撮像装置及び車両周辺視認装置
【課題】 撮像素子のダイナミックレンジに因らず撮像映像を得ることが可能な撮像装置及び車両周辺視認装置を提供する。
【解決手段】 撮像素子２２の前方に、予め定められた領域（画素）に分割され任意の領域（画素）の光透過率を制御可能な調光手段２３を備える。調光手段２３はドットマトリクス制御が可能な液晶フィルタを適用し、「白飛び」または「黒つぶれ」の領域がある場合には、該領域の光透過率を制御して表示部１４に表示する。液晶フィルタの光透過率をＴ％、このとき撮像される映像信号の輝度値をＳとしたとき、表示映像用の補正映像信号の輝度値ＤをＤ＝Ｓ＊（１００／Ｔ）とする。
【解決手段】 撮像素子２２の前方に、予め定められた領域（画素）に分割され任意の領域（画素）の光透過率を制御可能な調光手段２３を備える。調光手段２３はドットマトリクス制御が可能な液晶フィルタを適用し、「白飛び」または「黒つぶれ」の領域がある場合には、該領域の光透過率を制御して表示部１４に表示する。液晶フィルタの光透過率をＴ％、このとき撮像される映像信号の輝度値をＳとしたとき、表示映像用の補正映像信号の輝度値ＤをＤ＝Ｓ＊（１００／Ｔ）とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置と車両周辺視認装置及びそれに関連する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の周辺領域を撮像装置で撮像し、車室内に設置された表示装置に表示する車両周辺視認装置が実用化されている（第１従来技術）。
【０００３】
この車両周辺視認装置は、例えば、図１０に示す如く、撮像部１００の撮像素子１０１で受光した光を映像信号に変換し、この映像信号に対して自動利得制御部１０２が利得の制御を行った後にＡ／Ｄコンバータ１０３がデジタル信号に変換する。
【０００４】
デジタル信号に変換された映像信号は、ＤＳＰ１０４内に備えられた測光計算部１０４Ａによって予め定められた領域（例えば、撮像範囲の中央等）の輝度値が計測され、計測された輝度値に基づいて自動露光制御部１０５が撮像素子の露光制御を行う。
【０００５】
これによって撮像映像の明るさを最適化してエンコーダ１０６Ａ及びデコーダ１０６Ｂを介する等してカメラ用電子制御ユニット１０７に入力する。カメラ用電子制御ユニット１０７は、入力された信号に基づいて、図１１に示すような撮像映像等を表示部１０８に表示するようになっている。
【０００６】
また、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に於いて、光学系の前に液晶層を複数個設置して、これを制御することでアイリスの代わりとし光の透過量を調節する撮像装置が提案されている（特許文献１、第２従来技術）。
【０００７】
この撮像装置は、例えば、図１２に示す如く、撮像装置１２０のレンズ鏡筒１２１と撮像素子１２２との間に複数の液晶調光素子１２３を配置することで、撮像素子１２２で受光される入射光の透過量を低く抑えるようになっており、非常に明るい環境下でも撮像可能となっている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２５００２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の第１従来技術に於いては、例えば、他車両のヘッドライト等の撮像素子のダイナミックレンジを超える光が撮像装置に入射すると、表示映像全体が白く塗りつぶされてしまう「白飛び」が起こってしまい、撮像範囲に存在する他車両や障害物等を視認することが困難である。
【００１０】
そこで、例えば、上述の第２従来技術を第１従来技術のような車両周辺視認装置に適用した例を考えることが可能である。
【００１１】
これは、例えば、図１１に示したような撮像範囲に撮像素子のダイナミックレンジを超える光源１１０がある場合に、複数の液晶調光素子１２３によって撮像範囲全体からの光透過率が低く抑えるものである。
【００１２】
しかしながら、上述のように撮像範囲全体からの光透過率を低く抑えてしまうと、光源１１０が表示されている領域以外が黒く塗りつぶされてしまう「黒つぶれ」が起こってしまい、撮像範囲に存在する他車両や障害物等を視認することが困難となる。
【００１３】
そこで、本発明の課題は、撮像素子のダイナミックレンジに因らず撮像映像を得ることが可能な撮像装置及び車両周辺視認装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決すべく、第１の発明は、予め定められた範囲からの光線を集光する光学系と、前記光学系によって集光された光線を映像信号に変換する撮像素子とを備える撮像装置に於いて、前記撮像素子の前方で、前記予め定められた範囲を複数の領域に分割して、前記領域毎の光透過率を調整する調光手段と、前記撮像素子からの前記映像信号に基づいて前記調光手段を制御する制御部とを備える撮像装置である。
【００１５】
第２の発明は、前記調光手段は、透明電極で挟まれた液晶層を備えるものである。
【００１６】
第３の発明は、前記制御部は、前記領域毎の輝度値が予め定められた範囲内の値となるように前記調光手段を制御する撮像装置である。
【００１７】
第４の発明は、前記の撮像装置を車両に搭載し、前記車両の車室内で前記撮像装置によって撮像された撮像映像を表示する表示部を備える車両周辺視認装置である。
【００１８】
第５の発明は、前記領域の光透過率をＴ、前記光透過率Ｔで撮像された映像信号の輝度をＳ、前記表示部のうち前記領域に対応する位置に表示される補正映像信号の輝度をＤとすると、前記制御部は、Ｄ＝Ｓ＊（１００／Ｔ）として前記表示部に表示する車両周辺視認装置である。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明に因れば、撮像素子の前方で、光学系が捉える範囲を複数の領域に分割して、領域毎の光透過率を調整する調光手段と、前記撮像素子からの映像信号に基づいて前記調光手段を制御する制御部とを備えているので、撮像素子のダイナミックレンジに因らず撮像映像を得ることが可能となる。
