JP4326637B2

JP4326637B2 - 高速ビデオカメラ

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Publication number: JP4326637B2
Application number: JP27948299A
Authority: JP
Inventors: 川道教市
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001103356A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速ビデオカメラに関し、特に、映像の変化または外部の信号により自動的にスロー再生に切り替わる高速ビデオカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高速ビデオカメラでは、ＣＣＤイメージセンサ素子やＭＯＳイメージセンサ素子など、汎用の固体撮像素子を高速クロックで駆動することにより、また、高速撮影に適するように開発された専用の固体撮像素子を用いることにより、高速で動作する現象の撮像を実現していた。
【０００３】
これらの高速ビデオカメラは、ディジタル信号で出力するものもアナログ信号で出力するものもあるが、いずれの信号についても、各メーカで専用の方式による信号であるため、画像を得るために専用のディジタル処理回路や専用のビデオレコーダが別途に必要であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの機器は極めて高価であり、このため高速ビデオ撮影の技術が普及することに対する阻害要因となっていた。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高速で撮像できるとともに標準の複合ビデオ信号で出力できるビデオカメラを安価に提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【０００７】
即ち、本発明にかかる高速ビデオカメラは、第１の周期で被写体を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像された被写体画像のそれぞれをディジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記ディジタル画像データを格納する記憶手段と、前記ディジタル画像データを前記第１の周期で前記記憶手段の記憶領域に格納させ、前記記憶手段の記憶容量の限界に達すると上書きにより新しいデータに更新することにより循環的に書き込む制御手段と、前記記憶手段に格納されたディジタル画像データを前記第１の周期より長い第２の周期で読み出して、汎用の複合ビデオ信号に変換して出力する汎用信号生成手段と、前記第２の周期で前記ディジタル画像データを間引いて前記記憶手段から読み出す第１のモードと、前記第２の周期で前記ディジタル画像データの全てを前記記憶手段から読み出す第２のモードと、前記記憶手段の記憶容量に応じた期間だけ遅延させて前記第２の周期で前記ディジタル画像データを間引いて前記記憶手段から読み出す第３のモードと、を含む複数の再生モード間で前記ディジタル画像データの再生状態を循環的に切り換える再生モード選択手段と、を備え、前記再生モード選択手段は、トリガ信号により生成されるタイミングで前記第１のモードを前記第２のモードに切り換え、前記記憶手段への書き込み速度と前記記憶手段からの読み出し速度の相違により前記記憶手段の記憶領域に空き領域が無くなると前記第２のモードを前記第３のモードに切り換え、前記記憶手段のリセットにより、または、前記記憶手段に新たなディジタル画像データを間引いて書き込む時間間隔と、前記記憶手段に格納されたディジタル画像データを間引いて読み出す時間間隔とを調整することにより、前記記憶手段の記憶領域に空き領域が無くなった状態を解消して前記記憶手段へ再度書き込み可能な状態にする状態制御手段を含む、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様において上記第２の周期は上記第１の周期のＮ倍（Ｎは２以上の自然数）である
