DESCRIPTION
La présente invention se rapporte à un procédé pour stabiliser une image focalisée sur le plan d'un film d'un appareil photographique portatif par le déplacement linéaire d'un élément optique de prise de vue en fonction du déplacement angulaire de l'appareil.
On sait qu'à partir d'un certain grossissement, il n'est plus possible d'obtenir une image nette pour un temps de pose donné avec un appareil portatif, si celui-ci n'est pas fixé à un pied. Or l'emploi du pied limite évidemment les conditions d'utilisation d'un appareil de photo, la visée et la prise de vue avec l'appareil porté à la main étant le plus souvent désirable.
I1 existe déjà de nombreux dispositifs de stabilisation pour rendre un organe indépendant des mouvements d'un véhicule, en particulier dans des applications militaires. De tels dispositifs ne sont pas adaptables à la stabilisation d'une image sur le plan d'un film photographique.
Dans le domaine des appareils optiques portatifs, on a déjà proposé plusieurs solutions applicables aux lunettes d'approche, tel que décrit par exemple dans le DE-C3 1 772 827 qui a recours à une articulation à cardan et à un gyroscope. Ce mécanisme qui commande des déplacements angulaires de l'optique de compensation n'est pas applicable à un objectif pour appareil de photographie. De façon générale, les solutions basées sur un déplacement angulaire ne sont pas idéalement adaptées pour un appareil photographique, le faisceau lumineux devant de préférence rester constamment parallèle à l'axe optique de l'objectif.
Compte tenu de cette contrainte, il apparaît dès lors nécessaire de convertir les oscillations angulaires de l'appareil pen- dant la visée en un déplacement linéaire correspondant et en opposition de phase de l'objectif, de manière à rendre l'image focalisée sur le plan du film pratiquement immobile malgré les oscillations dues à la visée manuelle.
Le but de la présente invention est d'apporter une solution qui permette de réaliser une stabilisation de l'image focalisée sur le plan d'un film photographique.
A cet effet, cette invention a pour objet un procédé pour stabiliser une image focalisée sur le plan d'un film d'un appareil photographique portatif par le déplacement linéaire d'un élément optique de prise de vue en fonction du déplacement angulaire de l'appareil selon la revendication.
L'avantage essentiel de cette invention réside dans le fait que ce procédé de stabilisation permet, après un bref intervalle de temps, de déterminer la valeur exacte de la vitesse linéaire de l'image focalisée par rapport au plan du film, sur la base de la mesure de l'accélération angulaire de l'appareil photographique et ceci aussi bien dans le cas où le photographe vise un sujet fixe que mobile.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans-la description qui va suivre, faite à l'aide du dessin annexé qui illustre, schématiquement et à titre d'exemple, un mode de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue très schématique et unidimensionnelle montrant la conception du mécanisme de compensation à actionner.
Les figs 2a et 2b illustrent un modèle des paramètres mécaniques et électriques intervenant dans le dispositif de compensation.
La fig. 3 est un schéma-bloc du circuit électrique de compensation.
La fig. 4 est un schéma de l'intégrateur (block a/v) utilisé dans le schéma de la fig. 3.
Les figs 5a à 5j sont des diagrammes relatifs aux caractéristiques de fonctionnement de cet intégrateur.
Le procédé et le dispositif pour sa mise en oeuvre ont été conçus à partir de mesures de fréquence, d'amplitude et de vitesse angulaire des mouvements communiqués à un appareil photographique équipé d'un téléobjectif de 300 mm f/2.8 pendant le temps d'exposition. Ces tests ont été réalisés sur un échantillon de personnes des deux sexes. L'analyse de ces résultats a montré que la largeur de bande de la fréquence des mouvements à stabiliser se situe entre 1 et 10-12 Hz. L'amplitude moyenne de déplacement pendant le temps d'exposition de 1/60 s est de 60 à 80 Rm avec des pointes maximum de 200 à 260 llm qui peuvent aller jusqu'à 300 llm, si l'on tient compte du temps total de déplacement du rideau qui est de 24 ms.
Pour que le processus de stabilisation soit efficace, il ne faut pas que les oscillations résiduelles dépassent 20 um pendant 1/60 s.
