JP2003153072A

JP2003153072A - 移動体搭載用撮影装置

Info

Publication number: JP2003153072A
Application number: JP2001352093A
Authority: JP
Inventors: Shunji Otani; 俊二大谷
Original assignee: Starlabo Corp
Current assignee: Starlabo Corp
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2003-05-23

Abstract

(57)【要約】【課題】撮影効率の低下や撮影装置の高コスト化等の
問題を生じることなく、移動体の移動方向についての画
像の解像度の劣化を抑制することが可能な移動体搭載用
撮影装置を提供する。【解決手段】移動体の移動方向（ｘ軸方向）に直交す
るｙ軸方向を長手方向として配置され、撮影対象を撮影
して１次元画像データを取得する撮像センサであるリニ
アセンサ１１を含む撮像装置１に対して、リニアセンサ
１１の光軸が所定の方向を向くようにその姿勢を制御す
るスタビライザ５を設ける。そして、このスタビライザ
５に対して、光軸制御装置７から、移動体の移動に応じ
て、リニアセンサ１１の光軸を向けるべき方向等を指示
することによって、撮影の各時点におけるリニアセンサ
１１による撮影対象の撮影位置を制御する。

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
等の移動体に搭載されて、移動体からの地表面や水面な
どの撮影に用いられる移動体搭載用撮影装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】航空機や人工衛星等の移動体に搭載され
て、地表面や水面などを撮影対象とした画像の撮影に用
いられる撮影装置として、画素に相当する光検出素子を
ライン状に１次元に配列したリニアセンサ（ラインセン
サ）や、光検出素子を２次元に配列したエリアセンサな
どの撮像センサを備える撮影装置が用いられている。こ
のような撮影装置では、地表面などの撮影対象を、移動
体の移動に伴って変化する撮影位置で撮像センサによっ
て撮影して、１次元または２次元の撮影対象の画像デー
タを取得する。

【０００３】例えば、リニアセンサを用いた撮影装置を
航空機に搭載して地表面の撮影を行う場合、航空機の進
行方向に対して略直交する方向がリニアセンサの長手方
向となるように撮影装置を設置する。そして、航空機を
飛行させつつリニアセンサで画像データを順次取得する
ことによって、地表面の画像を撮影する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】移動体搭載用の撮影装
置においては、移動体からみて撮像センサの光軸が向い
ている方向を制御するため、撮像センサの姿勢を制御す
るスタビライザが用いられている（特許第２８０７６２
２号公報参照）。例えば、上記の例のようにリニアセン
サを用いた撮影装置を航空機に搭載して地表面の撮影を
行う場合、撮像センサの光軸が常に鉛直下方を向くよう
にその姿勢が制御される。

【０００５】ここで、撮像センサによって撮影対象を撮
影して画像データを取得するには、１回の画像データの
取得毎に、ある程度の露光時間（撮影時間）が必要とな
る。一方、撮影装置が搭載されている移動体は、その露
光時間内においても移動している。このため、移動体搭
載用撮影装置による地表面等の撮影では、撮像センサの
各画素の撮影対象に対する位置、及び撮像センサによる
撮影対象での撮影位置が露光時間内において変化し、こ
れによって、移動体の移動方向についての画像の解像度
が劣化するという問題がある。

【０００６】このような問題に対して、画像の解像度を
向上する方法として、撮像センサの各画素における移動
体の移動方向についての画素幅を小さくすることが考え
られる。すなわち、撮像センサの各画素は、移動体の移
動方向及びそれに直交する方向の２方向についてそれぞ
れ一定の画素幅を有している。したがって、各画素によ
って撮像される撮影対象での撮影位置は、実際には画素
幅に対応した幅で広がりを有する撮影範囲となる。

【０００７】これらの２方向のうち、移動方向に直交す
る方向での画素幅については、撮影対象に対して固定の
位置にあるために、画素幅に対応する広がり以上に撮影
範囲の幅が広がることはない。一方、移動方向での画素
幅については、上記したように露光時間内において各画
素の位置が変化してしまうために、撮影範囲の幅が画素
幅に対応する広がり以上に広がってしまう。

【０００８】これに対して、撮像センサの各画素におけ
る移動体の移動方向についての画素幅を小さくすれば、
移動方向での撮影範囲の幅の広がりが低減されるので、
画像の解像度が向上される。しかしながら、このように
画素幅を小さくすると、画素面積が小さくなるために各
画素での撮像感度が低下してしまう。このため、移動体
の移動速度を低速として撮影を行ったり、画像データを
取得するための１回当たりの露光時間を長くすることが
必要となるなど、撮影装置を用いた地表面等の撮影の効
率が低下する。また、撮影装置の構成としては、撮像セ
ンサでの画素幅を小さくしたことに対応して、撮像セン
サへの導光光学系の精度を高くしなくてはならず、撮影
装置が高コスト化する。

【０００９】本発明は、以上の問題点を解決するために
なされたものであり、撮影効率の低下や撮影装置の高コ
スト化等の問題を生じることなく、移動体の移動方向に
ついての画像の解像度の劣化を抑制することが可能な移
動体搭載用撮影装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による移動体搭載用撮影装置は、移動
体に搭載されて、移動体からの撮影対象の撮影に用いら
れる撮影装置であって、（１）移動体の移動方向となる
第１の方向に略直交する第２の方向が一方の画素の配列
方向となるように配置され、移動体の移動に伴って変化
する撮影位置で撮影対象を撮影して画像データを取得す
る撮像センサと、（２）撮像センサの姿勢情報に基づい
て、撮像センサの光軸が所定方向を向くようにその姿勢
を制御するスタビライザと、（３）移動体の移動に応じ
て、撮影対象における撮影位置が設定された範囲内での
位置となるように、スタビライザを介して撮像センサの
光軸を制御する光軸制御手段とを備えることを特徴とす
る。

