(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行体に搭載したカメラにより該カメラのシャッタ開放中の撮影位置の前進方向ずれを相殺して地上を撮影するに際し、
前記カメラを支持するカメラ架台を飛行体上で水平に保持される空間安定化装置上に装着するとともに、
カメラのシャッタ開放タイミングに同期させて前記カメラ架台を空間安定化装置上で撮影コース方向に直交する水平軸周りに後方視方向に回転駆動する航空写真撮影方法。
【請求項２】
前記カメラ架台は、中間位置が飛行体直下を向く回転開始位置と回転終了位置との間で駆動される請求項１記載の航空写真撮影方法。
【請求項３】
カメラ架台を備えたカメラ支持装置と、
カメラ架台に固定されるカメラとを有し、
飛行体に搭載されて前記カメラのシャッタ開放中の撮影位置の前進方向ずれを相殺してなり、
前記飛行体に搭載されて該飛行体上で少なくともマウント部の水平姿勢が保持される空間安定化装置を有し、
前記カメラ支持装置は、前記マウント部に装着されて飛行体上で水平に保持されるとともに、マウント部上で前記カメラ架台をシャッタ開放タイミングに同期させて撮影コース方向に直交する水平軸周りに後方視方向に回転駆動する航空写真撮影装置。
【請求項４】
前記空間安定化装置は、マウント部の水平姿勢に加えて偏流角の調整機能を有する請求項３記載の航空写真撮影装置。
【請求項５】
所定の回転軸周りに往復回転駆動されるカメラ架台と、
前記カメラ架台の回転角度、および回転速度を制御する架台回転制御部と、
を有し、
かつ、飛行体に搭載される空間安定化装置に装着可能で、該空間安定化装置により飛行体上で水平に保持されるベースを有し、
前記カメラ架台は、前記ベースに軸支されて飛行体上で前記回転軸を水平面に属する位置に保持され、
前記架台回転制御部は、飛行体上での水平な回転軸周りでのカメラ架台の回転角度、および回転速度をカメラの前進ぶれが解消される値に制御する航空写真撮影用カメラ支持装置。
【請求項６】
前記架台回転制御部は、シャッタ速度、およびフライトマネージメントシステムから出力される飛行体の飛行高度、飛行速度からカメラ架台の回転角、および回転速度を演算する請求項５記載の航空写真撮影用カメラ支持装置。
【請求項７】
前記架台回転制御部は、シャッタ速度と飛行体の飛行高度とから演算されたカメラ架台の回転角の半分に相当する角度で前方視方向に回転させた回転開始位置に保持し、
シャッタ開放信号の受領に同期させて初期位置から回転駆動する請求項５または６記載の航空写真撮影用カメラ支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空写真撮影方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
航空機により地上を撮影する場合、シャッタ開放時間中の航空機の移動に伴うぶれ（前進ぶれ）が発生するために、航空写真撮影に際しては、前進ぶれの発生を考慮した撮影方法が要求される。
【０００３】
一般に、前進ぶれの防止には、前進ぶれ補正機構（Forward Motion Compensation:ＦＭＣ）が使用され、特許文献１には、ＴＤＩ（Time Delayed Integration）の使用が記載されている。
【０００４】
アロングトラックＴＤＩ（Along-Track TDI）を例にとると、スキャニングは、飛行方向に対して直交するＣＣＤセンサの一次元ベクトルを焦点面に複数並列に並べたカメラを使用して行われ、撮影によりＣＣＤ配列の一列目とこれ以降の列とにより同じ帯状領域が撮影される。ＴＤＩによる前進ぶれ補正は、個別に計測された各列の対応する複数の画素を加算した後、平均化して行われる。
【０００５】
しかし、かかるＴＤＩによる前進ぶれ補正は、ＣＣＤセンサからの出力に対するビット演算を前提とするために、例えば、アナログカメラでの撮影には使用できない上に、複雑な制御プログラムの使用を要するために、システムの肥大化につながるという欠点がある。
【０００６】
