九州工業大学研究報告（工学）No．32 1976年3月 97
CCDを用いた画像入力装置の試作
（昭和50年IO月31日 原稿受理）
情報工学数室加藤清史
玉 木 明 和 関 岡 健
Trial Production of Image Input Device with CCD
by Kiy白shi KATO
Akikazu TAMAKI Tsuyoshi SEKIOKA
We tried to make the image input deΨiee wi出CCD（Chaエge Coupled DeΨice）which has 100×100photo cells．
TheΨideo signal of CCD is converted into digital data by A−D coロverter．
The digitalized image data are transfer to the memory of mini−￠omputerΨia DMA and to that of upper computer which is processing them．
タである。各エレメントに光の血に比例した電荷が生ず
1・まえがき る。生じた電荷は垂直シフト・レジスタに送られ，さら
コンピュータへ函像データを入力する装置にはピジコ に水平シフト・レジスダに送られ，水平シフト・レジス ン管を使用したもの，光電子増倍管を使用したものなど タの出力（電荷）がプリアンプ，補債用出力アンプを通 が，最近，固体イメージ・センサの開発が進み，CCD して，ビデオ信号として出力きれる。垂直シフト・レジ
（Charge Coupled Device，電荷結合素子）のアレイ・ スタのシフトはφV1，φV2の2相クロックで，水平シフ センサが商品化きれたので，モれを用いて，面像データ ト・レジスタのシフトはφH1，φ恥の2相クロックで行 入力装置を試作した。インタフェースの簡単なミニコン われる。垂直シフト・レジスクへは二回に別けて惜荷が のメモリに画像データを入力し，ミニコンではデータ 転送される。すなわち1まず，奇数行目のエレメントの 処理能力が乏しいので，CCA（Channel to Channel 電荷が露直シフトレジスタに転送され・第一行目が水平 Adapter，チャネル結合装置）によって結合きれている シフト・レジスタに転送され・水平シフト・レジスタが 申型コンピュータのメモリへ面像データを転送する方法 田荷をプリアンプに転送する。水平シフト・レジスタは をとった。使用したコンピュータは，FACOM U−200L 102素子から成り1水平シフトを終えるためには102ク
（ミニコン，以後，200Lと記す）とFACOM 230−45S ロック必要である。水平シフトがすべて終わると垂直シ
（45Sと記す）である。 フト・レジスクから水平シフト・レジスタへ転送され る。これを50回繰り返し垂直シフトをすべて終える。
2CCD 201【こついて っぎに，偶数行目のエレメントを垂直シフト・レジスタ 使用したアレイ．センサは，TDKフェアチャイルド に転送し，圃様の過程を経て，一面面の転送を完了す 社のCCD 201である。図1にそのブロック図を示す。 る。電荷を転送すると，転送する度に冊荷の量が減少す 光応答区域は100×100個のフォト・エレメントから構 るので，転送回数に応じて補償アンプで・ビデオ宿号の 成きれている。ユ個のエレメントの大きさは1．2×0・8 補債を行う。
（ミル）であり，全体として0ユ2×0．16（インチ）であ ＿
る凋一チ．プ上にプリアンプと補償用出力アンプ拗 3醜入力シス私
る。1行の水平シフト・レジスタと100列の垂直シフト ザロック図を図2に示す。ドライバ回路は1MH2の
・レジスタがあり、これらはアナログ・シフト・レジス 発振器をもち・水平シフト・クロックとして250KH2
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φH2
φH1
水平シフトレジスタ 認 窟
垂直ンフトレンスタ
図1 CCDのブロック図（文献1より引用）
φv1 φΨ2
スタート信号
x軸Oz軸
モニタ用 シンクロスコープ
水平シフト
クロ・7ク
CCD
201コンバータ
AD
図2 画像入力システムのプロゥク図
の2相クロックφH1，φH2を，垂直シフト・クロックと は垂直シフト・クuックを積分したものを， Y軸には垂 して水平シフト・クロックをユ犯分の］に分掲した2相 直シフト・クロックを50分の1に分周したクロックを クロこソクφV1，φV、を出す。 CCDにこれらのシフト・ 積分したものを使用し，飛び越し走査を行う。アナログ クロヴクを送りビデオ償号を得る。ビデオ宿号はアナロ 信号であるピテ オ信号をディジタル信E｝に変換して・コ グ信号であり，モニタ用シンクロ・スコープのZ軸と ンピュータのメモリに転送すろことが目的である・ア｛