【００２０】
第２の発明に因れば、前記調光手段は、透明電極で挟まれた液晶層を備えているので、簡単な構成で前記領域毎の光透過率を調整することが可能となる。
【００２１】
第３の発明に因れば、前記制御部が、前記領域毎の輝度値が予め定められた範囲内の値となるように前記調光手段を制御するので、局所的に視認困難な「白飛び」や「黒つぶれ」のない撮像映像を得ることが可能となる。
【００２２】
第４の発明に因れば、前記の撮像装置を車両に搭載し、前記車両の車室内で前記撮像装置によって撮像された撮像映像を表示する表示部を備えているので、撮像範囲に存在する他車両や障害物等を容易に視認することが可能となる。
【００２３】
第５の発明に因れば、前記領域の光透過率をＴ、前記光透過率Ｔで撮像された映像信号の輝度をＳ、前記表示部のうち前記領域に対応する位置に表示される補正映像信号の輝度をＤとすると、前記制御部は、Ｄ＝Ｓ＊（１００／Ｔ）として前記表示部に表示するので、表示部のダイナミックレンジが撮像装置のダイナミックレンジよりも広い場合に、輝度値が連続的に変化する自然な映像を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
＜構成＞
図１は、本撮像装置の適用例を示す図である。同図に示す如く、本撮像装置は、例えば、車両１０の前端中央部に設置されて、車両周辺を撮像して車室内に表示する車両周辺視認装置として用いられる。
【００２５】
具体的には、車両周辺視認装置は、撮像装置１２と、車両１０の車室内に設置されて撮像装置１２によって撮像された撮像映像等を表示する表示部１４と、表示部１４の表示を制御するカメラ用電子制御ユニット（制御部）１６とを備えている。
【００２６】
撮像装置１２は、例えば、図２に示す如く、光学系２１と、撮像素子２２と、調光手段２３と、自動利得制御部２４と、Ａ／Ｄコンバータ２５と、自動露光制御部２６と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）２７と、エンコーダ２８と、液晶駆動制御部２９とを備えている。
【００２７】
光学系２１は、例えば、複数のレンズを有して車両１０の周辺で予め定められた範囲からの光線を撮像素子２２の受光面（図示省略）に集光するものである。
【００２８】
撮像素子２２は、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等が適用されて、受光面（図示省略）に集光された光線を映像信号に変換するものである。
【００２９】
調光手段２３は、撮像素子２２の受光面（図示省略）に集光される光の到達量を制御するものである。
【００３０】
この調光手段２３は、例えば、光学系２１と撮像素子２２との間に配されて、図３に示す如く、電極基板３１Ａ，３１Ｂに挟持された液晶層３１Ｃを備えた液晶フィルタが適用される。
【００３１】
具体的には、例えば、両電極基板３１Ａ，３１Ｂが、図４に示す如く、互いに対向配置された透明基板４１Ａ，４１Ｂの対向面に、透明な走査電極４２Ａと透明な信号電極４２Ｂとが互いに直交するように各々配され、後述する液晶駆動制御部２９からの命令によって両電極４２Ａ，４２Ｂ間に電場を印加することが可能となっている。
【００３２】
そして、印加された電場によって、両電極４２Ａ，４２Ｂ間、即ち、両電極基板３１Ａ，３１Ｂ間に挟持された液晶層３１Ｃの液晶分子（図示省略）の配向を変化させ、光透過率を制御するものである。
【００３３】
ここで、走査電極４２Ａと信号電極４２Ｂとが互いに交差することにより１つの領域（画素）が構成されるので、例えば、撮像素子２２の受光面（図示省略）、即ち撮像装置１２の撮像範囲を、図５に示す如く、４×４の領域（画素）に分割し、各々の領域（画素）毎に光透過率を制御することが可能となっている。
【００３４】
ここで、図５に於いては、領域（画素）５１Ａのみが光透過率１５％で、他の領域（画素）は光透過率１００％となっている例を示している。尚、調光手段２３の各領域（画素）は、必ずしも撮像範囲を４×４に分割するように分割されてなくとも良いのは勿論であり、任意の領域に分割されていても良い。
【００３５】
但し、撮像素子２２の受光面（図示省略）の画素配列と調光手段２３の領域（画素）配列とが整数比で表され、且つ調光手段２３の領域（画素）５２の境界と撮像素子２２の受光面（図示省略）の画素５３の境界とが一致するように、調光手段２３を各領域（画素）に分割する。
【００３６】
これにより、撮像素子２２の受光面（図示省略）の中の１つの画素５３が、調光手段２３の各領域（画素）のうち複数の領域（画素）からの光を同時に受光することを排除することが可能となる。
【００３７】
自動利得制御部２４は、後述する測光計算部２７Ｂからの制御により撮像素子２２から出力された映像信号の利得を予め定められたレベルまで増幅制御した後に出力するものである。
【００３８】
Ａ／Ｄコンバータ２５は、自動利得制御部２４で増幅制御されたアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換して出力するものである。
【００３９】
ＤＳＰ２７は、デジタル信号処理部２７Ａと測光計算部２７Ｂとを備えており、デジタル映像信号に対する各種の処理を実行する外、自動利得制御部２４及び自動露光制御部２６を制御するものである。
【００４０】
デジタル信号処理部２７Ａは、ＲＯＭ及びＲＡＭ等が接続された一般的なＣＰＵ内に於いて予め定められたソフトウェアプログラムによって動作する機能要素で、例えば、画素補間、ホワイトバランス調節、彩度調節、階調変換特性調節、ノイズ除去等の処理を実行するものである。
【００４１】
測光計算部２７Ｂは、撮像素子２２によって得られた撮像映像のうち予め定められた領域（例えば、撮像範囲の中心）及び撮像映像全体の輝度を計算し、撮像映像が予め定められた輝度となるように自動利得制御部２４及び自動露光制御部２６を制御するものである。
