JP3755260B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両、船舶、航空機などの移動体に搭載される撮像装置において、ブレのない安定な画像を得るための画像ずれ補正手段を備えた撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図7に移動体に搭載される撮像装置全般の運用形態の例を示す。図において、1は撮像装置である。図のように、撮像装置は航空機のような移動体1aに搭載され、遠距離にある物体、暗闇下にある人体など、肉眼では視認しにくい被写体1bを画像として捕え、移動体に設置されたモニタ、あるいは基地局に設置されたモニタ等に映像として映し出し操作する人の視認を可能とする物である。
【0003】
図8は従来の撮像装置の一例を示す図で、(a)は撮像装置を上から見た断面図、(b)は(a)を紙面右側の側面から見た断面図、(c)は(a)を紙面上方の側面から見た断面図である。図において、11は装置全体を支える筐体、12はその筐体に固定されるジンバルベース、13はジンバルベース12に固定され内輪が自由に回転することのできる旋回軸受、14は旋回軸受13の内輪に固定された旋回フレーム、15は旋回フレーム14に固定されたウインドシェル、16はウインドシェル15に固定され内輪が自由に回転することのできる俯仰軸受、17は俯仰軸受16の内輪に固定された俯仰フレーム、21は上記ウインドシェル15に固定され外部から発せられた光を装置内部に導くウインドウ、22は上記俯仰フレーム17に固定されウインドウ21から導かれた光を集光する第1のレンズ、23は同じく俯仰フレーム17に固定され、第1のレンズ22が集光した光を俯仰軸受の回転軸(俯仰軸)に平行な方向に反射するミラーやプリズム等のような光学部品を有する第1の反射手段、24は俯仰フレーム17に固定され、第1の反射手段23が反射した光を屈折する第2のレンズ、25はウインドシェル15に固定され、第2のレンズ24で屈折した光を反射するミラーのような光学部品を有する第2の反射手段、26はウインドシェル15に固定され、第2の反射手段25に導かれた光を反射する第3の反射手段、27は旋回フレーム14に固定され、第3の反射手段26に導かれた光を旋回軸受の回転軸(旋回軸)に平行な方向に光を反射するミラーのような光学部品を有する第4の反射手段、28は旋回フレーム17に固定され第2の反射手段25、第3の反射手段26、第4の反射手段27を支える反射手段支持フレーム、31は上記ジンバルベース12と旋回フレーム14にそれぞれステータ、ロータが固定され旋回フレーム14を駆動するための旋回モータ、32はウインドシェル15と俯仰フレーム17にそれぞれステータ、ロータが固定され俯仰フレーム17を駆動するための俯仰モータ、33は俯仰フレーム17の俯仰および旋回方向の角速度を検出するジャイロ、10は上記11〜33のジンバル機構で構成される視軸安定系、41は第4の反射手段27に導かれた光を反射するミラーのような光学部品を有する第5の反射手段、42は第5の反射手段41が反射した光を集光する第3のレンズ、43は筐体11に固定され反射手段41とレンズ42を支える光学フレーム、40は上記41〜43で構成される光学系、51は筐体11に固定されレンズ42が結像した画像を電気信号に変換する撮像素子52を有し、図示されないケーブルあるいはCRTのようなモニタに映像情報を出力する撮像機である。
【0004】
一般に高解像度、高感度の撮像機は大型なものになる。そのため、撮像機をウインドシェル内に配置するにはウインドシェルを大型化するか、さもなければ他の筐体を設けて、撮像機をウインドシェル内以外の他の筐体の中に配置することとなる。また、撮像機が搭載される移動体1aを構成する上では、移動体1aの外部にはできるだけ突起部を避けることが望ましく、止むを得ず突起させるときにも空気抵抗を小さくし、軽量化し、美観を損なわない等の目的でできるだけ小型化する方が望ましい。すなわち、撮像機をウインドシェル内に収めることが難しくなり、図8のように視軸安定系を構成するウインドシェル外に撮像機を配置し、ウインドシェルを介して入射する映像を光学系を介して光学的に導くことが必要となり、上記のような構成をとることが多い。
【0005】
