JP4328953B2 - Ｒｇｂ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置 - Google Patents

Description

固体撮像デバイスを使用したカラー撮像装置に係り、ＲＧＢ各固体撮像デバイスごとに独立した電子シャッタ機能を備えたカラー撮像装置に関する。

従来より、非破壊検査装置やレントゲン装置などでは、α線、β線、Ｘ線、γ線など放射線が物体を透過するときに、その物体を構成する物質の種類、形状によって該放射線の吸収及び散乱が異なることを利用して濃淡画像を得てきている。またこれら装置とテレビカメラ装置を組み合わせることによって感度を高め、放射線量を画期的に少なくして被検診者、被測定物の放射線被爆量を少なくしたり、さらに各装置をリモート制御したりすることによって測定者の被爆量を激減することに役立ててきた。

さらに近年、半導体製造技術の進歩及びデジタル化技術の進歩によって、固体撮像デバイスを３個使用した３板式ＣＣＤカラーカメラ装置の小型化が図られ、また１種類の蛍光体で複数色を発光するマルチカラーシンチレータ（ｍｕｌｔｉ ｃｏｌｏｒ ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）を採用したイメージインテンシファイヤ（ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）搭載のＸ線透視検査装置も開発されたことから、従来大型であったＸ線透視装置の小型化が可能となり両者を組み合わせた手荷物検査装置が空港等で使用されている。この手荷物検査装置はＸ線の物質透過率の差によって得られる明暗の画像をマルチカラーシンチレータによって赤、緑、青の濃淡画像に変換し、例えば、Ｘ線の物質透過量が小さい金属等を赤色で、Ｘ線の物質透過量が大きいプラスチック等を青色でモニタ上に表示して直視検査の質と精度の向上及び効率化を図ったものである。

しかし、前記マルチカラーシンチレータの発光特性は、同一の入射Ｘ線量に対して赤色の発光色が最も高く、青色の発光色が最も低い。すなわち、赤色が最も感度が高く、青色が最も感度が低いと言える。そのため、通常のカラーカメラでこの発光色を撮像すると、赤の映像信号に対して緑と青の映像信号を赤の映像信号と同レベルまで増幅するとＳ／Ｎ比が非常に劣化した画像信号になりがちである。
特開平１１−８８９００号公報

上記特許文献１は、それぞれの電子シャッタを独立して制御している固体撮像デバイスを３個組み合わせて構成した３板式ＣＣＤカメラを用いて、写真ネガフィルムに記録された画像を読み取り画像信号を得る撮像装置に関するものである。前記画像が記録されたネガフィルムが、照射された光の内青色成分をあまり透過させず、赤色成分をよく透過させる、といった透過分光特性を持つため、通常では固体撮像デバイスから得られる画像信号は、赤の信号レベルに対して青の信号レベルが小さくなり、青信号のＳ／Ｎ比が悪くなる。上記特許文献１の発明はこれを改善するため、３板式ＣＣＤカメラの各固体撮像デバイスの電子シャッタ時間を、ネガフィルム種識別情報に基づいてＲＧＢ各色毎に個別に定め、それぞれの固体撮像デバイスの電子シャッタを独立して制御してＳ／Ｎ比が概略均等なよりよい画像信号を得るものである。

上記手荷物検査装置は、イメージインテンシファイヤを備えているため感度は改善されるが、赤の信号レベルに対して緑及び青の信号レベルが小さく、緑、青信号を増幅して赤の信号レベルに揃えようとするとＳ／Ｎ比が悪くなってしまう。そこで上記特許文献１の３板式ＣＣＤカメラを組み合わせて使用することが考えられるが、移動する測定対象物を撮像するような場合、独立して制御する電子シャッタの電荷蓄積開始時間がそれぞれ同一で、それぞれの電荷蓄積終了時間が異なるため、最も短い蓄積時間で撮像された測定対象物の位置に対し、それよりも長い電荷蓄積時間で撮像された測定対象物の移動中の画像のボケ量が大きくなる。モニタ画面上では移動した方向に緑色、青色が重なって表示されるので、著しく画像品位が損なわれ、小さな測定対象物の場合はそれが何色か判定できない場合も想定される。