【００４２】
自動露光制御部２６は、測光計算部２７Ｂからの制御により撮像素子２２の露光を制御可能となっている。
【００４３】
エンコーダ２８は、デジタル信号処理部２７Ａによって処理されたデジタル映像信号をＮＴＳＣ信号に変換（符号化）して後述するカメラ用電子制御ユニット１６に送出するものである。
【００４４】
液晶駆動制御部２９は、カメラ用電子制御ユニット１６からの命令によって調光手段２３の両電極４２Ａ，４２Ｂ間に電場を印加するものである。
【００４５】
表示部１４は、例えば、車両１０の内部に設置されて従来のカーナビゲーション装置に用いられるＬＣＤ（Liquid Crystal Display；液晶表示装置）等が適用されて撮像装置１２により撮像された撮像映像等を表示するものである。
【００４６】
カメラ用電子制御ユニット１６は、ＲＯＭ及びＲＡＭ等が接続された一般的なＣＰＵ内に於いて予め定められたソフトウェアプログラムによって動作する機能要素であり、信号補正部１６Ａを有している。
【００４７】
カメラ用電子制御ユニット１６は、例えば、エンコーダ２８によって符号化されたＮＴＳＣ信号を復号化してそのまま表示部１４に表示するよう制御する機能を有する。
【００４８】
更に、例えば、図５に示す如く、４×４の領域（画素）に分割された撮像映像のうち、後述する予め定められた閾値Ｗを上回る平均輝度値で表された領域（画素）または後述する予め定められた閾値Ｂを下回る平均輝度値で表された領域（画素）の有無を検出する。
【００４９】
閾値Ｗを上回る平均輝度値で表された領域（画素）または閾値Ｂを下回る平均輝度値で表された領域（画素）が検出された場合には、該領域（画素）の光透過率を制御するよう液晶駆動制御部２９に命令する。
【００５０】
尚、光透過率の制御は自動的に常時行われるようにしても良いし、操作入力部（図示省略）を更に設けて、操作入力部（図示省略）からの入力によって光透過率の制御が行われるようにしても良い。ここでは、自動的に光透過率の制御が常時行われる場合を例に説明する。
【００５１】
ここで、液晶駆動制御部２９に対する命令は、例えば、図６に示す如く、撮像素子のダイナミックレンジでは「白飛び」となる輝度の閾値Ｗを超える輝度値Ｗ１を平均輝度値とする領域（画素）が検出された場合には、液晶フィルタの両電極４２Ａ，４２Ｂ間、即ち、両電極板３１Ａ，３１Ｂ間に挟持された液晶層３１Ｃの液晶分子（図示省略）のうち該領域（画素）の配向を変化させて光透過率が５％低下するよう命令する。
【００５２】
その結果、再びカメラ用電子制御ユニット１６に送出された撮像映像に於いて、平均輝度値Ｗ１で表されていた領域（画素）が、平均輝度値Ｗ２（但し、Ｗ≦Ｗ２＜Ｗ１）で表されている場合には、カメラ用電子制御ユニット１６が、上述と同様の命令を下すことによって、液晶駆動制御部２９に該領域（画素）の光透過率を制御させる。
【００５３】
以後、分割された領域全てが「白飛び」となる平均輝度値の閾値Ｗ未満となるように、液晶駆動制御部２９に光透過率を制御するよう命令する。
【００５４】
また、「黒つぶれ」となる輝度の閾値Ｂを下回る輝度値Ｂ１を平均輝度値とする領域（画素）が検出された場合には、液晶フィルタの両電極４２Ａ，４２Ｂ間、即ち、両電極板３１Ａ，３１Ｂ間に挟持された液晶層３１Ｃの液晶分子（図示省略）のうち該領域（画素）の配向を変化させて光透過率が５％上昇するよう命令する。
【００５５】
その結果、再びカメラ用電子制御ユニット１６に送出された撮像映像に於いて、輝度値Ｂ１で表されていた領域（画素）が、平均輝度値Ｂ２（但し、Ｂ≧Ｂ２＞Ｂ１）で表されている場合には、カメラ用電子制御ユニット１６が、上述と同様の命令を下すことによって、液晶駆動制御部２９に該領域（画素）の光透過率を制御させる。
【００５６】
以後、分割された領域全てが「黒つぶれ」となる平均輝度値の閾値Ｂより高くなるように、液晶駆動制御部２９に光透過率を制御するよう命令する。
【００５７】
ここで、液晶フィルタの光透過率が１００％であるにも拘わらず、「黒つぶれ」となっている場合には、カメラ用電子制御ユニット１６が自動露光制御部２６に露光量を多くするようＤＳＰ２７を介して命令し、その後、液晶駆動制御部２９に光透過率を制御させることで「白飛び」及び「黒つぶれ」のない撮像映像を得るようにする。
【００５８】
こうして得られた撮像映像は、分割された領域の境目で輝度値が不連続に変化しており、不自然な映像となっている。そこで、表示部１４のダイナミックレンジが撮像素子２２のダイナミックレンジよりも広い場合に、信号補正部１６Ａに於いて、以下のようにして表示映像用の補正映像信号に補正して表示部１４に送出することによって、領域の境目でも輝度値が不連続に変化しない自然な映像を表示することが可能となる。
【００５９】
分割された領域（画素）のうち任意の領域（画素）に於ける調光手段２３の光透過率をＴ％とし、この光透過率Ｔ％で撮像された映像信号の輝度値をＳとすると、Ｓ＊（１００／Ｔ）＝Ｄとして表示映像用の補正映像信号の輝度値とする。
【００６０】
こうすることによって、例えば、光透過率５０％で撮像された映像信号の輝度値Ｓ１は、Ｄ＝Ｓ１＊（１００／５０）＝Ｓ１＊２となり、撮像素子２２のダイナミックレンジでは表すことが不可能な輝度値Ｓ１＊２を表示部１４に表示することが可能となる。
【００６１】
つまり、表示部１４のダイナミックレンジが撮像素子２２のダイナミックレンジよりも広い場合に、撮像素子２２のダイナミックレンジでは飽和信号となるような輝度値の映像を表示部１４のダイナミックレンジで表示することが可能となる。
【００６２】
尚、信号補正部１６Ａによって変換された補正映像信号は、必ずしも表示部１４に表示されなくとも良く、所定の映像処理を施したり、映像処理を施された後に表示部１４に表示されるようにしても良い。
【００６３】
＜動作＞
上記構成の車両周辺視認装置の動作を、図７を参照しながら説明する。
