JPS6360676A - 高速画像列の撮影及び記憶方法とその装置 - 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】 この発明は、画像を高速の列にして撮像し、記憶する方
法とその装置に関する。その場合、この画像は光学系の
助けにより、画像変換原理に従って動作するＣＣＤ撮像
器の受光領域上に結像され、その都度ＣＣＤ撮像器の記
憶領域の中に電荷の像としてシフトされ、レジスタによ
って線状に読取られる。この発明の目的は、高速の列に
なっているが、低速の列でも観察できるか、又は別な方
法で利用される記憶した画像を得ることにある。

巻頭に述べた種類の方法は、通常のテレビ技術の装置の
助けで実施できる。この場合、ヨーロッパ規格では毎秒
５０枚のフィールド画像が、また米国規格では毎秒６０
枚のフィールド画像が、その周波数に応じて収容される
。このとき、画像は、光学系の助けによＪ　ＣＣＤ撮像
器に結像される。このＣＣＤ撮像器は、撮像領域と記憶
領域に分割されている。撮像領域では、画像の輝度に応
じて電荷が発生し、またその準備もされている。この電
荷が記憶領域にシフトする。この記憶領域の後には、い
ろいろな電荷を線状に・読み取る１個のレジスタがつな
がっている。

産業上の利用では、多くの場合、通常の画像列周波数で
充分であって、更に時間分解能を上げたいとき、よシ高
い画像列周波数が求められる。通常のテレビ技術では、
高速読み取りが相当高い信号周波数に導き、その信号の
収容をもはや通常の装置では正しく処理できないと云う
問題につき肖る。

テレビ映像技術では、５０Ｈ２の周波数で標準に応じて
処理されない時、画像を撮像器で読取−瑯４い周期で行
うことが知られている。即ち、例えば、２倍又は４倍の
信号列周波数に達するｌＯＯ又は２００Ｈｚの周波数の
タイ９イング発生器を使用している。多数の画像を並列
に処理する場合、つまり多数の走査線を同時に読み取る
場合、画像列周波数は１０．０００画像／秒までにもな
り、もちろん、この場合、２４個の並列動作するビデオ
カメラを使用する経費をかけることになる。装置上の経
費は相当上昇する、この場合、同時に連続動作ができな
いだけでなく、情報の不足を必然的に我慢しなくてはな
らないと云う不利益が生じる。

高速写真撮影も、スローモーション観察のために画像を
高速の列に撮影し記憶している。この場合には、回転プ
リズム、カメラ、回転ドラ周波数を分解することが、最
終的に可能である。

更に、電子補助手段を導入すると、画像列周波数はまだ
１０倍位これより上昇する。もちろん一つの列の中の像
は少なく、例えば写真の方法に比べて、分解能を大巾に
低下させたときには１０個の像になる。この電子補助手
段は、画像をフォトカソード上に投影するように従来か
らされていた。これは、画像増幅器光学系を用いて、螢
光面上に電子光学的に結像される。次いで、サブミクロ
ン二次領域で高速時間列の電子光学結像の変化によって
、画像を螢光面上でシフトできる。従って、時間分解能
が達成される。

この発明の課題は、巻頭で記述した種類の方法を実質上
装置技術の公知部品を使用して、早い変化をスローモー
ションで表すことができるため、より高い画像列周波数
を達成するように再構成することにある。

