(57)【要約】【課題】ラインセンサカメラ装置は、これによる一次元の映像信号だけでは、画像モニタにリアルタイムで表示した被写体画像を見ながら、撮像する画角及びレンズに係るフォーカスなどの設定または調整ができない。【解決手段】ＣＭＯＳエリアセンサである白黒またはカラーの一つの固体撮像素子を用い、その映像信号を画像モニタに画像表示して撮像する画角などを設定または調整できる通常のエリアセンサの動作と、１列または連続した２ないし４列の任意に設定した画素列のみの走査作用により画素の信号電荷を読出して一次元の映像信号を生成するラインセンサの動作とを切換制御して撮像する。【選択図】  図１
2005018723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズとレンズによる被写体の光学像がその画素面に結像するＣＭＯＳエリアセンサである固体撮像素子とその撮像の動作及び走査作用に係りエリアセンサの動作と１列または連続する２ないし４列の任意に設定した画素列のみの走査作用により画素の信号を読出すラインセンサの動作とを切換制御する制御回路と前記撮像して読出した画素の信号を入力する映像回路とを具備した撮像部を備え、信号処理部を備えたカメラ装置であって、
映像回路は画像モニタに接続して撮像画像を表示する前記エリアセンサの動作による映像信号及び前記ラインセンサの動作に基づく画素データを出力し、
信号処理部は前記画素データを入力して生成した連続した一次元の映像信号を記録する記憶手段及びこれを読出して表示信号を生成する読出し手段を有し、
前記表示信号は画像表示部に接続して前記設定した画素列と前記光学像との相対的動きに基づき被写体の一次元の撮像部分が時系列の二次元状に展開した画像を表示することを特徴とするラインセンサカメラ装置。
【請求項２】
前記固体撮像素子はその画素上にモザイク状の色フィルタが配設された単板式カラーカメラ用であって、前記表示信号は前記任意に設定した画素列に基づくそれぞれ一つの画素に隣接する画素の画素データから抽出または補間処理により生成された一次元のカラーの映像信号により生成されることを特徴とする請求項１に記載のラインセンサカメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】一つのＣＭＯＳ固体撮像素子を、エリアセンサの動作とラインセンサの動作とに切換え動作させてビューファインダの画像表示ができるラインセンサカメラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】白黒またはカラーの固体撮像素子によるラインセンサカメラは、レンズによる被写体の光学像のスリット状部分が結像した、１列状の画素列を繰返し連続走査して撮像する。ここで、固体撮像素子の各画素の信号の読出しは、テレビジョンの走査に準じ走査作用として記載する。
このように撮像した一次元である映像信号を順次記録し、これを読出し制御して、被写体の動きまたはカメラ自体の移動等の動きに基づき、被写体のスリット状部分の画像が時系列の二次元状に展開した画像を表示するなどに用いる。
これは、走行する車両等にラインセンサカメラを搭載して路面等の横断方向をスリット状に順次連続撮像し、継ぎ目の無い縦断方向の長大画像の映像信号を生成して記録し、その必要部分を順次表示して検査などに利用する。
また、陸上その他競技等のゴールライン位置をスリット状に撮像し、競技者のゴールラインにおけるスリット状撮像部分が、その動きに基づき時系列の二次元状に展開した画像を表示して着順の判定に利用する。
【０００３】
ところで、前述のような撮像において、撮像する画角、及びレンズに係るフォーカス、ズーム、アイリス等の設定／調整を必要とするが、この撮像による一次元のスリット状の画像だけでは、この画角等の設定／調整ができない。
また、レンズによる光学像を光学系で分岐して観察する光学式ファインダは、複雑でありまた高価であって、さらにその使用は不便でもあった。そこで本出願人は、ＣＣＤエリアセンサである固体撮像素子を用いたラインセンサカメラ装置に係る先願（特願２００２−３４４６５５号）を提案した。
これは、ＣＣＤ固体撮像素子に係るエリアセンサ制御手段と、一または複数の特定の走査ラインのみを走査して一次元のラインセンサの動作で撮像するラインセンサ制御手段とを有し、これらの手段を切換制御して撮像するものである。
これにより、ラインセンサカメラでありながら二次元の撮像画像も表示でき、画角等の設定／調整が可能となる。このＣＣＤ固体撮像素子の動作は、画素の信号電荷の転送による走査作用を特別な制御により、撮像面の最下部または中央部等の前記特定の走査ラインのみの画素の信号電荷を読み出すことによる。
【０００４】