（１）３又は４個の固体撮像デバイスを使用したカラー撮像装置において、前記複数の固体撮像デバイスを個々に設定された電荷蓄積時間に対応する電子シャッタ値で制御する電子シャッタ制御手段と、該電子シャッタ制御手段の出力信号により前記固体撮像デバイスを個々に駆動する固体撮像デバイス駆動手段と、前記複数の固体撮像デバイスで光電変換されたそれぞれの信号を処理し、映像信号として形成し出力する映像処理回路と、オートアイリス機構を有するレンズと、該オートアイリス機構を制御するレンズ絞り制御手段とを備え、
前記電子シャッタ制御手段が、前記複数の固体撮像デバイスの個々に設定された電荷蓄積開始時間と電荷蓄積終了時間との中心値が互いに一致するよう制御してなり、
かつ、前記レンズ絞り制御手段が、外部トリガが入力されない通常時は前記オートアイリス機構を作動させて適正露光とし前記固体撮像デバイス全域からの映像信号を予め設定された電子シャッタ値により読み出し、外部からトリガが入力された時点で前記オートアイリス機能を停止してトリガ入力直前のアイリス値に固定し、再度外部トリガが入力されない通常時に戻ったときにはオートアイリス機能を再起動して前記の通常時の映像信号出力状態に制御してなることを特徴とするＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置。

（２）前記電子シャッタ制御手段が、外部からのトリガ入力に基づいて、前記複数の固体撮像デバイスを、該固体撮像デバイス個々に設定された電荷蓄積時間に対応する電子シャッタ値でそれぞれ制御してなることを特徴とする前項（１）に記載のＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置。

（３）前記電子シャッタ制御手段が、前記複数の固体撮像デバイス個々に設定された電荷蓄積時間に対応する電子シャッタ値を外部トリガのパルス幅によって制御してなることを特徴とする前項（１）又は（２）に記載のＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置。

（４）前記映像処理回路が、ホワイトバランス制御回路を備え、カメラ操作部面に配設されたスイッチ又は外部スイッチ信号に基づいて、前記複数の固体撮像デバイスで光電変換されたそれぞれの信号に含まれる白色に相当する信号を検知し、前記ホワイトバランス制御回路によって適正な信号振幅と白色バランスが保持された映像信号として形成し出力してなることを特徴とする前項（１）〜（３）のいずれか１項に記載のＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置。

（５）前記カラー撮像装置が、α線、β線、Ｘ線、γ線あるいは中性子線の放射線を使用した非破壊検査装置と組み合わせ使用されてなることを特徴とする前項（１）〜（４）のいずれか１項に記載のＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置。

（６）前記カラー撮像装置が、移動する測定対象物の形状、個数、面積等を計測する計測装置と組み合わせ使用されてなることを特徴とする前項（１）〜（４）のいずれか１項に記載のＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置。

本願発明によれば、次のような効果が発揮される。
１．本願発明の請求項１の発明によれば、
前記複数の固体撮像デバイスを個々に設定された電荷蓄積時間に対応する電子シャッタ値で制御できるので、受光量の最も少ない、例えば、青及び緑色光用の固体撮像デバイスの電荷蓄積時間を赤色用固体撮像デバイスの電荷蓄積時間よりより長く設定して電子シャッタを駆動すれば、青及び緑色光の画像のＳ／Ｎ比を赤色光の画像のＳ／Ｎ比と同等程度まで改善することも可能になり、例えば、非破壊検査装置等でカラー画像に基づいて検査・計測する場合は、その検査・計測の質と精度の向上を図ることができる。

前記電子シャッタ制御手段が、前記複数の固体撮像デバイス個々に設定された電荷蓄積開始時間と電荷蓄積終了時間との中心値が互いに一致するよう制御しているので、長い電荷蓄積時間で撮像された測定対象物の移動中のぶれを生じている画像の中心位置と、最も短い電荷蓄積時間で撮像された測定対象物の中心位置とが正確に一致して表示されるのでモニタ画面上の解像度の劣化が改善される。 また、測定対象物の移動幅が若干大きくても、最も短い電荷蓄積時間で撮像された測定対象物の画像の中心位置に対し、それよりも長い電荷蓄積時間で撮像された画像のぶれが左右に等しく分散されて表示されるので、測定対象物の移動中の測定を行っても画像劣化が少ない。
そして、前記カラー撮像装置がオートアイリス機構を有する撮像レンズを使用しても、外部トリガが入力されない通常時は前記オートアイリス機構を作動させて前記固体撮像デバイス全域からの映像信号を予め設定された電子シャッタ値により適正露光で読み出し、外部からトリガが入力された時点で前記オートアイリス機能を停止してトリガ入力直前のアイリス値に固定したままで作動できるので、電子シャッタ値が変わって映像信号レベルに変動が生じても、常に適正な照度の測定対象物の光学像を固体撮像デバイス上に投影できる。

