JP3415974B2

JP3415974B2 - 画像収集装置

Info

Publication number: JP3415974B2
Application number: JP26653895A
Authority: JP
Inventors: 篤史白石; 正二土肥
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 2003-06-09
Anticipated expiration: 2015-10-16
Also published as: JPH09113356A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は航空機や人工衛星な
どから惑星表面を観測する画像収集装置にかかわり、特
に、視線方向を同定する機能を備えた画像収集装置に関
する。航空機や人工衛星などから惑星表面を見下ろす場
合、どこを見ているのか正確に把握するために画像収集
装置の視線方向を知っておく必要がある。しかし、画像
収集装置の視線方向を変化させる光学走査機構自体のメ
カニカルな精度の限界、及び画像収集装置の視線方向を
検出する機構の精度の限界のため、しばしば必要な精度
で視線方向を知ることができない。このため、惑星表面
の画像データは分解能の限界や観測位置の不確定性など
による誤差を含む問題が生じる。以上より、視線方向を
それが搭載されている航空機や人工衛星の姿勢安定性及
び位置安定性のレベルまで高めることができる、換言す
れば、正確に視線方向を測定できる画像収集装置が要望
されている。

【０００２】

【従来の技術】視線方向を測定する従来方法としては、
以下の２つがある。第１の方法は、画像収集装置の視線
方向の駆動に用いる走査鏡の角度あるいは画像収集装置
そのものの角度をエンコーダなどのセンサを用いて測定
し、該エンコーダの出力から視線方向を算出する。第２
の方法は、画像収集装置の視線方向の駆動をステッピン
グモータで行い、該ステッピングモータの１パルス当り
の回転角度とステッピングモータへ送出したパルス数か
ら視線方向を算出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第１の従来方
法では、エンコーダの最小角度分解能がそのまま視線方
向の制御における最小単位となる。このため、視線方向
がエンコーダの角度分解能以下の小さなブレを起こして
も、それを検出できない問題がある。又、第２の方法で
は、精度は視線方向駆動機構の機械的な精度で決まる。
このため、工作精度の限界などによる誤差が生じても、
それを検出することができない問題がある。以上から本
発明の目的は、エンコーダ等を使用することなく、正確
に視線方向を測定できる画像収集装置を提供することで
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】図１は本発明に係わる画
像収集装置の原理説明図である。１１は航空機、人工衛
星等の飛行体、１２は惑星表面の光学画像を収集する画
像収集部、１３は惑星表面の光学画像に視線方向を示す
スケールパターン像を重畳するスケールパターン重畳機
構（スケールパターン光学系）である。画像収集部１２
において、２１は惑星表面の光学画像を補足する集光光
学系、２２はスケールパターン像に基づいて視線方向を
同定する視線方向同定部、２３は集光光学系の方向を制
御する視線方向駆動部である。スケールパターン重畳機
構１３において、１３ａはスケールパターン発生部、１
３ｂ，１３ｃは反射鏡である。又、３１は惑星表面の
像、３２は惑星表面の光学画像に重畳されるスケールパ
ターン、３３は画像収集装置の視野である。

【０００５】航空機、衛星等の飛行体１１から惑星表面
の光学情報を収集する画像収集装置において、視線方向
駆動部２３は集光光学系２１の視線方向を制御し、該集
光光学系により惑星表面の光学画像３１を補足し、スケ
ールパターン重畳機構１３は該惑星表面の光学画像３１
に視線方向を示すスケールパターン像３２を重畳し、視
線方向同定部２２は重畳されているスケールパターン像
３２に基づいて視線方向を同定する。このようにすれ
ば、エンコーダ等を使用することなく、正確に視線方向
を測定できる。・・・請求項１スケールパターン像を重畳するスケールパターン重畳機
構１３は、集光光学系１２の集光開口径よりも小さい反
射鏡１３ｃを該集光光学系の光路の一部に備え、該反射
鏡を経由してスケールパターン像を惑星表面の光学画像
に重畳する。あるいは、スケールパターン重畳機構１３
は、集光光学系１２の集光開口径と同等の大きさ、ある
いは集光開口径よりも大きなサイズの半透明鏡を該集光
光学系の光路に備え、反射あるいは透過のいずれかによ
りスケールパターン像を惑星表面の光学画像に重畳す
る。以上のようにスケールパターン重畳機構を構成すれ
ば、簡単にスケールパターン像を惑星表面の光学画像に
重畳することができる。・・・請求項２、３

