JP2004015612A

JP2004015612A - High-speed photographing device

Info

Publication number: JP2004015612A
Application number: JP2002168342A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kondo; 近藤　泰志
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-10
Also published as: JP3849585B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-speed photographing device that performs photographing within limited photographic data with high precision. <P>SOLUTION: This high-speed photographing device is provided with a photographing plan storing part 13 for setting a photographing condition on the basis of a prescribed photographing plan, a vibration sensor 4 for detecting vibrations caused by the explosion of a balloon being an object, and a trigger generation circuit 14 for fetching the timing of detection of the vibration sensor 4 as a trigger. The photographing plan is worked out in advance so as to change low-speed photographing to high-speed photographing when a trigger is generated and to change high-speed photographing to low-speed photographing after "40 frames". Because low-speed photographing is conducted around the explosion of the balloon due to such assembling, the amount of a series of photographic data cannot be increased easily, photographing is possible within limited photographic data like photographing can be performed even with limited memory capacity, and photographing can be performed with high precision like rapid change caused by explosion can be photographed with high-speed photographing in a moment when the balloon explodes. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ビデオカメラなどの高速撮影装置に係り、特に、ロケットなどの高速移動物体，爆発，乱流，放電現象，顕微鏡下での微生物の運動，脳・神経系の信号伝達などの科学計測用に用いて撮影を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高速撮影装置（高速度ビデオカメラ）では、一連の撮影において撮影間隔、すなわち撮影速度が一定であった。撮影の対象物である被写体において現象が生起する瞬間では、生起の変化が急激であるので、詳細に撮影を行うには短い撮影間隔で、すなわち速い撮影速度で撮影を行うことが望ましい。一方、現象が生起する前あるいは後においては、生起の変化が緩やかであるので、比較的長い撮影間隔で、すなわち遅い撮影速度で撮影を行うのが望ましい。なお、本明細書中での『撮影間隔』とは単位フレーム当りの時間（単位は、秒／フレーム）を示し、『撮影速度』とは単位時間当りのフレーム数（単位は、フレーム／秒）を示す。すなわち、撮影速度は、撮影間隔の逆数である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撮影速度が一定の高速度カメラで撮影間隔を短くすると、撮影データの量が増大する、あるいは有限のメモリ容量の場合には一連の撮影を全て撮影することができないという問題がある。逆に、撮影間隔を長くすると、急激な変化を撮影することができないという問題がある。
【０００４】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、有限の撮影データ内で撮影を精度良く行う高速撮影装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明者は、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、次のような知見を得た。
すなわち、従来の撮影装置では、撮影速度が比較的低速であったので、一連の撮影データの量が増大し難く、かつ有限のメモリ容量であっても一連の撮影を全て撮影することができたが、近年の高速撮影装置では、撮影速度が１．０×１０^６フレーム／秒（１，０００，０００フレーム／秒）と高速であるので、上述したように撮影データの量が増大する、あるいは有限のメモリ容量の場合には一連の撮影を全て撮影することができない。このような問題を解決するには、現象が生起する瞬間のみに撮影を行う、あるいはメモリ容量を増大させることが考えられる。
【０００６】
しかし、例えば爆発のような自発的な現象の場合には、爆発の瞬間がいつ起こるか分からないので、現象が生起する瞬間のみに撮影を行うのは困難であり、また、メモリ容量を増大させると、高速撮影装置が大型化になるという別異の問題が生じる。
【０００７】
一方、撮影速度が比較的低速の撮影装置では、上述したように一連の撮影データの量が増大し難く、かつ有限のメモリ容量であっても一連の撮影を全て撮影することができるので、一連の撮影中に撮影条件を変更することに想到し得ないし、逆に変更すると撮影の制御がし難くなる。この発明者は、発想を変えて、一連の撮影中に撮影条件を敢えて変更することで有限の撮影データ内で撮影を精度良く行うことに想到した。このような知見に基づくこの発明は、次のような構成をとる。
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の発明は、被写体の光学像を取り込み、取り込まれた光学像を光電変換して電気信号として出力する撮像手段を備え、前記撮像手段から出力された電気信号を撮影画像として処理する高速撮影装置であって、撮影を行ううえで必要となる装置の物理量である撮影条件を一連の撮影中に変更する撮影条件変更手段を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
〔作用・効果〕請求項１に記載の発明によれば、撮影を行ううえで必要となる装置の物理量である撮影条件を一連の撮影中に変更する撮影条件変更手段を備えることで、有限の撮影データ内で撮影を精度良く行う高速撮影装置を提供することができる。つまり、例えば、現象が生起する瞬間では短い撮影間隔で、すなわち速い撮影速度で撮影を行うと、現象が生起する瞬間では急激な変化を撮影することができるなどのように撮影を精度良く行うことができる。また、現象が生起する前あるいは後では比較的長い撮影間隔で、すなわち遅い撮影速度で撮影を行うと、現象が生起する前あるいは後では一連の撮影データの量が増大し難く、かつ有限のメモリ容量であっても撮影が可能になるなどのように有限の撮影データ内で撮影を行うことができる。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、撮影条件の変更のタイミングを手動で切り換えることも含まれるが、手動で切り換える場合には、例えば爆発などのように現象が自発的な場合には、上述したように爆発の瞬間がいつ起こるか分からないので、変更のタイミングをいつ行えばよいのかが困難となる。そこで、例えば現象が爆発の場合には、爆発が起こる時間を想定して、所定の撮影計画を予め組み立てればよい。このような知見に基づく請求項２に記載の発明は、次のような構成をとる。
【００１１】
すなわち、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高速撮影装置において、前記撮影条件変更手段は、所定の撮影計画に基づいて前記撮影条件を設定する撮影計画手段であって、前記撮影計画手段は、前記撮影計画に基づいて撮影条件を一連の撮影中に変更することを特徴とするものである。
【００１２】
〔作用・効果〕請求項２に記載の発明によれば、撮影条件変更手段は、所定の撮影計画に基づいて撮影条件を設定する撮影計画手段であって、その撮影計画手段は、上述した撮影計画に基づいて撮影条件を一連の撮影中に変更するので、所定の撮影計画を予め組み立てることで、撮影条件を一連の撮影中に変更しつつ撮影を容易に行うことができる。従って、例えば現象が爆発の場合には、爆発が起こる時間を想定して、所定の撮影計画を予め組み立てることで、撮影条件の変更のタイミングがとり易くなり、爆発の前後を含む一連の撮影を容易に行うことができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、例えば爆発のような自発的な現象の場合でも、撮影を容易に行うことができる。ただ、想定された爆発の時間と、爆発が実際に起こる時間とがズレる場合がある。そこで、撮影をより容易に行ううえで、下記の請求項３に記載の発明のような構成をとるのが好ましい。
【００１４】
すなわち、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の高速撮影装置において、前記被写体の動作を検出して、その検出のタイミングをトリガとして取り込むトリガ入力手段を備え、前記トリガ入力手段からのトリガに基づいて、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記撮影条件を一連の撮影中に変更することを特徴とするものである。
【００１５】
〔作用・効果〕請求項３に記載の発明によれば、被写体の動作を検出して、その検出のタイミングをトリガとして取り込むトリガ入力手段を備え、そのトリガ入力手段からのトリガに基づいて、撮影条件変更手段または撮影計画手段は、撮影条件を一連の撮影中に変更するので、被写体の実際の動作から撮影条件の変更のタイミングがより一層とり易くなり、撮影をより容易に行うことができる。従って、例えば現象（被写体の動作）が爆発の場合には、爆発の振動のタイミングをトリガ入力手段がトリガとして取り込んで、そのトリガに基づいて撮影条件の変更のタイミングがより一層とり易くなり、爆発の前後を含む一連の撮影をより容易に行うことができる。
【００１６】
また、自発的な現象を撮影するには、すなわち被写体の動作が爆発のように、爆発がいつ起こるか分からないものを撮影するには、上述した請求項３に記載の発明が有用であるが、例えば現象（被写体の動作）が、微生物への刺激の付与による微生物の運動のように、現象を生起させる（微生物に刺激を与える）場合には、下記の請求項４に記載の発明が有用である。
【００１７】
すなわち、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の高速撮影装置において、前記被写体に所定の動作を付与する動作付与手段と、前記動作付与手段からの被写体へ付与する前記所定の動作のタイミングに合わせて、トリガを出力するトリガ出力手段を備え、前記トリガ出力手段からのトリガに基づいて、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記撮影条件を一連の撮影中に変更することを特徴とするものである。
【００１８】
〔作用・効果〕請求項４に記載の発明によれば、被写体に所定の動作を付与する動作付与手段と、その動作付与手段からの被写体へ付与する上述した所定の動作のタイミングに合わせて、トリガを出力するトリガ出力手段を備え、そのトリガ出力手段からのトリガに基づいて、撮影条件変更手段または撮影計画手段は、撮影条件を一連の撮影中に変更するので、被写体に所定の動作を付与するタイミングに合わせて、撮影をより容易に行うことができる。従って、例えば現象（被写体の動作）が、微生物への刺激の付与による微生物の運動のように、微生物に刺激を与える場合には、微生物への刺激のタイミングに合わせてトリガ出力手段からトリガを出力して、そのトリガに基づいて微生物への刺激の前後を含む微生物の運動に関する一連の撮影をより容易に行うことができる。
