JPH03252275A - 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、撮像素子で画像処理装置に画像
をとりこむ（入力する）際、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込み画像の大きさにより決定される
。従って、取り込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やす必要
があった。しかし、撮像素子の画素数を増やすと、撮像
素子からの信号を取り込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」−１非常な困
難を伴なう。

（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や
すことなく、画像の分解能を上げることができる画像入
力装置を提供することを目的としている。

（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同一の角度で傾斜
して設置された段差を有する反射鏡と、該反射鏡の光軸
に対する傾斜角を変えることなく該反射鏡を回転または
摺動等を行わせしめる駆動装置を少なくとも具備するこ
とを特徴とする画像入力装置である。

第１図を用いてその作用を説明する。本図における例は
、反射鏡の移動を回転により、段差部を有することによ
る反射鏡の鏡面位置が変化するようにした例であり、そ
の傾斜角は４５″である。

しかしこれ以外にも、同じように鏡面の位置が同一の角
度をもったままで、変化するようなものであれば、（Ａ
）２枚の反射鏡を用いて、上部の鏡だけ移動、元位置へ
戻す、（Ｂ）１枚の鏡で段差を有しており、同一角度を
保有したままで、摺動さすことによって、鏡面位を変え
る、等が利用できる。

第１図において、反射鏡（２）は、図の様な段差がつい
ており、光軸に対し４５′傾斜して設置されている。当
初、反射鏡は、第１図（ａ）の様に、段差の凸側に反射
面が向いているとする。

この時、点Ａの像は、結像レンズ（１）、反射鏡■によ
り、撮像素子面■上のＡ′に結像する。次に、反射鏡■
が回転中心を中心として回転し、第１図（ｂ）の様に、
段差の低い側に反射面が向いたとする。この時、点Ａの
像は、を記と同様に、結像レンズ（１）、反射鏡■によ
り、撮像素子面（■上の点Ａ“に結像する。

この時、Ａ’からＡ＃への移動量は、反射鏡の段差を△
Ｘとすると、ｆ２ΔＸとなる。

合成りに、撮像素子面（３）の撮像素子を画素数Ｎの１
次元の撮像素子とし、移動量″２ΔＸを撮像素子を構成
する画素の大きさの局とすると、撮像素子面（Ｊ上の像
は、反射鏡の移動前後で、局画素ずれることになる。

第２図において、ＥＬｌｓａＱ、・”　ａ　Ｎは反射鏡
移動前の、撮像素子の画素１〜Ｎの受光された光強度を
表わしており、ａ　′、、　ａ　’２、・”ａ’ｓは反
射鏡が３画素移動した後の、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。

合成りに、上記撮像素子の２倍の画素数をもち、１画素
の大きさが、上記撮像素子の半分の撮像素子で、同じ画
像を測定した時の、撮像素子の画素１〜２Ｎで受光され
た光強度をｂｌ、ｂ２、・・・ｂ２、とする。

この時、第２図の関係より が成立する。

今 とすると、（Ｉ）、（ＩＩ）式より、ｂｌとｂ’＋の関
係は となる。

（ＩＩＩ）式はｂ７．がす、に、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、画像処理では、ノイズ除去のために
よく用いられる。

従って（ｎ）式により得られるｂ’ｌ（１：１．２、・
・・２！１）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。

