JP2021145325A - 撮影装置、撮影方法、撮影システム及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、好適な自動追尾撮影を行うことができる撮影装置、撮影方法、撮影システム及び電子機器を提供する。【解決手段】追尾対象が含まれる予備画像を撮影する予備撮影部と、前記予備画像を解析する解析部と、前記解析部による解析結果に基づいて追尾駆動制御情報を演算する演算部と、前記追尾駆動制御情報に基づいて、前記追尾対象の動きに合わせて、撮影光学系と撮像素子の少なくとも一方を駆動しながら追尾撮影を行う追尾撮影部と、を有することを特徴とする撮影装置。【選択図】図２

Description

本発明は、撮影装置、撮影方法、撮影システム及び電子機器に関する。

特許文献１には、日周運動によって、撮影装置に対して相対運動する天体を撮影するために、撮影装置の撮影光学系によって撮像面に形成された天体像が、撮影中、撮像素子の所定の撮像領域に対して固定されるように、天体自動追尾撮影する天体自動追尾撮影方法が開示されている。

特許文献１の天体自動追尾撮影方法は、予備撮影段階と、演算段階と、本撮影段階とを有している。予備撮影段階では、天体自動追尾撮影の前に、撮影装置を所定の天体に向け、天体追尾動作を停止した状態で予め設定された予備撮影時間の予備撮影を実行して予備画像を得る。演算段階では、予備撮影によって得た予備画像から天体像の移動方向及び移動速度を演算する。本撮影段階では、演算した天体像の移動方向及び移動速度に基づき、天体自動追尾撮影を実行する。

特開２０１２−５１１２号公報 特許第５７７９９６８号公報

しかしながら、特許文献１の天体自動追尾撮影方法は、天体の動きを把握するに当たり、現在のカメラの位置と情報を実測することが必須である。具体的には、現在のカメラの位置、方位、仰角、傾きを各種センサ（ＧＰＳ、方位センサ、加速度センサ等）で測定する必要がある。

このため、各種センサを搭載することによるカメラの大型化、複雑化、高コスト化等が避けられない。また、カメラの方位、仰角、傾きについては十分な精度で測定することができず、例えば、焦点距離の長いレンズでの追尾撮影に不具合が生じるおそれがある。

本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、簡単な構成で、好適な自動追尾撮影を行うことができる撮影装置、撮影方法、撮影システム及び電子機器を提供することを目的とする。

本発明の撮影装置は、追尾対象が含まれる予備画像を撮影する予備撮影部と、前記予備画像を解析する解析部と、前記解析部による解析結果に基づいて追尾駆動制御情報を演算する演算部と、前記追尾駆動制御情報に基づいて、前記追尾対象の動きに合わせて、撮影光学系と撮像素子の少なくとも一方を駆動しながら追尾撮影を行う追尾撮影部と、を有することを特徴とする。

本発明の撮影方法は、追尾対象が含まれる予備画像を撮影する予備撮影ステップと、前記予備画像を解析する解析ステップと、前記解析ステップによる解析結果に基づいて追尾駆動制御情報を演算する演算ステップと、前記追尾駆動制御情報に基づいて、前記追尾対象の動きに合わせて、撮影光学系と撮像素子の少なくとも一方を駆動しながら追尾撮影を行う追尾撮影ステップと、を有することを特徴とする。

本発明の撮影システムは、撮影装置と、前記撮影装置を搭載する架台と、を有する撮影システムであって、追尾対象が含まれる予備画像を撮影する予備撮影部と、前記予備画像を解析する解析部と、前記解析部による解析結果に基づいて追尾駆動制御情報を演算する演算部と、前記追尾駆動制御情報に基づいて、前記追尾対象の動きに合わせて、前記架台を駆動しながら追尾撮影を行う追尾撮影部と、を有することを特徴とする。

本発明の電子機器は、追尾対象が含まれる予備画像を解析する解析部と、前記解析部による解析結果に基づいて、前記追尾対象の動きに合わせて、撮影光学系と撮像素子の少なくとも一方を駆動しながら追尾撮影を行うための追尾駆動制御情報を演算する演算部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で、好適な自動追尾撮影を行うことができる撮影装置、撮影方法、撮影システム及び電子機器を提供することができる。

本実施形態のデジタルカメラの構成の一例を示すブロック図である。 ＣＰＵの内部構成の一例を示す機能ブロック図である。 予備画像を撮影する様子の一例を示す図である。 予備画像における天体の移動量の解析の一例を示す図である。 ＳＡＤを用いた複数の予備画像の天体の移動量の算出の一例を示す図である。 複数の予備画像の天体の移動量の算出結果の一例を示す図である。 レンズの結像の一例を示す図である。 天体の移動を示す第１の概念図である。 天体の移動を示す第２の概念図である。 天体の移動を示す第３の概念図である。 画面の傾きの第１の例を示す図である。 画面の傾きの第２の例を示す図である。 本実施形態のデジタルカメラの撮影処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態の撮影システムの外観構成の一例を示す図である。

図１は、本実施形態のデジタルカメラ（撮影装置）１０の構成の一例を示すブロック図である。なお、デジタルカメラ（撮影装置）１０による撮影方法は、デジタルカメラ１０の各構成要素によって所定の処理ステップを実行することにより実現される。

