JPS58120111A - アナログ映像信号の二値化器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアナログ映像信号の二値化器に関するものであ
る。本発明の典型的応用例は、−次元イメージセンサを
用いた光電式測距装置における信号処理部である。

第１図に示すのは従来技術に基く光電式測距装置の一例
である。被写体１からの一つの光ｉ２Ａは反射鏡３Ａ、
　　レンズ４Ａ、表面反射プリズム５を経て、ＣＯＤな
どの一次元固体イメージセンサ６の一端に近い部分６Ａ
に結像する。被写体１がらの他の光線２Ｂは反射鏡３Ｂ
、　　レンズ４Ｂ、　　プリズム５を経て、−次元固体
イメージセンサ６の他端に近い部分６Ｂに結像する。駆
動回路７によってイメージセンサ（以下センサと略す）
６を駆動すると５発生する映像信号は比較器８と分配器
９によって、二値化された二つの映像信号に変換される
。その一つは光線２人によってセンサ６の一部分６Ａに
結像した映像から得られたものであり。

他の一つは同じ（６Ｂから得られたもので２両者はそれ
ぞれ信号線１０Ａと１．ＯＢを経て相関器１１に入力さ
れる。相関器を用いて二つの映像信号を比較し２両者の
合致点を検出することによって測距を行う技術は、特開
昭５２−１５３４３３号公報によりすでに公知であるた
め、ここでは具体的構成を省略する。

第２図に示すのは従来の二値化器の一構成例である。二
値化器は利得の極めて大きい比較器８によって構成され
、その−っの入力端子にはセンサ６からの映像信号が、
他の入力端子には一定の基準電圧Ｖが入力されている。

もし映像信号レベルが基準電圧Ｖよりも高ければ、比較
器８の出力は高レベルに２反対に低ければ低レベルにな
り、このようにして映像信号は二値化される。二値化さ
れた信号は分配器９に入力される。分配器９は二つの論
理積グー）９Ａと９ＢＫよって構成され。

いずれも駆動回路７によって制御される。即ちセンサ６
から時系列的に出力される映像信号出方が。

センサ上の６への部分の映像であるタイミングにはゲー
）９Ａがオンとなって出力線１０Ａ　Ｋセンサ上６Ａの
部分の映像信号出力が現れ、また映像信号出力が６Ｂの
タイミングであるときにはゲート９Ｂがオンとなって出
力線１０Ｂにセンナ上６Ｂの部分の映像信号出力が現わ
れる。

このような従来技術の問題点を第３図によって示す。第
３図（Ａ）は問題を生じ易い被写体の一例で、白地に灰
色の縦線から成るパターンである。

このような被写体が第３図（Ｂ）に示すようにセンサ６
上の二つの領域６Ａと６Ｂに結像すると。

その映像信号出力には第３図（０）に示すような二つの
凹みａとｂが現れる。この二つの凹みが被写体の特徴を
表現する信号である。しかしこれを比較器８（第２図）
に通して、一定の基準電子■で二値化すると、原信号の
特徴は全く失われて、第３図（Ｄ）のような平たんな信
号になってしまう。

もちろん基準電圧Ｖを高く設定すれば凹みａおよびｂを
検出できるが、そのようにすると第３図（Ａ）を反転し
たパターン、即ち黒地に灰色の被写体に対し検出能力が
低下する。

第４図に示すのはかかる欠点に対処する二値化器の一例
である。センサ６の出力は、センサ駆動パルスなどによ
るノイズを除去する目的で挿入された波形整形回路１２
を経て、微分回路１３．バッファ・アンプ１４．および
両波整流回路１５から成る輪郭強調回路１６に入力され
る。その出力は比較器８によって二値化され、二値化さ
れた出力は分配器９とウィンドウ信号発生器１７から構
成された区間制限回路１８に入力される。区間制限回路
１８の出力１０ＡとＩＯＢは既述の通り相関器に入力さ
れる。

