JP2008042838A - Television camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、テレビジョンカメラに関し、特に、パーシャルスキャン(株式会社 日立国際電気の登録商標)を行うテレビジョンカメラに関するものである。 The present invention relates to a television camera, and more particularly to a television camera that performs a partial scan (registered trademark of Hitachi Kokusai Electric Inc.).
従来からパーシャルスキャンと呼ばれる方式のテレビジョンカメラがある。このパーシャルスキャン方式のテレビジョンカメラとは、例えば、インターライン・トランスファーCCD(IT−CCD:Interline Transfer-Charge Coupled Device 、以下、IT型CCDという。)を用い、撮像装置の受光画素領域の内の特定の受光画素領域、即ち、水平走査線方向のある走査線数分のみを部分的に読み出し、映像信号として取り出すテレビジョンカメラである。 Conventionally, there is a television camera of a system called partial scan. The partial scan type television camera uses, for example, an interline transfer CCD (IT-CCD: Interline Transfer-Charge Coupled Device, hereinafter referred to as an IT type CCD), and is in the light receiving pixel area of the imaging device. This is a television camera that partially reads out only a specific light receiving pixel region, that is, a certain number of scanning lines in the horizontal scanning line direction, and extracts it as a video signal.
このパーシャルスキャン方式のテレビジョンカメラには2種類の方法があり、撮像装置の受光画素領域の上から特定領域を読み出す方式と、撮像装置の受光画素領域の中央部分から特定領域を読み出す方式がある。本発明者らが検討したパーシャルスキャン方式のテレビジョンカメラについて図7および図8を用いて説明する。図7は、IT型CCDの概略構成を説明するための図であり、図8は、パーシャルスキャン方式を説明するための図である。 There are two types of this partial scan type television camera. There are a method of reading a specific region from the light receiving pixel region of the imaging device and a method of reading the specific region from the central portion of the light receiving pixel region of the imaging device. . A partial scan type television camera investigated by the present inventors will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram for explaining a schematic configuration of an IT CCD, and FIG. 8 is a diagram for explaining a partial scan method.
図7において、701は、フォトダイオード、702は、垂直転送用CCD、703は、水平転送用CCDおよび704は、電荷検出部を示す。まず、図7(A)は、フォトダイオード701からの読出しを説明するための図であり、フォトダイオード701に入射した光が光電変換され、フォトダイオード701に蓄積された信号電荷は、映像期間の垂直帰線期間に垂直転送用CCD702に読み出される状態を示している。なお、黒丸は、信号電荷を表している。図7(B)は、映像期間の水平帰線期間に一段づつ垂直転送用CCD702から水平転送用CCD703に転送される状態を示している。図7(C)は、水平転送用CCD703で、電荷検出部704に転送される状態を示し、CCDからの出力信号として出力される。そして、垂直転送用CCD702から水平転送用CCD703、そして電荷検出部704への信号電荷の転送は、繰り返し行なわれ、すべての信号電荷が出力され、1フレーム毎の映像信号が得られる。なお、垂直転送用CCD702および水平転送用CCD703は、通常パルス駆動され、垂直転送用CCD702は、例えば、Tvの周期のパルス間隔、例えば、NTSC方式の場合、1/30秒間隔(1フレーム間隔)の転送パルスが使用される。また、水平転送用CCD703は、Thの周期のパルス間隔、例えば、NTSC方式の場合、64μsec間隔(1水平走査期間)の転送パルスが使用される。
In FIG. 7,
以上の動作では、1フレーム毎の映像信号が得られるが、ここでパーシャルスキャン方式のテレビジョンカメラについて、図8を用いて説明する。図8(A)は、パーシャルスキャンによる撮像画像800を示し、撮像領域801および803は、画像信号として不要な領域、撮像領域802は、画像信号を必要とする領域を示している。このように撮像画像800の内、画像信号として不要な領域801、803を除外し、画像信号として必要とする領域802を画像信号として出力するためにパーシャルスキャン方式のテレビジョンカメラが用いられる。そのための垂直転送パルスおよび水平転送パルスを図8(B)に示す。
In the above operation, a video signal is obtained for each frame. Here, a partial scan type television camera will be described with reference to FIG. FIG. 8A shows a captured
図8(B)において、まず、撮像画像800の内、画像信号として不要な領域801、即ち、期間t1については、垂直転送用CCD702の垂直転送パルスの転送周期を、通常の垂直転送パルスの周期Tvの(1/N)倍、例えば、1/10倍の垂直転送パルス周期(Tv×1/10)で電荷を転送すると、画像信号として不要な領域801の転送時間t1は、1/10の速度で水平転送用CCD703に転送される。一方、水平転送用CCD703は、通常の水平転送用パルスの周期は、Thであるが、垂直転送用CCD702から通常の10倍の転送速度で電荷が転送されてくるので、画像信号として不要な領域801の転送時間t1は、例えば、1/10倍の水平転送パルス周期(Th×1/10)で電荷を転送し、電荷検出部704に不要電荷を掃き出す。
In FIG. 8B, first, in the
次に、画像信号として必要とする領域802、即ち期間t2については、通常の読出し速度、即ち、垂直転送用CCD702の垂直転送パルスの転送周期Tvおよび水平転送用CCD703の水平転送パルスの転送周期Thでそれぞれ1水平走査線毎に読み出すと、領域802の画像信号が出力される。
Next, for the
続いて、画像信号として不要な領域803、即ち、期間t3については、垂直転送用CCD702の垂直転送パルスの転送速度を通常の垂直転送パルスの周期Tvの(1/N)倍、例えば、1/10倍の垂直転送パルス周期(Tv×1/10)で電荷を転送すると、画像信号として不要な領域803の転送時間t3は、1/10の速度で水平転送用CCD703に転送される。同様に、水平転送用CCD703には、通常の水平転送用パルスの周期の1/10倍の転送速度で電荷が転送されてくるので、画像信号として不要な領域803の転送時間t3は、1/10倍の水平転送パルス周期(Th×1/10)で電荷を転送し、電荷検出部704に不要電荷を掃き出すので、画像信号として不要な領域803の転送時間t3は、1/10の速度で電荷検出部704に不要電荷を掃き出す。このようにパーシャルスキャン方式のテレビジョンカメラでは、画像信号として不要な領域の電荷は、高速転送で、電荷を掃き出し、画像信号として必要な領域は、通常の速度で読み出すことにより効率的な映像信号を取得することができる。
Subsequently, in an
しかしながらこのようなパーシャルスキャン方式のテレビジョンカメラでは、上述したように撮像装置の受光画素領域の上から特定領域を読み出すか、受光画素領域の中央部分から特定領域を読み出すかのいずれかであり、撮像画面の複数の所望の領域の撮像画面を入手することができない。例えば、図8(A)において、領域802の内、領域802−1、802−3は、必要とする撮像画像であるが、領域802−2は、不要な撮像画像である場合でも、上述のパーシャルスキャン方式のテレビジョンカメラでは、領域802を全て入手する以外に方法がなかった。従って、パーシャルスキャン方式のテレビジョンカメラの用途も限られているのが現状であり、用途を広げたり、新しい用途を開拓したりすることができるパーシャルスキャン方式のテレビジョンカメラの実現が望まれている。