デジタルカメラ１０は、カメラボディ１１と、撮影レンズ１０１（撮影光学系Ｌ）とを備えている。カメラボディ１１には、撮影光学系Ｌの後方に位置する撮像素子１３が配設されている。撮影光学系Ｌの光軸ＬＯと撮像素子１３の撮像面１４とは直交している。

撮像素子１３は、撮像素子駆動ユニット１５に搭載されている。撮像素子駆動ユニット１５は、固定ステージと、固定ステージに対して可動な可動ステージと、固定ステージに対して可動ステージを移動させる電磁回路とを有しており、可動ステージに撮像素子１３が保持されている。撮像素子１３（可動ステージ）は、光軸ＬＯと直交する所望の方向に所望の移動速度で平行移動制御され、さらに光軸ＬＯと平行な軸（光軸ＬＯと直交する面内の何処かに位置する瞬間中心）を中心として所望の回転速度で回転制御される。このような撮像素子駆動ユニット１５は、例えば、特開２００７−２５６１６号公報に記載されているカメラの像ブレ補正装置の撮像素子駆動ユニットとして公知である。

撮影レンズ１０１の撮影光学系Ｌは複数のレンズから構成されており、その内部に絞り１０３が設けられている。この絞り１０３の絞り値（開閉度合い）は、カメラボディ１１に備えられた絞り駆動制御機構１７によって制御される。撮影レンズ１０１は、撮影光学系Ｌの焦点距離情報ｆを検出する焦点距離検出装置１０５を備えている。焦点距離検出装置１０５が検出した撮影光学系Ｌの焦点距離情報ｆは、カメラボディ１１に搭載されたＣＰＵ（Central Processing Unit）２１に入力される。もしくは他の構成として、焦点距離情報を設定スイッチ３０等から入力して焦点距離情報ｆとすることもできる。この時、焦点距離情報ｆの設定をＬＣＤモニタ２３に示すこともできる。

カメラボディ１１に搭載されたＣＰＵ２１は、デジタルカメラ１０の全体の機能を制御する。ＣＰＵ２１は、撮像素子駆動ユニット１５を介して撮像素子１３を駆動制御し、撮像素子１３が撮影した画像信号を処理してＬＣＤモニタ２３に表示するとともに、メモリーカード２５に書き込む。ＣＰＵ２１には、撮像素子駆動ユニット１５を防振ユニットとして用いる際にカメラに加わる振れを検出するために、Ｘ方向ジャイロセンサＧＳＸ、Ｙ方向ジャイロセンサＧＳＹ、回転検出ジャイロセンサＧＳＲが検出した信号が入力される。

カメラボディ１１は、スイッチ類として、電源スイッチ２７、レリーズスイッチ２８、設定スイッチ３０を備えている。ＣＰＵ２１は、これらのスイッチ２７、２８、３０のオン／オフ状態に応じた制御を実行する。例えば、電源スイッチ２７の操作を受けて、図示しないバッテリからの電力供給をオン／オフし、レリーズスイッチ２８の操作を受けて焦点調節処理、測光処理及び撮影処理を実行する。

ここで、設定スイッチ３０は、後述する天体自動追尾撮影（追尾撮影）の設定の有無を切り替える「切替部」として機能することができる。また、ＬＣＤモニタ２５は、後述する天体自動追尾撮影（追尾撮影）の設定の有無を表示する「表示部」として機能することができる。

本実施形態のデジタルカメラ１０は、日周運動によってデジタルカメラ１０に対して相対運動する天体（追尾対象）を撮影するために、デジタルカメラ１０の撮影光学系Ｌによって撮像素子１３の撮像面１４に形成された天体像が、撮影中、撮像素子１３の撮像面１４の所定の撮像領域に対して固定されるように、撮像素子１３の撮像面１４の所定の撮像領域と天体像の少なくとも一方をデジタルカメラ１０に対して相対移動させながら撮影する天体自動追尾撮影（追尾撮影）を実行することができる。

従来の予備撮影による天体の動きを予測する手法は、予備撮影された画像の軌跡を円弧としてとらえその円弧の中心位置を算出して、その円弧を含む円に基づいて撮像素子を駆動することで天体の追尾を再現することが示されている。しかし、簡便な手法としては良いが、より精度の高い追尾撮影を行おうとする場合には円として算出する方法では限界がある。例えば、円弧として求めようとすると画面の位置によってその円弧は楕円であったり曲率が異なったり直線（曲率無限）であったりと天体の動きはより複雑であり、単純な円として推測するだけでは限界がある。

すなわち、通常のレンズであるとｙ＝ｆ・ｔａｎθという射影方式（いわゆる中心射影）のため、日周運動を撮影した場合に、撮像素子上の軌道は画面上の位置によってそれぞれ異なる楕円運動をしているように見える。これらは、焦点距離ｆや撮影する赤緯でも異なり、おおよそ円運動による近似で求めるには限界があり従来の手法では高精度な追尾を行うことが難しい。

さらに、撮像素子を駆動するための追尾駆動制御情報を取得（演算）するに当たっては、「緯度情報」が必須となり、当該「緯度情報」に加えて「傾き情報」を用いることがより好ましい。「緯度情報」は、例えば、赤緯に関する情報を含んでおり、「傾き情報」は、例えば、カメラ回転（赤緯に対する回転）に関する情報を含んでいる。

