CN103597809B - 天体自动追踪拍摄方法和天体自动追踪拍摄装置 - Google Patents

天体自动追踪拍摄方法和天体自动追踪拍摄装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种天体自动追踪拍摄方法和一种天体自动追踪拍摄装置，其能够通过减少不必要的计算处理来降低CPU的负担，不必使用昂贵、体积大、沉重且需要复杂调整的赤道仪，也不需要被精确控制的执行器，就能够以呈静止状态清晰地拍摄天体。本发明的天体自动追踪拍摄方法，用于拍摄由于周日运动而相对拍摄装置移动的天体，一边移动从图像传感器的部分成像区域中电子剪裁出的剪裁区域，一边拍摄天体，该方法包括如下步骤：获取天体图像在成像区域上的移动信息；根据所获取的天体图像的移动信息设定剪裁区域的移动数据；以及一边根据所设定的剪裁区域的移动数据移动该剪裁区域，一边在各移动后的剪裁区域进行拍摄操作。

Description

天体自动追踪拍摄方法和天体自动追踪拍摄装置
技术领域
本发明涉及一种能够捕捉天体静止图像的天体自动追踪拍摄方法，以及一种天体自动追踪拍摄装置（照相机等）。
背景技术
当用固定拍摄装置进行长曝光天文摄影时，由于地球的自转（周日运动）造成天体相对拍摄装置移动，因此在长曝光过程中天体的移动轨迹在所拍摄画面中形成直的或弯曲的光轨迹。
为了使天体呈静止状态（呈光点）而用长曝光拍摄天体，通常用装备有自动追踪系统的赤道仪使拍摄装置对准天体移动，对天体进行拍摄。
但是，装备有自动追踪系统的赤道仪通常昂贵、沉重并难以操作；而且必须进行极轴校准程序，以使赤道仪的极轴对准天球北极极轴。
近年来，有人提出如下方法，即，不使用赤道仪，令固定的拍摄装置进行多次连续拍摄操作（曝光操作），然后检测多个所拍摄图像的位移量，通过叠加各个拍摄图像来获得单张图像（专利文献1和2）。
但是，在该方法中，实际上不可能正确计算出多张拍摄图像的位移量。并且，在作为多个天体的集合图像的天体照片中，要想正确识别同一天体是极为困难的。而且，由于在天文拍摄中天体的运行（周日运动）非常缓慢，因此当进行多次拍摄操作的周期过短时，多个拍摄图像在宏观上趋同（获得大量几乎相同的拍摄图像），由于进行不必要的计算处理而增加CPU的负担。
另外，还提出了如下的自动追踪天文摄影，即，在不使用赤道仪，使拍摄单元在固定状态下，驱动（移动）拍摄单元的图像传感器，而进行拍摄操作（专利文献3和4）。
但是，在该方法中，必须有使图像传感器精确移动的执行器（actuator），而此种执行器难以生产和控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本发明专利公开第2006-279135号
专利文献2：日本发明专利公开第2006-287375号
专利文献3：日本发明专利公开第2008-289052号
专利文献4：日本发明专利公开第2010-122672号
发明内容
技术问题
本发明基于对上述问题和结论的认识而完成，目的在于提供一种天体自动追踪拍摄方法和天体自动追踪拍摄装置，其能够通过减少不必要的计算处理来降低CPU的负担，不必使用昂贵、体积大、沉重且需要复杂调整的赤道仪，也不需要被精确控制的执行器，就能够以呈静止状态清晰地拍摄天体。
解决方法
本发明是基于以下考虑而完成的，即，在获取天体图像在图像传感器成像范围内的移动信息（移动方向、移动距离、转动角）后，根据所获得的移动信息来设定剪裁区域的移动数据（移动方向、移动距离、转动角和移动周期），并一边按照设定的移动数据来移动剪裁区域，一边在各个剪裁区域进行拍摄操作，获得所拍摄的各个剪裁区域的拍摄图像叠加后形成的单个图像，由此，能够通过减少不必要的计算处理来减轻CPU的负担，不必使用昂贵、体积大、沉重且需要复杂调整的赤道仪，也不需要被精确控制的执行器，就能够以呈静止状态清晰地拍摄天体。
即，在本发明中，提供有自动追踪并拍摄天体的方法，即，为了拍摄由于周日运动而相对于拍摄装置移动的天体，一边移动从图像传感器的一部分成像区域电子剪裁出的剪裁区域，一边对天体进行拍摄，该方法包括：获取天体图像在成像区域上的移动信息；根据所获取的天体图像的移动信息设定剪裁区域的移动数据；并一边根据所设定的剪裁区域的移动数据移动该剪裁区域，一边在各移动后的剪裁区域进行拍摄操作。
通过以下两种方法能够判定剪裁区域15的剪裁范围（设定范围）和拍摄时间（曝光时间）。两种方法均能判定相对于所需的剪裁区域15的剪裁范围（或拍摄时间）的理想拍摄时间（或剪裁区域15的剪裁范围）。
在第一种方法里，从图像传感器的成像区域中剪裁出（设定）小于该成像区域的剪裁区域；当根据剪裁区域的移动数据对被剪裁出的该剪裁区域进行虚拟移动时，计算该剪裁区域可被图像传感器的成像区域容纳的最长时间，作为最长拍摄时间；然后将该所计算的最长拍摄时间设定为拍摄时间。
在第二种方法里，设定所需拍摄时间（曝光时间）；根据所获取的天体图像的移动信息计算图像传感器的成像区域的移动数据；当在所设定的拍摄时间内，根据算出的该成像区域的移动数据对图像传感器的成像区域进行虚拟移动时，从图像传感器的成像区域的常用部分剪裁出（设定）剪裁区域。
优选地，在剪裁区域的剪裁步骤中，剪裁出矩形的剪裁区域，其与图像传感器的矩形成像区域的长边和短边平行。
由此，能够使剪裁出的矩形剪裁区域的移动量变大，并能够获得较长的拍摄时间（曝光时间）。
剪裁区域中的天体图像的移动信息包括剪裁区域中天体图像的移动方向、移动距离和转动角。
剪裁区域的移动数据包括剪裁区域的移动方向、移动距离、转动角和移动周期。
在设定移动数据的步骤中，优选设定剪裁区域的移动周期，使得在每个预设时间周期内天体图像在剪裁区域中的移动距离不超过剪裁区域的像素间距。
由此，因为在剪裁区域中所形成的天体图像移动不超过剪裁区域的像素间距，所以能够以静止状态（作为光点）拍摄天体。