【００１１】上記した移動体搭載用撮影装置において
は、移動体に搭載される撮影装置での撮像センサの姿勢
を制御するため、姿勢制御手段であるスタビライザを設
置している。そして、このスタビライザに対して、光軸
制御手段から撮像センサの光軸を向けるべき方向等を指
示することによって、撮影の各時点における撮像センサ
による撮影位置（撮影範囲）が所定の位置となるよう
に、撮像センサの光軸を制御している。

【００１２】このような構成を有する撮影装置によれ
ば、撮像センサの各画素の撮影対象に対する位置、及び
撮像センサによる撮影対象での撮影位置の変化に好適に
対応しつつ、移動体からみて撮像センサの光軸が向いて
いる方向を各時点で制御することができる。したがっ
て、撮影装置を移動体に搭載して撮影を行う場合でも、
移動体の移動方向についての画像の解像度の劣化を抑制
することが可能となる。また、撮像センサの画素幅を小
さくすることが不要となるので、撮影効率の低下や撮影
装置の高コスト化等の問題を生じることがない。

【００１３】上記した移動体搭載用撮影装置において
は、撮像センサは、第２の方向を長手方向として配置さ
れ、撮影位置で撮影対象を撮影して、画像データとして
１次元画像データを取得するリニアセンサであることが
好ましい。あるいは、撮像センサとして、２次元画像デ
ータを取得するエリアセンサを用いても良い。

【００１４】また、光軸制御手段は、撮像センサが画像
データを取得するための露光時間毎に撮影対象に対する
目標撮影位置を設定するとともに、撮影位置が露光時間
にわたって目標撮影位置と略一致するように、撮像セン
サの光軸を制御することを特徴とする。

【００１５】このように、露光時間毎に設定された目標
撮影位置（目標撮影範囲）に基づいて撮像センサの光軸
の制御を行うことにより、それぞれの露光時間において
取得される画像データについて、画像の解像度を充分に
向上することができる。

【００１６】また、撮像センサと同一の筐体に設置され
て撮像センサの姿勢データを計測する姿勢計測装置と、
姿勢計測装置で計測された姿勢データを解析して撮像セ
ンサの姿勢情報を算出するデータ解析手段とを備えるこ
とを特徴とする。

【００１７】このように、画像の撮影を行う撮像センサ
に対して姿勢計測装置を設けておくことによって、移動
体とともに移動する撮像センサについて、撮影対象を撮
影する各時点での姿勢情報を取得することができる。ま
た、この姿勢情報は、スタビライザによる撮像センサの
姿勢の制御に用いることができる。

【００１８】また、撮像センサの３次元の位置データを
求めるＧＰＳと、ＧＰＳで求められた位置データを解析
して撮像センサの位置情報を算出するデータ解析手段と
を備えることを特徴とする。

【００１９】このように、撮像センサに対してＧＰＳを
設けておくことによって、移動体とともに移動する撮像
センサについて、各時点での位置情報を取得することが
できる。

【００２０】また、撮像センサと撮影対象との間の距離
データを計測するレーザ距離計と、レーザ距離計で計測
された距離データを解析して撮像センサの距離情報を算
出するデータ解析手段とを備えることを特徴とする。

【００２１】このように、撮像センサに対してレーザ距
離計を設けておくことによって、移動体とともに移動す
る撮像センサについて、各時点での撮影対象からの距離
（例えば高さ）情報を取得することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面とともに本発明による
移動体搭載用撮影装置の好適な実施形態について詳細に
説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同
一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の
寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

【００２３】図１は、本発明による移動体搭載用撮影装
置の一実施形態を模式的に示す構成図である。本移動体
搭載用撮影装置は、撮影対象に対して移動する移動体に
搭載されて、移動体からの撮影対象の撮影に用いられる
撮影装置である。撮影装置が搭載される移動体として
は、例えば、航空機や人工衛星などがある。また、撮影
対象としては、航空機から撮影される地表面や水面など
がある。

【００２４】ここで、以下においては、説明の便宜のた
め、撮影対象からの光が撮影装置へと入射する方向をｚ
軸方向、移動体に搭載されたときにその移動方向となる
方向（第１の方向）をｘ軸方向、ｘ軸及びｚ軸に直交す
る方向（第２の方向）をｙ軸方向とする。これらの各方
向は、例えば撮影装置を航空機に搭載した場合には、ｘ
軸方向が航空機の進行方向、ｙ軸方向が後述するリニア
センサの長手方向、ｚ軸方向が下方にある地表面や水面
などの撮影対象と上方を移動する航空機とを結ぶ鉛直方
向となる。なお、以下においては、航空機に搭載して地
表面などの画像の撮影を行う場合を主に想定して撮影装
置の説明を行っているが、本撮影装置の使用形態は、こ
のような形態に限られない。

