JPH11316645A - Information input device - Google Patents

Information input device

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JPH11316645A
JPH11316645A JP11035353A JP3535399A JPH11316645A JP H11316645 A JPH11316645 A JP H11316645A JP 11035353 A JP11035353 A JP 11035353A JP 3535399 A JP3535399 A JP 3535399A JP H11316645 A JPH11316645 A JP H11316645A
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JP
Japan
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light
charge transfer
transfer means
light receiving
charge
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JP11035353A
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Shunichi Numazaki
俊一 沼崎
Miwako Doi
美和子 土井
Masayuki Matsunaga
誠之 松長
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a practical three-dimensional(3D) information input device capable of easily performing change of pointing or the view point in a 3D space and naturally moving the character or the like of animation while using the gesture or action of a user as it is. SOLUTION: Concerning the device for providing the differential image of an object at the time of irradiation and no irradiation with light, this device is provided with a light emitting means 3 for irradiating an object with light, area image sensor (IMS) 1 having image pickup parts constituted by two- dimensionally arranging plural light receiving elements for photoelectric conversion and a CCD type charge transfer means or transferring and extracting charges provided by these image pickup parts, and timing signal generating means 5 for driving the CCD type charge transfer means of the IMS, controlling the timing of charge transfer from the light receiving element to the CCD type charge transfer means and performing control the amount of light receiving charges at the time of light emission at the light emitting means and the amount of light receiving charges at the time of light non-emission can be arranged as predetermined in all the IMS or respective CCD type charge transfer means.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、画像を用いて3次
元空間でのポインティングを行うようにした情報入力装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an information input device for performing pointing in a three-dimensional space using an image.

【0002】[0002]

【従来の技術】コンピュータへの入力デバイス、特にポ
インティング入力デバイスとしては、ほぼ標準装備とな
っているマウスが圧倒的に使われている。しかし、マウ
スでできることは、カーソルの移動と、メニューの選択
などであり、あくまでも2次元のポインティングデバイ
スとしての役割を担うに過ぎない。
2. Description of the Related Art As an input device for a computer, in particular, a pointing input device, a mouse which is almost standard equipment is overwhelmingly used. However, what the mouse can do is move the cursor, select a menu, and so on, and serve only as a two-dimensional pointing device.

【0003】マウスで扱えるのは、2次元情報であるか
ら、3次元空間中における物体など奥行きがあるものを
選択することは難しい。また、アニメーションを作成す
るときに、キャラクタに動きをつけるのに使用したい場
合においても、マウスでは、自然な動きをつけることが
難しかった。
Since it is two-dimensional information that can be handled by a mouse, it is difficult to select an object having a depth such as an object in a three-dimensional space. Also, when creating an animation, it is difficult to make a natural movement with a mouse even when it is desired to use the character to make a movement.

【0004】そこで、このような3次元空間でのポイン
ティングの難点を補うために、各種の3次元ポインティ
ングデバイスが開発されている。 <3次元ポインティングデバイス[その1]>代表的な
3次元ポインティングデバイスとして、例えば、図15
に示す如きのものがある。この3次元ポインティングデ
バイスでは、中央の丸い操作つまみ手段部分150を
“前方に押す”、“中央を押す”、“後方を押す”、丸
い操作つまみ手段部分150全体を“持ち上げる”、
“全体を右に回す”、“左に回す”というように、6通
りの操作ができ、6自由度ある。
[0004] To compensate for such difficulties in pointing in a three-dimensional space, various three-dimensional pointing devices have been developed. <Three-dimensional pointing device [Part 1]> As a typical three-dimensional pointing device, for example, FIG.
There are the following. In this three-dimensional pointing device, the center round operation knob means section 150 is "pushed forward", "presses the center", "presses backward", "lifts" the entire round operation knob means section 150,
There are six types of operations, such as "turn the whole clockwise" and "turn left", with six degrees of freedom.

【0005】この6自由度を各種操作指示に割り振るこ
とで、3次元空間内のカーソルの位置(x,y,z)と
向き(x軸,y軸,z軸)制御したり、あるいは、3次
元空間に対する視点位置(x,y,z)と向き(x軸,
y軸,z軸)を制御できる。
By assigning the six degrees of freedom to various operation instructions, the position (x, y, z) and direction (x axis, y axis, z axis) of the cursor in the three-dimensional space can be controlled, or Viewpoint position (x, y, z) and direction (x axis,
(y-axis, z-axis) can be controlled.

【0006】しかしながら、これを実際に操作してみる
と、思うようにカーソルや視点の制御ができないという
問題がある。例えば、左右に回そうとすると、前方ある
いは後方を押してしまい、思わぬ方向にカーソルが動い
たり、視点が動いたりしてしまうと云った具合である。
However, when this is actually operated, there is a problem that the cursor and the viewpoint cannot be controlled as desired. For example, when trying to turn to the left or right, the user pushes forward or backward, and the cursor moves in an unexpected direction or the viewpoint moves.

【0007】このような3次元ポインティングデバイス
に対して、手振りや身ぶりを使って入力することができ
るようにしたデバイスも開発されている。これを次に紹
介する。
[0007] Devices capable of inputting to such a three-dimensional pointing device by using gestures or gestures have been developed. This is introduced next.

【0008】<3次元ポインティングデバイス[その
2]>それは、例えば、データグローブやデータスー
ツ、サイバーグローブと呼ばれるものである。これら
は、例えば、データグローブは手袋状のデバイスで、表
面に光ファイバが走っている。光ファイバは、指の関節
まで通っており、指を曲げることにより、光の導通が変
わる。この光の導通を計測することで、かく指の関節が
どの程度曲がっているかがわかる。手自体の3次元空間
内の位置は、手の甲についている磁気センサによって計
測するようになっている。人差し指をたてれば、前進す
るというように、身ぶりとそれに対応する指示を決めて
おけば、データグローブを使って、3次元空間内を種々
に視点を変えて、ちょうど、歩き回るようにする(ウオ
ークスルーという)ことができる。
<Three-dimensional pointing device [No. 2]> It is, for example, a data glove, a data suit, or a cyber glove. These are, for example, data gloves that are glove-like devices with optical fibers running over the surface. The optical fiber passes through the joint of the finger, and when the finger is bent, the conduction of light changes. By measuring the light conduction, it is possible to determine how much the finger joint is bent. The position of the hand itself in the three-dimensional space is measured by a magnetic sensor on the back of the hand. If you decide your gesture and the corresponding instructions, such as moving your index finger forward, you can use a data glove to change your viewpoint in 3D space and just walk around (walkthrough) Can be called).

【0009】しかし、これにも問題がいくつかある。ま
ず、第1には価格が高価であり、家庭用などに使用する
ことは難しいという点である。
However, there are some problems. First, the price is expensive and it is difficult to use it for home use.

【0010】第2には、操作に対する誤認識があるとい
う点である。それは指の関節の角度を計測しているの
で、例えば、人差し指だけのばし、他の指は、曲げた状
態を前進指示と定義したとしても他の指示と誤認識する
ことがあるということである。すなわち、一口に指を伸
ばすといっても、人差し指の第2関節の角度が180度
に完全になっていることは少ないので、遊びの手段分を
作らないと、きっちりと人差し指を伸ばしたとき以外
は、伸ばしていると認識するのが難しい。
Second, there is an erroneous recognition of the operation. That is, since the angle of the finger joint is measured, for example, only the index finger is extended, and other fingers may be erroneously recognized as other instructions even if the bent state is defined as a forward instruction. In other words, even if you say that you extend your finger to a bite, it is rare that the angle of the second joint of the index finger is perfect at 180 degrees. Is difficult to recognize as stretched.

【0011】また、第3にはデーターグローブを装着す
るので、自然な操作が阻害されると云う点である。第4
には、装着するたびに、手の開いた状態と閉じた状態
で、光の導通状態を校正せねばならないので、手軽に使
えないという点である。
Thirdly, since the user wears the data glove, natural operation is hindered. 4th
In this method, the light conduction state must be calibrated between the open state and the closed state of the hand each time it is worn, so that it cannot be used easily.

【0012】また、第5には故障の問題である。それは
光ファイバを使っているため、継続的に使っていると、
ファイバが断絶するなど消耗品に近いデバイスとなって
いるという問題である。
Fifth, there is a problem of failure. Because it uses optical fiber, if you use it continuously,
The problem is that the device is close to a consumable, such as a broken fiber.

【0013】また、第6にはこのように、高価で、手間
がかかるデバイスである割には、手袋の大きさが、ぴっ
たり合っていないと、使っているうちにずれたりして校
正した値からずれるために、細かな手振りを認識するこ
とは難しいと云う点である。
Sixth, even though the device is expensive and time-consuming, if the size of the gloves is not exactly the same, the gloves may be shifted during use and calibrated. The point is that it is difficult to recognize a small hand gesture because of the deviation.

【0014】このように、いろいろな問題があるため
に、データグローブは、VR(バーチャルリアリティ、
仮想現実感)技術のトリガとなったデバイスであったに
もかかわらず、当初の期待ほど、普及しておらず、ま
た、低価格化もなされておらず、使い勝手の点で問題が
多い。
As described above, due to various problems, the data glove is a virtual reality (VR).
Despite being a trigger of the (virtual reality) technology, it is not as widespread as expected at the beginning and the price has not been reduced, and there are many problems in terms of usability.

【0015】これに対し、データグローブのような特殊
な装置を装着することなく、手振りや身ぶりを入力しよ
うとする試みが、いくつかなされている。その例を次に
紹介する。
On the other hand, some attempts have been made to input a hand gesture or gesture without wearing a special device such as a data glove. An example is given below.

【0016】<3次元ポインティングデバイス[その
3]>手振りや身ぶりを入力しようとする試みとして代
表的なものは例えば、ビデオ映像などの動画像を解析し
て、手の形を認識する方法である。
<Three-dimensional pointing device [3]> A typical example of an attempt to input a hand gesture or a gesture is a method of analyzing a moving image such as a video image and recognizing a hand shape. .

【0017】しかし、この方法においては、背景画像か
ら目的とする画像、手振りの認識の場合には、手のみを
切り出すといったことが必要であるが、この目的の画像
部分を切り出すことが非常に難しいという問題がある。
However, in this method, in the case of recognizing a target image and a hand gesture from a background image, it is necessary to cut out only a hand, but it is very difficult to cut out the target image portion. There is a problem.

【0018】例えば、色を使って目的画像としての
“手”を切り出す場合を考えてみる。手の色は肌色であ
るので、肌色の画像領域のみを切り出すような方式が考
えられる。しかし、背景にベージュ色の洋服や、壁があ
ったりすると、肌色を識別することが難しいから、これ
は現実味に乏しい。また、調整を行って、ベージュと肌
色を区別できるようにしたとしても、照明が変われば、
色調が変化してしまうために、定常的に切り出すことは
困難である。
For example, consider a case in which a "hand" as a target image is cut out using colors. Since the color of the hand is flesh color, a method of cutting out only the flesh color image area can be considered. However, this is unrealistic because it is difficult to identify the skin color when there are beige clothes or walls in the background. Also, even if you make adjustments so that you can distinguish beige from skin color, if the lighting changes,
Since the color tone changes, it is difficult to cut out constantly.

【0019】このような問題から逃れるために、背景に
ブルーマットをおくというように、背景画像に制限を置
き、切り出しを容易にする方策も採られている。あるい
は、指先に背景からの切り出しが容易になるような色を
つける、あるいは色のついた指輪をはめるというような
方策も採られている。しかし、このような制限は現実的
でなく、実験的には使われているが、実用化されるに至
っていない。
In order to avoid such a problem, a measure has been taken to limit the background image, such as placing a blue mat on the background, to facilitate clipping. Alternatively, a measure has been taken such that a fingertip is colored so as to be easily cut out from the background, or a colored ring is worn. However, such limitations are not practical and have been used experimentally, but have not yet been put to practical use.