However, in such a partial scan type television camera, as described above, either the specific area is read from the light receiving pixel area of the imaging device or the specific area is read from the central portion of the light receiving pixel area. An imaging screen of a plurality of desired areas of the imaging screen cannot be obtained. For example, in FIG. 8A, among the
上述の技術では、撮像画面の一つの領域のみ、あるいは、複数のライン幅しか選択できず、パーシャルスキャン方式のテレビジョンカメラの用途も限られているのが現状であり、用途を広げたり、新しい用途を開拓したりすることができるパーシャルスキャン方式のテレビジョンカメラの実現が望まれている。 In the above-mentioned technology, only one area of the imaging screen or a plurality of line widths can be selected, and the applications of the partial scan type television camera are currently limited. The realization of a partial scan type television camera capable of pioneering applications is desired.
本発明の目的は、撮像画面の複数の所望の領域の撮像画面を入手することができるテレビジョンカメラを提供することである。 An object of the present invention is to provide a television camera that can obtain an imaging screen of a plurality of desired areas of an imaging screen.
本発明の他の目的は、簡単な操作で所望の領域の撮像画面の切出しの設定ができるテレビジョンカメラを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a television camera capable of setting a cut-out of an imaging screen of a desired area with a simple operation.
本発明の更に他の目的は、撮像画面のフレームレートを向上することのできるテレビジョンカメラを提供することである。 Still another object of the present invention is to provide a television camera capable of improving the frame rate of an imaging screen.
本発明のテレビジョンカメラは、対象物を撮影するカメラ部と、上記カメラ部を操作する操作部および上記カメラ部からの信号を出力する出力部を有し、上記カメラ部は、複数の画素を有する固体撮像素子と、上記固体撮像素子を駆動する駆動部と、上記固体撮像素子と上記駆動部を制御する制御部を有し、上記制御部は、上記操作部からの入力に従って、上記複数の画素を有する固体撮像素子の内、画像情報を必要とする複数の領域と画像情報を必要としない複数の領域とを設定するパーシャルスキャン用位置選択部と、上記パーシャルスキャン用位置選択部からの制御信号に基づいて上記固体撮像素子を駆動する駆動部の走査速度を切替える水平、垂直パルス選択部を有し、上記複数の画素を有する固体撮像素子の内、上記画像情報を必要とする複数の領域の走査速度と、上記画像情報を必要としない複数の領域の走査速度を異ならせるように構成される。 The television camera of the present invention includes a camera unit that captures an object, an operation unit that operates the camera unit, and an output unit that outputs a signal from the camera unit. The camera unit includes a plurality of pixels. A solid-state image pickup device, a drive unit that drives the solid-state image pickup device, and a control unit that controls the solid-state image pickup device and the drive unit, the control unit according to an input from the operation unit Of the solid-state imaging device having pixels, a partial scan position selection unit that sets a plurality of regions that require image information and a plurality of regions that do not require image information, and control from the partial scan position selection unit It has a horizontal and vertical pulse selector that switches the scanning speed of the drive unit that drives the solid-state image sensor based on the signal, and the image information is required among the solid-state image sensor having the plurality of pixels. And scanning speed of the plurality of areas to be configured to vary the scan speed of the plurality of areas that do not require the image information.
また、本発明のテレビジョンカメラにおいて、上記複数の画素を有する固体撮像素子の内、上記画像情報を必要とする複数の領域の走査速度を通常の読出し速度とし、上記画像情報を必要としない複数の領域の走査速度をN倍(N:正の整数)とする。 In the television camera of the present invention, a plurality of areas that require the image information among the solid-state imaging device having the plurality of pixels have a normal reading speed, and a plurality that does not require the image information. The scanning speed of this area is set to N times (N: positive integer).
また、本発明のテレビジョンカメラにおいて、上記固体撮像素子は、二次元配列の複数の画素を有する固体撮像素子を有し、上記パーシャルスキャン用位置選択部は、上記固体撮像素子の垂直方向位置および水平方向位置を設定する機能を有し、上記パーシャルスキャン用位置選択部からの制御信号に基づいて上記固体撮像素子を駆動する駆動部の走査速度を切替える水平、垂直パルス選択部は、一水平走査線単位で上記画像情報を必要とする複数の領域の走査速度と、上記画像情報を必要としない複数の領域の走査速度を異ならせるように構成される。 In the television camera of the present invention, the solid-state image sensor includes a solid-state image sensor having a plurality of pixels in a two-dimensional array, and the partial scan position selection unit includes a vertical position of the solid-state image sensor and A horizontal / vertical pulse selection unit that has a function of setting a horizontal position and switches the scanning speed of a drive unit that drives the solid-state imaging device based on a control signal from the partial scan position selection unit is one horizontal scan The scanning speed of a plurality of areas that require the image information is different from the scanning speed of a plurality of areas that do not require the image information in units of lines.