上述した特許文献１では、「緯度情報」と「傾き情報」を取得するためのセンサ類として、ＧＰＳユニット、方位角センサ、加速度センサが設けられている。しかし、特許文献１は、これらのセンサ類を搭載することで、カメラが大型化、複雑化、高コスト化してしまう。また、これらのセンサ類をもってしても、「緯度情報」と「傾き情報」を十分な精度で測定することができず、例えば、焦点距離の長いレンズでの追尾撮影に不具合が生じるおそれがある。

本実施形態では、上記の問題点を重要な技術課題として捉えて、簡単な構成で、好適な自動追尾撮影を行うことができるデジタルカメラ１０を実現している。本実施形態では、予備撮影した画像をもとに、円運動や直線運動として予測した追尾を行う従来に比べて、予備撮影した画像から天体の動きをもとにカメラ状態情報を求めて、そのカメラ状態情報をもとに天体の動きを求めて撮像素子を動かすことで、焦点距離の長いレンズでの追尾を十分な精度をもって駆動することが可能となっている。

上記の機能を実現するための手段として、図２に示すように、ＣＰＵ２１は、予備撮影部２１Ａと、解析部２１Ｂと、演算部２１Ｃと、追尾撮影部２１Ｄとを有している。

予備撮影部２１Ａは、撮像素子駆動ユニット１５による撮像素子１３の駆動を停止した状態で、天体（追尾対象）が含まれる予備画像を撮影する。予備撮影部２１Ａは、撮影光学系Ｌ及び撮像素子１３と協働して、予備画像を撮影する（撮影光学系Ｌと撮像素子１３を予備撮影部の一部と捉えることもできる）。予備撮影部２１Ａは、複数の予備画像を撮影する際には各露光時間を同一とすることができる。

図３Ａ、図３Ｂは、予備画像を撮影する様子の一例を示す図である。この図では予備撮影を２枚としているが、予備撮影は１枚以上であればよく１枚でも３枚でもさらに複数の画像を撮影することもできる。例えば、短時間露光で複数の予備撮影を行って複数の予備画像を得てもよいし、長時間露光で１枚の予備撮影を行ってその始点と終点と中間点を含む複数の予備画像を得てもよい。あるいは、長時間露光で１枚の予備撮影を行ってその始点と終点と中間点を含む複数の予備画像を得る場合を「複数の予備撮影を行う場合」と読み替えても（解釈しても）よい。

図３Ａに示すように、デジタルカメラ１０を天体（追尾対象）に向けた状態で、三脚等の架台１０Ｘに固定する。天体自動追尾撮影は、赤道儀と呼ばれる天体の動き（地球の自転）に合わせてカメラを動かす装置を利用して実行することも可能であるが、赤道儀は高価であり、重く、扱いも容易ではない。本実施形態は、デジタルカメラ１０を架台１０Ｘに固定して天体（追尾対象）に向けるだけで、撮像素子１３を駆動することによる天体自動追尾撮影を行うことができる。

図３Ｂでは、複数の予備画像として、１枚目の予備画像と２枚目の予備画像を描いており、これらの１枚目の予備画像と２枚目の予備画像に基づく追尾駆動制御情報に基づいて、天体自動追尾撮影を実行することになる（詳細については後述する）。なお、追尾駆動制御情報の計算の開始タイミングや終了タイミング等の各種タイミング（複数の予備画像の役目がなくなったタイミング）で、複数の予備画像を破棄（ドロップ）してもよい。

解析部２１Ｂは、予備撮影部２１Ａによる予備画像における天体（追尾対象）の移動量を解析する。

解析部２１Ｂは、予備撮影部２１Ａによる予備画像に加えて（基づいて）、焦点距離検出装置１０５が検出し、もしくは設定スイッチ３０等により入力された撮影光学系Ｌの焦点距離情報ｆと、予備撮影部２１Ａによる複数の予備画像の撮影時間間隔もしくは１枚の予備画像の場合には露光時間とから、デジタルカメラ１０の状態情報を算出する。デジタルカメラ１０の状態情報は、「緯度情報」及び「傾き情報」の少なくとも一方（両方又は一方）を含んでいる。「緯度情報」は、デジタルカメラ１０の設置場所を示す情報であり、緯度又はデジタルカメラ１０が向けられている天体の赤緯を含んだ情報である。「傾き情報」は、例えば、デジタルカメラ１０の水平軸又は垂直軸と赤経とがなす角度を示す情報である。

ここで、焦点距離情報ｆは、主面距離もしくは主点距離といったレンズの主点を示す情報でも焦点距離ｆと等価でありいずれかの情報かを含む情報があればよい。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、予備画像における天体の移動量の解析の一例を示す図である。時刻ｔ１で予備画像１を撮影し（図４Ａ）、時刻ｔ２で予備画像２を撮影し（図４Ｂ）、時刻ｔ１の予備画像１と時刻ｔ２の予備画像２の天体の移動量を算出する（図４Ｃ）。図４Ａ〜図４Ｃに示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２に進むに連れて、予備画像１から予備画像２の間で天体が左上方向に移動している（流れている）。

天体自動追尾撮影に使用する追尾駆動制御情報は、次の４つの情報に基づいて得られる。
（１）撮影光学系Ｌの焦点距離情報ｆもしくはそれに準ずる情報
（２）複数の予備画像の撮影時間間隔もしくは１枚の画像であれば露光時間
（３）緯度情報（緯度又はデジタルカメラ１０が向けられている天体の赤緯を含んだ情報）
（４）傾き情報（デジタルカメラ１０の水平軸又は垂直軸と赤経とがなす角度を示す情報）

