JPS6033355B2 - 画像相関装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はテレビ画像における水平走査方向自己相関画
像を実時間で得るようにした画像相関装置に関するもの
である。

従来、テレビカメラで画像を入力して相関演算処理を行
なう画像相関装置には、超音波光変調器とフーリエ変換
光学系を用いた光学的相関演算を行ない、テレビ受像器
の中央に入力画像の水平走査方向自己相関画像のみを表
示するものがあるがこのような画像相関装置には次記の
ような性能、操作面における欠点がある。

○｝ 相関画像しか受像器画面上に表示できないため、
入出力画像の比較検討が困難である。

このため、入力画像表示専用の受像器が必要で、かつ、
これら入出力画像専用の２台の受像器は画面の大きさ性
能を揃える必要がある。‘２），有限区間相関演算を繰
返し連続的に行なうため、動作原理上、相関画像表示受
像器画面の左右１／４づつ、すなわち全画面の半分に相
当する画面は表示に使用されていない。

｛３’ 有限区間相関演算を繰返し連続的に行なうため
、動作原理上、入力画像の水平走査方向長さは２値パル
ス映像信号に変換後、水平同期時間の１／沙よ下でなけ
ればならず、かつ、光学的相関器の構造上、前記２値パ
ルス映像信号は水平同期パルスの前後１／４同期時間の
範囲に存在してはならないという条件がある。

このため、入力画像撮影時に画像の大きさと構図および
背景に制限が加わる。｛４）相関画像各点における相関
値は輝度表示によるため、受像器ブラウン管の非線形な
電圧対輝度特性により数量的表示精度が悪い。

筆者等が先に学会（電子通信学会論文誌の１９７９年３
月Ｖｏｌ．６２一Ａ地．３「超音波光変調器とＴＶカメ
ラを用いた画像相関装置の一驚成法」）にて発表した装
置例、すなわち、従来の画像相関装置における構成およ
び動作原理を次に述べる。

第４図に従来の装置構成略図を示す。この装置の製作意
図の概略は、一般に使用されているテレビカメラの映像
出力信号が超音波光変調器への入力信号として適当な繰
返し周期と周波数帯城を持つことに着目し、超音波光変
調器を有する光学的相関器によって各水平走査ごとの映
像出力信号の１次元自己相関関数を検出し、受像器画面
上で画像に構成し表示することであり、出力画像として
入力画像の水平走査方向自己相関画像を得ることである
。第４図に示した装置では自己相関をとるべき入力画像
１３を双方向掃引発振器１５で発生させた７．８７郎日
２の三角波で双方向水平走査を行なうテレビカメラ１４
で撮影し、得られた複合映像信号を映像信号と水平垂直
同期パルス信号とに分離するため同期パルス分離回路１
０に加える。ここで分離された映像信号は後述する光学
的相関演算の条件を満すため、映像信号パルス化回路９
に送られ設定閥値との比較により白黒２値のみを表わす
２値パルス映像信号に変換される。この２億パルス映像
信号はパルス振幅変調可能な一対の正弦波発振器ｌａ，
ｌｂに外部変調信号として加えられる。前記正弦波発振
器ｌａ，ｌｂは光学的相関器内に配置されている一対の
超音波光変調器５ａ，５ｂを構成している超音波振動子
の共振周波数で発振しており、発振波は発振器内で前記
２値パルス映像信号により振幅変調をうけて前記超音波
光変調器５ａ，５ｂに加えられる。光学的相関器は次の
ように構成されている。光源にはしーザー４を用い光東
をレンズで拡大した後、前記超音波光変調器５ａ，５ｂ
に入射する。一対の前記超音波光変調器は超音波進行方
向が逆向きになるように配置されておりこれを透過した
光東はしンズで収束され焦点面上に縄点をつくる。焦点
面には空間的光強度フィル夕６が配置され、このフィル
夕を通過した光は光電変換器７によって光電変換されて
光学的相関器の出力電流となる。なお、光学的相関演算
の原理については後に詳述する。さて前記同期パルス分
離回路１０にて分離された同期パルスは水平同期時間遅
延回路１１に送られ時間遅れを施された後潟合器１２に
加えられる。この混合器１２は前記光電変換器７で得ら
れた相関出力信号に遅延同期パルスを付加し、相関画像
となるべき複合映像信号を作るものである。前記水平同
期時間遅延回路１１の遅延時間を水平同期時間の約１／
２，３２一ｓに定め、前記複合映像信号を受像器１６で
画像に構成すれば前記入力画像１３の自己相関画像を画
面の中央に表示することができる。次に光学的相関演算
の原理について述べる。

