JP2005218075A

JP2005218075A - 高速度撮像装置

Info

Publication number: JP2005218075A
Application number: JP2004055136A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Ogasawara; 康夫小笠原
Original assignee: Ogasawara Yasuo
Current assignee: Ogasawara Yasuo
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】汎用性の高い一般普及型のビデオカメラやビデオデッキ、ビデオテープ等を用いて、高速に形状、輝度、色彩あるいは位置などが変化する被写体をフレーム時間間隔より短い時間間隔で撮像して複数の画像を得ることができる高速度撮像装置を提供する。
【解決手段】被写体像光を受光する撮像部と、前記撮像部に入射する光を遮蔽する開閉自在な光シャッタ４と、二つの連続したフレームにおいて第１および第２のフレームの同期信号発生以後にそれぞれ所定の時間に光シャッタと投光器のいずれかもしくは両方の動作時間を調節する光制御部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速に形状、輝度、色彩あるいは位置などが変化する被写体を汎用性の高いビデオカメラ等の撮像装置により、撮像装置のフレーム時間間隔よりも短い時間間隔で撮像を行う高速度撮像装置。

高速に、形状、輝度、色彩あるいは位置などが変化する被写体を撮像する場合には、フレーム時間間隔の短い高速度撮像装置を用いて撮像していた。汎用性の高い一般普及型のビデオカメラ等の撮像装置を用いて移動体の高速度撮像を行う場合には、複数の撮像装置へ被写体像光を分光して入社し、それらの撮像装置の撮像時間をずらすことにより、個々の撮像装置のフレーム時間間隔よりも短い時間間隔で撮像画像を得る工夫がなされていた。

また、ビデオカメラ等の撮像装置の１フレームの撮像期間中に複数回の光シャッタ操作あるいはストロボなどの投光器で微小時間発光を行って被写体を多重露光して、１枚のフレーム画像内に多数の被写体像を重ね合わせた多重撮像を行い、フレーム時間間隔よりも短いシャッタあるいはストロボなどの駆動時間間隔の複数の被写体像を同じフレームないの画像として撮像する工夫がなされていた。

しかし、高速度カメラを用いる場合には、高額の高速度カメラやそのための特殊な記録装置を必要とした。また、高速度になるほど画像の転送時間あるいは記録装置の制限により画像解像度の低下が生じていた。さらに、複数の撮像素子を用いて、撮像時間間隔を短縮する場合には、複数の撮像素子の精密な制御と複数の撮像部への入射光の位置を正確に定めて分光する必要があった。

光シャッタあるいはストロボ等の投光器を用いた場合、撮像タイミングごとに静止画像は得られるが、撮像時間間隔がフレーム時間間隔に制限されるため、撮像フレームの時間間隔を短縮するにはいたらなかった。

さらに、多重露光による撮像方法では、被写体の移動が少ない場合には、１枚の画像のなかに被写体像の大部分が重ね書きされるために、被写体像を個別に分離、識別して計測、処理および解析することはできなかった。また、被写体の位置変化が少なくかつその形状や輝度や色彩などが短時間に変化する場合には、多重露光による撮像法では、被写体像が同じフレーム内に重なって撮像される。そのために被写体の形状、輝度、色彩、蛍光輝度、燐光輝度等の変化は観測することはできなかった。

そこで、本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、汎用性の高い一般普及型のビデオカメラやビデオデッキ、ビデオテープ等を用いて、高速に形状、輝度、色彩あるいは位置などが変化する被写体をフレーム時間間隔より短い時間間隔で撮像して複数の画像を得ることができる高速度撮像装置を提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するために、第１の発明は、被写体像光を受光する撮像部と、前記撮像部に入射する光を遮蔽する開閉自在な光シャッタと、二つの連続したフレームにおいて第１および第２のフレームの同期信号発生以後にそれぞれ所定の時間に光シャッタの動作時間を調節する光制御回路を備えることを特徴とする高速度撮像装置である。

