JP6245149B2 - ジンバル装置及びジンバル装置の制御方法 - Google Patents
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Description
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、撮像装置の姿勢制御を行うジンバル装置の一例が記載されている。
そのため、例えば検出軸Xを中心とした時計まわりの回転振れが検出された場合には補正軸X’を中心とした反時計まわりの回転動作をさせることで、回転振れを打ち消すことができる。
角速度センサ11によって撮像装置2の回転振れを検出することができる。
なお、図1では、角速度センサ11が撮像装置2に内蔵されている形態を示している。
チルト駆動部20は、撮像装置固定部10を回動軸Cyまわりに回動させることで撮像装置2をチルト方向に駆動させるチルトモータ21を備えている。
ロール駆動部30は、チルト駆動部20を回動軸Cxまわりに回動させることで撮像装置2をロール方向に駆動させるロールモータ31を備えている。
パン駆動部40は、ロール駆動部30を回動軸Czまわりに回動させることで、撮像装置2をパン方向に駆動させるパンモータ41を備えている。
図2(a)は撮像装置2の回転振れを検出するための検出軸を示す。検出軸Xと検出軸Yと検出軸Zとは互いに直交する。図2(a)の検出軸X,Y,Zは、図1の検出軸X,Y,Zにそれぞれ対応する。
図2(b)は撮像装置2の回転振れを補正するための補正軸を示す。補正軸Z’(第3の補正軸)の先に補正軸X’(第2の補正軸)の回転中心が位置し、補正軸X’の先に補正軸Y’(第1の補正軸)の回転中心が位置する。
補正軸X’は図1の回動軸Cxに対応する。補正軸Y’は図1の回動軸Cyに対応する。補正軸Z’は図1の回動軸Czに対応する。
目標角速度生成部52は、チルトコマンド信号TCに基づいて、補正軸Y’に平行な軸成分の目標角速度信号Ya(第1の目標角速度信号)を生成する。
目標角速度生成部52は、ロールコマンド信号RCに基づいて、補正軸X’に平行な軸成分の目標角速度信号Xa(第2の目標角速度信号)を生成する。
図4は、図1のジンバル機構1を回動軸Cy側から見た側面図である。
図5(a)は図2(a)に対応し、図5(b)は図2(b)に対応する。
図5に示すように、相対角度θは、補正軸Y’と直交する2次元平面における検出軸Xと補正軸X’との相対角度である。
図6は、図1のジンバル機構1を回動軸Cx側から見た側面図である。
図7(a)は図2(a)に対応し、図7(b)は図2(b)に対応する。
図7に示すように、相対角度φは、補正軸X’と直交する2次元平面における検出軸Zと補正軸Z’との相対角度である。
Xb=X1×cosθ−Z1×sinθ …(1)
式(1)に示すように、補正軸X’成分の振れ角速度信号Xbは、検出軸X成分の角速度信号X1と検出軸Z成分の角速度信号Z1が合成された信号である。
Yb=Y1 …(2)
式(2)に基づき、振れ角速度信号Ybとして角速度信号Y1が用いられる。
Zb=X1×sinθ×cosφ−Y1×sinφ+Z1×cosθ×cosφ …(3)
式(3)に示すように、補正軸Z’成分の振れ角速度信号Zbは、検出軸X成分の角速度信号X1と検出軸Y成分の角速度信号Y1と検出軸Z成分の角速度信号Z1が合成された信号である。
加減算部56は、目標角速度信号Yaと振れ角速度信号Ybとの差分を算出し、補正角速度信号Ycとして出力する。
加減算部56は、目標角速度信号Zaと振れ角速度信号Zbとの差分を算出し、補正角速度信号Zcとして出力する。
サーボ演算部57は、加減算部56から出力された補正角速度信号Ycに基づいて、チルトモータ21の駆動を制御するためのサーボ信号Ydを生成する。
サーボ演算部57は、加減算部56から出力された補正角速度信号Zcに基づいて、パンモータ41の駆動を制御するためのサーボ信号Zdを生成する。
モータドライバ58は、サーボ演算部57で生成されたサーボ信号Ydに基づいて、撮像装置2のチルト方向の回転振れを打ち消すように、チルトモータ21の駆動を制御する。
モータドライバ58は、サーボ演算部57で生成されたサーボ信号Zdに基づいて、撮像装置2のパン方向の回転振れを打ち消すように、パンモータ41の駆動を制御する。
ステップS2において、目標角速度生成部52は、チルトコマンド信号TCに基づいて目標角速度信号Yaを生成する。
ステップS2において、目標角速度生成部52は、ロールコマンド信号RCに基づいて目標角速度信号Xaを生成する。
式(1)〜式(3)から、Xb=X1,Yb=Y1,Zb=Z1となる。
式(1)〜式(3)から、Xb=X1×cosθ−Z1×sinθ,Yb=Y1,Zb=X1×sinθ+Z1×cosθとなる。
式(1)〜式(3)から、Xb=−Z1,Yb=Y1,Zb=X1となる。
式(1)〜式(3)から、Xb=X1,Yb=Y1,Zb=Z1×cosφ−Y1×sinφとなる。
即ち、相対角度φ=90°での姿勢(θ=0°)における回転振れ補正では、角速度信号Y1は、基本姿勢とは異なる補正軸Z’成分の振れ角速度信号Zbとしても処理される。
例えば、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、ジンバル機構1自体が傾斜する場合がある。
図13に示すような、ジンバル機構1自体が傾斜する場合においても、式(1)〜式(3)を用いることにより、撮像装置2の回転振れを補正することができる。
2 撮像装置
50 制御部
53 角速度信号取得部
