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JP3661756B2 - Automatic dimmer - Google Patents

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JP3661756B2
JP3661756B2 JP24655799A JP24655799A JP3661756B2 JP 3661756 B2 JP3661756 B2 JP 3661756B2 JP 24655799 A JP24655799 A JP 24655799A JP 24655799 A JP24655799 A JP 24655799A JP 3661756 B2 JP3661756 B2 JP 3661756B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動調光装置に関する。特に、人工網膜や低解像度のCCD等の撮像素子を用いた撮像装置における自動調光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
浴室内において入浴者を監視し、脳卒中等の事故が発生した場合には速やかに家人に通報するようにした人体検知装置、あるいは入浴者のジェスチャーに反応してシャワーやカラン等から湯を吐出させたり、浴槽内の湯の設定温度を変更したりする浴室用設備などに人工網膜を利用した撮像装置が用いられている。また、ヴァーチュアルリアリティのゲーム機器などにおいても人工網膜を利用した撮像装置が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような人工網膜を用いた撮像装置では、撮影対象物や撮影環境(照明や自然光)の明るさが変化すると、対象物やその状態を認識するのに適正な画像を得ることができず、誤検知を起こす可能性があった。例えば、浴室において入浴者を監視しているような場合、太陽が雲に隠れたり、あるいは雲から太陽が出たりすると、窓から浴室内に差し込む光量が急激に変化し、撮像装置がこの明るさの変化に対応できず、誤動作ないし誤検知する恐れがあった。
【0004】
本発明は上述の技術的問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、人工網膜や低解像度のCCD等の撮像素子を利用した撮像装置において、撮像装置のゲイン及び蓄積時間を自動調整することによって自動調光を行い、常に最適な画像平均値を得られるようにすることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の自動調光装置は、撮像素子と、前記撮像素子の各撮像ポイントの画像平均値を演算する演算手段と、ゲインをパラメータとする画像蓄積時間と画像平均値との関係を表わす特性曲線を有する調光手段とを備えた自動調光装置において、前記撮像素子は、第1のゲインと当該ゲインに対応する所定の画像蓄積時間で撮像し、前記演算手段は、その撮像結果に基づいて第1の画像平均値を演算し、前記調光手段は、第1のゲインに対応する所定の画像蓄積時間のときに第1の画像平均値となるように第1のゲインの特性曲線を定め、第1の画像平均値が所定範囲内にある場合には、当該特性曲線を用いて画像平均値の最適値に対応するように画像蓄積時間を調整し、第1の画像平均値が所定範囲よりも小さい場合には、前記撮像素子は、第1のゲインよりも大きな第2のゲインと当該ゲインに対応する所定の画像蓄積時間で撮像し、前記演算手段は、その撮像結果に基づいて第2の画像平均値を演算し、前記調光手段は、第2のゲインに対応する所定の画像蓄積時間のときに第2の画像平均値となるように第2のゲインの特性曲線を定め、当該ゲインの特性曲線を用いて画像平均値の最適値に対応する画像蓄積時間を演算し、第1の画像平均値が所定範囲よりも大きい場合には、前記撮像素子は、第1のゲインよりも小さな第3のゲインと当該ゲインに対応する所定の画像蓄積時間で撮像し、前記演算手段は、その撮像結果に基づいて第3の画像平均値を演算し、前記調光手段は、第3のゲインに対応する所定の画像蓄積時間のときに第3の画像平均値となるように第3のゲインの特性曲線を定め、当該ゲインの特性曲線を用いて画像平均値の最適値に対応する画像蓄積時間を演算することを特徴としている。
【0006】
請求項2に記載の自動調光装置は、請求項1に記載した自動調光装置における前記調光手段が、前記画像平均値演算手段で演算された画像平均値を所望の値と比較し、該画像平均値が所望の値よりも小さい場合には画像蓄積時間を所定割合増加させ、あるいは該画像平均値が所望の値よりも大きい場合には画像蓄積時間を所定割合減少させる機能をさらに備えていることを特徴としている。
【0007】
【作用】
請求項1に記載の自動調光装置にあっては、調光手段により画像平均値が所望の値となるように撮像素子の画像蓄積時間を調整することができるので、撮影対象物や周囲の明るさが急激に変化した場合にも、最適な画像平均値(最適な撮像状態)が得られるように自動調整することができる。更に、画像平均値を参照して最適なゲインを確定した後に、当該ゲインにおいて画像平均値が所望の値となるように撮像素子の画像蓄積時間を調整するので、はじめのゲインでは対応できない場合には、ゲインを切り替えて画像蓄積時間を調整することができ、大きな光量変化にも対応することができる。また、ゲインと画像蓄積時間との双方を調整する事により、処理時間が長くなったり、画像が粗くなったりするのを避けることができる。
【0008】
また、請求項2に記載の自動調光装置にあっては、該画像平均値が所望の値よりも小さい場合には画像蓄積時間を所定割合増加させ、あるいは該画像平均値が所望の値よりも大きい場合には画像蓄積時間を所定割合減少させるので、画像平均値を微調整することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