また、本発明のテレビジョンカメラにおいて、更に、上記パーシャルスキャン用位置選択部は、上記一水平走査線の内、上記画像情報を必要とする領域の走査速度と、上記画像情報を必要としない領域の走査速度を異ならせるように位置指定するように構成される。 Further, in the television camera of the present invention, the partial scan position selection unit further includes a scanning speed of an area that requires the image information in the one horizontal scanning line, and an area that does not require the image information. The position is designated so as to vary the scanning speed.
以上説明したように本発明によれば、撮像画面の複数の所望の領域の情報を容易に入手することができ、また、簡単な操作で所望の領域の撮像画面の切出しの設定ができるので、製品の分別や不良品の認識等の画像処理システムや量産品の自動化システム等に広く適用することができる。更に、撮像画面のフレームレートを向上することができるので、画像処理システムや量産品の自動化システムの処理スピードを飛躍的に向上する等の優れた効果がある。 As described above, according to the present invention, it is possible to easily obtain information on a plurality of desired areas of the imaging screen, and because it is possible to set the clipping of the imaging screen of the desired area with a simple operation, The present invention can be widely applied to image processing systems such as product sorting and defective product recognition, and mass-produced product automation systems. Furthermore, since the frame rate of the imaging screen can be improved, there are excellent effects such as dramatically improving the processing speed of the image processing system and the mass production product automation system.
本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。図6は、本発明が適応される製造ラインの一実施例を説明するための概略構成図を示す。なお、本発明が適応されるシステムは、物品の認識装置、検査装置、分別装置等の種々のシステムがあり、本実施例では一例として製品の分別ラインに適用した場合ついて説明するが、これに限定されるものではない。図6(A)において、601−1、601−2、601−3、601−4は、分別したい対象製品(または対象物ともいう。)である。なお、対象製品を代表する場合は、対象製品601(または対象物601ともいう。)と称する。602は、対象製品601を搬送するベルトコンベア、603は、赤外線発光部603−1と赤外線受光部603−2で構成された赤外線センサ、603−3は、赤外線センサ603間の赤外線の光路を示す。604は、トリガー信号発生部、605は、撮像装置等のカメラ部、607は、画像処理部、608は、モニタ等の表示部、609は、判定部、610は、選別器、611は、選別器の選別アーム、612は、異種製品の出口である。図6(B)は、対象製品601をカメラ部605で撮像した場合に、表示部608に表示される対象製品601の所定範囲の表示画面を示す。
Embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic configuration diagram for explaining an embodiment of a production line to which the present invention is applied. The system to which the present invention is applied includes various systems such as an article recognition device, an inspection device, and a sorting device. In this embodiment, a case where the present invention is applied to a product sorting line will be described as an example. It is not limited. In FIG. 6A, reference numerals 601-1, 601-2, 601-3, and 601-4 denote target products (or also referred to as target objects) to be separated. In addition, when representing a target product, it is referred to as a target product 601 (also referred to as a target object 601). 602 is a belt conveyor that conveys the target product 601, 603 is an infrared sensor composed of an infrared light emitting unit 603-1 and an infrared light receiving unit 603-2, and 603-3 is an infrared optical path between the infrared sensors 603. . 604 is a trigger signal generation unit, 605 is a camera unit such as an imaging device, 607 is an image processing unit, 608 is a display unit such as a monitor, 609 is a determination unit, 610 is a sorter, and 611 is a sorter. The
次に、図6に示すシステムの動作を説明する。ベルトコンベア602は、一定の速度で対象製品601を右から左方向に搬送するものとする。対象製品601が赤外センサ603の赤外線の光路603−3を横切ると、赤外線受光部603−2は、検知信号をトリガー信号発生部604に出力する。トリガー信号発生部604は、検知信号に応じてトリガー信号をカメラ部605に出力する。カメラ部605は、所定の時間T0後に所定の視野範囲の画像を撮像し、撮像した画像を映像信号に変換して画像処理部607に出力する。画像処理部607は、入力された映像信号を表示部608に表示させるための画像処理を施して、表示部608に出力する。
Next, the operation of the system shown in FIG. 6 will be described. The
また、画像処理部607の出力の一部は、判定部609に送られ、ここで製品の種類を判定し、判定結果の制御信号を選別器610に出力する。選別器610は、例えば、ベルトコンベア602上に設けられた選別器の選別アーム611を動かし、ベルトコンベア602上の異種製品601は、異種製品の出口612から排出される。これについて図6(B)を用いて説明する。先に説明したように図6(B)は、対象製品601の所定範囲の表示画面である。例えば、対象製品601に添付されているラベルがカメラ部605で撮像され、表示部608に表示される。そして、ラベルには、製品名○○○の表示615およびバーコード表示616がなされており、これをカメラ部605で読取る。さて、判定部609では、画像処理部607から送られる映像信号からこれら製品名○○○の表示615およびバーコード表示616を自動的に解析し、読み取り、製品名○○○の表示615およびバーコード表示616の情報から異種製品601と判定されると、所定時間T1で選別器610の選別アーム611を駆動して異種製品601を異種製品の出口612から排出する。この所定時間T1は、例えば、対象製品601がベルトコンベア602上のカメラ部605で撮像された位置からベルトコンベア602で搬送され、選別器610の選別アーム611が機能する位置まで到達する時間である。なお、上記実施例では、製品名○○○の表示615およびバーコード表示616を例示したが、これに限られるものではなく、種々のIDやカラー情報等の認識や識別にも、また、2箇所以上の箇所にも同様に適用できることはいうまでもない。
A part of the output of the
さて、上述のように、この種システムでは、例えば、ベルトコンベアで運ばれてくる対象製品の製品名やバーコード等の情報を自動的に認識あるいは識別し、この結果に基づいて種々の処理工程が行われるが、そのような場合、できるだけ多数の対象製品を処理することが必要であり、対象製品の情報等の認識や識別を高速に行うことが要求される。これについて図1を用いて説明する。 As described above, in this type of system, for example, information such as the product name and barcode of the target product carried on the belt conveyor is automatically recognized or identified, and various processing steps are performed based on the result. In such a case, it is necessary to process as many target products as possible, and it is required to recognize and identify information on the target products at high speed. This will be described with reference to FIG.
