JP5699720B2 - Visual axis angle control device and visual axis angle control method - Google Patents
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Description
本発明は、視軸角制御装置および視軸角制御方法に関する。 The present invention relates to a visual axis angle control device and a visual axis angle control method.
航空機や船舶に搭載するカメラ等の撮像装置において、撮像装置の取り付け部に動揺外乱が生じ、撮像装置の視軸が変化する場合がある。このような場合に、撮像装置の視軸が変化しないように、慣性座標系に対して固定する空間安定化視軸制御機構の方式の一つとして、例えばストラップダウン方式が知られている。 In an imaging device such as a camera mounted on an aircraft or a ship, a disturbance disturbance may occur in the mounting portion of the imaging device, and the visual axis of the imaging device may change. In such a case, for example, a strap-down method is known as one of the spatially stabilized visual axis control mechanisms that are fixed with respect to the inertial coordinate system so that the visual axis of the imaging apparatus does not change.
ストラップダウン方式では、カメラの視軸方向に、視軸方向を変化させられる光学系(例えば、ミラー、プリズムなど)を設置し、ジャイロを撮像装置近傍に搭載する。そして、ジャイロで検出した動揺外乱に対応する視軸のズレがキャンセルされる方向に、光学系を動かして視軸を制御する。 In the strap-down method, an optical system (for example, a mirror or a prism) that can change the visual axis direction is installed in the visual axis direction of the camera, and a gyro is mounted in the vicinity of the imaging device. Then, the visual axis is controlled by moving the optical system in a direction in which the deviation of the visual axis corresponding to the disturbance disturbance detected by the gyro is canceled.
また、ストラップダウン方式の空間安定化視軸制御機構において、ウェッジプリズムを2基組み合わせて視軸角を制御するダブルウェッジプリズム方式が知られている。ダブルウェッジプリズム方式を使用する場合には、ジャイロで検出された動揺外乱をキャンセルするように、与えられた視軸角を指向するプリズム回転角を求める。なお、ここで視軸角とは、カメラからプリズムに向かう直線に対して視軸がなす角のことをいい、プリズム回転角とは、カメラからプリズムに向かう直線の回りの回転角のことをいう。 In addition, a double wedge prism system is known that controls the visual axis angle by combining two wedge prisms in a strap-down space-stabilized visual axis control mechanism. When the double wedge prism method is used, a prism rotation angle directed to a given visual axis angle is obtained so as to cancel the disturbance disturbance detected by the gyro. Here, the visual axis angle means an angle formed by the visual axis with respect to a straight line from the camera to the prism, and the prism rotation angle means a rotation angle around a straight line from the camera to the prism. .
所望の視軸角からそれを実現するプリズム回転角を求めるには、主に以下の3通りの方法が考えられる。第一の方法は、屈折の式を繰返し数値計算を行って近似的に解く方法である。プリズム回転角から視軸角への関係は、3次元的な屈折の式、すなわち三角関数を含む非線形関係式であるスネルの法則のベクトル表現式(屈折面の法線ベクトル、入射光、射出光の方向ベクトル、相対屈折率による外積の式で表現される)が屈折の数だけあれば表現できる。所望の視軸角が得られるまでプリズム角を変化させて繰り返し演算することにより解を得る方法である。 In order to obtain the prism rotation angle for realizing it from the desired visual axis angle, the following three methods are mainly conceivable. The first method is a method of solving the equation of refraction approximately by repeatedly calculating numerical values. The relationship from the prism rotation angle to the visual axis angle is a three-dimensional refraction formula, that is, a vector expression of Snell's law, which is a nonlinear relational expression including a trigonometric function (normal vector of refraction surface, incident light, outgoing light) Can be expressed as long as the number of refractions is expressed. This is a method of obtaining a solution by repeatedly calculating by changing the prism angle until a desired visual axis angle is obtained.
また、第二の方法として、線形近似した屈折の式の逆関数を用いて求める方法である。プリズム回転角から視軸角へ変換する変換式を線形近似した後、視軸角からプリズム回転角を算出する逆関数を用いて、プリズム回転角を求める方法である。 The second method is a method using an inverse function of a linearly approximated refraction formula. This is a method of obtaining a prism rotation angle using an inverse function for calculating a prism rotation angle from a visual axis angle after linearly approximating a conversion formula for converting the prism rotation angle to the visual axis angle.