図1は人工網膜を利用した撮像装置の構成を示す図である。この撮像装置1の撮像部2は、縦32×横32画素(=1024画素)のC−MOSアレイからなる画像検出部3、結像レンズ4、スキャナ5、マルチプレクサ6及びスキャナ駆動制御部7から構成されている。ここで、画像検出部3の画素はそれぞれモノクロ256階調〔レベル0(黒)〜255(白)の256階調〕で表現される。
【0010】
この撮像部2にあっては、浴室内の画像は、結像レンズ4によって画像検出部3に結像される。スキャナ5は、スキャナ駆動制御部7によって駆動制御されており、画像検出部3の各画素列を順次一定周期毎に受光状態(オン状態)となるように制御している。受光状態となった1列の各画素から同時に出力された光電流は、マルチプレクサ6によってシリアルデータに変換され、増幅器8で増幅された後、画像処理部9へ入力される。調光部は10は、画像処理部9における画像平均値(画像の明るさ)をチェックし、画像平均値が適切な範囲から外れていれば、増幅器8によって撮像装置1のゲインを調整すると共にスキャナ駆動制御部7によって画像検出部3の蓄積時間を調整し、適正な明るさの画像が得られるように調光する。判定部11は、各撮像装置1の目的に応じた判断(例えば、浴室内に人がいるか否かといった判断)を実行し、判断結果を外部へ出力する。
【0011】
このような撮像装置1において、精度の高い判定結果を得るためには、その前提として適正な明るさの画像を得る必要がある。人工網膜を用いた撮像装置1では、画像の明るさは画像平均値Sで表現される。画像平均値Sとは、画像検出部3を構成する32×32個の全画素における階調(0階調(黒)〜255階調(白)の256階調)の平均値であって、やはり0〜255の値で表わされる。また、撮像装置1における最適な画像平均値(基準撮像レベル)をQとし、許容される画像平均値Sの幅は2Aであるとする。すなわち、画像平均値Sが、
Q−A ≦ S ≦ Q+A
を満たしていれば、許容されるとする。
【0012】
この画像平均値Sは、増幅器のゲインGと画像検出部の蓄積時間τによって決まる。カメラに例えれば、ここでいうゲインはカメラの絞りに相当し、蓄積時間はカメラのシャッタースピードに相当する。従って、撮像装置の適正な画像平均値を得ようとすれば、例えば適当なゲインに固定しておき、蓄積時間を調整すればよい。あるいは、適当な蓄積時間に固定しておき、適当なゲインとなるようにゲイン調整すればよいということができる。
【0013】
しかしながら、蓄積時間を固定にする場合、蓄積時間を長くすると画像を得るのに時間が掛かって出力までのレスポンスが悪くなる。また、蓄積時間を短くすると、暗い画像の場合にはゲインを高くしなければならず、ゲインを高くすると画像が粗くなるという問題がある。一方、ゲインを固定にすると、画像が暗い場合には蓄積時間が長くなって出力までのレスポンスが低下する。よって、適正な画像平均値Sを得るためには、ゲインGと蓄積時間τとの双方を調整する必要がある。
【0014】
さらに、ゲインG及び蓄積時間τと画像平均値Sとの関係は、実際には対象物及び環境の明るさによって変化する。図2に示すように、横軸を蓄積時間τ、縦軸を画像平均値Sとして表した蓄積時間τと画像平均値Sとの関係を表す曲線(以下、特性曲線という)は、対象物及び環境が明るくなると上方へ移動し、暗くなると下方へ移動し、同時に、明るさの変化で上下に移動するに従って特性曲線の形状も次第に変化する。また、ゲインが大きくなると、蓄積時間τと画像平均値Sとの関係を表す特性曲線は上方へ移動し、ゲインが小さくなると下方へ移動する。このゲインの違いによる特性曲線の変化の仕方も、対象物及び環境の明るさが異なる毎に違っている。しかし、対象物の明るさや環境の明るさに応じて、明るさの異なる毎にゲインG及び蓄積時間τと画像平均値Sとの関係をメモリに記憶させておくとなると、メモリの記憶容量が極めて大きくなり、さらに適切なゲインGと蓄積時間τを決定するのに処理時間が長くなる。
【0015】
このため本発明の撮像装置1においては、平均的な明るさにおけるゲインG及び蓄積時間τと画像平均値Sとの関係を表す特性曲線が1種類だけテーブル形式等でメモリに記憶されており、対象物及び環境の明るさが変化すると、この特性曲線は形状を変えることなく上下に平行移動するものとしている。そして、以下に説明するような方法で適当な画像平均値Sが得られるよう自動調光している。なお、以下の説明では、ゲインGはg1(小)、g2(最適ゲイン)、g3(大)の三段階に調整されるものとして説明する。また、横軸に蓄積時間τを取り、縦軸に画像平均値Sを取り、ゲインg1、g2、g3に対する蓄積時間τと画像平均値Sとの関係を実験的に求めたものを示すと、実際には図2に示すような関係になる。しかし、以下の説明においては、説明を分かり易くするため、各ゲインg1、g2、g3における蓄積時間τと画像平均値Sとの関係は、図3〜図5に示すようにほぼ直線で表されるものとする。
【0016】
以下、この撮像装置1における調光方法を図3〜図5の画像平均値特性図及び図6のフロー図により説明する。なお、Qは最適な画像平均値で、画像平均値Sが
(Q−A) < S < (Q+A)
であれば許容されるものとし、Rは適正な画像平均値の上限Q+Aよりも上に設定された上限界値、Pは適正な画像平均値の下限Q−Aよりも下に設定された下限界値である。
【0017】
まず、自動調光運転のスイッチがオンになると(ステップS1)、調光部10はゲインを通常の最適ゲインg2に設定し、蓄積時間τをデフォールト値X(例えば、35ms)に設定し、画像を取り込んで撮像する(ステップS2)。最初にゲインをg2とするのは、通常最適なゲインから始めるためである。そして、このときの画像平均値Saを計測し、計測された画像平均値Saが、下限界値Pと上限界値Rとの間に納まっている(P<Sa<R)か否かをチェックする(ステップS3)。
【0018】
