JP5084741B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置であって、特に、異なる撮像速度での映像の記録が可能な撮像装置に関する。

近年、撮像素子の高性能化に伴い、ビデオカメラの機能も多様化している。例えば、ＣＭＯＳ型撮像素子をビデオカメラに用いることで、映像信号の高速読み出しや部分読み出しが容易となり、通常よりも高速度で撮影し、再生できるスローモーション機能が可能となっている。しかしながら、スローモーション機能の実現のためには、標準のシステムに対して数倍ものデータレートで信号を扱う必要がある。このため、スローモーション機能を実現するために、特殊な撮像素子以外の構成や、その駆動方法が要求される。

その課題を解決する一つの方法として例えば特許文献１に開示されているものがある。図１４に特許文献１に開示された撮像装置の構成を示す。図１４に示す撮像装置は、通常の速度による撮像動作に加えて、通常よりも速い速度（例えば３倍速）で撮影を行う高速度撮像機能を有する。

撮像部１４０１は撮像素子とその駆動回路、およびアナログ信号処理回路からなり、光学的な画像信号を電気信号に変換し出力する。Ａ／Ｄ変換器１４０２は、撮像部１４０１の出力信号であるアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換し、カメラ信号処理回路１４０３へと入力する。カメラ信号処理回路１４０３では、ゲイン調整、ガンマ補正、輪郭補正など、通常のカメラとして必要な信号処理が行われ、その出力信号は記録及び表示可能な標準形態の映像信号となる。

３倍速の高速度撮像を行う場合、通常速度、例えば毎秒６０フィールドの映像信号に対して、毎秒１８０フィールドの映像信号を生成することが必要となる。撮像部１４０１で撮像素子から、通常の３倍の速度で信号電荷を取り出した場合、通常の１／３の時間である１／１８０秒毎に映像信号が出力される。この撮像信号に対して、Ａ／Ｄ変換器１４０２およびカメラ信号処理回路１４０３も通常の３倍の速度で動作を行う必要がある。

カメラ信号処理回路１４０３からの出力である３倍速の映像信号は、圧縮回路１４０５にてデータ圧縮が行われる。圧縮された映像データは記録媒体１４０６に記録される。記録媒体１４０６の記録動作は制御回路１４０８により制御され、通常の３倍の速度で記録される。すなわち、１／１８０秒毎に１フィールド分の映像データが記録される。

以下に、高速度撮像された映像の再生すなわち「スロー再生」の動作を説明する。再生時には、制御回路１４０８が記録媒体１４０６を制御し、通常の映像信号と同じ毎秒６０フィールドの割合で記録媒体１４０６からデータを読み出す。その出力データは、伸張回路１４０７においてデータ圧縮とは逆の処理である復号処理が施され、映像信号の形態に戻される。これにより、通常と同じ１／６０秒毎に映像信号が出力されるので、結果として、撮影時に対して時間軸を３倍に拡大した映像信号が得られる。

なお、３倍速の高速度撮像時においては、カメラ信号処理回路１４０３から出力される３倍速の映像信号は、上述したような記録媒体１４０６への記録と同時に、速度変換回路１４０４へ入力され、通常速度の映像信号に変換される。この映像信号は撮影中のモニタ画像として表示される。速度変換回路１４０４は、毎秒１８０フィールドの映像信号に対して、３フィールドから１フィールドの割合で映像信号を抜き出すことにより、毎秒６０フィールドの映像信号を生成する。

セレクタ１４０９は、出力端子１４１０へ出力する映像信号を選択するものであり、高速度撮像時にはａ側の信号を、スロー再生時にはｂ側の信号を選択する。すわなち、高速度撮像時には３倍速の映像信号を記録媒体１４０６に記録すると同時に、通常速に変換した映像信号を出力することでモニタ上に撮影中の画像を表示させることができる。また、高速度撮像された映像の再生時には、記録媒体１４０６に記録された映像信号を、記録時と比較して１／３の速度で再生することにより、スロー再生信号を得ることができる。
特開２００５−２９５４２３号公報

上記構成による従来の撮像装置では、次のような課題がある。記録媒体１４０６は、高速度撮像に対応して高速処理が可能である必要がある。容易かつ安価に高速処理を実現できるＳＤＲＡＭのような揮発性の半導体メモリは、電源を切るとデータが保持できないので、記録媒体１４０６には適切でない。撮像映像を恒久的に保存することを考慮すると、フラッシュメモリのような不揮発性メモリ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）のような光ディスク、またはハードディスク等を記録媒体１４０６として使用することが考えられる。

しかし、これらは通常速度の数倍で高速書き込みを行うのは構造上の問題からＳＤＲＡＭなどに比べて容易ではなく、実現できたとしても高価な部品を使用する必要があり、大幅なコスト増を招く。また、圧縮回路１４０５についても、高速度撮像動作時には、動作周波数を通常時の数倍に上昇させる必要がある。しかし、圧縮回路１４０５を高速の動作周波数に対応させると、回路構成が複雑となり、コスト増を招来するとともに、高い動作周波数に伴う消費電力の増大も招く。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高速度での映像の記録及び高速度で記録された映像の再生（スロー再生）を可能とする撮像装置であって、低コストで製造可能な撮像装置を提供することにある。

本発明に係る第１の撮像装置は、第１の周期（第１の速度）または第１の周期より長い第２の周期（第１の速度より小さい第２の速度）のいずれかの周期（速度）で被写体を撮像する撮像手段と、第１の周期で撮像した映像信号を記録する記憶手段と、撮像手段で撮像された第１の周期の映像信号を第２の周期の映像信号に変換する変換手段と、変換手段または記憶手段からの映像信号を記録し、記録した映像信号は複数の再生領域に分けて管理される記録手段と、記録手段に記録された映像信号の各再生領域の再生順序を示す再生順序信号を生成する再生順序生成手段とを備える。再生順序信号は記録手段に記録される。記憶手段に記録された映像信号は、変換手段からの映像信号が記録手段へ記録されるタイミングと異なるタイミングで記録手段へ記録される。