【００１９】
また、撮影条件を一連の撮影中に変更するのに際し、請求項３または請求項４に記載の発明のようにトリガに基づいて行ってもよいが、下記の請求項５〜請求項７に記載の発明のように、撮像手段の動作を制御するクロック手段からの信号に同期して行ってもよい。
【００２０】
すなわち、請求項５に記載の発明は、前記装置は、前記撮像手段の動作を制御するクロック手段を備え、前記撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔であって、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記クロック手段からの信号に同期して、前記撮影間隔を変更することを特徴とするものである。
【００２１】
〔作用・効果〕請求項５に記載の発明によれば、撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔であって、撮像手段の動作を制御するクロック手段からの信号に同期して、撮影条件である撮影間隔を変更しているので、撮影間隔を変更してもクロック手段からの信号に同期して変更を行うことで撮影の制御をより容易に行うことができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の高速撮影装置において、前記装置は、前記撮像手段の動作を制御するクロック手段を備え、前記撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔の間で光が入射している時間である露光時間であって、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記クロック手段からの信号に同期して、前記露光時間を変更することを特徴とするものである。
【００２３】
〔作用・効果〕請求項６に記載の発明によれば、撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔の間で光が入射している時間である露光時間であって、撮像手段の動作を制御するクロック手段からの信号に同期して、撮影条件である露光時間を変更しているので、露光時間を変更してもクロック手段からの信号に同期して変更を行うことで撮影の制御をより容易に行うことができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の高速撮影装置において、前記装置は、前記撮像手段の動作を制御するクロック手段を備えるとともに、前記被写体に光を照射する照明手段を備え、前記撮影条件は、前記照明手段から被写体に連続的あるいは間欠的に照射する時間である照明時間、あるいは前記照明手段から被写体に照射する強度である照明強度であって、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記クロック手段からの信号に同期して、前記照明時間あるいは照明強度を変更することを特徴とするものである。
【００２５】
〔作用・効果〕請求項７に記載の発明によれば、被写体に光を照射する照明手段を備え、撮影条件は、照明手段から被写体に連続的あるいは間欠的に照射する時間である照明時間、あるいは照明手段から被写体に照射する強度である照明強度であって、撮像手段の動作を制御するクロック手段からの信号に同期して、撮影条件である照明時間あるいは照明強度を変更しているので、照明時間あるいは照明強度を変更してもクロック手段からの信号に同期して変更を行うことで撮影の制御をより容易に行うことができる。
【００２６】
なお、通常、露光時間は、撮影間隔の割合によって設定される。この設定状態で撮影間隔を変更すると、撮影間隔が短い（撮影速度が速い）場合では露光時間が短くなり、撮影間隔が長い（撮影速度が遅い）場合では露光時間が長くなる。従って、撮影間隔の変更に伴って、照明手段からの単位フレーム当りの入射光量が異なってきて、適切な入射光量で撮影が行えなくなる場合が生じるので、下記の請求項８，請求項９に記載の発明のような構成をとるのが好ましい。
【００２７】
すなわち、請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の高速撮影装置において、前記撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔と、前記撮影間隔の間で光が入射している時間である露光時間とであって、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記撮影間隔の変更に関わらず前記露光時間を一定にすることを特徴とするものである。
【００２８】
〔作用・効果〕請求項８に記載の発明によれば、撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔と、その撮影間隔の間で光が入射している時間である露光時間とであって、撮影間隔の変更に関わらず露光時間を一定にすることで、入射光量を一定にした状態で撮影を適切に行うことができる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項８のいずれかに記載の高速撮影装置において、前記装置は、前記被写体に光を照射する照明手段を備え、前記撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔と、前記照明手段から被写体に連続的あるいは間欠的に照射する時間である照明時間、あるいは前記照明手段から被写体に照射する強度である照明強度とであって、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記撮影間隔の変更に関わらず前記照明時間および前記照明強度を一定にすることを特徴とするものである。
【００３０】
〔作用・効果〕請求項９に記載の発明によれば、被写体に光を照射する照明手段を備え、撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔と、照明手段から被写体に連続的あるいは間欠的に照射する時間である照明時間、あるいは照明手段から被写体に照射する強度である照明強度とであって、撮影間隔の変更に関わらず照明時間および照明強度を一定にすることで、入射光量を一定にした状態で撮影を適切に行うことができる。
【００３１】
また、撮影条件を一連の撮影中に変更する撮影条件変更手段または撮影計画手段は、高速撮影装置に備えられた単体の撮像手段を制御してもよいが、下記の請求項１０に記載の発明のように複数の撮像手段を制御してもよい。
【００３２】
すなわち、請求項１０に記載の発明は、請求項１から請求項９のいずれかに記載の高速撮影装置において、各々の装置ごとに前記撮像手段を備え、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記撮影条件を一連の撮影中に変更するように各々の撮像手段をそれぞれ制御することを特徴とするものである。
【００３３】
〔作用・効果〕請求項１０に記載の発明によれば、撮影条件変更手段または撮影計画手段は、複数の撮像手段を制御しているので、撮像手段とともに複数の高速撮影装置を統括制御することができる。
【００３４】
なお、本明細書は、撮影方法に係る発明も開示している。
【００３５】
（１）被写体の光学像を取り込み、取り込まれた光学像を光電変換して電気信号として出力し、出力された電気信号を撮像画像として処理する撮影方法であって、撮影を行ううえで必要となる装置の物理量である撮影条件を一連の撮影中に変更することを特徴とする撮影方法。
【００３６】
〔作用・効果〕前記（１）の発明によれば、撮影条件を一連の撮影中に変更するので、有限の撮影データ内で撮影を精度良く行うことができる。
【００３７】
（２）前記（１）に記載の撮影方法において、予め組み立てられた所定の撮影計画に基づいて撮影条件を設定し、設定された撮影条件を一連の撮影中に変更することを特徴とする撮影方法。
【００３８】
〔作用・効果〕前記（２）の発明によれば、所定の撮影計画を予め組み立てることで、撮影条件を一連の撮影中に変更しつつ撮影を容易に行うことができる。
【００３９】
（３）前記（２）に記載の撮影方法において、前記撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔であって、前記被写体で現象が生起する瞬間のときには撮影間隔を短くとるとともに、それ以外のときには被写体で現象が生起する瞬間における撮影間隔よりも長くとるように前記所定の撮影計画を組み立て、撮影計画に基づいて撮影条件である撮影間隔を設定し、設定された撮影間隔を一連の撮影中に変更することを特徴とする撮影方法。
【００４０】
〔作用・効果〕前記（３）の発明によれば、現象が生起する瞬間で撮影間隔を短くとるとともに、それ以外のときには被写体で現象が生起する瞬間における撮影間隔よりも長くとることで、現象が生起する瞬間では短い撮影間隔で現象が生起する瞬間では急激な変化を撮影することができるなどのように撮影を精度良く行うことができるとともに、それ以外では撮影間隔を長くとることで一連の撮影データの量が増大し難く、かつ有限のメモリ容量であっても撮影が可能になるなどのように有限の撮影データ内で撮影を行うことができる。
【００４１】
（４）前記（２）に記載の撮影方法において、前記撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔と、前記撮影間隔の間で光が入射している時間である露光時間とであって、前記撮影間隔の変更に関わらず前記露光時間を一定にするように前記所定の撮影計画を組み立て、撮影計画に基づいて撮影条件である撮影間隔および露光時間を設定することを特徴とする撮影方法。
【００４２】
〔作用・効果〕前記（４）の発明によれば、撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔と、その撮影間隔の間で光が入射している時間である露光時間とであって、撮影間隔の変更に関わらず露光時間を一定にすることで、入射光量を一定にした状態で撮影を適切に行うことができる。
【００４３】
（５）前記（４）に記載の撮影方法において、前記露光時間の設定は、撮影間隔の中での最小撮影間隔に基づいて行われ、露光時間は前記最小撮影間隔以下であることを特徴とする撮影方法。
【００４４】
〔作用・効果〕露光時間を一定にした状態で、露光時間の設定について、撮影間隔の中での最小撮影間隔に基づいて行わないと、撮影間隔よりも露光時間が長くなるという事態が発生する。そこで、前記（５）の発明によれば、露光時間の設定を、撮影間隔の中での最小撮影間隔に基づいて行い、露光時間をその最小撮影間隔以下にすることで、上記事態を回避することができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
〔第１実施例〕
以下、図面を参照してこの発明の第１実施例を説明する。
図１は、第１実施例に係る高速撮影装置の全体構成を示したブロック図、図２は、第１実施例に係る撮影計画記憶部に予め組み立てられた撮影計画、図３は、撮影間隔や露光時間のタイミングを示したパルス波形図（タイミングチャート）であって、図４は、第１実施例に係る撮影方法を示すフローチャートである。なお、第１実施例では被写体である風船が爆発する様子を撮影する場合を例に採って説明する。
【００４６】
図１中の符号１は、第１実施例に係る高速撮影装置であり、この高速撮影装置１は、本体装置２，モニタ３，振動センサ４から構成される。図１では、図示を省略するが操作部も備えている。
【００４７】
本体装置２は、被写体からの光を取り込む光学レンズ５と、光学レンズ５から取り込まれた光学像を電気信号に変換して種々の処理を行う処理部６とから構成される。
【００４８】
処理部６は、マイクロチャンネルプレート型イメージインテシファイア（以下、『ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ』という）７，撮像素子８，画像処理部９，主記憶部１０，照明制御部１１，クロック発生回路１２，撮影計画記憶部１３，およびトリガ発生回路１４から構成される。
【００４９】
ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ７は、被検体の光学像を光電子に変換して、クロック発生回路１２から出力されたクロック信号に同期するパルス電圧の印加によって光電子を倍増した後、倍増された光電子を光学像に再度変換する機能を備えている。つまり、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ７は、クロック発生回路１２から出力されたクロック信号に同期するパルス電圧の印加によってオン・オフ切り換えを調整し、シャッタとして作動する機能を備えている。
