JPH0614741B2

JPH0614741B2 - 画像伝送装置

Info

Publication number: JPH0614741B2
Application number: JP61234541A
Authority: JP
Inventors: 好章上住
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-10-03
Filing date: 1986-10-03
Publication date: 1994-02-23
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: JPS6390279A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は検出対象物の画像を光学的に検出および処理
して伝送する画像伝送装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図は従来の画像伝送装置を示す説明図であり、図に
おいて、１は検出対象物、２は対物レンズ３を有する光
学系、４はイメージファイバ、５，６はイメージファイ
バ４の光入出力端となる端面、７は集光レンズ８を有す
る光学系、９は正立実像である。

次に動作について説明する。

検出対象物１は光学系２の内部に搭載された対物レンズ
３によって、イメージファイバ４の端面５において倒立
実像を結ぶ。イメージファイバ４は後述のごとく必要な
数の画素コアによって構成されたものであって、端面５
に結像した実像を他の端面６へ伝送する。

光学系７はイメージファイバ４の端面６へ伝送された画
像を拡大するためのものであり、集光レンズ８により拡
大された正立実像９が得られる。なお、更に画像処理な
どを行うべく光学系７をテレビカメラとし、正立実像９
を電気的ビデオ信号に変更することも行われる。

また、上記イメージファイバ４の構造例としては、雑誌
“ＴＲＩＧＧＥＲ”別冊、（発行元：日刊工業新聞社、
昭和６１年５月２０日）、１４１〜１４２ページ記載の
ように、１本のファイバ中に多数の画素（コア）を整列
配置し、かつクラッドを各々のコアが共有するようにし
たものであり、各々の画素による画像の直接伝送が行わ
れる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の画像伝送装置は以上のように構成されているの
で、検知した画像を必要な画素分の本数を持つイメージ
ファイバ４によって直接に伝送することが必要で、伝送
距離の延長を行うべく、上記イメージファイバ４にファ
イバ束を接続しても、これらの接続部分の損失が大き
く、実用的でない。従って、画像の長距離伝送を行う場
合は、１本のイメージファイバ４で伝送し得る最大長さ
（約４００ｍ）に限定される。また、イメージファイバ
４は必要な画素数分のコアを合わせたものであり、必然
的に可撓性が悪くなる。また、画像処理を行うときは電
気的ビデオ信号を得るべく受像側にテレビカメラを設置
しなければならないが、この際、テレビカメラの性能に
基く制限、たとえば単位時間あたりの画面枚数（通常の
テレビ方式の場合で毎秒あたり３０画面）の制約を受け
るなど種々の問題点があり、一般的な画像の伝送はとも
かくとして、計測・制御用など特化した用途の画像伝送
には不便であるほか、高速で移動する検出対象物１の検
出および伝送ができないなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、長距離の間を全光式で伝送するとともに、テ
レビカメラを使用するときに生ずる単位時間あたりの画
面枚数制限を取り除くとともに、画像信号の伝送に伴う
光ファイバのコアの数を激減し、適用範囲を広げること
ができるようにし、加えて高速で移動する検出対象物の
検出および伝送ができる画像伝送装置を得ることを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る画像伝送装置は、移動する検出対象物の
部分画像を光ファイバ束の受光面にパルス的に結像させ
るとともに、各画素を構成する光ファイバの各々に対し
て光パルスに部分画像信号の伝送を光遅延回路によって
それぞれ異なった時間分だけ遅らせ、この光遅延回路を
通過した後に、光パルスの部分画像信号を光合流回路に
おいて結合させることにより、画像信号を光パルス列の
部分画像信号に変換し、この部分画像信号上記検出対象
物の全体を１画面とする相当数分まとめて、信号処理手
段によりビデオ信号に変換処理するようにしたものであ
る。

