JPH02184179A - 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〕 この発明は、たとえば撮像素子の駆動側ｊｎや、撮像素
子の前方に液晶シャッタなどを配するなどして、高速シ
ャッタ動作を行わせるようにした撮像装置に関するもの
である。

〔従来の技術〕

電荷結合素子を用いた固体撮像素子を有する撮像装置に
おいて、高速に運動する被写体の撮像のためにいわゆる
電子シャッタ機能を有するものが従来より用いられてい
る。そのようなｉｉ像装置はたとえば特開昭６１−２７
１２５号公報に開示されており、その基本的な構成は第
１１図に示されている。

第１１図において、ｌは固体撮像素子、２は固体撮像素
子の駆動回路、３は憑像時間を制御する電子シャッタ制
御回路、４は固体撮像素子の出力信号をデジタル信号に
変換するアナログ／ディジタル変換器（以下ｒＡ／Ｄ変
換器」という。）、５は信号処理回路、６は上記の各回
路を総合的に制御するシステム制御回路である。

以上のように構成された記録撮像装置においては、高速
物体の撮影を可能にするために電子シャッタ制御回路３
が素子馴動回路２を制御する。以下その動作説明を第１
２図および第１３図を用いて行なう。

第１２図は前記固体撮像素子１の構成を簡略化して示す
平面図である。この第１２図に示された固体１最像素子
１はインターライン転送方式の電荷結合素子（ＣＣＤ）
を用いたもので、行列配列した？！数の受光部７と、こ
の受光部７に蓄積された信号ＴＡｍが転送ゲート８を介
して導出される垂直転送部９と、受光部７に蓄積された
信号電荷がオーバーフローゲートｌＯを介して導出され
、この導出された信号電荷を外部に排出する電荷排出ラ
イン１１とを備えている。９ａは前記垂直転送部９の各
転送段を示す。

第１３図は前記固体撮像素子ｌの動作を説明するための
タイミングチャートである。第１３図（１）は垂直ブラ
ンキングパルスを示し、期間ΔＢが垂直ブランキング期
間である。さらに、第１３図（２）は垂直偏向スタート
パルスを示し、第１３図（３）は前記転送ゲート８に与
えられる続出パルスを示し、第１３図（４）は前記垂直
転送部９に供給される垂直転送信号を簡略化して示して
いる。

時刻Ｔ１に第１３図（３）において参照符号ｐ１で示す
読出パルスが転送ゲート８に与えられると、それまでに
受光部７に蓄積されていた信号電荷が垂直転送部９に移
される。この信号電荷は時刻Ｔ１からの期間に垂直転送
部９に第１３図（４）において参照符号７！３で示す高
速転送パルスが供給されることにより、高速に水平転送
部（図示せず）に転送され、この水平転送部から外部に
排出される。

このようにして、時刻Ｔ、以前の（３号電荷の掃き出し
が行われる。この信号電荷の掃き出しが終了すると、時
刻Ｔ２には転送ゲート８に再び読出パルス（第１３図（
３）において参照符号１２で示す。）が与えられ、これ
によって垂直転送部９には受光部７において時刻Ｔ、〜
Ｔ２の期間ΔＴに蓄積された信号電荷が移されることに
なる。この信号電荷は第１３図（４）において参照符号
１４で示す垂直転送パルスによって１水平走査期間（Ｉ
Ｈ）毎に１ライン（水平方向に配列した１列の受光部７
で構成される。）分ずつ前記水平転送部に導出されてい
く、この信号電荷は期間ΔＴにおいて固体１ｉ像素子１
が捕えた映像に対応し、このようにして、いわばシャッ
タ時間を前記期間ΔＴの長さに制限した高速シャッタ動
作が電子的に行われることになる。