また、アナログカメラでの撮影にも対応したＦＭＣとしては、特許文献２に記載のものが提案されている。この従来例において、ＦＭＣは、弾性体を介して取付部材に支持される枠体と、枠体に対して回動自在なロールジンバル軸に連結されるロール枠と、ロール枠に対して回動自在なピッチジンバル軸に連結されるピッチ枠とを有し、カメラはピッチ枠に固定されるピッチ台に取り付けられる。
【０００７】
カメラのシャッタが開放されると、ピッチジンバル軸が回転駆動されてカメラを後方視方向に回転させ、カメラの撮影範囲の前方へのぶれが解消される。
【０００８】
しかし、この従来例においては、枠体上にロール枠、およびピッチ枠により２軸の空間安定化装置を構築したのと同様であり、構造が複雑になる上に、シャッタ開放によるピッチジンバル軸への駆動は、シャッタ開放期間、および当該期間における機体のピッチングに対する吸収要素と、前進ずれの吸収要素等を考慮する必要があり、複雑な制御を要するという欠点もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００８-５０９８４５号公報
【特許文献２】特開２００７-２０８３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、構造が簡単で、かつ、効果的に前進ぶれを防止することのできる航空写真撮影方法の提供を目的とする。また、本発明の他の目的は、上記方法に使用可能な航空写真撮影装置、および航空写真撮影用カメラ支持装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば上記目的は、
飛行体１に搭載したカメラ２により該カメラ２のシャッタ開放中の撮影位置の前進方向ずれを相殺して地上を撮影するに際し、
前記カメラ２を支持するカメラ架台４を飛行体１上で水平に保持される空間安定化装置３上に装着するとともに、
カメラ２のシャッタ開放タイミングに同期させて前記カメラ架台４を空間安定化装置３上で撮影コース方向に直交する水平軸周りに後方視方向に回転駆動する航空写真撮影方法を提供することにより達成される。
【００１２】
本発明において、カメラ２が装着されるカメラ架台４は空間安定化装置３上に保持され、少なくとも、撮影時の飛行体１のピッチング、ローリングが吸収されて水平状態の保持が保証される。空間安定化装置３には、例えば、ジャイロ・カメラマウント（gyro stabilized camera mount）等周知のものが使用でき、所望により偏流角の調整機能を持たせることもできる。
【００１３】
カメラ架台４は、空間安定化装置３に装着した状態において、撮影コースに直交する水平軸周りに回転自在であり、カメラ２のシャッタ開放のタイミングに同期させて後方視方向に向けて回転駆動される。
【００１４】
したがって、本発明において、カメラ架台４の回転によって、カメラ２による撮影範囲は後方に移動し、飛行体１の前進移動に伴なう前進ぶれが解消されるために、明瞭な画像を得ることができる。
【００１５】
また、前進ぶれの解消に際し、ＣＣＤセンサからの出力に対するビット演算を前提としないために、アナログカメラ２、あるいはＴＤＩ機能を有しないデジタルカメラ２、イメージセンサ等を使用することが可能になり、汎用性が向上する。
【００１６】
加えて、航空写真の撮影に際して通常使用される空間安定化装置３をそのまま利用することができるために、融通性が高い上に、カメラ架台４と空間安定化装置３とは各々独立に制御されるために、制御系の構成を簡単にすることができ、装置の低価格化を実現できる。
【００１７】
前進ぶれの防止のためにカメラ架台４を後方視方向に回転させるに際し、回転開始位置と回転終了位置との中間位置が直下位置となるように、回転開始位置を前方視方向に傾けておくと、回転開始位置、および回転終了位置における直下位置からの振れ角を最小にすることができるために、直下視画像により近似した画像を取得することが可能になる。  
【００１８】
上記の方法の実施には、
カメラ架台４を備えたカメラ支持装置６と、
カメラ架台４に固定されるカメラ２とを有し、
飛行体１に搭載されて前記カメラ２のシャッタ開放中の撮影位置の前進方向ずれを相殺してなり、
前記飛行体１に搭載されて該飛行体１上で少なくともマウント部５の水平姿勢が保持される空間安定化装置３を有し、