【００５０】
撮像素子８は、光電変換する複数個のフォトダイオード、およびＣＣＤ素子群を備えており、取り込まれた光学像を光電変換して電気信号として出力する。そして、撮像素子８は、光電変換された電荷の蓄積、および読み出しを逐次行う際に、シャッタとして作動する機能を備えている。撮像素子８は、本発明における撮像手段に相当する。
【００５１】
画像処理部９は、アンプやＡＤコンバータ（いずれも図示省略）によって信号を増幅してアナログ信号からディジタル信号に変換する。つまり、画像処理部９は、撮像素子８から出力された電気信号を撮影画像として処理する機能を備えている。画像処理部９によって処理された撮影画像は主記憶部１０に記憶され、逐次モニタ３に出力表示される。
【００５２】
照明制御部１１は、発光部や発光駆動部など（いずれも図示省略）を備えており、クロック発生回路１２から出力されたクロック信号に同期して、発光駆動部は発光部の駆動を促す。発光部は、キセノンガスなどの希ガスが封入された放電管（図示省略）などから構成される。そして、発光部の放電管から可視光あるいは紫外光を放射して、被写体を照射する。照明制御部１１は、本発明における照明手段に相当する。
【００５３】
クロック発生回路１２は、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ７，撮像素子８，画像処理部９，主記憶部１０，照明制御部１１を統括制御する機能を備えている。クロック発生回路１２から出力されるクロック信号に種々の信号が同期する。クロック発生回路１２は、本発明におけるクロック手段に相当する。
【００５４】
撮影計画記憶部１３は、予め組み立てられた所定の撮影計画を記憶し、その所定の撮影計画に基づいて撮影条件を設定するように構成されている。第１実施例では撮影条件として、撮影間隔および露光時間を設定する。また、設定された撮影間隔および露光時間について、クロック発生回路１２を介して、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ７や撮像素子８を制御する。また、撮影条件の１つである照明時間および照明強度については、クロック発生回路１２を介して、照明制御部１１を制御する。撮影計画記憶部１３の具体的構成については、後で説明する。撮影計画記憶部１３は、本発明における撮影計画手段に相当し、また、本発明における撮影条件変更手段にも相当する。
【００５５】
振動センサ４は、風船の爆発による振動を検出するもので、この振動センサ４の検出のタイミングをトリガ発生回路１４がトリガとして取り込む。トリガ発生回路１４から発生したこのトリガはクロック発生回路１２に送り込まれる。トリガ発生回路１４は、本発明におけるトリガ入力手段に相当する。
【００５６】
第１実施例に係る撮影計画記憶部１３は、図２に示すような撮影計画、図３に示すようなタイミング、および図４に示すようなフローチャートの手順を記憶しており、このフローチャートに従って撮影を行う。
【００５７】
図２中の左端の列は『撮影モード』であって、『低速』は低速撮影、『高速』は高速撮影である。図２中の左から２番目の列の『トリガ』は、トリガ発生回路１４から発生するトリガの有無の判定であって、トリガが発生していれば『あり』、トリガが発生していなければ『なし』とする。図２中の右から２番目の列は、『フレーム番号』である。また、トリガが発生したとき、すなわち風船が爆発したときのフレーム番号を『ｘ』で表す。図２中の右端の列は『撮影速度』であって、単位はフレーム／秒である。
【００５８】
本明細書中では、撮影速度が１００，０００フレーム／秒以上を『高速撮影』とし、それ未満の撮影速度を『低速撮影』とする。従って、フレーム番号が『０』〜『ｘ−１』までは撮影速度が１０，０００フレーム／秒なので、撮影モードが低速撮影となり、フレーム番号が『ｘ』〜『ｘ＋３９』までは撮影速度が１００，０００フレーム／秒なので、撮影モードが高速撮影となり、フレーム番号が『ｘ＋４０』〜『ｘ＋６９』までは撮影速度が２０，０００フレーム／秒なので、撮影モードが低速撮影となる。
【００５９】
また、撮影速度は、撮影間隔の逆数である。従って、高速撮影での撮影速度が１００，０００フレーム／秒のときには、撮影間隔は１．０×１０^−５秒／フレーム（１０μｓ／フレーム）となり、低速撮影での撮影速度が１０，０００フレーム／秒のときには、撮影間隔は１．０×１０^−４秒／フレーム（１００μｓ／フレーム）となり、低速撮影での撮影速度が２０，０００フレーム／秒のときには、撮影間隔は５．０×１０^−５秒／フレーム（５０μｓ／フレーム）となる。
【００６０】
図３中の転送クロックは、パルス電圧の印加により、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ７のオン・オフ切り換えが調整されて、シャッタリング、すなわち露光時間の制御を行う。また、図３中のシャッタリングクロックは、照明制御部１１を制御する信号であって、このシャッタリングクロックに同期して、照明制御部１１の発光部は紫外線を放射する。
【００６１】
シャッタリングクロックの出力は、転送クロックの各撮影間隔にそれぞれ同期し、シャッタリングクロックが出力される時間が露光時間となる。露光時間を、図３に示すように『ｔ』とすると、撮影モードの如何に関わらず露光時間がｔと常に一定になるように、撮影計画記憶部１３は設定している。露光時間ｔの設定は、撮影間隔の中での最小撮影間隔に基づいて行われる。第１実施例の場合には、最小撮影間隔は、高速撮影での撮影間隔である１０μｓ／フレームとなる。従って、露光時間ｔは、この最小撮影間隔である１０μｓ／フレームよりも短く設定される。最小撮影間隔である１０μｓ／フレームに基づいて行わないと、撮影間隔よりも露光時間ｔが長くなるという事態が発生するからである。
【００６２】
第１実施例では、トリガ発生回路１４からトリガが発生すれば、図３に示すように、撮影速度が１０，０００フレーム／秒（撮影間隔は１００μｓ／フレーム）の低速撮影から、撮影速度が１００，０００フレーム／秒（撮影間隔は１０μｓ／フレーム）の高速撮影に変更される。
【００６３】
この他に、図示を省略する垂直同期信号は、１フレーム分の画像のタイミングをとるための信号であって、モニタ３に出力するフレームレートでもある。また、図示を省略する垂直転送パルスは、モニタ３の垂直方向に撮影画像を逐次出力するための信号である。図示を省略する映像出力は、モニタ３に出力される走査線１本分の撮影画像であって、垂直転送パルスごとに走査線１本分の撮影画像がモニタ６の垂直方向に逐次出力される。そして１フレームで、すなわち次の垂直同期信号が出力されるまで、１フレーム分の画像が撮影画像としてモニタ３に出力される。なお、これらの信号およびクロックは、クロック発生回路１２から出力されたクロック信号に同期されるものとする。
【００６４】
次に、第１実施例に係る撮影方法について、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００６５】
（ステップＳ１）低速で撮影
風船が爆発するまでは、変化が緩やかであるので、比較的長い撮影間隔で、すなわち低速で撮影を行う。第１実施例では、撮影速度が１０，０００フレーム／秒（撮影間隔は１００μｓ／フレーム）の低速撮影を行う。
【００６６】
（ステップＳ２）トリガが発生したか？
トリガ発生回路２４からトリガが発生したか否かを判断する。トリガが発生していなければ、ステップＳ１の低速撮影を引き続き行う。トリガが発生していれば、振動センサ４が風船の爆発を振動として検出して、その検出のタイミングをトリガとして取り込んだとして、低速撮影から、ステップ３の高速撮影へ変更する。
【００６７】
（ステップＳ３）高速で撮影
風船が爆発した瞬間では、爆発による変化が急激であるので、短い撮影間隔で、すなわち高速で撮影を行う。第１実施例では、撮影速度が１００，０００フレーム／秒（撮影間隔は１０μｓ／フレーム）の高速撮影を『４０フレーム』分だけ行う（フレーム番号が『ｘ』〜『ｘ＋３９』）。『４０フレーム』分を撮影後、高速撮影から、ステップＳ４の低速撮影へ変更する。
【００６８】
（ステップＳ４）低速で撮影
風船が爆発してから所定時間経過後では、変化が緩やかであるので、比較的長い撮影間隔で、すなわち低速で撮影を行う。第１実施例では、撮影速度が２０，０００フレーム／秒（撮影間隔は５０μｓ／フレーム）の低速撮影を行う。
【００６９】
上述したステップＳ１〜Ｓ４に係る一連の撮影方法、および第１実施例に係る高速撮影装置１によれば、撮影条件を一連の撮影中に変更する撮影計画記憶部１３を備えることで、有限の撮影データ内で撮影を精度良く行うことができる。つまり、第１実施例では、風船が爆発する瞬間では短い撮影間隔（高速撮影）で撮影を行う（ステップＳ３）と、風船が爆発する瞬間では爆発による急激な変化を撮影することができるなどのように撮影を精度良く行うことができる。また、風船が爆発する前後では長い撮影間隔（低速撮影）で撮影を行う（ステップＳ１，Ｓ４）と、風船が爆発する前後では一連の撮影データの量が増大し難く、かつ有限のメモリ容量であっても撮影が可能になるなどのように有限の撮影データ内で撮影を行うことができる。
【００７０】
また、撮影計画記憶部１３は、予め組み立てられた所定の撮影計画を記憶し、その所定の撮影計画に基づいて撮影条件を設定し、その撮影条件を一連の撮影中に変更するので、風船が爆発する様子の撮影を容易に行うことができる。さらには、振動センサ４が風船の爆発による振動を検出して、その検出のタイミングをトリガとして取り込むトリガ発生回路１４を高速撮影装置１が備えているので、そのトリガに基づいて撮影条件の変更のタイミング（ステップＳ１〜Ｓ３での低速撮影から高速撮影への変更）がより一層とり易くなり、爆発の前後を含む一連の撮影をより容易に行うことができる。
【００７１】
また、クロック発生回路１２からのクロック信号に同期して、撮影条件である撮影間隔を変更（ステップＳ３からステップＳ４での高速撮影から低速撮影への変更）しているので、撮影間隔を変更してもクロック信号に同期して変更を行うことで撮影の制御をより容易に行うことができる。
【００７２】
また、撮影間隔の変更に関わらず露光時間ｔを一定にすることで、入射光量を一定にした状態で撮影を適切に行うことができる。
【００７３】
〔第２実施例〕
次に、この発明の第２実施例を説明する。なお、第１実施例装置と共通する箇所については同符号を付して、その説明を省略する。第２実施例に係る高速撮影装置は、図５に示すとおりであり、第１実施例の振動センサ４の替わりに第２実施例ではモータなどの駆動部２１を備えること、およびトリガ発生回路１４の機能が第１実施例・第２実施例間で異なることを除いて、図１に示す第１実施例に係る高速撮影装置と同じ構成からなる。図５では、操作部２２を図示する。なお、第２実施例では被写体である鉄球を壁に衝突させ、衝突によって鉄球が破壊する様子を撮影する場合を例に採って説明する。
【００７４】
操作部２２は、トリガ発生回路１４を介して、モータなどの駆動部２１を制御するように構成されており、駆動部２１は、鉄球を壁に衝突させるべく壁に向けて鉄球を駆動するように構成されている。駆動部２１は、本発明における動作付与手段に相当する。
【００７５】
駆動部２１から鉄球を駆動する場合には、鉄球の初期位置や壁の位置や鉄球の速度などを操作部２１に入力し、その入力データを操作部２２からトリガ発生回路１４に送り込む。トリガ発生回路１４は鉄球が壁に衝突するタイミングを演算し、駆動部２１を介して鉄球を駆動しつつ、そのタイミングに合わせてトリガを出力する。第１実施例と同じくトリガ発生回路１４から発生したこのトリガはクロック発生回路１２に送り込まれる。第２実施例でのトリガ発生回路１４は、本発明におけるトリガ出力手段に相当する。
【００７６】
第２実施例に係る撮影計画記憶部１３は、第１実施例での図２と同様の撮影計画、第１実施例での図３と同様のタイミング、および第１実施例での図４と同様のフローチャートの手順を記憶しており、このフローチャートに従って撮影を行う。
【００７７】
第２実施例に係る高速撮影装置１によれば、駆動部２１から付与する鉄球の駆動のタイミングに合わせて、トリガ発生回路１４はトリガを出力し、そのトリガに基づいて撮影条件を一連の撮影中に変更するので、鉄球の駆動のタイミングに合わせて、鉄球の衝突の前後を含む一連の撮影をより容易に行うことができる。
【００７８】
〔第３実施例〕
次に、この発明の第３実施例を説明する。なお、第１，第２実施例装置と共通する箇所については同符号を付して、その説明を省略する。第３実施例に係る高速撮影装置は、図６に示すとおりであり、第３実施例ではトリガ発生回路を備えないこと、および第３実施例では撮影計画記憶部は駆動部を直接的に制御することを除いて、図５に示す第２実施例に係る高速撮影装置と同じ構成からなる。なお、第３実施例では被写体である鉄球を直接的に破壊する様子を撮影する場合を例に採って説明する。
