JP2009033510A - 高速度カメラ - Google Patents

Abstract

【課題】計測に用いるために、高速撮影のフレーム間黒変動を均一に補正する。
【解決手段】複数のフレーム映像信号を画素周辺に蓄える撮像素子を用いる撮像装置において、各フレームの黒信号を保存する手段と、保存された黒信号を、各フレームの映像信号から減ずる手段とを有し、前記撮像素子にて得られた各フレームの映像信号から撮像条件ごとに保存された黒信号を減ずるか、あるいは、保存された黒信号の撮像条件と撮像条件が異なる場合は、黒信号を撮像し直して各フレームの黒信号を保存し、各フレームの映像信号から撮像し直した黒信号を減ずることを特徴とした撮像装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、高速度カメラの改良に関するものである。

近年は、画素周辺記録ＣＣＤ撮像素子による高速撮影が可能になった（特許文献１参考）。さらに、画素周辺記録ＣＣＤを斜行直線状にして並列読み出しとして、１００万枚／秒で連続撮影が可能になった（特許文献２参考）。

さらに、並列読み出し数を増加したり、複数の撮像素子を貼り合わせて、より高速読み出しを試みられている。
特開平９−５５８８９ 特開２０００−１６７５０

画素周辺記録ＣＣＤ撮像素子による高速撮影を計測に用いるには、高速撮影のフレーム間黒変動を補正する必要がある。

本発明は、上記の目的を達成するために、複数のフレーム映像信号を画素周辺に蓄える撮像素子を用いる撮像装置において、各フレームの黒信号を保存する手段と、保存された黒信号を、各フレームの映像信号から減ずる手段とを有し、前記撮像素子にて得られた各フレームの映像信号から前記保存された黒信号を減ずることを特徴とした撮像装置である。

上記において、撮像条件ごとに各フレームの黒信号レベルを保存する手段を有し、前記撮像素子にて得られた各フレームの映像信号から前記撮像条件ごとに保存された黒信号を減ずるか、あるいは、保存された黒信号の撮像条件と撮像条件が異なる場合は、黒信号を撮像し直して各フレームの黒信号を保存し、各フレームの映像信号から撮像し直した黒信号を減ずることの少なくとも一方を行うことを特徴とした撮像装置である。

以上のように本発明によれば、撮像条件ごとにフレーム間変動を含めた黒を補正するので均一な黒が可能である。あるいは、保存された黒信号の撮像条件と撮像条件が異なっても、撮像し直した黒信号を減ずることにより、撮像条件に合わせてフレーム間変動を含めた黒を補正するので均一な黒が可能である。

まず本発明の補正の概要を、画素周辺蓄積ＣＣＤの構造を示す模式図の図１と、補正前後の映像画面を示す模式図の図２とを用いて説明する。

その後に、本発明の一実施例を、本発明の一実施例の高速度カメラの全体構成を示すブロック図の図３と本発明の一実施例の黒補正の動作フローチャートの図４と本発明の他の一実施例の黒補正の動作フローチャートの図５を用いて説明する。

図１の構造の画素周辺蓄積ＣＣＤ撮像素子を用い、図２の補正前後の映像画面を示す模式図の様に、３０万画素×１４４フレーム分の黒信号を撮影前にカメラに記録し、黒信号を減算することにより補正する。

高速度カメラにはメカニカルシャッタを有しているため、簡単に黒の撮影が可能である。

ゲイン、撮影速度等撮像条件が変更された場合遮光を再撮影し、３０万画素×１４４フレーム分の黒信号を保存し、黒信号を減算することにより補正するため、きめ細かな、均一性の有る黒補正が可能である。

補正式は
出力データ＝〔（入力データ）−（撮影黒データ）〕＋（黒設定レベル）
となる。

高速撮影の撮像条件ごとに各フレームの高速撮影の黒信号レベルを保存するフレームメモリを有し、撮像素子にて得られた各フレームの映像信号から高速撮影の撮像条件ごとに保存された黒信号を減じても良い。但し、高速撮影の撮像条件ごとに１４４コマ分のフレームメモリが必要となる。

そこで、保存された高速撮影の黒信号の撮像条件と高速撮影の撮像条件が異なる場合は、メカニカルシャッタを閉じて、高速撮影の黒信号を撮像し直して各フレームの黒信号を保存し、高速撮影の各フレームの映像信号から撮像し直した黒信号を減ずる。