従来の撮像装置は上記のように構成され、外部の光を導入・屈折・反射し撮像機51に導き、撮像装置外部に映像信号を送信する。しかし、撮像装置全体が搭載される移動体1aの母体は常に旋回・動揺・振動などの運動をしているため、撮像装置は常にその影響を受け、そのままでは視線(第1のレンズ22の視軸1c)は一定しない。そこで、俯仰フレーム17に搭載されたジャイロ33によって視線の角速度を検出し、旋回モータ31と俯仰モータ32を駆動制御し、ジャイロ33の角速度が零となる方向に旋回フレーム14と俯仰フレーム17を回転させることにより、視線を一定の方向に安定させ、ブレのない画像を得ていた。例えば、図9(a)に示すように移動体1aの母体が旋回する場合、撮像装置の視軸安定部10は、旋回フレーム14に固定されたウインドシェル15を旋回させて視線が一定の方向を向くように駆動制御される。また、図9(b)に示すように移動体1aの母体が動揺する場合、撮像装置の視軸安定部10は、俯仰フレーム17を俯仰させて視線が一定方向を向くように駆動制御されていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の撮像装置は上記のように構成されているので、母体全体の動揺など装置全体が傾斜することにより発生する画像のブレに対しては、視線の動きによる角速度をジャイロ33によって検出することができるので、視線を空間に対し安定させることができ、画像のブレに対する補正が可能であった。しかし、撮像装置がマウントされる母体のひずみや動揺加速度その他の外力などにより図10に示すように撮像装置を支持する筐体11そのものが変形し、光学系40と撮像機51が相対変位した場合、図のようにジャイロ33の角速度が零に保たれ、視軸安定系10の視線の方向が一定であっても、撮像機51の撮像素子52上を画像が移動することになり、ブレとなって映像に現れるという課題があった。
【0007】
また、撮像装置を支持する筐体11が変形する場合でなくても、図11のように風圧などの外力を受けて視軸安定系10を構成するジンバルベース12、旋回軸受13、旋回フレーム14、ウインドシェル15等が歪み変形することにより、旋回軸受13付近を支点として、変形し傾いた場合、俯仰フレーム17の角速度が零に保たれ、視軸安定系10の視線が一定していても、視軸安定系10から撮像機51に対して出射される光の光軸と撮像機51の光軸との相対位置とがずれて画像がずれるという課題もあった。
【0008】
例えば、図12に従来の撮像装置の画像および映像信号の流れを表したブロック図を示す。被写体から撮像装置1内部に入射した画像Aは22〜24を介し25〜27へ至る。22〜24での外乱は上記のようにジャイロ33で検出でき補正が可能であるため外乱入力として現れない。しかし、25〜27で入力される外乱C(たとえば上記の図10、11における振動・衝撃や風圧による変形)はA+Cとなって撮像機51に入力される。画像Aは被写体の移動により変動する予測不可能な変動値である。外乱Cも予測不可能な変動値である。よって撮像機51から出力される映像信号A+Cからでは、AとCがどちらも変動値であるので、どちらが変動したのか判別することができず、両者を分離することができないため、外乱Cを補正することが必要となっていた。
【0009】
一方、従来外乱Cを補正する方法として、撮像機によって得られた画像を時系列に羅列し比較することにより、補正を加えるという手段があった。しかし、この方法の場合、移動しない固定された被写体に対しては有効であるが、移動することが予想される被写体に対しては、画像のずれであるのか被写体の移動によるものなのかを判別することができなかった。
【0010】
このため、画像処理によって背景と被写体を識別し、背景の動きから画像のずれを判別するという手段が考えられていたが、航空機のように上空を移動する被写体に対しては、背景が単色の空であることが多いので、背景の動きを検出することはできないという課題があった。
【0011】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、車両、船舶、航空機のような母体全体の動揺に対して視線を安定させることに加え、撮像装置を支持する筐体の変形や、視軸安定系の傾きによって生じる画像ずれに対してまでも映像を安定させてブレのない映像を映すことのできる撮像装置を得ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る撮像装置は、自分自体の角速度を検出する手段を有し、上記角速度に基づいて視軸が一定方向を向くように制御され、外部からの入射光を所定の方向に伝達する視軸安定部と、上記視軸安定部に固定され、上記視軸に平行な視軸を有し、外部からの入射光を結像し映像を出力する第1の撮像手段と、上記視軸安定部から供給される光を結像する撮像素子を有する第2の撮像手段とを具備し、上記第2の撮像手段は、上記第1の撮像手段から得られる映像と上記撮像素子から得られる映像のずれを検出し、上記ずれを小さくするように上記撮像素子からの映像の切り出し位置を移動させる画像ずれ補正手段を有するものである。
【0013】
また、この発明に係る撮像装置は、自分自体の角速度を検出する手段を有し、上記角速度に基づいて視軸が一定方向を向くように制御され、外部からの入射光を所定の方向に伝達する視軸安定部と、上記視軸安定部に固定され、上記視軸安定部からの出射光に平行な光を出射する発光手段と、上記視軸安定部からの出射光および上記発光手段から供給される光を結像する撮像素子を有する第2の撮像手段とを具備し、上記第2の撮像手段は、上記発光手段から供給され上記撮像素子に結像される像とこの像の基準位置との映像のずれを検出し、上記ずれを小さくするように上記撮像素子からの映像の切り出し位置を移動させる画像ずれ補正手段を有するものである。