【００２５】図１に示す移動体搭載用撮影装置は、撮影
対象の画像を撮影するための撮像装置１と、撮像装置１
に入射される撮影対象からの光に対して撮像装置１の前
段に設けられた導光光学系２とを備えて構成されてい
る。

【００２６】撮像装置１には、撮影対象を撮影して画像
データを取得する撮像センサとして、リニアセンサ１１
が設置されている。このリニアセンサ１１は、画素に相
当する光検出素子をライン上に１次元に配列して１次元
画像データを取得する撮像センサ（ラインセンサ）であ
り、移動体の移動方向となるｘ軸方向に略直交するｙ軸
方向（図１においては紙面に垂直な方向）を長手方向
（１次元の画素の配列方向）として配置されている。

【００２７】リニアセンサ１１に対して、その撮影対象
側となる前段の所定位置には、撮影対象からの光をリニ
アセンサ１１へと導光するための導光光学系２が設置さ
れている。図１に示す撮影装置においては、導光光学系
２として、撮影対象からの光を所定の焦点面に収束させ
るレンズ２１が示されている。リニアセンサ１１は、こ
のレンズ２１による焦点面上に配置されている。

【００２８】以上の構成において、撮像装置１のリニア
センサ１１、及び導光光学系２のレンズ２１における撮
影の光学系の光軸（以下、単にリニアセンサの光軸とい
う）が、本撮影装置による撮影方向となる。すなわち、
リニアセンサ１１の光軸上にある撮影対象での位置が、
リニアセンサ１１による画像データの取得の対象となる
撮影位置となる。

【００２９】また、リニアセンサ１１の光軸及び各画素
の位置は、移動体の移動とともに移動する。したがっ
て、本撮影装置を航空機などの移動体に搭載して撮影を
行う場合、リニアセンサ１１は、移動体の移動に伴って
変化する撮影位置（撮影位置を略中心として所定の撮影
幅を有する撮影範囲）で地表面などの撮影対象を撮影し
て、１次元画像データを取得する。

【００３０】これらの撮像装置１及び導光光学系２に対
して、その位置や姿勢の計測または制御を行うため、姿
勢計測装置、例えばジャイロ３と、ＧＰＳ４と、スタビ
ライザ５とが設置されている。

【００３１】ジャイロ３は、リニアセンサ１１を含む撮
像装置１と同一の筐体に設置されており、リニアセンサ
１１の各時点（例えば撮影対象を撮影する時点）におけ
る姿勢データを計測する。姿勢データは、例えば、リニ
アセンサ１１の３軸の傾きを表すロール角ω、ピッチ角
φ、及びヨー角κとして計測される。また、ＧＰＳ４
は、リニアセンサ１１の各時点における位置データを求
める。位置データは、例えば、リニアセンサ１１の３次
元の位置を示すｘ座標、ｙ座標、及びｚ座標として求め
られる。

【００３２】スタビライザ５は、リニアセンサ１１の光
軸が所定の方向を向くように、リニアセンサ１１を含む
撮像装置１の姿勢を制御する機能を有する姿勢制御手段
である。また、このスタビライザ５は、撮影装置が航空
機等の移動体に搭載された場合に、移動体の振動や揺れ
を吸収し、リニアセンサ１１の姿勢を保持する機能を有
する。このようなスタビライザ５によるリニアセンサ１
１の姿勢の制御は、リニアセンサ１１の姿勢情報に基づ
いて行われる。

【００３３】撮像装置１、導光光学系２、ジャイロ３、
ＧＰＳ４、及びスタビライザ５を含む移動体搭載用撮影
装置の各部の動作や各データ等は、処理装置６によって
処理及び制御されている。この処理装置６は、必要なデ
ータ処理機能や動作制御機能等を有する単一の処理装
置、またはそれぞれ特定の機能を有する複数の処理装置
から構成される。図１の構成においては、処理装置６に
は、ジャイロ３で計測された姿勢データおよびＧＰＳ４
で求められた位置データを解析して、リニアセンサ１１
の姿勢情報及び位置情報を算出するデータ解析手段とし
て、データ解析装置６１が設けられている。

【００３４】また、この処理装置６に対して、表示装置
６２と、記録装置６３とが接続されている。表示装置６
２は、処理装置６で取得または処理された各データを必
要に応じて表示する。表示されるデータとしては、例え
ば、リニアセンサ１１によって撮影された画像データ
や、撮像装置１による撮影対象の撮影状況を示すデータ
などがある。また、記録装置６３は、処理装置６で取得
または処理された各データを必要に応じて記録媒体に記
録する。記録されるデータとしては、例えば、リニアセ
ンサ１１によって撮影された画像データ、ジャイロ３に
よって計測された姿勢データ、ＧＰＳ４によって求めら
れた位置データなどがある。

【００３５】さらに、本実施形態においては、処理装置
６に対して、スタビライザ５を介してリニアセンサ１１
の光軸を制御する光軸制御手段である光軸制御装置７が
接続されている。この光軸制御装置７は、本撮影装置を
移動体に搭載して撮影を行う場合に、移動体の移動に応
じて、撮影対象における撮影位置が設定された範囲内で
の所定の位置となるように、スタビライザ５を介してリ
ニアセンサ１１の光軸を制御する。

