撮影装置
【課題】本発明の一実施例では、周期的に輝度が変動する外部光源の照明環境の下で一定輝度の画像を撮影する撮影装置を提供することを目的とする。
【解決手段】上記課題を解決するため、第一周期で輝度が変動する光源の照明環境の下で複数の画像を撮影する撮影装置は、シャッターのオンオフを第二周期で行う制御信号に応じて該画像を撮影する受光部と、撮影した該画像ごとの画像データの輝度値を算出する算出部と、算出した該画像ごとの該画像データの輝度値の大小関係に基づいて該第一周期に対する該第二周期の移相方向を決定する位相調整部と、決定した該移相方向に応じて移相した後の該第二周期で該制御信号を出力する受光制御部とを有する。
【解決手段】上記課題を解決するため、第一周期で輝度が変動する光源の照明環境の下で複数の画像を撮影する撮影装置は、シャッターのオンオフを第二周期で行う制御信号に応じて該画像を撮影する受光部と、撮影した該画像ごとの画像データの輝度値を算出する算出部と、算出した該画像ごとの該画像データの輝度値の大小関係に基づいて該第一周期に対する該第二周期の移相方向を決定する位相調整部と、決定した該移相方向に応じて移相した後の該第二周期で該制御信号を出力する受光制御部とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続して画像を撮影する撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速に移動する物体の情報を正確にとらえるため、一定のフレーム撮影周期で画像を撮影する撮影装置が用いられる。例えばＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）方式の撮影装置は時速１００ｋｍ程度の速度で走行する物体を毎秒６０フレームで撮影する。ここでフレームは連続して撮影される静止画の画像である。
【０００３】
遅いシャッター速度で高速に移動する物体を撮影すると、フレームごとの画像データに残像が生じる。画像データに残像があると、物体の表面に記載された文字などの情報を正確に読み取ることが出来ない。残像を無くして高速で移動する物体の情報を正確に読み取るには、シャッター速度を１／２０００秒程度にする必要がある。
【０００４】
シャッター速度を短くすると受光素子への露光時間が短くなるため、物体の情報を正確に読み取るだけの画像データの輝度が確保できなくなる。そこでＮＴＳＣ方式などの規格で定められているフレーム周期と同一周期でフラッシュを発光するストロボが用いられる。フレームの撮影と同じタイミングでフラッシュを発光させることにより、シャッター速度を速くしたために不足する光量を補うことが出来る。
【０００５】
撮影装置の撮影対象の近くに蛍光灯や水銀灯などの輝度の大きい外部光源がある場合、ストロボを用いなくても充分な輝度を確保できる場合がある。ストロボが不要になると撮影装置をより小型化、低価格化することができる。
【０００６】
しかし、外部光源の変動周期と画像撮影周期の関係により、撮影するタイミングによっては光量が大きすぎる場合や、十分な光量を確保できない場合がある。例えば５０Ｈｚで電力供給されている東日本で撮影する場合、蛍光灯の変動周期は１００Ｈｚとなる。これに対してＮＴＳＣ方式での画像撮影周期は１／６０秒であるため、撮影のタイミングによって画像データの輝度が大きくなったり小さくなったりする。輝度が大きすぎるとハレーションの原因になり、輝度が小さすぎると露光不足となるため、いずれも画像認識に不都合となる。
【０００７】
以下の特許文献には撮影装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１６３８３２号公報
【特許文献２】特開２００９−１７２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一実施例では、周期的に輝度が変動する外部光源の照明環境の下で一定輝度の画像を撮影する撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、第一周期で輝度が変動する光源の照明環境の下で複数の画像を撮影する撮影装置は、シャッターのオンオフを第二周期で行う制御信号に応じて該画像を撮影する受光部と、撮影した該画像ごとの画像データの輝度値を算出する算出部と、算出した該画像ごとの該画像データの輝度値の大小関係に基づいて該第一周期に対する該第二周期の移相方向を決定する位相調整部と、決定した該移相方向に応じて移相した後の該第二周期で該制御信号を出力する受光制御部とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
実施形態によれば、周期的に輝度が変動する外部光源の照明環境の下で一定輝度の画像を撮影する撮影装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】撮影装置のブロック図である。
【図２】Ａは移相前の外部光源の輝度変動とフレーム撮影タイミングとの関係図である。Ｂは移相後の外部光源の輝度変動と移相したフレーム撮影タイミングとの関係図である。
【図３】Ａは隣接するフレーム各々の輝度と移相量との関係図である。Ｂは隣接するフレーム間の輝度の大小関係とフレーム撮影の移相方向を定義したテーブル図である。
【図４】Ａは隣接するフレームの画像データのイメージ図である。Ｂは算出部から出力する輝度平均値テーブルである
【図５】算出部における輝度平均値の算出処理フローである。
【図６】位相調整部における移相方向決定処理フローである。
【図７】受光制御部における受光制御処理フローである。
【図８】Ａは隣接するフレーム各々の輝度と移相量との関係図である。Ｂは隣接するフレーム間の輝度の大小関係と、フレーム撮影周期の移相方向との関係図である。
【図９】Ａは隣接するフレーム各々の輝度と移相量との関係図である。Ｂは隣接するフレーム間の輝度の大小関係と、フレーム撮影周期の移相方向との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施の形態について説明する。なお、各実施形態における構成の組み合わせも本発明の実施形態に含まれる。
【００１４】
図１は本実施例に係る撮影装置１のブロック図である。撮影装置１はレンズ９、受光部２、信号処理部３、バッファメモリ４、タイミング制御部８、算出部５、位相調整部６、受光制御部７を有する。外部光源１５は撮影装置１の外部に設置されている。
【００１５】
レンズ９は外部から入光する光を集光し、受光部２へ送る。受光部２はフレーム撮影周期でシャッターのオンオフを行う制御信号１１に応じて動画を構成するフレームを撮影する。シャッターは機械的に撮像および遮像を切り替えるものであっても良いし、電気的に電気信号への変換および変換中止を切り替えるものであっても良い。
【００１６】
受光部２は受信した制御信号１１に応じて撮像した映像を電気信号の画像データに変換する。制御信号１１の情報は露光開始時間および露光終了時間からなる。信号処理部３は電気信号に変換された画像データを増幅し、またはノイズの除去を行う。バッファメモリ４は信号処理部３により信号処理された画像データを一時的に記憶する。
【００１７】
算出部５は信号処理部３から出力された画像データの全部または一部からフレームごとの画像データの輝度値を算出する。輝度の算出に用いる画像データは、背景部分などフレーム間で変化の小さい部分を用いる。変化の小さい部分を用いることにより、蛍光灯などの外部光源の輝度変化に依存した画像データの輝度変化を算出することが出来る。輝度値の算出方法についての詳細は後述する。
【００１８】
位相調整部６は複数の画像データ間の輝度の大小関係に基づいて外部光源の輝度周期に対するフレーム撮影周期の移相方向を決定する。本実施例において、移相方向の決定は、複数の画像データ間の輝度の大小関係とあらかじめ用意したテーブルとを比較することにより実行する。位相調整部６は決定した移相方向に応じた移相信号１０を受光制御部７へ出力する。移相方向の決定方法についての詳細は後述する。
【００１９】
受光制御部７は位相調整部６が決定した移相方向に応じて移相した後のフレーム撮影周期で制御信号１１を出力する。フレーム撮影周期を移相する基準はタイミング制御部８から受信するクロック信号１３である。フレーム撮影周期の移相量は受光制御部７にあらかじめ記憶されている。受光制御部７は移相信号１０に応じて移相量を加減算する。受光制御部７は決定した移相量に応じて制御信号１１を出力する。
【００２０】
受光制御部７は制御信号１１を出力するごとに制御信号１１の出力回数をカウントするカウンタを有する。カウンタのカウント値は撮影装置１の初期化時に‘−１’にリセットする。受光制御部７は移相量を変更した後の移相信号１０の出力と同時に、カウンタによりカウントした値をフレーム番号１２として算出部５に出力する。算出部５はフレーム番号１２を受信した後に入力された画像データに基づいて、各フレームにおける画像データの特定領域の平均値を算出する。フレーム番号１２をトリガとすることにより、移相量変更後の画像データの輝度情報を取り込むことが出来る。受光制御部７の制御方法についての詳細は後述する。
【００２１】
タイミング制御部８はバッファメモリ４が一時記憶した画像データを出力するタイミングおよび受光制御部７が制御信号１１を出力する周期の基準となるクロックを生成し出力する。
【００２２】
以上の通りフレーム撮影周期を外部光源の周期に対してずらすことにより、周期的に輝度が変動する外部光源を用いて一定輝度の画像を撮影する撮影装置を提供することが出来る。
【００２３】
図２は外部光源の輝度変動とフレーム撮影タイミングとの関係図である。図２のＡは受光制御部７で移相する前の外部光源の輝度変動とフレーム撮影タイミングとの関係を示す。図２のＢは画像データの輝度が大きくなるように移相した後の外部光源の輝度変動とフレーム撮影タイミングとの関係を示す。
【００２４】
図２のＡにおいて横軸は時間であり、縦軸は輝度である。正弦波２０は外部光源の輝度変動を示している。本実施例において外部光源は１／１００秒の周期で変動している。フレーム撮影タイミング２１、２２、２３は受光部２におけるフレーム撮影タイミングを示している。
【００２５】
図２のＡにおいて、閾値２７は撮影した画像データに求められる最低輝度である。閾値２７は撮影した画像の利用目的に応じて適宜設定すればよい。撮影した画像データから読み取るべき情報として、走行中の電車の行き先表示や、走行中の自動車の車載ナンバーなど移動物体の表面に記載された文字情報がある。撮影した画像データからこのような情報を認識するためには、撮影した画像データの輝度が閾値２７以上となる必要があるとする。フレーム撮影タイミング２１で撮影される画像データの輝度は閾値２７を下回っている。よってフレーム撮影タイミング２１で撮影された画像データからは読み取るべき情報が認識できない可能性がある。
【００２６】
図２のＢにおいて、受光制御部７の移相処理によりフレーム撮影タイミング２４、２５、２６は図２のＡのフレーム撮影タイミング２１、２２、２３よりもマイナス方向にそれぞれ移相している。移相した結果、フレーム撮影タイミング２１において閾値２７を下回っていた画像データの輝度は、フレーム撮影タイミング２４において閾値２７を上回っている。
【００２７】
以上の通り、フレーム撮影周期を外部光源の輝度変動周期に対して移相することにより、全てのフレーム撮影タイミングにおける画像データの輝度を基準値以上の値とすることが出来る。
【００２８】
