JP3729522B2 - Imaging system using CCD - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、CCD(固体撮像素子)を用いた撮像システムに係り、特に1画面当たりに要する撮像速度の高速化を実現する、CCDを用いた撮像システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ビデオカメラ等の撮像システムは、例えばCCDやMOS型センサ等のエリア・センサを駆動させて、被写体の1画面(フレーム)毎の画像データを一定間隔毎に順次連続して取得することにより、その画像データの時系列変化状況を被写体の動きを再現する映像として観察できるようになっている。
【0003】
この撮像システムを使って、所定の規格速度(例えば「NTSC」方式では30画面/秒)を越える速度で撮像した動画像を、規格速度に合わせて再生するとスローモーション映像を観察できる。つまり、規格速度のn倍で撮像した映像を規格速度で再生すると、被写体の動きを1/n倍に遅くして観察できるようになっている。このスローモーション映像は、例えばスポーツ分野(選手の動作解析や勝敗の判定等)、学術研究分野、又は工業生産分野等の画像を利用する分野での動態解析等の画像解析手段の1つとして、より有効な効果を発揮している。
【0004】
従って、上記スローモーション映像を取得するため、撮像システムには規格速度を越える速度で撮像する高速度撮像手段を適用したものがある。この高速度撮像手段としては、一般にエリア・センサのクロック周波数を上げてセンサ反応速度を高める方法がよく知られている。ただし、センサ反応速度に起因する物理的制限があるため、かかる制限以上の高速化を図る方法の1つとして、MOS型センサを使用して1画面当たりの読み取り画素数を減らす手段(例えば、特開平5−167937、特開平5−236364)が提案されている。
【0005】
例えば、エリア・センサの所定規格を画素数=640(水平)×480(垂直)(個)及び撮像速度=30(画面/秒)として、読み取り画素数を1/4倍(320×240)に減らすと、理論上は、撮像速度を所定規格の4倍(120(画面/秒))に高めることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案されているMOS型センサは一般に感度が低いため、スローモーション映像をより鮮明な画質を保った状態で観察したいと言う、画像利用分野からの要請を十分に満足させることができなかった。
【0007】
ところで一方、上記MOS型センサに比べ、CCDは一般に普及し、より感度が高いといった利点がある。しかしながら、このCCDの画素読み取り方法は、いわゆるXYアドレス型を採用したMOS型センサの画素読み取り方法と異なって、走査線に沿って画素毎にシーケンシャルに読み出す、いわゆるインターライン型を採用しているため、このCCDに上記読み取り画素数を削減した手段を適用させようとすると、インターライン型の動作原理を設計上、根本的に見直す必要があり、繁雑な上にコスト面でも不利であった。
【0008】
本発明は、上述の従来技術の問題を考慮してなされたものであり、CCDの利点を生かして、1画面当たりの撮像速度の高速化を容易に且つ比較的安価に実現できる、CCDを用いた撮像システムを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1〜8に記載の発明に係るCCDを用いた撮像システムは、インターライン型のCCDを有し、このCCDの撮像面内の水平方向及び垂直方向に沿う二次元格子状に配列した多数の撮像素子の夫々の画素信号を垂直転送路を介して水平転送路に垂直転送させると共に、その水平転送路の上記画素信号を撮像素子毎に水平転送させることにより、上記多数の撮像素子の夫々の画素信号から成る1画面の画像データを一定間隔毎に連続して撮像する装置であり、上記撮像面内の一部に上記水平方向又は垂直方向の少なくとも一方に沿う仮想切分け線により区分けされた対象領域の上記撮像面における位置を示すデータであって当該対象領域の中心位置及び当該仮想区分け線の区分け方向を含む位置データに基づいて上記対象領域に応じた上記垂直転送及び水平転送の夫々の動作時期を判断する時期判断手段と、この時期判断手段により上記夫々の動作時期になったと判断されている間、上記対象領域の撮像素子群の画素信号を上記一定間隔よりも短い撮像間隔で連続して読み取るように上記垂直転送及び水平転送を制御する画像読取り手段と、を備えたことを特徴とする。
【0010】
【作用】
請求項1〜8に記載の発明に係るCCDを用いた撮影システムにあっては、CCDの撮像面内の一部に水平方向又は垂直方向の少なくとも一方に沿う仮想切分け線により区分けされた対象領域の撮像面における位置を示す位置データ(対象領域の少なくとも中心位置と前記仮想切分け線に拠る区分け方向とを含む位置データ)に基づいて、撮像面の対象領域に応じた、画素信号の垂直転送及び水平転送の夫々の動作時期が判断される。次いで、その動作時期であると判断されている間、対象領域からの画素信号の垂直転送及び水平転送を、より短い撮像間隔になるように制御することにより、撮像面全体として、上記対象領域内の撮像素子群の画素信号を含む1画面の画像データが、通常の一定間隔よりも短い撮像間隔で連続して読み取られる。
【0011】
【実施例】
(第1実施例)
以下、本発明の第1実施例を図1〜図11に基づき説明する。図1に示すCCDを用いた撮像システムは、エリア・イメージ・センサであるインターライン型のCCD1及びそのCCD1に関するデバイス部2を搭載している。このデバイス部2からのCCD1用の映像信号は、画像処理部3(A/D3a、メモリ3b等から成る)を介して画像表示部4(D/A4a、モニタ4b等から成る)に出力されるようになっている。
【0012】
CCD1は、いわゆる2相又は4相等の駆動型の内部構造を有する固体撮像デバイスで、図2に示すように、対物レンズ等の光学系OPを介して光が入射される撮像面Iaを有し、その撮像面Iaの中心が光軸に同軸となるように配置されている。
【0013】
また、このCCD1は、図2に示す如く、撮像面Iaの水平方向(以下、便宜上「横方向」)及びその垂直方向(以下、便宜上「縦方向」)で規格化した二次元格子状の位置に一定間隔で配列される、フォトダイオードから成る複数の受光部(以下、便宜上「画素」)5…5と、撮像面Ia内の同一縦方向に並ぶ画素群(以下、便宜上「縦画素群」)V1…Vx(x=縦方向の画素数)の夫々の間に配置される、電荷転送用の複数の垂直転送路6…6とを備える。また、このCCD1には、撮像面Ia内の同一横方向に並ぶ画素群(以下、便宜上「横画素群」)L1…Lm(m=横方向の画素数)の内の端部の横画素群H1に略平行となる外側位置に、複数の垂直転送路6…6の夫々の一端に接続された電荷転送用の水平転送路7が配置されている。
【0014】
上記構成により、CCD1は、デバイス部2からの駆動パルスを受けて所要の動作を実行するようになっている。即ち、光学系OPからCCD1の撮像面Iaへの入射光は、画素5…5毎に信号電荷(画素信号)に変換、蓄積され、その信号電荷が縦画素群V1…Vx毎に共通の垂直転送路6…6に同時に転送される(図2中、矢印a1参照、以下、この転送を「第1転送a1」と呼ぶ)。この垂直転送路6…6の信号電荷は、横画素群L1…Lm毎に水平転送路7に垂直転送され(図2中、矢印a2参照、以下、この垂直転送を「第2転送a2」と呼ぶ)、その水平転送路7の信号電荷がシリアルに順次、デバイス部2に読み取り用として水平転送されるようになっている(図2中、矢印a3参照、以下、この水平転送を「第3転送a3」と呼ぶ)。
【0015】
デバイス部2は、上記第1…第3転送a1…a3の夫々の動作時期を制御する駆動制御部8と、その駆動制御部8による第3転送a3後のCCD1からの信号が入力されるアナログ処理回路9とを備えている。
【0016】
駆動制御部8は、撮像モードに応じた駆動パルスパターンS1を判断する、本発明の時期判断手段の要部を成すCPU10と、基準クロックCKを生成する水晶発振器等から成る駆動用クロックジェネレータ11と、CPU10から指示された駆動パルスパターンに応じた駆動パルスをCCD1に出力する、本発明の画像読取り手段の要部を成す駆動用タイミング信号発生回路(以下、単に「発生回路」)12とを備える。また、この駆動制御部8には、オペレータが撮像モードを指定するための入力デバイス13が接続されている。
