【発明の詳細な説明】
°フレームｉ におしるスＩ・プシンク晋技所的分野
この発明は事象を高速フレームレートで記録し、この事象が解析されるようにこ
れをより遅いフレームレートで再生する固体高速フレーム記録装置に一般に関係
している。更に詳細には、この発明は固体イメージヤ及び反復的事象の画像フレ
ームを記録するための固体記憶装置に関係している。
！量技術
高速フレーム記録装置は事象の運動解析のために有効である。高速フレーム記録
装置は事象期間中の多数の画像を高い又は高速の画像フレームレートで記録し、
その画像フレームをよりゆっくりとより低いフレームレートで再現する。それゆ
え、事象期間中に発生する任意の動きは段階的進行において解析されることがで
きる。高速フレーム記録装置のための応用例には、高速機械類における機能不全
、競技者の動き、安全機器の試験、物体の破壊などが含まれる。−形式の高速フ
レーム記録装置が、１９８５年１月２９日に発行されたこの発明の譲受人に譲渡
された米国特許４４９６９９５にｒｊＩ示されている。この特許に開示されたよ
うに、高速フレーム記録装置−運動解析装置はビデオカメラ、可変速度磁気テー
プ処理装置及びビデオ表示モニタを備えている。カメラはブロック形式で読み出
さネヘ従って、カメラ固体イメージヤにおける複数行のホトサイトに対応する複
数の線のビデオ情報は磁気テープ上で平行な長手方向のトラックに同時に記録さ
れる。
再生中、磁気テープは低減したテープ速度で再生される。テープ上の複数の平行
トラックから再現された複数の並列ビデオ信号は標準ビデオモニタで使用され得
る直列ビデオ信号へと処理される。磁気テープ高速フレームレート！は多数の画
像フレームを記録することができるために且つ画像記憶の不揮発性のために有利
ではあるけれども、磁気テープ記録に対する限界がある。そのような高速フレー
ム記録装！は、複数の並列ビデオ信号を記録し且つ又再生する際に、各ビデオ信
号チャネルに対して別別の記録及び再生信号処理回路部が準備されなければなら
ないので、高価になる傾向がある。ビデオ信号は磁気テープ上に直接アナログ形
式で記録されるので、誘起されたフランク及びその他の雑音のために、低減した
帯域幅及び増大した位相ひずみのために、並びに不正確に記録された画素信号値
のために画像品質はかなり低下する。
高速フレーム記録装置の使用が適当である多くの応用例においては、記録される
べき事象は長い期間中の反復的時点で生じることがある。磁気テープ高速フレー
ム記録装置の固有の記録長制約のために、隔置された間隔で発生する反復的事象
を捕獲するそれの能力は、事象の解析のためには不必要である多数の画像フレー
ムの記録を必要とするであろう、再生中、事象に関する画像が解析され得る前に
不必要な画像が走査されな碇ればならず、時間、金及び記録テープの浪費を生じ
ることになる。更に、ある種の事象は記録可能な事象間の経過時間の長さのため
に記録されることができないかもしれない。
髪型の開示
この発明に従って、磁気テープ高速フレーム記録装置の諸制限は最少化する高速
フレーム記録装置が準備されている。この発明の一１１＄ｌに従って、高速フレ
ーム記録装置は、磁気テープ高速フレーム記録装置のフラッタにより生成される
画像劣化が除去され且つドロップアウトが単一画素事象まで最少化される、固体
イメージセンサにより生成された複数の画像フレームを記憶するための固体記憶
装置を備えている。この発明の別のａｍに従って、画像フレームを表現するビデ
オ情報が固体記憶装置にディジタル形式で記録され、従ってテープ記録と関連し
た媒体雑音及び電子雑音が本質的に除去される。更に、磁気テープ記録システム
において生成される帯域幅制限及び位相ひずみが画像フレームのディジタル記録
によって最少化される。この発明の固体高速フレーム記録装置は衝撃及び振動、
並びに温度及び湿度のような環境条件に実質上不感である。
この発明の更なる態様に従って、固体高速フレーム記録装置は種種のフレームレ
ートで選択的に動作可能な固体イメージヤを備えており、且つこのイメージヤか
らの画像フレームを記録するための固体記憶装置を備えている。記録装置は反復
性事象の画像を捕獲するためにスリップシンク（滑り同期）記録モードで動作可
能である。この発明の一特徴に従って、事象がトリガに応答して発生するたびご