このような電子シャッタ制御により高速に運動する被写
体を鮮明に撮像することができるようになり、物体の運
動の解析に極めて有効である。この運動の解析を行う場
合において、前記電子シャッタ制御によっ゛ζ逼像した
映像が重ね合わせられて用いられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、たとえば手ブレなどのために１量像装置
本体の被写体に対する位置が変化すると、複数フィール
ド間の映像信号における被写体の位置関係が乱れ、これ
によって上記映像の重ね合わせを良好に行うことができ
ず、運動の解析を良好に行うことができない。

また、前記映像の重ね合わせは、ディジタルメモリ機能
を有するＣＲＴなどの表示装置を使用して、複数の映像
を同時表示するなどして行われており、特別の機器を必
要とするなどの問題があった。

この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、被写体
の運動の解析を良好に行うことができるようにした撮像
装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の撮像装置は、１フィールドの入力映像信号を
記憶する記憶手段と、 撮像装置本体の変位を検出する動き検出回路と、この動
き検出回路出力から、前記撮像装置本体の変位による映
像信号の変化分を補正するための補正データを作成する
動き補正回路と、この動き補正回路からの前記補正デー
タに基づいて前記記憶手段に記憶した入力映像信号に補
正を施し、前記１石像装置本体の変位による映像信号の
変化分を補正した補正映像信号を前記紀ｔｑ手段から出
力させるメモリ制御回路と、 前記記憶手段からの複数フィールドの補正映像信号を重
ね合わせて１フィールドの映像信号を再構成する演算手
段とを備えたことを特徴とする。

〔作　用〕

この発明の構成によれば、動き検出回路で撮像装置本体
の変位が検出され、この撮像装置本体の変位による映像
信号の変化分を補正するためのデータが動き補正回路で
作成される。記憶手段に記憶された１フィールドの入力
映像信号には、前記補正データに基づく補正がメモリ制
御手段によって施され、そのようにして補正された補正
映像信号が前記メモリ制御手段の制御の下に記憶手段か
ら出力される。

このようにして、記憶手段から出力される前記補正映像
信号は撮像装置本体の変位による映像信号の変化分を除
去しているので、演算手段では複数フィールドの映像を
相互にずれを生しさせることなくｌフィールドの映像信
号に再構成することができる。したがって、たとえばｔ
石像装置本体が操作者の手ブレなどによって変位し、撮
像位置が僅かに変化したりなどするときにも、前記映像
の再構成が良好に行われるようになる。

これによって、撮像素子の露光時間を１フィールド期間
よりも短く制限して、高速シャッタ動作を行わせて比較
的高速で運動する被写体を撮像し、この被写体の運動の
解析を行う場合において、前記演算回路からの映像信号
は、静止した被写体を手ブレなどによる撮像装置本体の
変位の影響を排除して正確に重ね合わせた映像信号とな
るので、運動する被写体の運動の解析を良好に行うこと
ができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例の撮像装置の基本的な構
成を示すブロック図である。第１図において１０１は固
体撮像素子、１０２は固体撮像素子ｌｏｔを駆動する駆
動回路、１０３はシャッタ時間を制御する電子シャッタ
制御回路、１０４は固体撮像素子１０１の出力信号をデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１０５は手ブレな
どによる撮像装置本体の動きＭ（変位）を検出する動き
検出回路、１０６は動き検出回路１０５からの動き量デ
ータから動き補正データを得る動き補正回路、１０７は
Ａ／Ｄ変換器１０４の出力信号を記憶する記憶手段であ
るメモリ回路、１０８はメモリ回路１０７を制？ｆｆＦ
するメモリ制御回路、１０９は上記各回路を総合制御す
るシステム制御回路である。

固体撮像素子１０１は、電子シャッタ制御回路１０３お
よび駆動回路１０２によって高速シャッタ制御された映
像信号を出力する。この映像信号はＡ／Ｄ変換器１０４
を経てメモリ回路１０７に１フィールドの映像信号の形
態で記憶されるとともに、動き検出回路１０５にも入力
される。動き検出回路１０５では夏フィールド前の映像
信号との比較によりフィールド間の勅き量が検出される
。

