JPH03249613A - 画像入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、測定対象を撮像素子を用いて、画像処理装置
に画像としてとりこむ際に、画像処理装置の画像の分解
能を高めるための画像入力装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、画像処理装置においては、画像の分解能は、撮像
素子の画素数と、取りこみ画像の大きさにより決定され
る。

従って取りこみ画像の大きさが同じなら、画像の分解能
を上げるためには、撮像素子の画素数を増加さす必要が
あった。しかし撮像素子の画素数を増やすと撮像素子か
らの信号をとりこみ、画像データに変換するための回路
も変更することが必要であり、実際上非常な困難を伴う
。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記問題点に鑑み、撮像素子の画素数を増加
さすことなく画像の分解能を上げることができる画像入
力装置を提供せんとするものである。

（課題を解決するための手段） すなわち本発明は、画像を撮像素子に結像させるための
レンズ系と、レンズ系の光軸に対して一定の角度をもっ
て傾斜して設置された反射鏡と、反射鏡を前記傾斜の角
度が変らないように移動させるための駆動装置とを備え
たことを特徴とする画像入力装置である。第１図を用い
て本発明の詳細な説明する。

第１図において反射鏡２は、光軸に対して４５°傾斜し
て設置されている。

当初、反射鏡は第１図の実線の部分にありこのときＡの
像は、結像（用）レンズ１８反射鏡２により撮像素子面
ａ上のＡ′に結像する。次いで、反射鏡２を図中の点線
の位置、つまり光軸方向に、傾斜角４５６と変えないで
△Ｘだけ平行移動して結像さすと、点Ａの像は、撮像素
子面３．上のＡ＃に結像する（■法）。このときＡ′か
らＡ＃への移動量は△Ｘに等しい。いま仮に、撮像素子
面ａ上の撮像素子を画素数Ｎの一次元の撮像素子として
、移動量△Ｘを撮像素子を構成する画素の大きさの月と
すると、撮像素子面上の像は反射鏡の移動前後で、月画
素だけずれることになる。

第２図において、ａいａ２．・・・ａＮは反射鏡の移動
前の、撮像素子の画素１．２、・・・Ｎの受光光強度を
表わしており、ａ′３、ａ′２、・・・ａ　Ｉ８は反射
鏡が局画素たけ移動した後の、撮像素子の画素１〜Ｎで
受光された光強度を表わすものとする。今、仮に上記撮
像素子の２倍の数の画素を持ち、一画素の大きさが上記
撮像素子の半分の撮像素子（Ｂ）で、 同じ画像を測定 （撮像） したときの、 （Ｂ）の画素１〜２Ｎで受光された光強度をｂｌ、２ ・・・ｂ２Ｎとする。

このとき第２図にホすように が成立する。

八 とすると、 ＣＩ）　　、 （ｎ） 式よりｂ とｂｔ、の関 係は となる。

（ＩＩＩ）式はｂ’＋が、ｂｔにおいてｉ番目の画素の
重みを２とし、その両端の画素の重みを１とした平滑化
フィルターを施した結果であることを示しており、この
様な平滑化フィルターは画像処理においてノイズ除去の
ために用いられている。

したがって（ＩＩ）式により得られるｂ’＋（１＝＋、
２、・・・２Ｎ）を用いることによりもとの撮像素子の
画素数を２倍に増やし、しかも平滑化フィルターを施し
た結果として画像をとりこむことになり、ノイズの除去
されたきれいな画像が得られる。

なお（ＩＩ）式において撮像素子の両端の画素ｂｒ、と
ｂ　’２Ｎ＋１　は、ｂ　’＋＝ａ＋　ｓ　　ｂ’２ｒ
＜＋＋　＝ａ’、として処理する必要がある。このよう
にして画像の分解能を２倍に増やすことができる。

前記の説明は、１次元の撮像素子を用いた場合について
述べたものであるが、同じ考え方を２次元の撮像素子を
用いた場合にも容易に拡張応用することができる。この
場合、第１図の反射鏡は、第３図のように２枚必要とな
り、各々光軸方向にその傾斜角を一定に保持したまま移
動し、２次元撮像素子面上の像を縦方向、横方向に平行
移動させる。今仮に、２次元撮像素子の画素数をＮＸＮ
とし反射鏡移動前の撮像素子の画素で受光された光の強
度をａ　ＩＪ（１＝１．２．・Ｎ、ｊ＝１．２．・Ｎ）
とする。

