JPH0488766A

JPH0488766A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH0488766A
Application number: JP2205784A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Adachi; 足達　満則
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1992-03-23

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、撮像素子を微小移動させて高解像変化する
場合に、読取時間を短縮することができる撮像装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

第７図は例えば特開昭５８−６４８７５号公”報に示さ
れた従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。こ
の第７図において、１は被写体、２はこの被写体１の像
を作るレンズであり、このレンズ２の後方に２次元撮像
素子としての２次元ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌ
ｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）が配置されている。

この２次元ＣＣＤ　３はレンズ２で作られた被写体１の
像を電気信号に変換するものであり、この２次元ＣＣＤ
３を画素ピッチ以１にＸ、Ｙ微小移動装置４により微小
移動させるようになっている。

また、５は同期盤であり、この同期盤５により、被写体
１からの入射光の光軸に対して、１フレーム毎に水平方
向または垂直方向に２次元ＣＣＤ３を微小移動させるた
めの電圧Ｖ、、Ｖ、がＸ、Ｙ微小移動装置４に印加され
るとともに、同′＃Ｊ４信号φ、。

φ、が２次元ＣＣＤ３に供給されるようになっている。

また、２次元ＣＣＤ　３の出力信号はフレームメモリ６
に保持されるようになっている。このフレームメモリ６
の出力信号は表示器８で表示されるようになっている。

次に動作について説明するが、まず、第８図を用いて従
来例の原理について説明する。第８図は２次元ＣＣＩ）
３を構成する画素の配列状態を例示的に示すものであり
、ｒＯＪ印の位置に単画素がそれぞれ配置されている。

したがって、この場合の解像度は、Ｘ軸方向にｒ３Ｊ、
Ｙ軸方向にｒ２Ｊである。もし、「×」印とｒＯＪ印の
位置にも単画素があるとすると、２次元ＣＣＤ素子とし
ては、２４個の単画素が必要となる。

そこで、従来例では、２次元ＣＣＤをフレームごとに画
素ピッチ以下の所定距離移動させて、「×」印の位置に
ある情報、すなわち、素子間情報を得るようになし、こ
の場合、６個の単画素からなる２次元ＣＣＤから実質的
に２４個の単画素からなる２次元ＣＣＤと同等の解像度
が得られるようにする。

次に、従来例の動作を上述のごとく、解像度をＸ軸方向
およびＹ軸方向ともに２倍とする場合を例にとり第８図
および第９図を参照しながら説明する。

まず、第７図において、被写体重をレンズ２により、２
次元ＣＣＤ３上に結像させる。この結像面を１フレーム
で走査するわけであるが、この際に、動作開始時の第９
図における時間Ｔ０においては、同期盤５からＸ、Ｙｍ
小移動装置４には、第９ｒＪ！ｌＡ、　　Ｂｃ：示ｔヨ
’＋ニ、を圧ｖ＋、ｖｖ＋；！Ｅｐｍされていない。

したがって、時間Ｔ０〜Ｔ、の間は、被写体ｌの光情報
のうち、２次元ＣＣＤ３のＸ、Ｙ軸上の位置（１，１）
を走査開始点とすると、ｌフレームの走査が同期盤５か
らの信号φに、φ、に同期して行われる。

時間Ｔ１における次のフレームの垂直ブランキング期間
中、同期盤５より、第９図Ａに示すように、電圧ＶＭが
Ｘ、Ｙ微小移動装置４に印加され、２次元ＣＣＤ　３は
Ｘ、Ｙ軸上の位置（１，２＞を走査開始とする位置に移
動する。

この位置（１，２）を走査開始点とする１フレームの走
査が行われ、素子間情報である×印の画素値が得られる
。

次いで、第９図の時間Ｔ８における次のフレームの垂直
ブランキング期間中、同期盤５よりＸ。

Ｙ微小移動装置４には、第９図Ａ、Ｂに示すように、電
圧■９、Ｖνが印加され、２次元ＣＣＤ３はＸ、Ｙ軸上
の位置（２，２）を走査開始点とする位置に移動する。

この位置（２，２）を走査開始点とする１フレームの走
査が行われ、素子間情報であるｒｘＪ印の画素値が得ら
れる。

さらに、第９図における時１ｗｌ　Ｔ　ｓの次のフレー
ムの垂直ブランキング期間中、同期盤５よりＸＹｌｋ小
移動装置４には第９図Ａ、Ｈに示すように、電圧■。の
印加は解除され、さらに電圧■、の印加はそのまま継続
される。したがって、２次元ＣＣＤ３はＸ、Ｙ軸の位置
（１，２）を走査開始点とする位置に移動する。

