JP2016143309A - ジンバル制御装置及びジンバル制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数モードを自動で切り替えてジンバル機構を制御するジンバル制御装置を提供する。
【解決手段】ジンバル制御装置１は、振れ補正量算出部２、制御パラメータ切り替え部３、記憶部４、目標値算出部５、及び駆動制御部６を備える。振れ補正量算出部２はジンバル機構１００からジンバル駆動目標値と撮像装置１０１の角速度とを取得して振れ補正量を算出する。制御パラメータ切り替え部３はジンバル機構１００からジンバル駆動目標値と撮像装置１０１の位置情報とを取得し、位置情報に応じて第１モードまたは第２モードに切り替え、切り替えられた方のモード用パラメータを記憶部から取得し、取得した方のモード用パラメータと、取得したジンバル駆動目標値とから制御パラメータを算出する。目標値算出部５は振れ補正量と制御パラメータとからジンバル駆動目標値を算出し、駆動制御部６を介してジンバル機構１００へ出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジンバル機構の駆動を制御するジンバル制御装置及びジンバル制御方法に関する。

ビデオカメラ等の撮像装置を移動させながら行う撮影や、撮像装置を無人のヘリコプタや飛行機に搭載して行う空中撮影では、視軸振れを抑制するために、撮像装置を高精度に姿勢制御する必要がある。
一般的に、撮像装置の姿勢制御を必要とする撮影には、撮像装置を取り付け可能なジンバル装置が用いられている。

特許文献１には、複数のモードでジンバル機構の駆動を制御するジンバル装置が記載されている。

特開平９−２１８０３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような従来のジンバル装置では、操作者が複数のモードの切り替えを行うため、操作が煩わしいユーザインタフェースとなっている。

本発明はこのような問題点に鑑み、複数のモードを自動で切り替えてジンバル機構の駆動を制御するジンバル制御装置及びジンバル制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、撮像装置が固定されているジンバル機構の駆動を制御するためのジンバル駆動目標値を前記ジンバル機構へ出力する駆動制御部と、前記ジンバル機構から、前記撮像装置の角速度と前記ジンバル機構に設定されているジンバル駆動目標値とを取得して振れ補正量を算出する振れ補正量算出部と、前記撮像装置の振れを補正するための第１の補正範囲を有する第１のモード用パラメータ、及び、前記第１の補正範囲よりも狭い第２の補正範囲を有する第２のモード用パラメータが記憶されている記憶部と、前記ジンバル機構から、前記撮像装置の位置情報と前記ジンバル機構に設定されているジンバル駆動目標値とを取得し、前記位置情報に応じて前記第１のモードと前記第２のモードとのうちのいずれかに切り替え、切り替えられた方のモード用パラメータを前記記憶部から取得し、取得した方のモード用パラメータと、取得した前記ジンバル駆動目標値とから制御パラメータを算出する制御パラメータ切り替え部と、前記振れ補正量算出部で算出された振れ補正量と前記制御パラメータ切り替え部で算出された制御パラメータとから前記ジンバル駆動目標値を算出し、前記駆動制御部へ出力する目標値算出部と、を備えていることを特徴とするジンバル制御装置を提供する。

また、本発明は、撮像装置が固定されているジンバル機構から、前記撮像装置の角速度と、前記撮像装置の位置情報と、前記ジンバル機構に設定されているジンバル駆動目標値とを取得し、前記撮像装置の角速度と前記ジンバル機構に設定されているジンバル駆動目標値とに基づいて振れ補正量を算出し、前記位置情報に応じて、前記ジンバル機構の振れを補正するための第１の補正範囲を有する第１のモード用パラメータ、または、前記第１の補正範囲よりも狭い第２の補正範囲を有する第２のモード用パラメータを取得し、取得した前記第１のモード用パラメータまたは前記第２のモード用パラメータと前記ジンバル機構に設定されているジンバル駆動目標値とに基づいて制御パラメータを算出し、前記振れ補正量と前記制御パラメータとからジンバル駆動目標値を算出し、前記ジンバル駆動目標値を前記ジンバル機構へ出力する、ことを特徴とするジンバル制御方法を提供する。

本発明のジンバル制御装置及びジンバル制御方法によれば、複数のモードを自動で切り替えてジンバル機構の駆動を制御するため、操作の煩わしさが改善される。

第１の実施形態のジンバル制御装置を説明するためのブロック図である。 ジンバル機構の駆動を制御するためのステディモード及びフォローモードを説明するための模式図である。 ステディモードによる振れ補正を説明するための模式図である。 フォローモードによる振れ補正を説明するための模式図である。 第１の実施形態における制御モードの切り替え方法を説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態におけるジンバル駆動目標値の算出方法を説明するためのフローチャートである。 第１の実施形態における振れ補正を説明するための模式図である。 第１の実施形態におけるジンバル機構制御の実施例を説明するための模式図である。 第２の実施形態のジンバル制御装置を説明するためのブロック図である。 画角の算出方法と被写体が画角外か否かの判定方法を説明するための模式図である。 第２の実施形態における制御モードの切り替え方法を説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態におけるジンバル機構制御の実施例を説明するための模式図である。

