(57)【要約】本発明は、網膜形態に配置されたイメージングセンサーの複合アレイを有するカメラシステムを提供する(図１)。本発明のシステムは、好適には、凹状ハウジング(104)を具えている。第１イメージングセンサー(106)は中央にあって、ハウジング(104)に沿って配置される。第１イメージングセンサー(106)の隣りに、少なくとも１つの第２イメージングセンサー(108)がハウジングに沿って配置される。第２イメージングセンサーの焦点軸(124)は、好適には、交差領域(132)(71)で、第１イメージングセンサーの焦点軸(130)と交差している。
2005538394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的の画像を生成するためのリモートイメージングシステムであって、
ハウジングと、
第１焦点軸を有し、前記ハウジングに取り付けられた第１イメージングセンサーと、
各々が焦点軸を有し、前記第１イメージングセンサーからオフセットした位置でハウジングに取り付けられた少なくとも１つの第２イメージングセンサーと、
を具えているリモートイメージングシステム。
【請求項２】
第１イメージングセンサーは中央にあってハウジングに取り付けられている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
ハウジングはセンサーの焦点軸が通るアパーチャを有している請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
焦点軸は交差領域内で交差する請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
焦点軸は地形で交差する請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
イメージングセンサーは２以上のアレイに配置され、ハウジングに取り付けられている請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
アレイは互いに平行である請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
２以上のアレイを有しており、第１アレイは中央にあってハウジングに取り付けられ、第２アレイは、第１アレイからオフセットした位置にあり、第１アレイの焦点軸と第２アレイの焦点軸が地形上で一致するように角度が形成される請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
アレイは中心位置から径方向に広がる請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
イメージングセンサーはハウジング内でドームに取り付けられている請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
ハウジングのアパーチャから見える標的の画像を生成するためのシステムであって、
ハウジングと、
アパーチャを通る第１焦点軸を有し、中央にあって前記ハウジングに取り付けられた第１イメージングセンサーと、
アパーチャを通り、交差領域内で第１焦点軸と交差する第２焦点軸を有し、第１イメージングセンサーからアレイ軸に沿ってオフセットした位置でハウジングに取り付けられた第２イメージングセンサーと、
アパーチャを通り、交差領域内で第１焦点軸と交差する第３焦点軸を有し、第１イメージングセンサーから第２イメージングセンサーと反対側にアレイ軸に沿ってオフセットされた位置でハウジングに取り付けられた第３イメージングセンサーと、
を具えているシステム。
【請求項１２】
アレイ軸は直線状である請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
アレイ軸は凹状の湾曲軸である請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
交差領域はアパーチャからオフセットした位置である請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
アパーチャは空隙を含んでいる請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
アパーチャは光学要素を具えている請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
全てのイメージングセンサーは、サイズと形状が同じである請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
イメージングセンサーは、サイズと形状が異なる請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
イメージングセンサーは、固定された位置で、ハウジングに永久的に取り付けられている請求項１１に記載のシステム。
【請求項２０】
イメージングセンサーは、手操作で調節可能な取付具によってハウジングに取り付けられている請求項１１に記載のシステム。
