JPS60102078A - 微弱な映像を撮像する撮像装置 - 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】 （技術分野の説明） 本発明はホトンによって励起され光電面から放出される
光電子の発生の間隔がテレビジョン撮像装置の画素に対
応する時間単位程度で分解可能な程度に微弱である微弱
な映像を撮像する撮像装置に関する。

（従来技術の説明） Ｓ　Ｉ　Ｔ　（ＳＩＬＩＣＯＮ　ＩＮＴＥＮＳＩＦＩＥ
Ｄ　ＴＡＲＧＥＴ）を使用した撮像装置で撮像できる像
の照度の下限は１Ｏ−３Ｌｕｘ程度である。

このような高感度撮像装置でば撮像できない前述のよう
な微弱映像の撮像装置として次のような装置が提案され
ている。

イメージインテンシファイヤの光電面に前述のような微
弱映像からのホトンを入射させる。

ホトンにより励起された各光電子は増倍されて、その光
電子の発生しノこ位置に対応する螢光面の対応する位置
を発光させる。

光電子の発生に対応して螢光面に輝点が発生消滅する。

この像を一つの光電子に対応する個々の像（輝点）が重
ならないようなフレーミング速度でテレビジョン撮像す
る。

螢光面の各位置に対応する番地をもつ二次元画像メモリ
　（フレームメモリ）を用意しておいて、各フレーム周
期ごとに輝点に対応する番地に１を加算する。

多数枚のフレーム撮像により、フレームメモリ各番地に
その番地に対応する螢光面の輝点の発生回数が記憶され
る。

この二次元画像メモリの内容を読み出しモニタの画面に
表示することにより、二次元微弱画像を可視像として再
構成することができる。

しかしながら像が微弱であるときは、以下の問題がある
。

光電面、マイクロチャンネルプレート螢光面をもつイメ
ージインテンシファイヤの出力は、イメージインテンシ
ファイヤの発生する雑音とホトンにより励起された光電
子をマイクロチャンネルプレートの信号出力の和である
と考えられる。

光電面に入射するホトンに関係なく発生する熱電子、マ
イクロチャンネルプレートの発生する熱電子等がマイク
ロチャンネルプレートにより増倍されて出力される。

そのため、長時間の撮像をすると、雑音も信号と同様に
累積され再生像の解像を損なう。

一つの光電子がマイクロチャンネルプレートで増倍され
ると広がって螢光面に入射するので、理想的には１画素
に対応すべき輝点が多数画素骨に対応する可能性があり
、これも解像力を低下させる原因となっている。

次に前記撮像装置は、比較的長い時間を経過した後でな
いと、撮影状態（例えば光学系の焦点合わせ状態）の評
価ができないと言う問題が生る。

（目的の説明） 本発明の主たるｌ」的は前述した従来の微弱な映像を撮
像する撮像装置の問題を解決できる微弱な映像を撮像す
る撮像装置を提供することにある。

（構成の説明） 前記目的を達成するために本発明による微弱な映像を撮
像する撮像装置は、光電面、マイクロチャンネルプレー
ト、螢光社もつイメージインテンシファイヤと、前記イ
メージインテンシファイヤの螢光面に形成された像を撮
像するテレビジョン撮像装置と、前記テレビジョン撮像
装置の映像信号に含まれる映像信号を前記光電面の発生
した単一電子に原因する信号波形の中心部分を有意とし
て取り出す闇値をもつ２値化回路と、テレビジョン撮像
の画素に対応する番地を持つフレームメモリと、被測定
ホトン源からのホトンの前記イメージインテンシファイ
ヤの光電面へ入射させた状態で第１の期間前記２値化回
路出力の有意部分を前記フレームメモリの対応する番地
に加算させ、被測定ホトン源からのホトンの前記イメー
ジインテンシファイヤの光電面への入射を遮断した状態
で第２の期間前記２値化回路出力の有意部分を対応する
番地から減算させる制御回路と、前記演算結果を出力す
る画像再生装置とから構成されている。