［第１の実施形態］
図１を用いて、第１の実施形態のジンバル制御装置を説明する。

図１に示すように、第１の実施形態のジンバル制御装置１は、ジンバル機構１００の駆動を制御する。

ジンバル機構１００は、撮像装置１０１が固定されている撮像装置固定部１０２と、撮像装置１０１を所定の方向（例えばパン方向）に駆動させる駆動部１０３と、角速度センサ１０４と、位置センサ１０５と、を備えている。

ジンバル機構１００には、ジンバル機構１００、具体的には駆動部１０３の駆動を制御するためのジンバル駆動目標値である制御信号が入力される。

駆動部１０３は、入力された制御信号（ジンバル駆動目標値）に基づいて、撮像装置固定部１０２を回動軸Ｃｘまわりに回動させる。これにより、撮像装置１０１は所定の方向に駆動する。駆動部１０３としてモータを用いることができる。

角速度センサ１０４は、撮像装置１０１が駆動される回動軸Ｃｘ成分の角速度を検出する。

位置センサ１０５は、撮像装置固定部１０２の回動方向における位置を検出し、位置情報を出力する。

ジンバル制御装置１は、振れ補正量算出部２と、制御パラメータ切り替え部３と、記憶部４と、目標値算出部５と、駆動制御部６と、を備えている。
振れ補正量算出部２、制御パラメータ切り替え部３、記憶部４、目標値算出部５、及び、駆動制御部６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）内に機能的に設けられている。振れ補正量算出部２、制御パラメータ切り替え部３、記憶部４、目標値算出部５、及び、駆動制御部６をそれぞれ回路によって構成してもよい。

振れ補正量算出部２は、角速度センサ１０４で検出された角速度を取得する。
振れ補正量算出部２は、ジンバル機構１００に既に設定されている前回のジンバル駆動目標値を取得する。

振れ補正量算出部２は、角速度センサ１０４で検出された角速度、及び、ジンバル機構１００から取得した前回のジンバル駆動目標値から、振れ補正量を算出する。

制御パラメータ切り替え部３は、位置センサ１０５から位置情報を取得する。
制御パラメータ切り替え部３は、ジンバル機構１００に既に設定されている前回のジンバル駆動目標値を取得する。

制御パラメータ切り替え部３は、位置センサ１０５から取得した位置情報やジンバル駆動目標値から、撮像装置固定部１０２がその回動方向における機械的な補正限界であるメカ端に位置しているか否かを判定する。
メカ端に位置しているか否かは、位置センサ１０５から取得した位置情報やジンバル駆動目標値と、予め設定されている補正限界位置情報とを比較することで判定できる。

制御パラメータ切り替え部３は、位置センサ１０５から取得した位置情報から、撮像装置固定部１０２がその回動方向における目標センター付近に位置しているか否かを判定する。目標センターは予め設定されている。目標センターは補正範囲の中央に設定することが好ましい。
目標センター付近に位置しているか否かは、位置センサ１０５から取得した位置情報やジンバル駆動目標値と、予め設定されている閾値情報とを比較することで判定できる。

記憶部４には、ステディモード（第１のモード）用パラメータ及びフォローモード（第２のモード）用パラメータが記憶されている。
これらパラメータは、例えばセンタリング量や電気的制限量等のパラメータである。
センタリング量は、目標センターに戻す量である。なお、ステディモードではセンタリング量は０である。

制御パラメータ切り替え部３は、撮像装置固定部１０２がメカ端に位置していると判定した場合、記憶部４からフォローモード用パラメータを取得する。

制御パラメータ切り替え部３は、撮像装置固定部１０２が目標センター付近に位置していると判定した場合、記憶部４からステディモード用パラメータを取得する。

制御パラメータ切り替え部３は、撮像装置固定部１０２がメカ端に位置していないと判定し、かつ、目標センター付近に位置していないと判定した場合には、既に設定されている方のパラメータを保持する。

制御パラメータ切り替え部３は、ジンバル機構１００から取得した前回のジンバル駆動目標値と、記憶部４から取得したパラメータまたは保持しているパラメータとに基づいて制御パラメータであるセンタリング量を算出する。

上述したように、制御パラメータ切り替え部３は、ジンバル機構１００から、撮像装置１０１の位置情報とジンバル機構１００に既に設定されているジンバル駆動目標値とを取得し、位置情報に応じてステディモードまたはフォローモードに切り替える。
制御パラメータ切り替え部３は、切り替えられた方のモード用パラメータを記憶部４から取得し、取得した方のモード用パラメータと、取得したジンバル駆動目標値とから制御パラメータを算出する。

目標値算出部５は、振れ補正量算出部２で算出された振れ補正量と、制御パラメータ切り替え部３で算出された制御パラメータであるセンタリング量とから、ジンバル駆動目標値を算出する。

駆動制御部６は、目標値算出部５で算出されたジンバル駆動目標値を、ジンバル機構１００の駆動部１０３の駆動を制御するための制御信号として、ジンバル機構１００の駆動部１０３へ出力する。