在获取移动信息的步骤中，优选地，通过将移动距离分解成与拍摄光学系统的光轴正交方向上的直线移动分量、和绕与该光轴平行的轴的转动移动分量，来获取剪裁区域中每个预设时间周期内天体图像的移动距离。在设定移动数据的步骤中，优选地，将与所获得的直线移动分量的移动距离对应的剪裁区域的移动周期、和与所获得的转动移动分量的移动距离对应的剪裁区域的移动周期中最短移动周期，设定为剪裁区域的移动周期。
由此，由于剪裁区域内天体图像的直线移动分量（转动移动分量）的移动距离不会过度地大于转动移动分量（直线移动分量）的移动距离，因此天体能够以静止状态（作为光点）被拍摄。
天体自动追踪拍摄方法可以进一步包括能够在拍摄期间更新剪裁区域的移动周期的升级步骤。
由此，即使拍摄过程中的追踪条件发生变化，也能够根据变化后的追踪条件以优化的移动周期移动剪裁区域。
根据本发明的天体自动追踪拍摄方法进一步包括输入拍摄装置的拍摄光学系统的焦距信息、拍摄位置的纬度信息、拍摄方位角信息、拍摄仰角信息、和拍摄装置的姿态信息，其中在获取移动信息的步骤中，能够通过使用上述输入的信息来获取天体图像在剪裁区域内的移动信息。
由此，能够以更高的精度来计算剪裁区域内天体图像的移动信息。
提供有一种天体自动追踪拍摄装置，用来拍摄由于周日运动而相对于拍摄装置移动的天体，其一边移动从图像传感器的部分成像区域中电子剪裁出的剪裁区域、一边拍摄天体，该天体自动追踪拍摄装置包括：获取单元，其获取天体图像在成像区域上的移动数据；设定单元，其根据由获取单元获取的天体图像的移动信息来设定剪裁区域的移动数据；以及拍摄单元，其一边根据设定单元所设定的剪裁区域的移动数据移动剪裁区域、一边在各移动后的剪裁区域进行拍摄操作。
发明的有益效果
根据本发明，实现有天体自动追踪拍摄方法和天体自动追踪拍摄装置，其能够通过减少不必要的计算处理来降低CPU的负担，不必使用昂贵、体积大、沉重且需要复杂调整的赤道仪，也不需要被精确控制的执行器，就能够以呈静止状态清楚地拍摄天体。
附图说明图1是表示作为本发明的天体自动追踪拍摄装置的数码相机的实施例的基本结构的框图。
图2(A)是表示设置有剪裁区域的图像传感器的成像表面（成像区域）的示意图。
图2(B)是表示使剪裁区域在图像传感器的成像表面上做直线移动的示意图。
图2(C)是表示使剪裁区域在图像传感器的成像表面上转动的示意图。
图3是表示定义天球半径为r而在北极点进行天体拍摄操作的方式的示意图。
图4是表示从正下方观察图3的进行天体拍摄操作的方式的示意图。
图5是表示从不同的方向(a1)～(a4)观察的天体的轨迹（圆形轨迹）的示意图。
图6表示从不同的方向(a1)～(a4)拍摄的天体的圆形轨迹的图像。
图7是表示用照相机指向天体时，天体因地球转动而在图像上形成的轨迹的示意图。
图8是当天体沿看上去呈椭圆形（圆形）的轨迹运行时，一边在图像传感器的中心捕捉天体，一边追踪天体移动的情形的示意图。
图9是表示椭圆与椭圆的切线之间关系的示意图。
图10是说明根据本发明的天体自动追踪拍摄的天体图。
图11是表示图10中在天体半球上的，连接天球北极、目标天体和天顶的球面三角形的示意图。
图12是表示数码相机绕拍摄光轴从水平位置倾斜的状态的示意图。
图13是表示用于进行本发明的天体自动追踪拍摄的第一种方法的流程图。
图14表示确定剪裁区域的剪裁范围（设定范围）和拍摄时间（曝光时间）的第一种方法；其中图14(A)表示剪裁区域的初始剪裁（设定）状态，图14(B)表示剪裁（设定）后的剪裁区域已根据移动数据进行移动的移动后状态。
图15是表示设定剪裁区域移动周期的方法的流程图。
图16是表示进行本发明的天体自动追踪拍摄的第二种方法的流程图。
图17表示确定剪裁区域的剪裁范围（设定范围）和拍摄时间（曝光时间）的第二种方法。
附图标记说明
10 数码相机（拍摄装置）
11 相机机身
13 图像传感器（成像单元、拍摄单元）
14 成像表面（拍摄区域）
15 剪裁区域
17 光圈驱动控制机构
21 CPU（获取单元/设定单元/拍摄单元/叠加单元）
21A 像素间据信息保持单元
23 LCD显示屏
25 存储卡
27 电源开关
28 释放开关
30 设定开关
31 GPS单元（纬度信息输入单元）
33 方位角传感器（拍摄方位角信息输入单元）
35 重力传感器（拍摄仰角信息输入单元、海拔高度信息输入单元）
101 拍摄镜头（拍摄单元）
101L 拍摄光学系统（拍摄单元）
103 光圈
105 焦距检测器（焦距信息输入单元）
具体实施方式
以下参照附图来详细说明本发明。
以下参照图1至图17，对作为本发明的天体自动追踪拍摄装置的数码相机（拍摄装置）10的实施例进行说明。
如图1所示，数码相机10具有相机机身11和拍摄镜头101（镜头包括拍摄光学系统101L）。数码相机10在相机机身11内，在拍摄光学系统101L后方，设置有图像传感器（图像拾取单元）13。拍摄光学系统101L的光轴（拍摄光轴）LO和图像传感器13的成像表面（成像区域）14彼此正交。
如图2(A)所示，图像传感器13的成像表面14为矩形。将该成像表面14的一部分设定为电子剪裁的矩形剪裁区域15。
如图2(B)所示，控制剪裁区域15，以所需移动速度，在与拍摄光学系统101L的光轴LO正交的方向上，在成像表面14上以直线移动所需的移动量（例如，横向移动量Δx、纵向移动量Δy）。
如图2(C)所示，控制剪裁区域15，以所需转动速度，绕与光轴LO平行的轴（其瞬时中心位于与光轴LO正交的平面上的某处）转动所需的转动量（例如，转动角α）。
拍摄镜头101，在拍摄光学系统101L中设有光圈103。其f值（光圈103打开/关闭程度）由相机机身11中的光圈驱动控制机构17控制。拍摄镜头101设有检测拍摄光学系统101L焦距信息的焦距检测器（焦距信息输入单元）105。
机身11上设有LCD显示屏23，其显示图像传感器13捕捉的图像；以及存储卡25，其存储图像传感器13捕捉的图像数据。机身11上设有电源开关27、释放开关28和设定开关30。电源开关27用于接通/断开数码相机10的供电。释放开关28用于执行对焦处理、测光处理和拍摄（捕捉图像）处理。设定开关30用于选择性设定各种拍摄模式（曝光模式），如天体自动追踪拍摄模式和普通拍摄模式。