【００７９】
第３実施例に係る駆動部２１は、例えばハンマーなどで構成されており、鉄球を直接的に破壊する。また、第３実施例に係る撮影計画記憶部１３は、図７に示すような撮影計画を記憶している。なお、タイミングチャートおよびフローチャートについては図示を省略する。
【００８０】
図７中の『撮影モード』と『撮影速度』とは、第１実施例での図２と同様であって、図７中の『フレーム番号』において、『０』〜『２９』までは撮影速度が１０，０００フレーム／秒の低速撮影、『３０』〜『６９』までは撮影速度が１００，０００フレーム／秒の高速撮影、『７０』〜『９９』は撮影速度が２０，０００フレーム／秒の低速撮影である。第３実施例の場合には、鉄球の破壊時に低速撮影から高速撮影に変更するように、撮影計画を予め組み立てて撮影条件を設定している。従って、トリガを発生させずに変更を行う。また上述の理由から、撮影開始から『３０フレーム』で鉄球を直接的に破壊しつつ、低速撮影から高速撮影に変更することになる。
【００８１】
第３実施例に係る高速撮影装置１によれば、予め組み立てられた所定の撮影計画を記憶し、その所定の撮影計画に基づいて撮影条件を設定し、その撮影条件を一連の撮影中に変更するので、鉄球を直接的に破壊する様子の撮影を容易に行うことができる。
【００８２】
なお、第３実施例では第１，第２実施例と相違し、トリガに基づいて低速撮影から高速撮影に変更せずに組み立てられた撮影計画のみに基づいて変更を行う。従って、想定された現象が生起する時間と現象が実際に生起する時間とがズレる場合があるが、第３実施例では鉄球を直接的に破壊しているので、ズレが生じることは少ない。
【００８３】
〔第４実施例〕
次に、この発明の第４実施例を説明する。なお、第１〜第３実施例装置と共通する箇所については同符号を付して、その説明を省略する。第４実施例に係る高速撮影装置は、図８に示すとおりであり、図１に示す第１実施例に係る高速撮影装置と、図５に示す第２実施例に係る高速撮影装置とを組み合わせ、第２実施例の駆動部２１の替わりに第３実施例では刺激部３１を備えた構成となっている。なお、第３実施例では被写体である微生物に刺激を与え、刺激後に微生物が運動する様子を撮影する場合を例に採って説明する。また、第３実施例では振動センサ４は、微生物の運動による振動を検出するものとする。
【００８４】
刺激部３１は、電源部３１ａおよびプローブ３１ｂを備えており、クロック発生回路１２から出力されたクロック信号に同期した電源部３１ａからの電気信号をプローブ３１ｂに伝送する。プローブ３１ｂの先端は、微生物に接触されており、電気信号はプローブ３１ｂを介して微生物に電気刺激を与える。なお、微生物は刺激後、運動を即座に開始せずに、『ｙフレーム』分だけタイムラグが生じるとする。刺激部３１は、本発明における動作付与手段に相当する。
【００８５】
なお、操作部２２に刺激を命令するコマンドを入力して、刺激部３１から微生物に刺激を与えるように制御してもよい。
【００８６】
第３実施例に係る撮影計画記憶部１３は、図９に示すような撮影計画、および図１０に示すようなフローチャートの手順を記憶しており、このフローチャートに従って撮影を行う。なお、タイミングチャートについては図示を省略する。
【００８７】
図９中の『フレーム番号』において、『０』〜『３９』および『４０』〜『４０＋（ｙ−１）』までは撮影速度が１０，０００フレーム／秒の低速撮影、『ｙ＋４０』〜『ｙ＋６９』までは撮影速度が１００，０００フレーム／秒の高速撮影、『ｙ＋７０』〜『ｙ＋９９』は撮影速度が２０，０００フレーム／秒の低速撮影である。また、撮影開始から『４０フレーム』で微生物に刺激を与える。また、上述したように刺激後からｙフレームで運動を開始するので、トリガが発生したとき、すなわち微生物が運動を開始したときのフレーム番号は『ｙ＋４０』となる。従って、撮影開始から『（ｙ＋４０）フレーム』で微生物が運動を開始し、それによってトリガが発生し、同時に低速撮影から高速撮影に変更することになる。
【００８８】
次に、第４実施例に係る撮影方法について、図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００８９】
（ステップＳ１１）低速で撮影
微生物が運動を開始するステップＳ１５までは、変化が緩やかであるので、比較的長い撮影間隔で、すなわち低速で撮影を行う。撮影速度は１０，０００フレーム／秒（撮影間隔は１００μｓ／フレーム）である。
【００９０】
（ステップＳ１２）刺激を付与
微生物に刺激を与えるために、撮影開始から『４０フレーム』で電気信号をプローブ３１ｂに伝送する。
【００９１】
（ステップＳ１３）低速で撮影
刺激後、微生物が運動を開始するまで、すなわちトリガが発生するまで、撮影速度は１０，０００フレーム／秒（撮影間隔は１００μｓ／フレーム）のままで撮影を引き続き行う。
【００９２】
（ステップＳ１４）トリガが発生したか？
トリガ発生回路２４からトリガが発生したか否かを判断する。トリガが発生していなければ、ステップＳ１３の低速撮影を引き続き行う。トリガが発生していれば、振動センサ４が微生物の運動の開始を振動として、その検出のタイミングをトリガとして取り込んだとして、低速撮影から、ステップ５の高速撮影を変更する。
【００９３】
（ステップＳ１５）高速で撮影
微生物が運動を開始したときには、変化が急激であるので、短い撮影間隔で、すなわち高速で撮影を行う。撮影速度は１００，０００フレーム／秒（撮影間隔は１０μｓ／フレーム）で『３０フレーム』分だけ行う（フレーム番号が『ｘ＋４０』〜『ｘ＋６９』）。『３０フレーム』分を撮影後、高速撮影から、ステップＳ１６の低速撮影へ変更する。
【００９４】
（ステップＳ１６）低速で撮影
微生物が運動してから所定時間経過後、変化が緩やかとすると、比較的長い撮影間隔で、すなわち低速で撮影を行う。撮影速度は２０，０００フレーム／秒（撮影間隔は５０μｓ／フレーム）である。
【００９５】
上述したステップＳ１１〜Ｓ１６に係る一連の撮影方法、および第３実施例に係る高速撮影装置１のように、第１実施例と第２実施例とを組み合わせて撮影を行うこともできる。なお、微生物への刺激の付与と微生物の運動の開始との間にタイムラグがなければ、微生物に刺激を与えると同時に低速撮影から高速撮影に変更すればよい。
【００９６】
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００９７】
（１）上述した第１〜第４実施例では、撮影モードの如何に関わらず、すなわち撮影間隔の変更にも関わらず露光時間を一定にすることで、照明制御部１１の発光部からの単位フレーム当りの入射光量を一定にした状態で撮影を行ったが、撮影間隔の変更に伴う露光時間のズレが少ない、あるいは、ある程度ズレが大きくても撮影が適切に行われるならば、露光時間を一定にせず、例えば撮影間隔の割合によって露光時間を設定した状態で、撮影間隔を変更して撮影を行ってもよい。
【００９８】
また、露光時間以外にも、照明時間や照明強度を一定にしてもよい。なお、照明時間は、露光時間と相違し、撮影間隔の間で間欠的に照射するのみならず、連続的に照射する時間も含まれる。
【００９９】
（２）上述した第１，第４実施例では、被写体の動作を検出するのに振動センサ４を用いたが、被写体の動作は、第１実施例のように風船の爆発や、第４実施例のように微生物の運動に限定されないし、動作を検出する手段も振動センサに限定されない。例えば、被写体の動作については、ロケットなどの高速移動物体，爆発，乱流，放電現象，顕微鏡下での微生物の運動，脳・神経系の信号伝達などがある。また、ロケットなどの高速移動物体の発射を撮影する場合には、その発射を検出するのに、発射音による音波や周波数の変化の受信に基づいて行ってもよいし、放電現象を撮影する場合には、モニタに映し出された画像（画素値）の変化に基づいて放電現象のタイミングを検出すればよい。また、第２実施例では鉄球を壁に衝突させたが、鉄球がセンサを横切ったときのタイミングを検出してもよい。
【０１００】
また、被写体に所定の動作を付与する、本発明における動作付与手段についても、被写体の動作の形態によって変化し、その手段についても、第２，第３実施例のようにモータやハンマーなどであってもよいし、第４実施例のように刺激を与えるプローブであってもよいなど、特に限定されない。
【０１０１】
（３）上述した第１〜第４実施例では、予め組み立てられた所定の撮影計画に基づいて設定し、その撮影条件を一連の撮影中に変更して撮影を行ったが、撮影条件の変更のタイミングを手動で切り換えてもよい。例えば、所定の動作を付与するコマンドを操作部に入力し、本発明における動作付与手段から被写体に動作を付与する場合には、動作を付与するタイミングが分かっているので、撮影計画を予め組み立てなくとも、操作部の入力あるいは被検体への動作の付与と同時に撮影条件を変更すればよい。かかる場合では、例えば爆発のように現象が生起するタイミングが分からないときには有効的でないが、第２，第３実施例のように操作部や撮影計画記憶部１３から被写体に動作を直接的に付与するときには有効的である。
【０１０２】
また、手動で変更のタイミングを切り換えるような、かかる場合では、本発明におけるクロック手段（第１実施例〜第４実施例ではクロック発生回路１２）からの信号に同期しなくとも変更を行うことができ、撮影の制御を容易に行うことができる。逆に、例えば爆発のように現象が生起するタイミングが分からないときには、撮影計画またはトリガに基づいて撮影条件を変更する、あるいはクロック手段からの信号に同期して撮影を行うのが好ましい。
【０１０３】
（４）上述した第１〜第４実施例では、一連の撮影中において撮影モード、すなわち撮影間隔を変更したが、撮影条件であるならば、撮影間隔に限定されず、例えば、露光時間や照明時間、あるいは照明強度を変更してもよい。
【０１０４】
（５）上述した第１〜第４実施例では、撮影条件を一連の撮影中に変更するように単体の撮像素子とともに高速撮影装置を統括制御したが、各々の装置ごとに撮像素子を備え、各々の撮像素子をそれぞれ制御してもよい。第１〜第４実施例の撮影計画記憶部１３を例に採って説明すると、撮影計画記憶部１３を本体装置２から外し、単体の撮影計画記憶部１３を複数の本体装置２にそれぞれ接続し、本体装置２内の各クロック発生回路１２をそれぞれ介して、各々の処理部（特に撮像素子８）を制御するようにすればよい。この場合、撮影計画記憶部１３は、複数の撮像素子８を制御しているので、撮像素子８とともに複数の高速撮影装置を統括制御することができる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、撮影を行ううえで必要となる装置の物理量である撮影条件を一連の撮影中に変更する撮影条件変更手段を備えることで、有限の撮影データ内で撮影を精度良く行う高速撮影装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る高速撮影装置の全体構成を示したブロック図である。
【図２】第１実施例に係る撮影計画記憶部に予め組み立てられた撮影計画を示す図である。
【図３】撮影間隔や露光時間のタイミングを示したパルス波形図である。
【図４】第１実施例に係る撮影方法を示すフローチャートである。
【図５】第２実施例に係る高速撮影装置の全体構成を示したブロック図である。
【図６】第３実施例に係る高速撮影装置の全体構成を示したブロック図である。
【図７】第３実施例に係る撮影計画記憶部に予め組み立てられた撮影計画を示す図である。
【図８】第４実施例に係る高速撮影装置の全体構成を示したブロック図である。
【図９】第４実施例に係る撮影計画記憶部に予め組み立てられた撮影計画を示す図である。
【図１０】第４実施例に係る撮影方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　…　高速撮影装置
４　…　振動センサ
８　…　撮像素子
１１　…　照明制御部
１２　…　クロック発生回路
１３　…　撮影計画記憶部
１４　…　トリガ発生回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-speed photographing device such as a video camera, and in particular, to scientific measurements such as high-speed moving objects such as rockets, explosions, turbulence, discharge phenomena, movement of microorganisms under a microscope, and signal transmission of the brain and nervous system. The present invention relates to a technique for performing photographing by using the camera.
