JPH09163242A - 高感度ｃｃｄテレビカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低照度下で有効な画像が得られる高感度ＣＣ
Ｄテレビカメラを得る。 【解決手段】 ハーフミラー１とミラー２とにより一の
入射光を二系統に分離する。分離された２つの入射光を
それぞれ処理し２つのテレビジョン信号を出力する。２
つの処理の一方はＣＣＤ撮像素子４の電荷蓄積時間を１
フィールド期間または１フレーム期間とし、且つ他方の
ＣＣＤ撮像素子３の電荷蓄積時間を１フィールド期間ま
たは１フレーム期間より長くした２種類の映像信号を出
力する。間欠的に出力される撮像信号は画像メモリ７で
一旦記憶され、連続信号とされる。カメラが撮す被写体
について、長時間露光動作によって電荷蓄積された高感
度映像信号であるテレビジョン出力信号Ａと、高利得増
幅回路によって電気的に増幅された高感度映像信号であ
るテレビジョン出力信号Ｂの、２種類の監視画像を同時
に得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高感度ＣＣＤテレ
ビカメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤテレビカメラは高感度化の
傾向にある。高感度化の一手法として一般的な監視用カ
メラにおいて、夜間など低照度下での被写体を捉えるた
めに、高利得増幅回路によって微少な信号を電気的に増
幅する回路が良く用いられる。その他に、赤外線撮像素
子や、イメージインテンシファイアなどの特殊な撮像方
法を利用したカメラや、撮像素子自体が高感度なカメラ
等の設計のなされた高感度専用カメラがある。最近では
さらに、新たな手法としてＣＣＤ撮像素子の電荷蓄積時
間を長くすることで感度を向上させる、いわゆる電荷蓄
積形高感度ＣＣＤテレビカメラが登場し広く普及しつつ
ある。

【０００３】従来例１の電荷蓄積形高感度ＣＣＤテレビ
カメラのブロックダイアグラムを図４に、タイミングチ
ャートを図５に示す。図４において、ＣＣＤ撮像素子１
は、駆動回路６から出力される垂直転送信号、水平転送
信号などの各種駆動信号・バイアス電圧などにより入射
された光信号を電気信号に変換して映像信号として出力
する。駆動回路６は、同期信号発生回路８の出力によっ
て回路内の同期信号と同期がとられる。通常ＣＣＤ撮像
素子に蓄積される信号電荷は、１フィールド期間または
１フレーム期間に１度、ＣＣＤ撮像素子１に入力される
電荷読み出し信号の出力タイミング毎に外部へ読み出さ
れる。即ち、この電荷読み出し信号の入力間隔がＣＣＤ
撮像素子１の信号電荷の蓄積時間となる。

【０００４】本カメラでは、長時間露光回路７によっ
て、図５のように電荷読み出し信号の入力間隔が通常の
読み出し間隔よりも長くなり、この露光時間が長くなっ
た分だけ蓄積される電荷量が増してＣＣＤ撮像素子１の
映像信号出力が増えることとなる。図５の例では、電荷
読み出し信号の入力間隔が４フィールド毎に、即ち蓄積
時間が４フィールドとなるため、ＣＣＤ撮像素子１の映
像信号出力は通常の動作の４倍の大きさとなる。

【０００５】電荷読み出し信号の入力間隔が１フィール
ドを越えるようになると、当然ＣＣＤ撮像素子１の出力
は図５のように間欠的になり、このままでは正常な映像
信号としてモニタで観測することはできない。そこで、
映像信号処理回路２によってサンプルホールド・増幅・
高周波成分除去・γ処理などの映像信号処理を施された
信号は、画像メモリ回路３で記憶される。画像メモリ回
路３は、映像信号処理回路２から新たな映像信号が入力
されて内容が書き換えられるまで、記憶した映像信号を
エンコーダ回路４に出力し続ける。このため、エンコー
ダ回路４でテレビジョン信号に信号処理され、出力回路
５で７５Ω駆動されて出力されたテレビジョン信号出力
は、図５のように連続した信号となり、モニタで観測で
きるようになる。

【０００６】本発明の技術分野に類似する従来例２の特
開昭６３−５６０７９号の静止撮像装置は、高速連続撮
影を可能としている。この目的を達するために、被写体
からの映像光線をハーフミラーによって２以上の光軸に
分岐し、各分岐光軸上にはＣＣＤイメージセンサを配置
し、各ＣＣＤイメージセンサを同一周期で互いに異なる
位相をもって撮像駆動させる。各ＣＣＤイメージセンサ
から得られる画像信号を同一時間要素同士で合成し、こ
れにより実質的に整数倍の撮像速度による高速連続撮影
を行う、としている。

