JP2009118332A

JP2009118332A - トリガ信号発生装置

Info

Publication number: JP2009118332A
Application number: JP2007291024A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yoneuchi; 淳米内
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】撮影環境にかかわらず、撮影タイミングを的確に通知することができるトリガ信号発生装置を提供すること。
【解決手段】トリガ信号発生装置１００は、トリガ信号発生装置１００は、ＲＦ信号を放射するＲＦ信号放射部１０と、ＲＦ信号を受信するＲＦ信号受信部２０と、ＲＦ信号の受信強度に基づいてトリガ信号を発生するトリガ信号発生部３０とを備え、トリガ信号発生部３０は、受信レベルを判定する受信レベル判定回路３１と、パルス信号を発生するパルス信号発生回路３２とを備え、ＲＦ信号受信部２０が出力する受信強度対応信号のレベルと閾値とに基づいて移動物体１０１の撮影タイミングを通知するためのトリガ信号を発生し、このトリガ信号を高速度撮影装置２００に出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、移動物体の撮影タイミングを通知するためのトリガ信号を発生するトリガ信号発生装置に関する。

従来、例えば放送分野において、高速度で移動する高速度移動物体を撮影する際に、一般的な撮影装置よりも高速度で撮影できる高速度撮影装置が用いられる。高速度撮影装置は、高速度で撮影した高速度移動物体の画像信号を記憶するメモリを備えており、このメモリは、高速度移動物体が撮影された画像信号をそのまま記憶するか、あるいは循環的に上書きを繰り返しながら所定のコマ数分だけ記憶できるようになっている。メモリの容量を増大すれば、記憶できるコマ数を増やすことができ、高速度移動物体の撮影を容易化することができるが、メモリのコスト増大や実装面積の制限等の問題でメモリの大幅な実装は実現が困難である。したがって、より少ない容量のメモリで高速度移動物体が撮影できるよう、高速度移動物体の撮影タイミングを高速度撮影装置に的確に通知することができる装置が望まれている。

撮影タイミングを取得する手法としては、例えば、赤外線が高速度移動物体によって遮断されたときを基準とするもの（例えば、非特許文献１参照）、レーザ光が高速度移動物体によって遮断されたときを基準とするもの（例えば、非特許文献２参照）が提案されている。

また、可視光線を高速度移動物体に照射して撮影タイミングを取得する手法や、ラインスキャンＣＣＤカメラを用い、このカメラの撮影範囲を高速度移動物体が通過する際の輝度変化を捉えて撮影タイミングを取得する手法も知られている。
梅崎栄作ほか、「落下衝撃を受ける液体食品用紙容器の変形の観察」、高速度撮影とフォトニクスに関する総合シンポジウム２００３、講演論文集、講演番号２−１江藤剛治ほか、「次世代高速度カメラの夢」、高速度撮影とフォトニクスに関する総合シンポジウム２００３、講演論文集、講演番号１７−１

しかしながら、レーザ光や赤外線、可視光線などの光を用いる手法では、霧や雪などが降っているとそれらによって光が散乱されるので、撮影タイミングを的確に捉えることができないという課題があった。

また、可視光線を用いる手法では、被写体に照射された光や、雨や雪などで散乱された光が撮影されてしまうので、例えばテレビ中継において視聴者に違和感を与えるという課題があった。

また、ラインスキャンＣＣＤを用いる手法では、高速度移動物体と背景との間の輝度差が十分に得られない場合は、輝度変化の検出が困難となるという課題があった。さらに、ラインスキャンＣＣＤを用いる手法では、背景の輝度が、高速度移動物体による輝度変化と同等かそれ以上の変化をするような状況では、背景の輝度が変化したときを撮影タイミングとしてしまうという課題があった。

本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたものであり、撮影環境にかかわらず、撮影タイミングを的確に通知することができるトリガ信号発生装置を提供することを目的とする。

本発明のトリガ信号発生装置は、電波を放射する電波放射手段と、放射された前記電波を受信する電波受信手段と、受信した前記電波の受信強度に基づいて前記電波放射手段と前記電波受信手段との間を通過、又はその間から移動する物体の撮影タイミングを通知するためのトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明のトリガ信号発生装置は、電波を用いて物体の撮影タイミングを通知するので、撮影環境にかかわらず、撮影タイミングを的確に通知することができる。

また、本発明のトリガ信号発生装置は、前記電波が、マイクロ波帯の電波である構成を有している。

この構成により、本発明のトリガ信号発生装置は、霧や雪等の気象条件下においても物体の撮影タイミングを通知することができるので、撮影環境にかかわらず、撮影タイミングを的確に通知することができる。