【００６４】
車両１０の前端中央部に設置された撮像装置１２の光学系（図示省略）は、撮像範囲からの光線を集光（ステップＳＴ０１）して撮像素子２２の受光面（図示省略）で撮像する（ステップＳＴ０２）。ここで得られた映像信号は、自動利得制御部２４によって増幅され利得制御が行われた（ステップＳＴ０３）後にＡ／Ｄコンバータ２５でデジタル信号に変換（ステップＳＴ０４）され、デジタル信号処理部２７Ａに入力される。
【００６５】
デジタル信号処理部２７Ａは、入力されたデジタル信号に対して画素補間、ホワイトバランス調節、彩度調節、階調変換特性調節、ノイズ除去等の処理を実行（ステップＳＴ０５）する。
【００６６】
その後、更にエンコーダ２８ＡによってＮＴＳＣ信号に符号化（ステップＳＴ０６）して、デコーダ２８Ｂに送出し、デコーダ２８Ｂは送出されたＮＴＳＣ信号を復号化（ＳＴ０７）してカメラ用電子制御ユニット１６に送出する。
【００６７】
尚、エンコーダ２８Ａによる符号化及びデコーダ２８Ｂによる復号化は必ずしも必要ではなく、デジタル信号処理部２７Ａに於ける処理が実行された後にカメラ用電子制御ユニット１６に送出されても良い。
【００６８】
カメラ用電子制御ユニット１６は、４×４の領域（画素）に分割された撮像映像のうち、予め定められた閾値の範囲を超える輝度値で表された領域（画素）の有無を検出し、光透過率を制御するか否かの判断を行う（ステップＳＴ０８）。
【００６９】
予め定められた閾値の範囲を超える輝度値で表された領域（画素）が検出されず光透過率の制御を行わない場合、カメラ用電子制御ユニット１６は、ＮＴＳＣ信号を復号化した後に信号補正部１６Ａによって補正映像信号に補正（ステップＳＴ１０）し表示部１４に表示する（ステップＳＴ１１）。
【００７０】
例えば、図８に示す如く、撮像範囲に存在する他車両がヘッドライトを点灯している等して、予め定められた閾値の範囲を超える輝度値で表された領域（画素）８１Ａ，８１Ｂが検出され光透過率の制御を行う場合、カメラ用電子制御ユニット１６は、液晶駆動制御部２９に対して、領域（画素）８１Ａ，８１Ｂの光透過率が５％低下するように命令する（ステップＳＴ０９）。
【００７１】
以後、上記のステップＳＴ０２〜ＳＴ０９を、撮像映像の輝度値が予め定められた閾値の範囲に収まるまで反復し、ＮＴＳＣ信号を復号化した後に信号補正部１６Ａによって補正映像信号に補正（ＳＴ１０）し表示部１４に表示する（ＳＴ１１）。
【００７２】
｛変形例｝
尚、本実施の形態に於いては、撮像装置１２を車両１０の前端中央部に設置した場合について述べたが、例えば、図９に示す如く、撮像装置１２を車両１０の後端中央部に設置しても構わないのは勿論である。
【００７３】
また、本実施の形態に於いては、撮像装置１２を車両１０に取り付けた車両周辺視認装置について述べたが、その他、建築物や道路等の監視装置等に於ける撮像装置としても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態に係る撮像装置の適用例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る車両周辺視認装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る調光手段の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る調光手段の電極基板を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る撮像装置の調光手段の正面図である。
【図６】光透過率の制御を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る車両周辺視認装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態に係る車両周辺視認装置の動作を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る車両周辺視認装置の変形例を示す図である。
【図１０】第１従来技術の車両周辺視認装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】第１従来技術の車両周辺視認装置の表示映像の一例を示す図である。
【図１２】第２従来技術の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０ 車両
１２ 撮像装置
１４ 表示部
１６ カメラ用電子制御ユニット
２１ 光学系
２２ 撮像素子
２３ 調光手段
２７Ａ，２７Ｂ 透明電極
２６Ｃ 液晶層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置と車両周辺視認装置及びそれに関連する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の周辺領域を撮像装置で撮像し、車室内に設置された表示装置に表示する車両周辺視認装置が実用化されている（第１従来技術）。
【０００３】
この車両周辺視認装置は、例えば、図１０に示す如く、撮像部１００の撮像素子１０１で受光した光を映像信号に変換し、この映像信号に対して自動利得制御部１０２が利得の制御を行った後にＡ／Ｄコンバータ１０３がデジタル信号に変換する。
【０００４】
デジタル信号に変換された映像信号は、ＤＳＰ１０４内に備えられた測光計算部１０４Ａによって予め定められた領域（例えば、撮像範囲の中央等）の輝度値が計測され、計測された輝度値に基づいて自動露光制御部１０５が撮像素子の露光制御を行う。
【０００５】
これによって撮像映像の明るさを最適化してエンコーダ１０６Ａ及びデコーダ１０６Ｂを介する等してカメラ用電子制御ユニット１０７に入力する。カメラ用電子制御ユニット１０７は、入力された信号に基づいて、図１１に示すような撮像映像等を表示部１０８に表示するようになっている。
