JPS63250287A - 高速撮像装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高速撮像装置、即ち、時間軸方向の情報密度の
高いビデオ信号を出力する撮像装置に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

ビデオ・カメラによる高速撮像装置としては、撮像部へ
の垂直走査周波数ｆＶｓと水平走査周波数ｆ’ｓの両方
を同一の倍率だけ高める方法が公知である。しかし単純
にｆ　Ｖｌ、ｆ　ＩＩＳを高くしたのでは、信号周波数
も同様に高くなるため、カメラの信号処理回路を広帯域
化しなければならず、出力されるビデオ信号を記録した
い場合には、広帯域の記録装置を用いなければならず、
非常に高価な記録装置が必要になる。また、モニタ装置
も高速度対応の専用装置を用いなければならない。

本発明は、ビデオ記録装置やモニタ装置として専用の装
置を必要とせず、安価な装置で利用できる時間軸方向情
報密度の高いビデオ信号を出力する高速撮像装置を提示
することを目的とする。

本発明の第２の目的は、通常撮影速度の撮像装置として
兼用することの容易な高速撮像装置を提示することであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る高速撮像装置は、出力するビデオ信号の垂
直同期信号の周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の垂直
走査信号及び前記ビデオ信号の水平同期信号の周波数の
ｍ倍（ｍは２以上の整数で、ｎの約数）の水平走査信号
に従い光電変換信号を出力する撮像手段と、当該撮像手
段からの出力信号を一時記憶し、１画面内に水平方向ｍ
個、垂直方向ｎ　／　ｍ個の合計ｎ個の画像を含むビデ
オ信号に変換して出力する変換手段とからなる。

〔作用〕

垂直走査信号を垂直同期周波数のｎ倍にすることにより
、時間分解能をｎ倍にする。このとき、水平走査信号を
水平同期周波数のｍ倍にすることにより、水平方向での
出力画素数を１／ｍ、垂直方向での走査線数をｍ　／　
ｎにする。前記撮像手段の出力信号から、水平方向ｍ個
、垂直方向ｎ　／　ｍ個の合計ｎ個の画像骨の信号を集
めると、１画面分のビデオ信号を構成し、従って、水平
同期信号及び垂直同期信号を付加することにより、従来
から通常用いられているモニタ装置やビデオ記録装置で
の表示又は記録が可能になる。また、撮像面の各画素か
らの信号読出速度を、従来の撮像装置でのでの撮影の場
合と同じにすれば、従来の撮像管や固体撮像素子をその
まま利用して高速撮影を行うことができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図は本発明の一実施例の撮像装置の概略構成ブロック
図を示し、第２図は第１図の実施例の撮像部を構成する
撮像素子の一例を示す。尚、以下の説明でｎ、ｍは整数
である。

第１図を説明する前に、第２図に例示したインターライ
ン型ＣＣＤ撮像素子１０を説明する。第２図において、
１２は光電変換セルであり、縦横に多数配置される。１
４は垂直転送用ＣＯＤ、１６はゲート電極、１８は水平
転送用ＣＯＤ、２０はバッファ・アンプ、２２は出力端
子である。この構造自体は公知であるが、本実施例では
、高速撮影の場合には水平転送用ＣＣＤ１８を出力端子
２２側から１／ｍの箇所（図示例ではｍ＝２であるので
中央）で２つに分割して使用する。その右側のＣＯＤに
符号１８Ａを付し、左側のＣＯＤに符号１８Ｂを付した
。Φ７は垂直転送用ＣＣＤ　１４に対する垂直転送信号
、φ□は水平転送用ＣＣＤ１８Ａに対する右方向シフト
の水平転送信号、Φ０は水平転送用Ｃ０Ｄ１８Ｂに対す
る左方向シフト（通常撮影速度の撮影の場合には右方向
シフト）の水平転送信号、Φ８はゲート・パルスである
。第３図に通常撮影速度により得られる映像信号の垂直
同期信号ｆｖに対する高速撮影の場合のΦ９とΦヨのタ
イミングを示した。これらΦ９゜Φ８．φ８５．Φ８□
等は後述する同期信号発生回路（ＳＳＧ）４８から与え
られる。