（実施例の説明） 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
。

第１図は本発明による二次元微弱画像撮像装置の実施例
を示すブロック図である。

以下詳しく説明する実施例装置は、１ホトエレクトロン
を単位とする微弱映像撮像（以下ディジタル撮像モード
と言う）と、前記ディジタル撮像モードに先立つ通常の
テレビジョン撮像モード（以下アナログ撮像モードと言
う）の両方のモードを実施できるものである。

ディジタル撮像モードは次のステップを含む。

（画像撮像ステップ）画像撮像ステップとはイメージイ
ンテンシファイヤに撮像対象である微弱な映像からのホ
トンを受け入れいる状態でのイメージインテンシファイ
ヤの出力を一定時間撮像記録するステップを°８う。

このとき記録されるデータには前記ホトンによらない雑
音、例えば光電面の発生した熱電子に原因する雑音も同
時に記録される。

（背景撮像ステップ）背景撮像ステップとは、微弱な映
像からのボトンを遮断した状態におけるイメージインテ
ンシファイヤの出力を一定時間撮像記録するステップを
αう。

（演算ステップ）前記画像撮像ステップと背景撮像ステ
ップで得られた記録間の演算を行い背景を除去するステ
ップを凸“う。

イメージインテンシファイヤｌの真空容器の内面に光電
面１ａが設けられている。

ホトン源Ｏ（被測定像）からのホトンは撮像光学系２１
により前記光電面１ａに導かれる。

撮像光学系２１ばホトン源０の像を螢光面１ａに結像さ
せるように調節可能に設けられている。

この光電面１ａが発生した各電子（ホトンに原因しない
熱電子を含む）は、電子レンズ１ｂによりマイクロチー
ヤンネルプレートＩＣの表面の対応する位置にもたらさ
れる。

この実施例では増倍率を大きくするためにマイクロチャ
ンネルプレー）ＩＣは３枚のプレートを重ねて用いであ
る。

光電面１ａの発生した一つの電子は前記マイクロチャン
ネルプレートＩＣにより増倍され、多数個の電子がイメ
ージインテンシファイヤの螢光面１ｄに衝突させられる
。

この像は光学系２を介して低残像特性のビジコン３の光
電面に結像される。

前記イメージインテンシファイヤ１とこのビジコン３は
それぞれ、駆動電源回路４および駆動電源回路５により
、動作電圧が供給されている。

ビジコン３の光電面に形成された前記イメージインテン
シファイヤｌの螢光面１ｄの輝点の像はテレビジョン走
査により取り出される。

水平走査周波数１１１．７　Ｊ　Ｋ　ＨＺ　、垂直走査
周波数６０Ｈｚ、インターレース２：１、画面縦横比３
：４である。

ビジコン３の出力でｔ５る映像信号は映像信号増幅回路
６により増幅されて、切換回路８に接続される。

切換回路８はディジタル撮像モードのときは前記増幅さ
れた映像信号を２値化回路７に接続し、モニタモードの
ときはテレビジョンモニタ１２に切換接続する。

ここでディジタル撮像モードにおける前記イメージイン
テンシファイヤ１の輝点および輝点に対応する映像信号
について説明する。

第２図に光電面１ａの発生した一つの電子に原因する螢
光面１ｄの輝度分布のモデルを示す。

輝度の大きさを螢光面１ｄに垂直方向に示しである。

この一つの輝度のもつエネルギーは一定ではなく統計的
な分布をもつ。

第３図にエネルギーの分布を示す。

第３図はエネルギーＥ２もっ輝点の発生確率が最も大き
いことを示している。

この曲線ば熱電子等に原因する分布ｎおよびホトンによ
り励起された光電子に原因する分布Ｓの合成されたもの
であると考えられる。

本発明では２値化回路７にエネルギーＥ２とエネルギー
Ｅ、の中間に相当する闇値を設定して映像信号を２値化
する。この闇値のレベルは映像信号を観察しながら任意
に設定できる。