【０００７】さらに、従来例３の特開平１−３０５７８
１号の固体撮像装置は、ｎ個の固体撮像素子に光学系に
より同一画像を結像し、それぞれの固体撮像素子を標準
モードで、且つそれぞれの駆動開始のタイミングをずら
して駆動することにより、標準ＴＶ信号の１フィールド
期間にｎ枚の画像を得る、としている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来例１の電荷蓄積形高感度ＣＣＤカメラは、移動する
被写体の監視には適しない。その理由は、高感度を実現
するために露光時間を長くする。このため、必然的に移
動する被写体の像が残像によってブレてしまう。この現
象は、感度を高くするために露光時間を長くする程顕著
となる。一方、従来から使われていたように、電気的に
利得を上げる方法ではこうした残像の問題は実用上問題
とならないが、電荷蓄積による高感度化に比ベてノイズ
の増加による画質の劣化が問題となる。

【０００９】また、従来例２および従来例３の撮像装置
は、高速度撮影を目的としたものである。

【００１０】本発明は、低照度下で有効な画像が得られ
る高感度ＣＣＤテレビカメラを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の高感度ＣＣＤテレビカメラは、レンズとハ
ーフミラーとミラーとを有し、レンズで撮像した光信号
を二系統に分割する光学系と、二系統の光学系による光
信号を撮像し２つの映像信号を出力する２つの処理手段
とを有し、２つの処理手段の１方はＣＣＤ撮像素子の電
荷蓄積時間を１フィールド期間または１フレーム期間と
し、且つ他方のＣＣＤ撮像素子の電荷蓄積時間を１フィ
ールド期間または１フレーム期間より長くした２種類の
映像信号を出力することを特徴としている。

【００１２】さらに、上記の高感度ＣＣＤテレビカメラ
は、ＣＣＤ撮像素子の出力信号を電気的に増幅する高利
得増幅手段と、ＣＣＤ撮像素子の出力信号を記憶する画
像メモリ手段とを有し、一方の１フィールド期間または
１フレーム期間の映像信号を高利得増幅手段が増幅し、
且つ他方の１フィールド期間または１フレーム期間より
長く間欠的に出力される映像信号を画像メモリに記憶さ
せて連続的な映像信号とするとよい。

【００１３】またさらに、高感度ＣＣＤテレビカメラ
は、映像信号を処理して出力する映像信号処理手段を有
し、二系統の光信号をＣＣＤ撮像素子がそれぞれ独立し
て撮像し、この撮像した２個の映像信号を各個に処理し
て出力するとよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる高感度ＣＣＤテレビカメラの実施の形態を詳細に説
明する。図１〜図３を参照すると本発明の高感度ＣＣＤ
テレビカメラの一実施形態が示されている。図１は、本
発明の一実施例の構成を説明するためのブロックダイア
グラム、図２および図３は動作を説明するためのタイミ
ングチャートである。

【００１５】本実施態様例の高感度ＣＣＤテレビカメラ
は、一の入射光を二系統に分離する光学部と、光学部で
二系統とされた２つの入射光をそれぞれ処理し２つのテ
レビジョン信号を出力する処理部と、この処理部の動作
を制御する制御部とにより構成される。

【００１６】光学部は、ハーフミラー１とミラー２とに
より構成される。処理部は、２個の処理部ＡおよびＢに
より構成される。処理部Ａは、ＣＣＤ撮像素子３、映像
信号処理回路５、画像メモリ回路７、エンコーダ回路９
および出力回路１１とにより構成される。また、処理部
Ｂは、ＣＣＤ撮像素子４、映像信号処理回路６、高利得
増幅回路８、エンコーダ回路１０および出力回路１２と
により構成される。

【００１７】制御部は、駆動回路１３、長時間露光回路
１４および同期信号発生回路１５により構成される。こ
の制御部を構成する同期信号発生回路１５は、二系統の
処理部ＡおよびＢによる撮像動作の同期をとるための同
期信号を発生する回路である。さらに、構成回路全体の
同期をとると共に、エンコーダ回路９および１０で映像
信号に付加される復号同期信号とカラーサブキャリア信
号とを出力する。駆動回路１３は、ＣＣＤ撮像素子３、
４の撮像動作の同期をとるための回路であり、リセット
信号を出力する。長時間露光回路１４は、ＣＣＤ撮像素
子３の１フィールド期間または１フレーム期間以上の長
期間の電荷蓄積動作を制御する回路である。

