JP7455558B2 - 撮像装置とその空間安定化方法 - Google Patents
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Description
v2=L・ω2 (1)
v2=R・ωd (2)
式(1)の両辺を時間tで微分すると、次式が得られる。
dv2/dt=L・dω2/dt (3)
ここで、仰角回転部123の水平方向の加速度をa2とすると、これは速度の時間微分であるから、次式で表される。
a2=dv2/dt (4)
式(4)を式(3)に代入し、Lについて解くと次式が得られる。
L=a2/(dω2/dt) (5)
式(5)に基づき、加速度a2と角速度ω2の時間微分との比から、動揺の回転中心までの長さLが推定できる。
ωd=(L/R)・ω2 (6)
光学装置110を駆動するジンバルの制御系として速度フィードバック制御系を用いている場合(空間安定制御では、速度フィードバック制御系を用いている場合が多い)、本補正制御を行わせるためには、式(6)に基づいて推定した画像ぶれ角速度を速度フィードバック制御系の指令値に加算すればよい。したがって、本補正制御による角速度指令値の加算分をΔωr、画像ぶれ角速度推定ゲインをGb(>0)とすると、制御則は次式で表される。
Δωr=-Gb・ω2 (7)
Gb≒L/R (8)
なお、本補正制御による角速度指令値の加算分の大きさは、画像ぶれ角速度ωdの大きさとしているので、画像ぶれによる像流れの画素数Nbは、光学装置(カメラ等)の感光時間をτ、光学装置の画像センサの1画素あたりの視野をθiとすると、次式で表される。
Nb=ωd・τ/θi (9)
画像ぶれによる像流れの画素数Nbが微小とみなせるしきい値N(例えば1画素)以下であれば、Δωr=0として本補正制御を行わないとしてもよい。
200…被搭載移動体、
300…移動車両、301…車体、302…サスペンション及びタイヤ、303…低剛性構造物、
401…加算器、402…減算器、403…方位軸速度制御系、404…方位軸フィードバック制御系、405…積分器、406…仰角制御系、407…画像ぶれ角速度推定部。
Claims (3)
- カメラ及びレンズを含み、視軸方向を撮像して画像を取り込む光学装置と、
一重構造で方位軸及び仰角軸の2軸回転機構をもち、被搭載体に装着され、前記光学装置を方位軸回り及び仰角軸回りに回転駆動して前記光学装置の視軸方向を指示方向に向け、装置に印加される動揺による方位角及び仰角の角速度変化を検出して、画像のぶれを解消するジンバル装置と
を具備し、
前記ジンバル装置は、
底面が前記被搭載体に固定され、装置全体を支持する基部と、
前記基部が鉛直方向に配置された状態で、その上部で方位軸回りに回転自在に支持される方位回転部と、
前記光学装置を収容し、前記方位回転部に、仰角軸回りに回転自在に支持される仰角回転部と、
前記基部に配置され、前記基部の方位軸と直交し、互いに平行でない2軸回りの慣性空間における角速度を計測する基部角速度計測器及び前記基部に作用する加速度を計測する基部加速度計測器と、
前記基部に連結される前記方位回転部を前記方位軸回りに回転駆動する方位軸回転駆動部と、
前記方位軸回りの回転角度及び角速度を計測する方位軸角度計測器及び方位軸角速度計測器と、
前記方位回転部に連結される前記仰角回転部を前記仰角軸回りに回転駆動する仰角軸回転駆動部と、
前記仰角軸の回転駆動による仰角軸回りの角度及び角速度を計測する仰角軸角度計測器及び仰角軸角速度計測器と、
前記仰角回転部に配置され、前記光学装置が前記基部の方位軸と直交する方向を向いたときに前記方位軸と平行となる軸回りの慣性空間における角速度計測する仰角回転部角速度計測器及び前記仰角回転部に作用する加速度を計測する仰角回転部加速度計測器と、
前記基部角速度計測器及び前記基部加速度計測器、前記方位軸角度計測器及び前記方位軸角速度計測器、前記仰角軸角度計測器及び前記仰角軸角速度計測器、前記仰角回転部角速度計測器及び前記仰角回転部加速度計測器のそれぞれの計測結果に基づいて、前記光学装置の視軸方向が指示方向に向くように、前記方位軸回転駆動部及び仰角軸回転駆動部を駆動制御する制御部と
を具備し、
前記制御部は、
前記光学装置の視軸方向を指示する方位軸角速度指令を入力し、入力した方位軸角速度指令から前記方位軸回りを回転駆動するための制御信号を算出し、当該制御信号により前記方位軸回転駆動部を駆動制御して前記方位回転部を回転させて前記光学装置の視軸の方位軸角度を制御し、目標とする方位軸角度を前記方位軸角速度が積分された物理量として出力する方位軸速度制御系と、
前記方位軸角速度計測器で計測される前記方位軸に生じる角速度と前記基部角速度計測器で計測される前記方位軸に印加される動揺の角速度を入力して前記方位軸角速度指令の指定値から減算する方位軸フィードバック制御系と、
前記仰角回転部角速度計測器及び前記仰角回転部加速度計測器のそれぞれの計測結果から、前記光学装置の画面に垂直な視軸回りの角速度を求め、前記光学装置から前記光学装置に印加される動揺の回転中心までの長さを推定し、前記視軸回りの角速度と前記動揺の回転中心までの長さと前記光学装置から目標までの距離との関係から、前記光学装置で得られる画像のぶれ角速度を算出し、算出された画像のぶれ角速度から画像ぶれ角速度のゲインを推定して、その推定ゲインに基づいて前記方位軸角速度指令の指令値を補正する角速度を求め、方位軸角速度指令に加算する仰角制御系と