第三の方法としては、現在の視軸角を検出し、視軸角についてのフィードバックによりプリズム回転角を求める方法である。例えば、ビーム、スプリッタ、ビーム位置センサ等を用いて視軸角を検出し、視軸角についてのフィードバックによりプリズム回転角を制御する。 As a third method, the current visual axis angle is detected, and the prism rotation angle is obtained by feedback about the visual axis angle. For example, the visual axis angle is detected using a beam, a splitter, a beam position sensor, etc., and the prism rotation angle is controlled by feedback on the visual axis angle.
しかしながら、上記した従来の技術では、以下のような課題がある。
第一の方法では、屈折の数だけある3次元ベクトル式の繰り返し計算を行う必要があるため、演算時間が掛かるという問題がある。また、第一の方法、第二の方法では、視軸角の制御に影響のある各種誤差が存在する場合に、視軸角の制御を精度よく行うことができないという課題があった。つまり、従来の技術では、例えば、機械的誤差、ウェッジプリズム屈折率の誤差、ウェッジプリズム頂角の誤差、角度センサの誤差などの各種誤差が存在する場合に、これらの誤差が視軸角の制御に影響を与えるので、視軸角の制御を精度よく行うことができない。
However, the conventional techniques described above have the following problems.
In the first method, since it is necessary to repeatedly calculate a three-dimensional vector expression having the number of refractions, there is a problem that it takes a calculation time. Further, the first method and the second method have a problem that the visual axis angle cannot be accurately controlled when there are various errors that affect the visual axis angle control. In other words, in the conventional technology, for example, when there are various errors such as mechanical error, wedge prism refractive index error, wedge prism apex angle error, angle sensor error, etc., these errors control the visual axis angle. The visual axis angle cannot be accurately controlled.
第三の方法、すなわちセンサ等で視軸角を検出する方法では、視軸角を検出するためのセンサ等を装置に組み込むので、スペースなどの問題により実装が困難な場合がある。また、上記した逆関数を用いて、プリズム回転角を算出する方法では、線形近似の誤差に応じて誤差が生じており、大きな視軸角範囲の誤差も大きくなり、高精度な計算ができない。 In the third method, that is, the method of detecting the visual axis angle using a sensor or the like, since the sensor or the like for detecting the visual axis angle is incorporated in the apparatus, it may be difficult to implement due to problems such as space. In addition, in the method of calculating the prism rotation angle using the inverse function described above, an error is generated according to the error of linear approximation, the error in the large visual axis angle range is large, and high-accuracy calculation cannot be performed.
そこで、この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、視軸角の制御を精度よく行うことを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to accurately control the visual axis angle.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この装置は、撮像装置の視軸角の実測値と該視軸角の実測値に対応するウェッジプリズムのプリズム回転角の実測値とから求められた2元多項近似式を用いて、視軸角を補正する。そして、補正された視軸角に対して、近軸領域でのスネルの式を用いて、ウェッジプリズムのプリズム回転角を算出し、算出されたプリズム回転角に応じて、ウェッジプリズムを回転させる。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, this apparatus is obtained from an actual measurement value of the visual axis angle of the imaging apparatus and an actual measurement value of the prism rotation angle of the wedge prism corresponding to the actual measurement value of the visual axis angle. The visual axis angle is corrected using a binary polynomial approximation formula. Then, the prism rotation angle of the wedge prism is calculated with respect to the corrected visual axis angle using Snell's formula in the paraxial region, and the wedge prism is rotated according to the calculated prism rotation angle.
開示の装置は、視軸角の制御を精度良く行うことができるという効果を奏する。 The disclosed apparatus has an effect that the visual axis angle can be controlled with high accuracy.
以下に添付図面を参照して、この発明に係る視軸角制御装置および視軸角制御方法の実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a visual axis angle control device and a visual axis angle control method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
以下の実施例では、実施例1に係る視軸角制御装置の構成および処理の流れを順に説明し、最後に実施例1による効果を説明する。 In the following embodiments, the configuration and processing flow of the visual axis angle control device according to the first embodiment will be described in order, and finally the effects of the first embodiment will be described.
