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発明の名称 テレビジョン信号処理装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−50772
公開日 平成7年(1995)2月21日
出願番号 特願平6−38230
出願日 昭和60年(1985)2月27日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 佐々木 清志
要約 目的
カメラブレの生じたTVカメラで撮像を行った場合でも、その影響を除去した映像信号を得る。

構成
走査線数N、フレーム周期TF、水平走査周期THの第1のテレビジョン走査系による信号を得るために、走査線数KV・N、フレーム周期TF、水平走査周期TH/KVとし、水平方向にKH倍、垂直方向にKV倍に走査範囲を拡大した第2の走査系によって動作する撮像手段4と、この撮像手段の出力をA/D変換する手段と、このA/D変換手段によりディジタル化された撮像手段の出力を複数画面分記憶する画面メモリ5と、画面メモリ5の内容と撮像中の画面を比較して画面全体の動きを検出する動き検出手段7とを備え、画面メモリ5の内容の一部を読み出す際に、動き検出手段7の出力に応じて読み出す場所を制御する。
特許請求の範囲
【請求項1】第1のテレビジョン方式の走査範囲に対し、垂直方向につきKV倍(KV>1)の走査線数にわたりまた水平方向につきKH倍(KH>1)に相当する、第2のテレビジョン走査系に相当する走査範囲を撮像する撮像手段と、上記撮像手段の出力である画面の全範囲の情報を記憶するメモリ手段と、時間的に連続する画面間での画面全体にわたる画像の動きを画面全体の映像信号より検出する動き検出手段と、上記画面メモリの内容のうち垂直方向につき1/KV倍の走査線分、水平方向につき1/KH倍に相当する標第1のテレビジョン方式に相当する範囲の読み出し位置から画面の情報を読みだす手段と、上記読み出し位置を移動させる制御手段を具備し、上記制御手段が上記動き検出手段の出力に応じてその検出された動きを相殺するように読み出し位置を移動させることにより上記撮像手段のブレによる画像の振動を除去することを特徴とするテレビジョン信号処理装置。
【請求項2】1.2<KV<1.6.1.2<KH<1.6なることを特徴とする請求項1記載のテレビジョン信号処理装置。
【請求項3】画面メモリがフレームメモリであることを特徴とする請求項1記載のテレビジョン信号処理装置。
【請求項4】画面メモリがフィールドメモリであることを特徴とする請求項1記載のテレビジョン信号処理装置。
【請求項5】撮像手段が撮像管を含むことを特徴とする請求項1記載のテレビジョン信号処理装置。
【請求項6】撮像手段が固体撮像板を含むことを特徴とする請求項1記載のテレビジョン信号処理装置。
【請求項7】第1の走査手段がNTSCまたはPALまたはSECAM方式に準ずることを特徴とする請求項1記載のテレビジョン信号処理装置。
【請求項8】読み出した信号を時間軸伸張する手段を具備することを特徴とする請求項1記載のテレビジョン信号処理装置。
【請求項9】制御手段の動作を制限する手段を設けることを特徴とする請求項1記載のテレビジョン信号処理装置。
【請求項10】制御手段の動作を停止する手段を設けることを特徴とする請求項1記載のテレビジョン信号処理装置。
【請求項11】時間的に連続する2画面の間で複数の小ブロックの情報を用いて動きベクトルを検出することを特徴とする請求項1記載のテレビジョン信号処理装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はテレビジョンカメラ(以下TVカメラと称する。)によって撮像された映像信号を処理する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、放送用あるいは家庭用VTR等の入力用としてTVカメラが実用に供されている。TVカメラにおいては撮像管または撮像板によって被写体の光学像を光電変換し、その出力をマトリクス回路を通して輝度信号、色信号を得、これらの信号をNTSC,PALなどの複合映像信号に変換し外部に送出する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このTVカメラは、放送用の場合にはカメラマン、家庭用の場合には一般の消費者によって操作される。TVカメラを三脚等によって固定させて操作する場合にはあまり問題はないが、TVカメラの取扱いに習熟していない一般の消費者が手持ち撮像によってカメラを静止させて撮像しようとする場合、「手ブレ」が生じ、この時のTVカメラの出力信号をモニターTVに映出して見ると、映像が上下左右に振動し非常に見苦しい映像となる。
【0004】また専門家が操作する放送用に供する信号の場合でも、マラソン中継などの場合、中継車に搭載したTVカメラによって走者を撮像すると、自動車の走行時の振動がTVカメラに伝わり映像に大きな上下動が生じ見苦しい映像となってしまう。
【0005】また、取材用の可搬型VTR(ENG)などにおいても、カメラマンが走りながら撮像することは同様なカメラブレの問題があり実用上不可能であった。