Les vitesses linéaires maximum à compenser ont été fixées à 20 mm/s, ce qui fixe le déplacement maximum de l'optique de compensation durant 1/60 sà moins de 0,5 mm.
Pour une vitesse angulaire Qc de l'appareil photographique, un grossissement angulaire Ko de l'objectif un temps d'exposition texp et une vitesse linéaire Vi de la lentille, il faudra donc satisfaire la relation
EMI1.1
La présente invention a pour objet un système d'asservissement d'un dispositif électromécanique du type de celui décrit dans la demande de brevet publiée JP 6349729 auquel on pourra se référer. La fig. 1 illustre très schématiquement le principe unidimensionnel de ce dispositif qui constitue un compensateur optique des déplacements angulaires imprimés à l'appareil photographique.
Ce dispositif comporte un équipage mobile 1 portant un élément optique 2, guidé en translation par des organes de guidage 3 et actionné par une came 4 solidaire de l'arbre d'un moteur 5, un ressort de précontrainte 6 maintenant constamment l'équipage mobile 1 contre la came 4. En fait, le mécanisme comporte un second degré de liberté orthogonal à celui illustré et comprenant les mêmes éléments afin de déplacer l'élément optique 2 selon deux axes orthogonaux. Par souci de simplicité on ne se réfère ici qu'à un moteur et un équipage mobile, la commande du second équipage mobile étant identique à celle du premier.
La fig. 2a représente le compensateur optique S illustré par la fig. 1 et dont le premier élément, le moteur 5, reçoit une tension d'entrée Umot, la position de l'élément optique 2 solidaire de l'équipage mobile 1 correspondant à ylens et constituant le dernier élément de ce compensateur.
Avant d'examiner l'ensemble du circuit de commande, nous allons procéder à une étude des caractériques électroméchaniques du compensateur qui sera utile pour concevoir ce circuit de commande.
La fig. 2b représente symboliquement tous les paramètres éléctriques et mécaniques du dispositif illustré par la fig. 1.
On analysera à partir de cette représentation symbolique la fonction de transfert du dispositif. Cette fig. 2 comporte quatre parties relatives au moteur 5, à la came 4, à l'équipage mobile 1 de l'élément optique 2 et à la force de précontrainte
Fconst. La partie électrique du moteur à courant continu 5 comporte sa résistance R, son inductance L, sa tension contre électromotrice E et sa partie mécanique, son inertie I, son frottement Q. La came 4 est symbolisée par son facteur de transformation couple-force 3, l'équipage mobile 1 par sa masse m d'une part et par la raideur k et le frottement dynamique X du ressort, enfin Fconst la force de précontrainte du ressort et le poids de l'équipage mobile qui plaquent celui-ci contre la came.
Par analyse de ces différents paramètres, on obtiendra la fonction de transfert relative au déplacement du compensateur optique S en fonction de la tension Urne appliquée au moteur 5 à courant continu et de la force Fconst.
Les fonctions de transfert du modèle symbolique de la fig. 2 sont pour la partie électrique du moteur:
M
E = UrnotE= Ri + sLi
Umot = (R+sL)i+co et pour sa partie mécanique:
M = Mi + Mp + M3 = sIo + e + o + Ï F6 3F3 pour la liaison came-équipage mobile supposée rigide: M=F3. 38=M3
F3
EMI2.1
pour l'équipage mobile F3 = Frn + Fk + Fk + Fconst
= (s2 m + s X + k) Yiens + Fconst
OÙ Ylens correspond à la position de l'équipage mobile.
pour l'ensemble
EMI2.2
EMI2.3
1tot = I + In 32 Qtot = e + X o2
Etant donné que le poids de l'équipage mobile et la force de précontrainte Fconst sont des valeurs constantes, on peut les neutraliser en appliquant au moteur 5 une tension fixe équivalente Uconst: 3R Uconet = Fconst - W
En plus de la neutralisation de Fconst, on peut simplifier les qualités dynamiques du compensateur optique S dans le domaine des fréquences utiles à la fonction de transfert suivante:
EMI2.4
On voit donc qu'à basses fréquences une tension Urne appliquée au moteur 5 engendre essentiellement un déplacement et à hautes fréquences une accélération.
Entre ces deux domaines de fréquences, il existe une zone de proportionalité dans le sens complexe tension-vitesse.
