JPH09187024A

JPH09187024A - 高速撮影装置

Info

Publication number: JPH09187024A
Application number: JP7353361A
Authority: JP
Inventors: Koji Eto; 剛治江藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1997-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】並列読出し高速撮像素子を備える高速撮影装
置における画素の位置ズレや感度のムラの調整をできる
ようにすること。【解決手段】入射光を光分割手段により分割して、信号
の並列読み出しによる高速撮像素子に入射させる複数板
式の高速ビデオ撮影装置において、１画素ごとの感度調
整と位置調整手段を備えることにより、光分割プリズム
の交換や並列読み出しに伴う撮像素子間の画素の位置ズ
レや感度のムラを簡単に調整できることを特徴とする高
速撮影装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同一の被写体を複
数の撮像素子で同時にもしくは時差を与えつつ撮影する
撮影装置に関するものであり、被写体の変化の高速連続
撮影、高速連続カラー撮影、複数の波長の光で同時に撮
影することによる温度場や化学変化などの連続画像計測
に好適な撮影手段を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば，本発明者に係る特開平４ー６８
８７６号公報に記載の撮影装置は，入射光を３分割する
光分割プリズムを備え、それぞれを複数個の撮像素子で
撮影するとともに、各撮像素子の前面にＲ、Ｇ、Ｂなど
のカラーフィルターや、特殊な波長の光だけを通すフィ
ルターを付け変えられる構造となっており、カラー撮影
や分光撮影を行うことができる。またフィルターを付け
ずに、各撮像素子の撮影タイミングを各撮像素子の撮影
時間間隔の１／３ずつずらせば、３倍速撮影装置とな
る。撮影タイミングの遅れをより小さな時間間隔とすれ
ば、連続する３枚１組の画像から、任意の小さな時間間
隔で速度場、加速度場が得られ、これらが、もとの撮影
速度で連続的に計測できる。

【０００３】光分割プリズムの形状が単純な場合には、
プリズムを固定してフィルターを取り替えるかわりに、
プリズム面に直接フィルターを蒸着し、フィルター付き
プリズムそのものを取り替えることにより、カラー撮
影、分光撮影、高解像力撮影、３倍速撮影、速度場・加
速度場計測等を行うことができる。

【０００４】撮像素子に生じた電気信号を複数の読み出
し線で同時に読み出すことによる高速読み出し撮像素子
は、現在最も一般的に用いられる高速ビデオカメラ用撮
像素子である。

【０００５】光分割を行うには、これまではミラーの組
み合わせや、複雑な形状のプリズムが用いられてきた。

【０００６】感温液晶を塗布した固体や感温液晶マイク
ロカプセルを分散させた水をカラービデオ撮影し、ピク
セル単位もしくは微小領域ごとのＲ、Ｇ、Ｂ成分の輝度
比をとることにより、温度の時空間変化を計測すること
は一般的に行われている。科学計測においてはさらに、
光のＲ、Ｇ、Ｂ成分への分離よりは、照明光源やそれぞ
れの現象に特有の波長成分等に分離して撮影し、温度変
化だけでなく、化学変化等を追跡することが行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】並列読み出し高速撮像
素子では、各読み出し線ごとのアンプの増幅特性の違い
等のために、画像に縞が生じる。すなわち、例えば１６
本の走査線を同時に走査して読み出す１６並列読み出し
素子では、１本目、１７本目、３３本目のように、１６
本ごとに同じアンプで増幅される。このためそのアンプ
の増幅度が他の１５本に比べてやや高ければ、画像上で
は１６本ごとに少し白目の線が入ることになる。低けれ
ば黒目の線となって現れる。すなわち水平方向の縞状の
輝度ムラが生じる。このため読み出し線ごとの感度調整
を行う必要がある。

【０００８】また複数のプリズムを複雑に張り合わせて
作った特殊プリズムでは、もとの個々のプリズムの製作
時に生じる、反射面の反射率の個々のプリズムごとのバ
ラツキのために、接合面と直角方向に徐々に変わる、画
面全体としての輝度の差が生じる。とくに、１／２反射
面の製作では、どのような入射角から入った光も、一様
に５０％反射し、５０％透過するプリズムの製作は困難
なので、これによる画面全体としての輝度の差も生じ
る。波長分離反射面の場合も同様である。プリズムの反
射面が原因で生じる輝度の差を調整するためには画面全
体としての感度調整を行う必要がある。

【０００９】異なる波長で撮影された複数の画像中の、
対応する同一の小領域の輝度比により、温度や化学変化
も同時に計測する撮影装置においては、画面全体に同じ
強度の一様な光が入射したときは、画面のどの部分の出
力信号も同一の強さでなければならない。実際には、各
画素の輝度感度には、撮像素子の製作時に避けられない
ランダムなムラがある。これを調整するためには画素ご
との感度調整を行う必要がある。

【００１０】撮像素子の画素ピッチは小さいので、複数
の撮像素子で撮影された画像の画素の位置調整を完全に
行うためには、光分割プリズムの加工と撮像素子の取り
付けには非常に精度の高い特殊技術が必要となる。