この動き量データを用いて動き補正回路１０６は、補正
データを作成する。メモリ制御回路１０８は補正データ
を用いてメモリ回路１０７から手ブレ等の動き成分を補
正した補正映像信号を出力させる。

この補正映像信号は、撮像装置本体の変位による映像信
号の変化分を除去した映像信号であり、したがってこの
補正映像１３号から得られる映像を、複数フィールドに
わたって重ね合わせるようにすれば、被写体の運動の解
析を効果的に行うことができる。

第２図はこの発明の第２の実施例の基本的な構成を示す
ブロック図である。この第２図において、前述の第１図
に示された各部と同等のものには同一の参照符号を付し
て示す。この実施例ではメモリ回路１０７からの補正映
像信号は、加算回路２０９を経てメモリ回路２１０へ記
憶される。さらに加算回路２０９とメモリ回路２１０と
はメモリ制御ｌ１１２１１の制御の下、メモリ回路２１
０に記憶されている映像信号とメモリ回路１０７からの
新しい補正映像信号とを加算してメモリ回路２１０へ順
次記憶させていく。同様の処理が所定のフィールド数の
映像信号に施される。この実施例において、前記加算回
路２０９．メモリ回路２１０、およびメモリ制御回路２
１１を含んで演算手段が構成されている。

第３図はこの実施例における映像の重ね合わせを説明す
るための図である。第３図ｆａ）〜＋Ｃ）は、前述の電
子シャッタ制御によって得られ、メモリ１０７から時系
列的に出力される第１．第２．第３フィールドの補正映
像１８号に対応する映像を示している。加算回路２０９
などの働きにより、まずメモリ回路２１０には第３図＋
ａｌに示す第１フィールドの映像に対応する映像信号が
記憶され、次に第３図（ｄ＋に示す第１フィールドの映
像（第３図（ａ））と第２フィールドの映像（第３図（
ｂ））とを重ね合わせた映像に対応する映像信号が記憶
され、さらに第３図ｔｅｌに示す第１．第２．第３フィ
ールドの映像を重ね合わせた映像に対応する映像信号が
記憶される。第３図ｔｄｌ、　ｔｉｌｌに示されるよう
に補正映像信号を用いて重ね合わせを行っているので、
被写体の静止部分に関しては映像にずれが生じていない
、したがって被写体の運動の解析を正確に行うことがで
きる。これに対し固体撮像素子１０１から得た映像信号
を加算した場合には、第３図（ｆｌに示すように、手ブ
レなどによる撮像装置本体の変位の影響で、静止部分に
ずれが生じないように重ね合わせることができず、この
ため正確な運動の解析を行うことができない。

第４図はこの発明の第３の実施例の基本的な構成を示す
ブロック図である。この第４図において前述の第２図に
示された各部と同等の部分には同一の参照符号を付して
示す。この実施例では前記第３の実施例の加算回路２０
９に代えて、比較演算回路４０９が設けられており、こ
の比較演算回路４０９の構成例が第５図に示されている
。

メモリ回路１０７からの動き補正された補正映像信号Ｖ
ＩＮは加算回路５０１と比較回路５０４とに入力される
。加算回路５０１の出°力信号はメモリ回路２１０に記
憶される。このとき比較回路５０４はメモリ回路２１０
に記憶された映像信号と新しい補正映像信号ＶＩＮとを
比較し、両者が等しい場合は、加算回路５０１が加算を
行わず、どちらか一方の信号をそのまま出力する、或い
は加算後１／２倍するように制御し、異なる場合は加算
回路５０１が両方の信号を加算して出力するように制御
する。この加算回路５０１の出力信号はメモリ回路２１
０に記憶される。以下同様にして所定のフィールド数の
補正映像信号に対して上記の処理を行う。