第４図において撮像素子面の撮像素子のＸ方向に局画素
たけ移動したときの撮像素子の画素で受光された光の強
度をａ　’＋ｉ（１：１．２．−Ｎ、ｊ：１．２、・・
・Ｎ）とし、撮像素子のＸ方向に局画素たけ移動したと
きの撮像素子の画素で受光された光の強度をａ　”ＩＪ
（１：１．２．・”Ｎ、Ｊ：１．２．−Ｎ）とし、撮像
素子のｘ、Ｘ方向に各々％画素移動したときの、撮像素
子の画素で受光された光の強度をａ′ハＪ（１＝１．２
．・・・Ｎ、ｊ：１．２．・・・Ｎ）とする。

今仮に上記撮像素子の４倍の数の画素数を有し、１画素
の大きさが上記撮像素子のＸ、Ｘ方向共各々５の大きさ
の撮像素子で、同じ画像を測定したときの撮像素子の画
素で受光された光強度をｂ　ＩＪ（１”ｌ、２、・・・
２Ｎ、ｊ＝１．２．＋　２Ｎ）とする。

（１：１．２．・・・Ｎ、ｊ＝１．２、・・・Ｎ）とす
ると、 ｂ２．。

とｂ　’　＋　＋　ｉの関係は を得る。

（Ｘ）式は、ｂ′９．がＥ）ｉＪに（１，ｊ）番目の画
素の重みを４とし、その画素のＸ、ｙ方向の隣接画素の
重みを２とし、斜め方向の隣接画素の重みを１とした平
滑化フィルターを施した結果であることを示している。

本平滑化フィルターをマトリックスで表わすと第５図と
なる。

第５図の平滑化フィルターは、ノイズ除去の働きがあり
、画像処理でよく用いられる。

従って、（ＩＸ）式により得られるｂ　’ＩＪ（１：１
．２、・・・２Ｎ、Ｊ：１，２．・・・２Ｎ）を用いる
ことにより、もとの撮像素子の画素数を４倍に増やすこ
とができ、しかも平滑化フィルターを施した結果として
画像がとり込めるため、ノイズが除去されたきれいな画
像が得られる。（＠法） 前記２次元の場合においては、２枚の反射鏡を用いて、
２次元撮像素子上の像を、２次元撮像素子の縦方向、横
方向にシフトさせたが、次に斜め方向のみにシフトさせ
る方法（■法）について述べる。この場合、反射鏡は１
枚で良く、第１図の様な配置となり、第１図の撮像素子
は２次元撮像素子となる。そして、撮像素子は、反射鏡
が△Ｘ光軸方向に動いた時、撮像素子上の像が、撮像素
＠法の説明と同様に、反射鏡移動前の撮像素子の画素で
受光された光の強度をａ　ＩＪ（１”Ｊ、２、・・・Ｎ
。

ｊ＝１．２．・・・Ｎ）とし、反射鏡を光軸方向に移動
させ、撮像素子上の像を、撮像素子のｘｔ　Ｖ方向共、
％画素移動させた時の、撮像素子の画素で受光された光
の強度を ａｌｊ（Ｉ：１，２．・・・、Ｎｊ＝！、２．・・・Ｎ
）とする。

そして、＠法と同様に、上記撮像素子の４倍の画素数を
持ち、１画素の大きさが、上記撮像素子のＸ＋　　ｙ方
向共夫々、半分の撮像素子で、同じ画像を測定した時の
撮像素子の画素で受光された光強度をｂ　ｌ、Ｊ（１：
１．２、・・・２Ｎ、Ｊ：１．２．・・・２Ｎ）とする
。