〔作用〕

この発明における光遅延回路は、光ファイバ束の１本１
本から得た光パルスの画像信号であるオンオフ信号のほ
か、その光パルスのレベルが連続的に変化するアナログ
信号をもつ情報として処理し、画像のハーフトーンを再
現するとともに、最小限の光学機器構成によって、最大
限の画面分解能を得るべく、検出対象を動画像とし、画
像検出端より順次伝送される信号を、制御装置内にて処
理し、画像の合成を行って、分解能の大きい画像を得る
ように作用する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、１１は検出対象物、１２は画像検出端、１
３は検出対象物を光ファイバ束の受光面に結像させる結
像手段たる対物レンズ、１４は光ファイバ束の受光面、
１５は照射光導光用光ファイバ、１６は同期信号発生用
光ファイバ、（１７−１），（１７−２），…，（１７
−１００）は画像信号伝送用光ファイバ、（１８−
０），（１８−１），（１８−２），…，（１８−１０
０）は光遅延回路、１９は光合流回路、２０は出力光フ
ァイバである。また、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにより決まる短
冊状部分２１は、受光面１４に結像する検出対象物１１
の範囲を示している。

さらに、２２および２３は上記各光ファイバ１５および
２０における入出力光信号の波形を模式的に示してい
る。

また、（２４−１），（２４−２），（２４−３），
…，（２４−１００）は検出対象物１１がその移動に伴
って検出される部分画像の各区分を示しており、本実施
例においては、１００個に部分画像によって全体画像が
構成されることを示している。ま、現在検出されている
ものが部分画像（２４−２）であることをハッチングに
より示している。

第２図は第１図にて示した画像検出端を含む全体構成を
示すものである。同図において、３０は画像信号の信号
処理手段としての制御装置、３１は光源、３２は集光レ
ンズ、３３は光パルス発生用高速回転円板、３４はケー
ブル装荷、４１は光電変換器、４２はシリース／パラレ
ル変換回路、（４３−１），（４３−２），…，（４３
−１００）は画像信号バッファメモリ回路、４４は信号
バス回路、４５は画像処理回路、４６は信号バス回路、
（４７−１），（４７−１−２），…，（４７−１−１
００）、（４７−２−１），（４７−２−２），…，
（４７−２−１００），…，（４７−１００−１），
（４７−１００−２），…，（４７−１００−１００）
は画像信号メモリ回路、４８はビデオ信号生成回路、４
９は画像モニタテレビ装置をそれぞれ示す。

次に、この実施例の動作について説明する。光源３１は
可視光もしくは赤外光の連続光を発光する。この連続光
の波長を決定するにあたっては、信号伝送用の光ファイ
バ１５，２０の伝送特性が考慮される。光源３１より出
た光線は、集光レンズ３２を経由して高速回転円板３３
へ至る。高速回転円板３３は連続光を光遅延回路を適用
するに適した光パルス信号に変換する。円板３３は６０
００ＲＰＭで回転させるとともに、円板上の導光用の孔
の数を１００個としている。このとき、１秒間に円板３
３を通過して発生する光パルス数は、となる。以下に述べる説明によって、光パルス１個に対
して１個の部分画像が得られ、１００個の部分画像によ
って１個の全体画像が得られることが明らかになるか
ら、本画像検出装置はという、従来のテレビカメラの制限（毎秒３０画面）を
越える枚数の画面を、即時（オンライン）にて得られる
ことが判明する。

発生した光パルスは照射光導光用光ファイバ１５を経由
して検出対象物１１および同期信号発生用光ファイバ１
６を照射する。まず、同期信号発生用光ファイバ１６に
受信された光パルス信号は、光遅延回路（１８−０）に
よって遅延時間γ_０となる遅延を受けたのち、光合流回
路１９へ到達する。次に、検出対象物１１に照射された
光パルスは検出対象物１１の形状に対応する濃淡パター
ンに変えられたのちに、対物レンズ１３を通じて受光面
１４において結像する。受光面は１００本の光ファイバ
よりなるファイバ束の端面であり、各々の光ファイバは
（１７−１），（１７−２），…，（１７−１００）と
付番されている。受光面１４はこのように細長いもので
あるため、検出対象物１１の全体像は結像できず、点
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにより決まる短冊状部分２１の範囲内の
みの結像が行われる。