【０００６】スケールパターン重畳機構１３は、スケー
ルパターン像を発生するスケールパターン発生部１３ａ
を備え、該スケールパターン発生部を、光透過基板上に
遮光材料でマスクしたスケールパターン原板とスケール
パターン原板の光透過基板の裏面または側面より光を照
射する光源とで構成する。この場合、光透過基板の一面
にスケールパターンを形成し、光入射面以外の他の面に
反射特性を有する材料を被着する。以上のようにスケー
ルパターン発生部を構成すれば、スケールパターン像を
簡単に発生することができ、しかも、光の漏れ無く効率
よくスケールパターンを発生できる。・・・請求項４、
５又、固体基板上に発光素子を集積回路技術等により所定
のスケールパターン像が発生するように作り込んでなる
スケールパターン原板を用意し、該発光素子を発光させ
ることによりスケールパターン像を発生する。このよう
にすれば、スケールパターン発生部をコンパクトに構成
することができる。・・・請求項６更に、スケールパターン像の重畳をオン・オフ制御する
手段を設ける。このオン・オフ制御手段を設けることに
より、スケールパターン像に隠れた惑星表面の画像も適
宜収集できるようになる。・・・請求項７

【０００７】又、スケールパターン像が重畳された互い
に隣接する複数の画像を合成する場合、各画像の同一ス
ケールパターン部分が重なるように合成する手段を設け
る。この画像合成手段によれば、簡単に、かつ、正確に
隣接画像を合成できる。・・・請求項８又、重畳されたスケールパターン像の惑星表面の光学画
像に対するずれ量を測定する手段を設ける。この手段を
設けることにより、スケールパターン像のずれ量が測定
でき、該ずれ量により飛行体の姿勢の安定性や飛行体の
速度変化を検出でき、しかも、視線方向の補正制御を行
うことができる。・・・請求項９更に、スケールパターンの格子点あるいは縦横線が識別
可能となるようにスケールパターンを形成する。このよ
うにすれば、視線方向同定部２２は惑星表面の光学画像
に重畳されているスケールパターン像の格子点あるいは
縦横線を識別するだけで視線方向を算出することが可能
となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】

（ａ）画像収集装置の全体の構成図２は本発明に係わる画像収集装置の全体の構成図であ
り、１１は航空機、人工衛星等の飛行体のベース、１２
は惑星表面の光学画像を収集する画像収集部、１３はス
ケールパターン重畳機構（スケールパターン光学系）
で、視線方向を示すスケールパターン像を惑星表面の光
学画像に重畳するものである。画像収集部１２におい
て、２１は惑星表面の光学画像を補足する集光光学系、
２２はスケールパターン像に基づいて視線方向を同定す
る視線方向同定部、２３は集光光学系の視線方向を制御
する視線方向駆動部である。スケールパターン重畳機構
１３において、１３ａはスケールパターン生成装置、１
３ｂ，１３ｃは反射鏡である。又、３１は惑星表面、３
３は画像収集装置の視野である。