２値化回路７の出力は、演算および記憶回路９に接続さ
れている。

演算および記憶回路９には第１のフレームメモリ９ａ’
−、第２のフレームメモリ９ｂ、第３のフレームメモリ
９ｃおよび、演算器９ｄが含まれている。

各フレームメモリば、５１２ｘ５１，２ｘ１６ＢＩＴＳ
の容量を持ち、５１２Ｘ５１２で規定される各番地はテ
レビジョン撮像の画素にそれぞれ対応させられている。

前記ディジタル撮像モードの背景撮像のステップにおい
ては、前記２値化回路７の出方は一定期間前記第１のフ
レームメそり９ａに接続される。

前記画像撮像ステップでは前記２値化回路７の出力は一
定期間前記第２のフレームメモリ９ｂに接続される。

前記減算器９ｄは前記第１および第２のフレームメモリ
９ａ、９ｂの内容を番地対応で演算する回路である。そ
の演算結果は第３のフレームメモリ９ｃに記憶される。

第３のフレームメモリ９ｃの内容は、ＤＡ変換回路を介
してテレビジョンモニタ１２に接続される。

制御回路１０ば、前述した各部の動作の順序を制御する
回路である。

次に前記装置の使用例を説明する。

ディジクル撮像モードの前にアナログ撮像モードを実施
する。

ディジタル撮像の対象である物体等は、通常肉眼では観
察できない。

切換回路８により映像増幅回路６の出力をテレビジョン
モニタ１２側に接続した状態で、ディジタル撮像の対象
である物体等を他の光源で照明する。

操作者はテレビジョンモニタ１２の画面を観察しながら
、撮像レンズ２１の焦点調整をすることができる。

ディジタル撮像モードでは前記切換回路８により映像増
幅回路６の出力を２値化回路７に接続する。

雑音と信号が重ね合わされた状態を撮像するステップと
背景の撮像のステップはどちらをさきに実行しても良い
が、理解を容易にするために先に雑音と信号が重ね合わ
された状態を撮像するステップから説明する。このステ
ップでは制御回路１０により、２値化回路７の出力は第
２のフレームメモリ９ｂに接続される。

第２図に示すようにイメージインテンシファイヤ１の螢
光面に現れた輝点は最も輝度の高い所に水平走査線が一
致したとすると６〜８の画素に対応する。第２図にその
走査線に対応する５１２の番地を持つフレームメモリの
行の一部を対応させである。

今仮に２値化回路７の闇値が図中Ｔｈの示すレヘルであ
ると、走査線に対応するフレームメモリ９ｂの行の対応
する３つの番地に３個の１が書き込まれることになる。

第４図は書込みの原理を示す説明図である。

図において（ａｌは特定の走査線に対応する映像信号増
幅回路６の出力、（ｂｌはその出力に対応する２値化回
路７の出力、（（旧ま前記走査線に対応する第２のフレ
ームメモリ９ｂの行に書き込まれた内容を示している。

第１回の１画面のテし・ビジョン走査Ｆ１で画面中の特
定の走査線にｆａｔに示す映像信号が現れると２値化回
路７により、１？１の（ｂｌに示ずように２値化される
。

２値化回路７の最初の出力に対応するフレームメモリ９
ｂの行の１つの番地に１が鶴き込まれ、次の出力に対応
する２つの番地にそれぞれ１が書き込まれる。

第２回のテレビジョン走査Ｆ２で画面中の前記特定の走
査線と画面上同一の位置にある走査線にＦ２ｆａ）に示
す映像信号が現れると２値化回路７により、Ｆ２（ｂｌ
に示すように２値化される。

この結果前記フレームメモリ９ｂの前記行に、最初の信
号に対応する１、１と次の信号に対応する１が書き込ま
れてＦ２ｆＣ）に示すようになる。

第３回のテレビジョン走査Ｆ３で画面中の前記特定の走
査線と画面上同一の位置にある走査線にＦ３（ａｌに示
す映像信号が現れると２値化回路７により、Ｆ３（ｂｌ
に示すように２値化される。

この結果前記フレームメモリ９ｂの前記行に、最初の信
号に対応する１、１と次の信号に対応する１が書き込ま
れてＦ３（Ｃ１に示すようになる。

前記３フレームの走査による前記図示されている行の内
容の変化を以下にまとめて示す。

Ｆ、０１００００００００１１０ Ｆ２０２１０００１０００１１０ Ｆ３１３１０００１０１０１１０ このようにして多数回の撮像を繰り返しフレームメモリ
９ｂに雑音と信号が重ね合わされたデータを蓄積する。