【0017】
発生回路12は、図3に示すように、上記第1…第3転送a1…a3の夫々の動作時期を制御する駆動パルスRΦ、VΦ、PΦをCCD1に出力する、フリップフロップ等から成る3つのパルス発生器P1…P3と、このパルス発生器P1…P1に駆動パルスの生成時期を個別に指令する3つのカウンタC1…C3とを備えている。このカウンタC1…C3の夫々は、例えば、CPU10からの駆動パルスパターンに応じて、任意にカウントすべき基準クロックの計測値又はそのパターンを変更できるプログラム・カウンタ(マイクロプロセッサに内蔵)から成り、相互に同期して作動するようになっている。
【0018】
RΦ用カウンタC1は、CPU10からの駆動パルスパターンに応じて設定した基準クロック数を常時計数し、その計数値が第1転送a1の開始時期に相当する基準クロック数をカウントしたとき、RΦ用パルス発生器P1にパルスを出力する。これにより、RΦ用パルス発生器P1は、駆動パルスRΦをLからHに立上げ、CCD1による第1転送a1が開始されるようになっている。
【0019】
VΦ用カウンタC1は、CPU10からの駆動パルスパターンに応じて設定した基準クロック数を常時計数し、その計数値が第2転送a2の開始時期に相当する基準クロック数をカウントしたとき、VΦ用パルス発生器P1にパルスを出力する。これにより、VΦ用パルス発生器P2は、駆動パルスVΦをLからHに立上げ、CCD1による横画素群毎の第2転送a2が開始されるようになっている。
【0020】
PΦ用カウンタC3は、CPU10からの駆動パルスパターンに応じて設定した基準クロック数を常時計数し、その計数値が第3転送a3の開始時期に相当する基準クロック数をカウントしたとき、PΦ用パルス発生器P3にパルスを出力する。これにより、RΦ用パルス発生器P3は、駆動パルスPΦをLからHに立上げ、CCD1による横画素群内の画素毎の第3転送a3が開始されるようになっている。
【0021】
アナログ処理回路8は、アンプ及びフィルタ等を搭載した電子回路から成り、CCD1の出力端子に接続されている。このアナログ処理回路8は、CCD1からの第3転送後の電気信号を受けて、その電気信号に増幅及び波形整形(ノイズ除去等)等の信号処理を施し、その信号処理後のアナログ信号を画像処理部4に供給するようになっている。
【0022】
ここで、この発明に係る高速撮像方法の動作原理を図4〜図10に基づいて説明する。
【0023】
最初に比較のため、通常撮像方法(以下、この撮像モードを「通常モード」と呼ぶ)を例に上げ、その撮像時間を考察してみる。
【0024】
ここで、駆動制御部7のCPU10は、通常モードの駆動パルスパターン(以下、「通常パルスパターンS1」と呼ぶ)を既定値として予め保持しており、通常撮像時には、その通常パルスパターンS1に基づいてカウンタC1…C3の夫々が計数すべき基準クロック数が決定されている。
【0025】
例えば、図4に示す横画素群L1…L8(走査線数m=8)から成る撮像面Iaのモデルを考えると、CCD1は、図5に示す通常パルスパターンS1に応じた駆動パルスRΦ、VΦ、PΦに基づいて、上記の如く、第1の転送a1後に第2転送a2と第3転送a3とを横画素群毎に交互に実行する。
【0026】
従って、上記モデルを一般化して、走査線数m、第1…第3転送a1…a3の夫々の所要時間Rt、Vt、Ptを定義すると、この通常モードにおける1画面当たりの撮像時間Fmは理論上、次の算出式で示される。
【0027】
【数1】
Fm=Rt+m×(Vt+Pt) ……(1)
例えば上記モデルの1画面当たりの撮像時間Fmは、(2)式に走査数m=8を代入すれば求まることになる。
【0028】
次に、高速撮像方法(以下、この撮像モードを「高速モード」と呼ぶ)について、上記通常モードと対比させながら、その動作原理及び撮像時間Fnを考察してみる。
【0029】
最初に、高速モードの対象となる撮像面Ia内の対象領域A1の区分を説明する(以下、対象領域A1以外の領域を「非対象領域A2」と呼ぶ)。
【0030】
対象領域A1は、その中心点が撮像面Iaの中心点(光軸)と一致するか否かにより大きく2つに区分される(以下、便宜上、光軸と一致しないものを「不一致モード」、光軸と一致するものを「一致モード」と呼ぶ)。また、対象領域A2は、不一致モード及び不一致モードの夫々について、撮像面Iaの横方向及び縦方向に沿う仮想切分け線の区分け方向の違いにより、横方向を切分け線とする「横モード」と、縦方向を切分け線とする「縦モード」と、横及び縦方向を切分け線とする「縦横モード」との3つのモードを備えている。
【0031】
上記各高速モードの情報は、CPU10が予め保持するものであって、CPU10は、オペレータが入力デバイス13を操作することによって指定される撮像モードの位置情報と各モードを照合して、高速撮像用の駆動パルスパターン(以下、「高速パルスパターンS2」と呼ぶ)を決定し、その高速パルスパターンS2をカウンタC1…C3の夫々に個別に出力できるようになっている。
【0032】
高速パルスパターンS2は、図6に示すように、各モードに基づいて、通常パルスパターンS1の一部(駆動パルスVΦ及びPΦ)を所要パターンに変更することにより決定される。例えば、次の5つの所要パターン(「連続VΦ」、「廃棄PΦ」、「省略VΦ」、「省略PΦ」、「部分PΦ」)が定義される。
【0033】
まず、「連続VΦ」とは、連続して与える駆動パルスVΦをいい、また「廃棄PΦ」とは、連続VΦ後に与える駆動パルスPΦをいう。従って、連続VΦにより、横画素群の第2転送a2だけが連続して実行され、水平転送路7に同じ縦画素群の信号電荷が重ねて蓄積されると、廃棄PΦにより、その蓄積された信号電荷が廃棄用データとしてまとめて読出されるようになっている。この連続VΦ及び廃棄PΦは、主に横モード(縦横モードを含む)に対応した高速パルスパターンS2として選択される(例えば、図7(b)参照)。
【0034】
また、「省略VΦ」とは、1画面の最終走査線を含む連続した横画素群に対して省略すべき駆動パルスVΦをいい、「省略PΦ」とは、省略VΦとペアとなって省略すべき駆動パルスPΦをいう。従って、省略VΦ及びPΦにより、第2及び第3転送a2が省略され、その後、次画面の動作が開始されるようになっている。この省略VΦ及びPΦは、一致モードの内の横モード(縦横モードも含む)に対応した高速パルスパターンS2として選択される(例えば、図8(d)参照)。
【0035】
「部分PΦ」とは、Hレベルの期間を変更した駆動パルスPΦを与えることをいい、この部分PΦにより、1横画素群の画素毎の第3転送a3が途中の画素でストップされ、その後の駆動パルスVΦにより次の第2転送a1が開始されるようになっている。この部分PΦは、縦モード(縦横モードも含む)に対応した高速パルスパターンS2として選択される(例えば、図9参照)。
【0036】
以下、上記高速モード毎にその動作原理及び撮像時間を説明する。
【0037】
図7(a)及び(b)は、不一致モードの内の横モード1の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。この横モード1に対応した高速パルスパターンS2は、上記連続VΦ及び廃棄VΦを含むもので、そのタイミングが対象領域A1の横画素群L1…Lmの走査線数mで決定されるようになっている。例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図7(a)に示す横モード1から成る対象領域A1では、同図(b)に示す如く、最初の横画素群L1…L4だけの信号電荷を通常モードと同じパルスパターンで読取り、その後、非対象領域A2の横画素群L5…L8の信号電荷については、連続VΦ及びその後の廃棄VΦにより、水平転送路7に重ねた状態で最後に棄却用として読取らせるとよい。
【0038】
従って、上記モデルを一般化して、撮像面Ia内の走査線数m及び対象領域A1内の走査線数nを定義すると、この横モード1における1画面当たりの撮像時間Fnは理論上、次の算出式で求まる。
【0039】
【数2】
例えば上記モデルの1画面当たりの撮像時間Fnは、(2)式にm=8、n=4を代入すれば求まることになる。
【0040】