図３は隣接するフレーム各々の輝度の大小関係に応じて位相調整部６における移相方向を決定する方法を説明する図である。図３の実施例において外部光源の周期は１／１００秒であり、フレーム撮影周期は１／６０秒である。図３のＡは隣接するフレーム各々の輝度と移相量との関係図である。図３のＢは隣接するフレーム間の輝度の大小関係と、輝度の最小値を大きく設定したい場合のフレーム撮影周期の移相方向を定義したテーブル図である。
【００２９】
外部光源を用いて撮影したフレームの画像データにおけるある領域の輝度の平均値について、平均値の変動量の最大値をＫ、外部光源の輝度を周期Ｔのｓｉｎ波とすると、ある時刻ｔの輝度平均値の変動量Ｄ（ｔ）は、Ｄ（ｔ）＝Ｋ×ｓｉｎ（ｔ＋α）となる。ここで、αは受光部２のシャッター周期と外部光源の輝度周期との位相差である。
【００３０】
受光部２のフレーム撮影周期が１／６０秒の場合、Ｎフレーム目の撮影タイミングである時刻１／６０×Ｎ秒における輝度平均値の変動量は、Ｄ（１／６０×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（１／６０×Ｎ＋α）となる。ここで１／６０秒をＴで表現すると、Ｔ＝１／１００より、１／６０＝５Ｔ／３となる。よって輝度平均値の変動量はＤ（５Ｔ／３×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（５Ｔ／３×Ｎ＋α）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ／３×Ｎ＋α）となる。
【００３１】
輝度平均値の変動量Ｄ（５Ｔ／３×Ｎ）の式は、フレーム番号Ｎを３で割ったときの余りに応じて、余りが０のときＤ（５Ｔ／３×０）＝Ｋ×ｓｉｎ（α）、余りが１のときＤ（５Ｔ／３×１）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ／３＋α）、余りが２のときＤ（５Ｔ／３×２）＝Ｋ×ｓｉｎ（Ｔ／３＋α）となる。つまりＮフレーム目の画像データの輝度は３つの式の何れかのパターンで変化する。よって、隣接する３つのフレームにおける画像データの輝度を比較することにより、輝度の大小関係から受光部２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度周期との位相差であるαがどの程度であるかを推測することが出来る。
【００３２】
図３のＡにおいて、画像番号３０、３１、３２はフレーム撮影周期の移相量に対する、隣接する３つのフレームの輝度の変動量の変化である。外部光源の周期とフレーム撮影周期との位相差αに応じて、画像番号３０、３１、３２の大小関係は変化する。区間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは移相量に対する画像データの輝度の変動量の変化の一定の区間を示す。位相４３、４５、４７は３つの画像番号３０、３１、３２の輝度が変動量の最大値(正の最大値)になる位相を示す。位相４４、４６、４８は３つの画像番号３０、３１、３２の輝度が変動量の最小値(負の最大値)になる位相を示す。３つの画像番号３０、３１、３２の輝度をある基準値よりも大きくなるように設定したい場合は、輝度の変動量を正の最大値の方向にするために、外部光源の輝度変動周期に対するフレーム撮影周期の位相を位相４３、４５、４７に向かって調整する。３つの画像番号３０、３１、３２の輝度をある基準値よりも小さくなるように設定したい場合は、輝度の変動量を負の最大値の方向にするために、外部光源の輝度変動周期に対するフレーム撮影周期の位相を位相４４、４６、４８に向かって調整する。ここで、基準値は変動量±Ｋの範囲内で設定されるものとする。
【００３３】
撮影したフレームの画像データにおけるある領域の輝度の平均値の変動量を算出するには、図３のＡにおいて、変動量ゼロの場合の輝度値が既知でなければならない。しかし、当該フレームの画像データのみからでは算出が困難である。そこで、複数のフレームの変動量の大小関係と輝度値そのものの大小関係は一致することを利用する。つまり、図３のＡにおける、画像番号３０、３１、３２の変動量の関係が画像番号３０＞画像番号３２＞画像番号３１である場合、輝度値そのものの関係も同じ大小関係となるはずである。よって図３のＡはフレーム撮影周期の移相量に対する、隣接する３つのフレームの輝度値の関係に相当する。
【００３４】
図３のＢにおいて、列３３、３４、３５は画像番号３０、３１、３２の輝度の大小関係を示した移相方向テーブルである。列３６は画像番号３０、３１、３２の大小関係に対応する移相方向を示す。
【００３５】
図３のＢにおいて、行３７から行４２は画像番号３０、３１、３２の輝度の大小関係に対する移相方向を示す。行３７は、画像番号３０の輝度が最も大きく、画像番号３２の輝度が２番目に大きく、画像番号３１の輝度が最も小さい場合には画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ａにあることを示している。また行３７は、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期が区間Ａにある場合には、フレーム撮影周期を正方向‘＋’に移相させることを示している。
【００３６】
行３８は、画像番号３０の輝度が最も大きく、画像番号３１の輝度が２番目に大きく、画像番号３２の輝度が最も小さい場合には、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｂにあることを示している。また行３８は、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期が区間Ｂにある場合には、フレーム撮影周期を負方向‘−’に移相させることを示している。
【００３７】
行３９は、画像番号３１の輝度が最も大きく、画像番号３０の輝度が２番目に大きく、画像番号３２の輝度が最も小さい場合には、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｃにあることを示している。また行３９は、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期が区間Ｃにある場合には、フレーム撮影周期を正方向に移相させることを示している。
【００３８】
行４０は、画像番号３１の輝度が最も大きく、画像番号３２の輝度が２番目に大きく、画像番号３０の輝度が最も小さい場合には、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｄにあることを示している。また行４０は、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期が区間Ｄにある場合には、フレーム撮影周期を負方向に移相させることを示している。
【００３９】
行４１は、画像番号３２の輝度が最も大きく、画像番号３１の輝度が２番目に大きく、画像番号３０の輝度が最も小さい場合には、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｅにあることを示している。また行４１は、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期が区間Ｅにある場合には、フレーム撮影周期を正方向に移相させることを示している。
【００４０】
行４２は、画像番号３２の輝度が最も大きく、画像番号３０の輝度が２番目に大きく、画像番号３１の輝度が最も小さい場合には、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｆにあることを示している。また行４２は、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期が区間Ｆにある場合には、フレーム撮影周期を負方向に移相させることを示している。
【００４１】
位相調整部６は算出部５から出力された３つの隣接するフレームの輝度の大小関係を比較する。位相調整部６は比較結果と図３のＢのテーブルを比較し、フレーム撮影周期の移相方向を決定する。図３のＢの移相方向テーブルと比較することにより、フレーム撮影周期の位相を効率よく変更することが出来る。
【００４２】
図４は算出部５においてフレームから画像データの平均値を算出する方法を説明するための図である。図４のＡは隣接するフレームの画像データのイメージ図であり、図４のＢは算出部５から出力する輝度平均値テーブル５４である。
【００４３】
図４のＡにおいて、画像データ５１、５２、５３は３つの隣接するフレームの画像データのイメージ図である。画像データ５１、５２、５３は撮影した順番に算出部５に入力される。
【００４４】
画像データ５１において、特定領域５０は画像データの色差の変化が小さい領域を示す。特定領域は画像データ５２、５３についても同一の領域である。特定領域５０は自動車などの移動物体を撮影する可能性の低い領域である。色差の変化が小さい領域を選択し、その領域の単位面積当りの平均値を算出することにより、外部光源の周期的な変化のみに対応した画像データの輝度平均値の変化を抽出することが出来る。
【００４５】
図４のＢは抽出された画像データの輝度平均値に番号をつけた輝度平均値テーブル５４である。輝度平均値テーブル５４において、列５５は算出した輝度平均値に対応する画像番号を示す。算出部５は受光制御部７から受信したフレーム番号１２を３で割った余りを画像番号として算出する。算出部５は算出した画像番号と列５５の画像番号とを対応させ、対応する列５６に算出した輝度平均値を書きこむ。
【００４６】
列５６は特定領域５０におけるフレームごとの輝度平均値である。列５６のデータはフレームごとの輝度の大小関係を比較するために用いる。したがって、画像データごとに抽出する輝度値は、例えば特定領域５０の輝度の合計値であってもよい。
【００４７】
行５７は画像番号‘０’に対応するフレームにおける輝度平均値が‘１３５’であることを示している。行５８は画像番号‘１’に対応するフレームにおける輝度平均値が‘１００’であることを示している。行５９は画像番号‘２’に対応するフレームにおける輝度平均値が‘１２５’であることを示している。
【００４８】
以上の通り、画像番号に対応したフレームごとの輝度平均値を位相調整部６に送信することが出来る。位相調整部６は受信した輝度平均値に基づいて適切な移相方向を判定することが出来る。
【００４９】
図５は算出部５における輝度平均値の算出処理フローである。算出部５は受光制御部７からフレーム番号１２を受信するまで待機状態を維持する（Ｓ１、ＮＯ）。算出部５はフレーム番号１２を受信すると（Ｓ１、ＹＥＳ）、受信後に入力された画像データの特定領域５０の輝度データを抽出する（Ｓ２）。算出部５は抽出された輝度データに基づいて単位面積当りの輝度平均値を算出する（Ｓ３）。
【００５０】
算出部５は受信したフレーム番号１２が算出した輝度平均値に対応するものとしてフレーム番号１２を３で割り、その余りを求める。算出部５は求めた余りを算出した輝度平均値の画像番号として設定する（Ｓ４）。算出部５は画像番号と、画像番号に対応する輝度平均値を位相調整部６へ出力する（Ｓ６）。
【００５１】
以上の通り算出部５は、画像番号に対応したフレームごとの輝度平均値をもとめ、これを位相調整部６に送信することができる。
【００５２】