本発明は、撮影環境にかかわらず、撮影タイミングを的確に通知することができるという効果を有するトリガ信号発生装置を提供することができるものである。

以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。

まず、本実施の形態におけるトリガ信号発生装置の構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態におけるトリガ信号発生装置の概要構成を示す図である。図２は、本実施の形態におけるトリガ信号発生装置の詳細な構成を示すブロック図である。

図１及び図２に示すように、本実施の形態におけるトリガ信号発生装置１００は、所定の無線周波数の電波信号（以下「ＲＦ信号」という。）を放射するＲＦ信号放射部１０と、ＲＦ信号を受信するＲＦ信号受信部２０と、ＲＦ信号の受信強度に基づいてトリガ信号を発生するトリガ信号発生部３０とを備えている。トリガ信号発生部３０は、発生したトリガ信号を高速度撮影装置２００に出力するようになっている。なお、以下の説明では、高速度撮影装置２００が、ＲＦ信号放射部１０とＲＦ信号受信部２０との間において、図中に示す矢印方向に高速で移動する移動物体１０１を撮影する例を挙げる。

ＲＦ信号放射部１０は、所定周波数のＲＦ信号を生成するＲＦ信号生成回路１１と、生成したＲＦ信号を放射する放射アンテナ１２とを備えている。なお、ＲＦ信号放射部１０は、本発明の電波放射手段を構成する。

ＲＦ信号生成回路１１は、例えば、デジタル値の信号を生成するデジタル信号生成回路、デジタル値の信号をアナログ値のＩＦ（中間周波数）信号に変換するＤＡコンバータ、ＩＦ信号をＲＦ信号に変換するアップコンバータ、ＲＦ信号を増幅する電力増幅器等を備え、生成したＲＦ信号を放射アンテナ１２に出力するようになっている。

放射アンテナ１２は、指向性を有するアンテナ、例えば、ホーンアンテナや平面アンテナ等で構成され、ＲＦ信号をＲＦ信号受信部２０に向けて送信するようになっている。

なお、ＲＦ信号放射部１０が放射するＲＦ信号は、本実施の形態においては連続波とするが、任意の時間間隔で放射されるパルス波としてもよい。

ＲＦ信号受信部２０は、ＲＦ信号を受信する受信アンテナ２１と、受信したＲＦ信号を処理するＲＦ信号受信回路２２とを備えている。なお、ＲＦ信号受信部２０は、本発明の電波受信手段を構成する。

受信アンテナ２１は、指向性を有するアンテナ、例えば、ホーンアンテナや平面アンテナ等で構成され、受信したＲＦ信号をＲＦ信号受信回路２２に出力するようになっている。

ＲＦ信号受信回路２２は、受信したＲＦ信号を増幅する低雑音増幅器、ＲＦ信号をＩＦ信号に変換するダウンコンバータ、アナログ値のＩＦ信号をデジタル値の信号に変換するＡＤコンバータ等を備え、ＲＦ信号の受信強度に応じた信号（以下「受信強度対応信号」という。）をトリガ信号発生部３０に出力するようになっている。

トリガ信号発生部３０は、受信レベルを判定する受信レベル判定回路３１と、パルス信号を発生するパルス信号発生回路３２とを備えている。このトリガ信号発生部３０は、例えば、演算処理を行うＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ−ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、プログラム実行時の変数やデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ−ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等を備え、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って動作するようになっている。なお、トリガ信号発生部３０は、本発明のトリガ信号発生手段を構成する。

受信レベル判定回路３１は、ＲＦ信号受信部２０が出力する受信強度対応信号のレベルを判定するための閾値データを記憶するメモリ（図示省略）を備え、受信強度対応信号のレベルと閾値とを比較するようになっている。また、受信レベル判定回路３１は、例えば、受信強度対応信号のレベルが閾値以下になったとき、その旨を示す信号をパルス信号発生回路３２に出力するようになっている。

すなわち、受信レベル判定回路３１は、受信強度対応信号のレベル及び閾値に基づいて、ＲＦ信号放射部１０とＲＦ信号受信部２０との間において、移動物体１０１がＲＦ信号を遮ったか否かを検出できるものである。以下、受信レベル判定回路３１が移動物体１０１を検出したとき、受信レベル判定回路３１がパルス信号発生回路３２に出力する信号を検出信号という。

