JP3350073B2 - 高速度撮影装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速ビデオカメラや高速
ビデオシステムに組み込まれる高速度撮影装置に係り、
特に動画像を高速で撮影する高速度撮影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速ビテオカメラや高速ビデオシステム
には、動画像を高速度で撮影する高速度撮影装置を組み
込んだものがある。この高速度撮影装置は、動く物体の
撮影を行なう撮像センサとして例えば固体撮像素子が用
いられ、この固体撮像素子は、撮影の最小単位である１
フレーム分の静止画を順次連続させることにより動画像
を得るようになっている。

【０００３】固体撮像素子は、フォトダイオード等の多
数の光電変換素子を二次元配列して撮像面を形成し、こ
の撮像面を形成した各光電変換素子を一定の走査方法で
順次走査してフレーム画像（静止画像）を得るようにな
っている。

【０００４】固体撮像素子として例えば縦１００画素
（ピクセル）×横１００画素（ピクセル）の光電変換素
子を二次元配列した場合、始めに縦方向一番目の行を横
方向の走査ラインに沿って１００画素分ライン走査し、
このライン走査が終了すると縦方向二番目の行をライン
走査し、以後このライン走査を順次行ない、１００番目
の行のライン走査が完了すると１フレーム分の撮像が完
了したことになる。

【０００５】通常のテレビ撮影では１秒間に３０フレー
ムのレートで撮影が行なわれるので、縦・横１００画素
づつの光電変換素子を備えた固体撮像素子では１秒間に
３千回のライン走査が行なわれる。このライン走査によ
る出力信号はＶＴＲや半導体メモリに一旦記録された後
に、受像ＣＲＴモニタで同じレートの走査が行なわれて
映像が再生表示される。

【０００６】高速で動く動体を再生時より早い撮影レー
トで撮影し、通常のレートである毎秒３０フレームで再
生すると、３０フレーム／撮影レートの倍率で動体の動
きを低速化して見ることができる。この高速度撮影は理
工学やスポーツの分野に応用され、様々な効果を発揮し
ている。

【０００７】テレビジョン技術においては、画像の質を
ある程度犠牲にしてシステム系の周波数を高くし、撮影
レートを上げて高速度撮影を実現したり、また、ＶＲＴ
のテープ送り速度やビデオヘッドの回転速度を高くして
高速度撮影を可能としたものがある。しかし、この高速
度撮影方法では、回路的、機械的な技術的制約を受け、
毎秒１０００フレーム程度が限定であった。

【０００８】また、高速度撮影を実現するために、固体
撮像素子に備えられる光電変換素子の数を少なくし、縦
×横の画素（ピクセル）数を少なくして撮影レートを高
める方法がある。この高速度撮影方法によれば、毎秒５
０００フレーム程度の高速度撮影が可能であるが、撮影
レートに反比例して画面が小さくなる欠点がある。

【０００９】さらに、高速度撮影を実現するために、固
体撮像素子に２次元配列された多数の光電変換素子を垂
直行に沿って複数のブロックに分け、各ブロックを並列
に水平列方向にライン走査させる高速度撮影方法があ
る。この高速度撮影方法によれば、画面を小さくするこ
となく毎秒５０００フレーム程度の撮影が可能である
が、各ブロックを並列にライン走査させるために、同時
に複数の増幅回路が必要となり、回路構成が複雑かつ高
価になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の高速度撮影装置
では、システム系の周波数を高くしてある程度の高速度
撮影を可能にするか、または画面のサイズや画質を犠牲
にして撮影速度を高くするかを選択するものであり、撮
影速度の高速度化と画面サイズの維持や画質の向上を追
求するには、並列撮影・並列処理の必要があり、高速度
撮影装置が複雑かつ高価なものであった。

【００１１】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、高価な並列撮影や並列処理を必要とせず、動
画像を高速度撮影するとともに高速度撮影しても高画質
の画像が得られる高速度撮影装置を提供することを目的
とする。