【0014】
また、この発明に係る撮像装置は、筐体と、上記筐体に対し旋回軸まわりに回動自在に支持される旋回部、上記旋回部に対し俯仰軸まわりに回動自在に支持される俯仰部、上記俯仰部に固定され、外部から入射する光を集光するレンズ、上記俯仰部に固定され、上記レンズの集光した光を俯仰軸に平行な方向に反射する第1の反射手段、上記俯仰部に固定され、上記レンズの光軸に平行な光軸を有し、外部からの入射光を結像し映像を出力する第1の撮像手段、上記旋回部に固定され、上記第1の反射手段から反射される光を上記旋回軸に平行な方向に反射する第2の反射手段、および上記俯仰部の角速度を検出し、上記角速度に基づいて上記レンズの視軸を一定方向に安定させるように上記旋回部と上記俯仰部を駆動させる視軸安定化手段とを有する視軸安定部と、上記筐体に固定され、上記第2の反射手段からの光を集光する光学部品と、上記光学部品によって集光された光を結像し映像を出力する撮像素子を有する第2の撮像手段とを備え、上記第2の撮像手段は、上記第1の撮像手段から得られる映像と上記撮像素子から得られる映像とのずれを検出し、上記ずれを小さくするように上記撮像素子からの映像の切り出し位置を移動させる画像ずれ補正手段を有するものである。
【0015】
さらにまた、この発明に係る撮像装置は、筐体と、上記筐体に対し旋回軸まわりに回動自在に支持される旋回部、上記旋回部に対し俯仰軸まわりに回動自在に支持される俯仰部、上記俯仰部に固定され、外部から入射する光を集光するレンズ、上記俯仰部に固定され、上記レンズの集光した光を俯仰軸に平行な方向に反射する第1の反射手段、上記俯仰部に固定され、上記第1の反射手段から反射される光に平行な光を出射する発光手段、上記旋回部に固定され、上記第1の反射手段および上記発光手段から供給される光を上記旋回軸に平行な方向に反射する第2の反射手段、および上記俯仰部の角速度を検出し、上記角速度に基づいて上記レンズの視軸を一定方向に安定させるように上記旋回部と上記俯仰部を駆動させる視軸安定化手段とを有する視軸安定部と、上記筐体に固定され、上記第2の反射手段からの光を集光する光学部品と、上記光学部品によって集光された光を結像し映像を出力する撮像素子を有する撮像手段とを備え、上記撮像手段は、上記発光手段から出射され上記撮像素子で結像される像とこの像の基準位置との映像上のずれを検出し、上記ずれを小さくするように上記撮像素子からの映像の切り出し位置を移動させる画像ずれ補正手段を有するものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、この発明の撮像装置の一実施の形態を図によって説明する。
【0017】
図1はこの発明にかかる撮像装置の一例を示す図で、(a)は撮像装置を上から見た断面図、(b)は(a)を紙面右側の側面から見た断面図、(c)は(a)を紙面上方の側面から見た断面図である。図において、10〜51は従来の機器と同じ物で、61は俯仰フレーム17上の第1の反射手段23近傍に固定された小型カメラである。
【0018】
図2はこの発明にかかる撮像装置の画像および映像信号の流れを表したブロック図である。81は撮像機51から得られた映像と小型カメラ61から得られた映像を比較し両者のずれ量を算出する映像ずれ比較回路、83は映像ずれを補正した映像信号を出力する信号選択回路である。
【0019】
この発明は図のように構成され、以下のように作用する。俯仰フレーム17脇に設けられた小型カメラ(例えば解像度の低いモノクロ可視カメラ)61によって、視軸安定系10の視線方向に存在しウインドウ21、第1のレンズ22を介して入射する像の映像を取得し、その取得された常に視軸安定系10の視線方向と同じ方向を向いた映像信号を、ケーブルのような信号伝達手段を通じて撮像機51へ送る。
【0020】
撮像機51内部の撮像素子52から得られた映像のみでは、撮像装置を支持する筐体11や視軸安定系10などの変形に伴う画像のズレなのか、被写体が移動したのかを判別することができない。しかし、小型カメラ61は俯仰フレーム17と常に同じ視線方向を指向しているので、小型カメラ61の解像度の低い粗な映像に対し撮像素子52からの解像度の高い密な映像がどれだけずれているのかを映像ずれ比較回路81において比較することにより、変形に伴う画像のズレと被写体の移動を分離することが可能となる。
【0021】
映像ずれ比較回路81の処理の一例として、小型カメラ61と撮像機51の映像を、画像処理することにより被写体と背景を分離し、両方の画像における目標を図形として認識し、両方の図形の重心を算出し、その重心間の距離と相対位置を求めることによって、小型カメラ61と撮像機51の映像ずれの大きさと方向を求めることができるという方法がある。
