JPH09130665A - ビデオカメラのシャッタースピード自動決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 宇宙空間等の遠隔地で且つ過酷な環境下にあ
るビデオカメラのシャッタースピードを迅速かつ正確に
決定できるようにして、ビデオカメラによる撮像結果に
基づいて行なわれる各種作業の効率向上をはかる。 【解決手段】 規準マーカを所定条件で撮像した際の画
素数を規準画素数として予め計測しておいてから、ビデ
オカメラにより規準マーカを所定距離から撮像し（Ｓ
２）、ビデオカメラにより撮像された画像の実画素数を
計数し（Ｓ４）、実画素数が規準画素数に対する設定範
囲内にある場合、シャッタースピードを変更する一方
（Ｓ７〜Ｓ９）、実画素数が前記範囲内にある場合、そ
の時のシャッタースピードを適正シャッタースピードと
して決定する（Ｓ６）ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オートアイリス機
能で制御できない範囲に亘って照明条件が著しく変化す
る環境において画像計測を行なう場合や、オートアイリ
ス機能の無いビデオカメラを用いて画像計測を行なう場
合に用いて好適の技術に関し、特に、宇宙空間等の遠隔
地や過酷な環境下で使用されるビデオカメラのシャッタ
ースピードを自動的に決定するための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の宇宙開発の進歩に伴い、地球外周
軌道上を周回している人工衛星に何らかの障害が発生し
た場合、この人工衛星の障害を修復すべく、修復作業用
人工衛星を修復対象人工衛星の近傍まで移動させた後、
この修復作業用人工衛星を修復対象人工衛星とドッキン
グさせてリジッドな状態にしてから、修復作業用人工衛
星側のマニピュレータを操作しその先端のハンドにより
修復対象人工衛星に対する処置を行なうことが考えられ
ている。

【０００３】このとき、修復対象人工衛星の修復を行な
う修復作業用人工衛星は、マニピュレータ先端の前記ハ
ンドに付設・固定されたハンドアイカメラ（ビデオカメ
ラ）を用いて、修復対象人工衛星の外周面に予め記入も
しくは形成された規準マーカを撮像する。この規準マー
カと前記ハンドによる処置を施すべき修復対象人工衛星
側の部分（コネクタ等）との相対位置は予め判明してい
るので、ハンドアイカメラによりその撮像画面内に規準
マーカが捕らえられると、画像処理によりその規準マー
カの画面内での位置を把握することができる。そして、
その画面内位置からマニピュレータおよびハンドの位置
が割り出され、その位置に基づいてマニピュレータおよ
びハンドの動作が制御されるようになっている。

【０００４】ところで、上述のように宇宙空間で前記規
準マーカ等を対象物としてビデオカメラで撮像して画像
計測を行なう場合、対象物に照射される光量は真っ暗な
状態から約１４万ルクスまで変化するものと考えられ
る。また、人工衛星等に搭載される機器は、人工衛星の
打ち上げ時の振動や衝撃に耐えなければならず、さらに
は、宇宙環境での熱変化にも耐えられるように設計され
なければならない。光について言えば、あらゆる波長の
光がカメラに入ることになるため、赤外線以降の波長の
光に対しては、カメラに入らないようにフィルタ等を付
した設計となっている。

【０００５】このような環境に耐えられるべく、カメラ
等の搭載機器は、複雑な機構や複雑な回路を省き、非常
にシンプルで故障の少ない設計となっている。また、電
子回路に関しても耐放射線性の部品を使用するため、そ
の品種が限られており、複雑な電子回路を組むことが困
難で電子的にも民生品のような回路を組むこと自体が困
難である。

【０００６】従って、宇宙空間で使用すべく人工衛星等
に搭載されるカメラとしては、固定絞りの白黒カメラで
電子的にシャッタースピードを切り換えるものが用いら
れている。その他の拘束条件として電力や重量の制限も
ある。なお、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device)カ
メラを用いる場合、このＣＣＤカメラでは、多数のフォ
トダイオードがそなえられており、各フォトダイオード
により、撮像対象からの光を受けその光量に応じた電荷
が蓄積される。適当な電荷蓄積時間が経過すると、フォ
トダイオードに蓄積された電荷は、クロックパルスによ
りシフトレジスタへ取り出される。そして、シフトレジ
スタにより各フォトダイオードの蓄積電荷が画像データ
として転送される。