【００１１】とくに光分割プリズムと撮像素子の間に空
間を空け、フィルターを交換できる構成とした撮影装置
や、撮像素子を固定したままフィルター付きプリズムが
交換できる構成とした撮影装置では、プリズムと撮像素
子を直接接着していないので、現在の技術では完全に位
置調整を行うことはできない。

【００１２】レンズの収差、プリズムの取り付け誤差、
プリズムと撮像素子の取り付け誤差などのために、左右
の平行移動ズレだけでなく、非線形な位置ズレが生じ
る。これらを補正する必要がある。

【００１３】光分割のために複雑な形状のプリズムや、
平面ミラーの組み合わせを用いると、光分割手段の交換
は困難になる。フィルターだけを交換する構成の場合で
も、フィルター取り替えホールダーと光分割プリズムの
位置関係を固定することが困難になる。また撮像素子の
取り付け誤差も大きくなる。

【００１４】位置調整や感度調整には複雑な計算が必要
である。撮影時や撮影直後の再生時に逐一このような計
算を行うために、撮影装置に複雑な計算手段を組み入れ
ると、装置が複雑になるとともに、計算時間のために、
撮影後の再生までの時間も長くなる。

【００１５】位置合わせ調整、上記の種々の感度調整を
撮影前のキャリブレーションに基づいて撮影後にコンピ
ュータを用いてソフト的に行うことは可能であるが、調
整計算を１度行うごとに隣接する画素からの出力の重み
付き平均に伴う平滑化が行われることになり、画像にい
わゆるなまりが生じて解像力が低下する。すなわちソフ
ト的な位置調整・感度調整計算の回数は最小限とする必
要がある。できればまとめて１回のできる限り単純な調
整計算で全ての調整を考慮した調整を行うことができれ
ば、解像力の低下を最小限に押さえることができる。

【００１６】１／２反射面や波長分離反射面を用いる
と、反射画像と透過画像では像が左右に反転する。反転
した画像をもとに戻すことも必要である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１で、入射光を複
数の画像に分割する光分割手段と該複数の画像それぞれ
を電子情報に変えるための撮像素子を持ち、該撮像素子
から、撮影時に生じた電気信号を多数の読み出し線で同
時に読み出すことによる高速撮影装置において，１画素
ごとに、基準画面からのズレを調整するための位置調整
を行う手段と、１画素ごとに感度を調整するための感度
調整を行う手段の両方もしくはいずれかを持っているこ
とを特徴とする撮影装置を提供することにより、高速撮
影を可能にするとともに、並列読み出し撮像素子を用い
る場合に避けられないアンプごとの感度のばらつきが原
因で生じる縞状の輝度ムラを高精度で補正し、解消する
ことができる。

【００１８】並列読み出し線ごとのアンプの増幅特性の
差に基づく縞状の輝度ムラだけであれば、感度調整装置
は読み出し線の数だけあれば良いが、種々の原因に基づ
く感度のムラがあるので、画素ごとの感度調整を行うこ
とにより、これらをまとめて１回の感度調整で行うこと
ができる。これにより、並列読み出しに基づく輝度調整
の手段は不要になる。

【００１９】また、複数のプリズムを複雑に貼り合わせ
て作成した特殊プリズムを用いる場合でも、部分反射面
の製作精度や部分反射面への光の入射角の相違等による
画面上の輝度の全体的な変化を補正することができる。

【００２０】また、撮像素子の製作時に避けられない画
素ごとのランダムな感度の差を補正することができる。
これにより、複数の波長で撮影された同一の画面から温
度変化や化学変化等を同時に計測する場合においても、
計測精度を大きく改善することができる。

【００２１】また、光分割プリズムの加工と撮像素子の
取り付けに伴う、複数の撮像素子で撮影された画像の画
素の位置ズレを調整することができる。

【００２２】とくに、光分割プリズムと撮像素子の間に
空間を空け、フィルターを交換できる構成とした撮影装
置や、撮像素子を固定したままフィルター付きプリズム
が交換できる構成とした撮影装置のように、プリズムと
撮像素子が直接接合されていないような場合にも、その
ために生ずる画素の位置ズレも補正することができる。

【００２３】さらに、レンズの収差、プリズムの取り付
け誤差、プリズムと撮像素子の取り付け誤差などのため
に生ずる、左右の平行移動ずれだけでなく、非線形な位
置ずれも補正することができる。

【００２４】請求項２では、直角２等辺３角形プリズム
を４個張り合わせて作った立方体または直方体のプリズ
ムを備え、面に入射した光の一部もしくは全部を反射
し、残りを透過する反射膜を備え、入射光を複数の画像
に分割する光分割プリズムを備えることを特徴とする請
求項１の撮影装置を提供することにより、同一の画像を
３枚の撮像素子に同時に結像させることができるととも
に、これまで用いられてきた複雑な形状の光分割プリズ
ムや平面ミラーの組み合わせに比べて、形状がはるかに
単純でかつコンパクトな形状の光分割プリズムを提供す
るので、プリズムの取り替え、フィルターホルダーの取
り付け、撮像素子の取り付け等が高精度かつ容易に行え
る。一方、製作は通常のプリズムの製作より高度の技術
を要し、もとの個々のプリズムの張り合わせ時のズレ
や、反射面の蒸着時の加工精度等のために、位置ズレや
感度のムラ等は避けられないが、これらは請求項１の手
段で調整することができる。