この位！（１，２）を走査開始点とする１フレームの走
査が行われ、素子間情報である「×」印の画素値が得ら
れる。

最後に、第９図の時間Ｔ、において、Ｘ、Ｙ微小移動装
置４に印加していた電圧Ｖ、も第９図の已に示すように
取り去ると、２次元ＣＣＤ３は初期状態、すなわち、Ｘ
、Ｙ軸上の位置（１，１）の所に戻り、動作を完了する
。

この場合は２次元Ｃ０Ｄ３を持つ固有の解像度より、縦
、横とも２倍になる。

このようにして、２次元ＣＣＤ３より取り出された情報
は順次４回次段のフレームメモＩＪ　６に一旦記憶され
た後、読み出されて、表示器８に一つの画像として表示
される。したがって、表示器８からは高解像度の画像を
得ることができる。

〔発明が解決しようとするｌ！題〕

従来の撮像装置は以上のように構成されているので、画
素を増加させるために、画素ピッチ以下の移動回数が多
く、画像の読取時間が長くなるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、高解像度の画像を短い時間で読み取ることがで
きる撮像装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る撮像装置は、２次元撮像素子を画素ピッ
チ以下に碁盤の目格子状の画素配列となるように移動さ
せるｘ、ｙ微小移動装置と、２次元撮像素子を移動させ
た位置での出力信号を２次元撮像素子の動かした位置に
相当するアドレスに記憶する記憶手段と、この記憶手段
の出力信号を補間して表示器に表示させる補間フィルタ
とを設けたものである。

〔作　用〕

この発明における微小移動手段は２次元撮像素子を碁盤
の目格子状に画素配列となるように動かすため、２次元
撮像素子は碁盤の目の格子状の画素部分のみを読み取り
、記憶手段に記憶するとともに、画像の欠落部分を補間
フィルタにより補間して表示器に表示するものである。

〔実施例〕

以下、この発明の撮像装置の実施例について図面に基づ
き説明する。第１図はその一実施例の構成を示すブロッ
ク図である。この第１図において、被写体１、レンズ２
．２次元撮像素子としての２次元ＣＣＤ３、ｘ、ｙ微小
移動装置４は第７図の従来例と同じである。

また、同期盤５からは、被写体ｌからの入射光の光軸に
対して１フレーム毎に水平方向または垂直方向に２次元
ＣＣＤ　３を微小移動させるための電圧■。、ＶｙがＸ
、Ｙ微小移動ｗ装置４に印加するようになっているとと
もに、同期信号φ１．φνが２次元ＣＣＤ３に供給され
るようになっている。

この点も第７図の従来例と同様である。

さらに、２次元ＣＣＤ３の出力信号を記憶手段としての
フレームメモリ６に記憶する点についても第７図の従来
例と同様である。

７はフレームメモリ６より出力された信号から欠落画素
部分をまわりの画素より補間する補間フィルタであり、
この実施例の特徴をなす部・分である。この補間フィル
タ８の出力信号を表示器８に送り、表示するようになっ
ている。

次に動作について説明するが、それに先立ち、この発明
の理解を容易にするために、まず、この発明の原理から
先に説明することにする。

第２図は２次元ＣＣＤ３を構成する画素の配列状態を例
示的に示すものであり、図中の「○」印の位置に単画素
がそれぞれ配置されている。したがって、この場合の解
像度はＸ軸方向に「３」、Ｙ軸方向に「２」である。

もし、「×」印と「０」印の位置にも単画素があるとす
ると、２次元ＣＣＤとしては、２４個の単画素が必要と
なる。

そこで、この発明では、２次元ＣＣＤ３をフレーム毎に
画素ピッチ以下の斜め方向に移動させて、「■」印の位
置にある情報、すなわち、素子間情報をも得るようにな
し、また、「×」印の位置にある情報は周りの「■」印
とｒＯＪ印の画素から補間することにより、この場合、
６個の単画素からなる２次元ＣＣＤから実質的に２４個
の単画素からなる２次元ＣＣＤと同等の解像度が得られ
るようにする。

次に、この実施例の具体的動作について説明する。上述
のごとく解像度をＸ軸方向、Ｙ軸方向とも２倍とする場
合を例にとり、第１図および第３図をも参照しながら説
明する。

