戻す。一方、逆光検出部５０５の判定結果が逆光状態でないとする場合（Ｓ１６０、Ｎｏ）、主判定部５０１はなんらの処理を行わずに制御を前述のステップＳ８０（図２１参照）に移行する。

次に図２３を参照しながら前述のステップＳ２０で変数”wdrState”の値が「昼」ではないと判定された場合（図２１、Ｓ２０，Ｎｏ）の処理について説明する。
この場合、主判定部５０１は、記憶している変数”wdrState"の値が「トンネル」であるか否かを判定する（Ｓ２１０）。変数”wdrState"の値が「トンネル」でない場合は（Ｓ２１０、Ｎｏ）、後述するステップＳ４１０（図２４参照）に移行する。一方、変数”wdrState"の値が「トンネル」である場合は（Ｓ２１０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は記憶している変数”tunnelState"の値が「トンネル検出ＮＧ」であるか否かを判定する（Ｓ２２０）。変数”tunnelState"の値が「トンネル検出ＮＧ」でない場合は（Ｓ２２０、Ｎｏ）、後述するステップＳ２７０に移行する。

一方、変数”tunnelState"の値が「トンネル検出ＮＧ」である場合は（Ｓ２２０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は、環境状態を「トンネル状態」から「昼状態」に遷移させるか否かを判定させるため、トンネル出口の検出を行うようトンネル中判定部５０３を制御する（Ｓ２３０）。これは、トンネル内からトンネル外に出る場合に、環境状態を「トンネル状態」から「昼状態」に遷移させるための処理である。

トンネル中判定部５０３は所定の閾値と上段２ラインを除いた８０個の単位エリアからなる集合エリア７０１（図７参照）の擬似絶対輝度ｙを比較し、擬似絶対輝度ｙが所定の閾値より高い場合はトンネル出口近傍に接近したと判定し、判定結果を主判定部５０１に出力する。

トンネル中判定部５０３の判定結果がトンネル出口近傍に接近したとする場合（Ｓ２３０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は変数”wdrState"の値を「昼」に書き換えて記憶する（Ｓ２４０）。この変数の書き変え終了後、主判定部５０１は制御を前述のステップＳ８０（図２１参照）に移行させる。

一方、ステップＳ２３０において、トンネル中判定部５０３の判定結果がトンネル出口近傍に接近していないとする場合（Ｓ２３０、Ｎｏ）、主判定部５０１は所定時間ｔ２が経過したか否かを判定する（Ｓ２５０）。所定時間ｔ２が経過したと判定した場合（Ｓ２５０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は変数”wdrState"の値を「夜」に書き換えて記憶する（Ｓ２６０）。この変数”wdrState"の書き変え終了後、主判定部５０１は制御を前述のステップＳ２０（図２１参照）に戻す。これは一定時間（ｔ２）経過しても「トンネル状態」が終了しない場合は「夜状態」に遷移させるための処理である。一方、ステップＳ２５０において、所定時間ｔ２が経過していないと判定した場合（Ｓ２５０、Ｎｏ）、主判定部５０１はなんらの処理をすることなく制御を前述のステップＳ８０（図２１参照）に移す。

ここでステップＳ２２０の説明に戻る。ステップＳ２２０において変数”tunnelState"の値が「トンネル検出ＮＧ」でない場合は（Ｓ２２０、Ｎｏ）、主判定部５０１は、トンネル中判定部５０３を用いて、現状環境状態が「トンネル状態」であるか否かを判定する（Ｓ２７０）。トンネル中判定部５０３は所定の閾値と上段２ラインを除いた８０個の単位エリアからなる集合エリア７０１（図７参照）の擬似絶対輝度ｙを比較し、擬似絶対輝度ｙが所定の閾値より低い場合はトンネル内と判定し、そうでない場合はトンネル内ではないと判定し、判定結果を主判定部５０１に出力する。なお、ステップＳ２７０における判定では、図９に示すように日中と夕方で異なる閾値Ｙ３、Ｙ４を用いてトンネル内であるか否かを判定する。