【００２５】請求項３では、基準画面の画素一つずつに
対して各撮像素子のどの画素からどの画素までが対応す
るかを指定する対応表と、対応する各撮像素子の複数の
画素のそれぞれが基準画面の画素に対する寄与率を示す
重み係数表を記憶する記憶手段を備えることを特徴とす
る請求項１または請求項２の撮影装置を提供することに
より、位置調整に必要な複雑な計算は、撮影に先だって
コンピュータで行っておき、計算の結果得られる該対応
表、重み係数表を該撮影装置に記憶させ、実際の撮影や
再生時には、各画素について、これらの表を用いて簡単
な加減算と乗算からなる計算を行うだけで、種々の原因
に基づく、各画素の位置ズレの調整を１回でまとめて行
うことができる装置を提供する。これにより、位置調整
のための計算時間を大きく短縮し、撮影後の再生までの
時間を短縮することができる。

【００２６】請求項４では、画素一つずつに対して、各
撮像素子に光が入射していない場合の各画素からの電子
信号の出力を表すゼロ補正定数表と、感度補正のための
係数表のいずれか、もしくは両方を記憶する記憶手段を
備えることを特徴とする請求項３の撮影装置を提供する
ことにより、感度調整に必要な計算は、撮影に先だって
コンピュータで行っておき、計算の結果得られる、ゼロ
補正定数表、感度補正のための係数表等を該撮影装置に
記憶させ、実際の撮影や再生時には、各画素について、
これらの表を用いて簡単な加減算と乗算からなる計算を
行うだけで、種々の原因に基づく、感度のムラの調整を
１回でまとめて行うことができる。

【００２７】また位置合わせ調整、上記の種々の輝度感
度調整をまとめて、１度の調整計算で行うので、隣接す
る画素からの出力の重み付き平均に伴う平滑化のために
生ずる画像のなまりによる解像力の低下を最小限に押さ
えることができる。

【００２８】さらに、請求項３で、基準画面の画素一つ
ずつに対して各撮像素子のどの画素からどの画素までが
対応するかを指定する対応表と、対応する各撮像素子の
複数の画素のそれぞれが基準画面の画素に対する寄与率
を示す重み係数表を撮影装置内に記憶する撮影装置を提
供することにより、１／２反射面や波長分離反射面を用
いるときに生じる、反射画像と透過画像の像の左右の反
転も、位置調整と同時に行われる。

【００２９】とくに科学・技術計測においては、本発明
に係るキャリブレーションを行うことで、新たな経費や
労力は生じない。すなわち、家庭用ビデオカメラや報道
用ビデオカメラでは，撮影に先だって、位置調整や感度
調整のためのキャリブレーションを行うのは実用的でな
い。しかし科学技術計測の場合には、定量計測のために
は，家庭用ビデオカメラを使うような場合であっても，
前もって標準スケールを写し，撮影後被写体の実際の変
形量を計算する。色調から温度換算を行うような場合も
同様に前もってキャリブレーションしておくことが必要
である。このように科学技術計測においては，従来から
行っている定量計測のためのキャリブレーションのかわ
りに，本発明に係る位置調整と感度調整のためのキャリ
ブレーションを行うので、そのための新たな費用や労力
は生じない。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に、図面に示す本発明の実施の
形態について詳細に説明する。図１中、１は撮像レンズ
系、２Ａ，２Ｂ，２Ｃは光分割手段、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ
は撮像素子、４Ａ，４Ｂ，４Ｃはマイクロチャンネルプ
レート（ＭＣＰ）型光増強手段、６Ａ，６Ｂは同期信号
発生装置、８Ａ，８Ｂ，８Ｃはアンプ、１０はＡ／Ｄ変
換器、１１は画像情報の高速一時記憶手段、１２は感度
調整に必要な定数の高速一時記憶手段、１３は位置調整
に必要な定数の高速一時記憶手段、１６はコンピュー
タ、１７は画像構成手段、１８は再生用モニター、１９
は半導体レーザー射出装置、２０は受光板、２９は大容
量長期記憶手段、３０はコンピュータに備えた、もしく
は接続する大容量長期記憶手段、３１は撮像部、３２は
制御部、３３はビデオ画像録画装置出力端子である。

【００３１】上記光分割手段２Ａ〜２Ｃは取り替え可能
であって、図２に示すように、直角二等辺三角柱状の分
割プリズム２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを４個結合
して直方体状のプリズム２２を形成している。

【００３２】図３（Ａ）は、カラー撮影用の光分割手段
２Ａであって、分割プリズム２１Ａ〜２１Ｄの入射面ま
たは出射面を構成する面に、赤色光反射フィルタ２５
ａ、緑色光反射フィルタ２５ｂを取付けている。

【００３３】図３（Ｂ）は、上記光分割手段２Ｂの分割
プリズム２１Ａ〜２１Ｄの入射面または出射面を構成す
る面にそれぞれ入射光のうち１／２の光線を透過させ、
１／２光線を反射する１／２反射膜２７ａを取付けてい
る。