なお、撮像面Iaにおける入射光量が全体的に多くて、棄却用の信号電荷が水平転送路7内で飽和する事態が想定される場合は、廃棄VΦの回数を増やすように設定してもよい。
【0041】
図6に示す不一致モードの縦モード1は、その動作及び撮像時間が通常モードと同様となり、高速モードとしては動作しない。また、同図に示す不一致モードの縦横モード1については、その動作原理及び撮像時間が上記横モード1と殆ど同じである。
【0042】
図8(a)〜(d)は、一致モードの内の横モード2の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。この横モード2に対応した高速パルスパターンS2は、上記横モード1と比べると、上記連続VΦ及び廃棄PΦに加え、省略VΦ及び省略PΦを含む点が異なっている。
【0043】
例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図8(a)に示す横モード2から成る対象領域A1では、同図(b)に示す如く、最初(下側)の非対象領域A2aの横画素群L1及びL2を連続VΦ及び廃棄VΦによりまとめて棄却用に読取る。続いて、対象領域A1の横画素群L3…L6を通常パルスパターンで読取った後に、最後(上側)の非対象領域A2bの横画素群L7及びL8を省略VΦ及び省略VΦにより、同図(c)に示す如く、最初の非対象領域A2a内の位置でストップさせた状態で1画面の読取りを終了させる。つまり、次画面読取り時には、連続VΦ及び廃棄VΦにより、前画面の横画素群L7及びL8の信号電荷を次画面の横画素群L1及びL2の信号電荷に加算した状態でまとめて棄却用に読取ることができる。
【0044】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同じく走査線数m及びnを定義すると、この横モード2における1画面当たりの撮像時間Fnは理論上、次の算出式で求まる。
【0045】
【数3】
例えば上記モデルの1画面当たりの撮像時間Fnは、(3)式にm=8、n=4を代入すれば求まることになる。
【0046】
図9は、一致モードの内の縦モード2の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。この横モード2に対応した高速パルスパターンS2は、上記横モード1、2に共通の連続VΦ等の所要モードではなくて部分PΦだけを含んでおり、そのタイミングは対象領域A1の縦画素群数で決定される。
【0047】
例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図9に示す縦モード2から成る対象領域A1では、全ての横画素群を対象とする部分PΦにより、同図に示すタイミングで対象領域A1の縦画素群までの信号電荷を読取った後に、第3転送a3を止めて第2転送a2が実行される。これにより、最後(右側)の非対象領域Aa1の横画素群の信号電荷を、次の最初(左側)の非対象領域A2aの横画素群の信号電荷に重ねて棄却用として読取ることができる。
【0048】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同様の走査線数mに加え、撮像面Ia内の縦画素群数で定まる走査線長S、及び対象領域A1内の縦画素群数で定まる走査線の部分長Qを定義すると、この縦モード2における1画面当たりの撮像時間Fnは理論上、次の算出式で求まる。
【0049】
【数4】
例えば上記モデルの1画面当たりの撮像時間Fnは、(4)式にm=8、(S+Q)/(2・S)=2/3を代入すれば求まることになる。
【0050】
なお、一致モードの内の縦横モード2は、例えば図10に示すように、上記横モード2及び縦モード2の組み合わせにより任意に設定できる。
【0051】
ここで、実施例に戻り、駆動制御部7のCPU10の処理を中心にして、全体動作を図11に基づき説明する。ここでは、上記高速モードの内の一致モードが設定されているとする。
【0052】
まず、オペレータが入力デバイス14を操作して高速モードである対象領域の位置データが指示されたとする。この指示を受けて、CPU10は、図11に示す処理を実行する。まず、ステップS1にて指定対象領域A1を入力すると、ステップS2にてその対象領域A1が横方向、縦方向、又は縦横方向であるか否かを判断する。例えば、縦方向であると判断した場合、ステップS3aにてその縦方向の位置を入力し、ステップS4aにて縦モード2を決定する。また、横方向又は縦横方向の場合も、上記ステップS3a及びS4aと同様の処理により、横モード2又は縦横モード2を決定する。
【0053】
次いで、ステップS5にて上記決定された高速モードに応じた高速パルスパターンS2が決定され、カウンタC1…C3の夫々に個別に出力される。従って、カウンタC1…C3の夫々が高速パルスパターンS2に基づいた基準クロックの計数値をカウントすることにより、パルス発生器P1…P3の夫々から駆動パルスRΦ、VΦ、PΦがCCD1に出力される。
【0054】
以上により、本実施例では、CCDの撮像面に対象領域を設定し、その対象領域の位置情報に応じて信号電荷の各転送時期を制御して読取るように構成したため、従来の撮像速度よりも高速化を実現でき、これにより、スローモーション画像等の有効活用を図ることができる。また、一般のCCDに容易に適用できるので装置全体を安価に構築できる。さらに、高速モードとして一致モードを採用した場合、画像の中心とレンズの中心とを常に一致させることができるので、レンズ解像力の比較的優れた中心位置にスローモション映像を表示させることができ、オペレータの操作性が向上するようになる。
【0055】
なお、上記実施例では、横モード時に連続VΦ及び廃棄VΦにより、水平転送路に不要画素信号を加算させた状態で掃き捨てるように構成したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ドレイン等に掃き捨てる機能を備えたCCDを用いた場合には、水平転送路からドレイン等に掃き捨てるように適用してもよい。この場合、廃棄VΦ時の水平転送(第3転送)を省略でき、その省略分、より高速化を図ることができる。
【0056】
(第2実施例)
以下、本発明の第2実施例を図12〜図21に基づき説明する。この実施例は、上記第1実施例の高速モード用の構成を一部変更して実施したものである。ここで、上記第1実施例の同一又は同等の構成要素については、同一又は同等の符号を付してその説明を簡略又は省略する。
【0057】
図12に示すCCDを用いた撮像システムは、CCD1と光学系OPとの間に上記高速モード時に作動する、光透過体である遮光部14が配置されている。この遮光部14は、例えば少なくともCCD1の撮像面Iaと同じ大きさの開口を備えた開閉自在の遮光用のマスク15と、そのマスク15の略四角形状の開口状態を、撮像面Ia内の縦及び横方向に沿って開閉させるステップモータ等を含むマスク開閉機構16とを備えている。このマスク開閉機構16は、駆動制御部7からの高速モード用の各対象領域A1に関する位置データS4を入力して、マスク15の開閉状態を制御するようになっている。
【0058】
上記構成により、遮光部14は、対物光学系OPからの光をマスク15の開口を介してCCD1の撮像面Ia内における対象領域A1のみに入射させるようになっている。
【0059】
ここで、マスク15を使用した高速モード(以下、「マスク高速モード」と呼ぶ)の作動原理及び撮像時間を説明する。
【0060】
まず、マスク高速モードの対象とすべき撮像面Ia内の対象領域A1には、上記高速モードと同様の「一致モード」及び「不一致モード」の夫々における、「横モード」、「縦モード」、及び「縦横モード」があり、これに加え、「高速縦モード」(後述)が新たに設定されている(図13参照)。
【0061】
また、上記各マスク高速モードの夫々に対応した高速パルスパターンS3には、図13に示す如く、上記5つの所要パターンの内の「廃棄PΦ」が除かれている。この理由は、マスク14を使用した場合、光が遮蔽されて非対象領域A2に入射しないため、例えば回折光の影響等による暗電流発生事態も想定されるものの、実用上、非対象領域A2内の画素の信号電荷を0と仮定してよいからである。つまり、非対象領域A2の信号電荷を0とすると、この位置に対象領域A1の信号電荷を重ねるパターンを想定してもよいので、廃棄用として更に読取る必要がない。
