JP4472547B2 - テレビカメラシステム、制御装置およびカメラ - Google Patents

Description

この発明は、特に閉ループビデオシステムにおいて、ケーブル長に伴う位相遅延を自動で調整するテレビカメラシステム、このシステムに用いる制御装置およびカメラに関するものである。

周知のように、この種のテレビカメラシステムでは、制御装置で発生させた同期信号を、電源電圧と共に重畳し、同軸ケーブルなどのケーブルを介してカメラ側に送り、カメラ側では撮像して得た映像信号を、受信した同期信号に同期させて複合映像信号を生成し、その複合映像信号を上記同じケーブルを介して制御装置に送る。制御装置では、この受信した複合映像信号をケーブル上の信号から分離してモニタに出力し、再生映像を得るようにしている。このシステムを使用した監視装置などでは、制御装置とカメラの距離が遠隔となるため、両者を結ぶケーブルの長さが大となる。その結果、モニタに出力され映像信号の位置は、制御装置で発生させた同期信号に対する本来の位置よりもケーブル長の往復にかかる時間分の遅延を生じることになる。このことは、カラーバースト信号と映像信号の色副搬送波の位相関係のずれとなって現れ、色相の違いとなってモニタに現れ、色再現性に影響を及ぼす。
従来、このケーブル長に伴う位相遅延を調整するための技術として、カメラからマーカを重畳して制御装置側に送り、ケーブルによる伝送遅延時間を計測し、この計測結果を制御装置からカメラ側へコマンドとして送り、カメラ側において、このコマンドに応じて映像信号の位相を進めて同期信号に重畳する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−３３１５４８号公報（図１）

従来のテレビカメラシステムは、以上のように構成されているが、制御装置側で測定された計測結果をカメラ側に送信するのに高度なデータ通信を必要としている。特に、位相調整前の状態においては、制御装置側で重畳した計測結果を含むコマンドが、カメラ側ではケーブルによる伝送遅延のため本来の位置に重畳されておらず、必ずしも正確なデータ通信が行われるとは限らないという問題がある。また、通信内容に誤りがあった場合、カメラ側で一度誤った進み位相量を設定してしまうと、自動的に修正が行われないという問題がある。さらに、図５に示すよう、電源重畳式でないカメラ２ｂを接続した場合、あるいは電源重畳式のカメラ２ａでケーブルの途中から電源重畳がなされているような場合において、セレクタ２０等によって接続先が切り替わると、ケーブル長も変化するため、起動時に設定した進み位相量のままだと、ケーブル長の変更に対応できず、位相がずれてしまうという問題がある。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、高度なデータ通信を必要とせず、また、ケーブル長に変更に応じて進み位相量に位相調整することができるテレビカメラシステム、このシステムに用いる制御装置およびカメラを得ることを目的としている。

この発明に係るテレビカメラシステムは、制御装置で、垂直周期の外部同期信号を発生してケーブルに重畳してカメラに送信し、カメラで、ケーブルから外部同期信号を分離受信し、この受信外部同期信号に基づいて、垂直同期信号、水平同期信号、クロックからなるタイミング信号を生成し、撮像により得られた映像信号と垂直同期信号、水平同期信号を基に複合映像信号を生成して同じケーブルに重畳して制御装置に送信し、制御装置で、ケーブルから垂直同期信号、水平同期信号を分離受信し、この受信垂直同期信号、水平同期信号に基づいて映像ブランキング期間の特定の位置にマーカ信号を発生させてケーブルに重畳してカメラに送信し、カメラで、ケーブルからマーカ信号を分離受信し、この受信マーカ信号、受信外部同期信号およびケーブル長を０ｍと仮定した場合における複合映像信号上でのマーカ信号の受信位置に基づいて、実際のケーブル長によって発生する往復伝送遅延量を算出し、この往復伝送遅延量に基づいたパルス幅変調出力を生成し、生成されたパルス幅変調出力に応じてタイミング信号の位相を、往復伝送遅延量分だけ進ませるようにしたものである。