【0006】本発明はこのような問題を解決し、カメラブレの生じたTVカメラで撮像を行った場合でもその影響が画像に生じないような信号処理を行なう映像信号処理装置を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、走査線数N、フレーム周期TF、水平走査周期THなる第1のテレビジョン走査系による信号を得るために、走査線数KV・N、フレーム周期TF、水平走査周期TH/KV、とし水平方向にKH倍、垂直方向にKV倍に走査範囲を拡大した第2の走査系によって動作する撮像手段と、この撮像手段の出力をA/D変換する手段と、このA/D変換手段によってディジタル化された撮像手段の出力を複数画面分記憶する画面メモリと、画面メモリの内容と、撮像中の画面を比較することにより画面全体の動きを検出する動き検出手段とからなり、画面メモリの内容の一部を読み出す際に、動き検出手段の出力によって、読み出す場所を制御するものである。
【0008】
【作用】本発明によれば上記構成によって、画像にとって有害な運動を与えられている撮像手段によって撮像された場合も、上記運動の影響を除いた画像として得ることができる。すなわち、撮像手段は第2のテレビジョン走査されている。これは、最終の出力として得るべき第1のテレビジョン走査系に比べて、垂直方向にKV倍、水平方向にKH倍の広い範囲を走査している。
【0009】第2の走査系すなわち広範囲の走査による画像はA/D変換され、画面メモリに記憶される。この画面メモリは複数の画面を記憶できる。撮像中に撮像手段が移動すれば撮像中の画像は、画面メモリに記憶されている画像に対して移動する。この動きは動き検出手段によって検出される。第1のテレビジョン走査系は、第2のテレビジョン走査系の画面の一部を走査することになるが、画面メモリから読み出す際に、この読み出し範囲を動き検出手段の検出した動きに従って移動させれば、第2のテレビジョン走査系の中で動いていた画像が、第1のテレビジョン走査系の中では静止しているごとく見える。
【0010】したがって、第1のテレビジョン走査系をNTSC、PALなどの標準方式として本発明になるテレビジョン信号処理方式を適用すれば、有害な運動を与えられているテレビカメラで被写体を撮像しても、あたかも静止したNTSC又はPAL方式のテレビジョンカメラで撮像したかのような画像を得ることができる。
【0011】
【実施例】具体的な実施例を説明する前に、図2によって動作原理の概略を説明する。撮像素子としては撮像管を用いた場合を考える。図2において、1は撮像管のターゲットを示す。2で示す範囲が通常のテレビジョン信号を送出する際に必要な走査範囲である。したがって、通常のNTSC方式のテレビカメラではこの範囲を、水平走査周波数15.734KHZ、垂直走査周波数59.9HZ、走査線525本(正確には帰線期間を除く)で走査している。
【0012】これに対し、本発明はターゲット1上に3で示す範囲を走査し、信号処理の後、2で示す範囲を送出しようとするものである。さらに範囲3の中で範囲2の位置は2’のように自由に移動できるものとする。この移動方向および移動量は撮像中のカメラの振動等によって生ずる範囲3中での不要な画像の動きに追随するように決められる。これにより、画像が範囲3の中で移動しても範囲2の中では一定の位置にあるものとして送出画像が得られる。
【0013】図1に本発明の実施例を示す。4は撮像管、5は3枚の画面を蓄えることのできるフレームメモリ、6は同期信号発生回路、7は動き検出回路である。撮像管4は同期信号発生回路6によって発生させられる同期信号Sy2(第2の走査系)によって動作しており、走査範囲3を走査している。この撮像出力はフレームメモリ5がアナログメモリの場合はそのまま、ディジタルメモリの場合にはディジタル化され、フレームメモリ5に書き込まれる。この時のフレームメモリの動作タイミングをモードIIと呼ぶ。図3にフレームメモリの動作タイミング説明図を示す。この図でM〜M+3はフレーム番号を示す。第Mフレームを撮像するとき同時にこのフレームをフレームメモリ5に書込む。フレームメモリ5からは書込みと同時に読み出しを行なうがこれは、撮像管4で撮像している位置と丁度同じ位置の1フレーム前の信号を同じモードIIのタイミングで読み出す。フレームメモリに書込んでいる信号すなわちMフレームの信号とフレームメモリから読み出された信号すなわち(M−1)フレームの信号は動き検出回路7に入力され、これらのフレームの間の動きベクトルが求められる。動き検出回路は、画面の小部分の容量に相当するバッファメモリを持ち、上記2フレーム中の小ブロック同志で片方のフレームのブロックの位置を相対的に移動させ相関の最も大きくなる位置と方向を求めることで上記動きベクトルを検出する。このような小ブロックについて、1フレーム中でいくつかの位置で動きベクトルを計算し、多数決論理によって画面全体の動きを検出すればよい。
【0014】以上のようにして撮像フレームNo.(M)のタイミングではフレームMがフレーム(M−1)に比べて、「どの方向にどれだけの距離動いたか」が求められる。この結果にしたがって撮像フレームNo.(M+2)のタイミングでフレームMの信号を図2の走査範囲2だけを読み出す。この時のフレームメモリの動作タイミングをモードIと呼ぶ。これは同期信号Sy1(第1の走査系)によって動作する。
【0015】以下に、フレームメモリの動作タイミング、モードI,IIについて説明する。以下、最終の出力信号としてNTSC信号を得る場合のモードI,IIの諸元を(表1)に示す。
【0016】
【表1】