【０００６】
また、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に於いて、光学系の前に液晶層を複数個設置して、これを制御することでアイリスの代わりとし光の透過量を調節する撮像装置が提案されている（特許文献１、第２従来技術）。
【０００７】
この撮像装置は、例えば、図１２に示す如く、撮像装置１２０のレンズ鏡筒１２１と撮像素子１２２との間に複数の液晶調光素子１２３を配置することで、撮像素子１２２で受光される入射光の透過量を低く抑えるようになっており、非常に明るい環境下でも撮像可能となっている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２５００２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の第１従来技術に於いては、例えば、他車両のヘッドライト等の撮像素子のダイナミックレンジを超える光が撮像装置に入射すると、表示映像全体が白く塗りつぶされてしまう「白飛び」が起こってしまい、撮像範囲に存在する他車両や障害物等を視認することが困難である。
【００１０】
そこで、例えば、上述の第２従来技術を第１従来技術のような車両周辺視認装置に適用した例を考えることが可能である。
【００１１】
これは、例えば、図１１に示したような撮像範囲に撮像素子のダイナミックレンジを超える光源１１０がある場合に、複数の液晶調光素子１２３によって撮像範囲全体からの光透過率が低く抑えるものである。
【００１２】
しかしながら、上述のように撮像範囲全体からの光透過率を低く抑えてしまうと、光源１１０が表示されている領域以外が黒く塗りつぶされてしまう「黒つぶれ」が起こってしまい、撮像範囲に存在する他車両や障害物等を視認することが困難となる。
【００１３】
そこで、本発明の課題は、撮像素子のダイナミックレンジに因らず撮像映像を得ることが可能な撮像装置及び車両周辺視認装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決すべく、第１の発明は、予め定められた範囲からの光線を集光する光学系と、前記光学系によって集光された光線を映像信号に変換する撮像素子とを備える撮像装置に於いて、前記撮像素子の前方で、前記予め定められた範囲を複数の領域に分割して、前記領域毎の光透過率を調整する調光手段と、前記撮像素子からの前記映像信号に基づいて前記調光手段を制御する制御部とを備える撮像装置である。
【００１５】
第２の発明は、前記調光手段は、透明電極で挟まれた液晶層を備えるものである。
【００１６】
第３の発明は、前記制御部は、前記領域毎の輝度値が予め定められた範囲内の値となるように前記調光手段を制御する撮像装置である。
【００１７】
第４の発明は、前記の撮像装置を車両に搭載し、前記車両の車室内で前記撮像装置によって撮像された撮像映像を表示する表示部を備える車両周辺視認装置である。
【００１８】
第５の発明は、前記領域の光透過率をＴ、前記光透過率Ｔで撮像された映像信号の輝度をＳ、前記表示部のうち前記領域に対応する位置に表示される補正映像信号の輝度をＤとすると、前記制御部は、Ｄ＝Ｓ＊（１００／Ｔ）として前記表示部に表示する車両周辺視認装置である。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明に因れば、撮像素子の前方で、光学系が捉える範囲を複数の領域に分割して、領域毎の光透過率を調整する調光手段と、前記撮像素子からの映像信号に基づいて前記調光手段を制御する制御部とを備えているので、撮像素子のダイナミックレンジに因らず撮像映像を得ることが可能となる。
【００２０】
第２の発明に因れば、前記調光手段は、透明電極で挟まれた液晶層を備えているので、簡単な構成で前記領域毎の光透過率を調整することが可能となる。
【００２１】
第３の発明に因れば、前記制御部が、前記領域毎の輝度値が予め定められた範囲内の値となるように前記調光手段を制御するので、局所的に視認困難な「白飛び」や「黒つぶれ」のない撮像映像を得ることが可能となる。
【００２２】
第４の発明に因れば、前記の撮像装置を車両に搭載し、前記車両の車室内で前記撮像装置によって撮像された撮像映像を表示する表示部を備えているので、撮像範囲に存在する他車両や障害物等を容易に視認することが可能となる。
【００２３】
第５の発明に因れば、前記領域の光透過率をＴ、前記光透過率Ｔで撮像された映像信号の輝度をＳ、前記表示部のうち前記領域に対応する位置に表示される補正映像信号の輝度をＤとすると、前記制御部は、Ｄ＝Ｓ＊（１００／Ｔ）として前記表示部に表示するので、表示部のダイナミックレンジが撮像装置のダイナミックレンジよりも広い場合に、輝度値が連続的に変化する自然な映像を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
＜構成＞
図１は、本撮像装置の適用例を示す図である。同図に示す如く、本撮像装置は、例えば、車両１０の前端中央部に設置されて、車両周辺を撮像して車室内に表示する車両周辺視認装置として用いられる。
【００２５】
具体的には、車両周辺視認装置は、撮像装置１２と、車両１０の車室内に設置されて撮像装置１２によって撮像された撮像映像等を表示する表示部１４と、表示部１４の表示を制御するカメラ用電子制御ユニット（制御部）１６とを備えている。
【００２６】
撮像装置１２は、例えば、図２に示す如く、光学系２１と、撮像素子２２と、調光手段２３と、自動利得制御部２４と、Ａ／Ｄコンバータ２５と、自動露光制御部２６と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）２７と、エンコーダ２８と、液晶駆動制御部２９とを備えている。
【００２７】
光学系２１は、例えば、複数のレンズを有して車両１０の周辺で予め定められた範囲からの光線を撮像素子２２の受光面（図示省略）に集光するものである。
【００２８】