En élargissant cette zone à l'intervalle de fréquences de 1-10 (Hz) requis pour obtenir une stabilisation efficace, on peut réaliser un circuit d'asservissement en vitesse que l'on décrira maintenant plus en détail à l'aide du schéma-bloc de lafig. 3.
Ce circuit comporte un accéléromètre A formant à sa sortie un signal y proportionnel à l'accélération angulaire communiquée à l'appareil photographique pendant la visée et l'exposition du film. Ce signal y est intégré par un couvertisseur accélération-vitesse a/v pour former à sa sortie un signal Uv caractéristique de la vitesse angulaire.
Le reste du circuit est constitué par une boucle fermée. Le signal de vitesse Uv issu du convertisseur a/v est envoyé dans un bloc de compensation électronique C qui filtre et élargit la gamme de fréquences pour laquelle les tensions électriques du signal seront proportionnelles à la vitesse. C'est ce bloc qui fournit la tension introduite dans le moteur 5 du compensateur optique S, à laquelle s'ajoute la tension continue Uconst proportionnelle à la force de précontrainte Fconst. La position ylens de l'équipage mobile 1 du compensateur optique S est détectée par le bloc M qui effectue une mesure différentielle de haute précision de cette position. Cette mesure est différenciée pour engendrer un signal Umes proportionnel à la vitesse de cet équipage mobile.
Ce signal est envoyé dans un filtre PID (Proportionnel,
Intégrateur, Différentiateur) qui reçoit parallèlement le signal Uv issu du convertisseur a/v. Ce filtre PID extrait alors du signal d'erreur entre le signal de vitesse Uv désirée et le signal devitesse Umes mesurée de l'équipage mobile 1, les termes qui vont être réinjectés dans la boucle d'asservissement.
Comme on l'a mentionné ci-dessus, le convertisseur accélération-vitesse génère un signal proportionnel à la vitesse angulaire de l'appareil photographique à partir de son accélération angulaire y. Ce signal correspond à la vitesse linéaire vl qui doit être communiquée à l'équipage mobile du compensateur optique S pour obtenir une image stable sur le plan focal. Le convertisseur a/v est donc essentiellement un intégrateur qui doit satisfaire entre autre les deux conditions suivantes:
1. Le signal de vitesse doit avoir une vitesse moyenne nulle après un temps de visée aussi court que possible et ceci pour n'importe quelle valeur du signal d'accélération au début de l'intégration.
2. Ce signal doit être aussi peu déphasé que possible par rapport à la vitesse angulaire effective de l'appareil photographique, ceci afin que le flou résiduel de l'image après stabilisation soit inférieur à une limite donnée, par exemple 20 Fm fixé par la relation (1).
Pour satisfaire la première de ces conditions, il y a lieu de déterminer la condition initiale de la vitesse angulaire de l'appareil photographique au début de l'intégration, en admettant que durant la visée, la valeur moyenne du mouvement du sujet par rapport au plan du film est nulle. Pour générer un signal à valeur moyenne nulle, il faut filtre ses composantes basses fréquences. Le comportement dans le temps de la valeur moyenne du signal ainsi filtré est représenté par la fonction ICE. La stabilisation ne peut débuter que lorsque ICE=0
Pour satisfaire la seconde de ces conditions, il y a lieu de définir la position des pôles de ce filtre passe haut en fonction de la limite fixée par la relation (1).
L'erreur de phase entre le signal de vitesse produit par le convertisseur a/v et la vitesse effective Qc est appelée PSE.
Elle peut être définie de la façon suivante: Qc =QOsinfat Qa/vcOnv = QO sin (co t - cp) = QO(sin o t + PSE)
EMI3.1
Cette fonction ne s'atténue pas avec le temps. I1 s'agit de ce fait d'un facteur déterminant quant à la précision de la stabilisation de l'image.