図６は位相調整部６における移相方向決定処理フローである。位相調整部６は、算出部５から受信した輝度平均値が一定範囲に定まっているかを判定するための閾値を設けていても良い。この場合、位相調整部６はシャッター周期を移相した後の画像の画像データに基づく輝度平均値を閾値と比較した結果に応じてシャッター周期をさらに移相するか否かを判定する。
【００５３】
図２において前述したように、撮影装置１において撮影する各画像データの輝度平均値が閾値以上であることを求められている場合、位相調整部６は算出した輝度平均値と設定した閾値とを比較する。比較の結果、いずれかの輝度平均値が閾値よりも小さい場合（Ｓ７、ＹＥＳ）、位相調整部６は受信した輝度平均値テーブル５４に基づいて、画像番号ごとの輝度平均値の大小関係を比較する（Ｓ１１）。例えば図３の実施例においては、画像番号０と画像番号１に対応する輝度平均値を比較し、画像番号０と画像番号２に対応する輝度平均値を比較し、画像番号１と画像番号２に対応する輝度平均値を比較する。
【００５４】
すべての輝度平均値が閾値以上である場合（Ｓ７、ＮＯ）、位相調整部６は移相処理を終了する。なお、閾値を設けることなく、輝度平均値の最小値が最も大きい値に収束するまで処理を続けても良い。
【００５５】
位相調整部６は図３のＢの移相方向テーブルを参照し、画像番号０、１、２に対応する輝度平均値の大小関係の比較結果と、移相方向テーブルにおける画像番号３０、３１、３２の大小関係とを比較する（Ｓ１４）。位相調整部６は比較した結果に基づいて移相方向テーブルから移相方向を決定する（Ｓ１５）。画像番号３０と画像番号０、画像番号３１と画像番号１、および画像番号３２と画像番号２はそれぞれ同一のフレームに対応している。位相調整部６は決定した移相方向に対応する移相信号１０を受光制御部７へ出力する（Ｓ１６）。
【００５６】
以上の通り位相調整部６は、算出部５から受信した輝度平均値テーブル５４に基づいて最適な移相方向を決定することが出来る。
【００５７】
図７は受光制御部７における受光制御処理フローである。受光制御部７は受信した移相方向およびあらかじめ設定された移相量に基づいて移相量を決定する（Ｓ２１）。受光制御部７は決定した移相量に応じて、タイミング制御部８から受信したクロック信号１３の位相をずらす（Ｓ２２）。受光制御部７にあらかじめ設定された移相量は、輝度平均値の閾値に対する位相と輝度平均値の最大値に対する位相との位相差よりも小さい値にするのが望ましい。また受光制御部７は位相調整部６から受信した移相方向の情報が変化した場合に移相量をより小さく設定しても良い。輝度平均値の最大値に近づくほど移相量を小さくすることにより、受光制御部７はクロック信号１３の位相をより目標値に近い値に設定することが出来る。受光制御部７の移相量は他の実施例において同様に設定しても良い。
【００５８】
受光制御部７は移相したクロック信号１３のタイミングで制御信号１１を受光部２に出力する（Ｓ２３）。受光制御部７は制御信号１１を出力するごとにカウンタをカウントアップする（Ｓ２４）。受光制御部７はカウンタのカウント値をフレーム番号１２として算出部５に出力する。制御信号１１とフレーム番号１２の出力タイミングを同期させることにより、算出部５が受信する制御信号１１のタイミングで撮影された画像データとその画像データに対応するフレーム番号１２を対応させることが出来る。
【００５９】
以上の通り、受光制御部７は位相調整部６で決定した移相方向に応じて移相量を設定し、設定した移相量に応じて受光部２のフレーム撮影周期を調整することが出来る。
【００６０】
図８は外部光源の輝度周期とシャッター周期とが同期する場合に位相調整部６における移相方向を決定する方法を説明する図である。図８の実施例において外部光源の周期は１／１００秒であり、フレーム撮影周期の周期は１／５０秒である。図８のＡは隣接するフレーム各々の輝度と移相量との関係図である。図８のＢは隣接するフレーム間の輝度の大小関係と、輝度の最小値を大きく設定したい場合のフレーム撮影周期の移相方向との関係図である。
【００６１】
外部光源を用いて撮影した画像データにおける特定領域５０の輝度の平均値について、平均値の変動量の最大値をＫ、外部光源の輝度を周期Ｔのｓｉｎ波とすると、ある時刻ｔの輝度平均値の変動量Ｄ（ｔ）は、Ｄ（ｔ）＝Ｋ×ｓｉｎ（ｔ＋α）となる。ここで、αは受光部２のシャッター周期と外部光源の輝度周期との位相差である。
【００６２】
受光部２のシャッター周期が１／５０秒の場合、Ｎフレーム目の撮影タイミングである時刻１／５０×Ｎ秒における輝度平均値の変動量は、Ｄ（１／５０×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（１／５０×Ｎ＋α）となる。ここで１／５０をＴで表現すると、Ｔ＝１／１００より、１／５０＝２Ｔとなる。よって輝度平均値の変動量はＤ（２Ｔ×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ×Ｎ＋α）となる。つまりＮフレーム目の画像データの輝度はフレーム番号によらず一定の値となり、シャッター周期と外部光源の輝度周期との位相差によってのみ変化する。
【００６３】
そこで、受光制御部７は複数の画像における画像データの輝度平均値の大きさが全て同じ場合に、画像ごとに受光するタイミングをずらす。さらに位相調整部６は受光タイミングをずらす前の輝度平均値と受光タイミングをずらした後の輝度平均値との大小関係に応じて、移相方向を決定する。
【００６４】
より具体的には、フレーム番号Ｎを３で割って、余りが０となるフレームの撮影タイミングを位相β早く設定し、余りが１となるフレームの撮影タイミングの位相はずらさず、余りが２となるフレームの撮影タイミングを位相β遅く設定する。意図的に位相をずらすことにより、フレームごとの輝度平均値の変動量はＤ（２Ｔ×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ×Ｎ＋α−β）、Ｄ（２Ｔ×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ×Ｎ＋α）、Ｄ（２Ｔ×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ×Ｎ＋α＋β）の３つのパターンに分かれる。
【００６５】
意図的に３つのパターンに分けた隣接する３つのフレームにおける画像データの輝度を比較することにより、輝度の大小関係から受光部２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度周期との位相差がどの程度であるかを推測することが出来る。
【００６６】
図８のＡにおいて、画像番号６０、６１、６２はフレーム撮影周期の移相量に対する、隣接する３つのフレームの輝度の変動量の変化である。外部光源の輝度変動周期とフレーム撮影周期の位相差に応じて、画像番号６０、６１、６２の大小関係は変化する。区間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは移相量に対する画像データの輝度変化の一定の区間を示す。位相７５は３つの画像番号６０、６１、６２の輝度の変動量の最大値の位相を示す。位相７６は３つの画像番号６０、６１、６２の輝度の変動量の最小値の位相を示す。３つの画像番号６０、６１、６２の輝度をある基準値よりも大きくなるように設定したい場合は、外部光源に対するフレーム撮影周期の位相を位相７５に向かって調整すればよい。３つの画像番号６０、６１、６２の輝度をある基準値よりも小さくなるように設定したい場合は、外部光源に対するフレーム撮影周期の位相を位相７６に向かって調整すればよい。ここで、基準値は変動量±Ｋの範囲内で設定されるものとする。
【００６７】
撮影したフレームの画像データにおけるある領域の輝度の平均値の変動量を算出するには、図８のＡにおいて、変動量ゼロの場合の輝度値が既知でなければならない。しかし、当該フレームの画像データのみからでは算出が困難である。そこで、複数のフレームの変動量の大小関係と輝度値そのものの大小関係は一致することを利用する。つまり、図８のＡにおける、画像番号６０、６１、６２の変動量の関係が画像番号６２＞画像番号６１＞画像番号６０である場合、輝度値そのものの関係も同じ大小関係となるはずである。よって図８のＡはフレーム撮影周期の移相量に対する、隣接する３つのフレームの輝度値の関係に相当する。
【００６８】
図８のＢにおいて、列６３、６４、６５は画像番号６０、６１、６２の輝度の大小関係を示した移相方向テーブルである。列６６は画像番号６０、６１、６２の大小関係に対応する移相方向を示す。
【００６９】
図８のＢにおいて、行６７から行７２は画像番号６０、６１、６２の輝度の大小関係に対する移相方向を示す。行６７は、画像番号６０の輝度が最も大きく、画像番号６２の輝度が２番目に大きく、画像番号６１の輝度が最も小さい場合には画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ａにあることを示している。また行６７は、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期が区間Ａにある場合には、フレーム撮影周期を正方向‘＋’に移相させることを示している。
【００７０】
行６８は、画像番号６１の輝度が最も大きく、画像番号６０の輝度が２番目に大きく、画像番号６２の輝度が最も小さい場合には、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｂにあることを示している。また行６８は、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期が区間Ｂにある場合には、フレーム撮影周期を現状のまま維持することを示している。
【００７１】
行６９は画像番号６１の輝度が最も大きく、画像番号６２の輝度が２番目に大きく、画像番号６０の輝度が最も小さい場合には、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｃにあることを示している。また行６９は画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期が区間Ｃにある場合には、フレーム撮影周期を現状のまま維持することを示している。
【００７２】
行７０は画像番号６２の輝度が最も大きく、画像番号６１の輝度が２番目に大きく、画像番号６０の輝度が最も小さい場合には、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｄにあることを示している。また行７０は画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期が区間Ｄにある場合には、フレーム撮影周期を負方向に移相させることを示している。
【００７３】
行７１は画像番号６２の輝度が最も大きく、画像番号６１の輝度が２番目に大きく、画像番号６０の輝度が最も小さい場合には、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｅにあることを示している。また行７１は画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期が区間Ｅにある場合には、フレーム撮影周期を負方向に移相させることを示している。
【００７４】
行７２は画像番号６０の輝度が最も大きく、画像番号６２の輝度が２番目に大きく、画像番号６１の輝度が最も小さい場合には、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｆにあることを示している。また行７２は画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期が区間Ｆにある場合には、フレーム撮影周期を正方向に移相させることを示している。