この発明によれば、制御装置側でマーカを発生させ、カメラ側で遅延時間を計測するようにしたので、高度なデータ通信を必要とせずに確実に進み位相量を得て、位相調整することができる効果がある。また、制御装置の動作中において、ケーブル長の変更に応じて進み位相量を随時更新することができ、異なる位置に設定した複数のカメラへの随時切り替えに対しても自動的に位相調整を行える効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるテレビカメラシステムの構成を示すブロック図である。
図において、制御装置１とカメラ２が互いにケーブル３によって接続されている。制御装置１において、外部同期信号発生回路４は、カメラ２と同期を取るための垂直周期の繰り返しパルスからなる外部同期信号を発生する手段である。外部同期信号重畳回路５は、外部同期信号をケーブル３に重畳して出力する手段である。同期信号分離回路６は、ケーブル３を介してカメラ２から送信されてきた複合映像信号から垂直、水平同期信号を分離して取り出す手段である。マーカ発生回路７は、分離した同期信号に基づいてマーカ信号を発生する手段である。マーカ重畳回路８は、マーカ信号をケーブル３に重畳して出力する手段である。映像信号分離回路９は、カメラ２から送信された複合映像信号を取り出し、モニタや映像記録装置へ出力する手段である。

カメラ２において、撮像部１２は、映像を電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサである。外部同期信号分離回路１０は、制御装置１からケーブル３を介して送信されてきた外部同期信号を分離する手段である。タイミング信号発生回路１１は、分離した受信外部同期信号に基づいて撮像部１２を駆動するための垂直同期信号ＶＤ、水平同期信号ＨＤ、クロックＣＬＫ等からなるタイミング信号を発生する手段である。映像信号処理回路１３は、撮像部１２で変換された電気信号に所定の処理を行って映像信号を生成する手段である。複合映像信号生成回路１４は、映像信号と同期信号を所定の位置関係で結合して複合映像信号を生成する手段である。複合映像信号重畳回路１５は、複合映像信号をケーブル３に重畳し出力する手段である。マーカ分離回路１６は、制御装置１から送信されてきたマーカ信号を分離して取り出す手段である。マイクロコンピュータ（以下、マイコンとする）１７は、外部同期信号とマーカ信号の遅延時間を計測し、その遅延時間に応じてパルス幅変調したＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）出力を発生する手段である。ローパスフィルタ１８は、マイコン１７からのＰＷＭ出力を平滑化した制御電圧を生成する手段である。ＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator：電圧制御発振器）１９は、ＰＷＭ出力を平滑化した制御電圧に応じてタイミング信号の周波数を変化させる手段である。

次に、動作について説明する。
図２は、位相調整前の制御装置１およびカメラ２が送受信する信号および内部信号を表すタイムチャートである。
まず、制御装置１において、外部同期信号発生回路４で発生させた垂直周期の外部同期信号ＥＶＤが、外部同期信号重畳回路５でケーブル３に重畳され、カメラ２側に送信される。送信されたこの外部同期信号ＥＶＤは、カメラ２の外部同期信号分離回路１０にて外部同期信号ＥＶＤ１として取り出される。このとき、外部同期信号ＥＶＤ１は、ケーブル長に伴う伝送遅延により制御装置１で送信されたＥＶＤよりも時間Ｔｄ１だけ遅れている。タイミング信号発生回路１１では、外部同期信号ＥＶＤ１を基準に、撮像部１２およびカメラ２内部を駆動するためのタイミング信号として、垂直同期信号ＶＤ、水平同期信号ＨＤ、クロックＣＬＫ等を発生する。撮像部１２で得られた映像は、映像信号処理回路１３で処理された後、複合映像信号生成回路１４において同期信号と結合して複合映像信号Ｃに生成される。この複合映像信号Ｃは、複合映像信号重畳回路１５でケーブル３に重畳され、制御装置１側に送信される。