パルス信号発生回路３２は、例えば、パルス信号発生回路を有するＩＣで構成され、受信レベル判定回路３１から出力される検出信号に基づいてパルス信号を発生し、これをトリガ信号として高速度撮影装置２００に出力するようになっている。

高速度撮影装置２００は、移動物体１０１を被写体としてその被写体光を入射する光学系２０１と、移動物体１０１を撮像する撮像部２０２と、被写体の画像データを記憶する画像メモリ２０３と、装置全体の動作を制御する制御部２０４とを備えている。

光学系２０１は、レンズ群、光学絞り等を備えている。撮像部２０２は、例えば、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化物半導体）センサ等の固体撮像素子で構成される。制御部２０４は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成される。

画像メモリ２０３は、例えば、１０万コマ／秒の撮影スピードで、１００コマ分の移動物体１０１の画像信号を循環的に上書きを繰り返しながら記憶できるようになっている。画像メモリ２０３の動作は、トリガ信号発生部３０から出力されるトリガ信号に基づき、制御部２０４によって制御されるようになっている。例えば、画像メモリ２０３が１００コマ分の画像信号を記憶できる場合、制御部２０４がトリガ信号を受信してから５０コマ分の画像信号を画像メモリ２０３に記憶する処理を実行したとき、画像メモリ２０３は、トリガ信号を受信した時刻前後にそれぞれ５０コマ分の画像信号を記憶するものである。

次に、本実施の形態におけるトリガ信号発生装置１００の動作について図２を用いて説明する。ここでは、トリガ信号発生装置１００が動作を開始する前に、高速度撮影装置２００が、画像メモリ２０３に対して循環的に上書きを繰り返しながら撮影を行っているものとする。

まず、ＲＦ信号放射部１０において、ＲＦ信号生成回路１１は、例えば、マイクロ波帯の周波数の、連続波のＲＦ信号を生成し、放射アンテナ１２は、ＲＦ信号をＲＦ信号受信部２０に向けて放射する。

ここで、ＲＦ信号放射部１０が放射するＲＦ信号の周波数は特に限定されないが、ＲＦ信号の周波数をマイクロ波帯の周波数（３００ＭＨｚ〜３ＴＨｚ）とすることにより、雪や霧等の気象条件下においても、光に比べて移動物体１０１を検出しやすいので好ましい。図３にミリ波と光波の気象による減衰比較を示す（"ミリ波技術の基礎と応用"、リアライズ社、１９９８年、ｐ．２０８〜）。なお、ミリ波はマイクロ波に含まれ、３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの周波数を有する。

次いで、ＲＦ信号受信部２０において、受信アンテナ２１は、受信したＲＦ信号をＲＦ信号受信回路２２に出力する。ＲＦ信号受信回路２２は、受信したＲＦ信号の受信強度に応じた受信強度対応信号をトリガ信号発生部３０に出力する。

続いて、トリガ信号発生部３０において、受信レベル判定回路３１は、受信強度対応信号のレベルと閾値とを比較し、例えば、受信強度対応信号のレベルが閾値以下になったとき、その旨を示す検出信号をパルス信号発生回路３２に出力する。

さらに、パルス信号発生回路３２は、受信レベル判定回路３１から出力される検出信号に基づいてパルス信号を発生し、これをトリガ信号として高速度撮影装置２００に出力する。

そして、高速度撮影装置２００において、制御部２０４は、トリガ信号を受信すると、画像メモリ２０３に対して所定コマ分の画像信号を記憶させる制御を行い、循環的な上書き動作を停止する。その結果、画像メモリ２０３が例えば１００コマ分の画像信号を記憶できる場合、制御部２０４がトリガ信号を受信した時刻前後にそれぞれ例えば５０コマ分の画像信号を画像メモリ２０３が記憶することになり、高速度撮影装置２００は、確実に移動物体１０１を撮影することができる。

ここで、トリガ信号発生部３０の動作例を図４に基づいて説明する。図４（ａ）は、受信レベル判定回路３１における信号処理の説明図であって、受信強度対応信号のレベルの変化を模式的に示す図であり、図４（ｂ）は、パルス信号発生回路３２から出力されるトリガ信号を示す図である。

ＲＦ信号放射部１０とＲＦ信号受信部２０との間を移動物体１０１が通過する場合（図１参照）、移動物体１０１がＲＦ信号を一時的に遮るので、図４（ａ）に実線で示すように、受信強度対応信号のレベルが一時的に低下する。すなわち、受信強度対応信号のレベルは、移動物体１０１がＲＦ信号を遮る前の待機状態の信号レベルから、移動物体１０１がＲＦ信号を遮るに従って低下し、時刻ｔ２において最低値となる。その後、受信強度対応信号のレベルは、移動物体１０１の移動に従って上昇し、待機状態の信号レベルに戻る。