本発明に係る第２の撮像装置は、第１の周期または第１の周期より長い第２の周期で被写体を撮像する撮像手段と、撮像手段の撮像周期を第１の周期または第２の周期に設定する操作手段と、第１の周期で撮像した映像信号を記録する記憶手段と、撮像手段または記憶手段からの映像信号を記録し、記録した映像信号は複数の再生領域に分けて管理される記録手段と、記録手段に記録された映像信号の各再生領域の再生順序を示す再生順序信号を生成する再生順序生成手段とを備える。再生順序信号は記録手段に記録される。記憶手段に記録された映像信号は、撮像手段からの映像信号が記録手段へ記録されるタイミングと異なるタイミングで記録手段へ記録される。

本発明の撮像装置によれば、高速度（第１の周期）の撮像動作中に高速度で撮像された映像は記憶手段に格納され、その後、記録手段に転送されて記録される。これにより、高速度の撮像動作中において、記録手段を高速に動作させる必要がなくなり、記録手段として高速度に対応した高価な部品を使用する必要が無く、また動作速度も高速にする必要がない。このため、従来の撮像装置とほぼ同程度の低コストで高速度撮像を実現することができる。また、高い動作周波数を使用する必要がないことから、消費電力の増大を抑えることができる。また、撮影時に再生順序生成手段が生成する再生順序信号を記録しているため、再生時には通常速度撮像映像の再生から高速度撮像映像の再生、すなわちスロー再生に再生動作を途切れることなく行うことができる。

本発明の実施の形態１の撮像装置の構成を示すブロック図 撮像装置の撮像部の構成例を示すブロック図 撮像装置の映像速度変換回路の構成を示すブロック図 撮像装置の記録再生部の構成を示すブロック図 撮像部の出力映像信号の出力例を表す説明図（（ａ）通常速度撮像モード時、（ｂ）高速度撮像モード時） 通常速度撮像モード時の撮像装置各部の映像信号出力を表す図（（ａ）撮像部の出力、（ｂ）映像速度変換回路の出力、（ｃ）記録信号セレクタの出力、（ｄ）表示信号セレクタの出力） 高速度撮像モード時の撮像装置各部の映像信号出力を表す図（（ａ）撮像部の出力、（ｂ）映像速度変換回路の出力、（ｃ）記録信号セレクタの出力、（ｄ）表示信号セレクタの出力） 撮像動作停止指示後の撮像装置各部の映像信号出力を表す図（（ａ）デジタル信号処理回路の出力、（ｂ）映像速度変換回路の出力、（ｃ）メモリの出力、（ｄ）記録信号セレクタの出力、（ｅ）表示信号セレクタの出力） 実施の形態１における、（ａ）撮像動作のタイムライン、（ｂ）記録再生部の記録媒体に記録されたデータを説明した図 再生時に記録再生部から読み出された映像信号を説明した図 本発明の実施の形態２の撮像装置の構成を示すブロック図 実施の形態２における、（ａ）撮像動作のタイムライン、（ｂ）記録再生部の記録媒体に記録されたデータを説明した図 実施の形態２における、高速度撮像モード時の撮像装置各部の映像信号出力を表す図（（ａ）撮像部の出力、（ｂ）映像速度変換回路の出力、（ｃ）記録信号セレクタの出力、（ｄ）表示信号セレクタの出力） 従来の撮像装置の構成を示すブロック図

以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
１．撮像装置の構成
図１は本発明の実施形態における撮像装置の構成例を示すブロック図である。図１に示す撮像装置１０において、撮像部１０１は、通常速度と高速度の２つの速度での撮像が可能な撮像手段である。撮像部１０１は図２に示すように、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）のような撮像素子２０１と、その駆動回路２０２と、撮像素子２０１からの信号に対して所定の処理を行うアナログ信号処理回路２０３とを含む。

Ａ／Ｄ変換器１０２は撮像部１０１からのアナログ信号出力をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理回路１０３は、Ａ／Ｄ変換器１０２からのデジタル信号出力に対して通常のカメラの動作に必要な所定の信号処理を行う。

映像速度変換回路１０４は、デジタル信号処理回路１０３の出力に対し撮影速度の変換を行う。図３に映像速度変換回路１０４の構成例を示す。映像速度変換回路１０４は、メモリ８０１と、メモリ８０１の読み書き制御を行う読み書き制御回路８０２とを含む。読み書き制御回路８０２は、システム制御回路１１１から速度変換のための制御信号を受信すると、毎秒２４０フィールドの高速度撮像映像を、所定間隔で間引きながら毎秒６０フィールドでメモリ８０１へ書き込み、それと同時に、入力映像信号の１／４の速度、すなわち、毎秒６０フィールドの速度でメモリ８０１から読み出す。これにより速度変換を実現する。

メモリ１０５はデジタル信号処理回路１０３の出力をメモリ１０５の容量に応じて所定フィールド数分（ｎフィールド分）記憶する。メモリ１０５は、安価でかつ高速処理が可能な記憶装置で構成するのが好ましい。例えばメモリ１０５は高速アクセスが可能なＳＤＲＡＭのような揮発性メモリで構成できる。

記録信号セレクタ１０６は映像速度変換回路１０４の出力及びメモリ１０５の出力のいずれか一方を選択して出力する。

記録再生部１０７は記録媒体を含み、記録信号セレクタ１０６の出力を記録媒体へ記録したり、記録媒体から映像を再生したりする。図４に記録再生部１０７の構成例を示す。記録再生部１０７は、画像データを圧縮する圧縮回路５０１と、圧縮された画像データを記録する記録媒体５０３と、記録媒体５０３に対するデータの入出力を行うためのインタフェース回路５０２と、記録媒体５０３から読み出した圧縮データを伸張する伸張回路５０４とを含む。記録媒体５０３としては、例えば、フラッシュメモリのような不揮発性メモリ、ＤＶＤのような光ディスク、ハードディスクが挙げられる。

