JPS58120115A - アナログ信号の二値化器 - 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からの一つの光線２人は反射鏡３Ａ、
　　レンズ４Ａ、表面反射プリズム５を経て、−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からの他の光線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−６を駆動すると２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
てセンサー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
７両者はそれぞれ信号線１０ＡとＩＯＢを経て相関器１
１に入力される。相関器な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つ技
術は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
、その一つの入力端子にはセンサー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■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
ゲー）９Ａと９Ｂによって構成され。

いずれも駆動回路７によって制御される。即ちセンサー
６から時系列的に出力される映像信号出力が、センサー
上の６への部分の映像であるタイミングにはゲート９Ａ
がオンとなって、出力線１−ｏＡにセンサー上６Ａの部
分の映像信号出力が現れ。

壕だ映像信号出力が６Ｂのタイミングであるときにはゲ
ー）９Ｂがオンとなって出力線１０Ｂにセンサー上６Ｂ
の部分の映像信号出力が現われる。

このよ５Ｚ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ー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が現われる。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、一定の基準電圧Ｖ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捷う。

もちろん基準電圧■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図に示すのは上記の問題に対処する改良技術の一実
施例である。この改良された技術の特徴は輪郭強調方式
を採用していることである。即ちイメージセンサ−６の
出力は、センサー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。

次に上記改良技術に依る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。センサー
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　５− （Ｂ）で示されている。この信号はバッファ・アンプ１
４を通過後９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、その出力は二１直化されて８５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ト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。ま
たゲー）９Ｂには映像信号の凹みｂに対応する第５図（
Ｅ）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１ＯＡ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が
らの二つの光線２Ｂおよび２人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。

なおこのような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上り部では正極性、立
下り部では負極性の微分信号が発生する。このま寸二値
化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
ー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、センサー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。

仮にセンサー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ー出力変化が端部で生じる。

一方決像信号の立下りｆｆＢ　ｂ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）であるが、これを基準電圧■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９本来無意味なセンサ一端部立上り信号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（Ｃ）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。

上記実施例に用いられるところの、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。

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。整流器り、お
よびＤ２への入力が零であれば、抵抗Ｒによる′成圧降
下■が比較器８に入力されるため、その出力は高レベル
になっている。もし整流器ＤＩ。

Ｄ２への入力が正になるとＤ２が導通し、比較器８の逆
相入力端子（○側）の′電圧が上昇する。そして、その
電圧値が正相入力端子（■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、
、Ｄ２への入力が負になるとＤｌが導通し、比較器８の
正相入力端子（■側）の電圧が低下し、逆相入力端子（
○側）の電圧値以下になるとやはり比較器８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　９− 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Ｄ１とり、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。なおりＲに整流器ＤＩ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Ｖ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、イメージセンサ−
の長さが有限である限り、その一端で必ず映像信号の立
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。

センサ一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
しなければならない。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）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、センサー先端に於ける映像信号立上り時刻より
遅くなくてはならない。またウィンドウ信号の終了時刻
は、センサー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をとる方式で
は、その遅延時間が微分信号の遅延時間を与２ヒる。し
たがってウィンドウ信号と映像信号の持続時間の差は、
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、−Ｔ２）Δｔ Ｔ１：センサー先端（（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 しかし第４図に示した改良技術自身も又以下のような欠
点を持っている。即ち上記改良技術は。

イメージセンサ−６の出力を微分等することによって映
像の輪郭を強調している方式を採用しているので１元の
映像信号自身が明暗のコントラストの低い信号であると
、その特徴を抽出することが困難になるということであ
る。

本発明は上述のような従来技術の欠点に対処するための
もので、その特徴は、微分等による輪郭強調方式と、原
信号からの特徴抽出方式とを併用することにある。

第７図に示すのは本発明の一実施例である。この図の中
で２輪郭強調回路１６は微分回路２両波整流回路、およ
び必要に応じてバッファーアンプを用いて構成され、そ
の内部構成は第４図に示したものと同じである。第４図
の実施例に示したのと同じように、イメージセンサ−６
の出力は波形整形回路１２を経て輪郭強調回路１６に入
力され、その出力は二値化器８によって二値化される。

