JPS5887410A - 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からの一つの光線２人は反射鏡３Ａ、
し／ズ４Ａ、表面反射プリズム５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６の一部分６人に
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
ぞれ信号線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抑」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竜
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
理和ゲート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６
から時系列的に出力される映像信号出力が。

センサ上の６Ａ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１０Ａにセンサ上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ごト９Ｂがオンとなって出力
線１０Ｂにセンサ上６Ｂの部分の映像信号出力が現れる
。

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（Ｃ）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
定の基準電圧■で二値化すると、原惰号の特徴は全く失
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７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１
２を経て、微分回路１３．バッファ・ア／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は既述の通シ相関器に入力
される。

微分回路１３は映像信号の輪線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１４を通過
後１両波整流回路１５と比較器８を一過する。

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■（Ｃ）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。この出力信号情分配器９に人力される。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。またグー！
’Ｂ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）の縦線の輪郭に本っ
て生じた信号である。このようにして被写体の特徴を表
す部分のみを柩シ出して、それを二値信１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２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１画面の左半分が白、右半分が黒
の幅ｑ広い被写体があったとする。この場合セフすから
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
で興産が低下するので、やはり類似のセンサ出力変化が
端部で生じる。−原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（Ｃ）であり、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
°１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（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。

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−の各部波形かられかるように１
両波整流後二値化することにより、映像信号の立上シお
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＋　、、Ｉ）、への入
力が正になると店が導通し。

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
に整流器り、、Ｄ、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）の竜田が低下し、逆
相入力端子（０側）の電圧値以下になると、やはり比較
器１−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４２８から負
のパルスが発生する。整流器Ｄ１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。なおりＲに整流器Ｄ１
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、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１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よ ）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、センサ後端における将 信号の搗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＋　−Ｔｚ　）　ｔ ＴＩニーセンサ先端における映像信号立上り時刻 Ｔｚ：　　ウィンドウ信号立上シ時刻 ｔ　：　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１Ｖ＞。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々る。センサ６の出力レベル
をＶｏとして、この不均一な特性による出力変動分をΔ
ＶｏとするとΔｖｏはセンサ６の出力レベルＶｏに比例
したものとなる。第７図（１）に被写体が高輝度の部分
を持たず弱い光しかセンサ６上の６人と６Ｂ部分（第１
図）に照射されない場合を示す。

ここで（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
１１’１号であり、ａ、ｂはセンサ６上の６Ａ　、　ｆ
＋Ｂ部分にそれぞれ対応する映像信号である。

（］　−Ｂ’　）は前記映像信号の微分出力を両波整流
した波形、（１−０）は（１−Ｂ）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
ΔＶｏは極めて小さくこの不要なΔＶ。

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だめ、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。

一方策７図（２）に、被写体が高輝度な部分を持ち。

強い光がセ／す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（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＋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。（２−Ｂ）は前記映像信号の微分出
力を両波整流した波形。

＜２−Ｃ）は（２−Ｂ　）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Ｖｏ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ΔＶ・が比例して
比較的大きくなる。そして点線で示した比較器８（第１
図）のしきい値（基準電圧Ｖ）をこえる部分が生じるた
め、このΔＶｏの情報が二値化される。このΔＶ０のニ
ー化信号は被写体偉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１．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ΔＶｏ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。

本発明の目的はかかる欠点を解決するためにセ／すＱ出
力を、非線形回路によって処理、し高輝度な部分の出力
を圧縮することによって１合無精度を改善することにあ
る。

第８図に示す構成はかか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
るだめの目的で挿入された振幅圧縮部２０を通過後１輪
郭強調回路１６に人力される。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１区間制限回路１
８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。