【０００９】（ｂ）スケールパターン図３はスケールパターンの説明図であり、３１は惑星表
面の像、３２は惑星表面画像に重畳されるスケールパタ
ーン像、３３は画像収集装置の視野である。スケールパ
ターン像３２は多数の縦線、横線を有するメッシュ模様
になっており地球全体を覆うようになっている。スケー
ルパターンの水平方向は東方向の視角α _Xであり、例え
ば（1.59°/200）程度の間隔になっている。但し（1.59
°/200）間隔で表示するとスパン間隔が短くなって表現
できないので図３では1.59°間隔で示している。又、ス
ケールパターンの垂直方向は北方向の視角α_Yであり、
水平方向と同様に1.59度間隔になっている。画像収集装
置の視野３３は視線方向駆動部２３により惑星３１の表
面の任意の場所に置けるようになっている。スケールパ
ターン重畳機構１３は画像収集装置の視野が動く範囲全
体にスケールパターン像を重ねる。これにより、画像収
集装置は図３に示すような合成像を見ることになる。す
なわち、惑星表面の像３１にスケールパターン３２が重
なっている状態の像の一部が集光光学系２１の視野３３
によって切り取られたものが観測される。

【００１０】（ｃ）視線方向同定原理惑星に対する飛行体（航空機あるいは人工衛星）の位置
関係が不動であれば（例えば静止衛星）、スケールパタ
ーン像３２と惑星表面の像３１の相対的な位置関係は変
化しない。又、惑星に対する飛行体の位置と方向が既知
であれば、スケールパターン像３２と惑星表面像３１の
位置関係は、飛行体の位置と精度で算出することができ
る。位置が明らかであり、かつ、画像収集装置により観
測可能な特徴的な地形を基準にしてスケールパターンと
惑星画像の相対的な位置関係を明らかにしておけば、そ
れ以後は、画像収集装置の視線方向を惑星表面のどこに
向けても、そのときに観測している地点に近いスケール
パターンの格子点位置を基準にして視線方向を算出する
ことができる。

【００１１】（ｄ）視線方向同定部の構成及び同定法図４は視線方向同定部の構成図であり、２２ａは惑星表
面像にスケールパターン像を重畳した光学画像を記憶す
る画像記憶部、２２ｂは特徴的地形点Ａ（図３）の経緯
度（ｘ₀，ｙ₀）や該地形点に近接する格子点Ｂの視線方
向（α_X0′，α _Y0′）等を記憶するメモリ、２２ｃは視
線方向算出部で、スケールパターン像及びメモリ２２ｂ
に記憶してあるデータを用いて画像収集装置の視線方向
を算出するものである。図５は視線方向同定処理のフロ
ーである。惑星上の経緯度（ｘ₀，ｙ₀）が既知の特徴的
地形点Ａ（図３参照）を画像収集装置で補足して、惑星
表面像にスケールパターン像を重畳した光学画像を画像
記憶部２２ａに格納する（ステップ１０１）。尚、赤道
上の静止衛星直下の地点の経緯度（ｘ，ｙ）をそれぞれ
０⁰、東方向及び北方向の視角をそれぞれα_X，α_Yで表
現すれば、経緯度と視角の間には以下の関係式が成立す
る。

【００１２】

【数１】ただし、ｒは地球の半径、Ｒは地球中心から静止衛星ま
での距離である。従って、(1)式に既知の特徴的地形点
Ａの経緯度（ｘ₀，ｙ₀）を代入して、画像収集装置より
地点Ａみた時の視角α_X0，α_Y0を求める（ステップ１０
２）。

【００１３】スケールパターンにおける各格子点間の視
角は等間隔であるから最も近い格子点Ｂ（図３）の視線
方向（α_X0′，α_Y0′）を比例配分の計算により算出す
る（ステップ１０３）。これにより、スケールパターン
像と惑星画像の相対的な位置関係が明確になる。かかる
状態で、画像収集装置の視線方向を変えて視野３３を移
動させる（ステップ１０４）。ついで、新たな視野内の
格子点Ｃ（図３）と格子点Ｂ間の水平、垂直方向の間隔
より格子点Ｃの東方向及び北方向の視角α_X′，α_Y′を
算出し（ステップ１０５）、比例配分の計算により視野
中心の視角α_X″，α_Y″を求め（ステップ１０６）、こ
れらを(1)式に代入して視野中心の経緯度を求める（ス
テップ１０７）。尚、ステップ１０２の処理を定期的に
行って格子点Ｂの視角を算出し、それ迄の視角値と比較
することにより、換言すれば、惑星表面の特徴的地形点
Ａとスケールパターン像の相対的位置関係を観測し続け
ることにより、飛行体（衛星本体あるいは航空機）の姿
勢のぶれや速度変化、ローリング、ピッチング等を検出
することができ、しかも、該視角のずれ量を視角方向の
補正制御に利用することができる。