【請求項２１】
イメージングセンサーは、電気機械的に調節可能な取付具によってハウジングに取り付けられている請求項１１に記載のシステム。
【請求項２２】
アパーチャを通る第４焦点軸を有し、第１イメージングセンサーからオフセットした位置でハウジングに取り付けられた第４イメージングセンサーと、
アパーチャを通り第２交差領域内で第４焦点軸と交差する第５焦点軸を有し、第１及び第４イメージングセンサーから第２軸に沿ってオフセットした位置でハウジングに取り付けられた第５イメージングセンサーとをさらに具えており、前記第２軸は、第４及び第５のイメージングセンサーによって形成され、前記軸に近接して略平行に配備される請求項１１のシステム。
【請求項２３】
第１交差領域と第２交差領域は互いにオフセットした位置にある請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
第１交差領域と第２交差領域は一致する請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
第１交差領域と第２交差領域は、第１イメージングセンサーに対して直角である請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
イメージングセンサーはカメラを具えている請求項１１に記載のシステム。
【請求項２７】
イメージングセンサーは赤外線センサーを具えている請求項１１に記載のシステム。
【請求項２８】
アパーチャを通る第４焦点軸を有し、第１イメージングセンサーから、前記軸と略直交する第２軸に沿ってオフセットした位置でハウジングに取り付けられた第４イメージングセンサーと、
アパーチャを通り第２交差領域内で第４焦点軸と交差する第５焦点軸を有し、第１イメージングセンサーから、第４イメージングセンサーとは反対側で第２軸に沿ってオフセットされた位置でハウジングに取り付けられた第５イメージングセンサーとをさらに具えている請求項１１のシステム。
【請求項２９】
リモートイメージングアレイを生成する方法であって、
湾曲アレイ軸を有するカメラハウジングを配備し、
焦点軸を有する第１イメージングセンサーを、湾曲アレイ軸に沿う位置でハウジングに取り付け、
焦点軸を有する第２イメージングセンサーを、第１イメージングセンサーに隣接する湾曲アレイ軸に沿う位置でハウジングに取り付け、第１及び第２イメージングセンサーの焦点軸が交差領域で互いに交差するようになし、
焦点軸を有する第３イメージングセンサーを、第２イメージングセンサーとは反対側で第１イメージングセンサーに隣接する湾曲アレイ軸に沿う位置でハウジングに取り付け、第１及び第３イメージングセンサーの焦点軸が交差領域で互いに交差するようになし、
第２及び第３イメージングセンサーの視野を、ハウジング内の夫々の位置と対向する標的領域と同一線上に揃える、
ステップを有している方法。
【請求項３０】
複合カメラシステムであって、
頂点を有する第１凹状アレイと、
第１アレイに関して傾斜し、第１凹状アレイの頂点で交わるように配備された第２凹状アレイと、
第１焦点軸を有し、第１アレイの凹状面に沿う位置で中央に配置された第１イメージングセンサーと、
交差領域内で第１焦点軸と交差する焦点軸を有し、第１イメージングセンサーから角度間隔を存して、第１及び第２アレイの凹状面に沿う位置に配備された複数の第２のイメージングセンサーと、
を具えているシステム。
【請求項３１】
アパーチャから見える標的の画像を生成するためのシステムであって、
ハウジングと、
ハウジングに取り付けられた２以上のイメージングセンサーとを具えており、各イメージングセンサーは、画像の一部を生成することができ、全ての焦点軸が交差領域内で交差するようにアパーチャを通る焦点軸を有しているシステム。
【請求項３２】
標的の画像を生成するリモートイメージングシステムであって、
ハウジングと、
電気機械的に調節可能な取付具によってハウジングに取り付けられたイメージングセンサーと、
イメージングセンサーを複数の画像生成位置へ移動させるアクチュエータと、
を具えているシステム。
【請求項３３】
標的の画像を生成するリモートイメージングシステムであって、
ハウジングと、
ハウジングに取り付けられたイメージングセンサーと、
イメージングセンサーと協同作用するように移動可能に取り付けられたミラーシステムと、
地形のイメージングを可能にするために、ミラーシステムを複数の位置へ移動させるアクチュエータと、
を具えているリモートイメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の記載＞
本発明は、２００２年８月２８日に出願された米国特許出願第１０／２２９,６８６号の優先権を主張する。
【０００２】
＜発明の技術分野＞
本発明は、全体的には、リモートイメージング技術(remote imaging techniques)に関し、より具体的には、非常に広い視野に亘って高解像度デジタルイメージングを提供する画像化システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