【0020】また、以上のような切り出しなどのビデオ
の画像認識処理は、非常に演算量が多い。このため、現
状のパーソナルコンピュータでは、毎秒30枚も発生す
るビデオ映像を処理しきれないのが実状である。従っ
て、ビデオ映像の処理によるモーションキャプチャなど
をリアルタイムで実施するのは、困難である。
The video image recognition processing such as the above-described clipping requires a large amount of calculation. For this reason, the current state of the art is that a current personal computer cannot process a video image generated as many as 30 frames per second. Therefore, it is difficult to perform a motion capture or the like by processing a video image in real time.

【0021】<3次元ポインティングデバイス[その
4]>ビデオ映像などの動画像を解析して手振りや身ぶ
りを入力する別の方法として、レンジファインダと呼ば
れる、距離画像を入力する装置を用いる方法がある。
<Three-Dimensional Pointing Device [Part 4]> As another method for analyzing a moving image such as a video image and inputting a hand gesture or a gesture, there is a method using a range finder device for inputting a distance image. .

【0022】レンジファインダの代表的な原理は、スポ
ット光あるいはスリット光を対象物体に照射し、その反
射光の受光位置から三角測量の原理で求めるものであ
る。レンジファインダにおいては、2次元的な距離情報
を求めるために、スポット光あるいはスリット光を機械
的に走査している。この装置は非常に高精度な距離画像
を生成することができるが、その反面、装置の構成が大
掛かりになり、高コストになる。また入力に時間がかか
り、実時間で処理を行わせるのは困難である。
A typical principle of the range finder is to irradiate a spot light or a slit light to a target object and to obtain a triangulation principle from a light receiving position of the reflected light. In the range finder, spot light or slit light is mechanically scanned in order to obtain two-dimensional distance information. Although this device can generate a highly accurate range image, the configuration of the device is large and the cost is high. Also, it takes time to input, and it is difficult to perform processing in real time.

【0023】<3次元ポインティングデバイス[その
5]>ビデオ映像などの動画像を解析して手振りや身ぶ
りを入力する別の方法として、手や身体の一部に色マー
カや発光部を取り付け、画像によりそれらを検出し、手
・身体の形、動きなどを捉える装置の利用もある。この
装置は一部実用化されている。しかし使用者の利便性を
考えると、操作の度に装置を装着しなくてはならないと
いうのは大きなデメリットであり、応用範囲を非常に制
約する。また、データグローブの例に見られるように、
装置を手などの可動部に装着して使用する装置は耐久性
が問題になりやすい。
<Three-dimensional pointing device [part 5]> As another method of inputting a hand gesture or a gesture by analyzing a moving image such as a video image, a color marker or a light emitting part is attached to a part of a hand or a body, and an image is displayed. There is also the use of a device that detects them by means of the device and captures the shape and movement of the hand / body. This device has been partially put into practical use. However, considering the convenience of the user, it is a great disadvantage that the device must be mounted every time the operation is performed, and the range of application is greatly restricted. Also, as seen in the data glove example,
A device that is used by attaching the device to a movable part such as a hand tends to have a problem of durability.

【0024】このように、3次元ポインティングデバイ
スには種々の方式のものがあるが、将来的に活用できる
方式は装置を操作者が装着しないで済む、あるいは装置
を操作者がじかに操作しないで済むビデオ映像などの動
画像を解析して利用する方式であると考えられる。そこ
で、従来のカメラ技術について考察してみる。
As described above, there are various types of three-dimensional pointing devices, but a system that can be used in the future does not require the operator to wear the device or the operator to operate the device directly. This is considered to be a method of analyzing and using a moving image such as a video image. Therefore, the conventional camera technology will be considered.

【0025】<従来のカメラ技術の考察>従来のカメラ
技術では、背景に対して、キャラクタの合成(クロマキ
ー)を行うには、あらかじめ、ブルーバックでキャラク
タを撮影して、キャラクタの切り出しを容易にする必要
があった。このため、ブルーバックで撮影ができるスタ
ジオなど、撮影場所に制限があった。あるいは、ブルー
バックでない状態で撮影した映像から、キャラクタを切
り出すには、コマごとに、キャラクタの切り出し範囲を
人手で編集せねばならないので、非常な手間がかかって
いた。
<Consideration of conventional camera technology> In the conventional camera technology, in order to combine a character with a background (chroma key), a character is previously photographed with a blue background, and the character is easily cut out. I needed to. For this reason, there were restrictions on the shooting location, such as in a studio where blue-back shooting is possible. Alternatively, in order to cut out a character from a video shot in a non-blue-back state, the character cutout range has to be manually edited for each frame, which is extremely time-consuming.

【0026】同様に、キャラクタを3次元空間の中に生
成するには、あらかじめ3次元のモデルをつくってお
き、そこにキャラクタの写真を貼り付ける(テクスチャ
マッピング)をおこなうような方式をとっている。しか
し、3次元モデルの生成、および、テクスチャマッピン
グには手間がかかり、映画制作など経費がかかってもよ
い用途以外では、ほとんど利用価値がなかった。
Similarly, in order to generate a character in a three-dimensional space, a method is used in which a three-dimensional model is created in advance, and a picture of the character is pasted (texture mapping) there. . However, the generation of the three-dimensional model and the texture mapping are troublesome and have little utility except for applications that may be expensive, such as movie production.

【0027】このような問題を解決するために、例え
ば、特開平10‐17749号公報に示されているよう
な技術がある。これは、反射光画像を抽出し、距離画像
を取得する方式である。しかし、この方式では、市販の
センサアレイが使用できないと言う問題があった。
In order to solve such a problem, for example, there is a technique as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-17749. This is a method of extracting a reflected light image and acquiring a distance image. However, this method has a problem that a commercially available sensor array cannot be used.

【0028】[0028]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、3次
元ポインティングデバイスには種々の方式のものがある
が、将来的に活用できる方式は装置を操作者が装着しな
いで済む、あるいは装置を操作者がじかに操作しないで
済むビデオ映像などの動画像を解析して利用する方式で
あると考えられる。
As described above, there are various types of three-dimensional pointing devices, but a system that can be used in the future does not require the operator to wear the device or operates the device. This method is considered to be a method of analyzing and using a moving image such as a video image, which does not need to be directly operated by a user.

【0029】しかし、従来のカメラ技術では、背景に対
して、キャラクタの合成(クロマキー)を行うには、あ
らかじめ、ブルーバックでキャラクタを撮影して、キャ
ラクタの切り出しを容易にする必要があったため、ブル
ーバックで撮影ができるスタジオなど、利用可能な撮影
場所に制限があった。
However, in the conventional camera technology, in order to combine a character (chroma key) with the background, it was necessary to photograph the character in advance with a blue background and to easily cut out the character. There were restrictions on available shooting locations, such as studios where you can shoot in the blue background.

【0030】また、ブルーバックでない状態で撮影した
映像から、キャラクタを切り出すには、コマごとに、キ
ャラクタの切り出し範囲を人手で編集せねばならないの
で、非常な手間がかかり、実用的でなかった。
Further, in order to cut out a character from a video shot in a state other than the blue background, the character cutout range must be manually edited for each frame, which is extremely time-consuming and impractical.

【0031】同様に、キャラクタを3次元空間の中に生
成するには、あらかじめ3次元のモデルをつくってお
き、そこにキャラクタの写真を貼り付ける(テクスチャ
マッピング)を行うような方式をとっている。しかし、
3次元モデルの生成、および、テクスチャマッピングに
は手間がかかり、映画制作など経費がかかってもよい用
途以外では、ほとんど利用価値がなかった。
Similarly, in order to generate a character in a three-dimensional space, a method is used in which a three-dimensional model is created in advance, and a picture of the character is pasted (texture mapping) there. . But,
The generation of the three-dimensional model and the texture mapping are troublesome, and have little utility except for applications that may be expensive, such as movie production.

【0032】また、反射光画像を抽出し、距離画像を取
得する方式もあるが、この方式では、市販のセンサアレ
イが使用できないと言う問題があった。このように、近
年においては3次元入力を行う必要や要求が増大してい
るが、特殊な装置を装着することなく、簡易にジェスチ
ャや動きを入力できる直接指示型の入力デバイスが存在
しなかった。
There is also a method of extracting a reflected light image and acquiring a distance image, but this method has a problem that a commercially available sensor array cannot be used. As described above, in recent years, the necessity and demand for performing three-dimensional input have increased, but there has been no direct instruction type input device capable of easily inputting a gesture or movement without mounting a special device. .

【0033】従って、3次元空間でのポインティングや
視点の変更を容易に行える実用的で簡易な3次元入力装
置の開発が嘱望されている。そこで、この発明の目的と
するところは、3次元空間でのポインティングや視点の
変更を容易に行えると共に、ユーザのジェスチャや動き
をそのまま使って、アニメーションのキャラクタなどに
自然な動きをつけたりすることができる実用的な3次元
情報入力装置を提供することにある。
Therefore, development of a practical and simple three-dimensional input device capable of easily changing a pointing and a viewpoint in a three-dimensional space has been demanded. Therefore, an object of the present invention is to make it possible to easily perform pointing and change of a viewpoint in a three-dimensional space, and to give a natural movement to an animation character or the like using a user's gesture or movement as it is. It is an object of the present invention to provide a practical and practical three-dimensional information input device.

【0034】[0034]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成する。すなわち、光の照射
時と非照射時の被写体画像の差分像を得るための装置に
おいて、被写体に光を照射する発光手段と、光電変換す
る複数の受光素子を2次元配列してなる撮像部とこれら
撮像部で得られた電荷を転送して取り出すCCD型電荷
転送手段とを有するエリアイメージセンサと、前記エリ
アイメージセンサのCCD型電荷転送手段の駆動および
受光素子からCCD型電荷転送手段への電荷の転送のタ
イミングを制御し、エリアイメージセンサの全て、ある
いは各々のCCD型電荷転送手段中に、発光手段の発光
時に受光した電荷量と、非発光時に受光した電荷量が予
め決められた配列で並ぶように制御するタイミング信号
生成手段とを備える。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is, in an apparatus for obtaining a difference image between a subject image at the time of light irradiation and a subject image at the time of no light irradiation, a light emitting unit for irradiating the subject with light, and an imaging unit having a plurality of two-dimensionally arrayed light receiving elements for photoelectric conversion An area image sensor having CCD-type charge transfer means for transferring and taking out the charge obtained by these image pickup units; driving of the CCD-type charge transfer means of the area image sensor and charge from the light receiving element to the CCD-type charge transfer means; The charge amount received when the light emitting unit emits light and the charge amount received when the light emitting unit does not emit light are arranged in a predetermined array in all or each CCD type charge transfer unit. And timing signal generating means for controlling the signals in a line.

【0035】このような構成によれば、CCD型エリア
イメージセンサの2次元配列された受光素子からタイミ
ング制御により、発光時と非発光時の被写体画像の画素
が画素単位で交互に並んだ状態の画像を直接、当該CC
D型エリアイメージセンサから取得することができるよ
うになり、画素間の差を抽出することでリアルタイムで
差分像が得られるようになって、手などの反射画像を容
易にかつ実時間で獲得できる。これは、従来の画像処理
で最も難しく、画像処理の応用の障壁になっていた対象
物の画像の切り出しの処理を不要とするものである。従
って、本発明により、従来実用化が困難であった種々の
画像処理を市販部品を用いて、容易でかつ安定、かつ安
価なコストでの提供を可能とするものであり、産業/家
庭/娯楽など広範囲の市場に大きな変革をもたらす。
According to this configuration, the pixels of the subject image at the time of light emission and at the time of non-light emission are alternately arranged in pixel units by timing control from the two-dimensionally arranged light receiving elements of the CCD area image sensor. Images are directly transferred to the CC
It can be obtained from a D-type area image sensor, and a difference image can be obtained in real time by extracting a difference between pixels, so that a reflection image of a hand or the like can be obtained easily and in real time. . This makes it unnecessary to cut out the image of the object, which is the most difficult in the conventional image processing and has been a barrier to the application of the image processing. Therefore, according to the present invention, it is possible to easily and stably provide various image processing which has been difficult to put into practical use at a low cost by using commercially available components. It will bring great changes to a wide range of markets.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。 (第1の実施例)図1は本発明の第1の実施例の概略的
なシステム構成を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing a schematic system configuration of a first embodiment of the present invention.