表示信号セレクタ１０８は、映像速度変換回路１０４の出力信号及び記録再生部１０７の再生信号のいずれか一方を選択し出力する。表示部１０９は表示信号セレクタ１０８からの出力映像信号を表示する。

操作部１１０は使用者がシステム制御回路１１１が行う制御の内容の設定、変更をおこなうためのボタンまたはスイッチ類を備える。システム制御回路１１１は、操作部１１０からの操作信号に基づき撮像部１０１、映像速度変換回路１０４やメモリ１０５の制御、記録信号セレクタ１０６や表示信号セレクタ１０８が選択する信号及び記録再生部の制御を行う。再生順序生成回路１１２は、システム制御回路１１１により制御され、記録再生部１０７が再生する映像信号の再生順序を示す信号を生成する。

２．撮像装置の動作
以上のように構成された本実施形態の撮像装置１０の映像記録動作と映像再生動作についてそれぞれ図面を用いて説明する。

２．１ 撮像動作
図１において、撮像部１０１、Ａ／Ｄ変換器１０２及びデジタル信号処理回路１０３は通常のカメラに必要な一般的な構成要素であり、一般的なカメラと同じ動作を行う。すなわち、撮像部１０１は光学的な画像信号を電気信号に変換し出力する。

Ａ／Ｄ変換器１０２は、撮像部１０１の出力であるアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換して、デジタル信号処理回路１０３へ出力する。デジタル信号処理回路１０３は、入力信号に対して、オフセット調整、ゲイン調整、ガンマ補正など通常のカメラとして必要な信号処理を行い、後段へ出力する。

本実施形態の撮像装置１０は撮像速度が異なる２種類の撮像モードを有する。１つは「通常速度撮像モード」であり、例えば毎秒６０フィールド、つまり１／６０秒間隔（周期）で撮影を行うモードである。もう１つは「高速度撮像モード」であり、通常速度撮像モード時よりも速い速度（本例では、４倍の速度）で撮影を行うモードである。高速度撮像モードは、使用者により操作部１１０上で高速撮影の指示（操作ボタンの押下）がなされたときに開始する。高速撮像モードは、使用者により高速撮影の停止が指示されたとき、または、メモリ１０５への所定量の高速度で撮像された映像信号が記録されたとき（すなわち、メモリ１０５の空き容量が無くなったとき）に終了する。

通常速度撮像モードでの撮像時には、撮像部１０１における駆動回路２０２は、図５（ａ）に示すように１／６０秒間隔でフィールド画像（「１」，「２」，「３」，…）を読み出すようにＣＣＤ２０１を駆動する。一方、高速度撮像モードでの撮像時には、駆動回路２０２は図５（ｂ）に示すように通常時の１／４、すなわち１／２４０秒間隔でフィールド画像（「1．１」，「１ ．２」，「１．３」，「１．４」，…）を読み出すようにＣＣＤ２０１を駆動する。

２．１．１ 通常速度撮像モード時の動作
通常速度撮像モードでの撮像時の動作について説明する。
使用者が操作部１１０上で撮像動作の開始を指示する操作を行うと、通常速度撮像モードでの撮影動作が開始される。操作部１１０から撮影動作開始を示す信号がシステム制御回路１１１に出力される。システム制御回路１１１はその信号を受けると、まず撮像部１０１を通常速度撮像モードで動作させる。これにより、撮像部１０１からは、図６（ａ）に示すフィールド画「１」，「２」，「３」，… のように毎秒６０フィールドの映像信号が出力される。撮像部１０１からの映像信号は、Ａ／Ｄ変換器１０２でデジタル信号に変換され、デジタル信号処理回路１０３で所定の画像処理に関する信号処理が施され、映像速度変換回路１０４及びメモリ１０５へ出力される。

映像速度変換回路１０４はシステム制御回路１１１によって制御され、入力映像信号に対する速度変換処理を行う。通常速度撮像モード時は、映像速度変換回路１０４は、速度変換処理は行わないよう制御され、入力映像信号（図６（ａ）参照）の速度と同じ速度の映像信号（図６（ｂ）参照）を記録信号セレクタ１０６へ出力する。

メモリ１０５は、通常速度撮像モード時においてはデジタル信号処理回路１０３からの出力映像信号を書き込まないようにシステム制御回路１１１により制御される。

記録信号セレクタ１０６及び表示信号セレクタ１０８はシステム制御回路１１１により、撮影動作開始時から、映像速度変換回路１０４の出力（図６（ｂ）参照）を選択するように制御される。図６（ｃ）、（ｄ）は記録信号セレクタ１０６及び表示信号セレクタ１０８の出力信号をそれぞれ示す。これにより、記録再生部１０７には映像速度変換回路１０４から出力された通常速度の撮像映像信号が記録される。また、表示部１０９では、映像速度変換回路１０４から出力された通常速度の撮像映像信号による映像が表示される。使用者はこの表示部１０９の表示を参照することで撮影内容を確認することができる。

記録再生部１０７の動作を説明する。記録再生部１０７は、撮影動作時においては記録信号セレクタ１０６の出力映像信号を記録媒体５０３に記録する。

通常速度撮像モード時において、記録再生部１０７は記録信号セレクタ１０６から映像信号を入力する。圧縮回路５０１は、入力した映像信号のブロック化、ＤＣＴ（離散コサイン変換）、量子化といった所定の処理を行い、データ量を削減する。データ量が削減された映像信号はインタフェース回路５０２へ出力される。インタフェース回路５０２は、圧縮回路５０１の出力映像信号を、記録媒体５０３へ記録可能なデータ形式への変換処理を行い、変換後のデータを記録媒体５０３へ書き込む。

２．１．２ 高速度撮像モード時の動作
高速度撮像モードでの撮像時の動作について説明する。高速度撮像モードは、例えば、通常速度での撮影中のある瞬間をスローで撮影したい場合に使用される。以下に、通常速度撮像モードの撮影中、使用者が操作部１１０を操作して高速度撮像モードに変更した場合の動作について説明する。