ここで、同期信号とは撮像部あるいは外部装置から発せられる映像信号の各フレームの撮像タイミングを示す信号であり、例えば垂直同期信号である。

この構成によれば、光制御回路が同期信号から所定の遅延時間後に光シャッタの開閉動作を行うことができる。撮像部には光シャッタの開放時に被写体からの光が入射されるので、フレーム中で任意に光シャッタの開閉を行うことにより撮像フレーム中の任意時刻の被写体像を撮影することができる。第一フレームの「同期信号の時刻」から「光シャッタの開閉動作時刻」までの時間間隔よりも短い時間間隔で第二フレームの時間内に光シャッタの開閉動作をすれば、第一の光シャッタの開閉動作タイミングと第二の光シャッタの開閉動作の間隔は同期信号間隔よりも短くなる。すなわちフレーム時間間隔よりも短い時間間隔で被写体を撮像することができる。

上記のような目的を達成するために、第２の発明は、第１の発明の高速度撮像装置において前記光シャッタと前記光制御回路に替わって投光器と投光制御回路を有し、前記投光制御回路が二つの連続したフレームにおいて第１および第２のフレームの同期信号発生以後にそれぞれ所定の時間に前記投光器の発光動作を調節することを特徴とする。

この構成によれば、光制御回路が同期信号に基づいて所定の遅延時間後に投光器の発光動作を行うことができる。撮像部には投光動作により撮像に必要な光量が入射されるので、フレーム中で任意に投光器の発光動作を行うことにより撮像フレーム中の任意時刻の被写体像を撮影することができる。第一フレームの「同期信号の時刻」から「投光器発光の動作時刻」までの時間間隔よりも短い時間間隔で第二フレームの時間内に投光器発光の動作をすれば、第一の投光器の発光動作と第二の投光器の発光動作の時間間隔は同期信号の時間間隔よりも短くなる。すなわちフレーム時間間隔よりも短い時間間隔で被写体を撮像することができる。

上記のような目的を達成するために、第３の発明は、第１の発明の高速度撮像装置の構成と投光器と投光制御回路を有し、前記光制御回路が二つの連続したフレームにおいて第１および第２のフレームの同期信号発生以後にそれぞれ任意の時間に光シャッタの動作時間と投光器の発光動作を調節することを特徴とする。

この構成によれば、光制御回路と投光制御回路が同期信号に基づいて所定の遅延時間後に光シャッタの開閉動作と投光器の発光動作を行う。撮像に必要な光量により被写体が照明されて撮像部には光シャッタの開放時に被写体像からの光が入射されるので、１フレーム中で任意の時刻に光シャッタの開閉動作と投光器の発光動作を行うことにより撮像フレーム中の任意の時刻の被写体像を撮影することができる。第一フレームの「同期信号の時刻」から「光シャッタ開閉と投光器発光の動作時刻」までの時間間隔よりも短い時間間隔で第二フレームの時間内に光シャッタ開閉と投光器発光の動作を行えば、第一の光シャッタ開閉と投光器発光の動作と第二の光シャッタ開閉と投光器発光の動作の時間間隔は同期信号の時間間隔よりも短くなる。すなわちフレーム時間間隔よりも短い時間間隔で被写体を撮像することができる。

以上のように、本発明の高速度撮像装置によれば、二つの連続したフレームについて、高速に変化する被写体像をフレーム時間間隔よりも短い時間間隔で高速度に撮像することができる。

図１に請求項１に記載の高速度撮像装置の実施例の構成例を示す。
撮像制御回路１は、光制御回路２に接続され、光制御回路２に対して、同期信号を出力する。光制御回路２は、この指令に対応して、所定の時間間隔で開閉する光シャッタ４を駆動するようになされている。また、撮像制御回路１は、撮像部３を制御し、被写体５の撮像を行う。

