JP2574829B2

JP2574829B2 - テレビカメラ装置

Info

Publication number: JP2574829B2
Application number: JP62324085A
Authority: JP
Inventors: 到三村; 直樹小沢; 健二高橋; 孝洋中野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1987-12-23
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JPH01166676A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はテレビカメラ装置に係り、特に蓄積時間を可
変とするテレビカメラ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

現行のテレビカメラ装置は信号蓄積型の撮像管、もし
くは固体撮像素子を用いている。この蓄積型素子では蓄
積容量に蓄えた信号電荷を読みだしている。そのため被
写体照度が一定の場合は蓄積時間が長いほど蓄積される
電荷量が多くなり感度が良くなる。したがつて蓄積時間
は長いことが望ましいが、移動する被写体を撮影する場
合には蓄積期間内に被写体が移動することにより画像が
ぼけてしまい鮮明な画像が得られない。

そこで特公昭54−33808号公報記載のように、被写体
の動きを検出し、動きに応じて蓄積時間を制御するよう
に構成したテレビカメラ装置がある。上記公報記載のテ
レビカメラ装置では、被写体の動きを検出し、動被写体
では電子シヤツタの動作により信号蓄積時間を短くし動
解像度の向上を図つている。また、静止被写体に対して
は蓄積時間を最大にしS/Nの向上を図つている。

ところが上記のテレビカメラ装置では、画像の再生と
動きの検出に同一画素の信号を用いているため、信号の
最大蓄積時間は動き検出周期によつて制限される。動き
検出周期はテレビジヨンのフイールド、もしくはフレー
ム周期としているため、信号の最大蓄積時間は16.6msec
（フイールド周期の検出の場合）、33.3msec（フレーム
周期の検出の場合）になり、S/Nの最大値はこれらの蓄
積時間で決まる値になる。このためこのカメラ装置では
低照度の被写体を撮影するときにS/Nの高い画像が得ら
れないという欠点がある。

本願出願人らは、蓄積時間を可変してS/Nを向上させ
るため、動き検出用の画素と、これとは別に信号蓄積時
間可変の画素を設けたテレビカメラ装置を特願昭62−12
369において特許出願した。このカメラ装置では動きを
検出するための画素と蓄積時間を可変する画素を独立に
走査するため、信号蓄積時間は動き検出画素の走査周期
に左右されず、蓄積容量が飽和するまで長くでき、大幅
なS/N向上が図れるものである。

以下図面を参照してこのテレビカメラ装置を簡単に説
明する。

第２図は特願昭62−12369のテレビカメラ装置のブロ
ツク図である。第２図に示したカメラでは、受光画素を
マトリクス状に配列した撮像素子１と、この撮像素子の
偶数行画素と奇数行画素から独立に信号を読み出す信号
線4,5がある。本カメラ装置は走査回路３を用いて奇数
行を60フイールド／秒で走査し、この信号から動き検出
回路21により被写体の動きを検出する。走査回路２は偶
数行の走査を行うが、この走査スピードは検出した被写
体の動きに応じて制御する。たとえば移動速度の速い動
被写体では60フイールド／秒の走査を、逆に動きの緩慢
な被写体では60フイールド／秒以下にし、信号蓄積を長
くする。蓄積時間を長くしてS/N良く読み出した信号はA
/D変換回路によりデジタル信号に変換し、フイールドメ
モリに格納する。このフイールドメモリは低いフイール
ド周波数で読み出した信号を60フイールド／秒の信号に
変換するために用いる。上記の動作、構成により本テレ
ビカメラ装置は動被写体で蓄積時間が1/60秒となりブレ
が少なく鮮明な画像が得られる。また静止被写体では信
号蓄積時間が長くなるためS/Nが高く品位の良い画像が
得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上述のように、信号蓄積時間を変えられ
る画素だけを用いて525本の走査線信号を得るため、垂
直方向に525個の蓄積時間可変画素と、それに加えて動
き検出に用いる画素を垂直方向に525個並べる必要があ
る。このため画素数の増加によりコスト上昇、歩留まり
の低下、さらには受光エリアの減少による感度低下など
が生じる。画素数を増加させないためには、動き検出に
用いた信号を映像信号に用いればよいが、１走査線ごと
に高S/Nの信号と、低S/Nの信号が再生され、S/Nの不均
一を生じる。

本発明の目的は、第１の画素数を増すことなく被写体
の動きを検出する手段を設けることにある。第２の目的
として、静止被写体を撮影する場合、すなわち蓄積時間
を延長してS/Nを向上させる際に上記走査線毎のS/Nの不
均一を解消し、全ての画素点でS/Nの優れた信号が再生
できるテレビカメラを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、動き検出に用いる画素と、信号蓄積時間
可変画素の位置を一定時間毎に入れ換えることで達成で
きる。そのため、本固体テレビカメラ装置では、動き検
出用走査信号と、可変速走査信号を偶数行と奇数行に交
互に供給するための第１のスイツチと、動き検出画素の
信号だけを選択して動き検出回路に導く第２のスイツチ
と、これら２つのスイツチを被写体の動き、明るさ、蓄
積時間に応じて制御する回路とを設ける。

