JP4737619B2

JP4737619B2 - 照明内蔵型カメラ

Info

Publication number: JP4737619B2
Application number: JP2006011948A
Authority: JP
Inventors: 雅之増田
Original assignee: ATSUMI ELECTRIC CO.LTD.
Current assignee: ATSUMI ELECTRIC CO.LTD.
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP2007194988A

Description

本発明は、監視カメラ等として好適に使用でき昼夜を問わず監視映像を出力することを可能にした照明内蔵型カメラに関する。

従来、赤外線照明及び照度測定素子を内蔵した監視用のカメラとしては、例えば照度が所定の値より低い場合に照明を点灯させて映像を撮像するようにしたものが知られている。なお、この種のカメラとしては、例えば特許文献１に開示されている。
特開２００４−２２９０３４号公報

しかしながら、このような照明内蔵型カメラにおいては、照度を測定するための照度測定素子が必要となり、構成が複雑となって部品点数が多くなる等、カメラ自体がコスト高になり易いという問題点を有している。また、カメラの撮像範囲（画角）の広さやレンズの明るさの違い、カメラの感度のばらつき等が原因となって照度測定素子からの信号によって照明の発光強さを制御しても最適な照度に設定することが困難であると共に、撮像素子に入射する光量が被写体までの距離によって異なることから、照度測定素子での測定結果と映像出力信号のレベルとの間に相関関係が成り立ち難く、監視カメラとして使用した場合に、高精度な監視映像を得ることが難しいという問題点も有している。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、構成を簡略化して安価に形成し得ると共に、昼夜を問わず高精度な映像を得ることが可能な照明内蔵型カメラを提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、撮像素子と、該撮像素子に入射する光量を制御する露光制御手段と、照明手段及び照明制御手段とを備え、前記照明制御手段は、前記露光制御手段から入力される信号に基づき、前記撮像素子に入射している光量が前記露光制御手段の絞りを開放してから所定量低下した際に前記照明手段を点灯させると共に、前記照明手段が点灯したことにより前記撮像素子に入射している光量が前記絞りを全開の状態から所定量閉じて減光した際に前記照明手段の発光強さを段階的に制御することを特徴とする。

そして、前記露光制御手段は、請求項２に記載の発明のように、前記撮像素子に入射する光量が低下した際に、第１優先として絞りを開け、次いで自動利得調整増幅器の増幅率を上げるように制御することが好ましい。

本発明の請求項１または２に記載の発明によれば、照明制御手段が、撮像素子に入射している光量が絞りを開放してから所定量低下した際に照明手段を点灯させると共に、撮像素子に入射している光量が絞りを全開の状態から所定量閉じて減光した際に照明手段の発光強さを段階的に制御するため、照度測定素子が不要になる等、部品点数を削減して構成の簡略化が図れ安価なカメラが得られると共に、照明手段の制御によりその発光強度を最適に設定できて、昼夜を問わず高精度な映像を得ることが可能となる。

また、照明制御手段が露光制御手段から入力される信号と撮像素子から入力される信号に基づき、照明手段の発光強さを制御できるため、２つの信号により発光強度を制御できて、一層高精度な監視画像を得ることができる。さらに、照明手段が点灯したことにより被写体の照度が高くなった場合に照明手段の光量を段階的に減光させるため、照明手段の点滅現象の発生を防ぐことができて、より一層高精度な監視画像を得ることができる。また、照明手段が全点灯した状態で絞りを過度に絞るような状態の発生がなくなるため、エネルギーの無駄を省くことができて、省エネ化に優れたカメラの提供が可能となり、監視画像の高精度化と併せ、監視カメラに好適に適用することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明に係わる照明内蔵型カメラの一実施形態を示し、図１がそのブロック図、図２がその動作の一例を示す波形図、図３がそのフローチャートである。

図１に示すように、照明内蔵型カメラ１（以下カメラ１という）は、レンズ２、露光制御手段としての絞り３及び絞り制御部４、撮像素子５、初段増幅器６、自動利得調整増幅器７（ＡＧＣ７という）、７５Ωドライバ８、照明９（照明手段）及び照明制御部１０（照明制御手段）等によって構成されている。また、カメラ１には、図示はしないが、色信号を処理する適宜構成の処理回路が設けられている。