尚、〔■〕式において、撮像素子の両端の画素ｂ′１と
ｂ’２Ｎ＋１　は、ｂ　’＋＝　ａ　＋　、ｂ　’２Ｎ
＋１　＝　ａ　’ｓとして処理する必要がある。

この様にして、画像の分解能を２倍に増やすことができ
る。

さて、上記の説明は、１次元の撮像素子を用いた場合に
ついてであるが、上記の考え方を２次元の撮像素子を用
いた場合に、容易に拡張できる。

この場合、第１図の反射鏡は、第３図の様に２枚必要と
なり、夫々回転中心を中心として回転、２次元撮像素子
上の像を縦方向および横方向にシフトさせる。合成りに
、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　＋　＋ｊ
（ｔ＝ｔ、２、・・−Ｌｊ＝ｔ、２．−？ｌ）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％
画素移動した時の、撮像素子の画素で受光された光の強
度をａ　’　＋　ＩＪ（１＝１，２．　＋＋＊Ｌｊ：１
．２．＋＋＋Ｎ）とし、撮像素子面■の撮像素子のＸ方
向に局画素だけ移動した時の、撮像素子の画素で受光さ
れた光の強度をａ　’ｒ−ａ（１”１．２、−Ｎ、Ｊ＝
１．２、・Ｎ　）とし、撮像素子のｘ、Ｘ方向に夫々局
画素移動した時の、撮像素子の画素で受光された光の強
度をａ”＋ｊ（１”１．２、・・・Ｎ、ｊ＝１．２．・
・・Ｎ）とする。

合成りに、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＋　Ｘ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’）ｚＪ（１”ｌ、２、・・・２Ｎ
、ｊ：１．２、・・・２Ｎ）とする。

（１＝１．２．・・・肩、」＝目、２、・・・Ｎ）とす
ると、ｂ　Ｉ　＊　Ｊとｂ　’　ｌ　＋　Ｊの関係はを
得る。

〔Ｘ３式は、ｂ’１がｂ　ＩＪに（１，Ｊ）番目の画素
の重みを４とし、その画素のＸｖ　３’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　’、Ｊｃド１．
２、・・・２Ｆｌ、ｊ＝１．２、・・・２１１）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
ことと同じ効果を得ることができ、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）さて、
上記＠法においては、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、反射鏡の段差がΔＸの時、反射鏡
の回転により撮像素子上の像が、撮像素子のＸ、Ｘ方向
に夫々ΔＸ動く様に配置される。

＠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　１Ｊ（１：Ｌ２、・・・Ｎ。

３＝ｔ、ｚ、・・・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ｘ、Ｘ方向共、局
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 ａ　　１４（１：（，２，−Ｎ、ｊ＝１．２．・Ｎ）と
する。

そして、＠法と同様に、Ｌ記撮像素子の４倍の画素数を
持ち、１画素の大きさが、」二足撮像素子の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　＋、ｉ（１”
１．２．・・・２Ｎ、ｊ：１．２、・・・２Ｎ）とする
。

今 （１：１．２．・・・Ｎ、Ｊ：１．２．・・・Ｎ）とす
ると、ＣＩＪとｂｌＪの関係は、 を得る。

［Ｘｌｌ３式は、Ｃ１がｂｌＪに第６図で表わされる平
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Ｃ２＋−＋、２ｉ−＋に対
しては第６図−ａｌ ｂ）　　Ｃ２１，２Ｊ−１およびＣＨ−ｔ、２ｉ　ニ対
シテハ第６図−ｂで示すようになる。

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同様である。

従って、（Ｘｌ１式により得られるＣ　ｔ、＋（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
とと同効果を得ることができ、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。（θ法）上記、■法
とθ法の方法を比較すると、＠法は、画像を３回シフト
させ−Ｃとり込む必要があるのに対し、Ｏ法の方法は１
回のシフトでとり込みが完了する。従って、θ法の方法
は、＠法の方法に比べ、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、◎法の方法では、２個必要であるが、θ法
の方法では１個ですむため、装置が簡単になり、安価で
コンパクトに構成できる利点がある。

従って、■法は、＠法より優れた方法であるといえる。

さて、前記＠法、Ｏ法においては、反射鏡のソフト量は
、撮像素子の１画素の大きさの局としたが、これを段差
を増やして％以下にして、分解能をより高めるこきがで
きる。例えば、段差を２段階として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倍に分解能を上げることができる。しかし、
シフト量を小さくし画像を取り込んでいくと、〔■〕式
あるいは〔Ｘ０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、
１画素の大きさの屑づつ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■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、反射鏡■を回転させるためのステッピングモータ
（４）により構成されている。