相机机身11具有GPS单元（纬度信息输入单元）31、方位角传感器（拍摄方位角信息输入单元）33、和重力传感器（拍摄仰角信息输入单元、海拔高度信息输入单元）35。GPS单元31检测数码相机10拍摄位置的纬度信息ε。方位角传感器33检测数码相机10拍摄位置的方位角信息A。重力传感器35具有调平功能，其检测数码相机10在拍摄位置处的拍摄仰角信息h和相机机身11（图像传感器13）的姿态信息ξ（见图12）。姿态信息ξ表示相机机身11（图像传感器13）从相机机身11（图像传感器13）的参考位置绕光轴LO（图像传感器13的成像表面14的中心C）的转动角信息。该相机机身11（图像传感器13）的参考位置，例如为，在使形状为矩形的图像传感器13的长边方向从与水平方向（X方向）一致的位置（姿态），绕相机机身11的光轴LO转动（倾斜）后，水平方向（X方向）与相机机身11的长边方向X’（见图12）的夹角ξ，将其作为转动角信息。
相机机身11具有CPU（获取单元/设定单元/拍摄单元/叠加单元）21，其控制数码相机10的整体操作。CPU21具有像素间距信息保持单元21A，其保持剪裁区域15（成像表面14）的像素间隔信息。
CPU21根据从焦距检测器105输入的焦距信息f、从GPS单元31输入的纬度信息ε、从方位角传感器33输入的拍摄方位角信息A、从重力传感器35输入的拍摄仰角信息h和姿态信息ξ、以及保存在像素间距信息保持单元21A中的剪裁区域15的像素间距信息，通过向图像传感器13发送剪裁控制信号，而在图像传感器13的成像表面14上移动剪裁区域15。下文中将详细说明由CPU21进行的剪裁区域15的移动控制。
CPU21使用从焦距检测器105输入的焦距信息f、从GPS单元31输入的纬度信息ε、从方位角传感器33输入的拍摄方位角信息A、以及从重力传感器35输入的拍摄仰角信息h和姿态信息ξ，来获取成像表面14上天体图像在每个预设时间周期内的移动信息
上述移动信息包括：成像表面14上的天体图像的横向移动量Δx、纵向移动量Δy和转动角α。将横向移动量Δx和纵向移动量Δy合并后的矢量分量的方向对应于剪裁区域15上天体图像的移动方向。使横向移动量Δx和纵向移动量Δy合并后的矢量分量的长度与剪裁区域15上天体图像的移动距离相对应。
CPU21根据所获取的成像表面14上的天体图像的移动信息（横向移动量Δx、纵向移动量Δy和转动角α）来设定剪裁区域15的移动数据。该移动数据为用于在图像传感器13的成像表面14上移动剪裁区域15的数据，使得天体图像在剪裁区域15上的成像位置始终保持固定。
上述移动数据包括剪裁区域15的横向移动量Δx、纵向移动量Δy、转动角α和移动周期t。将横向移动量Δx和纵向移动量Δy合并后的矢量分量的方向对应于剪裁区域15的移动方向。横向移动量Δx和纵向移动量Δy合并后的矢量分量的长度相当于剪裁区域15的移动距离。
CPU21根据所设定的图像传感器13的成像表面14上的剪裁区域15的移动数据（横向移动量Δx、纵向移动量Δy、转动角α和移动周期t）来移动剪裁区域15。
CPU21根据从焦距检测器105输入的焦距信息f、每个预设时间周期内剪裁区域15上的天体图像的移动距离、和像素间距信息保持单元21A中保持的剪裁区域15的像素间距信息，来设定剪裁区域15的移动周期t。
更具体地，CPU21设定剪裁区域15的移动周期t，使得在每个预设时间周期内天体图像在剪裁区域15中的移动距离不超过剪裁区域15的像素间距。由此，由于形成在剪裁区域15上的天体图像的移动不超出剪裁区域15的像素间距，因此能够以静止状态（作为光点）拍摄天体。
因此，令剪裁区域15的可允许移动周期的最大值为tmax，剪裁区域15的像素间距为‘a’，在移动周期t内天体图像在剪裁区域15中的移动距离为L。
为了在拍摄图像时不使天体图像因移动而显示成模糊状，必须使天体图像在移动周期t内在剪裁区域15中的移动距离L限于剪裁区域15的像素间距‘a’。即，当a=L的条件式成立时，剪裁区域15的可允许的移动周期的最大值tmax指移动周期t。优选地，CPU21将移动周期t设定为0.5tmax<t≤tmax。由此，通过优选使剪裁区域15追随天体的周日运动，能够以静止状态（作为光点）来拍摄天体，并且通过减少不必要的计算处理，能够降低CPU21的负担。当超过上述条件的上限时，剪裁区域15的移动周期t过长，而使天体的运动轨迹被拍摄成直线或曲线。当超出上述条件的下限时，剪裁区域15的移动周期t过短，造成获得大量宏观上显得相同的拍摄图像，因此增加不必要的计算处理，从而增加CPU21的负担。
例如，在仅考虑剪裁区域15的横向移动量Δx和纵向移动量Δy的例子里，当令剪裁区域15的移动周期为txy时，以下条件式(1)成立：
L=f·sinθ·sin(2·π/24/60/60·txy)...(1)，其中
θ指从天球北极到拍摄目标点的角度，f指从焦距检测器105输入的拍摄镜头101的焦距信息。
当上述条件式(1)中移动距离L被像素间距‘a’(a=L)取代并且被转换成txy时，以下条件式(2)成立：
txy=arcsin(a/f/sinθ)·24·60·60/2/π...(2).
在条件式(2)中，当a=5μm且f=100mm，并且假设拍摄操作是在赤道上的一点进行（θ=90°）时，移动周期txy为：
txy=arcsin(5/(100000)/1)·24·60·60/2/π=0.687549秒。
由于该值相当于剪裁区域15的可允许的移动周期txy的最大值，因此CPU21将剪裁区域15的移动周期txy设定为0.687549秒以下的值。
进而，在仅考虑转动角α的情况下，当剪裁区域15的移动周期被指定为tα时，以下条件(3)成立：
L=b·π/24/60/60·tα·cosθ...(3)，其中
‘b’指图像传感器13的剪裁区域15的对角线尺寸。
当上述条件(3)中的移动距离L被像素间距‘a’(a=L)取代并且被转换成tα时，以下条件(4)成立：
tα=a/b/π·24·60·60/cosθ...(4).