【００７５】
位相調整部６は算出部５から出力された３つの隣接するフレームの輝度の大小関係を比較する。位相調整部６は比較結果と図８のＢのテーブルを比較し、フレーム撮影周期の移相方向を決定する。図８のＢのテーブルと比較することにより、フレーム撮影周期の位相を効率よく変更することが出来る。
【００７６】
図９はシャッター周期が外部光源の周期にさらに近づいた場合の、位相調整部６における移相方向を決定する方法を説明する図である。図９の実施例において外部光源の周期は１／１００秒であり、フレーム撮影周期は１／８０秒である。図９のＡは隣接するフレーム各々の輝度と移相量との関係図である。図９のＢは隣接するフレーム間の輝度の大小関係と、輝度の最小値を大きく設定したい場合のフレーム撮影周期の移相方向との関係図である。
【００７７】
外部光源を用いて撮影した画像データにおけるある領域の輝度の平均値について、平均値の変動量の最大値をＫ、外部光源の輝度を周期Ｔのｓｉｎ波とすると、ある時刻ｔの輝度平均値の変動量Ｄ（ｔ）は、Ｄ（ｔ）＝Ｋ×ｓｉｎ（ｔ＋α）となる。ここで、αは受光部２のシャッター周期と外部光源の輝度周期との位相差である。
【００７８】
受光部２のシャッター周期が１／８０秒の場合、Ｎフレーム目の撮影タイミングである時刻１／８０×Ｎ秒における輝度平均値の変動量は、Ｄ（１／８０×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（１／８０×Ｎ＋α）となる。ここで１／８０をＴで表現すると、Ｔ＝１／１００より、１／８０＝５Ｔ／４となる。よって輝度平均値の変動量はＤ（５Ｔ／４×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（５Ｔ／４×Ｎ＋α）＝Ｋ×ｓｉｎ（Ｔ／４×Ｎ＋α）となる。
【００７９】
輝度平均値の変動量Ｄ（５Ｔ／４×Ｎ）の式は、フレーム番号Ｎを４で割った余りに応じて、余りが０の場合Ｄ（５Ｔ／４×０）＝Ｋ×ｓｉｎ（α）、余りが１の場合Ｄ（５Ｔ／４×１）＝Ｋ×ｓｉｎ（Ｔ／４＋α）、余りが２の場合Ｄ（５Ｔ／４×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ／４＋α）、余りが３の場合Ｄ（５Ｔ／４×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（３Ｔ／４＋α）となる。つまりフレームの輝度変化は４つの式のいずれかのパターンで表すことができる。
【００８０】
よって、隣接する４つのフレームにおける画像データの輝度を比較することにより、輝度の大小関係から受光部２のシャッター周期と外部光源の輝度周期との位相差がどの程度であるかを推測することが出来る。
【００８１】
図９のＡにおいて、画像番号８０、８１、８２、８３はフレーム撮影周期の移相量に対する、隣接する４つのフレームの輝度の変動量の変化である。外部光源の周期とフレーム撮影周期の位相差に応じて、画像番号８０、８１、８２、８３の大小関係は変化する。
【００８２】
区間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは位相差αに対する画像データの輝度の変動量の変化の一定の区間を示す。位相９７、９８、９９、１００は４つの画像番号８０、８１、８２、８３の輝度の変動量のうち２つが同じ値で最大となり、かつ画像番号８０、８１、８２、８３の輝度の変動量のうちの２つが同じ値で最小となる位相を示す。
【００８３】
撮影したフレームの画像データにおけるある領域の輝度の平均値の変動量を算出するには、図９のＡにおいて、変動量ゼロの場合の輝度値が既知でなければならない。しかし、当該フレームの画像データのみからでは算出が困難である。そこで、複数のフレームの変動量の大小関係と輝度値そのものの大小関係は一致することを利用する。つまり、図９のＡにおける、画像番号８０、８１、８２、８３の変動量の関係が画像番号８０＞画像番号８１＞画像番号８３＞画像番号８２である場合、輝度値そのものの関係も同じ大小関係となるはずである。よって図９のＡはフレーム撮影周期の移相量に対する、隣接する４つのフレームの輝度値の関係に相当する。
【００８４】
図９のＢにおいて、列８４、８５、８６、８７は画像番号８０、８１、８２、８３の輝度の大小関係を示した移相方向テーブルである。列８８は画像番号８０、８１、８２、８３の大小関係に対応する移相方向を示す。
【００８５】
図９のＢにおいて、行８９から行９６は画像番号８０、８１、８２、８３の輝度の大小関係に対する移相方向を示す。行８９は、画像番号８１の輝度が最も大きく、画像番号８０の輝度が２番目に大きく、画像番号８２の輝度が３番目に大きく、画像番号８３の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ａにあることを示している。列８４、８５、８６、８７における１から４までの数字は、数値が小さいほど輝度が大きいことを示している。また行８９は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ａにある場合には、フレーム撮影周期を正方向‘＋’に移相させることを示している。
【００８６】
行９０は、画像番号８０の輝度が最も大きく、画像番号８１の輝度が２番目に大きく、画像番号８３の輝度が３番目に大きく、画像番号８２の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｂにあることを示している。また行９０は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｂにある場合には、フレーム撮影周期を負方向‘−’に移相させることを示している。
【００８７】
行９１は、画像番号８０の輝度が最も大きく、画像番号８３の輝度が２番目に大きく、画像番号８１の輝度が３番目に大きく、画像番号８２の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｃにあることを示している。また行９１は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｃにある場合には、フレーム撮影周期を正方向‘＋’に移相させることを示している。
【００８８】
行９２は、画像番号８３の輝度が最も大きく、画像番号８０の輝度が２番目に大きく、画像番号８２の輝度が３番目に大きく、画像番号８１の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｄにあることを示している。また行９２は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｄにある場合には、フレーム撮影周期を負方向‘−’に移相させることを示している。
【００８９】
行９３は、画像番号８３の輝度が最も大きく、画像番号８２の輝度が２番目に大きく、画像番号８０の輝度が３番目に大きく、画像番号８１の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｅにあることを示している。また行９３は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｅにある場合には、フレーム撮影周期を正方向‘＋’に移相させることを示している。
【００９０】
行９４は、画像番号８２の輝度が最も大きく、画像番号８３の輝度が２番目に大きく、画像番号８１の輝度が３番目に大きく、画像番号８０の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｆにあることを示している。また行９４は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｆにある場合には、フレーム撮影周期を負方向‘−’に移相させることを示している。
【００９１】
行９５は、画像番号８２の輝度が最も大きく、画像番号８１の輝度が２番目に大きく、画像番号８３の輝度が３番目に大きく、画像番号８０の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｇにあることを示している。また行９５は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｆにある場合には、フレーム撮影周期を正方向‘＋’に移相させることを示している。
【００９２】
行９６は、画像番号８１の輝度が最も大きく、画像番号８２の輝度が２番目に大きく、画像番号８０の輝度が３番目に大きく、画像番号８３の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｈにあることを示している。また行９６は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｈにある場合には、フレーム撮影周期を負方向‘−’に移相させることを示している。
【００９３】
位相調整部６は算出部５から出力された４つの隣接するフレームの輝度の大小関係を比較する。位相調整部６は比較結果と図９のＢのテーブルを比較し、フレーム撮影周期の移相方向を決定する。図９のＢのテーブルと比較することにより、フレーム撮影周期の位相を効率よく変更することが出来る。
【符号の説明】
【００９４】
１ 撮影装置
２ 受光部
３ 信号処理部
４ バッファメモリ
５ 算出部
６ 位相調整部
７ 受光制御部
８ タイミング制御部
９ レンズ
１０ 移相信号
１１ 制御信号
１２ フレーム番号
１３ クロック信号
１４ 外部光源
５０ 特定領域
５１、５２、５３ 画像データ
５４ 輝度平均値テーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続して画像を撮影する撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速に移動する物体の情報を正確にとらえるため、一定のフレーム撮影周期で画像を撮影する撮影装置が用いられる。例えばＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）方式の撮影装置は時速１００ｋｍ程度の速度で走行する物体を毎秒６０フレームで撮影する。ここでフレームは連続して撮影される静止画の画像である。
【０００３】
遅いシャッター速度で高速に移動する物体を撮影すると、フレームごとの画像データに残像が生じる。画像データに残像があると、物体の表面に記載された文字などの情報を正確に読み取ることが出来ない。残像を無くして高速で移動する物体の情報を正確に読み取るには、シャッター速度を１／２０００秒程度にする必要がある。
【０００４】
シャッター速度を短くすると受光素子への露光時間が短くなるため、物体の情報を正確に読み取るだけの画像データの輝度が確保できなくなる。そこでＮＴＳＣ方式などの規格で定められているフレーム周期と同一周期でフラッシュを発光するストロボが用いられる。フレームの撮影と同じタイミングでフラッシュを発光させることにより、シャッター速度を速くしたために不足する光量を補うことが出来る。
【０００５】
撮影装置の撮影対象の近くに蛍光灯や水銀灯などの輝度の大きい外部光源がある場合、ストロボを用いなくても充分な輝度を確保できる場合がある。ストロボが不要になると撮影装置をより小型化、低価格化することができる。
