JPS5925509B2 - 画像追尾方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はテレビカメラにより撮像され六肚一標のビデオ
画像の自動追尾方式に係わ、特にスキヤンコンパージヨ
ンメモリを媒体としたビデオ処理方式を特徴とする画像
追尾方式に関する。

従来のテレビ方式を用いた画像追尾の方法においては、
撮影された画像の中の、特にその周辺に比して著るしい
輝度を持つ点の信号を抽出し、その信号の動きに応じた
追尾信号を内部的に発生さ、せ、画像追尾を行なつてい
る。

しかしこの方法では、目標上に特に著しい輝度を持つた
点または部分があつて、常にその周辺と明確な差を維持
していることが必要である。

時々刻々に変化する目標全体の輝度、特に目標の角度に
よつては、短時間に生ずる太陽光線の直接的な反射光が
、パルス信号の形で目標上またはその周辺に発生したり
、或は逆に雲形等により目標全体の輝度が低下したわし
て、それらがノイズとして追尾性能を低下させる原因と
なるのでそれをさける必要がある。そのために、特別に
塗料を塗布して周囲とのコントラストをつけるとか、ま
たは目標上のある部分の輝度を大きくするためにランプ
を点灯させるとかして、追尾しようとする目標を周囲の
背景画面と極端に区別することが必要であつた。また仮
に目標に何等処置を施さない場合であつても、背景との
コントラストの比が撮像管によ沙変換される画像電圧に
換算して、３０〜５０％以上高＜ないと充分な追従は困
難であつた。従つて、従来の輝点追尾方式では、テレビ
カメラと目標との距離は非常に短かく、戸外においては
ほとんど実用に供し得なかつた。本発明は、これら従来
の欠点を排除すると共に、比較的遠距離における目標の
追尾を可能にした画像追尾方式を提供するものである。

本発明になる画像追尾方式は、追尾すべき目標をテレビ
カメラにより撮影し、撮影された目標画像信号を、１個
もしくは複数個のスキヤンコンバ−ジヨンメモリに記憶
させて一旦静止画像面にせしめ、次にテレビカメラよね
出力される時々刻々変化する画像情報と、前記静止画像
情報とを比較し、画像情報を目標とテレビカメラとの距
離に無関係に追尾を行なうに最も適した画像サイズに縮
少もしくは拡大せしめ、同様にして時間的に遅れて記憶
かつ処理さねた次の画像情報と、前記追尾を行なうに最
も適した画像サイズに変換された画像情報とを比較する
ことによつて、両画像情報の位置のズレ量を制御信号と
して得、該制御信号によつてテレビカメラの光軸方向を
機械的に駆動するための駆動台を制御し、追尾目標の形
状あるいは大きさに関係なく目標の追尾を行なうことを
特徴としている。

以下、図面を用いて本発明になる画像追尾方式の一実施
例につき説明する。

−ー一第１図は本発明になる画像追尾方式の構成を示す
プロツク図である。

いま、テレビカメラ１によつて撮影された目標２０の画
像は、切換装置３に入力され適当な時間々隔（例えば１
フイールド毎）で切換えて、スキヤンコンバージヨンメ
モリ４および６に第１及び第２の画面として交互に出力
する。切換装置３は、テレビカメラ１の映像出力信号を
電気的にタイミングを取つて、交互にスキヤンコンバー
ジヨンメモリ４訃よび６に供給できればよいから、例え
ば半導体等を用いた一般的な電子スイツチ回路を用い、
テレビカメラ１で発生する同期信号にタイミングを合せ
て、テレビ映像信号の流れを切換えることが可能である
。スキヤンコンバージヨンメモリ４または６は、その特
性から１個で信号の読込みと読出しを同時に出来ないか
ら、本実施例では２個準備し、一方（４または６）に目
標情報を読込ませている間に他方（６または４）に読出
しを行なわせる。スキヤンコンバージヨンメモリ４また
は６から読出された第１または第２の画像信号は、波形
整形回路８または９によつて後述のごとく整形され、一
時的に記憶装置１０または１１に蓄えられる。記憶装置
１０および１１に蓄えられた目標情報は、目標２０が移
動しているものであれば互に若干の位置的なズレが生じ
ているので、これら２個の情報を比較回路１２でもつて
比較し、位置のズレ量を検出する。この位置のズレ量を
誤差信号として、電気的な位相にし、目標がズレた方向
に対して１８０度逆の方向にズレた量と同じ量に変換し
て、テレビカメラ１の，駆動台２に加えれば、該台２に
内蔵されたサーボモータ等（図示せず）によつて、テレ
ビカメラ１の光軸は常に目標２。０方向に向けられる。