微分回路１３は映像信号の輪郭すなわち急峻な立上り部
と立下り部を強調する作用がある。バッファ・アンプ１
４は次段の両波整流回路１５への入力信号レベルを適正
値に設定するためのもので、もし信号レベルが予め適正
値に設定されておれば必ずしも必要ではない。

次に本実施例回路の動作を第５図に示す各部波形を参照
しつつ説明する。被写体は第３図の場合と同じの、白地
に灰色の縦線であるとする。センサ６の出力は第５図（
Ａ）の波形で示されている。

第４図の微分回路１３を通過後の波形は第５図（Ｂ）で
示されている。この信号はバッファ・アンプ】４を通過
後２両波整流回路１５と比較器８を通過する。

もし比較器８を構成する差動アンプの利得が低く非飽和
状態であれば、その出力は第５図（０）に示す両波整流
波形となるが、実際には差動アンプの利得が極めて大き
いため、その出力は二値化されて第５図（Ｄ）の波形と
なる。この出力信号は分配器９に入力される。分配器９
を構成する要素の一つであるゲー）９Ａにはウィンドウ
信号発生器１７から映像信号の凹みａに対応する第５図
（Ｆ）に示すウィンドウ信号が供給される。寸たゲ〒ト
９Ｂには映像信号の凹みｂに対応する第５図（Ｂ）に示
すウィンドウ信号が供給される。この二つのウィンドウ
信号によってゲートされた後の映像信号は第５図（Ｇ）
および（Ｈ）によって示す波形となり。

それぞれ分配器９の出力線１０ＢとＩＯＡに出力される
。この二つの出力波形（Ｇ）と（Ｈ）は、それぞれ被写
体１からの二つの光線２Ｂおよび２Ａによる映像を表し
ている。しかもそれらの波形は原映像信号の立上りと立
下りによって生じたパルスによって構成されている。こ
れらのパルスは被写体（第３図Ａ）の縦線の輪郭によっ
て生じた信号である。このようにして被写体の特徴を表
す部分のみを取り出して、それを二値信号に変換するこ
とができる。

第４図に示す二値化器部の特徴を以下に述べる。

１）輪郭強調： 上記実施例で述べたように、微分回路を付加することに
よって被写体の特徴を抽出することができる。同様の微
分効果は他の回路を用いても得られる。たとえば原映像
信号と、それをある一定の時間遅延させた信号との差分
信号を作ってもよい。このよつ’ｆＬ信号処理技術自体
は公知である。

２）両波整流： 単純な微分処理だけでは、得られる信号は両極性（正と
負）である。即ち原映像信号の立」二つ部では正極性、
立下り部では負極性の微分信号が発生する。この１ま比
較器に入力すると下、　　記のような不都合が生じる。

即ち第６図（Ａ）に示すように２画面の左半分が白、右
半分が黒の幅の広い被写体があったとする。この場合セ
ンサから発生する映像信号は第６図（Ｂ）のようになる
。ここで立上り部ａは、センサの長さが有限であるため
にその端部で発生した意味のない立上りである。仮にセ
ンサの長さがもっと長くても、光学系の開口が有限であ
れば端部で照度が低下するので、やはり類似のセンサ出
力変化が端部で生じる。一方映像信号の立下り部すは被
写体の白から黒への境界線を表している。即ち意味のあ
る信号である。

さて第６図（Ｂ）に示す映像信号を微分したものが第６
図（０）であり、これを基準゛電圧Ｖによって二値化し
たものが第６図（Ｄ）である。この二値化信号は明らか
に５本来無意味なセンサ端部立上り信号Ｃを検出してい
て、目的とする白黒境界線を検出していない。もし第６
図（０）の点線で示すように、基準電圧を負側に設定す
れば、白黒境界の立下り信号ｄを検出できるが。

そのようにすると今度は第６図（Ａ）に示す被写体が逆
になった際の信号、即ち黒から白への立上り部分を検出
できなくなる。

微分後両波整流して二値化する方式はこの点を解決した
ものである。即ち第５図の各部波形かられかるように２
両波整流後二値化することにより、映像信号の立上りお
よび立下りが両方共正しく検出されるようになる。