２．本願発明の請求項２の発明によれば、
前記電子シャッタ制御手段が、外部からのトリガ入力に基づいて、前記固体撮像デバイスの個々に設定された電荷蓄積時間に対応する電子シャッタ値で制御しているので、その都度電子シャッタ値を設定する必要がなく、また、測定対象物を常に画面中央に表示することも可能になる。

３．本願発明の請求項３の発明によれば、
前記電子シャッタ制御手段により、外部トリガ入力パルスの立ち下がり、立ち上がりのエッジを利用して電荷蓄積時間の蓄積開始、蓄積終了を制御できるので、トリガ入力線の単線化及び回路の簡略化が図れる。

４．本願発明の請求項４の発明によれば、
前記映像処理回路が、ホワイトバランス制御回路を備えているので、撮像の開始時等に、カメラ操作部面のオートホワイトスイッチ釦の押圧又は外部スイッチ信号に基づいて、前記複数の固体撮像デバイスで光電変換されたそれぞれの信号に含まれる白色に相当する信号を検知し前記ホワイトバランス制御回路によって適正な信号振幅と白色バランスが保持された映像信号として形成し出力できる。

５．本発明の請求項５の発明によれば、
以上１〜４項の効果により、前記カラー撮像装置が、α線、β線、Ｘ線、γ線あるいは中性子線の放射線を使用した非破壊検査装置と組み合わせ使用できるので、従来よりも少ない放射線量で測定が可能になる。また放射線による透視画像は物質の透過量に応じてカラー表示できるので、例えば、空港等の動いている手荷物の検査装置、例えば、前記カラーシンチレータを採用したイメージインテンシファイヤ搭載Ｘ線透視検査装置と組み合わせて使用すれば、放射線の透過量の少ない金属等を赤色表示し、プラスチック等透過量の大きいものは青色表示すれば、Ｓ／Ｎ比に優れた画像を提供できるので、金属類を使用した起爆装置付きプラスチック爆弾等の発見が容易になり、従来の白黒画像の装置に比較して直視検査の質と精度の向上及び効率化を図ることができる。

６．本発明の請求項６の発明によれば、
以上１〜４項の効果により、移動する測定対象物の形状、個数、面積等を計測する計測装置と組み合わせて使用すれば、従来より高Ｓ／Ｎ比、高感度の画像計測も可能になるので、計測の質と精度の向上及び効率化が図れる。

本願発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本願発明実施例のＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置ブロック図であり、図２は同発明実施例のＲＧＢ独立電子シャッタ機能の説明図、である。
図において、１はＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置、２はオートアイリス機構、３は撮像レンズ、４は３Ｐプリズム、５は撮像デバイス駆動手段、６は映像処理回路、７は出力端子、８はオートホワイトスイッチ釦、９はレンズ絞り制御手段、１０は外部トリガ入力端子、１１は電子シャッタ制御手段、である。

図１において、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置１は、オートアイリス機構２を有する撮像レンズ３と、該撮像レンズ３で撮像した光学像を３方向へ分光する３Ｐプリズム４と、該３Ｐプリズム４のそれぞれの光学像出射面に装着された固体撮像デバイスＲ、Ｇ、Ｂと、外部トリガの入力によって前記複数の固体撮像デバイスを固体撮像デバイス個々に設定された電荷蓄積時間に対応する電子シャッタ値で制御する電子シャッタ制御手段１１と、該電子シャッタ制御手段１１の出力信号により前記固体撮像デバイスを個々に駆動する３組の固体撮像デバイス駆動手段５と、前記３組の固体撮像デバイスで光電変換されたそれぞれの信号を処理し、映像信号として形成し出力する３組の映像処理回路６と、前記オートアイリス機構２を制御するレンズ絞り制御手段９とで構成されている。

前記撮像レンズ３で撮像した被写体の光学像は、放送用、工業用テレビカメラ等に一般的に使用されている３個のプリズムで構成された分光光学系３Ｐプリズム４を介して、その各出射面に装着された３個の固体撮像デバイスＲ、Ｇ、Ｂに分光・結像される。

