JPH05507602A - ビデオイメージのデジタル化の範囲を増加するためのダイナミックオフセット - 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】 ビデオイメージのデジタル化の範囲を増加するためのダイナミックオフセット技 術分野 本発明は、時間的周期性のあるコンポーネントを有するオブジェクトフィールド と同期して動作するリアルタイムイメージシステムに関する。イメージに関連し 、同期している情報のみをそのままにして、非同期の背景ノイズが除かれるもの である。本発明は、ビデオイメージのあらゆる波長、例えば赤外線、可視光線、 紫外線等に応用できる。

本発明の背景 ロックインイメージシステムは安定な状態にあり、且つ時間的に変化しているコ ンポーネントを存する信号から同期したコンポーネントを得るために利用されて いる。この技術は最近ビデオ信号イメージにも拡張して用いられている。

１９８９年１０月３１に発行され、本発明の誼受入に譲渡された米国特許第４． ８７８．１１６は、ビデオカメラかオブジェクトフィールドから放射さね〜そし て反射された放射線を検出し、且つイメージのフレームを表す一連のビクセルか らなるビデオ信号を生成するベクトルロックインイメージシステムを開示してい る。ビデオ信号はディジタル化さ楳イメージから非同期ノイズを除去するため、 そしてオブジェクトフィードの周期性と同期しているイメージを表示するために オブジェクトフィールドの周期性に基づいてインフェーズとコードラチアーイメ ージとして連続したフレームを交互に同期して平均するプロセッサにより受信さ れる。

ベクトルロックインイメージシステムはリアルタイムイメージプロセッサとコン ピュータワークステーションに接続された紫外線または可視光線ビデオカメラを 用いて、平行にイメージの全てのビクセルについて、即ち５１２　Ｘ５１２のロ ックイン増幅器を育することの効果を達成して、位相センシティブロックイン検 出をしている。その発明において、プロセッサは入力ビデオ信号にリアルタイム で基準信号の正弦及び余弦を掛（九そして離れたフレームバッファーにおいて二 つを平均化して発生する。

その発明と高速ビデオイメージシステムの広い変化に対する基本的な制限は正確 さであり、その正確さに対してイメージの各々のビクセルかディジット化されて いる。輿望的にはこのデジタル化は８ビツトの正確さ、例えば２５６における一 部分に対して達成される。この制限に対する理由は、単一のデジタル化処理にお ける高速性と高い正確性を維持することの難しさと費用のかかることである。

〔発明の概要及び効果〕

本発明は、イメージのフレームからなるビデオ信号を発するビデオカメラを用い て、オブジェクトフィールドの周期性と同時にイメージを形成する方法及び装置 に関する。本方法及び装置は、オブジェクトフィールドの周期性を表している同 時信号の発生を示す基準信号を発する過程と、オブジェクトフィールドからの放 射線を検出する過程と、オブジェクトフィールドのイメージのフレームを表して いる一連のビクセルからなるイメージのビデオ信号を発する過程と、そのフレー ムのビクセルに対するタイミング信号を発する過程とを備えている。さらに、時 間平均オフセットを得て、ビデオ信号からその時間平均オフセットを減算する過 程と、時間変化信号を発する過程と、その時間変化信号を増幅する過程と、基準 信号と同期して時間変化信号のフレームを記憶する過程とを備えている。

より詳細には、デジタル化されたビデオイメージは数フレームに対応する長さの 時間において平均化さねへその結果として得られた短期間平均イメージはアナロ グビデオイメージに変換される。次いて、このアナログイメージをピクセル毎に ディジタイザ−に入力されるビデオ信号から減算し、その結果得られたビデオ差 分信号を８ビツトデジタル化の前に増幅する。ビデオ信号は８ビツトの深さにデ ィジタル化された差分信号であるので、修正されたイメージの可動範囲は大幅に 向上する。

〔図面の簡単な説明〕

本発明の他の利点は、図面を参照して行う以下の詳細な説明によってより良く理 解でき、容易に理解できる。

第１図は本発明のブロックダイアグラム及び概略的なダイアグラムである。

第２ａ、２ｂ図はプロセッサ手段の概略的なダイアグラムである。

第３図、３ａ図、３ｂ図は本発明のフローチャートである。

第４３．４ｂ図は本発明の適用例の概略図である。

実施例 図１にイメージング装置ＩＯか全体的に示されており、このイメージング装置１ ０は、オブジェクト・フィールド１２の周期と同期して動的にオフセットイメー ジを作るためのものである。オブジェクト・フィールド１２の同期成分のオフセ ットイメージか、動的に作られる。この装置１０においては、ビデオ信号の興味 ある部分か周期的若しくは準周期的であり、さらに装置１０の周期化のための基 準周波数として機能することかできることか必要である。ある場合においては、 この周期性は、固有のもの、例えば、エンジンの燃焼プロセスであってもよい。