【００３６】以上の構成において、地表面や水面などの
撮影対象から、移動体に搭載された撮影装置へとｚ軸方
向に沿って伝搬した光は、レンズ２１を含む導光光学系
２を介して撮像装置１へと入射する。そして、撮像セン
サであるリニアセンサ１１によって、撮影対象の画像デ
ータが取得される。処理装置６は、リニアセンサ１１を
含む撮像装置１及び導光光学系２を駆動制御することに
よって、本撮影装置による撮影対象の撮影動作を制御す
る。

【００３７】また、処理装置６に設けられたデータ解析
装置６１には、ジャイロ３によって計測されたリニアセ
ンサ１１の姿勢データ、およびＧＰＳ４によって求めら
れたリニアセンサ１１の位置データが入力されている。
データ解析装置６１は、それらの姿勢データ及び位置デ
ータに基づいて、各時点におけるリニアセンサ１１の姿
勢及び位置を判断する。データ解析装置６１によって算
出されたリニアセンサ１１の姿勢情報及び位置情報は、
処理装置６による撮影動作の制御において、必要に応じ
て参照される。

【００３８】また、リニアセンサ１１の姿勢情報及び位
置情報は、スタビライザ５におけるリニアセンサ１１の
姿勢制御動作について指示を行う光軸制御装置７へと送
られる。光軸制御装置７は、処理装置６から入力された
姿勢情報及び位置情報を参照し、スタビライザ５に対し
て、リニアセンサ１１の姿勢制御動作に関する指示を行
う。これによって、撮影対象における撮影位置が設定さ
れた範囲内での位置となるようにリニアセンサ１１の光
軸が制御される。

【００３９】本実施形態による移動体搭載用撮影装置の
効果について説明する。

【００４０】図１に示した移動体搭載用撮影装置におい
ては、移動体に搭載される撮影装置での撮像センサであ
るリニアセンサ１１の姿勢を制御するため、スタビライ
ザ５を設置している。そして、このスタビライザ５に対
して、光軸制御装置７からリニアセンサ１１の光軸を向
けるべき方向等を指示することによって、撮影の各時点
におけるリニアセンサ１１による撮影位置（撮影範囲）
が所定の位置となるように、リニアセンサ１１の光軸を
制御している。

【００４１】このような構成によれば、ｙ軸方向に配列
されているリニアセンサ１１の各画素の撮影対象に対す
る位置、及びリニアセンサ１１による撮影対象での撮影
位置の変化に好適に対応しつつ、移動体及び移動体に搭
載された撮影装置からみてリニアセンサ１１の光軸が向
いている方向を各時点で制御することができる。

【００４２】すなわち、例えば撮影装置を航空機に搭載
して地表面を撮影する場合を考えると、リニアセンサ１
１によって地表面を撮影して１次元画像データを取得す
る際に、１回の画像データの取得に要する露光時間内に
おいて、地表面上での撮影位置が航空機の進行方向に変
化する。そして、この撮影位置の変化により、撮影装置
を用いて撮影される画像において、進行方向についての
解像度が劣化する。

【００４３】これに対して、上記構成を有する撮影装置
を移動体搭載用撮影装置として適用した場合、画像デー
タを取得する露光時間内で、移動体の移動に応じてリニ
アセンサ１１の光軸が向いている方向を変えることがで
きる。これにより、撮影装置による各時点での撮影位置
を好適な位置に保持することが可能となる。

【００４４】以上より、本実施形態の撮影装置によれ
ば、撮影装置を移動体に搭載して撮影を行う場合でも、
移動体の移動方向についての画像の解像度の劣化を抑制
することが可能となる。また、解像度を向上させるため
にｘ軸方向についてのリニアセンサ１１の画素幅を小さ
くすることが不要となるので、撮影効率の低下や撮影装
置の高コスト化等の問題を生じることがない。

【００４５】光軸制御装置７による具体的な光軸制御方
法としては、例えば、リニアセンサ１１が１次元画像デ
ータを取得するために要する露光時間に対して、露光時
間毎に撮影対象に対する目標撮影位置（あるいは目標撮
影範囲）を設定するとともに、撮影位置が露光時間にわ
たって目標撮影位置と略一致するように、各時点でのリ
ニアセンサ１１の光軸を制御することが好ましい。

【００４６】このように、露光時間毎に設定された目標
撮影位置に基づいてリニアセンサ１１の光軸の制御を行
うことにより、それぞれの露光時間において取得される
１次元画像データについて、画像の解像度を充分に向上
することができる。なお、この光軸制御方法について
は、詳しく後述する。

【００４７】また、図１に示した撮影装置においては、
リニアセンサ１１の姿勢情報を取得するため、姿勢デー
タを計測するジャイロ３を設けている。これにより、移
動体とともに移動するリニアセンサ１１について、撮影
対象を撮影する各時点での姿勢情報をリアルタイムで高
精度に取得することができる。また、このジャイロ３を
用いて得られた姿勢情報は、上述したように、スタビラ
イザ５及び光軸制御装置７によるリニアセンサ１１の姿
勢の制御に用いることができる。

【００４８】また、リニアセンサ１１の位置情報を取得
するため、位置データを計測するＧＰＳ４を設けてい
る。これにより、リニアセンサ１１について、撮影対象
を撮影する各時点での位置情報をリアルタイムで取得す
ることができる。また、このＧＰＳ４を用いて得られた
位置情報は、上述したように、スタビライザ５及び光軸
制御装置７によるリニアセンサ１１の姿勢の制御に用い
ることができる。