【０００７】このとき、クロックパルスの間隔により電
荷蓄積時間が調整され、このクロックパルスの間隔がシ
ャッタースピードに対応するものとなっている。つま
り、クロックパルス間隔が長い場合（シャッタースピー
ドが遅い場合）、電荷蓄積時間が長くなり、撮像画面は
明るくなる一方、クロックパルス間隔が短い場合（シャ
ッタースピードが速い場合）、電荷蓄積時間が短くな
り、撮像画面は暗くなる。このクロックパルス間隔が長
すぎると、電荷蓄積量が多すぎて撮像画面は真っ白にな
るし、このクロックパルス間隔が短すぎると、電荷蓄積
量が少なすぎて撮像画面は真っ暗になってしまう。

【０００８】宇宙空間の人工衛星に搭載された上述のよ
うなＣＣＤカメラのシャッタースピードを調整する場
合、従来、以下のような手法が採られている。前述した
障害人工衛星の修復時について説明すると、障害人工衛
星と他人工衛星とのドッキング後、まず、ハンドアイカ
メラにより、所定距離から規準マーカを撮像画面内に捕
らえ所定のシャッタースピードで撮像する。このとき、
障害人工衛星に対する他人工衛星のドッキング位置や障
害人工衛星上の規準マーカ位置は予め判明しているの
で、ハンドアイカメラによる撮像結果を参照しなくても
規準マーカを撮像画面内に捕らえた位置までハンドアイ
カメラを移動させることは可能である。

【０００９】このようにして撮像画面内に規準マーカを
捕らえた状態でハンドアイカメラにより撮像した画像デ
ータを、地球局へテレメトリとして送られ、地球局にお
けるオペレータ等の人間が、その画像データの再生結果
を参照し、その画像データを用いた画像計測が可能か否
か（画像の明るさが適当かどうか）を判断する。再生画
像を参照した結果、その再生画像が明るすぎる場合には
シャッタースピードを速くするようなコマンドを人工衛
星へ送る一方、その再生画像が暗すぎる場合にはシャッ
タースピードを遅くするようなコマンドを人工衛星へ送
る。

【００１０】シャッタースピードを変更した場合には、
再度、人工衛星からハンドアイカメラによる画像データ
をテレメトリとして地球局へ送り、人間が、その画像デ
ータの再生結果に基づいて上述と同様の判断を行なう。
このようなテレメトリとコマンドとのやり取りを人工衛
星と地球局との間で行ない、最適な明るさの画像が得ら
れるようにシャッタースピードを調整している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のシャッタースピードの調整手法では、画像計測
を行なうに当たり、シャッタースピードを決めるべく画
像データを地球局で受け取るまでに１回当たり８〜１０
数秒を要し、さらに、シャッタースピードを実際に則し
た値に決定するまでには、数分という時間を要してい
る。低軌道の人工衛星では数分〜数十分の間隔で光量が
変化するため、シャッタースピードの決定に上述のよう
に時間を要していると、画像計測を行なう度にシャッタ
ースピードを決めなければならず、全体の作業時間に対
するシャッタースピード決定時間の割合が非常に大きく
なり、作業効率低下の要因となっている。

【００１２】ここで、シャッタースピード決定時間を具
体的な数値により説明する。例えば、コマンドの伝送遅
延時間Ｔ１を約２秒、テレメトリの伝送遅延時間Ｔ２を
約２秒とする。また、画像データの伝送速度Ｖを１．２
１６Ｍｂｐｓ、１画面の画像サイズＳを６６８×４８５
×８ビットとすると、画像伝送時間Ｔ３はＳ／Ｖ＝約２
秒となる。さらに、その他の遅延時間（地上系伝送路の
遅延時間等）Ｔ４を約２秒とする。この時、１回コマン
ドを送りそのコマンドに対する画像データをテレメトリ
として受け取るまでに、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＝約８
秒の時間を要する。

【００１３】また、受け取った画像を人間が見て明るさ
を判断するのに要する判断時間Ｔ５を３０秒とし、シャ
ッタースピードを実際に則した値に決定するまでに上述
のようなコマンドとテレメトリとのやり取りを３回繰り
返したとすると、（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５）×
３≒（８秒＋３０秒）×３＝約２分の時間を要すること
になる。