この課題は、この発明により以下のように解決されてい
る。即ち、ＣＣＤ撮像器１の撮像領域と記憶領域から形
成されている面を、縮小された部分撮像領域と、少なく
とも二つの部分記憶領域３．４．５に分解し、第１画像
９を部分撮像領域３．４．５の順序で順次シフトさせ、
各後続する画像１０．１１．１２　　を部分撮像領域の
空いている所でこの領域中で形成し、後続する部分記憶
領域８、４．５の空いている所でＣＣＤ撮像器１の全て
の部分領域２．８．４．５が荷電で埋めつくされるまで
、次に段階状にシフトさせる。この発明の方法は、公知
のＣＣＤ撮像器を他の方式によって分割し、この撮像器
を従来の利用とは離れた別な動作領域で使用する。ＣＣ
Ｄ撮像器は、従来より、−個の撮像領域と、線状の読取
り用の読取レジスタに続く、だマ１個で同じ領域に形成
した記憶領域も有するが、新しい分割は、たマ１個の部
分撮像領域と、これに対して多数の部分記憶領域が形成
されているように処理されている。最も単純な分割では
、部分撮像領域はＣＣＤ撮像器の３分の１面にわたって
延びていて、この部分撮像領域に、同じ大きさのニ個の
部分記憶領域が割り当て＼ある。従って、この記憶領域
は、３分の２の面になる。次に可能性のある分割は、４
分の１の面の大きさの部分撮像領域と、この領域に付属
する３個の部分記憶領域を準備している。この分割だけ
で、最後の場合、画像列の周波数は２倍になる。つまり
、画像は半分はど小さくなるが、画像列周波数は２倍に
なる。同じように、像の大きさを１／４に縮少すると、
画像列周波数は４位にできる。部分撮像領域に生じる荷
電像は、この撮像領域に隣接する第１部分記憶領域にシ
フトされ、次いで、この部分撮像領域は２番目の像を受
は入れるために準備される。結局、最初に記憶した画像
は、第１部分記憶領域から、第２部分記憶領域にシフト
され、２番目の画像が部分撮像領域から第１部分記憶領
域に転送される。同じことが、各段階ごとに後続する画
像に生じ、ＣＣＤの撮像器の面が荷電で占められる。異
なる部分記憶領域に記憶した画像を読み取ることは、通
常読取りレジスタで行われる。こ＼では正規のテレビ技
術が適用できる。従って、レジスタは市販のビデオレコ
ーダ、画像処理装置等で行える。これに対して、標準規
格外の装置が挿入される。即ち、例えば１００又は２０
０Ｈｚのクロック発生器の周波数を有するそのような装
置は、これに対して更に２又は４倍程、画像列周波数が
上昇する。加えて、この発明による方法では、特別な撮
像器を開発する必要がないので有利である。それどころ
か、この複雑で高集積化した部品を標準状態で使用でき
る。個々の画像間の時間間隔は、ＣＣＤ撮像器とその制
御器の最大クロックレートから判別できる。両画像間の
間隔は、現在１００μｓｅｃの範囲にあるので、従来の
高速処理方法より早い。

ＣＣＤ撮像器の撮像領域を縮少した１個の部分撮像領域
と１個又はそれ以上の部分記憶領域に分割して、その場
合、ＣＣＤ撮像器の記憶領域を少なくとも２個の部分記
憶領域に分割することが、特に可能性がある。こ＼で、
最少の分割では、部分撮像領域は従来の大きさの半分で
、この領域に３個の部分記憶領域が割シ当て＼ある。

かくして、画像列周波数は２倍になる。分割のこの最も
単純な場合では、連続動作も可能である。即ち、大きさ
が半分の画像を２倍の画像列周波数で撮像でき、演算処
理できる。記憶及び他の演算処理も従来の技術で行える
。

画像列周波数を高めることと、撮像領域及び記憶領域を
分割することは、相反関係を保って行える。この場合で
も、画像の連続撮影と演算列と１個の情報欠損に分割さ
れ、画像配列の画像数は、部分撮像領域と部分記憶領域
の数を加算した値で制限されることが可能である。これ
によって、不連続動作の撮像が非常に高い画像列周波数
で動作し、一つの画像配列の中で同じ画像群をまとめる
ことができ、その上で、画像配列がそのとき読み取った
ＣＣＤ撮像器上に再び撮影されるまで、情報欠損がある
。

この発明を図面に基き、更に詳しく説明する。

第１図には、ＣＣＤ撮像器１が模式的に示しである。こ
の撮像器の撮像領域として動作していた表面は、部分撮
像領域２と第１記憶領域２に分割されている。以前の記
憶領域は、第２部分記憶領域４と第２部分記憶領域５に
分割されている。これ等の領域２．８．４．５は、それ
ぞれ同じ大きさか、又は収容能力が同じである。個々の
荷電点６はいずれの領域でも以前と同じように走査線の
長さと間隔を同じくしである。以前使用していたＣＣＤ
撮像器から外れているのは、露光用の部分撮像領域１の
み空けてあり、部分記憶８．４．５はシフトされた荷電
の記憶用に使用されている。

画像を撮影する場合、画像は部分撮像領域２に入って来
る。そして、荷電点６にそれに応じた電荷が発生する。

この電荷は、段階状に部分記憶領域８．４．５を介して
シフトされる。部分撮像領域２の最初の画像の電荷が部
分記憶領域３この第２の画像も、段階的に更にシフトさ
れる。