今 とすると、 （１＝１．２．・・・Ｎ、ｊ＝１．２．川Ｎ）ＣＩＪと
ｂ　ＩＪの関係は、 を得る。

（Ｘｌｌ）式は、ｃｌＪがｂｌＪに第６図−ａで表わさ
れる平滑化フィルターを施した結果であることを示して
いる。

ａ）　　Ｃ２＋、２ＪおよびＣ２１−１，２Ｊ−１に対
しては第６図−ａｌ ｂ）　　Ｃ２ｒ、２＝−＋およびＣ２１−１，２ｊに対
しては第６図−ｂに小している。

第６図の平滑化フィルターは、ノイズ除去の働きがあり
、効果は、第５図の平滑化フィルターと大差はない。

従って、（Ｘｌ１式により得られるＣＩＪ（＋＝１，２
．・・・２Ｎ　ｊ　＝１，２．・・・２Ｎ）を用いるこ
とにより、もとの撮像素子の画素数を４倍に増やすこと
ができ、しかも平滑化フィルターを施した結果として画
像がとりこめるため、ノイズが除去されたきれいな画像
が得られる。

上記の方法を比較すると、縦、横方向に移動さす方法（
＠法）は、画像を３回シフトさせてとり込む必要がある
のに対し、斜めに移動さす方法（θ法）は１回のシフト
でとり込みが完了する。

従っての法は、＠法に比べ、画像を取り込むための処理
時間を大幅に短縮できる。また、反射鏡とそれを駆動す
るための装置が、◎法では、２個必要であるが、θ法で
は１個ですむため、装置か簡単になり、安価でコンパク
トに構成できる利点がある。

従って、θ法は、＠法より優れた方法であるといえる。

■〜の法において、反射鏡のシフト量は、撮像素子の１
画素の大きさのおとしたが、これを％以下にして、分解
能をより高めることができる。例えば、１画素の大きさ
の月づつ２回シフトさせた時は、１次元の撮像素子の場
合は、３倍に分解能を上げることができ、２次元の撮像
素子の時は、９倍に分解能をトげることができる。しか
し、シフ）ｌを小さくし画像を取り込んでいくと、〔■
〕式あるいは（Ｘｌ１式の様な方法で得られた画像は、
実際の画像に対し、画像がぼけてくる。このため、実用
上は、画素の大きさの局づつ３回シフトさせる程度が限
界である。

（実施例） 本発明に係る画像入力装置の実施例を第７図〜第９図を
用いて説明する。

〈実施例１〉 第７図は、画像入力装置の断面図である。画像を撮像装
置（６）の撮像素子面（３）に結像させるための結像レ
ンズ（１）と、光軸に対し４５°傾斜して設けられた反
射鏡■と取付台（４を通じ、反射鏡■を光軸方向に移動
させるための駆動装置（５）により構成されている。尚
、ωは、結像レンズを固定するためのレンズ押えである
。駆動装置（５）は、ピエゾ素子やソレノイドやボール
ネジとステッピングモータの組合せ等色々な方法か考え
られるが、本例では、ピエゾ素子を用いた例について説
明する。

撮像装置（６）としては、ＣＣＤカメラやビジコンカメ
ラ等が市販されている。

第９図は、第７図の撮像装置からの信号を処理するため
の演算装置３）の基本構成を示している。

撮像装置（６）からの信号を変換するためのＡ／Ｄ変換
器等を内蔵したインターフェイスと、撮像装置からの画
像情報を記憶するための画像メモリーと、（ＩＩ）式ま
たは〔■〕式または（ＸＩ）式の演算を実行するための
ＣＰＵと、〔■〕式または（ＩＸ）式または［Ｘ１１式
の演算を実行するための処理手順を記憶するためのＲＯ
Ｍと上記演算処理に必要なデータ等を一時的に記憶する
ためのＲＡＭと、駆動装置５）を駆動するためのタイミ
ング信号を外部に出力するためのＩｌｏとＩｌｏからの
信号を受け、駆動装置（５）を駆動させる駆動回路とか
ら構成されている。

さて、第７図において、まず、反射鏡■が移動する前の
画像か、結像レンズ（１）、反射鏡■を通り、撮像装置
（６）の撮像素子面（３）に結像する。撮像素子面から
の画像情報は、演算装置３）にとり込まれ、画像メモリ
ーに、１次元画像（撮像素子が１次元）の時は、〔■〕
式のａ　ｔ　（１：１．２、・Ｎ　）として、２次元画
像（撮像素子が２次元）の時は、（１１３式のａ　ＩＪ
　（１”１．２．・・・Ｎ、ｊ”ｌ、２．・”Ｎ）とし
て、記憶される。