一方波形整形回路１２の出力は、別の二値化器１９およ
び積分回路２０に供給される。積分回路２ｏは抵抗Ｒと
コンデンサＣによって構成され、その出力は二値化器１
９に入力される。積分回路２０に入力される映像信号は
、積分回路２０によって平均化され、その平均値が二値
化器１９０基準醜圧Ｕとなる。

二つの二値化器１９および８の出力は排他的論理和回路
２１に入力され、その出力は分配器９に入力される。分
配器９．駆動回路７．およびウィンドウ信号発生器１７
９区間制限回路１８については第４図の説明で述べた通
りである。

次に第８図に示す波形図によって、第７図の回路の動作
を説明する。ここで被写体は第８図（ａ）に示すように
、左右両端が暗く、中心に向って徐々に明る（なってお
り、明るい中央部にやや暗い細線があるものとする。こ
のような被写体に対するイメージセンサ−６の出力は第
８図（ｂ）のようになる。この波形の右半分はイメージ
センサ−６０片側６Ａによって、又左半分はイメージセ
ンサ−６の反対側６Ｂによって生じたものであることは
既に述べた通りである。又同じ波形の一端Ｘおよび他端
Ｙにおける信号の立上りおよび立下りは、イメージセン
サ−６の端部で生じたものであることも既に述べた通り
である。又同図およびそれ以下の図で、縦軸は信号レベ
ル、横軸は時間である。

イメージセンサー６からの映像信号出力を輪郭強調回路
１６および二値化器８に通すことによって得られた波形
を第８図（ｃ）に示す。また第８図（ｄ）は二値化器１
９に入力される映像信号と、その平均値として得られた
基準信号Ｕの関係を示す図である。このような条件のも
とで二値化器１９がら出力される二値化信号は第８図（
ｅ）に示すような波形にによって輪郭強調された信号（
ｃｌと２元の映像信号そのものを、その平均値によって
二値化した信号（ｅ）が得られる。この二つの二値化信
号を、排他的論理和回路２１に依って合成すると、第８
図（ｆ’ｌの波形が得られる。このようにして原波形そ
のものの　。

特徴と、その輪郭の特徴を兼ねそなえた二値化信号が得
られる。

もし原映像信号が輪郭の明瞭でない、即ちコントラスト
の低い信号であれば、第８図（ｃｌのような輪郭強調信
号は得られず、原信号を表す第８図（ｅ）の波形のみが
得られる。このような場合７輪郭強調信号のみに依存す
る従来法では、映像信号の二値化は不可能であった。し
かし本発明技術に依れば、被写体のコントラストが低い
場合でも二値化映像信号が得られるので、より多種多様
の被写体に対して適用可能な二値化器が得られる。

なお第８図（虚に示すのは区間制限のためのウィンドウ
信号の波形である。

以上説明したごと（本発明によれば、各種の被＼　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図は改良技術の一構成例を示す回路系統図、第５図
は上記改良技術における一動作例を示す各部波形図、第
６図は上記改良技術の他の効果を示すために他の従来技
術の欠点を引用して示した波形図、第７図は本発明の一
実施例を示す回路系統図、第８図はその動作波形図であ
る。 ６：イメージセンナ、７：駆動回路、８：比較器、９：
分配器、１６：輪郭強調回路、１７：ウインドウ信号発
生器、１８：区間制限回路、１９：比較器。 ２０：積分回路、２１：排他的論理和回路。 代理人　弁理士　薄　１）利／幸＼ 、！゛ 第２図 第３図 （Ｄ） 第６図 （△） （Ｄ） 第７図 １′６ ７３− 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■）アナログ信号を第一の基準信号と比較することによ
   って二値化する第一の二値化器と、前記アナログ信号を
   輪郭強調後第二の基準信号と比較することによって二値
   化する第二の二値化器と、前記第一および第二の二値止
   器出力の合成器を含むアナログ信号の二値化器。 ２）アナログ信号を第一の基準信号と比較することによ
   って二値化する第一〇二値化器と、前記アナログ信号を
   輪郭強調後第二の′フ蔓−信号と比較することによって
   二値化する第二〇二値化器と、前記第一および第二の二
   値止器出力の合成器と、該合成二値化信号の特定部分の
   みを選択的に取出す区間制限回路を含むアナログ信号の
   二値化器。