JP4228162B2 - TV camera device with exposure control function - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像計測用テレビカメラに係わり、撮像デバイスの感度を自動制御する手段を有する露光制御機能付テレビカメラ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
画像計測用テレビカメラにおいて、計測すべき被写体が多様な光反射率を有する場合、テレビカメラの出力映像信号において適正レベルを得るために、撮像した画像の中心部又は複数部の映像信号、又は公報特開平1−94653号では同一イメージセンサチップ内の撮像に有効な領域以外の場所に連続するフォトダイオード列を配置して測光用信号が常時検出され出力されている。
これらの信号により対物レンズの絞り等を制御したり、あるいは、カメラ外部に受光素子又は測光装置を配置して被写体の反射光を検出し、その検出信号により対物レンズの絞りを制御したり、撮像デバイスの電荷蓄積時間の制御又は映像利得制御を行ってカメラ出力映像信号の適正レベルを得ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、撮像デバイスの撮像した映像信号、前記測光用信号又はカメラ外部に受光素子又は測光装置を配置して被写体の反射光を検出して対物レンズの絞りの制御をしたり、撮像デバイスの電荷蓄積時間の制御又は映像利得制御をしているので、カメラ出力映像信号が適正レベルになるまで、 相当の時間を必要とした。
例えば、1800個/分以上の高速画像処理を行おうとすると、
1800/60=30(個/秒)
となり、1秒間に30個以上の高速処理を行う必要があるが、どの方法も制御系の応答速度の問題で3フレーム以上の時間を要しているため高速画像処理が困難であった。
また、特殊な撮像デバイスを製作したり、カメラ外部に受光素子又は測光装置を配置するため装置が複雑になりコストが増大するのみでなく、配置上の制約も生ずる。
本発明は、リアルタイムに適正な映像レベルを得る感度制御と、受光素子配置上の制約等を排除した低コストの露光制御機能付テレビカメラ装置を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記に鑑み鋭意研究の結果、次の手段によりこの課題を解決した。
(1)テレビカメラ装置において、 一定方向へ走行する被写体を撮像するための撮像デバイスと、該撮像デバイスを駆動制御する駆動回路と、前記撮像デバイスの出力信号を増幅・制御する信号処理回路と、外部に設置された被写体位置センサからの位置情報信号に基づいて被写体の反射光を光電変換する1又は複数個の受光素子と、該受光素子の光電変換出力レベルに基いて撮像デバイスの電荷蓄積時間を制御する電荷蓄積時間制御回路を備えて構成し、
前記受光素子が、前記撮像デバイスの画像の走査を開始する1フレーム以上前の被写体の位置情報信号に同期して、同1フレーム以上前の被写体の反射光を受光し、その光電変換出力レベルにより前記電荷蓄積時間制御回路を制御し、撮像デバイスの電荷蓄積時間を変えることにより感度を制御することを特徴とする露光制御機能付テレビカメラ装置。
【0005】
(2)前記受光素子が、テレビカメラの撮像デバイスに近接して配設され、かつテレビカメラの撮像用対物レンズのイメージサークル内に配設されてなることを特徴とする(1)項記載の露光制御機能付テレビカメラ装置。
【0006】
(3)前記受光素子が、テレビカメラの撮像用対物レンズのイメージサークル内で、かつ前記撮像用対物レンズの結像面に配設されてなることを特徴とする(1)又は(2)項記載の露光制御機能付テレビカメラ装置。
【0007】
(4)さらに、特に好ましい態様として、前記受光素子が、前記撮像デバイスの画像の走査を開始する1フレーム前の被写体の位置情報信号に同期して、同1フレーム前の被写体の反射光を受光し、その光電変換出力レベルにより前記電荷蓄積時間制御回路を制御し、撮像デバイスの電荷蓄積時間を変えることにより感度を制御することを特徴とする(1)〜(3)項のいずれか1項記載の露光制御機能付テレビカメラ装置が提案される。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明では、撮像デバイス(以後、CCDと記述)と、該CCDを駆動制御する駆動回路と、前記CCDの出力信号を増幅・制御するカメラ信号処理回路と、位置情報信号に基づいて被写体の反射光を光電変換する受光素子(以後、PDと記述)と、該PDの光電変換出力信号によってCCDの電荷蓄積時間を制御する電荷蓄積時間制御回路を備え、前記PDが、一定方向に走行する被写体を撮像する前記CCDの画像の走査を開始する1又は1フレーム以上前の被写体の位置情報信号に基づいて反射光を受光し、その光電変換出力信号により前記電荷蓄積時間制御回路を制御し、CCDの電荷蓄積時間を変えることにより感度を制御し適正映像レベルを出力する。
【0009】
【実施例】
本発明の露光制御機能付テレビカメラ装置の実施例の構成と作用について、図に基いて説明する。
図1は本発明の露光制御機能付テレビカメラブロック図。
図2は同撮像デバイスと受光素子の配置模式図。
図3は同タイムチャート図。