とに単一のフレーム又はフレームのバーストが記録される。この発明の別の特徴
に従って、可変遅延が、トリガの発生後の事前選択された遅延期間に捕獲された
画像フレームの記憶を可能にする。それゆえに、不必要な画像は記録されず、時
間、金及び記憶空間の節約を生じる結果になる。
区匡Ω厘率星説朋
下に与えられるこの発明の採択実施例の趨な説明においては、類領の数字がｌ１
位の素子を指している添付の諸図面に言及が行われる。
図１はこの発明の固体高速フレーム記録装置の採択実施例の構成図である。
図２はブロック読取り可能なイメージセンサのＩｌ能的ブロック概略図である。
図３Ａ〜３Ｆは図１の実施例の動作を説明するのに有効な線図式諸図面である。
図４は図１の実施例の固体記憶装置の機能的ブロック概略図であり、又図５Ａ〜
５Ｄは図１の実施例の動作を説明するのに有効な線図式図面である。
発明を実施するための最良の方法
今度は図１を参照して、この発明の固体高速フレーム記録装置の採択実施例が説
明される６図１に示されたように、高速フレーム記録装置１０は、固体面積イメ
ージ中１６によって場景１４のような事象を画像化する固体イメージ中１２を備
えている。イメージヤ１２は、操作員選択可能なフレームレート及び露光時間パ
ラメータの関数としてイメージ中１２に適当な制御信号を供給する中央制御器回
路３６によって制御される。イメージ中１２は、例えば工ないし１０００フレー
ム毎秒のフレームレートで動作することができる。
イメージセンサ１６は望ましくはブロック「読取り可能な」面積イメージセンサ
である。固体面積イメージセンサのブロック読出しの基本的概念並びにそれのタ
イミング及び制御はジェイムズＡ、ビックスビＣＪａ闘ｓ Ａ、Ｂｉｘｂｙ）の
名義の米国特許第４３２２７５２号に開示されている。この引用特許は詳細な情
報を提供しているけれども、ブロック読出しの概念の簡単な説明は図２に関して
説明されることができる０図２は行及び列に配列されたホトサイト（個別には示
されていなレリの配列を備えているブロック読出し可能なセンサ１６を示してい
る。読出しの目的のために、センサ１６は各ブロックにおける１６ホトサイト行
の１２ブロツクへと盲式化されたものとして概略的に示されている。ブロック選
択回路１８及び列選択回路２０を含む適当な制御回路部により、センサ１６のブ
ロック１〜１２は平行な行のホトサイトとしてブロックマルチプレクサ回路２２
へ順次読み出される。マルチプレクサ２２は、ビデオ情報の順次ブロックを含ん
だ画像フレーム信号を生成するが、その際ビデオ情報の各ブロックはビデオ信号
の（１６２）平行な線を含んでいる。
マルチプレクサ２２からの平行線のビデオ信号はディジタル化される準備のため
にアナログ処理装置２４において増幅され且つ規整される。アナログ処理装置２
４からのこれらの並列アナログ信号は各並列信号線におけるアナログ−ディジタ
ル変換器によってＡＤＣ２６においてディジタル信号へ変換される。各へ〇Ｃは
、ｎがそれのビット変換大きさに等しい場合、ｎの並列信号線を出力する。それ
ゆえ、ＡＤＣ２６の出力線の数はビデオ信号の並列線の数のｎ倍になる０例えば
、並列ビデオ信号の数Ｎが「１６Ｊであり且つビット変換数ｎが「８ノであるな
らば、八〇Ｃ２６からの信号線の敗はｒ１２８Ｊである。
ＡＤＣ２６からの多数の信号線は直列化器２５によってより多くの管理可能な数
に変換される。直列化器は各ＡＯＣと関連したｎ並列線をとり、これにおける情
報を一つの線上のビット直列形式へ変換する。従ってこの例においては、直列化
後、並列アナログ信号線と同敞の並列ディジタル信号線がある。
源４２からの外部データ信号はこれをマルチプレクサ２８においてヘッダ又はト
レーラとしてＡＤＣ２６からの画像フレーム信号と共に挿入することによって画
像フレームと時間的に関連づけられる。これらの組合せ信号は次に直列化器２５
において直列化されて、固体画像記憶装置３０において画像フレーム記憶場所に
記憶される。
画像記憶装置３０はＤＲＡＭ又はＳＲＡＭのような多数の固体等速呼出記憶装置
で構成されている０本質的に、ＲＡＭに情報を記憶するためには記憶場所でアド
レスされそして次に情報がその人力ポートに書き込まれることが必要である。そ
の後、情報を検索するためには、記憶場所が再アドレスされそして次に情報が出