図７は、通常撮像モードでの撮影動作中に撮影モードを高速度撮像モードに変更したときの各部の出力信号の遷移を表す図である。図７（ａ）〜（ｄ）は撮像部１０１、映像速度変換回路１０４、記録信号セレクタ１０６及び表示信号セレクタ１０８それぞれの出力を示す。

システム制御回路１１１は操作部１１０からの高速度撮像モードへの変更を示す信号を受けると、例えば図７のタイミングｔ12でモード変更指示を受けた場合、撮影部１０１を高速度撮像状態に変更する。この場合、図７（ａ）に示すように、撮像部１０１は、第（ｍ−１）フィールド画までは、毎秒６０フィールドの映像信号を出力していたが、それ以降は、フィールド画「ｍ．１」、「ｍ．２」、「ｍ．３」、「ｍ．４」、「（ｍ＋１）．１」、…のように、毎秒２４０フィールドの映像信号を出力する。そして、この高速撮像映像信号がＡ／Ｄ変換器１０２及びデジタル信号処理回路１０３で処理され、映像速度変換回路１０４及びメモリ１０５へ出力される。

映像速度変換回路１０４は、通常速度撮像モード時は速度変換を行わなかったが、高速度撮像モード時では、システム制御回路１１１による制御に基づき、デジタル信号処理回路１０３から入力した映像信号の速度を、高速度（毎秒２４０フィールド）から通常速度（毎秒６０フィールド）に変換する。例えば、図７（ａ）に示す毎秒２４０フィールドの入力映像信号において、４フィールド毎に１フィールドの割合で映像信号を抜き出すことで、図７（ｂ）に示すような毎秒６０フィールドの映像信号に変換できる。

表示信号セレクタ１０８はシステム制御回路１１１により制御され、通常速度撮像モード時と同様に、映像速度変換回路１０４の出力を選択する。これにより、図７（ｄ）に示すように、表示部１０９には通常速度撮像時と同じ毎秒６０フィールドの映像信号が入力され、表示部１０９において、なんら表示制御を変更することなくそのまま表示することができる。よって、使用者は高速度撮像中においても表示部１０９上で撮影中の画像を確認できる。

記録信号セレクタ１０６も、通常速度撮像モード時と同様に、映像速度変換回路１０４の出力を選択するようにシステム制御回路１１１により制御される。これにより、記録再生部１０７には、通常速度撮像時と同様に毎秒６０フィールドの映像信号が入力される。すなわち、図７（ｃ）に示すように、フィールド画「ｍ．１」，「（ｍ＋１）．１」，「（ｍ＋２）．１」，…が入力される。

メモリ１０５は、高速度撮像モード時においてはデジタル信号処理回路１０３からの映像信号を書き込むように、システム制御回路１１１により制御される。つまり、メモリ１０５は、図７（ａ）に示すフィールド画「ｍ．１」、「ｍ．２」、「ｍ．３」、「ｍ．４」、「（ｍ＋１）．１」、…、を書き込むように制御される。

すなわち、高速度撮像モードにおいては、通常速度で撮像された映像が記録再生部１０７に記録されるとともに、高速度で撮像された映像がメモリ１０５に記録される。メモリ１０５に記録された映像は、撮像動作の停止後、記録再生部１０７に転送され、記録される（詳細は後述）。

ここで、メモリ１０５は有限の容量を有することから、ある一定フィールド数、例えば４（ｎ＋１）フィールド分の高速撮像映像信号のみ記憶できる。よって、高速度で撮像された映像の書き込みによってメモリ１０５の空き領域が無くなった時点で高速撮像モードを停止する。すなわち、本実施形態の撮像装置１０では、以下のいずれか早いタイミングで高速撮像モードが停止される。
−使用者による高速撮像モードの停止操作の指示がなされたとき。
−メモリ１０５の空き容量がなくなったとき。

図７の例において、「ｍ．１」〜「（ｍ＋ｎ）．４」までの４（ｎ＋１）フィールド分の高速撮像映像信号が書き込まれた時点（すなわちタイミングｔ13）でメモリ１０５の空き容量がなくなった場合、システム制御回路１１１はメモリ１０５に対して書き込み停止を指示する。それと同時に、システム制御回路１１１は、撮像部１０１及び映像速度変換回路１０４の制御を通常速度撮像モード時の制御に戻す。

それ以降、図７（ｂ）に示すように撮像部１０１及び映像速度変換回路１０４からは、フィールド画「（ｍ＋ ｎ＋１）」，「（ｍ＋ｎ＋２），…のように毎秒６０フィールドの映像信号がセレクタ１０６を介して記録再生部１０７へ出力される。

２．１．３ 撮影動作停止時の動作
前述のように、一連の撮像動作の停止が指示されると、高速度撮像モードにおいてメモリ１０５に記録された映像信号が記録再生部１０７に転送されて記録される。以下この動作を説明する。

図８は、本実施形態における撮影動作から停止動作に移る際の映像信号の遷移を表す図である。図８（ａ）〜（ｅ）は、デジタル信号処理回路１０３、映像速度変換回路１０４、メモリ１０５、記録信号セレクタ１０６、表示信号セレクタ１０８それぞれの出力を示した図である。同図においてタイミングｔ14は、使用者により操作部１１０上で撮影動作の停止操作が行われたタイミングである。

システム制御回路１１１は、タイミングｔ14で操作部１１０から撮影動作の停止を指示する信号を受けると、メモリ１０５に対して、記憶している高速撮影映像信号の読み出しを行うように制御する。メモリ１０５はその制御により、図８（ｃ）に示すように「ｍ．１」〜「（ｍ＋ｎ）．４」までの４×（ｎ＋１）フィールド分の高速撮像映像信号を、それぞれ毎秒６０フィールドの速度で読み出す。

同時にシステム制御回路１１１は、記録信号セレクタ１０６がメモリ１０５の出力信号を選択するように制御する。これにより、記録再生部１０７には、メモリ１０５から読み出された映像信号が記録信号セレクタ１０６を経て入力される。

