(57)【要約】【課題】インターレース走査方式の撮像素子を備えた撮像装置で撮像しても、二次元的に運動する物体の鮮明な画像を短時間で得ることができる画像処理方法を提供する。【解決手段】インターレース走査方式の撮像素子１３を備えた撮像装置１０によって撮像した画像を処理する画像処理方法であって、撮像装置１０から出力される偶数フィールドの画像信号を、該偶数フィールドの各水平ライン（２、４）を挟む奇数フィールドの上下の水平ライン（１、３）、（３、５）の各画像信号から生成し、該生成した各画像信号を偶数フィールドの画像信号として設定する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インターレース走査方式の撮像素子を備えた撮像手段によって撮像した画像を処理する画像処理方法であって、
上記撮像手段から出力される奇数フィールドの画像信号および偶数フィールドの画像信号のうち一方のフィールドの画像信号を、該一方のフィールドの各水平ラインを挟む他方のフィールドの上下の水平ラインの各画像信号から生成し、該生成した各画像信号を上記一方のフィールドの画像信号とすること、を特徴とする画像処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の画像処理方法において、上記各水平ラインを挟む他方のフィールドの上下の水平ラインの画素信号の平均値を演算して、該演算した各画像信号を上記一方のフィールドの各画素信号と置き換える画像処理方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の画像処理方法において、上記撮像手段は、１フィールド時間よりも短い高速電子シャッタ動作が可能であって、上記撮像手段から出力される奇数フィールドの画像信号および偶数フィールドの画像信号は、上記高速電子シャッタ速度で撮像した画像信号である画像処理方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の画像処理方法において、上記撮像手段から出力された一方のフィールドの画像信号と、上記生成した他方のフィールドの画像信号とから１フレーム分の画像信号を生成する画像処理方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の画像処理方法はさらに、上記他方のフィールドの画像信号を、該他方のフィールドの各水平ラインを挟む一方のフィールドの上下の水平ラインの各画像信号から生成し、該生成した各画像信号を上記他方のフィールドの画像信号とし、該他方のフィールドの画像信号と上記撮像手段から出力された一方のフィールドの画像信号とから１フレーム分の画像信号を生成する画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インターレース走査方式の撮像装置で撮像した画像ブレ、特に水平方向に運動する物体の画像ブレの軽減に適した画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品の電気特性を製造工程で検査し、個体毎に検査結果をデータベース化し、流通過程において管理するシステムが普及している。例えば、製造した半導体の出荷前検査において、半導体表面に付された製品識別番号を電子カメラで撮像し、撮像した画像信号に文字認識処理を施して文字データに変換し、半導体の試験結果と関連付けてサーバーのデータベースに蓄積し、管理するシステムが開発されている。
【０００３】
半導体素子のように小さなディバイスに付与する製品識別番号は小さく、不鮮明な場合が多い。かかる場合でも文字認識率を上げるために、不鮮明な画像信号から文字を認識する技術も種々開発されている（特許文献１、２）
【特許文献１】特開平８-２１２３０２号公報