通常速度での撮影時には、垂直同期信号ｆｖに同期して
垂直帰線期間内にゲート・パルスΦえが印加され、各セ
ル１２の電荷が同時に垂直転送用ＣＣＤ１４に移され、
その後水平同期信号「、に同期した垂直転送パルスΦ９
の印加により１水平ラインずつ水平転送用ＣＣ０１８に
転送され、水平転送パルスΦ□、Φ□でこれらを全て右
側に転送することにより出力端子２２に映像信号Ｓが出
力される。

次に高速撮影モードでの動作を説明する。但し通常撮影
速度の４倍（即ちｎ＝４）の場合を例にとる。この場合
、撮像素子１０に対する垂直走査信号を通常の場合の４
倍の周波数に上げ、第２図に示すように、通常撮影速度
での１垂直期間に４個のゲート・パルスΦ８を印加する
。ゲート・パルスΦ、によりセル１２から垂直転送用Ｃ
ＣＤ　１４に移された電荷は、垂直転送信号ΦＶ　（周
波数ｆｚ）により水平転送用Ｃ０Ｄ１８に１水平ライン
ずつ送られる。尚、この時の垂直転送信号Φ、の周波数
は上述した通常撮影時における垂直転送信号の２　（＝
ｎ／ｍ）倍の周波数とする。水平転送用ＣＣＤ１８Ａの
１／２水平ライン分の信号は、水平転送信号Φイ、によ
り出力端子２２に送出される。他方、水平転送用Ｃ０Ｄ
１８Ｂの１／２水平ライン分の信号は、水平転送信号Φ
８□により逆方向に送られ、棄てられる。垂直方向の走
査線の約１／２が読み出された段階で周波数ｆｌ　（＞
ｒｚ）の高速の垂直転送信号Φ９を印加し、垂直転送用
ＣＣＤ１４に残る電荷の掃き出しを行う。この掃き出し
に際しては、水平転送信号Φ□による転送方向を第２図
の左方向に逆転させてもよいし、出力端子２２からの信
号をゲート（図示せず）等で除去してもよい。この掃き
出し後、再びゲート・パルスΦえを印加して、セル１２
の電荷の続出を行う。

この高速撮影により撮像素子１０の出力端子２２から得
られ−る映像信号は、第４図（ａ）に示すように、垂直
同期信号Ｖ、の周波数が通常のテレビジョン信号の４倍
、水平同期信号Ｈ□の周波数が通常のテレビジョン信号
の２倍の信号になる。但し各出力画面は、通常速度での
撮影に較べ、水平方向の分解能は１／２、垂直方向の分
解能は１／２の小画面となる。第４図（ａ）の小画面Ａ
、Ｂ、Ｃ。

Ｄは時間的に連続している。このようにして得られる高
速の映像信号を第１図に示す構成により、通常撮影速度
の場合と同じ周波数の水平同期信号及び垂直同期信号を
有し、第４図（ｂｌに示すような画像配置の映像信号に
変換する。

第１図を説明する。撮像素子１０が通常撮影動作を行っ
ている時にはスイッチ４６はＮ側に接続し、撮像素子１
０の出力端子２２から出力された映像信号はスイッチ４
６のＮ側端子を介して信号処理回路４２に供給される。