計測した画像平均値Saが下限界値Pと上限界値Rとの中間にある場合(ステップS3でYESの場合)には、図3に示すようにゲインg2、蓄積時間τ=Xで画像平均値S=Saを通るように特性曲線を決める。説明的にいうと、メモリから読み出した特性曲線を上下に平行移動させ、ゲインg2の曲線上の蓄積時間τ=Xにおける値が画像平均値Saを通るところで特性曲線を止める(メモリ内に格納されている関数テーブルの各テーブル値を同じ値だけ増減させる)。
【0019】
ついで、図3に示すように、この特性曲線のうちゲインg2の曲線から、画像平均値Sが最適値Qとなるように蓄積時間を定める。こうして求めた蓄積時間をτbとすると、調光部10はスキャナ駆動制御部7を介して蓄積時間をτbに設定する(ステップS4)。
【0020】
蓄積時間をτbに設定したら、画像を読み込み直して再度画像平均値Sを求め、求めた画像平均値Saが適正値Qに等しくなっているか否か検査する(ステップS5)。そして、画像平均値Saが適正値Qに等しくなっていなければ、再度ステップS4に戻って蓄積時間τbを設定し直す。
【0021】
また、ステップS3で、求めた画像平均値SaがP<Sa<Rを満たしていないと判断された場合(NOの場合)には、ついで画像平均値SaがSa≦Pであるか否か判定する(ステップS6)。画像平均値Saが下限値P以下であると判断された場合には、ゲインをg3に切り替え、蓄積時間をゲインg3でのデフォールト値Y(例えば、68ms)に設定し、再度画像を取り込んで撮像する(ステップS7)。そして、画像平均値Saが適正値Qに等しくなっているか否か調べる(ステップS8)。
【0022】
ステップS8で画像平均値Saが適正値Qに等しくないと判断した場合(ステップS8でNOの場合)には、図4に示すようにゲインg3、蓄積時間τ=Yで画像平均値S=Saを通るように特性曲線の位置を決める。そして、この特性曲線を用いて、ゲインg3で画像平均値Sが適正値Qに等しくなるように蓄積時間をτcに調整する(ステップS9)。
【0023】
蓄積時間をτcに設定したら、画像を読み込み直して再度画像平均値を求め、求めた画像平均値Saが適正値Qに等しくなっているか否か検査する(ステップS10)。そして、画像平均値Saが適正値Qに等しくなっていなければ、再度ステップS9に戻って蓄積時間τcを設定し直す。
【0024】
また、ステップS6で、求めた画像平均値SaがSa≦Pを満たしておらず、R≦Saであると判断された場合(ステップS6でNOの場合)には、ゲインをg1に切り替え、蓄積時間をゲインg1でのデフォールト値W(例えば、26ms)に設定し、再度画像を取り込んで撮像する(ステップS11)。そして、画像平均値Saが適正値Qに等しくなっているか否か調べる(ステップS12)。
【0025】
ステップS12で画像平均値Saが適正値Qに等しくないと判断した場合(ステップS12でNOの場合)には、図5に示すようにゲインg1、蓄積時間τ=Wで画像平均値S=Saを通るように特性曲線の位置を決める。そして、この特性曲線を用いて、ゲインg1で画像平均値Sが適正値Qに等しくなるように蓄積時間をτdに調整する(ステップS13)。
【0026】
蓄積時間をτdに設定したら、画像を読み込み直して再度画像平均値を求め、求めた画像平均値Saが適正値Qに等しくなっているか否か検査する(ステップS14)。そして、画像平均値Saが適正値Qに等しくなっていなければ、再度ステップS13に戻って蓄積時間τdを設定し直す。
【0027】
こうして、S5、S8、S10、S12、S14のいずれかのステップにおいて、画像平均値Saが適正値Qとなるように調整されたと判断した場合には、そのゲインGと蓄積時間τで撮影をつづけながら(S15)、その画像平均値を計測し、その画像平均値Saが適正範囲Q−A≦Sa≦Q+Aを外れていないかどうか監視している(S16)。
【0028】
この監視中に周囲の明るさが急に変化したりして、画像平均値Saが適正範囲から外れた(Sa<P、Sa>R)場合には、再度ステップS2に戻ってステップS2以下の処理を繰り返す。
【0029】
この撮像装置1にあっては、対象物やその環境に急激な明るさの変化があった場合(たとえば、浴室内で入浴者を監視している場合など、太陽が急に雲に隠れて急激な光量変化があった場合)には、最適な画像平均値となるように蓄積時間τを自動調整し、また、より大きな光量変化が生じた場合には、それに応じて撮像装置1のゲインGを変化させ、ゲインの変化に応じて最適な蓄積時間τとなるように調整する。そして、常に最適な画像平均値となるように自動調光することにより、常に安定した撮影動作や検知動作を行わせることができる。
【0030】
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、対象物や環境の明るさの変化に応じてゲインGや蓄積時間τを自動調整するようにしたが、実際には明るさに応じて特性曲線は変化する。従って、第1の実施形態のように、明るさによらず同じ特性曲線を用いていると、実際の最適な画像平均値と自動調光により得た画像平均値との間には誤差が生じる場合もある。
【0031】
また、上記実施形態では、画像平均値SaがQ−AとQ+Aの間にある(Q−A≦Sa≦Q+A)場合には、画像平均値Saが適正値Qから多少外れていても自動調光は働かない。
【0032】
次に説明する実施形態は、図7のフロー図に示す方法により、小さな誤差も補正するものである。すなわち、この実施形態にあっては、画像平均値Saを計測し(ステップS21)、計測した画像平均値Saが適正値Qと等しいか(あるいは、幅を持たせて、例えば0.99Q<Sa<1.01Qとしてもよい。)判定する(ステップS22)。この判定結果が等しければ、なにも処理を行わず、そのままの状態を維持する。
【0033】
計測した計測値Saが適正値Qに等しくなければ、ついで、計測した画像平均値SaがQ−A<Sa<Q+A(ただし、Sa≠Q)の範囲にあるかどうか判定する。Sa≦Q−AまたはSa≧Q+Aであれば、これは第1の実施形態における自動調光の対象であるから、第1の実施形態で説明した方法により自動調光される。