図1は、本発明の一実施例の原理を説明するための図であり、図6(B)で示される対象製品のラベルの2箇所の製品名○○○の表示615およびバーコード表示616を読取る方法を説明するための図である。図1(A)において、100は、撮像画像を示し、撮像領域101、103および105は、画像信号として不要な領域を示している。撮像領域102および104は、対象製品の製品情報を含んであり、確実にカメラ部で読取ることが必要な領域を示している。このように撮像画像100の内、画像信号として不要な領域101、103および105を除外し、画像信号として必要とする領域102および104を高速で読取るのが本発明のパーシャルスキャン方式のテレビジョンカメラである。図1(B)は、このパーシャルスキャンを行うための垂直転送パルスおよび水平転送パルスを示している。なお、本発明で使用されるカメラ部を構成する撮像装置は、図7で説明したIT型CCDが使用されるが、これに限定されるものではなく、FIT(Frame Interline Transfer)型CCD等の種々のCCDを用いた撮像装置でも使用できることはいうまでもない。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of an embodiment of the present invention. The product
図1(B)において、まず、撮像画像100の内、画像信号として不要な領域101、即ち、期間t4については、垂直転送用CCD702の垂直転送パルスの周期を、通常の垂直転送パルスの周期Tvの(1/N)倍、例えば、1/10倍の垂直転送パルスの周期(Tv×1/10)で電荷を転送すると、画像信号として不要な領域101の転送時間t4は、通常の転送速度の10倍の速度で水平転送用CCD703に転送される。一方、水平転送用CCD703は、通常の水平転送用パルスの周期をThとすると、垂直転送用CCD702から通常の10倍の転送速度で電荷が転送されてくるので、画像信号として不要な領域101の転送時間t4は、例えば、1/10、即ち、1/10倍の水平転送パルスの周期(Th×1/10)で電荷を転送し、電荷検出部704に不要電荷を掃き出す。
In FIG. 1B, first, in the
次に、画像信号として必要とする領域102、即ち、期間t5については、通常の読出し速度、即ち、垂直転送用CCD702の垂直転送パルスの転送周期Tvおよび水平転送用CCD703の水平転送パルスの転送周期Thでそれぞれ1水平走査線毎に読み出すと、領域102の部分画像信号が出力される。
Next, for the
以下同様に、不要な領域103および105も通常の転送時間Tv、Thの1/N、即ち、1/10の転送時間で転送すると、転送時間t6およびt8は、10倍の速度で電荷検出部704に不要電荷を掃き出される。そして、画像信号として必要とする領域104、即ち、期間t7については、通常の読出し速度、即ち、垂直転送用CCD702の垂直転送パルスの転送周期Tvおよび水平転送用CCD703の水平転送パルスの転送周期Thでそれぞれ1水平走査線毎に読み出すと、領域104の部分画像信号が出力される。
Similarly, when the
以上のように情報を必要とする複数の領域については、通常の画像の撮像と同様に垂直転送用CCD702の垂直転送パルスの転送周期Tvおよび水平転送用CCD703の水平転送パルスの転送周期Thでそれぞれ1水平走査線毎に読み出し、情報を必要としない領域については、パルスの転送周期を1/Nにすることによって目的にあった速度で、適宜画像信号から必要な情報を高速度で入手することができる。更に、後述するように領域を適宜選択することによって任意の場所の情報を高速に入手できる利点がある。また、このように不要な領域の電荷を高速に掃き出すことにより入手する画像のフレームレートを上げることができるので、画面のちらつきを防止したり、より高速の処理ができるようになる等の特徴がある。以下、具体的に本発明について説明する。
As described above, for a plurality of areas that require information, the vertical transfer pulse transfer period Tv of the
図5は、図6に示されるシステムの要部の具体的構成を示すブロック図である。なお、図1および図6と同じものには同じ符号が付されている。501は、CCD等の固体撮像素子であり、その概略的な構成を図2に示している。502は、カメラ部605の制御部、503は、固体撮像素子501を駆動する水平、垂直駆動回路、504は、固体撮像素子501からの映像信号を処理すると共にデジタル信号に変換する信号処理部、505は、各種の設定等を行うための操作部である。
FIG. 5 is a block diagram showing a specific configuration of a main part of the system shown in FIG. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals.