【特許文献２】特開平９-２６９９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上下方向に運動している被写体をインターレース走査方式の撮像素子を使用した電子カメラで撮像する場合、通常の電子シャッタ速度（１／６０秒）で撮像すると画像が上下方向にぶれたとしても（図７（Ａ））、高速電子シャッタ速度で撮像すると、ぶれが小さくなり、鮮明な画像を得ることができる（図７（Ｂ））。しかしながら、インターレース走査方式の撮像素子は、１／６０秒毎に交互に奇数フィールドと偶数フィールドの画像信号を出力するので、奇数フィールド画像と偶数フィールド画像との間に１／６０秒の時間ずれを生じる。そのため、撮像素子に対して水平方向に運動する被写体の場合は（図８（Ｂ））、電子シャッタ速度を高速に（露光時間を短く）するだけでは、奇数、偶数フィールド間の画像ずれを防止することができず、鮮明な画像を得ることができなかった（図８（Ｂ））。
【０００５】
また、インターレース走査方式の撮像素子で撮像した画像信号を従来の画像処理方法によって処理する方法では処理手段への負担が大きく、処理時間がかかり過ぎてしまう問題があった。
【０００６】
本発明はかかる従来技術に基づいてなされたもので、インターレース走査方式の撮像素子を備えた撮像装置で撮像しても、二次元的に運動する物体の鮮明な画像を短時間で得ることができる画像処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記従来の問題を解決する本発明は、インターレース走査方式の撮像素子を備えた撮像手段によって撮像した画像を処理する画像処理方法であって、上記撮像手段から出力される奇数フィールドの画像信号および偶数フィールドの画像信号のうち一方のフィールドの画像信号を、該一方のフィールドの各水平ラインを挟む他方のフィールドの上下の水平ラインの各画像信号から生成し、該生成した各画像信号を上記一方のフィールドの画像信号とすることに特徴を有する。
【０００８】
より具体的には、上記各水平ラインを挟む他方のフィールドの上下の水平ラインの画素信号の平均値を演算して、該演算した各画像信号を上記一方のフィールドの各画素信号と置き換えて、一方のフィールドの画素信号を補完する。
【０００９】
電子カメラは、１フィールド時間よりも短い高速電子シャッタ動作が可能であることが好ましく、上記撮像手段から出力される奇数フィールドの画像信号および偶数フィールドの画像信号は、上記高速電子シャッタ速度で撮像した画像信号とする。
【００１０】
実際的には、上記電子カメラから出力された一方のフィールドの画像信号と、上記生成した他方のフィールドの画像信号とから１フレーム分の画像信号を生成する。上記１フレーム分の画像信号に加えてさらに、上記他方のフィールドの画像信号を、該他方のフィールドの各水平ラインを挟む一方のフィールドの上下の水平ラインの各画像信号から生成し、該生成した各画像信号を上記他方のフィールドの画像信号として、該他方のフィールドの画像信号と上記撮像手段から出力された一方のフィールドの画像信号とから１フレーム分の画像信号を生成してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
以上の通り本発明によれば、インターレース走査方式の撮像素子から得た奇数、偶数フィールドの画像信号のうち、一方のフィールドの画像信号を用いて他方のフィールドの画像信号を補完するので、被写体が撮像素子の水平方向に動いていても、奇数、偶数フィールド間で画像ずれのない鮮明なフレーム画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に、本発明の画像処理方法を適用した画像入力装置の実施形態を示した。この実施形態で使用される画像入力装置は、インターレース走査方式の撮像素子１３を搭載した撮像手段としての撮像装置（電子カメラ）１０である。撮影レンズ１１を透過した光束は、撮像素子１３の撮像面上に光学像を形成し、撮像素子１３の各画素（フォト・ダイオード）によって光電変換され、電荷が蓄積され、その後、画素毎に電圧に変換されて電気的なアナログの画素信号として出力される。つまり撮像素子１３からは、動画モードで動作している間は、１／６０秒ごとに、奇数フィールドの画像信号および偶数フィールドの画像信号が出力される。静止画撮影で動作した場合は、１奇数フィールドの画像信号および１偶数フィールドの画像信号が１／６０秒間隔で出力される。なお、撮像素子１３は、カメラ制御回路１７により制御される撮像素子駆動回路１５から出力されるクロックによって撮像動作する。