【００１４】（ｅ）スケールパターン重畳機構 (e-1) スケールパターン重畳機構の第１実施例図６はスケールパターン重畳機構の第１実施例構成図で
あり、図２と同一部分には同一符号を付している。第１
実施例においては、画像収集部１２の光路の一部に集光
開口径よりも小さい反射鏡１３ｂを設け、該反射鏡を経
由してスケールパターン生成装置１３ａによって生成さ
れたスケールパターン像を対象の画像（惑星表面の像）
に重畳する。 (e-2) スケールパターン重畳機構の第２実施例図７はスケールパターン重畳機構の第２実施例構成図で
あり、図２と同一部分には同一符号を付している。第２
実施例においては、画像収集装置の光路全体を覆う半透
明鏡１３ｄを設け、該半透明鏡を経由して反射によりス
ケールパターン像を対象の画像（惑星表面の像）に重畳
する。惑星表面の光学像は半透明鏡１３ｄを透過して画
像収集部１２に入射する。

【００１５】(e-3) スケールパターン重畳機構の第３実
施例図８はスケールパターン重畳機構の第３構成図であり、
図２と同一部分には同一符号を付している。第３実施例
においては、画像収集装置の光路全体を覆う半透明鏡１
３ｅを設け、該半透明鏡を経由して透過によりスケール
パターン像を対象の画像（惑星表面の像）に重畳する。
惑星表面の光学像は半透明鏡１３ｅで反射して画像収集
部１２に入射する。尚、第２、第３実施例において、半
透明鏡１３ｄ，１３ｅの材質として任意の光学材料が使
用できるが、観測対象とする光の波長によって使い分け
るとよい場合がある。例えば、ゲルマニウム製の鏡を用
いると熱赤外線は透過し、可視光は反射するという性質
により、観測対象となる光以外の波長の光でスケールパ
ターン像を作成／重畳させることにより、観測対象から
の光やスケールパターンの光をより効率よく使うことが
できるようになる。

【００１６】（ｆ）スケールパターン原板の構成 (f-1) スケールパターン原板の第１の構成図９はスケールパターン原板の第１の構成図であり、
（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図である。図中、４１は
光透過基板、４２はアルミ等の遮光材料であり、光透過
基板上に被着されている。４３はスケールパターンの格
子点、４４はスケールパターン原板、４５、４５′は発
光ダイオード等の光源である。ガラス等の光透過基板４
１の表（おもて）面上にアルミ等の遮光部材４２を蒸着
により積層し、しかる後、露光、エッチング等によりス
ケールパターン原板４４を作る。図２のスケールパター
ンは縦横線でメッシュ模様になっているが、図９のスケ
ールパターンは格子点に円形のスポットを有する構成に
なっている。このスケールパターン原板４４の裏面から
光源４５により、あるいは側面から光源４５′により光
を照射すると、表面よりスケールパターン像が出力さ
れ、惑星の光学像に重畳される。

【００１７】(f-2) スケールパターン原板の第２の構成図１０はスケールパターン原板の第２の構成図であり、
図９の第１の構成と同一部分には同一符号を付してい
る。第１の構成と異なる点は、光透過基板４１の一面
（表面）にスケールパターンを形成し、表面、光入射面
のそれぞれと異なる他の面に反射特性あるいは散乱特性
を持たせた点である。すなわち、第２の構成では、反射
散乱特性を持たせるために、表面及び光入射面のそれぞ
れと異なる他の面に反射散乱特性を有する材料を被着し
て反射散乱面４６を形成している。尚、図１０では、例
として右側の側面を光入射面としているが、実際には表
（おもて）面以外のどの面が光入射面であってもよい。
表面は第１の構成と同様にスケールパターン像の出力に
用いられ、反射散乱面４６は光を反射、散乱させて光透
過基板４１からの光の漏れを防ぐ。これにより、迷光を
減少させて、効率よく光を利用することができる。