A−D変換器に送られる。シンクロ・スコーブのX軸に ジタル化した時の精度が問題となるが，精度を良くする
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写真1原画像
写真2モニター画像● ● ・ ●．
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図3 ライン・プリンタ出力
ユ00
ためには，サンプリングされた1個のビデオ信・号に対し 由して45Sにデータを送る。
て多くのメモリ領域（ピット数）を必要とする。1デー
4，結 果 タあたりのビット数を多くすると，他のコンピュータへ
の転送（ここでは200Lから45S）時間， A−D変換 画鯉データの例として・タバコの文字を入力した・比 に要する時間，得られた画像データの処理時冊などが長 較器は現時点では1個しか組込んでいないため・得られ
くなる．また，あまり少な過ぎても精度力c悪くなる。そ る画像データはバイナリとなろ・写垣が原図・写真2 れらの理由により，1信弓・あたり4ピットにし，16段階 がモニタ用シンクロ・スコープに写った図，図3が45S に分けることとする。A−D変換器は高速腫を必要とす に転送された画像データをライン・プリンタに出力した るため，比較器をユ6｛田並べ，モの出力をデコ・一ドして ものであろ。レンズはテレビ・カメラ用を利用している 変換する方法をとる。200LのDMAはユ6ピットを一 のでレンズの交換をすれば・種々の画像データが得られ 度に転送できるので，パ。フ。・レジスタは4ビ・トの る・しかし・センサのエレ ト数がユ00×ユ00齢あ
シフト．レジスタが4個必要であり14個のデータ（デ るため・分解能が悪く鰐トがある・この例はズームレン 已タル化きれたビデ蠕号）がフ・る．パ・フ・・レジ ズに接割ングをイ寸けて糟・ものである・スタート齢 スタにはプログラ⊥、から転送指令がなければデータは転 を受付け・CCDから200Lに画像データを転送し・さ 送されない。転送囲始の指令を出すと，プリセット偲号 らに45Sに転送した後・つぎの画像データを入力する でアドレス・カゥンタを転送すべきメモリ領域の先頭ア スタート折令を受付けるのであるが，その聞隔は1秒未 ドレスにセプトし，垂直シフト・クロックと同期をと 満である。多くの函像データが必要であれば，レンズの
り，第一卵からパ。フプレジスタへ・1鑓される・ 前廟像を蜘トしスター閑令を出す操階勧返せ 200LのDMAは、アドレス・ラインに転送すべきメ ぱよい。転送速度は，対象をll予止両像に限れば十分であ
モリのアドレスを，デーヌ・ラインにバッファ・レジス る。
タからのデータをセ・トし・読腰求｛富髄送ることに @5．あとがき
よって，データをメモリに転送できる。一回の離取要求
信号で1ワード臼6ビット）しか転送できないため，指 今後の方針として，まず，残りの比救器をすべて組込 定アドレスを増加さすアドレス・カウンタにパ平シフ み・4ピ・トのデ・ジタ・レ化されたア知グ信肺入力 ト．クロツクを4分の1に分周したクロックを加え，そ できるようにしたい。本システムは静止画像を対象とし れに応じて畠1ξ取要求信号を出しDMAを動作させる。 ているが・動画像を対象とするためには・つぎのことが 200L〔Dメモリに転送された面像データはCCAを経由 問題となる。 CCDの水平シフ1・・レジスタのシフト
して45Sの・モリに転送される。 ク・・クは4MH・まで使用できるが・200LのDMA
CCD Iこ写され師像データを45Sのメモリに転送 は100 KH・までである・CCAの転送速度は約360 K するには二個のカグ弘が腰である．ひとつは・ パ朴／秒である・が・こオ・らの制限のもとで輌齢 200Lから送られる面像データを受取る45S側のプロ 扱かえるようにしたい。グラムで醐もって実行きせて緒醜データが≡ 参考文献
れるまで持機させる。他のひとつは200L側のプロクフ
ムである。入力しようとする面像データのラベルなどを 1）CCD 201−Solid Stnte Self−Scannlng I血age
タィカ桝撒・転送聞始縦タイプインす
@il認：㌫漂㌃當；；9蒜㌫か
ろ．融1をとってCCDのエレメントの第一行目から ・）FAC・M U．2。・・一ドウ訂ICU編 200Lのメモリに転送される。一定1時lll」後にCCDから 3）FACOM U−20。 COMOS／DIMOS IOX III 200Lへのデータ転送が終了するので，その時間をタイ
マー（200Lに内臓）で測定し，そのあと・CCAを経