受信レベル判定回路３１は、受信強度対応信号のレベルと、破線で示した閾値とを比較し、例えば、受信強度対応信号のレベルが低下して、閾値と等しい値になった時刻ｔ１において、検出信号をパルス信号発生回路３２に出力する。また、受信レベル判定回路３１は、受信強度対応信号のレベルが閾値よりも低い状態から上昇して閾値に達したときも検出信号を出力するものとする。

パルス信号発生回路３２は、図４（ｂ）に示すように、検出信号を受信した時刻ｔ１においてパルス信号を発生し、これをトリガ信号として高速度撮影装置２００に出力する。

なお、受信レベル判定回路３１が検出信号をパルス信号発生回路３２に出力するタイミングは、時刻ｔ１に限定されるものではなく、再び待機状態に戻る前において閾値と一致する時刻ｔ３としてもよい。さらに、ＲＦ信号放射部１０とＲＦ信号受信部２０との間に物体が存在する遮断状態から、その物体が高速に移動して遮断状態が解消したとき、すなわち、受信強度対応信号のレベルが低い状態から上昇して閾値に達したときも、パルス信号発生回路３２は、パルス信号を発生し、トリガ信号として高速度撮影装置２００に出力することができる。

以上のように、本実施の形態におけるトリガ信号発生装置１００によれば、トリガ信号発生部３０は、ＲＦ信号受信部２０が出力する受信強度対応信号のレベルと閾値とに基づいて移動物体１０１の撮影タイミングを通知するためのトリガ信号を発生し、このトリガ信号を高速度撮影装置２００に出力する構成としたので、撮影環境にかかわらず、撮影タイミングを高速度撮影装置２００に的確に通知することができる。

特に、本実施の形態におけるトリガ信号発生装置１００は、マイクロ波帯の電波を用いることにより、雪や霧等の気象条件下においても移動物体１０１の撮影タイミングを高速度撮影装置２００に的確に通知することができる。また、マイクロ波帯の電波を用いることにより、ＲＦ信号放射部１０とＲＦ信号受信部２０との間に、例えば、ガラスやプラスチック製の防護壁が設けられている場合でも、トリガ信号発生装置１００は、移動物体１０１の撮影タイミングを高速度撮影装置２００に的確に通知することができる。さらに、トリガ信号発生装置１００は、雪や霧等の気象条件での使用に適しているので、このような気象環境下で行われる冬季スポーツ競技において効果を発揮する。

なお、前述の実施の形態において、ＲＦ信号受信部２０及びトリガ信号発生部３０をそれぞれ個別に設ける構成を例に挙げたが、ＲＦ信号受信部２０及びトリガ信号発生部３０を同一の筐体に収納する構成としてもよい。また、トリガ信号発生部３０及び高速度撮影装置２００を同一の筐体に収納する構成としてもよい。

本発明に係るトリガ信号発生装置の一実施の形態における概要構成を示す図本発明に係るトリガ信号発生装置の一実施の形態における詳細な構成を示すブロック図ミリ波と光波の気象による減衰の比較を示す図本発明に係るトリガ信号発生装置の一実施の形態における動作例の説明図（ａ）受信レベル判定回路における信号処理の説明図であって、受信強度対応信号のレベルの変化を模式的に示す図（ｂ）パルス信号発生回路から出力されるトリガ信号を示す図

符号の説明

１０ＲＦ信号放射部（電波放射手段）
１１ＲＦ信号生成回路
１２放射アンテナ
２０ＲＦ信号受信部（電波受信手段）
２１受信アンテナ
２２ＲＦ信号受信回路
３０トリガ信号発生部（トリガ信号発生手段）
３１受信レベル判定回路
３２パルス信号発生回路
１００トリガ信号発生装置
１０１移動物体
２００高速度撮影装置
２０１光学系
２０２撮像部
２０３画像メモリ
２０４制御部

Claims

電波を放射する電波放射手段と、放射された前記電波を受信する電波受信手段と、受信した前記電波の受信強度に基づいて前記電波放射手段と前記電波受信手段との間を通過、又はその間から移動する物体の撮影タイミングを通知するためのトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段とを備えたことを特徴とするトリガ信号発生装置。
前記電波は、マイクロ波帯の電波であることを特徴とする請求項１に記載のトリガ信号発生装置。