JPS60194888A

JPS60194888A - 画像検出装置

Info

Publication number: JPS60194888A
Application number: JP60032555A
Authority: JP
Inventors: フイリツプ　デニマル
Original assignee: PUROJIYU
Current assignee: PUROJIYU
Priority date: 1984-02-23
Filing date: 1985-02-20
Publication date: 1985-10-03
Also published as: EP0157141A1; CA1230414A; FR2560472A1; FR2560472B1; US4638354A

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、光学的手段を利用した測定技法に関し、より
詳細には、ビデオ型の画像を感知される情報として利用
する画像検出（ピックアップ）装置、並びに、前記画像
の活用に関する。

〔従来の技術、発明が解決しようとする問題点〕この形
式の測定装置において、ビデオカメラを感知器ないしは
センサーとして利用することが益々多くなっている。ビ
デオカメラの役割は、輝度の空間的変化によって特徴付
けられる光の像を、電流の対応した時間的変化によって
特徴付けられる電気信号に変換することにある。今日提
案されている大部分のビデオカメラは、規格化された画
像フォーマット（例えばヨーロッパでは６２５走査線、
１画像４０ｍ秒、アメリカ合衆国及び日本では、５２５
走査線、１画像３３ｍ秒）を採用している。

しかし、測定のためのビデオカメラの利用には、得られ
た画像の幾何学的欠陥と、画像の取得に比較的多くの時
間を必要とすることとに関連した、いくつかの問題が存
在する。

真空管式センサーの代りに固体素子型センサーを光感知
性ターゲットとして使用することによって、残留磁気並
びにカメラの走査に基づく幾何学的歪みは既に相当程度
除去可能になっている。これらの固体素子センサーの光
感知部分は、同一の半導体基体上に形成された要素像点
（英語系の用語ではピクセル−ｐｉｘｅｌ　−と呼ばれ
る）によって形成される。光感知域を形成するいろいろ
の方式並びに画像を形成する電荷のいろいろの読出し方
式が従来から知られている。

読出し速度性能を改善するために、通常の像フォーマン
トから逸脱することも知られている。その場合、ピクセ
ル網読出しの最大周波数（１０７Ｈ２のオーダー）とい
う技術的限界に当面する。−例として、２５０ビクセル
の２００本の走査線から成るマトリックスを使用した場
合、最小読出し時間は、５ｍ秒のオーダーとなるであろ
う。その場合、読出し速度の利得は、１桁に満たない（
４０ｍ秒から５ｍ秒へ）。本明細書の以下の説明は、こ
の２００Ｘ２５０ピクセルのマトリックスについて行な
うが、その理由は、ピクセルの数が、センサーの具体的
な用途に対し設定されて比較を容易にするように一定に
保たれるデータである、光センサーの解像度或いは観察
される視野を制限するからである。

産業上の応用について、５ｍ秒という画像取得時間は、
過度に長く、運動中の物体を静止状態で観察することに
よる測定を実際に妨げる（ぶれ又はかふり）。

ピクセルのマトリックスでなく、列のみを利用すること
によって、速度利得が得られる。この応用は、線画像の
みで足りる場合に限られる。これは２次元の画像の即ち
画像の検出のみを可能にする。

固体素子センサー上に形成された画像の取得速度を高く
するために、周知の技術に従って列ごとに走査する代り
に複数のピクセル列を並列に続出すごとも知られている
（米国特許第４３２２７５２号参照）。

２５０ピクセル２００列のマトリックスの場合について
検討する。ピクセルの読出しにおいて最大値と考えられ
ている１０７のオーダーの周波数を採用した場合、１つ
の列を２５μ秒で読出ずことができる。即ち、この場合
には、全部の列は、並列に読出される。サプレッション
時間を無視するならば、２５μ秒おきに１画像が、即ち
１秒間に４００００画像が得られる。各々のピクセルが
最小６ビツトの情報量を表わす（グイナミソクレンジ、
６４１）として、検出装置は、２００Ｘ２５０（画像当
りビクセル数）Ｘ　４００００　（１秒当り画像数）×
６　（ピクセル当りビット数）　＝１２０００メガビッ
ト／秒で作動する。この情報密度は、明らかなように、
利用可能ではないため、この場合にも技術的な実施不能
に当面する。更に、同時に読出される複数群の行例えば
１０列づつ２０群の行を逐次読出すため、他の条件が等
しいとして、単位時間内に伝達すべき情報量が減少する
と共に、読出し時間が２０倍（１秒′間２０００画像又
は１画像当り５００μ秒）と増大する。