トンネル中判定部５０３の判定結果がトンネル内でない場合（Ｓ２７０、Ｎｏ）、主判定部５０１は後述するステップＳ３００に制御を移す。一方、トンネル中判定部５０３の判定結果がトンネル内である場合（Ｓ２７０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１はトンネル中判定部５０３に環境状態を「トンネル状態」から「昼状態」にするか否かを判定させるように、トンネル出口の検出を行うようトンネル中判定部５０３を制御する（Ｓ２８０）。なお、ステップＳ２８０における処理内容は、先に述べたステップＳ２３０と同様なので詳細な説明は省略する。

トンネル中判定部５０３の判定結果がトンネル出口近傍に接近したとする場合（Ｓ２８０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は変数”wdrState"の値を「昼」に書き換えて記憶する（Ｓ２９０）。この変数の書き変え終了後、主判定部５０１は制御を前述のステップＳ２０（図２１参照）に戻す。

一方、ステップＳ２８０において、トンネル中判定部５０３の判定結果がトンネル出口近傍に接近していないとする場合（Ｓ２８０、Ｎｏ）、主判定部５０１は所定時間ｔ２が経過したか否かを判定する（Ｓ２５０）。以降の処理は先にステップＳ２５０について説明したところと同様なので、ここではその説明は省略する。

ここで、前述のステップＳ２７０の説明に戻る。ステップＳ２７０においてトンネル中判定部５０３の判定結果がトンネル内でない場合（Ｓ２７０、Ｎｏ）、主判定部５０１は
所定時間ｔ３が経過したか否かを判定する（Ｓ３００）。所定時間ｔ３が経過したと判定した場合（Ｓ３００、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は変数”wdrState"の値を「昼」に書き換えて記憶する（Ｓ３１０）。この変数”wdrState"の書き変え終了後、主判定部５０１は制御を前述のステップＳ８０（図２１参照）に戻す。これは一定時間（ｔ３）経過しても「トンネル状態」が終了しない場合は「夜状態」に遷移させるための処理である。

次に図２４を参照しながら前述のステップＳ２１０（図２３参照）で変数”wdrState”の値が「トンネル」ではないと判定された場合（図２３、Ｓ２１０，Ｎｏ）以降の処理について説明する。

ステップＳ２１０において変数”wdrState”の値が「トンネル」ではないと判定された場合、主判定部５０１は記憶している変数”wdrState"の値が「逆光」であるか否かを判定する（Ｓ４１０）。ステップＳ４１０において変数”wdrState"の値が「逆光」でない場合は（Ｓ４１０、Ｎｏ）、主判定部５０１はなんらの処理を行うことなく前述のステップＳ８０（図２１参照）に制御を戻す。一方、ステップＳ４１０において変数”wdrState"の値が「逆光」である場合は（Ｓ４１０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１はトンネル入口検出部５０４にトンネル入口検出処理を実行させ、前方にトンネル入口が存在するか否かを判定する（Ｓ４２０）。このトンネル入口処理検出の内容は前述したステップＳ１１０の内容と同様なのでその詳細な説明は省略する。主判定部５０１は、トンネル入口検出部５０４の判定結果からトンネル入口が存在すると判定した場合（Ｓ４２０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は変数”wdrState”の値を「トンネル」に書き換え記憶する（Ｓ４３０）。変数”wdrState”の書き換え後、主判定部５０１は制御を前述のステップＳ８０（図２１参照）に移行する。

一方、ステップＳ４２０において、トンネル入口検出部５０４の判定結果からトンネル入口が存在しないと判定した場合（Ｓ４２０、Ｎｏ）、主判定部５０１は、トンネル中判定部５０３を用いてトンネル中であるか否かを判定するトンネル中判定処理を実行する（Ｓ４４０）。なお、トンネル中判定処理の内容は先に述べたステップＳ１４０（図２２参照）で行う内容と同様であるため、その内容の詳細な説明は省略する。

