JP2019179974A - 撮像装置、信号処理方法および測量装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の制御プログラムおよびデータ処理プログラムを変更しなくても異なる種類のイメージセンサを用いることができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置（１，１ａ）は、光の明暗を検出して電気信号に変換し、データ信号を出力する、それぞれがデータ方式の異なる複数の種類のうちのいずれか１つの種類のイメージセンサ（３０）と、イメージセンサ（３０）の制御のための制御信号を出力し、データ信号を入力するプロセッサ（１０）と、プロセッサ（１０）から出力される制御信号を、イメージセンサ（３０）の受信形式に変換する信号変換回路（２０）と、前記イメージセンサ（３０）が出力する形式のデータ信号を、プロセッサの入力形式に変換するデータ変換回路（４０）とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置、信号処理方法および測量装置に関する。

電子レベルは、視準した標尺の高さを求めるため、プロセッサが制御可能なイメージセンサを使って標尺パターンをデジタルデータ化してメモリに保存し、プロセッサを使ってメモリに保存されたデータから標尺パターンを読み取って、高さを計算したり、標尺の設置状態を読み取ってイメージセンサの動作制御を変更したりしている。

イメージセンサには、トランジスタ構造の違い等から、ＣＣＤラインイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の種類がある。しかし、その制御方法、センサの感度、出力データ形式はセンサの種類に応じて異なるものが用意されている（例えば、非特許文献１）。

浜松ホトニクス株式会社、"光半導体素子ハンドブック"、第０５章 ３．３−１、［online］、［平成30年3月30日検索］、インターネット <https://www.hamamatsu.com/jp/ja/hamamatsu/overview/bsd/solid_state_division/related_documents.html>

そのため、ある装置において、イメージセンサの種類を変えようとすると、イメージセンサのデータ形式に合わせてプログラムを変更する必要があるという問題があった。

具体的には、図７（Ａ）に示す装置において、イメージセンサ１３０を、図７（Ｂ）に示すように、イメージセンサ２３０に変更しようとすると、データ形式が、［１０，１，１０，１，１，１０］から［２５６，１３０，１４８，１４８，１４８，１３０，２５６］に変わる。そのため、これに合わせてセンサ制御プログラム１１１をセンサ制御プログラム２１１に、データ処理プログラム１１２をデータ処理プログラム２１２に変更する必要がある。

しかしながら、プログラムの変更は、プログラム作成者でなければ困難な場合も多く、作成者以外の者がしようとすると煩雑な作業となる場合がある。このため、プログラムを変更しなくても種類の異なるイメージセンサが使用できる撮像装置の提案が求められている。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、既存の制御プログラムおよびデータ処理プログラムを変更しなくても異なる種類のイメージセンサを用いることができる撮像装置、測量装置および信号処理方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の１つの態様に係る撮像装置は、光の明暗を検出して電気信号に変換し、前記データ信号を出力する、それぞれがデータ方式の異なる複数の種類のうちのいずれか１つの種類のイメージセンサと、前記イメージセンサの制御のための制御信号を出力し、データ信号を入力するプロセッサと、前記プロセッサから出力される制御信号を、前記イメージセンサの入力形式に変換する信号変換回路と、前記イメージセンサが出力する形式の前記データ信号を、前記プロセッサの入力形式に変換するデータ変換回路とを備えることを特徴とする。

上記態様において、前記信号変換回路が、変換テーブルを用いて前記制御信号を変換することも好ましい。

また、上記態様において、前記データ変換回路が 、オフセット調整、ゲイン処理、抽出処理、反転処理の少なくとも１つを実行することにより、前記データ信号を変換することも好ましい。