第４図に示す回路について若干補足する。整流器Ｄ１お
よびＤ２への入力が零であれば、抵抗Ｒによる電圧降下
■３が比較器８に入力さ門たメ、ソの出力は高レベルに
なっている。もし整流器り、、Ｄ、への入力が正になる
と毬が導通し、比較器８の逆相入力端子（ｅ側）の電圧
が上昇する。そして、その電圧値が正相入力端子（（ト
）側）の電圧値を越えると比較器８の出力が反転して低
レベルになる。逆に整流器り、、Ｄ、への入力が負にな
るとり、が導通し、比較器８の正相入力端子（■側）の
′屯田が低下し、逆相入力端子（○側）の電圧値以下に
なると、やはり比較器−９＝ δの出力電圧が低レベルへ反転する。このようにして、
微分出力の正負にかかわらず常に比較器８から負のパル
スが発生する。整流器り、とＤ２の極性又は比較器８の
正相逆相端子を反転すれば、比較器８から正のパルスを
発生させることもできる。なお■８に整流器り、または
Ｄ２の電圧降下分を加えたものが二値化の基準電圧■で
ある。

３）区間制限回路 第６図の説明において述べたように、センサの長さが有
限である限り、その一端で映像信号の立上りが発生し、
したがって他端で立下りが発生する。本発明の輪郭強調
方式では、センサ端部における映像信号の立上りおよび
立下りによって生じたにせの信号と、被写体自身の輪郭
とを区別しなげればならない。この目的の為に用いられ
るのが区間制限回路で、所要のタイミングに合わせてゲ
ート９Ａと９Ｂをオンにする。

センサ一端部の影響を除くには、ウィンドウ信号の開始
時刻は、センサ先端に於る映像信号立へ　　　　　　　
　　　　−１０− 上り時刻より遅くなくてはならない。才だウィンドウ信
号の終了時刻は、センサ後端における映像信号立下り時
刻より早くなくてはならない。

したがってウィンドウ信号の持続期間は、映像信号の持
続時間より短くなくてはならない。

映像信号を微分したとき、微分信号の遅延時間は微分回
路の時定数即ちコンデンサ容量と抵抗の積で与えられる
。あるいは前述の遅延信号と原信号の差分なとる方式で
は、その遅延時間が微分信号の遅延時間を与える。した
がってウィンドウ信号の立上り時刻と映像信号の立上り
時刻との差は、上記微分信号遅延時間より大きくなくて
はならない。これらのことは次のように表現できる。

Ｔ、　−Ｔ、　）Δｔ ＴＩ：センサ先端における映像信号立上り時刻Ｔ２：　
ウィンドウ信号立上り時刻 Δｔ　：微分回路の時定数または遅延時間から決まる微
分信号遅延時間 以上述べてきた装置で用いるセンサ６は、光電変換素子
アレイなどから構成されているが、センサ内の各光電変
換素子が全く一様な特性を持つことはない。そのため一
様な光を光電変換素子アレイに照射してもセンサ６の出
力は一様とならず。

微小ながら不均一な出力となる。センサ６の出力レベル
を■として、この不均一な特性による出方変動分をΔｖ
０とするとΔ■ｏはセンサ６の出力レベル■に比例した
ものとなる。第７図は）に被写体が高輝度の部分を持た
ず弱い光しがセンサ６上の６Ａと６Ｂ部分（第１図）に
照射されない場合を示す。

ここで同図（１−Ａ）は例えば被写体が黒地の中央部に
灰色の縦帯がある場合におけるセンサ６全体から生じる
映像信号であり、ａとｂはセンサ６上の６Ａ、６Ｂ部分
にそれぞれ対応する映像信号である。同図（１−Ｂ）は
前記映像信号の微分出力を両波整流した波形、同図（１
−０）は同図（１−Ｂ）に示す波形を二値化したもので
ある。この場合センサ６の出力レベルｖ０が小さいため
、光電変換素子の特性の不均一性から生じる出力変動分
Δ■は極めて小さい。したがってこの不要なΔ■の信号
分は点線で示した比較器８（第１図）のしきい値（基準
電圧■）を越えず二値化されない。