双方向水平走査によって得た各走査ごとに走査方向が反
転する映像信号を２個の超音波光変調器で空間的に反転
、遅延、シフトし、レンズで積分して互いに隣りあった
、すなわち画面上では上下関係にある映像信号間の相互
相関関係を自己相関関数に近似させて得るのが概略であ
る。第５図に示すように入力画像は２値画像でＰ（Ｑ，
８）とし、垂直同期パルスより教えてｎ回目の水平走査
で得た映像信号をｆ（Ｑ，ｎ）とする。第６図に示すよ
うに、２値パルス映像信号に整形され、ｆ（Ｑ， ｎ）
で振幅変調された超音波信号は超音波光変調器内の超音
波振動子に加えられる。超音波光変調器５ａ，５ｂは超
音波進行方向が互いに逆向さになるように配置されてい
るため、超音波光変調器内の超音波信号はｕ（ｘ，ｎ）
，ｕ（一ｘ，ｎ）と書ける。超音波光変調器５ａは５ｂ
に較べ超音波進行方向長さが長く作られており、前記超
音波信号ｕ（ｘ，ｎ）がレーザー光東内に達する時間は
ｕ（一×，ｎ）が同じく達する時間より１水平走査時間
６３．５〃ｓだけ遅れる。よってレーザー光東内で重な
る超音波信号はｕ（ｘ，ｎ）とｕ（一×，ｎ＋１）であ
る。光学系内での２信号の重ね合せは積演算で表わされ
、レンズの収束作用は積分演算を表わす。またｕ（ｘ，
ｎ），ｕ（一×，ｎ十１）は超音波速度ｖで移動してい
ることを考え合せれば、超音波信号によって生じた回折
光のみを空間的光強度フィル夕６で検出し光電変換する
ことにより、電流値として次に示す相関出力ｃ（ｔ，ｉ
）が得られることが知られている。Ｃ（ｔ，ｉ）：上事
ｇ（Ｘ−Ｖｔ，ｉ）ｇ（−Ｘ十Ｖｔ，ｉ十１）血
・・・【１｝ここでｄはしーザー光
東の幅を表わす。

ｇ（ｘ，ｎ）はｕ（ｘ，ｎ）の包絡線を表し、ｆ（Ｑ，
ｎ）のＱをｘに線形変換したものである。

この‘１｝式にｇ（ｘ，ｉ）≠ｇ（一×，ｉ＋１）…｛
２｝の関係をあてはめれば、４ Ｃ（ｔ，ｉ）＝上亀ｇ（Ｘ■Ｗ，ｉ）ｇ（Ｘ十ｖｔ，ｉ
）舷 ・・・‘３’と
なって、ｃ（ｔ，ｉ）はｇ（又，ｉ）すなわちｆ（Ｑ，
ｉ）の自己相関関数を表わす。

ｃ（ｔ，ｎ），ｆ（ｑ，ｎ）はともに水平走査回路ｎに
おける関数である。よって、ｃ（ｔ，ｎ）をｆ（Ｑ，ｎ
）の同期信号を使用して画像に構成すれば、入力２値画
像の水平走査方向自己相関画像を得る。ただい３｝式を
実行して各ｎについて独立したｃ（ｔ，ｎ）を得る条件
として、映像信号の前後にこれと等しい長さの無信号部
分が必要であることから、入力可能な映像信号の最大値
は水平同期時間の１′２に制限される。また、光学的相
関器により前記（１｝式を実行する場合、前記光電変換
器７における光電変換時の自乗特性を避けるためｍ式内
のｇ（ｘ，ｉ）を２値の実数関数にする必要があり、具
体的には従来装置のように入力画像を白黒２値画像に限
定するか、設定関値をもつ映像信号パルス化回路が必要
である。以上が従来装置の構成ならびに動作原理である
。

従来装置は使用目的を単純図形または文字記号のパター
ン認識においているため、前述の動作原理より生ずる諸
制限は装置の操作を制限するなどして解消している。す
なわち、無信号部分の発生はテレビカメラを固定し、水
平方向長さを制限した入力画像を黒色背景上に置くこと
により行ない、映像信号の２値化は入力画像自体を白黒
２値画像にして行なっている。この他、従来装置におけ
る性能、操作面については前述箇条書さした（１｝ない
し｛４｝の問題がある。本発明は以上述べた画像相関装
置の欠点を補ない、さらに新しい装置を付加することに
よってより実用的、機能的装置にすることを目的として
いる。

すなわち、入力画像の大きさの制限を解除し、テレビカ
メラで入力可能な動きのある画像をも含むすべての画像
を入力対象とする画像相関装置を提供することである。

さらに、入出力画像の同時比較のため受像器画面の中央
を境とした左右に、入力画像と相関画像を同時表示する
ことを特徴としている。この目的を達成するため、入力
画像の大きさや動きに拘らず映像信号中に無信号部分を
形成するため、テレビカメラ内の撮像管光入射面に光強
度フィル夕を配置した。