【００１８】上記の各部により構成される高感度ＣＣＤ
テレビカメラへは、一の入射光が入射される。このレン
ズを通して入射された被写体の像は、ハーフミラー１を
通してＣＣＤ撮像素子３へ、またハーフミラー１とミラ
ー２で２回反射されてＣＣＤ撮像素子４へ、それぞれ入
力される。ＣＣＤ撮像素子３及びＣＣＤ撮像素子４は、
それぞれにおいて入射された光信号を電気信号に変換す
る。

【００１９】２つのＣＣＤ撮像素子３、４は、例えば駆
動回路１３から出力されるリセット信号・水平転送信号
・垂直転送信号などの転送信号やＤＣバイアス信号によ
って電荷蓄積・読み出し・転送等の動作を行い、映像信
号を外部に出力する。ＣＣＤ撮像素子３では、長時間露
光回路１４によって１フィールド期間または１フレーム
期間以上の電荷蓄積動作が行われる。この１フィールド
期間または１フレーム期間に対する電荷蓄積時間の倍率
が標準の感度に対する増幅度となる。映像信号処理回路
５および６では、それぞれＣＣＤ撮像素子３および４か
ら出力された信号にサンプルホールド・クランプ・リセ
ットノイズ除去・γ処理などの映像信号処理が行われ
る。

【００２０】映像信号処理回路５から出力される映像信
号は、ＣＣＤ撮像素子３の長時間露光動作により電荷蓄
積時間ごとの間欠出力である。このため、画像メモリ回
路７によりフィールド毎に出力される連続信号へ変換さ
れる。連続信号とされた映像信号は、エンコーダ回路９
でテレビジョン信号となり、出力回路１１から７５Ω駆
動信号として出力される。

【００２１】映像信号処理回路６から出力される映像信
号は、高利得増幅回路８により電気的に増幅され、エン
コーダ回路１０でテレビジョン信号となり出力回路１２
から７５Ω駆動信号として出力される。この系では、高
利得増幅回路８の利得が標準の感度に対する増幅度とな
る。

【００２２】次に、本実施形態の動作について詳細に説
明する。図２および図３のタイミングチャートは、二系
統の処理部ＡおよびＢの動作タイミングを表している。
図２は長時間露光のＣＣＤ撮像素子３の間欠出力と連続
信号化の関係を、また図３は１フィールド期間または１
フレーム期間毎のＣＣＤ撮像素子４の出力を増幅して出
力信号とする関係を、それぞれ表している。

【００２３】図１〜図３において、レンズを通して入力
された被写体の像は、ハーフミラー１とミラー２とによ
って分配され、ＣＣＤ撮像素子３とＣＣＤ撮像素子４上
に全く同一の像が結像される。この時、ＣＣＤ撮像素子
３にはハーフミラー１を透過した像が、ＣＣＤ撮像素子
４にはハーフミラー１とミラー２とによって２回反射さ
れた像が結像する。このため、鏡像反転は起こらない。

【００２４】ＣＣＤ撮像素子３の信号出力は、長時間露
光回路１４によって長時間露光電荷蓄積動作、即ち図２
のように電荷読み出し信号が長時間露光の期間だけ長い
動作となる。このため信号の出力レベルは、ＣＣＤ撮像
素子４の出力に比ベて大きいが間欠的にしか出力されな
い。この為、画像メモリ回路７で一旦記憶され、ＣＣＤ
撮像素子３から出力が得られない期間には、この画像メ
モリ回路７に記憶された映像が出力される。

【００２５】この長時間露光電荷蓄積動作とメモリ回路
７による出力間欠部の補正動作のために、最終出力であ
るテレビジョン信号出力Ａは、Ｓ／Ｎ比は良いが動きに
対しては残像によってぶれた映像としかならない。一
方、ＣＣＤ撮像素子４の信号出力はＣＣＤ撮像素子３に
比ベて出力レベルが小さいために、高利得増幅回路８に
よって電気的に増幅され、その出力でレベルが大きくな
る。但し、そのテレビジョン信号出力Ｂは動きには適応
するがＳ／Ｎ比の悪い映像となる。本実施形態のＣＣＤ
テレビカメラは、この２つの相反する出力を２系統独立
に信号処理して同時に得ることができる。

【００２６】以上のような動作により、本実施形態の電
荷蓄積形高感度ＣＣＤカメラは、カメラが撮す被写体に
ついて、長時間露光動作によって電荷蓄積された高感度
映像信号であるテレビジョン出力信号Ａと、高利得増幅
回路によって電気的に増幅された高感度映像信号である
テレビジョン出力信号Ｂとの、２種類の監視画像を同時
に得ることができる。