【００３４】図３（Ｃ）は、上記光分割手段の分割プリ
ズムの入射面または出射面を構成する面に、５００ｎｍ
以下の波長の光を反射する第１の反射膜３０ａと、５２
０ｎｍ以上の光を反射する第２の反射膜３０ｂとを備え
ている。

【００３５】上記撮像素子３Ａ〜３Ｃは上記光分割手段
２Ａ〜２Ｃから入射した光をアナログ電気信号からなる
輝度信号に変換する。該撮像素子はそれぞれ信号読み出
し線を１６本備えており、時々刻々連続的に撮影される
画像を、１６の画素列ごとに同時に読み出すことによ
り、２５６×２５６画素の標準モードで、１秒間に４、
５００枚という高速でビデオ撮影することができる。最
高は６４×６４の画素数に対して１秒間に４０、５００
枚の高速ビデオ撮影を行うことができる。

【００３６】マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）型
光増強手段４Ａ〜４Ｃは、撮像素子３Ａ〜３Ｃの受光面
の前面に配置され、光電面で光を電子に変え、ＭＣＰ中
のアバランシュ効果により発生した大量の２次電子を蛍
光面に衝突させることにより、撮像素子３Ｂ〜３Ｃに入
射する光線を最大数万倍にまで増強することができる。
高速撮影では光量不足が最大の問題の一つとなるが、Ｍ
ＣＰ型光増強手段はこの問題を解決する。また光電面と
ＭＣＰの間の電圧を高速で切り替えることにより、最短
で１／５千万秒の高速でゲーティング（シャッタリン
グ）を行うことができる。

【００３７】第１の同期信号発生装置６Ａは、後述する
ように、撮像素子３Ａ〜３Ｃの撮影時間遅延時間を調節
する。また、第２の同期信号発生装置６Ｂは、ＭＣＰ型
光増強手段４Ａ〜４Ｃのゲーティング時間及び／又は遅
延時間を調節する。

【００３８】アンプ８Ａ〜８Ｃは上記撮像素子３Ａ〜３
Ｃの出力するアナログ電気信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器
１０がこれをデジタル電気信号に変換する。

【００３９】本実施例の画像情報の高速一時記憶手段１
１は、固体記憶素子からなり、上記Ａ／Ｄ変換器１０が
出力する信号を一時的に記憶する。とくに該実施例では
並列読み出し高速撮像素子を用いているので，撮影時に
は撮像素子から非常に高速に大量の画像信号が出力され
る。これらを記憶手段１１上に上書き記録していく。す
なわち、最後の記憶領域に画像情報が書き込まれたら、
次の画像情報は最初の記憶領域に上書きし、以下連続的
に上書きを続ける。撮影対象の現象が生起した時点で上
書き操作を停止し，その後ゆっくり画像に構成する。

【００４０】本実施例の感度調整に必要な定数の高速一
時記憶手段１２は、固体記憶素子からなり、画素一つず
つに対して、各撮像素子に光が入射していない場合の各
画素からの電気信号の出力を表すゼロ補正定数表と、感
度補正のための係数表のいずれか、もしくは両方を記憶
する。

【００４１】本実施例の位置調整に必要な定数の高速一
時記憶手段１３は、固体記憶素子からなり、基準画素一
つずつに対して各撮像素子のどの画素からどの画素まで
が対応するかを指定する対応表と、対応する各撮像素子
の複数の画素のそれぞれが基準画面の画素に対する寄与
率を示す重み係数表を記憶する。

【００４２】本実施例では、光分割プリズムの交換と同
期信号発生手段６の設定の仕方により、種々の撮影手段
を提供する構成としているが、プリズムごとに、感度調
整に必要な定数および位置調整に必要な定数は異なる。
該定数は撮影に先だって後述の手段でキャリブレーショ
ンを行った時点でコンピュータ１６により計算し、大容
量長期記憶手段２９に記憶する。

【００４３】本実施例の大容量長期記憶手段２９は、カ
ートリッジ式ハードディスク装置よりなる。実際の撮影
時には、そのとき用いる光分割プリズムに対応する該定
数を長期記憶手段２９より呼び出し、高速記憶手段１
２、１３に一時記憶させ、画像構成手段１７により、高
速に位置調整、感度調整を行う。

【００４４】位置調整、感度調整に必要な定数は、用い
るレンズ、絞りの程度等によっても異なる。プリズムだ
けでなく、レンズ等との組み合わせごとに該定数を求
め、大容量長期記憶手段２９に記憶しても良い。

【００４５】画像情報の高速一時記憶手段１１に記憶さ
れた画像情報は、大容量長期記憶手段２９に移し、長期
にわたって安定的に保存することができる構成としてい
る。

【００４６】本実施例では、制御部３２とコンピュータ
１６はコードで直結するオンライン構成としている。ま
たコードをはずしてオフライン構成とし、大容量長期記
憶手段２９と３０の間でカートリッジ式ハードディスク
を入れ替えることにより、制御部３２とコンピュータ１
６の間で情報を交換することもできる構成としている。