【００４９】ただし、リニアセンサ１１の姿勢情報及び
位置情報の取得については、図１に示したジャイロ３及
びＧＰＳ４以外の装置やデータを用いる構成としても良
い。

【００５０】ここで、移動体及び移動体に搭載された撮
影装置からみた撮影対象での撮影位置及び撮影範囲は、
リニアセンサ１１の光軸が向いている方向と、リニアセ
ンサ１１及び撮影対象の間の距離とに依存する。したが
って、光軸制御装置７によるリニアセンサ１１の光軸の
制御においては、リニアセンサ１１と撮影対象との間の
距離情報が必要とされる場合がある。

【００５１】例えば撮影装置を航空機に搭載して地表面
を撮影する場合を考えると、上記したリニアセンサ１１
と撮影対象との間の距離は、地表面からのリニアセンサ
１１の高さに相当する。この場合、リニアセンサ１１の
高さ情報としては、航空機の飛行コースからあらかじめ
高さデータを求めておき、その高さデータを高さ情報と
して用いることができる。

【００５２】また、図１に示した撮影装置のようにＧＰ
Ｓ４を備えている構成においては、ＧＰＳ４を用いて取
得された３次元の位置情報から算出される高さを高さ情
報として用いることが可能である。これにより、リニア
センサ１１について、撮影対象を撮影する各時点での高
さ情報をリアルタイムで取得することができる。

【００５３】あるいは、図１に示すように、リニアセン
サ１１と撮影対象との間の距離データを、レーザ光を用
いて計測するレーザ距離計８を撮影装置に設置してお
き、処理装置６のデータ解析装置６１において、レーザ
距離計８で計測された距離データを解析して、リニアセ
ンサ１１の距離情報を算出する構成としても良い。この
ような構成により、ＧＰＳ４を用いる場合に比べて、リ
アルタイムでの距離情報を高精度で取得することが可能
となる。

【００５４】上記構成を有する移動体搭載用撮影装置に
よる撮影対象の撮影動作について、具体例とともにさら
に説明する。

【００５５】まず、比較のため、従来の移動体搭載用撮
影装置による撮影対象の撮影動作について説明する。

【００５６】図２は、従来の移動体搭載用撮影装置によ
る撮影対象の撮影動作を示す模式図である。以下におい
ては、移動体として航空機を想定し、航空機に移動体搭
載用撮影装置を搭載して、撮影対象である地表面を撮影
する場合での撮影動作について説明する。具体的な撮影
条件としては、航空機の地表面からの高さ（移動体と撮
影対象との距離）については、一定の高さｈで航空機が
飛行しているものとする。また、航空機の移動速度につ
いては、その進行方向であるｘ軸方向に対して一定速度
ｖで飛行しているものとする。

【００５７】また、地表面の撮影において、リニアセン
サが１回の１次元画像データの取得に要する露光時間を
Δｔとする。また、リニアセンサから距離ｈだけ離れて
いる地表面におけるリニアセンサの撮影範囲について、
ｘ軸方向についての撮影幅をΔｘとする。この撮影幅Δ
ｘは、図２に示すように、リニアセンサの各画素におけ
るｘ軸方向についての画素幅に対応している。また、Δ
ｔの露光時間での航空機及び撮影装置のｘ軸方向への移
動距離は、移動速度ｖからｖ×Δｔと求められるが、こ
こでは、簡単のためΔｘ＝ｖ×Δｔとする。

【００５８】図２は、時刻ｔ_Aからｔ_B＝ｔ_A＋Δｔまで
を１回の露光時間として、その露光時間Δｔ内でのリニ
アセンサによる地表面の撮影動作を示している。ここ
で、図２（ａ）は、地表面でのｘ軸方向の各撮影位置に
対する実効的な露光時間を示すグラフである。また、図
２（ｂ）は、時刻ｔ_A及びｔ_Bにおけるリニアセンサの位
置、姿勢、及びリニアセンサによる撮影範囲等を示す図
である。

【００５９】従来の撮影装置での撮影動作を示す本動作
例においては、撮像装置に設けられているリニアセンサ
の光軸は、時刻ｔ_Aからｔ_Bまでの露光時間Δｔの全体に
わたって、常に鉛直下方であるｚ軸方向と略一致するよ
うに制御されている。

【００６０】図２（ｂ）において、符号９_Aで表す撮像
装置は、露光時間の開始時刻である時刻ｔ_Aでの撮像装
置の位置及び姿勢を示している。時刻ｔ_Aにおいては、
撮像装置９_Aのリニアセンサによる地表面での撮影位置
は、リニアセンサの鉛直下方にある位置Ａ（ｘ＝ｘ_A）
となっている。また、時刻ｔ_Aでの撮影範囲は、撮影位
置Ａを中心とした、撮影幅Δｘで位置Ｐ₁（ｘ＝ｘ₁）か
らＰ₀（ｘ＝ｘ₀）までの範囲Ｒ_Aとなっている。

【００６１】また、符号９_Bで表す撮像装置は、露光時
間の終了時刻である時刻ｔ_Bでの撮像装置の位置及び姿
勢を示している。時刻ｔ_Bにおいては、撮像装置９_Bのリ
ニアセンサによる地表面での撮影位置は、リニアセンサ
の鉛直下方で位置Ａからｘ軸方向に＋Δｘの位置にある
位置Ｂ（ｘ＝ｘ_B）となっている。また、時刻ｔ_Bでの撮
影範囲は、撮影位置Ｂを中心とした、撮影幅Δｘで位置
Ｐ₀（ｘ＝ｘ₀）からＰ₂（ｘ＝ｘ₂）までの範囲Ｒ_Bとな
っている。