他の場合においては、この周期性は、外部刺激、例えば、変調レーザ光、フラッ シュランプ（ストロボ）、変調された電磁場、若しくは変調された電流等により 誘導されてもよい。この装置１０は、平行して且つリアルタイムで、ビデオカメ ラで作られたビクセルの各々を平均化するロックイン信号の効果を達成すると共 に、同時にオフセットを使うことにより合成同期画像のダイナミックレンジを増 大させる。このようにして本発明の装置ｌＯにおいては、従来の装置の有するリ アルタイムのイメージングの効果を損なうことなく、さらに、感度において合成 改良の効果を奏する。

イメージが作られるべきオブジェクト・フィールド１２は、それ自身が周期的な 放射線を発生させるか、若しくは外部から周期的に刺激されることに反応して放 射線を発生させることが可能ならば如何なるフィールドでもよい。そのような例 として、製造工程における非破壊評価のための同期サーマルウニイブ・イメージ ング、例えば、技術評価試験、化学的プロセス、周期的機械振動を有するホログ ラフィ−イメージの同期検出、変調された熱反射率などの外部刺激に有用なもの として使用される変調紫外線を生じさせる蛍光発光の同期検出などがある。

装置１０は、オブジェクト・フィールド１２からの放射線を検出するカメラ手段 １４を育し、このカメラ手段１４は、ビデオ及び同期タイミング情報を提供する 。ここで、ビデオ及び同期タイミング情報は、分離された信号の形でもよいし、 若しくは、ビデオと同期タイミング信号か組み合わされて一つの合成ビデオ信号 となった合成ビデオ信号の形でもよい。これらの信号は、オブジェクト・フィ− ルド１２のイメージを電気的に備え、さらにイメージの各フレームのタイミング 及び位相情報を育する。ビデオ信号は、受動及び能動放射線を有する。受動放射 線は、反射放射線若しくは物体自身の放出放射線のような自然に生じるものであ る。能動放射線は、オブジェクト・フィールド１２の外部周期照射（ｉｒｒａｄ ｉａｔｉｏｎ）を生じさせるもの、若しくはオブジェクト・フィールド１２によ り内部に生じた放射線である。従来のＴＶ左カメラ赤外線ビデオカメラ、ＣＩＴ カメラ、もしくは他のカメラ１４を、フレームを作るために蓄積されたビスセル の形態において、イメージを得るために用いることができる。本実施例において は、カメラ１４か、合成ビデオ信号を作り、この合成ビデオ信号においては、イ メージフレームの各ビクセルか連続的に送信６ｍそのため、フレームが連続的に 送信される。合成ビデオ信号は、連続信号であり、各フレームの後に割り込まれ る。カメラ１４は、繰り返し、オブジェクト・フィールド１２のイメージを作成 し、さらに、イメージを形成するビクセルを育する合成ビデオ信号を連続して提 供する。一つのイメージを形成するビクセルは、フレームを構成し、さらに、合 成ビデオ信号は、フレーム毎にイメージを送信する。効果として、本発明の装置 ＩＯは、好適な実施例において、ビデオ信号のビクセルの数、すなわち２６２， １４４個のビスセルに対して、ロックイン・チャネルの数を増加させる。代表的 には、毎秒２０若しくは３０のフレームか、カメラにより得られる。タイミング と位相情報により、処理手段１６が、イメージの各ビクセルのタイミングについ ての詳細な情報を駆動させることかできる。これにより、オブジェクト・フィー ルド１２の周期性と同期してデジタルイメージを得るための機構を、後述するよ うに、提供する。