【0062】
以下、上記マスク高速モード毎にその動作原理及び撮像時間を説明する。
【0063】
図14(a)及び(b)は、不一致モードの内のマスク横モード1の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。このマスク横モード1に対応した高速パルスパターンS3は、上記横モード2と比べると、連続VΦ及び廃棄VΦがなく省略VΦ及び省略PΦのみを含むもので、そのタイミングが対象領域A1の横画素群L1…Lmの走査線数mで決定されるようになっている。例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図14(a)に示す横モード1から成る対象領域A1では、同図(b)に示すタイミングで、最初の対象領域A1の横画素群L1…L4だけの信号電荷を通常モードと同じパルスパターンで読取り、続く非対象領域A2の横画素群L5…L8を省略VΦ及び省略VΦにより、対象領域A1内の位置にストップさせた状態で1画面の読取りを終了させる。横画素群L5…L8の信号電荷は0とみなせるので、この上に次画面における横画素群L1…L4の信号電荷を重ねても、実質的に殆ど影響がない。つまり、上記1画面読取り終了後に続けて次画面読取りを実行することができる。
【0064】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同じく対象領域A1内の走査線数nを定義すると1画面当たりの撮像時間Fnは理論上、次の算出式で求まる。
【0065】
【数5】
Fn=Rt+n×(Vt+Pt) ……(5a)
例えば上記モデルの1画面当たりの撮像時間Fnは、(2)式にn=4を代入すれば求まることになる。また、一般にRt<<n×(Vt+Pt)の関係となるので、このRtを0と仮定すると、このマスク横モード1の撮像時間Fnと通常モードの撮像時間Fmとの撮像時間比Rは次式となる。
【0066】
【数6】
【0067】
図15(a)及び(b)は、不一致モードの内のマスク縦モード1の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。このマスク縦モード1に対応した高速パルスパターンS3は、上記縦モード2と同様に部分PΦのみを含んでおり、そのタイミングは対象領域A1の縦画素群数で決定される。例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図15(a)に示す縦モード2から成る対象領域A1では、全ての横画素群を対象とする部分PΦにより、同図(b)に示すタイミングで、対象領域A1の縦画素群の信号電荷を読取った後に、第3転送a3を止めて第2転送a2が実行される。つまり、非対象領域A2の横画素群のOの信号電荷の上に、次の対象領域A1のの横画素群の信号電荷を重ねても実質的に殆ど影響がない。
【0068】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同じ走査線数m、走査線長S、及び部分長Qを定義すると、1画面当たりの撮像時間Fnは理論上、次の算出式で求まる。
【0069】
【数7】
例えば上記モデルの1画面当たりの撮像時間Fnは、(6a)式にm=8、(Q/S)=1/2を代入すれば求まることになる。ここで、一般にRt<<n×(Vt+Pt)、Vt<<Ptの関係となるので、このRt、PtをOとみなすと、このマスク縦モード1の撮像時間Fnと通常モードの撮像時間Fm((1)式参照)との撮像時間比Rは次式となる。
【0070】
【数8】
【0071】
図16(a)及ぶ(b)は、不一致モードの内のマスク縦横モード1の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。このマスク縦横モード1に対応した高速パルスパターンS3は、上記マスク横及び縦モード1の夫々のパターンを組み合わせたものある。例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図16(a)に示すマスク縦横モード2から成る対象領域A1では、同図(b)に示すタイミングで、対象領域A1の横画素群L1…L4を対象とする部分PΦと、非対象領域A2の一部である横画素群L5…L8を対象とする省略VΦ及びPΦとを設定すればよい。
【0072】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同じ走査線m、n、走査線長S、及び部分長Qを定義すると、このマスク縦横モード2の1画面当たりの撮像時間Fnは理論上、次の算出式で求まる。
【0073】
【数9】
例えば上記モデルの1画面当たりの撮像時間Fnは、(7a)式にn=8、(Q/S)=1/2を代入すれば求まることになる。ここで、一般にRt<<n×(Vt+Pt)、Vt<<Ptの関係となるので、このRt、Ptを0とみなすと、このマスク縦横モード1の撮像時間Fnと通常モードの撮像時間Fm((1)式参照)との撮像時間比Rは次式となる。
【0074】
【数10】
【0075】
図17(a)及び(b)は、一致モードの内のマスク横モード2の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。このマスク横モード2に対応した高速パルスパターンS3は、前述の横モード2と比べると、廃棄PΦを除外している点が異なる。例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図17(a)に示す横モード2から成る対象領域A1では、同図(b)に示すタイミングで、最初の非対象領域A2aの横画素群L1及びL2を連続VΦにより水平転送路に蓄積(信号電荷は0)させた状態で、対象領域A1の横画素群L3…L6を通常パルスパターンで読取る。続いて、上側の非対象領域A2bの横画素群L7及びL8を省略VΦ及び省略VΦにより、下側の非対象領域A2a内の位置でストップさせた状態で1画面の読取りを終了させる。つまり、次画面読取り時には連続VΦにより、前画面の横画素群L7及びL8を次画面の横画素群L1及びL2と共に、水平転送路に蓄積(信号電荷は0)させるだけでよい。
【0076】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同じく走査線数m及びnを定義すると1画面当たりの撮像時間Fnは理論上、次の算出式で求まる。
【0077】
【数11】
例えば上記モデルの1画面当たりの撮像時間Fnは、(3)式にm=8、n=4を代入すれば求まることになる。
【0078】
図18は、一致モードの内のマスク縦モード2の動作原理及びその撮像時間を説明するものである。このマスク縦モード2に対応した高速パルスパターンS3は部分PΦだけを含んでおり、そのタイミングは対象領域A1の縦画素群数で決定される。例えば、上記と同様のモデルで考えた場合、図18に示すマスク縦モード2から成る対象領域A1では、全ての横画素群を対象とする部分PΦにより、同図(b)に示すタイミングで対象領域A1の縦画素群までの信号電荷を読取った後に、第3転送a3を止めて第2転送a2が実行される。つまり、右側の非対象領域A2bの横画素群の信号電荷(殆ど0)を次の第3転送a3時に左側の非対象領域A2aの横画素群の信号電荷(殆ど0)と共に読取ればよい。
【0079】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同様の走査線数m、走査線長S、及び部分長Qを定義すると、1画面当たりの撮像時間Fnは理論上、次の算出式で求まる。
【0080】
【数12】
【0081】
図19は、一致モードの内のマスク高速縦モードの動作原理及びその撮像時間を説明するものである。このマスク高速縦モードは、上記マスク縦モード2の高速化を図るもので、対応する高速パルスパターンS3の部分PΦの動作期間を短縮させたものである。例えば、上記と同様のモデルを考えた場合、図19に示すマスク高速縦モードから対象領域A1では、全ての横画素群を対象とする部分PΦにより、同図に示すタイミングで、対象領域A1の横画素群の読取りの開始前又は開始途中で第2転送a2を実行させている。つまり、左側及び右側の夫々の非対象領域A2a及びA2bの信号電荷を0とみなせば、この非対象領域A2a及びA2bに対象領域A1の信号電荷を相互に重畳させても実質的に影響がないためである。