【００１２】本発明の他の目的は、システム系の周波数
を高くしたり、画面のサイズや画質を犠牲にすることな
く高速度撮影が可能な高速度撮影装置を提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高速度撮影
装置は、上述した課題を解決するために、請求項１に記
載したように、多数の光電変換素子を２次元配列してＸ
−Ｙアドレス読み出し方式の撮像センサを構成し、この
撮像センサを垂直行および水平列方向に所要の分割をそ
れぞれ行なって複数のブロックに区分し、各ブロックの
光電変換素子群を縦または横方向に並列読出し可能な垂
直および水平走査回路を設ける一方、前記撮像センサ内
の１つあるいは複数のブロックを順次選択して読出し走
査させるように、前記垂直および水平走査回路を駆動さ
せる駆動回路と、被写体の運動方向を検出する動作セン
サと、この動作センサにより検出された被写体の運動方
向上にあって読み出すべきブロックの選択、その選択さ
れたブロックの読出し順およびその読み出し順に従って
読み出すべきブロックの読み出し切替タイミングを算出
してこれらを制御信号として出力するコントロール部
と、このコントロール部からの制御信号を受けて読み出
すべきブロックを被写体の運動方向に連動させて順次切
換るように設定するブロック選択アドレス発生回路と、
前記撮像センサで撮像されたイメージデータを記録し、
ストアする画像記録メモリを設け、この画像記録メモリ
にストアされた静止状態の画像の一部を、画像変化が生
じたブロック画像と置換させてフレーム画像を構成した
ものである。

【００１４】本発明に係る高速度撮影装置は、上述した
課題を解決するために、請求項２に記載したように、多
数の光電変換素子を２次元配列してＸ−Ｙアドレス読み
出し方式の撮像センサを構成し、この撮像センサを垂直
行および水平列方向に所要の分割をそれぞれ行なって複
数のブロックに区分し、各ブロックの光電変換素子群を
縦または横方向に並列読出し可能な垂直および水平走査
回路を設ける一方、前記撮像センサ内の１つあるいは複
数のブロックを順次選択して読出し走査させるように、
前記垂直および水平走査回路を駆動する駆動回路を設
け、この駆動回路により被写体の運動方向上にある読み
出すべきブロックの選択、その選択されたブロックの読
み出し順およびその読み出し順に従って読み出すべきブ
ロックの読み出し切替タイミングを走査手順として予め
保存しておき、この走査手順により上記撮像エリアの読
み出しを制御するように構成し、さらに、前記撮像セン
サで撮像されたイメージデータを記録し、ストアする画
像記録メモリを設け、この画像記録メモリにストアされ
た静止状態の画像の一部を、画像変化が生じたブロック
画像と置換させてフレーム画像を構成したものである。

【００１５】

【００１６】

【作用】請求項１の発明によれば、被写体の運動方向を
動作センサで検出し、この検出された被写体の運動方向
に連動するように撮像センサの所定のブロックの選択、
選択されたブロックの読出し順およびその切替タイミン
グが図られるので、撮像センサの読み出し（走査）を被
写体の運動変化部分に限定して行なうことができ、不要
部分を走査しないので、撮影速度の向上が図れる。さら
に、撮像センサで撮影された静止状態の画像を画像記録
メモリにストアしておき、この画像記録メモリにストア
された画像の一部だけを、画像変化が生じたブロック画
像と置換させてフレーム画像を生成するから、高速度撮
影を行なっても、画質が劣化したり、画面のサイズを小
さくすることもなく、高精度かつ高画質の画像が得られ
る。すなわち、撮像センサの撮像面の中から変化してい
る部分のみを選択して選択的に局所的な走査を行なうの
で、静止している部分を含めた全フレームを走査する場
合よりも、走査時間が少なくてすみ、その分だけ高速度
撮影が可能となる。

【００１７】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
に係るコントロール部からブロック選択アドレス発生回
路に与えられる制御信号の内容、すなわち、被写体（動
体）の運動方向に伴って読み出すべき撮像エリアのブロ
ックの選択、その選択されたブロックの読み出し順およ
びその読み出し順に従って読み出すべきブロックの読み
出し切替タイミングを走査手順として予め保存手段に保
存しておくので、事前に運動方向等が判明している被写
体（動体）の高速度撮像の際には、その被写体の運動方
向を検出する動作センサと、その動作センサの検出に基
づいて上記制御信号を算出するコントロール部の制御手
段を削除することができる。このために、装置全体の構
成の簡素化とコスト低減とを共に図ることができる。

【００１８】また、撮像センサで撮影された静止状態の
画像を画像記録メモリにストアしておき、この画像記録
メモリにストアされた画像の一部だけを、画像変化が生
じたブロック画像と置換させるから、高速度撮影を行な
っても、画質が劣化したり、画面のサイズを小さくする
こともなく、高精度かつ高画質の画像が得られる。すな
わち、撮像センサの撮像面の中から変化している部分の
みを選択して選択的に局所的な走査を行なうので、静止
している部分を含めた全フレームを走査する場合より
も、走査時間が少なくてすみ、その分だけ高速度撮影が
可能となる。