在条件(4)中，当a=5μm且b=28.4mm，并且假设是在拍摄北极星（θ=0°）时，移动周期tα为：
tα=5/28400/π·24·60·60/1=4.841897秒。
由于该值对应于剪裁区域15可允许移动周期tα的最大值，因此CPU21将剪裁区域15的移动周期tα设定为4.841897秒以下的值。
CPU21将与直线移动分量（Δx和Δy）的移动距离相应的剪裁区域15的移动周期txy，和与转动移动分量（α）的移动距离相应的剪裁区域15的移动周期tα中最短移动周期（在本例中为：移动周期txy），设定为剪裁区域15的移动周期t。由此，由于剪裁区域15中天体图像的直线移动分量（或转动移动分量）的移动距离不会过度地大于转动移动分量（或直线移动分量）的移动距离，因此能够以静止状态（光点）拍摄天体。
CPU21一边根据以上述方式（横向移动量Δx、纵向移动量Δy、转动角α和移动周期t（txy或tα））所设定的剪裁区域15的移动数据来移动剪裁区域15，一边在每个移动周期t里在剪裁区域15进行拍摄操作（曝光），并通过叠加每个移动周期t的剪裁区域15的拍摄图像来获取单张图像。由于在剪裁区域15的移动过程中剪裁区域15中天体图像的成像位置固定，因此所获取的叠加后单张图像清楚地以静止状态拍摄到因周日运动而移动的天体。
以下参照图3到图12，说明计算剪裁区域15的移动数据（横向移动量Δx、纵向移动量Δy和转动角α）的原理。
[从北极进行拍摄（北纬90度）]
从地球北极进行拍摄（纬度90度）指的是在位于地轴（地球转动的轴）延长线上的北极星（Polaris）与天顶重合的状态（如图3所示）下进行拍摄。
此处假设天球为有限球体，其中图3所示“r”代表现实中为无穷大的天球的半径，图3所示“θ”代表数码相机10的拍摄光学系统101L的光轴LO从北极星偏离的角（即，天极方向和拍摄光学系统光轴LO方向之间的夹角）。在该例子中，数码相机10的拍摄仰角h由下式表示：
90-θ(h=90-θ).
如图4所示，当从正下方观看天球时，每一个天体均形成以北极星（天极）为中心的圆形轨迹。通过指定R为该圆形轨迹的半径，根据数码相机10拍摄仰角h，能够用θ来表示圆形轨迹的半径R。圆形轨迹的半径R可由以下公式来给出：
R=r×sinθ…(5)。
在24小时（=1440分钟、=86400秒）天体沿360°的圆形轨迹旋转一周的前提条件下，当天体每u秒转动角度时，以下公式成立：
即使天体轨迹为图5所示的圆形，该轨迹的图像也有变化，如图6(a1)～图6(a4)所示，其中图6(a1)表示从正下方观看时天体的圆形轨迹图像，图6(a2)和图6(a3)分别表示从斜下方观看时的圆形轨迹图像，图6(a4)表示从水平方向直接观看时同一圆形轨迹的图像。换言之，尽管天体看上去沿圆形轨迹移动，但当实际上由数码相机10拍摄天体时，数码相机10的拍摄仰角h影响天体的成像形态。
由于从倾斜方向看时圆形呈椭圆形，上述轨迹能够从以下公式中获得：
Xr=R=r×sinθ…(7)，以及
Yr=R×cosθ=r×sinθ×cosθ…(8)，
其中Xr代表椭圆长轴半径，Yr代表椭圆短轴半径。
因此，如图4、图5和图7所示，当数码相机10指向天体并且天体（地球）以的角转动时，以下通过将轨迹分解成X方向（天球的纬线方向）和Y方向（天球的经线方向）的分量，来说明天体的轨迹。下式代表X方向上的移动量：
Y方向上的移动量y随着对圆形路径的观看方向变化而变化。
在图7中，由箭头（从D点向E点延伸）表示的天体轨迹在从正下方观看时（θ=0°）为正圆弧，和图7(a1)中所示的圆形轨迹相同。实际上，当θ=0°时，圆的半径R也为0，使圆形仅显示为一个点；但是，为简单起见，假定半径R为有限值。在这种情况下，Y方向的移动量y变成最大。
另外，如图7(a2)和图7(a3)所示，由于当更倾斜地观看天体轨迹时，Y方向上的移动量y减小，因此如图7(a4)所示，当直接从横向观看圆形路径时，Y方向上的移动量y变成最小(=0)。由天体轨迹在形状上为圆形的图7可知，Y方向上的最大移动量Ymax由以下公式表示：
因此，Y方向上的移动量y由以下公式表示：
当将公式(5)代入公式(9)和(11)时，X方向上的移动量x和Y方向上的移动量y由以下公式表示：
以及
为了使用实际的数码相机10对天球进行计算，在投射到成像表面14上的X方向和Y方向，获取剪裁区域15上的移动量Δx、Δy。用拍摄镜头101的焦距f来表现无限的天球半径r，移动量Δx、Δy利用以下公式来计算：
以及
换言之，在光轴正交面内的剪裁区域15的移动量随数码相机10装载的拍摄镜头101的焦距f的改变而改变。
接下来，确定在拍摄操作时应当转动多少剪裁区域15。如上所述，当从数码相机10观看时，天体轨迹看上去为圆形轨迹或椭圆形轨迹。当显示为点F的天体沿图8所示的椭圆形（圆形）轨迹移动时，如果从剪裁区域15的中心C捕捉点F，并使数码相机10跟踪从点F到点F'的移动，则只需使剪裁区域15的中心C在X方向和Y方向上以移动量Δx和Δy。但是，在例如天体J存在于点F附近的情况下，点J移动至点J'。为了同时跟踪点J，仅需使剪裁区域15绕剪裁区域15的中心C转动。该转动的角度对应于在点F'上的椭圆的切线L的倾斜角α（即，在点F上的椭圆切线和在点F'上的椭圆切线的夹角）。在下文中，在相机机身11（剪裁区域15）的参考位置上，将剪裁区域15的长边方向和短边方向分别定义为X轴方向（X方向）和Y轴方向（Y方向）。
在如图9所示的X-Y坐标系和椭圆中，点K上椭圆的切线L的公式由以下公式表示：
x0×x/a2+y0×y/b2=1。
在图9中，点“a”和点“b”分别对应于公式(7)中的长轴半径Xr和公式(8)中的短轴半径Yr。
当切线L的公式被变形成用于Y的公式(Y=…)时，获得以下公式：
Y=-(b2×x0)/(a2×y0)×x-1/(a2×y0)。
在该椭圆的切线L和X轴之间的夹角为以图像中心为转动中心的图像的转动角α。
与椭圆的切线L正交的直线Q的倾斜度由以下公式表示：
-(b2×x0)/(a2×y0)。
由此，通过以下公式获得所求出的转动角α：
α=arctan(-(b2×x0)/(a2×y0))…(16)。
[90°之外的纬度]
上文的说明是针对拍摄地点的纬度为90度的情况（即，北极星（天极）在数码相机10正上方）。接下来，参照图10和图11，对拍摄地点的纬度为90°之外的情况进一步进行说明。
在表示在北半球进行天文拍摄的形态的图10中，各附图标记如下定义：
P：天极，
Z：天顶，
N：正北，
S：对象天体（拍摄目标点）（为方便说明，对象天体（恒星）可对应于剪裁区域15的中心，并可位于拍摄镜头101的光轴LO的延长线上。当然，在进行天文拍摄时，光轴LO不需与任何天体一致。）