[視軸角制御装置の構成]
最初に、図1を用いて、図1に示した視軸角制御装置10の構成を説明する。実施例1に係る視軸角制御装置のハードウェア構成を示す図である。図1に示すように、視軸角制御装置10は、ダブルプリズム機構部11およびダブルプリズム制御部13を有し、撮像装置制御部30およびジャイロ40と接続される。また、図1に示すように、視軸角制御装置10は、コンピュータ14と通信可能に接続される。以下にこれらの各部の処理を説明する。
[Configuration of visual axis angle control device]
First, the configuration of the visual axis
ダブルプリズム機構部11は、プリズム回転機構11a、12a、プリズム11b、12b、モータ11c、12c、角度センサ11d、12d、モータアンプ11e、12eを有する。なお、図1では、プリズムが2つの例を示しているが、これに限定されず、プリズムが3つ以上であってもよい。
The double
プリズム回転機構11a、12aは、プリズム11b、12bを回転可能にする機構であり、プリズム11b、12bを同一回転軸上でそれぞれ回転させて、視軸を走査させる。なお、プリズム11b、12bは、色収差の補正を目的として、それぞれ複数のプリズムを含んで構成されてもよい。プリズム11b、12bは、撮像装置20の視軸上に設置された二つのウェッジプリズムであり、撮像装置20に入射する光束の向きを変化させる。ここで、図2を用いて、二つのウェッジプリズムであるプリズム11b、12bについて説明する。図2は、ダブルウェッジプリズムについて説明する図である。
The
図2に示すように、プリズム11b、12bは、光束を入射する四角形状でくさび型のウェッジプリズムである。尚、初期状態では、プリズム12bは、ウェッジプリズム11bに対して反転させた状態で配置されているものとする。また、図2において、αは、プリズム11b、12bのプリズム頂角を示し、nbは、プリズム11b、12bの屈折率を示している。また、θ1は、プリズム11bのプリズム回転角を示し、θ2は、プリズム12bのプリズム回転角を示している。なお、図2に例示するプリズム11b、12bは、プリズム回転角が「0」であるものとする。
As shown in FIG. 2, the
また、ウェッジプリズム構造では、2つのプリズム11b、12bをプリズム回転機構11a、12a(図示せず)により回転させることにより、視軸をAZ(azimuth:アジマス)、EL(elevation:エレベーション)指向とすることができる。これにより、光束をプリズム11b、12bにより所定の角度だけ傾斜させ、入射する光束を撮像装置20のほぼ中心位置に入射させることができる。図2において、ベクトルniは、平面Ai上の法線ベクトルを示している。また、図2において、ベクトルqaは、平面A1に入射する光線ベクトルであり、ベクトルqbは、平面A2に入射する光線ベクトルであり、ベクトルqcは、平面A3に入射する光線ベクトルであり、ベクトルqdは、平面A4に入射する光線ベクトルである。また、図2において、ベクトルqeは、視軸の方向ベクトルである。
In the wedge prism structure, the two
図1の説明に戻って、モータ11c、12cは、回転駆動することで、プリズム11b、12bをそれぞれ回転させる。角度センサ11d、12dは、プリズム11b、12bのプリズム回転角をそれぞれ検出する。モータアンプ11e、12eは、ダブルプリズム制御部13からの指令に基づき、モータ11c、12cに対して必要な電力を供給する。
Returning to the description of FIG. 1, the
ダブルプリズム制御部13は、ストラップダウン方式による視軸制御方式により、撮像装置20の視軸上に設置されたプリズム11b、12bの中心軸を中心とする回転角を制御することで、撮像装置20に入射する光束の向きを制御する。かかるダブルプリズム制御部13は、動揺などによる角度外乱により撮像装置20の視軸が変化しないように、プリズム11b、12bの回転を制御する。ダブルプリズム制御部13については、後に図5を用いて詳述する。
The double
撮像装置20は、所定の方向を撮像し、撮像した画像を画像データとして図示しない外部端末に出力する。撮像装置制御部30は、撮像装置20が撮像するタイミング等を制御する。ジャイロ40は、撮像装置20の近傍に設置されており、視軸角の角速度を測定し、測定した角速度をダブルプリズム制御部13に通知する。
The
ここで、図3を用いて撮像装置20とジャイロ30の配置例を示す説明する。図3は、撮像装置とジャイロの配置例ついて説明する図である。撮像装置20は、所定の方向を撮像している。ジャイロ40は、撮像装置20の近傍に設置されている。図3に示すように、ストラップダウン方式による視軸制御方式では、ジンバル等を搭載しないため、駆動機構が小さくできる。なお、図3では、プリズム11b、12b等の図示を省略している。
また、ストラップダウン方式では、撮像装置20の視軸方向に、視軸方向を変化させられるプリズム11b、12bを設置し、ジャイロ40を撮像装置近傍に搭載する。そして、ジャイロ40で検出した角速度に対応する視軸のズレがキャンセルされる方向に、プリズム11b、12bを動かして視軸を制御する。
Here, an arrangement example of the
In the strap-down method,
ここで、図4を用いて、ストラップダウン方式によるフィードフォワードでの視軸制御方式について説明する。図4は、フィードフォワードによる視軸角制御方式について説明する図である。図4に示すように、ジャイロ40で検出された撮像装置が搭載されている機体動揺角度をキャンセルする方向に視軸角を制御する。ジャイロ40が角速度を検出する場合は、検出した角速度を積分した値を視軸角の指令値として使用する。この値は、後述する視軸角指令発生器13aが発生される視軸角の指令に相当する。