また、双方向水平走査画像より単一水平走査画像をとり
出す、水平同期選択回路を付加した。つぎに、この発明
を図面により具体的に説明する。第１図は本発明の水平
走査方向目行相関画像を表示する画像相関装置の実施例
における構成図である。

画像演算動作は従来装置の動作原理と同様である。第１
図の構成および動作原理を従来装置の構成を説明した第
４図と比較しながら説明すれば次のとうりである。本発
明では従来装置に使用されていたテレビカメラ１４の光
学系分（第１図Ａ）に、同Ａ部の拡大図である、第２図
に示すような光強度フィル夕２２を配置した。第２図は
光強度フィル夕２２がテレビカメラのレンズ系２１と撮
像管２３の間に配置されていることを示している。この
光強度フィル夕２２をテレビカメラのレンズ系２１の光
軸方向から見た場合の形状を第３図に示す。第３図にお
いて図中央の長方形が光を入射させる開口である。この
開口の短辺は撮像管２３の水平走査方向に一致しており
、関口幅は撮像管２３の１／２水平走査長に決められて
いる。また、この光強度フィル夕２２は撮像管２３の光
入射窓の中心に配置されている。つぎに、本発明では、
従来装置の構成要素である映像信号パルス化回路９の設
定関値をテレビカメラ１４で得られる映像信号の白黒レ
ベル値の中間値に固定し、さらにこの映像信号パルス化
回路９の入出力信号のどちらかを入力とする水平同期選
択回路２を新たに付加している。この水平同期選択回路
２の働きは、双方向水平走査で得た入力画像の映像信号
を、水平同期パルスに同期して作動するアナログゲート
回路でサンプリングし、単一方向の水平走査によって得
られた映像信号をとり出すもので、これによって受像器
に表示される相関処理されていない入力画像は、双方向
水平走査による裏返し画像の重複を避けられる。受像器
に表示される入力画像は、第１図１方費の切襖器によっ
て切換えることで、白黒２値に変換したパルス画像又は
入力画像のいずれかとすることが可能である。また、水
平同期時間遅延回路１１の遅延時間を従来装置で用いら
れた１′２水平同期時間３２山ｓから改め、１′七Ｋ平
同期時間１６ムｓとした。第７図はこれらの結果より受
像器１６の画面上に中央を境として入力画像と相関画像
が表示できることを示している。第７図ａは自己相関を
とるべき画像の双方向水平走査による映像信号を表わし
、同図ｂ，ｃはすでに説明した超音波光変調器５ａ，５
ｂ内の超音波信号を表わす。同図ｄは混合器１２の出力
を示している。同図ｂの超音波光変調器５の内部で超音
波信号が６３．５ｒｓ遅れ、さらに超音波光変調器５ｂ
の内部超音波信号と重なるには３２〃ｓを要するので、
相関出力の中心は同図ｄに示すように水平同期パルスと
同時刻に現われる。よって、前記テレビカメラ１４の光
強度フィル夕２２により、映像信号の掃引幅を１／Ｚｋ
平走査長にしておけば映像信号と相関信号は時間的に重
なることはない。ゆえに、図示したように水平同期パル
スを１／℃水平同期時間１６仏ｓ遅らせることにより、
受像器画面上の中央を境とした左右に入力画像とその相
関画像を表示することが可能となる。本発明は以上のよ
うな構成であり、テレビカメラ１４で撮影可能な画像で
あれば、その画像の水平走査方向自己相関画像を入力画
像と同一の受像管上で同時に比較観測できる効果がある
。

