JP2018189856A - 撮像装置、その制御方法、および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】赤外光照明を利用して撮影を行う場合に、撮影モードの切り替えをしてもハンチング現象を起こさないカメラを提供する。
【解決手段】レンズ１００と、位相差検出用素子を有し可視光および赤外光の撮影が可能な撮像素子２００と、赤外光低減手段１０２と、赤外光低減手段１０２を挿入して撮影する第１の撮影モードと、赤外光低減手段１０２を抜去して撮影する第２の撮影モードを備える撮像装置であり、撮像素子２００を用いて位相差を検出するデフォーカス量算出手段を有し、第２の撮影モードにおいて、デフォーカス量初期値と、現在のデフォーカス量との差分が特定の閾値よりも大きい場合、赤外光低減手段１０２を挿入して第１の撮影モードに切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置およびその制御手法、および制御プログラムに関し、特に撮影光学系の光路上に挿抜可能な赤外光低減部材を備えた撮像装置に関する。

従来、監視カメラなどの撮像装置では、赤外光低減部材である赤外カットフィルタを被写体の照度を用いて撮像光学系の光路から選択的に挿抜させ、撮影モードを切り替える手法（以下オートデイナイト）が用いられている。

監視カメラに用いられているＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子は、可視光（波長が約４００〜７００ナノメートル）および近赤外光（波長が約７００ナノメートル以上）に感度を持つ。そのため、オートデイナイトにおいて、被写体の照度が十分高い場合は赤外カットフィルタを撮像光学系の光路に挿入し、可視光のみを用いて撮影を行う（以下デイモード撮影とする）。そして被写体の照度が所定の照度以下になった際に、赤外カットフィルタを光路から抜去し、可視光に加えて赤外光も用いて撮影を行う（以下ナイトモード撮影とする）ことで、被写体からの光が少ない場合にも感度の高い撮影を行うことができる。このとき、可視光と近赤外光の両方を撮影に用いた場合は、人の目で見た場合とは色のバランスが異なってしまうため、ナイトモード撮影時はカラー画像ではなくモノクロ画像として出力される。

撮像装置においてはさらに、赤外光照明を備えて、ナイトモード撮影時に赤外光で被写体を照射するものが知られている（特許文献１参照）。これにより、被写体からの光が少ない場合でも確実に被写体を撮影できるようになる。

特開２００４−２２９０３４号公報

ここで、被写体の照度を求めるためには、撮像素子の出力信号である画像信号から画像輝度を算出する手法や、別途照度センサを設けて測定する手法などがある。しかしながら、画像信号から得られる画像輝度は、ナイトモード撮影とデイモード撮影において大きく異なるレベルとなる。特に赤外光照明を利用する撮像装置においては、赤外光で明るく可視光で暗い被写体となるので、夜明けなどの環境においてナイトモード撮影（可視光と赤外光）からデイモード撮影（可視光のみ）へと切り替えた際に、被写体照度が十分明るくない可能性がある。そのため場合によっては、デイモード撮影で被写体照度が十分でなく、再びナイトモード撮影へと撮影モードが切り替わってしまうことになる。この状態が繰り返し発生すると所謂ハンチング現象となり、映像として非常に見づらいものとなる。デイモード撮影時の被写体照度はナイトモード撮影時の被写体輝度から推測する必要があるが、赤外光照明の照明強度が変化する場合はナイトモード撮影時の画像輝度とデイモード撮影時の被写体照度を一意に決めることが出来なくなる。すると所望の被写体照度で撮影モードを切り替えることが困難となり、ハンチング現象を起こさない代わりに、デイモード撮影での被写体の照度が十分明るいにも関わらず、ナイトモード撮影を続けなければならなかった。

一方、特許文献１に開示された撮像装置においては、撮像光学系とは別の照度センサを用いて被写体の照度を検知している。この方法では所望の被写体照度で撮影モードを切り替えることが出来るが、不可避的に撮像装置自体のコストが増加してしまう。

そこで、本発明の目的は、赤外光照明を利用して撮影を行う場合に、撮影モードの切り替えをしてもハンチング現象を起こすことなく、所望の被写体照度で撮影モードの切り替えを行うことを可能とする撮像装置、その制御方法、および制御プログラムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、
レンズと、位相差検出用素子を有し可視光および赤外光の撮影が可能な撮像素子と、前記レンズおよび前記撮像素子の光路上にあり、赤外光を低減する赤外光低減手段と、前記赤外光低減手段を挿抜する挿抜機構を有し、前記赤外光低減手段を前記光路上に挿入して撮影する第一の撮影モードと、前記赤外光低減手段を前記光路上から抜去して撮影する第二の撮影モードを備える撮像装置であり、さらに前記撮像素子を用いて、画面内の位相差を検出して被写体のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出手段を有し、前記第二の撮影モードにおいて複数の被写体におけるデフォーカス量が特定の閾値よりも大きな変化をした場合、前記赤外光低減手段を挿入して前記第一の撮影モードに切り替えることを特徴とする。