そして、このカメラ１は、被写体からの光がレンズ２を通り、絞り３によって露光量が制限されて撮像素子５に入射されると共に、この撮像素子５に入射された光が該撮像素子５で電気信号に変換され、初段増幅器６で所定の倍率で増幅される。その後、映像出力信号レベルが一定となるようにＡＧＣ７で増幅され、この増幅された映像出力信号が７５Ωドライバ８を介して映像出力端子１１から出力される。また、前記絞り３は、初段増幅器６の出力レベルが略一定となるように、被写体の照度が明るい時は閉じ被写体の照度が暗い時は開けるように絞り制御部４によって制御されるようになっている。さらに、前記照明制御部１０は、初段増幅器６からの映像信号レベルと絞り制御部４の出力信号に基づいて照明９の発光強度を制御するようになっている。

次に、このように構成されたカメラ１の基本的な動作の一例を図２に示す波形図に基づいて説明する。図２（ａ）は、被写体の照度（明るさ）に対するカメラ１の制御状態を、また、図２（ｂ）は被写体の照度に対する映像出力信号の状態を示している。先ず、図２の領域Ｉに示すように、被写体の照度が充分に低い（暗い）場合には初段増幅器６の出力レベルが低く、ＡＧＣ７の増幅率は最大で絞り３は開放状態となる。この状態で被写体の照度が次第に高くなると、初段増幅器６の出力レベルが徐々に高くなっていき、Ａ点に達した時点で領域ＩＩに示すようにＡＧＣ７の増幅率が減少し始め、この状態から被写体の照度がさらに上がりＢ点に達するとＡＧＣ７の増幅率が最小となって、領域ＩＩＩに示すように絞り制御部４は絞り３を閉じ始める。

このようにして被写体の照度が低い時から高い時までの広範囲にわたって、図２（ｂ）に示すように、カメラ１の映像出力端子１１から出力される映像出力信号のレベルが略一定となるようにＡＧＣ７の増幅率と絞り制御部４による絞り３の絞り値が調整される。なお、被写体の照度が領域ＩＶに示すようにＣ点を超えた場合には、照明制御部１０による照明９の制御や絞り制御部４による絞り３の制御が不可能となって映像が真っ白な状態となる。

また、図２（ａ）において、被写体の照度が低下した場合には、第１優先として絞り３を開け、次いでＡＧＣ７の増幅率を上げるように制御する。これは、ＡＧＣ７の増幅率を上げると映像信号中のノイズ成分も増幅してしまいＳ／Ｎ比の低下を招くので、撮像素子５に入射する光量を多くするために絞り３を開けることを優先させるのである。

さらに、被写体の照度が低下して初段増幅器６からの出力信号レベルが低下して、図２の（１）の点に達した時には、照明制御部１０の制御信号により照明９が点灯するようになっている。この時、絞り３が開放状態でＡＧＣ７の増幅率がそれ程高くなっていない状態であり、Ｓ／Ｎ比が低下する直前で、照明９を点灯するには最適な状態となっている。なおこの時、図２のＢ点で絞り３が開放されたことを検知して照明９を点灯させても良いが、この場合は、後述する照明９の点滅現象が生じる虞があるので、制御系の安定度をより高くするために、絞り３が開放されてさらに若干照度が低下した時に照明９を点灯させるようにしている。

このようにして照明９が点灯すると、被写体の照度が高くなり、すなわち図２の横軸の「明」の方向に移動することになり、通常、このような制御を行う場合には、照明９を点灯させる被写体の照度と消灯させる照度はある程度差を持たせて、照明９が点滅を繰り返すことがないようにしている。しかし、照明９を内蔵したカメラ１と被写体までの距離が充分に遠い場合には問題はないが、ある程度近い場合にはＡＧＣ７の増幅率が最小となった状態でも映像出力端子１１から出力される信号レベルが高くなり過ぎてしまい、絞り制御部４が絞り３を閉じるように制御する。このように被写体の照度が等しくても被写体までの距離が近いと撮像素子５に入射する光量が大きくなるが、ここでは便宜上距離の影響は無視して被写体の照度とは撮像素子５に入射する光量を示すものとする。

そして、例えば照明９を点灯した時に被写体の照度が図２の（２）の点に達したとし、この時点で照明９を消灯してしまうと、再び被写体の照度が低下して図２の（１）の点に達して照明９が点灯する直前の状態に戻るので照明９が再度点灯してしまう。するとまた図２の（２）の点に達して照明９が消灯することになり、このような照明９の点滅が繰り返し発生してしまい、カメラ１から出力される映像出力信号は被写体の確認ができないような映像信号となってしまう。また、図２において被写体の照度が（４）の点に達してから照明９を消灯するようにすると、照明９の点滅現象は避けることができるものの、被写体の照度が充分に明るくなっても照明９が消灯しないので、エネルギーの無駄が発生する。本発明のカメラ１の場合は、照明制御部１０により照明９を段階的に減灯及び消灯するため、点滅現象を抑制しつつエネルギーの無駄も排除できることになる。