【００１３】
撮像素子１３から出力された奇数フィールド、偶数フィールドの画像信号は、カメラ信号処理回路１９において所定のアナログ信号補正等の処理が施され、画像処理回路２１に出力される。画像処理回路２１では、入力した画像信号を画素単位でＡ／Ｄ変換して画素データとし画像メモリに、この実施例では奇数フィールドの画素データは奇数フィールドメモリ２３にメモリし、偶数フィールドの画素データは偶数フィールドメモリ２５にメモリする。ここで各画素データは、各画素で受光した被写体の輝度データに相当する。
【００１４】
１フレーム分の画素データを奇数、偶数フィールドメモリ２３、２５にメモリすると画像処理回路２１は、一方のフィールドメモリ２３、２５から逐次画素データを読み出して、他方のフィールドの画素データを演算して求め、補完する。つまりこの実施例では、偶数フィールドの各画素データを、偶数フィールドの各水平ラインを挟む奇数フィールドの水平ラインの画素データを奇数フィールドメモリ２３から読み出して、読み出した２個の奇数フィールドの画素データを加算して平均値を演算し、演算結果をこれらの奇数フィールドの画素に挟まれた偶数フィールドの画素の画素データとして設定する。設定した偶数フィールドの画素データは、偶数フィールドメモリ２５の対応するアドレスに上書きしてもよく、図示しないフィールドメモリにメモリしてもよく、図示しないフレームメモリに奇数フィールドの画素データとともにメモリしてもよい。
【００１５】
撮像装置１０における以上の画像処理方法の基本構成について、図２を参照してより詳細に説明する。図２（Ａ）には、水平方向に振動する被写体３１を撮像した画像および画像の拡大図を示した。この図から、奇数フィールド（１、３、５）の画像と偶数フィールド（２、４）の画像が水平方向に約１画素分ずれていることが分かる。被写体３１の水平方向の移動速度が速くなると、さらにずれが大きくなる（図２（Ｂ））。
【００１６】
そこで本実施形態では、偶数フィールドの各水平ライン（２、４）の各画素データを、各水平ライン（２、４）を挟む奇数フィールドの２本の水平ライン（１、３）、（３、４）の対応する各画素データを加算して平均値を演算する。そうして演算画素データを、偶数フィールドの各水平ライン（２、４）の画素データとして設定する（図３（Ａ）、（Ｂ））。このように偶数フィールドの画素データを奇数フィールドの画素データから演算して補完することにより、奇数フィールドと偶数フィールドとで画像のずれが減少し、鮮明な画像が得られる（図３（Ｂ））。
【００１７】
撮像装置１０における画像処理方法の一般式を説明する。偶数フィールド（２ｎ）の画素データをＹ（２ｎ、ｉ）、該偶数フィールド（２ｎ）を挟む上段の奇数フィールド（２ｎ−１）の画素データをＹ（２ｎ−１、ｉ）、下段の奇数フィールド（２ｎ＋１）の画素データをＹ（２ｎ＋１、ｉ）とすると、
Ｙ（２ｎ、ｉ）＝（Ｙ（２ｎ−１、ｉ）＋Ｙ（２ｎ＋１、ｉ））／２
となる。ただし、ｎ、ｉは１以上の整数であって、ｎの最大値は垂直方向の有効画素数の１／２、ｉの最大値は水平方向（水平ライン）の有効画素数である。
【００１８】
以上の処理を、１水平ライン分の画素データについて順番に繰り返す。１水平ライン全ての画素データについて偶数フィールドの画素データを演算により求めたら、同様にして次の偶数フィールドの１水平ラインの画素データを演算により求める。以上の処理を、偶数フィールドの全ての水平ラインの画素データを求めるまで繰り返す。なお、全ての領域について演算する必要はなく、目的の被写体が含まれる領域、あるいは予め設定された領域内について演算する構成でもよい。
【００１９】
以上の処理によって、偶数フィールドの画素データが演算によって補完される。つまり、実際に撮像した奇数フィールドの実画像データと、補完した偶数フィールドの補完画像データを合成して、１フレーム（画面）分の画像データが得られる。
【００２０】