＜発明の背景＞
リモートイメージングは、例えば地質図の作成及び分析、軍事偵察及び計画、気象予報などのように多様で極めて重要な数多くの実践的用途をもつ広範囲の技術である。航空及び衛星を利用した写真撮影及びイメージングは、特に有用なリモートイメージング技術であり、ここ数年の間に、デジタル画像データの収集及び加工への依存度が極めて高くなっている。例えば土地建物の改良及び位置、一般道路及び高速道路、環境的危険及び状態、施設のインフラ設備(例えば、電話回線、パイプライン)、地球物理的特徴などの空間データは、現在、デジタル形式で収集、処理及び通信することが可能であり、民間及び軍事用の様々な用途(例えばダイナミックＧＳＰマッピング)において、極めて正確な地図データ及び偵察データが適宜提供されている。
【０００４】
このようなリモートイメージングの幾つかの用途が直面する主な問題の１つは、画像解像度である。用途によっては、非常に高い画像解像度が要求され、許容誤差はインチ単位の場合がある。使用される具体的システム(例えば、航空機、人工衛星又は宇宙船)にもよるが、実際のデジタルイメージングデバイスは、その標的から数百フィート乃至数マイル離れた位置に配置されることがあり、結果として、倍率(scale factor)が非常に大きくなる。画像の倍率が非常に大きくなり、解像度の許容誤差がインチ単位であると、最も頑強なイメージングシステムに対しても問題が起こる。
【０００５】
オルソ画像(正斜投影画像)は、この問題の対策として使用されてきた１つの方策である。一般的に、オルソ画像は、標的の変化画像をコンパイルすることによって、標的の画像を描画(render)する。典型的には、航空イメージング用の場合、有限の範囲及び解像度を有するデジタルイメージングデバイスが、固定された小区分の標的領域を連続的に記録する。次に、それらの画像は、標的領域の合成物を描画するためのシーケンスに従って調整される。通常、従来のシステムでは、解像品質と、作像される領域の大きさとは、二律背反(trade-off)の関係の下で選択されねばならない。システムが高解像度デジタル画像が生成されるように設計される場合、イメージングデバイスの視野(Fieled of View; ＦＯＶ)は一般的には狭くなる。大きな領域の画像をオルソ画像で描画するには、非常に多くの回数のイメージング作業を繰り返さなければならない。システムが提供するＦＯＶがさらに大きくなると、通常は、デジタル画像の解像度は低下し、歪みが増す。
【０００６】
従来のデジタルイメージングシステムの中には、大縮尺の一眼カメラを用いてこれらの問題に対処しようとしたものがある。これらのカメラは、典型的には、非常に大きなプライマリー光学レンズを含んでおり、これらレンズの背後に、幾つかの光学センサーが内蔵されている。これらの構造物、特にプライマリーレンズの光学的特性は、画像の断面積が非常に小さくなる傾向がある。一般的に、これらシステムのセンサーは、視線(lines of sight)が同じであるか又は一致する(coincide)。広いＦＯＶの画像が所望される場合、このようなシステムは、一般的に効率が悪い。さらに、そのようなシステムは一般的にコストが高い。新しいセンサー技術の急速な発展により、これらのシステムは陳腐化し、アップグレード又は改造が煩雑でコストが高くなる。
【０００７】
従来のその他システムとして、発散型センサーアレイ(divergent sensor arrays)を用いて、プライマリーレンズ構造の欠点を解消しようとしたものもある。通常、光学センサーは、焦点軸がイメージングデバイスから外方に広がるように、凸状ブレース又はハウジングに沿って外向きに取り付けられている。アレイ内の個々のセンサーは、画像毎に所望される倍率に基づいて、焦点面が標的領域から所望距離の位置で隣接するか又は僅かに重なるように配置される。そのような構造は、イメージングに対してより広いＦＯＶをもたらすことはできるが、それでも適用には制約がある。センサーアレイは、航空機又は宇宙船の内部に取り付けられなければならないから、航空機には、画像データを得るためのポータル(portal)を必要とする。センサーアレイが大きくなると、アレイ内の全ての発散型センサーに適正な光学的アクセスを得るために、大きなポータルを必要とする。しかしながら、多くの場合、航空機の限られた領域内に大きなポータルスペースをとることは、たとえ可能でないにしても、非実用的である。さらにまた、ポータルが大きくなると、アレイ内での光の後方散乱の程度は相対的に大きくなって、ゴースト画像が生じ、獲得した画像の全体的な品質及び信頼性を低下させる。
【０００８】
それゆえに、異なるＦＯＶｓ、特に非常に大きいＦＯＶｓに対する画像品質及び明瞭性(clarity)を維持しつつ、効率的で様々な画像がもたらされるイメージングシステムが要請されている。
【発明の開示】
【０００９】
発明の要旨
