KR960008931B1 - 포터블 비디오 카메라용 영상 안정 장치 - Google Patents

포터블 비디오 카메라용 영상 안정 장치 Download PDF

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Abstract

내용없음.

Description

포터블 비디오 카메라용 영상 안정 장치
제1도는 포터블 비디오 카메라의 개략도.
제2도는 제1도의 카메라의 타켓 플레이트를 나타내는 확대도.
제3도는 본 발명에 따른 영상 안정기의 실시예를 나타내는 블럭도.
제4도는 영상 안정기의 또 다른 실시예를 나타내는 블럭도.
제5도는 공지된 영상 안정기의 실시예를 나타내는 도면.
본 발명은 포터블 비디오 카메라용 영상 안정 장치에 관한 것이다.
개선된 비디오 카메라의 소형화에 따라 이들 카메라는 그 무게가 점점 가벼워져서 손으로 운반할 수 있게 되었다. 따라서, 만약 선정된 대상물을 바라보고 있는 촬영자가 움직이는 일이 일어난다면 카메라의 타겟 플레이트상의 대상물의 영상이 약간 이동할 것이다. 이것은 리시버상의 영상에도 상응하는 이동을 일으킬 것이므로 스크린상의 영상을 흐리게 만들 것이다.
본 발명은 카메라 축에서의 각 변화가 카메라의 출력신호에 영향을 주지않는, 즉 리시버의 스크린에 관련한 영상위치에 결정적으로 영향을 주지않는 식으로 포터블 비디오 카메라용 영상 안정 장치를 형성함으로써 상기 문제를 극복한다.
본 발명에 따라서, 포터블 비디오 카메라용 영상을 안정화시키기 위한 장치는 다음과 같은 특징을 갖는다. 카메라의 광축에 대한 각 변화, 그리고 안정화되지 않은 경우의 카메라의 수직 편향 전류(1X)와 수평 편향 전류(1Y)에 대해 그 편향 전류들은 다음과 같은 형태;
l1x=l1x cosγ+ly sinγ
l1y=ly cosγ-lx sinγ
로 전환되며, 이 편향 전류들은 각각 카메라의 상응하는 수직 및 수평 편향 코일에 공급된다. 위 식에서 l1x는 전환된 수평 편향 전류이고, l1y는 전환된 수직 편향 전류이다.
본 발명의 다른 특징에 따라서, 상기 전환된 신호에서는 또한 대물렌즈 또는 렌즈의 축에 수직인 수직축과 수평축에 대한 회전운동이 고려될 수 있다. 본 발명의 여러가지 또 다른 특징은 첨부도면에 따른 본 발명의 예시적 실시예의 상세한 설명으로부터 좀더 명백하게 될 것이다. 이들 예시적 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되어서는 안된다는 것은 자명하다.
제1도는 본 발명의 이해를 돕기 위해 포터블 비디오 카메라와 이의 주요 구성요소를 개략적으로 나타낸 것이다.
여기서, 상기 비디오 카메라는 대물렌즈 또는 렌즈(1), 타겟 플레이트(2), 전자총(3), 그리고 x방향으로 스캐닝하기 위한 수평 편향 코일(4)과 y방향으로 스캐닝하기위한 수직 편향 코일을 포함하는데, 여기서 코일들은 편향판이 될 수도 있다.
공지된 바와 같이, 카메라의 외측에 있는 서브젝트(subject; 6)는 비디오 카메라의 타겟 플레이트(2)상에 광학적 영상을 형성하며, 이 광학적 영상은 전자총(3)에 의해 방출된 전자빔의 도움으로 카메라의 캐소드리딩 시스템(cathode reading system)에 의해 스캐닝되는데, 상기 전자빔은 수직 및 수평 자계를 갖는 편향 코일(4 및 5)에 의해 수직 및 수평방향으로 편향된다.
제2도는 카메라의 광축(OZ)에 대해 회전을 겪는 타겟 플레이트(2)를 파선으로 나타낸다. 여기서, 타겟 플레이트상의 영상위치의 이동에 대한 보상을 얻기 위해, 즉 그의 안정화를 위해 상기 타겟 영역은 대물렌즈 또는 렌즈(1)에 의해 상기 타겟에 투영되는 광학적 영상의 영역보다 더 클 필요가 있다는 것에 특히 주의를 해야 한다.
카메라의 타겟 플레이트(2)의 위치는 x,y 및 z축 시스템을 이용하여 카르테시안(cartesian)좌표로 나타낼 수 있다.
