JPS6034317B2 - テレビ画像アナログ相関装置 - 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テレビ画像アナログ相関装
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。

ｍ 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。｛２１ 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。

剛 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｝ 光学的相関器の基本動作
である自乗値相関演算〔Ｃ（７）＝ノ｛ｆ（ｘ一丁）｝
２ ｛ｇ（ｘ＋７）｝２ｄｘ〕における信号ｆ（ｘ），
ｇ（ｘ）を２値信号に制限し、換言すれば〔０，１〕の
２値に制限し、したがってぴ＝０，１２＝１である故に
Ｆ＝ｆ，ず＝ｇであり、｛ｆ（ｘ一丁）｝２をｆ（ｘ−
↑）と、｛ｇ（ｘ十７）｝２をｇ（ｘ＋７）と考えて、
通常の相関演算〔Ｃ（７）＝′ｆ（ｘ一丁）ｇ（ｘ十丁
）舷〕を実現しているため、入力信号にアナログ映像信
号が使用できない。

筆者等が先の学会（電子通信学会論文誌の１９７９年３
月Ｖｏｌ．６２−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域を持つ
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を双方向婦引発振器１５
で発生させた７．８７郎日２に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
ため分離回路１川こ加える。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種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
これを透過した光速はしンズで収束され焦点面上に輝点
をつくる。焦Ｖ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‘こて分離された同期パル
スは水平同期時間の遅延回路１１に送られ時間遅れを施
された後混合器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。前記水平同期時間の遅延回路１１の遅延時間
を水平同期時間の約１／２，３２ｒｓ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，３）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×
，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）がレーザー光束内に達する時間は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、レーズの
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で検出した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はしーザー光東の
幅を表わす。ｇ（ｘ，ｎ）はｕ（ｘ，ｎ）の包縦線を表
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）主ｇ（一×，ｊ＋１）……
【２ー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関数を得る。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により実際には次式
に示す自乗値相関演算が行なわれる。‘４｝式と‘３１
式を等価にするため、ｇ（ｘ）を〔１０〕の２値関数に
限定し、｛ｇ（ｘ−ｖｔ，ｉ）｝２＝ｇ（ｘ−ｖｔ，ｉ
）「の関係を用いる。

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、あるいは、設定閥値による映像信号の２値
化回路を必要とする。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白背景上に置くこと
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｛４１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アナ
ログ画像を入力対象とするテレビ画像アナログ相関装置
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、相関
器に加える映像信号を自乗圧縮するアナログ回路、例え
ば通常市販されているダイオードの非直線電圧電流特性
を用いた信号圧縮回路を新たに付加し、また、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（光学的フィル夕とも言う）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。

水平同期の選択択回路を付加した。つぎに、この発明は
図面による具体的に説明する。

第１図は本発明の水平走査方向自己相関画像を表示する
テレビ画像アナログ相関装置の実施例における構成図で
ある。

本装置ではアナログ映像信号を用いて自己相関演算を行
なうが、相関器１０１での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
ば次のとおりである。本発明では従釆装置に使用されて
いたテレビカメラ１４の光学系部分（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（光学的フィル夕）２２を配置した。第２図は光強度
フィル夕（光学的フィル夕）２２がテレビカメラレンズ
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の光軸万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○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／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、従来装置の構成要素である映像信号パルス化
回路９を排除し、新たに映像信号を自棄圧縮する圧縮回
路１７を加え、ざらにト水平同期選択回路２を付加して
いる。この水平同期の選択回路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
理されてし、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。また、水平同期時間の遅
延回路１ １の遅延時間を従来装置で用いられた１／Ｚ
火平同期時間３２ムｓから改め、１′夕ｋ平同期時間１
６ｒｓ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変調器５ａ，５ｂ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ｄの超音波光変調器５ａの内部で超音波信号が６
３．５山ｓ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ム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／Ｚ火平走査長に
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／ｔ
火平同期時間１６山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。また、圧縮回路１７によって
映像信号ｆ（Ｑ，ｎ）は自乗圧縮され、ノｆ（ｘ，ｎ）
となって相関器１０１に加えられる。

ゆえに前記【４｝式で示した自乗値相関演算は次のよう
になる。よって映像信号を２値信号に限定する必要が無
くなり、アナログ映像信号による相関演算が可能となる
。

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、アナログ画像の相関処理が可能で、かつ、入力画
像に対する大きさの制限および撮像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
のまま鍵画することも可能である。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４・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図は本考案の実施例を示す図、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は選択回路、３ａ，３ｂ
は広帯域増幅器、４はしーザー、５ａ，５ｂ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、１川
ま同期パルスの分離回路、１１は水平同期時間の遅延回
路、１２は混合器、１３は入力画像、１４はテレビカメ
ラ、Ｉ５は双方向婦引発信器、１６は受像器、１７は圧
縮回路、１８〜２川ま欠番、２１はテレビカメラのレン
ズ系、２２は光強度フィル夕（光学的フィル夕）、２３
は撮像管、１００は撮擬装層、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 入力画像と、該入力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学的フイルタ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分離
   回路１０と；該分離された映像信号を自乗圧縮する圧縮
   回路１７と；該圧縮回路から出力される圧縮映像信号を
   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分離回路から出力される同期信号を
   遅延させるための遅延回路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選
   択回路２と；該選択回路から出力される分離された映像
   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
   とを特徴とするテレビ画像アナログ相関装置。 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
   出力光を光電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項記載のテレビ画像アナ
   ログ相関装置。