本発明は、焦点軸が集束し、交差し、その後分岐するように複合的に配列されたイメージングセンサーを有するイメージングシステムを提供するものである。個々のイメージングセンサーは、ハードウエア又は航空機(host craft)の内部で、視線が一致しないように、凹状つまり網膜状(retinal configuration)に配置されることができる。ハウジング又は航空機の構造に応じて、小さなアパーチャ(aperture)、ポータル(portal)又はアイリス(iris)をハウジング内に形成し、アレイは、アパーチャ、ポータル又はアイリスに関連づけて、焦点軸の交点が、アパーチャ、ポータル又はアイリスと一致するように配置されるので、そのサイズを最小にすることができる。このように、ハウジング又は航空機の中の小さなアパーチャは、数多くのセンサーに対する標的領域への光学的アクセスを提供する。配置される個々のセンサーは、標的領域内で視線が隣接するか又は重なるように、選択的に調整され、標的領域は、広い集合的なＦＯＶとなる。それゆえに、本発明のイメージングアレイが提供する画像は、殆ど歪みのない画像となる。本発明はさらに、扱い難く高価なプライマリーレンズを不要にすることができる。
【００１０】
一実施例において、本発明は、標的の画像を生成するためのリモートイメージングシステムを提供するもので、該システムは、ハウジングと、該ハウジングに取り付けられ(coupled)、第１焦点軸を有する第１イメージングセンサーと、前記ハウジングに取り付けられ、第１イメージングセンサーからオフセットした位置にあり、夫々が焦点軸を有する少なくとも１つの第２イメージングセンサーとを具えている。
【００１１】
一実施例において、本発明は、アパーチャから見られる標的の画像を生成する方法を提供するものである。本発明のシステムは、好適にはハウジングを具え、該ハウジングには３以上のイメージングセンサーが取り付けられる。各イメージングセンサーは、画像の一部を生成する。各イメージングセンサーは、アパーチャを通る焦点軸を有しており、全てのイメージングセンサーの焦点軸が交差領域内で交差するようになっている。
【００１２】
本発明はまた、アパーチャを通じて見られる標的の画像を生成するシステムを提供するもので、該システムは、ハウジングと、中央にあって前記ハウジングに取り付けられた第１イメージングセンサーとを含んでいる。第１イメージングセンサーは、アパーチャを通る第１焦点軸を有している。第２イメージングセンサーは、第１イメージングセンサーから軸に沿ってオフセットした位置でハウジングに取り付けられ、アパーチャを通る第２焦点軸を有し、交差領域内で第１焦点軸と交差する。第３イメージングセンサーは、第２イメージングセンサーと反対側で、第１イメージングセンサーから軸に沿ってオフセットした位置でハウジングに取り付けられる。第３イメージングセンサーは、アパーチャを通り、交差領域内で第１焦点軸と交差する第３焦点軸を有している。
【００１３】
本発明はまた、リモートイメージングアレイを生成する方法を提供するものである。湾曲ハウジング軸を有するカメラハウジングが配備される。第１イメージングセンサーは、湾曲ハウジング軸に沿う位置でハウジングに取り付けられ、センサーの焦点軸は、ハウジングから外側に延びている。第２イメージングセンサーは、湾曲ハウジング軸に沿う位置で、第１イメージングセンサーの両側でハウジングに取り付けられ、それらの焦点軸が第１センサーの焦点軸と交差領域内で交差し、それらの視野がハウジング内の夫々の位置と対向する標的領域と同一線上に揃うように調整されている。
【００１４】
本発明はまた、第１支持部材を具える複合カメラシステムを提供するもので、該第１支持部材は、好適には凹状であり、その上部に湾曲の頂点(curvature of apex)がある。第２支持部材は、第１支持部材に傾斜して配置される。第２支持部材は、第１支持部材の頂点を横切るように構成される。第１イメージングセンサーは、第１支持部材の凹状面に沿って中央に配置され、第１焦点軸が第１支持部材から直角方向に延びている。複数の第２イメージングセンサーが、第１支持体及び第２支持体の凹状面に沿って角度間隔が形成されるように配置され、２列のセンサーが形成される。第２イメージングセンサーは、それらの焦点軸が所定の交差領域内で第１焦点軸と交差するように調整されている。
【００１５】
本発明は、他の実施例として、標的の画像を生成するためのリモートイメージングシステムが提供するもので、該システムは、ハウジングと、電気機械的に調節可能な取付具によってハウジングに取り付けられたイメージングセンサーと、イメージングセンサーを複数の作像位置へ移動させるアクチュエータとを含んでいる。さらに他の実施例として、標的の画像を生成するためのリモートイメージングシステムは、ハウジングと、ハウジングに取り付けられたイメージングセンサーと、イメージングセンサーと協同作用するように移動可能に取り付けられたミラーシステムと、地形のイメージングを可能にするために、ミラーシステムを複数の位置へ移動させるアクチュエータとを具えている
【００１６】
本発明の他の特徴及び利点については、当該分野の専門家であれば、添付図面を参照して記載する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１７】