먼저, 시간 0과 시간 t 사이에서는 그의 광축(oz)에 대해 각의 변화를 경험한다고 가정하자.
상기 타겟 플레이트(2)상에서 광학적 영상(7)의 포인트는 시간 0에서 x0, y0, z로 정의된다. 이 포인트가 광축(oz)에 대해 각 γ만큼 회전하는 경우, 이때 포인트는 xt, yt, z(z는 불변)로 정의된다. 상기 각 변화(γ)는 카메라의 출력에 전혀 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 즉, 리시버상의 스크린에 관련한 영상의 위치에 결정적으로 영향을 미치지 않도록 하기 위해 상기 각 변화가 보상되어야 하며, 또한 카메라의 캐소드 리딩 시스템은 동일한 각(γ)에 대해 회전하도록 만들어져야만 한다.
lx 및 ly는 편향 코일(4 및 5)의 수직 자계 및 수평 자계가 창출될 수 있도록 하는 전류를 나타낸다 : 카메라에 각 변화가 없을 경우에, lx, ly는 본 발명에 따른 영상 안전 장치가 없는 카메랑용의 x 및 y스캐닝 편향 전류이다.
상술한 소정의 보상을 실행하기 위해, 전환된 신호(l1x 및 l1y)는 각각 코일(4 및 5)을 통해 보내져야만 하며, 이 신호의 값은 다음과 같다 :
l1x=l1x cosγ+ly sinγ
l1y=ly cosγ-lx sinγ
신호 lx 및 ly는 카메라에 의해 발생되고, 그리고 신호 sinγ 및 cosγ는 카메라의 구성적으로 연결되는 레이트 자이로스코프와 결합된 사인 및 코사인 컨버터에 의해 발생되며, 대물렌즈의 축에 대한 카메라의 각 속도의 크기를 제공하는 식으로 배열된다. 따라서 전체 장치는 탄성적으로 지시된 카메라에 대하여 진동 또는 요동 제동 장치(damper)로 작용한다.
제3도는 상기 장치의 블럭도를 나타내는 것으로서, 대물렌즈의 축에 대한 카메라의 각 속도의 크기를 제공하는 식으로 배열되며, 제1도의 카메라에 구성적으로 연결되는 레이트 자이로스코프(10)를 나타내고 있다. 이 자이로스코프(10)는 출력에서 각 속도를 빠른 움직임에 대한 각으로 전환하기 위해 영으로의 느린 복귀를 제공하는 적분기(11)에 연결된다. 이 적분기는 사인 및 코사인 함수의 컨버터(12)에 연결되고, 이 컨버터(12)는 차례로 선형 함수 컨버터회로(13)에 연결된다.
따라서, 컨버터(12)는 그 출력에서 빠른 각 변화에 대하여 카메라의 앞서의 위치와 관련한 카메라의 경사각의 사인 및 코사인에 비례하는 sinγ 및 cosγ값을 공급하고, 그리고 각 속도가 감소할 경우 점진적으로 감소된 이들 함수의 일부를 공급한다. 상술한 사인 및 코사인 컨버터는 각각 상기 함수에 상응하며, 제1의 근사값중 1차(선형)항만을 사용해도 되는 다항식 또는 면 급수(테일러)를 얻기 위해서 자이로스코프 장치에 의해 측정된 값에 작용하는 컨버터로 대체될 수 있다. 좀더 정밀할 필요가 있을 경우에는 고차 다항식이 사용될 수 있다.
선형 함수회로(13)는 신호 lx 및 ly를 공급하는 카메라 회로의 출력에 연결된다. 이 카메라 회로는 부호(14)로 도시되어 있다. 이 선형 함수회로(13)는 상기 전환된 신호 lx 및 ly이 얻어질 수 있도록 신호의 곱셈 및 덧셈을 실행하기에 적당한 숭산기 및 가산기 회로를 구성한다. 이런 방법으로 lx 및 ly에 관련하여 한쪽의 카메라에 의해 발생된 신호, 그리고 γ에 관련하여 다른쪽의 레이트 자이로스코프, 적분기 및 컨버터에 의해 발생된 신호의 곱셈 및 덧셈은 공지된 형태의 아날로그 및 수치회로에 의해 실시간으로 매우 용이하게 실행된다. 위에서 가정한 것은 카메라가 대물렌즈의 광축 oz에 대해 각도적으로 이동된다는 것이다.