本発明の一目的は、画像検出（ピックアップ）用の装置
を提供することにある。

本発明の別の目的は、運動中の物体を固定的に観察する
ことによって画像を測定しうる装置を提供することにあ
る。

本発明の更に別の目的は、測定の精度が影響されないよ
うに、１つの画像の読出し時間の間に被観察物体が十分
に少い距離移動するように、高速化した、画像検出装置
を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、そうした画像検出装置を利用
したビデオカメラを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、１つの画像を検出しようとする場合、ビデオ
信号に含まれている情報の大部分は過剰であるという事
実に基づいている。即ち、各々の列は、只１つの有用な
情報即ちその列にある画像の位置を含んでいる。この位
置を、過輝度にあるピクセルの間隔によって、又は一般
に輝度の変化によって認識する。その画像を測定しよう
としている物体を照明するいろいろの方法は周知であり
、５ここでは説明しない。

本発明による画像検出装置は、Ｍ個の列とＰ個の行との
マトリックスとして、同一の半導体基体上に実現された
、光感知性の複数の要素像点を有し、更に、該要素像点
によって蓄積された電荷を読出し転送して該電荷の関数
としての電気信号を供給するように、Ｍ個の列の各々に
組合された手段を有し、該手段は、Ｍ個の列を並列に読
出ずように構成されており、その特徴は、Ｍ個の列の各
々によって同時に供給される前記電気信号を処理して該
信号から画像位置情報を取出すための処理手段と、Ｍ個
の位置情報の読出し手段とを更に備えたことに存する。

本発明は、添付図面を参照とした以下の説明によって一
層よく理解されよう。

〔実　施　例〕

各図及びそれに関連した説明において、次の記号法が用
いられている。

ｉ・・・・・・１本の列中の１つの要素像点（ピクセル
）のアドレスであり、１がらＰまでの値をもちうる。

ｊ・・・・・・成るマトリックス中の要素像点（ピクセ
ル）列のアドレスであり、■がらＭまでの値をもちうる
。

Ｐ・・・・・・アドレスｉの特別の値を示すために用い
られる。

もちろん、成るピクセル（又はピクセル列）の空間位置
とそのアドレスｉ　（又はｊ）との間には、全射的対応
関係が存在する。

第１図に示した本発明による画像検出装置ｄは、μ個の
要素像点ないしはピクセルβがら成るＭ本の列γに従っ
て配列された要素像点ないしはピクセルβのマトリック
スαを備えている。ここに記載される装置は、過輝度に
おいて現出される画像をピンクアンプないしは検出する
ようになっている。輝度情報はピクセルβによって比例
電荷量に変換される。各々のピクセル列は既知の読出し
装置によって逐次読出される。例えば電荷結合装置（Ｃ
ＣＤ型）のシフトレジスタは、１つの列の内容を並列に
受け、輝度の空間的変化を電流の時間的変化に変換した
結果である電気信号ｖ　ｊ（ｔ）を直列に送出する。線
続出し速度は、周波数ｆｉのクロックによって制御され
る。全ての列γは、同時に読出され、Ｍ個の信号Ｖｊ（
ｔ）を供与する。

各々の信号Ｖｊ（ｔ）は、立上り縁間値電圧Ｖｓ。

及び立下り縁間値電圧Ｖｓ、と、２つの闇値比較器３に
おいて比較される。閾値電圧ＶＳＩ、ＶＳＺからの超過
分を表わす超過値信号Ｓ＋ｊ（ｔ）Ｓｚｊ（ｔ）は輝度
信号Ｖｊ（ｔ）の立上り縁及び立上り縁の位置記憶セル
に供給される。これらの位置記憶セルは、以下に、その
構造及び位置と係りなく、一般に符号４によって示され
る。この例では、デジタル形式で記憶がなされ、母線５
　（デジタル系の伝送線路を慣用されるように表わす）
は、読出されたピクセルのアドレスｉを、常時位置記憶
セル４に伝送し、これらの位置記憶セル４は、比較器３
によって定められた時点において、各々の列について、
立上り縁ＰＩ及び立下り縁Ｐｚｊの特別のアドレス（又
は空間位置）を記録する。Ｍ個の列について同時に信号
ＶＨｔ）を取得し、直ちに処理した後、空間座標に対応
する２Ｍ個のアドレスを記録する。アドレスレジスタ６
は列アドレスｊを用いて位置記憶セル４を次々に選択す
る。