被写体１をレンズ２により２次元ＣＣＤａ上に結像させ
る。この２次元ＣＣＤ３上の結像面を１フレームで走査
するわけであるが、この際、動作開始時の第３図におけ
る時間Ｔ、においては、同期盤５からＸ、Ｙ微小移動装
置４には、第３図のＡ、Ｈに示すように、電圧ＶＨ，Ｖ
、が印加されていない。

したがって、時間Ｔ０〜Ｔ、の間は被写体ｌの光情報の
うち、２次元ＣＣＤ３のＸ、Ｙ軸上の位置（１，１）を
走査開始点とする１フレームの走査が同期盤５からの信
号φ■、φＶに同期して行われる。

この走査により、「○」印の画素が得られる。

次に、第３図の時間Ｔ、における次のフレームの垂直ブ
ランキング期間中、同期盤５より、第３図のＡ、Ｂに示
すように、電圧Ｖ、、Ｖνの両方を印加すると、２次元
ＣＣＤ３はＸ、Ｙ軸上の位置＜２．２　）を走査開始点
とすると、１フレームの走査が行われ、素子間情報であ
る「■」印の情報が得られる。

最後に時間Ｔ！において、Ｘ、Ｙ微小移動装置４に印加
していた電圧Ｖ□、Ｖｖを取り去ると、２次元ＣＣＤ３
は初期状態、すなわち、Ｘ、Ｙ軸上の位置（１，１）の
所に戻り、動作が完了する。これによって、「Ｏ」印と
「■」印で示される画素情報が得られる。

このようにして、２次元ＣＣＤ３より取り出された信号
１ａは順次２回次段のフレームメモリ６に一旦記憶され
た後、読み出され、信号１ｂとなる。この信号１ｂは第
２図の「■」印とｒＯＪ印のみがある信号である。

この第２図上の「×ｊ印で示される画素は補間フィルタ
フにより補間され、信号ＩＣとなる。この信号ＩＣは表
示器８に一つの画像として表示される。したがって、表
示器８からは、高解像度の画像を得ることができる。

ここで、従来例と比べて、「×」印は補間により得てい
るため、解像度の劣化が起こる。しかも、その解像度の
劣化は人間の視覚度の低い高周波の斜め成分（細かい斜
め縞）となるため、実用上の画像の劣化はほとんど起こ
らない。

第４図にこの発明と従来例の解像度の特性を示す。この
第４図は横軸に水平空間周波数、縦軸に垂直空間周波数
をそれぞれとって示している。

従来例で最終の画素数がＭＸＮ　（水平方向Ｍ画素、垂
直方向Ｎ画素）画素である場合の空間周波数の表現可能
領域は第４図の斜線部分と「×」印のハツチ部分で示さ
れる矩形の領域となる。

一方、この発明の表現可能領域は第４図の斜線部分で示
される三角形の領域となる。この第４図で「×」印のハ
ツチ部分は人間の視覚度の低い画像上では、細かい斜め
線となるため、実用上では、従来例の解像度とこの発明
の解像度の違いは人間の眼には、はとんど惑しられない
。

したがって、はぼ同等の解像度を有した画像を読み取る
場合、この発明では、従来例に比べて読取時間が半分で
よい特徴ををする。

次に〜補間フィルタフについて説明する。補間フィルタ
７はタップ数の多いディジタルフィルタから簡単なもの
まで考えられるが、ここでは、最も単純な補間フィルタ
の補間論理を説明する。

まず、第２図に示されるような碁盤の目格子状の画素配
列（「○」印と「■」印で示された画素配列）から「×
」印の画素値を得る論理を第５図を用いて説明する。

通常、碁盤の目格子状の画素配列より補間値を得る場合
、第５図ｔａ＋に示す補間論理を用いる。この第５図（
ａ）において、例えば、Ｘ、Ｙ座標上の＜２．２　）で
示す欠落画素を次式により求める。

欠落画素値（２，２）−土（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）・・（１
）ただし、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは周囲の画素値である。

上下左右に画素がある場合には同様に（１）弐により欠
落画素を求める。

また、欠落画素が画像の端の部分にある場合には、第５
図（ｂ）に示す補間論理を用いる。

この場合、例えば、Ｘ、Ｙ座標上（Ｌ　２　）で示す欠
落画素値を得るために、欠落画素値（１，２）＝Ｔ−（Ｅ＋Ｆ＋Ｇ）　　・・（
２）であり、同様に、Ｘ、Ｙ座標上（２，１）で示す欠
落画素値を得るためには、欠落画素値（２，１）＝Ｌ（Ｅ＋Ｇ＋Ｆ）　　・・・（
３）である。