前記カメラ支持装置６は、前記マウント部５に装着されて飛行体１上で水平に保持されるとともに、マウント部５上で前記カメラ架台４をシャッタ開放タイミングに同期させて撮影コース方向に直交する水平軸周りに後方視方向に回転駆動する航空写真撮影装置Ａを使用できる。
【００１９】
また、上記カメラ支持装置６は、
所定の回転軸周りに往復回転駆動されるカメラ架台４と、
前記カメラ架台４の回転角度、および回転速度を制御する架台回転制御部８と、
を有し、
かつ、飛行体１に搭載される空間安定化装置３に装着可能で、該空間安定化装置３により飛行体１上で水平に保持されるベース７を有し、
前記カメラ架台４は、前記ベース７に軸支されて飛行体１上で前記回転軸を水平面に属する位置に保持され、
前記架台回転制御部８は、飛行体１上での水平な回転軸周りでのカメラ架台４の回転角度、および回転速度をカメラ２の前進ぶれが解消される値に制御して構成することができる。
【００２０】
カメラ支持装置６は、空間安定化装置３のマウント部５への取付部となるベース７にカメラ架台４を回転自在に連結して形成され、カメラ架台４の回転軸は、空間安定化装置３に装着した状態、すなわち、空間安定化装置３への位置決め部に対して水平に配置される。
【００２１】
カメラ架台４は適宜の駆動源により往復回転駆動され、往路での回転により前進ぶれの解消動作が行われ、復路の回転により回転開始位置に復帰する。カメラ 架台４の駆動部１２は、回転速度の制御が必要な往路の駆動のみをステッピングモータ、またはＤＣモータにより行い、復路の駆動を往路の駆動時に撓ませたス プリング１１の弾性復元力を利用して行うように構成することも、あるいは、往復路の駆動をモータ１０により行うように構成することもできる。前者の場合、 モータ１０により駆動される減速ギア列の最終段出力ギアをカメラ架台４の回転軸に連結して駆動部１２を構成することができ、後者の駆動部１２は、例えば、 スプリング１１により回転開始位置側に付勢されたカメラ架台４の回転軸に可逆回転可能なギア列を連結し、往路時においては、モータ１０を制御することによ りカメラ架台４の回転角、回転速度の自由度を確保し、モータ１０への給電の停止によるスプリング１１の復元力により復路駆動を行うことにより実現できる。 スプリング１１を使用した復路駆動に際しては、回転開始位置に適宜の衝撃緩衝手段１３を設けるのが望ましい。
なお、本発明によれば、
飛行体１に搭載したカメラ２により地上を撮影するに際し、
前記カメラ２を少なくとも撮影姿勢を水平に保持する空間安定化装置３上に装着したカメラ架台４に支持するとともに、
カメラ２のシャッタ開放タイミングに同期させて前記カメラ架台４を撮影コース方向に直交する水平軸周りに後方視方向に回転駆動し、
シャッタ開放中の撮影位置の前進方向ずれを相殺する航空写真撮影方法や、
飛行体１に搭載され、少なくともマウント部５の水平姿勢が保持される空間安定化装置３と、
空間安定化装置３に装着され、装着状態において撮影コース方向に直交する水平軸周りに回転自在なカメラ架台４を備えたカメラ支持装置６と、
カメラ架台４に固定されるカメラ２とを有し、
前記カメラ２のシャッタ開放タイミングに同期させて前記カメラ架台４を水平軸周りに後方視方向に回転駆動してシャッタ開放中の撮影位置の前進方向ずれを相殺する航空写真撮影装置Ａ、あるいは、
飛行体１に搭載された空間安定化装置３に装着可能なベース７と、
ベース７に軸支され、空間安定化装置３により維持される水平面に属する回転軸周りに往復回転駆動されるカメラ架台４と、
前記カメラ架台４の回転角度、および回転速度をカメラ２の前進ぶれが解消される値に制御する架台回転制御部８と、
を有する航空写真撮影用カメラ支持装置を提供することも可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、簡単な構造で、効果的に前進ぶれを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の動作を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の動作原理を示す説明図である。