出力母線７１．７２によって同時に送出された出力信号
は、立上り縁の一連のアドレス（Ｐ＋ｊ）＋’（又は座
標）と立上り縁の一連のアドレス（Ｐｚｊ）１Ｍ（又は
座標）によって各々形成される。計算−論理ユニット８
は、これらのデータを処理し、画像の座標（Ｐ　ｊＬ’
を計算する。計算−論理ユニット８は、そのほかに、デ
ータの相関及びコヒーレンスのような、回復された画像
情報の確認を可能にする他の制御操作も実行することが
できるここに記載される装置は、過輝度、を検出するよ
うになっている。より一般的には、第１比較器は、第１
闇値の空間位置を記録するために、電気信号ＶＨｔ）の
第１闇値を標定し、第２比較器は、該第１闇値が既に標
定されていた場合にのみ第２閾値の空間位置を標定する
ために、該電気信号の第２闇値を標定する。闇値電圧の
振幅は電気信号Ｖｊ（ｔ）の前記闇値の順序を定めるう
えに意味をもたず、この順序は装置に対し予設定されて
いる。

第２図は、「画像」情報を取得する過程の間の主な電気
信号を、ここに記載された装置について表わしている。

列アドレスｊについて供与される信号Ｖｊ（ｔ）は、立
上り縁の基準信号である電圧閾値Ｖｓ、及び立下り縁の
基準信号である電圧閾値Ｖｓ２と比較される。その結果
として、超過値信号Ｓ　＋ｊ（ｔ）　、Ｓ　ｚｊ　（ｔ
）が発生し、これらの信号によって、立上り縁Ｐ＋ｊ、
Ｐｚｊのアドレスを記憶することができる。

所要の「画像」情報は、記憶された２Ｍ個のアドレス中
に格納されている。この情報の取得時間は、１つの列の
取得時間に等しく、例えばピクセル列数２５０の列の場
合には２５μ秒である。完全サイクルは、「画像」情報
の取得と、記憶された情報の回復とから成る。

この回復は、２群の記憶値（立上り縁の位置群と立下り
縁の位置群）を同時に読出ずことによって行なわれる。

同一の読出し周波数（１０’Ｈｚ）を利用すると、列数
２００の場合、２０μ秒で画像が回復される。従って全
サイクル時間は、理論的には、４５μ秒であり、又は、
５０μ秒のオーダー、即ち１秒間２００００画像となる
。なお、ＲＡＭ型記憶セル４の場合の読出し速度は、非
常に高速とすることができる。２Ｂ＝２５６であるから
、アドレスｉは、８ビツトのアドレス、出力母線７エ、
７２は、８ビツトの２母線である。画像は１６ビツト語
の形で数値化される。検出装置は、１秒間１６（ビット
／線）ｘ２００（列７画像）　Ｘ　２００００　（像７
秒）＝６４メガビット／秒で動作し、これは従来の比較
可能な装置に比べて３桁分高いゲインに対応する。この
情報は、本発明による検出装置に組合された別の電子装
置によって実時間で容易に処理することができる。

画像形成装置によって回復された情報量は非常に少ない
が、所要の輪郭の全情報を含んでいる。

サイクル時間は、積（ＰＸＭ）ではなく、代数和（Ｐ＋
Ｍ）に比例する。そのため、本発明の画像検出装置によ
れば、画像を高速で検出（ピックアップ）し測定する問
題が解決される。

第３図に、画像情報の記憶をアナログ式に行なう場合の
本発明の一実施例による画像検出装置を概略的に示し、
ここに、ピクセルの各々の空間位置ｉは、勾配信号Ａ（
ｔ）の成る所定レベルに対応している。この勾配信号は
、Ｍ個の列の並列続出しについて連係化されたサンプル
−ホールド回路によって形成された全部の記憶セル４に
供給される。勾配信号Ａ（ｔ）の瞬時値は、比較器３に
より定められた各々の時点において、立上り縁位置ａ＋
ｊと立下り縁位置ａｚｊとを記憶している。記憶セル４
の読出しは、前記と同様に、即ち１がらＭまで変化する
アドレスｊについて各対の記憶セル４において逐次行な
われる。出力母線７１′、７２′はアナログ信号ａ＋（
ｊ）、ａｘ（ｊ）を回復し、これらのアナログ信号によ
って所要の画像ａ（ｊ）が与えられる。

第４図に、本発明の第３実施例による画像形成装置を示
し、この実施例によれば、同一の画像取得速度を保ちつ
つサイクル時間を短縮するために、２群の記憶セル４ａ
、４ｂが用いられている。この例によるビックアンプ装
置の作用は次の通りである。