上記の（１）、（２）については、デジタルカメラ１０でレンズ通信やタイマー機能等を用いて得られる既知情報である。一方、上記の（３）、（４）については、予備画像における天体の移動量に基づいて求める。例えば、時間差をおいて２枚の予備画像を撮影して、その時間差のある２枚の予備画像間の天体の移動量及び軌跡から２点間の移動量を求め、もしくは、１枚の予備画像を撮影して、その露光時間中に天体が動いた軌跡を解析し露光時間中に天体が移動した移動量を求め、既知の焦点距離と上記時間差の天体の移動量を用いて上記の（３）、（４）を算出する。

このように、解析部２１Ｂは、予備画像に基づいて、「緯度情報」及び「傾き情報」の少なくとも一方（両方又は一方）を求める。

複数の予備画像における天体の移動量の算出手法は種々存在し、そのうちのどれを採用するかには自由度があるが、ここでは、一例として、ＳＡＤ（Sum of Absolute Difference）を使用する場合を挙げて説明する。ＳＡＤは、「画素値の差分の絶対値の和」で類似度を評価する手法である。

図５Ａ、図５Ｂは、ＳＡＤを用いた複数の予備画像の天体の移動量の算出の一例を示す図である。図５Ａは、縦３個×横３個＝合計９個のＳＡＤによる計算箇所を示しており、図５Ｂは、図５Ａの各計算箇所を拡大して示している。各計算箇所は、相対的に大きめの矩形からなる探索範囲Ｒと、この探索範囲Ｒの内側に位置する相対的に小さめの矩形からなる探索画像Ｔとを有している。探索範囲Ｒと探索画像Ｔとの間隔の最大値をＭｍａｘと規定している。ｆを焦点距離、θを露光間隔（複数の予備画像の撮影時間間隔）における自転角と定義したとき、Ｍｍａｘは下式で表すことができる。各計算箇所は、例えば、検出した天体やその周辺などとすることができる。
Ｍｍａｘ＝ｆ・ｔａｎ（ｔａｎ^−１ｙ＋θ）−ｙ
ｙ：像高（探索範囲Ｒの最外部と画面中央からの距離）

ＳＡＤでは、計算コストを省略するべく、画面全体で計算を行わず、画面内の代表（各計算箇所）について計算を行う。また、各計算箇所のサイズを比較的小さく設定して探索を行い、天体の移動量を算出する。

天体の移動量は画面内の場所（中央側か周辺側か）によって異なる。また、天体の移動方向も異なるため、計算コストが小さかったとしても、画面内で分割してそれぞれの位置での移動ベクトルを算出する必要がある。

焦点距離と複数の予備画像の撮影時間間隔とから天体の最大移動量が分かるため、探索範囲は、その最大移動量の範囲内に設定する。ＳＡＤによる計算値は下記式で与えられる。ＳＡＤの計算結果の一番小さい画素が結果位置であり、当該結果位置はサブピクセル単位で算出される。

図６Ａ、図６Ｂは、予備画像の天体の移動量の算出結果の一例を示す図であり、図６Ａは天の赤道付近を示しており、図６Ｂは極の周辺を示している。天体の移動量を算出したものは、それぞれのエリアで、２点で１組の線分やベクトルで表される。２枚以上の予備画像を使う場合は、それぞれ２点の組み合わせとする。例えば、３枚の予備画像を使う場合に点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２があるときは、Ｐ０とＰ１、Ｐ０とＰ２、Ｐ１とＰ２といった２点の組み合わせをそれぞれ用いる。

図７Ａ、図７Ｂは、レンズの結像（通常レンズの射影）の一例を示す図であり、ｙ＝ｆ・ｔａｎθが成立するいわゆる中心射影方式を示したものである。ｆはレンズの焦点距離であり、ｙは被写体の結像像高であり、θは光軸と像高がなす角である。ここでは、被写体が天体でこれを点として捉えることができるので、像高ｙが天体の結像位置（光軸からの距離）に相当し、角θが光軸と天体のなす角に相当する。

図７Ａをレンズ主点（主面）で折り返すと図７Ｂのようになり、図７Ａと図７Ｂが相似の図形で表されていることが分かる。これらを図８Ａ〜図８Ｃに当てはめて詳細に表現したものが図９Ａとなる。図９Ａの線分Ｂが光軸になり、図９Ａのεが図７Ａ、図７Ｂのθに相当する。以下、図８〜図１０を参照して、図７で示した光学系で天体を撮影した場合をもとに天体の画面上での移動を説明する。

図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、天体の移動を示す第１の概念図であり、天体の動きを模式的に示し、地球から天体を観測したときの天体の動きを説明するものである。図８Ａは、地球の自転（自転軸を中心とする回転）により天体が動く様子を示したものである。図８Ｂは、図８Ａの中の時間Ｔ１（時間Ｔ０〜時間Ｔ１）の移動分（斜線部分）を切り出したものであり、ηはカメラの向いている赤緯の方向（光軸の方向）を示している。図８Ｃは、図８Ｂを下から（南極側）から見たものであり、βは時間Ｔ１（時間Ｔ０〜時間Ｔ１）に動く自転の量（赤経の時角）を示している。図８Ａ〜図８Ｃに示すように、写真視野（ＦＯＶ：Field Of View）において、時間Ｔ１（時間Ｔ０〜時間Ｔ１）の天体の移動に伴い、赤経ＲＡ／αと赤緯ＤＥＣ／δが変化していることが分かる。

