JP2006024986A - マルチバンド撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】飛行体の直下からの光束を色分解して各撮像素子に導く色分解プリズムと、飛行体の斜め下からの光束を撮像素子に導く導光プリズムとを組み合わせてコンパクト化を図るとともに、地表面の立体視画像と高精度な直下視カラー画像を得られるようにする。
【解決手段】直下視色分解撮像系２０の３個の撮像素子２４ａ〜２４ｃからの各画像信号に基づき直下視カラー画像を得るとともに、前方斜視撮像系３０の撮像素子３４からの画像信号、後方斜視撮像系４０の撮像素子４４からの画像信号、および直下視色分解撮像系２０の撮像素子２４ｃからの画像信号に基づき立体視画像を得るように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヘリコプタや飛行機、人工衛星等の飛行体に搭載される撮像装置に関し、特に地表面の立体視画像およびカラー画像を得るように構成されたマルチバンド撮像装置に関するものである。

従来、地表面の２次元カラー画像を得る方式として、複数の観測波長帯にそれぞれ対応した複数のラインセンサを撮像光学系の像面に並列配置しておき、人工衛星等の飛行体を各ラインセンサの軸方向と略直角な方向に移動させながら各波長帯の画像を取得するいわゆる像面分割方式が知られている（下記特許文献１〜３参照）。

また、このような像面分割方式を用いたマルチバンド撮像装置において、前方斜視用（飛行体の移動方向前方斜め下の方向用）、直下視用（飛行体の真下の方向用）、および後方斜視用（飛行体の移動方向後方斜め下の方向用）の３組のラインセンサを搭載し、これら各組のラインセンサにより撮像された互いに視線方向の異なる各画像に基づき地表面の立体視画像を得るように構成されたものが知られている（株式会社宇宙情報技術研究所製高精度デジタル航空センサー；ＳＴＡＲＩＭＡＧＥＲ（登録商標））。

特公昭６２−８７３１号公報 特開平６−８８９７号公報 特開２００２−２１４５３０号公報

上述したような像面分割方式では、地表面の同一位置の画像を取得するタイミングが各波長帯のラインセンサ間で若干ずれるため、飛行体の振動等により撮像カメラの姿勢が変化した場合、取得された各波長帯の画像間で位置ずれが生じるという問題がある。

従来、このような画像間の位置ずれ防止のため、ジャイロ内蔵のスタビライザを搭載して撮像カメラの姿勢を安定させたり、１つのＣＣＤラインセンサパッケージの中に３色のラインセンサを配置して画像取得タイミングのずれを減少させたりするなどの対策が採られている。しかし、撮像カメラの姿勢を完全に安定させることは困難であるため、画像取得タイミングのずれによる画像間の位置ずれは避けられず、位置ずれを補正する画像処理を行なった場合でも、各波長帯間でレジストレーションの合致した高精度なカラー画像を得ることは困難である。

このような各波長帯の画像間での位置ずれを防止するためには、３板式カラーカメラ等に用いられる色分解プリズムのような、同一位置からの光束を各波長帯にそれぞれ属する複数の帯域光束に色分解するいわゆる同軸式の色分解系を用いることが好ましい。しかし、立体視画像を得るために必要な、撮像方向が互いに異なる各画像を、１つの色分解プリズムを介して取得し得るように構成することは、色分解プリズムが大型化することを避けられず、装置内での配置スペースの確保が困難となるため、現実的ではない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、各波長帯の画像間での位置ずれがない高精度なカラー画像を立体視画像と共に得ることが可能なマルチバンド撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明のマルチバンド撮像装置は、以下のように構成されている。すなわち、本発明に係るマルチバンド撮像装置は、飛行体に搭載されるマルチバンド撮像装置において、地表面を撮像し得るように設置される撮像レンズ系と、前記飛行体の直下方向からの、前記撮像レンズ系を介して得られた光束を、波長帯が相異なる複数の帯域光束に色分解して、該各帯域光束を各波長帯用の撮像素子に導く色分解プリズムを有する直下視色分解撮像系と、前記飛行体の移動方向斜め下からの、前記撮像レンズ系を介して得られた光束を、斜視用の撮像素子に導く導光プリズムを有する斜視撮像系とを備え、前記直下視色分解撮像系により得られた各波長帯の直下視画像から直下視カラー画像を得るとともに、前記直下視色分解撮像系により得られた所定の波長帯の直下視画像と、前記斜視撮像系により得られた斜視画像とから立体視画像を得るように構成されていることを特徴とするものである。

