JPS6034315B2 - テレビ画像相関装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は２枚のテレビ画像間における水平走査方向相
互相関画像を実時間で得るようにしたテレビ画像相関装
置に関するものである。

従釆、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。

【１｝ 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。

｛３１ 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／沙〆下でなけ
ればならす、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。■ １台のテレビカメラによる信
号入力方法のため、２画像間の相互相関演算を行なうこ
とができない。

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 舷．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構成法」）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を双方向綿引発振器１５で発生させた７．８７歌Ｈ
Ｚ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
に送られ設定闘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値パルス映像
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５ａ，５ｂ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輝点をつ
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６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１０１こて分離された同期パルスは
水平同期パルス遅延回路１１に送られ時間遅れを施され
た後溢合器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。前記水平同期パルス遅延回路１１の遅延時間を水
平同期時間の約１／２，３２山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
相関関数を自己相関関数に近似させて得るのがキ斑略で
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き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仏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十１）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＋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。ここでｄはしーザ−
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となって、ｃ（ｔ，ｉ）
はｇ（ｘ，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数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長
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‘１’
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、後述する本発明のように設定闘値をもつ
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値化は入力画面自体を白黒
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
を入力対象とするものであって、２台の画像入力用テレ
ビカメラを具備し、異なる２画像間の相互相関画像を表
示することが可能な画線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、入力画像の１つ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、同期水平走査可能な一対のテ
レビカメラを使用し、また、複合映像信号を２値パルス
映像信号に変換する同期パルス分離回路と映像信号パル
ス化回路を２系統に増備した。さらに、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２枚のテレビ画像間の相互相関画像を
表示するテレビ画像相関装置の実施例における構成図で
ある。

相関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前記第４図テレビカメ
ラ１４、同同期パルス分離回路１０、同映像信号パルス
化回路９を各１つずつ増備し、２枚の入力画像１３ａ，
１３ｂを撮影してそれら各々の２値パルス映像信号が一
対の映像信号パルス化回路９ａ，ｇｂより出力されるよ
う構成されている。また、テレビカメラ１４ａ，１４ｂ
の光学系部分（第１図Ａａ，Ａｂ）には、両部分とも同
様に第２図に示すような光強度フィル夕２２ａ，ｂを配
置した。第２図は前記第１図の光学系部分Ａａ，Ａｂの
拡大図であり、前記光強度フィル夕２２ａ，ｂ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２２ａ，ｂを
テレビカメラのレンズ系２１の光軸万向より見た場合の
形状を第３図に示す。第３図において図中央の長方形が
光を入射させる関口である。この開口の短辺は撮像管２
３の水平走査方向に一致しており、開口幅は撮像管２３
の１／Ｚ火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、本発明では双方向掃引発振器１５の
出力信号により、テレビカメラ１４ａ，１４ｂを同時水
平走査しており、かつ、各テレビカメラは水平走査方向
が互いに逆向さとなるように動作する。すなわちテレビ
カメラ１４ａが左より右へ水平走査を始めると、テレビ
カメラ１４ｂは右から左に水平走査を開始する。この結
果、前述した相関器の動作原理における超音波光変調器
５ａの形状を大形化し、同変調器内の超音波伝搬遅延を
利用してｘ軸反転映像信号と非反転信号とを重ね合わせ
る必要が無くなった。前記テレビカメラ１４ａ，１４ｂ
の映像信号は互いに常時反転映像信号であるため、この
２信号を単に重ね合わせれば相互相関演算が実行でき、
このため、超音波光変調器５ａ，５ｂは等しい形状で超
音波伝搬方向のみ反対向きとなっている。つぎに、本発
明では映像信号パルス化回路９ａ，９ｂの設定闘値をテ
レビカメラ１４ａ，１４ｂで得られる映像信号の白黒レ
ベル値の中間値に固定し、さらにこれら映像信号パルス
化回路の入出力信号のどれかを入力信号とする水平同期
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
得られた映像信号のみをとり出すもので、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ることが
できる。受像器に表示される入力画像は、第１図１７番
の切換器によって切換えることで、２枚の入力画像又は
白黒２値に変換したパルス画像のうちのいずれかとする
ことが可能である。また、水平同期パルス遅延回路１
１の遅延時間を従来装置で用いられた１′Ｚｋ平同期時
間３２ｒｓから改め、１′夕火平岡期時間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の１枚と相関画像が表示できるこ
とを示している。