図９Ａ、図９Ｂは、天体の移動を示す第２の概念図であり、図８Ｂ、図８Ｃの詳細図に相当する。図９Ａ、図９Ｂにおいて、Ｓ０は時間Ｔ０のときの天体の位置を示しており、Ｓ１は時間Ｔ１のときの天体の位置を示している。イメージプレーン（Image Plane）は、カメラで撮影された天体を画像の位置に投影したものを示している。

図９Ａは、時間Ｔ０においてηの方向にカメラを向け撮影したときの天体の位置Ｓ０と、時間Ｔ１経ったときの天体の位置Ｓ１を示している。カメラは地球とともに自転するため、天体の位置がＳ０からＳ１に移動しても、元のＳ０を向いたままとなる。

ここで、図９Ｂ（イメージプレーンを下から見た図（画像下部））を見ると、時間Ｔ０と時間Ｔ１の天体の位置関係はφ分だけ移動したことになる。これは、露光間隔Ｔの間に動いた角βが赤緯ηのイメージプレーンにおける見掛の角φになって、φ＝β・ｃｏｓηで表されるためである。

さらに、時間Ｔ０と時間Ｔ１で撮影した２枚の予備画像における天体の移動量がｘ、ｙで分かっているとすると、図９Ａ、図９Ｂに示されているεとφは、それぞれ、ε＝ａｔａｎ（ｙ／ｆ）、φ＝ａｔａｎ（ｘ／ｆ）で表される。また、εとφを含んだ式が、ｔａｎ（ε＋η）＝ｔａｎη・ｃｏｓβで表される。

ここで、上記のｆ、ｘ、ｙ、βは既知の数値であり、ε、φはこの既知の数値から算出できるので、未知数はηのみとなる。上記の式にｆ、ｘ、ｙ、β、ε、φを代入して解くことで、ηを求めることができる。このとき、複数のηが算出されるが、画面内の正負を考慮すれば一意に決まり、カメラの向けられている赤緯を算出することができる。天体を追尾する場合に、カメラの向いている赤緯、焦点距離、回転が分かれば追尾できることは上述の特許文献１に示されている通りである。

図１０は、天体の移動を示す第３の概念図である。図１０に示すように、赤経ＲＡ／αと赤緯ＤＥＣ／δを基準とした写真視野ＦＯＶにおいて、既知情報であるｆ、ｘ、ｙを考慮したときに、上述したε＝ａｔａｎ（ｙ／ｆ）とφ＝ａｔａｎ（ｘ／ｆ）が成立することが分かる。

図８〜図１０では、ｙ＝ｆ・ｔａｎθが成立する撮影レンズでの計算手法を示しているが、魚眼レンズなどの射影方式が異なる場合には、適宜、算出の方法を変更する必要がある。また、レンズには通常ディストーションと呼ばれる歪みが発生していてｙ＝ｆ・ｔａｎθを完全には満たしていないため、厳密には上記の計算には多少のズレが発生してしまう。従って、より高精度な計算を行う場合には、レンズのディストーションを補正するように計算のずれを補正するか、検出する画像をディストーションの補正が行われたもので実施する手法が考えられる。

図１１、図１２は、画面の傾きの第１、第２の例を示す図である。図１１は、通常画面における画面の傾きを示しており、図１２はＳＡＤ計算における画面の傾きを示している。デジタルカメラ１０の画面が傾いている場合には、光軸を通る赤緯を挟んで線対称となるように天体が動く。またデジタルカメラ１０の画面の傾きは、画面中心で算出した移動量のベクトルに垂直な向きを赤緯とする。

図７〜図１２を例示して説明したように、解析部２１Ｂが、予備画像における天体の移動量に基づいて、緯度情報（緯度又はデジタルカメラ１０が向けられている天体の赤緯を含んだ情報）と、傾き情報（デジタルカメラ１０の水平軸又は垂直軸と赤経とがなす角度を示す情報）とを求める。

演算部２１Ｃは、解析部２１Ｂによる解析結果に基づいて、天体（追尾対象）の動きに合わせて撮像素子１３を駆動しながら追尾撮影を行うための追尾駆動制御情報を演算する。

演算部２１Ｃは、解析部２１Ｂが求めた緯度情報（緯度又はデジタルカメラ１０が向けられている天体の赤緯を含んだ情報）と、傾き情報（デジタルカメラ１０の水平軸又は垂直軸と赤経とがなす角度を示す情報）との少なくとも一方（両方又は一方）に基づいて、追尾駆動制御情報を演算する。

演算部２１Ｃは、撮影光学系Ｌの焦点距離情報ｆと、予備画像の撮影時間間隔または露光時間と、緯度情報（緯度又はデジタルカメラ１０が向けられている天体の赤緯を含んだ情報）と、傾き情報（デジタルカメラ１０の水平軸又は垂直軸と赤経とがなす角度を示す情報）とに基づいて、追尾駆動制御情報を演算する。

演算部２１Ｃが演算する追尾駆動制御情報は、撮像素子１３をＸ軸方向に移動させるデータであるＸ方向駆動速度ｄＸ／ｄｔと、撮像素子１３をＹ軸方向に移動させるデータであるＹ方向駆動速度ｄＹ／ｄｔと、撮像素子１３を回転方向に移動させるデータである回転方向駆動速度ｄθ／ｄｔと、を含んでいる。