従来は、ノイズ等の欠点のために、ＣＭＯＳよりもＣＣＤの固体撮像素子が主に用いられてきた。しかし、最近では上記欠点の改善等によりＣＭＯＳ固体撮像素子も実用されるようになってきた。
ところで、ＣＭＯＳ固体撮像素子からの各画素の信号の読出しは、垂直及び水平走査回路のスイッチング機能により、テレビジョンの走査に基づく時間軸に沿って順にスイッチングされて出力される。従って、このスイッチング動作の制御により読出す画素のアドレスやその順序を任意に変えることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＣＣＤ固体撮像素子からの画素の信号電荷の読出しは、垂直及び水平転送ＣＣＤによる転送順序と転送方向は固定であって、基本的には読み出す走査ライン及びその順序は変えられない。
従って、前記先願は、ラインセンサ用の走査ラインが撮像面の中央部等の場合にはフレームシフトパルス、転送ゲートパルス及びクロックパルス等を高速化したり、複雑な転送制御による垂直走査作用のための余分な処理時間を要した。
また、ラインセンサとしての走査ラインが最下部の場合には、ビューファインダの画像に対しラインセンサとしての撮像位置は最端にあって、ビューファインダとして不都合な場合が多かった。
【０００６】
本発明は、このような背景になされ、白黒または単板式カラーカメラ用のＣＭＯＳエリアセンサである一つの撮像素子を用い、通常のエリアセンサの動作と１または連続した２ないし複数ラインの任意に設定した画素ラインによる一次元のラインセンサの動作とを切換えて撮影する。
これにより、ラインセンサカメラでありながら、エリアセンサの動作に切換えて撮像したリアルタイムの画像により、撮像する画角及びレンズに係るフォーカス等の設定／調整をした後に、一次元の撮像をすることができる小型・ローコストで利便性の高いラインセンサカメラ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記に鑑み鋭意研究の結果、次の手段によりこの問題を解決した。
（１）本発明は、レンズとレンズによる被写体の光学像がその画素面に結像するＣＭＯＳエリアセンサである固体撮像素子とその撮像の動作及び走査作用に係りエリアセンサの動作と１列または連続する２ないし４列の任意に設定した画素列のみの走査作用により画素の信号を読出すラインセンサの動作とを切換制御する制御回路と前記撮像して読出した画素の信号を入力する映像回路とを具備した撮像部を備え、信号処理部を備えたカメラ装置であって、映像回路は画像モニタに接続して撮像画像を表示する前記エリアセンサの動作による映像信号及び前記ラインセンサの動作に基づく画素データを出力し、信号処理部は前記画素データを入力して生成した連続した一次元の映像信号を記録する記憶手段及びこれを読出して表示信号を生成する読出し手段を有し、前記表示信号は画像表示部に接続して前記設定した画素列と前記光学像との相対的動きに基づき被写体の一次元の撮像部分が時系列の二次元状に展開した画像を表示することを特徴とするラインセンサカメラ装置である。
【０００８】
（２）また、前記固体撮像素子はその画素上にモザイク状の色フィルタが配設された単板式カラーカメラ用であって、前記表示信号は前記任意に設定した画素列に基づくそれぞれ一つの画素に隣接する画素の画素データから抽出または補間処理により生成された一次元のカラーの映像信号により生成されることを特徴とする請求項１に記載のラインセンサカメラ装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図を参照して説明する。
図１は本発明実施例のラインセンサカメラ装置の要部構成図、
図２は固体撮像素子の動作を説明する模式図、
図３は固体撮像素子の画素配列を説明する図、である。
図において、１は被写体、２はレンズ、３は固体撮像素子、４は制御回路、５は映像回路、６はコントローラ、７は画像モニタ、８は信号処理部、９〜１１は端子、１２は撮像部、１３は端子、１４は垂直走査回路、１５は水平走査回路、１６は画素回路、１７はスイッチ素子、１８は増幅器、１９は画像表示部、２０は読出し線である。
【００１０】
図１の本発明実施例に示すラインセンサカメラ装置の要部は、レンズ２と被写体１の光学像が結像する固体撮像素子３とこれを制御する制御回路４と映像回路５とからなる撮像部１２を具備し、及びコントローラ６と画像モニタ７と信号処理部８と表示装置１９を具備して構成される。
【００１１】
まず、上記構成による動作の概要を説明する。ＣＭＯＳエリアセンサである固体撮像素子３は、レンズ２による被写体１の光学像が画素面に結像し、撮像された各画素の信号が走査作用により読出される。この撮像の動作及び走査作用は制御回路４で制御され、エリアセンサの動作と任意に設定した画素列のみの走査作用によるラインセンサの動作とが切換制御される。