本発明の一実施例の黒補正の動作フローチャートの図４のように、高速撮影前に、保存された黒信号の撮像条件と撮像条件を比較し、同一条件なら高速撮影し、相異すれば、高速撮影の黒信号を撮像し直して各フレームの黒信号をフレームメモリに保存して黒信号の撮像条件を保存してから、高速撮影し、高速撮影の各フレームの映像信号から撮像し直した黒信号を減ずる。図４の方法ならば、フレームメモリは最小限で済む。

また、本発明の他の一実施例の黒補正の動作フローチャートの図５のように、高速撮影した映像信号をフレームメモリに保存して、保存された黒信号の撮像条件と撮像条件を比較し、同一条件なら各フレームの映像信号から高速撮影の保存された黒信号を減じ、相異すれば、メカニカルシャッタを閉じて、高速撮影の黒信号を撮像し直して各フレームの黒信号をフレームメモリに保存して黒信号の撮像条件を保存してから、各フレームの映像信号から高速撮影の保存された黒信号を減ずる。図５の方法ならば、図４の方法よりもフレームメモリは１４４コマ追加されるが、撮影タイミングの自由度が広がる。

本発明の一実施例の高速度カメラの全体構成を示すブロック図の図３において、撮像素子１の映像は、雑音を除去するＣＤＳ（Correlated Double Sampling）と利得可変増幅回路（Automatic Gain Control以下ＡＧＣ）とデジタル映像信号に変換するＡＤＣ（Analog Digital Converter）とを内蔵したフロントエンドプロセッサ（Front End Processor：ＦＥＰ）１４〜２９を介し、多重器（Multiplexer：ＭＰＸ）６で、補正前映像となり、減算部１１から黒信号または補正前映像信号がフレームメモリ１０に保存され、各フレームの映像信号から高速撮影の保存された黒信号を減ずる。黒信号を減じた映像信号は、画像処理部１３で、出力映像信号となり映像モニタ５で表示される。また、パソコン４とインターフェース（Interface：ＩＦ）１２を介して、映像信号と制御信号を通信し、パソコン４からＩＦ１２を介して送られた撮像条件に応じて、ＣＰＵ９は、タイミング発生器（Timing Generat１１or:ＴＧ）８とＦＥＰ１４〜２９とメカニカルシャッタ７とを制御する。

画素周辺蓄積ＣＣＤの構造を示す模式図 補正前後の映像画面を示す模式図（a）補正前画面（b）補正データ画面（c）補正後画面 本発明の一実施例の高速度カメラの全体構成を示すブロック図 本発明の一実施例の黒補正の動作フローチャート 本発明の他の一実施例の黒補正の動作フローチャート

符号の説明

１：撮像素子、４：パソコン、５:映像モニタ、３：撮像部、４：パソコン、５：映像モニタ、
６：多重器（Multiplexer：ＭＰＸ）、７：メカニカルシャッタ
８：タイミング発生器（Timing Generator:ＴＧ）、
９：ＣＰＵ、１０：フレームメモリ、１１：減算部、
１２：インターフェース（Interface：ＩＦ）
１３：画像処理部、
１４〜２９：雑音を除去するＣＤＳ（Correlated Double Sampling）と利得可変増幅回路（Automatic Gain Control以下ＡＧＣ）とデジタル映像信号Ｖｉに変換するＡＤＣ（Analog Digital Converter）とを内蔵したフロントエンドプロセッサ（Front End Processor：ＦＥＰ）

Claims (1)

1. 複数のフレーム映像信号を画素周辺に蓄える撮像素子を用いる撮像装置において、各フレームの黒信号を保存する手段と、保存された黒信号を、各フレームの映像信号から減ずる手段とを有し、前記撮像素子にて得られた各フレームの映像信号から前記保存された黒信号を減ずることを特徴とした撮像装置。
   ［請求項２］請求項１記載の撮像装置において、撮像条件ごとに各フレームの黒信号レベルを保存する手段を有し、前記撮像素子にて得られた各フレームの映像信号から前記撮像条件ごとに保存された黒信号を減ずるか、
   あるいは、保存された黒信号の撮像条件と撮像条件が異なる場合は、黒信号を撮像し直して各フレームの黒信号を保存し、各フレームの映像信号から撮像し直した黒信号を減ずることの少なくとも一方を行うことを特徴とした撮像装置。

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