【００１９】すなわち、これら請求項１および２の発明
に係る高速度撮影装置は、被写体が動いている部分、す
なわち着目点付近のみのブロック領域を選択的に走査
し、そのブロック領域のみからイメージデータを出力
し、不要部分の走査（信号処理）を行なわないようにし
たものである。これにより、被写体が動いている部分を
局所的にかつ集中的に走査し、その走査回数を増加させ
て撮影速度を向上させている。

【００２０】したがって、この高速度撮影装置は、撮像
センサ内のブロック内のみの並列処理でよく、従来のよ
うな大掛りで高価なフレーム全体の並列処理や並列撮影
を必要とせず、動画像を高速度撮影するとともに、高速
度撮影しても高画質の画像が得られる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明に係る高速度撮影装置の一実施
例について添付図面を参照して説明する。

【００２２】図１は、本発明の高速度撮影装置を高速ビ
デオシステムに適用した例を示す機能ブロック図であ
り、この高速ビデオシステムは動く物体を高速度で撮影
可能な撮影カメラ１を有する。この撮影カメラ１は、対
物光学系２を介して動く物体を撮影する撮像センサ３や
撮像センサからの出力ビデオ信号を増幅させる増幅器群
４、撮像センサ３の駆動回路５を内蔵している。

【００２３】撮影カメラ１からは例えば１６本のアナロ
グビデオ信号が増幅器群４で増幅されて出力されるよう
になっており、出力されたアナログビデオ信号はＡ／Ｄ
変換器６によりディジタルビデオ信号に変換されて画像
記録メモリ７に連続的に入力される。画像記録メモリ７
は、１６チャンネルのデジタルビデオ信号を連続的に入
力して画像デジタルデータとして記憶される。

【００２４】画像記録メモリ７に記憶された画像デジタ
ルデータはフレームメモリ８により時系列的に読み出さ
れ、撮像時の速度より低速の連続画像としてフレーム画
像を再生し、再構築される。このフレーム画像のディジ
タルデータ信号はＤ／Ａ変換器９によりアナログデータ
信号に変換されて映像モニタ１０に入力され、この映像
モニタ１０で画像表示される。

【００２５】一方、高速ビデオシステムのシステム全体
の作動コントロールや細部の動作コントロールはマイコ
ンやＣＰＵ等のコントロール部１１で行なわれる。この
コントロール部１１には動作センサ１２からのセンサ信
号が入力され、このセンサ信号を入力してコントロール
部１１はシステム全体の制御の他に撮影カメラ１に内蔵
された撮像センサ３のブロック選択制御、画像記録メモ
リ７を読み出しフレームメモリ８に再構築させる制御等
を行なう。特に、コントロール部１１は、被写体の動き
や形状、大きさに応じて動作センサ１２である点セン
サ、線センサ、面センサを選択し、この動作センサ１２
からの入力に応じてブロック選択アドレス発生回路１３
を介して撮像センサ３の後述する出力ブロックを選択す
るようになっている。

【００２６】なお、撮像センサ３の出力ブロック選択機
能は、撮像センサ３側に持たせることができる。この場
合、動作センサは不要となる。また、面センサに代えて
２組以上のラインセンサを組み合せてもよい。

【００２７】また、符号１４は画像記録メモリ７に必要
なデータを書き込む書き込みアドレス発生回路であり、
このアドレス発生回路１４で画像記録メモリ７への書き
込みアドレスを高速で発生させるようになっている。な
お、画像記録メモリ７からの画像デジタルデータの読み
出しは比較的低速であり、また、読み出し順が一定では
ないので、前述したようにＣＰＵ等のコントロール部１
１が読み出しアドレスを発生させている。

【００２８】一方、撮影カメラ１に組み込まれる撮像セ
ンサ３は画像の蓄積や読出し可能な固体撮像素子１６か
らなり、この固体撮像素子１６は駆動回路５からのドラ
イブ信号により駆動され、読出しが開始される。駆動回
路５は例えば２５MHz のクロック１７からのクロックパ
ルスにより駆動される。

【００２９】一方、固体撮像素子１６は、図２に示すよ
うにＭＯＳ型半導体素子からなるフォトダイオード等の
光電変換素子を多数二次元配列して構成される撮像面
（受光面）２０と、垂直行ブロック選択シフトレジスタ
を構成する第１の走査回路としての垂直走査回路２１と
水平列ブロック選択シフトレジスタおよび列シフトレジ
スタを構成する第２の走査回路としての水平走査回路２
２と、撮像面の走査により多チャンネルアナログビデオ
信号Ｓ_１〜Ｓ_１６を出力する出力部２３とを有し、撮像
センサ３をＸ−Ｙアドレス読み出し方式に構成してい
る。