制御部502は、パーシャルスキャン用位置選択部506および水平、垂直走査パルス選択部を有している。508は、デジタル信号出力ドライバであり、信号処理部504の出力を画像信号処理部を介して表示部608および判定部609に出力する。
The
パーシャルスキャン用位置選択部506は、操作部505の操作によって、例えば、図6(B)に示される領域、例えば、製品名○○○表示領域615およびバーコード表示領域616の位置、即ち、P1、P2、・・・P6を設定する機能を有する。
The partial scan
水平、垂直走査パルス選択部507は、図5(B)に具体的な構成を示している。図5(B)において、511は、パルス発生部、512は、パルス発生部511からのパルス信号を適宜逓倍する垂直走査パルス発生部、513は、パルス発生部511からのパルス信号を適宜逓倍する水平走査パルス発生部である。なお、垂直走査パルス発生部512は、端子a、bを有しており、例えば、端子aからは周期Tvの垂直転送パルスが出力され、端子bからは周期Tv×(1/N)(N:正の整数)の周期の垂直転送パルスが出力される。即ち、端子bからの垂直転送パルスは、後述するように信号電荷を高速に掃き出す場合に使用される垂直転送パルスである。また、水平走査パルス発生部513は、端子c、dを有しており、例えば、端子cからは周期Thの水平転送パルスが出力され、端子dからは周期Th×(1/N)の周期の水平転送パルスが出力される。即ち、端子dからの水平転送パルスは、後述するように信号電荷を高速に掃き出す場合に使用される水平転送パルスである。入力端子516は、パーシャルスキャン用位置選択部506からの信号が入力され、切替スイッチ517および518を制御する。即ち、図6(B)に示す設定位置P1、P2、・・・P6のタイミングで、切替スイッチ517および518が切替えられ、出力端子514からは端子aか、または端子bからの垂直転送パルスが出力され、出力端子515からは端子cか、または端子dからの水平転送パルスが出力される。
The horizontal and vertical scanning
図2は、固体撮像素子501の構成を示している。本発明の一実施例で使用される固体撮像素子501は、1628画素×1236画素のIT型CCDを示している。そして、この固体撮像素子501は、プログレッシブタイプの出力を得るように構成されているものとすると、図6(B)に示される撮像画像の各位置P1、P2、P3、P4、P5、P6は、例えば、図2の固体撮像素子501の縦方向配列の画素位置(水平走査ライン)の0ライン、201ライン、351ライン、801ライン、1051ライン、1236ラインとが対応する。なお、これら対応関係は、前もって対象製品をカメラ部で撮像し、操作部505を操作することにより実験的に調節、設定し、設定値をパーシャルスキャン用位置選択部506に記憶しておく。そして、カメラ部605が動作すると、パーシャルスキャン用位置選択部506からの切替信号が水平、垂直走査パルス選択部507から図5(B)に示される入力端子516に供給され、切替スイッチ517および518を制御する。その結果、出力端子514からは、転送周期Tvあるいは転送周期(Tv×1/N)(N:正の整数)の垂直転送パルスが出力され、また、出力端子515からは、転送周期Thあるいは転送周期(Th×1/N)(N:正の整数)の水平転送パルスが出力される。出力端子514および515からの転送パルスは、水平、垂直操作駆動回路503に供給され、これによって固体撮像素子501の読出しが行われる。詳細については、後述する。
FIG. 2 shows the configuration of the solid-
図3は、撮像画面の情報の必要な領域の映像信号を出力し、不要な領域の電荷を高速に掃き出すための動作を説明するためのCCDの電荷検出部704の一部断面図を示している。図3において、301は、水平転送用CCD703の最終段の転送ゲートを示し、302は、水平転送パルスが印加される端子である。303は、出力ゲート、304は、フローテイングキャパシタ(Floating Capacitor)であり、転送ゲート301の電位レベルにより信号電荷が次段の出力ゲート303を介してフローテイングキャパシタ304に転送される。そして、フローテイングキャパシタ304に転送された信号電荷が出力増幅部307で増幅され、出力端子308から映像信号が出力される。305は、リセットゲート(Reset Gate)または掃き出しゲート、306は、リセットドレイン(Reset Drain)または掃き出しドレインで、リセットゲート(掃き出しゲート)305の電位レベルに従って、フローテイングキャパシタ304に転送される信号電荷がリセットドレイン(掃き出しドレイン)306から掃き出され、出力端子308からは、映像信号が出力されないように構成されている。なお、図3では、掃き出しゲート305と掃き出しドレイン306との構成で、不要電荷の掃き出しを行う実施例を説明したが、これに限らず出力増幅部307の出力から不要な映像信号を除去する方法等、上記以外の方法でも実現できることはいうまでもない。
FIG. 3 shows a partial cross-sectional view of the
次に、本発明のパーシャルスキャン方式を用いたテレビジョンカメラの動作を図4に示すタイミングチャートを用いて説明する。まず、図4(A)は、トリガーパルスTPを示す。このトリガーパルスTPは、図6(A)に示すように対象製品601が赤外線センサ603で検出され、これによってトリガー信号発生部604で発生する信号である。図4(B)は、カメラ部605のフィールド期間を示し、例えば、1フィールドは、1/30秒である。TFBは、帰線期間、TVは、映像期間を表している。そして、前述したように対象製品601が赤外線センサ603で検出された後、対象製品601がカメラ部605の視野範囲に入るタイミング、即ち、T0時間後にカメラ部605が対象製品601、例えば、対象製品601−2の撮影を開始する。
Next, the operation of the television camera using the partial scan method of the present invention will be described with reference to the timing chart shown in FIG. First, FIG. 4A shows the trigger pulse TP. The trigger pulse TP is a signal generated by the
図4(C)は、カメラ部605の露光時間TEを示す。なお、露光時間TEの間隔は、対象製品601を最適な明るさで撮影できるように前もって設定される。図4(D)は、撮影画面からパーシャルスキャンする画像位置、即ち、水平走査線位置P1、P2、・・・P6を示している。これら水平走査線位置P1、P2、・・・P6の設定は、図5に示される操作部505を操作して前もって図6(B)に示される領域、例えば、製品名○○○表示領域615およびバーコード表示領域616の位置、即ち、P1、P2、・・・P6を設定する。図2でも説明したように水平走査線位置P1は、0ライン(水平走査線の0番目に相当する。)、水平走査線位置P2は、201ライン(水平走査線の201番目に相当する。)、・・・・水平走査線位置P6は、1236ライン(水平走査線の1236番目に相当する。)に対応する。
FIG. 4C shows the exposure time TE of the
図4(E)は、垂直転送用CCD702に供給される垂直転送パルスを示している。図4(E)において、PRは、フォトダイオード701に蓄積された信号電荷を垂直転送用CCD702に読み出す信号を示す。図4(F)は、掃き出しゲート電圧、即ち、図3に示される掃き出しゲート305に供給される電圧を示し、制御部502から水平走査線位置P1、P2、・・・P6と同期して供給される。図4(G)は、水平転送用CCD703供給される水平転送パルスを示している。そして、垂直転送用CCD702および水平転送用CCD703に読み出された信号は、パーシャルスキャン方式で撮影画像の必要な領域のみが映像信号として読み出される。以下これについて詳細に説明する。