追尾撮影部２１Ｄは、演算部２１Ｃが演算した追尾駆動制御情報（ｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ）に基づいて、天体（追尾対象）の動きに合わせて、撮像素子１３を駆動しながら、長時間露光による追尾撮影（天体自動追尾撮影）を行う。すなわち、追尾撮影部２１Ｄは、追尾撮影（天体自動追尾撮影）において、天体（追尾対象）の像を撮像素子１３の撮像面１４に対して固定させる。

演算部２１Ｃが演算した、Ｘ方向駆動速度ｄＸ／ｄｔと、Ｙ方向駆動速度ｄＹ／ｄｔと、回転方向駆動速度ｄθ／ｄｔとの組み合わせにより規定される追尾駆動制御情報（ｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ）を使用することで、高精度な追尾撮影（天体自動追尾撮影）が可能になる。

追尾撮影部２１Ｄは、撮影光学系Ｌ及び撮像素子１３と協働して、追尾撮影（天体自動追尾撮影）を実行する（撮影光学系Ｌと撮像素子１３を追尾撮影部の一部と捉えることもできる）。

追尾撮影部２１Ｄにより追尾撮影（天体自動追尾撮影）を行う際の露光時間は、予備撮影部２１Ａにより予備画像を撮影する際の各露光時間よりも長く設定されていてもよい（追尾撮影は長時間露光で行い、予備撮影は複数の短時間露光で行ってもよい）。

追尾撮影部２１Ｄにより追尾撮影（天体自動追尾撮影）を行う際の露光時間及び露光間隔は、予備撮影部２１Ａにより複数の予備画像を撮影する際の各露光時間及び各露光間隔もしくは１枚の予備画像を撮影する際の露光時間よりも長く設定されていてもよい（追尾撮影は長時間露光で行い、予備撮影は複数の短時間露光で行ってもよい）。

なお、追尾駆動制御情報（ｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ）を演算する手法、及び、追尾駆動制御情報（ｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ）を使用して撮像素子１３を駆動制御する手法については、上述した特許文献１等に記載されるように公知であるため、これ以上の詳細な説明は省略する。

図１３は、本実施形態のデジタルカメラ１０の撮影処理の一例を示すフローチャートである。

設定スイッチ（切替部）３０により追尾撮影（天体自動追尾撮影）モードが設定された状態で、レリーズスイッチ２８が押下されることで、処理がスタートする。

ステップＳＴ１では、予備撮影の条件を算出する。予備撮影の条件は自動で計算される。予備撮影の条件は撮影光学系Ｌの焦点距離ｆに依存する。

ステップＳＴ２では、予備撮影部２１Ａが、撮像素子駆動ユニット１５による撮像素子１３の駆動を停止した状態で、天体（追尾対象）が含まれる複数の予備画像を撮影する。予備画像は、短い露光時間で間隔を空けて少なくとも２枚を撮影する。

ステップＳＴ３では、解析部２１Ｂが、予備撮影部２１Ａが撮影した複数の予備画像における天体（追尾対象）の移動量（移動方向を含む概念）を算出する。

ステップＳＴ４では、解析部２１Ｂが、天体（追尾対象）の情報を検出できたか否かを判定する。すなわち、解析部２１Ｂは、予備画像中に天体（追尾対象）を検出できたか否か、検出できた場合にこれらの移動量を算出できたか否かを判定する。天体（追尾対象）の情報を検出できた場合（ステップＳＴ４：Ｙｅｓ）は、ステップＳＴ５に進む。天体（追尾対象）の情報を検出できない場合（ステップＳＴ４：Ｎｏ）は、エラー発生と判定して、処理を終了する。

ステップＳＴ５では、解析部２１Ｂが、ステップＳＴ３で算出した複数の予備画像における天体の移動量に基づいて、緯度情報（緯度又はデジタルカメラ１０が向けられている天体の赤緯を含んだ情報）と、傾き情報（デジタルカメラ１０の水平軸又は垂直軸と赤経とがなす角度を示す情報）とを算出する。この算出に当たっては、撮影光学系Ｌの焦点距離情報ｆと、複数の予備画像の撮影時間間隔または１枚の予備画像の露光時間とが使用される。

ステップＳＴ６では、演算部２１Ｃが、ステップＳＴ５で解析部が算出した緯度情報（緯度又はデジタルカメラ１０が向けられている天体の赤緯を含んだ情報）と傾き情報（デジタルカメラ１０の水平軸又は垂直軸と赤経とがなす角度を示す情報）とに基づいて、天体（追尾対象）の動きに合わせて撮像素子１３を駆動しながら追尾撮影を行うための追尾駆動制御情報（ｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ）を演算する。

ステップＳＴ７では、追尾撮影部２１Ｄが、ステップＳＴ６で演算部２１Ｃが演算した追尾駆動制御情報（ｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ）に基づいて、天体（追尾対象）の動きに合わせて、撮像素子１３を駆動しながら、長時間露光による追尾撮影（天体自動追尾撮影）を行う。すなわち、追尾撮影部２１Ｄは、追尾撮影（天体自動追尾撮影）において、天体（追尾対象）の像を撮像素子１３の撮像面１４に対して固定させる。