記録再生部１０７では、この高速撮像映像信号を記録媒体５０３に記録していく。記録再生部１０７に入力される高速撮像映像信号は毎秒６０フィールドの速度となっているので、記録再生部１０７は映像信号の記録速度を変更する必要はない。そして記録再生部１０７がフィールド画「（ｍ＋ｎ）．４」まで記録すると、図８におけるタイミングｔ15で記録を停止する。

このとき、再生順序生成回路１１２は、システム制御回路１１１の制御により再生順序信号を生成する。

撮像部１０１は、撮影動作が停止された後も引き続き毎秒６０フィールドの通常速度撮像モードで映像信号を出力しつづける。例えば、図８（ａ）等に示すように「（ｘ＋１）」，「（ｘ＋ ２）」，… フィールド画のように映像信号を出力し続ける。これにより、使用者はこれから撮影する被写体を確認できる。同様の目的によりＡ／Ｄ変換器１０２、デジタル信号処理回路１０３、映像速度変換回路１０４、セレクタ１０８、及び表示部１０９も通常速度撮像モード時と同じ動作を行う。

２．１．４ 再生順序信号の生成、記録
図９（ａ）に示すようなタイムラインに沿って撮像動作が実施された場合を例にとり、再生順序信号の生成、記録について説明する。再生順序信号とは、記録された映像信号を正しい時間関係で再生するために参照される信号であり、再生順序生成回路１１２により生成され、記録再生部１０７に記録される。

図９（ａ）に示すタイムラインでは、タイミングｔ11で使用者により撮影動作の開始が指示され、タイミングｔ14で撮影動作の停止が指示されている。その間、タイミングｔ12において使用者により高速度撮像モード開始の指示がなされ、タイミングｔ13で高速度撮像モードが終了している。つまり、タイミングｔ12からタイミングｔ13の間は、高速度撮像モードでの撮影動作が行われ、タイミングｔ11からタイミングｔ12の間及びタイミングｔ13以降は、通常速度撮像モードでの撮影動作が行われる。

高速度撮像モード中は、通常速度と高速度の双方の速度で映像信号が記録される。よって、タイミングｔ14の時点では、タイミングｔ11からｔ14までに通常速度で撮像された映像信号Ｂ、Ｃ、Ｄは記録再生部１０７（記録媒体５０３）に記録され、タイミングｔ12からｔ13までに高速度で撮像された映像信号Ｅはメモリ１０５に記録される。メモリ１０５に記録された映像信号Ｅは、その後、記録再生部１０７に転送され、映像信号Ｅ’として記録される。

図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すタイムラインに沿って撮像動作が実施された場合の、記録再生部１０７の記録媒体５０３の記録領域を示した図である。記録媒体５０３は再生順序信号を記録するための領域（Ａ）と、映像信号を記録するための領域（Ｘ）とを有する。領域（Ａ）における領域５１は再生順序信号が記録された領域である。領域（Ｘ）における領域（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、通常速度で撮像された映像信号Ｂ、Ｃ、Ｄが記録された領域である。領域（Ｅ）は、メモリ１０５から転送された映像信号Ｅ’が記録された領域である。

タイミングｔ11において、通常速度モードでの撮像動作が開始すると、通常速度で撮像された映像信号（例えば、図６（ｃ）に示すフィールド画像「１」，「２」，「３」， …）が記録再生部１０７の記録媒体５０３に書き込まれる。この際、記録媒体５０３の未記録領域（例えば、領域（Ｂ））の先頭から順に書き込まれていく。それと同時に再生順序生成回路１１２は、現時点の撮影開始から停止までの一連の映像において、最初に再生する領域の先頭を示す再生順序信号を生成し、記録再生部１０７へ出力する。その再生順序信号はインタフェース回路５０２を経て、記録媒体５０３における、映像信号を記録する領域とは別の領域（Ａ）に記録される。例えば、図９（ｂ）において、最初に再生する領域は領域（Ｂ）であることから、領域（Ｂ）の先頭位置（アドレス）を示す再生順序信号が領域（Ａ）の未記録領域の先頭から順に書き込まれる。

タイミングｔ12において高速度撮像モードの動作が開始すると、記録再生部１０７は、領域（Ｂ）に続く領域（Ｃ）の先頭から、映像信号を記録していく。そのとき、再生順序生成回路１１２は以下の情報を含む再生順序信号を生成する。
−１番目に再生する領域の終わりが領域（Ｂ）の最後であること（すなわち、１番目に再生する領域の終端位置）
−２番目に再生する領域の先頭が領域（Ｃ）の先頭であること（すなわち、２番目に再生する領域の開始位置）
−領域（Ｃ）は通常速度で撮像された映像信号が記録されている領域であること
生成された再生順序信号は、領域（Ａ）における記録済みの領域に続く未記録領域に記録される。

タイミングｔ13において高速度撮像モードが終了したとき、記録再生部１０７は映像信号を領域（Ｃ）に続く領域（Ｄ）の先頭から記録していく。このとき、再生順序生成回路１１２は、以下の情報を含む再生順序信号を生成する。
−２番目に再生する領域の終わりが領域（Ｃ）の最後であること（すなわち、２番目に再生する領域の終端位置）
−３番目に再生する領域の先頭が領域（Ｄ）の先頭であること（すなわち、３番目に再生する領域の開始位置）
生成された再生順序信号は領域（Ａ）における前回の記録領域の続きに記録する。

タイミングｔ14で撮像動作の停止指示がなされ、メモリ１０５に記録された映像信号Ｅの記録再生部１０７への記録が開始されると、再生順序生成回路１１２は、３番目に再生する領域の終わりが領域（Ｄ）の最後であること（すなわち、３番目に再生する領域の終端位置）を示す再生順序信号を生成する。その再生順序信号は領域（Ａ）に記録される。さらに、再生順序生成回路１１２は以下の情報を含む再生順序信号を生成する。
−２番目に再生する領域の先頭が領域（Ｅ）の先頭であること（すなわち、２番目に再生する領域の開始位置）
−領域（Ｅ）は高速度で撮像された映像が記録されている領域であること。
生成された再生順序信号は領域（Ａ）に記録される。