カメラ２から送信された複合映像信号Ｃは、制御装置１では、複合映像信号Ｃ１として受信される。この複合映像信号Ｃ１は、ケーブル長に伴う伝送遅延により、カメラ２が送信した時点の複合映像信号Ｃよりも時間Ｔｄ２だけ遅延している。つまり、外部同期信号ＥＶＤに対して複合映像信号Ｃ１は、Ｔｄ１＋Ｔｄ２だけ遅れたことになる。同期信号分離回路６では、受信した複合映像信号Ｃ１から垂直、水平同期信号ＶＤ１、ＨＤ１を分離し、マーカ発生回路７に与える。マーカ発生回路７では、これら同期信号ＶＤ１、ＨＤ１に基づいて、映像ブランキング期間の特定の位置、例えば図２に示す１０Ｈの位置に乗るようなマーカ信号Ｍを発生する。このマーカ信号Ｍは、マーカ重畳回路８によりケーブル３に重畳され、カメラ２側に送信される。制御装置１から送信されてきたマーカ信号Ｍは、カメラ２のマーカ分離回路１６によりマーカ信号Ｍ１として取り出される。このマーカ信号Ｍ１は、ケーブル長に伴う伝送遅延により制御装置１が送信した時点のマーカ信号Ｍより時間Ｔｄ３だけ遅れることになる。

これまで述べた遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２，Ｔｄ３の関係において、一定のケーブル長での伝送遅延は信号の方向に関係なく一定であるので、Ｔｄ１＝Ｔｄ２＝Ｔｄ３となる。ここで、もしケーブル長が０ｍだったと仮定すると、ケーブル長に伴う伝送遅延はなくＴｄ２＝Ｔｄ３＝０となるので、カメラ２が受信するマーカ信号Ｍ１は複合映像信号Ｃの１０Ｈの位置、図２のＭｅｘｐの位置にある筈である。ここで、カメラ２が前に実際受信した外部同期信号ＥＶＤ１とＭｅｘｐとの時間差をＴｅｘｐとしておく。そして、ケーブル長が０ｍより大きい場合は、ケーブル長に伴う伝送遅延がＴｄ２＝Ｔｄ３＞０となり、カメラ２が受信するマーカ信号Ｍ１は、Ｔｅｘｐより往復による遅延量Ｔｄ２＋Ｔｄ３だけ離れた位置となる。したがって、カメラ２が受信した外部同期信号ＥＶＤ１からマーカ信号Ｍ１までの時間Ｔを計測し、ＴからＴｅｘｐを減算すれば、次式のように、ケーブル長によって発生する往復伝送遅延量である時間Ｔｄ２＋Ｔｄ３を求めることができる。
Ｔ−Ｔｅｘｐ＝Ｔｄ２＋Ｔｄ３（＝往復伝送遅延量）
さらに、Ｔｄ２＋Ｔｄ３＝Ｔｄ１＋Ｔｄ２でもある。したがって、図３に示すように、カメラ２が受信する外部同期信号ＥＶＤ１に対して、カメラ２のタイミング信号（垂直同期信号ＶＤ、水平同期信号ＨＤ）の位相を往復伝送遅延量Ｔｄ２＋Ｔｄ３分だけ進めてやれば、制御装置１において外部同期信号ＥＶＤと複合映像信号Ｃ１の位相が合い、制御装置１でのケーブル長に伴う位相遅延の影響をなくすことができる。

図４はマイコン１７で上記遅延計算処理を行うフローチャートを示す。
マイコン１７が起動すると、まず、外部同期がロックされたかを確認する（ステップＳＴ１）。外部同期がロックされたことを確認した後、外部同期信号ＥＶＤ１の入力を待つ（ステップＳＴ２）。外部同期信号ＥＶＤ１の入力を確認すると、次にマーカ信号Ｍ１が入力されるのを待つ（ステップＳＴ３）。その際、マーカ信号Ｍ１が入力されない間はＣｏｕｎｔをアップしていく（ステップＳＴ４）。マーカ信号Ｍ１が入力されるとＣｏｕｎｔ値を基に外部同期信号ＥＶＤ１からマーカ信号Ｍ１までの時間Ｔを割り出し、上記往復伝送遅延量Ｔ−Ｔｅｘｐによって、進み位相量を計算する（ステップＳＴ５）。そして、その進み位相量に基づいてパルス幅変調を行ってＰＷＭ出力を生成する（ステップＳＴ６）。