一方、撮像素子１゜の高速撮影動作によって出力端子２
２から出力された映像信号は、Ａ／Ｄ変換器３０でディ
ジタル信号に変換される。スイッチ３２は、５ＳＧ４８
が発生する高速撮影時の垂直走査周期を示す信号ｖＨに
より順次切り換わり、Ａ／Ｄ変換器３ｏの出力信号を高
速撮影時の１垂直走査期間毎に逐次、１　／　ｎフィー
ル１分の容量のｍ個（図示例では２個）のメモリ３４．
３６に印加する。メモリ３４゜３６はランダム・アクセ
ス型でも、ファーストイン・ファーストアウト型でもよ
い。メモリ３４゜３６の信号の続出に際しては、ＳＳＧ
から供給される高速の水平走査周期を示す信号Ｈ８によ
り切り換わるスイッチ３８でメモリ３４及び同３６の出
力を切り換え交互に続出を行い、Ｄ／Ａ変換器４０に印
加する。Ｄ／Ａ変換器４０のアナログ出力はＨ側に切り
換えられているスイッチ４６を介して信号処理回路４２
に送られる０回路４２においては、通常のテレビジョン
信号の同期信号が付加され、更にビデオカメラの分野で
周知の信号処理が施される。Ｄ／Ａ変換変換体号処理を
行う構成を採用することにより、色信号処理等を、通常
撮影速度による映像信号処理と共用できる利点がある。

勿論必要な信号処理をディジタル信号の状態で行っても
よい。

こうして得られたビデオ信号は第４図（ｂ）に示す如く
２×２の小画面が１つの画面内に含まれるビデオ信号と
なる。

信号処理回路４２の出力信号は端子４４から出力される
が、ＮＴＳＣ方式等の通常のテレビジョン信号と同じ周
波数の同期信号を有するので、通常のモニタ装置による
表示、通常のＶＴＲ等による記録が可能である。

第５図は第１図に示す撮像装置の出力するビデオ信号を
記録再生する装置の一例を示す６本例の装置は従来の２
ヘツド・ヘリカル・スキャン型ＶＴＲを利用したもので
ある。

撮像装置の出力端子４４が接続される入力端子を介して
、通常撮影又は高速撮影により得られたビデオ信号は、
記録信号処理回路５４にて上達のＶＴＲで周知のように
輝度信号をＦＭ変調し、搬送色信号をその低域へ周波数
変換する処理が行われる。加算器５６は、回路５４で処
理されたビデオ信号に、通常撮影によるものか高速撮影
によるものかを示す識別信号を多重する。５２はマニュ
アル操作又は撮像装置からの指示に応答してこの識別信
号を発生する回路である。尚、識別信号はパイロット信
号としてビデオ信号に多重したり、垂直帰線期間にパル
ス信号として多重するなどの方法でビデオ信号に多重さ
れる。この識別信号が多重されたビデオ信号は記録再生
部５８に供給され、周知の如く互いに異なるアジマスを
有する一対の回転ヘッドにより、所定速度で走行する磁
気テープ上に順次記録される。

以下、記録再生部５８によりビデオ信号を再生する際の
動作を説明する。記録されているビデオ信号が通常撮影
によるものであるとする。識別信号分離回路６２におい
て分離された識別信号に応じて、スイッチ６６がＮ側に
接続し、再生信号処理回路６０で周知の信号処理をされ
たビデオ信号、即ち輝度信号はＦＭ復調され、搬送色信
号は元の帯域に戻されたビデオ信号は、スイッチ６６の
Ｎ側端子を介して端子６８に供給され、モニタ等に出力
される。この時、キャプスタン制御回路６４は識別信号
に応じて磁気テープを記録時と同じ速度で搬送するよう
にキャプスタン（図示せず）を制御する。この動作は従
来のＶＴＲと全く同様である。

次に、高速撮影されたビデオ信号を再生する際の動作を
説明する。この時、同時に再生信号処理回路６０で信号
処理されたビデオ信号は第４図（ｂ）に示す如く１フイ
ールドが４つの小画面Ａ、Ｂ。

Ｃ，Ｄから構成されている。図示装置にあっては、この
４つの小画面を１フイールドに１画面ずつ順次含むビデ
オ信号に変換し、第４図（Ｃ）のＡに示す位置にて各小
画面が順次表示できるようにしようとするものである。