図２は、図１の実施例の動作を説明するタイミングチャートである。連続した１フレームと２フレームを動作例とすると、１フレームの開始時期を示す同期信号１１の開始時刻からフレーム時間間隔１３より短い遅延時間１４の後に光シャッタ４を光制御信号１６の持続時間だけ開放して１フレームの撮像を行う。次に２フレームの同期信号１２の開始時刻から遅延時間１５だけ遅れた時刻に光シャッタ４を光制御信号１７の持続時間だけ開放して２フレームの撮像を行う。

従って、１フレームの光制御信号１６と２フレームの光制御信号１７の時間差、すなわち「フレーム時間間隔１３」から「遅延時間１４」を減じて「遅延時間１５」を加えた値の時間間隔で被写体像が２枚得られる。１フレームの光制御信号の遅延時間１４よりも２フレームの光制御信号の遅延時間１５を小さい値に設定することにより、光制御信号１６と光制御信号１７の時間差はフレーム時間間隔１３よりも短くなるため、フレーム時間間隔１３よりも短い時間分解能をもつ高速度撮像画像を得ることができる。たとえば、フレーム時間間隔１３を１７ミリ秒、遅延時間１４を１５ミリ秒、遅延時間１４を２ミリ秒に設定すれば、「１７ミリ秒−１５ミリ秒＋２ミリ秒」すなわち４ミリ秒の時間間隔で２枚の被写体像が撮像できる。

図３は、請求項２に記載の高速度撮像装置の実施例の構成例を示している。
撮像制御回路２１は、投光制御回路２２に接続され、投光制御回路２２に対して、同期信号を出力する。投光制御回路２２は、この指令に対応して、所定の時間間隔で撮像に必要な光量で投光を行う投光器２４を駆動するようになされている。また、撮像制御回路２１は、撮像部２３を制御し、被写体２５の撮像を行う。

図４は、図３の実施例の動作を説明するタイミングチャートである。
連続した１フレームと２フレームを動作例とすると、１フレームの開始時期を示す同期信号３１からフレーム時間間隔３３より短い所定時間経過後に撮像に必要な光量で投光を行う投光器２４を駆動して１フレームの撮像を行う。次に２フレームの開始時期を示す同期信号３２から遅延時間３５だけ遅れた時刻に撮像に必要な光量で投光を行う投光器２４を駆動して２フレームの撮像を行う。

従って、１フレームの投光制御信号３６と２フレームの投光制御信号３７の時間差、すなわち「フレーム時間間隔３３」から「遅延時間３４」を減じて「遅延時間３５」を加えた値の時間間隔で被写体像が２枚得られる。１フレームの投光制御信号の遅延時間３４よりも２フレームの投光制御信号の遅延時間３５を小さい値に設定することにより、投光制御信号３６と投光制御信号３７の時間差はフレーム時間間隔３３よりも短くなるため、フレーム時間間隔よりも短い時間分解能の高速度撮像画像を得ることができる。

図５は、請求項３に記載の高速度撮像装置の実施例の構成例を示している。
撮像制御回路４１は、光制御回路４２と投光制御回路４８に接続され、光制御回路４２と投光制御回路４８に対して、同期信号を出力する。この指令に対応して、光制御回路４２は所定の時間間隔で開閉する光シャッタ４４を駆動し、投光制御回路４８は所定の時間間隔で撮像に必要な光量で投光を行う投光器４５を駆動するようになされている。また、撮像制御回路４１は、撮像部４３を制御し、被写体４６の撮像を行う。

図６は、図５の実施例の動作を説明するタイミングチャートである。連続した１フレームと２フレームを動作例とすると、１フレームの開始時期を示す同期信号５１の開始時刻からフレーム時間間隔５３より短い遅延時間５４の後に光シャッタ４４を光制御信号５６の持続時間だけ開放する。あわせて、同期信号５１の開始時刻からフレーム時間間隔５３より短い遅延時間５８の後に撮像に必要な光量で投光を行う投光器４５を投光制御信号６０の持続時間だけ駆動して１フレームの撮像を行う。次に２フレームの同期信号５２の開始時刻から遅延時間５５だけ遅れた時刻に光シャッタ４４を光制御信号５７の持続時間だけ開放する。あわせて、同期信号５２から遅延時間５９だけ遅れた時刻に撮像に必要な光量で投光を行う投光器４５を投光制御信号６１の持続時間だけ駆動して２フレームの撮像を行う。

