JPS63990B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、移動物体をシヤツタにより静止画像
とし、蓄積効果を有する二次元撮像装置で撮像し
て画質劣化の少ない撮像信号を得るようにした撮
像方式に関するものである。

一般にビジコン等の撮像管若しくは固体撮像カ
メラ等の蓄積効果を有する二次元撮像装置で移動
物体を撮像すると、撮像信号を再生した画像に画
ぶれ等の画質劣化を起こす。即ち、蓄積効果を有
する撮像装置は、垂直走査周期に相当する期間、
撮像レンズを介して入射した光情報を例えばター
ゲツト面上に蓄積しておき、次の走査によりこの
蓄積した光情報を読出すものであるから、その蓄
積時間内に物体が移動すればその移動量だけ画ぶ
れが生ずることになる。具体例を示せば、撮像視
野内を毎秒0.5ｍで移動する直径が0.5mmのパター
ンを、垂直走査周期が16.7ｍｓの通常のテレビカ
メラで撮像した場合、上記で言う蓄積時間は、
16.7ｍｓとなるからこの時間内にパターンは8.3
mm移動することになり、この移動量が画ぶれの量
となつて実にパターン径の17倍もの画ぶれが生ず
ることになる。

また、固体撮像カメラでは問題はないが、撮像
管を使用した通常のテレビカメラでは、第１図の
信号残存率特性図に示すように或るフイールドの
光情報がその後５〜８フイールドもの間残存する
現象があるので、この残像により先の画面情報が
所定の画面情報に重畳され画質劣化を起こすこと
になる。

このように、解像度の極端に低い固体撮像カメ
ラは別として通常の解像度を有する固体撮像カメ
ラ若しくは通常のテレビカメラに於いては、一走
査周期が有限で遅いこと、及び撮像管に於いては
残像現象がある為、例えば移動物体をこれらの撮
像装置で撮像して得た撮像信号を処理して物体の
パターン計測を行なう場合、通常の撮像方式によ
り撮像したのでは、前述の如き撮像信号の画ぶれ
によりパターン計測が困難となるものであつた。

そこでこのようなパターン計測の一部門では、
従来、移動する物体にストロボ光源などの閃光放
電灯により所定のタイミングで瞬間照明し、動画
像を静止画像として撮像する方法が採用されてい
た。しかしこの閃光放電灯を使用する撮像方式
は、閃光放電灯の発光波長の制限やそれが点光源
に近くなる為に照明自由度が小さくなり、撮像対
象物に著しい制限を与える欠点があり、また閃光
放電灯の寿命は10万回〜100万回と比較的短いか
らシステムのランニングコストが高くなり、更に
オゾン及び閃光の発生等作業者に不快を与える欠
点があつた。

そこで更に、このような閃光放電灯の欠点を改
善したものとして、移動物体をシヤツタにより静
止画像として撮像する方法が提案されているが、
一般に従来のこの方法は撮像装置の一垂直走査毎
に同期してシヤツタを開閉させ、常に撮像してい
る為残像による画質劣化が発生し、又物体の移動
と露光タイミングとは非同期であるから必らずし
も最適な撮像位置で移動物体を撮像することがで
きない欠点があつた。

本発明はこのような従来の欠点を改善したもの
であり、その目的は、移動物体をシヤツタにより
常に最適な撮像位置で静止化し、且つ画ぶれ等の
画質劣化の少ない撮像信号を得ることである。以
下実施例について詳細に説明する。

第２図は本発明の撮像方式のブロツク図であ
り、パターン認識装置の観測部に適用したもので
あつて、同図に於いて、１はテレビカメラ、２は
移動物体、３は照明器、４は位置検出回路、５は
外部同期信号発生回路、６はシヤツタ制御回路、
７はシヤツタ駆動回路、８は信号選択回路、９は
パターン認識回路、１１は撮像レンズ、１２は撮
像管、１３はシヤツタ機構、１４は撮像面、１５
はパルスモータ、１６はその回転シヤフト、１７
はシヤツタブレード、ａ〜ｇは各部の信号であ
る。

本発明は、同図に示すように撮像レンズ１１、
撮像管１２及び図示していない水平垂直偏光系と
ビデオ増幅系等を有する通常のテレビカメラに、
シヤツタ機構１３を付加してシヤツタ付のテレビ
カメラ１を構成し、このテレビカメラ１を移動物
体２が所定の撮像視野内に存在しない間はシヤツ
タを閉じた状態で常時走査させておき、移動物体
２が撮像視野内に到達した時に、後述する所定の
タイミングでシヤツタを開いて通常の照明器３に
よる移動物体２の像を撮像管１２の撮像面１４に
瞬間露光させ、この露光直後の１フイールドの信
号を選択してこの撮像信号を例えばこの場合に於
いてはパターン計測に利用するものである。