前記３個の固体撮像デバイスＲ、Ｇ、Ｂで光電変換された映像信号は、それぞれの固体撮像デバイスＲ、Ｇ、Ｂに接続された図示しないホワイトバランス制御回路を有する映像処理回路６によって、２重相関サンプリング、利得増幅、Ａ／Ｄ変換、γ補正、ニー補正、ブランキング混合、シェーディング補正等の処理が行われて出力端子７から映像信号として出力される。

前記映像処理回路６のホワイトバランス制御回路は、撮像の開始時等に、カメラ操作部面に配設されたオートホワイトスイッチ釦８の押圧又は外部スイッチ信号に基づいて、前記固体撮像デバイスＲ、Ｇ、Ｂで光電変換されたそれぞれの信号に含まれる白色に相当する信号を検知し、前記ホワイトバランス制御回路によってＲ、Ｇ、Ｂ信号の差分を計算し、差が無くなるように自動的に制御し、適正な信号振幅と白色バランスが保持された映像信号として形成し出力端子７から外部計測装置等へ出力される。

外部トリガ入力端子１０に図示しない外部計測装置等からトリガが電子シャッタ制御手段１１へ入力されると、前記電子シャッタ制御手段１１は、固体撮像デバイスＲ、Ｇ、Ｂを個々に設定された電荷蓄積時間に対応する電子シャッタ値で制御する信号をそれぞれの固体撮像デバイス駆動手段５へ入力する。

前記電荷蓄積時間は、前記電子シャッタ制御手段１１により、前記固体撮像デバイスＲ、Ｇ、Ｂの個々に設定された電荷蓄積時間に対応する電子シャッタ値を外部トリガのパルス幅によって制御している。すなわち、外部トリガ入力パルスの立ち下がり、立ち上がりのエッジを利用して前記固体撮像デバイスの電荷蓄積開始時間と蓄積終了時間を制御している。

図２において、前記電子シャッタ制御手段１１が、前記固体撮像デバイスＲ、Ｇ、Ｂを個々に設定されたそれぞれの電荷蓄積開始時間０、ｔ１、ｔ３と、電荷蓄積終了時間１／６０、ｔ２、ｔ４との中心値ｔｓが一致するよう制御し、それぞれ固体撮像デバイスＲ、Ｇ、Ｂに蓄積された蓄積電荷Ｃの各レベルを得ている。

ここで、前記電子シャッタ制御手段１１の出力信号により前記固体撮像デバイスＲ、Ｇ、Ｂを個々に駆動する固体撮像デバイス駆動手段５が、外部トリガに従って、例えば、一般的に最も高感度を要求される固体撮像デバイスＢをｔ０から１／６０秒間の最も長い電荷蓄積時間ｂで駆動した場合、次に高い感度を要求される固体撮像デバイスＧを電荷蓄積開始時間ｔ３と電荷蓄積終了時間ｔ４の電荷蓄積時間ｇで駆動し、固体撮像デバイスＲを最も短時間の電荷蓄積開始時間ｔ１と電荷蓄積終了時間ｔ２の電荷蓄積時間ｒで駆動し、かつ電荷蓄積時間ｇ、ｒをその中心値ｔｓが固体撮像デバイスＢの電荷蓄積時間ｂの中心値ｔｓに一致するように駆動されている。

図１において、レンズ絞り制御手段９は、予め設定された電子シャッタ値により駆動している前記固体撮像デバイスＲ、Ｇ、Ｂで光電変換されたそれぞれの信号を処理し、映像信号として形成し出力する３組の映像処理回路６のＤ／Ａ変換前のアナログ映像信号を受け、図示しないマトリックス回路で３組のアナログ映像信号を所定の割合で混合して得た白色信号と、適正信号レベル設定値と比較して直流化した制御信号により前記オートアイリス機構２を駆動している。

ここで前記レンズ絞り制御手段９が、外部トリガが入力されない通常時は前記オートアイリス機構２を作動させて前記固体撮像デバイス全域からの映像信号を予め設定された電子シャッタ値により適正露光で読み出し、外部からトリガが入力された時点で前記オートアイリス機能を停止してトリガ入力直前のアイリス値に固定し、再度外部トリガが入力されない通常時になったときはオートアイリス機能を再起動して前記の通常時の映像信号出力状態に制御している。