駆動部１０３は、駆動制御部６から出力された制御信号に基づいて、ジンバル機構１００、具体的には撮像装置固定部１０２の駆動を制御する。

ここで、図２を用いて、ジンバル機構１００の駆動を制御するためのステディモード及びフォローモードを説明する。図２（ａ）はステディモードを説明するための模式図である。図２（ｂ）はフォローモードを説明するための模式図である。

図２（ａ）に示すように、ステディモードは、撮像装置固定部１０２の機械的な可動範囲全体を補正範囲とするモードである。従って、ステディモードでは、メカ端が補正限界となる。
なお、図２（ａ）では撮像装置固定部１０２の機械的な可動範囲を１８０°の角度範囲で示しているが、これに限定されるものではない。可動範囲はジンバル機構の設計仕様に応じて適宜設定される。

一方、図２（ｂ）に示すように、フォローモードは、撮像装置固定部１０２の可動範囲を、ソフトウェアによって制限するモードである。
従って、フォローモードでは、撮像装置固定部１０２の機械的な可動範囲内であれば、補正範囲や補正限界を任意に設定することが可能である。また、複数のモードで補正範囲や補正限界を設定することも可能である。

図３を用いて、ステディモードによる振れ補正を説明する。
図３（ａ）〜図３（ｃ）において、符号１５０を付した矩形は、ジンバル機構１００が取り付けられている本体（例えばヘリコプタや飛行機等の本体）を模式的に示すものである。符号Ｃ１０１を付した矢印は撮像装置１０１の光軸である。符号１６０を付した円は被写体である。

図３（ａ）は、撮像装置固定部１０２の基本姿勢の状態を模式的に示している。

図３（ｂ）は、本体１５０が右に傾いた状態を示している。
この状態では、被写体１６０は補正範囲内に位置しており、振れ補正が可能である。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）の状態から本体１５０がさらに右に傾き、メカ端である補正限界に到達した状態を示している。
この状態では、メカ端から右方向のみに振れ補正が可能である。

ステディモードでは、図３（ｃ）の状態から本体１５０がさらに右に傾いた場合、メカ端である補正限界に到達した状態が維持される。そのため、メカ端から右方向のみの振れ補正しかできない状態が維持される。

従って、ステディモードは、ジンバル機構の機械的な可動範囲全体を補正範囲（第１の補正範囲）としているため、補正限界（第１の補正限界）が大きく、追従性能が高いというメリットを有する。反面、ステディモードは、補正限界であるメカ端では一方向のみの補正しかできない状態が維持されるというデメリットを有する。

なお、図３（ｂ）及び図３（ｃ）では本体１５０が右に傾いた場合を示したが、左に傾いた場合も同様のメリット及びデメリットを有する。

図４を用いて、フォローモードによる振れ補正を説明する。
なお、説明をわかりやすくするために、図３と同じ構成部には同じ符号を付す。

図４（ａ）は、図３（ａ）に対応し、ジンバル機構１００の基本姿勢の状態を模式的に示している。

図４（ｂ）は、本体１５０が右に傾いた状態を示している。
この状態では、被写体１６０は補正範囲内に位置しており、振れ補正が可能である。

図４（ｃ）は、図４（ｂ）の状態から本体１５０がさらに右に傾き、補正限界に到達した状態を示している。

図４（ｄ）は、図４（ｃ）の状態から本体１５０がさらに右に傾いた状態を示している。この状態では、補正範囲から外れているため、被写体１６０に追従できない。
フォローモードでは、補正範囲から外れると、光軸Ｃ１０１をソフトウェアによってセンタリングさせることができる。これにより、光軸Ｃ１０１は補正範囲内に移動される。

図４（ｅ）に示すように、光軸Ｃ１０１は、図４（ｄ）の状態からさらにセンタリングされて本体１５０の向きとほぼ一致し、目標センター付近に移動される。
その後は新たな被写体に対して追従する。

従って、フォローモードは、ステディモードよりも補正範囲（第２の補正範囲）が狭く、補正限界（第２の補正限界）が小さく、追従性能が低いというデメリットを有する。
反面、フォローモードは、補正範囲から外れると光軸Ｃ１０１をセンタリングさせることができるというメリットを有する。
そのため、センタリングされた光軸を中心とする新たな補正範囲や補正限界が設定され、振れ補正を行うことができる。

なお、図４（ｂ）〜図４（ｅ）では本体１５０が右に傾いた場合を示したが、左に傾いた場合も同様のメリット及びデメリットを有する。

図５を用いて、第１の実施形態における制御モードの切り替え方法を説明する。

制御モードの切り替え処理が開始されると、制御パラメータ切り替え部３は、ステップＳ１１にて、位置センサ１０５から位置情報を取得する。

制御パラメータ切り替え部３は、ステップＳ１２にて、ジンバル機構１００に既に設定されている前回のジンバル駆動目標値を取得する。

制御パラメータ切り替え部３は、ステップＳ１３にて、取得した位置情報から、撮像装置固定部１０２がその回動方向における機械的な補正限界であるメカ端に位置しているか否かを判定する。