FIG. 4E shows a vertical transfer pulse supplied to the
まず、図2において、固体撮像素子501の水平走査線の0ラインから200ラインの期間は、図4(E)に示されるt4期間であり、この期間は、映像信号が不要な期間であるので、高速転送を行う。即ち、先に図5(B)で説明したように期間t4については、垂直走査パルス発生部512の端子bからの垂直転送パルスおよび水平走査パルス発生部513の端子dからの水平転送パルスが水平、垂直走査駆動回路503に供給される。従って、垂直転送用CCD702の垂直転送パルスの周期は、通常の垂直転送パルスの周期Tvの(1/N)倍、例えば、1/10倍の垂直転送パルスの周期(Tv×1/10)で信号電荷が転送される。同様に、水平転送用CCD703の水平転送パルスの周期は、図4(G)に示すように通常の水平転送用パルスの周期Thとすると、(1/N)倍、例えば、1/10倍の水平転送パルスの周期(Th×1/10)で信号電荷が転送される。この場合、図3に示される掃き出しゲート305には、図4(F)に示す電圧V1が制御部502から期間t4の間供給される。これによって水平転送用CCD703で高速で転送された信号電荷は、掃き出しドレイン306から掃き出される。
First, in FIG. 2, the period from the 0th line to the 200th line of the horizontal scanning line of the solid-
次に、固体撮像素子501の水平走査線の201ラインから350ラインの期間は、図4(E)に示されるt5期間であり、この期間は、画像信号として必要とする期間であるので、通常の転送速度で信号電荷を転送する。即ち、先に図5(B)で説明したように期間t5については、垂直走査パルス発生部512の端子aからの垂直転送パルスおよび水平走査パルス発生部513の端子cから水平転送パルスが水平、垂直走査駆動回路503に供給される。従って、期間t5については、通常の読出し速度、即ち、垂直転送用CCD702の垂直転送パルスの転送周期Tvおよび水平転送用CCD703の水平転送パルスの転送周期Thでそれぞれ1水平走査線の1画素毎に信号電荷がフローテイングキャパシタ304に転送され、出力増幅部307で増幅され、出力端子308から映像信号が出力される。なお、この場合、図3に示される掃き出しゲート305には、図4(F)に示す電圧V2が期間t5の間、制御部502から供給されるため、信号電荷は、掃き出しドレイン306には転送されない。
Next, the period from the 201st line to the 350th line of the horizontal scanning line of the solid-
固体撮像素子501の水平走査線の351ラインから800ラインの期間は、図4(E)に示されるt6期間であり、この期間は、映像信号が不要な期間である。従って、図5(B)で説明したように期間t6については、垂直走査パルス発生部512の端子bからの垂直転送パルスおよび水平走査パルス発生部513の端子dからの水平転送パルスが水平、垂直走査駆動回路503に供給されるので、通常のN倍、例えば、10倍の高速転送が行われる。また、図3に示される掃き出しゲート305には、図4(F)に示す電圧V1が期間t6の間、制御部502から供給される。これによって水平転送用CCD703で高速で転送された信号電荷は、掃き出しドレイン306から掃き出される。
The period from the 351th line to the 800th line of the horizontal scanning line of the solid-
以下同様に、固体撮像素子501の水平走査線の801ラインから1050ラインの期間は、図4(E)に示されるt7期間であり、この期間は、画像信号として必要とする期間である。従って、期間t7については、図5(B)で説明したように垂直走査パルス発生部512の端子aからの垂直転送パルスおよび水平走査パルス発生部513の端子cからの水平転送パリスが水平、垂直走査駆動回路503に供給される。従って、期間t7については、通常の読出し速度、即ち、垂直転送用CCD702の垂直転送パルスの転送周期Tvおよび水平転送用CCD703の水平転送パルスの転送周期Thでそれぞれ1水平走査線の1画素毎に信号電荷がフローテイングキャパシタ304に転送され、出力増幅部307で増幅され、出力端子308から映像信号が出力される。なお、この場合、図3に示される掃き出しゲート305には、図4(F)に示す電圧V2が期間t7の間、制御部502から供給されるため、信号電荷は、掃き出しドレイン306には転送されない。
Similarly, the period from the 801th line to the 1050th line of the horizontal scanning line of the solid-
更に、固体撮像素子501の水平走査線の1051ラインから1236ラインの期間は、図4(E)に示されるt8期間であり、この期間は、映像信号が不要な期間である。従って、図5(B)で説明したように期間t8については、垂直走査パルス発生部512の端子bからの垂直転送パルスおよび水平走査パルス発生部513の端子dからの水平転送パルスが水平、垂直走査駆動回路503に供給されるので、通常のN倍、例えば、10倍の高速転送が行われる。また、図3に示される掃き出しゲート305には、図4(F)に示す電圧V1が期間t8の間、制御部502から供給される。これによって水平転送用CCD703で高速で転送された信号電荷は、掃き出しドレイン306から掃き出される。
Further, the period from the 1051 line to the 1236th line of the horizontal scanning line of the solid-
以上のようにして撮像画像をパーシャルスキャンし、必要な情報領域は、通常の速度で読出し、不必要な情報の部分は、不要電荷を高速に読出し、掃き出すことによって必要な領域の情報が表示部608の撮像画面100上に領域102および104として表示される。なお、領域102および104の表示は、画素位置を含めた情報が画像処理部から出力できるので、撮像画面100上には、領域102および104の表示のみなされ、領域101、103および105は、表示されない。
As described above, the captured image is partially scanned, the necessary information area is read out at a normal speed, the unnecessary information is read out at unnecessary speed, and the information on the necessary area is displayed on the display unit. The
図9は、本発明の他の一実施例を示す図である。この実施例は、操作部505を、例えば、パソコンの表示画面上に、操作表示部をデザインし、図6に示すシステムの設定を容易に行えるようにしたものである。図9において、900は、パソコンの表示画面を示し、901は、パーシャルスキャンする領域の設定部分である。本実施例では、パーシャルスキャンする領域を2箇所(1AREA、2AREAで表示)設定でき、スタートする水平走査線(START1、START2)、およびパーシャルスキャンする領域の幅(WIDTH1、WIDTH2)を容易に設定できるようになされている。また、902は、トリガー信号のタイミングT0調節部分、903は、露光時間TE、即ち、カメラ部のシャッタ速度を設定する部分である。このように操作表示部をデザインすることによって極めて容易にパーシャルスキャンする領域から必要な情報を入手できる特徴がある。
FIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, the