【００１４】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、ビデオカメラ搭載系のみでシャッタースピー
ドを自動的に調整可能にして伝送遅延時間を完全に省略
し、宇宙空間等の遠隔地や過酷な環境下にあるビデオカ
メラのシャッタースピードを迅速かつ正確に決定できる
ようにして、ビデオカメラによる撮像結果に基づいて行
なわれる各種作業の効率向上をはかった、ビデオカメラ
のシャッタースピード自動決定方法を提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明のビデオカメラのシャッタースピード自動決定方
法は、シャッタースピードの切換機能を有するビデオカ
メラについて、そのシャッタースピードを自動的に決定
するための方法であって、該ビデオカメラにより一定面
積の規準マーカを所定距離から適正な光量で且つ所定の
シャッタースピードで撮像した時に得られる該規準マー
カの画像の画素数を規準画素数として予め計測しておい
てから、該ビデオカメラによる画像計測を開始する際に
は、該ビデオカメラにより該規準マーカを前記所定距
離から撮像し、該ビデオカメラにより撮像された画像
の実画素数を計数し、前記実画素数と前記規準画素数
とを比較して前記実画素数が前記規準画素数に対して予
め設定された範囲内に入っているか否かを判定し、前
記実画素数が前記規準画素数に対して予め設定された範
囲内に入っていない場合には、前記実画素数と前記規準
画素数との大小関係に応じて該ビデオカメラのシャッタ
ースピードを変更し、変更後のシャッタースピードでの
該規準マーカの撮像，その撮像画像の実画素数の計数お
よび当該実画素数と前記規準画素数との比較を再度行な
う一方、前記実画素数が前記範囲内に入っている場合
には現時点でのシャッタースピードを適正シャッタース
ピードとして決定することを特徴としている。

【００１６】上述した本発明のビデオカメラのシャッタ
ースピード自動決定方法では、オペレータ等の人間が、
ビデオカメラにより撮像された画像データの再生結果を
参照して画像計測の可否を判断することなく、ビデオカ
メラの搭載系側のみで適正シャッタースピードを自動的
に決定することが可能になる。従って、ビデオカメラが
人工衛星に搭載されているような場合、地球局と人工衛
星との間の伝送遅延時間（地球局から人工衛星へのコマ
ンドの伝送遅延時間，人工衛星から地球局へのテレメト
リの伝送遅延時間，その他の地上系での伝送遅延時間
等）を省略できるとともに、人による判断時間も省略す
ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。まず、図３〜図５により、本実施
形態の方法が適用される人工衛星について説明する。本
実施形態では、例えば図３に示すような修復作業用人工
衛星（搭載系）１に、本実施形態の方法を適用してい
る。

【００１８】この人工衛星１は、地球外周軌道上を周回
している人工衛星５０（図５参照）に何らかの障害が発
生した場合に、この人工衛星５０の障害を修復するため
の機能を有するもので、その衛星構体２には、修復対象
人工衛星５０とドッキングするためのドッキングポート
３がそなえられるとともに、図２により後述する構成の
システムが内蔵されている。

【００１９】また、衛星構体２外部には、本人工衛星５
０が動作するために必要な電力を供給するための太陽電
池４ａを貼設された左右一対の太陽電池パドル４，４
と、前述した修復対象人工衛星５０に対する修復作業を
行なうためのマニピュレータ５と、地球局との間で通信
を行なうためのアンテナ７（図２参照，図３では図示省
略）とがそなえられている。

【００２０】さらに、マニピュレータ５先端のツール取
付部６に、図４に示すようなハンド１０が取り付けられ
ている。本実施形態では、このハンド１０により、図５
にて後述するようなコネクタ抜き挿し作業を修復作業と
して行なうものとする。なお、マニピュレータ５は、こ
のマニピュレータ５に内蔵された各種モータ等のマニピ
ュレータ駆動系５ａ（図２参照，図３では図示省略）に
より駆動され、先端のハンド１０を修復対象人工衛星５
０の所定位置へ移動させることができるようになってい
る。

【００２１】ハンド１０は、対象物を把持するための円
筒形状のツールで、図４に示すように、結合コネクタ１
１，ツールフィクスチャ１２，信号処理回路１３，ロッ
ク機構１４，コンプライアンス機構１５，把持機構１
６，指１７，１８，圧覚センサ１９，近接距離センサ２
０，ハンドアイカメラ２１および照明器２２を有して構
成されている。