本発明をより理解するために、また、本発明がどのように実施されるかを例示するために、添付の図面を参照して説明する。なお、同じ要素に付した番号は、異なる図面でも同じ番号を付している。
【００１８】
＜発明の詳細な説明＞
本発明の様々な実施例の実施及び使用について以下で詳しく説明するが、本発明は、適用可能な多くの発明概念を提供するものであり、広範囲に亘る特定の状況において具体化されることができることは理解されるべきである。ここで説明する具体的実施例は、発明を実施し使用するための具体的方法を単に例示するものであって、発明の範囲を制限するものではない。
【００１９】
本発明の望ましい実施例は、イメージングセンサーの複合アレイを有するイメージングシステムを提供するもので、前記センサーは、焦点軸が集束し、交差し、その後分岐するように配備される。個々のイメージングセンサーは、航空機の内部にて、視線が一致しないように、凹状又は網膜状に配置されることができる。航空機の構造に応じて、小さなアパーチャ、ポータル又はアイリスを航空機内に形成し、アレイは、アパーチャ、ポータル又はアイリスに関連づけて、焦点軸の交点が、アパーチャ、ポータル又はアイリスと一致するように配置されるので、そのサイズを最小にすることができる。このように、航空機の中の小さなアパーチャは、数多くのセンサーに対する標的領域への光学的アクセスを提供する。配置される個々のセンサーは、標的領域内で視線が隣接するか又は重なるように、選択的に調整され、標的領域は、広い集合的なＦＯＶとなる。それゆえ、本発明のイメージングアレイが提供する画像は、解像度が高く、殆ど歪みのない画像となる。本発明はさらに、扱い難く高価なプライマリーレンズを不要にすることができる。
【００２０】
本発明は、多くの写真用及び作像用アプリケーションに適用することができ、特に、航空機の写真及びイメージングに適用することができる。それゆえ、本発明の以下の説明に際しては、航空機用のエアリアルイメージング(aerial imaging)への適用を例示して行なうことにする。しかしながら、当該分野の専門家であれば、この説明を参照することにより、本発明の原理及び開示を例えばパーソナルデジタルカメラから、製造コンベヤの検査システム、衛星及びその他の宇宙船用監視システムに至る多彩なイメージングシステムへ適用できることは理解されるべきである。
【００２１】
図１Ａ及び１Ｂは、本発明の一実施例であって、例示として示されるものである。図１Ａは、標的(120)(例えば地形)上の空中にあるカメラアレイアセンブリ(100)を示している。なお、これらは例示であり、図１Ａ中、アセンブリ(100)の相対的サイズ及び該アセンブリと地形(102)との相対的距離は、縮尺通りに示されている訳ではない。アセンブリ(100)は、ハウジング(104)を具えており、ハウジング内には、イメージングセンサー(106)(108)(110)が、凹状湾曲アレイ軸(112)に沿って配置されており、アレイ(113)を形成している。全ての実施例において、アレイ軸(112)の曲率半径は、大幅な変更が可能であって、軸(112)の屈曲度を非常に小さくすることもできるし、非常に大きくすることもできる。或いはまた、アレイ軸(112)は、完全な線形で、屈曲は全く無くてもよい。イメージングセンサー(106)(108)(110)は、取付部材(114)により、ハウジング(104)へ直接又は間接的に取り付けられる。取付部材(114)は、固定又は可動式で、永久的又は一時的な幾つかの接続装置を含んでいる。例えば、部材(114)は、単純な溶接でよいし、取外し可能なクランプ装置でもよいし、電気機械的に制御されたユニバーサルジョイントでもよい。
【００２２】
図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、ハウジング(104)は、単純形状の筺体であって、その内部にセンサー(106)(108)(110)が配置される。センサー(106)(108)(110)は、部材(114)により、ハウジング(104)の対向する壁の間に配置された１本の横断部材(116)にまとめて取り付けられるか、又は複数の横断部材(118)に個々に取り付けられる。他の実施例として、ハウジング(104)自体が、凹状に屈曲した支持用横断部材を構成するようになし、センサー(106)(108)(110)は、部材(114)を介して前記横断部材に取り付けられることもできる。さらに他の実施例として、ハウジング(104)を、筐体と支持用横断部材の複合的な組合せとすることもできる。望ましい実施例において、ハウジング(104)は、センサー(106)(108)(110)と標的(102)の間の表面に、アパーチャ(aperture)(120)が形成されている。しかしながら、前述したように、ハウジング(104)の構造を大きく変えることは可能であり、例えば、下面が開口し、アパーチャ(120)が形成されない最小構造も含まれる。
【００２３】