以上の処理により得た１フレーム分のデジタル画像信号は、所定のフォーマットの画像信号に変換して出力され、他の画像処理装置に入力され、ディスプレイに表示され、あるいはメモリに書き込まれる。ディスプレイに表示した画像の一例を、図４に示した。同図において（Ａ）は電子シャッタを通常速度（１／６０秒程度）で撮像した場合の画像表示、（Ｂ）は高速電子シャッタで撮像した場合の画像表示、そうして（Ｃ）は、高速電子シャッタで撮像した画像データに本発明の画像処理を施した場合の画像表示である。このように本実施形態の撮像装置によれば、偶数フィールドの各水平ラインの画素データが該水平ラインを挟む奇数フィールドの上下の水平ラインの画素データの平均値によって補完されているので、奇数、偶数フィールドの画像にずれが無く、特に左右の輪郭が鮮明な画像が得られる。
【００２１】
また、本実施形態の画像処理によって得られた画像データを文字認識に利用すれば、水平方向にも運動、振動する被写体からその被写体に付された識別番号を読み取ることが可能になる。
【００２２】
次に、この撮像装置１０を磁気ヘッドの電気特性試験に適用した使用例について、図５および図６を参照して説明する。この使用例は、磁気ヘッドの電気特性試験を電気特性測定装置で実施する際に磁気ヘッドのスライダに付された固有の製造番号を読み取るとともに（図５）、製造番号と測定結果とを関連付けしてサーバ（パーソナルコンピュータ、ワークステーションなどのコンピュータ）に送信し、サーバにおいてデータベース化して、在庫管理、販売等に利用するシステムに適用したものである（図６）。
【００２３】
この電気特性測定装置５０は、磁気ヘッド５１の着脱が可能なアーム５３、例えば７２００ｒｐｍで定速回転する磁気ディスク５５およびこれらを制御して製品特性測定をする制御装置５７を備え、制御装置５７がアーム５３を駆動して磁気ヘッド５１を磁気ディスク５５上に移動し、磁気ヘッド５１によって磁気ディスク５５に試験信号を書き込み、消去し、または読み取って磁気ヘッド５１の電気的特性を測定することができる（図５）。
【００２４】
撮像装置１０は、磁気ディスク５５外において、磁気ヘッド（スライダ）５１の先端面に付された製造番号を試験中に撮像できる位置、構図で固定される。構図は調整可能とすることが好ましい。試験中の磁気ヘッド５１は、磁気ディスク５５の微少な凹凸に追従して上下（垂直）方向に振動し、磁気ディスク５５のトラックの微少なぶれをトレースするために半径（水平）方向に振動している。このように垂直方向および水平方向に振動している磁気ヘッド５１（スライダ）を撮像すると、撮像した画像は垂直方向（上下方向）および水平方向（半径方向）にぶれる。そのため従来は、磁気ヘッド５１を治具の上に載置して静止した状態で電子カメラによって撮像し、製品番号を読み取ってから試験し、または試験してから読み取っていた。
【００２５】
本発明の撮像装置１０によれば、電子シャッタの高速化により垂直方向の画像ぶれを減少させ、偶数フィールドの画像データを画像処理によって補完し、水平方向の画像ぶれを減少させることができるので、試験動作中の磁気ヘッド５１を撮像して製品番号を読み取ることができる。水平振動する磁気ヘッド５１に付した数字の「２」を撮像した画像は、図４に示した通りである。図４（Ａ）は通常撮像によって得た画像、（Ｂ）は高速電子シャッタによる撮像によって得た画像、（Ｃ）は高速電子シャッタによる撮像によって得た画像に本発明の画像補完処理を施した画像である。
【００２６】
このように一方のフィールドの画素データを補完することにより得られた輪郭が鮮明な画像となる１フレーム分の画素データを制御装置５７またはパソコン等に出力する。そうして制御装置５７によって文字識別処理が施されて製品番号“ｘｘｘｘ”が読み取られる。さらに制御装置５７により製品特性測定した測定結果“ｄｄ、ｐｐ、ｒｒ、・・・”と製品番号“ｘｘｘｘ”とが結合されて、サーバー６０に送信される。サーバー６０においてデータベース化され、在庫管理、販売管理等に利用される。製品番号に使用される文字、符号は通常、英数字の組み合わせであるがその桁数等は製品毎に異なり、また英数字以外の文字、符号等が使用される場合もあるが、本発明はいずれの場合にも適用可能である。
【００２７】
なお、１回の撮像データでは文字認識処理ができなかった場合は、奇数フィールドの画素データを偶数フィールドの画素データによる補完演算処理によって求めてもよく、さらに複数回撮像、補完演算処理を実行して複数フレーム分の画像データを得て文字認識処理を実行してもよい。
【００２８】