【００２２】ここで、結合コネクタ１１は、マニピュレ
ータ５側の図示しないコネクタと接続され、ハンド１０
側からの各種信号（各種センサ１９，２０からの検出信
号やハンドアイカメラ２１による撮像データ）や衛星構
体２側からの制御信号（後述）のやり取りを行なうもの
である。ツールフィクスチャ１２は、ハンド１０を、マ
ニピュレータ５先端のツール取付部６に対して固定的に
取り付けられる部分である。

【００２３】信号処理回路１３は、衛星構体２側からの
制御信号をロック機構１４や把持機構１６へ送るほか、
後述する２つの圧覚センサ１９および３つの近接距離セ
ンサ２０からの検出信号をパラレルからシリアルに変換
して結合コネクタ１１を介して衛星構体２へ送り出す機
能を有している。このようにシリアル変換することによ
り信号線数を削減しているが、ハンドアイカメラ２１か
らの画像データについては、そのデータ量が多くハンド
１０内の信号処理回路１３では対処できないので、８ビ
ットのパラレル信号として結合コネクタ１１を介して衛
星構体２へ送り出されるようになっている。

【００２４】ロック機構１４は、衛星構体２側からの制
御信号に応じてコンプライアンス機構１５をロック状態
にするもので、コンプライアンス機構１５は、把持機構
１６（指１７，１８）による対象物の把持状態に弾性を
もたせるためのものである。例えば、図５に示すような
コネクタ５１の雄コンタクト５２を把持機構１６（指１
７，１８）により把持して抜き取る際には、ロック機構
１４によりコンプライアンス機構１５をロック状態とし
て力を雄コンタクト５２に確実に伝達させる一方、その
雄コンタクト５２を雌コンタクト５３に挿し込む際に
は、そのロック状態を解除して、コンプライアンス機構
１５の弾性により雄コンタクト５２と雌コンタクト５３
との多少の位置ずれを吸収する。

【００２５】把持機構１６は、３本の指１７，１８，１
８を駆動して、これらの３本の指１７，１８，１８によ
り対象物（雄コンタクト５２）を把持させるためのもの
である。この把持機構１６により駆動される３本の指１
７，１８，１８のうち、指１７は、矢印Ａで示す方向に
直線的に駆動されるものであり、他の２本の指１８，１
８は、矢印Ｂで示す方向に回転駆動されるもので、指１
７と指１８，１８との間に対象物が把持されるようにな
っている。

【００２６】また、各指１８には、各指１８が受ける圧
力を検出するための圧覚センサ１９が設けられており、
この圧覚センサ１９の検出結果に応じて指１８，１８に
よる把持力が調整・制御されるようになっている。近接
距離センサ２０は、ハンド１０の外周面に３個取り付け
られ（図４では１個は直接見えないハンド１０の裏面側
に取り付けられている）、対象物（修復対象人工衛星５
０の側面）との距離を検出するもので、３個の近接距離
センサ２０による検出結果が等しくなるようにハンド１
０の位置を調整・制御することにより、ハンド１０の中
心軸を対象物に対して直交させる（ハンドアイカメラ２
１を対象物に対して正対させる）ことができるようにな
っている。

【００２７】ハンドアイカメラ（ビデオカメラ）２１
は、その撮像矢視方向をハンド１０の中心軸と平行にし
て、ハンド１０の外周面に固定的に取り付けられ、作業
対象物を撮像してマニピュレータ５やハンド１０による
作業時に必要な画像データを得るためのものである。照
明器２２は、ハンドアイカメラ２１による撮像に必要な
光を、ハンドアイカメラ２１の撮像対象に照射するもの
で、特に撮像対象が日陰になった場合にこの照明器２２
による光が利用されるようになっている。

【００２８】なお、ハンドアイカメラ２１としては、固
定絞りのモノクロカメラで、電子的にシャッタースピー
ドを切り換えることのできるＣＣＤカメラが用いられ
る。ＣＣＤカメラでは、前述した通り、クロックパルス
間隔を調整することにより、フォトダイオードの電荷蓄
積時間、即ちシャッタースピードが切り換えられるよう
になっている。シャッタースピードは、例えば１６段階
の切換を行なえるようになっている。

【００２９】一方、図５に示すように、修復対象人工衛
星５０には、雄コンタクト（プラグ）５２と雌コンタク
ト（ジャック）５３とからなるコネクタ５１がそなえら
れており、本実施形態では、修復作業用人工衛星１のマ
ニピュレータ５およびハンド１０により、挿入状態にあ
る雄コンタクト５２を抜き取ってから他の雌コンタクト
５３に挿し込む作業を修復作業として行なうものとす
る。

