JPS58132609A - 映像信号の二値化方式 - 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方式に関するもので
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２Ａは反射ｆｉ３Ａ
、　　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６人に結像す
る。被写体、ｌ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１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１両者はそれぞれ信号［１０ＡとＩＯＢ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１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−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の出力は畠レベルに９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１−９Ａ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６Ａ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にセンサー上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にセンサー上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（８）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（Ｂｌ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（Ｃ
１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、原信号の時機は全く失われて、第３図の
）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
、その上うにすると第３囚人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。

本発明は従来技術におけるこのような欠点を除去し、な
るべく多種の被写体に対して有効な二値化方式を提供す
ることを目的とするものである。

この目的を達成するため１本発明の二値化器には輪郭強
調回路と区間制限回路が付加されている。

ここで輪郭強調回路とは、映像信号の急峻な立上り又は
立下り部分を選択的に強調する回路で、具体的には微分
回路によって構成される。また区間制限回路とは、一連
の時系列信号の中の特定の一部分のみを選択的に°取り
出すゲート回路のことである。

第４図に示すのは本発明の一実施例である。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１０Ｂ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。センサー６の出力は第５
囚人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図の）で示
されている。この信号はバッファ・アンプ１４を通過後
１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ρ）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太きい
ため、その出力は二値化されて第５図（ＤＪ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■に示すウィンドウ信号が供給される。ここで
云うウィンドウとは特定の時間区間を指すものとする。

１だゲー）９Ｂには映像信号の凹みｂに対応する第５図
（Ｅｌ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（０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（ｑと■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図に示す本発明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列。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ｌ！！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。このまま二値
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囚人に示すように。

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Ｇ３）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、光学系の開口ぶ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カ変化が端部で生じる。

一方決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図の）に示す映像信号を微分したものが第６
図（ｑ″Ｉｌ′あるが、これを基準電圧Ｖによって二値
化したものが第６図僕である。この二値化信号は明らか
に２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（ＡＲＫ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。

本発明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ａＤｌお
よびＤ２への入力が零であれば、抵抗Ｒによる電圧降下
■Ｒ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Ｄ＋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（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（■
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Ｄ１Ｄ２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（θ側）の電圧値以下になると
やはり比較器８の出力電圧が蕾レベルへ反転する。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ＤＩ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ＶＲに整流器り、ｔたはり、の電圧降
下分を加えたものが二値化の基準電圧Ｖで声る。

（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グー）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、センサー端部 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える。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、−Ｔｔ＞Δｔ Ｔ１：センサー先端における映像信号立上り時刻 Ｔ２：ウイ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 なお、第４図の両波整流回路１５および比較器８は＄７
図または第８図に示す１路によって置きかえることもで
きる。これらの図において、破線の枠内は公知の両波整
流回路である。、また８は比較器で、■は基準電圧であ
る。動作は第４図と同様。

であるため省略する。

第９図に本発明のさらに他の実施例を示す。この図に示
す回路は通常「ウィンドウ・コンパレータ」の名で知ら
れている公知の回路である。この回路は一組のオペア／
プ８−１と８−２およびＯＲ仰 （論理知）ゲート８−３によって構成されている。

オペアンプ８−１の逆相入力端子には基準電圧子Ｖが、
又オペアンプ８−２の正相入力端子には前記基準値と逆
極性の基準値−■が入力されている。

オペアンプ８−１の正相入力端子とオペアンプ８−２の
逆相入力端子は、共通の入力端子１５−１に接続されて
いる。この入力端子１５−１は第４図に示すバッファ・
アンプ１４の出力端子に接続されている。オペアンプ８
−１と８−２の出力端子はＯＲゲート８−３の二つの入
力端子にそれぞれ接続されている。ＯＲゲートｓ−ｊの
出力端子８−４は第４図に示す分配器９に入力される。

以上の構成を要約すると、第４図に示す実施例回路中２
両波整流回路１５および比較器８を第９図の回路で置き
換えたものがここに述べる実施例である。

本実施例回路は次のように動作する。即ちウィンドウ・
コンパレータの動作原理から明らかなように、入力端子
１５−１への入力信号、即ち映像信号を微分した信号が
基準電圧＋Ｖより高いか、又は−■より低くなると、そ
れぞれオペアンプ８−１又は８−２の出力が高レベルに
なり、したがってＯＲゲート８−３の出力端子８−４は
高レベルになる。もし入力端子１５−１への入力信号が
基準電圧−■と＋■の間にあれば、オペアンプ８−１と
８−２の出力はいずれも低レベルになり、出力端子８−
４は低レベルになる。これは明らかに、入力端子１５−
１に印加される信号を両波整流して単一極性化し、その
極性に応じた特定極性の基準電圧＋ｖ−または−Ｖと比
較して二値化する既述の二値化方式と９．結果において
同じ効果が得られる。

アナログ映倫信号の輪郭を強調する方法は、単に既述の
微分回路を用いる方法にのみ限定されるわけではない。

前記以外の各種の高域Ｐ波器を用いて映像信号の高周波
成分を抽出することもできる。

本発明二値化方式の基本原理は次のように要約できる。

（１）アナログ映像信号の輪郭を表現する信号を発生す
る。

（２）上記輪郭信号は一般に両極性即ち交流信号と見な
せる。（もし直流分が重畳していればこれを除外して考
えればよい） （３）上記両極性輪郭信号の絶対値をある基準電圧と比
較する。

（４）絶対値を基準電圧と比較する具体的方法としては
２両波整流法あるいはウィンドウ・コンパレータ法があ
る。

（５）輪郭信号の絶対値が基準電圧を越えたとき。

常に単一極性の高゛レベル信号を、基準電圧以内のとき
常に一定の低レベル信号を発生するような比較器を用い
て輪郭信号を二値化する。但し上記高レベル信号と低レ
ベル信号とは逆転していてもよい。

以上説明したごとく本発明によれば、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（おける−動作例を示す波形図、
第４図は本発明の一構成例を示す回路系統図、第５図は
本発明における一動作例を示す各部波形図、第６図は本
発明の他の効果を示すために従来技術の欠点を引用して
示した波形図、第７図、第８図、第９図は本発明の他の
応用例を示す回路系統図である。 ６：イメージセンサ、７：駆動回路、８：比較器、９：
分配器、１３：微分回路、１５：両波整流回路、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。 第３図 （Ｄ） 第６図 第７図 １へ 第８図 １ら

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）映像信号の高周波成分を抽出し、該高周波成分信号
   の絶対値を所定の基準信号と比較することによって二値
   化することを特徴とする映像信号の二値化方式。 ２）映像信号の高周波成分を抽出し、該高周波成分信号
   の絶対値を所定の基準信号と比較することによって二値
   化し、該二値化信号の所定部分のみを選択的に取出すこ
   とを特徴とする映像信号の二値化方式。