【0022】
例えば、通常の状態においては図3(b)のように従来の装置と同じくブレのない安定した画像が得られる。よって、撮像機51における撮像素子52から映像信号を受ける信号選択回路83において、破線イで囲まれた部分の信号を選択して読み出し、たとえばその信号をモニタへ送れば、モニタでは常に安定した映像を映し出すことができる。
【0023】
しかし、振動・衝撃などの外力によって図10のように撮像装置を支持する筐体11が変形したとき、筐体11の変形は、ジャイロ33によって変形量を検知できず、またモータよって変形を修正できないので、筐体11に固定された撮像機51が変動し、ジャイロ33に対し相対的に回転するため、撮像素子から出力される映像上で被写体の位置が移動する。例えば図3(b)に示すように、通常の撮像素子からの映像上で破線イに囲まれた部分の中心に重心位置のあった被写体1bは、図3(c)に示すように、筐体11の変形によってその重心位置が矢印ロの方向に移動する。しかし、俯仰フレーム17は、そこに固定されたジャイロ33によって空間に対する角速度を検出し、この角速度が零になるように駆動制御されているので、ジャイロ33近辺において俯仰フレーム17に固定され、その視軸を第1のレンズ23の視軸に一致させた小型カメラ61も空間に対し安定するように保持される(この場合、小型カメラ6はジャイロ33近辺にあるので、ジャイロ33の示す角速度と同じ角速度になる。)。このため、小型カメラ61は筐体11の変形には関係なく視線の方向が一定するので、振動・衝撃などの外力による変形の影響を受けにくく、図3(a)のように、被写体1bの重心位置が映像上で破線イに囲まれた部分の中心にあり、常に安定した画像を捕えることになる。したがって、比較回路81で算出された映像ずれの大きさと方向に基づき、信号選択回路83において映像ずれを打ち消す方向に、映像ずれを打ち消す大きさの分だけ撮像機51から来た信号の切り出し枠の位置を移動し、移動された切り出し枠内の映像を送る。
例えば図3(d)に示すように、被写体1bの重心位置が破線ハに囲まれた部分の中心に来るように撮像素子からの映像信号の切り出し枠の位置を選択し、選択された映像信号を読み出して送信すれば、受信した側では常に安定した映像を移し出すことが可能となる。移動体1aが航空機である場合、撮像装置から送信される被写体1b(例えば他の航空機のような移動物体)の映像が機体に設置されたCRTモニタで受信され、航空機のパイロットはCRTモニタを通じて常に安定した高画質な映像を見られる。
【0024】
次に、図11のように風圧のような外力を受け、視軸安定系10が旋回軸受13を支点にして筐体11に固定された撮像機51に対し相対的に倒れ、撮像装置が変形した場合は、俯仰フレーム17の角速度が零に保たれ、視軸安定系10の視線が一定していても、視軸安定系10から出てくる光の光軸と撮像機51の光軸との相対位置がずれて映像のずれが生じる。しかし、この場合も上記の小型カメラ61からの映像と同じように比較回路81で映像のずれを算出し、信号選択回路83で映像のずれを補正するように映像信号の切り出し枠の位置を変え、補正された映像信号を送れば、受信した側では被写体1bの映像ずれのない常に安定した映像を映し出すことが可能となる。
【0025】
なお、この実施の形態では、図3において矢印イの方向に画像が移動したときの対処の例を示しているが、それぞれ撮像素子の切り出し方向を変えれば、他の方向の画像の移動にも対処できる。
【0026】
続いて、図2によりこの実施の形態の画像および映像信号の流れを説明する。被写体から撮像装置1内部に入射した画像Aは、レンズおよび反射手段22〜24を介し25〜27へ至ると同時に、小型カメラ61にも入力される。22〜24に入射した画像は、従来の装置と同様25〜27で外乱C(たとえば上記の振動・衝撃や風圧による変形)を受け、A+Cとなって撮像機51に入力される。画像Aは被写体の移動により変動する予測不可能な変動値である。外乱Cも予測不可能な変動値である。一方、小型カメラ61から入った画像はそこで映像信号に変換される画像のブレのない安定した映像信号となっているので、外乱Cの影響を受けない。比較回路81には小型カメラ61からの映像信号Aと撮像機51からの映像信号A+Cが入力される。AもCも変動値であるが、比較回路81においてAとA+Cを比較することにより、A+CのAに対するずれ量、すなわちCに相当する値を信号選択回路83に出力する(模式的には(A+C)−A→Cと書き表すことができる)。信号選択回路83は撮像機51からの映像信号A+Cと比較回路81からずれ量Cが入力される。Cの値が分かっているので、A+Cの内からAのみを抽出することが可能となる(模式的には(A+C)−C→Aと書き表すことができる)。したがって映像信号Aのみを出力できるため、外乱Cの影響を受けない画像を出力することが可能となる。
【0027】
実施の形態2.