【００１０】
さらに、上記再生モード選択手段は、初期状態では上記第１のモードを選択し、所定のトリガ信号が入力されると上記第２のモードを選択し、上記第２のモード選択時に上記記憶手段に空き領域がなくなると上記第３のモードを選択すると好適である。
【００１１】
上記高速ビデオカメラは、上記記憶手段に格納されている複数のディジタル画像データを互いに比較して、画像の動き量が所定の基準量を超える箇所を検出する動き検出手段をさらに備え、上記動き検出手段により上記箇所が検出されると、上記再生モード選択手段に上記トリガ信号を供給することが好ましい。
【００１２】
上記動き検出手段は、所望の被写体の所望の動作に応じて上記基準量を最適化する学習機能を有することが望ましい。
【００１３】
また、上記再生モード選択手段は、上記第３のモードを選択した後、所定のリセット信号が入力されると、上記記憶手段に格納されている全ディジタル画像データを消去して上記第１のモードを選択すると良い。
【００１４】
また、上記高速ビデオカメラは、上記再生モード選択手段が上記第３のモードを選択した時点からの時間経過を測定する時間測定手段をさらに備え、この時間測定手段により測定される時間が所定の時間に達すると上記再生モード選択手段に上記リセット信号を供給することが好ましい。
【００１５】
また、上記高速ビデオカメラは、上記再生モード選択手段が上記第３のモードを選択すると、上記記憶手段に新たなディジタル画像データを格納する時間間隔と、上記記憶手段に格納されたディジタル画像データを読み出す時間間隔とを調整して、徐々に上記記憶手段の空き容量を増やす空き容量調整手段をさらに備え、上記再生モード選択手段は、上記第３のモードを選択した後、上記空き容量調整手段が上記記憶手段のすべての記憶領域を空き状態にした時点で、上記第１のモードを選択するとさらに好適である。
【００１６】
上記高速ビデオカメラにおいて、上記汎用信号生成手段は、上記デジタル画像データを上記複合ビデオ信号と互換性のあるアナログ映像信号に変換するＤ／Ａ変換手段、または上記デジタル画像データを上記複合ビデオ信号と互換性のあるディジタル映像信号に変換するディジタルビデオ信号生成手段を含む。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明にかかる高速ビデオカメラの実施の一形態の概略構成を示すブロック図である。同図に示す高速ビデオカメラ１は、撮像部４とディジタル信号処理部５とタイミング生成回路２と同期信号生成回路３とメモリ制御部６とを備えている。
【００１９】
撮像部４は、ＣＣＤセンサ１１と高速駆動回路１３と増幅器１５とＡＤ変換回路１７とを含む。高速駆動回路１３は、標準ビデオ信号の画面のリフレッシュレート、例えばＮＴＳＣ方式であれば６０ＨｚのＮ倍（Ｎは自然数）の高速クロック信号を生成し、このクロック信号に基づいてＣＣＤセンサ１１を駆動する。このクロック信号は、実用的には標準ビデオ信号のリフレッシュレートの２倍〜１０倍が望ましい。
【００２０】
ＣＣＤセンサ１１は、高速駆動回路１３により駆動されて被写体を上記速度で高速撮影し、その映像信号を出力する。
【００２１】
ＣＣＤセンサ１１から出力された映像信号は、増幅器１５で増幅された後、ＡＤ変換器によってディジタル化される。
【００２２】
ディジタル信号処理部５は、メモリ２１とＤＡ変換回路２３と画像圧縮回路３１とＤＶ（Digital Video）インタフェース３３とを含む。
【００２３】
タイミング生成回路２は、高速駆動回路１３から高速クロック信号の供給を受け、同一の高速クロック信号をＡＤ変換回路１７に供給してその信号変換のタイミングを制御する。また、タイミング生成回路２は、高速クロック信号をメモリ２１に供給し、後述するメモリ制御部６が供給するアドレスに従い、映像信号の書込と読出を制御する。タイミング生成回路２はまた、高速クロック信号を同期信号生成回路３に供給し、同期信号生成回路３は、この高速クロック信号に基づいて標準ビデオ信号のリフレッシュレートを有するクロック信号（以下、標準速度クロック信号という）を生成してＤＡ変換回路２３に供給し、その信号変換タイミングを制御する。
【００２４】