【0082】
従って、上記モデルを一般化して、上記と同様の走査線数m、走査線長S、及び部分長Qを定義すると、1画面当たりの撮像時間Fnは理論上、次の算出式で求まる。
【0083】
【数13】
【0084】
なお、図20に示す一致モードの内のマスク縦横モード2は、マスク横モード2とマスク縦モード2(高速縦モードも含む)とを任意に組み合わせて設定されるようになっている。また、縦横モードに関しては、例えば図21に示すように、上記第1実施例に係る横及び縦モード2と、本実施例に係るマスク横及び縦モード2(高速縦モードも含む)とを相互に組み合わせた複合縦横モード1、2を設定することも可能である。
【0085】
以上、本実施例では、上記第1実施例と同様の動作に加え、遮光部14のマスク15の開口形状が駆動制御部のCPU10からの位置データS4により任意に変更されるようになっている。その他の動作は上記マスク高速モードに沿って実行される。なお、遮光部14は、上記マスク及びマスク開閉機構の構成に限定されるものではなく、例えば光透過型の液晶ディスプレイを使って、対象領域A1に相当する開口形状を表示させ、その表示された開口のみに光を透過させる構造を採用してもよい。また、手動でマスクを開閉させる構成であってもよい。
【0086】
以上、第1及び第2実施例に係る高速モードの内の代表的なものについて、その撮像時間Fnの算出式に、撮像面Iaの約1/2を対象領域とする実際的な数値(Rt=1、Vt=1、Pt=500、m=500、n=250、S=500、Q=250)を代入して計算すると、以下の結果を得た。
【0087】
まず、第1実施例(マスクなし)に係る不一致モードの内の横モード1((2)式)、一致モードの内の横モード2((3)式)、及び縦モード2((4)式)の夫々の撮像時間は、Fn=126K(K=1、000)、126K、及び188Kであった。また、第2実施例に係る一致モードの内のマスク横モード2((8)式)、マスク縦モード2((9)式)、及びマスク縦高速モード((10)式)の夫々の撮像時間は、Fn=125K、188K、及び125Kであった。
【0088】
つまり、横モードの撮像時間については、いずれの高速モードに関しても殆ど大差がなく、また、縦モードの撮像時間については、マスク高速縦モードが最も高速であった。因みに、通常モード((1)式)の撮像時間はFm=250Kであった。従って、理論上、例えば撮像面Iaの約1/2を高速モードの対象領域A1とする場合は、通常モードと比べ、横モード及びマスク高速縦モードで1/2程、又縦モードで3/4程の撮像時間の短縮化、即ち高速化を実現できることが確認できた。
【0089】
なお、上記第1及び第2実施例に係る駆動制御部の構成は必ずしも上記に限定されるものではない。例えば、図22は駆動制御部の動作原理の基本概念の流れを説明するもので、同図に示す如く、ステップ100〜106の動作を実現できるものであればよい。すなわち、ステップ100、101、103(及び104)のカウンタに代表させる動作と、ステップ102に代表させるマイクロコンピュータ等の処理とを実現可能な回路構成であればよい。
【0090】
従って、駆動制御部はカウンタに対して外部からカウントすべき計数値をセットさせる構成でもよく、或いは上記高速モードの夫々に対応する複数のカウンタ回路を設けた構成であってもよい。要するに、駆動制御部は上記高速モードの動作原理に必要な駆動信号を生成できる回路であればよく、例えば上記第1及び第2実施例で使用したCPUを要部構成として使用しないで、フリップフロップ等を要部とするデジタル回路で構成することも可能である。
【0091】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1〜8に記載の発明に係るCCDを用いた撮像システムは、CCD撮像面内の一部に上記水平方向又は垂直方向の少なくとも一方に沿う仮想切分け線により区分けされた対象領域の上記撮像面における位置を示すデータであって当該対象領域の中心位置及び当該仮想区分け線の区分け方向を含む位置データに基づいて、上記対象領域に応じた上記垂直転送及び水平転送の夫々の動作時期を判断する時期判断手段と、この時期判断手段により上記夫々の動作時期になったと判断されている間、上記対象領域の撮像素子群の画素信号を上記一定間隔よりも短い撮像間隔で連続して読み取るように垂直転送及び水平転送を制御する画像読取り手段と、を備えたため、CCDの読み取り画素数を減らして1画面当たりの撮像時間を短縮し、撮像速度の高速化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1及び第2実施例に係るCCDを用いた撮像システムの全体構成を示す概略ブロック図。
【図2】CCDの撮像面の概略説明図。
【図3】駆動制御部の要部構成を示す概略ブロック図。
【図4】通常撮像時のCCDの動作原理を説明するモデルの概要図。
【図5】図4に示すモデルの各部の動作を示すタイミングチャート。
【図6】第1実施例の高速モードの種類とパルスパターンとの対応図。
【図7】不一致モードの内の横モードの動作原理を説明するモデルで、(a)は概要図、(b)は概略タイミングチャート。
【図8】一致モードの内の横モードの動作原理を説明するモデルで、(a)〜(c)は概要図、(d)は概略タイミングチャート。
【図9】一致モードの内の縦モードの動作原理を説明するモデルの概要図。
【図10】一致モードの内の縦横モードを説明するモデルの概要図。
【図11】駆動制御部のCPUの処理を示す概略フローチャート。
【図12】第2実施例に係るCCDを用いた撮像システムの要部構成を示す概略ブロック図。
【図13】第2実施例のマスク高速モードの種類とパルスパターンとの対応図。
【図14】不一致モードの内のマスク横モードの動作原理を説明するモデルで、(a)は概要図、(b)は概略タイミングチャート。
【図15】不一致モードの内のマスク縦モードの動作原理を説明するモデルで、(a)は概要図、(b)は概略タイミングチャート。
【図16】不一致モードの内のマスク縦横モードの動作原理を説明するモデルで、(a)は概要図、(b)は概略タイミングチャート。
【図17】一致モードの内のマスク横モードの動作原理を説明するモデルで、(a)は概要図、(b)は概略タイミングチャート。
【図18】一致モードの内のマスク縦モードの動作原理を説明するモデルで、(a)は概要図、(b)は概略タイミングチャート。
【図19】一致モードの内のマスク高速縦モードの動作原理を説明するモデルの概要図。
【図20】一致モードの内のマスク縦横モードを説明するモデルの概要図。
【図21】複合モードの組み合わせ対応図。
【図22】第1及び第2実施例の駆動制御部の動作原理の概念の流れを説明する概略フローチャート。
【符号の説明】
1 CCD
2 デバイス部
3 画像処理部
4 画像表示部
Ia 撮像面
5 撮像素子
6 垂直転送路
7 水平転送路
8 駆動制御部
10 CPU[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an imaging system using a CCD (solid-state imaging device), and more particularly to an imaging system using a CCD that realizes an increase in imaging speed required per screen.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an imaging system such as a video camera drives an area sensor such as a CCD or a MOS sensor, and sequentially obtains image data for each screen (frame) of a subject at regular intervals. The time-series change state of the image data can be observed as a video reproducing the movement of the subject.