【００６２】時刻ｔ_Aからｔ_Bまでの露光時間Δｔにおい
ては、リニアセンサによる撮影範囲は、開始時刻ｔ_Aで
の範囲Ｒ_Aから終了時刻ｔ_Bでの範囲Ｒ_Bまで、一定速度
ｖでｘ軸方向に変化する。したがって、露光時間Δｔの
全体としての撮影範囲は、撮影幅２Δｘで位置Ｐ₁（ｘ
＝ｘ₁）からＰ₂（ｘ＝ｘ₂＝ｘ₁＋２Δｘ）までの範囲Ｒ
_A＋Ｒ_Bとなる。

【００６３】この露光時間でリニアセンサによって取得
される画像データにおいて、ｘ軸方向の位置に対する実
効的な露光時間分布は、図２（ａ）に実線のグラフで示
す分布となる。すなわち、露光時間全体での撮影範囲Ｒ
_A＋Ｒ_Bに対し、その中心位置となる撮影位置Ｐ₀では、
時刻ｔ_Aからｔ_Bまで常にリニアセンサの撮影範囲内に入
っているため、実効的な露光時間は露光時間全体と等し
いΔｔとなる。そして、この露光時間は中心位置Ｐ₀か
ら撮影範囲Ｒ_A＋Ｒ_Bの両端の位置Ｐ₁及びＰ₂に向かって
それぞれ直線的に減少していき、位置Ｐ₁及びＰ₂の外側
では露光時間が０となる。

【００６４】また、この露光時間の次の露光時間となる
時刻ｔ_Bからｔ_C＝ｔ_B＋Δｔまでの露光時間を考える
と、図２中に破線によって撮像装置の位置、姿勢、及び
得られる露光時間分布を示すように、位置Ｐ₂を中心と
して時刻ｔ_Aからｔ_Bまでの露光時間と同様の露光時間分
布が得られる。以降の露光時間についても同様である。

【００６５】このように、従来の移動体搭載用撮影装置
における撮影動作では、移動体の移動方向についての１
回の撮影での撮影範囲は、画像データの取得に要する露
光時間内において移動体が移動するため、その撮影幅
（２Δｘ）がリニアセンサの画素幅に対応する撮影幅
（Δｘ）よりも広くなってしまう。この撮影範囲の広が
りにより、撮影装置によって撮影される画像において、
移動体の移動方向についての解像度が劣化してしまう。

【００６６】これに対して、本発明による移動体搭載用
撮影装置は、移動体の移動に合わせてリニアセンサの光
軸を、移動方向に対する影響を打ち消すように逆方向に
変化させるように制御して、上記した撮影範囲の広がり
を抑制するものである。以下、図１に示した構成を有す
る移動体搭載用撮影装置による撮影対象の撮影動作につ
いて説明する。

【００６７】図３は、図１に示した移動体搭載用撮影装
置による撮影対象の撮影動作の一例を示す模式図であ
る。ここで、航空機の地表面からの高さｈ、ｘ軸方向に
対する航空機の移動速度ｖ、露光時間Δｔ、及び画素幅
に対応するｘ軸方向についての撮影幅Δｘ等の撮影条件
については、図２に示した撮影動作と同様とする。

【００６８】図３は、時刻ｔ_Aからｔ_B＝ｔ_A＋Δｔまで
を１回の露光時間として、その露光時間Δｔ内でのリニ
アセンサによる地表面の撮影動作を示している。ここ
で、図３（ａ）は、地表面でのｘ軸方向の各撮影位置に
対する実効的な露光時間を示すグラフである。また、図
３（ｂ）は、時刻ｔ_A、ｔ₀、及びｔ_Bにおけるリニアセ
ンサの位置、姿勢、及びリニアセンサによる撮影範囲等
を示す図である。

【００６９】図１に示した撮影装置での撮影動作を示す
本動作例においては、撮像装置１のリニアセンサ１１が
１次元画像データを取得するために要する露光時間Δｔ
に対して、時刻ｔ_Aからｔ_Bまでの露光時間Δｔ内でのリ
ニアセンサ１１の移動範囲の中心位置となる位置Ｐ₀を
地表面に対する目標撮影位置として設定している。そし
て、リニアセンサによる各時点での撮影位置が露光時間
Δｔの全体にわたって設定された目標撮影位置Ｐ₀と一
致するように、リニアセンサの光軸が制御されている。

【００７０】図３（ｂ）において、符号１_Aで表す撮像
装置は、図１に示した構成を有する撮像装置であり、露
光時間の開始時刻である時刻ｔ_Aでの撮像装置の位置及
び姿勢を示している。時刻ｔ_Aにおいては、撮像装置１_A
のリニアセンサによる地表面での撮影位置は、この露光
時間での目標撮影位置として設定された位置Ｐ₀となっ
ている。