이제 카메라가 카메라의 광축에 수직인 축에 관해, 예를 들어 수평면에 있는 제2도의 축 x에 관해 배치되어 있다고 한자.
축 x에 대한 어떤 회전운동 α는 각 α(작은 α)에 비례하는 방향 y에서 광학적 영상(7)의 이동으로 바뀐다. 광학적 영상(7)의 빠른 이동이 리시버에서의 전자적 영상의 상응하는 이동으로 바뀌는 것을 방지하기 위해서는 α에 비례하는 직류 전류가 수직 스캐닝 전류 ly에 부가되어야만 한다. 따라서, 한 포인트에 상응하는 음극선은 상술한 회전운동과 무관하게 상기 포인트와 일치하도록 만들어진다.
따라서, 전환된 신호는 다음 값을 나타낸다 :
liy=ly+K1α
적분후 제2도의 y축에 대한 각 변화 β를 얻을 수 있는 레이트 자이로스코프에 대한 동일한 유도치는 전환된 신호가 다음과 같다는 것을 나타낸다.
lix=lx+K2β
상기 전환된 신호의 이용은 일반적으로 불필요하다. 왜냐하면, 카메라가 움직여줌으로써 받는 충격이 각 β에 비례하는 x방향에 있는 영상을 이동시키는 y축에 대하여 움직임에 의해 좀처럼 감소되지 않기 때문이다.
제4도는 상술한 것들을 이용한 카메라의 임의 각 변화에 대한 전체 안정 장치를 나타낸다.
카메라의 어떤 각 변화는 각 α, β 및 γ에 의해 극좌표로 정의되고, 따라서 상기 장치는 제2도의 레이트 자이로스코프(10)와 유사한 3개의 레이트 자이로스코프(10a, 10b 및 10c)를 포함하게 되는데, 상기 레이트 자이로스코프(10a,10b 및 10c)는 각각의 각 변화 γ, α 및 β에 상응하는 정보를 공급하기 위해 제공된다.
카메라가 각각 광축 oz에 수직인 수평 및 수직축에 대해 선회하는 각과 곱해지는 계수 K1 및 K2는 대물렌즈가 타겟 플레이트의 감광성 표면에 서브젝트의 영상이 초점에 맞추어지는 거리에 의존하는데, 이것은 타겟면에서 광학적 영상의 이동이 결정되기 때문이다. 만약 대물렌즈의 초점거리를 변화시킬 수 있는 줌렌즈가 사용된다면, 상기 계수 K1 및 K2는 이의 함수로서 변화할 수 있게 된다. 이를 얻기 위해 제1도에 도시한 바와 같이 광축에 관해 회전함으로써 제어되는 줌렌즈는 줌렌즈의 조정으로 변화될 수 있는 전압을 유도하기 위해 저항로가 DC 전력원의 단자 사이에 연결되는 전위차계의 와이퍼(wiper)축에(기어 또는 벨트 및 풀리에 의해) 기계적으로 결합된다. 만약 줌렌즈의 포커싱에서의 변화가 줌렌즈의 제어장치의 회전각으로 인해 비선형이라면, 전위차계의 저항은 이 비선형 함수를 따르도록 만들어질 수 있다. 또한 연산 증폭기의 각각의 이득(gain)을 변화시키기 위해, 2개의 다른 자이로스코프 장치(종속 접속된 자이로스코프와 적분기)에 의해 주어진 신호를 각각 증폭하는 2개의 연산 증폭기의 피이드 백 통로에 가감 저항기의 방식으로 연결된 2개의 전위차계를 연결하는 것도 가능하다.
여러가지 레이트 자이로스코프(10a,10b 및 10c)는 적분기(11a,11b 및 11c)에 연결되고, 이 적분기(11a,11b 및 11c)는 차례로 컨버터(12a,12b, 및 12c)에 연결된다. 컨버터(12a)는 사인 및 코사인 함수 컨버터(12a,12b 및 12c)이고, 한편 컨버터(12b 및 12c)는 각각 상응하는 자이로스코프에 의해 검출된 각 변화에 비례하는 직류 전류(K1α 및 K2α)를 공급한다. 제3도의 회로(14)와 동일한 회로(14')로부터 신호(lx 및 ly)를 수신하는 선형 함수회로(13')는 컨버터(12a,12b 및 12c)의 출력에 연결된다. 따라서, 상기 선형 함수회로(13')는 그 출력에서 상기에서 정의된 lx, ly, sinγ, cosγ, γ 및 β의 선형 함수인 신호를 공급한다. 이 신호는 제1도의 편향 코일(4 및 5)에 공급되며, 다음과 같이 표시될 수 있다.