【００３０】このとき、雄コンタクト５２の抜き取り時
のハンド１０の位置を決める際に、ハンドアイカメラ２
１により撮像されるべきパネル座標系生成用マーカ（規
準マーカ；所定直径の黒色の丸印）５４が、修復対象人
工衛星５０の側面上におけるコネクタ５１近傍に予め記
入（形成）されている。なお、修復対象人工衛星５０の
側面上には、マーカ５４以外にも、遠隔操作用ターゲッ
トマーカ５５が予め記入（形成）されているが、このマ
ーカ５５は、地球局側からハンドアイカメラ２１により
撮像された画像を見ながらマニピュレータ５およびハン
ド１０を遠隔操作する際に用いられるもので、本実施形
態の方法には直接関与するものではない。

【００３１】さて、次に、図２により本実施形態の修復
作業用人工衛星１の衛星構体２にそなえられるシステム
（制御系）の構成について説明する。図２に示すよう
に、衛星構体２内には、衛星バス系３１，姿勢制御系３
２，通信処理系３３，ドライバ回路３４，カメラコント
ロールユニット（ＣＣＵ）３５，ハンド制御回路３６お
よび搭載計算機３７がそなえられている。

【００３２】ここで、衛星バス系３１は、太陽電池４ａ
からの電力をシステム各部に供給するものであり、姿勢
制御系３２は、搭載計算機３７からの制御信号を受けて
スラスタ等による推力を衛星構体２に作用させること
で、人工衛星１の姿勢を制御するためのものである。通
信処理系３３は、アンテナ７により地球局からのコマン
ド等を受信するとともに人工衛星１側の情報（ハンドア
イカメラ２１により撮像された画像データ等）をテレメ
トリとして地球局へ送信するための通信処理を行なうも
のである。

【００３３】ドライバ回路３４は、搭載計算機３７から
の制御信号を受けてマニピュレータ駆動系５ａを駆動す
るものであり、カメラコントロールユニット（ＣＣＵ）
３５は、搭載計算機３７からの制御信号を受けてハンド
アイカメラ２１を撮像動作を制御する機能とともに、ハ
ンドアイカメラ２１により撮像された画像データを搭載
計算機３７へ転送する機能を有するものである。

【００３４】また、ハンド制御回路３６は、搭載計算機
３７からの制御信号を受けてハンド１０の動作を制御す
べくハンド１０の信号処理回路１３へ制御信号を出力す
る機能とともに、ハンド１０における各センサ１９，２
０からの検出信号を信号処理回路１３から受けて搭載計
算機３７へ転送する機能を有するものである。そして、
搭載計算機３７は、人工衛星１を統括的に管理・制御す
るためのもので、通信処理系３３を介して地球局から受
信したコマンド等に応じて、姿勢制御系３２により人工
衛星１の姿勢制御を行なったり、ドライバ回路３４およ
びハンド制御回路３６を介してマニピュレータ５および
ハンド１０の動作を制御して各種操作を行なったり、カ
メラコントロールユニット３５を介してハンドアイカメ
ラ２１の動作を制御したりするものである。

【００３５】また、搭載計算機３７は、画像メモリ３８
を有し、ハンドアイカメラ２１からの画像データに対す
る画像処理を行なう機能を有している。つまり、画像デ
ータとして、画面内の各画素毎に８ビットの階調データ
〔明るさ（輝度）の情報〕がハンドアイカメラ２１から
送られてくるが、搭載計算機３７は、各画素毎に、その
輝度情報を所定の閾値と比較することにより、白黒２値
の画像情報に変換（２値化）され、その変換結果が画像
メモリ３８に格納されるようになっている。

【００３６】特に、本実施形態の搭載計算機３７では、
ハンドアイカメラ２１のシャッタースピードを自動的に
決定するために、図１に示すような手法が採られてい
る。以下に、図１に示すフローチャート（ステップＳ１
〜Ｓ９）を参照しながら、シャッタースピードの自動決
定手順を説明する。本実施形態では、ハンドアイカメラ
２１により、一定面積の規準マーカ５４を所定距離から
適正な光量で且つ所定のシャッタースピードで撮像した
時に得られる規準マーカ５４の画像の画素数が、規準画
素数（例えば１００）として予め計測されており、その
規準画素数が、この規準画素数に対する所定範囲（±
Ｎ；例えばＮ＝１０）とともに、搭載計算機３７内に記
憶されている。