【００３０】ところで、固体撮像素子１６は画素（ピク
セル）を構成する光電変換素子２５を例えば２６６個の
水平列Ｒ₁ ，Ｒ₂ …Ｒ₂₆₆ と２５６個の垂直行Ｃ₁ ，Ｃ
₂ …Ｃ₂₅₆ に二次元配列してフォーマット化された撮像
面２０を形成する一方、撮像面２０は縦列（垂直行）方
向に沿って例えば１６のブロックに、水平列方向に例え
ば４つのブロックそれぞれ分割されて例えば総計６４個
のブロックＢ _1・1 ，Ｂ _2・1 …Ｂ_16・1 ，Ｂ _1・2 ，
…Ｂ_16・2 ，Ｂ _1・3 ，…Ｂ_16・3 ，Ｂ _1・4 …Ｂ
_16・4 に区分される。

【００３１】区分された各ブロックＢ _1・n ，
Ｂ _2・n ，…Ｂ_16・n （但しｎ＝１〜４である）は長手
方向の水平方向に複数行、例えば１６行の光電変換素子
列が形成され、各光電変換素子列により１６本（１６
行）の走査線が構成される。各ブロックＢ _1・n ，Ｂ
_2・n …Ｂ_16・n 毎に各々１６本（１６行）の走査線は
垂直および水平走査回路により並列に順次走査され、出
力部からアナログビデオ信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ …Ｓ₁₆が出力さ
れるようになっている。撮像面２０の二次元配列の光電
変換素子２５のうち、水平方向の光電変換素子数が垂直
方向の光電変換素子数より１０個程多いのは、ノイズに
対する余裕度を持たせたためである。

【００３２】また、撮像面２０はブロックの走査線方向
にも上述したように４つのブロックに分かれており、各
ブロックに対応するライン走査開始点Ｈ₁ （第１画
素）、Ｈ₂ （第６５画素）、Ｈ₃ （第１２９画素）、Ｈ
₄ （第１９３画素）を有する。

【００３３】なお、図２において、符号２６はＡ／Ｄ変
換器６の基準点設定用オプティカルブラックＢ_OBであ
る。

【００３４】また、駆動回路５から出力されて水平走査
回路２２に入力される水平クロックパルスＨＣ₁ ，ＨＣ
₂ は、水平方向の２６６個の光電変換素子２５のある画
素を読み出すとき、１画素ずつ読み出すタイミングとし
て使われる。この水平クロックパルスＨＣ₁ ，ＨＣ₂ は
水平シフトレジスタ同期パルスＨ₁ ，Ｈ₂ ，…Ｈ₄ のい
ずれかにより水平方向の読出しが開始されたとき、この
開始時点からＨＣ₁ ，ＨＣ₂ のクロックパルスで画素の
読出しが行なわれる。このクロックパルスＨＣ₁ ，ＨＣ
₂ は各々例えば１２．５MHz で１８０゜位相が異なって
おり、水平走査速度は２５MHz となる。

【００３５】ところで、ＭＯＳ型撮像センサ１３を構成
する固体撮像素子１６の１ブロックには、図３に示すよ
うに例えば１６×６４ピクセルの光電変換素子２５が配
列されており、各ブロックは縦方向に１６個（行）の走
査線を有して並列出力が可能となっている。

【００３６】そして、固体撮像素子１６の１ブロック内
の水平方向一列の電気的走査回路２８は図４に示すよう
に構成されている。走査回路２８には入射光の強さを電
気信号に変換する光電変換素子２５としてのフォトダイ
オードＤ₁ ，Ｄ₂ …Ｄ_n が例えば６４個並んで、それぞ
れＭＯＳ型ＦＥＴのスイッチＳ₁ ，Ｓ₂ …Ｓ_n に接続さ
れる。ＦＥＴスイッチＳ₁ ，Ｓ₂ …Ｓ_n のゲートは水平
走査回路２２に接続され、この水平走査回路２２から外
部クロックに同期したトリガ信号がＦＥＴスイッチ
Ｓ₁ ，Ｓ₂ …Ｓ_n に順次送られ、各スイッチＳ₁ ，Ｓ₂
…Ｓ_n を順次ＯＮにする。また、全ＭＯＳ型ＦＥＴのス
イッチのドレインは並列であり、負荷抵抗ＲＬと電源Ｖ
Ｄに接続される。

【００３７】ＦＥＴスイッチＳ₁ ，Ｓ₂ …Ｓ_n が一度開
くとフォトダイオードＤ₁ ，Ｄ₂ …Ｄ_n のＰＮ接合が逆
バイアスされているので、フォトダイオードＤ₁ ，Ｄ₂
…Ｄ_n のキャパシタに飽和するまで電荷が充電される。
フォトダイオードＤ₁ ，Ｄ₂ …Ｄ_n に光が入射すると、
入射光により電子とホールが励起されてフォトダイオー
ドＤ₁ ，Ｄ₂ …Ｄ_n に放電電流が流れ、この放電電流は
水平走査回路２２の一走査期間に入射した入射光量に比
例する。