[0003]
Using this imaging system, when a moving image captured at a speed exceeding a predetermined standard speed (for example, 30 screens / second in the “NTSC” system) is reproduced according to the standard speed, a slow motion video can be observed. That is, when an image captured at n times the standard speed is played back at the standard speed, the movement of the subject can be observed with a slowness of 1 / n times. This slow motion video is, for example, as one of image analysis means such as dynamic analysis in the field of sports (such as motion analysis of players and determination of victory or defeat), academic research field, or industrial production field. It is more effective.
[0004]
Therefore, in order to acquire the slow motion video, some imaging systems apply high-speed imaging means that images at a speed exceeding the standard speed. As this high-speed imaging means, a method of increasing the sensor response speed by generally increasing the clock frequency of the area sensor is well known. However, since there is a physical limitation due to the sensor reaction speed, as a method for achieving a higher speed than the limitation, means for reducing the number of read pixels per screen using a MOS sensor (for example, a special feature) Kaihei 5-167937 and JP-A-5-236364) have been proposed.
[0005]
For example, assuming that the predetermined standard of the area sensor is the number of pixels = 640 (horizontal) × 480 (vertical) (pieces) and the imaging speed = 30 (screen / second), the number of read pixels is ¼ times (320 × 240). In theory, the imaging speed can be increased to four times the predetermined standard (120 (screen / second)).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the proposed MOS type sensor is generally low in sensitivity, it cannot fully satisfy the demand from the field of image utilization that it is desired to observe slow motion video with a clearer image quality. It was.
[0007]
On the other hand, compared with the MOS type sensor, the CCD is generally popular and has an advantage of higher sensitivity. However, the pixel reading method of the CCD is different from the pixel reading method of the MOS type sensor that employs the so-called XY address type, and adopts a so-called interline type that sequentially reads out each pixel along the scanning line. In order to apply the means for reducing the number of read pixels to the CCD, it is necessary to fundamentally review the operation principle of the interline type, which is complicated and disadvantageous in terms of cost.
[0008]
The present invention has been made in consideration of the above-described problems of the prior art, and uses a CCD that can easily and relatively inexpensively increase the imaging speed per screen by taking advantage of the CCD. An object of the present invention is to provide an imaging system.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an imaging system using a CCD according to any one of
[0010]
[Action]
In the photographing system using the CCD according to the first to eighth aspects of the present invention, an object divided by a virtual dividing line along at least one of the horizontal direction and the vertical direction in a part of the imaging surface of the CCD. Based on the position data indicating the position of the area on the imaging surface (position data including at least the center position of the target area and the dividing direction based on the virtual dividing line), Depending on the target area The respective operation timings of the vertical transfer and the horizontal transfer of the elementary signals are determined. Then, while it is determined that it is the operation time, Image from the target area By controlling the vertical transfer and the horizontal transfer of the elementary signals so as to have a shorter imaging interval, the image data of one screen including the pixel signals of the imaging element group in the target area as a whole is captured on the entire imaging surface. Reading is continuously performed at an imaging interval shorter than a certain interval.
[0011]
【Example】
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The imaging system using the CCD shown in FIG. 1 includes an
[0012]
The
[0013]
Further, as shown in FIG. 2, the
[0014]
With the above configuration, the
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
As shown in FIG. 3, the generating
[0018]
The RΦ counter C1 constantly counts the reference clock number set according to the drive pulse pattern from the
[0019]
The VΦ counter C1 always counts the reference clock number set according to the drive pulse pattern from the
[0020]
The PΦ counter C3 always counts the reference clock number set according to the drive pulse pattern from the
[0021]
The
[0022]
Here, the operation principle of the high-speed imaging method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0023]
First, for comparison, a normal imaging method (hereinafter, this imaging mode is referred to as “normal mode”) is taken as an example, and the imaging time is considered.
[0024]
Here, the
[0025]
For example, considering the model of the imaging surface Ia composed of the horizontal pixel groups L1... L8 (scanning line number m = 8) shown in FIG. 4, the
[0026]
Therefore, by generalizing the above model and defining the required times Rt, Vt, and Pt of the number m of scanning lines and the first to third transfers a1 to a3, the imaging time Fm per screen in this normal mode is theoretically Above, it is shown by the following calculation formula.
[0027]
[Expression 1]
Fm = Rt + m × (Vt + Pt) (1)
For example, the imaging time Fm per screen of the above model can be obtained by substituting the number of scans m = 8 into the equation (2).
[0028]
Next, regarding the high-speed imaging method (hereinafter, this imaging mode is referred to as “high-speed mode”), the operation principle and imaging time Fn will be considered while comparing with the normal mode.
[0029]
First, the classification of the target area A1 in the imaging surface Ia that is the target of the high-speed mode will be described (hereinafter, the area other than the target area A1 is referred to as “non-target area A2”).
[0030]
The target area A1 is roughly divided into two depending on whether or not the center point thereof coincides with the center point (optical axis) of the imaging surface Ia (hereinafter, for convenience, those that do not coincide with the optical axis are referred to as “mismatch mode”, Those that coincide with the optical axis are called “coincidence modes”). Further, the target area A2 is a “horizontal mode” in which the horizontal direction is a dividing line due to a difference in the dividing direction of the virtual dividing line along the horizontal direction and the vertical direction of the imaging surface Ia in each of the mismatch mode and the mismatch mode. And a “vertical mode” in which the vertical direction is a dividing line, and a “vertical and horizontal mode” in which the horizontal and vertical directions are dividing lines.
[0031]
The information about each high-speed mode is stored in advance by the
[0032]
As shown in FIG. 6, the high-speed pulse pattern S2 is determined by changing a part of the normal pulse pattern S1 (drive pulses VΦ and PΦ) to a required pattern based on each mode. For example, the following five required patterns (“continuous VΦ”, “discard PΦ”, “omitted VΦ”, “abbreviated PΦ”, “partial PΦ”) are defined.
[0033]
First, “continuous VΦ” refers to the drive pulse VΦ that is continuously applied, and “discard PΦ” refers to the drive pulse PΦ that is applied after the continuous VΦ. Therefore, only the second transfer a2 of the horizontal pixel group is continuously executed by the continuous VΦ, and when the signal charge of the same vertical pixel group is accumulated in the
[0034]
Further, “omitted VΦ” means a drive pulse VΦ that should be omitted for a continuous horizontal pixel group including the last scanning line of one screen, and “omitted PΦ” is omitted as a pair with the omitted VΦ. This is the power drive pulse PΦ. Accordingly, the second and third transfers a2 are omitted by the omitted VΦ and PΦ, and the operation of the next screen is started thereafter. The omitted VΦ and PΦ are selected as the high-speed pulse pattern S2 corresponding to the horizontal mode (including the vertical and horizontal modes) in the coincidence mode (see, for example, FIG. 8D).
[0035]
“Partial PΦ” means that a drive pulse PΦ in which the period of the H level is changed is given. By this part PΦ, the third transfer a3 for each pixel of one horizontal pixel group is stopped at the intermediate pixel, and thereafter The next second transfer a1 is started by the drive pulse VΦ. This portion PΦ is selected as a high-speed pulse pattern S2 corresponding to the vertical mode (including the vertical and horizontal modes) (see, for example, FIG. 9).
[0036]
Hereinafter, the operation principle and imaging time will be described for each of the high-speed modes.