Here, the visual axis control method in feed forward by the strap-down method will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining a visual axis angle control method by feedforward. As shown in FIG. 4, the visual axis angle is controlled in a direction to cancel the airframe shaking angle in which the imaging device detected by the gyro 40 is mounted. When the gyro 40 detects the angular velocity, a value obtained by integrating the detected angular velocities is used as a command value for the visual axis angle. This value corresponds to a visual axis angle command generated by a visual axis
以下、図1に戻って、説明する。図1において、コンピュータ14はパラメータの計算を行う。コンピュータ14のパラメータ計算部15は、プリズム回転角の実測値を用いて近軸領域でのスネルの式(プリズム角から視軸角への変換式)を用いた計算を行って視軸角を算出し、算出された視軸角と視軸角の実測値とから2元多項近似式のパラメータを算出する。そして、パラメータ計算部15は、2元多項近似式を用いて視軸角の実測値を補正し、補正された視軸角と視軸角の実測値とから2元多項近似式のパラメータを算出し、2元多項近似式のパラメータを2元多項近似式に設定する。なお、視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値は、事前に測定され、コンピュータ14の記憶部16に記憶されている。記憶部16は、例えばハードディスクドライブなどのほか、ROM(Read Only Memory)や、RAM(Random Access Memory)などを含む。
Hereinafter, returning to FIG. In FIG. 1, a computer 14 calculates parameters. The
ここで、視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値の測定について説明する。図6は、視軸角とプリズム回転角の実測値の測定例について説明する図である。図6に例示するように、視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値の測定については、外乱振動を低減する光学定盤50上で実施される。また、プリズム11bおよびプリズム12bは、ジンバル式2軸回転台70上に設置され、AZ軸、EL軸を中心軸として回転可能となっている。また、図6に例示するように、コリメータ60が平行光線をプリズム11bおよびプリズム12bに出射している。
Here, measurement of the actual measurement value of the visual axis angle and the actual measurement value of the prism rotation angle will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining a measurement example of actual values of the visual axis angle and the prism rotation angle. As illustrated in FIG. 6, the actual measurement value of the visual axis angle and the actual measurement value of the prism rotation angle are measured on the optical surface plate 50 that reduces disturbance vibration. The
そして、視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値の測定する際には、決定されたAZ軸、EL軸となるように、ジンバル式2軸回転台70でプリズム11bおよびプリズム12bを回転させる。そして、コリメータ60から出射された平行光線をプリズム11bおよびプリズム12bに通過させ、通過した光軸から視軸角を測定する。これにより、決定されたAZ軸およびEL軸と、測定された視軸角とを一つの組として、視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値とを測定する。このように、プリズム回転角と視軸角との関係を離散的に実測する処理を事前に行っておく。
Then, when measuring the actual measurement value of the visual axis angle and the actual measurement value of the prism rotation angle, the