このように本発明を適用した電気特性測定装置によれば、磁気ヘッド５１が垂直方向および水平方向に振動していても撮像装置１０によって鮮明な画像を得ることが可能になり、磁気ヘッド５１の試験中に磁気ヘッド５１の製品番号を撮像し、簡単に短時間で文字認識して読み取ることが可能なので、製品番号の撮像および読み取りを通常の測定時間内に実行することができる。しかも、撮像のために磁気ヘッド５１を載置して静止させる治具、工程も不要となる。
【００２９】
なお、補完処理が施された１フレーム分のデジタル画像信号は、所定のフォーマットの映像信号に変換して、ディスプレイに表示することができる。そうして、スイッチＳＷが操作されたときに、１フレーム分の画素データをパーソナルコンピュータ等に出力する構成とする。あるいは、通常は動画モードで撮像動作させて動画像をディスプレイに表示し、スイッチＳＷが操作されたとき、あるいはパソコンから指示を受けたときに静止画撮像して、前述のフィールド補完処理を実行して補完処理が施された１フレーム分のデジタル画像信号をパソコン（制御装置５７）に出力してもよい。
【００３０】
実施形態では奇数フィールドの画素データを使用して偶数フィールドの画素データを補完生成したが、逆に偶数フィールドの画素データを使用して奇数フィールドの画素データを画像補完処理によって生成してもよく、これの両方の処理を実行して２フレーム分の画像データを生成してもよい。また、図示実施形態では奇数フィールドメモリおよび偶数フィールドメモリを設けてそれぞれに画素データをメモリしたが、一方のフィールドの画素データだけをメモリする構成でもよい。
【００３１】
以上の実施形態では、撮像装置１０の画像処理回路２１において一方のフィールドの画像データを画像処理方法によって補完する構成としたが、本発明の画像処理は、撮像装置１０とは別個のパソコン等によって実行する構成としてもよい。このように別個の装置によって画像処理する構成によれば、撮像装置として、最も一般的なインターレース走査方式のＣＣＴＶカメラ等をそのまま使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の画像処理方法を適用した撮像装置の実施形態の要部をブロックで示した図である。
【図２】被写体が横揺れしていた場合の画像と画素との関係を説明する図であって、（Ａ）は横揺れが小さい場合を、（Ｂ）は横揺れが大きい場合を示した図である。
【図３】本発明の画像処理方法を適用した場合の画像と画素との関係を説明する図であって、（Ａ）は奇数フィールドのみの画像を示した図、（Ｂ）は偶数フィールドの画像を補完した後の関係を示した図である。
【図４】本発明を適用した撮像装置で撮像した画像を示した図であって、（Ａ）は通常撮像した場合の画像を示す図、（Ｂ）は高速電子シャッタ撮像した場合の画像を示す図、（Ｃ）は高速電子シャッタ撮像し、かつ本発明の画像処理方法を適用した画像を示す図である。
【図５】本発明の画像処理方法を搭載した撮像装置を磁気ヘッドの試験装置に適用した実施形態を示す図である。
【図６】同磁気ヘッドの試験装置によって得た試験結果を管理する製品管理システムの概要を示す図である。
【図７】被写体が上下に運動している場合を説明する図であって、（Ａ）は被写体が上下に運動している様子を示す図、（Ｂ）は同被写体を高速電子シャッタで撮像した画像を示す図である。
【図８】被写体が左右に運動している場合を説明する図であって、（Ａ）は被写体が左右に運動している様子を示す図、（Ｂ）は同被写体を高速電子シャッタで撮像した画像を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  撮像装置
１３  撮像素子
１５  撮像素子駆動回路
１７  カメラ制御回路
１９  カメラ信号処理回路
２１  画像処理回路
２３  奇数フィールドメモリ
２５  偶数フィールドメモリ
５０  電気特性測定装置
５１  磁気ヘッド
５５  磁気ディスク
５７  制御装置
６０  サーバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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