この具体的実施例につき、第２図乃至第５図も参照して
詳述する。第２図は、テレビカメラ１が目標２０を捕え
た際の画面状態の１例を示すものであつて、画面ａ｝よ
び画面ｂは互に時間的に或る間隔を置いて撮影されたも
のである。第３図は第１図の波形整形回路８卦よび９に
おける信号処理情況を示す波形である。まず、テレビカ
メラ１によつて、第２図の画面ａに示すごとく撮影され
たテレビ画像情報を、第１図に示すスキヤンコンバージ
ヨンメモリ４に記憶させ、次の瞬間、切換装置３によつ
て信号径路を切換え、画面ａの状態よりも時間的に若干
遅れて撮影されたテレビ画像情報、即ち画面ｂをスキヤ
ンコンバージヨンメモリ６に記憶させる。そして画面ｂ
が読込まれている間に、画面ａの信号を第３図イに示す
ごとき一連の電気信号として取ね出す。な卦説明を簡単
にするために、取り出した信号はそれぞれテレビ走査線
のうち一本だけを代表として示した。取り出した波形に
対しては各々スキムレベルＳＬを設定し、あるレベル以
上もしくは以下の信号は消去する。」次にテレビ走査信
号に同期したパルスハを設け、この同期パルスハに合わ
せて、映像信号を波形整形回路８で波形整形し、二の波
形を得る。さらに、波形二から目標２０の中心位置を検
出するホ。同様にして第２図の画面ｂにお・ける画像信
号口も波ノ形整形して整形波形へを得、目標２０の中心
位置を検出する卜。画面ａ｝よびｂの検出されたそれぞ
れの目標中心位置は、次段の記憶装置１０および１１に
各々蓄えられる。記憶装置１０卦よび１１に時間的に若
干ズレて蓄えられたデータは、比較回路１２に同時に取
り出さねて入力さわる。比較回路１２に卦いては、画面
ａまたはｂの目標中心位置を基準として目標２０の移動
量が演算さね、移動量信号チとして出力される。比較回
路１２は、目標２０の移動方向を判別し得るように、つ
正と負の極性を有したものが用いられる。な卦、テレビ
カメラ１で撮影される目標２０｝よびそれを含む背景の
明暗によつて生じる、ビデオ人力信号レベルの変動（強
弱）に対しては、自動利得制御回路（図示せず）を用い
る。従つて変化するビデオ入力信号を常に一定にし、利
得制御された後の信号に対してスキムレベルＳＬを設定
すれば、一定のスキムレベルで対応することができ、ビ
デオ信号の変動に合せてスキムレベルＳＬを変える必要
はない。また、目標２０からの反射光が、周囲の状況に
よつて暗く見える場合と明るく見える場合が生じる。こ
のような目標信号のレベル反転に対しては、前述のスキ
ムレベルＳＬの他に該レベルと適宜の隔たりをもたせて
更にスキムレベルを設け、背景が常にこの２レベルの間
に在るように前述の自動利得制御回路でもつて制御する
。しかして、目標２０はこねらのレベノレのいずれかに
よつて検出されることとなり、いずれかのスキムレベル
によつて抽出された信号は、例えば反転回路（図示せず
）を用いてどちらか一方の信号に変換して処理される。
以上の説明にち・いては、水平方向の移動量の場合につ
いてのみ説明したが、目標２０を追尾するには、垂直方
向の移動量も同時に検出する必要があり、これは例えば
目標２０上を走査する走査線の本数を計測し、その数の
中心を抽出することによつて得られる。一方、目標２０
あるいはテレビカメラ１が移動することによつて生ずる
、テレビカメラ１の撮像面上での目標画像の大きさあ・
よび形状の変化のために、理想的には撮影された画面全
域にわたつて画素を記憶することが望ましい。