撮像素子２２は、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等が適用されて、受光面（図示省略）に集光された光線を映像信号に変換するものである。
【００２９】
調光手段２３は、撮像素子２２の受光面（図示省略）に集光される光の到達量を制御するものである。
【００３０】
この調光手段２３は、例えば、光学系２１と撮像素子２２との間に配されて、図３に示す如く、電極基板３１Ａ，３１Ｂに挟持された液晶層３１Ｃを備えた液晶フィルタが適用される。
【００３１】
具体的には、例えば、両電極基板３１Ａ，３１Ｂが、図４に示す如く、互いに対向配置された透明基板４１Ａ，４１Ｂの対向面に、透明な走査電極４２Ａと透明な信号電極４２Ｂとが互いに直交するように各々配され、後述する液晶駆動制御部２９からの命令によって両電極４２Ａ，４２Ｂ間に電場を印加することが可能となっている。
【００３２】
そして、印加された電場によって、両電極４２Ａ，４２Ｂ間、即ち、両電極基板３１Ａ，３１Ｂ間に挟持された液晶層３１Ｃの液晶分子（図示省略）の配向を変化させ、光透過率を制御するものである。
【００３３】
ここで、走査電極４２Ａと信号電極４２Ｂとが互いに交差することにより１つの領域（画素）が構成されるので、例えば、撮像素子２２の受光面（図示省略）、即ち撮像装置１２の撮像範囲を、図５に示す如く、４×４の領域（画素）に分割し、各々の領域（画素）毎に光透過率を制御することが可能となっている。
【００３４】
ここで、図５に於いては、領域（画素）５１Ａのみが光透過率１５％で、他の領域（画素）は光透過率１００％となっている例を示している。尚、調光手段２３の各領域（画素）は、必ずしも撮像範囲を４×４に分割するように分割されてなくとも良いのは勿論であり、任意の領域に分割されていても良い。
【００３５】
但し、撮像素子２２の受光面（図示省略）の画素配列と調光手段２３の領域（画素）配列とが整数比で表され、且つ調光手段２３の領域（画素）５２の境界と撮像素子２２の受光面（図示省略）の画素５３の境界とが一致するように、調光手段２３を各領域（画素）に分割する。
【００３６】
これにより、撮像素子２２の受光面（図示省略）の中の１つの画素５３が、調光手段２３の各領域（画素）のうち複数の領域（画素）からの光を同時に受光することを排除することが可能となる。
【００３７】
自動利得制御部２４は、後述する測光計算部２７Ｂからの制御により撮像素子２２から出力された映像信号の利得を予め定められたレベルまで増幅制御した後に出力するものである。
【００３８】
Ａ／Ｄコンバータ２５は、自動利得制御部２４で増幅制御されたアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換して出力するものである。
【００３９】
ＤＳＰ２７は、デジタル信号処理部２７Ａと測光計算部２７Ｂとを備えており、デジタル映像信号に対する各種の処理を実行する外、自動利得制御部２４及び自動露光制御部２６を制御するものである。
【００４０】
デジタル信号処理部２７Ａは、ＲＯＭ及びＲＡＭ等が接続された一般的なＣＰＵ内に於いて予め定められたソフトウェアプログラムによって動作する機能要素で、例えば、画素補間、ホワイトバランス調節、彩度調節、階調変換特性調節、ノイズ除去等の処理を実行するものである。
【００４１】
測光計算部２７Ｂは、撮像素子２２によって得られた撮像映像のうち予め定められた領域（例えば、撮像範囲の中心）及び撮像映像全体の輝度を計算し、撮像映像が予め定められた輝度となるように自動利得制御部２４及び自動露光制御部２６を制御するものである。
【００４２】
自動露光制御部２６は、測光計算部２７Ｂからの制御により撮像素子２２の露光を制御可能となっている。
【００４３】
エンコーダ２８は、デジタル信号処理部２７Ａによって処理されたデジタル映像信号をＮＴＳＣ信号に変換（符号化）して後述するカメラ用電子制御ユニット１６に送出するものである。
【００４４】
液晶駆動制御部２９は、カメラ用電子制御ユニット１６からの命令によって調光手段２３の両電極４２Ａ，４２Ｂ間に電場を印加するものである。
【００４５】
表示部１４は、例えば、車両１０の内部に設置されて従来のカーナビゲーション装置に用いられるＬＣＤ（Liquid Crystal Display；液晶表示装置）等が適用されて撮像装置１２により撮像された撮像映像等を表示するものである。
【００４６】
カメラ用電子制御ユニット１６は、ＲＯＭ及びＲＡＭ等が接続された一般的なＣＰＵ内に於いて予め定められたソフトウェアプログラムによって動作する機能要素であり、信号補正部１６Ａを有している。
【００４７】
カメラ用電子制御ユニット１６は、例えば、エンコーダ２８によって符号化されたＮＴＳＣ信号を復号化してそのまま表示部１４に表示するよう制御する機能を有する。
【００４８】
更に、例えば、図５に示す如く、４×４の領域（画素）に分割された撮像映像のうち、後述する予め定められた閾値Ｗを上回る平均輝度値で表された領域（画素）または後述する予め定められた閾値Ｂを下回る平均輝度値で表された領域（画素）の有無を検出する。
【００４９】
閾値Ｗを上回る平均輝度値で表された領域（画素）または閾値Ｂを下回る平均輝度値で表された領域（画素）が検出された場合には、該領域（画素）の光透過率を制御するよう液晶駆動制御部２９に命令する。
【００５０】
尚、光透過率の制御は自動的に常時行われるようにしても良いし、操作入力部（図示省略）を更に設けて、操作入力部（図示省略）からの入力によって光透過率の制御が行われるようにしても良い。ここでは、自動的に光透過率の制御が常時行われる場合を例に説明する。
【００５１】
ここで、液晶駆動制御部２９に対する命令は、例えば、図６に示す如く、撮像素子のダイナミックレンジでは「白飛び」となる輝度の閾値Ｗを超える輝度値Ｗ１を平均輝度値とする領域（画素）が検出された場合には、液晶フィルタの両電極４２Ａ，４２Ｂ間、即ち、両電極板３１Ａ，３１Ｂ間に挟持された液晶層３１Ｃの液晶分子（図示省略）のうち該領域（画素）の配向を変化させて光透過率が５％低下するよう命令する。