装置は、オフセット手段１８を含む。オフセット手段１８は、ビデオ信号を受信 してこのビデオ信号から時間平均されたオフセットを引き算し、対象フィールド のイメージの時間変化情報だけを実質的に含むデータ信号を作り出す。一般に、 オフセット手段１８は、直流を除去し、デジタル段階の間、時間変化データかこ のデジタル段階の間に増大されるよう、ビデオ信号からのバックグランド信号を ゆっくりと変化させる。オフセット手段１８か存在しない場合には、デジタル化 されたビデオ信号にその主要部として直流信号か含まれる。このため、オフセン トか含まれていない場合には、時間変化データはダイナミックレンジに制限され る。なぜなら、それは総ビデオ信号の小さなパーセンテージを表示するからであ る。

装置１０は、プロセッサ手段１６を含む。プロセッサ手段１６は、ビデオ信号を 受信してイメージのフレームを累積し、このフレームをその後のフレームと共に 平均化してイメージ信号を作り出す。この画像信号は、対象フィールド１２の周 波と同期する時間変化情報の平均化フレーム画像を表示している。プロセッサ手 段１６は、カメラ１４によって作り出された各フレームの時間及び位相情報を表 す複合ビデオ信号から同期タイミング信号を得るとともに、以下に述べるように 、周期的な外部からの誘発（ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）、即ち、対象フィールド １２内部で作り出された周波を表示する基準信号を個別に受信する。プロセッサ 手段１６は、タイミング信号と基準信号間の位相関係に基いて、前述の特許のそ れと同様の方法で、対象フィールド１２の同相画像を得る。プロセッサ１６は、 後に述べるように、オフ・ザ・シェルフ（ｏｆｆ−ｔｈｅ−ｓｈｅｌｆ）成分を 備えていてもよい。プロセッサ手段１６は、全イメージフレームの個々の画素に 関して、ロックインデバイスとして機能する。前述の特許で述べたように、直角 イメージが得られることを理解すべきである。

装置ｌＯは、ディスプレイ手段２２を含む。ディスプレイ手段１２は、アナログ 表示信号を受信して、対象フィールド１２の同期イメージを表示する。グラフ表 示か可能ないづれかのディスプレイ若しくはＣＲＴ端末を使用することかできる 。

本発明の好ましい実施例は、基準周波数で外部から周期的に刺激される対象物フ ィールド１２又は内部において基準信号の周期性を生じるオブジェクトフィール ド１２を利用している。オブジェクトフィールド１２を基準信号周波数で外部か ら刺激するために刺激制御手段２８が設けられている。刺激制御手段２８は変調 されたレーザビーム、フラッシュランプ、変調された電流、又は他の必要不可欠 な周期的若しくは準周期的な放射線を発生する手段により周期性を与えてもよい 。前記周期性はカメラ１４と同期化されてもよく、又、そのシステムはそのカメ ラを監視するプロセッサ手段１６と同期して動作してもよい。一つのエンジンの ようなオブジェクトフィールド１２において周期性か必然的に生じると、刺激制 御手段２８は不必要になる。その代わりに、センサ手段３０かオブジェクトフィ ールド１２の周期性を検出してプロセッサ手段１６のための基準信号を発生する 。

好ましい実施例では、位相コリレータ手段２０が、位相が増分的に９０°ずつ異 なる、スイッチ２１により順次切り換えられる４つの基準信号Ａ、　Ｂ、　Ｃ， Ｄの組を与えている。位相コリレータ手段２０のスイッチ２１による出力はＣＴ Ｄカメラ手段１４の増圧器を制御するために使用される。これらの信号は、画像 バッファの切り換えとプロセッサ手段１６内部のルックアップテーブルとに同期 してプロセッサ手段の制御の下で切り換えられる。データのフレームの平均は、 位相関係に依存する乗算および蓄積動作により実行される。

最終的なイメージを受け取って参考として引用した前記特許明細書に記載されて いるような後処理を実行するために、コンピュータ３２はプロセッサ手段１６と 接続されている。コンピュータ３２とコリレータ手段２０はＶＭＥバス３４を介 してプロセッサ手段１６と接続されている。

オフセット手段１８は、第１図に詳細に示されており、プロセッサ手段１６は第 ２ａないし第２ｂｌＮにさらに詳細に示されている。

ロックイン検出はプロセッサ手段１６の２つのチャンネル３５．３６で実行され る。第１のチャンネル３５は、動的に変化するオフセット基準画像を形成し、第 ２チヤンネル３６は同相のロックイン動作を実行する。これは、動的オフセット ビデオ信号を基準信号周波数の位相の符号と併合してその結果をプロセッサ手段 １６に蓄積することにより達成される。基準信号の正弦波関数は、例えば同じ位 相関係の方形波により近似されてもよい。