L'erreur maximum découlant de la fonction PSE est: max [PSE] = 2 sin
2
Si l'on considère que l'erreur de vitesse est constante pendant le temps d'exposition, ce qui est admissible pour des fréquences de l'ordre de 1 Hz, on peut obtenir le déphasage maximum
EMI3.2
En admettant une vitesse de l'élément optique mobile de compensation VO maximum de 20 mm/s, un temps d'exposition texp de 16,6 ms et un déplacement maximum de l'image
Emax de 20 A et avec un facteur de sécurité de 1,5, on obtient: Pmax =2,40
Si on désire compenser des fréquences aussi basses que 1 Hz, (panax détermine la configuration polaire de tous les filtres passe-hauts:
:
pour un pôle dominant (intégrateur b) T = 3,82 s
pour deux pôles dominants (intégrateur a) tel = T2 = 8s
Les fréquences de coupure maximum du filtre passe-haut deviennent égales à 0,042 Hz pour l'intégrateur b et à 0,02 Hz pour l'intégrateur a.
Le seuil à atteindre par la fonction ICE avant que la compensation puisse commencer est donné par (valable pour des fréquences de l'ordre de 1 Hz): 20St = ±maX = texp V0 ICEmax
EMI3.3
Avec les valeurs des paramètres physiques donnés précédemment et en admettant un facteur de dimensionement de 2,5, on obtient ICEmax = 2,4%.
Il s'avère qu'avec un convertisseur a/v utilisant un intégrateur conventionnel, le photographe serait obligé de viser pendant au moins 15 secondes, jusqu'à ce que la condition de vitesse initiale ait été appréciée, avant de prendre une photo.
Etant donné qu'une telle contrainte est inacceptable il est proposé d'avoir recours à un intégrateur susceptible de fonctionner à deux régimes, une commutation le faisant passer automatiquement d'un régime à un autre.
Un tel intégrateur est illustré par la fig. 4. Le convertisseur a/v est constitué par un intégrateur commutable sur deux régimes d'intégration A et B, par deux commutateurs S1 et S2 commandés à partir d'un signal dont la période de commutation est de 1 s par exemple pour passer du régime A au régime
B. Tel qu'illustrés par la fig. 4, ces commutateurs Si fermé, S ouvert font travailler l'intégrateur en régime B, leurs positions respectives étant inversées lorsque l'intégrateur travail en régime A.
Le régime A correspond au régime d'intégration pendant une période de visée inférieure à 1 s, dont les caractéristiques de filtrage et d'intégration sont illustrées par les fig. Sa à Se.
Au bout de cette période de 1 s, l'intégration travaille en régime B avec une deuxième constante de temps. Les caractéristiques de filtrage et d'intégration de cet intégrateur en régime B au-delà de la période de 1 s, sont illustrées par les fig. Sf à Sj.
En régime A (t < ls), l'intégrateur fonctionne avec un filtre passe haut (fig. Sa) à temps de réponse relativement rapide et intègre le signal d'accélération pendant que le photographe vise un sujet. Comme le montre la fig. 5b, la valeur moyenne du signal de vitesse qui correspond à Ferreur de condition initiale ICE, chute rapidement. Par contre, le déphasage entre le signal intégré et la vitesse effective de l'appareil de photo PSE fig. 5c reste trop élevé.
Après un intervalle de temps déterminé par les poles du filtre passe haut (fig. 5a), (ici la) la fonction ICE passe par zéro. En cet instant précis, la valeur moyenne du signal de vitesse est nulle, et le filtre doit être commuté.
Après cette phase initiale A de 1 s, les commutateurs S1, S2 basculent dans leur seconde position et l'intégrateur présente des charactéristiques en fréquence (fig. 5f) qui satisfont les conditions de précision de la stabilisation. Comme illustré par la fig. 5h, le déphasage PSE entre le signal intégré et la vitesse angulaire réelle de l'appareil photographique devient alors acceptable.
Dès lors, la qualité de la correction effectuée pour stabiliser l'image focalisée sur le plan du film photosensible dépend essentiellement des caractéristiques de l'accéléromètre angulaire A et en particulier de la dérive de cet accéléromètre. Les diagrammes des figures Sd et Si relatifs à la dérive OE montent que cette dérive du signal d'accélération gène considérablement la stabilisation, étant donné qu'il rend le signal de vitesse intégré dissemblable de la vitesse angulaire réelle de l'appareil photographique. On remarque aussi bien sur la fig. Se que sur la fig. Sj illustrant l'erreur globale pendant les phases A et B l'importance de cette dérive. Il est donc nécessaire que l'accéléromètre A génère un signal sans composante continue aussi faible que possible.