航空機の具体的型式によっては、アパーチャ(120)は、空隙だけでもよいし、ハウジング(104)内の環境的完全性を維持するために、保護用スクリーン又は窓を含むこともできる。所望により、アパーチャ(120)には、センサーによって記録された画像の性質を向上又は変更するために、レンズ又はその他の光学デバイスを含むこともできる。アパーチャ(120)は、センサー(106)(108)(110)が、地形(102)上の標的領域(122)に対して適切な視線を有することができるサイズ及び形状に形成される。
【００２４】
センサー(106)(108)(110)は、全てのセンサーの焦点軸が、アパーチャ(120)が境界をなす交差領域(132)の中で集束し互いに交わるように、ハウジング(104)の内部にハウジングに沿って配置される。収集される画像データの種類、使用される具体的なセンサー、使用される他の光学要素又は機器によっては、交差領域(132)又は収束位置をアパーチャ(120)の上か下に変位させることが必要となることもあるし、又、それが望ましいこともある。センサー(106)(108)(110)は、望ましくは等しい角度間隔で互いに離れている。センサー間の正確な角度は、使用されるセンサーの数及び収集される画像データの種類によって大きく異なる。他の実施例として、所望の画像の位置をずらしたり整列できるように、センサー間の角度間隔を等しくないようにすることもできる。使用されるセンサーの数及びアレイ(113)の特定の形状に応じて、全てのセンサーの焦点軸(124)(130)(136)は、全て同じ位置で交差することもできるし、或いは複数の位置で交差することもできる。なお、全てのセンサーは互いに非常に近接し、アパーチャ(120)によって規定される交差領域(132)の中にある。センサーの数とアセンブリ(100)が使用される環境の凹凸(ruggedness)が増すにつれて、単一の交点(132)だけを生じさせるために精密に配列することは、不可能でないにしても、維持することは非常に困難である。全ての軸が集束し、互いに極めて近接した状態で交差する限り、単一の交点(132)を維持する必要はないから、センサー(106)(108)(110)に対して適切な視線となるように、アパーチャ(120)のサイズ及び形状を変更する必要はない。
【００２５】
図１Ａに示すように、センサー(108)は、ハウジング(104)内でアレイ軸(112)に沿って中央に配置されている。センサー(108)の焦点軸(124)は、センサーの視線が領域(122)の画像領域(126)と揃うように、ハウジング(104)と直交している。センサー(106)は、ハウジング(104)内で、アレイ軸(112)に沿ってセンサー(108)の隣りに配置されている。センサー(106)の配置は、その視線が領域(122)の画像領域(128)と一致するように、また、その焦点軸(130)が集束し、交点(132)で軸(124)と交差するように調整されている。センサー(110)は、ハウジング(104)内で、センサー(108)の隣りでセンサー(106)とは反対側にアレイ軸(112)に沿って配置される。センサー(108)の配置は、その視線が領域(122)の画像領域(134)と一致するように、さらにその焦点軸(136)が集束し、交点(132)で軸(124)(130)と交差するように調整されている。センサー(106)(108)(110)は、後で説明するセンサーと同様、幾つかのイメージング装置、例えば個別カメラ、赤外線センサー、地震感知器、光検知器、フォトセルなどを含むことができる。さらに、赤外線センサーは、マルチスペクトル感応性又はハイパースペクトル感応性である。各センサーは、独立したイメージングデバイス、センサー群を含むことができる。センサー(106)(108)(110)は、同じ性質であることが望ましいが、様々なイメージングデバイスを組み合わせることもできる。
【００２６】
軸(124)(130)(136)は、位置(132)から分岐する。このように、センサー(106)(110)は、各センサーの焦点軸が位置(132)で集束し、焦点軸(124)と交差し、その視線がアレイ(113)の夫々の位置と対向する標的領域と同一線上に揃うように、ハウジング(104)内のアレイ軸(112)に沿って互いに配置されるので、センサーと作像すべき標的との間で「斜視の(cross-eyed)」網膜的関係を生ずる。部材(114)が永久的に固定されている(例えば溶接)場合、アパーチャ(120)、センサーとそれらの視線との空間的関係は、画像領域(126)(128)(134)の空間的関係と同様、固定されたままである。そのような構造は、例えば衛星監視のように、アセンブリ(100)が、領域(122)から本質的に一定の距離に維持される用途に好ましい。センサーの位置と調整は、領域(126)(128)(134)が、領域(122)の全体をイメージングできるように設定される。
【００２７】
しかしながら、他の適用例として、領域(126)(128)(134)を狭く又は広くシフトできるように、手操作又は遠隔からの自動操作で、選択的に調節することが好ましいことがあり、これによって、アセンブリ(100)によって集められた画像を向上又は修正することができる。そのような一実施例について、図２を参照して説明する。