以下、撮像装置の一実施の形態を図によって説明する。
【0028】
図4はこの発明にかかる撮像装置の一例を示す図である。図において、10〜51は従来の機器と同じ物で、71は第1のレンズから入射する光が第1の反射手段23において反射する反射面と相対する面側に配置され、第1の反射手段23が反射する光の光軸と平行な方向に光軸を有するように、第1の反射手段23に固定されたレーザ光源である。なお、第1の反射手段23にはレーザ光を通すように穴を設けてある。本実施の形態においては、レーザ光を通すように第1の反射手段23に穴を設けているが、片面の光を反射しその反対面から入射したレーザ光をとおすものであれば、この形態に限る必要はなく、ハーフミラーやプリズムなどの反射手段を用いてもかわまない。また、第1の反射手段23に設けた穴は極小孔なので、画像全体に占める面積は小さく、その周辺の画像は少し暗くなるだけで、像が欠如することはない。
【0029】
図5はこの発明にかかる撮像装置の働きの一例を示すブロック図である。82はレーザ光の像の位置を識別する画像処理回路で、83は実施の形態1と同じ物である。
【0030】
この発明は図のように構成され、以下のように動作する。第1の反射手段23の中心に設けられたレーザ光源(たとえば半導体レーザ)17は、光軸と平行なレーザ光線を発している。撮像素子52は第2、3、4、5の反射手段25、26、27、41を介してこのレーザ光線を受光し、素子上のどの位置にレーザ光線が当たっているか、常に知ることができる。
【0031】
通常のレーザ光線の位置とそのときのレーザ光線の位置との差が画像のずれ量であると考えられる。あらかじめ、静的な状態で、レーザ光線の像の撮像素子52上の位置(たとえば画面の中心から水平方向に零画素、垂直方向に零画素ずれた位置である等)を読取っておき、それを初期値とする。
画像処理回路82において撮像機51からの映像信号およびレーザ光源71からのレーザ光線の像を画像処理することにより、両者を分離し、レーザ光線の像が撮像素子52上のどの位置にあるか検出し、上記の初期値を減算することにより、レーザ光線の像のずれの大きさと方向を求めることができる。
レーザ光源71は第1の反射手段23に固定されているので、俯仰フレーム17とともに空間に対し安定しているので、レーザ光源71は常に画像内におけるブレのない安定した像を供給している。よって、撮像素子52とレーザ光線の像の相対位置から、撮像装置を支持する筐体や視軸安定系の変形に伴う画像のズレ量のみを検出することが可能となる。
【0032】
例えば、通常の状態においては図6(a)のように従来の装置と同じくブレのない安定した画像が得られる。よって、撮像機51における撮像素子52から映像信号を受ける信号選択回路83において、破線イで囲まれた部分の信号を選択して読み出し、たとえばその信号をモニタへ送れば、モニタでは常に安定した映像を映し出すことができる。
【0033】
しかし、振動・衝撃などの外力によって図10のように撮像装置を支持する筐体11が変形したとき、図6(b)のように画像は矢印ロの方向に移動する。しかし、俯仰フレーム17はジャイロ33によって空間に対する角速度を検出しそれが零になるように駆動制御しているので、俯仰フレーム17に固定された第1の反射手段23およびレーザ光源71も空間に対し安定するように保持される。よって、筐体11の変形には関係なくレーザ光線の方向は一定するので、振動・衝撃などの外力による変形の影響を受けにくく、常に画像とともに移動することになる。よって、画像処理回路82で算出したレーザ光線の像のずれの算出結果に基づき、映像ずれを打ち消す方向に信号選択回路83において撮像機51から来た信号を選択し切り出し位置を変えて、例えば、図6(c)の破線ハで囲まれた部分の信号のみを選択して読み出し、映像信号を送れば、受信した側では常に安定した映像を映し出すことが可能となる。
【0034】
次に、図11のように風圧のような外力によって視軸安定系10が撮像機51に対して相対的に倒れ、撮像装置が変形したときも、画像のずれが生じる。しかし、上記と同様にレーザ光源71の受光点の移動量を画像処理回路82で検出し、信号選択回路83で画像のずれを補正するように映像信号の切り出し枠を変え、補正された映像信号を送れば、受信した側では常に安定した映像を映し出すことが可能となる。
【0035】
なお、この実施の形態では、図6において矢印イの方向に画像が移動したときの対処の例を示しているが、それぞれ撮像素子の切り出し方向を変えれば、他の方向の画像の移動にも対処できる。
【0036】
続いて、図5によりこの実施の形態の画像および映像信号の流れを説明する。被写体から撮像装置1内部に入射した画像Aはレンズおよび反射手段22〜24を介し25〜27に入力する。第1の反射手段23にレーザ光源71が設けられており、レーザ光線を発している。そのレーザ光線は画像内におけるレーザ光線の像の所定の位置を示す、位置情報B(一定値)を出力することにつながる。22、23に入射した画像Aにレーザ光線の位置情報Bが重畳され、A+Bとなり24〜27に入力される。画像Aと位置情報Bはそれぞれ従来の装置と同様24〜27で外乱C(たとえば上記の振動・衝撃や風圧による変形)を受け、画像は(A+C)+(B+C)となって撮像機51に入力される。映像信号に変換された(A+C)+(B+C)が画像処理回路82と信号選択回路83に出力される。画像処理回路82において映像信号(A+C)+(B+C)を(A+C)と(B+C)に分離する。その分離の方法の一例として、被写体が発すると予想される光の波長帯とレーザ光線の波長帯が異なるようにレーザ光源71の波長帯を設定し、波長帯の違いによって分離するという方法がある。画像Aは被写体の移動により変動する予測不可能な変動値である。外乱Cも予測不可能な変動値である。一方、レーザ光源71から発せられるレーザ光線による位置情報Bは一定値である。Bは所定の値であり一定値であるので、分離した(B+C)からずれ量Cの値を抽出できる(模式的には(B+C)−B→Cと書き表すことができる)。信号選択回路83は撮像機51からの映像信号(A+C)+(B+C)と比較回路81からのずれ量Cが入力される。Cの値が分かっているので、(A+C)+(B+C)の内からA+Bのみを抽出することが可能となる。模式的には(A+C)+(B+C)−2C→A+Bと書き表すことができる。したがって映像信号A+Bのみを出力できるため、外乱Cの影響を受けない画像を出力することが可能となる。なお、Bは映像の上では、光の点であり画面上を動かないので、問題とならない。一般的には、画面上には、視軸安定系10の角度情報や画面の中心を示す十字印を表示することが多いため、光の点をその位置に設定することにより、画面上には現れないようにすることも可能である。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば、従来の装置では補正が不可能であった、撮像装置本体の歪みや視軸安定系の傾斜に伴う映像のブレを検出し補正することを可能としたので、常に安定した映像の表示が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の撮像装置の実施の形態1を示す断面図。