本発明に係る制御方法は、
レンズと、位相差検出用素子を有し可視光および赤外光の撮影が可能な撮像素子と、前記レンズおよび前記撮像素子の光路上にあり、赤外光を低減する赤外光低減手段と、前記赤外光低減手段を挿抜する挿抜機構を有し、前記赤外光低減手段を前記光路上に挿入して撮影する第一の撮影モードと、前記赤外光低減手段を前記光路上から抜去して撮影する第二の撮影モードを備える撮像装置の制御方法であり、さらに前記撮像素子を用いて、画面内の位相差を検出して被写体のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出ステップを有し、前記第二の撮影モードにおいて複数の被写体におけるデフォーカス量が特定の閾値よりも大きな変化をした場合、前記赤外光低減手段を挿入して前記第一の撮影モードに切り替えるステップを有することを特徴とする。

本発明に係る制御プログラムは、
レンズと、位相差検出用素子を有し可視光および赤外光の撮影が可能な撮像素子と、前記レンズおよび前記撮像素子の光路上にあり、赤外光を低減する赤外光低減手段と、前記赤外光低減手段を挿抜する挿抜機構を有し、前記赤外光低減手段を前記光路上に挿入して撮影する第一の撮影モードと、前記赤外光低減手段を前記光路上から抜去して撮影する第二の撮影モードを備える撮像装置の制御プログラムであり、前記撮像装置が備えるコンピュータに、前記撮像素子を用いて、画面内の位相差を検出して被写体のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出ステップと、前記第二の撮影モードにおいて複数の被写体におけるデフォーカス量が特定の閾値よりも大きな変化をした場合、前記赤外光低減手段を挿入して前記第一の撮影モードに切り替えるステップを実行させることを特徴とする。

本発明によれば、撮影モードの切り替えをしてもハンチング現象を起こすことなく、所望の被写体照度で撮影モードの切り替えを行うことを可能とする撮像装置、その制御方法、および制御プログラムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置を示す模式図である。 図１の信号処理部の内部構造を示す模式図である。 本発明の第一の実施形態に係る撮像装置の動作処理を示すフローチャートである。 本発明の第二の実施形態に係る撮像装置の動作処理を示すフローチャートである。 本発明の第三の実施形態に係る撮像装置の動作処理を示すフローチャートである。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を示した模式図である。

図示の撮像装置は、例えばデジタルカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）である。被写体からの光はレンズユニット１００を通して集光され、撮像素子２００によって電気信号に変換され、信号処理部２０１によって画像として変換されて、画像信号として出力される。また、赤外光照明３００によって、可視光成分が少ない環境においても撮影をすることが可能である。

レンズユニット１００は内部に赤外カットフィルタ１０２を備えており、レンズユニット１００および撮像素子２００の光路上に挿抜可能な状態で配置され、挿入されると被写体からの光のうち、主に可視光成分のみを透過する。このフィルタは信号処理部２０１からの制御信号により挿抜され、可視光像のみを含む被写体像と可視光および赤外光の両方による被写体像とを切り替えることが出来る。またレンズユニット１００は被写体に応じて最適な光を得られるように、フォーカスレンズ１０１を備えており、さらにズームレンズ、絞りなどの構成を備えていても良い。図１にある形状はレンズユニット１００の構造を限定する趣旨ではない。

撮像素子２００はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの半導体撮像素子およびその周辺回路であり、画素ごとに可視光の範囲のうち赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかと、赤外光に感度を有する。そのため赤外光照明によって照らされている場所などでは、赤外カットフィルタ１０２を光路上から抜去して赤外光も利用することで、被写体をより明るく鮮明に撮影することが出来る。また、一部の画素が焦点検出用画素となっており、撮像面で位相差検出方式の焦点検出が可能となっている。一例として、特開２００９−１５８８００号公報には像面での位相差検出方式の焦点検出が可能な撮像素子について開示されている。なお、画素の全てが焦点検出用画素となっていても良い。