[0002]
[Prior art]
In a conventional high-speed photographing apparatus (high-speed video camera), a photographing interval, that is, a photographing speed is constant in a series of photographing. At the moment when the phenomenon occurs in the subject to be photographed, the occurrence of the phenomenon is abrupt. Therefore, in order to perform detailed photographing, it is desirable to perform photographing at a short photographing interval, that is, at a high photographing speed. On the other hand, before or after the phenomenon occurs, the change in occurrence is gradual, so it is desirable to shoot at a relatively long shooting interval, that is, at a slow shooting speed. In the present specification, “shooting interval” indicates time per unit frame (unit: seconds / frame), and “shooting speed” means the number of frames per unit time (unit: frames / second). Is shown. That is, the shooting speed is the reciprocal of the shooting interval.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the photographing interval is shortened by a high-speed camera with a constant photographing speed, the amount of photographing data increases, or in the case of a finite memory capacity, there is a problem that not all of a series of photographing can be photographed. Conversely, if the photographing interval is lengthened, there is a problem that a rapid change cannot be photographed.
[0004]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-speed photographing apparatus that accurately performs photographing within limited photographing data.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present invention has earnestly studied to solve the above-mentioned problems, and has obtained the following findings.
That is, in the conventional photographing apparatus, since the photographing speed is relatively low, the amount of a series of photographing data is hard to increase, and the entire series of photographing can be photographed even with a finite memory capacity. However, in recent high-speed photographing apparatuses, the photographing speed is 1.0 × 10 ⁶ Since the frame rate is as high as 1 frame / sec (1,000,000 frames / sec), the amount of photographing data increases as described above, or in the case of a finite memory capacity, it is not possible to photograph all of a series of photographing. . In order to solve such a problem, it is conceivable to perform photographing only at the moment when the phenomenon occurs or to increase the memory capacity.
[0006]
However, in the case of a spontaneous phenomenon such as an explosion, it is difficult to shoot only at the moment when the explosion occurs because it is not known when the moment of the explosion occurs, and the memory capacity increases. This causes another problem that the high-speed photographing device becomes large.
[0007]
On the other hand, in a photographing apparatus having a relatively low photographing speed, as described above, the amount of a series of photographing data is hard to increase, and even if the memory capacity is limited, all the series of photographing can be photographed. It is not conceivable to change the photographing conditions during the photographing, and conversely, if it is changed, it becomes difficult to control the photographing. The inventor of the present invention has conceived of changing the idea and intentionally changing the photographing conditions during a series of photographing to accurately perform photographing within limited photographing data. The present invention based on such knowledge has the following configuration.
[0008]
That is, the invention according to claim 1 includes an imaging unit that captures an optical image of a subject, photoelectrically converts the captured optical image and outputs an electric signal, and converts the electric signal output from the imaging unit into a captured image. And a photographing condition changing means for changing a photographing condition, which is a physical quantity of the device necessary for photographing, during a series of photographing.
[0009]
According to the first aspect of the present invention, by providing a photographing condition changing unit for changing a photographing condition, which is a physical quantity of an apparatus necessary for photographing, during a series of photographing, a finite condition is provided. It is possible to provide a high-speed photographing device that performs photographing with high accuracy in photographing data. In other words, for example, when shooting is performed at a short shooting interval at the moment when the phenomenon occurs, that is, at a high shooting speed, a sharp change can be shot at the moment when the phenomenon occurs, and the shooting should be performed with high accuracy. Can be. In addition, when shooting is performed at a relatively long shooting interval before or after the phenomenon occurs, that is, at a slow shooting speed, the amount of a series of shooting data is hard to increase before or after the phenomenon occurs, and a finite memory is used. It is possible to perform shooting within limited shooting data such that shooting is possible even with a large capacity.
[0010]
The invention according to claim 1 includes manually switching the timing of changing the photographing conditions. However, when the switching is performed manually, if the phenomenon is spontaneous such as an explosion, as described above, Since it is not known when the moment of the explosion will occur, it is difficult to determine when to make the change. Therefore, for example, when the phenomenon is an explosion, a predetermined photographing plan may be assembled in advance, assuming the time when the explosion occurs. The invention described in claim 2 based on such knowledge has the following configuration.
[0011]
That is, according to a second aspect of the present invention, in the high-speed imaging apparatus according to the first aspect, the imaging condition changing unit is an imaging plan unit that sets the imaging condition based on a predetermined imaging plan, The photographing plan means changes photographing conditions during a series of photographing based on the photographing plan.
[0012]
According to the second aspect of the present invention, the photographing condition changing means is a photographing plan means for setting photographing conditions based on a predetermined photographing plan, and the photographing plan means is provided with the above-mentioned photographing plan means. Since the shooting conditions are changed during a series of shootings based on the plan, the shooting can be easily performed while changing the shooting conditions during the series of shootings by assembling a predetermined shooting plan in advance. Therefore, for example, when the phenomenon is an explosion, assuming the time at which the explosion occurs, assembling a predetermined shooting plan in advance makes it easier to change the shooting conditions, and enables a series of shooting including before and after the explosion. It can be done easily.
[0013]
According to the second aspect of the present invention, even in the case of a spontaneous phenomenon such as an explosion, it is possible to easily perform photographing. However, the expected explosion time may deviate from the actual explosion time. Therefore, in order to more easily perform photographing, it is preferable to adopt a configuration as described in the third aspect of the present invention.
[0014]
That is, according to a third aspect of the present invention, in the high-speed photographing apparatus according to the first or second aspect, the high-speed photographing apparatus further includes a trigger input unit that detects an operation of the subject and captures a timing of the detection as a trigger. The imaging condition changing means or the imaging planning means changes the imaging condition during a series of imaging based on a trigger from a trigger input means.
[0015]
According to the third aspect of the present invention, there is provided a trigger input means for detecting a motion of a subject and capturing a timing of the detection as a trigger, and taking an image based on a trigger from the trigger input means. Since the condition changing means or the photographing planning means changes the photographing conditions during a series of photographing, it becomes easier to change the photographing conditions from the actual operation of the subject, and the photographing can be performed more easily. Therefore, for example, when the phenomenon (movement of the subject) is an explosion, the trigger input means captures the timing of the vibration of the explosion as a trigger, and the timing of changing the photographing conditions based on the trigger is further facilitated. A series of photographing including before and after can be performed more easily.
[0016]
In order to photograph spontaneous phenomena, that is, to photograph an object whose movement is not known when the explosion occurs, such as an explosion, the invention described in claim 3 is useful. For example, when a phenomenon (movement of a subject) causes a phenomenon (provides a stimulus to a microorganism) like a movement of a microorganism caused by applying a stimulus to the microorganism, the invention described in the following claim 4 is useful. It is.
[0017]
That is, according to a fourth aspect of the present invention, in the high-speed photographing apparatus according to any one of the first to third aspects, an operation applying means for applying a predetermined operation to the subject, A trigger output unit that outputs a trigger in accordance with the timing of the predetermined operation to be applied to the imaging operation.The imaging condition changing unit or the imaging plan unit sets the imaging condition based on a trigger from the trigger output unit. It is characterized in that it is changed during a series of shootings.
[0018]
According to the invention as set forth in claim 4, an operation applying means for applying a predetermined operation to the subject and a timing of the above-described predetermined operation to be applied to the subject from the operation applying means A trigger output unit for outputting a trigger, and based on the trigger from the trigger output unit, the photographing condition changing unit or the photographing planning unit changes the photographing conditions during a series of photographing, so that a predetermined operation is given to the subject. Shooting can be performed more easily in accordance with the timing of the shooting. Therefore, for example, when the phenomenon (movement of the subject) gives a stimulus to the microorganism, such as the movement of the microorganism due to the application of the stimulus to the microorganism, the trigger is output from the trigger output means in synchronization with the timing of the stimulus to the microorganism. Then, based on the trigger, it is possible to more easily perform a series of imaging related to the movement of the microorganism including before and after the stimulation of the microorganism.
[0019]
Further, when the photographing conditions are changed during a series of photographing, the photographing conditions may be changed based on a trigger as in the invention according to claim 3 or 4, but are described in claims 5 to 7 below. As in the invention of the fifth aspect, it may be performed in synchronization with a signal from the clock means for controlling the operation of the imaging means.
[0020]
That is, in the invention according to claim 5, the apparatus includes a clock unit that controls an operation of the imaging unit, wherein the imaging condition is an imaging interval that is a time between each imaging, and the imaging condition change is performed. The means or the photographing planning means changes the photographing interval in synchronization with a signal from the clock means.
[0021]
According to the fifth aspect of the present invention, the photographing condition is a photographing interval which is a time between each photographing, and is synchronized with a signal from a clock means for controlling the operation of the photographing means. Since the photographing interval, which is a photographing condition, is changed, even if the photographing interval is changed, by changing the photographing interval in synchronization with the signal from the clock means, the photographing can be controlled more easily.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, in the high-speed imaging apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the apparatus includes a clock unit that controls an operation of the imaging unit. An exposure time, which is a time during which light is incident during a shooting interval, which is a time between shootings, wherein the shooting condition changing means or the shooting planning means is synchronized with a signal from the clock means, It is characterized in that the exposure time is changed.
[0023]
According to the invention described in claim 6, the photographing condition is an exposure time that is a time during which light is incident during a photographing interval that is a time between each photographing, and Since the exposure time, which is a photographing condition, is changed in synchronization with a signal from the clock means for controlling the operation, even if the exposure time is changed, the change is made in synchronization with the signal from the clock means to perform the photographing. Control can be performed more easily.
[0024]
According to a seventh aspect of the present invention, in the high-speed imaging apparatus according to any one of the first to sixth aspects, the apparatus includes a clock unit that controls an operation of the imaging unit, and emits light to the subject. Illumination means for irradiating, the imaging conditions, illumination time is a time to continuously or intermittently irradiate the subject from the illumination means, or illumination intensity is an intensity to irradiate the subject from the illumination means, The imaging condition changing means or the imaging planning means changes the illumination time or the illumination intensity in synchronization with a signal from the clock means.
[0025]
According to the invention as set forth in claim 7, an illumination means for irradiating the subject with light is provided, and the photographing condition is an illumination time, which is a time for continuously or intermittently irradiating the subject from the illumination means, Alternatively, the illumination intensity is the intensity of irradiating the subject from the illumination means, and the illumination time or the illumination intensity as the imaging condition is changed in synchronization with the signal from the clock means for controlling the operation of the imaging means. Even if the illumination time or the illumination intensity is changed, the control of the photographing can be more easily performed by making the change in synchronization with the signal from the clock means.
[0026]
In general, the exposure time is set by the ratio of the photographing interval. If the shooting interval is changed in this setting state, the exposure time is short when the shooting interval is short (the shooting speed is fast), and the exposure time is long when the shooting interval is long (the shooting speed is slow). Therefore, the amount of incident light per unit frame from the illuminating means varies with the change of the photographing interval, and it may be impossible to perform photographing with an appropriate amount of incident light. It is preferable to adopt a configuration as in the invention of (1).
[0027]
That is, according to an eighth aspect of the present invention, in the high-speed photographing apparatus according to any one of the first to seventh aspects, the photographing conditions include a photographing interval that is a time between each photographing and a photographing interval between the photographing intervals. And an exposure time that is a time during which light is incident, wherein the photographing condition changing means or the photographing planning means keeps the exposure time constant regardless of a change in the photographing interval. It is.