また、上記態様において、前記信号変換回路と前記データ変換回路とが、プログラマブルゲートアレイとして一体的に構成されていることも好ましい。

また、本発明の別の態様に係る測量装置は、上記態様の撮像装置を備えることを特徴とする。

また、本発明のさらに別の態様に係る信号処理方法は、光の明暗を検出して電気信号に変換し、前記データ信号を出力する、それぞれがデータ方式の異なる複数の種類のうちのいずれか１つの種類のイメージセンサと、前記イメージセンサの制御のための制御信号を出力し、データ信号を入力するプロセッサとの間の信号処理方法であって、前記プロセッサから出力される制御信号を、前記イメージセンサの入力形式に変換し、前記イメージセンサが出力する形式の前記データ信号を、前記プロセッサの入力形式に変換することを特徴とする。

上記態様において、変換テーブルを用いて前記制御信号を変換することも好ましい。

また、上記態様において、オフセット調整、ゲイン処理、抽出処理、反転処理の少なくとも１つを実行することにより、前記データ信号を変換することも好ましい。

上記の構成によれば、信号変換回路が、センサ制御プログラムの実行により出力される制御信号を、イメージセンサの種類に適応した形式に変換することができ、データ変換回路が、イメージセンサから出力されるデータ信号を、データ処理プログラムの実行に利用可能な形式に変換することができる

以上の説明から明らかなように、上記態様によれば、既存の制御プログラムおよびデータ処理プログラムを変更しなくても異なる種類のイメージセンサを用いることができる撮像装置、測量装置および信号処理方法を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置を備える電子レベルの概略模式図であり、図右の円内に、標尺の部分拡大図を示している。 同形態に係る撮像装置の構成、およびデータの流れを説明する図である。 同形態に係る撮像装置の信号変換回路を説明する説明図である。 同形態に係る撮像装置のデータ変換回路のフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の構成、およびデータの流れを説明する図である。 本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置の構成、およびデータの流れを説明する図である。 従来の撮像装置においてイメージセンサを変更した場合の構成の違いを説明する図である。

以下、本発明の具体的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。また、各実施の形態において、同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態に係る撮像装置１を備える、電子レベルＬの概略模式図であり、図２は撮像装置１の構成ブロック図である。

図１に示すように、電子レベルＬは、備えた望遠鏡６で遠方に設置された標尺７を視準して標尺パターン８を読み取る。

望遠鏡６は、対物レンズ、合焦レンズ、コンペンセータ、ビームスプリッタ、焦点板、接眼レンズ等を備え、前方の測定点に垂直に配置された標尺７を視準するものである。

標尺７は、アルミニウム製やカーボンファイバー製の真直な基体に、図１右の円内に示すような、縦方向に所定の間隔で配置された標尺パターン８が印刷等により表示されたものである。

電子レベルＬは、望遠鏡６と、撮像部（撮像装置）１とを備える。

図２に示すように、撮像装置１は、プロセッサ１０と、信号変換回路２０と、イメージセンサ３０と、データ変換回路４０と、メモリ５０とを備える。

プロセッサ１０は、電子レベルの制御部として構成されており、ＣＰＵと、Ａ／Ｄ変換器と、補助記憶部としてのＲＯＭ（Ｒｅａｄ・Ｏｎｌｙ・Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ・Ａｃｃｅｓｓ・Ｍｅｍｏｒｙ）とを備える。

プロセッサ１０には、イメージセンサ３０を制御するセンサ制御プログラム１１、およびデジタル化した標尺パターン８の画像データを、予め記憶された画像データと照合して、視準位置の高さを自動的に演算するデータ処理ブログラム１２が格納されている。

信号変換回路２０は、センサ制御プログラム１１から出力された制御データを変換する回路である。

イメージセンサ３０は、半導体チップの集積回路による固体撮像素子である。イメージセンサ３０としては、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等、データ形式の異なる、種々の固体撮像素子を用いることができる。

イメージセンサ３０は、視準されている標尺７の標尺パターン８の像を、光の明暗として検出し、光信号を電気信号として読み出し、デジタルのデータ信号をして出力する。

データ変換回路４０は、入力されたデジタルデータ（データ信号）のフォーマットを変更する回路である。

メモリ５０は、フラッシュメモリ、メモリカード等の不揮発性メモリであり、変換されたデジタルデータを記憶する。

（撮像装置における信号処理）
次に、撮像装置１における信号処理の流れを、図２を参照しながら説明する。なお、説明の便宜のため、デジタルデータは、適宜の数値として示している。