このように測定された視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値の測定を用いて、パラメータ計算部15は、2元多項近似式のパラメータを算出する。ここで、図7を用いて、2元多項近似式のパラメータの算出方法について説明する。図7は、2元多項近似式のパラメータの算出手順を説明する図である。まず、図7(1)に示すように、パラメータ計算部15は、基準データとして、事前に用意された視軸角の実測値EL、AZとそれに対応するプリズム回転角の実測値θ 1 、θ 2 とを読み出す。そして、パラメータ計算部15は、図7(2)に示すように、近軸領域でのスネルの式(プリズム角から視軸角への変換式)を用いた計算を行って、基準データであるプリズム回転角の実測値θ 1 、θ 2 から視軸角EL ** 、AZ ** を算出する。近軸領域でのスネルの式(プリズム角から視軸角への変換式)は、以下の式(1)、式(2)で表される。なお、S α はsinαを意味する。
The
そして、パラメータ計算部15は、図7(3)に示すように、算出した視軸角EL ** 、AZ ** と基準データである視軸角の実測値EL、AZとから連立方程式で2元多項近似式のパラメータc1〜cn、d1〜dnを算出する。nは、2元多項式の次数に応じて適宜選択される。例えば2元5次の多項近似式の場合、nは21である。下記(3)式および(4)式は、5次の2元関数式を例示している。
Then, as shown in FIG. 7 (3), the
以下、2元5次の多項近似式の場合について説明するものとする。続いて、パラメータ計算部15は、図7(4)に示すように、近軸領域でのスネルの式(視軸角からプリズム角への変換式)で、基準データである視軸角の実測値EL、AZからプリズム角を求める。そして、パラメータ計算部15は、近軸領域でのスネルの式(プリズム角から視軸角への変換式)を用いた計算を行って、プリズム角から視軸角を求め、2元多項近似式を用いて、視軸角EL * 、AZ * を算出する。近軸領域でのスネルの式(視軸角からプリズム角への変換式)は、以下の式(5)、式(6)で表される。
Hereinafter, the case of a binary quintic polynomial approximation will be described. Subsequently, as shown in FIG. 7 (4), the
その後、パラメータ計算部15は、図7(5)に示すように、基準データである視軸角の実測値EL、AZと、算出した視軸角EL * 、AZ * とから2元多項近似式のパラメータa1〜a21、b1〜b21を算出する。下記(7)式および(8)式は、5次の2元関数式を例示している。
Thereafter, as shown in FIG. 7 (5), the
これにより、算出されたパラメータa1〜a21、b1〜b21を2元多項近似式に設定し、かかる2元多項近似式を所定の記憶部16に記憶する。
Thereby, the calculated parameters a 1 to a 21 and b 1 to b 21 are set in a binary polynomial approximate expression, and the binary polynomial approximate expression is stored in the
次に、図5を用いて、視軸角制御装置10の構成を説明する。図5は、実施例1に係る視軸角制御装置10の構成を示すブロック図である。ダブルプリズム制御部13は、視軸角指令発生器13a、視軸角プリズム角変換器13b、プリズム角制御器13c、13dを有する。
Next, the configuration of the visual axis
視軸角指令発生器13aは、指向すべき視軸角の指令(以下、視軸角指令という)を発生させ、視軸角指令を視軸角プリズム角変換器13bに通知する。例えば、ジャイロ40が検出した視軸角の角速度に対応する視軸のズレに応じて、指向すべき指令角の指令を発生させ、視軸角指令を視軸角プリズム角変換器13bに通知する。なお、ここで視軸角指令とは、指向すべき視軸角にする旨の指示とともに、指向すべき視軸角の値のことをいうものとする。
The visual axis
視軸角プリズム角変換器13bは、視軸角指令をプリズム角指令に変換する。また、視軸角プリズム角変換器13bは、設定部130、補正部131、算出部132を有する。
設定部130は、コンピュータ14の記憶部16から、撮像装置の視軸角の実測値と視軸角の実測値に対応するウェッジプリズムのプリズム回転角の実測値とから求められた2元多項近似式を読み出し、補正部131で用いる2元多項近似式として設定する。
The visual axis angle prism angle converter 13b converts the visual axis angle command into a prism angle command. The visual axis angle prism angle converter 13 b includes a
The
補正部131は、撮像装置の視軸角の実測値と視軸角の実測値に対応するウェッジプリズムのプリズム回転角の実測値とから求められた2元多項近似式を用いて、視軸角を補正する。例えば、補正部131は、2元多項近似式として、上記(7)式および(8)式を用いて、視軸角指令発生器13aによって発生された視軸角指令を補正する。つまり、プリズム回転角と視軸角との関係の非線形性や部品の製造・組立上の誤差の影響をまとめて補正するべく、上記のようにプリズム回転角と視軸角との関係を離散的に実測しておき、プリズム回転角と視軸角との関係を2元多項近似式で補間する。
The