尚、（６）は、結像レンズを固定するためのレンズ押え
である。

尚、本実施例では、駆動装置として、ステッピングモー
タ（２）の例を示しているが、他のサーボモータや誘導
モータ等の回転動力も使用できる。

撮像装置■としては、ＣＯＤ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■の基本構成を示している。

撮像装置■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、〔■〕式または（
ＩＸ）式または（Ｘｌ１式の演算を実行するためのＣＰ
Ｕと、〔■〕式または（ＩＸ）式または（ＸＩ）式の演
算を実行するための処理手順を記憶するためのＲＯＭ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、ステッピングモータ（４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！１０とＩｌｏ
からの信号骨け、ステッピングモータ（２）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■が回転させる前
の画像が、結像レンズ（１）、反射鏡■を通り、撮像装
ｒＩｌ（５１の撮像素子面■に結像する。撮像素子面か
らの画像情報は、演算装置■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、（ｎ）
式のａ、（１＝菫、２、・・・Ｎ）として、２次元画像
（撮像素子が２次元）の時は、（ＸＩ）式のａ　、、（
に１．２、−Ｍ、ｊ＝１．２．−Ｎ）として、記憶され
る。

次に、演算装置のＩｌｏからステッピングモータ（２）
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、駆動回路がステッピングモータ（２）を動かし、
反射鏡■が１８０’回転し停止する。

この時、１次元両像の時は、撮像素子の局画素動き、２
次元画像の時は、撮像素子のＸｌ　　ｙ方向共局画素動
く。この様にして反射鏡の回転が完ｒすると、再び、画
像が、反射鏡回転前と同じ手順で、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、［ＩＩ）式
のａ’ｉ（ｔ：ｌ、２、−Ｎ）として、２次元画像の時
は、（ＸＩ）式のａ”＋ｊ（ｆ＝１２、・−・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ＣＩり式より、２次
元画像の時は（ＸＩ）式から、ｂ′（１＝１．２、・・
・２Ｎ）またはＣＩＪ（１”１．２、・・・２Ｎ、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ｂ’＋またはＣ
ＩＪ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。

ステッピングモータ（４′）に取付けられている。

反射鏡■、（２’）は、夫々ステッピングモータ（４）
。

（４′）により、回転し、画像を、撮像素子の％画素移
動する。つまり、ステッピングモータ（４）を回転する
ことにより、第４図で示される撮像素子面上の画像は、
Ｘ方向に撮像素子の局画素移動し、同様にステッピング
モータ（４′）を回転すると、撮像素子面上の画像は、
ｙ方向に局画素移動する。画像の演算装Ｗ■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’）を順次回転さすことにより、〔■〕式で
表わされるａ＋ｊ＋ａ’＋ｊ＋ａ　　ｔＪ＋ａ　　ｚ（
１：１．２．＝４．ｊ＝　１．２、−Ｎ）の計４枚の画
像が、演算装置■の画像メモＩＪ−ｌ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．・・
・２１１゜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’ｌＪ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出きると共に、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躍的に増加する。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例を示す概略図、第２図は第１図に
示す例での反射鏡の移動前後の画素の受光強度等を示す
図であり、第３図は２組の反射鏡を用いて縦、横にシフ
トさせるときの概略図、第４図は２次元でのｘｔ　ｙ方
向にシフトさせるときの画素の状況を示す図、第５図は
％Ｘ１３’方向に月画素だけシフトさせたときの平滑化
フィルター状態を示すマドＩＪツク、第６図は本発明の
１例であるθ法における平滑化フィルター状態を示すマ
トリックス、第７図は本発明の実施例１の概略図、第８
図は実施例２の概略図、第９図は実施例に用いられる演
算装置例の基本構成を示す図である。

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同一の角度で傾斜して設置され
   た段差を有する反射鏡と、該反射鏡の光軸に対する傾斜
   角を変えることなく該反射鏡を回転または摺動等を行わ
   せしめる駆動装置を少なくとも具備することを特徴とす
   る画像入力装置。