【００２８】
図は、航空機用イメージングシステム(200)を示しており、該システムは、飛行制御システム(202)、カメラ制御システム(204)及び画像処理システム(206)に加えて、アレイアセンブリ(100)を含んでいる。システム(206)は、通信リンク(208)を通じて、アセンブリ(100)内のイメージングセンサーからイメージングデータを受信する。リンク(208)は、アセンブリ(100)とシステム(206)との間を直接繋ぐ物理的コネクタ(例えばワイヤ、ケーブル)でもよいし、通信コネクション(例えば無線トランシーバ)でもよい。システム(206)は、アセンブリ(100)と同じ航空機(例えば飛行機)内に配置されてもよいし、航空機(例えば人工衛星による監視ステーション)から遠隔位置に配置されてもよい。アセンブリ(100)からの画像データは、システム(206)へ伝送され、そこで監視、分析、処理又は保存される。アセンブリ(100)によって収集される画像データに変更を加えることが所望される場合、システム(206)は、航空機、アセンブリ(100)、アセンブリ(100)内の個々のセンサーの位置の変更を行なうことができる。
【００２９】
航空機位置の変更が所望される場合、システム(206)は、通信リンク(210)を通じて、飛行制御システム(202)に対して所望の変更(例えば高度変更)を告知する。リンク(210)は、直接的な物理的コネクタ(例えばワイヤ、ケーブル)でもよいし、間接通信コネクション(例えば無線トランシーバ)でもよい。システム(202)は、航空機内のパイロットから人工衛星の遠隔飛行制御システムに至るまで、内蔵又は遠隔式の数多くのナビゲーションシステムを含んでいる。
【００３０】
航空機又はハウジング(104)に関して、アセンブリ(100)の位置の変更が所望される場合、システム(206)は、リンク(210)を通じてシステム(202)に所望の変更を告知し、リンク(212)を通じてアセンブリ(100)に必要な調節を伝達する。リンク(212)は、通信リンク(例えばケーブル、無線トランシーバ)を含んでおり、該通信リンクは、所望の変更(例えば上昇、降下、回転)をアセンブリ(100)に通知し、アセンブリ(100)は、内部又は外部に連繋された機械システム(例えば油圧)を通じて変更を行なうことができる状態となる。或いはまた、リンク(212)は、所望の変更を直接的行なうことができる機械的リンクを含むことができる。リンク(210)は、直接的な物理的コネクタ(例えばワイヤ、ケーブル)でもよいし、間接通信コネクション(例えば無線トランシーバ)でもよい。
【００３１】
アセンブリ(10)内の１又は２以上の個々のセンサーの位置の変更が所望される場合、システム(206)は、通信リンク(214)を通じて、カメラ制御システム(204)に所望の変更(例えば焦点の交点(132)の位置変更)を通知する。リンク(214)は、直接的な物理的コネクタ(例えばワイヤ、ケーブル)又は間接通信コネクション(例えば無線トランシーバ)を含むことができる。アセンブリ(100)内の個々のセンサーは、リンク(216)を通じて、所望の変更(例えば位置の変更、角度の変更)の通知を受信する。前記リンク(216)は、部材(114)に必要な調整を伝達する。リンク(216)は、通信リンク(例えばケーブル、無線トランシーバ)を含み、該通信リンクは、所望の変更(例えば上昇、降下、回転)を部材(114)に通知し、部材(114)は、内部又は外部に連繋された機械システム(例えば油圧)を通じて変更を行なうことができる状態となる。或いはまた、リンク(212)は、所望の変更を直接的行なうことができる機械的リンクを含むことができる。システム(204)は、アセンブリ(100)の内部、又はアセンブリ(100)の外部の近接した位置、又はアセンブリ(100)から遠隔位置、又は近接及び遠隔の両位置に配置された幾つかの制御装置及び制御システムを含むこともできる。
【００３２】
図２では、システム(202)(204)(206)は、分離したシステムとして示しているが、用途及び航空機又はハウジング(104)の構造に応じて、航空機内に配置される単一の制御システムに別々の機能を具備させることもできる。例えば、有人監視航空機に搭載される内蔵型のコンピュータ利用電気機械的制御システムが挙げられる。他の実施例(例えば監視衛星)において、特定の要素(例えばシステム(202)(204))は、航空機(例えば人工衛星)内に配置され、一方、他の要素(例えばシステム(206))は、遠隔の場所(例えば監視施設)に配置されることもできる。上記のシステムの他の組合せについても、本発明に含まれる。
【００３３】