僅かの機能が第１のチャンネルで行われることを除いて、２つのチャンネル３５ ．３６は、物理的に同一であるように形成されている。２つのチャンネルは、次 のものを含んでいる。即ち、マスタータイミング信号を得るための同期ストリッ パ７６．７７、ビデオ信号の利得及びオフセットを調整するための利得及びオフ セット制御部２４．２５、ビデオ信号をピクセル当たり８ビツトにデジタル化す るためのアナログ−デジタル変換器、入力ＬＵＴ　（ルック・アップ　テーブル ）２６．２７、ＬＵＴからオペランドを得るためのオペランド変換ＬＵＴ７３． ７４、デジタル・データでオペランドとともに演算を実行刷るための演算論理ユ ニット（ＡＬＵ）４４．７２、クリッパ７９．８０、シフタ８１．８２、イメー ジ・バッファ６２．６３、出力ＬＵＴ８９．９０、及びデジタル−アナログ変換 器４８．９２である。イメージ・バッファ６２．６３は、高低バイト８ビツト・ バッファ８３．８５．８４．８６、及び８ビツト出力バツフア８７．８８から成 っている。

処理手段１６の第１のチャンネルは、同期ストリッパ７６、利得及びオフセット 制御部２４、ビデオ信号を受け取ってデジタル化してデジタル・ビデオ信号を発 生するためのオフセット・デジタル化手段４２を使用している。このオフセット ・デジタル化手段４２は、８ビツトのアナログ−デジタル変換器である。第１の チャンネル３５はＡＬＵ４４を使用しており、デジタル信号ん連続するフレーム を受け取って平均化して動的に変化するデジタル基準イメージを確立する。

１６ビツトＡＬＵ４４は、以前得て記憶したフレームから新たに得られたフレー ムの平均を得て短期の現在の平均フレームを確立する。短期の平均ｄｃイメージ か１６ビツトのｄｃバッファ６２に記憶される。８ビツトＤ／Ａ４８は、バッフ ァ６２からの短期の平均イメージをアナログ・ビデオ・オフセット出力信号に変 換する。Ｄ／Ａ４８は、処理手段１６とは異なる別の素子である場合がある。

オフセット手段１８は、アナログビデオオフセット信号を増幅するためのオフセ ット増幅器５０及びカメラ１４からのビデオ信号を増幅するための第２のビデオ 増幅器５２を含む。オフセット手段１８はまた、増幅されたカメラビデオ信号か ら増幅されたアナログビデオオフセット信号を減算して、低レベルのビデオ差信 号を発生する減算手段５４を含む。このビデオ差信号は基本的に対象視野１２の 時間変化部分からの情報から成る。データ増幅器手段５６はビデオ差信号を増幅 して、増幅オフセットデータ信号を発生する。この増幅オフセットデータ信号は 、プロセッサ手段１６へ転送さね、第２のチャンネル３６へ入力として供給され る。増幅器５０．５２．５６及び減算手段５４は、この分野でよく知られる演算 増幅器により構成することができる。

プロセッサ手段１６の第２チヤンネルは、同期ストリッパー７７、ゲインオフセ ット制御２５、及びイメージデジタイザ一手段５８を利用して、増幅オフセツト データ信号をデジタルイメージ信号へ変換する。デジタイザ一手段５８は８ビツ トアナログデジタル変換器とすることかできる。イメージデジタイザ一手段５８ は、オフセット手段１８からアナログオフセットデータ信号を受信し、これをデ ジタルデータ信号に変換する。この場合、コードかイメージの各ビクセルの強度 を表している。好適な実施例において、デジタルデータ信号はビクセル毎に８ビ ツト２進コード信号からなる。換言すると、イメージデジタイザ一手段３８はシ リアルに受信されたアナログイメージ情報を変換し、イメージの情報を８ビツト ２進コードに変換する。最終のビデオイメージは８ビツトデジタル化増幅差信号 であるので、修正されたイメージのダイナミックレンジは大幅に増大される。

入力ＬＵＴ２７、オペランド変換ＬＵＴ７４及びＡＬＵ７２は、同相イメージ形 成を達成し、基準信号と同相でイメージフレームを処理する。同相バッファ一手 段６３は平均化された同相イメージ部分を記憶する。好適な実施例において、同 相イメージバッファー６３は５１２’Ｘ５１２Ｘ１　Ｂビットディープである。