【００３８】次の走査期間に水平走査回路２２によりＦ
ＥＴスイッチＳ₁ ，Ｓ₂ …Ｓ_n が開かれると、入射光に
より放電した放電電流を埋め合せる充電電流が電源ＶＤ
から供給される。この充電電流は入射光量に比例するの
で、この充電電流が出力ビデオ信号として出力される。
１つのブロック内には図４の電気的走査回路２８が例え
ば１６個内蔵されている。

【００３９】次に、高速ビデオシステムの動作の概要を
説明する。

【００４０】この高速ビデオシステムは図１に示す撮影
カメラ１のカメラ操作により、カメラの対物光学系（レ
ンズ系）２を通して撮像センサ３に被写体が結像される
一方、対物光学系とは別系統の図示しないレンズを通し
て同じ被写体が動作センサ１２にやや大きな画面で結像
される。

【００４１】動作センサ１２は被写体の動きのある部分
をセンサ信号としてＣＰＵ等のコントロール部１１に出
力する。コントロール部１１はこのセンサ信号を解析
し、撮像センサ３の選択すべきブロックと選択されたブ
ロック読出し順、および切替タイミングを算出し、ブロ
ック選択アドレス発生回路１３に指示する。

【００４２】ブロック選択アドレス発生回路１３は、後
述する駆動回路５を介して撮像センサ３が出力すべきブ
ロックを次々に選択し、指示する。ブロック選択アドレ
ス発生回路１３が駆動回路を兼ねるようにしてもよい。

【００４３】ところで、被写体の運動方向が予め判明し
ている場合は、撮像センサ３のブロック選択（読取り）
の指示を手動にて行なうこともできる。

【００４４】読取り指示を受けた撮像センサ３の１つの
撮像ブロック内では、１６列の水平方向のフォトダイオ
ード等の光電変換素子２５が同時に読み出される。

【００４５】撮影カメラ１から出力されたパラレルアナ
ログビデオ信号は、各Ａ／Ｄ変換器６によりデジタルビ
デオ信号に変換される。このビデオ信号は画像記録メモ
リ７に順次記録されるが、その記録場所はＣＰＵ等のコ
ントロール部１１により制御される画像メモリ−書き込
みアドレス発生回路１４で指定される。画像記録メモリ
７は一部リセットしてから記録することができるが、前
画面の一部の記録を一部変更することもできる。前画面
の一部変更は、画像記録メモリ７にストアされた静止状
態の画像の一部だけを、撮影カメラ１から出力される画
像変化が生じたブロック画像と置換させるもので、置換
されたブロック画像以外は前画面の画像が採用されて１
つのフレーム画像が構成される。

【００４６】画像記録メモリ７に記録される画像はブロ
ック画像であるので、画像再生時には、コントロール部
１１からの指示によりフレーム画像となるような順序で
ブロック画像データをフレームメモリ８に転送する。再
生画像信号はＤ／Ａ変換器９でアナログビデオ信号に変
換されて映像（デレビ）モニタ１０に表示される。

【００４７】次に、この撮影カメラ１により固体撮像素
子１６の撮像面２０に記録された画像の読出しについて
説明する。

【００４８】初めに、固体撮像素子１６の撮影面２０を
全面走査する場合、図２に示すように、クロック１７で
駆動される駆動回路５からのドライブ信号として垂直リ
セットパルスＶＲと垂直シフトレジスタクロックパルス
ＶＣが垂直走査回路２１に送られ、この垂直走査回路２
１を駆動させる。垂直走査回路２１は垂直リセットパル
スＶＲによりリセットされ、垂直シフトレジスタクロッ
クパルスＶＣにより第１のブロックＢ _1・n を選択し、
この第１ブロックＢ _1・n の画像走査動作を可能にす
る。

【００４９】また、駆動回路５から水平走査回路２２に
水平リセットパルスＨＲと水平シフトレジスタ同期パル
スＨ₁ （第１画素スタート）が送られ、水平走査回路２
２が駆動される。水平走査回路２２は水平リセットパル
スＨＲによりセットされ、水平シフトレジスタ同期パル
スＨ₁ により第１画素Ｒ１から順次走査が開始される。

【００５０】これにより、固体撮像素子１６の撮像面２
０に記録された画像は選択された第１ブロックＢ _1・n
の第１画素Ｒ₁ から、１６本（行）の走査線に沿って並
列に同時走査され、この走査により得られたアナログビ
デオ信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ …Ｓ₁₆は出力部２３から出力され
る。