【0017】ここで、KV、KHが大きいほど隣接する2フレーム間の大きい動きを補償できることは明らかである。
【0018】しかしKV、KHを大きくするとそれに応じて、a、映像信号の最高周波数が高くなる。
b、映像管のターゲット面積を大きくしなければならない。
c、ターゲットの大きさをかえなければ解像度が悪くなる。
等の問題もより大きくなる。
【0019】aについては、走査系1における最高周波数をfmax1とすれば、走査系2における最高周波数はfmax2=KV×KH×fmax1となる。またターゲットの面積もKV×KH倍となるため、実用的にK=KV=KH=1.2〜1.6程度が適当と考えられる。
【0020】以下K=1.5としたときのフレームメモリのモードによる動作のちがいを説明する。
【0021】図4(a)は垂直方向の動作タイミングを示している。モードIで示すタイミングの中の斜線部が、モードIにおける走査範囲2に相当することを示している。この部分がモードIIで読み出され時間軸伸長されている。更に、モードIの斜線部はMフレームから(M+2)フレームの間に走査範囲3の下限から上限へと移動していることが示されている。
【0022】図4(b)は水平方向の動作タイミングを示している。SyNCは水平同期信号期間である。図には示されていないが、この場合の書き込みと読み出しは(a)からもわかるように、2フレームの時間差がある。この図ではモードIIのN番目の走査線がモードIの(N−D)番目の走査線に相当することを示している。これは、走査範囲2の最初の走査線が走査範囲3の(D+1)番目の走査線から始まった場合の例である。
【0023】このように第2の走査系による撮像画面にくらべ垂直水平方向とも狭い範囲でフレームメモリを読み出すため第1の走査系による正常な画像を得るためには上記のような時間軸伸長処理を行なう必要がある。
【0024】以上の説明から明らかなように本発明によればカメラの不要な動きに追随してフレームメモリの読み出し位置をかえることによりあたかも静止したカメラから撮像したような画像を得ることができる。これに対しカメラを意図的に移動させた場合、すなわち、パン、チルトなどのカメラ操作を行っているときに、本発明の信号処理を動作させては不都合が起こる。このような事態を防止するためにはカメラにパン、チルト、静止などの区別ができるマニュアルスイッチを設け、ある動作をするときは該当するスイッチを投入することにより、パン時には上下動のみ、チルト時には左右動のみ、静止時には上下左右動の補償を行うような制御信号を与えればよい。また、ズーミングなどの複雑なカメラ操作の時には本信号処理は動作しないようにするスイッチも設ける必要がある。
【0025】さらに放送用などの複雑なカメラ操作が行われる場合に完全に対応しようとすれば、走査範囲3に対応する画面を本信号処理用に設計したVTRに一旦記録し、その再生信号に対して本信号処理を行った後、標準方式のVTRに編集再記録することが考えられる。このような過程を設けることの利点は、動き検出回路によって検出された動きの精度が良くない場合、編集者の指示により正しい動きを与えることができ、複雑なカメラワークにも十分に対応できることである。
【0026】また以上の説明はすべてフレーム間の動きを問題としたが、より激しい動きに対応するためには、フィールド間において同様の処理を行うことが考えられる。
【0027】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、一般消費者の手持ち撮像によって得られた画像、あるいは振動のはげしい自動車などに搭載したTVカメラによって撮像された場合などのように本来のカメラワークとは無関係なブレを含む画像から不要なブレを取り去って正常な画像に直すことができる。
【0028】この結果、上記のような場合従来にくらべて格段にすぐれた映像が得られるだけでなく、TVカメラを持って走行しながら撮像するなどの実用上従来不可能であったカメラ取材も可能となる。




 

 


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