しかし、そのためには１×１０６の桁、もしくはそれ以
上の桁での記憶素子が必要となり、経済性の面に卦いて
実施困難である。本発明に訃いてはこのような欠点を除
去するため、スケール制御装置１３を設けている。スケ
ール制御装置１３は、まずテレビカメラ１で撮影した目
標画像特に追尾を開始しようとする直前の目標画像のス
ケールを画面上で測定して記憶する。そして、次の瞬間
から変化する目標の大きさとの差異を検出し、差分に相
当する信号をズーム制御信号としてスキヤンコンバージ
ヨンメモリ４および６の走査制御回路（図示せず）に連
続的に入力する。しかして、すでにスキヤンコンバージ
ヨンメモリ４お一よび６に記憶されている目標を含む画
面の中から、必要な目標画像を抽出して縮少または拡大
する、いわゆる電子ズーミングを自動的に行なうもので
ある。ズーミング処理後の目標画像は、取り出されて波
形整形回路８または９にて信号処理される。従つて、ス
キヤンコンバジヨンメモリ４または６から出力される画
像サイズは、目標２０とテレビカメラ１との距離に左右
されることなく一定に保つことができ、目標２０とその
周辺状況に応じて画像追尾に最も適した任意のサイズに
設定し得る。以下第４図｝よび第５図をも用いてスケー
ル制御の詳細について説明する。追尾を開始する場合、
まず追尾目標２０に対して手動操作で電子的なゲートリ
・を第４図の画面ａに示すごとく設定する。電子ゲート
リは、例えば目標画像輪郭の最先端を４本の電子ライン
で囲むことによつて設定され、この囲まれた長方形の枠
をゲート信号として用いる。まず、目標２０のビデオ信
号（第５図イ′）を波形整形して二の整形波形を得、こ
の波形ゴにゲート信号りを一致させる。ゲート信号りの
大きさは、操作者が適宜目標２０の大きさを選択し、ゲ
ートサイズを調整することによつて任意に得ることがで
きる。ゲート信号リと目標信号ゴが一致したらその瞬間
のゲート信号りを、ホールド回路等（図示せず）を用い
てホールドさせる。次に目標２０が移動して第４図の画
面ｂ′に示すごとく大きさが変化すると、この画像信号
（第５図口″）も同様に波形整形してへのごとき整形波
形を得、先にホールドしたゲート信号リ・と比較して、
その差をスケール誤差信号ヌとして抽出する。この場合
、目標は必ずしも大きくなるとは限らないから、ゲート
信号りを基準に、正または負の両方向の信号を発生させ
得るようにし、スキヤンコンバージヨンメモリ４または
６の走査制御回路（図示せず）にズーム制御信号として
入力する。以上の動作によつてスキヤンコンバージヨン
メモリ４または６からは、常に一定の大きさの目標画像
信号が出力される。上述の説明に卦いては、２個のスキ
ヤンコンバージヨンメモリを使用した場合について述べ
たが、１個のスキヤンコンバージヨンメモリでも同様の
画像処理が可能である。

第６図にその実施例を示す。同図に訃いて、テレビカメ
ラ３０によつて撮影された目標の画像情報は、スキヤン
コンバージヨンメモリ３１に人力される。スキヤンコン
バージヨンメモリ３１から読出された画像情報は、波形
整形回路３２にち・いて前述の実施例と同様に波形整形
され、目標の中心位置が検出される。波形整形回路３２
の出力は、切換装置３３によつて信号径路を切換えて、
記憶装置３４または３５に蓄えられる。記憶装置３４訃
よび３５に時間的に若干ズレて蓄えられた画像情報は、
同時に取り出されて比較回路３６に入力される。比較回
路３６においては、時間的に若干ズレたそれぞれの目標
中心位置を比較し、目標の移動量を演算して移動量信号
として出力される。以下の処理については上述の実施例
と同様である。本実施例の場合は、上述の実施例に比し
て処理される画面の時間々隔が若干長くなる。また、こ
れらの実施例に卦いては可視光線領域を主体としたテレ
ビカメラを用いたが、この代りに例えば赤外線テレビカ
メラを使用すれば、夜間に卦いても昼間同様に使用可能
である。