手段７４．７２．８０及び８２を利用するイメージ形成手段６０は上述の特許の ものと同しである。

所定の数のフレームかプロセッサ手段１６によって累積されると、その結果が、 正規化され、同相イメージとして表示手段２２によって表示される。これは、ベ クトル解析器か一期間に一つの信号を累積することにより同相成分を発生するの と類似する。並行処理のこれにより得られる利点は、約１００万の４分のＩＴ： ある。プロセッサ手段１６の好適な実施例は、対象視野１２の外部刺激に対して 周期的な照明を利用する。カメラ手段１４は、ＩＴＴによって製造される様なゲ ートインテンシファイヤーを育する商用ＣＩＤカメラである。デジタイザー４２ ．５８は１．ＯＭＨｚのビデオ信号を８ビットデジタル化ビデオ信号にデジタル 化する。

第２ａ図及び第２ｂ図に示すように、デジタイザ４２及び５８か、ボード６６及 び６６′に設けられ、ブロセッ′す手段１６は、バス３４上に設けられた少なく とも４つのボード６８．７０．６８′及び７０′から成る。ボード６６．６８． ７０．６６’、６８’及び７０′は、データキューブ社（Ｄａｔａｃｕｂｅ　Ｉ ｎｃ）によって製造されている。ディスプレイ手段２２とコンピュータ手段３２ はサン３／１６０Ｃカラー・ワークステーション（Ｓｕｎ　３／１６０ＣＣｏ１ ｏｒ　Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ）によって実施されている。ビクセルタイミング 信号は、第４ボード６６から、ディジーチェーン状の１ａ導体のフラットケーブ ル３４を介して他の全てのボード６８．７０．６６’、６８’及び７０′に送ら れている。ボード６６．６８．７０．６６′、６８′及び７０′の機能は、第３ 図のフローチャートに従うソフトウェアによって実施される。２つのボード６８ ′及び７０′はロックイン動作を行う。ボード６８′は同相イメージ手段６０を 含み、ボード７０′はバッファ手段６３を含んでいる。イメージ手段６０は、デ ジタル化したビデオイメージかバス３４から受取る位相情報に従った適正なシー ケンスで、そのビデオイメージを乗算し蓄積する機能を果たし、演算論理ユニッ トすなわちＡＬＵ７２によって実施される。各フレームの間、１６ビツトのビデ オデータが、同相バッファ手段６３から読出さ托乗算及び１積動作を使用してＡ ＬＵ７２内でデジタイザ５８からの８ビツトデータと一緒にされる。

イメージ手段６０は、ビデオデータの同相部分を処理して、同相バッファ手段６ ３に記憶させる。イメージ手段６０は、同相バッファ手段６３のデジタル化した ビデオ信号を蓄積する。コンピュータ手段３２は、コマンドをコントロールプロ グラムの形態でイメージ手段６０に送り、前述のようにプロセッサ手段を動作さ せ、動作を始めるためのコントロール信号を送る。プロセッサ手段は、バス上の 位相情報を受取って、正弦波の適正な位相を識別するＬＵＴの位置に指し向ける 。ＬＵＴは、正弦波の値を作ることによって乗算を行い、ＡＬＵ７２へその信号 を送る。各ビクセルについて上記処理が行われる。正弦波の値の全てかＡＬＵ７ ２のメモリに記憶される。使用される正弦波の値は、前記した特許に記載したも のでよい。ＡＬＵ７２は乗算を行い、バッファ６３によってその乗算値を平均す る。

処理ボード６８．６８′は、ＩＯＭＨ２の処理能力でパイプライン形式にてイメ ージデータを乗算し、蓄積し、シフトすることかできる。各メモリ入力は、同じ メモリ場所における各ビクセルに対応するデータの累積を可能とするために、読 取り修正動作である。パイプライン遅延は、各垂直トレースの開始時においてパ ン動作（ビクセルレートでそのパイプライン遅延に等しいカウントだけ水平ベー スレジスタをインクレメントすること）を使用することによって、補償される。

その制御プログラムは、サンワークステーション２２．３２にある。イメージ処 理ボード６６．６８．７０．６６′、６８′、７０のすへては、ＶＭＥバス３４ にあり、かつバス拡張ボードによってワークステーションのＶＭＥバス３４に接 続されている別のカードケージに収容されている。全実時間イメージ処理は、デ ータキューブボード６６．６８．７０．６６’、６８’、７０’によって取り扱 われる。