【００１８】(f-3) スケールパターン原板の第３の構成図１１はスケールパターン原板の第３の構成図であり、
５１は珪素の単結晶基板（固体基板）、５２は絶縁層、
５３は電極層、５４は発光ダイオード、５５はスケール
パターン原板である。珪素の単結晶基板５１上に半導体
リソグラフィの手法により、所定のスケールパターン像
が発光により発生するように発光ダイオード５４を作り
込んでスケールパターン原板５５を形成する。基板５１
及び電極層５３は発光ダイオード駆動回路等の±電極
（±電源ライン）を兼用するようになっている。以上の
ようにスケールパターン原板５５を構成すれば、第１、
第２の構成における光源が不要となり、スケールパター
ン発生部をコンパクトに構成することができる。

【００１９】（ｇ）スケールパターン像のオン・オフ制
御機構スケールパターン像を惑星の光学像に重畳させると、該
スケールパターン像と重なる地点の観測データを得るこ
とができなくなる。これを避けるために、スケールパタ
ーン像の重畳を中止する機構が必要になる。図１２はス
ケールパターンの重畳オン・オフ制御機構の説明図であ
る。１２は画像収集部、１３はスケールパターン重畳機
構である。スケールパターン重畳機構１３において、１
３ａはスケールパターン生成装置であり、スケールパタ
ーン原板４４、光源４５を備えるもの、１３ｂは反射
鏡、１３ｇは光源４５をオン・オフ制御する光源オン・
オフ制御部、１３ｈはスケールパターンの光路を遮断す
る遮光シャッタ、１３ｉは反射鏡１３ｂを回転させて光
路を切り替える光路切り替え部である。スケールパター
ン像の重畳をオン・オフ制御するには、(1) 光源オン・
オフ制御部１３ｇにより光源４５をオン・オフする、あ
るいは、(2) スケールパターン像の光路を遮光シャッタ
１３ｈにより遮断／開放する、あるいは、(3) 光路切り
替え部１３ｉにより反射鏡１３ｂを回転する、の３つの
方法がある。図１２ではこれら３つの方法によりスケー
ルパターン像の重畳をオン・オフする手段を全て示した
が、実際には、いずれかの方法でスケールパターンの重
畳を適宜オン・オフ制御できればよく、上記(1)〜(3)の
いずれかの手段を設ければよい。

【００２０】スケールパターン像の重畳オン・オフの運
用は以下の場合が考えられる。第１の運用法は、スケー
ルパターン像により隠れた惑星表面の画像を収集する運
用である。光学装置の視野をある方向に向け、スケール
パターンのある画像と無い画像を素早く撮影し、２つの
像を比較することにより、衛星の姿勢の擾乱の影響を極
力押さえながら、スケールパターン像による欠落が無
く、同時に位置に関する正確な情報を含む惑星表面の画
像情報を得ることができる。第２の運用法は、地球に送
信する観測データ量の削減である。スケールパターン像
が入ったデータについては、そのごく一部を地球に送
り、その直前あるいは直後に撮影されたスケールパター
ン像を含まないデータについてのみ視野全体のデータを
地球に送る。これによって、地球の観測所まで送るデー
タ量を削減することができる。