ε：拍摄地点的纬度，
A：拍摄方位角（拍摄镜头101所指向的目标天体S的方位角，或拍摄镜头101的光轴LO和天球之间的相交点的方位角），
h：拍摄仰角(拍摄镜头101所指向的目标天体S的高度，或拍摄镜头101的光轴LO和天球之间的相交点的高度)，
H：目标天体S的相位角（通常用时间作为相位角的单位；但是，此处相位角可以被看作转换后的角度（1小时=15度）），
δ：目标天体S的下倾角，以及
γ：在天球表面以最短距离互相连接天极P和目标天体S的曲线和以最短距离互相连接天顶Z和目标天体（恒星）S的曲线之间的夹角。
在图10中，当能够确定在北极星和目标点S之间的夹角∠POS时，可以通过用∠POS替换图3中所示的角θ，来求得天体轨迹。
在天球的半径假定为1的情况下，∠POS等于图11中所示的曲线PS的长度。因此，利用球面三角形的余弦定理得到以下公式：
cos(∠POS)=cos(90-ε)×cos(90-h)+sin(90-ε)×sin(90-h)×cos(A)=sin(ε)×sin(h)+cos(ε)×cos(h)×cos(A)，
由此：
∠POS=arccos[sin(ε)×sin(h)+cos(ε)×cos(h)×cos(A)]…(17)。
当在公式(12)至(15)中用∠POS取代θ时，能够求得所需纬度ε上的天体的X方向和Y方向上的移动量x和移动量y。
另外，需要根据数码相机10的姿态对移动方向进行校正。在以拍摄仰角h将数码相机10转向上方以指向目标点S并使数码相机10保持水平的情况下，水平方向和赤道间的夹角变成γ。需要注意的是，如上所述，数码相机10的姿态对应于数码相机10绕拍摄光轴LO转动的角度，并且将当剪裁区域15的纵长方向为水平时的相机姿态定为数码相机10的水平姿态。
由球面三角形的正弦定理可得到以下公式：
tan(γ)=sin(90-ε)×sin(A)/(cos(90-ε)×sin(90-h)-sin(90-ε)×cos(90-h)×cos(A))
=cos(ε)×sin(A)/(sin(ε)×cos(h)-cos(ε)×sin(h)×cos(A))，由此，通过以下公式得到γ：
γ=arctan[cos(ε)×sin(A)/(sin(ε)×cos(h)-cos(ε)×sin(h)×cos(A))]…(18).
由此，为了用上述求得的γ，将天体在X方向和Y方向上的移动量x和移动量y转换为成像表面上的X-Y坐标系（相机（剪裁区域）的横纵坐标系）中的横向移动量Δx和纵向移动量Δy，而使用以下公式(I)和(II)：
Δx=x×cos(γ)+y×sin(γ)…(I)，和
Δy=x×sin(γ)+y×cos(γ)…(II).
另外，如图12所示，在数码相机10（图像传感器13）的姿态围绕拍摄镜头101的光轴LO相对于水平方向以角度ξ倾斜（转动）的情形下，能够根据以下公式(III)和(IV)来校正剪裁区域15的横向移动量Δx和纵向移动量Δy：
Δx=x×cos(γ+ξ)+y×sin(γ+ξ)…(III)，和
Δy=x×sin(γ+ξ)+y×cos(γ+ξ)…(IV).
通过下文说明的方式来计算剪裁区域15的上述横向移动量Δx、纵向移动量Δy和转动角α。
不论日期时间如何变化，可认为天球北天极P的方向是不变的，因此能够从拍摄地点的纬度来计算。另外，也能从纬度计算天顶Z的方向。由此，首先，在确定构图后，固定数码相机10使目标天体被投射到剪裁区域15上。在数码相机10的该构图中，GPS单元31向CPU21输入纬度信息ε，方位角传感器33向CPU21输入拍摄方位角信息A，重力传感器35向CPU21输入拍摄仰角h信息以及姿态信息（转动角信息）ξ。由上述输入CPU21的信息，如图10和图11所示，CPU21判定天顶的点Z、天极的点P，和拍摄画面中心的天体的点S的位置。
一旦判定上述三点Z、P和S，则CPU21通过从焦距检测器105输入的拍摄镜头101的焦距信息f和姿态信息（转动角信息）ξ，来计算剪裁区域15的横向移动量Δx、纵向移动量Δy和理论转动角α。
接下来参照图13，说明用数码相机10进行天体自动追踪拍摄的第一种方法。在该方法中，从图像传感器13的成像表面14剪裁出剪裁区域15，然后设定拍摄时间（曝光时间）。在某种意义上说，第一种方法为“拍摄范围优先模式”，当例如用户主动设定拍摄范围以便涵盖所有特定的星座，并一边追踪天体一边拍摄时，是一种有效率的模式。
首先，如图14(A)所示，CPU21从图像传感器13的矩形成像表面14的中央区域剪裁出小于成像表面14的矩形剪裁区域15(S1)。换言之，CPU21读出成像表面14的剪裁区域15中的像素信号。在本实施例中，矩形成像表面14和剪裁区域15的长边与短边分别平行。优选地，剪裁区域15的剪裁范围可通过用户手动输入来调整。由于从剪裁区域15中读出的像素的图像被显示于LCD显示屏23的整个显示范围内，因此用户可以一边观看显示于LCD显示屏23上的剪裁区域15，一边利用剪裁区域变更单元/设定单元（未示出）变更和设定剪裁区域。
接下来，对CPU21输入来自焦距检测器105的拍摄镜头101的焦距信息f、来自GPS单元31的纬度信息ε、来自方位角传感器33的拍摄方位角信息A，以及来自重力传感器35的拍摄仰角信息h和姿态信息ξ(S2)。
然后，CPU21由所输入的焦距信息f、纬度信息ε、拍摄方位角信息A、拍摄仰角信息h和姿态信息ξ来设定剪裁区域15的移动数据（天体追踪数据，包括横向移动量Δx、纵向移动量Δy和转动角α）(S3)。
然后，CPU21根据图像传感器13的成像表面14的范围来计算最长拍摄时间（最长曝光时间）Tlimit、剪裁区域15的剪裁范围、和剪裁区域15的移动数据（横向移动量Δx、纵向移动量Δy和转动角α），并将拍摄时间(曝光时间)T定为最长拍摄时间Tlimit(T=Tlimit)(S4)。
更具体地，如图14(B)所示，当根据移动数据（横向移动量Δx、纵向移动量Δy和转动角α）移动所裁出的剪裁区域15时，作为最长拍摄时间Tlimit，CPU21计算剪裁区域15能被容纳于图像传感器13的成像表面14中的最长时间，并将拍摄时间（曝光时间）T确定为最长拍摄时间Tlimit。所确定的拍摄时间T被显示在LCD显示屏23上。
用户确认显示于LCD显示屏23上的拍摄时间（曝光时间）T是否为可允许的拍摄时间(S5)，如果拍摄时间不被允许(S5：NO)，则改变剪裁区域15的范围(S6)。进而，确认是否改变数码相机10的方向或是否改变拍摄镜头101的焦距(S7)；如果改变了数码相机10的方向或拍摄镜头101的焦距(S7：YES)，则控制返回步骤S2；如果未改变数码相机10的方向或拍摄镜头101的焦距(S7：NO)，则控制返回步骤S3。