【図３】カメラ支持装置を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の３Ｂ方向矢視図、（ｃ）は（ａ）の３Ｃ-３Ｃ断面図である。
【図４】航空写真撮影装置を示す図で、（ａ）は組立状態を示す図、（ｂ）は回転開始位置に達した状態を示す図、（ｃ）は回転終了位置に達した状態を示す図である。
【図５】図３の変形例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の５Ｂ方向矢視図、（ｃ）は（ａ）の５Ｃ-５Ｃ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に航空写真撮影装置を示す。この実施の形態において、撮影装置Ａは、空間安定化装置３と、架台回転制御部８を備えたカメラ支持装置６と、カメラ支持装置６に装着されるカメラ２とから構成される。また、航空機（飛行体１）には、ＧＰＳ１４、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）１５等から取得した自機の位置、飛行姿勢、飛行速度情報等と、撮影計画経路とを比較しながら飛行経路、撮影位置等を管理するためのフライトマネージメントシステム９が搭載される。
【００２５】
上記空間安定化装置３にはジャイロ・カメラマウントが使用される。図４に一例を示すように、ジャイロ・カメラマウントは、ベースプレート３ａと、ベースプレート３ａに対して直交３軸周りの回転自由度をもって連結されるメインボディー３ｂとを有し、メインボディー３ｂに、図外の衝撃絶縁リング等を介してカメラ２等のペイロードを装着するためのマウント部５が装着される。メインボディー３ｂのベースプレート３ａに対する相対回転は、ベースプレート３ａとメインボディー３ｂを連結するために各回転軸に対応して配置される図外のジンバルをモータ等のアクチュエータにより駆動して行われ、上記フライトマネージメントシステム９から出力される飛行速度、位置姿勢情報に基づいて、偏流角、ピッチング、ローリングを補正する。偏流角を補正することにより、カメラ架台４の枢軸１６を航空機の飛行方向に対して直交する方向に維持する。また、ピッチング、ローリングを補正することにより、マウント部５の水平姿勢を維持する。
【００２６】
一方、カメラ支持装置６は、図３に示すように、空間安定化装置３のマウント部５に装着されるベース７と、中央部にカメラ装着開口４ａが開設されたカメラ架台４とを有する。カメラ架台４の一対の対向辺の中心には枢軸１６が固定され、一方の枢軸１６がベース７に形成される軸受け７ａに回転自在に支承される。
【００２７】
また、ベース７にはステッピングモータ１０、およびステッピングモータ１０の駆動軸に固定されるウオーム１７にウオームホイール１８を噛合させた減速ギア列を格納したモータケース１９が固定される。出力ギアとしてのウオームホイール１８は他方の枢軸１６に連結されており、モータ１０の駆動によりカメラ架台４を回転駆動することができる。
【００２８】
カメラ架台４の回転角度、および回転速度を制御するために、カメラ支持装置６には架台回転制御部８が設けられる。架台回転制御部８は、上述したフライトマネージメントシステム９から出力される飛行高度、飛行速度、カメラ２に対するシャッタ開放信号をもとに、予め登録された搭載カメラ２のシャッタ速度を加味してモータ１０の回転数（カメラ架台４の回転角）と回転速度、回転開始タイミングを制御する。
【００２９】
すなわち、図２（ａ）に示すように、飛行速度を（ｖ）、シャッタ速度（開放時間）を（ｔ）とすると、前進ぶれ量（ＦＭ）は、
ＦＭ=v・t
で与えられ、この前進ぶれ量（ＦＭ）に相当する角度（θ）は、直下視を中心とする前後方視への等分振り分け角度として計算すると、
θ=2tan-1((FM/2)/H)
により、回転速度（ω）は、
ω=θ/t
により与えられる。ここで、Ｈは飛行高度である。
【００３０】
スケールの把握を容易にするために、焦点距離：50（ｍｍ）、画素サイズ：5（μｍ）のデジタルカメラ２で飛行高度：５００（ｍ）、飛行速度300（ｋｍ／ｈ）の航空機から撮影した場合のシャッタ速度による前進ぶれ量、画素換算量、移動量相等角（θ）、および回転速度の変化を図２（ｂ）に示す。