〔作用〕

上記第１のスイツチは動き検出用の高速走査信号と可
変速走査信号を一定期間毎に切り換える。すなわち、第１の期間では高速走査信号 →奇数行画素可変速走査信号→偶数行画素また、第２の期間では可変速走査信号→奇数行画素高速走査信号 →偶数行画素とする。さらに、第２のスイツチは第１のスイツチに同
期して、高速走査して得た信号が動き検出回路に入力さ
れるように切り換える。

この動作により、偶数行画素からは第１の期間に、ま
た奇数行画素からは第２の期間にS/Nの優れた信号が得
られる。これらの信号をメモリに記憶し画像再生に用い
れば画素数を増すことなく、被写体の動きを検出しなが
ら全ての画素点でS/Nの良い信号を得るという本発明の
目的は達成できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第
１図は本発明の固体テレビカメラ装置のブロツク図であ
る。本カメラ装置は第２図に用いたものと同様な固体撮
影素子1,増幅器24,24′，ゲイン調整回路17,17′,A/D
（アナログ−デジタル）変換回路11,11′フイールドメ
モリ12,12′，走査回路2,3,切り替えスイツチ30,31,加
算回路35,D/A（デジタル−アナログ）変換回路26,プロ
セス回路27から構成する。なお、本発明の主旨と直接関
係のない通常のカメラ回路は省略してある。

次に本カメラ装置の動作を説明する。スイツチ30は走
査回路３の高速走査信号と走査回路２の可変速走査信号
を一定期間毎に切り換える。まず第１の期間では第１図
の実線で示したように接続する。この場合、固体撮像素
子１の奇数行に高速走査信号が、偶数行に可変速走査信
号が供給される。また、第２の期間においてスイツチ31
は第１図の破線で示したように切り換える、第１の期間
とは逆の走査信号が各行の画素に供給される。すなわち
偶数行に高速走査信号が、奇数行に可変速走査信号が供
給される。

スイツチ31は各行の信号のうち高速走査した信号を選
択し、この信号を動き検出回路21に導く。動き検出回路
21に入力された信号を基に被写体の動きを検出する。そ
れにはフイールド間差分による方法、画像のぼけを求め
る方法など周知の技術を用いることができる。

ここでまず被写体が止つている場合を考える。この
時、可変速走査回路２は低速走査信号を発生し、この走
査信号は第１の期間では偶数行に供給される。そして低
速走査により偶数行の信号蓄積時間が長くなり増幅器24
の出力端にはS/Nの優れた信号が得られる。この信号はA
/D変換回路11によりデジタル信号になりメモリ12に記憶
される。一方、第２の期間ではスイツチ30が切り替わり
奇数行画素に低速走査信号が供給され、奇数行の増幅器
24′からS/Nの優れた信号が得られる。この信号はメモ
リ12′に記憶し信号再生に用いる。なお、ゲイン調整回
路17,17′は蓄積時間に応じてゲインを調整するもの
で、蓄積によりレベルの高くなつた信号をA/D変換回路
のダイナミツクレンジに適合するレベルにする働きがあ
る。

第３図は上述のカメラの動作を詳述するためのタイミ
ングチヤートである。ここでは、スイツチの切り換え周
期は４フイールド毎、低速走査のスピードは15フイール
ド／秒、高速走査のスピードは60フイールド／秒の場合
を説明する。第３図の50はスイツチを切り換える周期、
51はフイールド番号、52は低速走査信号、53は動き検出
のための高速走査信号を示している。54,55はそれぞれ
偶数行画素と奇数行画素の走査信号であり、56,57はこ
の走査信号54,55により得られる偶，奇数行の信号であ
る。58,59はメモリを用いて補間し、最終的に出力され
る信号を表している。

低速走査信号52は図示したように、走査信号のない２
フイールド期間（……_１〜₃,_５〜₇,_９〜₁₁
……）と走査信号のある１フイールド期間（₀,₄,
₈,₁₂……）の合計４フイールド期間からなる。この走
査信号52によれば、信号の読みだしは……₀,₄,₁₂
…の１フイールド期間に行われるが、信号の蓄積はそれ
ぞれ……_１〜₄,_５〜₈,_９〜₁₂……の４フイ
ールド期間になる。これにより毎秒15フイールドの低速
走査が実現できる。