【０００６】
しかし、外部光源の変動周期と画像撮影周期の関係により、撮影するタイミングによっては光量が大きすぎる場合や、十分な光量を確保できない場合がある。例えば５０Ｈｚで電力供給されている東日本で撮影する場合、蛍光灯の変動周期は１００Ｈｚとなる。これに対してＮＴＳＣ方式での画像撮影周期は１／６０秒であるため、撮影のタイミングによって画像データの輝度が大きくなったり小さくなったりする。輝度が大きすぎるとハレーションの原因になり、輝度が小さすぎると露光不足となるため、いずれも画像認識に不都合となる。
【０００７】
以下の特許文献には撮影装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１６３８３２号公報
【特許文献２】特開２００９−１７２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一実施例では、周期的に輝度が変動する外部光源の照明環境の下で一定輝度の画像を撮影する撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、第一周期で輝度が変動する光源の照明環境の下で複数の画像を撮影する撮影装置は、シャッターのオンオフを第二周期で行う制御信号に応じて該画像を撮影する受光部と、撮影した該画像ごとの画像データの輝度値を算出する算出部と、算出した該画像ごとの該画像データの輝度値の大小関係に基づいて該第一周期に対する該第二周期の移相方向を決定する位相調整部と、決定した該移相方向に応じて移相した後の該第二周期で該制御信号を出力する受光制御部とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
実施形態によれば、周期的に輝度が変動する外部光源の照明環境の下で一定輝度の画像を撮影する撮影装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】撮影装置のブロック図である。
【図２】Ａは移相前の外部光源の輝度変動とフレーム撮影タイミングとの関係図である。Ｂは移相後の外部光源の輝度変動と移相したフレーム撮影タイミングとの関係図である。
【図３】Ａは隣接するフレーム各々の輝度と移相量との関係図である。Ｂは隣接するフレーム間の輝度の大小関係とフレーム撮影の移相方向を定義したテーブル図である。
【図４】Ａは隣接するフレームの画像データのイメージ図である。Ｂは算出部から出力する輝度平均値テーブルである
【図５】算出部における輝度平均値の算出処理フローである。
【図６】位相調整部における移相方向決定処理フローである。
【図７】受光制御部における受光制御処理フローである。
【図８】Ａは隣接するフレーム各々の輝度と移相量との関係図である。Ｂは隣接するフレーム間の輝度の大小関係と、フレーム撮影周期の移相方向との関係図である。
【図９】Ａは隣接するフレーム各々の輝度と移相量との関係図である。Ｂは隣接するフレーム間の輝度の大小関係と、フレーム撮影周期の移相方向との関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施の形態について説明する。なお、各実施形態における構成の組み合わせも本発明の実施形態に含まれる。
【００１４】
図１は本実施例に係る撮影装置１のブロック図である。撮影装置１はレンズ９、受光部２、信号処理部３、バッファメモリ４、タイミング制御部８、算出部５、位相調整部６、受光制御部７を有する。外部光源１５は撮影装置１の外部に設置されている。
【００１５】
レンズ９は外部から入光する光を集光し、受光部２へ送る。受光部２はフレーム撮影周期でシャッターのオンオフを行う制御信号１１に応じて動画を構成するフレームを撮影する。シャッターは機械的に撮像および遮像を切り替えるものであっても良いし、電気的に電気信号への変換および変換中止を切り替えるものであっても良い。
【００１６】
受光部２は受信した制御信号１１に応じて撮像した映像を電気信号の画像データに変換する。制御信号１１の情報は露光開始時間および露光終了時間からなる。信号処理部３は電気信号に変換された画像データを増幅し、またはノイズの除去を行う。バッファメモリ４は信号処理部３により信号処理された画像データを一時的に記憶する。
【００１７】
算出部５は信号処理部３から出力された画像データの全部または一部からフレームごとの画像データの輝度値を算出する。輝度の算出に用いる画像データは、背景部分などフレーム間で変化の小さい部分を用いる。変化の小さい部分を用いることにより、蛍光灯などの外部光源の輝度変化に依存した画像データの輝度変化を算出することが出来る。輝度値の算出方法についての詳細は後述する。
【００１８】
位相調整部６は複数の画像データ間の輝度の大小関係に基づいて外部光源の輝度周期に対するフレーム撮影周期の移相方向を決定する。本実施例において、移相方向の決定は、複数の画像データ間の輝度の大小関係とあらかじめ用意したテーブルとを比較することにより実行する。位相調整部６は決定した移相方向に応じた移相信号１０を受光制御部７へ出力する。移相方向の決定方法についての詳細は後述する。
【００１９】
受光制御部７は位相調整部６が決定した移相方向に応じて移相した後のフレーム撮影周期で制御信号１１を出力する。フレーム撮影周期を移相する基準はタイミング制御部８から受信するクロック信号１３である。フレーム撮影周期の移相量は受光制御部７にあらかじめ記憶されている。受光制御部７は移相信号１０に応じて移相量を加減算する。受光制御部７は決定した移相量に応じて制御信号１１を出力する。
【００２０】
受光制御部７は制御信号１１を出力するごとに制御信号１１の出力回数をカウントするカウンタを有する。カウンタのカウント値は撮影装置１の初期化時に‘−１’にリセットする。受光制御部７は移相量を変更した後の移相信号１０の出力と同時に、カウンタによりカウントした値をフレーム番号１２として算出部５に出力する。算出部５はフレーム番号１２を受信した後に入力された画像データに基づいて、各フレームにおける画像データの特定領域の平均値を算出する。フレーム番号１２をトリガとすることにより、移相量変更後の画像データの輝度情報を取り込むことが出来る。受光制御部７の制御方法についての詳細は後述する。
【００２１】
タイミング制御部８はバッファメモリ４が一時記憶した画像データを出力するタイミングおよび受光制御部７が制御信号１１を出力する周期の基準となるクロックを生成し出力する。
【００２２】
以上の通りフレーム撮影周期を外部光源の周期に対してずらすことにより、周期的に輝度が変動する外部光源を用いて一定輝度の画像を撮影する撮影装置を提供することが出来る。
【００２３】
図２は外部光源の輝度変動とフレーム撮影タイミングとの関係図である。図２のＡは受光制御部７で移相する前の外部光源の輝度変動とフレーム撮影タイミングとの関係を示す。図２のＢは画像データの輝度が大きくなるように移相した後の外部光源の輝度変動とフレーム撮影タイミングとの関係を示す。
【００２４】
図２のＡにおいて横軸は時間であり、縦軸は輝度である。正弦波２０は外部光源の輝度変動を示している。本実施例において外部光源は１／１００秒の周期で変動している。フレーム撮影タイミング２１、２２、２３は受光部２におけるフレーム撮影タイミングを示している。
【００２５】
図２のＡにおいて、閾値２７は撮影した画像データに求められる最低輝度である。閾値２７は撮影した画像の利用目的に応じて適宜設定すればよい。撮影した画像データから読み取るべき情報として、走行中の電車の行き先表示や、走行中の自動車の車載ナンバーなど移動物体の表面に記載された文字情報がある。撮影した画像データからこのような情報を認識するためには、撮影した画像データの輝度が閾値２７以上となる必要があるとする。フレーム撮影タイミング２１で撮影される画像データの輝度は閾値２７を下回っている。よってフレーム撮影タイミング２１で撮影された画像データからは読み取るべき情報が認識できない可能性がある。
【００２６】
図２のＢにおいて、受光制御部７の移相処理によりフレーム撮影タイミング２４、２５、２６は図２のＡのフレーム撮影タイミング２１、２２、２３よりもマイナス方向にそれぞれ移相している。移相した結果、フレーム撮影タイミング２１において閾値２７を下回っていた画像データの輝度は、フレーム撮影タイミング２４において閾値２７を上回っている。
【００２７】
以上の通り、フレーム撮影周期を外部光源の輝度変動周期に対して移相することにより、全てのフレーム撮影タイミングにおける画像データの輝度を基準値以上の値とすることが出来る。
【００２８】
図３は隣接するフレーム各々の輝度の大小関係に応じて位相調整部６における移相方向を決定する方法を説明する図である。図３の実施例において外部光源の周期は１／１００秒であり、フレーム撮影周期は１／６０秒である。図３のＡは隣接するフレーム各々の輝度と移相量との関係図である。図３のＢは隣接するフレーム間の輝度の大小関係と、輝度の最小値を大きく設定したい場合のフレーム撮影周期の移相方向を定義したテーブル図である。
【００２９】
外部光源を用いて撮影したフレームの画像データにおけるある領域の輝度の平均値について、平均値の変動量の最大値をＫ、外部光源の輝度を周期Ｔのｓｉｎ波とすると、ある時刻ｔの輝度平均値の変動量Ｄ（ｔ）は、Ｄ（ｔ）＝Ｋ×ｓｉｎ（ｔ＋α）となる。ここで、αは受光部２のシャッター周期と外部光源の輝度周期との位相差である。
【００３０】
受光部２のフレーム撮影周期が１／６０秒の場合、Ｎフレーム目の撮影タイミングである時刻１／６０×Ｎ秒における輝度平均値の変動量は、Ｄ（１／６０×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（１／６０×Ｎ＋α）となる。ここで１／６０秒をＴで表現すると、Ｔ＝１／１００より、１／６０＝５Ｔ／３となる。よって輝度平均値の変動量はＤ（５Ｔ／３×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（５Ｔ／３×Ｎ＋α）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ／３×Ｎ＋α）となる。
【００３１】
輝度平均値の変動量Ｄ（５Ｔ／３×Ｎ）の式は、フレーム番号Ｎを３で割ったときの余りに応じて、余りが０のときＤ（５Ｔ／３×０）＝Ｋ×ｓｉｎ（α）、余りが１のときＤ（５Ｔ／３×１）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ／３＋α）、余りが２のときＤ（５Ｔ／３×２）＝Ｋ×ｓｉｎ（Ｔ／３＋α）となる。つまりＮフレーム目の画像データの輝度は３つの式の何れかのパターンで変化する。よって、隣接する３つのフレームにおける画像データの輝度を比較することにより、輝度の大小関係から受光部２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度周期との位相差であるαがどの程度であるかを推測することが出来る。
【００３２】