DESCRIPTION
The present invention relates to a method for stabilizing an image focused on the plane of a film of a portable photographic camera by the linear displacement of an optical element for taking pictures as a function of the angular displacement of the camera.
We know that from a certain magnification, it is no longer possible to obtain a clear image for a given exposure time with a portable device, if the latter is not fixed to a stand. However, the use of the foot obviously limits the conditions of use of a camera, aiming and shooting with the camera carried in the hand being most often desirable.
I1 already exist many stabilization devices to make an organ independent of the movements of a vehicle, in particular in military applications. Such devices are not adaptable to the stabilization of an image on the plane of a photographic film.
In the field of portable optical devices, several solutions have already been proposed applicable to approach glasses, as described for example in DE-C3 1 772 827 which uses a cardan joint and a gyroscope. This mechanism which controls angular movements of the compensation optics is not applicable to a camera lens. In general, solutions based on angular displacement are not ideally suited for a camera, the light beam preferably having to remain constantly parallel to the optical axis of the objective.
Given this constraint, it therefore appears necessary to convert the angular oscillations of the camera during the sighting into a corresponding linear displacement and in phase opposition of the lens, so as to make the image focused on the plan of the film practically immobile despite the oscillations due to manual aiming.
The aim of the present invention is to provide a solution which allows stabilization of the image focused on the plane of a photographic film.
To this end, the subject of this invention is a method for stabilizing an image focused on the plane of a film of a portable photographic camera by the linear displacement of an optical element for taking pictures as a function of the angular displacement of the apparatus according to claim.
The essential advantage of this invention resides in the fact that this stabilization method makes it possible, after a short period of time, to determine the exact value of the linear speed of the focused image relative to the plane of the film, on the basis of the measurement of the angular acceleration of the camera and this as well in the case where the photographer aims at a fixed subject than mobile.
Other characteristics and advantages of the invention will appear in the description which follows, made with the aid of the appended drawing which illustrates, schematically and by way of example, an embodiment of the method which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a very schematic and one-dimensional view showing the design of the compensation mechanism to be actuated.
Figs 2a and 2b illustrate a model of the mechanical and electrical parameters involved in the compensation device.
Fig. 3 is a block diagram of the electrical compensation circuit.
Fig. 4 is a diagram of the integrator (block a / v) used in the diagram of FIG. 3.
Figs 5a to 5j are diagrams relating to the operating characteristics of this integrator.
The method and the device for its implementation were conceived from measurements of frequency, amplitude and angular speed of the movements communicated to a camera equipped with a telephoto lens of 300 mm f / 2.8 during the time of exposure. These tests were carried out on a sample of people of both sexes. Analysis of these results has shown that the bandwidth of the frequency of the movements to be stabilized is between 1 and 10-12 Hz. The average amplitude of movement during the exposure time of 1/60 s is 60 at 80 Rm with peaks of 200 to 260 llm which can go up to 300 llm, if one takes into account the total time of displacement of the curtain which is 24 ms.
For the stabilization process to be effective, the residual oscillations must not exceed 20 µm for 1/60 s.
The maximum linear speeds to be compensated have been set at 20 mm / s, which fixes the maximum displacement of the compensation optics for 1/60 s to less than 0.5 mm.
For an angular speed Qc of the camera, an angular magnification Ko of the objective a time of exposure texp and a linear speed Vi of the lens, it will therefore be necessary to satisfy the relation
EMI1.1
The present invention relates to a servo system of an electromechanical device of the type described in published patent application JP 6349729 to which reference may be made. Fig. 1 very schematically illustrates the one-dimensional principle of this device which constitutes an optical compensator for the angular displacements printed on the camera.
This device comprises a movable assembly 1 carrying an optical element 2, guided in translation by guide members 3 and actuated by a cam 4 secured to the shaft of an engine 5, a prestressing spring 6 constantly maintaining the movable assembly 1 against the cam 4. In fact, the mechanism has a second degree of freedom orthogonal to that illustrated and comprising the same elements in order to move the optical element 2 along two orthogonal axes. For the sake of simplicity, we are referring here only to an engine and a moving assembly, the control of the second moving assembly being identical to that of the first.
Fig. 2a shows the optical compensator S illustrated in FIG. 1 and the first element of which, the motor 5, receives an input voltage Umot, the position of the optical element 2 secured to the moving assembly 1 corresponding to ylens and constituting the last element of this compensator.