ステップＳＴ８では、追尾撮影部２１Ｄが継続判定を行う。継続判定は、例えば、撮影光学系Ｌの焦点距離ｆが変更されることなく、デジタルカメラ１０が動かされていない（向きが変更されていない）場合に「継続する」と判定され、それ以外の場合に「継続しない」と判定される。あるいは、予め定めた期間の追尾撮影（天体自動追尾撮影）が完了した場合に「継続する」と判定される。さらには撮影者が撮影を「継続する」と選択する。それ以外の場合に「継続しない」と判定される。「継続する」と判定された場合（ステップＳＴ８：Ｙｅｓ）は、ステップＳＴ７に戻って、追尾撮影（天体自動追尾撮影）を継続する。「継続しない」と判定された場合（ステップＳＴ８：Ｎｏ）は、処理を終了する。

このように、本実施形態のデジタルカメラ１０は、天体（追尾対象）が含まれる複数の予備画像を撮影する予備撮影部２１Ａと、複数の予備画像を解析する解析部２１Ｂと、解析部２１Ｂによる解析結果に基づいて追尾駆動制御情報（ｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ）を演算する演算部２１Ｃと、追尾駆動制御情報（ｄＸ／ｄｔ、ｄＹ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ）に基づいて、天体（追尾対象）の動きに合わせて、撮影光学系Ｌと撮像素子１３の少なくとも一方を駆動しながら追尾撮影を行う追尾撮影部２１Ｄとを有している。これにより、簡単な構成で、好適な自動追尾撮影を行うことが可能になる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記の実施形態において、添付図面に図示されている構成要素の大きさや形状、機能などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

以上の実施形態では、日周運動によって撮影装置に対して相対移動する天体を追尾対象とする場合を例示して説明した。しかし、追尾対象は天体に限定されず、例えば、長時間露光した場合に撮影装置（撮像素子の撮像面）に対して相対移動するものであればよい。

以上の実施形態では、天体自動追尾撮影を実行する撮影装置及び撮影方法について説明したが、本発明は、上記の撮影装置及び撮影方法による天体自動追尾撮影を補助する電子機器（例えば撮影補助ＰＣ）に適用することも可能である。当該電子機器は、撮影装置に接続されており、追尾対象が含まれる予備画像を解析する解析部と、解析部による解析結果に基づいて、追尾対象の動きに合わせて、撮影光学系と撮像素子の少なくとも一方を駆動しながら追尾撮影を行うための追尾駆動制御情報を演算する演算部と、を有することができる。

以上の実施形態では、天体自動追尾撮影を実行する撮影装置について説明したが、本発明は、撮影装置と、撮影装置を搭載する架台（例えば図３Ａに三脚として描いた架台１０Ｘ）とを有する撮影システムに適用することも可能である。この撮影システムでは、例えば、撮影装置または架台が、追尾対象が含まれる予備画像を撮影する予備撮影部と、予備画像を解析する解析部と、解析部による解析結果に基づいて追尾駆動制御情報を演算する演算部と、追尾駆動制御情報に基づいて、追尾対象の動きに合わせて、架台を駆動しながら追尾撮影を行う追尾撮影部と、を有することができる。

図１４は、本実施形態の撮影システムＩＳの外観構成の一例を示す図である。なお、撮影システムＩＳによる撮影方法は、撮影システムＩＳの各構成要素によって所定の処理ステップを実行することにより実現される。

撮影システムＩＳは、三脚（架台）１０Ｘと、三脚１０Ｘに搭載されるデジタルカメラ（撮影装置）１０とを有している。デジタルカメラ１０は、望遠鏡（主鏡）１０Ｙに支持されている。三脚１０Ｘは、望遠鏡１０Ｙを支持する基部１０Ｚを有している。そして、基部１０Ｚには、デジタルカメラ１０を支持する望遠鏡１０Ｙを、デジタルカメラ１０の撮影光学系Ｌの光軸ＬＯと異なる方向に（例えば光軸ＬＯと直交する平面内で）駆動する三脚側駆動部（架台側駆動部）１０Ｚ１が内蔵されている。これにより、デジタルカメラ１０の撮像素子１３が撮像素子駆動ユニット１５によって駆動されない場合、あるいは、デジタルカメラ１０に撮像素子駆動ユニット１５が搭載されない場合でも、三脚側駆動部１０Ｚ１によって望遠鏡１０Ｙひいてはデジタルカメラ１０を駆動することで、天体自動追尾撮影（追尾撮影）を実行することが可能になる。すなわち、三脚側駆動部１０Ｚ１によって三脚１０Ｘ（望遠鏡１０Ｙひいてはデジタルカメラ１０）を駆動することは、デジタルカメラ１０の撮影光学系Ｌと撮像素子１３の少なくとも一方を駆動することと等価である。なお、図１４に示すように、デジタルカメラ１０と三脚１０Ｘ（基部１０Ｚ）は、各種演算を実行可能な演算用ＰＣ５０によって接続されていてもよい。

撮影システムＩＳでは、上述した図２に示すように、デジタルカメラ１０のＣＰＵ２１が、予備撮影部２１Ａと、解析部２１Ｂと、演算部２１Ｃと、追尾撮影部２１Ｄとを有していてもよい。あるいは、予備撮影部２１Ａと解析部２１Ｂと演算部２１Ｃと追尾撮影部２１Ｄの一部又は全部を三脚１０Ｘ（基部１０Ｚ）に設けてもよい。あるいは、演算用ＰＣ５０を設ける場合には、予備撮影部２１Ａと解析部２１Ｂと演算部２１Ｃと追尾撮影部２１Ｄの一部又は全部を演算用ＰＣ５０に設けてもよい。