【0037】図1において、1は撮像装置であり、ここ
では図2に示す如きのCCD型エリアイメージセンサを
用いている。2は発光制御手段、3は光源としてのLE
D(発光素子)、4は光学系、5はタイミングジェネレ
ータ、6は差分回路、7はアナログアンプ、8はアナロ
グ/ディジタル変換器、9はシステム制御部、10はフ
レームバッファ、11はパソコンへのインタフェース回
路である。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an image pickup device, which uses a CCD area image sensor as shown in FIG. 2 is light emission control means, 3 is LE as a light source
D (light emitting element), 4 is an optical system, 5 is a timing generator, 6 is a difference circuit, 7 is an analog amplifier, 8 is an analog / digital converter, 9 is a system controller, 10 is a frame buffer, and 11 is a personal computer. An interface circuit.

【0038】本システムでは、映像を取得する撮像装置
1として図2に示す如きのCCD型エリアイメージセン
サ21を用いている。このCCD型エリアイメージセン
サ21は、行方向及び列方向に整然と配列された複数の
受光素子22(22‐a1,〜,22‐ni)と、これ
ら受光素子22(22‐a1,〜,22‐ni)のう
ち、垂直方向に並ぶ受光素子群からそれぞれ電荷を転送
する垂直方向用電荷転送手段23(23‐a,〜,23
‐n)と、垂直方向用電荷転送手段23(23‐a,
〜,23‐n)の転送してきた電荷をライン単位で読み
出して画像信号として出力すべく水平方向転送する水平
方向用電荷転送手段(画像信号出力用電荷転送手段)2
4とを持ち、画素を構成する各受光素子で得られた電荷
を垂直方向用電荷転送手段23(23‐a〜,23‐
n)で転送し、さらにこれを画像信号出力用の電荷転送
手段である水平方向用電荷転送手段24で転送してライ
ン単位の画像信号として得るようにしている。
In this system, a CCD area image sensor 21 as shown in FIG. 2 is used as the image pickup device 1 for acquiring an image. The CCD type area image sensor 21 includes a plurality of light receiving elements 22 (22-a1,..., 22-ni) arranged in order in a row direction and a column direction, and these light receiving elements 22 (22-a1,. ni), the vertical charge transfer means 23 (23-a, to 23) for transferring charges from the light receiving element groups arranged in the vertical direction.
-N) and the vertical charge transfer means 23 (23-a,
, 23-n), the horizontal direction charge transfer means (image signal output charge transfer means) 2 for reading out the transferred charges in line units and transferring them in the horizontal direction so as to output them as image signals.
4, and transfers the charges obtained by the respective light receiving elements constituting the pixel to the vertical charge transfer means 23 (23-a to 23-a to 23-a).
n), and this is transferred by the horizontal charge transfer means 24, which is a charge transfer means for outputting an image signal, to obtain an image signal in line units.

【0039】特に第1の実施形態での本システムで用い
るCCDエリアイメージセンサ21は、垂直方向用電荷
転送手段23の段数、すなわち、垂直方向用電荷転送手
段23の保持可能な画素数の倍の段数(倍の画素数)を
持つ水平方向用電荷転送手段24を備えた素子構造のも
のを使用する。そして、奇数偶数のライン毎に電荷転送
の制御をできることを利用して、奇数ラインは例えば、
照明光をあてた被写体の画像取得に用い、偶数ラインは
例えば、照明光をあてない被写体の画像取得に用い、垂
直方向用電荷転送手段23には交互に照明済み照明なし
の画像の電荷が並ぶようにすると共に、垂直方向用電荷
転送手段23のライン数の2倍の電荷を保持する容量を
有する水平方向用電荷転送手段24に、ひとつの垂直方
向用電荷転送手段23当たり、2画素分(2電荷分)ず
つを、水平方向用電荷転送手段24内に転送して保持さ
せることができるようにする。
In particular, the CCD area image sensor 21 used in the present system in the first embodiment has the number of stages of the vertical charge transfer means 23, that is, twice the number of pixels that the vertical charge transfer means 23 can hold. An element having a horizontal direction charge transfer means 24 having a number of stages (double the number of pixels) is used. Then, taking advantage of the fact that charge transfer can be controlled for each odd-numbered line, the odd-numbered line is, for example,
The even lines are used, for example, to acquire an image of a subject not illuminated with illumination light, and the charges in the illuminated image without illumination are alternately arranged in the vertical direction charge transfer means 23. At the same time, the horizontal charge transfer means 24 having a capacity to hold twice the number of lines of the vertical charge transfer means 23 is provided to the two vertical charge transfer means 23 by two pixels ( (Two charges) can be transferred and held in the horizontal direction charge transfer means 24.

【0040】そのため、本システムでは、各受光素子か
ら対応する垂直方向用電荷転送手段23への電荷転送を
行うためのゲートが、受光素子毎に個別に制御できるよ
うになっている例えば、図2のような形式で構成されて
いる一般にプログレッシブCCD型エリアセンサと呼ば
れるCCD型エリアイメージセンサを用いている。
For this reason, in the present system, the gate for transferring the charge from each light receiving element to the corresponding vertical charge transfer means 23 can be individually controlled for each light receiving element. A CCD type area image sensor generally called a progressive CCD type area sensor having the above-mentioned format is used.

【0041】タイミングジェネレータ5は、パルス信号
あるいは変調信号などのタイミング制御信号を発生する
ためのものであり、発光手段3は被写体を照明する光源
であって、例えばLEDなどから構成されるものであ
る。また、発光制御手段2は、この発光手段3の発光制
御を行うためのものであって、前記タイミングジェネレ
ータ5の発生するタイミング信号に同期して、発光手段
3の発光を制御するものである。
The timing generator 5 is for generating a timing control signal such as a pulse signal or a modulation signal. The light emitting means 3 is a light source for illuminating a subject, and is composed of, for example, an LED. . The light emission control means 2 controls light emission of the light emission means 3 and controls light emission of the light emission means 3 in synchronization with a timing signal generated by the timing generator 5.

【0042】また、光学系4は、発光手段3からの光が
物体に当たって跳ね返ってくる反射光を集光して撮像装
置1を構成しているCCD型エリアイメージセンサ21
の受光面に結像させるためのレンズである。
The optical system 4 collects the reflected light that is reflected by the light from the light emitting means 3 and hits the object and bounces off the object.
Is a lens for forming an image on the light receiving surface.

【0043】差分回路6は、発光手段3が発光したとき
に取得した画像と、発光しない時に取得した画像の差分
を得るための回路であって、発光時と非発光時でのCC
D型エリアイメージセンサ1の各画素の受光素子による
電荷の差分をとるための回路である。
The difference circuit 6 is a circuit for obtaining a difference between an image obtained when the light emitting means 3 emits light and an image obtained when the light emitting means 3 does not emit light.
This is a circuit for calculating a difference in electric charge between the light receiving elements of each pixel of the D-type area image sensor 1.

【0044】また、アナログアンプ7はこの差分回路6
で得られた電荷信号を増幅するための回路であり、A/
D変換器8は、このアナログアンプ7で増幅された電荷
信号をディジタルデータ化するための回路であり、フレ
ームバッファ10は、このディジタルデータ化された画
像信号をフレーム単位で一時的に記憶するためのメモリ
である。
The analog amplifier 7 is connected to the difference circuit 6
A circuit for amplifying the charge signal obtained in
The D converter 8 is a circuit for converting the charge signal amplified by the analog amplifier 7 into digital data. The frame buffer 10 temporarily stores the digitalized image signal in frame units. Memory.

【0045】また、インタフェース回路11は、フレー
ムバッファ10に記憶された信号をPC(パソコン)な
どによる処理装置本体に伝送するためのものであり、シ
ステム制御手段9は、受光制御手段2、タイミングジェ
ネレータ5、A/D変換器8、フレームバッファ10お
よびインタフェース回路11などの各種制御を司るため
のものである。
The interface circuit 11 is for transmitting the signal stored in the frame buffer 10 to the main unit of the processing device such as a PC (personal computer). The system control means 9 includes the light receiving control means 2 and the timing generator. 5, for controlling various controls of the A / D converter 8, the frame buffer 10, the interface circuit 11, and the like.

【0046】なお、CCDエリアイメージセンサ1の詳
細な駆動方法などについては、「東芝 CCDエリアイ
メージセンサ データブック」などに詳しく記載されて
いるので、ここでは、わかり易くするために、本発明の
動作を説明するのに必要な部分のみについて触れる。
Since the detailed driving method of the CCD area image sensor 1 is described in detail in "Toshiba CCD Area Image Sensor Data Book" and the like, the operation of the present invention will be described here in order to make it easy to understand. Only the parts necessary to explain are described.

【0047】<CCDエリアイメージセンサ1の構成例
>図2はエリアイメージセンサ21の概略的な構成例を
示す平面図である。CCDエリアイメージセンサ21は
図2に示すように、複数の受光素子22(22‐a1,
22‐a2,22‐a3,〜,22‐ai,〜,22‐
n1,22‐n2,22‐a3,〜,22‐ni)、垂
直方向用電荷転送手段23(23‐a,23‐b,〜,
23‐n)、水平方向用電荷転送手段24とを備えてい
る。
<Configuration Example of CCD Area Image Sensor 1> FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration example of the area image sensor 21. As shown in FIG. 2, the CCD area image sensor 21 includes a plurality of light receiving elements 22 (22-a1, 22-a1,
22-a2, 22-a3, ~, 22-ai, ~, 22-
n1, 22-n2, 22-a3,..., 22-ni), the vertical charge transfer means 23 (23-a, 23-b,.
23-n), and a horizontal direction charge transfer means 24.

【0048】これらのうち、受光素子22(22‐a
1,22‐a2,22‐a3,〜,22‐ai,〜,2
2‐n1,22‐n2,22‐a3,〜,22‐ni)
は、フォトダイオード(Photodiode:PD)を2次元的
に、すなわち、マトリックス的に整然と配置したもので
あり、ここではマトリックス位置毎にa1,a2,a
3,〜,ai,〜,n1,n2,a3,〜,niなる添
え字を付してどの位置の受光素子であるかを示してあ
る。また、電荷転送手段は垂直方向用の電荷転送手段2
3(23‐a、23‐b、23‐c,〜,23‐n)と
水平方向用の電荷転送手段24の2種に分かれており、
この部分がCCD(Charge Couple Device)により構成
されるアナログシフトレジスタになっている。
Of these, the light receiving element 22 (22-a
1,22-a2,22-a3, ~, 22-ai, ~, 2
2-n1, 22-n2, 22-a3, ~, 22-ni)
Is an arrangement of photodiodes (Photodiodes: PD) arranged two-dimensionally, that is, in a matrix manner. Here, a1, a2, a
Subscripts 3, 3,, ai,, n1, n2, a3,, and ni are attached to indicate the position of the light receiving element. The charge transfer means is a charge transfer means 2 for the vertical direction.
3 (23-a, 23-b, 23-c,..., 23-n) and charge transfer means 24 for the horizontal direction.
This part is an analog shift register constituted by a CCD (Charge Couple Device).

【0049】垂直方向用の電荷転送手段23(23‐
a、23‐b、23‐c,〜,23‐n)は垂直方向
(Y軸方向)に並ぶ各受光素子群単位に一つずつ配置さ
れている。この例では、垂直方向用の電荷転送手段23
‐aは受光素子22‐a1,22‐a2,22‐a3,
〜,22‐aiの電荷転送用であり、垂直方向用の電荷
転送手段23‐bは受光素子22‐b1,22‐b2,
22‐b3,〜,22‐biの電荷転送用であり、…
…、垂直方向用の電荷転送手段23‐nは受光素子22
‐n1,22‐n2,22‐n3,〜,22‐niの電
荷転送用であると云った具合である。
The vertical charge transfer means 23 (23-
a, 23-b, 23-c,..., 23-n) are arranged one by one for each light receiving element group unit arranged in the vertical direction (Y-axis direction). In this example, the charge transfer means 23 for the vertical direction is used.
-A is the light receiving element 22-a1, 22-a2, 22-a3
, And 22-ai, and the vertical charge transfer means 23-b includes light receiving elements 22-b1, 22-b2,
22-b3, ..., 22-bi charge transfer,
.., The vertical charge transfer means 23-n is a light receiving element 22.
-N1, 22-n2, 22-n3,..., 22-ni.