前記分光光学系は、３個のプリズムで構成する３Ｐプリズム４で説明したが、公知の技術で、４個のプリズムを使用しその各出射面に装着された４個の固体撮像デバイスＧ、Ｇ、Ｒ、Ｂに分光・結像される方式を採用してもよい。

また、プリズム光学系を使用せず、ダイクロイックミラーを備えたミラー方式の分光光学系を使用してもよい。

放射線による透視画像は物質の透過量に応じてカラー表示できるので、空港等の動いている手荷物の検査装置で、例えば、前記カラーシンチレータを採用したイメージインテンシファイヤ搭載Ｘ線透視検査装置と本願発明のＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置１を組み合わせて使用すれば、放射線の透過量の少ない金属等を赤色表示し、プラスチック等透過量の大きいものは青色表示すれば、Ｓ／Ｎ比に優れた画像を提供できるので、金属類を使用した起爆装置付きプラスチック爆弾等の発見が容易になり、従来の白黒画像の装置に比較して直視検査の質と精度の向上及び効率化を図ることができるので、産業上の利用可能性は大きい。

本願発明実施例のＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置ブロック図。 同発明実施例のＲＧＢ独立電子シャッタ機能の説明図。

符号の説明

１：ＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置
２：オートアイリス機構
３：撮像レンズ
４：３Ｐプリズム
５：撮像デバイス駆動手段
６：映像処理回路
７：出力端子
８：オートホワイトスイッチ釦
９：レンズ絞り制御手段
１０：外部トリガ入力端子
１１：電子シャッタ制御手段
１２：外部走査制御信号入力端子
１３：画像データ読み出し制御手段

Claims (6)

1. ３又は４個の固体撮像デバイスを使用したカラー撮像装置において、前記複数の固体撮像デバイスを個々に設定された電荷蓄積時間に対応する電子シャッタ値で制御する電子シャッタ制御手段と、該電子シャッタ制御手段の出力信号により前記固体撮像デバイスを個々に駆動する固体撮像デバイス駆動手段と、前記複数の固体撮像デバイスで光電変換されたそれぞれの信号を処理し、映像信号として形成し出力する映像処理回路と、オートアイリス機構を有するレンズと、該オートアイリス機構を制御するレンズ絞り制御手段とを備え、
   前記電子シャッタ制御手段が、前記複数の固体撮像デバイスの個々に設定された電荷蓄積開始時間と電荷蓄積終了時間との中心値が互いに一致するよう制御してなり、
   かつ、前記レンズ絞り制御手段が、外部トリガが入力されない通常時は前記オートアイリス機構を作動させて適正露光とし前記固体撮像デバイス全域からの映像信号を予め設定された電子シャッタ値により読み出し、外部からトリガが入力された時点で前記オートアイリス機能を停止してトリガ入力直前のアイリス値に固定し、再度外部トリガが入力されない通常時に戻ったときにはオートアイリス機能を再起動して前記の通常時の映像信号出力状態に制御してなることを特徴とするＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置。
2. 前記電子シャッタ制御手段が、外部からのトリガ入力に基づいて、前記複数の固体撮像デバイスを、該固体撮像デバイス個々に設定された電荷蓄積時間に対応する電子シャッタ値でそれぞれ制御してなることを特徴とする請求項１に記載のＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置。
3. 前記電子シャッタ制御手段が、前記複数の固体撮像デバイス個々に設定された電荷蓄積時間に対応する電子シャッタ値を外部トリガのパルス幅によって制御してなることを特徴とする請求項１又は２に記載のＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置。
4. 前記映像処理回路が、ホワイトバランス制御回路を備え、カメラ操作部面に配設されたスイッチ又は外部スイッチ信号に基づいて、前記複数の固体撮像デバイスで光電変換されたそれぞれの信号に含まれる白色に相当する信号を検知し、前記ホワイトバランス制御回路によって適正な信号振幅と白色バランスが保持された映像信号として形成し出力してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置。
5. 前記カラー撮像装置が、α線、β線、Ｘ線、γ線あるいは中性子線の放射線を使用した非破壊検査装置と組み合わせ使用されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置。
6. 前記カラー撮像装置が、移動する測定対象物の形状、個数、面積等を計測する計測装置と組み合わせ使用されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＲＧＢ独立電子シャッタ機能付きカラー撮像装置。