さらに、図２の（１）点まで照度が低下した場合に照明９を全点灯させると、被写体の照度がある程度充分となり図２の（２）の点に達した時点、すなわち絞り３が全開から少し閉じられた状態となった時点で、照明９の光量が２／３に減光するようになっている。この照明９の光量を２／３に減光することにより、絞り３が全開となっても初段増幅器６の出力レベルは図２の（１）の点には達せず再び全点灯となることがなく、照明９が点滅現象を起こすことがなくなるようになっている。

また、照明９が全点灯した時に被写体の照度が図２の（３）の点、（４）の点に達した時も同様にそれぞれ１／３に減光、消灯という制御を繰り返すようになっている。さらに、図２の（４）の点に達した後に被写体の照度が図２の（１）の点まで低下した場合は、照明９を全点灯させ、図２の（２）の点までしか低下しなかった場合には照明９を２／３の明るさで点灯させるようになっている。このような制御を行うことによって、照明９が点灯した時の被写体の照度がどのように（カメラ１の近くを人が通って一時的に照度が高く）なったとしても、カメラ１から出力される映像出力信号のレベルを最適に保つことができる、すなわち映像が真っ暗になってしまうことがなくなる。

図３は、照明９の点灯・減灯・消灯動作の一例を示すフローチャートであり、以下、図２の波形図と関連付けてこれについて説明する。なお、このフローチャートは、前記照明制御部１０と絞り制御部４により自動的に実行される。すなわち、カメラ１の図示しない電源スイッチがオンされて例えば監視状態に設定されると、プログラムが開始（Ｓ１００）され、初段増幅器６の出力が図２の（１）より小さいか否かが判断（Ｓ１０１）され、この判断Ｓ１０１で「ＹＥＳ」の場合は、照明９を１００％で点灯（Ｓ１０２）すなわち全点灯させ、判断Ｓ１０１で「ＮＯ」の場合は初段増幅器６の出力が（１）より小さくなるまで該判断Ｓ１０１が繰り返される。

ステップＳ１０２で照明９が全点灯すると、絞り３が図２の（２）より閉じているか否かが判断（Ｓ１０３）され、この判断Ｓ１０３で「ＹＥＳ」の場合は、照明９を６０％で点灯（Ｓ１０４）すなわち減灯させ、この判断Ｓ１０３も「ＹＥＳ」になるまで繰り返される。そして、ステップＳ１０４で照明９が減灯されると、絞り３が図２の（３）より閉じているか否かが判断（Ｓ１０５）され、この判断Ｓ１０５で「ＹＥＳ」の場合は、照明９を３０％で点灯（Ｓ１０６）すなわち前記６０％よりさらに減灯させる。また、この判断Ｓ１０５で「ＮＯ」の場合、すなわち絞り３が図２の（３）より開いている場合、これは減光することによって絞り３が図２の（２）より開いている場合も含み、判断Ｓ１０１に戻り該判断Ｓ１０１以降を繰り返す。

ステップＳ１０６で照明９が３０％まで減灯すると、絞り３が図２の（４）より閉じているか否かが判断（Ｓ１０７）され、この判断Ｓ１０７で「ＹＥＳ」の場合は、照明９を０％（Ｓ１０８）すなわち消灯させ、絞り３が図２の（３）より開いているか否かが判断（Ｓ１１０）される。そして、この判断Ｓ１１０で「ＹＥＳ」の場合は、ステップＳ１０６に戻り照明９を３０％で点灯させ、判断Ｓ１１０で「ＮＯ」の場合は、判断Ｓ１０１に戻る。一方、判断Ｓ１０７で「ＮＯ」の場合は、絞り３が図２の（２）より開いているか否かが判断（Ｓ１０９）され、この判断Ｓ１０９で「ＹＥＳ」の場合は、ステップＳ１０４に戻り、判断Ｓ１０９で「ＮＯ」の場合は、判断Ｓ１０７に戻ることになる。

つまり、このフローチャートによれば、照明制御部１０等の制御により、初段増幅器６の出力や絞り３の状態に応じて、照明９の状態を０％（消灯）、３０％（減灯）、６０％（減灯）、１００％（全点灯）の４段階で制御できることになる。なお、以上のフローチャートは一例であって、減灯状態としては３０％や６０％の２段階に限らず、５０％、７５％等の適宜の数値を使用することもできるし、２段階の減灯状態に限らず３段階以上の減灯状態のフローチャートを使用することもできる。この点は、図２の（１）〜（４）の各閾値についてもその順番を入れ替えない範囲において同様である。

