JPS647542B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複数本の撮像管を用いたテレビジヨ
ンの撮像方法および装置に関するものである。さ
らに詳しくは主に監視用テレビジヨンカメラのよ
うにコントラスト比の大きな被写体例えば、薄暗
い所において局部的に電灯で照らし、明るく照ら
された部分のみならず、その他の薄暗い部分をも
写し出すような場合、共に明確に分るような画像
を得るための撮像方法および装置に関するもので
ある。

一般に、複数本の撮像管に用いたいわゆる多管
式テレビジヨンカメラは、大別して立体情報を得
るための立体用テレビジヨンカメラと、色情報を
得るためのカラーテレビジヨンカメラに限られて
いた。

すなわち、立体用テレビジヨンカメラでは、主
として工業用における立体情報を得る手段として
撮像管を２本用いる。カラーテレビジヨンカメラ
では、放送用、工業用、教育用等広範囲に用いら
れていて、２管、３管および４管の各構成が実用
化されているが、白黒情報の他に色情報を必要と
するため、特に２管構成の場合、色ストライプフ
イルタ等を用いて光学的に色縞像を形成させて
後、電気的手段にて白黒情報と色情報を分離させ
ている。３管および４管構成の場合は、色情報専
用の撮像管を有する。

このように、多管式テレビジヨンカメラは、立
体用テレビジヨンとカラーテレビジヨンに主に適
用されており監視を目的としたもの等にはあまり
用いられていなかつた。

一方、従来の白黒あるいはカラーの単管式テレ
ビジヨメンカメラは、殆んどが監視用、娯楽用、
教育用に用いられ、放送の番組製作に使用される
ことは希である。このことは、単管式テレビジヨ
ンカメラは、照明技術や撮影技術の観点からいえ
ば、放送局にて使用されるテレビジヨンカメラよ
り条件が苛酷であるといえる。しかもその運用状
況の実態を考察してみると、単管式は、大きな欠
点があることがわかる。例えば単管方式を監視用
に用いた場合であつて、室外に設置したときは、
日中と夜間の明るさが極端に異なること、太陽の
移動により正逆光の変化があること、晴天と曇天
では光量やコントラストが異なること等の他光学
的条件は監視すべき被写体との関係においても非
常に複雑である。通常その明るさは、５ルクス程
度から７万ルクス程度までを対象とするため、テ
レビジヨンカメラを監視用として固定的に設置し
て充分に効果を発揮させることは極めて困難なこ
とである。例えば500ルクス程度の明るさの室内
情景が正常に監視できるようにテレビジヨンカメ
ラを設置し、消灯後、懐中電灯を持つて入つてき
た人の顔が充分判断できるようにすること等は通
常のオフイス夜間管理として至極当然の要求であ
る。しかし、上記のような単管式テレビジヨンカ
メラでは、懐中電灯の部分が白く、他の部分が黒
く映るだけで充分に機能しない。

監視用テレビジヨンカメラ等には、一般の写真
機にみられるような自動絞り機構に類するレンズ
の自動絞りを採用するか、あるいは撮像管の自己
バイアスを行わせるオートターゲツトを採用して
いる場合が多いが、前記オフイス夜間管理等の特
殊な条件を満足させるような効果は得られない。
たとえレンズを手動にて調整し、撮像管のバイア
スを調整しても適正な画像を得ることはできない
ものであり、したがつて、単管式テレビジヨンカ
メラは、汎用の監視用テレビジヨンカメラとして
充分に機能し得ない。