図4はPD信号レベルとCCD電荷蓄積時間の関係図である。
図1、図2及び図3において、1はテレビカメラ、2は対物レンズ、3はCCD,4はカメラ信号処理回路、5は出力端子、6はPD、7は光電変換出力信号、8は光量測定回路、9はPD出力信号、10は電荷蓄積時間制御回路、11は位置情報信号、12は電荷蓄積時間、13はCCD駆動回路、14はイメージサークル、15はCCD取付面、16はベルトコンベア等、17は位置センサである。
【0010】
図1及び図2において、テレビカメラ1の撮像用対物レンズ2のイメージサークル14内で、かつCCD取付面15上の結像面に配設されたPD6が、走行するベルトコンベア等16に近接して設置された位置センサ17で、CCD3の画像の走査を開始する1フレーム又は1フレーム以上前の時間に相当する被写体位置Aを検知した位置情報信号11に同期して被写体の反射光を受光し、その光電変換出力信号7を光量測定回路8に送出する。
この光量測定回路8の温度補正等されたPD出力信号9のレベルに応じて電荷蓄積時間制御回路10が作動し、CCD駆動回路13を介してCCD3の電荷蓄積時間12と読み出し時間を制御する。
CCD3から読み出された映像信号は、カメラ信号処理回路4によって信号処理されて、出力端子5から画像処理装置(図示せず)へ送出される。
【0011】
図3において、ベルトコンベア等16に近接して設置され、ベルトコンベア等16上の被写体に対してPD6の受光タイミングを与えるための位置センサ17によって位置情報信号11が生成されると、この位置情報信号11に同期してPD6が受光レベルIL1〜IL3を決定し、被写体の反射率に比例して光電変換されたPD出力信号9が電荷蓄積時間制御回路10へ送出される。
位置センサ17が検出した被写体位置Aの被写体がカメラ光軸上の被写体位置Bに達したとき、IL1〜IL3の各信号レベルに対応したCCD3の露光(電荷蓄積)が開始される。
被写体位置Aから被写体位置Bに至るまでの時間は、あらかじめベルトコンベア等16の速度が分かっているので容易に予測できる。
また、被写体位置Aが被写体位置Bに達するまでの時間は、あらかじめVD信号の1フレームの時間に相当するようにベルトコンベア等16の速度が設定されても良い。
CCD3の露光が完了するとカメラのVD信号リセットが行われる。
【0012】
前記PD出力信号9のIL1,IL2,IL3等の各レベルに基づいてCCD3の電荷蓄積時間12のt1,t2,t3を決定し、CCD駆動回路13を介してCCD3を駆動する。
図4において、CCD3の電荷蓄積時間12は、PD出力信号9の信号レベルに逆比例の関係にあり、PD出力信号9レベルが高い(明るい)と短い時間で、低く(暗い)なるにしたがって長い時間になる。
この結果、CCD3の電荷蓄積が完了し、蓄積された電荷を読みだしてカメラ信号処理回路4の出力端子5に出力された映像信号は、被写体の反射率の大小に拘わらず一定の信号レベルとなる。
電荷蓄積時間12の生成は、例えば、10000分の1秒から1フレーム分に相当する60分の1秒まで連続可変速シャッタ機能を有するCCD3であればよい。
また、CCDはエリアセンサ又はラインセンサを使用してもよい。
【0013】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果が発揮される。
1.本願の請求項1の発明によれば、
受光素子が、一定方向に走行する被写体を撮像する撮像デバイスの画像の走査を開始する1フレーム以上前の被写体の位置情報信号に同期して、同1フレーム以上前の被写体の反射光を受光し、その光電変換出力レベルにより電荷蓄積時間制御回路を制御し、撮像デバイスの電荷蓄積時間を変えることにより感度を制御できるので、高速度リアルタイムで適正レベルの画像処理用映像信号を送出可能である。
【0014】
2.本願の請求項2及び3の発明によれば、
光電変換素子が、テレビカメラの撮像デバイスに近接して配設され、かつテレビカメラの撮像用対物レンズのイメージサークル内で結像面に配設されているので、小型でかつ低コストの画像計測用カメラを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の露光制御機能付テレビカメラブロック図。
【図2】同撮像デバイスと受光素子の配置模式図。
【図3】同タイムチャート図。
【図4】PD信号レベルとCCD電荷蓄積時間の関係図。
【符号の説明】
1:テレビカメラ 2:対物レンズ
3:CCD 4:カメラ信号処理回路
5:出力端子 6:PD
7:光電変換出力信号 8:光量測定回路
9:PD出力信号 10:電荷蓄積時間制御回路
11:位置情報信号 12:電荷蓄積時間
13:CCD駆動回路 14:イメージサークル
15:CCD取付面 16:ベルトコンベア等
17:位置センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a television camera for image measurement, and relates to a television camera apparatus with an exposure control function having means for automatically controlling the sensitivity of an imaging device.