算出部132は、補正された視軸角に対して、近軸領域でのスネルの式を用いて、ウェッジプリズムのプリズム回転角を算出する。例えば、算出部132は、近軸領域でのスネルの式(視軸角からプリズム角への変換式)として、上記の(5)式および(6)式を用いて、補正された視軸角からウェッジプリズム11b、12bのプリズム回転角を算出する。そして、算出部132は、算出したプリズム回転角だけウェッジプリズム11b、12bを回転させる指令であるプリズム角指令をプリズム角制御器13c、13dに通知する。
The
このように、視軸角制御装置10は、図8に示すように、2元多項近似式を用いて、視軸角EL、AZを補正し、補正した視軸角指令EL、AZに対して、近軸領域でのスネルの式(視軸角からプリズム角への変換式)を用いて、ウェッジプリズムのプリズム回転角θ 1 、θ 2 を算出する。図8は、指令視軸角からプリズム回転角を算出する算出手順を説明する図である。
As described above, the visual axis
つまり、図9に示すように、視軸角制御装置10は、2元多項近似式を用いて、視軸角指令を補正することで、視軸角の誤差、すなわち機械的誤差、ウェッジプリズム屈折率の誤差、ウェッジプリズム頂角の誤差、角度センサの誤差などを補正した視軸角EL、AZ(図9では、「視軸角*」と記載)を求めることができる。そして、視軸角制御装置10は、近軸領域でのスネルの式を用いて、視軸角からプリズム回転角を算出することで、視軸角の誤差を精度よく補正することができ、視軸角の制御を精度良く行うことができる。
That is, as shown in FIG. 9, the visual axis
このように、視軸角制御装置10が、視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値とから算出した2元多項近似式を用いて、視軸角指令を補正する。これにより、指向角の増大に伴って急激に増える非線形性に起因する指向角誤差や、プリズム特性や角度センサの誤差に起因する指向角誤差を補正することができる。
As described above, the visual axis
プリズム角制御器13c、13dは、算出部132によって算出されたプリズム回転角に応じて、プリズム11b、12bを回転させるように制御する。例えば、プリズム角制御器13c、13dは、視軸角プリズム角変換器13bからプリズム角指令を受信すると、算出部132によって算出されたプリズム回転角に応じて、モータアンプ11e、12eに電流指令を出力する。
The
モータアンプ11e、12eは、モータ11c、12cに対して、電流指令に基づき、必要な電力を供給する。また、モータ11c、12cは、回転軸受け等に支持されたプリズム回転機構11a、12aを回転されるトルクを供給する。プリズム11b、12bが回転すると、角度センサ11d、12dは、プリズム11b、12bの角度を検出し、フィードバック信号として、プリズム角制御器13c、13dに入力する。
The
[コンピュータによる処理]
次に、図10および図11を用いて、実施例1に係るコンピュータ14による処理を説明する。図10は、実施例1に係るコンピュータ14の2元多項近似式算出処理の処理手順を説明するフローチャートである。図11は、実施例1に係る視軸角制御装置の視軸角制御処理の処理手順を説明するフローチャートである。
[Computer processing]
Next, processing performed by the computer 14 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. 10 is a flowchart illustrating the processing procedure of the binary polynomial approximate expression calculation process of the computer 14 according to the first embodiment. FIG. 11 is a flowchart illustrating the processing procedure of the visual axis angle control process of the visual axis angle control device according to the first embodiment.
図10に示すように、コンピュータ14のパラメータ計算部15は、基準データとして、事前に用意された視軸角の実測値とそれに対応するプリズム回転角の実測値とを読み出す(ステップS101、図7(1)に対応)。例えば、パラメータ計算部15は、基準データとして、事前に測定され、記憶部に記憶された視軸角の実測値EL、AZとそれに対応するプリズム回転角の実測値θ 1 、θ 2 とを読み出す。
As shown in FIG. 10, the
そして、パラメータ計算部15は、近軸領域でのスネルの式を用いた計算を行って、基準データであるプリズム回転角の実測値から視軸角を算出する(ステップS102、図7(2)に対応)。例えば、パラメータ計算部15は、近軸領域でのスネルの式を用いた計算を行って、基準データであるプリズム回転角の実測値θ 1 、θ 2 から視軸角EL ** 、AZ ** を算出する。
Then, the
そして、パラメータ計算部15は、算出した視軸角と基準データである視軸角の実測値とから2元多項近似式のパラメータを算出する(ステップS103、図7(3)に対応)。例えば、パラメータ計算部15は、算出した視軸角EL ** 、AZ ** と基準データである視軸角の実測値EL、AZとから連立方程式で2元多項近似式のパラメータc1〜c21、d1〜d21を算出する。
Then, the