【００４７】本実施例の画像構成手段１７は、マイクロ
コンピュータからなる。該画像構成手段１７は、画像情
報の高速一時記憶手段１１、感度調整に必要な定数の高
速一時記憶手段１２、位置調整に必要な定数の高速一時
記憶手段１３に記憶された情報や定数を用いて、感度調
整および位置調整計算を行うとともに、調整前のもしく
は調整された画像情報を、大容量長期記憶手段２９、コ
ンピュータ１６のうち、指定された手段に転送する。こ
れらの情報処理や転送は、全てディジタル信号をもって
行われる。

【００４８】本実施例の画像構成手段１７は、ディジタ
ル画像信号をアナログのＮＴＳＣ信号に変換する機構も
有している。これを再生用モニター１８に出力する。再
生用モニターテレビに転送すると同時に、アナログのビ
デオ画像録画装置接続端子３３に出力する構成としてい
る。

【００４９】本実施例では，アナログ出力モードは３種
ある。標準モードでは，同期撮影後，位置調整・感度調
整の終わった３枚の撮像素子のディジタル情報を合成し
てＮＴＳＣ信号として出力する。３倍速モードでは，３
枚の撮像素子のデジタル情報を順次ＮＴＳＣ信号に変換
して出力する。調整用モニタリングモードでは，３枚の
撮像素子のうち，任意の１枚の撮像素子の信号を連続し
て，ＮＴＳＣ信号に変換してモノクロ画面として出力す
る。

【００５０】本実施例の撮像素子３は、撮影中１秒間に
数千〜数万枚の割合で画像信号を出力するが、その中か
ら１／３０秒ごとに１枚の画像を抽出し、画像に構成し
たのち、ＮＴＳＣ信号に変換し、再生用モニター１８に
出力する構成にしている。これにより、撮影状態をオン
ラインでモニタリングできる。

【００５１】本実施例のコンピュータ１６はワークステ
ーションからなる。コンピュータ１６は、画像構成手段
１７からオンラインで直接転送された画像情報、もしく
は大容量長期記憶手段２９、３０を用いてオフラインで
入力された画像情報を用いて位置調整、感度調整に必要
な定数を計算し、これを逆経路で、感度調整に必要な定
数の高速一時記憶手段１２、位置調整に必要な定数の高
速一時記憶手段１３、もしくは大容量長期記憶手段２９
に転送する。

【００５２】コンピュータ１６は位置調整・感度調整を
行ったのちの画像情報を用いて、速度場、加速度場、温
度場などの、科学技術計測に必要な量を計算し出力す
る。

【００５３】本実施例では、基準画面の１画素ごとに画
素の対応表と重み係数表を与える場合は、後述のように
基準画面の１画素当り、画素の対応表に４個、重み係数
表に４個の合計８個の記憶場所を必要とする。これは１
撮像素子当たり８画面分の記憶容量となる。一方、本実
施例の画像情報の記憶容量は１撮像素子当り１、０００
枚であるので、８画面分程度の記憶容量の増加は全く問
題にならない。

【００５４】本実施例の画像情報の高速一時記憶手段１
１は、１画面あたり２５６×２５６＝６５、５３６画素
であり、これを１撮像素子当り１、０００枚分の、合計
３、０００枚分装備している。

【００５５】次に、調整のための定数を求めるキャリブ
レーションの方法について説明する。まず、撮像素子の
各画素のゼロ補正定数を求めるキャリブレーションにつ
いて説明する。この場合、まずレンズ系１にキャップを
被せる等の処理を行って、光の入射がない状態で撮影を
行う。この撮影時の各画素の定数がゼロ補正定数Ｒであ
る。

【００５６】次に、画素のずれを補正するためのキャリ
ブレーションについて説明する。図５の５３は位置調整
用のターゲットプレートである。ターゲットプレート
は、白色板５１上に１５行×１５列の２２５個の黒点５
２を等間隔に描いたものからなり，中央（８行８列目）
の点５４は他の点よりも大きい。また中央の点５４の上
方に小さな反射鏡５５を備えている。中央の点５４の重
心と反射鏡５５の中心との距離は，カメラのレンズ光軸
と，レンズ光軸の鉛直直上にカメラに備えた半導体レー
ザー射出装置１９の光軸の距離に等しい。半導体レーザ
ー射出装置からレーザービームを照射し、ターゲットプ
レートの反射鏡５５で反射したレーザー光が，半導体レ
ーザー射出装置１９の周囲に設けた受光板２０に入射し
たときに，カメラとターゲットプレートを固定して撮影
を行う。このとき２２５個の点全てが，写っている必要
はない。

【００５７】画像情報の高速一時記憶手段１１に貯えら
れたデジタル画像情報を，そのままコンピュータ１６に
転送する。１０００枚分の画像について，各画素ごとの
平均輝度を計算する。次に，各撮像素子の画像につい
て，公知の画像処理法により，２値化後，写っている黒
点を抽出し，仮の一連の番号を付けるとともに，各点の
重心位置と面積を計算する。このとき距離単位はピクセ
ル単位とする。次に各黒点の像に最も合うように点の像
をあてはめ，重心位置を小数点１位（サブピクセル単
位）で計算する。このとき，各撮像素子について，左下
の画素の左下隅の点を仮の座標（ｘ’，ｙ’）の原点
（０，０）とする。