【００７１】具体的に説明すると、時刻ｔ_Aにおいて
は、図４に示すように、撮像装置１_Aのリニアセンサの
鉛直下方にある地表面での位置は、目標撮影位置Ｐ₀か
らｘ軸方向に−Δｘ／２の位置にある位置Ａとなってい
る。これに対して、リニアセンサによる撮影位置を目標
撮影位置Ｐ₀と一致させるため、時刻ｔ_Aにおけるリニア
センサの光軸は、ｚ軸に対してなすｘ軸方向への傾き角
度θが＋θ_d＝＋Δｘ／２ｈとなるように、ｘ軸方向の
前方へと傾けられている。このとき、時刻ｔ_Aでの撮影
範囲は、目標撮影位置Ｐ₀を中心とした、撮影幅Δｘで
位置Ａ（ｘ＝ｘ_A）からＢ（ｘ＝ｘ_B）までの範囲Ｒ₀と
略一致している。

【００７２】また、符号１₀で表す撮像装置は、露光時
間の中心時刻である時刻ｔ₀での撮像装置の位置及び姿
勢を示している。時刻ｔ₀においては、撮像装置１₀のリ
ニアセンサによる地表面での撮影位置は、リニアセンサ
の鉛直下方にある位置であり、かつ、この露光時間での
目標撮影位置として設定された位置Ｐ₀となっている。
また、時刻ｔ₀での撮影範囲は、目標撮影位置Ｐ₀を中心
とした、撮影幅Δｘで位置Ａ（ｘ＝ｘ_A）からＢ（ｘ＝
ｘ_B）までの範囲Ｒ₀となっている。

【００７３】また、符号１_Bで表す撮像装置は、露光時
間の終了時刻である時刻ｔ_Bでの撮像装置の位置及び姿
勢を示している。時刻ｔ_Bにおいては、撮像装置１_Bのリ
ニアセンサによる地表面での撮影位置は、この露光時間
での目標撮影位置として設定された位置Ｐ₀となってい
る。

【００７４】具体的に説明すると、時刻ｔ_Bにおいて
は、時刻ｔ_Aと同様に、撮像装置１_Bのリニアセンサの鉛
直下方にある地表面での位置は、目標撮影位置Ｐ₀から
ｘ軸方向に＋Δｘ／２の位置にある位置Ｂとなってい
る。これに対して、リニアセンサによる撮影位置を目標
撮影位置Ｐ₀と一致させるため、時刻ｔ_Bにおけるリニア
センサの光軸は、傾き角度θが−θ_d＝−Δｘ／２ｈと
なるように、ｘ軸方向の後方へと傾けられている。この
とき、時刻ｔ_Bでの撮影範囲は、目標撮影位置Ｐ₀を中心
とした、撮影幅Δｘで位置Ａ（ｘ＝ｘ_A）からＢ（ｘ＝
ｘ_B）までの範囲Ｒ₀と略一致している。

【００７５】図５は、図３に示した撮影動作でのリニア
センサの光軸の傾き角度の変化を示すグラフである。こ
の撮影動作では、時刻ｔ_Aからｔ_Bまでの露光時間Δｔに
おいて、リニアセンサの光軸の傾き角度θは、開始時刻
ｔ_Aでθ＝＋θ_d、中心時刻ｔ ₀でθ＝０、終了時刻ｔ_Bで
θ＝−θ_dとなるように直線的に変化する。

【００７６】これにより、時刻ｔ_Aからｔ_Bまでの各時刻
において、リニアセンサによる地表面での撮影位置は、
設定された目標撮影位置Ｐ₀に略一致している。また、
時刻ｔ_Aからｔ_Bまでの各時刻において、リニアセンサに
よる地表面での撮影範囲は、撮影幅Δｘで位置Ａ（ｘ＝
ｘ_A）からＢ（ｘ＝ｘ_B）までの範囲Ｒ₀と略一致してい
る。したがって、露光時間Δｔの全体としての撮影範囲
は、撮影幅Δｘで位置ＡからＢまでの範囲、すなわち撮
影位置のｘ座標がｘ_Aからｘ_B（ｘ_B＝ｘ_A＋Δｘ）までの
範囲となる。

【００７７】この露光時間でリニアセンサによって取得
される画像データにおいて、ｘ軸方向の位置に対する実
効的な露光時間分布は、図３（ａ）に実線のグラフで示
す分布となる。すなわち、上記した撮影動作では、露光
時間全体で撮影位置及び撮影範囲がＰ₀及びＲ₀でそれぞ
れ略一定となっているため、撮影範囲Ｒ₀の全体にわた
る各位置で、実効的な露光時間が露光時間全体と等しい
Δｔとなる。したがって、このような撮影動作によれ
ば、撮影装置を航空機等の移動体に搭載して撮影を行う
場合でも、移動方向についての画像の解像度が好適に保
持される。

【００７８】ここで、例えば本撮影装置を航空機に搭載
して地表面の撮影を行う場合、一定速度で飛行する航空
機から、一定の露光時間Δｔでの画像データの取得を繰
り返し行って、広範囲での地表面の画像を撮影する場合
がある。このように、露光時間Δｔでの画像データの取
得が周期的に繰り返されるとすると、上記した露光時間
の次の露光時間は、時刻ｔ_Bからｔ_C＝ｔ_B＋Δｔまでの
露光時間Δｔとなる（図５参照）。この露光時間では、
まず時刻ｔ_Bにおいて前回の画像データの取得を終了す
ると同時に、リニアセンサの光軸の傾き角度θを−θ_d
から＋θ_dへと変化させて、撮影装置を露光時間の開始
時刻での姿勢に戻す。