ステップＳ１３でメカ端に位置している（ＹＥＳ）と判定された場合、制御パラメータ切り替え部３は、ステップＳ１４にて、記憶部４からフォローモード用パラメータを取得する。

ステップＳ１３でメカ端に位置していない（ＮＯ）と判定された場合、制御パラメータ切り替え部３は、ステップＳ１５にて、取得した位置情報から、撮像装置固定部１０２がその回動方向における目標センター付近に位置しているか否かを判定する。

ステップＳ１５で目標センター付近に位置している（ＹＥＳ）と判定された場合、制御パラメータ切り替え部３は、ステップＳ１６にて、記憶部４からステディモード用パラメータを取得する。

ステップＳ１５で目標センター付近に位置していない（ＮＯ）と判定された場合、制御パラメータ切り替え部３は、ステップＳ１７にて、既に設定されている方のパラメータを保持する。

制御パラメータ切り替え部３は、ステップＳ１８にて、ステップＳ１２で取得された前回のジンバル駆動目標値と、ステップＳ１４、ステップＳ１６、またはステップＳ１７で取得されたパラメータとに基づいて、制御パラメータであるセンタリング量を算出して、処理を終了させる。

図６を用いて、第１の実施形態におけるジンバル駆動目標値の算出方法を説明する。

ジンバル駆動目標値の算出処理が開始されると、振れ補正量算出部２は、ステップＳ２１にて、角速度センサ１０４から角速度を取得する。

振れ補正量算出部２は、ステップＳ２２にて、ジンバル機構１００から既に設定されている前回のジンバル駆動目標値を取得する。

振れ補正量算出部２は、ステップＳ２３にて、角速度センサ１０４で検出された角速度と、ジンバル機構１００から取得した前回のジンバル駆動目標値とから、振れ補正量を算出する。

目標値算出部５は、ステップＳ２４にて、ステップＳ２３で算出された振れ補正量に対し、ステップＳ１８で算出された制御パラメータであるセンタリング量を加減算し、ジンバル駆動目標値を算出して、処理を終了させる。

目標値算出部５で算出されたジンバル駆動目標値は、駆動制御部６から制御信号としてジンバル機構１００の駆動部１０３へ出力される。
これにより、ジンバル機構１００の駆動部１０３は、制御信号に基づいて、ジンバル機構１００、具体的には撮像装置固定部１０２の駆動を制御する。

図７を用いて、第１の実施形態のモード切り替えによる振れ補正を説明する。
図７では開始時の制御モードがステディモードである例を示している。なお、説明をわかりやすくするために、図３及び図４と同じ構成部には同じ符号を付す。

図７（ａ）は、図３（ａ）及び図４（ａ）に対応し、ジンバル機構１００の基本姿勢の状態を模式的に示している。

図７（ｂ）は、図３（ｂ）に対応し、本体１５０が右に傾いた状態を示している。
この状態では、被写体１６０はステディモードの補正範囲内に位置しており、振れ補正が可能である。

図７（ｃ）は、図３（ｃ）に対応し、図７（ｂ）の状態から本体１５０がさらに右に傾き、メカ端である補正限界に到達した状態を示している。
この状態では、メカ端から右方向のみの振れ補正しかできない。

そこで、第１の実施形態では、メカ端であるステディモードの補正限界に位置していると判定された場合に、ステディモードからフォローモードへ切り替えられる。

これにより、図７（ｄ）に示すように、フォローモードの補正限界（補正範囲）が設定され、撮像装置１０１の光軸Ｃ１０１は、フォローモードの補正範囲内に移動される。

図７（ｅ）に示すように、撮像装置１０１の光軸Ｃ１０１は、図７（ｄ）の状態からさらにセンタリングされて本体１５０の向きとほぼ一致し、目標センター付近に移動される。

図７（ｅ）に示すように、目標センター付近に位置していると判定された場合に、フォローモードからステディモードへ切り替えられる。
ステディモードへ切り替えられた後は、新たな被写体に対して追従する。

図８を用いて、第１の実施形態におけるジンバル機構制御の実施例を説明する。

図８（ａ）はジンバル駆動目標値と制御モードの切り替えとの関係の一例を示す図である。縦軸はジンバル駆動目標値、並びに、ステディモードでの補正限界及びフォローモードでの補正限界を示す。なお、図８（ａ）では目標センター位置を縦軸における０としている。横軸は時間軸である。

図８（ｂ）はセンタリング量と制御パラメータの切り替えとの関係の一例を示す図である。縦軸はセンタリング量を示す。横軸は時間軸である。

図８（ｃ）は、振れ量と制御パラメータの切り替えとの関係の一例を示す図である。縦軸は振れ量（角速度）を示す。横軸は時間軸である。

図８（ａ）〜図８（ｃ）のそれぞれの時間軸（横軸）は互いに相関関係にある。
なお、図８（ａ）〜図８（ｃ）では開始時の制御モードがステディモードである例を示している。