より詳細に述へると、プロセッサ１６の動作において、第１のボード６Ｇは、入 力Ｒ３−１７０アナログビデオ信号を受信し、同期ストリッパー７６は、すべて のホード６６．６８．７０，６６’、６８’、７０’を同期させるためのマスタ ータイミング信号を発生する。ビデオ信号は、８ビツトＡ／Ｄ　（アナログ−デ ジタル）コンバータからなるデジタイザ４２へ送られる。その結果生ずるデジタ ル化されたビデオ信号は、デジタル−アナログコンバータ４Ｂへ送られるＩＯＭ Ｈｚの連続データ流である。このオフセット信号は、オフセット手段１８へ送ら れる。オフセット手段１８は、増幅されたオフセットデータ信号を発生する。コ ンピュータ手段３２は、ボード６６．６８．７０．６６’、６８’、７０′のた めのコマンドのプログラムされたセットを発生する。これらコマンドは、データ 信号か、刺激手段２８またはセンサ手段３０からの位相関係に従ってＬＵＴ７４ によって変換されるようにする。処理ボード６８′は、位相情報を受信して、デ ータを処理し、オペランド変換ＬＵ７ｒ７４から１６ビツト修正信号を出力させ る。

その信号は、演算論理ユニット（Ａ、ＬＵ）７２、クリッパー８０およびシフタ ー８２を使用して、蓄積ボード７０′に以前に蓄積されていた１６ビツトデータ と組み合わされる。ＡＬＵ７２からの信号は、バッファ６３へ送り戻されて、そ の以前に蓄積されていたデータと置き換えらね、この全プロセスは、適当な数の 平均が実行されるまで、繰り返される。バッファ６３は、デジタルビデオ情報の ３つのフレーム（５１２ｘ５　］、２ｘ８ビット）を記憶することができる。そ の１６ビツトイメージデータは、２つの８ビツトイメージバツフア８４．８６（ 高バイトおよび低バイト）を使用して、記憶される。処理手段１６は、一時的か つ空間的フィルタリング、イメージデージング、イメージ減算およびイメージ加 算、および／またはその他の簡単な演算を実時間にて行なうことができる。出カ ッ＜・ソファ８８は、１６ビツト記憶イメージを８ビツトに変換し、Ｄ／Ａコン ノく一夕９２かその８ビツトイメージをアナログに変換する。

カラーワークステーション２２．３２へ転送されるイメージデータは、８ビ・ノ ドフォーマットにある。これらのデータは、最適なコントラストでデータのオー バーフローを起こすことなく、８ビツトイメージウインドウを選択することによ り、１６ビツトイメージデータから得られる。そのイメージは、カラーマ・ンブ ソフトウエアシステムでディスプレイされる。

本発明は可視イメージ作成のための特定の適用に限定されるものではなく、この 実施例は、本装置の能力の例示にすぎない、ことを理解されたい。

本発明はまた、オブジェクトフィールドの同期成分のイメージの発生方法を包含 する。オブジェクトフィールドの周期と同期するイメージを発生する方法は、そ のイメージのフレームを含むビデオ信号を発生するビデオカメラを用いる。基準 信号か発生してオブジェクトフィールドの周期を表す同期パルスの発生を指示す る。オブジェクトフィールドのイメージのフレームを表す一連のビクセルのタイ ミング信号を含むイメージのビデオ信号を発生するオブジェクトフィールドから の放射線か検出さ托そのフレームのビクセルのタイミング信号を発生する。

そのビデオ信号から動的に平均化したオフセットイメージが得られて減算され、 増幅されて増幅差分信号を発生する。増幅差分信号のフレームはその基準信号と 同期してストアされる。ストアされたフレームは拡大ダイナミックレンジを有す るロックインイメージを発生する基準信号と同期したビクセルを有する後続の受 信フレームと一緒に平均化される。