図10、図11は、本発明の更に他の一実施例を説明するための図である。先に説明した実施例では、図2に示すように水平走査線単位で、パーシャルスキャンする領域の幅を設定する場合について説明したが、図10、図11で示す実施例では、水平走査線の中でも必要でない領域は、信号電荷を高速吐き出しし、必要な領域だけの情報を入手して、更に、必要な領域の情報を高速に入手することができるものである。以下詳細に説明する。図10は、固体撮像素子501の概略平面図を示し、横方向には、例えば、1628画素を、縦方向には、水平走査線数1236ラインを示している。そして、1001は、例えば、図6(B)の製品名○○○を示す領域615が対応し、1002は、バーコードを示す領域616が対応するものとする。そして、位置P1〜P6は、図2で示すそれぞれの走査線に対応している。また、位置P7、P8、P9、P10、P11、P12は、それぞれ、画素位置0画素(0番目の画素を意味する。以下同様である。)、301画素、401画素、1227画素、1327画素、1628画素に対応する。この位置は、前述した場合と同様に図5(A)に示す操作部505を走査して前もってモニタ608に表示された領域1001、1002を指定し、パーシャルスキャン用位置選択部506の記憶部に記憶しておく。
10 and 11 are diagrams for explaining still another embodiment of the present invention. In the embodiment described above, the case of setting the width of the region to be partially scanned in units of horizontal scanning lines as shown in FIG. 2 has been described. However, in the embodiments shown in FIGS. In particular, an unnecessary area can be obtained by discharging signal charges at a high speed, obtaining information on only the necessary area, and further obtaining information on the necessary area at high speed. This will be described in detail below. FIG. 10 is a schematic plan view of the solid-
図11は、水平、垂直走査パルス選択部507で選択される走査パルスのタイムチャートを示している。そして、この走査パルスが水平、垂直走査駆動回路503に供給され、固体撮像素子501を駆動し、パーシャルスキャンを行ない、領域1001および1002のみの情報を高速に入手することができる。これについて詳細に説明する。
FIG. 11 shows a time chart of scanning pulses selected by the horizontal and vertical scanning
図11(A)の垂直転送パルスおよび図11(B)の水平転送パルスについては、図4で説明した場合と同様であるので、詳細な説明は省略する。図11(C)は、図11(A)、図11(B)に示す期間t5の間の一水平期間の転送パルスを示す。図11(C)において、201番目の水平走査ライン(P1に相当する。)から350番目の水平走査ラインの駆動について説明する。まず、期間t9(0番目の画素P7〜300番目の画素に相当する。)については、不要な情報領域であるので、水平走査パルス発生部513の端子dを選択する。これによって期間t9では、水平転送用CCD703の水平転送パルスの転送周期は、Th/N(N:正の整数)、例えば、Th/10になり、10倍の転送速度で、信号電荷が転送される。この場合、図3に示される掃き出しゲート305には、図11(D)に示す電圧V1が制御部502から期間t9の間供給される。これによって水平転送用CCD703で高速で転送された信号電荷は、掃き出しドレイン306から掃き出される。
Since the vertical transfer pulse in FIG. 11A and the horizontal transfer pulse in FIG. 11B are the same as those described with reference to FIG. 4, detailed description thereof is omitted. FIG. 11C shows a transfer pulse in one horizontal period between the periods t5 shown in FIGS. 11A and 11B. In FIG. 11C, driving from the 201st horizontal scanning line (corresponding to P1) to the 350th horizontal scanning line will be described. First, since the period t9 (corresponding to the 0th pixel P7 to the 300th pixel) is an unnecessary information area, the terminal d of the horizontal
次に、必要な情報を入手する領域1001について説明する。図11(C)において、期間t10(301番目の画素P8〜1326番目の画素に相当する。)については、必要な情報領域であるので、水平走査パルス発生部513の端子cを選択する。これによって期間t10では、水平転送用CCD703の水平転送パルスの転送周期は、Thとなり、通常の転送速度でフローテイングキャパシタ304に転送され、出力増幅部307で増幅され、出力端子308から映像信号が出力される。なお、この場合、図3に示される掃き出しゲート305には、図11(D)に示す電圧V2が期間t10の間、制御部502から供給されるため、信号電荷は、掃き出しドレイン306には転送されない。
Next, the area |
続いて、図11(C)に示す期間t11(1327番目の画素P11〜1628番目の画素P12に相当する。)については、不要な情報領域であるので、水平走査パルス発生部513の端子dを選択する。これによって期間t11では、水平転送用CCD703の水平転送パルスの転送周期は、Th/N(N:正の整数)、例えば、Th/10になり、10倍の転送速度で、信号電荷が転送される。この場合、図3に示される掃き出しゲート305には、図11(D)に示す電圧V1が制御部502から期間t11の間供給される。これによって水平転送用CCD703で高速で転送された信号電荷は、掃き出しドレイン306から掃き出される。上記のようにして201番目の水平走査ラインから350番目の水平走査ラインまで繰り返される。
Subsequently, since a period t11 (corresponding to the 1327th pixel P11 to the 1628th pixel P12) shown in FIG. 11C is an unnecessary information area, the terminal d of the horizontal scanning
同様に、情報として必要な領域1002の読出しについて説明する。図11(E)は、図11(A)、図11(B)に示す期間t7の間の一水平期間の転送パルスを示す。図11(E)において、801番目の水平走査ライン(P4に相当する。)から1050番目の水平走査ラインの駆動について説明する。まず、期間t12(0番目の画素P7〜400番目の画素に相当する。)については、不要な情報領域であるので、水平走査パルス発生部513の端子dを選択する。これによって期間t12では、水平転送用CCD703の水平転送パルスの転送周期は、Th/N(N:正の整数)、例えば、Th/10になり、10倍の転送速度で、信号電荷が転送される。この場合、図3に示される掃き出しゲート305には、図11(F)に示す電圧V1が制御部502から期間t12の間供給される。これによって水平転送用CCD703で高速で転送された信号電荷は、掃き出しドレイン306から掃き出される。