プロセッサ１０は、センサ制御プログラム１１を実行し、イメージセンサ３０の感度設定として、数値２０を出力する。

次に、信号変換回路２０では、感度設定をイメージセンサ３０に適応する値として、数値３０に変換する。イメージセンサ３０は、設定された感度により、標尺パターン８の黒白のパターンからなる像の光信号を検出し、光信号から電気信号を読み出し、電気信号をデジタルデータに変換し、データ変換回路へ出力する。この時、デジタルデータは、例えば[２５６，１３０，１４８，１３０，１４８，１４８，１３０，２５６]のように出力される。

次に、データ変換回路４０では、デジタルデータを[１０，１，１０，１，１，１０]のように変換し、メモリ５０に出力する。メモリ５０はデジタルデータを[１０，１，１０，１，１，１０]を記憶し、必要に応じて、プロセッサ１０に出力し、プロセッサ１０は、データ処理プログラム１２を実行することにより、デジタルデータ[１０，１，１０，１，１，１０]を用いて演算をおこない、プロセッサに予め記憶された、画像と比較することにより、標尺パターン８が示す高さの値を算出する。

（信号変換回路における制御変換処理）
図３は、信号変換回路２０における制御変換処理の流れを説明する図である。信号変換回路２０には、制御信号を変換するための変換テーブル２１が記憶されている。変換テーブル２１は、イメージセンサの種類に対応して作成される。

例えば、図示の例では、感度設定として数値２０が入力された場合、変換テーブル２１により変換され、感度設定として数値３０がイメージセンサ３０に出力される。

（データ変換回路におけるデータ変換処理）
図４は、データ変換回路４０におけるデータ変換処理の流れを説明する図である。

イメージセンサ３０からのデータが[２５６，１３０，１４８，１３０，１４８，１４８，１３０，２５６]と入力されると、ステップ４１で、データ変換回路４０は、オフセット処理を行う。図示の例では、各データから１２８ずつ減算する処理を行い、[１２８，２，２０，２０，２，１２８]とする。

次に、ステップ４２で、データ変換回路４０は、ゲイン調整処理を行う。図示の例では、各データを１／２倍する処理を行い、[６４，１，１０，１，１０，１０，１，６４]とする。

次に、ステップ４３で、データ変換回路４０は、抽出処理を行い、必要なデータを抽出する。図示の例では前後の数値６４を破棄し、[１，１０，１，１０，１０，１]とする。

次に、ステップ４４で、データ変換回路４０は、反転処理を行う。図示の例では、[１０，１，１０，１，１，１０]とする。このようにして、イメージセンサ３０から出力されたデータをプロセッサ１０で処理可能な形式に変換して、メモリ５０に出力し、メモリ５０は、これを保存する。

データ変換回路４０は、オフセット調整、ゲイン調整、抽出処理、反転処理の少なくとも１つを行うことにより、データ処理プログラムによる演算処理において利用可能な形式に変換すればよく、これらの処理は、イメージセンサ３０の種類に応じて、適宜の順序で行うことができる。

上記の構成によれば、信号変換回路２０が、センサ制御プログラム１１の実行により出力される制御信号を、イメージセンサ３０の種類に適応した形式に変換することができ、データ変換回路４０が、イメージセンサ３０から出力されるデータ信号を、データ処理プログラム１２の実行に利用可能な形式に変換することができるので、プログラムを変更することなく、イメージセンサ３０の種類の変更に対応することができる。

（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態に係る、撮像装置１ａの構成ブロック図である。図５に示すように、撮像装置１ａでは、信号変換回路２０、データ変換回路４０、およびメモリ５０が、プログラマブルゲートアレイ７０として一体的に形成されている。