最後に、映像信号Ｅ’の記録再生部１０７への記録が終了すると（図８では、タイミングｔ15で）、再生順序生成回路１１２は、２番目の再生の領域の終わりが領域（Ｅ）の最後であること（すなわち、２番目に再生する領域の終端位置）を示す信号を生成し、領域（Ａ）に記録する。

以上のように生成される再生順序信号を、記録再生部１０７（記録媒体５０３）に記録された映像信号の再生時に参照することで、記録された映像信号を時間的に正しい順序で再生することが可能となる。

２．２ 再生動作
次に再生動作について説明する。再生動作は、まず使用者が操作部１１０に対して再生動作開始の操作を行うことで開始される。それにより操作部１１０から再生動作開始を示す信号がシステム制御回路１１１に出力される。システム制御回路１１１はその信号を受け、まず図９（ｂ）に示す領域（Ｂ）〜（Ｅ）の再生順序を示す再生順序信号を領域（Ａ）から読み出す。その読み出した再生順序信号に基づき記録再生部１０７から毎秒６０フィールドの速度で映像信号を読み出す。

図１０は、記録再生部１０７から読み出された映像信号の一例を示す図である。例えば図１０に示したタイミングｔ１で再生が開始されると、記録再生部１０７は、最初に図９の領域（Ｂ）に記録されている映像信号を読み出す。すなわち、図１０の区間（ａ）に示すように、フィールド画「１」，「２」，「３」，…，「（ｍ−１）」を１／６０秒間隔で読み出す。

次に、２番目に再生する信号は、図９（ｂ）に示す領域（Ｃ）または（Ｅ）のいずれかの領域に記録している映像信号となる。つまり、使用者が、通常の再生を望む場合は、通常速度で撮像された映像信号を記録する領域（Ｃ）から映像信号を再生し、スロー再生を望む場合は、高速度で撮像された映像信号を記録する領域（Ｅ）から映像信号を再生する。いずれの再生を行うかは使用者に意思に基づく。使用者が操作部１１０を操作して所望の再生（通常再生またはスロー再生）を指示すると、操作部１１０はその指示を示す信号をシステム制御回路１１１に出力する。

領域（Ｃ）及び映像記録領域（Ｅ）のいずれに高速度で撮像された映像信号が記録されているかを示す情報は、前述のように領域（Ａ）に記録している。システム制御回路１１１は領域（Ａ）の情報を参照し、操作部１１０からの信号に基づいて、領域（Ｃ）または領域（Ｅ）のいずれかを再生する。使用者が例えばスロー再生を指示した場合、すなわち、領域（Ｅ）の映像信号を再生するように指示した場合、図１０の区間（ｂ）に示すように、記録再生部１０７からは「ｍ．１」，「ｍ．２」，…，「（ｍ＋ｎ）．４」までの４×（ｎ＋１）フィールド分の高速度撮像映像がそれぞれ１／６０秒間隔で出力される。すなわち、高速度撮像映像がスローで再生される。

２番目の領域（領域（Ｃ）または（Ｅ））の再生が終わると引き続き、３番目の再生領域である領域（Ｄ）から、映像信号を読み出す。すなわち、図１０の区間（ｃ）に示すように、フィールド画（ｍ＋ｎ＋１），…，ｘがそれぞれ１／６０秒間隔で読み出される。他に記録している映像信号がない場合、例えば図１０のタイミングｔ２で再生を停止し、他に記録している映像信号がある場合、引き続きその映像信号を同様に再生していく。

以上のように、本実施形態では、高速度の撮像動作中に高速度で撮像された映像はメモリ１０５に格納され、高速度の撮像動作の終了後に、メモリ１０５に格納された映像信号は記録再生部１０７に転送されて記録される。これにより、高速度の撮像動作中において、圧縮回路等を含む記録再生部１０７を高速に動作させる必要がなくなり、記録再生部１０７を高速動作に対応するよう構成する必要がない。このため、記録再生部１０７において、高価な部品を使用する必要がなくなる。また、記録再生部１０７の動作周波数を高くする必要もない。よって、高価な部品を使用せずに高速撮影を実現できるため、従来の撮像装置と比較してコスト増を招かず、かつ、高い動作周波数に起因する消費電力の増大も招かない。

また、高速撮影時に再生順序信号を記録するため、再生時にはその信号を参照することで通常速度撮像データの再生から高速度撮像の再生（すなわちスロー再生）に移行し、その後、通常速度撮像データの再生に戻るという一連の再生動作を連続して行うことができる。また、高速度撮像期間中にも、毎秒６０フィールドの通常の映像信号も記録しているので、再生時に、高速度撮像映像をスローで表示するか、通常速度撮影映像を表示するかを使用者側で選択することができ、使用者の利便性を向上できる。

（実施の形態２）
図１１は本発明の実施の形態２における撮像装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態１では、記録信号セレクタ１０６は、映像速度変換回路１０４の出力またはメモリ１０５の出力のいずれかを選択して出力していた。これに対して、本実施形態では、記録信号セレクタ１０６は、デジタル信号処理回路１０３の出力またはメモリ１０５の出力のいずれかを選択して出力する。他の構成は実施の形態１と同様である。

すなわち、本実施形態が実施形態１と異なる点は、主として、記録信号セレクタ１０６の動作と、撮影動作中に操作部１１０を操作して撮像部の撮影速度状態を高速度撮像に変更した場合の再生順序生成回路１１２、記録再生部１０７の動作である、よって、以下にこれらの動作を中心に説明する。

以下では、図１２（ａ）に示すタイムラインにしたがった撮像動作を説明する。図１２（ａ）に示すタイムラインでは、タイミングｔ11で使用者により撮影動作の開始が指示され、タイミングｔ14で撮影動作の停止が指示されている。その間、タイミングｔ12において使用者により高速度撮像モードの指示がなされ、タイミングｔ13で高速度撮像モードが終了している。