同じように、領域２．８．４．５がその都度電荷で満さ
れるまで、第３及び第４の画像がシフトされる。ＣＣＤ
撮像器には、走査読み取り用のレジスタ７がある。部分
記憶領域５の全走査線が読取られると、先ず、例えば、
部分記憶領域４の電荷配列が一段階で部分記憶領域５に
シフトされる。第１図に示した例の場合では、ＣＣＤ撮
像器１の表面は部分撮像領域２と３つの部分記憶領域３
．４．５に分割されている。最も単純な形では、ＣＣＤ
撮像器の表面をたソ３つの等しい大きさの領域に分割す
ることもできる。この場合には、１／３の撮像領域に、
たソ２つの部分記憶領域が後置しである。当然のことで
あるが、別な分割も行える。例えば、部分撮像領域２を
更に半分にしてＣＣＤ撮像器の１／８表面に縮小するこ
とができる。従って、７個の部分記憶領域が後続する。

この場合に対して、上記の分割は、４倍の画像列周波を
連続動作で発生させる。

第２図は、ＣＣＤ撮像器の従来の動作を示したものであ
る。一つの時間単位中で、先ず最初の画像９が撮像領域
に結像され、記憶領域にシフトされる。その結果、２番
目の画像１ｏが撮像領域に収容される。記憶領域の読み
取りはレジスタ７によって行われる。この記憶領域が完
全に読み取られると、直ちに２番目の画像１ｏを表わす
電荷を撮像領域から記憶領域にシフトさせる。その結果
、撮像領域は３番目の画像１１用に空けである。この画
像をシフトさせた後、４番目の画像１２が収容され、対
応した処理を行うことができる。この時間単位８の中で
、二つの画像を処理することもできる。

第３図には、第１図による分割されたＣＣＤ撮像器１を
用いた画像の時間的な配列が示しである。撮像領域と記
憶領域を半分に分割して、画像列周波数が２倍になって
いる。時間単位８の中で、４個の画像９．１０．１１．
１２　　が処理できる。

時間単位８はレジスタ７の動作速度で決まっている。Ｃ
ＣＤ撮像器１の撮像領域が４つの部分領域に、また、記
憶領域も４つの部分領域に分割されている時には、画像
列周波数は４倍にできる。

第４図は、第１図によるＣＣＤ撮像器１で同様に可能性
のある不連続動作様式を示すものである。画像９．１０
．１１．１２　　は、非常に早い時間配列にして、それ
ぞれ連続的に部分撮像領域２に収容され、情報の中味又
は部分記憶領域３．４．５中の対応する電荷をシフトす
ることができ、ＣＣＤ撮像器１の全面が電荷で占められ
る。画像９゜１０、１１．１２　　は、こ＼では、一つ
の画像配列にまとめられる。この配列に情報欠損１４が
続いている。この撮像器はすでに利用されているので、
この情報欠損１４になる又はなり得る画像を第１図のＣ
ＣＤ撮像器で記憶することはできない。

一つの時間単位８が終了し、４つの画像の電荷分布を完
全に読み取ると、先ず新しい時間単位中に再び４つの画
像を高速列、つまシ同じ画像列周波数で収容できる。そ
の結果、記述した過見返りとして、非常に高い画像列周
波数が達成できる。当然なことであるが、別な、即ちよ
り細分化したＣＣＤ撮像器１の分割は、一つの画像配列
１３の中に画像の数を多くさせて・くれる。

第５図には、この発明による方法を実施する装置の部品
配置が模式的に示しである。入力ステーション１５では
、画像配列１３の始まりと長さ、及び個々の画像９．１
０．１１．１２　　を決定し、導線１６を介して制御ユ
ニット１７が制御される。制御ユニット１７から導ｆＩ
Ｊ１８が標準クロック発生器１９にまた導線２０が可変
クロックツ 発生器２１に導入される。これ等の導線１８．２０を介
してクロック発生器１９．２１の同期が行われる。クロ
ック発生器１９と２１には、導線２３を介してＣＣＤ撮
像器１に続く電子開閉器２２が後置しである。導線２４
は、標準クロック発生器１９から上記の開閉器２２をつ
なぎ、従って、この導線を介して、標準クロック発生器
１９の周期に一致する正規制御クロックを制御し、搬器
２２を選択的に用いて撮像器１に供給する導線２５が配
設しである。開閉器２２の切換は、制御ユニット１７に
よって導線２６を介して制御される。更に、導線２７を
介して、遮蔽制御、即ち、ＣＣＤ撮像器１の遮蔽を行う
ことができる。