マイコン１７からのＰＷＭ出力は、ローパスフィルタ１８で平滑化され、上記進み位相量を表した制御電圧としてＶＯＣ１９に与えられる。ＶＯＣ１９では、この制御電圧に応じてタイミング信号発生回路１１のクロックＣＬＫの位相を変化させ、それを基に垂直、水平同期信号ＶＤ、ＨＤを生成する。このようにして得られたタイミング信号ＣＫＬ、ＶＤ、ＨＤで撮像部１２を動作させ、得られた映像信号と垂直、水平同期信号ＶＤ、ＨＤから複合映像信号生成回路１４で複合映像信号Ｃを生成すれば、ケーブル３を介してこれを受信する制御装置１では、外部同期信号ＥＤＶに対して位相遅れの無い複合映像信号Ｃ１信号を得ることができる。

また、図５に示すように、電源重畳式でないカメラ２ｂを接続する場合、あるいは電源重畳式のカメラ２ａであっても、ケーブルの途中から電源重畳装置２１により電源重畳がなされているようなケースがあり、一度位相調整した後にセレクタ２０等によって接続先を切り替えると、ケーブル長が変化し位相がずれてしまう。しかし、この発明の構成では、マイコン１７により常に往復伝送遅延量Ｔ−Ｔｅｘｐ＝０とするためのＰＷＭ出力を得るので、一度位相調整した後においても、接続されるカメラのケーブル長の変更に対しても、速やかに位相調整の更新を行うことができる。

以上のように、実施の形態１によれば、制御装置１で、垂直周期の外部同期信号ＥＶＤを発生してケーブル３に重畳してカメラ２に送信し、カメラ２で、ケーブル３から外部同期信号を分離受信し、この受信外部同期信号ＥＶＤ１に基づいて、クロックＣＬＫ、垂直同期信号ＶＤ、水平同期信号ＨＤからなるタイミング信号を生成し、撮像により得られた映像信号と垂直同期信号ＶＤ、水平同期信号ＨＤを基に複合映像信号を生成して同じケーブル３に重畳して制御装置１に送信し、これに対し、制御装置１で、ケーブル３から垂直同期信号ＶＤ、水平同期信号ＨＤを分離受信し、この受信同期信号に基づいて映像ブランキング期間の特定の位置にマーカ信号Ｍを発生させてケーブル３に重畳してカメラ２に送信し、カメラ２で、ケーブル３からマーカ信号を分離受信し、この受信マーカ信号Ｍ１、受信外部同期信号ＥＶＤ１およびケーブル長を０ｍと仮定した場合における複合映像信号上でのマーカ信号Ｍの受信位置Ｍｅｘｐに基づいて、実際のケーブル長によって発生する往復伝送遅延量を算出し、この往復伝送遅延量に基づいたパルス幅変調出力を生成し、生成されたパルス幅変調出力に応じてタイミング信号の位相を、往復伝送遅延量分だけ進ませるようにしている。したがって、高度なデータ通信を必要とせずに確実に進み位相量を得て、往復伝送遅延を解消する位相調整を行うことができる。また、制御装置の動作中において、ケーブル長の変更に応じて進み位相量を随時更新することができ、異なる位置に設定した複数のカメラへの随時切り替えに対しても自動的に位相調整を行うことができる。そのため、監視カメラシステムにおいて複数台接続されたカメラの同期合わせに利用することも可能である。

この発明の実施の形態１によるテレビカメラシステムの構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る位相調整前の制御装置およびカメラの送受信する信号および内部信号を表すタイムチャートである。 この発明の実施の形態１に係る位相調整後の制御装置およびカメラの送受信する信号および内部信号を表すタイムチャートである。 この発明の実施の形態１に係るマイコンの遅延計算処理の手順を示すフローチャート図である。 この発明の実施の形態１に係るテレビカメラシステムの他の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 制御装置、２，２ａ，２ｂ カメラ、３ ケーブル、４ 外部同期信号発生回路、５ 外部同期信号重畳回路、６ 同期信号分離回路、７ マーカ発生回路、８ マーカ重畳回路、９ 映像信号分離回路、１０ 外部同期信号分離回路、１１ タイミング信号発生回路、１２ 撮像部、１３ 映像信号処理回路、１４ 複合映像信号生成回路、１５ 複合映像信号重畳回路、１６ マーカ分離回路、１７ マイコン、１８ ローパスフィルタ、１９ ＶＣＯ（電圧制御発振器）、２０ セレクタ、２１ 電源重畳装置。

Claims (5)