例えば５秒で１５０フレームの撮像を行った場合各フレ
ームごとに１個あて電子を放出する光電面の領域があっ
たとすれば、フレームメモリ９ｂの前記光電面に対応す
る番地の内容は１５０となる。

以上特定の行について説明したが他の行もにも同様な記
録が行われ、総ての行の配列により、画像に関するデー
タの記録が行われる。

背景の撮像のステップではイメージインテンシファイヤ
１への前記被撮像対象からのホトンの入射を図示しない
シャッタ等で遮断する。このとき２値化回路７の出力は
制御回路１０により第１のフレームメモリ９ａに接続さ
れる。

そして前記画像撮像のステップと撮像時間と同じ時間の
撮像を行う。

先に第３図を参照して説明したように、イメージインテ
ンシファイヤｌの光電面にホトンが入射しなくても熱電
子が放出されることがある。

この熱電子に原因する出力が前記２値化回路の閾値を越
えるものは前述と同様にして、第１のフレームメモリ９
ａの対応する番地に有窓なものとして記憶される。

演算のステップは前記第２のフレームメモリ９ａに記憶
されている内容と前記第１のフレームメモリ９ａに記憶
されている内容を演算器９ｄで画素対応で減算し、その
結果を第３のフレームメモリ９ｃに格納するステップで
ある。

第１のフレームメモリ９ａｓ第２のフレームメモＵ　９
　ｂ、第３のフレームメモリ９ｃの対応する番地の内容
の簡単な例を示す。

９ｂのｎ行（４４３６５２２５５２１１０）ｎ＋１行（
４４３６５２２５５５１１０）９ａのｎ行（４４３３シ
２２２２２１１０）ｆｉ＋、１行（４４３３２２２２２
２１１０）９Ｃのｎ行（ＯＯ０３３００３３００００）
ｆｉ＋１行（０００３２００３３３０００）この第３の
フレームメモリ９Ｃの内容は背景の影響を除去したホト
ンに原因するものである。

第３のフレームメモリ９Ｃの内容はＤＡ変換器１１を介
してテレビジョンモニタ１２に接続され表示される。

以上詳しく説明した実施例について本発明の範囲内で種
々の変形を施すことができる。

前記ビジコンの変わりに固体撮像素子を利用することも
できる。

（効果の説明） 以上説明したように、本発明によれば、微弱光領域では
、２値化回路と画像メモリを使うことにより解像度の低
下をきたさないで良好な撮像を行うことができる。