この方法は、ビデオ信号をデジタル化し、幾つかのフレームに対応する時間間隔 を平均して短期間平均イメージ（ｄ　ｃ）を形成し、デジタルｄｃ信号をアナロ グオフセットイメージ信号に変換し、ビデオ信号からアナログオフセットイメー ジ信号を減算してオブジェクトフィールドのほぼ同期した周期的情報のみを含む データ信号を発生し、該データ信号を増幅しデジタル化してデジタルデータ信号 を発生し、タイミング信号と基準信号を受信して同期信号を発生し、後続のフレ ームを受信するまえにストアして平均化するために正弦要素を使用して乗算蓄積 コマンドを発信することを含む。この方法はさらに、余弦乗算要素に対応するタ イミング信号の位相関係をストアしく乗算コマンドは各ピクセルについての乗算 要素を含んでいる）、オブジェクトフィールドの連続フレームを基準信号と同相 及び／または直角位相で平均化することを含む。

したがって、本発明は、オブジェクトがロックイン検出の基準信号と同期する信 号で浮かび上がるとすなわち刺激された場合に多くのロックインアナライザを刺 激するビデオイメージプロセッサと組み合わされるビデオカメラを提供している 。さらに、本発明は、ビデオ信号の短期間平均とることによって得られるダイナ ミックオフセットによりオブジェクトフィールドの非同期部分を抑えることかで きる。そのオフセットイメージの各ピクセルの最終情報はそれ自身のロックイン アナライザによってあたかも同時に処理されているかのようにそのイメージの周 期部分と同期して取り扱われる。

１例として、図４ａはスクリーン上のレーザー光線のパターンを概略示す。この パターンでは、一定の強さを育する大きい三角形９４とその大きい三角形と等し い不変強さとＩＭＨ２の振動数で変化し、その不変要素の２０００分の１の強さ の重ね合わせ周期強さの両方の強さを育する小さい三角形９６がある。図４ｂに は本発明で得られる動的オフセットロックインイメージ９８か示されている。

これは８ビツトデジタル化装置を使用して１１ビット感度を得ることに対応する 。

したかかってダイナミツトレンジは本例では３ビツトだけ増大する。

本発明は、例示的な手順で説明されており、使用されている用語は限定するため ではなく自然な言葉の記載を心掛けたものである。

多くの変更変形か上記の開示に基づいて可能であることは明らかである。したが って、添付の請求の範囲では参照符号を便宜的に付しであるか如何なる限定を意 味するものではなく、本発明は特に記載されている以外の方法て実施することか できることを理解されたい。

← （社） ロックイン増巾を有するＡＣチャンネル要要約 袋置１０は時間的に周期性のあるコンポーネントを育するオブジェクトフィール ドからの放射を検出するためにリアルタイムイメージを利用している。ビデオカ メラ１４はオブジェクトフィールドから放射し、そして反射した放射線を検出し 、且つイメージのフレームを表す一連のピクセルからなるビデオ信号を発生する 。原ビデオ信号から取り出されたダイナミックに平均化されたオフセットはビデ オオブジェクトフィールドの時間的に変化するコンポーネントからの情報のみを 除いたビデオ信号から除去される。その結果の信号はプロセッサ１６に含まれた ディジタイザによりディジット化される。プロセッサ１６はイメージから非同期 ノイズを除き、そしてオブジェクトフィールド１２の周期性と同期しているイメ ージを表示するために連続したフレームを平均化する。最終的なビデオイメージ は増幅された差のデジット化であるから、修正されたイメージのダイナミックレ ンジは非常に拡大される。