従って、１フレームの撮像タイミングと２フレームの撮像タイミングの時間差は「フレーム時間間隔５３」から「遅延時間５４と遅延時間５８のうちいずれか大きい値」を減じて「遅延時間５５と遅延時間５９のうちいずれか大きい値」を加えた値となる。遅延時間５４，５８，５５および５９の設定により、撮像タイミングの時間差はフレーム時間間隔より短く設定することが可能であるため、フレーム時間間隔よりも短い時間分解能の高速度撮像画像を得ることができる。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、もちろん本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

「他の実施形態」
蛍光特性を有する被写体の燐光時間特性を計測する場合、投光制御信号５８により励起光を被写体に照射し、光制御信号５６により光シャッタを開閉し１フレームの撮像を行う。同様に投光制御信号６１により励起光を被写体に照射し、光制御信号５７により光シャッタを開閉し２フレームの撮像を行う。従って、１フレームの画像は、励起後「遅延時間５８」から「遅延時間５４」を減じた値の時刻に撮像された画像であり、２フレームの画像は、励起後「遅延時間５９」から「遅延時間５５」を減じた値の時刻に撮像された画像となる。

「他の実施形態の効果」
遅延時刻５８，５４，５９および５５を所定の値に設定することにより励起開始から撮像までの経過時間が異なる２枚の燐光強度を示す撮像画像がえられる。これらの画像はフレーム時間間隔よりも短い時間分解で得ることができる。したがって、フレーム時間間隔よりも早い変化を示す被写体の燐光強度の時間特性がこれらの画像から解析可能になる。

発明１の高速度撮像装置の実施例の構成例図１の実施例の動作を説明するタイミングチャート発明２の高速度撮像装置の実施例の構成例図３の実施例の動作を説明するタイミングチャート発明３の高速度撮像装置の実施例の構成例図３の実施例の動作を説明するタイミングチャート

符号の説明

１、２１、４１撮像制御回路
２、２２、４２光制御回路
３、２３、４３撮像部
４、４４光シャッタ
５、２５、４６被写体
６、２６、４７記憶装置
１１、１２、３１、３２、５１、５２同期信号
１３、３３、５３フレーム時間間隔
１４、５４１フレームの撮像のための光シャッタ制御信号の遅延時間
１５、５５２フレームの撮像のための光シャッタ制御信号の遅延時間
１６、５６１フレームの撮像のための光シャッタ制御信号
１７、５７２フレームの撮像のための光シャッタ制御信号
２２，４８投光制御回路
２４、４５投光器
３４、５８１フレームの撮像のための投光制御信号の遅延時間
３５、５９２フレームの撮像のための投光制御信号の遅延時間
３６、６０１フレームの撮像のための投光制御信号
３７、６１２フレームの撮像のための投光制御信号

Claims

被写体像光を受光する撮像部と、前記撮像部に入射する光を遮蔽する開閉自在な光シャッタと、二つの連続したフレームにおいて第１および第２のフレームの同期信号発生以後にそれぞれ所定の時間に前記光シャッタの動作時間を調節する光制御回路を備えることを特徴とする。
請求項１記載の高速度撮像装置において前記光シャッタと前記光制御回路に替わって投光器と投光制御回路を有し、前記投光制御回路が二つの連続したフレームにおいて第１および第２のフレームの同期信号発生以後にそれぞれ所定の時間に前記投光器の発光動作を調節することを特徴とする。
請求項１記載の高速度撮像装置の構成と投光器と投光制御回路を有し、前記光制御回路が二つの連続したフレームにおいて第１および第２のフレームの同期信号発生以後にそれぞれ任意の時間に光シャッタの動作時間と投光器の発光動作を調節することを特徴とする。