【００５８】撮像素子３Ａの画面を基準画面とする。面
積の最も大きい点を中心の点とし，１から２２５番まで
の中央である１１３番という番号を付ける。またこの点
の重心点の座標を（ｘ，ｙ）座標の原点（０，０）とす
る。他の２枚の撮像素子についても同様である。この点
から，中央の黒点５４の直径の２倍程度の幅で左右に広
がる帯状の領域内にある点のうち，中央点５４の右側に
あって，中央点との距離が最小の点に１１４番という番
号を付ける。以下同様にして，画面上の点に１から２２
５番までの番号を付け、自動的に撮像素子間の点の対応
付けを行う。ただし、画面上には２２５個の点全てが写
っているとは限らないので、番号は飛び飛びになること
がある。

【００５９】任意の，対応付いた黒点の座標値から基準
画面の座標値を引いた差（△ｘ，△ｙ）を下記の式のよ
うに，その点の基準画面の重心位置（ｘ，ｙ）の二次式
で近似させる。

【００６０】 △ｘ＝ａx・ｘ2＋ｂx・ｙ2＋ｃx・ｘｙ＋ｄx・ｘ＋ｅx・ｙ＋ｆx △ｙ＝ａy・ｘ2＋ｂy・ｙ2＋ｃy・ｘｙ＋ｄy・ｘ＋ｅy・ｙ＋ｆy…（１）

【００６１】上記近似式における、ａx，ｂx，ｃx，ｄ
x，ｅx，ｆx，ａy，ｂy，ｃy，ｄy，ｅy，ｆyを公知の
最小二乗法により求める。

【００６２】次に，基準画面の各画素について４隅の座
標値を式（１）に代入し，これに座標値を加えると，基
準画面の各画素の４隅の点の，他の撮像素子の画面上の
対応位置が求まる。これに，各撮像素子の画面ごとの仮
座標原点の座標を加え，整数部を取って１加えれば（Ｃ
言語の場合は０列から始まるので加える必要はない），
基準画面上の４隅の点が，他の画面上のどの画素の上に
来るかが計算できる。これから，基準画面の各画素に対
する，他の画面の対応する４画素が決まる。

【００６３】本実施例では、画素の配列は碁盤目状とし
ている。よって、４隅の点の総数は２５７×２５７＝６
６、０４９点となる。

【００６４】また，４隅の点の座標値の少数部，もしく
はそれを１から差し引いたものの積から，十分高い精度
で，対応する４画素のそれぞれの寄与率（重み係数）が
計算される。これらを加えたものは１でなければならな
いので，少しずれた場合は，重み係数に一定値を乗じて
和が１になるようにする。

【００６５】次に、感度調整の方法を説明する。感度調
整を行わない状態で被写体を撮影して，各画素ごとに
１，０００枚の平均値を取る。これからゼロ補正定数Ｒ
を引く。その画面内の平均値を取る（この平均値は、撮
像素子の撮像面全体でも撮像面の中心近傍の領域のもの
であってもよい。）次に、図４に示すように光源４０、
レンズ４１、散乱面４２，４３及び光源４０の輝度を調
節する調節手段４５を備える装置４６をレンズ系１に取
付けて輝度を変更しながら撮影を行う。このとき、輝度
を変更する度に、各画素の出力から補正定数Ｒを引いた
輝度の画面内の平均値を計算する。そして、平均値が上
記被写体の平均輝度と同程度になったときの各画素から
の出力の１，０００枚の画像の平均値を求める。補正係
数Ｓは下記の式より得られる。

【００６６】感度補正係数Ｓ＝（画面全体の平均輝度）
／｛（各画素からの出力の１，０００枚の平均値）−ゼ
ロ補正定数Ｒ｝

【００６７】ゼロ補正定数Ｒと感度補正係数Ｓは画素ご
とに得られる。

【００６８】カラー撮影用の光分割手段２Ａを使用する
場合には、上記撮像素子３Ａ〜３Ｃのゲーティング時間
を同期させて撮影を行う。この場合、光分割手段２０に
より入射光は図３（Ａ）に示すように、赤色光Ａ１、緑
色光Ａ２、青色光Ａ３に３分割されて各撮像手段３Ａ〜
３Ｃに入力されるため、光量を損なわずにカラー撮影を
行うことができる。

【００６９】上記光分割手段２Ｃを取付けて撮影を行う
場合、図３（Ｂ）中Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３で示すように、入
射光は１／４毎の光に分割されて撮像素子３Ａ〜３Ｃに
入射する。撮影時刻を遅延させれば、３枚１組の連続画
像が得られ、時刻毎の速度、加速度を知ることができ
る。

【００７０】なお、図６（Ａ）に示すように、撮像素子
３Ａ〜３Ｃのゲーティング時間ｔを遅延させることによ
り撮影時間を遅延させたもよいし、図６（Ｂ）に示すよ
うに、撮像素子３Ａ〜３Ｃのゲーティング時間ｔを同期
させてＭＣＰ型光増強手段４Ａ〜４Ｂのゲーティング時
間により撮影時間を遅延させてもよい。