第６図は前記比較演算回路４０９の動作を説明するため
の図である。第６図（８）〜ｔｃ＋には前述の電子シャ
ンタ制御によって得られ、メモリ１０７から時系列的に
出力される第１．第２．第３フィールドの補正映像信号
に対応する映像が示されている。この第６図において、
映像における輝度の変化は斜線を付して表す、また、こ
の第６図ｔａ＋〜（ｃ）には参照符号ｌＮで示す走査線
に対応する補正映像信号の波形が同時に示されている。

ここでは３フィールド期間にわたって中央にある静止物
体２０の前を左から右へ別の物体２１が横切る場合を例
に採って説明する。第６図ｆｄｌは単純に第１．第２．
第３フィールドの補正映像信号を加算した場合の映像信
号、第６図（ｅ）は第５図に示した比較演算回路４０９
により第１．第２．第３フィールドの映像信号を加算し
た場合のメモリ回路２１０内映像イε号を示す、第６図
＋ｄ＋の映像信号においては静止物体２０の部分の信号
がフィールド数だけ加算され、動き部分（物体２１に対
応する部分）と比べて信号レベルに差が生じている。

これに対して第６図＋ｅ＋の映像信号においては、比較
演算回路４０９がメモリ回路２１０内の映像信号と新し
いフィールドの補正映像信号とを比較しているので、静
止部分も動き部分も同等の信号レベルになっている。

以上のように本実施例によれば、動き補正されたズレの
ない補正映像信号を静止部分と動き部分とに信号振幅の
差が生じて、動き部分が静止部分に埋没しないように加
算して、メモリ回路２１０に、記憶させることができる
。

第７図は前記比較演算回路４０９の他の構成例を示すブ
ロック図である。この実施例において、比較回路５０４
は、メモリ回路１０７からの新しい補正映像信号ＶＩＮ
と、この補正映像信号ＶＩＮよりも１フィールド前の補
正映像信号であるフィールドメモリ６０６の出力信号と
を比較する。その比較結果による加算回路５０１の制御
は第５図に示された構成の場合と同等である。

第８図は第７図に示された比較演算回路４０９の動作を
説明するための図である。第８図（Ｍｌ〜ｔｅ＋には前
述の電子シャッタ制御によって得られ、メモリ回路１０
７から時系列的に出力される第１、第２．第３．第４．
および第５フィールドの補正映像信号に対応する映像が
示されている。この第８図において、輝度の変化は斜線
を付して表す。

また、第８図（ａｌ〜（ｓｌには参照符号Ｉ！、で示す
走査線に対応する補正映像４８号の波形が同時に示され
ている。

ここでは５フィールドにわたってｆｉｔ像範囲の広範囲
を占める静止物体２２の前を左から右へ別の物体２３が
移動する場合を例に採って説明する。

第８図ｆｆ）には単純に第１〜第５フィールドの補正映
像信号を加算した場合の映像信号が示されており、第８
図（ｇｌには第５図に示した構成で加算した場合にメモ
リ回路２１０から得られる映像信号が示されており、第
８図ｆｈｌには第７図に示した比較演算回路４０９によ
り加算してメモリ回路２１０に得られる映像信号が示さ
れている。第８図（ｆ）の映像信号においては、静止物
体２２の部分の信号が動き部分物体２２に対応する部分
の信号と比べて差が著しく生じている。第８図（ｇｌの
映像信号においてはたとえば第１フィールドにおける動
き部分に対応する映像信号は以下第２〜第５フィールド
の補正映像信号との比較においていずれも異なると判断
され、第１〜第５フィールドまでの演算で毎回加算され
るため、第３．第４および第５フィールドにおける動き
部分と、信号レベルに差が生じている。これに対して第
８図（ｈｌの映像信号においては、第７図に示された構
成では、比較回路５０４が１フィールド前の補正映像信
号と現在の補正映像信号ｖ＋ｉ＋とを比較するので、第
１〜第５フィールドにおける各動き部分の信号レベル差
が改善されている。