なお、上記「波長帯」には、可視域外の波長帯を含むようにすることが可能である。したがって、上記「色分解プリズム」には、白色光をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３つの波長帯に色分解する一般的なものの他に、ＩＲ（赤外）やＵＶ（紫外）を含めた複数の波長帯に色分解するものも含まれる。

本発明において、前記色分解プリズムおよび前記導光プリズムは、該色分解プリズム内を通過する前記各帯域光束についての各ガラス長と、該導光プリズム内を通過する前記光束についてのガラス長とが互いに略等しくなるように構成されていることが好ましく、前記撮像レンズ系は、像側が略テレセントリックとなるように構成されていることが好ましい。

なお、上記「ガラス長」とは、所定のレンズ系を介してプリズムに入射した光束の主光線が、該レンズ系の光軸と平行であると仮定したときに、この主光線が該プリズム内で辿る軌跡に沿った該プリズムの長さを意味する。

また、前記斜視撮像系は、飛行体の移動方向前方斜め下からの光束を、前方用導光プリズムを介して前方斜視用の撮像素子に導く前方斜視撮像系と、飛行体の移動方向後方斜め下からの光束を、後方用導光プリズムを介して後方斜視用の撮像素子に導く後方斜視撮像系とから構成することができる。

この場合、飛行体の移動方向前方から、後方用導光プリズム、色分解プリズムおよび前方用導光プリズムをこの順序で配置し、色分解プリズムに入射する前記直下方向からの光束は、撮像レンズ系の略中央部を通過するように構成することが好ましい。

本発明に係るマルチバンド撮像装置によれば、直下視色分解撮像系に配置される色分解プリズムと、斜視撮像系に配置される導光プリズムとを組み合わせて用いることにより、色分解プリズムの大型化を避けて配置スペースの確保を容易としている。

直下視色分解撮像系により得られた各波長帯の直下視画像は、色分解プリズムにより同軸上で色分解された各帯域光束によって得られたものであるので、各波長帯の画像間での位置ずれが生じない。このため高精度な直下視カラー画像を得ることが可能である。

また、飛行体の移動方向斜め下からの光束を、導光プリズムにより斜視用の撮像素子に導く斜視撮像系を備えていることにより、直下視カラー画像と組み合わせて立体視画像を得ることも可能である。

以下、本発明の実施形態について、図１を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係るマルチバンド撮像装置の全体構成を概略的に示す図である。

本実施形態に係るマルチバンド撮像装置（以下、「本実施形態装置」と称することがある）は、例えばヘリコプタのような比較的低空を飛行する図示せぬ飛行体（移動方向を矢線Ａで示す）に搭載されるものであり、図示せぬ装置筐体内に、撮像レンズ系１０，直下視色分解撮像系２０，前方斜視撮像系３０，後方斜視撮像系４０，および画像信号処理手段５０を備えている。

上記撮像レンズ系１０は、紙面の下方に位置する図示せぬ地表面を撮像し得るように設置され、地表面から入射される、飛行体の進行方向前方斜め下から（図中矢線αで示す向き）の光束，飛行体の直下から（図中矢線βで示す向き）の光束，および飛行体の移動方向前方斜め下から（図中矢線γで示す向き）の光束を、上記後方斜視撮像系４０，上記直下視色分解撮像系２０，および上記前方斜視撮像系３０に向けてそれぞれ射出するように構成されている。

上記直下視色分解撮像系２０は、６個のプリズム２２ａ〜２２ｆからなる色分解プリズム２２と、プリズム２２ｃ〜２２ｆの各光出射端面側にそれぞれ配置された、ＣＣＤラインセンサ等からなる各波長帯用の撮像素子２４ａ〜２４ｄ（２４ａは青（Ｂ）の波長帯用，２４ｂは緑（Ｇ）の波長帯用，２４ｃは赤（Ｒ）の波長帯用，２４ｄは赤外（ＩＲ）の波長帯用）とを備えており、上記撮像レンズ系１０から射出された飛行体直下からの光束を、Ｂ，Ｇ，Ｒ，ＩＲの４つの波長帯にそれぞれ属する各帯域光束に色分解して、各々を上記各撮像素子２４ａ〜２４ｄにそれぞれ導くように構成されている。なお、上記のプリズム２２ｂと２２ｃとの接合部，２２ｃと２２ｄとの接合部および２２ｄ，２２ｅとの各接合部には、それぞれ図示せぬ所定の空隙が設けられている。