図８（ａ）に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間では、ジンバル駆動目標値は徐々に増加している。即ち、本体に対するジンバル機構の相対角度が徐々に大きくなっている。
ジンバル駆動目標値がステディモードでの補正限界に到達するまでの期間はステディモードが保持される。

図８（ｂ）に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間では、ステディモードが維持されているため、センタリング量は０である。

図８（ｃ）に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間ではステディモードが維持されている。そのため、補正範囲が広く、追従性能が高い振れ補正が維持される。従って、振れ量（角速度）が比較的大きい状態でも、追従が可能である。

図８（ａ）に示すように、ジンバル駆動目標値がステディモードでの補正限界に到達した状態になると、時刻ｔ１にステディモードからフォローモードに制御モードが切り替わり、新たな補正限界（補正範囲）が設定される。

図８（ｂ）に示すように、時刻ｔ１でフォローモードに切り替わることにより、新たなセンタリング量が設定される。

図８（ａ）に示すように、新たなセンタリング量が設定されたことにより、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間では、ジンバル駆動目標値は徐々に減少する。即ち、本体に対するジンバル機構の相対角度が徐々に小さくなる。

図８（ｃ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間では、ジンバル駆動目標値がフォローモードの補正範囲内（補正限界以下）ではないので、振れ量（角速度）に追従することができない。

時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間では、ジンバル駆動目標値はフォローモードでの補正限界以下、即ち補正範囲内となる。そのため、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間では、フォローモードが維持される。

図８（ｂ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間では、センタリング量は適宜、設定される。なお、図８（ｂ）では、センタリング量が段階的に設定される例を示しているが、これに限定されるものではない。例えばセンタリング量を連続的に設定してもよい。

図８（ｃ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間では、振れ量（角速度）が小さい。そのため、センタリング量が適宜、設定されることにより、ジンバル駆動目標値が目標センター付近になる。

図８（ａ）に示すように、センタリング量が適宜、設定されることにより、ジンバル駆動目標値が０付近、即ち、目標センター付近になると、時刻ｔ３にフォローモードからステディモードに制御モードが切り替わる。

図８（ｂ）に示すように、時刻ｔ３では、ステディモードに切り替わることにより、センタリング量は０になる。

第１の実施形態のジンバル制御装置及びジンバル制御方法によれば、複数のモード、具体的にはステディモードとフォローモードとを自動で切り替えてジンバル機構の駆動を制御するため、操作の煩わしさを改善することができる。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では位置センサからの位置情報によって制御モードの切り替えを行っている。それに対して、第２の実施形態では撮像装置から出力される撮影情報によって制御モードの切り替えを行う点で相違する。

図９を用いて、第２の実施形態のジンバル制御装置を説明する。
なお、説明をわかりやすくするために、第１の実施形態と同じ構成部には同じ符号を付す。

図９に示すように、第２の実施形態のジンバル制御装置５１は、ジンバル機構２００の駆動を制御する。

ジンバル機構２００は、第１の実施形態のジンバル機構１００と比較して、撮像装置２０１からジンバル制御装置５１へ撮影情報が出力される点で相違し、それ以外の構成は第１の実施形態のジンバル機構１００と同じである。

ジンバル制御装置５１は、第１の実施形態のジンバル制御装置１と比較して、制御パラメータ切り替え部５３の制御パラメータの切り替え方法が異なる点で相違し、それ以外の構成は第１の実施形態のジンバル制御装置１と同じである。

そこで、第２の実施形態のジンバル制御装置５１における制御パラメータ切り替え部５３について説明する。

制御パラメータ切り替え部５３は、撮像装置２０１から撮影情報を取得する。
撮影情報には、例えば撮像装置２０１のレンズの焦点距離情報と撮像装置２０１の撮像素子のイメージサークル情報、または、顔認識できているか否かの情報が含まれる。
イメージサークル情報には、例えばイメージサークルの半径情報が含まれる。

制御パラメータ切り替え部５３は、ジンバル機構２００に既に設定されている前回のジンバル駆動目標値を取得する。

制御パラメータ切り替え部５３は、撮像装置２０１から取得した撮影情報から、被写体が画角外か否かを判定する。

撮影情報にレンズの焦点距離情報と撮像素子のイメージサークル情報が含まれている場合、制御パラメータ切り替え部５３は、取得したレンズの焦点距離情報と撮像素子のイメージサークル情報から画角を算出し、算出した画角から被写体が画角外か否かを判定することができる。

図１０を用いて、画角の算出方法と被写体が画角外か否かの判定方法を説明する。

例えば、画角をθとし、イメージサークル１８０の半径をｒとし、レンズの焦点距離をｆとすると、式（１）を用いて、画角θを算出することができる。
ｒ＝ｆ×tanθ …（１）