【００２７】以上説明したように本実施形態による高感
度ＣＣＤテレビカメラでは、被写体の像はミラー及びハ
ーフミラーを通して２個のＣＣＤ撮像素子に入力され
る。この２個のＣＣＤ撮像素子の出力のうち、一方は高
利得増幅回路によって電気的な増幅回路による高感度化
が行われ、他方は長時間露光回路によって電荷蓄積動作
による高感度化が行われ、画像メモリ回路によって毎フ
ィールド連続した信号に変換される。それぞれの出力は
混合されることなくまったく独立した２つの系として映
像信号処理が行われたのち、テレビジョン信号として出
力される。よって、電荷蓄積形高感度ＣＣＤテレビカメ
ラと高利得回路を有する高感度テレビカメラの双方の長
所を組み合わせ持ち、監視カメラとして使用する場合
に、状況に応じた好適な映像信号を選択的に用いて、解
像度の高い監視を行うことが可能となる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明より明かなように、本発明の
高感度ＣＣＤテレビカメラは、撮像した光信号を二系統
に分割し、それぞれの光信号を撮像し２つの映像信号を
出力する。１方はＣＣＤ撮像素子の電荷蓄積時間を１フ
ィールド期間または１フレーム期間、且つ他方はＣＣＤ
撮像素子の電荷蓄積時間を１フィールド期間または１フ
レーム期間より長くした２種類の映像信号を出力する。
よって、電荷蓄積時間の異なる２種類の映像信号が撮像
され、電荷蓄積時間の短い方の信号を増幅することによ
り、感度レベルが同一で特性の異なる映像信号を取得す
ることができる。この高感度ＣＣＤテレビカメラを用い
れば、夜間など低照度の条件下でより効果的な監視を行
える。例えば、夜間の屋外などでの監視を考えた時、背
景など動きの変化の少ない場所は電荷蓄積画像を使って
監視し、画像で何らかの動きが認められた時には画面の
Ｓ／Ｎ比は劣るが、動く物をぶれなくとらえることので
きる高利得増幅された出力信号によってその被写体を確
認することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高感度ＣＣＤテレビカメラの実施形態
を示す回路構成ブロック図である。

【図２】図１の動作を説明するためのタイミングチャー
ト１である。

【図３】図１の動作を説明するためのタイミングチャー
ト２である。

【図４】従来の高感度ＣＣＤテレビカメラの回路構成例
を示すブロック図である。

【図５】図４の動作を説明するためのタイミングチャー
トである。

【符号の説明】

１ ハーフミラー ２ ミラー ３、４ ＣＣＤ撮像素子 ５、６ 映像信号処理回路 ７ 画像メモリ回路 ８ 高利得増幅回路 ９、１０ エンコーダ回路 １１、１２ 出力回路 １３ 駆勤回路 １４ 長時間露光回路 １５ 同期信号発生回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズとハーフミラーとミラーとを有
   し、該レンズで撮像した光信号を二系統に分割する光学
   系と、 前記二系統の光学系による光信号を撮像し２つの映像信
   号を出力する２つの処理手段とを有し、 該２つの処理手段の一方はＣＣＤ撮像素子の電荷蓄積時
   間を１フィールド期間または１フレーム期間とし、且つ
   他方のＣＣＤ撮像素子の電荷蓄積時間を１フィールド期
   間または１フレーム期間より長くした２種類の映像信号
   を出力することを特徴とする高感度ＣＣＤテレビカメ
   ラ。
2. 【請求項２】 前記高感度ＣＣＤテレビカメラは、さら
   に前記ＣＣＤ撮像素子の出力信号を電気的に増幅する高
   利得増幅手段と、前記ＣＣＤ撮像素子の出力信号を記憶
   する画像メモリ手段とを有し、前記１方の１フィールド
   期間または１フレーム期間の映像信号を前記高利得増幅
   手段が増幅し、且つ前記他方の１フィールド期間または
   １フレーム期間より長く間欠的に出力される映像信号を
   前記画像メモリに記憶させて連続的な映像信号とするこ
   とを特徴とする請求項１記載の高感度ＣＣＤテレビカメ
   ラ。
3. 【請求項３】 前記高感度ＣＣＤテレビカメラは、さら
   に前記映像信号を処理して出力する映像信号処理手段を
   有し、前記二系統の光信号を前記ＣＣＤ撮像素子がそれ
   ぞれ独立して撮像し、該撮像した２個の映像信号を各個
   に処理して出力することを特徴とする請求項１または２
   記載の高感度ＣＣＤテレビカメラ。