を備える
撮像装置。 - 前記制御部は、前記光学装置で時間間隔を空けて同じ方向を撮像した複数の画像間のずれを検出し、前記複数の画像間のずれ検出結果から前記慣性空間の角速度を計測する前記基部角速度計測器のドリフトを推定し、そのドリフト分を打ち消す補正信号を前記基部角速度計測器で計測される角速度に印加する請求項1記載の撮像装置。
- カメラ及びレンズを含み、視軸方向を撮像して画像を取り込む光学装置と、
一重構造で方位軸及び仰角軸の2軸回転機構をもち、被搭載体に装着され、前記光学装置を方位軸回り及び仰角軸回りに回転駆動して前記光学装置の視軸方向を指示方向に向け、装置に印加される動揺による方位角及び仰角の角速度変化を検出して、画像のぶれを解消するジンバル装置と
を具備し、
前記ジンバル装置は、
底面が前記被搭載体に固定され、装置全体を支持する基部と、
前記基部が鉛直方向に配置された状態で、その上部で方位軸回りに回転自在に支持される方位回転部と、
前記光学装置を収容し、前記方位回転部に、仰角軸回りに回転自在に支持される仰角回転部と、
前記基部に配置され、前記基部の方位軸と直交し、互いに平行でない2軸回りの慣性空間における角速度を計測する基部角速度計測器及び前記基部に作用する加速度を計測する基部加速度計測器と、
前記基部に連結される前記方位回転部を前記方位軸回りに回転駆動する方位軸回転駆動部と、
前記方位軸回りの回転角度及び角速度を計測する方位軸角度計測器及び方位軸角速度計測器と、
前記方位回転部に連結される前記仰角回転部を前記仰角軸回りに回転駆動する仰角軸回転駆動部と、
前記仰角軸の回転駆動による仰角軸回りの角度及び角速度を計測する仰角軸角度計測器及び仰角軸角速度計測器と、
前記仰角回転部に配置され、前記光学装置が前記基部の方位軸と直交する方向を向いたときに前記方位軸と平行となる軸回りの慣性空間における角速度計測する仰角回転部角速度計測器及び前記仰角回転部に作用する加速度を計測する仰角回転部加速度計測器と、
前記基部角速度計測器及び前記基部加速度計測器、前記方位軸角度計測器及び前記方位軸角速度計測器、前記仰角軸角度計測器及び前記仰角軸角速度計測器、前記仰角回転部角速度計測器及び前記仰角回転部加速度計測器のそれぞれの計測結果に基づいて、前記光学装置の視軸方向が指示方向に向くように、前記方位軸回転駆動部及び仰角軸回転駆動部を駆動制御する制御部と
を具備する撮像装置に用いられ、
前記光学装置の視軸方向を指示する方位軸角速度指令を入力し、入力した方位軸角速度指令から前記方位軸回りを回転駆動するための制御信号を算出し、当該制御信号により前記方位軸回転駆動部を駆動制御して前記方位回転部を回転させて前記光学装置の視軸の方位軸角度を制御し、目標とする方位軸角度を前記方位軸角速度が積分された物理量として出力し、
前記方位軸角速度計測器で計測される前記方位軸に生じる角速度と前記基部角速度計測器で計測される前記方位軸に印加される動揺の角速度を入力して前記方位軸角速度指令の指定値から減算し、
前記仰角回転部角速度計測器及び前記仰角回転部加速度計測器のそれぞれの計測結果から、前記光学装置の画面に垂直な視軸回りの角速度を求め、前記光学装置から前記光学装置に印加される動揺の回転中心までの長さを推定し、前記視軸回りの角速度と前記動揺の回転中心までの長さと前記光学装置から目標までの距離との関係から、前記光学装置で得られる画像のぶれ角速度を算出し、算出された画像のぶれ角速度から画像ぶれ角速度のゲインを推定して、その推定ゲインに基づいて前記方位軸角速度指令の指令値を補正する角速度を求め、方位軸角速度指令に加算する
撮像装置の空間安定化方法。
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JP2019215471A JP7455558B2 (ja) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 撮像装置とその空間安定化方法 |
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JP2016099856A (ja) | 2014-11-25 | 2016-05-30 | 株式会社Jvcケンウッド | ジンバル装置及びジンバル装置の制御方法 |
JP2017134190A (ja) | 2016-01-27 | 2017-08-03 | オリンパス株式会社 | 撮像装置 |
JP2019009751A (ja) | 2017-06-28 | 2019-01-17 | エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドSz Dji Technology Co.,Ltd | 制御装置、撮像システム、移動体、制御方法、及びプログラム |
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2019
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