【００５１】ところで、駆動回路５には水平用カウンタ
が設けられており、２５６画素を水平走査した時点で水
平リセットパルスＨＲを水平走査回路２２に送って水平
走査を一旦終了し、次に垂直シフトレジスタクロックパ
ルスＶＣを垂直走査回路２１に送り、第１ブロックＢ
_1・n の動作可能を終了して、垂直行方向にスキップさ
せ、第２ブロックＢ _2・n を選択し、この第２ブロック
Ｂ _2・n の動作を可能とする。

【００５２】この後、駆動回路５から水平走査回路２２
に第１画素スタート用の水平シフトレジスタ同期パルス
Ｈ₁ を送って第２ブロックＢ _2・n の読出しを開始す
る。

【００５３】以後、順次上述した動作を繰り返して各ブ
ロックＢ _3・n 〜Ｂ_16・n の読出しを次々と行なう。最
終ブロックＢ_16・n の読出し終了後に駆動回路５から垂
直リセットパルスＶＲ、垂直シフトレジスタクロックパ
ルスＶＣを垂直走査回路２１に送り、次の撮像面２０の
画像処理のために、第１ブロックＢ _1・n が再び選択さ
れ、第１ブロックＢ _1・n の動作が可能となる。

【００５４】固体撮像素子１６の出力部は、動作可能な
選択ブロックＢ _1・n ，Ｂ _2・n …Ｂ_16・n にそれぞれ
対応した１６行の走査線分のアナログビデオ信号Ｓ₁ ，
Ｓ₂ …Ｓ₁₆をＡ／Ｄコンバータ６に出力するようになっ
ている。動作可能となっていない非選択ブロックは、画
像走査の影響を受けず、入射光に対応して電荷を蓄積し
ている。

【００５５】次に、固体撮像素子１６の撮像面２０から
撮像エリアを選択して走査（画像処理）する場合を説明
する。

【００５６】撮像エリアとしてブロックＢ _7・3 および
Ｂ _8・3 の矩形部分を読み出す場合を例にとる。

【００５７】クロック１７で駆動される駆動回路５にブ
ロック選択アドレス発生回路１３からコントロール信号
を送り、駆動回路５からのドライブ信号として垂直走査
回路２１に垂直リセットパルスＶＲが送られ、この垂直
リセットパルスＶＲにより垂直走査回路２１がリセット
される。次に、駆動回路５から垂直走査回路２１に垂直
シフトレジスタクロックパルスＶＣを７クロック連続し
て送ることにより、第７ブロックＢ _7・n を選択し、選
択された第７ブロックＢ _7・n の動作を可能とする。

【００５８】第７ブロックＢ _7・n の動作を可能とした
状態で、駆動回路５からドライブ（アドレス）信号とし
て水平リセットパルスＨＲと第１２９画素（ピクセル）
をスタートさせる水平シフトレジスタ同期パルスＨ₃ を
水平走査回路２２に送る。水平走査回路２２は水平リセ
ットパルスＨＲによりリセットされ、水平シフトレジス
タ同期パルスＨ₃ により第１２９画素より走査が開始さ
れる。

【００５９】ブロックＢ _7・3 が選択されて走査が開始
されると、１６組（本）のビデオ信号が同時に６４回
（１ブロックの走査方向のピクセル数分）だけ読み出さ
れる。読み出されたビデオ信号は図５に示すように増幅
器群４で増幅された後、撮影カメラ１から１６本のパラ
レルアナログビデオ信号として出力される。

【００６０】水平走査回路２２による水平走査を駆動回
路５に組み合せて水平カウンタでカウントし、６４画素
分だけ水平走査した時点でタイミングをとって駆動回路
５は水平リセットパルスＨＲを水平走査回路２２に送っ
て水平走査を停止させてリセットさせる。一方、駆動回
路５から垂直シフトレジスタクロックパルスＶＣを垂直
走査回路２１に送ってブロックＢ _7・n の動作可能を終
了してスキップさせ、次のブロックＢ _8・n を選択し、
第８ブロックＢ _8・n を動作可能とする。

【００６１】この後、水平シフトレジスタ同期パルス
（第１２９画素スタート）Ｈ₃ を水平走査回路２２に送
り、ブロックＢ _8・3 の選択を行なう。ブロックＢ
_8・3 が選択されるとブロックＢ _7・3 と同様な方法で
走査が行なわれ、撮影カメラ１から１６本のアナログビ
デオ信号を出力させる。