【００２１】（ｈ）画像合成処理画像収集装置の視野は惑星全体に比べて狭い。このた
め、画像収集装置で収集した複数の隣接画像を合成して
大きな１枚の画像とする処理が必要になる。そこで、本
発明においては、画像に重畳されているスケールパター
ン像を基準にして隣接画像をつなぎあわせる。図１３は
隣接画像合成処理の説明図である。Ａ，Ｂは隣接画像、
６１，６２はそれぞれ隣接画像Ａ，Ｂを記憶する第１、
第２の画像記憶部、６３は隣接画像を合成する画像合成
部、６４は合成画像を記憶する合成画像記憶部である。

【００２２】２回の画像撮影により互いに一部が重なり
合う２つの隣接画像Ａ，Ｂを第１、第２の画像記憶部６
１、６２に格納する。これら２つの画像Ａ，Ｂには連続
してスケールパターン像が重畳されている。このため、
画像重複領域Ｃ内の２つの格子点α，βは各隣接画像
Ａ，Ｂに共有されている。そこで、画像合成部６３は第
１画像Ａの画像重複領域Ｃにおける格子点α，βと第２
画像Ｂの画像重複領域Ｃにおける格子点α，βとが重な
るように第１、第２画像Ａ，Ｂを重ねて合成画像を生成
して合成画像記憶部６４に格納する。以上では、画像重
複領域Ｃ内の２つの格子点が互いに重なるように画像合
成した場合であるが、視線方向が回転しない画像収集装
置の場合は１つの格子点のみが互いに重なるようにして
隣接画像を合成することもできる。

【００２３】（ｉ）スケールパターンーの別の構成図１４はスケールパターンの別の構成例であり、スケー
ルパターン重畳機構１３（図２参照）は、メッシュ様の
スケール模様で地球全体が覆われるようにスケールパタ
ーン像を地球の光学像に重畳する。スケールパターンの
格子点は基本的に衛星直下の地球投影で５０Ｋｍ置きに
相当するように配設する。又、地球投影で１５０ｍ×１
５０ｍの大ドットＢＤと、１００ｍ×１００ｍの中ドッ
トＭＤが交互に５０Ｋｍ毎に出現するようにスケールパ
ターンを形成する。画像収集装置（カメラ）は、地球周
回の静止軌道上に位置する地球観測衛星に乗せられた望
遠式カメラであり、該カメラの視野は地球投影で５０Ｋ
ｍ四方であり、しかも、地球全体を走査することができ
るものとすると、上記スケールパターンを地球像に重畳
すると、カメラが地表面のどこを見ても、大ドットＢＤ
または中ドットＭＤのいずれか一つが必ず視野に入るこ
とになる。

【００２４】以上の大ドット、中ドットに加えて、これ
ら大ドットＢＤ及び中ドットＭＤを中心として上下左右
に１０Ｋｍ離れた４点、及び斜め方向に１４．１４２Ｋ
ｍ離れた４点の計８点に、５０ｍ×５０ｍの小ドットＳ
Ｄを必要に応じて配設してスケールパターンを形成す
る。以上の方法により、５０Ｋｍ間隔の格子点には、ド
ットの有無情報だけでなく、「大ドットか中ドットか」
及び「８点の小ドットの有無」により２⁹＝５１２通り
の情報が表示されることになる。

【００２５】ここで、カメラから見た地球の像を、１．
５９度四方（カメラ直下で１０００Ｋｍ×１０００Ｋ
ｍ）の区画に分割する。このように分割すると、各区画
内には２０×２０＝４００個の「５０Ｋｍ格子点」が含
まれることになる。４００＜５１２であるから各区画内
において、前記方法でスケールパターンを形成すれば、
全ての格子点に一意的に「名前」をつけることが可能と
なる。スケールパターンにかかる処置を施した場合、カ
メラは大ざっぱにある「区画」に視線を向けるだけで、
その区画がどれであるか分かっていれば、その時の視野
内に含まれる「５０Ｋｍ格子点」の大きさと周囲の小ド
ットのパターンから、自分がどこを見ているのか知るこ
とができるようになる。