メモリ２１は、後述するメモリ制御部６から書込アドレスの供給を受け、また、タイミング生成回路２から書込・読出制御信号の供給を受けて、ＣＣＤセンサ１１の駆動周期と同一の周期でディジタル画像データを格納する。メモリ２１は、複数枚分の映像を蓄積できる容量、例えば少なくとも約１０枚分の容量を有し、できれば約２００枚分の容量を有する半導体メモリが望ましい。ディジタル画像データは、メモリ２１の記憶領域内でサイクリックに格納され、記憶容量の限界に達すると、例えば最初に格納した記憶領域に上書きして格納される。
【００２５】
メモリ２１から読み出されたディジタル画像データは、ＤＡ変換器によってアナログの標準ビデオ信号に変換され、増幅器８を経て増幅されて出力される。このとき、メモリ２１から読み出され変換された全ての映像を連続再生すればスロー再生となるが、読出信号の周期に合致しないディジタル画像データを廃棄して飛び飛びに再生すれば通常速度での再生も可能である。また、記録および再生ともに通常速度を選択すれば、メモリ２１への記録を飛び飛びに行い、この飛び飛びの映像を連続して再生することでもできる。
【００２６】
このように、本実施形態の高速ビデオカメラ１は、互いに周期の異なる撮影と再生を同時に処理することができる。
【００２７】
上述したアナログインタフェースに加え、本実施形態の高速ビデオカメラ１は、ディジタルインタフェース７をも備えている。ディジタル信号で出力する場合は、メモリ２１から読み出されたディジタル信号がそのまま画像圧縮回路３１に供給され、所定の圧縮処理を経てＤＶインタフェース３３に供給されて表示装置や記録装置に出力される。即ち、アナログ出力を選択する場合は、ＤＡ変換回路２３が汎用信号生成手段を構成し、この一方、ディジタル出力を選択する場合は、画像圧縮回路３１とＤＶインタフェース３３が汎用信号生成手段を構成する。なお、本実施形態では、アナログインタフェースとディジタルインタフェース７の両方を備える場合について説明したが、これに限ることなく、要求仕様に応じてどちらか一方のみ備えることとしても良い。
【００２８】
メモリ制御部６は、本実施形態における再生モード選択手段に該当し、動き検出回路１９と２つのマルチプレクサ４１，５１と状態制御回路４３と書込カウンタ４５と読出カウンタ４７と衝突検出回路４９とリセットカウンタ５５とを含む。
【００２９】
動き検出回路１９は、ＡＤ変換回路１７から供給される映像信号に基づいて後述する再生モードを切換えるための内部トリガ信号を生成する。
【００３０】
マルチプレクサ４１は、図示しない外部のトリガ生成回路から供給される外部トリガ信号または動き検出回路１９から供給される内部トリガ信号のいずれかを選択して状態制御回路４３に供給する。
【００３１】
状態制御回路４３は、マルチプレクサ４１から供給される外部もしくは内部のトリガ信号、または図示しないカウンタから供給されるリセット信号を受けて後述する再生モードを切替え、これに対応した制御信号を書込カウンタ４５および読出カウンタ４７に供給する。
【００３２】
書込カウンタ４５および読出カウンタ４７は、状態制御回路４３から供給される制御信号に基づいて書込アドレスと読出アドレスをそれぞれ生成してマルチプレクサ５１に供給する。マルチプレクサ５１は、書込アドレスと読出アドレスを交互に選択してメモリ２１に供給する。また、衝突検出回路４９は、書込カウンタ４５および読出カウンタ４７から書込アドレスと読出アドレスの供給を受けてこれらの生成タイミングを監視し、同一のタイミングで供給されたときは、アドレスが衝突したものとしてその旨を状態制御回路４３に伝達する。リセットカウンタ５５は、本実施形態において時間測定手段に相当する。この衝突検出回路４９とリセットカウンタ５５については後に詳述する。
【００３３】
本実施形態の高速ビデオカメラ１において、撮像およびメモリ２１への画像データの書込は常に高速クロック信号の周期で処理され、この一方、画像データの読出とそのディジタル処理は、常に標準速度クロック信号の周期で処理される。従って、撮像タイミングと映像再生タイミングとの間でタイミングずれが発生する。本実施形態の高速ビデオカメラ１では、メモリ制御部６が複数の再生モード間で再生状態を適宜切換えることによりこのタイミングずれを処理している。