＝１サイクルの間に、画像のアドレスＰｉｊが、第１実
施例の場合と同様にして識別される。これらのアドレス
は、書込み確認信号Ｅａの不在と書込み確認信号Ｅｂと
によって、記憶セル４ｂにしか記憶されない。

一同一サイクルの間に、先行する画像アドレスＰ　＋ｊ
　＊、Ｐｔｊ＊（直前のサイクルに記憶されている）を
、読出し確認信号Ｌｂの不在及び読出し確認信号Ｌａに
よって読出す。

一次のサイクルの間に記憶セル４ａの群に書込み、記憶
セル４ｂの群から読出し、以下同様に操作する。

書込み動作（画像の取得と処理）及び読出し動作（画像
の回復）とが同時に行なわれるので、完全サイクル時間
は、この場合には、取得時間と凹復時間とのうちどちら
か長い方によって定まる。

実際には取得時間の方が常に長くなる。サイクル時間は
値Ｐに比例し、伝送される情報量は、この例では、１２
８メガビット／秒であり、これは容易に使用可能な値で
ある。

第５図に、画像計算機能を組込んだ本発明の第３実施例
による画像検出装置を示し、この装置は、供与される画
像について可能な確認のフィールドを制限するが、これ
で充分なことがありうる。この例では、記憶セル４は、
１つのカウンタを備えている。電気信号Ｖｊ（ｔ）が闇
値電圧Ｖｓ、に到達しない限り、周波数ｆｉのパルスを
計数する。

信号Ｖｊ（ｔ）が闇値電圧Ｖｓ、を超過したが闇値電圧
Ｖｓ、には到達していない限り、周波数１四のパルスを
計数する。信号Ｖｊ（ｔ）が閾値Ｖｓ２を超過した時、
取得値において、即ちピックアンプされる画像アドレル
Ｉ）ｊ＝ｐｔｊ＋　１（１）ｚｊ−ｐ＋ｊ）において、
カウンタを停止させる。

計数さ　れるパルスの周波数と画素読出しパルスの周波
数とは、これらの周波数間の比が知られている限り、異
なっていてもよい。画像検出装置のその他の部分は、第
１実施例の場合と同様である。

本発明の更に別の実施例として、立上り縁及び立下り縁
の標定のために単一の闇値電圧のみを利用してもよく、
この場合には、１列について只１つの闇値比較器を画像
検出装置に用意するだりでよい。

前述した例は、過輝度として画像が現出される場合に関
係している。本発明の全ての実施例は、シルエットとし
て現出される画像の標定にも明らかなように適用するこ
とができる。この場合には、画像情報は、輝度レベルの
変化に含まれており、１つの列について１つのアドレス
によって与えれる。１つの列について１つの比較器及び
１つの闇値電圧を備えた装置を使用するだけでよい。