本発明は、このような単管式テレビジヨンカメ
ラの欠点を多管式とすることによつて除去してな
るものである。すなわち、被写体からの入光射量
を、ハーフミラーで適正な比に分け、暗部領域を
分担する撮像部と明部領域を分担する撮像管に供
給し、一方の暗部領域を分担する撮像管に入力し
た信号は、暗部領域を強調するため明部領域の信
号を所定値でクリツプし、明部領域を分担する撮
像管に入力した信号は、明部領域まで含むように
信号レベルを下げ、これらの信号を混合すること
により明部と暗部がともに細部まで明確な画像を
得るようにしたものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図において、１は被写体、２は対物レンズ
である。この対物レンズ２の光軸上には、ハーフ
ミラー３が設けられ、このハーフミラー３の通過
光軸上には、第１の撮像部としての撮像管４が設
けられ、その光導電面５に光学像が結像されるよ
うになつている。また、前記ハーフミラー３の反
射光軸上には、全反射ミラー６が設置され、さら
にその反射光軸上には第２の撮像部としての撮像
管７が設けられ、その光導電面８に光学像が結像
されるようになつている。

前記ハーフミラー３は、その透過率が95％であ
る場合のように、50％を充分越える場合、第１の
撮像管４は、暗部領域用、第２の撮像管７は、明
部領域用として、被写体１中のコントラスト範囲
を２分して分担する。なお、この場合、全反射ミ
ラー６と第２の撮像管との光軸上に光量調整用フ
イルタ９を設けてもよい。

つぎに、前記第１の撮像管４は、増幅器１０、
ホワイトクリツパ１１を介して混合器１２に接続
され、また第２の撮像管７は、増幅器１３を介し
て直接前記混合器１２に接続されている。この混
合器１２は、同期信号発生回路１４とともに同期
信号器１５に接続され、さらに出力端子１６に接
続されている。

つぎに、この回路の作用を説明する。

まず被写体１として、第２図ｂに示すような帯
状に反射率の異なるものを考える。なお、数字は
反射率を示し、０は反射率０％の黒、100は反射
率100％の白であるとする。この被写体１を理想
的な装置で撮像して得られる映像信号１７は、ガ
ンマ（e₀＝e₀のときのΓ）が略１の場合、第２図
ａに示すような階段上の波形であるものとする。
被写体１がこのような態様にてレンズ絞りを開閉
すれば、撮像管バイアスが固定バイアスの場合
は、映像信号波形振幅が増減する。しかしオート
ターゲツトバイアスの場合は、一定値以上レンズ
絞りを開いた範囲では被写体が変化しなければほ
とんど波形振幅は変化しない。

つぎに、第１図において、第１の撮像管４を暗
部用として用い、かつ固定バイアスとし、また第
２の撮像管７を明部用として用い、かつオートタ
ーゲツトバイアスとし、絞りのないレンズを用い
る。

そして、被写体１からの光線が対物レンズ２を
経て、ハーフミラー３に至る。このハーフミラー
３の透過率が例えば95％とすると、95％の透過光
が第１撮像管４へ送られ、残りの５％の反射光が
全反射ミラー６、さらに必要に応じてフイルタ９
を通して第２撮像管７へ送られる。第１の撮像管
４には、第３図ｂのように、固定バイアスで設定
した入力光量１８より過大な部分は飽和領域とし
て除去されるように、ビーム電流を設定してある
ので、暗部領域の信号のみが強調して取出され
る。

また、第２の撮像管７に入つてきた残りの５％
の入力光量がオートターゲツトバイアスにより、
この第２の撮像管７への入力光量と略比例するよ
うな明部領域から暗部領域までを含んだ第３図ｃ
に示すような信号波形が得られる。

言い換えれば、第１、第２撮像管４，７には、
第２図に示すような被写体１の信号波形１７をそ
のまま増幅した第３図ａに示すような出力波形が
得られるのではなく、第１の撮像管４には、第３
図ｂに示すように、明部領域がカツトされて暗部
領域の情報が充分な振幅に強調されて得られ、第
２の撮像管７には、第３図ｃに示すように暗部領
域の振幅は小さいが、明部領域の情報が充分な増
幅で得られる。すなわち、暗部用の第１の撮像管
４に対してはレンズ絞りを開放した場合と略等価
であり、明部用の第２の撮像管７に対しては、レ
ンズ絞りを充分絞つた場合と略等価であるから、
いずれの出力信号も良好なＳ／Ｎ比を確保するこ
とができる。そして、ハーフミラー３の透過率を
90％以上、反射率を10％以下とすれば、監視用テ
レビジヨンカメラとして充分な光量範囲に対応す
る。