図３のＡにおいて、画像番号３０、３１、３２はフレーム撮影周期の移相量に対する、隣接する３つのフレームの輝度の変動量の変化である。外部光源の周期とフレーム撮影周期との位相差αに応じて、画像番号３０、３１、３２の大小関係は変化する。区間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは移相量に対する画像データの輝度の変動量の変化の一定の区間を示す。位相４３、４５、４７は３つの画像番号３０、３１、３２の輝度が変動量の最大値(正の最大値)になる位相を示す。位相４４、４６、４８は３つの画像番号３０、３１、３２の輝度が変動量の最小値(負の最大値)になる位相を示す。３つの画像番号３０、３１、３２の輝度をある基準値よりも大きくなるように設定したい場合は、輝度の変動量を正の最大値の方向にするために、外部光源の輝度変動周期に対するフレーム撮影周期の位相を位相４３、４５、４７に向かって調整する。３つの画像番号３０、３１、３２の輝度をある基準値よりも小さくなるように設定したい場合は、輝度の変動量を負の最大値の方向にするために、外部光源の輝度変動周期に対するフレーム撮影周期の位相を位相４４、４６、４８に向かって調整する。ここで、基準値は変動量±Ｋの範囲内で設定されるものとする。
【００３３】
撮影したフレームの画像データにおけるある領域の輝度の平均値の変動量を算出するには、図３のＡにおいて、変動量ゼロの場合の輝度値が既知でなければならない。しかし、当該フレームの画像データのみからでは算出が困難である。そこで、複数のフレームの変動量の大小関係と輝度値そのものの大小関係は一致することを利用する。つまり、図３のＡにおける、画像番号３０、３１、３２の変動量の関係が画像番号３０＞画像番号３２＞画像番号３１である場合、輝度値そのものの関係も同じ大小関係となるはずである。よって図３のＡはフレーム撮影周期の移相量に対する、隣接する３つのフレームの輝度値の関係に相当する。
【００３４】
図３のＢにおいて、列３３、３４、３５は画像番号３０、３１、３２の輝度の大小関係を示した移相方向テーブルである。列３６は画像番号３０、３１、３２の大小関係に対応する移相方向を示す。
【００３５】
図３のＢにおいて、行３７から行４２は画像番号３０、３１、３２の輝度の大小関係に対する移相方向を示す。行３７は、画像番号３０の輝度が最も大きく、画像番号３２の輝度が２番目に大きく、画像番号３１の輝度が最も小さい場合には画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ａにあることを示している。また行３７は、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期が区間Ａにある場合には、フレーム撮影周期を正方向‘＋’に移相させることを示している。
【００３６】
行３８は、画像番号３０の輝度が最も大きく、画像番号３１の輝度が２番目に大きく、画像番号３２の輝度が最も小さい場合には、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｂにあることを示している。また行３８は、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期が区間Ｂにある場合には、フレーム撮影周期を負方向‘−’に移相させることを示している。
【００３７】
行３９は、画像番号３１の輝度が最も大きく、画像番号３０の輝度が２番目に大きく、画像番号３２の輝度が最も小さい場合には、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｃにあることを示している。また行３９は、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期が区間Ｃにある場合には、フレーム撮影周期を正方向に移相させることを示している。
【００３８】
行４０は、画像番号３１の輝度が最も大きく、画像番号３２の輝度が２番目に大きく、画像番号３０の輝度が最も小さい場合には、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｄにあることを示している。また行４０は、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期が区間Ｄにある場合には、フレーム撮影周期を負方向に移相させることを示している。
【００３９】
行４１は、画像番号３２の輝度が最も大きく、画像番号３１の輝度が２番目に大きく、画像番号３０の輝度が最も小さい場合には、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｅにあることを示している。また行４１は、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期が区間Ｅにある場合には、フレーム撮影周期を正方向に移相させることを示している。
【００４０】
行４２は、画像番号３２の輝度が最も大きく、画像番号３０の輝度が２番目に大きく、画像番号３１の輝度が最も小さい場合には、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｆにあることを示している。また行４２は、画像番号３０、３１、３２のフレーム撮影周期が区間Ｆにある場合には、フレーム撮影周期を負方向に移相させることを示している。
【００４１】
位相調整部６は算出部５から出力された３つの隣接するフレームの輝度の大小関係を比較する。位相調整部６は比較結果と図３のＢのテーブルを比較し、フレーム撮影周期の移相方向を決定する。図３のＢの移相方向テーブルと比較することにより、フレーム撮影周期の位相を効率よく変更することが出来る。
【００４２】
図４は算出部５においてフレームから画像データの平均値を算出する方法を説明するための図である。図４のＡは隣接するフレームの画像データのイメージ図であり、図４のＢは算出部５から出力する輝度平均値テーブル５４である。
【００４３】
図４のＡにおいて、画像データ５１、５２、５３は３つの隣接するフレームの画像データのイメージ図である。画像データ５１、５２、５３は撮影した順番に算出部５に入力される。
【００４４】
画像データ５１において、特定領域５０は画像データの色差の変化が小さい領域を示す。特定領域は画像データ５２、５３についても同一の領域である。特定領域５０は自動車などの移動物体を撮影する可能性の低い領域である。色差の変化が小さい領域を選択し、その領域の単位面積当りの平均値を算出することにより、外部光源の周期的な変化のみに対応した画像データの輝度平均値の変化を抽出することが出来る。
【００４５】
図４のＢは抽出された画像データの輝度平均値に番号をつけた輝度平均値テーブル５４である。輝度平均値テーブル５４において、列５５は算出した輝度平均値に対応する画像番号を示す。算出部５は受光制御部７から受信したフレーム番号１２を３で割った余りを画像番号として算出する。算出部５は算出した画像番号と列５５の画像番号とを対応させ、対応する列５６に算出した輝度平均値を書きこむ。
【００４６】
列５６は特定領域５０におけるフレームごとの輝度平均値である。列５６のデータはフレームごとの輝度の大小関係を比較するために用いる。したがって、画像データごとに抽出する輝度値は、例えば特定領域５０の輝度の合計値であってもよい。
【００４７】
行５７は画像番号‘０’に対応するフレームにおける輝度平均値が‘１３５’であることを示している。行５８は画像番号‘１’に対応するフレームにおける輝度平均値が‘１００’であることを示している。行５９は画像番号‘２’に対応するフレームにおける輝度平均値が‘１２５’であることを示している。
【００４８】
以上の通り、画像番号に対応したフレームごとの輝度平均値を位相調整部６に送信することが出来る。位相調整部６は受信した輝度平均値に基づいて適切な移相方向を判定することが出来る。
【００４９】
図５は算出部５における輝度平均値の算出処理フローである。算出部５は受光制御部７からフレーム番号１２を受信するまで待機状態を維持する（Ｓ１、ＮＯ）。算出部５はフレーム番号１２を受信すると（Ｓ１、ＹＥＳ）、受信後に入力された画像データの特定領域５０の輝度データを抽出する（Ｓ２）。算出部５は抽出された輝度データに基づいて単位面積当りの輝度平均値を算出する（Ｓ３）。
【００５０】
算出部５は受信したフレーム番号１２が算出した輝度平均値に対応するものとしてフレーム番号１２を３で割り、その余りを求める。算出部５は求めた余りを算出した輝度平均値の画像番号として設定する（Ｓ４）。算出部５は画像番号と、画像番号に対応する輝度平均値を位相調整部６へ出力する（Ｓ６）。
【００５１】
以上の通り算出部５は、画像番号に対応したフレームごとの輝度平均値をもとめ、これを位相調整部６に送信することができる。
【００５２】
図６は位相調整部６における移相方向決定処理フローである。位相調整部６は、算出部５から受信した輝度平均値が一定範囲に定まっているかを判定するための閾値を設けていても良い。この場合、位相調整部６はシャッター周期を移相した後の画像の画像データに基づく輝度平均値を閾値と比較した結果に応じてシャッター周期をさらに移相するか否かを判定する。
【００５３】
図２において前述したように、撮影装置１において撮影する各画像データの輝度平均値が閾値以上であることを求められている場合、位相調整部６は算出した輝度平均値と設定した閾値とを比較する。比較の結果、いずれかの輝度平均値が閾値よりも小さい場合（Ｓ７、ＹＥＳ）、位相調整部６は受信した輝度平均値テーブル５４に基づいて、画像番号ごとの輝度平均値の大小関係を比較する（Ｓ１１）。例えば図３の実施例においては、画像番号０と画像番号１に対応する輝度平均値を比較し、画像番号０と画像番号２に対応する輝度平均値を比較し、画像番号１と画像番号２に対応する輝度平均値を比較する。
【００５４】
すべての輝度平均値が閾値以上である場合（Ｓ７、ＮＯ）、位相調整部６は移相処理を終了する。なお、閾値を設けることなく、輝度平均値の最小値が最も大きい値に収束するまで処理を続けても良い。
【００５５】
位相調整部６は図３のＢの移相方向テーブルを参照し、画像番号０、１、２に対応する輝度平均値の大小関係の比較結果と、移相方向テーブルにおける画像番号３０、３１、３２の大小関係とを比較する（Ｓ１４）。位相調整部６は比較した結果に基づいて移相方向テーブルから移相方向を決定する（Ｓ１５）。画像番号３０と画像番号０、画像番号３１と画像番号１、および画像番号３２と画像番号２はそれぞれ同一のフレームに対応している。位相調整部６は決定した移相方向に対応する移相信号１０を受光制御部７へ出力する（Ｓ１６）。
【００５６】
以上の通り位相調整部６は、算出部５から受信した輝度平均値テーブル５４に基づいて最適な移相方向を決定することが出来る。
【００５７】
図７は受光制御部７における受光制御処理フローである。受光制御部７は受信した移相方向およびあらかじめ設定された移相量に基づいて移相量を決定する（Ｓ２１）。受光制御部７は決定した移相量に応じて、タイミング制御部８から受信したクロック信号１３の位相をずらす（Ｓ２２）。受光制御部７にあらかじめ設定された移相量は、輝度平均値の閾値に対する位相と輝度平均値の最大値に対する位相との位相差よりも小さい値にするのが望ましい。また受光制御部７は位相調整部６から受信した移相方向の情報が変化した場合に移相量をより小さく設定しても良い。輝度平均値の最大値に近づくほど移相量を小さくすることにより、受光制御部７はクロック信号１３の位相をより目標値に近い値に設定することが出来る。受光制御部７の移相量は他の実施例において同様に設定しても良い。
【００５８】
受光制御部７は移相したクロック信号１３のタイミングで制御信号１１を受光部２に出力する（Ｓ２３）。受光制御部７は制御信号１１を出力するごとにカウンタをカウントアップする（Ｓ２４）。受光制御部７はカウンタのカウント値をフレーム番号１２として算出部５に出力する。制御信号１１とフレーム番号１２の出力タイミングを同期させることにより、算出部５が受信する制御信号１１のタイミングで撮影された画像データとその画像データに対応するフレーム番号１２を対応させることが出来る。