上記前方斜視撮像系３０は、２個のプリズム３２ａ，３２ｂからなる前方用導光プリズム３２と、プリズム３２ｂの光出射端面側に配置された前方斜視用（赤の波長帯用）の撮像素子３４とを備えており、上記撮像レンズ系１０から射出された、飛行体の移動方向前方斜め下からの光束を、前方用導光プリズム３２を介して上記撮像素子３４に導くように構成されている。なお、上記プリズム３２ｂと上記撮像素子３４との間には、赤の波長帯の光を選択的に透過する図示せぬフィルタが設けられており、また上記プリズム３２ａと３２ｂとの接合部には、図示せぬ所定の空隙が設けられている。

上記後方斜視撮像系４０は、２個のプリズム４２ａ，４２ｂからなる後方用導光プリズム４２と、プリズム４２ｂの光出射端面側に配置された後方斜視用（赤の波長帯用）の撮像素子４４とを備えており、上記撮像レンズ系１０から射出された、飛行体の移動方向後方斜め下からの光束を、後方用導光プリズム４２を介して上記撮像素子４４に導くように構成されている。なお、上記プリズム４２ｂと上記撮像素子４４との間には、赤の波長帯の光を選択的に透過する図示せぬフィルタが設けられており、また上記プリズム４２ａと４２ｂとの接合部には、図示せぬ所定の空隙が設けられている。

上記画像信号処理手段５０は、上述した各撮像素子２４ａ〜２４ｄ，３４，４４にて光電変換され出力された各画像信号が入力される画像入力インタフェースや、メモリ，ＣＰＵ，グラフィックスボード等を有するコンピュータ（いずれも図示略）等を備えている。そして、この画像信号処理手段５０は、上記直下視色分解撮像系２０の３個の撮像素子２４ａ〜２４ｃからの各画像信号に基づき直下視カラー画像を、撮像素子２４ｆからの画像信号に基づき直下視赤外画像をそれぞれ得るとともに、上記前方斜視撮像系３０の撮像素子３４からの画像信号，上記後方斜視撮像系４０の撮像素子４４からの画像信号，および上記直下視色分解撮像系２０の撮像素子２４ｃからの画像信号に基づき地表面の立体視画像を得るように構成されている。

以上説明した本実施形態装置によれば、直下視色分解撮像系２０に配置される色分解プリズム２２と、前方斜視撮像系３０および後方斜視撮像系４０にそれぞれ配置される前方用導光プリズム３２および後方用導光プリズム４２とを組み合わせて用いることにより、色分解プリズム２０の大型化を避けて配置スペースの確保を容易としている。

直下視色分解撮像系２０により得られた各波長帯の直下視画像は、色分解プリズム２２により同軸上で色分解された各帯域光束によって得られたものであるので、各波長帯の画像間での位置ずれが生じない。このため高精度な直下視カラー画像を得ることが可能である。

また、飛行体の直下方向の画像を得る直下視色分解撮像系２０と共に、飛行体の移動方向前方斜め下方向の画像を得る前方斜視撮像系３０と、飛行体の移動方向後方斜め下方向の画像を得る後方斜視撮像系４０とを備えていることにより、地表面の高精度な立体視画像を得ることも可能である。

なお、上述した色分解プリズム２２，前方用導光プリズム３２および後方用導光プリズム４２は各々のプリズム長、すなわち色分解プリズム２２内を通過する各帯域光束についての各ガラス長と、前方用導光プリズム３２および後方用導光プリズム４２内をそれぞれ通過する光束についてのガラス長とが互いに略等しくなるように構成されている。これにより、単一の撮像レンズ系１０によって諸収差の発生が抑制された画像を得ることが可能となっている。

また、上記撮像レンズ系１０は、像側において略テレセントリックとなるように構成されている。これにより、撮像レンズ系１０から射出され上記各プリズム２２，３２，４２に入射される各光束の、紙面に垂直な方向の入射角度の違いを小さくすることができるので、上記各プリズム２２，３２，４２で用いられるダイクロイック膜の、各光束の入射角度の違いによる特性変化を抑制することが可能である。