【００３４】
メモリ制御部６の具体的な処理手順について図面を参照しながら詳述する。
【００３５】
図２はメモリ制御部６によるメモリ２１への書込・読出制御の一例を示す模式図である。同図において、紙面上方に記載した画面には、撮像部４により撮影された被写体の映像を模式的に示す。各画面内に記載された番号は、記録された時刻を示すスタンプである。同図においてメモリは映像３枚分の記憶領域を有する。前述したとおり、メモリ２１の容量は最低でも映像１０枚分は必要であり、効果的には１００枚程度が望まれ、また撮像速度も標準ビデオ信号の３倍以上が望まれるが、以下では説明を簡略化するため、メモリ容量が映像３枚分のみで、撮影速度は通常ビデオ信号の２倍であり、また、メモリの各記憶領域は１画面分の記録容量を有するものと仮定する。さらに、説明の簡便のため図２においてはメモリの各記憶領域にそれぞれ０から２までの番地を付す。この番地は実際のメモリ２１では上位アドレスに該当し、下位アドレスは画像のドットに対応して画像のタイミングで高速にカウントされるが、簡素化のため、この説明は省略し、以下では上位アドレスだけを単に番地と呼ぶ。また、図２の紙面下方に記載した画面には、再生された標準ビデオ映像を模式的に示す。
【００３６】
まず、メモリ制御部６により選択される再生モードの具体的内容について図２を参照しながら簡単に説明する。初期設定状態では、高速で撮影された映像は全てメモリに書き込まれる。メモリは循環的に利用され、古い映像は破棄されている。再生側は、通常速度（この例では２枚に１枚）で再生するので、読み出された映像は被写体本来の動作に対して飛び飛びになる。この状態を「生映像状態（第１のモード）」と呼ぶ。即ち、通常の撮像速度を有する普通のビデオカメラと同様にして撮影した映像がそのまま再生されている状態である。
【００３７】
次に、この状態で外部または内部で発生したトリガ信号がマルチプレクサ４１を介して状態制御回路４３に供給されると（図１参照）、飛び飛びだった再生をやめ、再生を連続的にする。即ち、記録された全ての映像を再生する。この状態が「スロー再生状態（第２のモード）」である。スロー再生状態では、メモリ２１への書込速度が再生（読出）速度よりも速いので、一定時間の経過によりメモリ２１の空き領域がなくなって、書き込めなくなる。一方、スロー再生によって１枚の映像が再生されてしまえば、そのディジタル画像データはメモリ２１から破棄してもよい。そこで、破棄されて空きとなった記憶領域に新たにディジタル画像データを高速で書き込む。この場合、記録動作よりも再生動作が遅いので、記録可能な瞬間は飛び飛びになる。メモリ２１の記憶領域が空いた瞬間に記録するので、結果としては、通常速度の記録・再生と同様に見える。但し、時間的にはメモリ２１内に一巡で格納できる映像枚数分だけ、記録から再生に遅延がある状態になる。この状態を「遅延再生状態（第３のモード）」と呼ぶ。この状態では、次のトリガ信号を受け入れることができないので、適当な時期にリセット信号を受けて、生再生状態に強制移行する。リセット信号はメモリ制御部６に含まれるリセットカウンタ５５（図１参照）が生成し、第３のモードへの移行時点からの時間経過をカウントして、所定時間の経過によりリセット信号を生成して状態制御回路４３に供給する。リセット信号を受けた状態制御回路４３は、メモリ２１に格納されたディジタル画像データを全て消去し、これにより再生モードは生再生状態に移行する。
【００３８】
図２に示すように、撮像画面１はメモリ番地０に格納され、それに続く撮像画面２はメモリ番地１へ、さらに撮像画面３はメモリ番地２へ書き込まれる。この時間帯では、再生側は画面１をメモリ番地０から読み出して再生するが、読出速度が記録速度よりも遅いので、撮像画面２が記録されたメモリ番地１は読み出すことなく破棄される。画面１を最後まで表示したら、次に画面３を記録したメモリ番地２を読み出して再生する。この読出タイミングに合致しない映像を廃棄するためのアルゴリズムは非常に簡単に作成でき、読出側が新しい画面に番地を更新するタイミングで書込側で現在書き込んでいるメモリの番地をコピーするだけでよい。このコピーは、より具体的には図１に示すメモリ制御部６において、書込カウンタ４５がそのカウンタ値を読出カウンタ４７へ供給することにより処理する。このように、生映像状態では、全撮影映像の記録動作と、飛び飛びでの再生動作とを繰返す。