第９図は前記比較演算回路４０９のさらに他の構成例を
示すブロック図である。この第９図において、前述の第
７図に示された各部と同等の部分には同一の参照符号を
付して示す。この比較演算回路４０９ではメモリ回路１
０７からの補正映像信号ＶＩＮは可変利得増幅器７０７
を介して加算回路５０１に入力され、そして、加算回路
５０１出力はクランプ回路７０８からメモリ回路２１０
に与えられる。

可変利得増幅器７０７はシャッタ速度に対応してシステ
ム制御回路１０９により利得を制御されており、比較回
路５０４が１フィールド前の補正映像信号と現在の補正
映像信号■、とが異なると判断した場合、利得ＧＡを ＧＡ≧１　　　　　　　　　　・・・・・・　（１）と
設定することにより、電子シャッタ動作によって固体描
像素子１０１の出力信号振幅が通常駆動より減少してい
るにもかかわらず、動き分析として強調したい動き部分
の信号振幅を増大することができる。さらに加算回路５
０１の後段にクランプ回路７０８を設けているので、ク
ランプレベルの設定で、動き部分の信号振幅を一定に保
つとともに、飽和しないようにすることができる。

第１θ図は第９図に示された比較演算回路４０９の動作
を説明するための図であり、前述の第８図と同様の図示
がなされている。第１Ｏ図ｆａｌ〜（ｅｌには第１〜第
５フィールドの補正映像信号に対応する映像が示されて
いる。この第１０図ｔａ＋〜＋ｅ＋に同時に示されてい
る補正映像１３号の波形において、破線は可変利得増幅
器７０７出力を示す。また、第１０図ｆｆｌには第１〜
第５フィールドの補正映像信号に比較演算回路４０９で
処理を施してメモリ回路２１０に得られる映像信号の波
形が示されている。この第１０図（ｆｌにおいて、クラ
ンプ回路７０８による１３号振幅の補正が施されない場
合の映像信号の波形が破線で示されており、クランプ回
路７０８によるクランプレベルＬｃが二点ｕｔ線で示さ
れている。この第１０図ｆｆｌから、動き部分（物体２
３に対応する部分）の映像信号が強調され、しかもその
レベルが一定に保たれていることが理解され、このよう
な構成によれば、運動する物体２３の運動の分析がより
良好に行われるようになる。

なお、前述の実施例において、動き検出は２フィールド
間信号を比較して行う場合を示したが、これに限るもの
でなく外部センサを用いる場合などの他の方法でもよい
。また、動き補正においても、動き検出回路１０５出力
を用いて映像（３号を記憶したメモリ回路１０７から動
き補正した（３号を得る場合を示したが、これに限るも
のでなく固体（石像素子１０１の駆動方法を制御するな
どの他の方法でもよい。

さらに第２．第３の実施例において、動き補正した複数
フィールドの補正映像信号を加算して得た映像信号を、
その後どのように出力するかについて説明は行わなかっ
たが、別のＩＣメモリ、または磁気フロッピーメモリ、
磁気テープなどに記録して、複数の連続映像信号を作成
するなどの信号処理が施されてもよい。

さらに、第２．第３の実施例において動き補正された補
正映像信号を加算する構成として、１フィールドの映像
信号を記憶する容量を有するメモリ回路２１０の読み出
し書き込み制御により行う場合を示したが、このような
構成に限るものでない。

また、第１〜第３の実施例において固体撮像素子１０１
の露光時間を制御する高速シャンクを実現する構成とし
て、固体撮像素子１０１の駆動制御による場合を示した
が、これに限らず固体撮像素子の前にメカシャッタ、ま
たは液晶シャックを設けるなど他の構成であってもよい
。

さらに第３の実施例において、第７図および第９図に示
された比較演算回路４０９の構成では、比較回路５０４
へ１フィールド前の補正映像信号を入力する場合を示し
たが、これに限らず固体撮像素子１０１の駆動方法など
によっては、１フレーム前の信号を人力するようにして
もよい。