[0028]
According to the eighth aspect of the present invention, the photographing conditions include a photographing interval which is a time between each photographing and an exposure time which is a time during which light is incident between the photographing intervals. Thus, by keeping the exposure time constant irrespective of the change of the photographing interval, photographing can be appropriately performed with the incident light amount kept constant.
[0029]
According to a ninth aspect of the present invention, in the high-speed photographing apparatus according to any one of the first to eighth aspects, the apparatus includes an illuminating unit for irradiating the subject with light, and the photographing condition is determined by each photographing condition. A photographing interval, which is a time between the photographing, and an illumination time, which is a time for continuously or intermittently irradiating the subject from the lighting means, or an illumination intensity, which is an intensity of irradiating the subject from the lighting means. The condition changing means or the photographing planning means keeps the illumination time and the illumination intensity constant regardless of the change of the photographing interval.
[0030]
According to the ninth aspect of the present invention, there is provided an illuminating means for irradiating a subject with light. The illumination time, which is the time of intermittent illumination, or the illumination intensity, which is the intensity of illumination from the illumination means to the subject. The photographing can be appropriately performed in a state where is kept constant.
[0031]
The photographing condition changing means or the photographing planning means for changing the photographing conditions during a series of photographing may control a single photographing means provided in the high-speed photographing apparatus. A plurality of imaging units may be controlled as described above.
[0032]
That is, according to a tenth aspect of the present invention, in the high-speed photographing apparatus according to any one of the first to ninth aspects, the high-speed photographing apparatus is provided with the photographing means for each apparatus, and the photographing condition changing means or the photographing planning means is provided. Is characterized in that each of the imaging means is controlled so as to change the imaging conditions during a series of imaging.
[0033]
According to the tenth aspect of the present invention, since the photographing condition changing means or the photographing planning means controls the plurality of photographing means, it is possible to control the plurality of high-speed photographing devices together with the photographing means. Can be.
[0034]
Note that the present specification also discloses an invention relating to an imaging method.
[0035]
(1) A photographing method in which an optical image of a subject is captured, the captured optical image is photoelectrically converted and output as an electric signal, and the output electric signal is processed as a captured image. A photographing method characterized in that photographing conditions, which are physical quantities of a device, are changed during a series of photographing.
[0036]
[Operation / Effect] According to the invention (1), since the photographing conditions are changed during a series of photographing, photographing can be performed accurately within limited photographing data.
[0037]
(2) In the imaging method according to (1), imaging conditions are set based on a predetermined imaging plan assembled in advance, and the set imaging conditions are changed during a series of imaging. Method.
[0038]
[Operation / Effect] According to the invention of the above (2), by pre-assembling a predetermined photographing plan, photographing can be easily performed while changing photographing conditions during a series of photographing.
[0039]
(3) In the photographing method according to (2), the photographing condition is a photographing interval which is a time between each photographing, and at a moment when a phenomenon occurs in the subject, the photographing interval is shortened. At other times, the predetermined shooting plan is assembled so as to be longer than the shooting interval at the moment when the phenomenon occurs in the subject, the shooting interval as a shooting condition is set based on the shooting plan, and the set shooting interval is set to a series. A shooting method characterized by changing during shooting.
[0040]
[Operation / Effect] According to the invention (3), the photographing interval is shortened at the moment when the phenomenon occurs, and at other times, the photographing interval is longer than the photographing interval at the moment when the phenomenon occurs in the subject. When the phenomenon occurs, the photographing can be performed with high accuracy, such as capturing a sudden change at the moment when the phenomenon occurs at a short shooting interval, and by taking a long shooting interval at other times, a series of Photographing can be performed within finite photographing data such that the amount of photographing data hardly increases and photographing is possible even with a finite memory capacity.
[0041]
(4) In the photographing method according to (2), the photographing conditions include a photographing interval that is a time between each photographing and an exposure time that is a time during which light is incident between the photographing intervals. Setting a predetermined photographing plan so as to keep the exposure time constant irrespective of a change in the photographing interval, and setting a photographing condition and a photographing interval based on the photographing plan. Method.
[0042]
[Operation / Effect] According to the invention (4), the photographing conditions are a photographing interval which is a time between each photographing and an exposure time which is a time during which light is incident between the photographing intervals. By making the exposure time constant regardless of the change of the photographing interval, photographing can be appropriately performed with the incident light amount kept constant.
[0043]
(5) In the imaging method according to (4), the setting of the exposure time is performed based on a minimum imaging interval among the imaging intervals, and the exposure time is equal to or less than the minimum imaging interval. How to shoot.
[0044]
[Operation / Effect] If the exposure time is not set based on the minimum photographing interval in the photographing interval in a state where the exposure time is fixed, a situation occurs in which the exposure time becomes longer than the photographing interval. . Therefore, according to the invention of (5), the above situation is avoided by setting the exposure time based on the minimum photographing interval in the photographing interval and setting the exposure time to be equal to or less than the minimum photographing interval. be able to.
[0045]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the high-speed photographing apparatus according to the first embodiment, FIG. 2 is a photographing plan pre-assembled in a photographing plan storage unit according to the first embodiment, and FIG. FIG. 4 is a pulse waveform diagram (timing chart) showing the timing of the exposure time and the exposure time. FIG. 4 is a flowchart showing the imaging method according to the first embodiment. In the first embodiment, a case where an image of a balloon as an object exploding will be described as an example.
[0046]
Reference numeral 1 in FIG. 1 denotes a high-speed photographing apparatus according to the first embodiment. Although not shown in FIG. 1, an operation unit is also provided.
[0047]
The main body device 2 includes an optical lens 5 for capturing light from a subject, and a processing unit 6 for converting an optical image captured from the optical lens 5 into an electric signal and performing various processes.
[0048]
The processing unit 6 includes a microchannel plate type image intensifier (hereinafter, referred to as “MCP type II”) 7, an image sensor 8, an image processing unit 9, a main storage unit 10, an illumination control unit 11, and a clock generation circuit 12. , An imaging plan storage unit 13 and a trigger generation circuit 14.
[0049]
MCP type I. I7 converts the optical image of the subject into photoelectrons, doubles the photoelectrons by applying a pulse voltage synchronized with the clock signal output from the clock generation circuit 12, and then converts the doubled photoelectrons back into an optical image. Has functions. That is, the MCP type I. I7 has a function of adjusting on / off switching by applying a pulse voltage synchronized with the clock signal output from the clock generation circuit 12, and operating as a shutter.
[0050]
The imaging element 8 includes a plurality of photodiodes for photoelectric conversion and a CCD element group, and photoelectrically converts the captured optical image and outputs an electric signal. The imaging element 8 has a function of operating as a shutter when sequentially storing and reading out the photoelectrically converted charges. The imaging device 8 corresponds to an imaging unit in the present invention.
[0051]
The image processing unit 9 amplifies the signal by an amplifier or an AD converter (both not shown) and converts the signal from an analog signal to a digital signal. That is, the image processing unit 9 has a function of processing an electric signal output from the imaging element 8 as a captured image. The captured images processed by the image processing unit 9 are stored in the main storage unit 10 and sequentially output and displayed on the monitor 3.
[0052]
The illumination control unit 11 includes a light-emitting unit, a light-emitting drive unit, and the like (both not shown). The light-emitting drive unit urges driving of the light-emitting unit in synchronization with a clock signal output from the clock generation circuit 12. The light emitting section is constituted by a discharge tube (not shown) in which a rare gas such as xenon gas is sealed. Then, visible light or ultraviolet light is emitted from the discharge tube of the light emitting unit to irradiate the subject. The lighting control unit 11 corresponds to a lighting unit in the present invention.
[0053]
The clock generation circuit 12 has an MCP type I. It has a function of totally controlling the I7, the image sensor 8, the image processing unit 9, the main storage unit 10, and the illumination control unit 11. Various signals are synchronized with the clock signal output from the clock generation circuit 12. The clock generation circuit 12 corresponds to a clock unit in the present invention.
[0054]
The photographing plan storage unit 13 is configured to store a predetermined photographing plan assembled in advance, and to set photographing conditions based on the predetermined photographing plan. In the first embodiment, a photographing interval and an exposure time are set as photographing conditions. Further, the MCP type I.P.M. through the clock generation circuit 12 for the set photographing interval and exposure time. I7 and the image sensor 8 are controlled. The illumination control unit 11 is controlled via the clock generation circuit 12 for the illumination time and the illumination intensity, which are one of the photographing conditions. The specific configuration of the shooting plan storage unit 13 will be described later. The photographing plan storage unit 13 corresponds to a photographing planning unit in the present invention, and also corresponds to a photographing condition changing unit in the present invention.
[0055]
The vibration sensor 4 detects vibration caused by the explosion of the balloon, and the trigger generation circuit 14 captures the detection timing of the vibration sensor 4 as a trigger. This trigger generated from the trigger generation circuit 14 is sent to the clock generation circuit 12. The trigger generation circuit 14 corresponds to a trigger input unit according to the present invention.
[0056]
The imaging plan storage unit 13 according to the first embodiment stores an imaging plan as shown in FIG. 2, a timing as shown in FIG. 3, and a procedure of a flowchart as shown in FIG. I do.
[0057]
The leftmost column in FIG. 2 is the “shooting mode”, where “low speed” indicates low-speed shooting and “high speed” indicates high-speed shooting. “Trigger” in the second column from the left in FIG. 2 is a determination of the presence / absence of a trigger generated from the trigger generation circuit 14, “Yes” if a trigger has been generated, and “No” if no trigger has been generated. "None". The second column from the right in FIG. 2 is “frame number”. The frame number when a trigger occurs, that is, when the balloon explodes is represented by “x”. The rightmost column in FIG. 2 is “photographing speed”, and the unit is frame / second.
[0058]
In this specification, a shooting speed of 100,000 frames / second or more is referred to as “high-speed shooting”, and a shooting speed lower than 100,000 frames / sec is referred to as “low-speed shooting”. Accordingly, since the shooting speed is 10,000 frames / second when the frame number is "0" to "x-1", the shooting mode is low-speed shooting, and when the frame number is "x" to "x + 39", the shooting speed is 100. Since the frame rate is 2,000 frames / sec, the shooting mode is high-speed shooting, and since the shooting speed is 20,000 frames / sec from frame numbers “x + 40” to “x + 69”, the shooting mode is low-speed shooting.
[0059]
The shooting speed is the reciprocal of the shooting interval. Therefore, when the shooting speed in high-speed shooting is 100,000 frames / second, the shooting interval is 1.0 × 10 ^-5 When the shooting speed in low-speed shooting is 10,000 frames / second, the shooting interval is 1.0 × 10 2 / frame (10 μs / frame). ^-4 When the shooting speed in low-speed shooting is 20,000 frames / second, the shooting interval is 5.0 × 10 2 / frame (100 μs / frame). ^-5 Seconds / frame (50 μs / frame).
[0060]
The transfer clock in FIG. The on / off switching of I7 is adjusted to perform shuttering, that is, control of the exposure time. The shuttering clock in FIG. 3 is a signal for controlling the illumination control unit 11, and the light emitting unit of the illumination control unit 11 emits ultraviolet light in synchronization with the shuttering clock.