【００３７】修復作業用人工衛星１が、修復対象人工衛
星５０に対し、前述したコネクタ抜き挿し作業を修復作
業として実行する場合、修復作業用人工衛星１を修復対
象人工衛星５０の近傍まで移動させた後、この修復作業
用人工衛星１をドッキングポート３により修復対象人工
衛星５０とドッキングさせてリジッドな状態にしてか
ら、修復作業用人工衛星１側のマニピュレータ５を操作
しその先端のハンド１０により修復対象人工衛星５０に
対する修復作業を行なう。

【００３８】このとき、コネクタ５１（雄コンタクト５
２）に対するマニピュレータ５およびハンド１０の位置
を割り出すべく、マーカ５４をハンドアイカメラ２１に
より撮像して画像計測を行なうことになるが、このハン
ドアイカメラ２１による画像計測を開始する際には、ま
ず、搭載計算機３７は、規準マーカ５４を所定距離だけ
離れた正対位置から画面内に撮像できる位置に、ハンド
アイカメラ２１を移動させるようにドライバ回路３４に
制御信号を出力し、マニピュレータ駆動系５ａによりマ
ニピュレータ５を駆動する（ステップＳ１）。

【００３９】規準マーカ５４の位置は修復対象人工衛星
５０に関する情報として予め把握され搭載計算機３７に
保持されているので、ハンドアイカメラ２１を、問題な
く、規準マーカ５４を撮像できる位置に移動させること
ができる。また、３つの近接距離センサ２０により修復
対象人工衛星５０の側面に対する距離が計測されてお
り、その計測結果に基づいて、ハンドアイカメラ２１
を、規準マーカ５４（修復対象人工衛星５０の側面）か
ら所定距離（前記規準画素数を計測した際と同じ距離）
だけ離れた位置に、規準マーカ５４と正対した状態で配
置させることができる。

【００４０】上述のようにハンドアイカメラ２１を移動
させた後、搭載計算機３７は、所定のシャッタースピー
ドで規準マーカ５４を撮像するようにカメラコントロー
ルユニット３５に制御信号を出力する（ステップＳ
２）。これに応じて、ハンドアイカメラ２１により規準
マーカが所定距離から撮像され、その画像データが、カ
メラコントロールユニット３５を介して搭載計算機３７
に送られる。画像データを受けた搭載計算機３７は、前
述したように、画素毎の８ビットの階調データに基づい
て２値化処理を行ない、その結果得られた白黒の二値デ
ータを画像メモリ３８に格納する（ステップＳ３）。こ
のような２値化処理の結果得られた画像は、例えば図６
に示すようなものになる。

【００４１】そして、搭載計算機３７は、画像メモリ３
８に格納された二値データのうち、黒画素の数を実画素
数として計数する（ステップＳ４）。画像データは、前
述した通り本実施形態では８ビットの階調データとして
いるので、２５６段階の明るさの情報として与えられ
る。画面内に規準マーカ５４の画像のみが存在し適正な
シャッタースピードで撮像が行なわれると、理想的には
図７にヒストグラムで示すように、最も暗い“０”デー
タをもつ画素（黒画素）の数が規準画素数１００にな
り、その他の全画素（白画素）が最も明るい“２５５”
データをもつはずである。

【００４２】しかし、実際には、規準マーカ５４に照射
される光量や、規準マーカ５４以外のノイズ画像（図６
参照）によって、“０”〜“２５５”の明るさをもつ画
像データが、例えば図７の曲線Ａ，Ｂで示すような画素
数で分布することになる。曲線Ａは、光量が不足してい
る場合（またはシャッタースピードが速すぎる場合）の
分布を示し、この場合、実画素数は１００よりもかなり
多くなる一方、曲線Ｂは、光量が多すぎる場合（または
シャッタースピードが遅すぎる場合）の分布を示し、こ
の場合、実画素数は１００よりもかなり小さくなる。