このようにして必要とする被写体（灰色の縦帯）の輪郭
に相当する映像信号のみが二値化され取り出される。

一方第７図伐）に、被写体が高輝度な部分を持ち。

強い光がセンサ６上の６Ａと６Ｂ部分（第１図）に照射
される場合を示す。ここで同図（２−Ａ）は例えば被写
体が黒地の中央部に白色の帯がある場合の映像信号であ
り、ａと１）はセンサ６上の６Ａ、６Ｂ部分にそれぞれ
対応する映像信号である。

同図（２−Ｂ）は前記映像信号の微分出力を両波整流し
た成形、同図（２−Ｃ）は同図（２−Ｂ）に示す波形を
二値化した信号である。この場合センサ６の出力レベル
Ｖ。が大きくなるため、特性の不均一性から生じる出力
変動分Δｖｏが比例的に比較的大きくなる。そして点線
で示すように、比較器８（第１図）のしきい値（基準電
圧■）をこえる部分が生じるため、このΔ■の情報が二
値化される。このΔＶｏの二値化信号は被写体像の輪郭
と無関係に生じるものであるため、相関器１１（第１図
）にて、映像信号ａとｂの二値化信号の相関をとる際、
この不要なΔｖ０の二値化信号により不完全な合焦動作
をするという欠点がある。

本発明の目的はかがる欠点を解決するためになされたも
ので、その原理は、センサと二値化器の間に可変利得ア
ンプを介在させ、このアンプの利得を被写体の輝度に応
じて変化させることにある。

第８図に示す構成はかがる欠点を解決するためになされ
た本発明の一実施例である。センサ６の出力は、波形整
形回路１２を経て、その振幅が過大になることを防止す
るための目的で挿入された可変利得アンプ２０を通過後
１輪郭強調回路１６に入力される。その出力は比較器８
によって二値化され。

二値化された出力は２区間制限回路１８に入力される。

区間制限回路１８の出力１０ＡとＩＯＢは既述の通り相
関器１１（第１図）に入力される。

第９図に２本発明部分である可変利得アンプ２゜の−回
路例を示す。入力端子２ｏ−１には第８図に示したよう
に、センサ６の出力が波形整形回路１２を経て供給され
る。この入力信号は抵抗ＲとコンデンサＣから成る積分
回路２０−２を経てトランジスタＴＲＩによって極性が
反転されたあと　可変利り 得アンプ部２０−３に入力される。この可変利得アンプ
部２０−３はトランジスタＴＲ２，ＴＲ３およびＴＲ４
によって構成され、トランジスタＴＲ２のベースには利
得制御信号が、トランジスタＴＲ３のベースには映像信
号が入力され、トランジスタ’Ｉｌｌ、４のコレクタ側
端子２０−４から利得制御された映像信号増幅出力が得
られる。

この回路の動作を説明する。トランジスタＴＲ１のベー
ス入力電圧は入力映像信号の平均値によって変化し、入
力映像信号の平均値が上昇するとトランジスタＴ　Ｒ１
のコレクタ′電圧が下り、したがってトランジスタＴＲ
２のコレクタ電流が減少し。

その結果としてトランジスタＴＲ３とＴＲ４のエミッタ
電流が減少して、これら二つのトランジスタＴＲ３，Ｔ
Ｒ４の利得が低下する。即ち入力端子２〇−１へ供給さ
れる映像信号のレベルが上昇すると。