【0034】
これに対し、Q−A≦Sa≦Q+A(Sa≠Q)であれば、さらに、Q−A≦Sa<Qの場合とQ<Sa≦Q+Aの場合とに分ける(ステップS25)。このステップで、Q−A≦Sa<Qであった場合には、その蓄積時間τを(1+α)倍する(ステップS26)。そして、蓄積時間τが大きくなると、それに伴って画像平均値も大きくなる。ここでαは小さな正数であって、たとえばα=0.1である。
【0035】
また、Q<Sa≦Q+Aであった場合には、その蓄積時間τを(1−β)倍にして撮影する(ステップS27)。そして、蓄積時間が小さくなると、それに伴って画像平均値も小さくなる。ここで、βも小さな正数であって、たとえばβ=0.1である。
【0036】
従って、画像平均値Saが適正値Qから少し外れているだけの場合でも、上記ステップS21〜S23、S25〜S27のサイクルを繰り返すことにより、画像平均値は漸近的に適正値qに近づいてゆく。よって、この実施形態によれば、高い精度で画像平均値を適正値Qに一致させることが可能になる。
【0037】
【発明の効果】
請求項1に記載の自動調光装置によれば、画像平均値を参照して最適なゲインを確定した後に、当該ゲインにおいて画像平均値が所望の値となるように撮像素子の画像蓄積時間を調整するので、人工網膜や低解像度のCCD等の撮像素子を用いた装置において、急激な光量変化があった場合にもゲイン及び画像蓄積時間を調整する事により、最適な画像平均値を得ることができる。
【0038】
また、請求項2に記載の自動調光装置によれば、画像平均値が所望の値よりも小さい場合には画像蓄積時間を所定割合増加させ、あるいは画像平均値が所望の値よりも大きい場合には画像蓄積時間を所定割合減少させるので、画像平均値を微調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】人工網膜を用いた撮像装置の構成を示す概略図である。
【図2】ゲインをパラメータとする、蓄積時間と画像平均値との関係(実測データ)を示す図である。
【図3】画像平均値の調整例を説明する図である。
【図4】対象物及び環境が暗い場合の、画像平均値の調整例を説明する図である。
【図5】対象物及び環境が明るい場合の、画像平均値の調整例を説明する図である。
【図6】撮像装置における自動調光処理の手順を表したフロー図である。
【図7】本発明の別な実施形態による自動調光処理の手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
1 撮像装置
2 撮像部
3 画像検出部
7 スキャナ駆動制御部
8 増幅器
9 画像処理部
10 調光部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic light control device. In particular, the present invention relates to an automatic light control device in an imaging device using an imaging device such as an artificial retina or a low resolution CCD.
[0002]
[Prior art]
Bathers are monitored in the bathroom, and when an accident such as a stroke occurs, a human body detection device that promptly notifies the householder or hot water is discharged from the shower or currant in response to the gesture of the bather. An imaging device using an artificial retina is used for a bathroom facility or the like for changing the set temperature of hot water in a bathtub. An imaging device using an artificial retina is also used in a virtual reality game machine or the like.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an imaging device using an artificial retina, an image suitable for recognizing the object and its state can be obtained if the brightness of the object to be photographed or the photographing environment (illumination or natural light) changes. There was a possibility of false detection. For example, if you are monitoring a bather in the bathroom, if the sun is hidden in the cloud or if the sun comes out of the cloud, the amount of light inserted into the bathroom from the window will change abruptly, and the imaging device will have this brightness. There was a risk of malfunction or false detection.