力ボートから読み出される。記憶装置制御器４４はＲＡＭのランダムアクセス能
力に命令を与えるために使用される。記録時に、それは既知の固定順序形式でＩ
？ＡＭへのアドレス信号を発生する。最も重要なことであるが、この形式は循環
性であり、画像記憶装置３０が一杯になると（Ｍ特の記憶場所に別の画像フレー
ムを記憶することができない） 、ＲＡ？Ｉ発生器は一連のアドレス信号を繰り
返し、これにより最も古いものの上に最も新しい画像フレームを記憶する。再生
中、アドレス信号が同じ順次形式ではあるがより遅いレートで繰り返され且つ記
憶装置３０が読み取られるときに、視覚的解析が行われる。
記憶装置３０は任意の大きさの記憶容量を持つことができるが、後程の解析のた
めに事象を全体的に捕獲するために十分な数の画像フレームを記憶するように十
分大きくされるべきである。図４に示されたように、記憶装置３ｏはＭ、ないし
阿イの番号を付されたＭの画像フレーム記憶場所を備えている。−例として、画
像フレーム、プラス外部データ情報が２５６Ｘ２５６画素の表示マトリックスを
形成しており且つ各画素が８ビツトの情報によって表現されているならば、記憶
装置３０に記憶された各画像フレームはほぼ６５キロバイトの記憶量を占める１
０００画像フレームが記憶されるとすれば、記憶装置３０はほぼ６５メガバイト
の固体記憶量を持たなければならない。
記憶装置３０に記憶された画像フレームはディジタル−アナログ変換器処理装置
（ＤＡＣ） ３４によりディジタル画像フレーム信号をアナログ画像フレーム信
号へ変換することによってモニタ３２上に表示される。処理袋２３４は外部デー
タを抽出して、これを表示モニタ３２上で画像フレームの周りの縁に表示する。
中央制御器回路３６は画像記憶装置３０及び処理装置３４を制御して表示モニタ
３２における再生のフレームレートを変える。
キーパノド３日はデータを！＋制御回路３Ｇへ人力して高速フレーム記録装置１
０の動作を制御するために適当なスイッチ及び制御器を持っている。高速フレー
ム記録装置ＩＯはイメージヤ１２により生成された事象の画像フレームを（循環
又はＦＩＦＯ（先入れ先出し）形式で）連続的に記録するために記録モードで動
作可能である。記憶装置３０が一杯になると、イメージヤ１２により生成された
新しい画像フレームが記憶装置３０において最も古い画像フレームの上に記録さ
れる。
記録を停止するために、操作員が停止スイッチを動作させるか又は外部トリガ回
路４０が外部事象に応答してトリガ信号を発生して記録装置１０が記憶装置３０
に画像フレームを記憶するのを停止する。トリガ回路４０は記録されるべき事象
に独特の物理的現象を検出する。トリガ回路をセットする現象は、フラッシュ、
スイッチ閉路、音、温度又は電圧変化のように単純であることができる。高速フ
レーム記録装置１０がトリガされて停止した時点で、記憶装置３０はトリガの前
に事象を描写した一連の画像フレームを保持する。トリガ信号が外部トリガ回路
４０により発生された後に記録を停止するために遅延回路４６によって可変遅延
が与えられる。それゆえ、トリガ事象の前及び後の可変数の画像フレームが記憶
装置３０に記録され得る。
この発明に従って高速フレーム記録装置１０はスリップシンク（滑り同期）記録
モードで動作可能である。このモードは反復性事象の画像を捕獲するために使用
される。例えば、回転部材が同し回転位置に繰り返して存在するときにそれの画
像を記録することが望ましいことがある。トリガ回路４０はこの部材がトリガ位
置を通過して回転させられるたびごとにトリガ信号を与えるように設定される。
記録装置１０はトリガ信号ごとに一つの画像フレームを記憶装置３０に記憶する
ようにプログラムされている。記憶された画像フレームの再生は、選択された位
置において回転部材に対して発生していた事柄の動的状態を示す一連の画像を与
える。連続的記録モードに対するスリップシンク記録モードの利点は、多くの不
必要な画像が関心のある画像間に記録されないので、（１）関心のある情報のよ
り効率的な記憶、及び（２）一連の事象のより容易な比較である。
今度は図１．３Ａ〜３Ｆ、５Ａ〜５Ｄを参照してスリップシンク記録モードがよ
り詳細に説明される０図３Ａに示されたように、部材４７は軸４８の周りに矢印