第５図（ｂ）に示す画像の端にある欠落画素を求める場
合には、上記（２）式または（３）式により欠落画素を
求める。

また、画素の端の部分は使用しないようにして、（１）
式による補間だけを用いることもできる。この場合、例
えば、１０２４　ｘ　ＩＱ２４！ｉ素（Ｘ、Ｙ）の画像
情報が１０２２　Ｘ　１０２２画素に減少するのみで、
端のラインを省略しても、実用上Ｉ。１題とはならない
。

また、以上の例は周りの４ｉｉｊｉ素（または３画素）
よりの補間値を求めてもよい。

なお、上記実施例では、２次元ＣＯＤ　３の画素数が３
×２画素の例について説明したが、一般的なＭＸＮＸ２
Ｏ３次元ＣＣＤを用いても同様の効果を奏する。

また、上記実施例では、カム機構や圧電索子を用いたＸ
、Ｙ微小移動装置を用いて２次元ＣＣＤを光軸に対して
移動させていたが、プリズム状の電気光学素子を用いて
光軸を２次元ＣＣＤに対して相対的に微小移動させても
よい。

この電気光学素子は結晶に電界を加えるとき、結晶の屈
折率が変化する電気光学効果を有するもので、この電界
による屈折率の変化を利用して、光ビームの偏向を行う
ことができる。

第６図はこの電気光学素子を使用したこの発明の撮像素
子の他の実施例の構成を示すブロック図である。

この第６図において、電気光学素子９として、例えば、
Ｌ＋ＮｂＯ５，ＬＨＴ、ＯｓやＳＢＮ等の第１次電気光
学結晶が用いられる。

また、プリズム状の電気光学素子９は光ビーム（光軸）
を水平または垂直方向へ曲げる場合には、１個でよいが
、両方向へ曲げる場合には、第６図に示すように二重構
造とする。なお、２ａ、２ｂはレンズである。

また、上記実施例では、Ｘ方向、Ｙ方向でも解像度を２
倍にする例を示したが、画素ピ、千以下に、碁盤の目格
子状の画素配列ができるようにすれば、解像度をＭＸＮ
　（Ｘ方向、Ｘ方向）倍にすることも可能である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、光軸と２次元撮像素
子を相対的に移動させて、画素ピッチ以下に画素配列が
碁盤の目格子状となるように、画像を読み取り、画像の
欠落部分を補間フィルタで補間するように構成したので
、高解像度の画像を従来に比べて〃の時間で読み取るこ
とができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による撮像装置の構成を示
すブロック図、第２図は同上実施例における２次元ＣＣ
Ｄの画素配列を説明するための画素配列図、第３図は同
上実施例における同期盤を説明するためのタイミングチ
ャート、第４図は同上実施例における解像度を説明する
ための２次元空間周波数図、第５図（ａｔおよび第５図
（ｂ）はそれぞれ同上実施例における補間フィルタの補
間論理を説明するための説明図、第６図はこの発明の他
の実施例による撮像装置の構成を示すブロック図、第７
図は従来の撮像装置の構成を示すブロック図、第８図は
従来の撮像装置における画素配列を説明するための画素
配列図、第９図は従来の撮像装置における同期盤を説明
するためのタイミングチャートである。ｌ・・・被写体、２・・・レンズ、３・・・２次元ＣＣ
Ｄ、４・・・Ｘ、Ｙ微小移動装置、５・・・同期盤、６
・・・フレームメモリ、７・・・補間フィルタ、８・・
・表示器、９・・・電気光学素子。なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

２次元撮像素子と、被写体の像を上記２次元撮像素子に
結像させるレンズと、碁盤の目格子状の画素配列となる
ように上記２次元撮像素子をライン方向に画素ピッチの
１／２でかつラインと垂直方向に画素ピッチの１／２の
斜め方向の位置に動かすＸ、Ｙ微小移動装置と、上記２
次元撮像素子の出力を上記Ｘ、Ｙ微小移動装置の移動位
置に対応したアドレスに記憶する記憶手段と、この記憶
手段の出力のうち上記２次元撮像素子より得た碁盤の目
格子状の格子点に対して水平方向および垂直方向で中間
に位置すべき欠落画素の値を補間する補間フィルタとを
備えた撮像装置。