撮像装置１０ｂにおいて、撮影開始後、通常速度撮像モードで動作する間は、撮像部１０１からデジタル信号処理回路１０３までは、実施の形態１と同様に毎秒６０フィールドの映像が出力される。記録信号セレクタ１０６は、システム制御回路１１１の制御によって、デジタル信号処理回路１０３の出力を選択して記録再生部１０７へ出力する。記録再生部１０７及び再生順序生成回路１１２は、実施の形態１と同じ動作を行う。すなわち、図１２（ｂ）に示すように、記録再生部１０７は記録信号セレクタ１０６からの映像信号出力を領域（Ｂ）に、再生順序生成回路１１２からの再生順序信号を領域（Ａ）に記録する。このとき、再生順序生成回路１１２は、現在の撮影開始から停止までの一連の映像において、最初に再生する領域の先頭が領域（Ｂ）の先頭であることを示す再生順序信号を生成し、記録再生部１０７へ出力する。

図１２（ａ）に示すように、タイミングｔ12において通常速度撮像モードから高速度撮像モードに変更される。図１３は、撮影モードが変更されたときの本実施形態の映像信号の流れの一例を表す図である。図１３（ａ）〜（ｄ）は、撮像部１０１、映像速度変換回路１０４、記録信号セレクタ１０６及び表示信号セレクタ１０８それぞれの出力を示す。

撮像部１０１、映像速度変換回路１０４、セレクタ１０８、表示部１０９、メモリ１０５は、実施の形態１と同じ動作を行う。すなわち、例えば図１３において、タイミングｔ12で撮像部１０１が高速度撮像状態に制御されると、図１３（ａ）に示すように撮像部１０１は毎秒２４０フィールドの映像信号を出力する。映像速度変換回路１０４は毎秒２４０フレームを毎秒６０フレームに速度変換する。その出力映像信号はセレクタ１０８を経て表示部１０９に出力される。

メモリ１０５はデジタル信号処理回路１０３からの高速撮像映像信号を記録する。タイミングｔ13で、メモリ１０５の空き領域が無くなると、または、使用者により操作部１１０上で高速撮像モードの停止が指示されると、メモリ１０５は書き込みを停止する。同時に、撮像部１０１の制御は通常速度撮像モード時の制御に戻される。

記録信号セレクタ１０６は、高速度撮像モード時において、すなわち、図１３の区間（ａ）において、デジタル信号処理回路１０３からの毎秒２４０フレームの映像信号をそのまま出力し続ける。その映像信号は記録再生部１０７に入力される。しかし、システム制御手段１１１は、この間の映像信号を記録しないように記録再生部１０７を制御する。つまり、本実施形態では、高速度撮像モード中は、実施の形態１のように通常速度撮像映像信号の記録再生部１０７への記録は行わない。

再生順序生成回路１１２は、通常速度撮像モードから高速度撮像モードに切り替わった例えばタイミングｔ12で、１番目に再生する領域の終わりが図１２の領域（Ｂ）の最後であることのみを示す再生順序信号を生成し、領域（Ａ）に記録する。

高速度撮像モードから通常速度撮像モードに戻るタイミングｔ13で、記録再生部１０７は記録を再開し、記録信号セレクタ１０６からの通常速度の映像信号を領域（Ｂ）に続く領域（Ｄ）の先頭から記録していく。同じタイミングで再生順序生成回路１１２は３番目に再生する領域の先頭が領域（Ｄ）の先頭であることを示す信号を生成し、再生順序記録領域（Ａ）に記録する。

その後、タイミングｔ14で、使用者により操作部１１０上で撮影動作停止の操作が行われる。この場合、メモリ１０５、再生順序生成回路１１２、記録再生部１０７は実施の形態１と同様の動作を行う。すなわち、メモリ１０５から、記録されている高速撮像映像信号が毎秒６０フィールドの速度で読み出される。同時にシステム制御回路１１１は、記録信号セレクタ１０６を、メモリ１０５の出力信号を選択するように制御する。記録再生部１０７にはメモリ１０５の映像信号がセレクタ１０６を経て入力され、図１２（ｂ）における領域（Ｄ）に続く領域（Ｅ）の先頭から記録していく。記録再生部１０７に入力される高速撮像映像信号は実施の形態１と同じく毎秒６０フィールドの速度となっているので、記録再生部１０７は映像信号の記録速度を変更する必要はない。

一方、再生順序生成回路１１２は、メモリ１０５から記録再生部１０７への高速撮像映像信号の記録が開始されるタイミングで、３番目に再生する領域の終わりが領域（Ｄ）の最後であることを示す信号を生成し、領域（Ａ）に記録するとともに、２番目に再生する領域の先頭が領域（Ｅ）の先頭であることを示す信号を生成し、領域（Ａ）に記録する。また、すべての高速撮像映像信号が記録再生部１０７に書き込まれたタイミングで２番目に再生する領域の終わりが領域（Ｅ）の最後であることを示す再生順序信号を生成し、領域（Ａ）に記録する。

再生動作も実施の形態１と同様の動作を行う。すなわち、操作部１１０上で再生の開始が指示されると、システム制御回路１１１は、図１２に示す領域（Ａ）から、領域（Ｂ）〜（Ｅ）までの再生順序を示す再生順序信号を読み出す。記録再生部１０７は、再生順序信号に基づき、毎秒６０フィールドの速度で映像信号を読み出し、表示信号セレクタ１０８を経て表示部１０９に出力する。本実施形態では、実施形態１と異なり、２番目に再生する領域は、高速撮像映像信号を記録する領域（Ｅ）以外にはないので、再生する順序は、領域（Ｂ）、領域（Ｄ）、領域（Ｅ）となる。領域（Ｅ）を再生している間は、毎秒２４０フィールドの速度で撮影された映像を毎秒６０フィールドの速度で再生することになるので、スロー再生が実現される。上記以外の動作は実施の形態１と同じである。

以上のような動作によって、本実施形態では、実施形態１の場合と同様、低コストで高速撮影を実現でき、また消費電力の増大を抑えることが可能となり、再生時に通常速度撮像映像と高速度撮像映像の一連の再生動作を途切れることなく行うことができる。さらに、高速度撮像期間中は記録再生部１０７への記録を行わないので、その分、記録領域を節約することができる。