[0037]
FIGS. 7A and 7B illustrate the operating principle and imaging time of the
[0038]
Therefore, by generalizing the above model and defining the number of scanning lines m in the imaging plane Ia and the number of scanning lines n in the target area A1, the imaging time Fn per screen in the
[0039]
[Expression 2]
For example, the imaging time Fn per screen of the above model can be obtained by substituting m = 8 and n = 4 into the equation (2).
[0040]
When the incident light amount on the imaging surface Ia is large as a whole and the signal charge for rejection is saturated in the
[0041]
The
[0042]
FIGS. 8A to 8D illustrate the operation principle and the imaging time of the
[0043]
For example, when the model similar to the above is considered, in the target area A1 including the
[0044]
Therefore, when the above model is generalized and the number of scanning lines m and n is defined as described above, the imaging time Fn per screen in the
[0045]
[Equation 3]
For example, the imaging time Fn per screen of the above model can be obtained by substituting m = 8 and n = 4 into equation (3).
[0046]
FIG. 9 explains the operating principle of the
[0047]
For example, when the model similar to the above is considered, in the target area A1 including the
[0048]
Therefore, by generalizing the above model, in addition to the number m of scanning lines as described above, the scanning line length S determined by the number of vertical pixel groups in the imaging surface Ia and the scanning line determined by the number of vertical pixel groups in the target area A1. Is defined, the imaging time per screen Fn in the
[0049]
[Expression 4]
For example, the imaging time Fn per screen of the above model can be obtained by substituting m = 8 and (S + Q) / (2 · S) = 2/3 into the equation (4).
[0050]
Note that the vertical /
[0051]
Here, returning to the embodiment, the overall operation will be described based on FIG. 11 with a focus on the processing of the
[0052]
First, it is assumed that the operator operates the
[0053]
Next, in step S5, a high-speed pulse pattern S2 corresponding to the determined high-speed mode is determined and individually output to each of the counters C1 to C3. Therefore, each of the counters C1... C3 counts the count value of the reference clock based on the high-speed pulse pattern S2, so that the drive pulses RΦ, VΦ, and PΦ are output from the pulse generators P1.
[0054]
As described above, in this embodiment, the target area is set on the imaging surface of the CCD, and each transfer timing of the signal charge is controlled and read according to the position information of the target area. Speeding up can be realized, thereby enabling effective use of slow motion images and the like. Further, since it can be easily applied to a general CCD, the entire apparatus can be constructed at a low cost. Furthermore, when the coincidence mode is adopted as the high-speed mode, the center of the image and the center of the lens can always coincide with each other, so that a slow motion image can be displayed at a center position having a relatively excellent lens resolving power. The operability is improved.
[0055]
In the above-described embodiment, the horizontal pixel is swept away in the state where unnecessary pixel signals are added to the horizontal transfer path by the continuous VΦ and the discard VΦ in the horizontal mode, but the present invention is not necessarily limited thereto. . For example, when a CCD having a function of sweeping away to the drain or the like is used, it may be applied to sweep away from the horizontal transfer path to the drain or the like. In this case, the horizontal transfer (third transfer) at the time of discard VΦ can be omitted, and the speed can be further increased by the omission.
[0056]
(Second embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the configuration for the high speed mode of the first embodiment is partially changed. Here, the same or equivalent components in the first embodiment are given the same or equivalent reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.
[0057]
In the imaging system using the CCD shown in FIG. 12, a light-shielding
[0058]
With the above configuration, the
[0059]
Here, the operation principle and imaging time of the high-speed mode using the mask 15 (hereinafter referred to as “mask high-speed mode”) will be described.
[0060]
First, in the target area A1 in the imaging surface Ia to be the target of the mask high-speed mode, “horizontal mode”, “vertical mode”, “match mode” and “mismatch mode” similar to the high-speed mode, respectively, And “vertical / horizontal mode”, and in addition to this, “high-speed vertical mode” (described later) is newly set (see FIG. 13).
[0061]
Further, in the high-speed pulse pattern S3 corresponding to each of the mask high-speed modes, as shown in FIG. 13, “discard PΦ” among the five required patterns is excluded. This is because, when the
[0062]
Hereinafter, the operation principle and the imaging time will be described for each mask high-speed mode.
[0063]
FIGS. 14A and 14B illustrate the operation principle and imaging time of the
[0064]
Therefore, when the above model is generalized and the number n of scanning lines in the target area A1 is defined as described above, the imaging time Fn per screen is theoretically obtained by the following calculation formula.
[0065]
[Equation 5]
Fn = Rt + n × (Vt + Pt) (5a)
For example, the imaging time Fn per screen of the above model can be obtained by substituting n = 4 into the equation (2). In general, since the relationship of Rt << n × (Vt + Pt) is assumed, assuming that Rt is 0, the imaging time ratio R between the imaging time Fn in the
[0066]
[Formula 6]
[0067]
FIGS. 15A and 15B illustrate the operation principle and imaging time of the mask
[0068]
Therefore, when the above model is generalized and the same scanning line number m, scanning line length S, and partial length Q as above are defined, the imaging time Fn per screen is theoretically obtained by the following calculation formula.
[0069]
[Expression 7]
For example, the imaging time Fn per screen of the above model can be obtained by substituting m = 8 and (Q / S) = 1/2 into the equation (6a). Here, since the relationship of Rt << n × (Vt + Pt) and Vt << Pt is generally satisfied, assuming that Rt and Pt are O, the imaging time Fn in the mask
[0070]
[Equation 8]
[0071]
FIGS. 16A and 16B illustrate the operation principle and imaging time of the mask vertical /
[0072]
Therefore, by generalizing the above model and defining the same scanning lines m, n, scanning line length S, and partial length Q as described above, the imaging time Fn per screen in the mask vertical /
[0073]
[Equation 9]
For example, the imaging time Fn per screen of the above model can be obtained by substituting n = 8 and (Q / S) = 1/2 into the equation (7a). Here, since the relationship of Rt << n × (Vt + Pt) and Vt << Pt is generally satisfied, when Rt and Pt are regarded as 0, the imaging time Fn in the mask vertical /
[0074]
[Expression 10]
[0075]
FIGS. 17A and 17B illustrate the operation principle and imaging time of the mask
[0076]
Therefore, when the above model is generalized and the number of scanning lines m and n is defined in the same manner as described above, the imaging time Fn per screen is theoretically obtained by the following calculation formula.
[0077]
[Expression 11]
For example, the imaging time Fn per screen of the above model can be obtained by substituting m = 8 and n = 4 into equation (3).
[0078]
FIG. 18 explains the operation principle and the imaging time of the mask
[0079]
Therefore, if the number of scanning lines m, the scanning line length S, and the partial length Q are defined by generalizing the above model, the imaging time Fn per screen is theoretically obtained by the following calculation formula.
[0080]
[Expression 12]
[0081]
FIG. 19 explains the principle of operation of the mask high-speed vertical mode in the coincidence mode and the imaging time thereof. This mask high-speed vertical mode is intended to increase the speed of the mask
[0082]
Therefore, if the number of scanning lines m, the scanning line length S, and the partial length Q are defined by generalizing the above model, the imaging time Fn per screen is theoretically obtained by the following calculation formula.
[0083]
[Formula 13]
[0084]
Note that the mask vertical /
[0085]
As described above, in this embodiment, in addition to the same operation as the first embodiment, the opening shape of the
[0086]
As described above, with regard to representative ones of the high-speed modes according to the first and second embodiments, a practical numerical value (Rt) in which about 1/2 of the imaging surface Ia is the target area is calculated in the calculation formula of the imaging time Fn. = 1, Vt = 1, Pt = 500, m = 500, n = 250, S = 500, Q = 250), and the following results were obtained.