図１０（ａ）に示すように、イメージサークル１８０は、撮像素子２１０、具体的には撮像素子２１０における画素がＸ列、Ｙ行に配置された撮像領域の外接円に相当する。

被写体を広角で撮影したり、望遠で撮影したりする場合がある。
図１０（ｂ）に示すように、例えば広角で撮影する場合、レンズの焦点距離ｆ１における画角θ１は、式（２）を用いて算出される。
ｒ＝ｆ１×tanθ１ …（２）
望遠で撮影する場合、レンズの焦点距離ｆ２における画角θ２は、式（３）を用いて算出される。
ｒ＝ｆ２×tanθ２ …（３）

従って、制御パラメータ切り替え部５３は、撮像装置２０１が補正限界を超えて２θ以上、回動軸Ｃｘまわりに回動した場合には被写体が画角外であると判定し、それ以外の場合には被写体が画角内、即ち、画角外ではないと判定する。

撮影情報に顔認識できているか否かの情報が含まれている場合、制御パラメータ切り替え部５３は、撮像装置２０１が補正限界を超えて回動し、かつ、顔認識できていないと判定した場合には被写体が画角外であると判定し、それ以外の場合には被写体が画角外ではないと判定する。

または、撮影情報に顔認識できているか否かの情報が含まれている場合、制御パラメータ切り替え部５３は、撮像装置２０１が顔認識できているときには被写体が画角外ではないと判定し、顔認識できていないときには被写体が画角外であると判定するようにしてもよい。

従って、第２の実施形態のジンバル制御装置５１は、ジンバル機構２００、具体的には撮像装置固定部１０２の可動範囲をソフトウェアによって制限する。

制御パラメータ切り替え部５３は、撮像装置２０１から取得した撮影情報から、撮像装置固定部１０２がその回動方向における目標センター付近に位置しているか否かを判定する。目標センター付近に位置しているか否かは、例えば位置センサ１０５から取得した位置情報やジンバル駆動目標値を、予め設定されている閾値情報と比較することで判定することができる。

制御パラメータ切り替え部５３は、被写体が画角外であると判定された場合には、記憶部４からフォローモード用パラメータを取得する。

制御パラメータ切り替え部５３は、撮像装置固定部１０２が目標センター付近に位置していると判定された場合には、記憶部４からステディモード用パラメータを取得する。

制御パラメータ切り替え部５３は、被写体が画角外ではないと判定され、かつ、撮像装置固定部１０２が目標センター付近に位置していないと判定された場合には、すでに設定されている方のパラメータを保持する。

制御パラメータ切り替え部５３は、ジンバル機構２００から取得した前回のジンバル駆動目標値と、記憶部４から取得したパラメータまたは保持しているパラメータとに基づいて制御パラメータであるセンタリング量を算出する。

上述したように、制御パラメータ切り替え部５３は、ジンバル機構２００から、撮像装置２０１の撮影情報とジンバル機構２００に既に設定されているジンバル駆動目標値とを取得し、撮影情報に応じてステディモードまたはフォローモードに切り替える。
制御パラメータ切り替え部５３は、切り替えられた方のモード用パラメータを記憶部４から取得し、取得した方のモード用パラメータと、取得したジンバル駆動目標値とから制御パラメータを算出する。

図１１を用いて、第２の実施形態における制御パラメータの切り替え方法を説明する。

制御パラメータの切り替え処理が開始されると、制御パラメータ切り替え部５３は、ステップＳ３１にて、撮像装置２０１から撮影情報を取得する。

制御パラメータ切り替え部５３は、ステップＳ３２にて、ジンバル機構２００に既に設定されている前回のジンバル駆動目標値を取得する。

制御パラメータ切り替え部５３は、ステップＳ３３にて、取得した撮影情報から、被写体が画角外か否かを判定する。

ステップＳ３３で被写体が画角外である（ＹＥＳ）と判定された場合、制御パラメータ切り替え部５３は、ステップＳ３４にて、記憶部４からフォローモード用パラメータを取得する。

ステップＳ３３で被写体が画角外ではない（ＮＯ）と判定された場合、制御パラメータ切り替え部５３は、ステップＳ３５にて、取得した撮影情報から目標センター付近に位置しているか否かを判定する。

ステップＳ３５で目標センター付近に位置している（ＹＥＳ）と判定された場合、制御パラメータ切り替え部５３は、ステップＳ３６にて、記憶部４からステディモード用パラメータを取得する。

ステップＳ３５で目標センター付近に位置していない（ＮＯ）と判定された場合、制御パラメータ切り替え部５３は、ステップＳ３７として、既に設定されている方のパラメータを保持する。

制御パラメータ切り替え部５３は、ステップＳ３８にて、ステップＳ３２で取得された前回のジンバル駆動目標値と、ステップＳ３４、ステップＳ３６、またはステップＳ３７で取得されたパラメータとに基づいて制御パラメータであるセンタリング量を算出して、処理を終了させる。

第２の実施形態におけるジンバル駆動目標値の算出方法は、図６を用いて説明した第１の実施形態の算出方法と同様の手順である。

図１２を用いて、第２の実施形態におけるジンバル機構の制御方法の実施例を説明する。

図１２は、ジンバル機構２００が取り付けられている本体（例えばヘリコプタや飛行機等の本体）が右に徐々に傾いていく場合の制御モードの切り替えの一例を示す模式図である。符号１６０を付した円は被写体である。符号１７０を付した矩形は撮像装置２０１の画角である。