【００５９】
以上の通り、受光制御部７は位相調整部６で決定した移相方向に応じて移相量を設定し、設定した移相量に応じて受光部２のフレーム撮影周期を調整することが出来る。
【００６０】
図８は外部光源の輝度周期とシャッター周期とが同期する場合に位相調整部６における移相方向を決定する方法を説明する図である。図８の実施例において外部光源の周期は１／１００秒であり、フレーム撮影周期の周期は１／５０秒である。図８のＡは隣接するフレーム各々の輝度と移相量との関係図である。図８のＢは隣接するフレーム間の輝度の大小関係と、輝度の最小値を大きく設定したい場合のフレーム撮影周期の移相方向との関係図である。
【００６１】
外部光源を用いて撮影した画像データにおける特定領域５０の輝度の平均値について、平均値の変動量の最大値をＫ、外部光源の輝度を周期Ｔのｓｉｎ波とすると、ある時刻ｔの輝度平均値の変動量Ｄ（ｔ）は、Ｄ（ｔ）＝Ｋ×ｓｉｎ（ｔ＋α）となる。ここで、αは受光部２のシャッター周期と外部光源の輝度周期との位相差である。
【００６２】
受光部２のシャッター周期が１／５０秒の場合、Ｎフレーム目の撮影タイミングである時刻１／５０×Ｎ秒における輝度平均値の変動量は、Ｄ（１／５０×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（１／５０×Ｎ＋α）となる。ここで１／５０をＴで表現すると、Ｔ＝１／１００より、１／５０＝２Ｔとなる。よって輝度平均値の変動量はＤ（２Ｔ×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ×Ｎ＋α）となる。つまりＮフレーム目の画像データの輝度はフレーム番号によらず一定の値となり、シャッター周期と外部光源の輝度周期との位相差によってのみ変化する。
【００６３】
そこで、受光制御部７は複数の画像における画像データの輝度平均値の大きさが全て同じ場合に、画像ごとに受光するタイミングをずらす。さらに位相調整部６は受光タイミングをずらす前の輝度平均値と受光タイミングをずらした後の輝度平均値との大小関係に応じて、移相方向を決定する。
【００６４】
より具体的には、フレーム番号Ｎを３で割って、余りが０となるフレームの撮影タイミングを位相β早く設定し、余りが１となるフレームの撮影タイミングの位相はずらさず、余りが２となるフレームの撮影タイミングを位相β遅く設定する。意図的に位相をずらすことにより、フレームごとの輝度平均値の変動量はＤ（２Ｔ×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ×Ｎ＋α−β）、Ｄ（２Ｔ×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ×Ｎ＋α）、Ｄ（２Ｔ×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ×Ｎ＋α＋β）の３つのパターンに分かれる。
【００６５】
意図的に３つのパターンに分けた隣接する３つのフレームにおける画像データの輝度を比較することにより、輝度の大小関係から受光部２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度周期との位相差がどの程度であるかを推測することが出来る。
【００６６】
図８のＡにおいて、画像番号６０、６１、６２はフレーム撮影周期の移相量に対する、隣接する３つのフレームの輝度の変動量の変化である。外部光源の輝度変動周期とフレーム撮影周期の位相差に応じて、画像番号６０、６１、６２の大小関係は変化する。区間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは移相量に対する画像データの輝度変化の一定の区間を示す。位相７５は３つの画像番号６０、６１、６２の輝度の変動量の最大値の位相を示す。位相７６は３つの画像番号６０、６１、６２の輝度の変動量の最小値の位相を示す。３つの画像番号６０、６１、６２の輝度をある基準値よりも大きくなるように設定したい場合は、外部光源に対するフレーム撮影周期の位相を位相７５に向かって調整すればよい。３つの画像番号６０、６１、６２の輝度をある基準値よりも小さくなるように設定したい場合は、外部光源に対するフレーム撮影周期の位相を位相７６に向かって調整すればよい。ここで、基準値は変動量±Ｋの範囲内で設定されるものとする。
【００６７】
撮影したフレームの画像データにおけるある領域の輝度の平均値の変動量を算出するには、図８のＡにおいて、変動量ゼロの場合の輝度値が既知でなければならない。しかし、当該フレームの画像データのみからでは算出が困難である。そこで、複数のフレームの変動量の大小関係と輝度値そのものの大小関係は一致することを利用する。つまり、図８のＡにおける、画像番号６０、６１、６２の変動量の関係が画像番号６２＞画像番号６１＞画像番号６０である場合、輝度値そのものの関係も同じ大小関係となるはずである。よって図８のＡはフレーム撮影周期の移相量に対する、隣接する３つのフレームの輝度値の関係に相当する。
【００６８】
図８のＢにおいて、列６３、６４、６５は画像番号６０、６１、６２の輝度の大小関係を示した移相方向テーブルである。列６６は画像番号６０、６１、６２の大小関係に対応する移相方向を示す。
【００６９】
図８のＢにおいて、行６７から行７２は画像番号６０、６１、６２の輝度の大小関係に対する移相方向を示す。行６７は、画像番号６０の輝度が最も大きく、画像番号６２の輝度が２番目に大きく、画像番号６１の輝度が最も小さい場合には画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ａにあることを示している。また行６７は、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期が区間Ａにある場合には、フレーム撮影周期を正方向‘＋’に移相させることを示している。
【００７０】
行６８は、画像番号６１の輝度が最も大きく、画像番号６０の輝度が２番目に大きく、画像番号６２の輝度が最も小さい場合には、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｂにあることを示している。また行６８は、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期が区間Ｂにある場合には、フレーム撮影周期を現状のまま維持することを示している。
【００７１】
行６９は画像番号６１の輝度が最も大きく、画像番号６２の輝度が２番目に大きく、画像番号６０の輝度が最も小さい場合には、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｃにあることを示している。また行６９は画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期が区間Ｃにある場合には、フレーム撮影周期を現状のまま維持することを示している。
【００７２】
行７０は画像番号６２の輝度が最も大きく、画像番号６１の輝度が２番目に大きく、画像番号６０の輝度が最も小さい場合には、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｄにあることを示している。また行７０は画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期が区間Ｄにある場合には、フレーム撮影周期を負方向に移相させることを示している。
【００７３】
行７１は画像番号６２の輝度が最も大きく、画像番号６１の輝度が２番目に大きく、画像番号６０の輝度が最も小さい場合には、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｅにあることを示している。また行７１は画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期が区間Ｅにある場合には、フレーム撮影周期を負方向に移相させることを示している。
【００７４】
行７２は画像番号６０の輝度が最も大きく、画像番号６２の輝度が２番目に大きく、画像番号６１の輝度が最も小さい場合には、画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｆにあることを示している。また行７２は画像番号６０、６１、６２のフレーム撮影周期が区間Ｆにある場合には、フレーム撮影周期を正方向に移相させることを示している。
【００７５】
位相調整部６は算出部５から出力された３つの隣接するフレームの輝度の大小関係を比較する。位相調整部６は比較結果と図８のＢのテーブルを比較し、フレーム撮影周期の移相方向を決定する。図８のＢのテーブルと比較することにより、フレーム撮影周期の位相を効率よく変更することが出来る。
【００７６】
図９はシャッター周期が外部光源の周期にさらに近づいた場合の、位相調整部６における移相方向を決定する方法を説明する図である。図９の実施例において外部光源の周期は１／１００秒であり、フレーム撮影周期は１／８０秒である。図９のＡは隣接するフレーム各々の輝度と移相量との関係図である。図９のＢは隣接するフレーム間の輝度の大小関係と、輝度の最小値を大きく設定したい場合のフレーム撮影周期の移相方向との関係図である。
【００７７】
外部光源を用いて撮影した画像データにおけるある領域の輝度の平均値について、平均値の変動量の最大値をＫ、外部光源の輝度を周期Ｔのｓｉｎ波とすると、ある時刻ｔの輝度平均値の変動量Ｄ（ｔ）は、Ｄ（ｔ）＝Ｋ×ｓｉｎ（ｔ＋α）となる。ここで、αは受光部２のシャッター周期と外部光源の輝度周期との位相差である。
【００７８】
受光部２のシャッター周期が１／８０秒の場合、Ｎフレーム目の撮影タイミングである時刻１／８０×Ｎ秒における輝度平均値の変動量は、Ｄ（１／８０×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（１／８０×Ｎ＋α）となる。ここで１／８０をＴで表現すると、Ｔ＝１／１００より、１／８０＝５Ｔ／４となる。よって輝度平均値の変動量はＤ（５Ｔ／４×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（５Ｔ／４×Ｎ＋α）＝Ｋ×ｓｉｎ（Ｔ／４×Ｎ＋α）となる。
【００７９】
輝度平均値の変動量Ｄ（５Ｔ／４×Ｎ）の式は、フレーム番号Ｎを４で割った余りに応じて、余りが０の場合Ｄ（５Ｔ／４×０）＝Ｋ×ｓｉｎ（α）、余りが１の場合Ｄ（５Ｔ／４×１）＝Ｋ×ｓｉｎ（Ｔ／４＋α）、余りが２の場合Ｄ（５Ｔ／４×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（２Ｔ／４＋α）、余りが３の場合Ｄ（５Ｔ／４×Ｎ）＝Ｋ×ｓｉｎ（３Ｔ／４＋α）となる。つまりフレームの輝度変化は４つの式のいずれかのパターンで表すことができる。
【００８０】
よって、隣接する４つのフレームにおける画像データの輝度を比較することにより、輝度の大小関係から受光部２のシャッター周期と外部光源の輝度周期との位相差がどの程度であるかを推測することが出来る。
【００８１】
図９のＡにおいて、画像番号８０、８１、８２、８３はフレーム撮影周期の移相量に対する、隣接する４つのフレームの輝度の変動量の変化である。外部光源の周期とフレーム撮影周期の位相差に応じて、画像番号８０、８１、８２、８３の大小関係は変化する。