Before examining the entire control circuit, we will carry out a study of the electromechanical characteristics of the compensator which will be useful for designing this control circuit.
Fig. 2b symbolically represents all the electrical and mechanical parameters of the device illustrated in FIG. 1.
We will analyze from this symbolic representation the transfer function of the device. This fig. 2 comprises four parts relating to the motor 5, to the cam 4, to the moving assembly 1 of the optical element 2 and to the prestressing force
Fconst. The electrical part of the DC motor 5 comprises its resistance R, its inductance L, its voltage against electromotive E and its mechanical part, its inertia I, its friction Q. The cam 4 is symbolized by its torque-force transformation factor 3 , the moving element 1 by its mass m on the one hand and by the stiffness k and the dynamic friction X of the spring, finally Fconst the prestressing force of the spring and the weight of the moving element which press it against the cam.
By analyzing these various parameters, the transfer function relating to the displacement of the optical compensator S will be obtained as a function of the voltage Urne applied to the DC motor 5 and of the force Fconst.
The transfer functions of the symbolic model of fig. 2 are for the electrical part of the engine:
M
E = UrnotE = Ri + sLi
Umot = (R + sL) i + co and for its mechanical part:
M = Mi + Mp + M3 = sIo + e + o + Ï F6 3F3 for the cam-mobile linkage assumed to be rigid: M = F3. 38 = M3
F3
EMI2.1
for the moving part F3 = Frn + Fk + Fk + Fconst
= (s2 m + s X + k) Yiens + Fconst
WHERE Ylens corresponds to the position of the moving assembly.
for the group
EMI2.2
EMI2.3
1tot = I + In 32 Qtot = e + X o2
Since the weight of the moving part and the prestressing force Fconst are constant values, they can be neutralized by applying to the motor 5 an equivalent fixed voltage Uconst: 3R Uconet = Fconst - W
In addition to the neutralization of Fconst, one can simplify the dynamic qualities of the optical compensator S in the range of frequencies useful for the following transfer function:
EMI2.4
We therefore see that at low frequencies a Urn voltage applied to the motor 5 essentially generates a displacement and at high frequencies an acceleration.
Between these two frequency domains, there is a proportionality zone in the complex voltage-speed direction.
By widening this zone to the frequency interval of 1-10 (Hz) required to obtain effective stabilization, one can realize a speed control circuit which will now be described in more detail using the diagram. lafig block. 3.
This circuit comprises an accelerometer A forming at its output a signal y proportional to the angular acceleration communicated to the camera during the aiming and the exposure of the film. This signal is integrated therein by an acceleration-speed a / v cover to form at its output a signal Uv characteristic of the angular speed.
The rest of the circuit consists of a closed loop. The speed signal Uv from the a / v converter is sent to an electronic compensation block C which filters and widens the frequency range for which the electrical voltages of the signal will be proportional to the speed. It is this block which supplies the voltage introduced into the motor 5 of the optical compensator S, to which is added the direct voltage Uconst proportional to the prestressing force Fconst. The position ylens of the moving element 1 of the optical compensator S is detected by the block M which performs a high precision differential measurement of this position. This measurement is differentiated to generate a signal Umes proportional to the speed of this mobile equipment.
This signal is sent in a PID filter (Proportional,
Integrator, Differentiator) which receives the Uv signal from the a / v converter in parallel. This PID filter then extracts from the error signal between the desired speed signal Uv and the measured speed signal Umes from the moving equipment 1, the terms which will be fed back into the servo loop.
As mentioned above, the acceleration-speed converter generates a signal proportional to the angular speed of the camera from its angular acceleration y. This signal corresponds to the linear speed v1 which must be communicated to the moving element of the optical compensator S in order to obtain a stable image on the focal plane. The a / v converter is therefore essentially an integrator which must satisfy, among other things, the following two conditions:
1. The speed signal must have a zero average speed after as short a target time as possible and this for any value of the acceleration signal at the start of integration.
2. This signal must be as little out of phase as possible with respect to the effective angular speed of the camera, this so that the residual blurring of the image after stabilization is less than a given limit, for example 20 Fm fixed by the relation (1).