[0061]
The output of the shuttering clock is synchronized with each shooting interval of the transfer clock, and the time during which the shuttering clock is output is the exposure time. Assuming that the exposure time is “t” as shown in FIG. 3, the shooting plan storage unit 13 is set so that the exposure time is always constant at t regardless of the shooting mode. The setting of the exposure time t is performed based on the minimum photographing interval among the photographing intervals. In the case of the first embodiment, the minimum photographing interval is 10 μs / frame, which is the photographing interval in high-speed photographing. Therefore, the exposure time t is set shorter than the minimum photographing interval of 10 μs / frame. If the exposure is not performed based on the minimum photographing interval of 10 μs / frame, the exposure time t may be longer than the photographing interval.
[0062]
In the first embodiment, when a trigger is generated from the trigger generation circuit 14, as shown in FIG. 3, the shooting speed is reduced from 10,000 frames / second (shooting interval is 100 μs / frame) to 100 frames. It is changed to high-speed shooting at 2,000 frames / second (the shooting interval is 10 μs / frame).
[0063]
In addition, a vertical synchronization signal (not shown) is a signal for setting the timing of an image for one frame, and is also a frame rate to be output to the monitor 3. A vertical transfer pulse (not shown) is a signal for sequentially outputting captured images in the vertical direction of the monitor 3. A video output (not shown) is a captured image of one scanning line output to the monitor 3, and a captured image of one scanning line is sequentially output in the vertical direction of the monitor 6 for each vertical transfer pulse. . Then, an image for one frame is output to the monitor 3 as a captured image in one frame, that is, until the next vertical synchronization signal is output. Note that these signals and clock are assumed to be synchronized with the clock signal output from the clock generation circuit 12.
[0064]
Next, an imaging method according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart in FIG.
[0065]
(Step S1) Shooting at low speed
Until the balloon explodes, the change is gradual, so the shooting is performed at a relatively long shooting interval, that is, at a low speed. In the first embodiment, low-speed photographing at a photographing speed of 10,000 frames / second (a photographing interval is 100 μs / frame) is performed.
[0066]
(Step S2) Has a trigger occurred?
It is determined whether or not a trigger has been generated from the trigger generation circuit 24. If the trigger has not occurred, the low-speed shooting in step S1 is continued. If a trigger has occurred, the vibration sensor 4 detects the explosion of the balloon as vibration, and the detection timing is taken as a trigger, and the low-speed shooting is changed to the high-speed shooting in step 3.
[0067]
(Step S3) Shooting at high speed
At the moment when the balloon explodes, the change due to the explosion is abrupt, so that the photographing is performed at a short photographing interval, that is, at a high speed. In the first embodiment, high-speed shooting with a shooting speed of 100,000 frames / sec (shooting interval of 10 μs / frame) is performed for “40 frames” (frame numbers “x” to “x + 39”). After capturing “40 frames”, the high-speed shooting is changed to the low-speed shooting in step S4.
[0068]
(Step S4) Shooting at low speed
After a lapse of a predetermined time from the explosion of the balloon, the change is gradual, so that shooting is performed at a relatively long shooting interval, that is, at a low speed. In the first embodiment, low-speed shooting at a shooting speed of 20,000 frames / sec (shooting interval is 50 μs / frame) is performed.
[0069]
According to the series of photographing methods according to steps S1 to S4 and the high-speed photographing apparatus 1 according to the first embodiment, the photographing plan storage unit 13 that changes photographing conditions during a series of photographing is provided, so that a finite Photographing can be performed with high precision in the photographing data. That is, in the first embodiment, when the balloon is exploded, photographing is performed at a short photographing interval (high-speed photographing) (step S3), and when the balloon explodes, a sudden change due to the explosion can be photographed. As described above, the shooting can be performed with high accuracy. In addition, before and after the balloon explodes, photographing is performed at a long photographing interval (low-speed photographing) (steps S1 and S4). It is possible to perform shooting within limited shooting data such that shooting is possible even if there is any.
[0070]
Further, the shooting plan storage unit 13 stores a predetermined shooting plan assembled in advance, sets shooting conditions based on the predetermined shooting plan, and changes the shooting conditions during a series of shootings. Explosive shooting can be easily performed. Further, since the high-speed imaging device 1 includes the trigger generation circuit 14 in which the vibration sensor 4 detects vibration due to the explosion of the balloon and captures the timing of the detection as a trigger, it is possible to change the imaging conditions based on the trigger. The timing (change from low-speed shooting to high-speed shooting in steps S1 to S3) is further facilitated, and a series of shooting including before and after the explosion can be performed more easily.
[0071]
In addition, since the photographing interval, which is a photographing condition, is changed (change from high-speed photographing to low-speed photographing from step S3 to step S4) in synchronization with the clock signal from the clock generation circuit 12, the photographing interval is changed. Even when the change is made in synchronization with the clock signal, the control of photographing can be performed more easily.
[0072]
Further, by keeping the exposure time t constant regardless of the change of the photographing interval, it is possible to appropriately perform photographing with the incident light amount kept constant.
[0073]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The high-speed photographing apparatus according to the second embodiment is as shown in FIG. 5. In the second embodiment, a drive unit 21 such as a motor is provided in place of the vibration sensor 4 of the first embodiment. 1 has the same configuration as the high-speed photographing apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 except that the function of the first embodiment differs from that of the second embodiment. FIG. 5 illustrates the operation unit 22. In the second embodiment, an example will be described in which an iron ball, which is a subject, is collided with a wall, and a state in which the iron ball is destroyed by the collision is photographed.
[0074]
The operation unit 22 is configured to control a driving unit 21 such as a motor via the trigger generation circuit 14. The driving unit 21 drives the iron ball toward the wall so that the iron ball collides with the wall. It is configured to The drive unit 21 corresponds to an operation applying unit in the present invention.
[0075]
When the iron ball is driven from the driving unit 21, the initial position of the iron ball, the position of the wall, the speed of the iron ball, and the like are input to the operation unit 21, and the input data is sent from the operation unit 22 to the trigger generation circuit 14. . The trigger generation circuit 14 calculates the timing at which the iron ball collides with the wall, and outputs a trigger in accordance with the timing while driving the iron ball via the drive unit 21. This trigger generated from the trigger generation circuit 14 is sent to the clock generation circuit 12 as in the first embodiment. The trigger generation circuit 14 in the second embodiment corresponds to a trigger output unit in the present invention.
[0076]
The photographing plan storage unit 13 according to the second embodiment stores the same photographing plan as in FIG. 2 in the first embodiment, the same timing as in FIG. 3 in the first embodiment, and FIG. The procedure of a similar flowchart is stored, and photographing is performed according to this flowchart.
[0077]
According to the high-speed photographing apparatus 1 according to the second embodiment, the trigger generation circuit 14 outputs a trigger in accordance with the driving timing of the iron ball provided from the driving unit 21, and sets a series of photographing conditions based on the trigger. Since the change is performed during the shooting, a series of shootings including before and after the collision of the iron ball can be more easily performed in accordance with the driving timing of the iron ball.
[0078]
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The high-speed photographing apparatus according to the third embodiment is as shown in FIG. 6. In the third embodiment, no trigger generation circuit is provided. In the third embodiment, the photographing plan storage section directly controls the driving section. The configuration is the same as that of the high-speed photographing apparatus according to the second embodiment shown in FIG. In the third embodiment, a case where an image of directly destroying an iron ball, which is a subject, will be described as an example.
[0079]
The drive unit 21 according to the third embodiment is constituted by, for example, a hammer, and directly destroys an iron ball. Further, the shooting plan storage unit 13 according to the third embodiment stores a shooting plan as shown in FIG. The timing chart and flowchart are not shown.
[0080]
“Shooting mode” and “shooting speed” in FIG. 7 are the same as those in FIG. 2 in the first embodiment, and “0” to “29” in “frame number” in FIG. Low-speed shooting with a speed of 10,000 frames / second, high-speed shooting with a shooting speed of 100,000 frames / second from "30" to "69", and shooting speed of 20,000 frames / second with "70" to "99" This is a low-speed shooting in seconds. In the case of the third embodiment, a shooting plan is pre-assembled and shooting conditions are set so as to change from low-speed shooting to high-speed shooting when the iron ball is broken. Therefore, the change is made without generating a trigger. For the above-mentioned reason, the shooting is changed from the low-speed shooting to the high-speed shooting while directly destroying the iron ball at "30 frames" from the start of the shooting.
[0081]
According to the high-speed photographing apparatus 1 according to the third embodiment, a predetermined photographing plan assembled in advance is stored, photographing conditions are set based on the predetermined photographing plan, and the photographing conditions are changed during a series of photographing. Therefore, it is possible to easily photograph the state in which the iron ball is directly destroyed.
[0082]
Note that, in the third embodiment, unlike the first and second embodiments, the change is performed based only on the assembled shooting plan without changing from low-speed shooting to high-speed shooting based on the trigger. Therefore, the time when the expected phenomenon occurs and the time when the phenomenon actually occurs may be different from each other. However, in the third embodiment, since the iron ball is directly destroyed, the difference rarely occurs.
[0083]
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The same parts as those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The high-speed photographing apparatus according to the fourth embodiment is as shown in FIG. 8 and combines the high-speed photographing apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 with the high-speed photographing apparatus according to the second embodiment shown in FIG. In the third embodiment, a stimulating unit 31 is provided instead of the driving unit 21 of the second embodiment. In the third embodiment, an example will be described in which a stimulus is applied to a microorganism serving as a subject, and a state in which the microorganism moves after the stimulation is photographed. In the third embodiment, the vibration sensor 4 detects vibration caused by the movement of microorganisms.
[0084]
The stimulating unit 31 includes a power supply unit 31a and a probe 31b, and transmits an electric signal from the power supply unit 31a synchronized with the clock signal output from the clock generation circuit 12 to the probe 31b. The tip of the probe 31b is in contact with the microorganism, and the electric signal gives an electric stimulus to the microorganism via the probe 31b. Here, it is assumed that the microorganism does not immediately start exercising after stimulation, but a time lag occurs for "y frames". The stimulating unit 31 corresponds to an operation applying unit in the present invention.
[0085]
Note that a command for instructing a stimulus may be input to the operation unit 22 to control the stimulus unit 31 to apply a stimulus to the microorganism.
[0086]
The shooting plan storage unit 13 according to the third embodiment stores a shooting plan as shown in FIG. 9 and a procedure of a flowchart as shown in FIG. 10, and performs shooting according to this flowchart. Illustration of the timing chart is omitted.
[0087]
In the “frame number” in FIG. 9, “0” to “39” and “40” to “40+ (y−1)” are used for low-speed shooting at a shooting speed of 10,000 frames / sec, and “y + 40” to “y + 40”. Up to “y + 69”, high-speed shooting with a shooting speed of 100,000 frames / second, and from “y + 70” to “y + 99”, low-speed shooting with a shooting speed of 20,000 frames / second. Microorganisms are stimulated in “40 frames” from the start of imaging. Further, as described above, since the movement starts at the y frame after the stimulation, the frame number when the trigger is generated, that is, when the microorganism starts the movement is “y + 40”. Therefore, the microorganism starts to move at the “(y + 40) frame” from the start of the photographing, thereby generating a trigger, and at the same time, changing from low-speed photographing to high-speed photographing.