【００３９】
生映像状態は、トリガ信号によってスロー再生状態に移行する。スロー再生状態では、撮影映像の全画面を記録し、記録された全画面を再生する。即ち、図２において高速撮影映像４〜７がメモリに順次記録され、これに並行して記録画面４〜７がメモリ２１から順次読み出され標準速度にて再生される。ここで、画面７がメモリ番地０に記録されていることに注意されたい。メモリ番地０はもともと画面４を記録していたものであるが、画面７を書き込むタイミングでは既に再生済みであり内容は破棄できるので、このメモリ番地０に画面７を上書きする。
【００４０】
この一方、画面８を書き込むタイミングでは、どのデータも破棄できないので、画面８を書き込むことはできない（書込不能）。撮影映像８は順番からするとメモリ番地１に書き込みを要求するが、メモリ番地１は記録画像５を再生中であるので、書き込み不可能であり、書き込みは許可されない。その結果、画像８は記録されない。
【００４１】
このような書き込めるか否かを判定するアルゴリズムは単純で、現在再生中の番地と次に記録しようとする番地とが等しければ、書き込みをしないというだけの判断でよい。この判断は、より具体的には図１に示すメモリ制御部６において、書込カウンタ４５から供給されるカウンタ値と読出カウンタ４７から供給されるカウンタ値とを衝突検出回路４９が照合し、カウンタ値が等しい場合にその旨を状態制御回路４３に供給する。状態制御回路４３は、衝突検出回路４９の検出結果を受けて書込カウンタ４５のカウント値を無効にする。
【００４２】
図２に戻り、画面８の書込不能の次のタイミングで、高速撮影映像９が再びメモリ番地１に書き込みを要求する。この時は再生側はメモリ番地２の記録画像６に移行しているので、画像９は番地１に書き込みを許可される。同様に、画像１０は書込が許可されず、次の画像１１は書込が許可される。即ち、スロー再生中にメモリ２１が満杯になると、再生して空きになった番地に順次画像が記録される。
【００４３】
ここで記録された映像が再生されるのは、スロー再生によって時間が伸長した分だけ遅れている。たとえば、図２に示すように、高速撮影映像９が再生されるのは、記録時間から見ると画像１３が記録される時間であり、従って、４コマ分の遅れがある（遅延再生状態）。この遅れはメモリ２１への書込速度とメモリ２１からの読出速度との関係から決まり、一定の遅れとなる。この遅れを解消するためには次の３つ方法が考えられる。即ち、
（１）外部で強制的にリセットする方法、（２）所定時間をカウントして自動的にリセットする方法、（３）記録する撮影画像を間引き、空きメモリを少しづつ増やして、時間をかけて全てを空き状態にする方法、である。
【００４４】
これら３つの方法のうち、（１）の方法は単純明快であり、また、（２）の方法は、前述したリセットカウンタ５５を用いれば良いので説明は省略するが、これら２つの方法を採用した場合は、リセットによって既にメモリ２１に格納されたディジタル画像データが全て消去されて急に生映像モードに移行するので、遅延時間分の映像が飛び欠落する。
【００４５】
（３）の方法は次のように処理する。まず、スロー再生状態でメモリ２１に空き領域がなくなると、即座に前述した遅延再生状態に移行し、一定時間この状態を続ける。その後、１画面分の記憶領域が空いても、メモリへの書き込み許可を与えず、この段階ではまだ書き込まない。もう１画面分、合計２コマ分の記憶領域が空き状態になって初めて書き込みを許可する。次には、メモリの記憶領域に画面３個分の室き領域ができるまで許可を与えない。このような手順でメモリ２１の空き領域を増やし、遅延時間を徐々に低減して、時間をかけてメモリ２１の全記憶領域を空き状態にする。このアルゴリズムは、状態制御回路４３が衝突検出回路４９の検出結果を受けて書込カウンタ４５を制御することにより可能である。即ち、状態制御回路４３は、本実施形態における空き容量調整手段をも構成する。第３の方法を再生側から観察すると、スロー再生後に標準映像が再生され、その後早送り再生があって（間引き記録状態）、また、生映像に戻るというように見える。この方法によれば、リセットした場合のように突然の飛びはなく、連続的な再生が得られるという利点がある。ただし、遅延の解消にはやや長い時間を要する。