[0004]
The present invention has been made in order to solve the above-described technical problems, and an object of the present invention is to provide an imaging device using an imaging device such as an artificial retina or a low-resolution CCD. It is to perform automatic light control by automatically adjusting the accumulation time so that an optimum image average value can always be obtained.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The automatic light control device according to claim 1 , wherein an image sensor, a calculation unit that calculates an image average value of each imaging point of the image sensor, and a relationship between an image accumulation time using a gain as a parameter and an image average value In the automatic light control device including the light control means having the characteristic curve to be expressed, the image pickup device picks up an image with a first gain and a predetermined image accumulation time corresponding to the gain, and the calculation means outputs the image pickup result. The first image average value is calculated based on the first gain characteristic, and the dimming means has a first gain characteristic so that the first image average value is obtained at a predetermined image accumulation time corresponding to the first gain. A curve is defined, and when the first image average value is within a predetermined range, the image accumulation time is adjusted to correspond to the optimum value of the image average value using the characteristic curve, and the first image average value Is smaller than the predetermined range, the imaging The child images with a second gain larger than the first gain and a predetermined image accumulation time corresponding to the gain, and the computing means computes a second image average value based on the imaging result, The dimming means determines a characteristic curve of the second gain so that the second image average value is obtained during a predetermined image accumulation time corresponding to the second gain, and an image is obtained using the characteristic curve of the gain. When the image accumulation time corresponding to the optimum value of the average value is calculated, and the first image average value is larger than the predetermined range, the image sensor has a third gain smaller than the first gain and the gain. The calculation means calculates a third image average value based on the imaging result, and the dimming means calculates the predetermined image storage corresponding to the third gain. So that the third image average value is reached at time. It determines the gain characteristic curve, and wherein computing the image accumulation time corresponding to the optimum value of the average picture value using the characteristic curve of the gain.
[0006]
The automatic light control device according to claim 2, wherein the light control means in the automatic light control device according to claim 1 compares the image average value calculated by the image average value calculation device with a desired value, A function of increasing the image accumulation time by a predetermined percentage if the average image value is smaller than a desired value, or decreasing the image accumulation time by a predetermined percentage if the image average value is larger than the desired value; It is characterized by having.
[0007]
[Action]
In the automatic light control device according to claim 1, the image storage time of the image sensor can be adjusted by the light control means so that the image average value becomes a desired value. Even when the brightness changes abruptly, automatic adjustment can be performed so as to obtain an optimal image average value (optimal imaging state). Furthermore, after determining the optimum gain with reference to the image average value, the image storage time of the image sensor is adjusted so that the image average value becomes a desired value at the gain. Can adjust the image accumulation time by switching the gain, and can cope with a large light quantity change. Further, by adjusting both the gain and the image accumulation time, it is possible to avoid a long processing time and a rough image.
[0008]
In the automatic light control device according to claim 2, when the image average value is smaller than a desired value, the image accumulation time is increased by a predetermined rate, or the image average value is smaller than the desired value. Is larger, the image accumulation time is decreased by a predetermined rate, so that the average image value can be finely adjusted.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus using an artificial retina. The image pickup unit 2 of the image pickup apparatus 1 includes an image detection unit 3, an imaging lens 4, a scanner 5, a multiplexer 6, and a scanner drive control unit 7 formed of a C-MOS array of 32 × 32 pixels (= 1024 pixels). It is configured. Here, the pixels of the image detection unit 3 are each expressed in 256 monochrome gradations (256 gradations from level 0 (black) to 255 (white)).
[0010]
In the imaging unit 2, the image in the bathroom is imaged on the image detection unit 3 by the imaging lens 4. The scanner 5 is driven and controlled by the scanner drive control unit 7 and controls each pixel column of the image detection unit 3 so as to sequentially enter a light receiving state (on state) at regular intervals. Photocurrents simultaneously output from the pixels in one column in the light receiving state are converted into serial data by the multiplexer 6, amplified by the amplifier 8, and then input to the image processing unit 9. The dimming unit 10 checks the average image value (brightness of the image) in the image processing unit 9 and adjusts the gain of the imaging device 1 by the amplifier 8 if the average image value is out of an appropriate range. The accumulation time of the image detection unit 3 is adjusted by the scanner drive control unit 7, and light adjustment is performed so that an image with appropriate brightness can be obtained. The determination unit 11 performs a determination according to the purpose of each imaging apparatus 1 (for example, determination as to whether or not there is a person in the bathroom), and outputs the determination result to the outside.
[0011]
In such an imaging apparatus 1, in order to obtain a highly accurate determination result, it is necessary to obtain an image with appropriate brightness as a premise. In the imaging device 1 using the artificial retina, the brightness of the image is expressed by the image average value S. The image average value S is an average value of gradations (256 gradations of 0 gradation (black) to 255 gradations (white)) in all 32 × 32 pixels constituting the image detection unit 3, It is also represented by a value from 0 to 255. Further, it is assumed that the optimum image average value (reference imaging level) in the imaging apparatus 1 is Q, and the allowable width of the image average value S is 2A. That is, the average image value S is
Q-A ≤ S ≤ Q + A
If it satisfies the above, it is allowed.