如果显示于LCD显示屏23上的拍摄时间（曝光时间）T是可允许的拍摄时间(S5：YES)，则CPU21计算剪裁区域15的移动周期t(S8)。计算剪裁区域15的移动周期t的方法后述。
然后，CPU21通过向图像传感器13发送剪裁命令信号，控制图像传感器13在移动周期t的曝光时间内进行拍摄操作(S10)，并获取拍摄图像数据(S11)。CPU21在未图示的内置存储器（缓存）中储存所获取的拍摄图像数据。待在移动周期t的曝光时间内完成拍摄操作后，CPU21通过向图像传感器13发送剪裁命令信号，来根据移动数据（横向移动量Δx、纵向移动量Δy和转动角α）移动剪裁区域15一个周期，并将拍摄时间T减去移动周期t后的时间T-t设定为新的拍摄时间T(S12)。
只要剩余拍摄时间T长于移动周期t(S9：YES)，CPU21就重复上述拍摄操作（S10至S12）。
当剩余拍摄时间T短于移动周期t时(S9：NO)，CPU21通过向图像传感器13发送剪裁命令信号，控制图像传感器13在剩余拍摄时间T内进行拍摄操作(S13)，并获取拍摄图像数据(S14)。
因此，CPU21一边根据移动数据（横向移动量Δx、纵向移动量Δy、转动角α和移动周期t）移动剪裁区域15一边在各移动后的剪裁区域内进行拍摄操作，获取多个拍摄图像数据，并在未图示的内置存储器（缓存）中储存上述数据(S15：YES)。然后，CPU21叠加上述多个拍摄图像数据来获取单个图像数据(S16)。最后，作为最终图像，CPU21在LCD显示屏23上显示通过叠加多个拍摄图像数而获取的单个图像数据，并将该数据存储到存储卡25(S17)。
需注意，在由于初设拍摄时间T短于剪裁区域15的移动周期t而导致仅能获得单个拍摄图像数据时(S15：NO)，CPU21将该单个拍摄图像数据作为最终图像显示在LCD显示屏23上，并将该数据存储到存储卡25(S17)。
以下参照图15的流程图，详细说明所示实施方式的剪裁区域15的移动周期t的计算方法(S8)。
首先，对CPU21，输入来自焦距检测器105的拍摄镜头101的焦距信息f，来自GPS单元31的纬度信息ε，来自方位角传感器33的拍摄方位角信息A，以及来自重力传感器35的拍摄仰角信息h和姿态信息ξ(S21)。
然后，CPU21由所输入的焦距信息f、纬度信息ε、拍摄方位角信息A、拍摄仰角信息h和姿态信息ξ来计算剪裁区域15的横向移动量Δx、纵向移动量Δy和转动角α(S22)。
接下来，根据从焦距检测器105输入的焦距信息f、通过组合横向移动量Δx和纵向移动量Δy而获取的Lxy、和由像素间距信息保持单元21A保存的剪裁区域15的图像间距信息‘a’，CPU21用上述公式(1)和(2)来计算考虑剪裁区域15的横向移动量Δx和纵向移动量Δy后的剪裁区域15的移动周期txy(S23)。
同时，根据从焦距检测器105输入的焦距信息f、对应转动角α的移动距离Lα、和由像素间距信息保持单元21A保存的剪裁区域15的图像间距信息‘a’，CPU21用上述公式(3)和(4)来计算考虑剪裁区域15的转动角α后的剪裁区域15的移动周期tα(S24)。
计算移动周期txy(S23)和计算移动周期tα(S24)的同时进行是非必需的，并且也可以以其他顺序进行上述步骤。
之后，CPU21将对应于直线移动分量（Δx和Δy）的移动距离的剪裁区域15的移动周期txy(S23)，和对应于转动移动分量(α)的移动距离的剪裁区域15的移动周期tα(S24)中最短的移动周期，设定为剪裁区域15的移动周期t(S25)。
最后，参照图16，说明用数码相机10进行天体自动追踪拍摄的第二种方法。在该方法中，首先设定所需的拍摄时间（曝光时间），之后决定剪裁区域15的剪裁范围。从某种意义上说，第二种方法为“拍摄时间优先模式”，例如在所要拍摄的天体昏暗，需要进行长时间拍摄追踪以便获得足够的亮度的情形下，用户主动设定拍摄时间一边追踪天体一边拍摄时，是一种有效率的模式。
首先，CPU21在用户控制下设定所需的拍摄时间(曝光时间)T(S31)。优选地，可以通过用户手动调整拍摄时间T的设定值。用户可以一边观看LCD显示屏23上显示的拍摄时间T，一边使用拍摄时间变更单元/设定单元（未图示）来改变并设定拍摄时间T。
然后，对CPU21输入来自焦距检测器105的拍摄镜头101的焦距信息f、来自GPS单元31的纬度信息ε、来自方位角传感器33的拍摄方位角信息A、以及来自重力传感器35的拍摄仰角信息h和姿态信息ξ(S32)。
之后，CPU21由所输入的焦距信息f、纬度信息ε、拍摄方位角信息A、拍摄仰角信息h和姿态信息ξ获得（计算）图像传感器13的成像表面14上的天体图像的移动信息，并由上述移动信息和所设定的拍摄时间T计算图像传感器13的成像表面14上的移动数据（天体移动数据）（Δx、Δy和α）(S33)。
接下来，CPU21根据所设定的拍摄时间T和所算出的移动数据（Δx、Δy和α）来决定剪裁区域15的剪裁范围，并在LCD显示屏23的整个显示范围内显示该范围(S34)。
更具体地，如图17所示，当根据所算出的移动数据，在拍摄时间T中虚拟地移动图像传感器13的成像表面14时，从图像传感器13的成像表面14的常用部分剪裁出剪裁区域15。在所示实施方式中，剪裁出由图像传感器13的矩形成像表面14的长边和短边所定义的矩形剪裁区域15。
用户通过确认要拍摄的所需天体是否包括在LCD显示屏23所显示的剪裁区域15的剪裁范围，来确认剪裁区域15的剪裁范围是否是所需范围(S35)。如果剪裁区域15的剪裁范围不是所需范围(S35：NO)，则用户使用拍摄时间变更单元/设定单元（未图示）来调整拍摄时间T(S36)。进而，确认是否改变数码相机10的方向或是否改变拍摄镜头101的焦距(S37)；如果改变了数码相机10的方向或拍摄镜头101的焦距(S37：YES)，则控制返回步骤S32；如果未改变数码相机10的方向或拍摄镜头101的焦距(S37：NO)，则控制返回步骤S33。
如果剪裁区域15的剪裁范围是所需范围(S35：YES)，则CPU21按照图15的流程图中说明的上述方法来计算剪裁区域15的移动周期t(S38)。
然后，CPU21通过向图像传感器13发送剪裁命令信号来控制图像传感器13以移动周期t的曝光时间进行拍摄操作(S40)，并获取拍摄图像数据(S41)。CPU21在未图示的内置存储器（缓存）中储存所获取的拍摄图像数据。当完成在移动周期t的曝光时间内的拍摄操作后，CPU21根据移动数据（横向移动量Δx、纵向移动量Δy和转动角α）将剪裁区域15移动一个周期，并将拍摄时间T减去移动周期t之后的时间T-t设定为新的拍摄时间T(S42).