ここで、図１２中の本体に対するジンバル機構２００の相対角度と矢印の向きとの関係について説明する。

図１２（ａ）及び図１２（ｇ）の本体に対するジンバル機構の相対角度の欄における上向きの矢印は、本体に対するジンバル機構２００の相対角度が０°（ゼロ度）の状態を示す。即ち、ジンバル機構２００、具体的には撮像装置固定部１０２が目標センターに位置している状態を示す。
図１２（ｃ）〜図１２（ｅ）の本体に対するジンバル機構の相対角度の欄における左向きの矢印は、本体に対するジンバル機構２００の相対角度が９０°（度）の状態を示す。

図１２（ａ）に示す状態では、本体に対するジンバル機構の相対角度は０°である。
即ち、ジンバル機構２００、具体的には撮像装置固定部１０２が目標センターに位置している状態である。撮像装置の光軸は本体の向きと一致している。
このとき、被写体１６０が画角１７０の中央に写っている画像となる。

図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の状態から本体が右に、例えば４５°傾いた状態を示している。
ジンバル機構２００は、本体の傾きを相殺するように振れ補正されるため、本体とは反対方向に４５°傾いた状態になる。
従って、撮像装置の光軸は本体の向きと一致し、被写体１６０が画角１７０の中央に写っている画像となる。

図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）の状態から本体がさらに右に傾き、図１２（ａ）の状態から例えば９０°傾いた状態を示している。
ジンバル機構２００は本体の傾きを相殺するように振れ補正されるため、本体とは反対方向に、９０°傾いた状態になる。

図１２（ｃ）に示す状態は、ジンバル機構２００、具体的には撮像装置固定部１０２がメカ端に位置している状態である。この状態では撮像装置の光軸は本体の向きと一致し、被写体１６０が画角１７０の中央に写っている画像となる。

図１２（ｄ）は、図１２（ｃ）の状態から本体がさらに右に傾き、図１２（ａ）の状態から例えば１１０°傾いた状態を示している。
この状態ではジンバル機構２００がメカ端に位置している状態が維持されている。そのため、図１２（ｃ）の状態から本体がさらに右に傾いた分、撮像装置の光軸は右に傾く。
これにより、被写体１６０が画角１７０の左側に寄った画像となる。

図１２（ｅ）は、図１２（ｄ）の状態から本体がさらに右に傾き、図１２（ａ）の状態から例えば１３０°傾いた状態を示している。
この状態ではジンバル機構２００がメカ端に位置している状態が維持されている。そのため、図１２（ｄ）の状態から本体がさらに右に傾いた分、撮像装置の光軸はさらに右に傾く。
これにより、被写体１６０がさらに左側に寄り、画角１７０から外れた画像となる。

制御パラメータ切り替え部５３（図９参照）は、撮像装置２０１から取得した、レンズの焦点距離情報と撮像素子のイメージサークル情報、または、顔認識できているか否かの情報を含む撮影情報と、位置センサ１０５から取得した位置情報とから、被写体１６０が画角１７０から外れたか否かを判定することができる。

そこで、図１２（ｆ）に示すように、被写体１６０が画角１７０から外れたと判定された場合、制御パラメータ切り替え部５３は、ステディモードからフォローモードへ制御モードを切り替える。

従って、第２の実施形態では、撮像装置２０１から取得した、レンズの焦点距離情報と撮像素子のイメージサークル情報、または、顔認識できているか否かの情報を含む撮影情報と、位置センサ１０５から取得した位置情報とから、被写体１６０が画角１７０から外れたか否かを判定し、制御モードの切り替えを行う。

フォローモードでは、ソフトウェアによってセンタリングさせることができる。
図１２（ｆ）に示す状態は、センタリング過程の状態であり、本体に対するジンバル機構２００の相対角度が例えば９０°から４５°へ小さくなった状態を示している。
これにより、本体の向きに対する撮像装置の光軸の相対角度も小さくなる。

図１２（ｇ）は、センタリング過程がさらに進み、撮像装置の光軸が本体の向きとほぼ一致した状態、即ち、ジンバル機構２００、具体的には撮像装置固定部１０２が目標センター付近に位置している状態である。

制御パラメータ切り替え部５３は、目標センター付近に位置していると判定された場合、フォローモードからステディモードへ制御モードを切り替える。
その後は新たな被写体に対して追従する。

第２の実施形態のジンバル制御装置及びジンバル制御方法によれば、複数のモード、具体的にはステディモードとフォローモードとを自動で切り替えてジンバル機構の駆動を制御するため、操作の煩わしさを改善することができる。

なお、本発明に係る実施形態は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

例えば、撮像装置１０１を駆動させる所定の方向を例えばパン方向として説明したが、これに限定されるものではない。上記の所定の方向を、パン方向に直交するチルト方向、または、パン方向及びチルト方向に直交するロール方向としても適用可能である。