また、上述した後方用導光プリズム４２、色分解プリズム２２および前方用導光プリズム３２は、飛行体の移動方向前方からこの順序で配置されており、色分解プリズム２２に入射する飛行体直下の方向からの光束は、上記撮像レンズ系１０の略中央部を通過するように構成されている。これにより、単一の撮像レンズ系１０を用いた場合における、直下視色分解撮像系２０，前方斜視撮像系３０および後方斜視撮像系４０をコンパクトに配置することが可能となっており、また直下視カラー画像の精度をより高めることが可能となっている。

また、上述した実施形態では、色分解プリズム２２がＲ，Ｇ，Ｂ，ＩＲの４バンドに構成されているが、本発明に係る色分解プリズムとしては、Ｒ，Ｇ，Ｂの３バンド構成のものや、上記４バンドにＵＶ（紫外）を加えた５バンド構成のものなど、種々のタイプを用いることが可能である。

また、上述した実施形態では、前方斜視撮像系３０と後方斜視撮像系４０とが設けられており、これにより高精度な立体視画像を得ることが可能となっているが、本発明においては、これらのうちどちらか一方を省いた構成とすることも可能である。

また、上述した実施形態では、飛行体としてヘリコプタを例示しているが、本発明は飛行機，飛行船，人工衛星等の種々の飛行体に搭載されるマルチバンド撮像装置に適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係るマルチバンド撮像装置の全体構成図

符号の説明

１０ 撮像レンズ系
２０ 直下視色分解撮像系
２２ 色分解プリズム
２２ａ〜２２ｆ （色分解プリズムを構成する）プリズム
２４ａ〜２４ｄ，３４，４４ 撮像素子
３０ 前方斜視撮像系
３２ 前方用導光プリズム
３２ａ，３２ｂ （前方用導光プリズムを構成する）プリズム
４０ 後方斜視撮像系
４２ 後方用導光プリズム
４２ａ，４２ｂ （後方用導光プリズムを構成する）プリズム
５０ 画像信号処理手段
Ａ 飛行体の進行方向
α，β，γ 地表面からの光束の方向

Claims (5)

1. 飛行体に搭載されるマルチバンド撮像装置において、
   地表面を撮像し得るように設置される撮像レンズ系と、
   前記飛行体の直下方向からの、前記撮像レンズ系を介して得られた光束を、波長帯が相異なる複数の帯域光束に色分解して、該各帯域光束を各波長帯用の撮像素子に導く色分解プリズムを有する直下視色分解撮像系と、
   前記飛行体の移動方向斜め下からの、前記撮像レンズ系を介して得られた光束を、斜視用の撮像素子に導く導光プリズムを有する斜視撮像系とを備え、
   前記直下視色分解撮像系により得られた各波長帯の直下視画像から直下視カラー画像を得るとともに、前記直下視色分解撮像系により得られた所定の波長帯の直下視画像と、前記斜視撮像系により得られた斜視画像とから立体視画像を得るように構成されていることを特徴とするマルチバンド撮像装置。
2. 前記色分解プリズムおよび前記導光プリズムは、該色分解プリズム内を通過する前記各帯域光束についての各ガラス長と、該導光プリズム内を通過する前記光束についてのガラス長とが互いに略等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のマルチバンド撮像装置。
3. 前記斜視撮像系は、
   前記飛行体の移動方向前方斜め下からの光束を、前方用導光プリズムを介して前方斜視用の撮像素子に導く前方斜視撮像系と、
   前記飛行体の移動方向後方斜め下からの光束を、後方用導光プリズムを介して後方斜視用の撮像素子に導く後方斜視撮像系とからなることを特徴とする請求項１または２記載のマルチバンド撮像装置。
4. 前記後方用導光プリズム、前記色分解プリズムおよび前記前方用導光プリズムは、前記飛行体の移動方向前方からこの順序で配置されており、
   前記色分解プリズムに入射する前記直下方向からの光束は、前記撮像レンズ系の略中央部を通過するように構成されていることを特徴とする請求項３記載のマルチバンド撮像装置。
5. 前記撮像レンズ系は、像側において略テレセントリックとなるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４までのうちいずれか１項記載のマルチバンド撮像装置。
   

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