【0050】水平方向用の電荷転送手段24は、これら
垂直方向用の電荷転送手段23‐a、23‐b、23‐
c,〜,23‐nにてシフトされて転送されてきた電荷
を1段分(1ライン分、すなわち、X軸方向の一並びで
見た場合でのn個分の受光素子からの蓄積電荷)を受け
取ってCCDイメージセンサ21の出力として外部に出
力するためのものである。
The horizontal charge transfer means 24 comprises vertical charge transfer means 23-a, 23-b and 23-.
c,..., 23-n, the electric charge transferred from one stage (one line, that is, the accumulated electric charge from n light receiving elements when viewed in a line in the X-axis direction) ) Is received and output to the outside as an output of the CCD image sensor 21.

【0051】このような構成のCCDイメージセンサ2
1を駆動するために各種の制御信号が必要であり、これ
らの制御信号は前述のタイミングジェネレータ5で発生
する。
The CCD image sensor 2 having the above configuration
Various control signals are required to drive the control signal 1, and these control signals are generated by the above-described timing generator 5.

【0052】タイミングジェネレータ5で発生してCC
Dイメージセンサ21に与える信号は、図2に示すよう
に、φ1,φ2,φ3,φ4,φ5,φ6,G1,G2
の8種類のものがある。
The CC generated by the timing generator 5
As shown in FIG. 2, signals given to the D image sensor 21 are φ1, φ2, φ3, φ4, φ5, φ6, G1, G2.
There are eight types.

【0053】これらのうち、φ1,φ2,φ3は垂直方
向の電荷転送を行い、φ4,φ5,φ6は水平方向の電
荷転送を行い、G1,G2は受光素子から電荷転送手段
への電荷転送を制御するゲートの開閉を制御するもので
ある。G1は奇数ライン、G2は偶数ラインに対する制
御を行うものとする。
Of these, φ1, φ2, and φ3 perform vertical charge transfer, φ4, φ5, and φ6 perform horizontal charge transfer, and G1 and G2 perform charge transfer from the light receiving element to the charge transfer means. It controls the opening and closing of the gate to be controlled. G1 controls odd lines, and G2 controls even lines.

【0054】<動作説明>次にこのような構成の第1の
実施形態における本システムの動作を、図3〜図7を用
いて説明する。本システムでは、被写体における目的部
分の画像を抽出するために、無照明の場合での被写体画
像と、照明をあてた場合での被写体の画像を得てこれを
フレームメモリなどを使用せずに両者の差を抽出し、目
的部分の反射光抽出を行うが、その動作について説明す
る。なお、図8は処理の流れ図である。
<Description of Operation> Next, the operation of the present system in the first embodiment having such a configuration will be described with reference to FIGS. In this system, in order to extract the image of the target portion of the subject, an image of the subject in the case of no illumination and an image of the subject in the case of illumination are obtained, and both are obtained without using a frame memory or the like. The reflected light of the target part is extracted, and the operation will be described. FIG. 8 is a flowchart of the process.

【0055】処理に先立ち、2次元配列の受光素子22
で構成されるCCDイメージセンサ21の受光部は、2
2‐a1,22‐b1,22‐c1,〜,22‐n1の
計n個の受光素子よりなる第1ライン、22‐a2,2
2‐b2,22‐c2,〜,22‐n2の計n個の受光
素子よりなる第2ライン、22‐a3,22‐b3,2
2‐c3,〜,22‐n3の計n個の受光素子よりなる
第3ライン、〜,22‐ai,22‐bi,22‐c
i,〜,22‐niの計n個の受光素子よりなる第iラ
イン、と云った具合に、テレビジョンの走査線対応にi
本分のラインを形成しており、第1ラインから第nライ
ンまでの各受光素子により得た電荷を、それら各受光素
子対応の垂直方向用電荷転送手段23‐a,23‐b,
23‐c,〜,23‐nに移動し、1段ずつ転送すると
水平方向用電荷転送手段24には第iライン、第i−1
ライン、〜,第3ライン、第2ライン、第1ラインと云
う順に、1ライン分ずつの電荷が移され、このとき、水
平方向用電荷転送手段24をシフト動作させることによ
り1ライン単位で画像信号が出力できることになる。
Prior to the processing, the two-dimensional array of light receiving elements 22
The light receiving portion of the CCD image sensor 21 composed of
2-a1, 22-b1, 22-c1,..., 22-n1, a first line including a total of n light receiving elements, 22-a2, 2
2-b2, 22-c2,..., 22-n2, a second line composed of a total of n light receiving elements, 22-a3, 22-b3, 2
A third line composed of a total of n light receiving elements 2-c3,..., 22-n3,..., 22-ai, 22-bi, 22-c
i,..., an i-th line composed of a total of n light receiving elements of 22-ni, i.
The main lines are formed, and the charges obtained by the light receiving elements from the first line to the n-th line are transferred to the vertical charge transfer means 23-a, 23-b,
23-c,..., And 23-n.
The charge of one line is transferred in the order of line, .about., Third line, second line, and first line. At this time, the horizontal direction charge transfer means 24 is operated to shift, so that the image is transferred line by line. A signal can be output.

【0056】今、iを奇数の整数とすると、第iライ
ン、第i−2ライン、〜,第3ライン、第1ラインがテ
レビジョン走査の奇数ライン、そして、第i−1ライ
ン、第i−3ライン、〜,第4ライン、第2ラインがテ
レビジョン走査の偶数ラインに相当することになる。
Assuming that i is an odd integer, the i-th line, the (i-2) th line,..., The third line, and the first line are the odd-numbered lines of the television scan, and the (i-1) th line and the i-th line. The third line, the fourth line, and the second line correspond to the even-numbered lines of the television scanning.

【0057】そして、水平方向用電荷転送手段24の出
力する画像信号が、偶数ラインを読み出したものである
のか、奇数ラインを読み出したものであるのかを識別す
ることができようにするために、CCDエリアイメージ
センサ21にはフラグCの出力があり、また、各受光素
子22や垂直方向用電荷転送手段23‐a,23‐b,
23‐c,〜,23‐nおよび水平方向用電荷転送手段
24の内容(保持電荷)をクリアできるようにするため
のクリア端子がある。
Then, in order to be able to discriminate whether the image signal output from the horizontal charge transfer means 24 is a signal obtained by reading an even-numbered line or an odd-numbered line, The CCD area image sensor 21 has a flag C output. Each of the light receiving elements 22 and the vertical direction charge transfer means 23-a, 23-b,
There are clear terminals for clearing the contents (holding charges) of the charge transfer means 24 for the horizontal direction, and 23-c,..., 23-n.

【0058】従って、初めに、フラグCのクリアと、各
受光素子22や垂直方向用電荷転送手段23‐a,23
‐b,23‐c,〜,23‐nおよび水平方向用電荷転
送手段24のクリアのために、クリア信号を与える初期
化処理を行う(ステップS100)。
Therefore, first, the flag C is cleared and each light receiving element 22 and the vertical charge transfer means 23-a, 23
-B, 23-c,..., 23-n and the horizontal direction charge transfer means 24 are subjected to an initialization process of giving a clear signal (step S100).

【0059】次に、被写体を照明して撮像すべく、発光
制御手段2は被写体照明用の発光素子(LED)3を発
光させる(ステップS101)。これにより発光した光
は、被写体である物体に反射され、レンズ(発光系)4
により集光され、撮像部1を構成しているCCDエリア
イメージセンサ21に入射され、その2次元配列の受光
素子22上に光学像を結像させる。結像した光学像は画
素を構成する各受光素子22‐a1,22‐a2,〜,
22‐n1,〜,22‐niにて反射光の強さに比例し
た電荷に変換され、蓄積される。これで、撮像部1を構
成しているCCDエリアイメージセンサ21の各受光素
子22‐a1,22‐a2,〜,22‐n1,〜,22
‐niによりその画素位置での画素単位の電荷が得られ
ることになる。
Next, in order to illuminate and image the subject, the light emission control means 2 causes the light emitting element (LED) 3 for subject illumination to emit light (step S101). The light emitted by this is reflected by an object, which is a subject, and a lens (light emitting system) 4
And is incident on the CCD area image sensor 21 constituting the imaging unit 1 to form an optical image on the light receiving elements 22 in the two-dimensional array. The formed optical images are light receiving elements 22-a1, 22-a2,.
22-n1,..., And 22-ni, are converted into charges proportional to the intensity of the reflected light and accumulated. Thus, each light receiving element 22-a1, 22-a2,..., 22-n1,..., 22 of the CCD area image sensor 21 constituting the imaging unit 1
-Ni means that a charge per pixel at that pixel position is obtained.

【0060】G1に電圧を印加することで受光素子22
‐a1,22‐a2,〜,22‐n1,〜,22‐ni
のうち、奇数ラインの受光素子22‐a1,22‐a
3,〜,22‐an,〜,22‐n1,22‐n3,
〜,22‐niから垂直方向用電荷転送手段23‐a,
23‐b,23‐c,〜,23‐nへのゲートをアクテ
ィブにする。
By applying a voltage to G1, the light receiving element 22
-A1, 22-a2, ~, 22-n1, ~, 22-ni
Of the light receiving elements 22-a1, 22-a of the odd-numbered lines
3, ~, 22-an, ~, 22-n1,22-n3
, 22-ni to vertical charge transfer means 23-a,
Activate the gates to 23-b, 23-c, ..., 23-n.

【0061】すると、奇数ラインの受光素子22‐a
1,22‐a3,〜,22‐an,〜,22‐n1,2
2‐n3,〜,22‐niに蓄積された電荷のみが、各
受光素子対応の垂直方向用電荷転送手段23‐a,23
‐b,23‐c,〜,23‐nに転送される結果、図3
のようになる(ステップS102)。このとき、偶数ラ
インの受光素子22‐a2,22‐a4,〜,22‐a
n−1,〜,22‐n2,22‐n4,〜,22‐ni
−1に蓄積された電荷は垂直方向用電荷転送手段23‐
a,23‐b,23‐c,〜,23‐nに全く転送され
ない。そのため、状態は図3の如きとなる。尚、eは画
素毎の電荷を示している。
Then, the light receiving element 22-a of the odd-numbered line
1,22-a3, ~, 22-an, ~, 22-n1,2
Only the charges accumulated in 2-n3,..., 22-ni are transferred to the vertical charge transfer means 23-a, 23 corresponding to each light receiving element.
-B, 23-c, ~, 23-n.
(Step S102). At this time, the light receiving elements 22-a2, 22-a4,.
n-1, ~, 22-n2, 22-n4, ~, 22-ni
-1 is transferred to the vertical charge transfer means 23-.
a, 23-b, 23-c, ..., 23-n are not transferred at all. Therefore, the state is as shown in FIG. Here, e indicates the charge for each pixel.

【0062】この後、CCDエリアイメージセンサ21
の各受光素子22‐a1,22‐a2,〜,22‐n
1,〜,22‐niを一旦、リセットして各受光素子2
2‐a1,22‐a2,〜,22‐n1,〜,22‐n
i内に蓄積された電荷をクリアする(ステップS10
3)。
Thereafter, the CCD area image sensor 21
Light receiving elements 22-a1, 22-a2, ..., 22-n
1 to 22-ni are reset once and each light receiving element 2
2-a1, 22-a2, ~, 22-n1, ~, 22-n
Clear the charge stored in i (step S10)
3).

【0063】こうして、奇数ラインの受光素子22‐a
1,22‐a3,〜,22‐an,〜,22‐n1,2
2‐n3,〜,22‐niに蓄積された電荷は、奇数ラ
インのもののみが垂直方向用電荷転送手段23‐a,
〜,23‐nに保持される。このとき、垂直方向用電荷
転送手段23‐a,〜,23‐nには偶数ラインの位置
が空となっている。
Thus, the light receiving element 22-a of the odd line
1,22-a3, ~, 22-an, ~, 22-n1,2
As for the electric charges accumulated in 2-n3,.
, 23-n. At this time, the position of the even-numbered line is empty in the vertical direction charge transfer means 23-a, 23-n.