【００２６】以上では、格子点に大ドット、中ドット、
小ビットを適当に配設することにより格子点を識別可能
にしたものであるが、スケールパターンを図３に示すよ
うに縦線、横線で形成し、該縦線、横線それぞれを断続
させてバーコード化し、該線が上から何番目あるいは左
から何番目であるかを特定するように構成することもで
きる。又、以上はスケールパターンに形成したコードに
より格子点を識別するものであるが、図１１に示すよう
なスケールパターン原板の場合には、各格子点の発光素
子を格子点位置に応じた所定の発光パターンで断続させ
ることにより格子点を識別するようにもできる。以上、
本発明を実施例により説明したが、本発明は請求の範囲
に記載した本発明の主旨に従い種々の変形が可能であ
り、本発明はこれらを排除するものではない。

【００２７】

【発明の効果】以上本発明によれば、視線方向駆動部に
より集光光学系の視線方向を制御し、該集光光学系によ
り惑星表面の光学画像を補足し、スケールパターン重畳
機構により該惑星表面の光学画像に視線方向を示すスケ
ールパターン像を重畳し、視線方向同定部により重畳さ
れているスケールパターン像に基づいて視線方向を同定
するようにしたから、エンコーダ等を使用することな
く、正確に視線方向を測定することができる。又、本発
明によれば、画像収集部における集光光学系の集光開口
径よりも小さい反射鏡を該集光光学系の光路の一部に設
け、該反射鏡を経由してスケールパターン像を惑星表面
の光学画像に重畳し、あるいは、集光光学系の集光開口
径よりも大きなサイズの半透明鏡を該集光光学系の光路
に設け、反射あるいは透過のいずれかによりスケールパ
ターン像を惑星表面の光学画像に重畳するようにしたか
ら、簡単な構成でスケールパターン像を惑星表面の光学
画像に重畳することができる。

【００２８】更に、本発明によれば、スケールパターン
重畳機構に、スケールパターン像を発生するスケールパ
ターン発生部を設け、該スケールパターン発生部を、光
透過基板上に遮光材料でマスクしたスケールパターン原
板と、スケールパターン原板の光透過基板の裏面または
側面より光を照射する光源により構成したから、スケー
ルパターンを簡単に発生することができる。又、この場
合、光透過基板の一面にスケールパターンを形成し、光
入射面以外の他の面に反射特性を有する材料を被着する
ようにしたから、光の漏れ無く効率よくスケールパター
ン像を発生することができる。又、本発明によれば、固
体基板上に発光素子を集積回路技術等により所定のスケ
ールパターン像が発生するように作り込んでなるスケー
ルパターン原板を用意し、該発光素子を発光させること
によりスケールパターン像を発生するようにしたから、
スケールパターン発生部ををコンパクトに構成すること
ができる。

【００２９】更に、本発明によれば、スケールパターン
像の重畳をオン・オフ制御する手段を設けたから、スケ
ールパターン像に隠れた惑星表面の画像も適宜収集する
ことができる。又、本発明によれば、スケールパターン
像が重畳された互いに隣接する複数の画像を合成する場
合、各画像における同一のスケールパターン部分が重な
るように合成するから、簡単に、かつ、正確に隣接画像
を合成することができる。又、本発明によれば、重畳さ
れたスケールパターン像の惑星表面の光学画像に対する
ずれ量を測定する手段を設けたから、スケールパターン
像のずれ量により飛行体の姿勢の安定性や飛行体の速度
変化を検出でき、しかも、視線方向の補正制御を行うこ
とができる。更に、本発明によれば、スケールパターン
像の格子点あるいは縦横線が識別可能となるようにスケ
ールパターンを形成したから、視線方向同定部は惑星表
面の光学画像に重畳されているスケールパターン像の格
子点あるいは縦横線を識別するだけで視線方向を算出す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の全体の構成図である。