[0088]
Next, an imaging method according to the fourth embodiment will be described with reference to the flowchart in FIG.
[0089]
(Step S11) Shoot at low speed
Until step S15 at which the microorganisms start exercising, the change is gradual, so that imaging is performed at a relatively long imaging interval, that is, at a low speed. The photographing speed is 10,000 frames / second (the photographing interval is 100 μs / frame).
[0090]
(Step S12) Apply stimulus
In order to stimulate the microorganisms, an electric signal is transmitted to the probe 31b in "40 frames" from the start of imaging.
[0091]
(Step S13) Shoot at low speed
After the stimulation, the photographing is continued at the photographing speed of 10,000 frames / second (the photographing interval is 100 μs / frame) until the microorganism starts to move, that is, until the trigger occurs.
[0092]
(Step S14) Has a trigger occurred?
It is determined whether or not a trigger has been generated from the trigger generation circuit 24. If the trigger has not occurred, the low-speed shooting in step S13 is continuously performed. If a trigger has occurred, the vibration sensor 4 takes the start of the movement of the microorganism as vibration and captures the detection timing as a trigger, and changes the low-speed imaging to the high-speed imaging in step 5.
[0093]
(Step S15) High-speed shooting
When the microorganisms start exercising, the change is abrupt, so that imaging is performed at a short imaging interval, that is, at a high speed. The photographing speed is 100,000 frames / second (the photographing interval is 10 μs / frame), and the photographing is performed for “30 frames” (frame numbers “x + 40” to “x + 69”). After shooting "30 frames", the high-speed shooting is changed to the low-speed shooting in step S16.
[0094]
(Step S16) Shoot at low speed
If the change is gradual after a lapse of a predetermined time from the movement of the microorganism, the photographing is performed at a relatively long photographing interval, that is, at a low speed. The photographing speed is 20,000 frames / second (the photographing interval is 50 μs / frame).
[0095]
As in the series of photographing methods according to steps S11 to S16 and the high-speed photographing apparatus 1 according to the third embodiment, photographing can be performed by combining the first embodiment and the second embodiment. Note that if there is no time lag between the application of the stimulus to the microorganism and the start of the movement of the microorganism, the low-speed imaging may be changed to the high-speed imaging simultaneously with the application of the stimulus to the microorganism.
[0096]
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified as follows.
[0097]
(1) In the above-described first to fourth embodiments, the unit from the light emitting unit of the illumination control unit 11 is controlled by making the exposure time constant regardless of the shooting mode, that is, regardless of the change of the shooting interval. Although the shooting was performed with the incident light amount per frame kept constant, if the exposure time shift due to the change of the shooting interval is small, or if the shooting is performed properly even if the shift is large to some extent, the exposure time should be increased. The shooting may be performed by changing the shooting interval in a state where the exposure time is set according to, for example, the ratio of the shooting interval.
[0098]
In addition to the exposure time, the illumination time and the illumination intensity may be fixed. Note that the illumination time is different from the exposure time, and includes not only the intermittent irradiation during the photographing interval but also the continuous irradiation time.
[0099]
(2) In the above-described first and fourth embodiments, the vibration sensor 4 is used to detect the motion of the subject. However, the motion of the subject may be caused by the explosion of a balloon or the fourth embodiment as in the first embodiment. It is not limited to the movement of the microorganism as in the example, and the means for detecting the movement is not limited to the vibration sensor. For example, the movement of the subject includes a high-speed moving object such as a rocket, explosion, turbulence, discharge phenomena, movement of microorganisms under a microscope, and signal transmission of the brain and nervous system. Also, when shooting a high-speed moving object such as a rocket, the detection of the firing may be performed based on the reception of a sound wave or a change in frequency due to a firing sound, or when shooting a discharge phenomenon. Then, the timing of the discharge phenomenon may be detected based on the change in the image (pixel value) displayed on the monitor. Further, in the second embodiment, the iron ball hits the wall, but the timing when the iron ball crosses the sensor may be detected.
[0100]
In addition, the motion imparting means of the present invention for imparting a predetermined motion to a subject also changes depending on the mode of motion of the subject, and the means is also a motor or a hammer as in the second and third embodiments. There is no particular limitation, for example, the probe may give a stimulus as in the fourth embodiment.
[0101]
(3) In the first to fourth embodiments described above, the photographing is set based on a predetermined photographing plan assembled in advance and the photographing conditions are changed during a series of photographing, but the photographing conditions are changed. May be manually switched. For example, when a command for giving a predetermined action is input to the operation unit and the action is given to the subject from the action giving means in the present invention, the timing for giving the action is known, so that the shooting plan is not assembled in advance. In both cases, the imaging conditions may be changed simultaneously with the input of the operation unit or the application of the operation to the subject. In such a case, it is not effective when the timing at which the phenomenon occurs, such as an explosion, is not effective. However, as in the second and third embodiments, the operation is directly applied to the subject from the operation unit or the shooting plan storage unit 13. It is effective when you do.
[0102]
In such a case where the timing of the change is manually switched, the change can be performed without synchronizing with the signal from the clock means (clock generation circuit 12 in the first to fourth embodiments) of the present invention. It is possible to easily control photographing. Conversely, when the timing at which a phenomenon occurs, such as an explosion, is not known, it is preferable to change shooting conditions based on a shooting plan or trigger, or to shoot in synchronization with a signal from a clock unit.
[0103]
(4) In the above-described first to fourth embodiments, the shooting mode, that is, the shooting interval is changed during a series of shooting. However, if the shooting conditions are satisfied, the shooting mode is not limited to the shooting interval. The time or the illumination intensity may be changed.
[0104]
(5) In the above-described first to fourth embodiments, the high-speed photographing apparatus is integrally controlled together with a single image pickup device so as to change the photographing conditions during a series of photographing operations. Each image sensor may be controlled individually. Taking the imaging plan storage unit 13 of the first to fourth embodiments as an example, the imaging plan storage unit 13 is detached from the main unit 2 and the single imaging plan storage unit 13 is connected to the plurality of main units 2 respectively. The respective processing units (especially, the imaging device 8) may be controlled via the respective clock generation circuits 12 in the main unit 2. In this case, since the imaging plan storage unit 13 controls the plurality of imaging devices 8, it is possible to control the plurality of high-speed imaging devices together with the imaging devices 8.
[0105]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, by providing a photographing condition changing unit for changing a photographing condition, which is a physical quantity of an apparatus necessary for photographing, during a series of photographing, a finite photographing condition is provided. It is possible to provide a high-speed photographing device that performs photographing with high accuracy in data.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a high-speed imaging device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a shooting plan assembled in advance in a shooting plan storage unit according to the first embodiment.
FIG. 3 is a pulse waveform chart showing timings of a photographing interval and an exposure time.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a photographing method according to the first embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing an overall configuration of a high-speed photographing apparatus according to a second embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing an overall configuration of a high-speed photographing apparatus according to a third embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a shooting plan assembled in advance in a shooting plan storage unit according to a third embodiment.
FIG. 8 is a block diagram illustrating an overall configuration of a high-speed imaging apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a shooting plan assembled in advance in a shooting plan storage unit according to a fourth embodiment.
FIG. 10 is a flowchart illustrating a photographing method according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1. High-speed photographing device
4. Vibration sensor
8 Image sensor
11 Lighting control unit
12: Clock generation circuit
13… shooting plan storage
14 Trigger generation circuit

Claims

A high-speed photographing apparatus that captures an optical image of a subject, photoelectrically converts the captured optical image, and outputs the signal as an electric signal, and processes the electric signal output from the imager as a photographed image. A high-speed photographing apparatus, comprising: photographing condition changing means for changing a photographing condition, which is a physical quantity of the apparatus necessary for performing the photographing, during a series of photographing.

2. The high-speed photographing apparatus according to claim 1, wherein the photographing condition changing unit is a photographing plan unit that sets the photographing conditions based on a predetermined photographing plan, wherein the photographing plan unit is based on the photographing plan. A high-speed photographing apparatus wherein photographing conditions are changed during a series of photographing.

3. The high-speed photographing apparatus according to claim 1, further comprising: a trigger input unit configured to detect an operation of the subject and capture a timing of the detection as a trigger, based on a trigger from the trigger input unit. A high-speed photographing apparatus, wherein the photographing condition changing means or the photographing planning means changes the photographing conditions during a series of photographing.

4. The high-speed photographing device according to claim 1, wherein an operation applying unit that applies a predetermined operation to the subject and a timing of the predetermined operation that is applied to the object from the operation applying unit are adjusted. A trigger output unit that outputs a trigger, wherein the photographing condition changing unit or the photographing planning unit changes the photographing condition during a series of photographing based on a trigger from the trigger output unit. High-speed shooting device.

5. The high-speed photographing apparatus according to claim 1, wherein the apparatus includes a clock unit that controls an operation of the imaging unit, and the photographing condition is a photographing interval that is a time between photographing. A high-speed photographing apparatus, wherein the photographing condition changing means or the photographing planning means changes the photographing interval in synchronization with a signal from the clock means.

The high-speed photographing apparatus according to claim 1, wherein the apparatus includes a clock unit that controls an operation of the imaging unit, and the photographing condition is a photographing interval that is a time between photographing. An exposure time that is a time during which light is incident between the imaging condition changing means or the imaging planning means, wherein the exposure time is changed in synchronization with a signal from the clock means. High-speed shooting device.

7. The high-speed photographing apparatus according to claim 1, wherein the apparatus includes a clock unit that controls an operation of the imaging unit, and an illumination unit that irradiates the subject with light. The condition is an illumination time, which is a time for continuously or intermittently irradiating the subject from the lighting means, or an illumination intensity, which is an intensity of irradiating the subject from the lighting means, wherein the imaging condition changing means or the imaging plan is used. The high-speed photographing apparatus, wherein the means changes the illumination time or the illumination intensity in synchronization with a signal from the clock means.

8. The high-speed photographing apparatus according to claim 1, wherein the photographing condition is a photographing interval that is a time between each photographing, and an exposure that is a time during which light is incident between the photographing intervals. A high-speed photographing apparatus, wherein the photographing condition changing unit or the photographing planning unit keeps the exposure time constant regardless of a change in the photographing interval.

The high-speed photographing device according to any one of claims 1 to 8, wherein the device includes an illumination unit that irradiates the subject with light, wherein the photographing conditions include a photographing interval that is a time between photographing, An illumination time, which is a time for continuously or intermittently irradiating the object from the illumination means, or an illumination intensity, which is an intensity of irradiating the object from the illumination means, wherein the imaging condition changing means or the imaging planning means is A high-speed photographing apparatus, wherein the illumination time and the illumination intensity are kept constant regardless of a change in the photographing interval.

The high-speed photographing apparatus according to any one of claims 1 to 9, further comprising the image pickup unit for each apparatus, wherein the photographing condition changing unit or the photographing plan unit changes the photographing condition during a series of photographing. A high-speed photographing apparatus, wherein each of the image pickup means is controlled so as to be changed.