【００３１】
架台回転制御部８は、フライトマネージメントシステム９からシャッタ開放信号を受理すると、以上のようにして演算したカメラ架台４の回転角、および回転速度からギア列の減速比を加味して演算された回転数、回転速度でモータ１０を駆動する。モータ１０の回転速度の制御には、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）等の周知の手法を採用できる。  
【００３２】
以上のようにして架台回転制御部８は、往路での駆動により前進ぶれを解消するようにカメラ架台４を後方に向けて設定回転速度にて設定角度だけ回転させた後、モータ１０を逆回転させて回転開始位置に復帰させて次のシャッタ開放に備える。
【００３３】
以上のように構成されるカメラ支持装置６は、図４に示すように、取付部をマウント部５に固定して空間安定化装置３に装着される。装着状態において、カメラ架台４の枢軸１６は、空間安定化装置３の作用によって、航空機の飛行方向（図４（ｂ）における矢印Ｆ方向）に対して直交する水平姿勢に保持される。
【００３４】
また、この実施の形態において、カメラ架台４の回転開始位置は、直下位置から前方に傾く位置に設定されており、制御が開始されると架台回転制御部８は、まず、カメラ架台４を回転開始位置に駆動する。上述したように、カメラ架台４の回転角（θ）は、搭載されるカメラ２により決定されるシャッタ速度と、航空機の飛行速度及び飛行高度により一義的に決定されるために、上記架台回転制御部８は、求められた回転角（θ）の半分に相当する角度だけ直下回転位置から前方に回転させて回転開始位置とし、シャッタ開放信号の受信とともに後方に向けて回転を開始する。
【００３５】
図５にカメラ架台４の駆動部１２の変形例を示す。なお、本変形例の説明において、上述した実施の形態と実質的に同一の構成要素は、図中に同一符号を付して説明を省略する。
【００３６】
この変形例は、復路の駆動方法に対する変形を示すもので、一方の枢軸１６にはウオームホイール１８が連結されるとともに、他方の枢軸１６周りにトーションスプリング１１が巻装され、カメラ架台４を予め設定された回転開始位置側に付勢する。上述した実施の形態と同様に、回転開始位置は前方視方向に傾いた位置に設定されており、ベース７には、カメラ架台４の回転後端縁近傍に形成される位置決め凹部４ｂに当接して回転開始位置を決定するための位置決め突部７ｂが設けられる。
【００３７】
また、減速歯車列のウオーム１７は、逆駆動、すなわち、ウオームホイール１８側からの入力によるウオーム１７への回転が可能なように、ネジ径が小径で、かつ、ねじり角が摩擦角より大きな複数条のねじを有して形成される。
【００３８】
したがってこの変形例において、モータ１０が駆動されると、カメラ架台４はトーションスプリング１１の付勢力に抗して回転開始位置から後方視方向に回転駆動される。カメラ架台４が回転終了位置に達すると、モータ１０への通電が停止され、結果カメラ架台４はトーションスプリング１１の復元力により回転開始位置に強制復帰させられる。
【００３９】
強制復帰時の衝撃力を吸収するために、上記位置決め突部７ｂは、衝撃吸収能を有する弾性材料に形成されて衝撃干渉手段１３を兼ねる。衝撃干渉手段１３には、この他に、ロータリダンパ等を使用することが可能であり、カメラ架台４の復帰速度と、許される衝撃力との関係を考慮して決定される。
【符号の説明】
【００４０】
１        飛行体
２        カメラ
３        空間安定化装置
４        カメラ架台
５        マウント部
６        カメラ支持装置
７        ベース
８        架台回転制御部
９        フライトマネージメント
Ａ        航空写真撮影装置
【図１】
0005519388.tif 000002
【図２】
0005519388.tif 000003
【図３】
0005519388.tif 000004
【図４】
0005519388.tif 000005
【図５】
0005519388.tif 000006