次に第９図にて本発明部分である振幅圧縮部２０の一回
路例を示す。十分低い出力インピーダンスを持つ波形整
形回路１２（第８図）を介してセンサ６の出力映像信号
を入力端子に接続する。入力端子は抵抗ルを通して１人
力インピーダンスが抵抗Ｒ２の抵抗値に比して十分大き
いエミッタフォロワを構成するトランジスタＴｒｔのベ
ース端子に接続されている。また該ベース端子は１図中
に示す方向のダイオードＤ３および抵抗Ｒ３を経て１発
生電圧Ｅ１の電源Ｂ＜接続されている。トランジスタＴ
ｒ＋の出力端子（エミッタ・〉は１輪郭強調回路１６（
第８図）に接続される。ダイオードＤ富と抵抗Ｒ３の合
成インピーダンスをＺｓとするとトランジスタＴｒ　＋
の出力端子には、入力電圧を””／（Ｒｖ　＋　Ｚｓ　
）倍したものが生じる。

第１０図を用いて動作を説明する。被写体が暗い場合の
映像信号をＣｉ、それが振幅圧縮部２０を経た後の信号
を００で表わす。ＣＩのレベルＶｃｉはつねに電源Ｂの
電圧Ｅ１より亀低い電圧であるとすると。

ダイオードＤ３はつねに逆方向の電圧が印加され。

ダイオードＤ３は非導通状態でインピーダンスは無限大
となり、Ｚａが無限大と外るため、この映倫信号Ｃ１は
振幅圧縮部２０で振幅圧縮を受けず、Ｖｃｌ＝Ｖｃｏと
なる。よって低いレベルの映像信号ＣＩにおいては、セ
ンサ６内の各素子の特性不均一から生じる映像信号の変
動分であるΔＶｏ（ｃ＋）は、振幅圧縮部２０の出力映
像信号Ｃ・の変動分であるΔＶｏ（ｃｏ）と等しいが、
前述第７図（１）で説明したように、この変動分ΔＶｏ
（ｃｏ）が、極めて小さいため、１後段の比較器８での
辷値化処理の際問題を生いない。次に被写体１が明るい
場合の映像信号を（ｌ■−振幅圧縮部２０を経た映像信
号をｄｏで表わす。この場合のレベルＶｄ＋が電源Ｂの
電圧Ｅ１よりも高い電圧の振幅を持つとするとその部分
においてはダイオードＤ３が導通状態となり、Ｚａは、
抵抗値Ｒ３と等しくなるため、この映１隊倍号ｄｉは振
幅圧縮部２０で振幅圧縮３ を受け、　Ｖｄｏ＝Ｖｄ＋　Ｘ□となる。したがってＲ
２＋　Ｒ３ センサ６内の各素子の特性不均一から生じる変動は常に
１よシ小さいため、変動分ΔＶＯ（ｄＤ）を圧縮するこ
とができ、前述と同様後段の比較器８での二値化処理の
際、この変動分ΔＶ０（ｄｏ）が比較器８の基準電圧Ｖ
をこえることなく、不要な二値化信号が発生することが
なくなる。

以上の結果従来大振幅の映像信号の場合、大きな変動分
となって二値化されたΔｖｏを圧縮することができ、常
に被写体の輪郭を表わす映像信号部分のみの二１ぽ化信
号が得られるため、正確な自製合焦動作を竹なわせるこ
とが可能となる。ここで。

振幅圧縮部２０の振幅圧縮開始レベルを定める電源Ｂの
電圧Ｅ、は、後段の比較器８での二値化レベルを定める
しきい値（基準電圧■）に対応させて所定のレベルに設
定するものである。なお１本実施例に示す振幅圧縮部２
０は、これに限定されず対数アンプ等を用いても同様の
効果を得ることができる。

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
−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プロプ〉系統図。 第９図は本発明の振幅圧縮部の一例を示す回路図。 第１０図は非線型回路の入出力特性と実際の入出力波形
を示す波形特性図である。 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：振幅圧縮部。 第２図 第３図 （Ｄ） 第５図 −Ｊユニー　　（Ｅ） 一一一」肝−一　（印 第７図（１）　　　　　第７図（２） 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）アナログ映１１ｍ号を発生するイメージセンサと、
   該アナログ映像信号を微分する回路と、該微分信号を基
   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
   間に振幅圧縮回路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
   アナログ映像信号を微分する回路と、該微分信号を両波
   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
   、ｉｌｒ記イメージセンサと前記比較器の間に振幅圧縮
   囲路を付加し、てなるアナログ映像信号の二値化−０