即ち、再生ビデオ信号の４フイールドに対応する期間に
１フイ一ルド分（４つの車両面分）の再生信号を得て、
これを４フイールドのビデオ信号として出力する。

分離回路６２で分離された識別信号はスイッチ６６を１
４側に接続すると共に、キャプスタン制御回路６４をし
て磁気テープを記録時の１／４の速度で走行させる。こ
の時の磁気テープ上の回転ヘッドのトレースの様子を第
６図に示す。第６図の実線はトラック間の境界を示し、
ＴＲＩはプラスアジマスのトラック、ＴＲ２はマイナス
アジマスのトラックである。一点鎖線で示すＴ　＋　、
　Ｔ３　。

Ｔｓ　、Ｔｔはプラスアジマスのヘッドによるトレース
軌跡の中心線、破線で示すＴｔ　、　Ｔａ　、　Ｔｂ、
Ｔ、はマイナスアジマスのヘッドによるトレース軌跡の
中心線である。

再生信号処理回路６０で処理されたビデオ信号は、Ａ／
Ｄ変換器８４に入力され、ディジタル化されてスイッチ
８６に入力される。スイッチ８６は再生信号中の水平同
期信号の周波数をＰＬＬ等で構成される逓倍器７６で２
逓倍した信号で切り換えられ、各水平走査線の前半部分
を２　／　ｎフィールド・メモリ８８に、後半部分を２
　／　ｎフィールド・メモリ９０にそれぞれ供給する。

尚、上記水平同期信号は同期信号分離回路７０で分離さ
れた複合同期信号から水平同期回路７２で分離すること
によって得られる。

８０はメモリ８８．９０の書込制御回路であり、その書
込タイミング及び書込アドレスを制御し、８２はメモリ
８８．９０の続出制御回路であり、その続出タイミング
及び続出アドレスを制御する。

第７図にメモリ８８．９０の書込（Ｗ）、続出（Ｒ）の
タイミング・チャートを示す。第７図の期間Ｔ１〜Ｔ、
は第６図のトレース軌跡Ｔ、　−７８にて再生信号が得
られる期間に対応している。

メモリ８８．９０は期間Ｔ３とＴ、にビデオ信号の書込
を行うが、この書込期間名、前半は第４図（ｂ）のＡ、
Ｂ、後半はＣ，Ｄに対応するビデオ信号がそれぞれ書き
込まれる。また前述のスイッチ３２の動作により、メモ
リ８８にはＡ、Ｃ，メモＩＪ　９０にはＢ、Ｄに対応す
るビデオ信号が書き込まれる。第７図のＡｔ　、Ｂ＋　
、Ｃ＋　、Ｄ＋はトラックＴＲＩに記録されているビデ
オ信号、Ａ２゜Ｂｚ　、Ｃｚ　、ＤｚはトラックＴＲ２
に記録されているビデオ信号で、それぞれ第４図（ｂ）
のＡ、Ｂ。

Ｃ，Ｄに対応している。尚、トレース軌跡Ｔ８をトレー
スした後は、トラックとトレース軌跡との関係は再びＴ
１と同様になるが、これらに対応する期間は、第７図で
はダッシュを付してＴ、゛。

Ｔ２′、−・で示した。この場合もＴ３　’　、　Ｔ６
　’で書込が行われる。

期間Ｔ３でメモリ８８．９０に書き込まれたビデオ信号
は期間Ｔｚ　、Ｔ４　、Ｔｓ　、Ｔ６にそれぞれ１つの
小画面づつＡｔ　、ＢＩ、Ｃ＋　、Ｄ、の順に読み出さ
れる。この続出タイミングは各１フイ一ルド期間の中央
の１／２フイ一ルド期間とされ、且つ各水平走査期間の
中央の１／２の期間とされる。これら各メモリ８８．９
０の出力は、スイソチ９２で１フイ一ルド期間毎に交互
に出力され、Ｄ／Ａ変換器９４に供給される。尚、書込
制御回路８０及び続出制御回路８２はそれぞれ、前述の
再生水平同期信号と、複合同期信号から垂直同期回路７
４で分離した再生垂直同期信号とにより動作する。スイ
ッチ９２は再生垂直同期信号をフリップ・フロップ７８
に入力することにより得た第７図に示す制御信号によっ
て制御される。