【図３】スケールパターン説明図である。

【図４】視線方向同定部の構成図である。

【図５】視線方向同定の処理フローである。

【図６】スケールパターン重畳機構の第１実施例説明図
である。

【図７】スケールパターン重畳機構の第２実施例説明図
である。

【図８】スケールパターン重畳機構の第３実施例説明図
である。

【図９】スケールパターン原板の第１の構成図である。

【図１０】スケールパターン原板の第２の構成図であ
る。

【図１１】スケールパターン原板の第３の構成図であ
る。

【図１２】スケールパターン像のオン・オフ制御機構説
明図である。

【図１３】画像合成処理の説明図である。

【図１４】スケールパターンの別の構成図である。

【符号の説明】

１１・・航空機、衛星等の飛行体１２・・惑星表面の光学画像を収集する画像収集部１３・・スケールパターン重畳機構１３ａ・・スケールパターン発生部１３ｂ，１３ｃ・・反射鏡２１・・集光光学系２２・・視線方向同定部２３・・視線方向駆動部３１・・惑星表面の像３２・・スケールパターン像３３・・画像収集装置の視野

フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−201537（ＪＰ，Ａ) 特開平３−239942（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−56814（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−277012（ＪＰ，Ａ) 特開平６−167333（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 1/00 G01C 11/02 B64G 1/66 H04N 7/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】航空機、衛星等の飛行体から惑星表面の
光学情報を収集する画像収集装置において、惑星表面の光学画像を補足する集光光学系、惑星表面の光学画像に視線方向を示すスケールパターン
像を重畳する光学系、集光光学系の視線方向を制御する視線方向制御部、前記スケールパターンに基づいて視線方向を同定する視
線方向同定部を備えたことを特徴とする画像収集装置。
【請求項２】前記スケールパターン像を重畳する光学
系は、集光光学系の集光開口径よりも小さい反射鏡を該
集光光学系の光路の一部に設け、該反射鏡を経由してス
ケールパターン像を惑星表面の光学画像に重畳すること
を特徴とする請求項１記載の画像収集装置。
【請求項３】前記スケールパターン像を重畳する光学
系は、集光光学系の集光開口径よりも大きなサイズの半
透明鏡を該集光光学系の光路に設け、反射あるいは透過
のいずれかによりスケールパターン像を惑星表面の光学
画像に重畳することを特徴とする請求項１記載の画像収
集装置。
【請求項４】前記画像収集装置はスケールパターン像
を発生するスケールパターン発生部を備え、該スケール
パターン発生部は、光透過基板上に遮光材料でマスクしたスケールパターン
原板と、スケールパターン原板の光透過基板の裏面または側面よ
り光を照射する光源を備えたことを特徴とする請求項１
記載の画像収集装置。
【請求項５】光透過基板の一面にスケールパターンを
形成し、光入射面以外の他の面に反射特性を有する材料
を被着したことを特徴とする請求項４記載の画像収集装
置。
【請求項６】前記画像収集装置はスケールパターン像
を発生するスケールパターン発生部を備え、該スケール
パターン発生部は、固体基板上に発光素子を所定のスケールパターン像が発
生するように作り込んでなるスケールパターン原板を備
えたことを特徴とする請求項１記載の画像収集装置。
【請求項７】前記画像収集装置は更に、スケールパターン像を発生するスケールパターン発生部
と、惑星表面の光学画像に対してスケールパターン像の重畳
をオン・オフする手段を備えたことを特徴とする請求項
１記載の画像収集装置。
【請求項８】前記画像収集装置は更に、スケールパターン像が重畳された互いに隣接する複数の
画像を、各画像のスケールパターン像が重なるように合
成する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の画
像収集装置。
【請求項９】前記画像収集装置は更に、前記重畳されたスケールパターン像の惑星表面の光学画
像に対するずれ量を測定する手段を備えた請求項１記載
の画像収集装置。
【請求項１０】前記スケールパターンの格子点あるい
は縦横線が識別可能となるようにスケールパターンを形
成し、視線方向同定部は惑星表面の光学画像に重畳され
ているスケールパターン像の格子点あるいは縦横線を識
別することにより視線方向を算出することを特徴とする
請求項１記載の画像収集装置。