[0087]
First, the transverse mode 1 (equation (2)) in the mismatch mode according to the first embodiment (without mask), the transverse mode 2 (equation (3)) in the coincidence mode, and the longitudinal mode 2 ((4) The imaging time of each of the formulas was Fn = 126K (K = 1,000), 126K, and 188K. Further, in the coincidence mode according to the second embodiment, each of the imaging in the mask horizontal mode 2 (expression (8)), the mask vertical mode 2 (expression (9)), and the mask vertical high-speed mode (expression (10)). Times were Fn = 125K, 188K, and 125K.
[0088]
That is, there is almost no difference in the imaging time in the horizontal mode in any high-speed mode, and the imaging speed in the vertical mode is the highest in the mask high-speed vertical mode. Incidentally, the imaging time in the normal mode (equation (1)) was Fm = 250K. Therefore, theoretically, for example, when about 1/2 of the imaging surface Ia is set as the target area A1 in the high speed mode, compared with the normal mode, about 1/2 in the horizontal mode and the high-speed mask vertical mode, and 3 / in the vertical mode. It was confirmed that the imaging time can be shortened by about 4, that is, the speed can be increased.
[0089]
The configuration of the drive control unit according to the first and second embodiments is not necessarily limited to the above. For example, FIG. 22 illustrates the flow of the basic concept of the operation principle of the drive control unit, and any operation is possible as long as the operations of
[0090]
Therefore, the drive control unit may be configured to set a counter value to be counted from the outside to the counter, or may be configured to include a plurality of counter circuits corresponding to each of the high speed modes. In short, the drive control unit may be a circuit that can generate a drive signal necessary for the operation principle of the high-speed mode. For example, the CPU used in the first and second embodiments is not used as a main part configuration, and the flip-flop It is also possible to configure with a digital circuit whose main part is.
[0091]
【The invention's effect】
As described above, in the imaging system using the CCD according to the first to eighth aspects of the invention, a part of the CCD imaging surface is divided by the virtual dividing line along at least one of the horizontal direction and the vertical direction. Based on the position data including the center position of the target area and the partitioning direction of the virtual partition line. According to the target area The timing judging means for judging the respective operation timings of the vertical transfer and the horizontal transfer, and it is judged by the timing judging means that the respective operation timings have been reached. During the above target area The pixel signals of the image sensor groups are continuously read at an imaging interval shorter than the predetermined interval. So Since the image reading means for controlling the direct transfer and the horizontal transfer is provided, it is possible to reduce the number of pixels read by the CCD, to shorten the imaging time per screen, and to increase the imaging speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an overall configuration of an imaging system using a CCD according to first and second embodiments.
FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of an imaging surface of a CCD.
FIG. 3 is a schematic block diagram showing a main configuration of a drive control unit.
FIG. 4 is a schematic diagram of a model for explaining the operating principle of a CCD during normal imaging.
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of each part of the model shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a correspondence diagram between types of high-speed modes and pulse patterns in the first embodiment.
7A and 7B are models for explaining the operation principle of the transverse mode in the mismatch mode, where FIG. 7A is a schematic diagram, and FIG. 7B is a schematic timing chart.
FIG. 8 is a model for explaining the operation principle of the transverse mode in the coincidence mode, wherein (a) to (c) are schematic diagrams, and (d) is a schematic timing chart.
FIG. 9 is a schematic diagram of a model for explaining an operation principle of a longitudinal mode in a coincidence mode.
FIG. 10 is a schematic diagram of a model for explaining a vertical / horizontal mode in a coincidence mode.
FIG. 11 is a schematic flowchart showing processing of a CPU of a drive control unit.
FIG. 12 is a schematic block diagram showing a main configuration of an imaging system using a CCD according to a second embodiment.
FIG. 13 is a correspondence diagram between types of mask high-speed modes and pulse patterns according to the second embodiment.
14A and 14B are diagrams for explaining the operation principle of the mask transverse mode in the mismatch mode. FIG. 14A is a schematic diagram, and FIG. 14B is a schematic timing chart.
15A and 15B are models for explaining the operation principle of the mask longitudinal mode in the mismatch mode, where FIG. 15A is a schematic diagram, and FIG. 15B is a schematic timing chart.
16A and 16B are models for explaining the operation principle of the mask vertical / horizontal mode in the mismatch mode, where FIG. 16A is a schematic diagram, and FIG. 16B is a schematic timing chart;
FIGS. 17A and 17B are models for explaining the operation principle of the mask transverse mode in the coincidence mode, where FIG. 17A is a schematic diagram, and FIG. 17B is a schematic timing chart;
18A and 18B are diagrams for explaining the operation principle of the mask vertical mode in the coincidence mode, where FIG. 18A is a schematic diagram, and FIG. 18B is a schematic timing chart.
FIG. 19 is a schematic diagram of a model for explaining the operation principle of the mask high-speed vertical mode in the coincidence mode.
FIG. 20 is a schematic diagram of a model for explaining a mask vertical / horizontal mode in a coincidence mode.
FIG. 21 is a combination correspondence diagram of composite modes.
FIG. 22 is a schematic flowchart for explaining the flow of the concept of the operation principle of the drive control unit of the first and second embodiments.
[Explanation of symbols]
1 CCD
2 Device section
3 Image processing section
4 Image display section
Ia Imaging surface
5 Image sensor
6 Vertical transfer path
7 Horizontal transfer path
8 Drive controller
10 CPU
Claims (8)
上記撮像面内の一部に上記水平方向又は垂直方向の少なくとも一方に沿う仮想切分け線により区分けされた対象領域の上記撮像面における位置を示すデータであって当該対象領域の中心位置及び当該仮想区分け線の区分け方向を含む位置データに基づいて上記対象領域に応じた上記垂直転送及び水平転送の夫々の動作時期を判断する時期判断手段と、
この時期判断手段により上記夫々の動作時期になったと判断されている間、上記対象領域の撮像素子群の画素信号を上記一定間隔よりも短い撮像間隔で連続して読み取るように上記垂直転送及び水平転送を制御する画像読取り手段と、を備えたことを特徴とするCCDを用いた撮像システム。An interline type CCD is provided, and each pixel signal of a large number of image sensors arranged in a two-dimensional lattice along the horizontal and vertical directions in the imaging surface of the CCD is transferred to the horizontal transfer path via the vertical transfer path. By vertically transferring the pixel signals of the horizontal transfer path for each image sensor, the image data of one screen composed of the pixel signals of the many image sensors is continuously imaged at regular intervals. In an imaging system using a CCD,
Data indicating a position on the imaging plane of a target area divided by a virtual dividing line along at least one of the horizontal direction or the vertical direction in a part of the imaging plane, the center position of the target area and the virtual Timing determination means for determining the respective operation timings of the vertical transfer and the horizontal transfer according to the target area based on position data including the dividing direction of the dividing line;
While it is determined by the timing determination means that the respective operation timings have been reached, the vertical transfer and horizontal transfer are performed so that the pixel signals of the imaging element group in the target area are continuously read at an imaging interval shorter than the predetermined interval. An image reading system using a CCD, comprising: an image reading unit that controls transfer.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP30228094A JP3729522B2 (en) | 1994-12-06 | 1994-12-06 | Imaging system using CCD |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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| JPH08163417A JPH08163417A (en) | 1996-06-21 |
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ID=17907110
Family Applications (1)
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Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000106678A (en) | 1998-09-28 | 2000-04-11 | Victor Co Of Japan Ltd | Image pickup device |
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1994
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| JPH08163417A (en) | 1996-06-21 |
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