すなわち、１回の光パルス照射にて得られるのは、検出
対象物１１の部分画像であり、全体画像ではない。本画
像検出端が検知し得る範囲は、短冊部分２１のみである
から、部分画像ではなくて検出対象物１１の全体画像が
得られるためには、検出対象物１１が動いてゆくこと、
および画像検出のなかに検出画像の合成機能が含まれて
いることが必要である。このうち、検出画像の合成機能
は、後程画像信号メモリ回路において説明するものと
し、ここでは先ず検出対象物１１が動いてゆくこととの
関係を検討し、説明する。

第１図において、検出対象物１１は図示の矢印の向きに
移動しているが、検出範囲である短冊状部分２１によっ
て次々と部分画像化されていく様子が、部分画像の区分
（２４−１），（２４−２），（２４−３），…，（２
４−１００）によって示されている。ここに、（２４−
１）は既に検出が終了したもの、（２４−２）は現在検
出中のもの、（２４−３）以降はこれ以後に検出される
ものである。このように、この実施例においては、検出
対象物１１の全体画像は１００個の部分画像（２４−
１），（２４−２），（２４−３），…，（２４−１０
０）により構成される。このため検出対象物１１に対し
て１００回の照射が必要であり、これは１００回の光パ
ルス、即ち第２図における高速回転円板３３の１回転に
対応する。円板３３は６０００ＲＰＭにて回転するからとなる。これは、前述の(2)式の説明になっている。

なお、第１図において部分画像の各区分（２４−１），
（２４−２），（２４−３），…，（２４−１００）は
相互に隙間なく隣接するものとして描かれているが、こ
の位置関係は検出対象物１１の速度に依存しており、常
には成立しないことは明らかである。検出対象物１１の
速度が変動したときには、照射用光パルス２２の周期を
変化させるとか、検出後の画像合成の段階で重複部分の
画像信号を間引くなどの、各種の対策が考えられるが、
ここでは、照射光パルスの周期が適当であり、部分画像
の各区分（２４−１），（２４−２），（２４−３），
…，（２４−１００）には重複も飛びもなく、相互に隙
間なく隣接するものとしている。

さて、以上の説明によって、光ファイバ束により構成さ
れた受光面１４には、検出対象物１１の部分画像が濃淡
パターンとして結像し、このファイバ束なす個々の光フ
ァイバ（１７−１），（１７−２），…，（１７−１０
０）に受光され、光遅延回路（１８−１），（１８−
２），…，（１８−１００）をそれぞれ経由して、光合
流回路１９へ入力され、ここで同期信号発生用光ファイ
バ１６から光遅延回路（１８−０）を経由した信号と合
流する。光合流回路１９に接続される光ファイバ束は、
例えば特開昭５９−４２５３号公報に開示されたものと
同様な光信号入力端末を構成している。すなわち、光遅
延回路（１８−１），（１８−２），…，（１８−１０
０）の遅延時間をそれぞれγ_１，γ_２，…，γ_１００と
すれば γ_０＜γ_１，γ_２，…，γ_１００…………(4)式が成立している。ここにγ_０は光遅延回路（１８−０）
の遅延時間である。

光合流回路１９には出力光ファイバ２０が接続され、検
出された部分画像信号は光パルス列となって、この光フ
ァイバ２０を通過する。第１図に模式的に図示されるよ
うに、入力された１個の光パルス信号２２に対応して、
光パルス列２３が生成される。このような光パルス列２
３が生成される理由は、光遅延回路（１８−１），（１
８−２），…，（１８−１００）の有する遅延時間
γ_１，γ_２，…，γ_１００の値がそれぞれ異なるためで
あるが、このメカニズムは特開昭５９−４２５３号公報
に述べられているので、省略する。ただし、接点信号の
オン・オフのみを取扱った上記公報に記載された技術と
異なり、本発明においては光パルス列の強度にも着目し
ている。すなわち、画像信号の濃淡に応じて、出力パル
ス列２３に模式的に示すように、その強度が順次異なっ
ている。本実施例においては、このような連続的アナロ
グ信号をも信号情報として取扱うようにし、画像におけ
るハーフトーンをも再現できるようにしている。また、
第２図において、画像検出端１２と制御装置３０とを結
ぶ２本の光ファイバ１５と２０とは共通のケーブル装荷
３４が施され、ケーブル敷設工事の簡易化が図られてい
る。次に、画像検出端１２よりの出力光ファイバにより
伝送される光パルス信号２３は、制御装置３０に到来す
ると、直ちに光電変換器４１によって相対応する電気的
パルス列に変換される。この電気的パルス列はシリース
／パラレル変換回路４２によって、第１図の受光面１４
上の個々の光ファイバに対応する信号に変換されたう
え、画像信号バッファメモリ回路（４３−１），（４３
−２），…，（４３−１００）へ入力される。このバッ
ファメモリ回路のそれぞれはＡ／Ｄ変換器を具備してお
り、必要なビット数、ここでは各４ビットずつを充当し
て、検出した画像信号が、単なるオンオフ信号（明点・
暗点）ではなく、中間濃度をもふくめてメモリされるよ
うになっているとともに、光パルス２２の周期、すなわ
ち1/10,000SECにおいて毎回リフレッシュされている。
従って、この画像信号バッファメモリ（４３−１），
（４３−２），…，（４３−１００）には時々刻々の部
分画像のデータ、つまり、第１図の短冊状部分２１に入
る物体の部分画像データがメモリされることになる。