1. 制御装置で、垂直周期の外部同期信号を発生してケーブルに重畳してカメラに送信し、
   前記カメラで、前記ケーブルから前記外部同期信号を分離受信し、この受信外部同期信号に基づいて、垂直同期信号、水平同期信号、クロックからなるタイミング信号を生成し、撮像により得られた映像信号と前記垂直同期信号、水平同期信号を基に複合映像信号を生成して同じ前記ケーブルに重畳して前記制御装置に送信し、
   前記制御装置で、前記ケーブルから垂直同期信号、水平同期信号を分離受信し、この受信垂直同期信号、水平同期信号に基づいて映像ブランキング期間の特定の位置にマーカ信号を発生させて前記ケーブルに重畳して前記カメラに送信し、
   前記カメラで、前記ケーブルからマーカ信号を分離受信し、この受信マーカ信号、前記受信外部同期信号およびケーブル長を０ｍと仮定した場合における前記複合映像信号上でのマーカ信号の受信位置に基づいて、実際のケーブル長によって発生する往復伝送遅延量を算出し、この往復伝送遅延量に基づいたパルス幅変調出力を生成し、生成されたパルス幅変調出力に応じて前記タイミング信号の位相を、前記往復伝送遅延量分だけ進ませることを特徴とするテレビカメラシステム。
2. カメラが備えたマイクロコンピュータにより、ケーブルからマーカ信号を分離受信し、受信外部同期信号と当該受信マーカ信号の時間差Ｔを計測し、ケーブル長を０ｍと仮定した場合におけるマーカ信号について、前記カメラが前に送信した複合映像信号上での受信位置を算出し、前記受信外部同期信号と前記マーカ信号の受信位置との時間差Ｔｅｘｐを算出し、両時間差から実際のケーブル長によって発生する往復伝送遅延量Ｔ−Ｔｅｘｐを算出し、この往復伝送遅延量に基づいたパルス幅変調出力を生成し出力することを特徴とする請求項１記載のテレビカメラシステム。
3. セレクタにより切り替えて、複数のカメラがそれぞれの長さのケーブルを介して制御装置に接続されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のテレビカメラシステム。
4. 垂直周期の外部同期信号を発生してケーブルに重畳してカメラに送信し、
   前記カメラ側において分離受信した受信外部同期信号に基づいて生成されたタイミング信号と撮像により得られた映像信号を基に生成して、同じケーブルに重畳して送られてきた複合映像信号から垂直同期信号、水平同期信号を分離受信し、
   この受信垂直同期信号、水平同期信号に基づいて、映像ブランキング期間の特定の位置にマーカ信号を発生させて前記ケーブルに重畳して前記カメラに送信し、
   前記カメラで分離受信した受信マーカ信号、前記受信外部同期信号およびケーブル長を０ｍと仮定した場合における前記複合映像信号上でのマーカ信号の受信位置に基づいて算出された実際のケーブル長で発生する往復伝送遅延量により位相を進ませたタイミング信号を用いて生成した複合映像信号を、前記ケーブルから分離受信してモニタや映像記録装置に出力することを特徴とする制御装置。
5. 制御装置側からケーブルに重畳して送信された垂直周期の外部同期信号を分離受信し、この受信外部同期信号に基づいて、垂直同期信号、水平同期信号、クロックからなるタイミング信号を生成し、
   撮像により得られた映像信号と前記垂直同期信号、水平同期信号を基に複合映像信号を生成して同じ前記ケーブルに重畳して前記制御装置に送信し、
   前記制御装置側で前記複合映像信号から分離受信した受信垂直同期信号、水平同期信号に基づいて映像ブランキング期間の特定の位置に発生されて前記ケーブルに重畳して送られてきたマーカ信号を分離受信し、
   この受信マーカ信号、前記受信外部同期信号およびケーブル長を０ｍと仮定した場合における前記複合映像信号上でのマーカ信号の受信位置に基づいて、実際のケーブル長によって発生する往復伝送遅延量を算出し、
   この往復伝送遅延量に基づいてパルス幅変調出力を生成し、
   生成されたパルス幅変調出力に応じて前記タイミング信号の位相を、前記往復伝送遅延量分だけ進ませるようにしたことを特徴とするカメラ。

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