図２は信号処理部２０１の模式図である。

撮像素子２００からの信号は画像処理部２１１によって処理され、通信制御部２２０から画像データを出力する。また焦点算出部２１５により現在の画像のデフォーカス量が算出され、照度算出部２１７によって画像信号から被写体の照度が算出される。レンズユニット制御部２１２は前記デフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ１０１を動作させる。また、画像信号の照度が適正となるように、撮像素子制御部２１３によって撮像素子２００のシャッター速度やゲインを制御する。加えて照度に応じてデイモード撮影とナイトモード撮影をある閾値で切り替える際は、レンズユニット制御部２１２を用いて赤外カットフィルタ１０２を光路上から挿抜する。被写体の照度が暗い場合、赤外光照明制御部２１４を制御することで赤外光照明３００を点灯させることが可能である。

ここで可視光と赤外光のように波長の異なる光で撮影した場合、レンズユニット１００は波長によって合焦位置が異なるため、同じ被写体でも赤外カットフィルタ１０２の挿抜で合焦位置がずれてしまう。波長違いによる合焦位置ずれ量は一律の値となるため、焦点算出部２１５から得られるデフォーカス量は、被写体が同じであれば撮像素子２００のどの部分でも一様に、波長のずれ分に相当する量だけずれる。しかし、可視光と赤外光が両方存在するような環境では、光の混ざり具合に応じてデフォーカス量が変化する。そのため、赤外光照明を点灯させるナイトモード撮影中に、夜が明けるなどして可視光の割合が増加すると、被写体の照度が明るくなるとともに、焦点算出部２１５から得られるデフォーカス量が変化していくことになる。そこで、このデフォーカス量の変化を見ることで、ナイトモード撮影中に可視光が増加したかどうかを知ることが可能となる。これは決まった被写体を長時間撮影することの多い監視カメラにおいて、特に有効となる。

光の波長変化以外にデフォーカス量が変化する要因として、被写体が動く場合がある。しかし被写体が画面全体に渡って動き続けることは少なく、しかも波長変化が数分〜数十分かけて徐々に変化するのに対し、被写体がそのような長時間掛けて移動することは現実的にほとんど起こらない。そのため、デフォーカス量の時間変化を見ることで区別が可能である。デフォーカス量の時間変化は所定の時間ごとのデフォーカス量を順番に記憶部２１６に記憶し、その値の変化を見ることで可能となる。被写体による誤作動を防ぐため、パターン比較部２１８を設け、値の時間変化が予め記憶された波長変化によるデフォーカス量の変化パターンと等しいときのみ、波長の変化が発生したと判断しても良い。ここで波長変化によるデフォーカス量の変化パターンとは、複数のデフォーカス量データやデフォーカス量差分データから成るものとする。

また、オートフォーカス動作をする場合、波長変化によってフォーカスレンズ１０１を制御してしまうため、撮像素子２００上の焦点検出用画素で求めた位相差がデフォーカス量とは一致しなくなる場合がある。しかしフォーカスレンズ１０１の移動量自体がデフォーカス量であるので、デフォーカス量補正部２１９によって補正することが可能である。そこでフォーカスレンズ１０１の位置を撮影モードが切り替わるタイミングで合わせて記憶し、現在のフォーカスレンズ１０１の位置との差分を用いて焦点算出部２１５によって得られたデフォーカス量を補正すれば、波長のずれを検出することが可能となる。

以下、本発明の第１の実施例による、撮像装置について説明する。

図３は本実施形態の撮像装置の制御に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図示のフローチャートに係る処理は信号処理部２０１によって制御されるものとする。

（Ｓ３０１）デイモード撮影からナイトモード撮影に切り替える処理を実施したら、（Ｓ３０２）へと移動する。

（Ｓ３０２）撮像素子２００で画像を取得し、焦点算出部２１５を用いて取得した画像における面内の複数領域についてデフォーカス量を算出し、面内の位置とデフォーカス量を初期値として記憶部２１６へと記憶する。（Ｓ３０３）へと移動する。

（Ｓ３０３）照度算出部２１７を用いて、撮影画像の照度を算出し、閾値よりも明るい場合は（Ｓ３０７）へと移動する。暗い場合は（Ｓ３０４）へと移動する。

（Ｓ３０４）再び撮像素子２００で画像を取得し、焦点算出部２１５を用いて、取得した画像における、面内の（Ｓ３０２）で記憶した場所と同じ領域のデフォーカス量を算出する。（Ｓ３０５）へと移動する。（Ｓ３０５）（Ｓ３０４）で算出したデフォーカス量と、（Ｓ３０２）で記憶した初期値との差分から得られる変化量が、全ての領域について予め決められた閾値よりも大きい場合、（Ｓ３０６）へ移動する。そうでない場合、（Ｓ３０３）へと移動する。