【図2】 この発明の実施の形態1の動作を示すブロック図。
【図3】 この発明の実施の形態1の動作を示す概念図。
【図4】 この発明の撮像装置の実施の形態2を示す断面図。
【図5】 この発明の実施の形態2の動作を示すブロック図。
【図6】 この発明の実施の形態2の動作を示す概念図。
【図7】 撮像装置の運用形態を示す図。
【図8】 従来の撮像装置の実施例を示す断面図。
【図9】 従来の撮像装置の動作を示す図。
【図10】 撮像装置が外力により変形する様子を示す図。
【図11】 撮像装置が外力により変形する様子を示す図。
【図12】 従来の撮像装置の動作を示すブロック図。
【符号の説明】
1 撮像装置、10 撮像系、11 筐体、12 ジンバルベース、13 旋回軸受、14 旋回フレーム、15 ウインドシェル、16 俯仰軸受、17 俯仰フレーム、21 ウインドウ、22 第1のレンズ、23 第1の反射手段、24 第2のレンズ、25 第2の反射手段、26 第3の反射手段、27 第4の反射手段、28 反射手段支持フレーム、31 旋回モータ、32 俯仰モータ、33 ジャイロ、40 光学系、41 第5の反射手段、42 第3のレンズ、51 撮像機、61 小型カメラ、71 レーザ光源、81 比較回路、82 画像処理回路、83 信号選択回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging apparatus equipped with an image shift correction means for obtaining a stable image without blurring in an imaging apparatus mounted on a moving body such as a vehicle, a ship, and an aircraft.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 shows an example of the operation mode of the entire imaging apparatus mounted on the moving body. In the figure,
[0003]
8A and 8B are diagrams illustrating an example of a conventional imaging device, where FIG. 8A is a cross-sectional view of the imaging device viewed from above, FIG. 8B is a cross-sectional view of FIG. 8A viewed from the right side surface, and FIG. It is sectional drawing which looked at (a) from the side surface above the paper surface. In the figure, 11 is a housing that supports the entire apparatus, 12 is a gimbal base that is fixed to the housing, 13 is a slewing bearing that is fixed to the
[0004]
In general, a high-resolution and high-sensitivity imager is large. Therefore, to arrange the image pickup device in the windshell, enlarge the windshell, or provide another case, and place the image pickup device in another case other than the inside of the windshell. It becomes. Further, in configuring the moving body 1a on which the image pickup device is mounted, it is desirable to avoid protrusions as much as possible outside the moving body 1a, and it is unavoidable to reduce air resistance and reduce weight when protruding. It is desirable to reduce the size as much as possible for the purpose of not deteriorating the beauty. That is, it becomes difficult to fit the image pickup device in the wind shell, and the image pickup device is arranged outside the wind shell constituting the visual axis stabilization system as shown in FIG. 8, and the image incident through the wind shell is transmitted through the optical system. Therefore, it is necessary to guide optically, and the above configuration is often adopted.