トンネル中判定部５０３の判定結果がトンネル内である場合（Ｓ４４０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は変数”wdrState"の値を「トンネル」に書き換えて記憶し、且つ変数”tunnnelState"の値を「トンネル検出ＮＧ」に書き換えて記憶する（Ｓ４５０）。これら変数の書き変え終了後、主判定部５０１は制御を前述のステップＳ８０（図２１参照）に戻す。

一方、ステップＳ４４０においてトンネル中判定部５０３の判定結果がトンネル内でないとする場合（Ｓ４４０、Ｎｏ）、主判定部５０１は所定時間ｔ４が経過したか否かを判定する（Ｓ４６０）。所定時間ｔ４が経過したと判定した場合（Ｓ４６０、Ｙｅｓ）、主判定部５０１は変数”wdrState"の値を「昼」に書き換えて記憶する（Ｓ４７０）。この変数”wdrState"の書き変え終了後、主判定部５０１は制御を前述のステップＳ８０（図２１参照）に移す。これは一定時間（ｔ３）経過しても「逆光状態」が終了しない場合は「昼状態」に遷移させるための処理である。

一方、ステップＳ４６０において、所定時間ｔ４が経過していないと判定した場合（Ｓ４６０、Ｎｏ）、主判定部５０１はなんらの処理をすることなく制御を前述のステップＳ８０（図２１参照）に戻す。

上記処理を実行することにより、撮像素子から得られる輝度情報を使って「昼状態」「夜状態」「トンネル状態」「逆光状態」という環境状態を検出し、その検出結果によって撮像装置のカメラ設定パラメータを変更し、環境状態毎に適したカメラ設定パラメータにより撮像を行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の機能ブロック図 ＷＤＲ信号処理回路の具体的構成例を示すブロック図 カメラ信号処理回路の具体的構成例を示すブロック図 １００個の単位エリアに分割された1画面（一フレーム）分の画像信号を示した説明図 カメラ設定管理部の構成例を示す機能ブロック図 本実施の形態におけるある認識環境状態から別の認識環境状態へ遷移する態様を示した遷移図 昼夜判定部が擬似絶対輝度ｙを計算するための集合エリアの例を示した図 図８は、昼夜判定部５０２が用いる２つの閾値を説明する図 トンネル中判定部５０２が、判定の際に用いる２つの閾値を説明する図 （ａ）はトンネル入口付近の画像であって、時間の経過に伴って変化する連続画像を示す図、（ｂ）は（ａ）に続く画像の図、（ｃ）は（ｂ）に続く画像の図、 撮像装置がトンネル入口を撮影した画像信号を図として表示する図 図１１に続く、撮像装置がトンネル入口を撮影した画像信号を図として表示する図 「トンネル入口」と「非トンネル入口」を撮影した画像情報をサンプルデータをプロットした散布図 重回帰分析で求めた関数ｚから、連続データのフレーム毎に関数ｚの値(判別値)を計算し、その時間変化を表示した図 逆光検出部が空部と路面部の擬似絶対輝度を求める領域（集合エリア）の例を示す図 「逆光」、「フレア」、「昼」を撮影した画像情報をサンプルデータをプロットした散布図 「昼状態」に対応するカメラ設定データのデータ構成例を示す 「夜状態」に対応するカメラ設定データのデータ構成例を示す 「トンネル状態」に対応するカメラ設定データのデータ構成例を示す 「逆光状態」に対応するカメラ設定データのデータ構成例を示す 撮像装置、より詳しくはカメラ設定管理部１４２の動作例を示すフローチャート 撮像装置、より詳しくはカメラ設定管理部１４２の動作例を示すフローチャート 撮像装置、より詳しくはカメラ設定管理部１４２の動作例を示すフローチャート 撮像装置、より詳しくはカメラ設定管理部１４２の動作例を示すフローチャート

符号の説明

１ … 撮像装置
１１０ … 撮像部
１２０ … アナログ信号処理部
１３０ … デジタル信号処理部
１４０ … 制御部
５０１ … 主判定部
５０２ … 昼夜判定部
５０３ … トンネル中判定部
５０４ … トンネル入口検出部
５０５ … 逆光検出部
５０６ … カメラ設定記憶部
５０７ … 制御信号生成部