To satisfy the first of these conditions, it is necessary to determine the initial condition of the angular speed of the camera at the start of integration, by admitting that during the aiming, the average value of the movement of the subject relative to the movie plan sucks. To generate a signal with zero average value, it is necessary to filter its low frequency components. The behavior over time of the average value of the signal thus filtered is represented by the ICE function. Stabilization can only start when ICE = 0
To satisfy the second of these conditions, it is necessary to define the position of the poles of this high pass filter as a function of the limit fixed by relation (1).
The phase error between the speed signal produced by the a / v converter and the effective speed Qc is called PSE.
It can be defined as follows: Qc = QOsinfat Qa / vcOnv = QO sin (co t - cp) = QO (sin o t + PSE)
EMI3.1
This function does not diminish over time. It is therefore a determining factor as to the accuracy of image stabilization.
The maximum error resulting from the PSE function is: max [PSE] = 2 sin
2
If we consider that the speed error is constant during the exposure time, which is admissible for frequencies of the order of 1 Hz, we can obtain the maximum phase shift
EMI3.2
By admitting a speed of the mobile optical compensation element VO maximum of 20 mm / s, a texp exposure time of 16.6 ms and a maximum displacement of the image
Emax of 20 A and with a safety factor of 1.5, we obtain: Pmax = 2.40
If you want to compensate for frequencies as low as 1 Hz, (panax determines the polar configuration of all high-pass filters:
:
for a dominant pole (integrator b) T = 3.82 s
for two dominant poles (integrator a) tel = T2 = 8s
The maximum cutoff frequencies of the high pass filter become 0.042 Hz for integrator b and 0.02 Hz for integrator a.
The threshold to be reached by the ICE function before compensation can start is given by (valid for frequencies of the order of 1 Hz): 20St = ± maX = texp V0 ICEmax
EMI3.3
With the values of the physical parameters given above and assuming a dimensioning factor of 2.5, we obtain ICEmax = 2.4%.
It turns out that with an A / V converter using a conventional integrator, the photographer would be forced to aim for at least 15 seconds, until the initial speed condition has been appreciated, before taking a photo.
Given that such a constraint is unacceptable, it is proposed to use an integrator capable of operating in two regimes, a switching causing it to pass automatically from one regime to another.
Such an integrator is illustrated in FIG. 4. The a / v converter consists of an integrator switchable on two integration regimes A and B, by two switches S1 and S2 controlled on the basis of a signal whose switching period is 1 s for example to pass from the diet A to diet
B. As illustrated in fig. 4, these switches If closed, S open cause the integrator to work in speed B, their respective positions being reversed when the integrator is working in speed A.
The regime A corresponds to the integration regime for an aiming period of less than 1 s, the filtering and integration characteristics of which are illustrated in FIGS. Sa to Se.
At the end of this period of 1 s, the integration works in regime B with a second time constant. The filtering and integration characteristics of this integrator in regime B beyond the period of 1 s, are illustrated in FIGS. Sf to Sj.
In regime A (t <ls), the integrator works with a high pass filter (fig. Sa) with relatively quick response time and integrates the acceleration signal while the photographer is aiming at a subject. As shown in fig. 5b, the mean value of the speed signal which corresponds to the initial condition error ICE, drops rapidly. On the other hand, the phase shift between the integrated signal and the effective speed of the PSE camera fig. 5c remains too high.
After a time interval determined by the poles of the high pass filter (fig. 5a), (here the) the ICE function goes through zero. At this precise moment, the average value of the speed signal is zero, and the filter must be switched.
After this initial phase A of 1 s, the switches S1, S2 switch to their second position and the integrator has frequency characteristics (fig. 5f) which satisfy the conditions for precise stabilization. As illustrated in fig. 5h, the PSE phase shift between the integrated signal and the actual angular speed of the camera then becomes acceptable.
Consequently, the quality of the correction carried out to stabilize the image focused on the plane of the photosensitive film depends essentially on the characteristics of the angular accelerometer A and in particular on the drift of this accelerometer. The diagrams in FIGS. Sd and Si relating to the drift OE show that this drift of the acceleration signal considerably hinders stabilization, since it makes the integrated speed signal dissimilar from the real angular speed of the camera. We can also see in fig. As in fig. Sj illustrating the overall error during phases A and B the importance of this drift. It is therefore necessary that the accelerometer A generates a signal without continuous component as weak as possible.