[0005]
The conventional imaging apparatus is configured as described above, introduces, refracts, and reflects external light, guides it to the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional imaging device is configured as described above, the
[0007]
Even if the
[0008]
For example, FIG. 12 shows a block diagram showing the flow of images and video signals of a conventional imaging apparatus. An image A that has entered the
[0009]
On the other hand, as a conventional method of correcting the disturbance C, there has been a means of correcting by arranging the images obtained by the imaging device in time series and comparing them. However, this method is effective for a fixed subject that does not move, but for a subject that is expected to move, it is determined whether the image is shifted or due to the movement of the subject. I couldn't.
[0010]
For this reason, there has been considered a means for discriminating the background and the subject by image processing and discriminating the deviation of the image from the movement of the background. However, for a subject moving in the sky like an aircraft, the background is monochromatic. Since it is often empty, there is a problem that it is impossible to detect the movement of the background.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and in addition to stabilizing the line of sight with respect to fluctuations of the entire mother body such as a vehicle, a ship, and an aircraft, the deformation of the casing that supports the imaging device Another object of the present invention is to obtain an imaging apparatus capable of stabilizing a video and projecting a blur-free video even with respect to an image shift caused by the tilt of the visual axis stabilization system.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The imaging apparatus according to the present invention has a means for detecting its own angular velocity, is controlled so that the visual axis is directed in a certain direction based on the angular velocity, and transmits the incident light from the outside in a predetermined direction. An axis stabilizing unit, a first imaging unit that is fixed to the visual axis stabilizing unit, has a visual axis parallel to the visual axis, forms an image of incident light from the outside, and outputs an image; and the visual axis stable A second imaging unit having an imaging element that forms an image of light supplied from the unit, wherein the second imaging unit includes an image obtained from the first imaging unit and an image obtained from the imaging element. The image shift correction means for detecting the shift and moving the cutout position of the video from the image sensor so as to reduce the shift is provided.
[0013]
In addition, the imaging apparatus according to the present invention has a means for detecting its own angular velocity, is controlled so that the visual axis is directed in a certain direction based on the angular velocity, and transmits incident light from the outside in a predetermined direction. From the visual axis stabilizing part, the light emitting means fixed to the visual axis stabilizing part and emitting light parallel to the light emitted from the visual axis stabilizing part, and the light emitted from the visual axis stabilizing part and the light emitting means. A second imaging unit having an imaging element that forms an image of the supplied light, and the second imaging unit includes an image supplied from the light emitting unit and focused on the imaging element, and a reference for the image An image shift correction unit that detects a shift of the image from the position and moves the cutout position of the image from the image sensor so as to reduce the shift.
[0014]
In addition, an imaging apparatus according to the present invention includes a housing, a turning portion supported to be rotatable about a turning axis with respect to the housing, and a raising / lowering supported to be rotatable about an elevation axis with respect to the turning portion. A first reflecting means fixed to the elevating part and collecting light incident from the outside, and being fixed to the elevating part and reflecting the light collected by the lens in a direction parallel to the elevating axis; A first imaging means fixed to the elevation part, having an optical axis parallel to the optical axis of the lens, imaging incident light from the outside and outputting an image; fixed to the swivel part; The second reflecting means for reflecting the light reflected from the reflecting means in a direction parallel to the turning axis, and the angular velocity of the elevation part are detected, and the visual axis of the lens is stabilized in a certain direction based on the angular velocity. Visual axis stabilization means for driving the swivel unit and the supine / elevating unit A visual axis stabilizing portion having an optical component, an optical component that is fixed to the housing and collects light from the second reflecting means, and an image that images the light collected by the optical component and outputs an image. A second imaging unit having an element, wherein the second imaging unit detects a deviation between an image obtained from the first imaging unit and an image obtained from the imaging element, and reduces the deviation. As described above, the image shift correction means for moving the cutout position of the image from the image pickup device is provided.