Claims (4)

1. 異なる２つのシャッタ速度により被写体の撮像を撮像し、ダイナミックレンジを拡大する機能を有する撮像装置であって、
   異なる２つのシャッタ速度により被写体の撮像を交互に繰り返し、各シャッタ速度に応じた第１のアナログ画像信号と、第２のアナログ画像信号を出力する撮像手段と、
   前記第１のアナログ画像信号及び第２アナログ画像信号のゲインを可変させ、前記第１のアナログ画像信号及び第２アナログ画像信号のアナログ画像信号をデジタル信号に変換するアナログ信号処理手段と、
   前記第１のアナログ信号及び第２のアナログ信号をそれぞれ連続した画像信号である第１の連続画像信号及び第２の連続画像信号に変換し、第１の連続画像信号及び第２の連続画像信号を指定された特性変換パラメータ値を用いて特性変換を行い、特性変換を行った第１の連続画像信号及び第２の連続画像信号をそれぞれ第１のデジタル画像信号及び第２のデジタル画像信号に変換して出力するアナログ信号処理手段と、
   前記第１のデジタル画像信号及び第２のデジタル画像信号を、指定された加算比率で加算して第３のデジタル画像信号を生成し、この第３のデジタル画像信号をアナログ画像信号に変換して出力するデジタル信号処理手段と、
   前記撮像手段から出力された第１のアナログ画像信号及び第２のアナログ画像信号の少なくとも一方について、一画面分のアナログ画像信号を複数の単位エリアに分割し、各単位エリアの平均輝度を算出し、算出した平均輝度に基づいて環境状態を判定し、判定した環境状態に応じたカメラ設定データを選択し、選択したカメラ設定データに基づいて前記アナログ信号処理手段に特性変換パラメータ値を出力し、且つ前記デジタル信号処理手段に加算比率を指定する値を出力する制御手段と
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、トンネル入口部分に相当する複数の単位エリアからなる第１の集合エリアの平均輝度と、路面部分に相当する複数の単位エリアからなる第２の集合エリアの平均輝度と、トンネル入口の画像情報及び非トンネル入口の画像情報を回帰分析に得られた定数とを用いる関数に基づいて、トンネル入口部分を検出するトンネル入口検出手段と、
   トンネル内に対応するカメラ設定データを記憶するカメラ設定記憶手段と、
   前記トンネル入口検出手段がトンネル入口を検出した場合、前記カメラ設定記憶手段に記憶された、トンネル内に対応するカメラ設定データに応じて前記特性変換パラメータ値を指示する制御信号及び加算比率を指定する値を指示する制御信号を生成する制御信号生成手段と
   を有することを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記カメラ設定管理手段は
   空部分に相当する複数の単位エリアからなる第３の集合エリアの擬似絶対輝度と、路面部分に相当する複数の単位エリアからなる第４の集合エリアの擬似絶対輝度と、逆光の情景に相当する画像情報及び逆光でない情景の画像情報を回帰分析することにより得られた定数とを用いる関数に基づいて、逆光状態を検出する逆光検出手段と、
   逆光状態に対応するカメラ設定データを記憶するカメラ設定記憶手段と、
   前記逆光検出手段が逆光状態を検出した場合、前記カメラ設定記憶手段に記憶された逆光状態に対応するカメラ設定データに応じて、前記特性変換パラメータ値を指示する制御信号及び加算比率を指定する値を指示する制御信号を生成する制御信号生成手段と
   を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記カメラ設定データは、４つの環境状態である昼状態、夜状態、トンネル状態、逆光状態のそれぞれに対応するカメラ設定データを記憶しており、各カメラ設定データは、前記特性変換パラメータ値及び加算比率に加えて、ダイナミックレンジを拡大する機能の実行又は中止、輝度の収束値、測光エリア、マスクエリアの少なくとも一つを指定する情報を記憶していることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の撮像装置。

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