【００７１】光分割手段２Ｃを取付けた場合には、撮像
素子３Ａ〜３Ｃの撮影時刻を同期させて撮影を行う。こ
の場合、図３（Ｃ）で示すように、５２０ｎｍ以上の光
Ｃ１、５００ｎｍ以下の光Ｃ２及び５００ｎｍ〜５２０
ｎｍの光Ｃ３に分割される。本実施例ではアルゴンイオ
ンレーザーの青色光（４８８ｎｍ）、緑色光（５１４ｎ
ｍ）、アルゴンイオンレーザーの照射により生じる黄色
の蛍光（５２０ｎｍ）を分離して撮影できる。このよう
に科学計測用では異なる周波数の光線を計測する場合が
多く、光分割手段２Ｃは、かかる場合に有用である。

【００７２】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、種々の変形が可能である。

【００７３】図３（Ａ）の光分割手段のフィルタは、赤
色光反射フィルタ、緑色光反射フィルタ及び青色反射フ
ィルタのうちのいずれか２種のフィルターを取付けた構
成であればよい。また補色系統の３種のフィルタのうち
２色を反射するものでも良い。

【００７４】高速一時記憶手段１１は、撮影速度によっ
ては固体記憶素子であるを要しない。他の光学もしくは
磁気的記憶手段でも良い。大容量長期記憶手段２９は、
必ずしもカートリッジ式ハードディスク装置であるを要
しない。主電源を切った状態であっても、安定に記憶が
保存できる手段であれば、他の磁気式もしくは光学式も
しくは長期安定電源付き固体記憶素子等であっても良
い。また大容量長期記憶手段２９は、撮影装置の本体に
組み込む構成としても良いし、外部に置いてコードで結
合する構成としても良い。コンピュータ１６と制御部３
２はコードで結合する構成としているが、コンピュータ
１６は制御部３２と一体化した構成としても良い。また
オフライン時の情報交換は、他の記憶媒体の交換によっ
ても良いし、大容量長期記憶手段そのものを、制御部３
２とコンピュータ１６の間で繋ぎ変え、大容量長期記憶
手段の台数を減らしても良い。画像構成手段１７は内蔵
のマイクロコンピュータであるを要しない。より大型の
高速コンピュータであっても良い。また、実際に演算を
行うマイクロプロセッサーは高速計算のために複数個あ
っても良い。コンピュータ１６はワークステーションで
あるを要しない。より大型もしくは小型の計算機でも良
い。

【００７５】感度調整に必要な定数の高速一時記憶手段
１２、位置調整に必要な定数の高速一時記憶手段１３
は、画像構成手段１７の中に設けた一時記憶手段の中に
設けても良い。

【００７６】ビデオ画像録画装置接続端子３３への出力
はディジタル信号としても良いし、アナログ用とディジ
タル用の双方を備える構成としても良い。

【００７７】アナログ画像信号はＮＴＳＣ信号であるを
要しない。ヨーロッパで用いられるＰＡＬ信号であって
も良いし、ハイビジョン信号であっても良い。またこれ
らの切り替え選択式であっても良い。

【００７８】位置調整の方法は、図５のターゲットプレ
ートを用いる必要はない。点の数が変わっても良いし、
メッシュ板でも良いし、より簡便にはキャリブレーショ
ン板を用いずに、直接被写体を写した３枚の画像から、
相関係数等の類似指標が最大となるように、変換係数を
決めても良い。本実施例の方法は比較的簡単に高精度の
画素合わせ手段を提供している。

【００７９】画素の位置調整に必要な定数は、基準画面
の各画素に対する各撮像素子のどの画素からどの画素ま
でが対応するかを指定する対応表と、対応する各撮像素
子の複数の画素のそれぞれが基準画面の画素に対する寄
与率を示す重み係数表であるを要しない。どの画素が対
応するかを計算する数式の係数等であっても良い。しか
しながら、実際に位置調整計算を行うときは、必ずある
段階で画素の対応関係と重み係数を計算する必要がある
ので、はじめから基準画面の１画素ごとに画素の対応表
と重み係数表を与えておく方が、画像構成時の計算手順
が単純になり、処理速度も大きく向上する。

【００８０】撮像素子上の画素構成は碁盤目状とは限ら
ない。例えば千鳥格子状の場合等もある。このような場
合や、ＮＴＳＣ様式を基準画面とするような場合には、
基準画面に対応するもとの撮像素子の画素数は４個とは
限らない。それに対応して重み係数も変わる。

【００８１】本実施例の画像情報記憶手段１１は、位置
調整、感度調整を行う以前の画像情報を記憶する構成と
しているが、位置調整、感度調整の双方、もしくは一方
を行った後の画像も記憶する構成としても良い。この場
合、調整前の情報と調整後の情報の全てが記憶できるよ
うにしても良いし、調整前の画像情報の上に調整後の画
像を上書きする構成としても良い。この場合、調整中の
画像情報を一時記憶するためのバッファー記憶領域を設
けても良いし、調整の終了した画像を調整前の別の画像
が記憶されていた領域に逐次移動して記憶し、バッファ
ー領域を節約するとともに、計算速度を早めても良い。

【００８２】また、１個の撮像素子を用いて撮影し、全
ての記憶容量を用いることにより、３個の撮像素子を用
いる場合に比べて３倍の記憶容量を持つ撮影モードを有
する構成としても良い。