以上の実施形態では、天体自動追尾撮影を実行するために、追尾駆動制御情報に基づいて、追尾対象である天体の動きに合わせて、撮像素子を光軸直交方向（光軸と異なる方向）に駆動する場合を例示して説明した。しかし、撮像素子に代えて（加えて）、撮影光学系を構成するレンズの全部又は一部、さらには撮影装置全体を光軸直交方向（光軸と異なる方向）に駆動してもよい。ここで、撮影装置全体を光軸直交方向（光軸と異なる方向）に駆動する態様は、図１４を参照して説明した、三脚側駆動部１０Ｚ１によって三脚１０Ｘ（望遠鏡１０Ｙひいてはデジタルカメラ１０）を駆動する態様に相当する。すなわち、追尾駆動制御情報に基づいて、追尾対象である天体の動きに合わせて、撮影光学系と撮像素子の少なくとも一方を駆動しながら追尾撮影を行えばよい。

１０ デジタルカメラ（撮影装置）
１０Ｘ 三脚（架台）
１０Ｙ 望遠鏡（主鏡）
１０Ｚ 基部
１０Ｚ１ 三脚側駆動部（架台側駆動部）
１３ 撮像素子
２１ ＣＰＵ（Central Processing Unit）
２１Ａ 予備撮影部
２１Ｂ 解析部
２１Ｃ 演算部
２１Ｄ 追尾撮影部
２５ ＬＣＤモニタ（表示部）
３０ 設定スイッチ（切替部）
Ｌ 撮影光学系
ＩＳ 撮影システム

Claims (15)

1. 追尾対象が含まれる予備画像を撮影する予備撮影部と、
   前記予備画像を解析する解析部と、
   前記解析部による解析結果に基づいて追尾駆動制御情報を演算する演算部と、
   前記追尾駆動制御情報に基づいて、前記追尾対象の動きに合わせて、撮影光学系と撮像素子の少なくとも一方を駆動しながら追尾撮影を行う追尾撮影部と、
   を有することを特徴とする撮影装置。
2. 前記解析部は、前記予備画像に基づいて、緯度情報を求め、
   前記演算部は、前記緯度情報に基づいて、前記追尾駆動制御情報を演算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
3. 前記解析部は、前記予備画像に基づいて、緯度情報と傾き情報を求め、
   前記演算部は、前記緯度情報と前記傾き情報に基づいて、前記追尾駆動制御情報を演算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
4. 前記演算部は、前記撮影光学系の焦点距離情報と、前記予備画像の撮影時間間隔もしくは露光時間と、前記緯度情報と、前記傾き情報とに基づいて、前記追尾駆動制御情報を演算する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の撮影装置。
5. 前記解析部は、前記予備画像における前記追尾対象の移動量を解析する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮影装置。
6. 前記追尾撮影部は、前記追尾撮影において、前記追尾対象の像を前記撮像素子の撮像面に対して固定させる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の撮影装置。
7. 前記予備撮影部は、前記複数の予備画像を撮影する際の各露光時間を同一とする、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の撮影装置。
8. 前記追尾撮影部により前記追尾撮影を行う際の露光時間は、前記予備撮影部により前記複数の予備画像を撮影する際の各露光時間よりも長い、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の撮影装置。
9. 前記追尾撮影部により前記追尾撮影を行う際の露光時間は、前記予備撮影部により前記予備画像を撮影する際の露光時間及び複数予備画像を撮影する際の各露光間隔よりも長い、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の撮影装置。
10. 前記追尾対象は、日周運動によって前記撮影装置に対して相対移動する天体である、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の撮影装置。
11. 前記追尾撮影の設定の有無を切り替える切替部をさらに有する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の撮影装置。
12. 前記追尾撮影の設定の有無を表示する表示部をさらに有する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の撮影装置。
13. 追尾対象が含まれる予備画像を撮影する予備撮影ステップと、
    前記予備画像を解析する解析ステップと、
    前記解析ステップによる解析結果に基づいて追尾駆動制御情報を演算する演算ステップと、
    前記追尾駆動制御情報に基づいて、前記追尾対象の動きに合わせて、撮影光学系と撮像素子の少なくとも一方を駆動しながら追尾撮影を行う追尾撮影ステップと、
    を有することを特徴とする撮影方法。
14. 撮影装置と、
    前記撮影装置を搭載する架台と、
    を有する撮影システムであって、
    追尾対象が含まれる予備画像を撮影する予備撮影部と、
    前記予備画像を解析する解析部と、
    前記解析部による解析結果に基づいて追尾駆動制御情報を演算する演算部と、
    前記追尾駆動制御情報に基づいて、前記追尾対象の動きに合わせて、前記架台を駆動しながら追尾撮影を行う追尾撮影部と、
    を有することを特徴とする撮影システム。
15. 追尾対象が含まれる予備画像を解析する解析部と、
    前記解析部による解析結果に基づいて、前記追尾対象の動きに合わせて、撮影光学系と撮像素子の少なくとも一方を駆動しながら追尾撮影を行うための追尾駆動制御情報を演算する演算部と、
    を有することを特徴とする電子機器。

Images