また、第１の実施形態では、ジンバル機構のメカ端を位置センサで検出したが、これに限定されるものではない。例えばジンバル機構の駆動部で中心位置を検出し、検出した中心位置からの変位量から、メカ端に位置しているか否かを判定するようにしてもよい。

ジンバル制御装置を構成する構成要素それぞれをハードウェアによって構成してもよく、ソフトウェア（コンピュータプログラム）によって構成してもよい。ハードウェアとソフトウェアとが混在していてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの使い分けは任意である。

１，５１ ジンバル制御装置
２ 振れ補正量算出部
３ 制御パラメータ切り替え部
４ 記憶部
５ 目標値算出部
６ 駆動制御部
１００，２００ ジンバル機構
１０１，２０１ 撮像装置

Claims (7)

1. 撮像装置が固定されているジンバル機構の駆動を制御するためのジンバル駆動目標値を前記ジンバル機構へ出力する駆動制御部と、
   前記ジンバル機構から、前記撮像装置の角速度と前記ジンバル機構に設定されているジンバル駆動目標値とを取得して振れ補正量を算出する振れ補正量算出部と、
   前記撮像装置の振れを補正するための第１の補正範囲を有する第１のモード用パラメータ、及び、前記第１の補正範囲よりも狭い第２の補正範囲を有する第２のモード用パラメータが記憶されている記憶部と、
   前記ジンバル機構から、前記撮像装置の位置情報と前記ジンバル機構に設定されているジンバル駆動目標値とを取得し、前記位置情報に応じて前記第１のモードと前記第２のモードとのうちのいずれかに切り替え、切り替えられた方のモード用パラメータを前記記憶部から取得し、取得した方のモード用パラメータと、取得した前記ジンバル駆動目標値とから制御パラメータを算出する制御パラメータ切り替え部と、
   前記振れ補正量算出部で算出された振れ補正量と前記制御パラメータ切り替え部で算出された制御パラメータとから前記ジンバル駆動目標値を算出し、前記駆動制御部へ出力する目標値算出部と、
   を備えていることを特徴とするジンバル制御装置。
2. 前記制御パラメータはセンタリング量を含み、前記第１のモード用パラメータのセンタリング量は０であり、前記第２のモード用パラメータのセンタリング量は前記ジンバル駆動目標値が０になるように設定されることを特徴とする請求項１に記載のジンバル制御装置。
3. 前記制御パラメータ切り替え部は、
   取得した前記位置情報から、前記第１の補正範囲における補正限界に位置しているか否かを判定し、
   前記補正限界に位置していると判定した場合には前記記憶部から前記第２のモード用パラメータを取得し、
   前記補正限界に位置していないと判定した場合には予め設定されている目標センター付近に位置しているか否かを判定し、
   前記目標センター付近に位置していると判定した場合には前記記憶部から前記第１のモード用パラメータを取得し、
   前記目標センター付近に位置していないと判定した場合には既に取得している前記第１のモード用パラメータまたは前記第２のモード用パラメータを保持する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のジンバル制御装置。
4. 前記制御パラメータ切り替え部は、
   前記ジンバル機構から、前記撮像装置の撮影情報をさらに取得し、
   取得した前記位置情報及び前記撮影情報から、被写体が画角外か否かを判定し、
   被写体が画角外であると判定した場合には前記記憶部から前記第２のモード用パラメータを取得し、
   被写体が画角外ではないと判定した場合には予め設定されている目標センター付近に位置しているか否かを判定し、
   前記目標センター付近に位置していると判定した場合には前記記憶部から前記第１のモード用パラメータを取得し、
   前記目標センター付近に位置していないと判定した場合には既に取得している前記第１のモード用パラメータまたは前記第２のモード用パラメータを保持する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のジンバル制御装置。
5. 前記撮影情報は、前記撮像装置のレンズの焦点距離情報、及び、前記撮像装置の撮像素子のイメージサークル情報を含むことを特徴とする請求項４に記載のジンバル制御装置。
6. 前記撮影情報は、顔認識できているか否かの情報を含むことを特徴とする請求項４に記載のジンバル制御装置。
7. 撮像装置が固定されているジンバル機構から、前記撮像装置の角速度と、前記撮像装置の位置情報と、前記ジンバル機構に設定されているジンバル駆動目標値とを取得し、
   前記撮像装置の角速度と前記ジンバル機構に設定されているジンバル駆動目標値とに基づいて振れ補正量を算出し、
   前記位置情報に応じて、前記ジンバル機構の振れを補正するための第１の補正範囲を有する第１のモード用パラメータ、または、前記第１の補正範囲よりも狭い第２の補正範囲を有する第２のモード用パラメータを取得し、
   取得した前記第１のモード用パラメータまたは前記第２のモード用パラメータと前記ジンバル機構に設定されているジンバル駆動目標値とに基づいて制御パラメータを算出し、
   前記振れ補正量と前記制御パラメータとからジンバル駆動目標値を算出し、
   前記ジンバル駆動目標値を前記ジンバル機構へ出力する、
   ことを特徴とするジンバル制御方法。

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