これらの時々刻々の部分画像のデータを集成し、１枚の
全体画像を構成し、検出物体１１のイメージを復元しな
ければならない。これを行うのが、画像処理回路４５お
よび一連の画像信号メモリ回路（４７−１−１），（４
７−１−２），…，（４７−１−１００），（４７−２
−１），（４７−２−２），…，（４７−２−１０
０），…，（４７−１００−１），（４７−１００−
２），…，（４７−１００−１００）である。処理回路
４５はバス４４にて画像信号バッファメモリ回路（４３
−１），…，（４３−１００）と結合されており、この
画像信号バッファメモリ回路（４３−１），…，（４３
−１００）の毎回のリフレッシュの直後に、メモリ内容
を他方のバス４６を通じて、順次画像信号メモリ回路
（４７−１−１），（４７−１−２），…，（４７−１
−１００），（４７−２−１），（４７−２−２），
…，（４７−２−１００），…，（４７−１００−
１），（４７−１００−２），…，（４７−１００−１
００）に移している。たとえば、あるリフレッシュタイ
ミングにおいて、バッファメモリ回路（４３−１），
（４３−２），…，（４３−１００）の信号内容が画像
メモリ回路（４７−１−１），（４７−１−２），…，
（４７−１−１００）へそれぞれ移されたら、次のリフ
レッシュタイミングにおいては、バッファメモリ回路
（４３−１），（４３−２），…，（４３−１００）の
信号内容が画像信号メモリ回路（４７−２−１），（４
７−２−２），…，（４７−２−１００）へそれぞれ移
される、という方式である。画像信号バッファメモリ回
路（４３−１），……（４３−１００）のリフレッシュ
は光パルス２２に同期しているので、この一連の信号移
送操作を１００回繰返し、画像信号メモリ回路（４７−
１００−１），（４７−１００−２），…，（４７−１
００−１００）へ到ったとき、合計１００×１００＝１
０，０００個の画像信号メモリ回路の全体は、検出物体
１１の全体画像に対応するデジタル信号の集合になって
いる。このような信号移送操作を画像処理回路４５が逐
次連続的に行うことにより、１００全体画像／SECにて
変化する画像が得られることは明らかであろう。この画
像信号メモリ回路（４７−１−１），…，（４７−１−
１００），（４７−２−１）…（４７−２−１００），
（４７−１００−１）…（４７−１００−１００）に対
して、デジタル的にインタフェースをとることにより、
各種オンライン画像処理技術を展開することができる
が、第２図においては、モニタテレビ４９に表示する方
法のみを記載した。ここに、ビデオ信号生成回路４８は
前記の画像信号メモリ回路の出力をスキャンニングし、
受光面１４および検出対象物１１の移動に伴う位置関係
を復元し、ビデオ信号に交換するものであり、これによ
ってモニタテレビ４９上に検出物１１の画像が復元さ
れ、自視によるイメージ確認が可能である。以上のよう
に、この実施例によれば、検出対象物が移動する物体に
限られるが、１００×１００＝１０，０００画素という
実用的な画素数のもとに、毎秒１００枚という通常のテ
レビカメラでは到達し得ない、多い枚数の画像を検出す
ることができる。