[0012]
This image average value S is determined by the gain G of the amplifier and the accumulation time τ of the image detection unit. In the case of a camera, the gain here corresponds to the aperture of the camera, and the accumulation time corresponds to the shutter speed of the camera. Therefore, in order to obtain an appropriate image average value of the image pickup apparatus, for example, it may be fixed to an appropriate gain and the accumulation time may be adjusted. Alternatively, it can be said that the gain may be adjusted to an appropriate gain by fixing the storage time to an appropriate value.
[0013]
However, when the accumulation time is fixed, if the accumulation time is lengthened, it takes time to obtain an image, and the response until output becomes worse. Further, if the accumulation time is shortened, the gain must be increased in the case of a dark image, and there is a problem that the image becomes rough when the gain is increased. On the other hand, when the gain is fixed, when the image is dark, the accumulation time becomes longer and the response until output is lowered. Therefore, in order to obtain an appropriate image average value S, it is necessary to adjust both the gain G and the accumulation time τ.
[0014]
Furthermore, the relationship between the gain G, the accumulation time τ, and the image average value S actually changes depending on the brightness of the object and the environment. As shown in FIG. 2, a curve (hereinafter referred to as a characteristic curve) representing the relationship between the accumulation time τ and the image average value S, where the horizontal axis is the accumulation time τ and the vertical axis is the image average value S, is the object and When the environment becomes brighter, it moves upward, and when it becomes darker, it moves downward. At the same time, the shape of the characteristic curve gradually changes as the brightness changes. When the gain increases, the characteristic curve representing the relationship between the accumulation time τ and the image average value S moves upward, and when the gain decreases, the characteristic curve moves downward. The method of changing the characteristic curve due to the difference in gain is also different every time the brightness of the object and the environment is different. However, if the relationship between the gain G, the accumulation time τ, and the image average value S is stored in the memory for each different brightness according to the brightness of the object and the brightness of the environment, the storage capacity of the memory is reduced. It becomes extremely large, and further, it takes a long processing time to determine an appropriate gain G and accumulation time τ.
[0015]
For this reason, in the imaging device 1 of the present invention, only one type of characteristic curve representing the relationship between the gain G and the accumulation time τ at the average brightness and the image average value S is stored in the memory in a table format, etc. When the brightness of the object and the environment changes, this characteristic curve is assumed to translate vertically without changing the shape. Then, automatic light control is performed so that an appropriate image average value S can be obtained by a method described below. In the following description, it is assumed that the gain G is adjusted in three stages of g1 (small), g2 (optimum gain), and g3 (large). Further, the accumulation time τ is taken on the horizontal axis, the image average value S is taken on the vertical axis, and the relationship between the accumulation time τ and the image average value S with respect to the gains g1, g2, and g3 is experimentally obtained. Actually, the relationship is as shown in FIG. However, in the following description, in order to make the description easy to understand, the relationship between the accumulation time τ and the image average value S at each of the gains g1, g2, and g3 is represented by a substantially straight line as shown in FIGS. Shall be.
[0016]
Hereinafter, the light control method in the imaging apparatus 1 will be described with reference to the image average value characteristic diagrams of FIGS. 3 to 5 and the flowchart of FIG. 6. Q is an optimum image average value, and the image average value S is (Q−A) <S <(Q + A).
Is acceptable, R is the upper limit value set above the upper limit Q + A of the appropriate average image value, and P is the lower limit value set below the lower limit Q-A of the appropriate average image value. It is a limit value.
[0017]
First, when the automatic dimming operation switch is turned on (step S1), the dimming unit 10 sets the gain to the normal optimum gain g2, sets the accumulation time τ to the default value X (for example, 35 ms), and Is captured and imaged (step S2). The reason why the gain is set to g2 first is to start with an optimum gain. Then, the image average value Sa at this time is measured, and it is checked whether or not the measured image average value Sa falls between the lower limit value P and the upper limit value R (P <Sa <R). (Step S3).
[0018]
When the measured image average value Sa is between the lower limit value P and the upper limit value R (in the case of YES at step S3), the image average is obtained with the gain g2 and the accumulation time τ = X as shown in FIG. The characteristic curve is determined so as to pass through the value S = Sa. For example, the characteristic curve read from the memory is translated up and down, and the characteristic curve is stopped when the value at the accumulation time τ = X on the curve of the gain g2 passes the image average value Sa (stored in the memory). Increase or decrease each table value in the function table by the same value).
[0019]
Next, as shown in FIG. 3, the accumulation time is determined from the curve of gain g2 among the characteristic curves so that the image average value S becomes the optimum value Q. Assuming that the accumulation time thus obtained is τb, the light control unit 10 sets the accumulation time to τb via the scanner drive control unit 7 (step S4).
[0020]
When the accumulation time is set to τb, the image is read again, the image average value S is obtained again, and it is checked whether or not the obtained image average value Sa is equal to the appropriate value Q (step S5). If the image average value Sa is not equal to the appropriate value Q, the process returns to step S4 again to reset the accumulation time τb.
[0021]
If it is determined in step S3 that the calculated image average value Sa does not satisfy P <Sa <R (NO), it is then determined whether the image average value Sa satisfies Sa ≦ P. (Step S6). When it is determined that the image average value Sa is equal to or lower than the lower limit value P, the gain is switched to g3, the accumulation time is set to the default value Y (for example, 68 ms) at the gain g3, and the image is captured again. (Step S7). Then, it is checked whether or not the image average value Sa is equal to the appropriate value Q (step S8).