【００５２】
その結果、再びカメラ用電子制御ユニット１６に送出された撮像映像に於いて、平均輝度値Ｗ１で表されていた領域（画素）が、平均輝度値Ｗ２（但し、Ｗ≦Ｗ２＜Ｗ１）で表されている場合には、カメラ用電子制御ユニット１６が、上述と同様の命令を下すことによって、液晶駆動制御部２９に該領域（画素）の光透過率を制御させる。
【００５３】
以後、分割された領域全てが「白飛び」となる平均輝度値の閾値Ｗ未満となるように、液晶駆動制御部２９に光透過率を制御するよう命令する。
【００５４】
また、「黒つぶれ」となる輝度の閾値Ｂを下回る輝度値Ｂ１を平均輝度値とする領域（画素）が検出された場合には、液晶フィルタの両電極４２Ａ，４２Ｂ間、即ち、両電極板３１Ａ，３１Ｂ間に挟持された液晶層３１Ｃの液晶分子（図示省略）のうち該領域（画素）の配向を変化させて光透過率が５％上昇するよう命令する。
【００５５】
その結果、再びカメラ用電子制御ユニット１６に送出された撮像映像に於いて、輝度値Ｂ１で表されていた領域（画素）が、平均輝度値Ｂ２（但し、Ｂ≧Ｂ２＞Ｂ１）で表されている場合には、カメラ用電子制御ユニット１６が、上述と同様の命令を下すことによって、液晶駆動制御部２９に該領域（画素）の光透過率を制御させる。
【００５６】
以後、分割された領域全てが「黒つぶれ」となる平均輝度値の閾値Ｂより高くなるように、液晶駆動制御部２９に光透過率を制御するよう命令する。
【００５７】
ここで、液晶フィルタの光透過率が１００％であるにも拘わらず、「黒つぶれ」となっている場合には、カメラ用電子制御ユニット１６が自動露光制御部２６に露光量を多くするようＤＳＰ２７を介して命令し、その後、液晶駆動制御部２９に光透過率を制御させることで「白飛び」及び「黒つぶれ」のない撮像映像を得るようにする。
【００５８】
こうして得られた撮像映像は、分割された領域の境目で輝度値が不連続に変化しており、不自然な映像となっている。そこで、表示部１４のダイナミックレンジが撮像素子２２のダイナミックレンジよりも広い場合に、信号補正部１６Ａに於いて、以下のようにして表示映像用の補正映像信号に補正して表示部１４に送出することによって、領域の境目でも輝度値が不連続に変化しない自然な映像を表示することが可能となる。
【００５９】
分割された領域（画素）のうち任意の領域（画素）に於ける調光手段２３の光透過率をＴ％とし、この光透過率Ｔ％で撮像された映像信号の輝度値をＳとすると、Ｓ＊（１００／Ｔ）＝Ｄとして表示映像用の補正映像信号の輝度値とする。
【００６０】
こうすることによって、例えば、光透過率５０％で撮像された映像信号の輝度値Ｓ１は、Ｄ＝Ｓ１＊（１００／５０）＝Ｓ１＊２となり、撮像素子２２のダイナミックレンジでは表すことが不可能な輝度値Ｓ１＊２を表示部１４に表示することが可能となる。
【００６１】
つまり、表示部１４のダイナミックレンジが撮像素子２２のダイナミックレンジよりも広い場合に、撮像素子２２のダイナミックレンジでは飽和信号となるような輝度値の映像を表示部１４のダイナミックレンジで表示することが可能となる。
【００６２】
尚、信号補正部１６Ａによって変換された補正映像信号は、必ずしも表示部１４に表示されなくとも良く、所定の映像処理を施したり、映像処理を施された後に表示部１４に表示されるようにしても良い。
【００６３】
＜動作＞
上記構成の車両周辺視認装置の動作を、図７を参照しながら説明する。
【００６４】
車両１０の前端中央部に設置された撮像装置１２の光学系（図示省略）は、撮像範囲からの光線を集光（ステップＳＴ０１）して撮像素子２２の受光面（図示省略）で撮像する（ステップＳＴ０２）。ここで得られた映像信号は、自動利得制御部２４によって増幅され利得制御が行われた（ステップＳＴ０３）後にＡ／Ｄコンバータ２５でデジタル信号に変換（ステップＳＴ０４）され、デジタル信号処理部２７Ａに入力される。
【００６５】
デジタル信号処理部２７Ａは、入力されたデジタル信号に対して画素補間、ホワイトバランス調節、彩度調節、階調変換特性調節、ノイズ除去等の処理を実行（ステップＳＴ０５）する。
【００６６】
その後、更にエンコーダ２８ＡによってＮＴＳＣ信号に符号化（ステップＳＴ０６）して、デコーダ２８Ｂに送出し、デコーダ２８Ｂは送出されたＮＴＳＣ信号を復号化（ＳＴ０７）してカメラ用電子制御ユニット１６に送出する。
【００６７】
尚、エンコーダ２８Ａによる符号化及びデコーダ２８Ｂによる復号化は必ずしも必要ではなく、デジタル信号処理部２７Ａに於ける処理が実行された後にカメラ用電子制御ユニット１６に送出されても良い。
【００６８】
カメラ用電子制御ユニット１６は、４×４の領域（画素）に分割された撮像映像のうち、予め定められた閾値の範囲を超える輝度値で表された領域（画素）の有無を検出し、光透過率を制御するか否かの判断を行う（ステップＳＴ０８）。
【００６９】
予め定められた閾値の範囲を超える輝度値で表された領域（画素）が検出されず光透過率の制御を行わない場合、カメラ用電子制御ユニット１６は、ＮＴＳＣ信号を復号化した後に信号補正部１６Ａによって補正映像信号に補正（ステップＳＴ１０）し表示部１４に表示する（ステップＳＴ１１）。
【００７０】
例えば、図８に示す如く、撮像範囲に存在する他車両がヘッドライトを点灯している等して、予め定められた閾値の範囲を超える輝度値で表された領域（画素）８１Ａ，８１Ｂが検出され光透過率の制御を行う場合、カメラ用電子制御ユニット１６は、液晶駆動制御部２９に対して、領域（画素）８１Ａ，８１Ｂの光透過率が５％低下するように命令する（ステップＳＴ０９）。
【００７１】
以後、上記のステップＳＴ０２〜ＳＴ０９を、撮像映像の輝度値が予め定められた閾値の範囲に収まるまで反復し、ＮＴＳＣ信号を復号化した後に信号補正部１６Ａによって補正映像信号に補正（ＳＴ１０）し表示部１４に表示する（ＳＴ１１）。
【００７２】
｛変形例｝