つぎに、前記第１、第２の撮像管４，７の信号
出力は、それぞれ増幅器１０，１３で増幅され
る。このうち、一方の増幅器１０の増幅された暗
部用信号は信号振幅として一定レベル以上の情報
は不必要であるから、さらにホワイトクリツパ１
１により一定レベル以上のホワイト情報をクリツ
プし、このクリツプされた情報と、前記他方の増
幅器１３の出力情報とが混合器１２で単純加算ま
たは、相加平均などの演算をする。すなわち、第
３図ｂのようなホワイト情報のクリツプされた暗
部領域の最適レベルの信号と、第３図ｃのような
明部領域の最適レベルの信号とが混合器１２で加
算合成され、第３図ｄのような出力波形の信号を
得る。この出力波形からも判るように、コントラ
ストにおいて実際の出力波形とは異なるが暗部領
域と明部領域がともに充分な情報として得られて
いる。

この出力信号には、さらに、同期信号発生器１
４からの同期信号１９を混合器１５にて付加さ
れ、複合映像信号として出力端子１６から受像機
等の外部接続装置へ送り出される。

つぎに、第４図は３管式の他の実施例を示すも
ので、この例では、第１、第２、第３の撮像管
４，７ａ，７ｂを例えばそれぞれ暗部用、室内明
部用、室外明部用として機能せしめるものであ
る。したがつて例えば、被写体１から対物レンズ
２を経て入つてきた光量のうち、最初のハーフミ
ラー３では、75％の光量（大光量）透過とし、２
番目のハーフミラー６ａでは、20％の光量（中光
量）透過とし、最後の全反射ミラー６ｂでは、５
％の光量（小光量）透過とする。そしてこれら
は、第１、第２、第３の撮像管４，７ａ，７ｂで
所定のレベルの出力を得、さらに、増幅器１０，
１３ａ，１３ｂで増幅される。そして第１撮像管
４の暗部出力は必要に応じてホワイトクリツパ１
１でクリツプし、混合器１２で加算される。すな
わち、入射光量が第５図のａの実線に示すような
ものとすると、まず第１の撮像管４には、全光量
の75％が入射しており、この第１の撮像管４から
の信号は、第５図ｂに示すように室内明部領域と
室外明部領域がカツトされるように固定バイアス
２０が設定されており、さらに一定レベル以上の
信号はホワイトクリツパ１１でクリツプされるの
で、室内明部領域と室外明部領域の情報がなくて
暗部領域だけの良好な情報が強調されて出力す
る。つぎに第２の撮像管７ａには全光量の20％が
入射しているから、この第２の撮像管７ａでは、
第５図ｃに示すような固定バイアス２１を設定す
ることにより室外明部領域に相当する高レベルの
情報は飽和状態となつてクリツプされて出力す
る。このとき、暗部領域からの情報はかなり低レ
ベルで出力する。したがつて、室内明部領域から
の情報だけが良好なレベルで出力する。さらに第
３の撮像管７ｂはオートターゲツトバイアスとな
つているので、入射した全光量の５％の全領域の
信号が出力する。すなわち、室外明部領域からの
情報が良好のレベルで出力する。このとき暗部領
域からの情報も、室内明部領域からの情報も出力
するが極めて低レベルとなる。