続いて、パラメータ計算部15は、2元多項近似式等を用いて、基準データの視軸角から補正後の視軸角を算出する(ステップS104、図7(4)に対応)。例えば、パラメータ計算部15は、近軸領域でのスネルの式で、基準データである視軸角の実測値EL、AZからプリズム角を求める。そして、コンピュータ14は、近軸領域でのスネルの式を用いた計算を行って、プリズム角から視軸角を求め、2元多項近似式を用いて、視軸角EL * 、AZ * を算出する。
Subsequently, the
そして、コンピュータ14は、算出した視軸角と基準データの視軸角から2元多項近似式のパラメータを算出する(ステップS105、図7(5)に対応)。例えば、パラメータ計算部15は、基準データである視軸角の実測値EL、AZと、算出した視軸角EL * 、AZ * とから2元多項近似式のパラメータa1〜a21、b1〜b21を算出する。
Then, the computer 14 calculates the parameters of the binary polynomial approximate expression from the calculated visual axis angle and the visual axis angle of the reference data (corresponding to step S105, FIG. 7 (5)). For example, the
次に、図11を用いて、視軸角制御装置10の視軸角制御処理の処理手順を説明する。図11に示すように、視軸角制御装置10の補正部131は、2元多項近似式を用いて、指令視軸角を補正する(ステップS201)。例えば、補正部131は、2元多項近似式として、上記(7)式および(8)式を用いて、視軸角指令発生器13aによって発生された視軸角指令を補正する。
Next, the processing procedure of the visual axis angle control process of the visual axis
そして、算出部132は、スネルの式を用いて、視軸角からプリズム回転角を算出する(ステップS202)。例えば、算出部132は、近軸領域でのスネルの式として、上記(3)式および下記(4)式を用いて、補正された視軸角からウェッジプリズム11b、12bのプリズム回転角を算出する。
Then, the
続いて、プリズム角制御器13c、13dは、算出されたプリズム回転角だけプリズム11b、12bを回転制御する(ステップS203)。例えば、プリズム角制御器13c、13dは、視軸角プリズム角変換器13bからプリズム角指令を受信すると、算出部132によって算出されたプリズム回転角に応じて、モータアンプ11e、12eに電流指令を出力することで、回転制御する。
Subsequently, the
[実施例1の効果]
上述してきたように、視軸角制御装置10は、撮像装置の視軸角の実測値と視軸角の実測値に対応するプリズム11b、12bのプリズム回転角の実測値とから求められた2元多項近似式を用いて、視軸角を補正する。そして、視軸角制御装置10は、補正された視軸角に対して、近軸領域でのスネルの式を用いて、ウェッジプリズムのプリズム回転角を算出する。その後、視軸角制御装置10は、算出されたプリズム回転角に応じて、プリズム11b、12bを回転させる。この結果、視軸角制御装置10は、視軸角の誤差(例えば、機械的誤差、ウェッジプリズム屈折率の誤差、ウェッジプリズム頂角の誤差、角度センサの誤差)を精度よく補正することができる。これにより、視軸角制御装置10は、視軸角の誤差を精度よく補正することができ、視軸角の制御を精度良く行うことが可能である。
[Effect of Example 1]
As described above, the visual axis
また、実施例1によれば、視軸角制御装置10は、プリズム回転角の実測値を用いて近軸領域でのスネルの式を用いた計算を行って視軸角を算出し、算出された視軸角と視軸角の実測値とから2元多項近似式のパラメータを算出する。そして、視軸角制御装置10は、算出された2元多項近似式を用いて視軸角の実測値を補正し、補正された視軸角と視軸角の実測値とから2元多項近似式のパラメータを算出し、2元多項近似式のパラメータを2元多項近似式に設定する。このため、視軸角の実測値およびプリズム回転角の実測値を用いて、視軸角の誤差(例えば、機械的誤差、ウェッジプリズム屈折率の誤差、ウェッジプリズム頂角の誤差、角度センサの誤差)を精度よく補正可能な2元多項近似式を算出することが可能である。
Further, according to the first embodiment, the visual axis
また、実施例1によれば、視軸角制御装置10は、ジャイロが検出した視軸角の角速度に対応する視軸のズレに応じて、指向すべき指令角の指令を発生させ、発生された指令角の指令に対して、2元多項近似式を用いて補正する。このため、視軸角制御装置10は、ことが可能である。
Further, according to the first embodiment, the visual axis
さて、上述した実施例以外にも、視軸角制御装置は、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では実施例2として本実施例に含まれる他の実施例を説明する。 In addition to the above-described embodiments, the visual axis angle control device may be implemented in various different forms. Therefore, another embodiment included in the present embodiment will be described below as a second embodiment.