只要剩余拍摄时间T长于移动周期t(S39：YES)，CPU21就重复上述拍摄操作（S40至S42）。
当剩余拍摄时间T短于移动周期t时(S39：NO)，CPU21通过向图像传感器13发送剪裁命令信号，控制图像传感器13在剩余拍摄时间T内进行拍摄操作(S43)，并获取拍摄图像数据(S44)。
因此，CPU21一边根据移动数据（横向移动量Δx、纵向移动量Δy、转动角α和移动周期t）移动剪裁区域15一边在各移动后的剪裁区域内进行拍摄操作，获取多个拍摄图像数据，并在未图示的内置存储器（缓存）中储存上述数据(S45：YES)。然后，CPU21叠加上述多个拍摄图像数据来获取单个图像数据(S46)。最后，作为最终图像，CPU21在LCD显示屏23上显示通过叠加多个拍摄图像数而获取的单个图像数据，并将该数据存储到存储卡25(S47)。
需注意，在由于初设拍摄时间T短于剪裁区域15的移动周期t而导致仅能获得单个拍摄图像数据时(S45：NO)，CPU21将该单个拍摄图像数据作为最终图像显示在LCD显示屏23上，并将该数据存储到存储卡25(S47)。
如上所述，根据所示实施方式的天体自动追踪拍摄方法和天体自动追踪拍摄装置，获取天体图像在图像传感器（成像单元）13的成像表面14上的移动信息（移动方向、移动距离和转动角），并根据所获取的移动信息来设定剪裁区域15的移动数据（移动方向、移动距离、转动角和移动周期)，一边根据所设定的移动数据移动剪裁区域15，一边在各移动后的剪裁区域15进行拍摄操作，并通过叠加拍摄后的各个剪裁区域15的拍摄图像来获取单个图像。由此，能够通过减少不必要的计算处理来降低CPU的负担，不必使用昂贵、体积大、沉重且需要复杂调整的赤道仪，也不需要被精确控制的执行器，就能够使天体呈静止状态清晰成像。
在上述实施方式中，由从焦距检测器105输入的焦距信息f、从GPS单元31输入的纬度信息ε、从方位角传感器33输入的拍摄方位角信息A、从重力传感器35输入的拍摄仰角信息h和姿态信息ξ，来计算图像传感器13的成像表面14上形成的天体图像的移动距离（天体图像的移动轨迹）。不过，计算图像传感器13的成像表面14上形成的天体图像的移动距离（天体图像的移动轨迹）的方法不限于此，可使用各种方法。
产业实用性
本发明的天体自动追踪拍摄方法和天体自动追踪拍摄装置适用于相机机身，其不需使用特制的赤道仪而能够进行简单的天体自动追踪拍摄。

Claims (12)

1.一种天体自动追踪拍摄方法，其用于拍摄由于周日运动而相对于拍摄装置移动的天体，一边移动从图像传感器的成像区域的一部分电子剪裁出的剪裁区域，一边拍摄天体，其特征在于，包括如下步骤：
获取天体图像在所述成像区域上的移动信息；
根据所获取的所述天体图像的移动信息设定所述剪裁区域的移动数据；
设定所述剪裁区域的剪裁范围和拍摄时间；以及
一边根据所设定的所述剪裁区域的移动数据、所述剪裁区域的剪裁范围和拍摄时间移动所述剪裁区域，一边在各移动后的剪裁区域进行拍摄操作，
设定所述剪裁区域的剪裁范围和拍摄时间的步骤包括如下步骤：
从所述图像传感器的所述成像区域中剪裁出小于所述成像区域的剪裁区域；
当根据所述剪裁区域的移动数据对被剪裁出的所述剪裁区域进行虚拟移动时，计算所述剪裁区域可被所述图像传感器的所述成像区域容纳的最长时间，作为最长拍摄时间；以及
将所计算的最长拍摄时间设定为拍摄时间。
2.根据权利要求1所述的天体自动追踪拍摄方法，其中，
所述图像传感器的所述成像区域为矩形，且
在对剪裁区域的所述剪裁步骤中，剪裁出与所述图像传感器的所述矩形成像区域的长边与短边平行的矩形剪裁区域。
3.根据权利要求1所述的天体自动追踪拍摄方法，其中，
还包括：输入所述拍摄装置的所述拍摄光学系统的焦距信息，拍摄位置的纬度信息、拍摄方位角信息、拍摄仰角信息和所述拍摄装置的姿态信息，
在获取所述移动信息的步骤中，通过使用所述输入的信息来获取所述天体图像所述剪裁区域内的所述移动信息。
4.一种天体自动追踪拍摄方法，其用于拍摄由于周日运动而相对于拍摄装置移动的天体，一边移动从图像传感器的成像区域的一部分电子剪裁出的剪裁区域，一边拍摄天体，其特征在于，包括如下步骤：
获取天体图像在所述成像区域上的移动信息；
根据所获取的所述天体图像的移动信息设定所述剪裁区域的移动数据；
设定所述剪裁区域的剪裁范围和拍摄时间；以及
一边根据所设定的所述剪裁区域的移动数据、所述剪裁区域的剪裁范围和拍摄时间移动所述剪裁区域，一边在各移动后的剪裁区域进行拍摄操作，
设定所述剪裁区域的剪裁范围和拍摄时间的步骤包括如下步骤：
设定所需的拍摄时间；
根据所获得的所述天体图像的所述移动信息计算所述图像传感器的所述成像区域的移动数据；以及
当在所设定的所述拍摄时间内，根据算出的成像区域的移动数据对图像传感器的成像区域进行虚拟移动时，从所述图像传感器的所述成像区域的常用部分剪裁出所述剪裁区域。
5.根据权利要求4所述的天体自动追踪拍摄方法，其中，
所述图像传感器的所述成像区域为矩形，且
在对剪裁区域的所述剪裁步骤中，剪裁出与所述图像传感器的所述矩形成像区域的长边与短边平行的矩形剪裁区域。
6.根据权利要求4所述的天体自动追踪拍摄方法，其中，