【0064】次に、被写体を非照明で撮像すべく、発光
制御手段2は発光素子(LED)3の発光を停止させる
(ステップS104)。そして、今度は、偶数ラインの
受光素子22‐a2,22‐a4,〜,22‐an−
1,〜,22‐n2,22‐n4,〜,22‐ni−1
に蓄積された電荷のみを、垂直方向用電荷転送手段23
‐a,23‐b,23‐c,〜,23‐nに転送するた
めに、G2に電圧を印加する。これにより、当該垂直方
向用電荷転送手段23‐a,23‐b,23‐c,〜,
23‐nへのゲートがアクティブになる。
Next, the light emission control means 2 stops the light emission of the light emitting element (LED) 3 so as to image the object without illumination (step S104). Then, the light receiving elements 22-a2, 22-a4,.
1, ~, 22-n2, 22-n4, ~, 22-ni-1
Only the electric charge accumulated in the vertical charge transfer means 23
Apply a voltage to G2 for transfer to -a, 23-b, 23-c, ..., 23-n. Thereby, the vertical direction charge transfer means 23-a, 23-b, 23-c,.
The gate to 23-n becomes active.

【0065】すると、図4のように、非発光時の蓄積電
荷が偶数ラインの受光素子22‐a2,22‐a4,
〜,22‐an−1,〜,22‐n2,22‐n4,
〜,22‐ni−1から対応の垂直方向用電荷転送手段
23‐a,23‐b,23‐c,〜,23‐nに転送さ
れる(ステップS105)。
Then, as shown in FIG. 4, the accumulated electric charge during non-light emission is changed to the light receiving elements 22-a2, 22-a4,
~, 22-an-1, ~, 22-n2,22-n4
, 22-ni-1 to the corresponding vertical charge transfer units 23-a, 23-b, 23-c,..., 23-n (step S105).

【0066】これで、空きとなっていた垂直方向用電荷
転送手段23‐a,〜,23‐nの偶数ライン対応位置
に偶数ラインの受光素子からの電荷が移され、図4から
わかるように、この状態で、垂直方向用電荷転送手段2
3‐a,23‐b,23‐c,〜,23‐nには、発光
時と非発光時の反射光の強度に比例した電荷が交互に蓄
積されることになる。
As a result, the charges from the light receiving elements of the even lines are transferred to the positions corresponding to the even lines of the vacant vertical charge transfer means 23-a,..., 23-n, as can be seen from FIG. In this state, the vertical charge transfer means 2
In 3-a, 23-b, 23-c,..., And 23-n, charges proportional to the intensity of reflected light during light emission and non-light emission are alternately accumulated.

【0067】次に、垂直方向用電荷転送手段23‐a,
23‐b,23‐c,〜,23‐nに蓄積されている電
荷を、一段転送(1画素分シフト)する(ステップS1
07)。この転送操作は、φ1,φ2,φ3に、図9に
示すように電圧を印加することで行える。今の例では、
図4で一番下段に蓄積されていた非発光時の電荷が、水
平方向用電荷転送手段24に転送され、図5に示すよう
に蓄積される。
Next, the vertical charge transfer means 23-a,
The charges accumulated in 23-b, 23-c,..., 23-n are transferred one step (shifted by one pixel) (step S1).
07). This transfer operation can be performed by applying a voltage to φ1, φ2, and φ3 as shown in FIG. In our example,
The charge at the time of non-emission stored in the lowermost stage in FIG. 4 is transferred to the horizontal charge transfer means 24, and is accumulated as shown in FIG.

【0068】次に偶数ラインが既に読み出されているか
どうかを調べる(ステップS108)。つまり、フラグ
Cが“0”であるならば、まだ偶数ラインは読み出され
たとセットされていないので、まず、読み出しの前に、
水平方向用電荷転送手段24に蓄積されている電荷を、
φ4,φ5,φ6に電圧を印加して、転送する(ステッ
プS109)。
Next, it is checked whether or not the even line has already been read (step S108). In other words, if the flag C is "0", it is not set that the even-numbered line has been read out yet.
The charge accumulated in the horizontal charge transfer means 24 is
A voltage is applied to φ4, φ5, and φ6 to transfer (step S109).

【0069】この時点で、図6に示すように、非発光時
の電荷は一段左にシフトした場所に蓄積されている。次
に、現在の偶数ラインが読み出されたので、そのことを
フラグCにセットする(ステップS110)。
At this time, as shown in FIG. 6, the electric charge at the time of non-emission is accumulated at a place shifted one step to the left. Next, since the current even line has been read, the fact is set in the flag C (step S110).

【0070】フラグセット後、続いて垂直方向用電荷転
送手段23‐a,23‐b,23‐c,〜,23‐nの
電荷を一段転送する(ステップS107)。すると、水
平方向用電荷転送手段24には図7に示すように発光時
と非発光時の電荷が交互に蓄積される。
After the flag is set, the charges of the vertical charge transfer means 23-a, 23-b, 23-c,..., 23-n are transferred one step (step S107). Then, as shown in FIG. 7, the charge during light emission and the charge during non-light emission are alternately accumulated in the horizontal charge transfer means 24.

【0071】この時点で、水平方向用電荷転送手段24
には偶数ラインの電荷は既に読み出されているので、今
度は、水平方向用電荷転送手段24に蓄積されているす
べての電荷をシフトして、取り出す(ステップS11
1)。取り出した後で、フラグCを“0”に戻す(ステ
ップS112)。
At this point, the horizontal charge transfer means 24
Since the charges of the even-numbered lines have already been read out, all the charges accumulated in the horizontal direction charge transfer means 24 are shifted and extracted (step S11).
1). After the removal, the flag C is returned to "0" (step S112).

【0072】このようにして、垂直方向用電荷転送手段
23‐a,23‐b,23‐c,〜,23‐nでは各ラ
インの電荷を1段ずつ水平方向用電荷転送手段24にシ
フトさせ、且つ、水平方向用電荷転送手段24はこの垂
直方向用電荷転送手段23‐a,23‐b,23‐c,
〜,23‐nから受け取ったライン単位の電荷群をシフ
トして画像信号として出力する。
In this way, the vertical charge transfer means 23-a, 23-b, 23-c,..., 23-n shift the charge of each line to the horizontal charge transfer means 24 by one stage. In addition, the horizontal charge transfer means 24 comprises the vertical charge transfer means 23-a, 23-b, 23-c,
, 23-n, and shifts the group of electric charges in line units and outputs the resultant as an image signal.

【0073】こうして水平方向用電荷転送手段24から
得られたライン単位の画像信号は、画素毎に発光時の画
像、非発光時の画像の交互の並びとなっている。そし
て、各画素は画像からみて隣接位置に対応するものであ
り、距離差は微差であるから、隣接画素間での差を取る
と、事実上、発光時と非発光時の差分の画像に相当する
ことになる。
The image signal of each line obtained from the horizontal charge transfer means 24 is an alternate arrangement of a light emitting image and a non-light emitting image for each pixel. Each pixel corresponds to an adjacent position when viewed from the image, and the distance difference is a slight difference. Thus, taking the difference between the adjacent pixels gives, in effect, an image of the difference between light emission and non-light emission. Would be equivalent.

【0074】本システムで用いたCCDエリアイメージ
センサ21は、垂直方向用電荷転送手段23‐a,23
‐b,23‐c,〜,23‐nの段数、すなわち、各垂
直方向用電荷転送手段23‐a,23‐b,23‐c,
〜,23‐nの保持可能な画素数の倍の段数(倍の画素
数)を持つ水平方向用電荷転送手段24を備えた素子構
造のものを使用しているので、上述のように、奇数ライ
ン1ラインと偶数ライン1ラインの2列分の電荷を画素
単位で交互に、ひとつの水平方向用電荷転送手段24内
に転送して保持させることができる。
The CCD area image sensor 21 used in the present system comprises vertical charge transfer means 23-a, 23
-B, 23-c,..., 23-n, that is, each vertical charge transfer means 23-a, 23-b, 23-c,
Since the element structure having the horizontal direction charge transfer means 24 having twice the number of pixels (double the number of pixels) that can be held by .about., 23-n is used, as described above, Charges for two columns, one line and one even line, can be alternately transferred and held in one horizontal charge transfer unit 24 in pixel units.

【0075】この電荷は差分回路6で発光時と非発光時
の差分をとる(ステップS113)電荷の蓄積は垂直方
向用電荷転送手段に蓄積された電荷がなくなるまで行う
(ステップS114)。
The difference between the light emission and non-light emission is calculated by the difference circuit 6 (step S113). The accumulation of the charge is performed until the charge accumulated in the vertical charge transfer means is exhausted (step S114).

【0076】すなわち、垂直方向用電荷転送手段23‐
a,23‐b,23‐c,〜,23‐nでは照明をあて
た画像である奇数ラインの画像の電荷と、照明をあてな
い画像である偶数ラインの画像の電荷をそれぞれ交互に
並べた状態で保持しているので、これらの各ラインの電
荷を1段(1画素分)ずつ画像信号出力用の電荷転送手
段である水平方向用電荷転送手段24にシフトさせ、且
つ、当該水平方向用電荷転送手段24はこの垂直方向用
電荷転送手段23‐a,23‐b,23‐c,〜,23
‐nから2段分、受け取る毎に電荷群をシフトして画像
信号として出力する。
That is, the vertical charge transfer means 23-
In a, 23-b, 23-c,..., and 23-n, the charge of the image of the odd-numbered line as the illuminated image and the charge of the image of the even-numbered line as the non-illuminated image are alternately arranged. Since the charges are held in a state, the charges of these lines are shifted one stage (for one pixel) to the horizontal charge transfer means 24 as the charge transfer means for outputting the image signal, and The charge transfer means 24 includes the vertical charge transfer means 23-a, 23-b, 23-c,.
-The charge group is shifted every time it is received by two stages from -n and output as an image signal.

【0077】以上のようにすることで、目標物以外から
の反射は、非発光時の電荷として偶数ラインの画像に蓄
積できる。その電荷を、発光時の電荷である奇数ライン
の画像から引き算すると、純粋に、目標物からの反射光
のみを抽出できる。例えば、図10のような反射光が抽
出できる。そして、入力装置に近い部分からの反射光は
強く、反射光の強さと距離の2乗とは反比例の関係にあ
る。
In the manner described above, the reflection from the object other than the target can be accumulated in the image of the even-numbered line as non-emission charge. When the charge is subtracted from the image of the odd-numbered line, which is the charge at the time of light emission, purely reflected light from the target can be extracted. For example, reflected light as shown in FIG. 10 can be extracted. The reflected light from the portion near the input device is strong, and the intensity of the reflected light is inversely proportional to the square of the distance.

【0078】従って、この関係は次のように表すことが
できる。 Rij=K/d ^2 …(式1) ここで、K は例えば、d=0.5mのときに、Rij の値が“25
5 ”になるように調整された係数である。
Therefore, this relationship can be expressed as follows. Rij = K / d ^ 2 (Equation 1) Here, for example, when d = 0.5 m, the value of Rij is “25”.
The coefficient has been adjusted to be 5 ".

【0079】従って、式1をd について解くことで、距
離値は求められる。つまり、反射光を抽出することで、
距離画像が抽出できるのである。あとは、ステップS1
01の処理に戻り、反射光の取得を繰り返す。この繰り
返しを例えば、毎秒30回行えば、秒30枚の反射画像
(距離画像)が抽出できる。
Therefore, the distance value can be obtained by solving Equation 1 for d. In other words, by extracting the reflected light,
The distance image can be extracted. After that, step S1
The process returns to step 01, and the acquisition of the reflected light is repeated. If this repetition is performed, for example, 30 times per second, 30 reflected images (distance images) per second can be extracted.

【0080】このような本システムは、従来の、画像処
理による反射画像(距離画像)抽出が、毎秒1/6枚以
下であったことを考えると、本発明システムでは“30
/(1/6)=180”と、実に180倍もの性能アッ
プであり、単純にシステムコストの比較をしてみても、
“1/6”対“30”で1/180以下にすることが可
能であることがわかる。また、CCD型エリアイメージ
センサを用いて、その読み出し制御の工夫で対処するこ
とから、現実的なシステムの実現可能性も大きく、実用
性大である。
In this system, considering that the conventional reflection image (distance image) extraction by image processing is 1/6 or less per second, the system of the present invention is "30".
/ (1/6) = 180 ", which is a 180-fold increase in performance. Even if the system cost is simply compared,
It can be seen that the ratio can be reduced to 1/180 or less for "1/6" versus "30". In addition, since a CCD-type area image sensor is used to cope with the readout control, a realistic system is highly feasible and practical.