また、入力画像に対する大きの制限および撮影画像の位
置の制限が無いため、動いている対象物を撮影し入力す
ることもできる。この場合テレビカメラ１４を固定して
長時間撮影した結果をビデオテープ等に収録し、その映
像信号を装置の入力信号に使用することや、あるいは相
関結果をそのまま緑画することも可能であり、テレビシ
ステムの動作速度内での微速度撮影や高速度撮影といっ
た効果も期待できる。さらに、入力画像をテレビカメラ
１４のレンズ系を交換することにより拡大または縮小し
て入力することもでき、より精度の高い測定に効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、第２図は前記第１図
Ａ部の内部構成を示す図、第３図は光強度フィル夕の２
２の正面図、第４図は従来例を示す図、第５図は画像の
双方向水平走査を示す図、第６図は信号のタイミングチ
ャートを示す図、第７図は信号のタイミングチャートを
示す図。 ｌａ，ｌｂは正弦波発振器、２は水平同期選択回路、３
ａ，３ｂは広帯域増幅器、４はしーザー光源、５ａ，５
ｂは超音波光変調器、６は空間的光強度フィル夕、７は
光電変換器、８は映像信号増幅器、９は映像信号パルス
化回路、１０‘ま同期パルス分離回路、１１は水平同期
時間遅延回路、１２は混合器、１３は入力画像、１４は
テレビカメラ、１５は双方向掃引発振器、１６は受像器
、１７は切換スイッチ、１８〜２０１ま欠番、２１はテ
レビカメラのレンズ系、２２は光強度フィル夕、２３は
撮像管、１０川ま撮像装置、１０１は相関器、１０２は
フーリエ変換光学系、Ａは光強度フィル夕が配置されて
いる位置を示す、ＵＬＭ５ａ，ＵＬＭ５ｂは超音波光変
調器、ｆ（Ｑ，ｉ），ｆ（Ｑ，ｉ＋１）は入力画像信号
を示す。第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力画像１３はまたはそれを白黒２値に変換したパ
   ルス画像と、該パルス画像の自己相関画像とを受像器の
   同一画面の中央を境として左右に表示させるための画像
   相関装置であつて；レンズ系２１と撮像管２３とを含み
   、前記入力画像を双方向水平走査して得られる複合映像
   信号を出力する撮像装置１００と；該レンズ系を通過し
   た光を該撮像管のほぼ中央部で前記走査長の１／２以下
   に制限する開口幅を有する光強度フイルタ２２と；前記
   複合映像信号を映像信号と同期信号とに分離する同期パ
   ルス分離回路１０と；該分離された映像信号を所定のし
   きい値との比較により２値パルス映像信号に変換する映
   像信号パルス化回路９と；該映像信号パルス化回路から
   出力されるパルス化画像信号を受領して自己相関信号を
   出力する相関器１０１と；前記自己相関画像を受像器画
   面の左右いずれかの半面上に表示させるために前記同期
   パルス分離回路から出力される同期信号を遅延させるた
   めの水平同期時間遅延回路１１と；該分離された映像信
   号を変換して得られる前記パルス映像信号のうち該遅延
   された同期信号によつて前記水平走査のうち一方向走査
   により得られた信号のみを選択する水平同期選択回路２
   と；該水平同期選択回路から出力される分離された映像
   信号またはパルス画像信号、前記相関器から出力される
   自己相関信号および前記水平同期時間遅延回路から出力
   される同期信号を受領して混合し、その混合出力を受像
   器に与える混合器１２とを備えたことを特徴とする画像
   相関装置。 ２ 前記相関器１０１が一対の振幅変調可能な正弦波発
   振器１ａ，１ｂと；該正弦波発振器の出力信号を入力信
   号とする広帯域増幅器３ａ，３ｂと；該広帯域増幅器の
   出力信号を入力信号とし超音波伝搬方向が互いに逆向き
   である一対の超音波光変調器５ａ，５ｂを有するフーリ
   エ変換光学系１０２と；前記光学系の光源であるレーザ
   ー４と；該光学系の出力光を検出する光検出フイルタ６
   と；該出力光を光量変換する光電変換器７で構成される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の画像相関
   装置。 ３ 入力画像１３またはそれを白黒２値に変換したパル
   ス画像と、該パルス画像の自己相関画像とを受像器の同
   一画面の中央を境として左右に表示させるための画像相
   関装置であつて；レンズ系２１と撮像管２３とを含み、
   前記入力画像を双方向水平走査して得られる複合映像信
   号を出力する撮像装置１００と；該レンズ系を通過した
   光を該撮像管のほぼ中央部で前記走査長の１／２以下に
   制限する開口幅を有する光強度フイルタ２２と；前記複
   合映像信号を映像信号と同期信号とに分離する同期パル
   ス分離回路１０と；該分離された映像信号を所定のしき
   い値との比較により２値パルス映像信号に変換する映像
   信号パルス化回路９と；該映像信号パルス化回路から出
   力されるパルス化画像信号を受領して自己相関信号を出
   力する相関器１０１と；前記自己相関画像を受像器画面
   の左右いずれかの半面上に表示させるために前記同期パ
   ルス分離回路から出力される同期信号を遅延させるため
   の水平同期時間遅延回路１１と；該分離された映像信号
   のうち該遅延された同期信号によつて前記水平走査のう
   ちの一方向走査により得られた信号のみを選択する水平
   同期選択回路２と；該水平同期選択回路から出力される
   分離された映像信号またはパルス画像信号、前記相関器
   から出力される自己相関信号および前記水平同期時間遅
   延回路から出力される同期信号を受領して混合し、その
   混合出力を受像器に与える混合器１２とを備えたことを
   特徴とする画像相関装置。