また、前記エリアセンサの動作またはラインセンサの動作で撮像して読出された画素の信号は、端子１３を介し映像回路５に入力して信号処理され、エリアセンサの動作では、二次元の映像信号を出力し端子１０を介して画像モニタ７に接続することにより画像表示できる。
同様に、ラインセンサの動作では、一次元の画素データを端子１１を介して出力し、信号処理部８に入力して一次元の映像信号が生成されて記憶手段により記録され、読出し手段で読み出し制御されて表示信号を生成して出力する。
この表示信号は、端子９を介し二次元走査の表示装置１９に接続することにより、一次元の映像信号が時系列の二次元状に展開した画像表示ができる。
【００１２】
次に、図２に示す模式図は、ＣＭＯＳエリアセンサである固体撮像素子３の一例であり、その概要を説明する。画素回路１６はフォトダイオード等による画素及びその信号電荷を信号電圧に変換する機能及び増幅機能を有する。
通常、各画素回路１６の前記信号電圧は、テレビジョンの走査順序に基づき時間軸に沿って順にスイッチングされて出力される。垂直走査回路１４で選択スイッチングされた走査ラインに係るそれぞれの画素回路１６の信号電圧は、読出し線２０に接続される。更に、水平走査回路１５でスイッチングコントロールされる各スイッチ素子１７により、走査ラインの各画素の信号が順次増幅器１８を介して端子１３に出力する。
これにより、図１の固体撮像素子３は、前記スイッチングタイミングのコントロールにより、任意の画素列を走査作用して読み出すことができる。また、通常のエリアセンサの動作と、１列または連続した複数の任意に設定した画素列のみの走査作用により画素の信号を読み出すラインセンサの動作とを制御回路４で切換え、それぞれの動作で撮像することができる。
【００１３】
本発明の特徴は、映像回路５は画像モニタ７に接続して撮像画像を表示する前記エリアセンサの動作による映像信号及び前記ラインセンサの動作に基づく画素データを出力し、信号処理部８は前記画素データを入力して生成した連続した一次元の映像信号を記録する記憶手段及びこれを読出して表示信号を生成する読出し手段を有し、前記表示信号は画像表示部１９に接続して前記設定した画素列と前記光学像との相対的動きに基づき被写体の一次元の撮像部分が時系列の二次元状に展開した画像を表示する。
ここで、制御回路４は駆動パルスその他撮像の動作に必要な信号を発生し、固体撮像素子３に入力してその撮像及び走査作用を制御する。前記エリアセンサの動作で被写体１を撮像した画素の信号は、映像回路５で増幅などの信号処理をされて二次元の映像信号として端子１０に出力し、ビューファインダ等の画像モニタ７に接続して画像表示できる。従って、この撮像画像を観察して前記撮像の画角、及びレンズに係るフォーカスその他の設定／調整などができる。
一方、前記設定／調整などをした本ラインセンサカメラ装置の前記ラインセンサの動作で被写体１のスリット状部分を撮像した、前記任意に設定した画素列の各画素の信号は、映像回路５で信号処理されて画素データとして信号処理部８に入力し、一次元の映像信号が生成される。また、さらに、前述のように表示信号を生成して端子９に出力する。
【００１４】
前述において、映像回路５または記憶手段及び読出し手段を有する信号処理部８には、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換手段及びまたはＤ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換手段が設られる。信号処理部８は、前述例のように路面等の継ぎ目の無い縦断方向の連続撮影または陸上競技等のゴールラインなどを連続撮像して生成された、前記一次元の映像信号を前記記憶手段により記録する。
この記録した映像信号は前記読出し手段で読出し制御されて読み出され、時系列の二次元走査で表示する表示信号を生成して端子９に出力する。この出力は、二次元の走査による画像表示部１９に接続して前記スリット状部分の画像が、前記相対的動きに基づき時系列の二次元状に展開した画像を表示できる。
【００１５】
次に、信号処理部８の前記読出し手段はバファメモリを備える。前記読出し制御して読み出された一次元の映像信号は、画像表示部１９に表示する範囲の該映像信号をバファメモリを介して画像表示部１９の走査速度に同期する表示信号として生成される。また、信号処理部８はパーソナルコンピュータその他のコンピュータ装置を用いることもできる。
また、コントローラ６は、制御回路４による前記撮像の動作及びレンズ２に係る前記フォーカス等の設定／調整に関する操作をすることができる。また、前記ラインセンサの動作における走査作用の速度は、前記相対的動きの速さにも関係する。この走査作用の速度もこのコントローラ６で操作できる。
【００１６】