[0002]
[Prior art]
In a television camera for image measurement, when a subject to be measured has various light reflectances, in order to obtain an appropriate level in the output video signal of the television camera, a video signal of a central portion or a plurality of portions of a captured image, or a gazette In Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1-94653, a photo diode for photometry is always detected and output by arranging a series of photodiodes in a place other than a region effective for imaging in the same image sensor chip.
Use these signals to control the aperture of the objective lens, etc., or place a light receiving element or photometric device outside the camera to detect the reflected light of the subject, and control the aperture of the objective lens based on the detection signal. An appropriate level of the camera output video signal is obtained by controlling the charge accumulation time of the device or controlling the video gain.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the image signal captured by the imaging device, the photometric signal, or a light-receiving element or photometric device outside the camera is used to detect the reflected light of the subject to control the aperture of the objective lens, or to store the charge on the imaging device. Since time control or video gain control is performed, a considerable amount of time was required until the camera output video signal reached an appropriate level.
For example, if high-speed image processing of 1800 pieces / minute or more is performed,
1800/60 = 30 (pieces / second)
Thus, it is necessary to perform 30 or more high-speed processing per second. However, since each method requires a time of 3 frames or more due to the response speed of the control system, high-speed image processing is difficult.
In addition, since a special imaging device is manufactured or a light receiving element or a photometric device is arranged outside the camera, the apparatus becomes complicated and the cost is increased, and there are restrictions on the arrangement.
The present invention provides a low-cost television camera device with an exposure control function that eliminates restrictions on the sensitivity control for obtaining an appropriate video level in real time and the arrangement of light receiving elements.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies in view of the above, the present inventor has solved this problem by the following means.
(1) In a television camera apparatus, an imaging device for imaging a subject traveling in a certain direction, a drive circuit for driving and controlling the imaging device, a signal processing circuit for amplifying and controlling an output signal of the imaging device, One or a plurality of light receiving elements that photoelectrically convert reflected light of a subject based on a position information signal from a subject position sensor installed outside, and a charge accumulation time of the imaging device based on a photoelectric conversion output level of the light receiving element A charge storage time control circuit for controlling
The light receiving element receives reflected light of a subject one frame or more before the start of scanning of an image of the imaging device in synchronization with the subject's position information signal one frame or more before, and depends on the photoelectric conversion output level A television camera apparatus with an exposure control function, wherein the sensitivity is controlled by controlling the charge accumulation time control circuit and changing the charge accumulation time of the imaging device.
[0005]
(2) Item (1) is characterized in that the light receiving element is disposed in the vicinity of an imaging device of a television camera and is disposed in an image circle of an imaging objective lens of the television camera. TV camera device with exposure control function.
[0006]
(3) The item (1) or (2), wherein the light receiving element is disposed in an image circle of an imaging objective lens of a television camera and on an imaging surface of the imaging objective lens. The television camera apparatus with an exposure control function as described.
[0007]
(4) Further, as a particularly preferable aspect, the light receiving element receives reflected light of the subject one frame before in synchronization with the position information signal of the subject one frame before starting scanning of the image of the imaging device. Then, the charge accumulation time control circuit is controlled according to the photoelectric conversion output level, and the sensitivity is controlled by changing the charge accumulation time of the imaging device. The described television camera device with an exposure control function is proposed.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, an imaging device (hereinafter referred to as CCD), a drive circuit for driving and controlling the CCD, a camera signal processing circuit for amplifying and controlling the output signal of the CCD, and reflection of an object based on a position information signal A light receiving element (hereinafter referred to as PD) that photoelectrically converts light and a charge accumulation time control circuit that controls the charge accumulation time of the CCD by the photoelectric conversion output signal of the PD, and the PD is a subject that travels in a certain direction The CCD receives the reflected light based on the position information signal of the subject one or more frames before the start of scanning of the CCD image, and controls the charge accumulation time control circuit by the photoelectric conversion output signal, and the CCD By changing the charge accumulation time, the sensitivity is controlled and an appropriate video level is output.
[0009]
【Example】
The configuration and operation of the embodiment of the television camera apparatus with an exposure control function of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a television camera with an exposure control function according to the present invention.
FIG. 2 is an arrangement schematic diagram of the imaging device and the light receiving element.
FIG. 3 is the same time chart.
FIG. 4 is a relationship diagram between the PD signal level and the CCD charge accumulation time.