このように、上記実施形態のカメラ１にあっては、照明制御部１０が絞り制御部４から入力される信号に基づき、撮像素子５に入射している光量が充分でないと判断した際に照明９を点灯させると共に、照明９が点灯したことにより前記撮像素子５に入射している光量が過大になったと判断した際に照明９の発光強さを例えば２段階の段階的に制御するため、従来のような照度測定素子が不要になる等、部品点数を削減して構成の簡略化が図れ、安価なカメラ１を得ることができると共に、照明制御部１０の制御によって照明９の発光強度を最適に設定できて、昼夜を問わず高精度な監視画像（監視映像）を得ることができる。

また、照明制御部１０が絞り制御部４から入力される信号と初段増幅器６（撮像素子５）から入力される信号に基づき、照明９の発光強さを制御するため、２つの信号により発光強度を制御できて、一層高精度な監視画像を得ることができる。さらに、照明９が点灯したことにより被写体の照度が高くなった場合に照明９の光量を段階的に減光させるため、照明９の点滅現象の発生を防ぐことができて、より一層高精度な監視画像を得ることができる。またさらに、照明９が全点灯した状態でカメラ１の絞り３を過度に絞るような状態の発生がなくなるため、エネルギーの無駄を省くことができて、省エネ化に優れたカメラ１の提供が可能となり、監視画像の高精度化と併せ、監視カメラに好適に適用することが可能となる。

図４は、本発明に係わる照明内蔵型カメラの他の実施形態を示す図１と同様のブロック図である。以下、図１と同一部位には、同一符号を付して説明する。この実施形態の照明内蔵型カメラ１の特徴は、人体検知センサ１２（図ではセンサ１２）を内蔵し、この人体検知センサ１２からの検知信号に基づき点灯指令部１３から照明制御部１０に照明点灯信号を出力するように構成した点にある。そして、照明制御部１０は、被写体の照度が低下した場合であっても、点灯指令部１３から照明点灯信号が入力されない限り、すなわち人体検知センサ１２が人体を検知して点灯指令部１３から照明点灯信号が入力されない限り、照明９が点灯しないようになっている。

この第２実施形態のカメラ１においても、前記第１実施形態のカメラ１と同様の作用効果が得られる他に、照明９が消灯している夜間において、侵入者が人体検知センサ１２で検知されると照明９が点灯して、侵入者を撮影することができて、カメラ１による防犯効果を一層高めることができ、エネルギーの無駄を省く等の作用効果を得ることができる。

なお、上記各実施形態におけるカメラ１は、機械式の絞り方式のレンズを使用したカメラであっても良いし、固定絞りレンズと撮像素子にＣＣＤを用いた電子シャッタ方式のカメラであっても良く、電子シャッタ方式の場合は、絞り制御信号として電子シャッタ制御信号を使用することもできる。また、上記各実施形態におけるカメラ１の構成は一例であって、例えば他の適宜の増幅器を増設したり、７５Ωドライバの代わりに他の適宜のドライバを使用する等、本発明に係わる各発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜に変更することができる。

本発明は、監視用のカラーカメラへの適用に限らず、例えば監視用の白黒カメラにも適用できるし、赤外線照明装置を装備して赤外線カットフィルタが外れるデイナイトカメラ等の他の全てのカメラにも適用できる。

本発明に係わる照明内蔵型カメラの一実施形態を示すブロック図同その動作を示す波形図同そのフローチャート本発明に係わる照明内蔵型カメラの他の実施形態を示すブロック図

符号の説明

１・・・照明内蔵型カメラ、２・・・レンズ、３・・・絞り、４・・・絞り制御部、５・・・撮像素子、６・・・初段増幅器、７・・・自動利得調整回路（ＡＧＣ）、８・・・７５Ωドライバ、９・・・照明、１０・・・照明制御部、１１・・・映像出力端子、１２・・・人体検知センサ、１３・・・点灯指令部。

Claims

撮像素子と、該撮像素子に入射する光量を制御する露光制御手段と、照明手段及び照明制御手段とを備え、
前記照明制御手段は、前記露光制御手段から入力される信号に基づき、前記撮像素子に入射している光量が前記露光制御手段の絞りを開放してから所定量低下した際に前記照明手段を点灯させると共に、前記照明手段が点灯したことにより前記撮像素子に入射している光量が前記絞りを全開の状態から所定量閉じて減光した際に前記照明手段の発光強さを段階的に制御することを特徴とする照明内蔵型カメラ。
前記露光制御手段は、前記撮像素子に入射する光量が低下した際に、第１優先として前記絞りを開け、次いで自動利得調整増幅器の増幅率を上げるように制御することを特徴とする請求項１に記載の照明内蔵型カメラ。