（変形例）
上記の実施形態において、記録再生部１０７の記録媒体の映像信号を記録する領域（Ｂ）〜（Ｅ）は連続した領域であるとして説明した。しかし、各領域の先頭及び終わりを示す信号が領域（Ａ）に記録されているため、領域（Ｂ）〜（Ｅ）は必ずしも連続して配置される必要はない。

また、上記の実施形態において、撮像部１０１の撮像素子としてはＣＣＤ型撮像素子を使用したがこれに限るものではなく、例えばＣＭＯＳ型撮像素子でも同様の効果を実現することができる。

また、上記の実施形態において、映像速度変換回路１０４では速度変換方法として、単にフィールドを間引きする方法を述べた。例えば、複数のフィールドの信号を加算演算して１つのフィールドの信号を求めることで速度変換を実現してもよい。この方法では、高速度撮像時に撮像素子における蓄積時間が短いことで生じるＳ／Ｎの劣化を抑えることができる。

さらに、上記の実施形態において、高速度撮像時の映像間隔は通常速度撮像時の１／４としたが、これに限るものではなく、要は通常速度撮像時の映像間隔よりも短いものであればよい。

また、上記の実施形態において、記録再生部１０７の再生順序信号を記録する領域（Ａ）は必ずしも記録媒体全体の記録領域の先頭である必要はない。

また、上記の実施形態のように、高速撮像時の撮像速度は通常撮像時の整数倍である場合は制御が簡単となるという利点はあるが、必ずしも整数倍に限定するものではない。

本発明は、高速度撮影やスロー再生の用途に安価な装置構成で適用できるため、ビデオカメラを初め半導体メモリや光ディスクを記録媒体とする幅広い撮像装置に適用することができる。

本発明は、特定の実施形態について説明されてきたが、当業者にとっては他の多くの変形例、修正、他の利用が明らかである。それゆえ、本発明は、ここでの特定の開示に限定されず、添付の請求の範囲によってのみ限定され得る。なお、本出願は日本国特許出願、特願２００６−３０１１５８号（２００６年１１月７日提出）に関連し、それらの内容は参照することにより本文中に組み入れられる。

１０、１０ｂ 撮像装置
１０１ 撮像部
１０２ Ａ／Ｄ変換器
１０３ デジタル信号処理回路
１０４ 映像速度変換回路
１０５ メモリ
１０６ 記録信号セレクタ
１０７ 記録再生部
１０８ 表示信号セレクタ
１０９ 表示部
１１０ 操作部
１１１ システム制御回路
１１２ 再生順序生成回路
２０１ ＣＣＤ
２０２ 駆動回路
２０３ アナログ信号処理回路
５０１ 圧縮回路
５０２ インタフェース回路
５０３ 記録媒体
５０４ 伸張回路
８０１ メモリ
８０２ 読み書き制御回路

Claims (11)

1. 第１の周期または前記第１の周期より長い第２の周期で被写体を撮像する撮像手段と、
   前記第１の周期で撮像した映像信号を記録する記憶手段と、
   前記撮像手段で撮像された第１の周期の映像信号を第２の周期の映像信号に変換する変換手段と、
   前記変換手段または前記記憶手段からの映像信号を記録し、記録した映像信号は複数の再生領域に分けて管理される記録手段と、
   前記記録手段に記録された映像信号の各再生領域の再生順序を示す再生順序信号を生成する再生順序生成手段とを備え、
   前記再生順序信号は前記記録手段に記録され、
   前記記憶手段に記録された映像信号は、前記変換手段からの映像信号が前記記録手段へ記録されるタイミングと異なるタイミングで前記記録手段へ記録される、
   ことを特徴とした撮像装置。
2. 第１の周期または前記第１の周期より長い第２の周期で被写体を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段の撮像周期を第１の周期または第２の周期に設定する操作手段と、
   前記第１の周期で撮像した映像信号を記録する記憶手段と、
   前記撮像手段または前記記憶手段からの映像信号を記録し、記録した映像信号は複数の再生領域に分けて管理される記録手段と、
   前記記録手段に記録された映像信号の各再生領域の再生順序を示す再生順序信号を生成する再生順序生成手段とを備え、
   前記再生順序信号は前記記録手段に記録され、
   前記記憶手段に記録された映像信号は、前記撮像手段からの映像信号が前記記録手段へ記録されるタイミングと異なるタイミングで前記記録手段へ記録される
   ことを特徴とした撮像装置。
3. 前記再生順序生成手段は、前記操作手段により前記撮像手段の撮像周期が切り替えられたとき及び／又は前記記憶手段からの映像信号が前記記録手段に記録されるときに前記再生順序信号を生成する、ことを特徴とした請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記変換手段は、前記撮像手段で撮像された前記第１の周期の映像信号を、その一部を間引くことで前記第２の周期の映像信号を生成することを特徴とした請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記変換手段は、前記撮像手段で撮像された前記第１の周期の映像信号を、その一部の映像信号を加重平均することで前記第２の周期の映像信号を生成することを特徴とした請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記記録手段に記録された各再生領域の開始位置及び終端位置を示す情報と、各再生領域の再生順序を示す情報とを含む、ことを特徴とした請求項１又は２に記載の撮像装置。
7. 前記再生順序信号は、前記記録手段に記録された映像信号が第１の周期で撮像されたことを示す情報を含む、ことを特徴とした請求項１又は２に記載の撮像装置。
8. 前記記録手段は、前記再生順序信号に基いて、記録した映像信号の再生動作を行う機能を有することを特徴とした請求項１又は２に記載の撮像装置。
9. 前記記憶手段は揮発性メモリであることを特徴とした請求項１又は２に記載の撮像装置。
10. 前記記録手段は記録媒体として不揮発性メモリ、光ディスクまたはハードディスクを備えることを特徴とした請求項１又は２に記載の撮像装置。
11. 前記第１の周期と前記第２の周期の比が整数であることを特徴とした請求項１又は２に記載の撮像装置。

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