还包括：输入所述拍摄装置的所述拍摄光学系统的焦距信息，拍摄位置的纬度信息、拍摄方位角信息、拍摄仰角信息和所述拍摄装置的姿态信息，
在获取所述移动信息的步骤中，通过使用所述输入的信息来获取所述天体图像所述剪裁区域内的所述移动信息。
7.一种天体自动追踪拍摄方法，其用于拍摄由于周日运动而相对于拍摄装置移动的天体，一边移动从图像传感器的成像区域的一部分电子剪裁出的剪裁区域，一边拍摄天体，其特征在于，包括如下步骤：
获取所述天体在所述剪裁区域中的移动方向、移动距离和转动角度的天体图像移动信息；
根据所获取的所述天体图像移动信息，设定包含所述剪裁区域的移动方向、移动距离、转动角度和移动周期的移动数据；以及
一边根据所设定的所述剪裁区域的移动数据移动所述剪裁区域，一边在各移动后的剪裁区域进行拍摄操作，其中
在获取所述移动信息的步骤中，通过将所述移动距离分解成与所述拍摄光学系统的光轴正交方向上的直线移动分量、和绕与所述拍摄光学系统的光轴平行的轴的转动移动分量，来获取所述天体图像在每个预设时间周期在所述剪裁区域中的所述移动距离；并且
在设定所述移动数据的步骤中，将与所获得的所述直线移动分量的移动距离相应的剪裁区域的移动周期、和与所获得的所述转动移动分量的移动距离相应的剪裁区域的移动周期中最短移动周期，设定为所述剪裁区域的移动周期，由此使每个预设时间周期内天体图像在所述剪裁区域中的移动距离不超过所述剪裁区域的像素间距。
8.根据权利要求7所述的天体自动追踪拍摄方法，还包括：
在拍摄期间更新所述剪裁区域的所述移动周期。
9.根据权利要求7所述的天体自动追踪拍摄方法，
还包括：输入所述拍摄装置的所述拍摄光学系统的焦距信息，拍摄位置的纬度信息、拍摄方位角信息、拍摄仰角信息和所述拍摄装置的姿态信息，
在获取所述移动信息的步骤中，通过使用所述输入的信息来获取所述天体图像所述剪裁区域内的所述移动信息。
10.一种天体自动追踪拍摄装置，其用于拍摄由于周日运动而相对于拍摄装置移动的天体，一边移动从图像传感器的成像区域的一部分电子剪裁出的剪裁区域，一边拍摄天体，所述天体自动追踪拍摄装置包括：
获取单元，其获取天体图像在所述成像区域上的移动信息；
第1设定单元，其根据由所述获取单元获取的所述天体图像的所述移动信息来设定所述剪裁区域的移动数据；
第2设定单元，其设定所述剪裁区域的剪裁范围和拍摄时间；和
拍摄单元，其一边根据由所述第1设定单元和第2设定单元设定的所述剪裁区域的移动数据、所述剪裁区域的剪裁范围和拍摄时间来移动所述剪裁区域，一边在各移动后的剪裁区域进行拍摄操作，
所述第2设定单元从所述图像传感器的成像区域中剪裁出小于所述成像区域的剪裁区域，当根据所述剪裁区域的移动数据对被剪裁出的所述剪裁区域进行虚拟移动时，计算所述剪裁区域可被所述图像传感器的所述成像区域容纳的最长时间，作为最长拍摄时间，将所计算的最长拍摄时间设定为拍摄时间。
11.一种天体自动追踪拍摄装置，其用于拍摄由于周日运动而相对于拍摄装置移动的天体，一边移动从图像传感器的成像区域的一部分电子剪裁出的剪裁区域，一边拍摄天体，所述天体自动追踪拍摄装置包括：
获取单元，其获取天体图像在所述成像区域上的移动信息；
第1设定单元，其根据由所述获取单元获取的所述天体图像的所述移动信息来设定所述剪裁区域的移动数据；
第2设定单元，其设定所述剪裁区域的剪裁范围和拍摄时间；和
拍摄单元，其一边根据由所述第1设定单元和第2设定单元设定的所述剪裁区域的移动数据、所述剪裁区域的剪裁范围和拍摄时间来移动所述剪裁区域，一边在各移动后的剪裁区域进行拍摄操作，
所述第2设定单元设定所需的拍摄时间，根据所获得的所述天体图像的所述移动信息计算所述图像传感器的所述成像区域的移动数据，当在所设定的所述拍摄时间内，根据算出的成像区域的移动数据对图像传感器的成像区域进行虚拟移动时，从所述图像传感器的所述成像区域中的常用部分剪裁出所述剪裁区域。
12.一种天体自动追踪拍摄装置，其用于拍摄由于周日运动而相对于拍摄装置移动的天体，一边移动从图像传感器的成像区域的一部分电子剪裁出的剪裁区域，一边拍摄天体，所述天体自动追踪拍摄装置包括：
获取单元，其获取天体图像在所述成像区域中的包含移动方向、移动距离和转动角度的天体图像移动信息；
设定单元，其根据所获取的所述天体图像移动信息，设定包含所述剪裁区域的移动方向、移动距离、转动角度和移动周期的移动数据；以及
拍摄单元，其一边根据所设定的所述剪裁区域的移动数据移动所述剪裁区域，一边在各移动后的剪裁区域进行拍摄操作，
所述获取单元通过将所述移动距离分解成与所述拍摄光学系统的光轴正交方向上的直线移动分量、和绕与所述拍摄光学系统的光轴平行的轴的转动移动分量，来获取所述天体图像在每个预设时间周期在所述剪裁区域中的所述移动距离，
所述设定单元将与所获得的所述直线移动分量的移动距离相应的剪裁区域的移动周期、和与所获得的所述转动移动分量的移动距离相应的剪裁区域的移动周期中最短移动周期，设定为所述剪裁区域的移动周期，由此使每个预设时间周期内天体图像在所述剪裁区域中的移动距离不超过所述剪裁区域的像素间距。
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