光学系の調整はアナログ像を映しながら焦点を合わせ次
にディジタル撮像をすることにより操作性が非富に良く
なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る微弱な映像を撮像する撮像装置の
実施例を示すブロック図である。 第３図は輝点のエネルギーの分布を示すグラフである。 第４図は、水平走査により取り出された信号と、記憶の
関係を示すグラフである。 ■・・・イメージインテンシファイヤ ３・・・ビジコン ４・・・イメージインテンシファイヤの電源回路５・・
・ビジコン駆動回路　６・・・映像信号増幅回路７・・
・２値化回路　８・・・切換回路９・・・記憶および演
算回路 ９ａ・・・第１のフレームメモリ ９ｂ・・・第２のフレームメモリ ９Ｃ・・・第３のフレームメモリ ９ｄ・・・減算回路　１０・・・制御回路１１・・・Ｄ
Ａ変換回路 １２・・・テレビジョンモニタ ２１・・・撮像レンズ　２２・・・中継レンズ才２図 牙３ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光電面、マイクロチャンネルプレート螢光面をも
   つイメージインテンシファイヤと、前記イメージインテ
   ンシファイヤの螢光面に形成された像を撮像するテレビ
   ジョン撮像装置と、前記テレビジョン撮像装置の映像信
   号に含まれる映像信号を前記光電面の発生した単一電子
   に原因する信号波形の中心部分を有意として取り出す闇
   値をもつ２値化回路と、テレビジョン撮像の画素に対応
   する番地を持つフレームメモリと、被測定ボトン源から
   のホトンの前記イメージインテンシファイヤの光電面へ
   入射させた状態で第１の期間前記２°値化回路出力の有
   意部分を前記フレームメモリの対応する番地に加算させ
   、被測定ボトン源がらのホトンの前記イメニジインテン
   シファイヤの光電面への入射を遮断したした状態で第２
   の期間前記２値化回路出力の有意部分を対応する番地か
   ら減算させる制御回路と、前記演算結果を出力する画像
   再生装置とから構成した微弱な映像を撮像する撮像装置
   。 （２）前記第１および第２の期間ば略等しい時間である
   特許請求の範囲第１項記載の微弱な映像を撮像する撮像
   装置。 （３）　前記イメージインテンシファイヤは複数枚のマ
   イクロチャンネルプレートを持つ特許請求の範囲第１項
   記載の微弱な映像を撮像する撮像装置。 （４）　前記撮像装置は標準テレビジョン走査により前
   記イメージインテンシファイヤの光電面を走査する特許
   請求の範囲第１項記載の微弱な映像を撮像する撮像装置
   。 （５）前記撮像装置の光電変換部は低残像形ビジコンや
   固体撮像素子である特許請求の範囲第１項記載の微弱な
   映像をｌｌｌ５像する撮像装置。 ＋６）　光電面、マイクロチャンネルプレート、螢光面
   をもつイメージインテンシファイヤと、前記イメージイ
   ンテンシファイヤの螢光面に形成された像を撮像するテ
   レビジョン撮像装置と、前記テレビジョン撮像装置の映
   像信号に含まれる映像信号を前記光電面の発生した単一
   電子に原因する信号波形の中心部分を有意として取り出
   す闇値をもつ２値化回路と、テレビジョン撮像の画素に
   対応する番地を持つ第１および第２のフレームメモリと
   、前記各フレームメモリ間の演算を行う演算器と、被測
   定ホトン源からのホトンの前記イメージインテンシファ
   イヤの光電面への入射を遮断した状態で前記２値化回路
   出力を前記第１のフレームメモリに切換接続して第１の
   期間だけ前記２値化回路出力の有意部分を対応する番地
   に加算させ、被測定ホトン源からのホトンの前記イメー
   ジインテンシファイヤの光電面へ入射させた状態で前記
   ２値化回路出力を前記第２のフレームメモリに切換接続
   し、第２の期間だけ前記２値化回路出力の有意部分を対
   応する番地に加算させ、前記演算器に前記第１および第
   ２のフレームメモリの画素対応番地ごとに差を演算させ
   る制御回路と、前記演算結果を出力するｉｉ！ｉｉ像再
   生装置とから構成した微弱な映像を撮像する撮像装置。 （７）光電面、マイクロチャンネルプレート、螢光面を
   もつイメージインテンシファイヤと、前記イメージイン
   テンシファイヤの光電面に被測定像を形成する焦点調節
   可能な光学系と、前記イメージインテンシファイヤの螢
   光面に形成された像を撮像するテレビジョン撮像装置と
   、前記テレビジョン撮像装置で撮像された映像を再生す
   るテレビジョンモニタと、前記テレビジョン撮像装置の
   映像信号に含まれる映像信号を前記光電面の発生した単
   一電子に原因する信号波形の中心部分を有意として取り
   出す闇値をもつ２値化回路と、テレビジョン撮像の画素
   にλ・ｊ応する番地を持つ第１および第２のフレームメ
   モリと、前記各フレームメモリ間の演算を行う演算器と
   、被測定ホトン源からのホトンの前記イメージインテン
   シファイヤの光電面への入射を遮断した状態で前記２値
   化回路出力を前記第１のフレームメモリに切換接続して
   第１の期間だけ前記２値化回路出力の有意部分を対応す
   る番地に加算させ、被測定ホトン源からのホトンの前記
   イメージインテンシファイヤの光電面へ入射させた状態
   で前記２値化回路出力を前記第２のフレームメモリに切
   換接続し、第２の期間だけ前記２値化回路出力の有意部
   分を対応する番地に加算させ、前記演算器に前記第１お
   よび第２のフレームメモリの画素対応番地ごとに差を演
   算させる制御回路と、前記演算結果を出力する画像再生
   装置とからなり、被測定微弱ホトン源の位置に通常撮像
   可能な物または像を形成し前記テレビジョンモニタでそ
   の像を観察しながら前記撮像光学系の焦点を調節するよ
   うに構成した微弱な映像を撮像する撮像装置。