【００４３】そこで、本実施形態において、搭載計算機
３７は、ステップＳ４で計数された実画素数と予め設定
されている規準画素数とを比較し、実画素数が規準画素
数に対して予め設定された範囲（±Ｎ；例えばＮ＝１
０）内に入っているか否かを判定する（ステップＳ
５）。その結果、実画素数が前記範囲内に入っていると
判定された場合には、現時点でのシャッタースピードを
適正シャッタースピードとして決定する（ステップＳ
６）。

【００４４】これに対し、ステップＳ５で実画素数が前
記範囲内に入っていないと判定された場合には、実画素
数と規準画素数との大小関係に応じてハンドアイカメラ
２１のシャッタースピードを変更する（ステップＳ７〜
Ｓ９）。つまり、実画素数と規準画素数とを比較し、実
画素数が規準画素数よりも大きい場合（ステップＳ７で
ＹＥＳ判定の場合）には、シャッタースピードを１段階
だけ遅く設定し直してから（ステップＳ８）、ステップ
Ｓ２に戻る。また、実画素数が規準画素数よりも小さい
場合（ステップＳ７でＮＯ判定の場合）には、シャッタ
ースピードを１段階だけ速く設定し直してから（ステッ
プＳ９）、ステップＳ２に戻る。

【００４５】このようにシャッタースピードを変更して
から、その変更後のシャッタースピードで、ステップＳ
２〜Ｓ５により、再度、規準マーカ５４の撮像，その撮
像画像の実画素数の計数および実画素数と規準画素数と
の比較を行なう。これらのステップＳ７〜Ｓ９，Ｓ２〜
Ｓ５の処理は、ステップＳ５で実画素数が前記範囲内に
入っていると判定されるまで繰り返し実行される。

【００４６】以上のようにして、最終的にステップＳ６
で適正なシャッタースピードが決定されると、そのシャ
ッタースピードで得られた撮像結果に基づいてマーカ５
４の位置を把握する。マーカ５４の位置を正確に把握す
ることで、修復作業として抜き挿し作業を行なうべきコ
ネクタ５１の位置も正確に割り出される。その位置に応
じて、搭載計算機３７は、マニピュレータ５およびハン
ド１０の動作を制御し、ハンド１０により雄コンタクト
５２を把持して抜き取る作業を実行させる。そして、抜
き取った雄コンタクト５２を、雌コンタクト５３に挿し
込む際には、ハンドアイカメラ２１により挿し込み対象
の雌コンタクト５３を直接撮像して、画像計測によりそ
の位置を正確に把握する。

【００４７】上述したように、本実施形態のシャッター
スピード自動決定方法では、オペレータ等の人間が、地
球局において、ハンドアイカメラ２１により撮像された
画像データの再生結果を参照して画像計測の可否を判断
することなく、ハンドアイカメラ２１を搭載された人工
衛星１側のみで適正シャッタースピードを自動的に決定
することが可能になる。

【００４８】従って、最初に適正シャッタースピードを
決定することを指示するコマンドを地球局から人工衛星
１へ伝送した後は、地球局と人工衛星１との間の伝送遅
延時間、つまり、地球局から人工衛星１へのコマンドの
伝送遅延時間Ｔ１，人工衛星１から地球局へのテレメト
リの伝送遅延時間Ｔ２，その他の地上系での伝送遅延時
間Ｔ３を省略できるほか、地球局での人による判断時間
Ｔ４も省略することができる。

【００４９】実際にシャッタースピードを決定するのに
要する時間は、最初に地球局から人工衛星１へコマンド
を転送するのに要する時間Ｔ１のみとはならず、搭載計
算機３７での図１に示す処理の処理時間も加わるため、
時間Ｔ１＋〔搭載計算機３７の処理時間〕となる。この
処理時間は３秒程度で、実際に則したシャッタースピー
ドを決定するのに要する実時間は５秒程度で済むことに
なる。

【００５０】このように、本実施形態のシャッタースピ
ード自動決定方法によれば、照明条件が著しく変化する
環境や初期照明条件が不確定な環境（本実施形態では宇
宙空間）において、絞りを一定にしたＣＣＤカメラ等の
ハンドアイカメラ２１を用いる場合、始めに規準マーカ
５４の画素数を計数して、適正な光量の時の画素数に一
番近い画素数となるようにシャッタースピードを順次切
り換え調整することにより、搭載系のみで自動的にシャ
ッタースピードを切り換え、シャッタースピードを迅速
かつ正確に決定することができる。これにより、ハンド
アイカメラ２１による撮像結果に基づいて行なわれる各
種作業の効率が大幅に向上することになる。