[0015]
Furthermore, an imaging apparatus according to the present invention is supported so as to be rotatable about an elevation axis with respect to the case, a turning part supported to be rotatable about a turning axis with respect to the case, and the turning part. An elevating part, a lens fixed to the elevating part and collecting light incident from the outside, a first reflecting means fixed to the elevating part and reflecting the light collected by the lens in a direction parallel to the elevating axis A light emitting means fixed to the elevation part and emitting light parallel to the light reflected from the first reflecting means; fixed to the swivel part and supplied from the first reflecting means and the light emitting means; A second reflecting means for reflecting light in a direction parallel to the turning axis, and an angular velocity of the elevation part, and the turning unit so as to stabilize the visual axis of the lens in a certain direction based on the angular velocity. Visual axis stabilization means for driving the supine and ridge portions; A visual axis stabilizing portion having an optical component that is fixed to the housing and collects light from the second reflecting means, and an imaging device that forms an image of the light collected by the optical component and outputs an image. The imaging means detects a deviation on the image between an image emitted from the light emitting means and imaged by the imaging element and a reference position of the image so as to reduce the deviation. And an image shift correction means for moving the cutout position of the video from the image sensor.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an imaging apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
1A and 1B are diagrams showing an example of an imaging apparatus according to the present invention, in which FIG. 1A is a sectional view of the imaging apparatus as viewed from above, FIG. 1B is a sectional view of FIG. ) Is a cross-sectional view of FIG. In the figure,
[0018]
FIG. 2 is a block diagram showing the flow of images and video signals of the imaging apparatus according to the present invention. 81 is a video shift comparison circuit that compares the video obtained from the
[0019]
The present invention is configured as shown in the figure and operates as follows. A small camera (for example, a low-resolution monochrome visible camera) 61 provided on the side of the
[0020]
Only the image obtained from the
[0021]
As an example of the processing of the video
[0022]
For example, in a normal state, as shown in FIG. 3B, a stable image having no blur can be obtained as in the conventional apparatus. Therefore, in the
[0023]
However, when the
For example, as shown in FIG. 3D, the position of the cutout frame of the video signal from the image sensor is selected so that the center of gravity of the subject 1b comes to the center of the portion surrounded by the broken line C, and the selected video signal Can be read out and transmitted, the receiving side can always transfer a stable video. When the moving body 1a is an aircraft, an image of a subject 1b (for example, a moving object such as another aircraft) transmitted from the imaging device is received by a CRT monitor installed on the aircraft, and the pilot of the aircraft always passes through the CRT monitor. You can see stable high-quality video.
[0024]
Next, an external force such as wind pressure is received as shown in FIG. 11, and the visual
[0025]
In this embodiment, FIG. 3 shows an example of handling when the image is moved in the direction of arrow A. However, if the cutout direction of the image sensor is changed, the image in the other direction can be moved. I can deal with it.
[0026]
Next, the flow of the image and video signal of this embodiment will be described with reference to FIG. The image A that has entered the
[0027]
Embodiment 2. FIG.
Hereinafter, an embodiment of an imaging apparatus will be described with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 4 is a diagram showing an example of an imaging apparatus according to the present invention. In the figure, 10 to 51 are the same as the conventional devices, and 71 is arranged on the surface side opposite to the reflecting surface on which the light incident from the first lens is reflected by the first reflecting means 23, and the first reflecting The laser light source is fixed to the first reflecting means 23 so as to have an optical axis in a direction parallel to the optical axis of the light reflected by the
[0029]
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the operation of the imaging apparatus according to the present invention. 82 is an image processing circuit for identifying the position of the image of the laser beam, and 83 is the same as in the first embodiment.
[0030]
The present invention is configured as shown in the figure and operates as follows. A laser light source (for example, a semiconductor laser) 17 provided at the center of the first reflecting means 23 emits a laser beam parallel to the optical axis. The
[0031]
The difference between the position of the normal laser beam and the position of the laser beam at that time is considered to be the image shift amount. In advance, in a static state, the position of the image of the laser beam on the image sensor 52 (for example, a position shifted by zero pixels in the horizontal direction and zero pixels in the vertical direction from the center of the screen) is read, and this is initialized. Value.
The image processing circuit 82 performs image processing on the video signal from the
Since the
[0032]
For example, in a normal state, as shown in FIG. 6A, a stable image having no blur can be obtained as in the conventional apparatus. Therefore, in the
[0033]
However, when the
[0034]
Next, as shown in FIG. 11, even when the visual
[0035]
In this embodiment, FIG. 6 shows an example of handling when the image moves in the direction of arrow A. However, if the direction of the image pickup element is changed, the image in the other direction can be moved. I can deal with it.
[0036]
Next, the flow of the image and video signals of this embodiment will be described with reference to FIG. The image A that has entered the
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it has become possible to detect and correct image blur due to distortion of the imaging apparatus main body and inclination of the visual axis stabilization system, which cannot be corrected by the conventional apparatus. Therefore, there is an effect that it is possible to always display a stable image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional
FIG. 2 is a block diagram showing the operation of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing the operation of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing Embodiment 2 of the imaging apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing the operation of the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing the operation of the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an operation mode of the imaging apparatus.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a conventional imaging apparatus.
FIG. 9 is a diagram illustrating an operation of a conventional imaging device.
FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which the imaging device is deformed by an external force.
FIG. 11 is a diagram illustrating a state in which the imaging apparatus is deformed by an external force.
FIG. 12 is a block diagram showing the operation of a conventional imaging apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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