また、図示の例では、プログラマブルゲートアレイ７０は、さらにイメージセンサ３０固有の特性を補正するための補正データ６０を備える。

このように、信号変換回路２０、データ変換回路４０、およびメモリ５０を、プログラマブルゲートアレイ７０として構成すれば、汎用のプログラマブルロジックデバイス上に回路を何度でも再設定することができるので、イメージセンサ３０の種類に合わせて信号変換回路２０およびデータ変換回路４０を適宜変更することができ、有利である。

また、プログラマブルゲートアレイ７０として一体的に形成されているので撮像装置１ａに組み込むのが容易となる。

また、プログラマブルゲートアレイ７０として構成することにより、図示の例のように、補正データ６０を装置に容易に組み込むことが可能となる。

（第３の実施の形態）
図６は第３の実施の形態に係る撮像装置１ｂの構成ブロック図である。図６に示すように、撮像装置１ｂでは、撮像装置１の信号変換回路２０、データ変換回路４０に代えて、それぞれ信号変換プログラム２０ｂ、データ変換プログラム４０ｂを備える。信号変換プログラム２０ｂ、データ変換プログラム４０ｂはそれぞれ、図３、図４に示した、信号変換回路２０、データ変換回路４０の処理と同じ処理を実装する。

また、信号変換プログラム２０ｂ、データ変換プログラム４０ｂは、プロセッサ１０によって実行されるように構成されてもよく、イメージセンサ３０によって実行されるように構成されていてもよい。

＜変形例＞
撮像装置１ｂにおいて、信号変換プログラム２０ｂ、データ変換プログラム４０ｂのいずれか一方を備え、他方の機能を実行する信号変換回路２０またはデータ変換回路４０を備えるというように混在してもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について述べたが、上記の実施形態は本発明の一例であり、これらを当業者の知識に基づいて組み合わせることが可能であり、そのような形態も本発明の範囲に含まれる。

また、上記では、実施の形態に係る撮像装置を電子レベルＬに適応した場合について述べたが、電子レベルＬに限らず、イメージセンサを用いる測量装置およびその他装置に適応することができる。

１ 撮像装置
１ａ 撮像装置
３０ イメージセンサ
３０ 信号変換回路
４０ データ変換回路
７０ プログラマブルゲートアレイ
Ｌ 電子レベル（測量装置）

Claims (8)

1. 光の明暗を検出して電気信号に変換し、前記データ信号を出力する、それぞれがデータ方式の異なる複数の種類のうちのいずれか１つの種類のイメージセンサと、
   前記イメージセンサの制御のための制御信号を出力し、データ信号を入力するプロセッサと、
   前記プロセッサから出力される制御信号を、前記イメージセンサの入力形式に変換する信号変換回路と、
   前記イメージセンサが出力する形式の前記データ信号を、前記プロセッサの入力形式に変換するデータ変換回路と
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記信号変換回路が、変換テーブルを用いて前記制御信号を変換することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記データ変換回路が 、オフセット調整、ゲイン処理、抽出処理、反転処理の少なくとも１つを実行することにより、前記データ信号を変換することを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。
4. 前記信号変換回路と前記データ変換回路とが、プログラマブルゲートアレイとして一体的に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置を備える測量装置。
6. 光の明暗を検出して電気信号に変換し、前記データ信号を出力する、それぞれがデータ方式の異なる複数の種類のうちのいずれか１つの種類のイメージセンサと、
   前記イメージセンサの制御のための制御信号を出力し、データ信号を入力するプロセッサとの間の信号処理方法であって、
   前記プロセッサから出力される制御信号を、前記イメージセンサの入力形式に変換し、
   前記イメージセンサが出力する形式の前記データ信号を、前記プロセッサの入力形式に変換することを特徴とする信号処理方法。
7. 変換テーブルを用いて前記制御信号を変換することを特徴とする請求項６に記載の信号処理方法。
8. オフセット調整、ゲイン処理、抽出処理、反転処理の少なくとも１つを実行することにより、前記データ信号を変換することを特徴とする請求項６または７に記載の信号処理方法。