一方、第１図の走査回路３は第３図53に図示するよう
にすべてのフイールドにおいて走査信号を発生してい
る。第1,第２の期間で第１図のスイツチ30により走査信
号51,52を入れ換えると、偶数行画素には走査信号54
が、奇数行画素には走査信号55が供給される。この走査
信号54により偶数行画素からは56に図示したように第１
の期間のフイールド₀,_８において４フイールド間蓄
積した信号S₀,S₈が読みだされ、引き続き第２の期間に
蓄積時間が１フイールドの信号S₁〜S₄,S₉〜S₁₂が読みだ
される。奇数行画素からは偶数行信号56とはスイツチを
切り換える周期の分、すなわち４フイールド期間だけシ
フトした信号57が得られる。

信号の再生には上述のように得た信号56,57から蓄積
時間の長いものだけを選んで用いる。すなわち偶数行の
信号56からはS₀,S₈……を選んでメモリ12′に記憶し、
奇数行の信号57からは……S₄′,S₁₂′……をメモリ12に
記憶して用いる。信号の得られない期間、及び高速走査
を行つている期間は、第３図58,59に図示したようにメ
モリ12,12′に格納した信号を繰り返し再生する。

以上、説明したように静止被写体を撮影した時は第1,
第２の期間を経た後、メモリ12,12′にS/Nの優れた信号
が得られ、この信号を用いてテレビジヨン信号を再生で
きる。

次にメモリ12,12′の信号の読みだし方法を説明す
る。テレビジヨンのインタレース走査と等価な信号を得
るには、奇数フイールドではメモリ12の信号を、偶数フ
イールドではメモリ12′の信号を読み出し、プロセス回
路によりガンマ調整、同期信号付加等の処理を行いテレ
ビジヨン信号に合成する。

また、この映像信号の再生にあたつては、２枚のフイ
ールドメモリ12,12′から同時に信号を読み出し、加算
出力してもよい。これは固体撮像素子の２行同時読み出
し方式に対応するものである。奇数フイールドと偶数フ
イールドでは加算する走査線を組替えることでインタレ
ース走査が実現できる。この２行同時読み出し方式では
加算した走査線信号の信号成分は２倍、雑音の実効値
（rms値）はとなるのでメモリに蓄えた信号からS/Nをさらに3dB向上
させられる。なお、これらのメモリからの信号の読み出
しはメモリ制御回路25が行う。

次にスイツチを切り換える周期について説明する。ス
イツチを切り換える周期、すなわち最大蓄積時間は被写
体の明るさに応じて設定する。これは人間の視覚特性か
ら無制限にS/Nを良くする必要がないためである。例え
ば照度５ルツクスの被写体に対し１フイールド蓄積動作
でS/N＝28dBが得られるカメラ装置であるならば、16フ
イールド期間の信号蓄積でS/N＝52dBが得られる。この
値は視覚的に満足できる値であるので、最大信号蓄積期
間は16フイールド程度に設定することが好ましく、16フ
イールド毎にスイツチを切り換える。また照度が10ルツ
クスであるなら８フイールド期間の信号蓄積でS/N＝52d
Bとなるので、この場合は８フイールド毎にスイツチを
切り換えればよい。なお、ここではS/N＝52dBを基準と
したが、この基準は普遍的な値でなく、被写体、撮影条
件に応じて任意の値に設定してよい。

第１図の実施例では、明るさ検出回路35が動き検出画
素の信号に基づき被写体の明るさを検出している。スイ
ツチ制御回路33は明るさ検出回路35の信号をもとにスイ
ツチ30,31を切り換える間隔を自動的に設定する。な
お、被写体の明るさの検出は明るさ検出用の受光素子を
別個に設けてもなんら差し支えない。

今までは被写体が静止している場合、動きが緩慢な場
合を説明したきた。次の被写体が動いている場合につい
て説明する。被写体が動いている場合はスイツチ30,31
とも動作を停止させ、偶数行（奇数行でも良い）に可変
速走査信号を供給する。ただしこの時可変速走査回路２
は動き検出用の走査信号と変わらない毎秒60フイールド
の信号を発生するため、偶数行，奇数行共に60フイール
ド／秒の走査となり、通常のテレビカメラ同じ動作にな
る。

以上の説明では偶数行と奇数行の蓄積動作を切り換え
る場合を説明してきたが、例えば第４図に示すような画
素配置の撮影素子を用いることもできる。第４図の撮影
素子では走査線上の１画素毎に蓄積時間を変えられる画
素を配置してあり、動き検出に用いる画素と信号蓄積に
用いる画素が市松状に設けてある。この画素配置は第１
図の固体撮像素子の画素配置に比べ、動き検出画素が受
光エリア内に均一に配置されているためより高い動き検
出の精度が得られる。