可変利得アンプ部２０−３の利得が低下し、結果として
出力端子２０−４に現れる映像信号のレベルは。

入力レベルの変動に影響されずほぼ一定に保たれる。

第１０図に本発明の他の実施例を示す。本実施例では可
変利得アンプ２０をオペアンプによって構成している。

オペアンプ２０−５の一つの入力端子２〇−１にはセン
サ６の映像信号出力が波形整形回路１２を経て供給され
る。オペアンプ２０−５の他の入力端子は、フィードバ
ック抵抗Ｒ１を介して出力端子２０−４に接続され、か
つ同時に抵抗Ｒ２を介して接地されている。フィードバ
ック抵抗Ｒ１はＣｄＳ光導電素子などのような感光性可
変抵抗素子によって構成されている。この感光性可変抵
抗素子Ｒ１の前方にレンズ２０−６が配置されていて。

このレンズの結像作用により、被写体１の像が感光性可
変抵抗素子Ｒ１の近傍に生じる。レンズ２〇−６および
感光性可変抵抗素子Ｒ１から成る光学系は、第１図に示
した反射鏡３Ａ、３Ｂからセンサ６に至る光学系と近接
して配置され、これら二つの光学系は同一被写体の方向
を向いている。

次に第１０図に示す実施例の動作を説明する。この回路
の利得ＧはＧ＝１−１−Ｒヴ働２である。被写体１の輝
度が上昇すると、感光性可変抵抗素子Ｒ。

に入射する光束が増加し、そのためＲ１が減少し。

利得Ｇが低下する。逆に被写体の輝度が低下すると、利
得Ｇは増力口する。このようにしてこの回路の入力端子
２０−１に供給される映像信号のレベルが、被写体の輝
度によって変動しても、出力端子２０−４に現れる映像
信号のレベルはほぼ一定に保たれる。

以上説明したごとく本発明によれば、広い輝度範囲の被
写体に対してその特徴を効果的に抽出することができる
ので、光電式測距装置やそれを用いた自動合焦装置（本
発明は特開昭５６−１０１１１１号公報に示されている
ようなＴＴＬ方式、即ち撮影レンズ自身を測距光学系の
一部として利用する方式による自動合焦装置にも適用で
きる。）の信号処理回路に適用すると、測距精度や合焦
精度の改善に効果大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の一適用分野を示す光電式測距装置の
構成系統図、第２図は従来技術の二値化器の一構成系統
図、第３図は従来技術における一動作例を示す波形図、
第４図は改良された二値化器の一構成系統図、第５図は
第４図の構成における一動作例を示す各部波形図、第６
図は従来技術の欠点を示す波形図である。第７図（１）
は従来技術における黒地に灰色の縦帯の被写体を用いた
場合の各部波形図、第７図（２）は従来技術における黒
地に白色の縦帯の被写体を用いた場合の各部波形図。 第８図は本発明の一構成例を示すブロック系統図。 第９図は本発明の可変利得アンプの一例を示す回路図、
第１０図は本発明の他の実施例を示す回路図である。 ６：イメージセンサ、８：比較器、１６：輪郭強調回路
、１８二区間制限回路、２０：可変利得アンプ。 第２図 ５ ５２− 第３図 （Ｄ） 第９図 −５４− 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■）アナログ映像信号を発生するイメージセンサと、該
   アナログ映像信号の輪郭を強調する回路と、該輪郭強調
   信号を基準電圧と比較する比較器とを含むアナログ映像
   信号の二値化器において、前記イメージセンサと前記比
   較器の間に前記アナログ映像信号の振幅に応じて自動的
   に利得が変化する可変利得アンプを付加してなるアナロ
   グ映像信号の二値化器。 ２）アナログ映像信号を発生するイメージセンサと、該
   アナログ映像信号の輪郭を強調する回路と、該輪郭強調
   信号を両波整流する回路と、該−両波整流信号を基準電 圧と比較する比較器とから成るアナログ映像信号の二値
   化器において、前記イメージセンサと前記比較器の間に
   前記アナ・ログ映像信号の振幅に応じて自動的に利得が
   変化する可変利得アンプを付加してなるアナログ映像信
   号の二値化器。