12x=1x cosγ+ly sinγ+K2β
12y=ly cosγ-lx sinγ+K1α
코일에 의한 편향이 정적 편향으로 교체될 경우에, 동일한 유도가 편향판에 가해지는 전압에서 상술한 선형작을 행하도록 하기 위해 당연히 응용되어야만 한다.
상술한 내용에 있어서의 대물렌즈(1) 및 카메라의 타겟 플레이트(2)에 의해 공급되는 영상(7)의 크기는 전환된 신호의 상기 값이 타겟 플레이트의 경계치내에 유지되도록 해야 하는 것에 주의해야 한다.
게다가, 카메라에 위치되는 스위치는 안정 장치가 사용되고 있을 때를 제외하고는 그 안정 장치가 적용하는 것을 방지할 수 있어야 한다.
만약 카메라가 제5도에 도시한 CCD(charge-coupled divice) 고체 화상 센서를 사용한다면, 스캐닝은 디지탈 컴퓨터 또는 마이크로프로세서를 사용하여 매트릭스 형태로 실행된다. 상기 스캐닝된 영상 필드 또는 상기 스캐닝의 시작 포인트의 선형 수직 및 수평 편향은 판독 포인트의 어드레스에서 비교적 단순한 동작이다. 그러나, 라인을 얻기 위해 CCD 요소의 다수열이 연속적으로 판독되어야 하기 때문에 카메라의 광축에 대한 영상의 회전은 좀더 복잡한 동작이 된다. 사실상, 회전각(γ)의 값에 의존해서 n번째열의 어떤 일정한 수의 연속적인 요소가 판독되어야 하고, 그 다음(n+1)번째의 동일한 수의 요소가 판독되어야 하는 바, 이것은 각 라인의 끝까지 계속된다. 그후,(만약 상기 스캐닝이 비월주사되면) 후속하는 (n+1)번째 또는 (n+2)번째 행은 한열 한열 지나감에 의해 상술한 것과 동일한 방법으로 판독된다. 만약 회전이 반대방향이라면, n번째 행의 요소들은 (n-1)번째, 그 다음 (n-2)번째 등으로 이어진다. 적당한 알고리즘은 상기 판독의 어드레스에 바람직한 시프트를 실행하기 위해 마이크로프로세서와 결합된 판독 전용 메모리에 상응할 것이다.
본 내용은 1987년 1월 11일 출원한 프랑스 특허출원 제87/00720호에 기술되어 있는 기본 내용에 관계되며, 그 전반적인 내용이 본 명세서에 참고로 삽입되었다.
상기 레이트 자이로스코프는 레이트 자이로라고도 하며, 카메라의 광축에 대한 카메라의 회전각 속도에 비례하는 신호를 발생시킨다(레이즈 자이로는 대상물에 관련하여 고정된 위치에 유지되며, 드로우 스프링(draw spring)에 의해 장착되는 짐벌(gimbal)을 가지며, 그 움직임이 제한되는 자이로스코프이다). 상기 신호는 회전각에 비례하는 출력신호를 제공하도록 느린 방전속도(영으로 복귀)를 갖는 적분기에서 적분된다. 카메라의 각 이동에 비례하는 전압을 제공하기 위해 어떤 다른 타입의 수단(변환기)이 사용될 수도 있다. 본 발명의 실험 모델에 있어서, 비행기 모형으로 된 자이로스코프가 성공적으로 응용되었다.