Similarly, reading of the
図11(E)において、期間t13(401番目の画素P9〜1226番目の画素に相当する。)については、必要な情報領域であるので、水平走査パルス発生部513の端子cを選択する。これによって期間t13では、水平転送用CCD703の水平転送パルスの転送周期は、Thとなり、通常の転送速度でフローテイングキャパシタ304に転送され、出力増幅部307で増幅され、出力端子308から映像信号が出力される。なお、この場合、図3に示される掃き出しゲート305には、図11(F)に示す電圧V2が期間t13の間、制御部502から供給されるため、信号電荷は、掃き出しドレイン306には転送されない。
In FIG. 11E, since a period t13 (corresponding to the 401st pixel P9 to the 1226th pixel) is a necessary information area, the terminal c of the horizontal
期間t14(1227番目の画素P10〜1628番目の画素P12に相当する。)については、不要な情報領域であるので、水平走査パルス発生部513の端子dを選択する。これによって期間t14では、水平転送用CCD703の水平転送パルスの転送周期は、Th/N(N:正の整数)、例えば、Th/10になり、10倍の転送速度で、信号電荷が転送される。この場合、図3に示される掃き出しゲート305には、図11(F)に示す電圧V1が制御部502から期間t14の間供給される。これによって水平転送用CCD703で高速で転送された信号電荷は、掃き出しドレイン306から掃き出される。上記のようにして801番目の水平走査ラインから1050番目の水平走査ラインまで繰り返される。
Since the period t14 (corresponding to the 1227th pixel P10 to the 1628th pixel P12) is an unnecessary information area, the terminal d of the horizontal
以上説明したように図10、図11で示す実施例では、水平走査線の中でも必要でない領域は、信号電荷を高速吐き出しし、必要な領域1001および1002だけの情報を入手でき、しかも、必要な領域の情報を高速に入手することができるものである。なお、上記各実施例では、必要な領域を簡単のため、2つの領域について説明したが、複数の領域についても適宜設定でき、高速に必要な情報を入手することができることはいうまでもない。
As described above, in the embodiment shown in FIG. 10 and FIG. 11, the signal charge is discharged at a high speed in a region that is not necessary in the horizontal scanning line, and information on only the
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載されたテレビジョンカメラの実施例に限定されるものではなく、上記以外のテレビジョンカメラに広く適応することが出来ることは、言うまでも無い。 Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the embodiment of the television camera described herein, and can be widely applied to television cameras other than those described above. Needless to say.
100、800:撮像画像、101、102、103、104、105、801、802、803:撮像領域、301:転送ゲート、302:水平転送パルス印加端子、303:出力ゲート、304:フローテイングキャパシタ、305:掃き出しゲート、306:掃き出しドレイン、307:出力増幅部、308:出力端子、501:固体撮像素子、502:制御部、503:水平、垂直走査駆動回路、504:信号処理部、505:操作部、506:パーシャルスキャン用位置選択部、507:水平、垂直走査パルス選択部、508:デジタル信号出力ドライバ、511:パルス発生部、512:垂直走査パルス発生部、513:水平走査パルス発生部、514、515出力端子、516:入力端子、517、518:切替スイッチ、601:対象物、602:ベルトコンベア、603:赤外線センサ、604:トリガー信号発生部、605:カメラ部、607:画像処理部、608:表示部、609:判定部、610:選別器、611:選別アーム、612:出口、615、616、1001、1002:情報領域、701:フォトダイオード、702:垂直転送用CCD、703:水平転送用CCD、704:電荷検出部、901:パーシャルスキャン領域設定部、902:トリガー信号調節、903:露光時間設定部。 100, 800: Captured image, 101, 102, 103, 104, 105, 801, 802, 803: Imaging region, 301: Transfer gate, 302: Horizontal transfer pulse application terminal, 303: Output gate, 304: Floating capacitor, 305: Sweep gate, 306: Sweep drain, 307: Output amplifier, 308: Output terminal, 501: Solid-state imaging device, 502: Controller, 503: Horizontal and vertical scanning drive circuit, 504: Signal processor, 505: Operation 506: Partial scan position selector, 507: Horizontal, vertical scan pulse selector, 508: Digital signal output driver, 511: Pulse generator, 512: Vertical scan pulse generator, 513: Horizontal scan pulse generator, 514, 515 output terminal, 516: input terminal, 517, 518: changeover switch, 6 1: Object, 602: Belt conveyor, 603: Infrared sensor, 604: Trigger signal generation unit, 605: Camera unit, 607: Image processing unit, 608: Display unit, 609: Determination unit, 610: Sorter, 611: Sorting arm, 612: Exit, 615, 616, 1001, 1002: Information area, 701: Photodiode, 702: CCD for vertical transfer, 703: CCD for horizontal transfer, 704: Charge detection section, 901: Partial scan area setting section 902: trigger signal adjustment, 903: exposure time setting unit.
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