５０の方向に回転する０部材４６には各回転中に１回トリガ位置「Ｔ」を通過し
て回転する構造物５２（例えば、作動子部材）がある、それゆえ、構造物５２は
位置「Ｔ」を通過して反復的に回転する。図示の例においては、構造物５２が４
７の動作が高速フレームレートで連続的に記録されるならば、記録装置の記憶容
量は解析されるべき事象の完了前に使い尽くされるかもしれない、更に、このよ
うな場合には、事象の解析に関係のない無数の不必要な画像フレームが記録され
る０図３Ａの場合には、トリガ回路４０は部材４７の構造物５２がトリガ位置「
Ｔ」を通過して回転するたびごとにトリガ信号を発生するように設定されている
。トリガ信号に応答して、記憶装置制御器４４は記憶装置３０を制御して、部材
４７の１回転ごとに１回捕獲された単〜の画像フレームを記憶する。図５Ａに示
されたように、所与の例に対しては、記憶装置３０はフレームＦ１、Ｆ９、Ｆ４
などを記憶する。記録された画像フレームが再生されるときには、関心のあるも
のだけが表示されて、回転部材４７の及びトリガ位置「Ｔ」を通過するときの構
造で捕獲され且つ記憶装置３０に記憶される０図３Ｂに示されたように、構造物
５２は位置「Ｔ」を通過して約４５°回転させられ、そして反復的画像フレーム
Ｆ２．４６はトリガ信号を種種の遅延期間だけ遅延させて、構造物５２が部材４
７の連信号は１フレ一ム期間遅延させられているので、画像フレームＦ、。が記
憶装置３０れているので、画像フレームＦ２゜が記憶量２３０に記憶される。
遅延回路４６はそれゆえ、トリガ回路４０からのトリガ信号の印加を、時間に関
して不変化である遅延期間だけ又は事前選択のアルゴリズムに従って時間に関し
て変化する遅延期間だけ遅延させるようにプログラムされることができる。
今度は図３Ｆ及び５Ｄを参照して、この発明の別の特徴が説明される。記録装置
１０はトリガされたときに反復的間隔で順次の画像フレームのバーストを記録す
るように設定されている。このバーストモードは使用者がトリガ事象の周りのよ
り大きい時間の窓を見ることを可能にする。バーストモードにおけるフレームレ
ートは記録装置１０が記録することのできる正常なフレームレートの任意のもの
でよい、更に、ペーストモードはトリガ遅延と組み合わされることができる。
゛この場合が１１３Ｆおよび５Ｄに図解されている８図３Ｆに示されたように、
部材４７の構造物５２は実際でトリガ位置「ＴＪから４５°の位置に並びに破線
でトリガ位置から９０°及び１３５６の位置に示されている０図５Ｄは遅延した
フレームバーストＦ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆｌ。、Ｆ＋＋ ＋ Ｆｌ！ 、及びＦ＋
＋＋ ｓ Ｐ＋ｑ 、Ｆｚｏが記憶装置３０に記憶されることを描写している。
記憶されるべきフレームバーストにおける画像のフレームの数はキーボード３８
記録されたバーストにおける画像フレームの数は上に説明された例とは異なって
いる。そのような応用例には、高速機械類における機能不全の解析、安全機器の
試験、物体破壊の解析、航空学的応用などが含まれる。
ＦＩＧ、 ５Ａ
ＦＩＧ、 ５８
Ｆｌθ５Ｃ
ＦＩＧ、５Ｄ
開示の要約
高速フレーム記録装置（１０）は事象の画像を高速フレームレートで記録し、そ
して事象の解析を容易にするためにより遅いフレームレートで画像を再生する。
開示されたのは種種のフレームレートで選択的に動作可能である固体イメージヤ
（１２）を備え且つ複数のフレームを記憶するための固体記憶装置（３０）を備
えた固体高速フレーム記録装置（１０）である、この記録装置（１０）は反復性
事象の画像を捕獲するためにスリップシンク（滑り同期）記録モードで動作可能
である。トリガ回路（４０）は事象が発生するたびごとに動作させられ、そして
記録装置（１０）は事象の画像フレームを記憶する０反復性単一画像フレーム及
び連続した画像フレームの反復性バーストの両方が記憶され得る。記憶バースト
における画像フレームの数及び記憶バーストのフレームレートは選択的に変えら
れることが、できる。可変遅延回路（４６）はトリガ動作後の遅延した時点にお
いて発生する画像フレームの記憶を可能にする。
国際調査報告
１＋＋−む−ム−１ｅｍｍ Ｎ＆にＴ屓９０７０７束国際調査報告
ＰＣＴＡｊＳ ９０１０７３８８
Ｓ＾ ４３３８０