ここで、固体撮像素子３は、その画素上にモザイク状に配列された色の構成要素に基づく色フィルタが配設された単板式カラーカメラ用であって、前記表示信号は前記任意に設定した画素列に基づくそれぞれ一つの画素に隣接する画素の画素データから抽出または補間処理により生成された一次元のカラーの映像信号により生成できる。
図３は、色の構成要素である原色系の色フィルタが配設された固体撮像素子の画素配列の一例を示し、図３（ａ）はＧＲＢ（緑、赤、青）よりなる線順次方式でベイヤー配列とも言われ、図３（ｂ）は、ＭｇＹｅＣｙ（マゼンタ、イエロー、シアン）及びＧ（緑）よりなる色差線順次方式である。
このように、水平および垂直方向に各２画素の色の構成要素を含む隣接４画素を基本単位として繰り返し配列される。また、高画質・高精細化にともない、ハニカム配置などと呼ばれる高精細用の画素配列などもある。
【００１７】
この場合、図１の端子１３のそれぞれの画素の信号は色フィルタに基づく単色である。そこで、前記エリアセンサの動作の場合、映像回路５に入力した前記画素の信号は、通常行なわれるように、それぞれ一つの画素に隣接する画素の画素データからの抽出または補間処理によりカラーの映像信号が生成され、端子１０を介して画像モニタ７に接続することにより、カラーの画像表示ができる。
一方、ラインセンサの動作の場合、映像回路５から信号処理部８に入力した前記画素データは、前記連続した２ないし４列の任意に設定した画素列におけるそれぞれ一つの画素に隣接する画素の画素データからの抽出または補間処理によりカラーの前記一次元の映像信号が生成される。
前記色フィルタが、色の構成要素を含む隣接４画素を基本単位として配列されている場合、前記抽出または補間処理に係り、前記任意に設定した画素列は４列あれば充分である。これにより、カラーの前記表示信号が生成され、画像表示部１９に接続して二次元に展開したカラーの画像表示ができる。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、次のような効果が発挿できる。
前記映像回路は画像モニタに接続して撮像画像を表示するエリアセンサの動作による映像信号及びラインセンサの動作に基づく画素データを出力し、信号処理部はこの画素データを入力して生成した連続した一次元の映像信号を記録する記憶手段及びこれを読出して表示信号を生成する読出し手段を有し、この表示信号は画像表示部に接続して前記設定した画素列と前記光学像との相対的動きに基づき被写体の一次元の撮像部分が時系列の二次元状に展開した画像を表示するので、一つの固体撮像素子によるラインセンサカメラを、ラインセンサとエリアセンサとの動作に切換えて撮像し、画像モニタに接続したリアルタイムの撮像画像を見ながら、撮像する画角及びレンズに係るフォーカス等の設定／調整ができる。
これにより、路面等の縦断方向の長大画像による路面等の検査、または、陸上競技等のゴールライン位置をスリット状に撮影し、競技者の動きに基づく時系列の二次元状の画像による着順判定などに適する小型・ローコストで利便性の高いラインセンサカメラ装置を提供できる。
【００１９】
上記の効果に加え、前記固体撮像素子はその画素上にモザイク状の色フィルタが配設された単板式カラーカメラ用であって、前記表示信号は前記任意に設定した画素列に基づくそれぞれ一つの画素に隣接する画素の画素データから抽出または補間処理により生成された一次元のカラーの映像信号なので、エリアセンサによる被写体のカラー映像信号を画像モニタに接続して観察でき、また、被写体の一次元のカラー映像信号を前記動きに基づき時系列の二次元状のより現実的なカラー画像を表示できる小型でローコストのカラーのラインセンサカメラ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例のラインセンサカメラ装置の要部構成図。
【図２】固体撮像素子の動作を説明する模式図。
【図３】固体撮像素子の画素配列を説明する図。
【符号の説明】
１：被写体                          ２：レンズ
３：固体撮像素子                    ４：制御回路
５：映像回路                        ６：コントローラ
７：画像モニタ                      ８：信号処理部
９〜１１：端子                      １２：撮像部
１３：端子                          １４：垂直走査回路
１５：水平走査回路                  １６：画素回路
１７：スイッチ素子                  １８：増幅器
１９：画像表示部                    ２０：読出し線
【図１】
2005018723.tif 000003
【図２】
2005018723.tif 000004
【図３】
2005018723.tif 000005