第７図ａ，ｂはテレビカメラ１４ａ，１４ｂにて得られ
た、相互相関をとるべき２画像の複合映像信号を示して
いる。同図ｃ，ｄはすべに述べた超音波光変調器５ａ，
５ｂの内部を進行する超音波信号を表わしている。同図
ｅは相関器出力信号と遅延した同期パルスの関係を示し
ている。同図ｃ，ｄ内の超音波信号の中心が重なるのは
水平同期パルスより約３２仏ｓ遅れるため、この時の相
関出力Ｃ（０）は時間的にテレビカメラの同期信号と重
なる。よって、同図ｅに示すように同期パルスに１６ム
ｓの遅延を与え、遅延した水平同期パルスの間に相関出
力信号と入力画像信号が存在するようにしてある。よっ
て同図ｅの信号を受像器で表示すれば、入力画像の１枚
と相互相関画像とを同時に画面の中央を境とした左右で
観測することができる。本発明は以上のような構成であ
り、テレビカメラ１４ａ，１４ｂで撮影可能な画像であ
れば、それらの画像の水平走査方向相互相関画像を入力
画像またはその白黒２値画像のうちの１枚と同一の受像
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さ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１４ａ，１４
ｂ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録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
テレビカメラのレンズ系２１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
いａ，Ａｂ部共通の内部構成図、第３図は光強度フィル
夕２２の正面図、第４図は従来例を示す図、第５図は入
力画像の双方向水平走査を示す図、第６図は従来装置の
信号のタイミングチャートを示す図、第７図は本発明実
施例の信号の夕イミングチヤートを示す図。 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、９ａ，９ｂは映像信
号パルス化回路、１０ａ，１０ｂは同期パルス分離回路
、１１は水平同期パルス遅延回路、１２は混合器、１３
ａ，１３ｂは入力画像、１４ａ，１４ｂはテレビカメラ
、１５は双方向婦引発振器、１６は受像器、１７は切襖
器（スイッチ）、１８〜２０は欠番、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、
１０１は相関器、１０２はフーリエ変換光学系、Ａは光
強度フィル夕の配置場所を示す、ＵＬＭ５ａ，５ｂは超
音波光変調器、ｆ（Ｑ，ｉ），ｆ（Ｑ，ｉ十１）は入力
画像信号を示す、Ｃ（ｔ）は相関出力を示す。 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 ２枚の入力画像１３ａ，１３ｂの白黒２値変換画像
   間の相互相関画像を表示させるための画像相関装置であ
   つて； 撮像管２３の光入射面に光学的フイルタ２２を
   備えて入力画像を双方向水平走査しかつ互いに同期して
   反転走査をする第１、第２のテレビカメラ１４ａ，１４
   ｂと； 該カメラ１４ａ，１４ｂの各々の出力信号を各
   々の映像信号と同期パルス信号に分離する第１、第２の
   同期パルス分離回路１０ａ，１０ｂと； 該各々の映像
   信号を各々の２値信号に変換する第１、第２の映像信号
   パルス化回路９ａ，９ｂと； 該各々の映像信号パルス
   化回路９ａ，９ｂから出力される２つのパルス化画像信
   号を受領してそれらの相互相関信号を出力する相関器１
   ０１と； 該相関器の出力画像と該第１または第２のテ
   レビカメラの出力画像とを同時に同一の受像器に表示す
   るために、該同期パルス分離回路により分離された同期
   パルス信号を遅延させて遅延信号を出力する水平同期パ
   ルス遅延回路１１と； 前記第１、第２の映像信号パル
   ス化回路９ａ，９ｂのそれぞれの入出力信号のいずれか
   １つを選択する選択回路１７と； 前記選択回路１７の
   出力信号と水平同期パルス遅延回路１１の出力信号とを
   受領して単一方向の水平走査によつて得られる映像信号
   のみを抽出するための水平同期選択回路２と； 前記相
   関器１０１の出力信号と、遅延信号と、該水平同期選択
   回路２の出力信号とを受領して複合映像信号を受像器に
   出力する混合器１２とを備えてなるテレビ画像相関装置
   。 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； 該出力光を光電変
   換する光電変換器７とで構成されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のテレビ画像相関装置。 ３ 前記第１、第２のテレビカメラ１４ａ，１４ｂが、
   それぞれの撮像管前面のほぼ中央部に前記走査長の１／
   ２以下の開口幅を有する光学的フイルタ２２ａ，２２ｂ
   を具備していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のテレビ画像相関装置。