(1)プリズム
上記の実施例1では、視軸角制御装置がウェッジプリズムを2枚有する場合を説明したが、本実施例はこれに限定されるものではなく、ウェッジプリズムが1枚であってもよいし、3枚以上あってもよい。また、ウェッジプリズムの代わりに、視軸方向を変化させられる光学系として、ミラーなどを用いてもよい。
(1) Prism In the first embodiment, the case where the visual axis angle control device has two wedge prisms has been described. However, the present embodiment is not limited to this, and there is one wedge prism. There may be three or more. Further, instead of the wedge prism, a mirror or the like may be used as an optical system that can change the visual axis direction.
(2)システム構成等
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、補正部131と算出部132を統合してもよい。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、CPUおよび当該CPUにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。例えば、実施例1に係るコンピュータ14による処理が、視軸角制御装置10の内部(視軸角プリズム角変換器13bなど)において行われてもよい。
(2) System Configuration The components of the illustrated devices are functionally conceptual and need not be physically configured as illustrated. In other words, the specific form of distribution / integration of each device is not limited to that shown in the figure, and all or a part thereof may be functionally or physically distributed or arbitrarily distributed in arbitrary units according to various loads or usage conditions. Can be integrated and configured. For example, the
(3)プログラム
なお、本実施例で説明した視軸角制御方法は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。このプログラムは、インターネットなどのネットワークを介して配布することができる。また、このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク(FD)、CD−ROM、MO、DVDなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。
(3) Program The visual axis angle control method described in the present embodiment can be realized by executing a program prepared in advance on a computer such as a personal computer or a workstation. This program can be distributed via a network such as the Internet. The program can also be executed by being recorded on a computer-readable recording medium such as a hard disk, a flexible disk (FD), a CD-ROM, an MO, and a DVD and being read from the recording medium by the computer.
10 視軸角制御装置
11 ダブルプリズム機構部
11a、12a プリズム回転機構
11b、12b プリズム
11c、12c モータ
11d、12d 角度センサ
11e、12e モータアンプ
13 ダブルプリズム制御部
13a 視軸角指令発生器
13b 視軸角プリズム角変換器
13c、13d プリズム角制御器
14 コンピュータ
15 パラメータ計算部
16 記憶部
130 設定部
131 補正部
132 算出部
20 撮像装置
30 撮像装置制御部
40 ジャイロ
50 光学定盤
60 コリメータ
70 ジンバル式2軸回転台
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記補正部によって補正された視軸角に対して、近軸領域でのスネルの式を用いて、ウェッジプリズムのプリズム回転角を算出する算出部と、
前記算出部によって算出されたプリズム回転角に応じて、ウェッジプリズムを回転させる回転制御部と、
を有することを特徴とする視軸角制御装置。 Correction for correcting the visual axis angle using a binary polynomial approximate expression obtained from the actual measured value of the visual axis angle of the imaging apparatus and the measured value of the prism rotation angle of the wedge prism corresponding to the actual measured value of the visual axis angle And
A calculation unit that calculates a prism rotation angle of the wedge prism using a Snell equation in a paraxial region with respect to the visual axis angle corrected by the correction unit;
A rotation control unit that rotates the wedge prism according to the prism rotation angle calculated by the calculation unit;
A visual axis angle control device comprising:
前記補正部は、前記視軸角発生部によって発生された指令角の指令に対して、前記2元多項近似式を用いて補正することを特徴とする請求項1または2に記載の視軸角制御装置。 A visual axis angle generating unit for generating a command of a command angle to be directed according to a shift of the visual axis corresponding to the angular velocity of the visual axis angle detected by the gyro;
The visual axis angle according to claim 1 or 2, wherein the correction unit corrects the command angle command generated by the visual axis angle generation unit using the binary polynomial approximation formula. Control device.
撮像装置の視軸角の実測値と該視軸角の実測値に対応するウェッジプリズムのプリズム回転角の実測値とから求められた2元多項近似式を用いて、視軸角を補正し、
前記補正された視軸角に対して、近軸領域でのスネルの式を用いて、ウェッジプリズムのプリズム回転角を算出し、
前記算出されたプリズム回転角に応じて、ウェッジプリズムを回転させる
ことを特徴とする視軸角制御方法。 A visual axis angle control method for controlling a visual axis angle,
Using the binary polynomial approximate expression obtained from the actual measurement value of the visual axis angle of the imaging device and the actual measurement value of the prism rotation angle of the wedge prism corresponding to the actual measurement value of the visual axis angle, the visual axis angle is corrected,
For the corrected visual axis angle, calculate the prism rotation angle of the wedge prism using Snell's formula in the paraxial region,
A visual axis angle control method, comprising: rotating a wedge prism according to the calculated prism rotation angle.
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