【0081】<第1の実施例の効果>以上の第1の実施
形態によれば、手などの反射画像を容易にかつ実時間で
獲得できる。これは、従来の画像処理で最も難しく、画
像処理の応用の障壁になっていた対象物の画像の切り出
しの処理を不要とするものである。従って、本実施例に
より、従来実用化が困難であった種々の画像処理を市販
部品を用いて、容易でかつ安定、かつ安価なコストでの
提供を可能とするものであり、産業/家庭/娯楽など広
範囲の市場に大きな変革をもたらすものである。
<Effects of First Embodiment> According to the first embodiment, a reflection image of a hand or the like can be obtained easily and in real time. This makes it unnecessary to cut out the image of the object, which is the most difficult in the conventional image processing and has been a barrier to the application of the image processing. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to easily and stably provide various image processing which has been difficult to put into practical use at a low cost by using commercially available components. It will revolutionize a wide range of markets such as entertainment.

【0082】(第1の実施例の変形例)上述の第1の実
施例では、水平方向用電荷転送手段24では、一段毎に
シフトし、発光時と非発光時の電荷を一列に並べて蓄積
し、差分回路に送る方式になっている。しかし、必ずし
もこれに限定されるものではない。
(Modification of First Embodiment) In the above-described first embodiment, the horizontal charge transfer means 24 shifts one stage at a time, and accumulates charges during light emission and during non-light emission in a line. Then, the signal is sent to the difference circuit. However, it is not necessarily limited to this.

【0083】例えば、水平方向用電荷転送手段24を2
段(2組分)持つCCD型エリアイメージセンサを用い
ることも可能である。この2段構成のCCD型エリアイ
メージセンサの場合、例えば、まず、上段の水平方向用
電荷転送手段24に非発光時の電荷が並ぶ。
For example, when the horizontal charge transfer means 24 is
It is also possible to use a CCD area image sensor having two stages (two sets). In the case of this two-stage CCD area image sensor, for example, first, electric charges in a non-light emitting state are arranged in the upper horizontal charge transfer means 24.

【0084】そこで、次の転送で、下段の水平方向用電
荷転送手段24に非発光時の電荷を転送し、次に、垂直
方向用電荷転送手段23‐a,23‐b,〜,23‐n
から発光時の電荷を転送することで、図11に示すよう
に、上段と下段の水平方向用電荷転送手段24a,24
b別々に発光時と非発光時の電荷が並ぶ。これを差分回
路6にて差分すればよい。
Then, in the next transfer, the non-emission charge is transferred to the lower horizontal charge transfer means 24, and then the vertical charge transfer means 23-a, 23-b,. n
As shown in FIG. 11, the charge at the time of light emission is transferred from the horizontal charge transfer means 24a and 24 in the upper and lower stages.
b. Charges at the time of light emission and at the time of non-light emission are separately arranged. This may be subtracted by the difference circuit 6.

【0085】あるいは、水平方向用電荷転送手段24は
1段で、ライン単位で転送し、まず、差分回路6に1ラ
イン分の非発光時の電荷を転送し、次に、発光時の電荷
を転送するという方式をとることも可能である。
Alternatively, the horizontal charge transfer means 24 transfers the charges in one stage in units of lines, first transfers the non-light-emitting charges for one line to the difference circuit 6, and then transfers the light-emitting charges. It is also possible to adopt a method of transferring.

【0086】あるいは、CCDエリアイメージングセン
サの出力に1ライン分の遅延素子を配し、非発光時の1
列の出力をこの遅延素子に入力し、次の発光時の1列を
遅延素子を通さずに取り出すようにすれば、非発光時と
発光時の出力が同時に得られる。これを差分回路6に入
力し、差分出力を得るようにすることもできる。
Alternatively, a delay element for one line is provided at the output of the CCD area imaging sensor, and the output of the CCD area imaging sensor is set to 1 when no light is emitted.
If the output of the column is input to this delay element and one column at the time of the next light emission is taken out without passing through the delay element, the output at the time of non-light emission and the time of light emission can be obtained at the same time. This can be input to the difference circuit 6 to obtain a difference output.

【0087】図16において、水平CCDに入った非発
光時電荷は、取り出された後、1Hディレイラインに入
力される。1Hディレイラインとは、信号の入力と出力
の間に1H(水平走査1本)分の時間遅延を与えるもの
である。図17において、水平CCDに入った発光時電
荷は取り出された後、直接差分回路に入力する。
In FIG. 16, the non-emission charge that has entered the horizontal CCD is extracted and input to the 1H delay line. The 1H delay line provides a time delay of 1H (one horizontal scan) between signal input and output. In FIG. 17, the charge at the time of light emission that has entered the horizontal CCD is extracted and then directly input to the difference circuit.

【0088】したがって、図18にあるように、1Hデ
ィレイラインを通った非発光時信号と、直接差分回路に
入力される発光時信号は、同時に差分回路に入力するこ
ととなり、差分回路内にイメージバッファなどを持つ必
要が無くなる。典型的なCCD型イメージセンサは水平
CCDをひとつだけ持つので、この構成を採ることによ
り、より容易に実現しやすくなる。CCDから出力され
る信号を、ディレイラインに送るか、直接差分回路に送
るかは、図示しないスイッチ手段がこれを行い、このス
イッチ手段は、タイミングジェネレータにより制御され
る。なお、発光時の信号をディレイラインに入れ、非発
光時の信号を直接差分回路に入れても構わない。
Therefore, as shown in FIG. 18, the non-emission signal passing through the 1H delay line and the emission signal directly input to the difference circuit are simultaneously input to the difference circuit. There is no need to have a buffer or the like. Since a typical CCD image sensor has only one horizontal CCD, adopting this configuration makes it easier to realize. Whether the signal output from the CCD is sent to the delay line or directly to the difference circuit is determined by a switch (not shown), which is controlled by a timing generator. Note that a signal at the time of light emission may be input to the delay line, and a signal at the time of non-light emission may be directly input to the difference circuit.

【0089】また、第1の実施形態では、偶数ラインと
奇数ラインを発光時と非発光時の画像抽出用に割り当て
ているが、必ずしもこれに限定されるものではない。ま
た、精度をあげるべく、発光時の電荷を蓄積するため
に、非発光時の電荷を蓄積するラインの2倍のラインを
用いるようにすることも可能である。
In the first embodiment, the even-numbered lines and the odd-numbered lines are assigned for image extraction at the time of light emission and at the time of non-light emission. However, the present invention is not limited to this. Further, in order to increase the accuracy, it is also possible to use twice as many lines as the lines for storing the charges during non-light emission in order to store the charges during light emission.

【0090】(第2の実施例)第2の実施例は、概略構
成は実施例と同様である。しかし、この例では受光素子
と垂直方向用電荷転送手段23‐a,23‐b,23‐
n間の電荷転送方式が異なる別のCCD型エリアイメー
ジセンサを用いた場合の実現例である。
(Second Embodiment) The schematic configuration of the second embodiment is similar to that of the embodiment. However, in this example, the light receiving element and the vertical charge transfer means 23-a, 23-b, 23-
This is an example of implementation in the case of using another CCD area image sensor having a different charge transfer method between n.

【0091】第1の実施形態では、タイミングジェネレ
ータ5が発生する制御信号のうち、G1は奇数ライン、
G2は偶数ラインの受光素子22から垂直方向用電荷転
送手段23への電荷転送のゲートの開閉を行っていた。
そして、それぞれの受光素子22が変換/蓄積した電荷
は、その受光素子22の対応する垂直方向用電荷転送手
段23の対応位置に転送されていた。
In the first embodiment, among the control signals generated by the timing generator 5, G1 is an odd line,
G2 opens and closes the gate of charge transfer from the light receiving element 22 of the even-numbered line to the vertical charge transfer means 23.
Then, the charges converted / stored by the respective light receiving elements 22 have been transferred to the corresponding positions of the corresponding vertical charge transfer means 23 of the light receiving elements 22.

【0092】これに対し、第2の実施形態では、受光素
子22は偶数ライン、奇数ライン関係なく、隣り合う2
つの対になる受光素子22が変換/蓄積した電荷が同一
の垂直方向用電荷転送手段23に転送されるようなゲー
ト構成になっているエリアイメージセンサを用いてい
る。
On the other hand, in the second embodiment, the light receiving element 22 has two adjacent light lines regardless of the even line or the odd line.
An area image sensor having a gate structure is used in which the charges converted / stored by the light receiving elements 22 forming one pair are transferred to the same vertical charge transfer means 23.

【0093】図12にこのようなエリアイメージセンサ
における電荷蓄積の動作例を、また、図13に処理の流
れ図を示す。図13の流れ図では、図8の流れ図にステ
ップS204の処理が付加された点が異なる。すなわ
ち、ステップS202において、G1に電圧を印加して
ゲートを開き、奇数ラインの受光素子22‐a1,22
‐a3,〜,22‐an,〜,22‐n1,22‐n
3,〜,22‐niから垂直方向用電荷転送手段23
a,23b,〜,23nに転送する。
FIG. 12 shows an operation example of charge accumulation in such an area image sensor, and FIG. 13 shows a flow chart of processing. The flowchart of FIG. 13 is different from the flowchart of FIG. 8 in that the process of step S204 is added. That is, in step S202, a voltage is applied to G1 to open the gate, and the light receiving elements 22-a1, 22 of the odd-numbered lines are opened.
-A3, ~, 22-an, ~, 22-n1, 22-n
3, ..., 22-ni to vertical charge transfer means 23
a, 23b, to 23n.

【0094】この時点では、図3と同様に垂直方向用電
荷転送手段23a,23b,〜,23nに電荷が蓄積さ
れる。画素を構成する各受光素子(PD)22‐a1,
22‐a2,〜,22‐n1,〜,22‐niをリセッ
ト後(ステップS203)、ステップS204で、垂直
方向用電荷転送手段23‐a,23‐b,〜,23‐n
に蓄積されている電荷を一段下方にシフトする。する
と、垂直方向用電荷転送手段23‐a,23‐b,〜,
23‐nに蓄積保持される電荷は図12のような状態に
なる。すなわち、奇数ライン位置が空となり、電荷は各
偶数ライン位置に位置する状態になる。
At this point, charges are stored in the vertical charge transfer means 23a, 23b,..., 23n as in FIG. Each light receiving element (PD) 22-a1,
After resetting 22-a2, ..., 22-n1, ..., 22-ni (step S203), in step S204, the vertical charge transfer means 23-a, 23-b, ..., 23-n
Shifts the electric charge stored in the memory cell by one step. Then, the vertical charge transfer means 23-a, 23-b,.
The charge stored and held in 23-n is in a state as shown in FIG. That is, the odd-numbered line positions become empty, and the electric charges are located at the even-numbered line positions.

【0095】次に発光素子3を非発光状態にし(ステッ
プS205)、G2に電圧を印加して、ゲートをあけ、
受光した電荷を偶数ラインから垂直方向用電荷転送手段
23‐a,23‐b,23‐c,〜,23‐nに転送す
る(ステップS206)。このとき、ゲートは奇数ライ
ンの受光素子の電荷が転送されるのと同一の垂直方向用
電荷転送手段23‐a,23‐b,23‐c,〜,23
‐nの場所へ転送される。
Next, the light emitting element 3 is turned off (step S205), a voltage is applied to G2, and the gate is opened.
The received charges are transferred from the even-numbered lines to the vertical charge transfer units 23-a, 23-b, 23-c,..., 23-n (step S206). At this time, the gate is the same as the vertical charge transfer means 23-a, 23-b, 23-c,.
-N.