次に、演算装置のＩｌｏから駆動装置■を駆動するため
のタイミング信号が出され、その信号を受け、駆動回路
が駆動装置０を動かし、反射鏡■が光軸方向に、１次元
画像の時は、撮像素子の％画素動き、２次元画像の時は
、撮像素子のＸ＋　　ｙ方向共％画素動く。駆動装置■
がピエゾ素子の時は、ピエゾ素子にかかる電圧を調整す
ることにより、Ｌ２移動量を正しくセットできる。この
様にして反射鏡の移動か完了すると、再び、画像が、反
射鏡移動前と同じ手順で、演算装置■にとり込まれ、画
像メモリーに、１次元画像の時は、２式のａ’＋（１：
Ｉ、２．　・Ｎ）として、２次元画像の時は、〔Ｘ１３
式のａ　ＩＪ　（１：１．２．−Ｎ、Ｊ：１．２．−Ｎ
）として記憶される。

この様にして、画像メモリーに取り込まれた画像情報は
、ＣＰＵにより、１次元画像の時は０式より、２次元画
像の時は［Ｘ１１式から、ｂ　’、（＋＝＋。

２、・・・２Ｎ）またはＣＩＪ（１：１．２、・・・２
Ｎ、ｊ：１．２、・・・２Ｎ）が演算され求められる。

この様にして、高い分解能を持った画像ｂｔ１またはＣ
１ｊを得ることができる。

〈実施例２〉 実施例２は、実施例１に反射鏡を１枚追加した例で、第
８図にその断面図を示す。

第８図において、反射鏡（２′）は図示されていない取
付台（４′）により駆動装置（５′）に取付けられてい
る。

反射鏡■、（２’）は、夫々駆動装置■、　（５’）に
より、光軸方向に、撮像素子の％画素移動する。つまり
、駆動装置０を駆動することにより、第４図で示される
撮像素子面上の画像は、Ｘ方向に撮像素子の％画素移動
し、同様に駆動装置（５′）を駆動すると、撮像素子面
上の画像は、Ｘ方向に局画素移動する。画像の演算装置
（８）への取り込みは、実施例１とまったく同様にして
行なわれ、反射鏡■。

（２′）を順次動かすことにより、〔■〕式で表わされ
るａｄｊｔ　　ａ’＋ｉ＋ａ’＋ｉ＋ａ　　＋１（１＝
１．２．−Ｎ＋ｊ＝１，２、・・・に）の計４枚の画像
が、第９図に示す演算装置■の画像メモリー上に取り込
まれる。

この様にして取り込まれた画像は、ＣＰＵにより（ＩＸ
）式の演算が実行され、ｂ　’ＩＪ（１”１．２．・・
・ｊ：１．２．・・・２Ｎ）が求められる。

この様にして、高い分解能を持った画像ｂ′、。

を得ることができる。

（発明の効果） 本発明を利用すれば、撮像素子の画素数を増やすことな
く、画像の分解能を高めることができると共に、ノイズ
等が除かれたきれいな画像を得ることができる。近年、
画像処理において、高い分解能を持った画像が求められ
る様になってきており、撮像素子の画素数も増加する傾
向にある。しかし、撮像素子の画素数が増えると、画像
処理装置のコストも飛跡的に増加する。本発明を利用す
れば、コストの大幅な増加がなく、高い分解能を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１例の概略を示す図、第２図は第１
図における例の局画素だけ移動させた状態を示す図、第
３図は、本発明の１例の、画素をＸ９Ｍ方向に２枚の反
射鏡を用いて移動さすときの概略図、第４図は第３図に
示す例の撮像素子の各画素の受光強度を示す図、第５図
は、第３図に示す例の平滑化フィルターとなる状態をマ
Ｉ−ＩＪソックス示した図、第６図は１枚の反射鏡を斜
めに移動さすの法における平滑化フィルターとなる状態
を示す図、第７図、第８図は本発明の実施例の１を示す
概略図、第９図は本発明の実施例における演算装置の基
本構成を示す概略図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像を撮像素子に結像させるためのレンズ系と、
   レンズ系の光軸に対して傾斜して設置された反射鏡と、
   反射鏡を前記傾斜の角度が変らないように移動させるた
   めの駆動装置とを備えたことを特徴とする画像入力装置
   。