【００７９】そして、時刻ｔ_Aからｔ_Bまでの露光時間と
同様に、時刻ｔ_Bからｔ_Cまでの露光時間Δｔにおいて、
リニアセンサの光軸の傾き角度θを、開始時刻ｔ_Bでθ
＝＋θ_d、終了時刻ｔ_Cでθ＝−θ_dとなるように直線的
に変化させる。このとき、この時刻ｔ_Bからｔ_Cまでの露
光時間では、図３中に破線によって撮像装置の位置、姿
勢、及び得られる露光時間分布を示すように、時刻ｔ_A
からｔ_Bまでの露光時間と同様の露光時間分布が得られ
る。さらに、同様の撮影動作を周期Δｔで繰り返すこと
により、地表面の画像データを、それぞれ好適な解像度
で連続的に取得することができる。

【００８０】本発明による移動体搭載用撮影装置は、上
述した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が
可能である。例えば、図１に示した撮影装置において
は、画像データを取得する撮像センサとして、単一のリ
ニアセンサ１１を設けている。これに対して、例えば３
個のリニアセンサを、それぞれｙ軸方向を長手方向とし
て互いに略平行に設置してスリーラインセンサとするな
ど、複数のリニアセンサを撮影装置に設ける構成として
も良い。あるいは、撮像センサとして、２次元画像デー
タを取得するエリアセンサを用いても良い。

【００８１】

【発明の効果】本発明による移動体搭載用撮影装置は、
以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。す
なわち、移動体に搭載される撮影装置において、撮像セ
ンサの姿勢を制御するスタビライザを設置するととも
に、スタビライザに対して、光軸制御手段から撮像セン
サの光軸を向けるべき方向等を指示して、撮影の各時点
における撮像センサによる撮影位置を制御する撮影装置
によれば、撮像センサによる撮影対象での撮影位置の変
化に好適に対応しつつ、移動体からみて撮像センサの光
軸が向いている方向を各時点で制御することができる。

【００８２】したがって、撮影装置を移動体に搭載して
撮影を行う場合でも、移動体の移動方向についての画像
の解像度の劣化を抑制することが可能となる。また、撮
像センサの移動方向についての画素幅を小さくすること
が不要となるので、撮影効率の低下や撮影装置の高コス
ト化等の問題を生じることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】移動体搭載用撮影装置の一実施形態を模式的に
示す構成図である。

【図２】従来の移動体搭載用撮影装置による撮影対象の
撮影動作を示す模式図である。

【図３】図１に示した移動体搭載用撮影装置による撮影
対象の撮影動作を示す模式図である。

【図４】図３に示した撮影動作でのリニアセンサの光軸
の制御について説明する図である。

【図５】図３に示した撮影動作でのリニアセンサの光軸
の傾き角度の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１…撮像装置、１１…リニアセンサ、２…導光光学系、
２１…レンズ、３…ジャイロ、４…ＧＰＳ、５…スタビ
ライザ、６…処理装置、６１…データ解析装置、６２…
表示装置、６３…記録装置、７…光軸制御装置、８…レ
ーザ距離計。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動体に搭載されて、移動体からの撮影
対象の撮影に用いられる撮影装置であって、移動体の移動方向となる第１の方向に略直交する第２の
方向が一方の画素の配列方向となるように配置され、前
記移動体の移動に伴って変化する撮影位置で撮影対象を
撮影して画像データを取得する撮像センサと、前記撮像センサの姿勢情報に基づいて、前記撮像センサ
の光軸が所定方向を向くようにその姿勢を制御するスタ
ビライザと、前記移動体の移動に応じて、前記撮影対象における前記
撮影位置が設定された範囲内での位置となるように、前
記スタビライザを介して前記撮像センサの光軸を制御す
る光軸制御手段とを備えることを特徴とする移動体搭載
用撮影装置。
【請求項２】前記撮像センサは、前記第２の方向を長
手方向として配置され、前記撮影位置で前記撮影対象を
撮影して、前記画像データとして１次元画像データを取
得するリニアセンサであることを特徴とする請求項１記
載の移動体搭載用撮影装置。
【請求項３】前記光軸制御手段は、前記撮像センサが
前記画像データを取得するための露光時間毎に前記撮影
対象に対する目標撮影位置を設定するとともに、前記撮
影位置が前記露光時間にわたって前記目標撮影位置と略
一致するように、前記撮像センサの光軸を制御すること
を特徴とする請求項１記載の移動体搭載用撮影装置。
【請求項４】前記撮像センサと同一の筐体に設置され
て前記撮像センサの姿勢データを計測する姿勢計測装置
と、前記姿勢計測装置で計測された前記姿勢データを解
析して前記撮像センサの前記姿勢情報を算出するデータ
解析手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の移
動体搭載用撮影装置。
【請求項５】前記撮像センサの３次元の位置データを
求めるＧＰＳと、前記ＧＰＳで求められた前記位置デー
タを解析して前記撮像センサの位置情報を算出するデー
タ解析手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の
移動体搭載用撮影装置。
【請求項６】前記撮像センサと前記撮影対象との間の
距離データを計測するレーザ距離計と、前記レーザ距離
計で計測された前記距離データを解析して前記撮像セン
サの距離情報を算出するデータ解析手段とを備えること
を特徴とする請求項１記載の移動体搭載用撮影装置。