【００５１】なお、上述した実施形態では、本発明の方
法を、人工衛星５０に対する修復作業を行なう人工衛星
１に適用した場合について説明したが、本発明は、これ
に限定されるものではなく、遠隔地や過酷な環境下、例
えば原子炉内や深海底などで利用されるビデオカメラの
シャッタースピードを決定する際にも適用され、上述し
た実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のビデオカ
メラのシャッタースピード自動決定方法によれば、オペ
レータ等の人間が、ビデオカメラにより撮像された画像
データの再生結果を参照して画像計測の可否を判断する
ことなく、ビデオカメラの搭載系側のみで適正シャッタ
ースピードを自動的に決定することが可能になる。従っ
て、コマンドの伝送遅延時間，画像データの伝送遅延時
間や人による判断時間を省略できるので、宇宙空間等の
遠隔地や過酷な環境下にあるビデオカメラのシャッター
スピードを迅速かつ正確に決定でき、そのビデオカメラ
による撮像結果に基づいて行なわれる各種作業の効率を
大幅に向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としてのビデオカメラのシ
ャッタースピード自動決定方法の手順を説明するための
フローチャートである。

【図２】本実施形態の修復作業用人工衛星（搭載系）に
おけるシステム構成を機能的に示すブロック図である。

【図３】本実施形態の修復作業用人工衛星の外観を模式
的に示す斜視図である。

【図４】本実施形態の修復作業用人工衛星のマニピュレ
ータ先端に取り付けられるハンドを示す斜視図である。

【図５】本実施形態の修復対象人工衛星の側面を示す図
である。

【図６】本実施形態のパネル座標系生成用マーカ（規準
マーカ）を撮像して得られた画像例を示す図である。

【図７】本実施形態の規準マーカを撮像した場合の明る
さと画素数との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 修復作業用人工衛星（搭載系） ２ 衛星構体 ３ ドッキングポート ４ 太陽電池パドル ４ａ 太陽電池 ５ マニピュレータ ５ａ マニピュレータ駆動系 ６ ツール取付部 ７ アンテナ １０ ハンド １１ 結合コネクタ １２ ツールフィクスチャ １３ 信号処理回路 １４ ロック機構 １５ コンプライアンス機構 １６ 把持機構 １７，１８ 指 １９ 圧覚センサ ２０ 近接距離センサ ２１ ハンドアイカメラ（ビデオカメラ，ＣＣＤカメ
ラ） ２２ 照明器 ３１ 衛星バス系 ３２ 姿勢制御系 ３３ 通信処理系 ３４ ドライバ回路 ３５ カメラコントロールユニット（ＣＣＵ） ３６ ハンド制御回路 ３７ 搭載計算機 ３８ 画像メモリ ５０ 修復対象人工衛星 ５１ コネクタ ５２ 雄コンタクト（プラグ） ５３ 雌コンタクト（ジャック） ５４ パネル座標系生成用マーカ（規準マーカ） ５５ 遠隔操作用ターゲットマーカ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャッタースピードの切換機能を有する
   ビデオカメラについて、そのシャッタースピードを自動
   的に決定するための方法であって、 該ビデオカメラにより一定面積の規準マーカを所定距離
   から適正な光量で且つ所定のシャッタースピードで撮像
   した時に得られる該規準マーカの画像の画素数を規準画
   素数として予め計測しておいてから、 該ビデオカメラによる画像計測を開始する際には、 該ビデオカメラにより該規準マーカを前記所定距離から
   撮像し、 該ビデオカメラにより撮像された画像の実画素数を計数
   し、 前記実画素数と前記規準画素数とを比較して、前記実画
   素数が前記規準画素数に対して予め設定された範囲内に
   入っているか否かを判定し、 前記実画素数が前記規準画素数に対して予め設定された
   範囲内に入っていない場合には、前記実画素数と前記規
   準画素数との大小関係に応じて該ビデオカメラのシャッ
   タースピードを変更し、変更後のシャッタースピードで
   の該規準マーカの撮像，その撮像画像の実画素数の計数
   および当該実画素数と前記規準画素数との比較を再度行
   なう一方、 前記実画素数が前記範囲内に入っている場合には、現時
   点でのシャッタースピードを適正シャッタースピードと
   して決定することを特徴とする、ビデオカメラのシャッ
   タースピード自動決定方法。