このようにして、同じ装置を使用する場合でも、調整に
応じて画像列周波数を異なる大きさにするため、ＣＣＤ
撮像器１を異なる分割に調整することもできる。この場
合、部分撮像領域ｔ：２゜の大きさが、遮蔽制御ないし
はＣＣＤＣＣ撮像器撮像領域を遮蔽に応じて、変わるこ
とは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＣＣＤ撮像器の模式図面、第２図は、従来の
撮像器を使用したときの時間経過図、第３図は、連続動
作しているときのＣＣＤ撮像器の新しい使用法による時
間経過図、第４図は、不連続動作しているときのＣＣＤ
撮像器の新しい使用法による時間経過図、第５図は、装
置配列の模式図である。 図中引用記号： １・・・ＣＣＤ撮像器、２・・・部分撮像領域、３〜５
・・・部分記憶領域、６・・・荷電点、７・・・レジス
タ、８・・・時間単位、９・・・第１画像、１０・・・
第２画像、１１・・・第３画像、１２・・・第４画像、
１３・・・画像配列、１４・・・情報欠損、１５・・・
入力ステーション、１６．１８．２０．２３〜２７・・
・導線、１７・・・制御ユニット、１９・・・標準クロ
ック発生器、２１・・・可変クロック発生器、２２・・
・開閉器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光学系の助けでフレーム転送動作するＣＣＤ撮像器
   の撮像領域上に画像を結像し、その都度荷電像としてＣ
   ＣＤ撮像器の記憶領域にシフトさせ、レジスタによつて
   走査読み取りを行う高速画像列の撮像及び記憶方法にお
   いて、 撮像領域と記憶領域で形成されるＣＣＤ撮像器（１）の
   表面を縮小した１個の部分撮像領域（２）と少なくとも
   ２個の部分記憶領域 （３、４、５）に分割し、第１画像（９）を部分撮像領
   域（２）から、部分記憶器（３、４、５）の順に段階的
   にシフトさせ、後続する各画像（１０、１１、１２）を
   部分撮像領域（２）の空いている個所でこの部分撮像（
   ２）に形成し、引き続く部分記憶領域（３、４、５）の
   空いている個所で段階的にシフトさせ、 ＣＣＤ撮像器（１）の全ての部分領域（２、３、４、５
   ）が電荷で占められることを特徴とする撮像及び記憶方
   法。 ２）ＣＣＤ撮像器（１）の撮像領域を１個の縮小した部
   分撮像領域（２）と１個又はそれ以上の部分記憶領域（
   ３）に分割し、ＣＣＤ撮像器１の記憶領域を少なくとも
   ２個の部分記憶領域（４、５）に分割することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の撮像及び記憶方法。 ３）画像列周期の上昇と撮像領域及び記憶領域の分割と
   は、互に相反関係にして実行されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の撮像及び記憶方法。 ４）画像配列１３の画像９、１０、１１、１２の列は、
   部分撮像領域（２）の数と部分記憶領域（３、４、５）
   の数の加算値によつて制限されていことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の撮像及び記憶方法
   。 ５）１個の光学系と、１個のＣＣＤ撮像器と、標準クロ
   ック発生器付きの制御ユニットを用いて、フレーム転送
   動作するＣＣＤ撮像器の撮像領域上に画像を結像し、そ
   の都度荷電像としてＣＣＤ撮像器の記憶領域にシフトさ
   せ、レジスタによつて走査読み取りを行う高速画像列の
   撮像及び記憶装置において、 標準クロック発生器（１９）に開閉器 （２２）を介してＣＣＤ撮像器（１）から接続できる可
   変クロック発生器（２１）が付加的に配設してあり、開
   閉器（２２）の接点位置は制御ユニット（１７）によつ
   て制御できることを特徴とする撮像及び記憶装置。 ６）制御ユニット（１７）は、画像配列（１３）、又は
   個々の画像（９、１０、１１、１２）の始動を長さを決
   定する入力ステーション（１５）前置していることを特
   徴とする特許請求の範囲第５項記載の撮像及び記憶装置
   。