54 相対角度取得部
55 角速度信号合成部
X,Y,Z 検出軸
X’,Y’,Z’ 補正軸
X1,Y1,Z1 角速度信号
θ,φ 相対角度
Xb,Yb,Zb 振れ角速度信号
Claims (4)
- 撮像装置が固定されているジンバル機構を制御する制御部を備え、
前記撮像装置の回転振れを検出するための検出軸を、互いに直交する第1の検出軸、第2の検出軸、及び第3の検出軸とし、
前記撮像装置の回転振れを補正するための補正軸を、互いに直交する第1の補正軸、第2の補正軸、及び第3の補正軸とすると、
前記第1の検出軸と前記第1の補正軸とは、前記撮像装置の姿勢にかかわらず平行であり、
前記制御部は、
前記第1の検出軸に平行な軸成分の第1の角速度信号、前記第2の検出軸に平行な軸成分の第2の角速度信号、及び、前記第3の検出軸に平行な軸成分の第3の角速度信号を取得する角速度信号取得部と、
前記第1の補正軸に直交する2次元平面における前記第2の検出軸と前記第2の補正軸との第1の相対角度、及び、前記第2の補正軸に直交する2次元平面における前記第3の検出軸と前記第3の補正軸との第2の相対角度を取得する相対角度取得部と、
前記第1の角速度信号、前記第2の角速度信号、前記第3の角速度信号、前記第1の相対角度、及び、前記第2の相対角度から、前記第1の補正軸に平行な軸成分の第1の振れ角速度信号、前記第2の補正軸に平行な軸成分の第2の振れ角速度信号、及び、前記第3の補正軸に平行な軸成分の第3の振れ角速度信号を生成する角速度信号合成部と、
を備えていることを特徴とするジンバル装置。 - 前記ジンバル機構は、
前記撮像装置が固定されている撮像装置固定部と、
前記撮像装置を前記第1の補正軸まわりに回動させる第1の駆動部と、
前記撮像装置を前記第2の補正軸まわりに回動させる第2の駆動部と、
前記撮像装置を前記第3の補正軸まわりに回動させる第3の駆動部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第1の補正軸に平行な軸成分の第1の目標角速度信号、前記第2の補正軸に平行な軸成分の第2の目標角速度信号、及び、前記第3の補正軸に平行な軸成分の第3の目標角速度信号を生成する目標角速度生成部と、
前記第1の目標角速度信号と前記第1の振れ角速度信号とから第1の補正角速度信号を生成し、前記第2の目標角速度信号と前記第2の振れ角速度信号とから第2の補正角速度信号を生成し、前記第3の目標角速度信号と前記第3の振れ角速度信号とから第3の補正角速度信号を生成する加減算部と、
前記第1の補正角速度信号に基づいて前記第1の駆動部を制御し、前記第2の補正角速度信号に基づいて前記第2の駆動部を制御し、前記第3の補正角速度信号に基づいて前記第3の駆動部を制御する駆動制御部と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載のジンバル装置。 - 前記第1の角速度信号をY1、前記第2の角速度信号をX1、前記第3の角速度信号をZ1、前記第1の振れ角速度信号をYb、前記第2の振れ角速度信号をXb、前記第3の振れ角速度信号をZb、前記第1の相対角度をθ、前記第2の相対角度をφとすると、
前記角速度信号合成部は、第1の関係式Xb=X1×cosθ−Z1×sinθ、第2の関係式Yb=Y1、及び第3の関係式Zb=X1×sinθ×cosφ−Y1×sinφ+Z1×cosθ×cosφに基づいて、前記第1の振れ角速度信号、前記第2の振れ角速度信号、及び前記第3の振れ角速度信号を取得することを特徴とする請求項1または2に記載のジンバル装置。 - 撮像装置が固定されているジンバル機構を有するジンバル装置の制御方法であって、
前記撮像装置の回転振れを検出するための検出軸を、互いに直交する第1の検出軸、第2の検出軸、及び第3の検出軸とし、
前記撮像装置の回転振れを補正するための補正軸を、互いに直交する第1の補正軸、第2の補正軸、及び第3の補正軸とすると、
前記第1の検出軸と前記第1の補正軸とは、前記撮像装置の姿勢にかかわらず平行であり、
前記第1の補正軸に平行な軸成分の第1の目標角速度信号、前記第2の補正軸に平行な軸成分の第2の目標角速度信号、及び、前記第3の補正軸に平行な軸成分の第3の目標角速度信号を生成し、
前記第1の検出軸に平行な軸成分の第1の角速度信号、前記第2の検出軸に平行な軸成分の第2の角速度信号、及び、前記第3の検出軸に平行な軸成分の第3の角速度信号を取得し、
前記第1の補正軸に直交する2次元平面における前記第2の検出軸と前記第2の補正軸との第1の相対角度、及び、前記第2の補正軸に直交する2次元平面における前記第3の検出軸と前記第3の補正軸との第2の相対角度を取得し、
前記第1の角速度信号、前記第2の角速度信号、前記第3の角速度信号、前記第1の相対角度、及び、前記第2の相対角度から、前記第1の補正軸に平行な軸成分の第1の振れ角速度信号、前記第2の補正軸に平行な軸成分の第2の振れ角速度信号、及び、前記第3の補正軸に平行な軸成分の第3の振れ角速度信号を生成し、
前記第1の目標角速度信号と前記第1の振れ角速度信号とから第1の補正角速度信号を生成し、前記第2の目標角速度信号と前記第2の振れ角速度信号とから第2の補正角速度信号を生成し、前記第3の目標角速度信号と前記第3の振れ角速度信号とから第3の補正角速度信号を生成し、
前記第1の補正角速度信号、前記第2の補正角速度信号、及び前記第3の補正角速度信号に基づいて前記ジンバル機構の駆動を制御する
ことを特徴とするジンバル装置の制御方法。
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