前述のシヤツタ機構１３は、本実施例に於いて
は、同図に示すようにパルスモータ１５と、その
回転シヤフト１６に取付けられた例えば第３図に
示すような形状の黒色不透明なシヤツタブレード
１７とから構成され、シヤツタブレード１７の一
円周上に設けられた窓３１が撮像管１２の撮像面
１４の前方を通過するようパルスモータ１５、シ
ヤツタブレード１７及び撮像管１２の関係が定め
られている。従つてパルスモータ１５が後述する
駆動信号により所定の角度だけ回転するとシヤツ
タブレード１７が回転し、窓３１により撮像面１
４の有効領域に所定の時間だけ露光が行なわれ、
露光後はシヤツタブレード１７の窓３１以外の遮
光部３２が撮像面１４の前方で停止して実質的に
遮光するように動作するものである。なお、第３
図に於いて３３は回転シヤフト１６を挿入する
孔、３４は取付けビス用の孔、３５は中空部であ
る。

このようなシヤツタ機構１３による露光時間
は、パルスモータ１５の回転速度等によりテレビ
カメラ１の１垂直走査周期（例えば16.7ｍｓ）よ
り充分に短かく設定することができるから、移動
物体２の像が短時間に撮像面１４に蓄積され、画
ぶれの少ない撮像信号が得られるものとなる。ま
たシヤツタの開閉をテレビカメラ１の主走査間、
即ち垂直ブランキング期間内に行なうことにより
移動物体の像が撮像面に均一に蓄積された状態で
主走査が行なわれることになり、得られた画像の
上または下部が切れることがなく、均一且つ安定
な撮像信号が得られるものである。更に、テレビ
カメラ１は移動物体２が所定の撮像位置に存在し
ない間は、シヤツタを閉じた状態で常に走査して
いるから、この走査により先のフイールドの残像
及び閉じたシヤツタからの僅かな漏れ光による不
用な像が完全に消去され、次回の露光時には、従
来のように残像による画質劣化を生じないものと
なる。

テレビカメラ１をこのように動作させるため
に、本実施例に於いては位置検出回路４、外部同
期信号発生回路５、シヤツタ制御回路６、シヤツ
タ駆動回路７及び信号選択回路８が設けられてい
る。

外部同期信号発生回路５は、出力レベル変換部
を除いて全て論理回路で構成され、テレビカメラ
１に必要な各種の同期信号ａを発生してテレビカ
メラ１に出力し、テレビカメラ１を前述したよう
に常に所定の走査周期で動作させるものであり、
他方信号選択回路８に水平同期信号及び第４図Ａ
に示すような垂直同期信号ｂを出力し、又シヤツ
タ制御回路６に同図Ｂに示すような垂直ブランキ
ング信号ｃを出力するものである。

位置検出回路４は、移動物体２がテレビカメラ
１の撮像視野内に存在する期間を検出するもの
で、例えば第５図に示すように、ベルトコンベア
５１で矢印５２の方向に搬送されている移動物体
２の通路を間に挾むようにして投光器５３及び受
光器５４を配置して検出するものである。そして
例えば第４図Ｃに示すように移動物体２が所定の
撮像視野内に存在する期間のみ“０”となる位置
検出信号ｄをシヤツタ制御回路６へ出力するもの
である。なお第５図に於いて、５５はテレビカメ
ラ１の撮像領域、矢印５６は水平走査方向、矢印
５７は垂直走査方向、５８はシヤツタ開口部、矢
印５９はその移動方向である。

またシヤツタ制御回路６は、前記位置検出信号
ｄと垂直ブランキング信号ｃとが入力され、これ
を論理処理して第４図Ｄに示すように、位置検出
信号ｃが“０”となつた直後の垂直ブランキング
信号を抽出してこの信号をシヤツタ開口信号ｅと
して信号選択回路８に出力し、またこの垂直ブラ
ンキング信号期間内に前述したシヤツタ動作が完
了するようにタイミングを調整した例えば同図Ｅ
に示すような複数パルスから成るシヤツタ制御信
号ｆを、シヤツタ開口信号ｅとほぼ等しいタイミ
ングでシヤツタ駆動回路７を介してパルスモータ
１５に出力して、パルスモータ１５を所定の角度
だけ回転させ、同図Ｆに示すようなタイミングで
シヤツタ動作を行なわせるものである。なお、シ
ヤツタ駆動回路７は、シヤツタ制御回路６からの
シヤツタ制御信号ｆをパルスモータ１５が動作し
得る程度に忠実に電力増幅するものであり、例え
ばスイツチングトランジスタと直流電源で構成さ
れる。

更に信号選択回路８は、テレビカメラ１の常に
出力されている出力信号のうち露光直後の１フイ
ールド期間の撮像信号を選択して後段のパターン
認識回路９に出力するものであり、前記シヤツタ
制御回路６のシヤツタ開口信号ｅと外部同期信号
発生回路５の水平及び垂直同期信号ｂとが入力さ
れ、これらの信号を基に第４図Ｇに示すような１
フイールド期間を示すゲート信号を形成し、この
ゲート信号によりテレビカメラ１からの撮像信号
ｇをサンプリングして出力するものである。この
ように露光直後の１フイールドの撮像信号を使用
する理由は、露光後シヤツタは閉じた状態とな
り、且つ第１図に示したように１フイールド目の
ビーム走査により大部分の蓄積情報が失われ、２
フイールド目以降の走査信号は減衰して使えない
からである。なおこの信号選択に於いて、露光直
後の１フイールドの全撮像信号をパターン認識回
路に出力させるほか、例えば画面の左右上下の端
部を一部削除して出力させることも可能である。