Ｄ／Ａ変換器９４から出力されるビデオ信号は第４図（
Ｃ１に示す如く、出力画面の中央に各小画面Ａ、Ｂ、Ｃ
，Ｄが順次表示されるものとなり、通常の４倍の時間軸
方向の情報密度を有するスローモーション画像を得るこ
とができ、このＤ／Ａ変換器９４の出力はスイッチ６６
のＨ側を介して端子６８から出力される。

第５図の回路では２／ｎフイールド・メモリを２個設け
ているが、ランダム・アクセス・メモリであれば、１個
だけでもよい。当然のことながら、ｌフィールド分の容
量のメモリを用いてアドレス制御のみで変換することも
可能である。

第４図（Ｃ１の背景Ｇの部分は、時刻、フィールド番号
等の各種のデータの表示に用いることができる。また、
多少画像が粗くなるが、画像を拡大表示してもよい。ｎ
”ｍ”の関係を満たすようにｎ。

ｍを選択すると、各画像の縦横比が通常撮影速度による
画像と同じにできる。

電子シャッタ動作のためには、周波数ｆ１の垂直転送パ
ルスΦ９の前にゲート・パルスΦＲ（第３図に破線で図
示）を印加すると、電子シャッタ機能を持たせうる。勿
論、機械式シャッタや、その他の電子シャッタを用いて
もよく、ストロボ等と組み合わせて使用してもよい。

以上、ｎ＝４．ｍ＝２の場合を説明したが、ｎがｍの倍
数である限り任意の数値を採りうる。また撮像素子１０
としては、フレーム・トランスファー型ＣＣＤや、Ｍ２
Ｓ式のものでもよい。

上記実施例では、撮影画面の左上部（第２図の撮像素子
１０では右下のセル）を読み出したが、撮像素子１０へ
の転送信号を調節することにより、画面中央部や、他の
部分から読み出すように設定できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から容易に理解出来るように、本発明によれ
ば、極めて簡単な回路構成で、そのまま通常のビデオ記
録装置又はテレビジョン装置で記録又は表示できる高速
の映像信号を形成できる。

また、撮影速度の変更、通常速度での撮影との兼用も容
易である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の構成ブロック図、第２図は
第１図の撮像素子１０の一例の構成図、第３図は第２図
の撮像素子の転送信号のタイミング・チャート、第４図
は各段階での画面表示図、第５図は第１図の装置の出力
信号を記録再生する装置の一構成例を示す図、第６図は
第５図の装置による磁気テープ上のトレース軌跡を示す
図、第７図は第５図の装置のメモリへの書込及び続出の
タイミング・チャートである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像面上の光学像を電気信号に変換し、水平同期
   信号及び垂直同期信号を付加してビデオ信号として出力
   する装置であって、当該垂直同期信号周波数のｎ倍（ｎ
   は２以上の整数）の垂直走査信号及び当該水平同期信号
   の周波数のｍ倍（ｍは２以上の整数でｎの約数）の水平
   走査信号に従い光電変換信号を出力する撮像手段と、当
   該撮像手段からの出力信号を一時記憶し、１画面内に水
   平方向ｍ個、垂直方向ｎ／ｍ個の合計ｎ個の画像を含む
   ビデオ信号に変換して出力する変換手段とを具備するこ
   とを特徴とする高速撮像装置。
2. （２）ｎ＝ｍ＾２である特許請求の範囲第（１）項に記
   載の装置。