본 발명의 상기 설명은 다양한 수정, 변경 및 응용이 가능하고, 또한 종속항에 상당하는 의미 및 범위내에서 이루어질 것이라는 것을 이해하여야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 광축 z를 가지며, 상기 광축 z에 수직인 x 및 y방향으로 연장된 평면에 영상을 투영하기 위한 렌즈 수단과; x 및 y방향 스캐닝 신호에 응답하여 x 및 y축을 따라 상기 영상을 분석하기 위한 광 감지 수단과; 상기 x 및 y방향 스캐닝 신호를 공급하기 위한 전기적 수단과; 상기 x 및 y방향 스캐닝 신호를 제어하기 위하여 상기 전기적 수단에 신호값을 공급하기 위한 최소한 하나의 측정 수단 및; 상기 자이로메트릭 수단으로부터 나온 상기 출력값에 응답하여 상기 각 속도로부터 회전각의 값을 유도하고 상기 x 및 y스캐닝 신호를 제어하기 위하여 상기 전기적 수단에 상기 회전각의 값을 공급하기 위한 적분기 수단을 포함하며, 상기 최소한 하나의 측정 수단은 상기 x,y 및 z축 중의 하나에 관하여 카메라 본체의 각 속도를 감지하고 대응하는 출력값을 생산하기 위하여 자이로메트릭 수단을 구비하고, 또한 상기 적분기 수단은 상기 카메라 본체의 신속한 이동을 위하여 상기 각 속도값의 적분된 출력값을 공급하고 상기 각 속도값이 낮을때 그 출력값을 0으로 천천히 자동 복귀하게 되는 것을 특징으로 하는 포터블 비디오 카메라용 영상 안정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측정 수단은 상기 카메라의 광축(z)에 관하여 각 변화에 γ에 응답하고; 상기 전기적 수단은 안정화의 부재시에 해당 카메라의 수평 및 수직 편향 수단에 x 및 y 스캐닝 신호 lx 및 ly를 각각 공급하고; 또한 상기 전기적 수단은 상기 적분기 수단으로부터 나온 상기 출력값에 응답하여 x 및 y 스캐닝 신호 l1x 및 l1y를 각각 공급하며, 여기서
    l1x=l1x cosγ+ly sinγ 이고,
    l1y=ly cosγ-lx sinγ
    인 것을 특징으로 하는 포터블 비디오 카메라용 영상 안정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 측정 수단은 수평의 상기 x축에 관하여 각 변화에 α에 응답하고; 상기 전기적 수단은 안정화의 부재시에 카메라의 수직 편향 수단에 y 스캐닝 신호 ly를 정상적으로 공급하고; 상기 전기적 수단은 상기 적분기 수단으로부터 나온 상기 전압값에 응답하여 y 스캐닝 신호 liy를 제공하며, 여기서 liy=ly+K1α이고, K1은 상기 렌즈 수단의 초점 길이에 의존하는 계수인 것을 특징으로 하는 포터블 비디오용 영상 안정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 측정 수단은 수직인 상기 y축에 관하여 각 변화 β에 응답하고; 상기 전기적 측정 수단은 안정화 부재시에 카메라의 수평 편향 수단에 상기 x 스캐닝 신호 lx를 정상적으로 제공하고; 상기 전기적 수단은 x 스캐닝 신호 lix를 제공하기 위하여 상기 적분기 수단의 상기 출력값에 응답하며, 여기서 lix=lx+K2β이고, K2는 상기 렌즈 수단의 초점 길이에 의존하는 계수인 것을 특징으로 하는 포터블 비디오 카메라용 영상 안정 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 측정 수단은 추가로 수평의 상기 x축에 관하여 각 변화 α에 응답하고 수직의 상기 y축에 관하여 각 변화 β에 응답하며, 그리고 나서 카메라의 임의의 각 변화에 응답하고; 상기 전기적 수단은 x 및 y 스캐닝 신호 12x 및 12y 신호를 각각 제공하기 위하여 상기 적분기 수단으로부터 나온 상기 출력값에 응답하고, 여기서
    12x=lx cosγ+ly sinγ+K2β=l1x+2Kβ
    12y=ly cosγ-lx sinγ+K1α=l1y+2Kα
    이고, K1α 및 K2β는 상기 렌즈 수단의 초점 길이에 의존하는 계수인 것을 특징으로 하는 포터블 비디오 카메라용 영상 안정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 x, y 및 z축의 각각에 대하여 상기 적분기 수단의 각각에 연결된 상기 자이로메트릭 수단을 각각 구비하는 상기 측정 수단을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 포터블 비디오 카메라용 영상 안정 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 자이로메트릭 수단은 레이트 자이로스코프인 것을 특징으로 하는 포터블 비디오 카메라용 영상 안정 장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 자이로메트릭 수단은 레이트 자이로스코프이며, 상기 전기적 수단은 상기 적분기 수단으로부터 나온 상기 출력값을 사인 및 코사인값 각각으로 변환시키기 위한 컨버터 수단과, 상기 신호 l1x 및 l1y를 제공하기 위하여 상기 사인 및 코사인 값을 상기 신호 lx 및 ly에 결합시키기 위한 선형 함수회로 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 포터블 비디오 카메라용 영상 안정 장치.
KR1019880701147A 1987-01-22 1988-01-22 포터블 비디오 카메라용 영상 안정 장치 KR960008931B1 (ko)

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