また、前記第９図に示された比較演算回路４０９におい
て可変利得増幅器７０７とクランプ回路７０８とを併設
した場を示したが、可変利得増幅器７０７だけの構成も
考えることができる。また、可変利得増幅器７０７を、
加算回路５０１の後段に設け、その利得を比較回路５０
４の出力信号で制御する構成も考えることができる。

さらに、比較演算回路４０９の他の構成例として、第５
図に示された構成において、可変利得増幅器やクランプ
回路を接続したものも考えられる。

〔発明の効果〕

この発明の撮像装置によれば、撮像素子の露光時間を１
フィールド期間よりも短く制限して、高速シャッタ動作
を行わせて比較的高速で運動する被写体を撮像し、この
被写体の運動の解析を行う場合において、演算回路から
得られるｌフィールドの映像信号は、静止した被写体を
手ブレなどによる撮像装置本体の変位の影響を排除して
正確に重ね合わせた映像信号となるので、運動する被写
体の運動の解析を良好に行うことができる。

しかもこの発明では、撮像装置に複数フィールドの映像
信号を１フィールドの映像信号に再構成するための演算
手段を設けるようにしているので、撮像装置を用いて連
動の解析を行う場合に、従来のようにデジタルメモリを
有する表示装置などの特別の機器を用意する必要がなく
、利便性が格段に向上されるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の撮像装置の基本的な
構成を示すブロック図、第２図はこの発明の第２の実施
例の基本的な構成を示すブロック図、第３図は前記第２
の実施例における補正映像信号の重ね合わせを説明する
ための図、第４図はこの発明の第３の実施例の基本的な
構成を示すブロック図、第５図は比較演算回路４０９の
構成例を示すブロック図、第６図は第５図に示された比
較演算回路４０９の動作を説明するための図、第７図は
前記比較演算回路４０９の他の構成例を示すブロック図
、第８図は第７図に示された比較演算回路４０９の動作
を説明するための図、第９図は前記比較演算回路４０９
のさらに他の構成例を示すブロック図、第１０図は第９
図に示された比較演算回路４０９の動作を説明するため
の図、第１１図は従来の撮像装置の基本的な構成を示す
ブロック図、第１２図は固体撮像素子１の基本的な構成
を簡略化して示す平面図、第１３図は高速シャッタ動作
を説明するためのタイミングチャートである。 １０１・・・固体撮像素子、１０２・・・駆動回路、１
０３・・・電子シャンク制御回路、１０５・・・動き検
出回路、１０６・・・動き補正回路、１０７・・・メモ
リ回路（記憶手段）、１０８・・・メモリ制御回路、２
０９・・・加算回路、２１０・・・メモリ回路、２１１
・・・メモリ制御回路、４０９・・・比較演算回路第 図 （ａ） （ｄ） （ａ） 吋ｒり 第 図 （ｂ） 時開 第 図 第 図 第 図 第１０ 図 第１３ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 撮像素子における信号電荷の蓄積時間を１フィールド期
   間よりも短く制限して、高速シャッタ動作を行わせるよ
   うにした撮像装置において、１フィールドの入力映像信
   号を記憶する記憶手段と、 撮像装置本体の変位を検出する動き検出回路と、この動
   き検出回路出力から、前記撮像装置本体の変位による映
   像信号の変化分を補正するための補正データを作成する
   動き補正回路と、 この動き補正回路からの前記補正データに基づいて前記
   記憶手段に記憶した入力映像信号に補正を施し、前記撮
   像装置本体の変位による映像信号の変化分を補正した補
   正映像信号を前記記憶手段から出力させるメモリ制御回
   路と、 前記記憶手段からの複数フィールドの補正映像信号を重
   ね合わせて１フィールドの映像信号を再構成する演算手
   段とを備えたことを特徴とする撮像装置。