本発明になる画像追尾方式の応用例としては、例えば１
６ミリフイルムを用いた計測用カメラ等と連動して、航
空機、自動車、船舶等の運動、または口ゲット等の発射
状態を正確に計測することができる。

さらには、非接触かつ充分に安全な距離を保つて観測を
必要とする対象物、例えば溶鉱炉から取り出された溶融
金属の運搬車等を、安全かつ正確に追尾し観測すること
もできる。以上説明したごとく、本発明になる画像追尾
方式においては、前述のごときスケール制御を行なつて
いるので、テレビカメラ１で撮影された全体画面の中か
ら、追尾に必要な目標２０を含むごく周辺部だけの画像
を抽出し処理することができ、目標２０近辺に発生する
類似の信号源（雑音源）を完全に排除することができる
。

また、目標２０に対するデータ処理も、ゲートされた特
定の範囲内での操作となるので、記憶装置１０および１
１もごく小規模でよい。さらには目標画像をスキヤンコ
ンバジヨン′モリに一旦蓄積し静止画像として処理する
ため、撮影される目標画面の陽炎、あるいは目標周辺の
水蒸気等の影響によるゆらぎ等、特に遠距離目標を追尾
する際に生ずる目標画像のゆらぎに因する、見かけ上の
追尾目標の位置的な変化、または輪郭のボケ現象を完全
に排除することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる画像追尾方式を示す機能プロツク
図、第２図は目標をテレビカメラで撮影した際の画像で
あつて、画面ａは目標の初期位置を示し、画面ｂは初期
位置から目標が若干移動した場合を示す。 第３図は波形整形回路における波形の処理状態を示す図
、第４図は目標をテレビカメラで撮影した際の画像であ
つて、画面ａ′は目標の初期位置を示し、画面ｂ′は初
期位置から目標が若干移動した場合を示す。第５図はス
ケール制御装置に″｝ける波形の処理状態を示す図、第
６図は本発明になる画像追尾方式の他の実施例を示す機
能プロツク図である。１・・・・・・テレビカメラ、２
・・・・・・駆動台、３・・・・・・切換装置、４，６
・・・・・・スキヤンコンバージヨンメモｌ八 ８，９
・・・・・・波形整形回路、１０，１１・・・・・・記
憶装置、１２・・・・・・比較回路、１３・・・・・・
スケール制御装置、２０・・・・・・目標。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 追尾すべき目標をテレビカメラで撮影し該テレビカ
   メラの出力たる画像信号中から目標を検出し追尾する画
   像追尾方式において、前記テレビカメラの出力画像信号
   から撮影時間に差のある第１および第２の画面を静止画
   面として得るための少なくとも１個のスキヤンコンパー
   ジヨンメモリ装置と、前記第１または第２のいずれか一
   方の静止画面に対し画像処理すべき範囲を定める電子ゲ
   ートを設定しこの画像を基準として他方の画像のスケー
   ルをズームアップもしくはズームダウンさせることによ
   り前記第１および第２の静止画面を同一スケールに制御
   するスケール制御装置と、前記電子ゲートされた第１ま
   たは第２の静止画像と前記ズーム制御されてスキヤンコ
   ンパージヨンメモリ装置に記憶された第２または第１の
   静止画像を波形整形してそれぞれの目標の中心位置を検
   出する波形整形回路と、この検出された目標の中心位置
   を記憶する記憶装置と、記憶されたそれぞれの目標の中
   心位置を比較し両目標の中心位置のズレ量を検出して制
   御信号として出力する比較回路とを備え、前記比較回路
   の出力たる制御信号によつて前記テレビカメラの駆動台
   を制御して目標の追尾を行なうことを特徴とする画像追
   尾方式。