[0022]
If it is determined in step S8 that the image average value Sa is not equal to the appropriate value Q (NO in step S8), the image average value S = Sa with a gain g3 and an accumulation time τ = Y as shown in FIG. Position the characteristic curve so that it passes through. Then, using this characteristic curve, the accumulation time is adjusted to τc so that the image average value S becomes equal to the appropriate value Q with the gain g3 (step S9).
[0023]
When the accumulation time is set to τc, the image is read again, the image average value is obtained again, and it is checked whether or not the obtained image average value Sa is equal to the appropriate value Q (step S10). If the average image value Sa is not equal to the appropriate value Q, the process returns to step S9 again to set the accumulation time τc.
[0024]
If it is determined in step S6 that the obtained image average value Sa does not satisfy Sa ≦ P and R ≦ Sa (NO in step S6), the gain is switched to g1 and stored. The time is set to a default value W (for example, 26 ms) at the gain g1, and an image is captured again and captured (step S11). Then, it is checked whether or not the image average value Sa is equal to the appropriate value Q (step S12).
[0025]
If it is determined in step S12 that the image average value Sa is not equal to the appropriate value Q (NO in step S12), the image average value S = Sa with a gain g1 and an accumulation time τ = W as shown in FIG. Position the characteristic curve so that it passes through. Then, using this characteristic curve, the accumulation time is adjusted to τd so that the image average value S becomes equal to the appropriate value Q with the gain g1 (step S13).
[0026]
When the accumulation time is set to τd, the image is read again to obtain the image average value again, and it is checked whether or not the obtained image average value Sa is equal to the appropriate value Q (step S14). If the image average value Sa is not equal to the appropriate value Q, the process returns to step S13 again to set the accumulation time τd.
[0027]
In this way, when it is determined that the image average value Sa has been adjusted to the appropriate value Q in any of steps S5, S8, S10, S12, and S14, shooting is continued with the gain G and the accumulation time τ. However, the image average value is measured and it is monitored whether the image average value Sa deviates from the appropriate range Q−A ≦ Sa ≦ Q + A (S16).
[0028]
If the ambient brightness suddenly changes during this monitoring, and the average image value Sa deviates from the appropriate range (Sa <P, Sa> R), the process returns to step S2 again, and after step S2 Repeat the process.
[0029]
In this imaging apparatus 1, when the brightness of the object or its environment changes suddenly (for example, when a bather is monitored in a bathroom, the sun suddenly hides in the clouds and suddenly If there is a significant change in the amount of light), the accumulation time τ is automatically adjusted so as to obtain an optimum image average value. If a greater change in the amount of light occurs, the gain G of the imaging device 1 is adjusted accordingly. Is adjusted so that the optimum accumulation time τ is obtained in accordance with the change in gain. Then, by automatically adjusting the light so that the optimum image average value is always obtained, it is possible to always perform a stable photographing operation and detection operation.
[0030]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the gain G and the accumulation time τ are automatically adjusted according to changes in the brightness of the object and the environment. However, the characteristic curve actually changes according to the brightness. Therefore, if the same characteristic curve is used regardless of the brightness as in the first embodiment, an error occurs between the actual optimum image average value and the image average value obtained by automatic light control. In some cases.
[0031]
Further, in the above embodiment, when the image average value Sa is between Q−A and Q + A (Q−A ≦ Sa ≦ Q + A), automatic adjustment is performed even if the image average value Sa is slightly deviated from the appropriate value Q. Light does not work.
[0032]
In the embodiment described below, even a small error is corrected by the method shown in the flowchart of FIG. That is, in this embodiment, the image average value Sa is measured (step S21), and the measured image average value Sa is equal to the appropriate value Q (or given a width, for example, 0.99Q <Sa <It is good also as 1.01Q.] It determines (step S22). If the determination results are equal, no processing is performed and the state is maintained as it is.
[0033]
If the measured value Sa is not equal to the appropriate value Q, it is then determined whether the measured image average value Sa is in the range of Q−A <Sa <Q + A (where Sa ≠ Q). If Sa.ltoreq.Q-A or Sa.gtoreq.Q + A, since this is an object of automatic dimming in the first embodiment, automatic dimming is performed by the method described in the first embodiment.
[0034]
On the other hand, if Q−A ≦ Sa ≦ Q + A (Sa ≠ Q), it is further divided into a case of Q−A ≦ Sa <Q and a case of Q <Sa ≦ Q + A (step S25). In this step, if Q−A ≦ Sa <Q, the accumulation time τ is multiplied by (1 + α) (step S26). As the accumulation time τ increases, the image average value increases accordingly. Here, α is a small positive number, for example, α = 0.1.
[0035]
If Q <Sa ≦ Q + A, the accumulation time τ is multiplied by (1−β) and the image is taken (step S27). When the accumulation time is reduced, the image average value is also reduced accordingly. Here, β is also a small positive number, for example, β = 0.1.
[0036]
Accordingly, even when the image average value Sa is slightly deviated from the appropriate value Q, the image average value asymptotically approaches the appropriate value q by repeating the steps S21 to S23 and S25 to S27. . Therefore, according to this embodiment, it is possible to make the average image value coincide with the appropriate value Q with high accuracy.