【００８３】位置合わせのための変換式は式（１）の形
である必要はない。例えば式（１）から線形部分を削除
したものであっても良い。この場合、定数項により平行
移動が表され、２次の項によって球面収差などの非線形
変形が調整できる。ただし線形項の削除により、拡大、
縮小変形は表されない。ただし２次非線形変換により、
ある程度、拡大、縮小も調整できる。その他、線形変
換、アフィン変換、３次関数変換、フーリエ級数、ベッ
セル関数等を用いて上記△ｘ，△ｙを求めてもよい。関
数の選択は、歪の特性、所要精度、計算時間などを考慮
して選択する。

【００８４】また全画面を複数の小領域に分割し，それ
ぞれ別の変換係数を用いても良い。

【００８５】ＮＴＳＣ信号に変換するときは，基準画素
座標に変換した３枚の画像情報を用いて，位置ズレの調
整と同様の方法で，ＮＴＳＣ信号の走査線やサンプリン
グ周波数にあわせても良いし，ＮＴＳＣ様式をはじめか
ら基準画面として，画素の対応表と重み係数表を計算し
ても良い。後者の場合，画像のなまりが減る。ハード的
に完全に画素合わせしておく場合でも，画素の列と行の
数がＮＴＳＣ信号の場合と異なるので，一度はこのよう
なソフト的な画素合わせ計算を必要とし，若干の画像劣
化は免れない。本発明の場合は，ハード的には画素合わ
せはしていないが，ソフト的な画素調整計算を一回で済
ますことができるので，ＮＴＳＣ信号でモニターする限
りにおいては，同じ総画素数で，ハード的に画素合わせ
をした場合とほとんど変わらない画質となる。

【００８６】ゼロ補正定数Ｒは，該撮影手段に光が入射
しないときの各画素からの出力であるを要しない。装置
４６の輝度を，被写体の輝度の周辺で２レベル以上変え
て撮影し，この輝度と出力の関係に，最小二乗法で直線
を当てはめ，定数項をゼロ補正定数Ｒ，勾配を感度補正
係数Ｓとしても良い。この場合は，図６に示すように，
感度に非線形性があっても，高い精度で，実際の輝度を
画素ごとに推定できる。

【００８７】感度調整は，位置調整の後行う構成として
も良い。この場合は，位置調整のための重み係数の和が
１とはならない。基準画素に合うように位置調整した画
素の一つが比較的感度が高ければ、重み係数の和は１以
下となり，逆の場合は１以上となる。すなわち，重み係
数に，位置調整後の感度補正係数を乗じたものが，新た
に重み係数となり，感度補正係数Ｓは不要となる。

【００８８】光分割手段と撮像素子との間でフィルター
を配置してもよい。

【００８９】また光分割プリズムと撮像素子をはずれな
いように接合した構成でも良い。この場合でも、並列読
み出しに伴う縞状の輝度ムラ、撮像素子製作時の感度ム
ラ、キュービック光分割プリズムの製作と撮像素子の取
り付け時に生じる輝度ムラ、位置ズレ、画像の反転等を
まとめて簡単に調整できる。

【００９０】図４の光源は白色光源でも、半導体レーザ
ーでも、３色の発光ダイオードでも良い。散乱は２枚の
散乱面による必要はない。またレンズを付ける構成とす
るかわりに、発光ダイオード等を全面に配列させても良
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る撮影装置を示す概略回路図であ
る。

【図２】光分割手段を示す斜視図である。

【図３】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）光分割手段を示す平
面図である。

【図４】調節装置を示す概略図である。

【図５】ターゲットプレートを示す正面図である。

【図６】（Ａ），（Ｂ）はゲーティングを示す線図で
ある。

【符号の説明】

１レンズ系２光分割手段３撮像素子４ＭＣＰ型光増強手段１１画像情報の記憶手段１２感度調整に必要な定数の記憶手段１３位置調整に必要な定数の記憶手段１７画像構成手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光を複数の画像に分割する光分割手
段と該複数の画像それぞれを電子情報に変えるための撮
像素子を持ち、該撮像素子から、撮影時に生じた電気信
号を多数の読み出し線で同時に読み出すことによる高速
撮影装置において、１画素ごとに、基準画面からのズレを調整するための位
置調整を行う手段と、１画素ごとに感度を調整するため
の感度調整を行う手段の両方、もしくはいずれかを持っ
ていることを特徴とする撮影装置。
【請求項２】直角２等辺３角形プリズムを４個張り合
わせて作った立方体または直方体のプリズムを備え、面
に入射した光の一部もしくは全部を反射し、残りを透過
する反射膜を備え、入射光を複数の画像に分割する光分
割プリズムを備えることを特徴とする請求項１の撮影装
置。
【請求項３】基準画面の画素一つずつに対して各撮像
素子のどの画素からどの画素までが対応するかを指定す
る対応表と、対応する各撮像素子の複数の画素のそれぞ
れが基準画面の画素に対する寄与率を示す重み係数表を
記憶する記憶手段を備えることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２の撮影装置。
【請求項４】画素一つずつに対して、各撮像素子に光
が入射していない場合の各画素からの電子信号の出力を
表すゼロ補正定数表と、感度補正のための係数表のいず
れか、もしくは両方を記憶する記憶手段を備えることを
特徴とする請求項３の撮影装置。