第１図，第４図の撮像素子では、動き検出用の画素と
蓄積時間可変の画素を１走査線毎、あるいは１画素毎に
設け、その比率は1:1になつているが、この比率は必ず
しも1:1にする必要はなく、例えば第５図（Ａ），
（Ｂ）に示すように動き検出画素の比率を少なくしても
よい。

第６図は本テレビカメラ装置に撮像管を用いた場合の
実施例である。本実施例では２本の撮像管40,41を用い
ている。撮像管40と撮像管41は互いの走査線の間を補間
する位置の走査を行う。すなわち撮像管40は偶数（奇
数）走査線信号を、撮像管41は奇数（偶数）走査線信号
を得るものである。42は入射する光学像を分配投影する
ビームスプリツタである。走査回路43は高速走査信号
を、走査回路44は可変速走査信号を発生する。上記の構
成により、動き検出用の走査と蓄積時間可変の走査が実
現でき、第１図に示した固体カメラと同様な動作のテレ
ビカメラが撮像管を用いて構成できる。

また、本発明のテレビカメラ装置は前記の実施例に限
定されることなく固体撮像素子を３個以上、あるいは撮
像管を３本以上用いても構成できる。それには動き検出
用の１板、もしくは１管を割り当て、他の撮像素子に動
き適応可変速走査を行わせれば良い。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば信号を蓄積画素と動き検出画素
の位置が一定期間毎に自動的に切り換わる。この動作に
よつて静止している被写体に対して全ての画素点でS/N
の優れた信号が得られ、高画質なテレビジヨン信号が得
られるといつた優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による固体撮像素子テレビカメラ装置の
ブロツク図、第２図は従来例の固体テレビカメラのブロ
ツク図、第３図は本テレビカメラの動作を説明するため
のタイミングチヤート、第４図，第５図は第１図の固体
テレビカメラ装置に適用可能な撮像素子の画素配列を表
した模式図、第６図は撮像管を用いた本発明の実施例に
なるテレビカメラのブロツク図である。１……固体撮像素子、２……可変速走査回路、３……走
査回路、11……A/D変換回路、12……フイールドメモ
リ、21……動き検出回路、30……スイツチ、31……スイ
ツチ、35……明るさ検出回路、32……スイツチ制御回
路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中野孝洋茨城県勝田市大字稲田1410番地株式会社日立製作所東海工場内 (56)参考文献特開昭63−158982（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体照度に応じた信号電荷を蓄積する第
１光電変換素子群と、上記被写体照度に応じた信号電荷
を蓄積する複数個の第２光電変換素子群と、上記第１お
よび第２光電変換素子群を走査する第１および第２の走
査回路と、上記第１および第２光電変換素子群に上記第
１および第２走査回路の発生する走査信号を選択，供給
するスイツチであつて、その供給する走査信号と光電変
換素子の組み合わせを制御可能な第１のスイツチと、上
記第１走査回路の走査信号により走査された上記第１も
しくは第２光電変換素子群の信号に基づいて被写体の動
きを検出する動き検出手段と、上記動き検出手段に入力
する信号を上記第１および第２光電変換素子群のいずれ
かの信号から選択する第２のスイツチを備えたことを特
徴とするテレビカメラ装置。
【請求項２】特許請求の範囲の第１項において、被写体
照度を検出する手段と、検出した被写体の照度に応じて
上記第１および第２のスイツチを切り替える周期を制御
する制御手段を備えたことを特徴とするテレビカメラ装
置。
【請求項３】特許請求の範囲の第１項において、第１走
査回路は一定スピードの走査信号を発生し、第２の走査
回路は被写体の動きに応じて走査スピードを制御可能で
あることを特徴とするテレビカメラ装置。
【請求項４】被写体照度に応じた信号電荷を蓄積する複
数の撮影素子と、上記撮影素子を走査する第１及び第２
の走査回路を備え、上記撮像素子のうち少なくとも１つ
の撮像素子に上記第１の走査回路の発生する走査信号
を、また他の撮像素子に上記第２の走査回路の信号を選
択；供給するスイツチであつて、その供給する走査信号
と撮像素子の組み合わせて制御可能な第１のスイツチ
と、上記第１の走査回路によつて走査された撮像素子の
信号に基づいて被写体の動きを検出する動き検出手段
と、上記動き検出する手段に入力する信号を上記複数の
撮像素子から選択する第２のスイツチを備えたことを特
徴とするテレビカメラ装置。
【請求項５】特許請求の範囲の第４項において、被写体
照度を検出する手段と、検出した被写体照度に応じて上
記第１及び第２のスイツチを切り換える周期を制御する
制御手段を有することを特徴とするテレビカメラ装置。
【請求項６】特許請求の範囲の第４項において、第１走
査回路は一定スピードの走査信号を発生し、第２の走査
回路は被写体の動きに応じてその走査スピードを制御可
能な走査回路であることを特徴とするテレビカメラ装
置。