【００８２】
区間Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは位相差αに対する画像データの輝度の変動量の変化の一定の区間を示す。位相９７、９８、９９、１００は４つの画像番号８０、８１、８２、８３の輝度の変動量のうち２つが同じ値で最大となり、かつ画像番号８０、８１、８２、８３の輝度の変動量のうちの２つが同じ値で最小となる位相を示す。
【００８３】
撮影したフレームの画像データにおけるある領域の輝度の平均値の変動量を算出するには、図９のＡにおいて、変動量ゼロの場合の輝度値が既知でなければならない。しかし、当該フレームの画像データのみからでは算出が困難である。そこで、複数のフレームの変動量の大小関係と輝度値そのものの大小関係は一致することを利用する。つまり、図９のＡにおける、画像番号８０、８１、８２、８３の変動量の関係が画像番号８０＞画像番号８１＞画像番号８３＞画像番号８２である場合、輝度値そのものの関係も同じ大小関係となるはずである。よって図９のＡはフレーム撮影周期の移相量に対する、隣接する４つのフレームの輝度値の関係に相当する。
【００８４】
図９のＢにおいて、列８４、８５、８６、８７は画像番号８０、８１、８２、８３の輝度の大小関係を示した移相方向テーブルである。列８８は画像番号８０、８１、８２、８３の大小関係に対応する移相方向を示す。
【００８５】
図９のＢにおいて、行８９から行９６は画像番号８０、８１、８２、８３の輝度の大小関係に対する移相方向を示す。行８９は、画像番号８１の輝度が最も大きく、画像番号８０の輝度が２番目に大きく、画像番号８２の輝度が３番目に大きく、画像番号８３の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ａにあることを示している。列８４、８５、８６、８７における１から４までの数字は、数値が小さいほど輝度が大きいことを示している。また行８９は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ａにある場合には、フレーム撮影周期を正方向‘＋’に移相させることを示している。
【００８６】
行９０は、画像番号８０の輝度が最も大きく、画像番号８１の輝度が２番目に大きく、画像番号８３の輝度が３番目に大きく、画像番号８２の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｂにあることを示している。また行９０は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｂにある場合には、フレーム撮影周期を負方向‘−’に移相させることを示している。
【００８７】
行９１は、画像番号８０の輝度が最も大きく、画像番号８３の輝度が２番目に大きく、画像番号８１の輝度が３番目に大きく、画像番号８２の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｃにあることを示している。また行９１は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｃにある場合には、フレーム撮影周期を正方向‘＋’に移相させることを示している。
【００８８】
行９２は、画像番号８３の輝度が最も大きく、画像番号８０の輝度が２番目に大きく、画像番号８２の輝度が３番目に大きく、画像番号８１の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｄにあることを示している。また行９２は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｄにある場合には、フレーム撮影周期を負方向‘−’に移相させることを示している。
【００８９】
行９３は、画像番号８３の輝度が最も大きく、画像番号８２の輝度が２番目に大きく、画像番号８０の輝度が３番目に大きく、画像番号８１の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｅにあることを示している。また行９３は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｅにある場合には、フレーム撮影周期を正方向‘＋’に移相させることを示している。
【００９０】
行９４は、画像番号８２の輝度が最も大きく、画像番号８３の輝度が２番目に大きく、画像番号８１の輝度が３番目に大きく、画像番号８０の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｆにあることを示している。また行９４は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｆにある場合には、フレーム撮影周期を負方向‘−’に移相させることを示している。
【００９１】
行９５は、画像番号８２の輝度が最も大きく、画像番号８１の輝度が２番目に大きく、画像番号８３の輝度が３番目に大きく、画像番号８０の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｇにあることを示している。また行９５は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｆにある場合には、フレーム撮影周期を正方向‘＋’に移相させることを示している。
【００９２】
行９６は、画像番号８１の輝度が最も大きく、画像番号８２の輝度が２番目に大きく、画像番号８０の輝度が３番目に大きく、画像番号８３の輝度が最も小さい場合には画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期と外部光源の輝度変動周期との位相差は区間Ｈにあることを示している。また行９６は、画像番号８０、８１、８２、８３のフレーム撮影周期が区間Ｈにある場合には、フレーム撮影周期を負方向‘−’に移相させることを示している。
【００９３】
位相調整部６は算出部５から出力された４つの隣接するフレームの輝度の大小関係を比較する。位相調整部６は比較結果と図９のＢのテーブルを比較し、フレーム撮影周期の移相方向を決定する。図９のＢのテーブルと比較することにより、フレーム撮影周期の位相を効率よく変更することが出来る。
【符号の説明】
【００９４】
１ 撮影装置
２ 受光部
３ 信号処理部
４ バッファメモリ
５ 算出部
６ 位相調整部
７ 受光制御部
８ タイミング制御部
９ レンズ
１０ 移相信号
１１ 制御信号
１２ フレーム番号
１３ クロック信号
１４ 外部光源
５０ 特定領域
５１、５２、５３ 画像データ
５４ 輝度平均値テーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一周期で輝度が変動する光源の照明環境の下で複数の画像を撮影する撮影装置であって、
シャッターのオンオフを第二周期で行う制御信号に応じて該画像を撮影する受光部と、
撮影した該画像ごとの画像データの輝度値を算出する算出部と、
算出した該画像ごとの該画像データの輝度値の大小関係に基づいて該第一周期に対する該第二周期の移相方向を決定する位相調整部と、
決定した該移相方向に応じて移相した後の該第二周期で該制御信号を出力する受光制御部と
を有することを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
該位相調整部は、複数の画像ごとの画像データの輝度値の大小関係と該大小関係ごとに対応する移相方向を定義したテーブルを有し、該算出部から出力された該画像データの輝度値の大小関係と、該テーブルに定義された輝度値の大小関係との比較結果から該移相方向を決定することを特徴とする、請求項１に記載の撮影装置。
【請求項３】
該位相調整部は、該輝度値を一定範囲に定めるための閾値を有し、該第二周期を移相した後の該画像の画像データに基づく輝度値を該閾値と比較した結果に応じて該第二周期をさらに移相するか否かを判定することを特徴とする、請求項１に記載の撮影装置。
【請求項４】
該受光制御部は複数の該画像における画像データの輝度の大きさが全て同じ場合に、該画像ごとに受光するタイミングをずらし、
該位相調整部は該タイミングをずらす前の該輝度値と該タイミングをずらした後の該輝度値との大小関係に応じて、該移相方向を決定することを特徴とする、請求項１に記載の撮影装置。
【請求項５】
第一周期で輝度が変動する光源の照明環境の下で複数の画像を撮影する撮影方法であって、
シャッターのオンオフを第二周期で行う制御信号に応じて該画像を撮影し、
撮影した該画像ごとの画像データの輝度値を算出し、
算出した該画像ごとの該画像データの輝度値の大小関係に基づいて該第一周期に対する該第二周期の移相方向を決定し、
決定した該移相方向に応じて移相した後の該第二周期で該制御信号を出力する
ことを特徴とする撮影方法。
【請求項１】
第一周期で輝度が変動する光源の照明環境の下で複数の画像を撮影する撮影装置であって、
シャッターのオンオフを第二周期で行う制御信号に応じて該画像を撮影する受光部と、
撮影した該画像ごとの画像データの輝度値を算出する算出部と、
算出した該画像ごとの該画像データの輝度値の大小関係に基づいて該第一周期に対する該第二周期の移相方向を決定する位相調整部と、
決定した該移相方向に応じて移相した後の該第二周期で該制御信号を出力する受光制御部と
を有することを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
該位相調整部は、複数の画像ごとの画像データの輝度値の大小関係と該大小関係ごとに対応する移相方向を定義したテーブルを有し、該算出部から出力された該画像データの輝度値の大小関係と、該テーブルに定義された輝度値の大小関係との比較結果から該移相方向を決定することを特徴とする、請求項１に記載の撮影装置。
【請求項３】
該位相調整部は、該輝度値を一定範囲に定めるための閾値を有し、該第二周期を移相した後の該画像の画像データに基づく輝度値を該閾値と比較した結果に応じて該第二周期をさらに移相するか否かを判定することを特徴とする、請求項１に記載の撮影装置。
【請求項４】
該受光制御部は複数の該画像における画像データの輝度の大きさが全て同じ場合に、該画像ごとに受光するタイミングをずらし、
該位相調整部は該タイミングをずらす前の該輝度値と該タイミングをずらした後の該輝度値との大小関係に応じて、該移相方向を決定することを特徴とする、請求項１に記載の撮影装置。
【請求項５】
第一周期で輝度が変動する光源の照明環境の下で複数の画像を撮影する撮影方法であって、
シャッターのオンオフを第二周期で行う制御信号に応じて該画像を撮影し、
撮影した該画像ごとの画像データの輝度値を算出し、
算出した該画像ごとの該画像データの輝度値の大小関係に基づいて該第一周期に対する該第二周期の移相方向を決定し、
決定した該移相方向に応じて移相した後の該第二周期で該制御信号を出力する
ことを特徴とする撮影方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−７１７８５（Ｐ２０１１−７１７８５Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２１７７７（Ｐ２００９−２２１７７７）
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]