このような回路構成によりテレビカメラ１を前
述した如く動作させ、移動物体をシヤツタにより
常に最適な撮像位置で静止化すると共に、画ぶれ
等の画質劣化の少ない撮像信号を得ることができ
るものである。

なお、前述のシヤツタ機構１３による露光時間
と撮像信号の画質劣化との間には次のような関係
があることが実験により確認された。即ち、露光
時間Tscが、 Tsc≦要求するパターンの最小寸法／移動速度 …(1) なる関係式を満足する範囲内であれば画質劣化は
実質的に発生せず、この範囲外であれば極端に画
質劣化が発生する。換言すればシヤツタ開口時間
内に対象パターンが移動する量、即ち画ぶれの量
は、最小パターン寸法以内であれば画質劣化が実
質的に起こらないことになるものである。露光時
間Tscが(1)式を満足するようにシヤツタ機構１３
を設定し、撮像視野内を毎秒0.5ｍで移動する移
動物体を撮像した時の本方式の解像度とシヤツタ
を使用しない従来の撮像方式の解像度とを、共通
の受像管によるレスポンス法で実験した結果を第
６図に示す。同図に示すように、従来の撮像方式
は曲線６１で示すように極めて解像度が悪いのに
対し、本発明の撮像方式は、点線６２で示す静止
時の撮像信号の解像度とほぼ変らない解像度をも
つ曲線６３に示すような特性が得られた。

なお、以上は、蓄積効果を有する二次元撮像装
置のうち、残像現象のある撮像管を使用したテレ
ビカメラについて説明したが、固体撮像カメラに
ついても本方式を適用し得ることは勿論のことで
ある。

以上説明したように本発明は、位置検出回路に
より移動物体が適正撮像位置に到達したことを検
出し、検出した直後の垂直ブランキング期間内に
シヤツタ制御及び駆動回路によりシヤツタを開閉
させて撮像面に露光を行ない、この露光直後の１
フイールドの撮像信号を信号選択回路により選択
して外部に出力するようにしたので、移動物体を
常に最適な撮像位置で撮像し得ると共に画ぶれの
少ない撮像信号が得られ、また、移動物体を撮像
しない間は、シヤツタを閉じた状態で撮像装置を
走査させておくから、残像による画質劣化も除去
される利点がある。更に、シヤツタ部材とパルス
モータで構成されたシヤツタ機構は故障も少なく
耐久性に優れているという利点もある。従つて本
発明をパターン計測分野は勿論のこと、その他撮
像信号をビデオテープ等に記録してその再生画像
により例えば移動物体の運動状況の解析を行なう
分野や、移動物体搭載用テレビカメラ等に適用す
れば非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は信号残存率特性図、第２図は本発明の
撮像方式のブロツク図、第３図はシヤツタブレー
ドの構造説明図、第４図は第２図の動作波形図、
第５図は位置検出方法の説明図、第６図は本発明
の効果の解像度の説明図である。 １はテレビカメラ、２は移動物体、３は照明
器、４は位置検出回路、５は外周同期信号発生回
路、６はシヤツタ制御回路、７はシヤツタ駆動回
路、８は信号選択回路、９はパターン認識回路、
１１は撮像レンズ、１２は撮像管、１３はシヤツ
タ機構、１４は撮像面、１５はパルスモータ、１
７はシヤツタブレードである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 移動物体を、シヤツタ機構を備えた蓄積効果
   を有する二次元撮像装置で撮像する方式に於い
   て、前記シヤツタ機構は開口部および遮蔽部を有
   するシヤツタ部材と該シヤツタ部材を回転せしめ
   るパルスモータとから成り、且つ、前記移動物体
   の位置検出回路と、該位置検出回路の検出信号及
   び前記二次元撮像装置に加わる垂直ブランキング
   信号で制御され前記パルスモータを駆動してシヤ
   ツタ開閉動作を行なわせるシヤツタ制御駆動回路
   と、該シヤツタ制御駆動回路による前記二次元撮
   像装置の露光直後の１フイールドの撮像信号を選
   択する信号選択回路とを設け、前記二次元撮像装
   置をシヤツタを閉じた状態で連続走査させてお
   き、前記位置検出回路により前記移動物体が所定
   の撮像位置に達したことを検出した後、前記シヤ
   ツタ制御駆動回路により所定の垂直ブランキング
   期間内に前記シヤツタ機構のシヤツタ開閉動作を
   完了させて前記移動物体の像を前記二次元撮像装
   置に露光させ、該露光直後の１フイールドの撮像
   信号を前記信号選択回路により選択して出力する
   ことを特徴とする撮像方式。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の撮像方式にお
   いて、前記出力制御駆動回路によるシヤツタ機構
   のシヤツタ時間は、 シヤツタ時間≦パターンの最小寸法／移動物体の
   速度 としたことを特徴とする撮像方式。