（Ｓ３０６）波長ずれが発生したと判断して、赤外カットフィルタ１０２を挿入し、ナイトモード撮影からデイモード撮影へと切り替える。

（Ｓ３０７）可視光が増加したと判断して、赤外カットフィルタ１０２を挿入し、ナイトモード撮影からデイモード撮影へと切り替える。

以上の動作を行うことで、ハンチング現象を起こすことなく、所望の照度で撮影モードを切り替えることが出来る。

図４は本発明の第２の実施形態に係る、撮像装置の制御に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図示のフローチャートに係る処理は信号処理部２０１によって制御されるものとする。また、本実施形態に係る撮像装置はパターン比較部２１８を有する。

（Ｓ４０１〜４０３）実施例１における、（Ｓ３０１〜３０３）と同様の動作を行い、閾値よりも明るい場合は（Ｓ４０８）に移動し、暗い場合は（Ｓ４０４）へと移動する。

（Ｓ４０４）一定時間Ｔごとに撮像素子２００で画像を繰り返し取得し、焦点算出部２１５を用いて、取得した画像における、面内の（Ｓ４０２）で記憶した場所と同じ領域のデフォーカス量を算出して、逐次記憶部２１６に画像の取得順に記憶する。（Ｓ４０５）へと移動する。

（Ｓ４０５）パターン比較部２１８を用いて（Ｓ４０４）において記憶したデフォーカス量の変化を、予め記憶された波長変化による変化と比較し、波長変化によるものと判断すれば（Ｓ４０６）に移動する。そうでない場合、（Ｓ４０３）へと移動する。

（Ｓ４０６）（Ｓ４０４）で算出したデフォーカス量と、（Ｓ４０２）で記憶した初期値との差分から得られる変化量が、全ての領域について予め決められた閾値よりも大きい場合、（Ｓ４０７）へと移動する。そうでない場合、（Ｓ４０３）へと移動する。

即ち、記憶部に波長変化によるデフォーカス量の時間変化パターンを予め記憶し、さらにパターン比較手段を備え、デフォーカス量の時間変化が、変化パターンと略一致する場合、赤外光低減手段を挿入して第一の撮影モードに切り替える。

（Ｓ４０７）波長ずれが発生したと判断して、赤外カットフィルタ１０２を挿入し、ナイトモード撮影からデイモード撮影へと切り替える。

（Ｓ４０８）可視光が増加したと判断して、赤外カットフィルタ１０２を挿入し、ナイトモード撮影からデイモード撮影へと切り替える。

以上の動作を行うことで、ハンチング現象をおこすことなく、かつ動く被写体のようなものが画像内にあっても誤検知を抑えながら所望の照度で撮影モードを切り替えることが出来る。

図５は本発明の第３の実施形態に係る、撮像装置の制御に関する処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図示のフローチャートに係る処理は信号処理部２０１によって制御されるものとする。

（Ｓ５０１〜５０２）実施例１における、（Ｓ３０１〜３０２）と同様の動作を行い、その後（Ｓ５０３）に移動する。（Ｓ５０３）（Ｓ５０２）で撮影を行った時点の、フォーカスレンズ１０１の位置を記憶部２１６に記憶する。（Ｓ５０４）に移動する。

（Ｓ５０４）照度算出部２１７を用いて、撮影画像の照度を算出し、閾値よりも明るい場合は（Ｓ５０５）へと移動する。暗い場合は（Ｓ５０９）へと移動する。

（Ｓ５０５）再び撮像素子２００で画像を取得し、焦点算出部２１５を用いて、取得した画像における、面内の（Ｓ５０２）で記憶した場所と同じ領域のデフォーカス量を算出する。（Ｓ５０６）へと移動する。

（Ｓ５０６）デフォーカス量補正部２１９を用いて（Ｓ５０５）で得られた各領域のデフォーカス量を、（Ｓ５０３）で記憶したフォーカスレンズ１０１の位置と現在のフォーカスレンズ１０１の位置の差分を用いて補正する。（Ｓ５０７）に移動する。

（Ｓ５０７）（Ｓ５０６）で得られた補正後のデフォーカス量と、（Ｓ５０２）で記憶した初期値との差分から得られる変化量が、全ての領域について予め決められた閾値よりも大きい場合、（Ｓ５０８）へ移動する。そうでない場合、（Ｓ５０４）へと移動する。