【００４６】
図３は、以上の遅延解消方法による再生モードの切替りを説明する状態遷移図である。即ち、同図（ａ）は上記（１）および（２）のリセットのみによる遅延解消方法、（ｂ）は上記（３）の早送り再生を含む遅延解消方法を示す。
【００４７】
図３（ａ）に示すように、リセットのみによる遅延解消方法によれば、生映像状態から外部または内部のトリガ信号によりスロー再生状態に遷移する。ここで上述した（１）の方法により強制リセットをかければ生映像状態に戻るが、スロー再生状態を継続してメモリ２１が満杯となり遅延再生状態に遷移してから強制リセットしても良い。また、上述した（２）の方法では、メモリ２１が満杯となり遅延再生状態に遷移してから自動的にリセットする。
【００４８】
また、図３（ｂ）に示す遅延解消方法によれば、まず、生映像状態から、スロー再生状態と遅延再生状態を経て間引き記録状態（早送り再生状態）に遷移する。ここで、スロー再生状態、遅延再生状態、間引き記録状態のいずれの段階においても強制リセットは可能だが、上述の（３）の方法によれば、間引き記録状態を継続し、メモリ２１の全記憶領域が空き状態となった後に生映像状態に戻る。
【００４９】
トリガ動作の変形例として、生映像状態において記録するメモリ２１の番地と再生するメモリ２１の番地との間にオフセット（変位）を加えると、生映像状態ですでに遅延した生映像を見ることになる。この状態で、トリガ信号が入ると、このトリガ信号が入る直前の瞬間までの映像をスロー再生することが可能である。記録するメモリ番地と再生するメモリ番地との変位をメモリ容量の全体にわたって設定すれば、完全にトリガ前のスロー再生となる。また、同様にしてメモリ容量の半分について設定すれば、トリガ信号が入る前後の映像をスロー再生することができる。この機能は、オシロスコープに見られるプレーポストトリガ機能に類似しており、現象を解析するために役立つ機能である。
【００５０】
トリガ信号には、外部からの信号以外に、撮影している映像から、ディジタル画像処理によって、高速に動く物体などを検出して内部的に生成することも可能である。ＣＣＤセンサ１１は常に高速撮影を続けているので、時間的に連続した２枚の映像を比較するだけで、簡単にその動きを検出することができる。
【００５１】
図１に示す高速ビデオカメラ１においては、メモリ制御部６の動き検出回路１９が撮像部４から供給される映像信号に基づいて内部トリガを生成する。
【００５２】
図４は、動き検出回路１９の動作の一例を説明する模式図である。撮像画面の中央に小領域を設定し、物体がこの小領域を通過するとき、これを検出してトリガ信号を生成する。検出のための演算方法としては、小領域内の輝度について連続する２画面間で引き算を実施する。例えば、図４（ａ）に示すように、物体（ボール）の動きが遅く低速で小領域を通過する場合には、（映像（Ｔ＋１）の輝度）−（映像Ｔの輝度）、（映像（Ｔ＋２）の輝度）−（映像（Ｔ＋１）の輝度）ともに引き算結果はあまり大きくなく、映像の変化も少ない。この一方、同図（ｂ）に示すように、物体（ボール）の動きが速く高速で通過する場合、引き算結果は大きく、また映像の変化量も多い。このように、簡単な処理で、遅い変化は除去し、高速変化にのみ対応してトリガ信号を生成することができる。
【００５３】
ここでは最も簡略な方法を説明したが、より高度な画像処理を採用すれば、条件の厳しいトリガを生成することも勿論可能である。さらに、「学習モード」と呼ぶ特別な動作モードを予め用意すれば、トリガ位置を自動的に設定することも可能である。この学習モードヘは図示しないプッシュスイッチなどで生映像状態から入ることができ、そのスイッチを離せば通常の生映像状態に戻る。まず、映像を４×４程度に分割して、各領域で被写体の動作を検出する。次に、学習モードにして（スイッチを押して）、カメラに被写体を写し、実際にトリガさせたい動きを模擬的に動かす。例えば、図４のボールであれば、ＣＣＤセンサ１１の前で実際にボールを横切らせる。