【0096】その結果として、垂直方向用電荷転送手段
23‐a,23‐b,23‐c,〜,23‐nに図14
のように電荷が蓄積される。以降は、第1の実施形態の
例と同様に水平方向用電荷転送手段24に転送し、差分
をとることで、反射画像(距離画像)を取得できる。
As a result, the vertical charge transfer means 23-a, 23-b, 23-c,.
As shown in FIG. Thereafter, as in the example of the first embodiment, the reflected image (distance image) can be acquired by transferring the image to the horizontal charge transfer unit 24 and calculating the difference.

【0097】<第2の実施形態の効果>以上の第2の実
施形態によると、発光時と非発光時とで同じ発光素子
(PD)で受光しているので、発光素子の特性のムラな
どに影響されずに、精度の高い反射画像(距離画像)を
得ることができるので、その効果は大きい。
<Effects of Second Embodiment> According to the second embodiment described above, light is received by the same light emitting element (PD) during light emission and during non-light emission. A highly accurate reflection image (distance image) can be obtained without being affected by the above, and the effect is great.

【0098】(第2の実施形態の変形例)水平方向用電
荷転送手段24の構成に関して、第1の実施形態と同様
に複数の構成をとることができる。
(Modification of Second Embodiment) As for the configuration of the charge transfer means 24 for the horizontal direction, a plurality of configurations can be adopted as in the first embodiment.

【0099】また、第2の実施形態では奇数ラインの受
光素子22‐a1,22‐a3,〜,22‐an,〜,
22‐n1,22‐n3,〜,22‐niのみ用いてい
る。そこで、この奇数ラインの受光素子22‐a1,2
2‐a3,〜,22‐an,〜,22‐n1,22‐n
3,〜,22‐niの受光面側に近赤外線波長領域通過
のバンドパスフィルタを設け、発光体が発光する光を、
奇数ラインの受光素子22‐a1,22‐a3,〜,2
2‐an,〜,22‐n1,22‐n3,〜,22‐n
iのみが受光できるようにする。
In the second embodiment, the light receiving elements 22-a1, 22-a3,..., 22-an,.
Only 22-n1, 22-n3, ..., 22-ni are used. Thus, the light receiving elements 22-a1, 22-2 of the odd lines
2-a3, ~, 22-an, ~, 22-n1, 22-n
The near-infrared wavelength band-pass filter is provided on the light-receiving surface side of 3, to 22-ni, and the light emitted by the luminous body is
Odd line light receiving elements 22-a1, 22-a3,.
2-an, ~, 22-n1, 22-n3, ~, 22-n
Only i can receive light.

【0100】そして、残りの偶数ラインの受光素子22
‐a2,22‐a4,〜,22‐an−1,〜,22‐
n2,22‐n4,〜,22‐ni−1は受光面側にカ
ラーフィルタを設ける構成とすることで、偶数ラインの
受光素子22‐a2,22‐a4,〜,22‐an−
1,〜,22‐n2,22‐n4,〜,22‐ni−1
を用いれば、通常のカラー撮像ができることから、奇数
ラインと偶数ラインの選択的な利用により、カラー画像
と距離画像双方の撮像を1つの入力装置で実施できる装
置となる。
Then, the light receiving elements 22 of the remaining even-numbered lines
-A2,22-a4, ~, 22-an-1, ~, 22-
n2, 22-n4,..., 22-ni-1 have a configuration in which a color filter is provided on the light receiving surface side, so that the light receiving elements 22-a2, 22-a4,.
1, ~, 22-n2, 22-n4, ~, 22-ni-1
Is used, a normal color imaging can be performed. Therefore, by selectively using the odd-numbered lines and the even-numbered lines, it is possible to obtain both a color image and a distance image with a single input device.

【0101】これにより、クロマキーカメラなどを実現
できるので、その効果は大きい。以上、種々の実施例を
説明したが、要するに本発明は、距離画像を得るため、
被写体の光反射像を光の照射時と非照射時の被写体画像
の差分像から得るべく、被写体に光を照射する発光手段
と、光電変換する複数の受光素子を2次元配列してなる
撮像部とこれら撮像部で得られた電荷を転送して取り出
すCCD型電荷転送手段とを有するエリアイメージセン
サと、前記エリアイメージセンサのCCD型電荷転送手
段の駆動および受光素子からCCD型電荷転送手段への
電荷の転送のタイミングを制御し、エリアイメージセン
サの全て、あるいは各々のCCD型電荷転送手段の中に
発光手段が発光しているときに受光した電荷量と、発光
しないときに受光した電荷量が予め決められた配列で並
ぶように制御するタイミング信号生成手段とを備える構
成としたものである。
Thus, a chroma key camera or the like can be realized, and the effect is great. Although various embodiments have been described above, in short, the present invention provides a method for obtaining a distance image.
In order to obtain a light reflection image of a subject from a difference image of the subject image between when the light is irradiated and when the light is not irradiated, a light emitting unit that irradiates the light to the subject and an imaging unit in which a plurality of light receiving elements that perform photoelectric conversion are two-dimensionally arranged. And an area image sensor having CCD type charge transfer means for transferring and taking out the charge obtained by these image pickup units; and driving the CCD type charge transfer means of the area image sensor and transferring the light from the light receiving element to the CCD type charge transfer means. The charge transfer timing is controlled so that the amount of charge received when the light emitting unit emits light and the amount of charge received when the light emitting unit does not emit light in all or each CCD type charge transfer unit are controlled. And a timing signal generating means for controlling so as to be arranged in a predetermined arrangement.

【0102】このような構成によれば、CCD型エリア
イメージセンサの2次元配列された受光素子からタイミ
ング制御により、発光時と非発光時の被写体画像の画素
が画素単位で交互に並んだ状態の画像を直接、当該CC
D型エリアイメージセンサから取得することができるよ
うになり、画素間の差を抽出することでリアルタイムで
差分像が得られるようになって、手などの反射画像を容
易にかつ実時間で獲得できる。これは、従来の画像処理
で最も難しく、画像処理の応用の障壁になっていた対象
物の画像の切り出しの処理を不要とするものである。
According to such a configuration, the pixels of the subject image at the time of light emission and at the time of non-light emission are alternately arranged in pixel units by timing control from the two-dimensionally arranged light receiving elements of the CCD area image sensor. Directly connect the image to the CC
It can be obtained from a D-type area image sensor, and a difference image can be obtained in real time by extracting a difference between pixels, so that a reflection image of a hand or the like can be obtained easily and in real time. . This makes it unnecessary to cut out the image of the object, which is the most difficult in the conventional image processing and has been a barrier to the application of the image processing.

【0103】従って、本発明により、従来実用化が困難
であった種々の画像処理を市販部品を用いて、容易でか
つ安定、かつ安価なコストでの提供を可能とするもので
あり、産業/家庭/娯楽など広範囲の市場に大きな変革
をもたらす。そして、これにより、3次元空間でのポイ
ンティングや視点の変更を容易に行えると共に、ユーザ
のジェスチャや動きをそのまま使って、アニメーション
のキャラクタなどに自然な動きをつけたりすることがで
きるようになる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide various types of image processing which have been difficult to put into practical use by using commercially available parts, easily, stably, and at low cost. It will revolutionize a wide range of markets such as home / entertainment. As a result, pointing and change of the viewpoint in the three-dimensional space can be easily performed, and a natural motion can be given to an animation character or the like using a gesture or motion of the user as it is.

【0104】CCD型エリアイメージセンサの中の、C
CD型電荷転送手段に、発光時の電荷、非発光時の電荷
が予め決められた配列で並ぶが、この差分を取得し、発
光手段の光の反射分のみを取り出すのは、差分回路であ
る。典型的なCCD型エリアイメージセンサは差分回路
を持っていないので、CCD型イメージセンサの出力以
降に差分回路を設けるのが典型的である。
C in the CCD type area image sensor
In the CD-type charge transfer means, the charge at the time of light emission and the charge at the time of non-light emission are arranged in a predetermined arrangement. It is a difference circuit that acquires this difference and extracts only the reflected light of the light emitting means. . Since a typical CCD area image sensor does not have a difference circuit, it is typical to provide a difference circuit after the output of the CCD image sensor.

【0105】しかし、もちろん差分回路を内蔵したCC
D型イメージセンサを用いることもできる。CCD型エ
リアイメージセンサの持つCCD型電荷転送手段の構成
により、出力される信号のパターンが異なる。図7のよ
うに、対応する(つまり差分演算をする)、2つの出力
が交互に出てくる場合は、差分回路は単純である。はじ
めの信号をサンプルホールド回路などでクランプしてお
き、次の信号が入力された時点で差分演算をすればよ
い。差分演算は例えば、差動増幅器などで容易に実現で
きる。図11のように、対応する2つの信号が同時に出
力される場合も容易に差分出力が得られる。
However, of course, the CC having the built-in difference circuit
A D-type image sensor can also be used. The pattern of the output signal differs depending on the configuration of the CCD type charge transfer means of the CCD type area image sensor. As shown in FIG. 7, when two corresponding outputs (that is, the difference operation is performed) appear alternately, the difference circuit is simple. The first signal may be clamped by a sample hold circuit or the like, and the difference operation may be performed when the next signal is input. The difference operation can be easily realized by, for example, a differential amplifier. As shown in FIG. 11, even when two corresponding signals are output simultaneously, a difference output can be easily obtained.

【0106】図18のように、対応する2つの信号がラ
イン単位で交互に出力される場合は、少し複雑になる。
図18のように、ディレイラインを用いて、先に出力さ
れる信号を遅延させれば、差分回路には対応する2つの
信号が同時に入力される。また、差分回路内に、1ライ
ン分のバッファを用意しておくという方法もある。
As shown in FIG. 18, the case where two corresponding signals are output alternately in line units is slightly complicated.
As shown in FIG. 18, if a signal output earlier is delayed using a delay line, two corresponding signals are simultaneously input to the difference circuit. There is also a method of preparing a buffer for one line in the difference circuit.

【0107】本実施例では主に、ADコンバータでデジ
タル信号に変換する前に差分を行う構成を扱っている
が、実際にはこれに限らない。例えば、ADコンバータ
でデジタル信号に変換した後、差分を演算することもで
きる。ただし、この場合は、差分演算によってダイナミ
ックレンジが犠牲になるというデメリットも持ってお
り、例えば、今、非発光時の出力が発光時の4分の3程
度の大きさがある場合を考えてみると、これを共に10
bitのADコンバータでデジタル化した後、その差分
を演算すると、2bit分ダイナミックレンジが減少し
てしまう。
Although the present embodiment mainly deals with a configuration in which a difference is converted before conversion into a digital signal by an AD converter, the present invention is not limited to this. For example, the difference can be calculated after the signal is converted into a digital signal by an AD converter. However, in this case, there is a demerit that the dynamic range is sacrificed by the difference calculation. For example, consider a case where the output during non-light emission is about three-quarters of the output during light emission. And this together 10
When the difference is calculated after digitization by a bit AD converter, the dynamic range is reduced by 2 bits.

【0108】このような現象は特に、非発光時の出力が
比較的大きいときに起こりがちである。このような場合
において、AD変換する前に差分を演算できることのメ
リットは大きい。逆に、AD変換した後、差分を行うの
であれば、例えば、1枚分のイメージバッファを確保す
れば、本実施例で述べたように、エリアイメージセンサ
のCCD型電荷転送手段内に特別な配列で電荷を配列し
なくても実現できる。しかし、前述のダイナミックレン
ジ低下に加え、1枚分もの大きなイメージバッファを用
意しなくてはならない、デジタル化した後の演算コスト
がかかるなどのデメリットがある。
Such a phenomenon tends to occur particularly when the output when light is not emitted is relatively large. In such a case, there is a great merit that the difference can be calculated before AD conversion. Conversely, if the difference is performed after the A / D conversion, for example, if one image buffer is secured, as described in the present embodiment, a special charge is stored in the CCD type charge transfer means of the area image sensor. This can be realized without arranging charges in an array. However, in addition to the decrease in the dynamic range described above, there are disadvantages such as the necessity of preparing a large image buffer for one image and the increase in computational cost after digitization.