（Ｓ５０８）波長ずれが発生したと判断して、赤外カットフィルタ１０２を挿入し、ナイトモード撮影からデイモード撮影へと切り替える。

（Ｓ５０９）可視光が増加したと判断して、赤外カットフィルタ１０２を挿入し、ナイトモード撮影からデイモード撮影へと切り替える。

以上の動作を行うことで、オートフォーカス動作中においても、ハンチング現象を起こすことなく、所望の照度で撮影モードを切り替えることが出来る。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、上記の実施形態の機能を制御方法として、この制御方法を撮像装置に実行させるようにすればよい。また、上記の実施形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを撮像装置がそなえるコンピュータに実行させるようにしても良い。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。

１００ レンズユニット、１０１ フォーカスレンズ、
１０２ 赤外カットフィルタ、２００ 撮像素子、２０１ 信号処理部、
２１１ 画像処理部、２１２ レンズユニット制御部、２１３ 撮像素子制御部、
２１４ 赤外光照明制御部、２１５ 焦点算出部、２１６ 記憶部、
２１７ 照度算出部、２１８ パターン比較部、２１９ デフォーカス量補正部、
２２０ 通信制御部、３００ 赤外光照明

Claims (7)

1. レンズと、位相差検出用素子を有し可視光および赤外光の撮影が可能な撮像素子と、前記レンズおよび前記撮像素子の光路上にあり、赤外光を低減する赤外光低減手段と、前記赤外光低減手段を挿抜する挿抜機構を有し、前記赤外光低減手段を前記光路上に挿入して撮影する第一の撮影モードと、前記赤外光低減手段を前記光路上から抜去して撮影する第二の撮影モードを備える撮像装置であり、さらに前記撮像素子を用いて、画面内の位相差を検出して被写体のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出手段を有し、前記第二の撮影モードにおいて、複数の被写体におけるモード開始時に取得したデフォーカス量初期値と、現在の撮影時に取得したデフォーカス量との差分である変化量が特定の閾値よりも大きい場合、前記赤外光低減手段を挿入して前記第一の撮影モードに切り替えることを特徴とする撮像装置。
2. 記憶部に波長変化によるデフォーカス量の時間変化パターンを予め記憶し、さらにパターン比較手段を備え、前記デフォーカス量の時間変化が、前記変化パターンと一致する場合、前記赤外光低減手段を挿入して前記第一の撮影モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記デフォーカス量の時間変化パターンが、デフォーカス量の時間差分データであることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. さらにデフォーカス量補正手段を有し、前記現在の撮影時に取得したデフォーカス量を補正して得られた補正デフォーカス量と、前記デフォーカス量初期値との差分である補正変化量が、前記閾値よりも大きい場合、前記赤外光低減手段を挿入して前記第一の撮影モードに切り替えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の撮像装置。
5. 前記デフォーカス量補正手段は、前記レンズの初期状態と現在の状態の差分をもとに補正デフォーカス量を決定することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. レンズと、位相差検出用素子を有し可視光および赤外光の撮影が可能な撮像素子と、前記レンズおよび前記撮像素子の光路上にあり、赤外光を低減する赤外光低減手段と、前記赤外光低減手段を挿抜する挿抜機構を有し、前記赤外光低減手段を前記光路上に挿入して撮影する第一の撮影モードと、前記赤外光低減手段を前記光路上から抜去して撮影する第二の撮影モードを備える撮像装置の制御方法であり、さらに前記撮像素子を用いて、画面内の位相差を検出して被写体のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出ステップを有し、前記第二の撮影モードにおいて、複数の被写体におけるモード開始時に取得したデフォーカス量初期値と、現在の撮影時に取得したデフォーカス量との差分である変化量が特定の閾値よりも大きい場合、前記赤外光低減手段を挿入して前記第一の撮影モードに切り替えるステップを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
7. レンズと、位相差検出用素子を有し可視光および赤外光の撮影が可能な撮像素子と、前記レンズおよび前記撮像素子の光路上にあり、赤外光を低減する赤外光低減手段と、前記赤外光低減手段を挿抜する挿抜機構を有し、前記赤外光低減手段を前記光路上に挿入して撮影する第一の撮影モードと、前記赤外光低減手段を前記光路上から抜去して撮影する第二の撮影モードを備える撮像装置の制御プログラムであり、前記撮像装置が備えるコンピュータに、前記撮像素子を用いて、画面内の位相差を検出して被写体のデフォーカス量を算出するデフォーカス量算出ステップと、前記第二の撮影モードにおいて、複数の被写体におけるモード開始時に取得したデフォーカス量初期値と、現在の撮影時に取得したデフォーカス量との差分である変化量が特定の閾値よりも大きい場合、前記赤外光低減手段を挿入して前記第一の撮影モードに切り替えるステップを実行させることを特徴とする撮像装置の制御プログラム。