これらの３つの出力信号は混合器１２にて混合
されると、第５図ａの点線の特性のようになる。
すなわち、暗部領域は第１、第２、第３の撮像管
４，７ａ，７ｂの情報のうち、特に第１の撮像管
４の情報が強調されて出力し、また室内明部領域
は第１の撮像管４の情報はクリツプされているた
め第２、第３の撮像管７ａ，７ｂの情報のうち、
特に第２の撮像管７ａの情報が強調されて出力
し、さらに明部領域は第１、第２の撮像管４，７
ａの情報はともにクリツプされた状態にあるた
め、第３の撮像管７ｂの情報が強調されて出力す
る。このようにして、３つの信号が加算合成され
た画像には、暗部、中間明部、明部の各部の情報
がすべて明確にあらわれる。なお、上述におい
て、第２の撮像管７ａの明部領域での信号出力は
第１の撮像管４と同様、さらにホワイトクリツパ
を用いてレベル調整してもよい。以上のようにし
て合成された出力信号に、さらに前記同期信号１
９を付加して出力端子１６から出力を得る。

このような構成とすることにより、室外の最も
明るい部分、室内の２番目に明るい部分、その他
の暗い部分のようにコントラストが３段に分られ
るような情報がすべて明確に得られる。４管以上
の場合も略同様である。

前記第１図および第４図の実施例において、ハ
ーフミラー３，６ａの反射光線を全反射ミラー
６，６ｂでさらに反射させて７，７ｂに結像する
ようにした。しかし、ハーフミラー３，６ａの反
射光線を全反射ミラーで反射させずに直接撮像管
７，７ｂで結像するようにしてもよい。

前記実施例では、単なるコントラストのみを問
題にした。しかし炉内監視用等のように、被写体
によつてはコントラストの他に色相も問題とされ
るような場合がある。このようなときには、発光
物体のスペクトルに応じてハーフミラー３，６ａ
や光量調整用フイルタ９，９ａ，９ｂに分光特性
を持たせるようにしてもよい。

前記実施例では、撮像部として撮像管を用いた
場合について説明した。しかしこれをCCD
（Charge Coupled Devise）やBBD（Bucket
Brigade Device）等の固体撮像素子を用いるこ
ともできる。

なお、図示省略したが、撮像管の特性を補償
し、あるいは複合された映像信号の特性を補償す
るために、プロセス段階にガンマ回路等を挿入す
ることもできる。

本発明は、上述のように被写体の明るさの度合
や識別すべきスペクトルに対応し、明部を受け持
つ撮像部と、暗部を受け持つ撮像部とを設け、そ
の信号出力を混合するようにした。したがつて特
筆すべきことは入射光量の一部をも反射すること
なく取り入れてコントラスト比の高い被写体の明
部から暗部に至るすべての階調に対して識別が可
能なＳ／Ｎ比の良い画像を得るものであり、従来
のように明部を見るか暗部を見るかの二者択一方
式とは全く異なつた極めてすぐれた特性を有する
ものである。また、スレシホールドの状態で他の
信号と入れ換えるものではないので、画像にはい
わゆる黒引きあるいは白引き現象は生じない。さ
らに、明部のレベルを単に低下せしめるものでは
ないから、明部と暗部のコントラストが逆転する
ようなことはない。さらにまた、複数の撮像管や
ハーフミラーその他の回路等を、単体のカラーカ
メラと同様に同一ハウジング内に収納するような
構成にすれば、監視用カメラとして特に有効であ
る。