[0037]
【The invention's effect】
According to the automatic light control device according to claim 1, after determining the optimum gain with reference to the image average value, the image accumulation time of the image sensor is set so that the image average value becomes a desired value at the gain. In an apparatus using an image sensor such as an artificial retina or a low-resolution CCD, an optimum image average value can be obtained by adjusting the gain and image accumulation time even when there is a sudden change in the amount of light. Can do.
[0038]
According to the automatic light control device according to claim 2, when the image average value is smaller than the desired value, the image accumulation time is increased by a predetermined percentage, or when the image average value is larger than the desired value. Since the image accumulation time is decreased by a predetermined ratio, the average image value can be finely adjusted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus using an artificial retina.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship (measured data) between an accumulation time and an average image value using gain as a parameter;
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of adjusting an image average value.
FIG. 4 is a diagram for explaining an adjustment example of an average image value when an object and an environment are dark.
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of adjusting the average image value when the object and the environment are bright.
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of automatic light control processing in the imaging apparatus.
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of automatic light control processing according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 2 Imaging part 3 Image detection part 7 Scanner drive control part 8 Amplifier 9 Image processing part 10 Light control part

Claims (2)

撮像素子と、前記撮像素子の各撮像ポイントの画像平均値を演算する演算手段と、ゲインをパラメータとする画像蓄積時間と画像平均値との関係を表わす特性曲線を有する調光手段とを備えた自動調光装置において、
前記撮像素子は、第1のゲインと当該ゲインに対応する所定の画像蓄積時間で撮像し、前記演算手段は、その撮像結果に基づいて第1の画像平均値を演算し、前記調光手段は、第1のゲインに対応する所定の画像蓄積時間のときに第1の画像平均値となるように第1のゲインの特性曲線を定め、第1の画像平均値が所定範囲内にある場合には、当該特性曲線を用いて画像平均値の最適値に対応するように画像蓄積時間を調整し、
第1の画像平均値が所定範囲よりも小さい場合には、前記撮像素子は、第1のゲインよりも大きな第2のゲインと当該ゲインに対応する所定の画像蓄積時間で撮像し、前記演算手段は、その撮像結果に基づいて第2の画像平均値を演算し、前記調光手段は、第2のゲインに対応する所定の画像蓄積時間のときに第2の画像平均値となるように第2のゲインの特性曲線を定め、当該ゲインの特性曲線を用いて画像平均値の最適値に対応する画像蓄積時間を演算し、
第1の画像平均値が所定範囲よりも大きい場合には、前記撮像素子は、第1のゲインよりも小さな第3のゲインと当該ゲインに対応する所定の画像蓄積時間で撮像し、前記演算手段は、その撮像結果に基づいて第3の画像平均値を演算し、前記調光手段は、第3のゲインに対応する所定の画像蓄積時間のときに第3の画像平均値となるように第3のゲインの特性曲線を定め、当該ゲインの特性曲線を用いて画像平均値の最適値に対応する画像蓄積時間を演算することを特徴とする自動調光装置。
An image pickup device , a calculation means for calculating an image average value of each image pickup point of the image pickup device, and a light control means having a characteristic curve representing a relationship between an image storage time and an image average value using a gain as a parameter. In the automatic light control device,
The image pickup device picks up an image with a first gain and a predetermined image accumulation time corresponding to the gain, the calculation means calculates a first image average value based on the image pickup result, and the light control means When a characteristic curve of the first gain is determined so that the first image average value is obtained at a predetermined image accumulation time corresponding to the first gain, and the first image average value is within a predetermined range. Adjusts the image accumulation time to correspond to the optimum value of the average image value using the characteristic curve,
When the first image average value is smaller than a predetermined range, the imaging device captures an image with a second gain larger than the first gain and a predetermined image accumulation time corresponding to the gain, and the computing means Calculates the second image average value based on the imaging result, and the dimming means adjusts the second image average value so that the second image average value is obtained during a predetermined image accumulation time corresponding to the second gain. A gain characteristic curve of 2 and calculating an image accumulation time corresponding to the optimum value of the average image value using the gain characteristic curve;
When the first image average value is larger than a predetermined range, the imaging element captures an image with a third gain smaller than the first gain and a predetermined image accumulation time corresponding to the gain, and the computing means Calculates a third image average value based on the imaging result, and the dimming means adjusts the third image average value so as to be the third image average value at a predetermined image accumulation time corresponding to the third gain. 3. An automatic light control device characterized by determining a gain characteristic curve of 3 and calculating an image accumulation time corresponding to an optimum value of an average image value using the gain characteristic curve .
前記調光手段は、前記画像平均値演算手段で演算された画像平均値を所望の値と比較し、該画像平均値が所望の値よりも小さい場合には画像蓄積時間を所定割合増加させ、あるいは該画像平均値が所望の値よりも大きい場合には画像蓄積時間を所定割合減少させる機能をさらに備えていることを特徴とする、請求項1に記載の自動調光装置。  The light control means compares the image average value calculated by the image average value calculation means with a desired value, and when the image average value is smaller than the desired value, increases the image accumulation time by a predetermined rate, The automatic light control device according to claim 1, further comprising a function of reducing the image accumulation time by a predetermined ratio when the average image value is larger than a desired value.
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