学習モードでは、分割した各領域のどれが最も大きな変化を示すかを学習し、記憶する。また、学習モードに入る直前の画像の変化量をも記憶しておく。この直前の変化量はいわばノイズレベルに相当する。学習モードでの変化量と学習モード直前の変化量から適切な閾値を算出し、また、複数回の試行を学習させることで、領域的な広がりを最適化することができる。学習モードを抜けた後は、学習モードから算出したパラメータを使って、トリガ信号を生成する。この学習方法の特徴は、（１）面倒な領域やレベルの設定が不要である、（２）このためスイッチ類を大幅に削減できる、（３）回路が簡単なので実現し易い、などである。
【００５４】
本実施形態の高速ビデオカメラ１の出力形式として、アナログ形式では、ＮＴＳＣ互換信号やＰＡＬ互換信号などが適し、また、ディジタル方式としては、ＩＥＥＥ１３９４規格のＤＶ（ディジタルビデオ）端子などが適する。デジタルの場合においても、ＮＴＳＣ互換のディジタル信号からの圧縮演算は、商用（家庭用）ビデオカメラの集積回路が既に存在するので、極めて容易に実施でき、その後の記録も市販の安価な装置を利用できる。
【００５５】
本発明にかかる高速ビデオカメラの実施例として、ＣＣＤセンサにＳＯＮＹ製ＩＣＸ０５４、ＡＤコンバータにアナログデバイス製ＡＤ９２２４、ディジタル信号処理部にザイリンクス製ＸＣ４０１０Ｅ、メモリに日立製ＨＭ６２８５１１、ＤＡコンバータにアナログデバイス製ＡＤ９７６０を用いて装置を試作した。試作品によれば、２５６×２４０ドットの映像を約５msecで撮影し、その映像を６倍のスロー再生状態で再生してＮＴＳＣビデオ信号に変換することができた。この試作品の体積は約４５０cm³であり、その重量は約３００ｇ、その消費電力は５Ｗであった。
【００５６】
このように、本発明によれば、従来製品に比べて明らかに小型、軽量、低消費電力であり、部品数から検討しても従来品に比べ桁違いに安価な高速ビデオカメラが実現できることが検証された。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は、以下の効果を奏する。
【００５８】
即ち、本発明によれば、高速で撮像できるとともに標準の複合ビデオ信号で出力でき、ユーザインタフェースに優れたビデオカメラを安価に提供することができる。これにより、高速ビデオ撮影が要求される各種の研究分野において、簡単に撮影できる方法として採用され、広く普及するであろう。その結果、これまで不明であった科学的、技術的疑問が解明され、科学技術の発展に貢献できると思われる。すぐに利用できる主な用途としては、走行する自動車の認識、スポーツなどの高速撮影、スロー再生の自動化、生物運動などの研究部門での撮影、工場の製造ラインでの高速移動中物体の目視検査などが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる高速ビデオカメラの実施の一形態の概略を示すブロック図である。
【図２】図１に示す高速ビデオカメラが備えるメモリ制御部の動作の一例を示す模式図である。
【図３】撮像映像に対する再生映像の遅延を解消する方法を説明する状態遷移図である。
【図４】図１に示す高速ビデオカメラが備える動き検出回路の動作を説明する模式図である。
【符号の説明】
１高速ビデオカメラ
２タイミング生成回路
３同期信号生成回路
４撮像部
５ディジタル信号処理部
６メモリ制御部
７ディジタルインタフェース
８，１５増幅器
１１ＣＣＤセンサ
１３高速駆動回路
１７ＡＤ変換回路
１９動き検出回路
２１メモリ
２３ＤＡ変換回路
３１画像圧縮回路
３３ＤＶインタフェース
４１，５１マルチプレクサ
４３状態制御回路
４５書込カウンタ
４７読出カウンタ
４９衝突検出回路
５５リセットカウンタ

Claims

第１の周期で被写体を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された被写体画像のそれぞれをディジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記ディジタル画像データを格納する記憶手段と、