1, 2, and 3, 1 is a television camera, 2 is an objective lens, 3 is a CCD, 4 is a camera signal processing circuit, 5 is an output terminal, 6 is a PD, 7 is a photoelectric conversion output signal, and 8 is a light quantity. Measurement circuit, 9 PD output signal, 10 charge accumulation time control circuit, 11 position information signal, 12 charge accumulation time, 13 CCD drive circuit, 14 image circle, 15 CCD mounting surface, 16 belt conveyor Etc., 17 is a position sensor.
[0010]
1 and 2, the PD 6 disposed in the image circle 14 of the imaging
The charge accumulation time control circuit 10 operates according to the level of the PD output signal 9 subjected to temperature correction of the light
The video signal read from the
[0011]
In FIG. 3, when the position information signal 11 is generated by the position sensor 17 that is installed in the vicinity of the belt conveyor 16 and gives the light receiving timing of the PD 6 to the subject on the belt conveyor 16. The PD 6 determines the light receiving levels I L1 to I L3 in synchronization with the signal 11, and the PD output signal 9 photoelectrically converted in proportion to the reflectance of the subject is sent to the charge accumulation time control circuit 10.
When the subject at the subject position A detected by the position sensor 17 reaches the subject position B on the camera optical axis, exposure (charge accumulation) of the CCD 3 corresponding to each signal level of I L1 to I L3 is started.
The time from the subject position A to the subject position B can be easily predicted because the speed of the belt conveyor 16 is known in advance.
Further, the speed of the belt conveyor 16 or the like may be set in advance so that the time until the subject position A reaches the subject position B corresponds to the time of one frame of the VD signal.
When the exposure of the
[0012]
Based on each level of the PD output signal 9 such as I L1 , I L2 , and I L3 , t 1 , t 2 , and t 3 of the charge accumulation time 12 of the CCD 3 are determined, and the CCD 3 is driven via the CCD driving circuit 13. To do.
In FIG. 4, the charge accumulation time 12 of the
As a result, the charge accumulation of the
The charge accumulation time 12 may be generated by, for example, the
The CCD may use an area sensor or a line sensor.
[0013]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects are exhibited.
1. According to the invention of
The light receiving element receives the reflected light of the subject one frame or more ahead in synchronization with the position information signal of the subject one frame or more before the start of scanning of the image of the imaging device that images the subject traveling in a certain direction. Since the sensitivity can be controlled by controlling the charge accumulation time control circuit according to the photoelectric conversion output level and changing the charge accumulation time of the imaging device, it is possible to send a video signal for image processing at an appropriate level at high speed in real time.
[0014]
2. According to the inventions of
The photoelectric conversion element is placed close to the imaging device of the TV camera, and is placed on the image plane within the image circle of the TV camera's imaging objective lens. Camera can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a television camera with an exposure control function according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of an arrangement of the imaging device and a light receiving element.
FIG. 3 is a time chart of the same.
FIG. 4 is a relationship diagram between a PD signal level and a CCD charge accumulation time.
[Explanation of symbols]
1: TV camera 2: Objective lens 3: CCD 4: Camera signal processing circuit 5: Output terminal 6: PD
7: Photoelectric conversion output signal 8: Light quantity measurement circuit 9: PD output signal 10: Charge accumulation time control circuit 11: Position information signal 12: Charge accumulation time 13: CCD drive circuit 14: Image circle 15: CCD mounting surface 16: Belt Conveyor etc. 17: Position sensor
Claims (3)
前記受光素子が、前記撮像デバイスの画像の走査を開始する1フレーム以上前の被写体の位置情報信号に同期して、同1フレーム以上前の被写体の反射光を受光し、その光電変換出力レベルにより前記電荷蓄積時間制御回路を制御し、撮像デバイスの電荷蓄積時間を変えることにより感度を制御することを特徴とする露光制御機能付テレビカメラ装置。In a television camera apparatus, an imaging device for imaging a subject traveling in a certain direction, a drive circuit for driving and controlling the imaging device, a signal processing circuit for amplifying and controlling an output signal of the imaging device, and an externally installed device One or a plurality of light receiving elements that photoelectrically convert the reflected light of the subject based on the position information signal from the subject position sensor, and the charge accumulation time of the imaging device is controlled based on the photoelectric conversion output level of the light receiving element. It is configured with a charge accumulation time control circuit,
The light receiving element receives reflected light of a subject one frame or more before the start of scanning of an image of the imaging device in synchronization with the subject's position information signal one frame or more before, and depends on the photoelectric conversion output level A television camera apparatus with an exposure control function, wherein the sensitivity is controlled by controlling the charge accumulation time control circuit and changing the charge accumulation time of the imaging device.
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