【0109】また、フレームあるいはフィールド毎に、
発光時の画像、非発光時の画像と順に出力されるが、そ
の2回の撮像間には1/60秒ほどの時間間隔があり、
早い動きを撮像しているときには、像のぶれが起こる。
本実施例による手法では、発光時の画像、非発光時の画
像の双方を非常に短い時間で撮像できるため、このよう
な問題が無い。なお、本発明は成就した実施例に限定さ
れるものではなく、適宜変形して実施し得る。
Also, for each frame or field,
An image at the time of light emission and an image at the time of non-light emission are sequentially output, and there is a time interval of about 1/60 second between the two imagings.
When capturing a fast motion, image blur occurs.
The method according to the present embodiment does not have such a problem because both an image during light emission and an image during no light emission can be captured in a very short time. It should be noted that the present invention is not limited to the fulfilled embodiments, and can be implemented with appropriate modifications.

【0110】[0110]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
3次元空間でのポインティングや視点の変更を容易に行
えると共に、ユーザのジェスチャや動きをそのまま使っ
て、アニメーションのキャラクタなどに自然な動きをつ
けたりすることができる実用的な3次元情報入力装置を
提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
Provide a practical three-dimensional information input device that can easily perform pointing and change of viewpoint in a three-dimensional space, and make natural movements to animated characters and the like using the user's gestures and movements as they are. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を説明するための図であって、本発明の
第1の実施形態の構成例を説明するための図。
FIG. 1 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram for explaining a configuration example of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明を説明するための図であって、本発明の
第1の実施形態のより具体的な構成例を説明するための
図。
FIG. 2 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram for explaining a more specific configuration example of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明を説明するための図であって、本発明の
第1の実施形態のより具体的な構成例を説明するための
図。
FIG. 3 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram for explaining a more specific configuration example of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施形態を説明するための図。FIG. 4 is a view for explaining the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施形態を説明するための図。FIG. 5 is a diagram for explaining the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施形態を説明するための図。FIG. 6 is a view for explaining the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明を説明するための図であって、第1の実
施形態における電荷転送の動作例を説明するための図。
FIG. 7 is a diagram for explaining the present invention and is a diagram for explaining an operation example of charge transfer in the first embodiment.

【図8】本発明を説明するための図であって、第1の実
施形態における処理の流れの例を示す図。
FIG. 8 is a diagram for explaining the present invention, showing an example of a processing flow in the first embodiment.

【図9】本発明を説明するための図であって、第1の実
施形態における電荷転送を制御する信号の例と動作遷移
を示す図。
FIG. 9 is a diagram for explaining the present invention, showing an example of a signal for controlling charge transfer and an operation transition in the first embodiment.

【図10】本発明を説明するための図であって、第1の
実施形態で取得される反射画像例を示す図。
FIG. 10 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram showing an example of a reflection image acquired in the first embodiment.

【図11】本発明を説明するための図であって、第1の
実施形態の変形例における電荷転送の動作例を示す図。
FIG. 11 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram showing an operation example of charge transfer in a modification of the first embodiment.

【図12】本発明の第1の実施形態を説明するための
図。
FIG. 12 is a view for explaining the first embodiment of the present invention.

【図13】本発明を説明するための図であって、第2の
実施形態における処理の流れの例を示す図。
FIG. 13 is a view for explaining the present invention, showing an example of a processing flow in the second embodiment;

【図14】本発明を説明するための図であって、第2の
実施形態における電荷転送の動作例を示す図。
FIG. 14 is a diagram for explaining the present invention, showing an operation example of charge transfer in the second embodiment.

【図15】従来例を説明するための図。FIG. 15 is a view for explaining a conventional example.

【図16】本発明を説明するための図であって、第1の
実施形態の変形例における電荷転送の動作例を示す図。
FIG. 16 is a diagram for explaining the present invention, and is a diagram showing an operation example of charge transfer in a modification of the first embodiment.

【図17】本発明を説明するための図であって、第1の
実施形態の変形例における電荷転送の動作例を示す図。
FIG. 17 is a diagram for explaining the present invention, showing an operation example of charge transfer in a modification of the first embodiment.

【図18】本発明を説明するための図であって、第1の
実施形態の変形例における電荷転送の動作例を示す図。
FIG. 18 is a view for explaining the present invention, showing an operation example of charge transfer in a modification of the first embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…撮像装置 2…発光制御手段 3…光源としてのLED(発光素子) 4…光学系 5…タイミングジェネレータ 6…差分回路 7…アナログアンプ 8…アナログ/ディジタル変換器(A/D変換器) 9…システム制御部 10…フレームバッファ 11…パソコンへのインタフェース回路 21…CCD型エリアイメージセンサ 22(22‐a1,〜,22‐ni)…受光素子 23(23‐a,〜,23‐n)…垂直方向用電荷転送
手段 24…水平方向用電荷転送手段(画像信号出力用電荷転
送手段)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image pick-up device 2 ... Light emission control means 3 ... LED (light emitting element) as a light source 4 ... Optical system 5 ... Timing generator 6 ... Difference circuit 7 ... Analog amplifier 8 ... Analog / digital converter (A / D converter) 9 ... System control unit 10 ... Frame buffer 11 ... Interface circuit to personal computer 21 ... CCD area image sensor 22 (22-a1, ..., 22-ni) ... Light receiving element 23 (23-a, ..., 23-n) ... Vertical charge transfer means 24... Horizontal charge transfer means (image signal output charge transfer means).

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光の照射時と非照射時の被写体画像の差分
像を得るための装置において、 被写体に光を照射する発光手段と、 光電変換する複数の受光素子を2次元配列してなる撮像
部とこれら撮像部で得られた電荷を転送して取り出すC
CD型電荷転送手段とを有するエリアイメージセンサ
と、 前記エリアイメージセンサのCCD型電荷転送手段の駆
動および受光素子からCCD型電荷転送手段への電荷の
転送のタイミングを制御し、エリアイメージセンサの全
て、あるいは各々のCCD型電荷転送手段中に、発光手
段の発光時に受光した電荷量と、非発光時に受光した電
荷量が予め決められた配列で並ぶように制御するタイミ
ング信号生成手段と、を備えることを特徴とする情報入
力装置。
1. An apparatus for obtaining a difference image between a subject image at the time of light irradiation and a subject image at the time of no light irradiation, wherein a light emitting means for irradiating light to a subject and a plurality of light receiving elements for photoelectric conversion are two-dimensionally arranged. An image pickup unit and C for transferring and taking out charges obtained by these image pickup units
An area image sensor having a CD-type charge transfer means; and controlling the timing of driving the CCD-type charge transfer means of the area image sensor and transferring the charge from the light receiving element to the CCD-type charge transfer means. Or, in each CCD type charge transfer means, there is provided timing signal generating means for controlling the amount of charge received when the light emitting means emits light and the amount of charge received when the light emitting means does not emit light in a predetermined arrangement. An information input device, characterized in that:
【請求項2】タイミング信号生成手段は、エリアイメー
ジセンサの受光素子の一部のみからCCD型電荷転送手
段に電荷を転送するように制御する機能を備えることを
特徴とする請求項1記載の情報入力装置。
2. The information according to claim 1, wherein the timing signal generating means has a function of controlling the transfer of electric charges from only a part of the light receiving elements of the area image sensor to the CCD type electric charge transferring means. Input device.
【請求項3】タイミング信号生成手段は、発光手段と同
期してエリアイメージセンサの2次元配列された受光素
子のうち、偶数ライン位置の受光素子あるいは奇数ライ
ン位置の受光素子のいずれかのみから転送するための信
号を発生する機能を備えることを特徴とする請求項1記
載の情報入力装置。
3. The timing signal generating means transfers from only one of the light receiving elements at the even line position and the light receiving element at the odd line position among the two-dimensionally arranged light receiving elements of the area image sensor in synchronization with the light emitting means. 2. The information input device according to claim 1, further comprising a function of generating a signal for performing the operation.
【請求項4】エリアイメージセンサは、2次元配列され
た受光素子のうち、発光手段と同期して撮像に供する受
光素子にのみ、前記発光手段から発光される光を通過さ
せ、不要な光を通さないフィルタを付加したことを特徴
とする請求項1記載の情報入力装置。
4. An area image sensor passes light emitted from said light emitting means only to a light receiving element provided for imaging in synchronization with the light emitting means among light receiving elements arranged two-dimensionally, and transmits unnecessary light. 2. The information input device according to claim 1, wherein a filter that does not pass is added.
【請求項5】タイミング信号生成手段からの信号と同期
して、前記CCD型エリアイメージセンサにおけるCC
D電荷転送手段での転送制御を行うための制御信号を発
生させる電荷転送制御信号生成手段を具備したことを特
徴とする請求項1記載の情報入力装置。
5. A CCD in the CCD type area image sensor in synchronization with a signal from a timing signal generating means.
2. The information input device according to claim 1, further comprising: a charge transfer control signal generation unit that generates a control signal for performing transfer control in the D charge transfer unit.
【請求項6】電荷転送制御信号生成手段は、発光手段が
発光していないときに、電荷の転送を行うための信号を
発生するものであることを特徴とする請求項5記載の情
報入力装置。
6. The information input device according to claim 5, wherein the charge transfer control signal generating means generates a signal for transferring charges when the light emitting means does not emit light. .
【請求項7】電荷転送制御信号生成手段は、エリアイメ
ージセンサの2次元配列された受光素子のうちから、偶
数ライン位置と奇数ライン位置から交互に転送すべく、
発光手段と同期して転送制御のための信号を発生するも
のであることを特徴とする請求項1記載の情報入力装
置。
7. A charge transfer control signal generating means for alternately transferring, from among the two-dimensionally arranged light receiving elements of the area image sensor, even line positions and odd line positions.
2. The information input device according to claim 1, wherein a signal for transfer control is generated in synchronization with the light emitting means.
【請求項8】エリアイメージセンサから出力される発光
時の受光電荷量、非発光時の受光電荷量からその差分を
取り出す差分回路を有することを特徴とする情報入力装
置。
8. An information input device, comprising: a difference circuit for extracting a difference between a light-receiving charge amount during light emission and a light-receiving charge amount during non-light emission output from the area image sensor.
【請求項9】光の照射時と非照射時の被写体画像の差分
画像を得るための装置において、 被写体に光を照射する発光手段と、 光電変換する複数の受光素子を2次元配列してなる撮像
部とこれら撮像部で得られた電荷を転送して取り出すC
CD型電荷転送手段とを有するエリアイメージセンサ
と、 前記エリアイメージセンサのCCD型電荷転送手段の駆
動および受光素子からCCD型電荷転送手段への電荷の
転送のタイミングを制御し、エリアイメージセンサの全
て、あるいは各々のCCD型電荷転送手段中に、発光手
段の発光時に受光した電荷量と、非発光時に受光した電
荷量が予め決められた配列で並ぶように制御するタイミ
ング信号生成手段と、 このタイミング信号生成手段のタイミング信号をもと
に、前記エリアイメージセンサから出力される発光時ま
たは非発光時に受光した電荷量を1水平走査時間分だけ
遅延させるディレイラインと、 このディレイラインに入力された発光時の電荷量とエリ
アイメージセンサから直接出力された非発光時の電荷量
の差分,またはディレイラインに入力された非発光時の
電荷量とエリアイメージセンサから直接出力された発光
時の電荷量の差分を出力する差分回路とを有することを
特徴とする情報入力装置。
9. An apparatus for obtaining a difference image between a subject image at the time of light irradiation and a subject image at the time of no light irradiation. An image pickup unit and C for transferring and taking out charges obtained by these image pickup units
An area image sensor having a CD-type charge transfer means; controlling the drive of the CCD-type charge transfer means of the area image sensor and the timing of charge transfer from the light receiving element to the CCD-type charge transfer means; Or, in each CCD type charge transfer means, a timing signal generating means for controlling the amount of charge received when the light emitting means emits light and the amount of charge received when the light emitting means does not emit light in a predetermined arrangement; A delay line for delaying the amount of charge received from the area image sensor during light emission or non-light emission by one horizontal scanning time based on the timing signal of the signal generating means; Difference between the charge amount at the time of light emission and the charge amount at the time of non-emission output directly from the Information input device, characterized in that it comprises a differential circuit for outputting a difference between the charge amount of the non-emission time which is input to the ray lines and the charge amount at the time of light emission output directly from the area image sensor.
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