【００６２】このブロックＢ _8・3 の読み出しが終了し
た時点で次の撮像エリアの読出しのために、垂直リセッ
トパルスＶＲ、７クロック分連続された垂直シフトレジ
スタクロックパルスＶＣを垂直走査回路２１に送って次
のブロックＢ _7・n の走査が開始される。

【００６３】撮像エリアであるブロックの選択は、駆動
回路５から垂直シフトレジスタクロックパルスＶＣの連
続的な与え方と、水平シフトレジスタ同期パルスＨ₁ ，
Ｈ₂ ，Ｈ₃ ，Ｈ₄ の組合せ数の数だけ可能となり、撮像
エリアは図５に示すように任意の１個以上のブロック
（エリア）が可能となり、撮像エリアの選択自由度が向
上する。

【００６４】ちなみに、駆動回路５は、水平用カウンタ
および垂直用カウンタを備え、全画面の設定、撮像エリ
ア（分割画面）の水平画素の開始点および画素数、垂直
ブロックＢ _1・n 〜Ｂ_16・n の開始点、ブロック数の設
定を行なうようになっている。

【００６５】しかして、１つのブロックの出力が完了す
ると、次のブロックが選択されて同様に出力される。各
ブロックの選択はランダムに行なうことも、あるいは一
定の方向に方向付けて行なうこともできる。

【００６６】また、走査方向である水平方向６４回の順
次読み出しは、その読み出し途中で終了させることもで
きる。あるブロックの読み出し途中で他のブロックの読
出しの要求が生じた場合、直ちに他のブロックの読出し
が可能となる。

【００６７】この撮影カメラ１による高速度撮影は、撮
像センサ３である固体撮像素子１６の各ブロックの選択
により種々の撮影方法がある。

【００６８】第１の撮影方法は、固体撮像素子１６の撮
影順を事前に設定しておき、撮影時にその設定順に従っ
て撮影ブロックを切り替え撮影する方法である。

【００６９】この方法は、図６に示すように、右上の円
形の被写体３０が矢印Ｘの方向に移動すると仮定した場
合、被写体３０の運動方向が予め予測されているので、
固体撮像素子１６の撮影ブロックＢ_15・3 、Ｂ_15・4 ，
Ｂ_16・3 、Ｂ_16・4 を囲む矩形枠で示すように、右上か
ら順次左下の方向に向って切り換えるようにプログラム
する。

【００７０】図６では、説明を省略するため撮影ブロッ
クの切替タイミングのうち、奇数回目に選択された各撮
影ブロックを示し、奇数回目の各撮影ブロックの選択を
省略してある。

【００７１】この場合、撮影カメラ１により撮影が開始
されると、プログラムの指示通り撮影ブロックが順次切
り替えられていくので無駄な撮影ブロックの走査がな
く、撮影スピードを高速にすることができる。

【００７２】なお、本発明の実施例では、固体撮像素子
のブロックは１６×６４個の光電変換素子を２次元配列
した例を示したが、必ずしも１６×６４個の光電変換素
子の物理ブロックに限定されず、任意個の光電変換素子
を組み合せたブロックでも、また、各ブロックを組み合
せて複合ブロックとしたものでもよい。

【００７３】また、本発明の実施例では撮像センサの各
ブロックに組み込まれる光電変換素子群を水平列方向に
読出し走査させる例を示したが、垂直行方向に読出し走
査させるようにしてもよい。

【００７４】

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係る高速度
撮影装置によれば、被写体の運動方向を動作センサで検
出し、この検出された被写体の運動方向に連動するよう
に撮像センサの所定のブロックの選択、選択されたブロ
ックの読出し順やその読み出し切替タイミングが図られ
るので、撮像センサの走査を被写体の運動変化部分領域
に限定して行なうことができ、それ以外の部分を走査し
ないので、撮影速度の向上が図れる一方、撮像センサで
撮影された静止状態の画像を画像記録メモリにストアし
ておき、この画像記録メモリにストアされた画像の一部
だけを、画像変化が生じたブロック画像と置換させたか
ら、高速度撮影を行なっても、画質が劣化したり、画面
のサイズを小さくすることもなく、高精度かつ高画質の
画像が得られる。