本発明は、前述した画像検出装置のいろいろの変形、特
に、前記の機能を満たして成る画像の検出及び測定に到
達するための特別の手段が用意されることを条件として
、１つの線当り２つより多くの比較器、１つの比較器に
ついて２つより多くの記憶セル、又は、２つより多くの
出力母線を備えた画像検出装置にも適用される。また、
本発明は、そうした画像検出装置を備えたビデオカメラ
にも適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例による検出装置を示す略
配列図、第２図は、１つの線において画像の位置を標定する間の
主要電気信号を示す信号波形図、第３図は本発明の第２
実施例による検出装置を示す略配列図、第４図は本発明の第３実施例による検出装置を示す略配
列図、第５図は本発明の第４実施例による検出装置を示す略配
列図である。３・・・・・・闇値比較器、４・・・・・・位置記憶セ
ル、６・・・・・・アドレスレジスタ、８・・・・・・計算−論理ユニット、Ｔ・・・・・・列
、β・・・・・・要素像点、ＶＨｔ）・・・・・・電気
信号。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｍ個の列（γ）とＰ個の行とのマトリックスとし
て、同一の半導体基体上に実現された、光感知性の複数
の要素像点（β）を有し、更に、該要素像点によって蓄
積された電荷を読出し転送して該電荷の関数としての電
気信号Ｖｊ（ｔ）を供給するように、Ｍ個の列（γ）の
各々に組合された手段を有し、該手段は、Ｍ個の列を並
列に読出すように構成されている画像検出装置であって
、Ｍ個の列（γ）の各々によって同時に供給される前記電
気信号Ｖｊ（ｔ）を処理して該信号から輪郭位置情報を
取出すための処理手段と、Ｍ個の位置情報の読出し手段
とを更に有することを特徴とする画像検出装置。
（２）前記要素像点の読出しがシフトレジスタによって
行なわれ、該シフトレジスタは、１つの光感性の列に含
まれる電荷を並列に受けて、輝度の空間的変化から電流
の時間的変化への変換の結果である電気手段Ｖ　ｊ　（
ｔ）を直列に送出することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の画像検出装置。
（３）１つの列によって供給される信号ＶＮｔ）の処理
が、１つの列について少くとも１つの比較器（３）を備
えた系によって行なわれ、該比較器は、１つの比較器に
ついて少くとも１つの記憶セル（４）に組合され、各々
の比較器（３）は該信号のレベルの変化を標定し、前記
記憶セル（４）のうち少くとも１つは、該レベルの変化
の空間的位置を記録し、該空間位置は、１つの行に所属
した輪郭位置情報を形成することを特徴とする特許請求
の範囲第１項又は第２項記載の画像検出装置。
（４）記憶されたＭ個の情轢の読出し手段が、アドレス
レジスタ（６）を有し、８亥アドレスレジスタは、１以
上の出力信号線を介して記憶情報を回復するように、要
求された列のアドレス（ｊ）に対応する１以上の記憶セ
ル（４）を選択することを特徴とする特許請求の範囲第
３項記載の画像検出装置。
（５）１つについて少くとも１つの記憶セル（４）に組
合された、２つの比較器（３）を有し、１つの行につい
て供給される信号Ｖｊ（ｔ）の処理は、２つの比較器（
３）によって行なわれ、一方の比較器（３）は、該信号
の第１闇値を標定し、他方の比較器（３）は、該信号の
第２闇値を標定し、第１闇値（Ｐ＋ｊ）の空間位置は、
１つの記憶セル（４）によって記録し、第２闇値（Ｐ　
ｚｊ）の空間位置は別の記憶セル（４）によって記録す
ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の画像検
出装置。
（６）記憶されたＭ個の情報を読出す手段が、アドレス
レジスタ（６）を含み、該アドレス１／ジスタは、第１
闇値の位！（Ｐ＋ｊ）を送出する第１出力信号線及び第
２闇値の位置（Ｐｚｊ）を送出する第２出力信号線を介
して記憶情報を回収するように、要求された行のアドレ
ス（ｊ）に対応する１以上の記憶セル（４）を選択する
ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の画像検出
装置。
（７）１つの比較器について只１つの記憶セルを有する
ことにより、輪郭検出の完全サイクルが、前記空間位置
の記憶と、記憶された空間位置の読出しとの、２つの順
次の相を含むことを特徴とする特許請求の範囲第４項又
は第６項記載の画像検出装置。
（８）１つの比較器について２つの記憶セルを有するこ
とにより、検出の完全サイクルが、前記空間位置の記憶
と直前のサイクルの間に記憶された空間位置の読出しと
の同時の相を含むことを特徴とする特許請求の範囲第４
項又は第６項記載の画像検出装置。
（９）抽出された輪郭位置情報から輪郭を計算する手段
を更に有することを特徴とする特許請求の範囲第１項又
は第２項記載の画像検出装置。 θ０）１つの行について供与された信号Ｖｊ（ｔ）の処
理を、カウンタを備えた１つの記憶セル（４）及び２つ
の闇値比較器（３）を含む系によって行ない、第１闇値
比較器（３）は、信号Ｖ　ｊ　（ｔ）の第１闇値を標定
し、第２闇値比較器（３）は、該信号の第２闇値を標定
し、該カウンタは、第１闇値比較器が第１闇値に到達す
るまで第１モードで作動し、第２闇値比較器が第２闇値
に到達するまで第２モードで作動し、取得した計数値を
保持し、該計数値は、輪郭位置の計算された情報である
ことを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の画像検出
装置。０υ　前記カウンタにより記憶された前記輪郭位置の情
報を読出す手段が、アドレスレジスタ（６）を含み、該
アドレスレジスタは、要求された列のアドレス（ｊ）に
対応した記憶セルを選択することを特徴とする特許請求
の範囲第１０項記載の画像検出装置。０乃　アドレス（ｊ）の選択を逐次行なうことを特徴と
する特許請求の範囲第８項又は第１１項記載の画像検出
装置。０３）特許請求の範囲第１項〜第１２項のいずれか１項
に記載の画像検出装置を備えたビデオカメ