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．イメージのフレームを含むビデオ信号を発生するビデオカメラ（１４）を使 用するオブジェクトフィールドの周期に同期したイメージを発生させる方法であ って、 該オブジエクトフィールド（１２）の周期を表す同期パルスの発生を示す基準信 号を発生し、 該オブジェクトフィールドからの放射線を検出して該オブジェクトフィールドの イメージのフレームを表す一連のピクセルを含むイメージのビデオ信号を発生し かつ該フレームのピクセルのタイミング信号を発生し、該ビデオ信号から時間平 均オフセットを得て取り除いて時間変化信号を発生し、該時間変化信号を増幅し 、 前記基準信号と同期して前記時間変化信号のフレームをストアするステップとを 有する方法。
2. ２．前記基準信号と同期するピクセルを有する後続受信フレームとともにストア されているフレームを平均化することによってイメージ信号を発生することを特 徴とする請求項１の方法。
3. ３．ビデオ信号をデジタル化することによってデジタル信号を発生する請求項２ の方法。
4. ４．前記デジタル信号を平均化することによって前記時間平均オフセットを発生 する時間変化情報における短時間変化を実質的に解消することを特徴とする請求 項３の方法。
5. ５．時間平均オフセットをアナログオフセットイメージ信号に変換することを特 徴とする請求項４の方法。
6. ６．ビデオ信号から前記アナログオフセットイメージ信号を減算してオブジェク トフィールドの時間変化情報のみを含む差分ビデオデータ信号を発生することを 特徴とする請求項５の方法。
7. ７．前記差分ビデオデータを増幅してデジタル化してデジタルデータ信号を発生 する請求項６記載の方法。
8. ８．タイミング信号と基準信号とを受信して同期信号を発生し、各ピクセルに対 してサイン乗算器を用いて、後続フレームの受信に先立ってストアし、平均化す るために乗箕蓄積コマンドを発信することを特徴とする請求項７記載の方法。
9. ９．コサイン乗算要素に対応するタイミング信号の位相関係をストアするように なっており、該乗算コマンドが各ピクセルの乗算要素を含んでいることを特徴と する請求項８の方法。
10. １０．基準信号と同相でオブジェクトフィールドの連続フレームを平均化するこ とを特徴とする請求項８の方法。
11. １１．基準信号と直角位相でオブジェクトフィールドの連続フレームを平均化す ることを特徴とする請求項１０の方法。
12. １２．オブジェクトフィールド（１２）の周期と同期するイメージを発生するイ メージ発生装置であって、 オブジェクトフィールドの周期を表す基準信号を発生する基準値手段（３２）と 、 オブジェクトフィールド（１２）からの放射線を検出してオブジェクトフィール ド（１２）のイメージのフレームを表す一連のピクセルを含むイメージのビデオ 信号を発生し及び前記フレームの前記ピクセルのタイミング信号を発生する撮像 手段（１４）と、前記フレームの前記ビデオ信号を受信し前記基準信号と同期し て前記フレームをストアし、前記基準信号と同期するピクセルを有する後続受信 のフレームと一緒に前記ストアフレームを平均化してイメージ信号を発生するる 処理手段（１６）とを備え、 前記ビデオ信号を受信しこの信号から時間平均オフセットを減算し、前記処理手 段に対しほぼ前記オブジェクトフィールドのイメージの時間変化情報のみを含む 時間変化信号を発生するオフセット手段（１８）をさらに備えたことを特徴とす るイメージ発生装置。
13. １３．処理手段（１６）が前記ビデオ信号を受信してデジタル化するオフセット デジタル化手段（４２）を備えていることを特徴とする請求項１２の装置。
14. １４．前記処理手段（１６）が前記デジタル信号の後続のフレームを受信して平 均化して時間平均オフセットを発生する前記時間変化情報における短期間変化を 実質的に解消するオフセット平均化手段（４４）を備えたことを特徴とする請求 項１３の装置。
15. １５．前記時間平均オフセットをアナログオフセットイメージ信号に変換するデ ジタル変換手段（４８）をさらに備えたことを特徴とする請求項１４の装置。
16. １６．前記オフセット手段（１８）が、前記ビデオ信号から前記アナログオフセ ットイメージ信号を減算してほぼイメージの時間変化情報を含む差分ビデオデー タ信号を発生する減算手段（５４）を備えていることを特徴とする請求項１５の 装置。
17. １７．前記オフセット手段（１８）が前記差分ビデオデータ信号を増幅する増幅 手段（５６）を有することを特徴とする請求項１６の装置。
18. １８．前記処理手段（１６）が増幅された差分ビデオデータ信号をデジタル化し てデジタルデータ信号を発生するデジタル化手段（５８）を有することを特徴と する請求項１７の装置。
19. １９．前記処理手段（１８）が前記ビデオ信号を受信して前記タイミング信号を 発生し、前記基準信号を受信して同期信号を発生しかつ乗算及び蓄積命令を前記 平均化のために前記処理装置に発信する演算手段３２を有することを特徴とする 請求項１８の装置。
20. ２０．前記基準信号に対する前記タイミング信号の位相関係によって各関係につ いての正弦乗算要素を含むルックアップテーブルをストアするメモリ手段（７４ ）を有し、前記乗算命令が前記各ピクセルについての前記乗算要素を含んでいる ことを特徴とする請求項１９の装置。
21. ２１．前記処理装置が前記基準信号と同相で前記オブジェクトフィールドの連続 フレームを平均化する同相チャンネルイメージ発生手段（６０）を有することを 特徴とする装置。