【００７５】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
に係るコントロール部からブロック選択アドレス発生回
路に与えられる制御信号の内容、すなわち、被写体（動
体）の運動方向に伴って読み出すべき撮像エリアのブロ
ックの選択、その選択されたブロックの読み出し順およ
びその読み出し順に従って読み出すべきブロックの読み
出し切替タイミングを走査手順として保存しておくの
で、事前に運動方向等が判明している被写体（動体）の
高速度撮像の際には、その被写体の運動方向を検出する
動作センサと、その動作センサの検出に基づいて上記制
御信号を算出するコントロール部の制御手段を削除する
ことができる。このために、装置全体の構成の簡素化と
コスト低減とを共に図ることができ、さらに、撮像セン
サで撮影された静止状態の画像を画像記録メモリにスト
アしておき、この画像記録メモリにストアされた画像の
一部だけを、画像変化が生じたブロック画像と置換させ
たから、高速度撮影を行なっても、画質が劣化したり、
画面のサイズを小さくすることもなく、高精度かつ高画
質の画像が得られる。

【００７６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高速度撮影装置を高速ビデオシス
テムとして適用した例を示す機能ブロック図。

【図２】本発明に係る高速度撮影装置の一実施例を示す
図。

【図３】上記高速度撮影装置に備えられるＭＯＳ型撮像
センサにおける光電変換素子の配置例を示す図。

【図４】図３に示す撮像センサの１ブロック内の横方向
の１列の走査回路図。

【図５】本発明の高速度撮影装置を構成する撮影カメラ
のブロック回路図。

【図６】撮像センサの各撮影ブロックの選択例を示す
図。

【符号の説明】

１ 撮影カメラ ２ 対物光学系 ３ 撮像センサ ４ 増幅器群 ５ 駆動回路 ６ Ａ／Ｄ変換器 ７ 画像記録メモリ ８ フレームメモリ ９ Ｄ／Ａ変換器 １０ 映像モニタ １１ コントロール部（ＣＰＵ） １２ 動作センサ １３ ブロック選択アドレス発生回路 １４ 書き込みアドレス発生回路 １６ 固体撮像素子 ２０ 撮像面 ２１ 垂直走査回路 ２２ 水平走査回路 ２３ 出力部 ３０ 被写体

フロントページの続き (72)発明者 三井 健司 東京都渋谷区神宮前六丁目12番15号 株 式会社 フォトロン内 (56)参考文献 特開 昭63−306782（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−26277（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−7483（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−142683（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−137074（ＪＰ，Ａ) 特表 昭57−501309（ＪＰ，Ａ) 特表 昭56−501704（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の光電変換素子を２次元配列してＸ
   −Ｙアドレス読み出し方式の撮像センサを構成し、この
   撮像センサを垂直行および水平列方向に所要の分割をそ
   れぞれ行なって複数のブロックに区分し、各ブロックの
   光電変換素子群を縦または横方向に並列読出し可能な垂
   直および水平走査回路を設ける一方、前記撮像センサ内
   の１つあるいは複数のブロックを順次選択して読出し走
   査させるように、前記垂直および水平走査回路を駆動さ
   せる駆動回路と、被写体の運動方向を検出する動作セン
   サと、この動作センサにより検出された被写体の運動方
   向上にあって読み出すべきブロックの選択、その選択さ
   れたブロックの読出し順およびその読み出し順に従って
   読み出すべきブロックの読み出し切替タイミングを算出
   してこれらを制御信号として出力するコントロール部
   と、このコントロール部からの制御信号を受けて読み出
   すべきブロックを被写体の運動方向に連動させて順次切
   換るように設定するブロック選択アドレス発生回路と、
   前記撮像センサで撮像されたイメージデータを記録し、
   ストアする画像記録メモリを設け、この画像記録メモリ
   にストアされた静止状態の画像の一部を、画像変化が生
   じたブロック画像と置換させてフレーム画像を構成した
   ことを特徴とする高速度撮影装置。
2. 【請求項２】 多数の光電変換素子を２次元配列してＸ
   −Ｙアドレス読み出し方式の撮像センサを構成し、この
   撮像センサを垂直行および水平列方向に所要の分割をそ
   れぞれ行なって複数のブロックに区分し、各ブロックの
   光電変換素子群を縦または横方向に並列読出し可能な垂
   直および水平走査回路を設ける一方、前記撮像センサ内
   の１つあるいは複数のブロックを順次選択して読出し走
   査させるように、前記垂直および水平走査回路を駆動す
   る駆動回路を設け、この駆動回路により被写体の運動方
   向上にある読み出すべきブロックの選択、その選択され
   たブロックの読み出し順およびその読み出し順に従って
   読み出すべきブロックの読み出し切替タイミングを走査
   手順として予め保存しておき、この走査手順により上記
   撮像エリアの読み出しを制御するように構成し、さら
   に、前記撮像センサで撮像されたイメージデータを記録
   し、ストアする画像記録メモリを設け、この画像記録メ
   モリにストアされた静止状態の画像の一部を、画像変化
   が生じたブロック画像と置換させてフレーム画像を構成
   したことを特徴とする高速度撮影装置。