つぎに、この発明の実施例を第３図について説明する。
第３図は第２図において制御装置３０内に収納されてい
た高速回転円板３３を、画像検出端１２内に移したもの
であり、ここでは高速回転シャッタとして動作する。光
遅延回路を利用する以上、受光面１４にはパルス的な結
像が要請されており、これを実現するための他の方法と
して高速回転シャッタ方式としたものである。この方式
は、照射光の方式によることができな大規模な物体また
は遠方の物体であって自然光の利用できるもの、たとえ
ば屋外の車両や飛翔体などの画像検知に利用することが
できる。この実施例の場合、高速回転円板３３の駆動装
置を画像検出端１２内に必要とするため、画像検出端１
２内の全光性は失われるが、電気的・磁気的雑音からフ
リーであるという、光ファイバ応用検出器としての特性
は保持される。

なお、第１図に示す実施例においては、対物レンズ１３
を用いて、受光面１４に結像させているが、対物レンズ
１３を用いずに、平行光線を対象物に当て、その透過光
を用いて対象物の影の像として、受光面１４に結像させ
る場合においても、検出対象物１１の結像の手段が異な
るのみであり、この発明が効果的に利用できることは明
らかである。また、製作上の都合などにより、第１図に
受光面である光ファイバ束の端面より分離される光ファ
イバ１本毎に光遅延回路を取り付けず、光ファイバを数
本まとめて合流させ、これに対して１つの光遅延回路を
接続させた場合にもこの発明が同様に適用できることは
明らかである。なお、上記実施例では第２図に示すよう
に、光パルスを作るものとして高速円板を利用したが、
パルス変調されたレーザ光源でも良いことはいう迄もな
い。

また、第１図，第３図とも受光面の構成は光ファイバを
１列（１列×１００点）の光ファイバ束により構成して
いるが、これは２列以上（たとえば４列×１００点）の
光ファイバ束により構成してもよく、上記実施例と同様
の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、光ファイバ束により
構成された受光面より出力される光ファイバに、光遅延
回路を接続して、移動する物体の部分画像を検出し、こ
の部分画像を制御装置において集成して全体画像を得る
ようにしたので、画素数の多い画面を比較的簡単な画像
検出端の構造により生成できるとともに、画像検出端よ
り出力される光ファイバの本数を激減させることができ
るので、敷設工事の容易化に貢献する。また、画面の１
秒あたりの枚数も通常のテレビカメラより多くすること
ができるので、高速に移動する物体の検知が容易とな
る。さらに、大部分の適用例においては、画像検出端を
全光式にて構成することが可能であるため、従来テレビ
カメラの適用が不可能であった部分への適用を広げうる
効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による画像伝送装置の画像
検出端を示すブロック接続図、第２図はこの発明の一実
施例による画像伝送装置のブロック接続図、第３図は他
の実施例による画像検出端のブロック接続図、第４図は
従来の画像伝送装置のブロック接続図である。１１は検出対象物、１２は画像検出端、１４は受光面、
（１７−１）〜（１７−１００）は光ファイバ束、（１
８−０）〜（１８−１００）は光遅延回路、１９は光合
流回路、３０は制御装置（信号処理手段）。なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光パルスを光源として、移動する検出対象
物の部分画像を線状に配列された光ファイバ束の受光面
に結像させる結像手段と、上記受光面から上記光ファイ
バ束を介して得られる各光パルスの部分画像信号を所定
時間ずつ遅延させる光遅延回路と、この光遅延回路で遅
延した各光パルスの画像信号を合流して、光パルス列の
部分画像信号を合成する光合流回路と、この光合流回路
で合成した光パルス列の部分画像信号を上記検出対象物
の全体を１画面とする相当数分まとめて、ビデオ信号に
変換処理する信号処理手段とを備えた画像伝送装置。
【請求項２】光パルス列の画像信号は、ハーフトーンの
再現が可能な、レベルの異なる光パルスからなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画像伝送装置。