尚、本実施の形態に於いては、撮像装置１２を車両１０の前端中央部に設置した場合について述べたが、例えば、図９に示す如く、撮像装置１２を車両１０の後端中央部に設置しても構わないのは勿論である。
【００７３】
また、本実施の形態に於いては、撮像装置１２を車両１０に取り付けた車両周辺視認装置について述べたが、その他、建築物や道路等の監視装置等に於ける撮像装置としても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態に係る撮像装置の適用例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る車両周辺視認装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る調光手段の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る調光手段の電極基板を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る撮像装置の調光手段の正面図である。
【図６】光透過率の制御を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る車両周辺視認装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態に係る車両周辺視認装置の動作を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る車両周辺視認装置の変形例を示す図である。
【図１０】第１従来技術の車両周辺視認装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】第１従来技術の車両周辺視認装置の表示映像の一例を示す図である。
【図１２】第２従来技術の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０ 車両
１２ 撮像装置
１４ 表示部
１６ カメラ用電子制御ユニット
２１ 光学系
２２ 撮像素子
２３ 調光手段
２７Ａ，２７Ｂ 透明電極
２６Ｃ 液晶層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた範囲からの光線を集光する光学系と、
前記光学系によって集光された光線を映像信号に変換する撮像素子と
を備える撮像装置に於いて、
前記撮像素子の前方で、前記予め定められた範囲を複数の領域に分割して、前記領域毎の光透過率を調整する調光手段と、
前記撮像素子からの前記映像信号に基づいて前記調光手段を制御する制御部と
を備える、撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記調光手段は、透明電極で挟まれた液晶層を備える、撮像装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の撮像装置であって、
前記制御部は、前記領域毎の輝度値が予め定められた範囲内の値となるように前記調光手段を制御する、撮像装置。
【請求項４】
車両に搭載された請求項１乃至請求項３の何れか記載の撮像装置と、
前記車両の車室内で前記撮像装置によって撮像された撮像映像を表示する表示部と、
前記表示部の表示を制御する制御部と
を備える、車両周辺視認装置。
【請求項５】
請求項４記載の車両周辺視認装置であって、
前記領域の光透過率をＴ％、前記光透過率Ｔ％で撮像された映像信号の輝度をＳ、前記表示部のうち前記領域に対応する位置に表示される補正映像信号の輝度をＤとすると、
前記制御部は、Ｄ＝Ｓ＊（１００／Ｔ）として前記表示部に表示する、
車両周辺視認装置。
【請求項１】
予め定められた範囲からの光線を集光する光学系と、
前記光学系によって集光された光線を映像信号に変換する撮像素子と
を備える撮像装置に於いて、
前記撮像素子の前方で、前記予め定められた範囲を複数の領域に分割して、前記領域毎の光透過率を調整する調光手段と、
前記撮像素子からの前記映像信号に基づいて前記調光手段を制御する制御部と
を備える、撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記調光手段は、透明電極で挟まれた液晶層を備える、撮像装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の撮像装置であって、
前記制御部は、前記領域毎の輝度値が予め定められた範囲内の値となるように前記調光手段を制御する、撮像装置。
【請求項４】
車両に搭載された請求項１乃至請求項３の何れか記載の撮像装置と、
前記車両の車室内で前記撮像装置によって撮像された撮像映像を表示する表示部と、
前記表示部の表示を制御する制御部と
を備える、車両周辺視認装置。
【請求項５】
請求項４記載の車両周辺視認装置であって、
前記領域の光透過率をＴ％、前記光透過率Ｔ％で撮像された映像信号の輝度をＳ、前記表示部のうち前記領域に対応する位置に表示される補正映像信号の輝度をＤとすると、
前記制御部は、Ｄ＝Ｓ＊（１００／Ｔ）として前記表示部に表示する、
車両周辺視認装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−２０８６１０（Ｐ２００７−２０８６１０Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４３９７（Ｐ２００６−２４３９７）
【出願日】平成１８年２月１日（２００６．２．１）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１日（２００６．２．１）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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