本発明は、以上の通り、種々の実施例を挙げて
説明した。しかし本発明はその要旨を変更しない
限りこれらの実施例に限定されるものではなく、
さらに他の実施例にも及ぶものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるテレビジヨン撮像装置
の一実施例を示すブロツク図、第２図ａ，ｂは、
被写体の信号波形図と正面図、第３図ａ，ｂ，
ｃ，ｄは、第１図に例におけるそれぞれ各部の信
号波形図、第４図は本発明の他の実施例のブロツ
ク図、第５図ａ，ｂ，ｃ，ｄは第４図の例におけ
る各部の信号波形図である。 １……被写体、２……対物レンズ、３，６ａ…
…ハーフミラー、４，７，７ａ，７ｂ……撮像
管、５，８……光導電面、６，６ｂ……全反射ミ
ラー、９，９ａ，９ｂ……フイルタ、１０，１
３，１３ａ，１３ｂ……増幅器、１２，１５……
混合器、１４……同期信号発生器、１６……出力
端子、１７……信号波形、１８，２０，２１……
固定バイアス、１９……同期信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被写体からの入射光量を所定比をもつて２つ
   に分割してそれぞれ暗部領域用撮像部と明部領域
   用撮像部にて受光し、一方の暗部領域用撮像部か
   らの信号出力については、一定レベル以上のホワ
   イト信号をクリツプして暗部領域を強調した信号
   を得、他方の明部領域用撮像部からの信号出力に
   ついては、画像信号レベルを下げた明部領域を含
   む信号を得、これらの暗部領域を強調した信号と
   信号レベルを下げた明部領域を含む信号とを混合
   して映像信号を得るようにしたテレビジヨンの撮
   像方法。 ２ 暗部領域の信号を強調するために、暗部領域
   用撮像部に被写体からの入射光量の比を多くし、
   明部領域の信号レベルを下げるために、明部領域
   用撮像部に被写体からの入射光量の比を少なくし
   た特許請求の範囲第１項記載のテレビジヨンの撮
   像方法。 ３ 暗部領域の信号を強調し、かつ明部領域の信
   号レベルを下げるのに、暗部領域用撮像部の出力
   と、明部領域用撮像部の出力の増幅度を調整する
   ようにした特許請求の範囲第１項記載のテレビジ
   ヨンの撮像方法。 ４ 被写体からの入射光量を、50％を充分越える
   光量とその残りの光量とに分割する１つのハーフ
   ミラーと、このハーフミラーの50％を充分越える
   光により結像する暗部用撮像部と、前記ハーフミ
   ラーの残りの光により結像する明部用撮像部と、
   前記暗部用撮像部の信号出力のうち一定レベル以
   上のホワイト信号をクリツプするホワイトクリツ
   パと、このホワイトクリツパからの暗部領域を強
   調し明部領域をカツトした出力と、前記明部用撮
   像部からの画像信号レベルを下げて明部領域を含
   む出力とを混合する混合部とからなり、この混合
   部の出力を映像出力として得るようにしたテレビ
   ジヨンの撮像装置。 ５ 撮像部は、撮像管または固体撮像素子からな
   る特許請求の範囲第４項記載のテレビジヨンの撮
   像装置。 ６ 明部用撮像部の前部に光量調整用フイルタを
   具備してなる特許請求の範囲第４項記載のテレビ
   ジヨンの撮像装置。 ７ ハーフミラーおよび／または光量調整用フイ
   ルタは被写体の発光スペクトルに応じた分光特性
   を有する特許請求の範囲第４項記載のテレビジヨ
   ンの撮像装置。 ８ 暗部用撮像部の信号出力と明部用撮像部の信
   号出力とを混合した後さらに混合器により同期信
   号を付加してなる特許請求の範囲第４項記載のテ
   レビジヨンの撮像装置。 ９ 撮像部の特性補償または複合映像信号の特性
   補償のためガンマ回路を挿入してなる特許請求の
   範囲第４項記載のテレビジヨンの撮像装置。 １０ 被写体からの入射光量を大、中、小の３段
   階に分割する第１、第２のハーフミラーと、これ
   らの第１、第２のハーフミラーにより分割された
   光軸のうち大光量軸上に設けられ暗部領域以外を
   ホワイトクリツプ処理をして暗部領域の信号のみ
   を出力する暗部用撮像部と、中光量軸上に設けら
   れ室外明部領域をホワイトクリツプして室内明部
   領域と暗部領域の信号を出力する室内明部用撮像
   部と、小光量軸上に設けられ室外明部領域を含め
   た全領域を低レベルで出力する室外明部用撮像部
   と、前記暗部用撮像部、室内明部用撮像部および
   室外明部用撮像部の各信号を混合する混合部とか
   らなることを特徴とするテレビジヨンの撮像装
   置。