前記ディジタル画像データを前記第１の周期で前記記憶手段の記憶領域に格納させ、前記記憶手段の記憶容量の限界に達すると上書きにより新しいデータに更新することにより循環的に書き込む制御手段と、
前記記憶手段に格納されたディジタル画像データを前記第１の周期より長い第２の周期で読み出して、汎用の複合ビデオ信号に変換して出力する汎用信号生成手段と、
前記第２の周期で前記ディジタル画像データを間引いて前記記憶手段から読み出す第１のモードと、前記第２の周期で前記ディジタル画像データの全てを前記記憶手段から読み出す第２のモードと、前記記憶手段の記憶容量に応じた期間だけ遅延させて前記第２の周期で前記ディジタル画像データを間引いて前記記憶手段から読み出す第３のモードと、を含む複数の再生モード間で前記ディジタル画像データの再生状態を循環的に切り換える再生モード選択手段と、
を備え、
前記再生モード選択手段は、
トリガ信号により生成されるタイミングで前記第１のモードを前記第２のモードに切り換え、前記記憶手段への書き込み速度と前記記憶手段からの読み出し速度の相違により前記記憶手段の記憶領域に空き領域が無くなると前記第２のモードを前記第３のモードに切り換え、前記記憶手段のリセットにより、または、前記記憶手段に新たなディジタル画像データを間引いて書き込む時間間隔と、前記記憶手段に格納されたディジタル画像データを間引いて読み出す時間間隔とを調整することにより、前記記憶手段の記憶領域に空き領域が無くなった状態を解消して前記記憶手段へ再度書き込み可能な状態にする状態制御手段を含む、
ことを特徴とする高速ビデオカメラ。
前記第２の周期は前記第１の周期のＮ倍（Ｎは２以上の自然数）であることを特徴とする請求項１に記載の高速ビデオカメラ。
前記記憶手段に格納されている複数のディジタル画像データを互いに比較して、画像の動き量が所定の基準量を超える箇所を検出する動き検出手段を備え、
前記動き検出手段により前記箇所が検出されると、前記再生モード選択手段に前記トリガ信号を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の高速ビデオカメラ。
前記動き検出手段は、所望の被写体の所望の動作に応じて前記基準量を最適化する学習機能を有することを特徴とする請求項３に記載の高速ビデオカメラ。
前記再生モード選択手段は、前記第３のモードを選択した後、所定のリセット信号が入力されると、前記記憶手段に格納されている全ディジタル画像データを消去して前記第１のモードを選択することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高速ビデオカメラ。
前記再生モード選択手段が前記第３のモードを選択した時点からの時間経過を測定する時間測定手段をさらに備え、
前記時間測定手段により測定される時間が所定の時間に達すると前記再生モード選択手段に前記リセット信号を供給することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の高速ビデオカメラ。
前記再生モード選択手段が前記第３のモードを選択すると、前記記憶手段に新たなディジタル画像データを格納する時間間隔と、前記記憶手段に格納されたディジタル画像データを読み出す時間間隔とを調整して、徐々に前記記憶手段の空き容量を増やす空き容量調整手段をさらに備え、
前記再生モード選択手段は、前記第３のモードを選択した後、前記空き容量調整手段が前記記憶手段のすべての記憶領域を空き状態にした時点で、前記第１のモードを選択することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の高速ビデオカメラ。
前記汎用信号生成手段は、前記ディジタル画像データを前記複合ビデオ信号と互換性のあるアナログ映像信号に変換するＤ／Ａ変換手段を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の高速ビデオカメラ。
前記汎用信号生成手段は、前記ディジタル画像データを前記複合ビデオ信号と互換性のあるディジタル映像信号に変換するディジタルビデオ信号生成手段を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の高速ビデオカメラ。