次に図３を参照すると、本発明の他の実施例が例示として示されている。図３は、ハウジング(302)を有するカメラアレイアセンブリ(300)を示しており、該ハウジング内に、複数のイメージングセンサー(304)が、凹状湾曲アレイ軸(306)に沿って配置される。アセンブリ(300)は、内部に配置されるイメージングセンサー(304)の数が多いこと以外、その構成、構造及び動作はアセンブリ(100)と本質的に同一である。センサー(304)は、取付部材(図示せず)により、直接に又は間接的にハウジング(302)に取り付けられる。センサー(304)は、１本の横断部材(116)にまとめて取り付けられてもよいし、横断部材(118)に個々に取り付けられてもよいし、また、ハウジング(304)に直接取り付けられてもよい。ハウジング(302)の表面には、センサー(304)と下方の標的(図示せず)の間に、アパーチャ(308)が形成されている。イメージングアプリケーション及び航空機の具体的種類に応じて、アパーチャ(308)は、空隙、又は保護スクリーン若しくはウィンドウ、又はレンズ若しくは他の光学要素を含むこともできる。アパーチャ(308)は、センサー(304)が標的領域の適当な視線をもたらすことができるように十分なサイズ及び形状に形成される。
【００３４】
センサー(304)は、全てのセンサー(304)の焦点軸(310)が、アパーチャ(308)によって規定される領域内で集束し互いに交差するように、ハウジング(302)の中又はハウジング(302)に沿って配置される。また、全てのセンサー(304)の焦点軸(310)は、唯１つの交点(312)で交差してもよいし、複数の交点で公差してもよく、全てのセンサーは互いに非常に近接し、アパーチャ(308)によって規定される領域の中にある。図３に示すように、センサー(304)は、ハウジング(302)内でアレイ軸(306)に沿って「斜視」の如く配置されている。一つのセンサーは、中央に配置され、焦点軸(310)はハウジング(302)と直交している。その他のセンサー(304)は、各センサー(304)の焦点軸(310)が位置(312)で集束し、中央のセンサーの焦点軸と交差し、その視野がアレイ内での夫々の位置と対向する標的領域と同一線上に揃うように、ハウジング(312)内の軸(306)に沿って交互に配置されている。なお、センサー(304)は、個別カメラ、赤外線センサー、地震感知器、フォトディテクタ及びフォトセルを含む幾つかのイメージングデバイスを、個々のデバイスとして、又は１つのグループとして具えている。センサー(304)は、全てが同じ性質であることが望ましいが、様々なイメージングデバイスの組合せでもよい。ここでも、センサー(304)の相対位置と角度は、固定されていてもよいし、手動又は機械的に調節可能でもよい。
【００３５】
それゆえ、これまでに説明した実施例は、極めて広く直線的なストリップからの画像データを収集し、処理するのに特に有用である。オルソ写真技術(orthophotographic techniques)を用いて、直線的画像は、航空機の飛行経路に沿って得られる次の画像と合成され、非常に大きなＦＯＶをもつ複合画像が生成される。本発明は、その用途に応じて、オルソ写真技術の必要性を少なくするか又は不要にすることのできる実施例をさらに提供する。
【００３６】
そのような実施例の１つを、図４Ａ及び４Ｂに示している。図４Ａ及び４Ｂは、カメラアレイアセンブリ(400)を示している。アセンブリ(400)は、以下に記載する相違点以外は、その構成、構造及び動作がアセンブリ(100)及び(300)と同一である。図４Ａ及び４Ｂに示されるように、アセンブリ(400)は、第１イメージング要素又はアレイ(402)と第２アレイ(404)を具えている。アレイ(402)(404)は、イメージングセンサーの平行なサブアレイとして構成され、所望マージンだけ長さ方向にオフセットしている(longitudinally offset)。アレイ(402)は、ハウジング(406)を具えており、該ハウジング内に、イメージングセンサー(408)(410)(412)(414)が、本発明に基づいて凹状に湾曲したアレイ軸(416)に沿って配置されている。アレイ(404)は、ハウジング(418)を具えており、該ハウジング内に、イメージングセンサー(420)(422)(424)が、本発明に基づいて凹状に湾曲したアレイ軸(426)に沿って配置されている。要素(402)(404)は、航空機内で長手方向に互いに近接して配置され、好適には平行に配列された軸(416)(426)を有し、共通の標的領域(図示せず)に対する画像データを収集し、提供する。
【００３７】
センサー(408)(412)(414)(420)(422)(424)は、所望の形状又はサイズを有する標的領域の画像を取り込める能力を有しており、全て同じ形状及びサイズであることが望ましいが、異なる形状及びサイズでもよい。特定の形状及びサイズを有する個々のセンサーは、所望パターンで隣接するか又は重なる画像領域に焦点が合うように、配置され、操作されることができる。図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、センサー(422)は、その焦点軸がハウジング(418)から交差領域(428)を通る向きとなるように、ハウジング(418)内のアレイ軸(426)に沿って配置される。領域(428)は、点又は小さな領域であり、(418)内の全てのイメージングセンサーの焦点軸がこれを通る。アレイ(402)(404)は、アセンブリ(400)の中に配置され、領域(428)は中央のセンサー(422)と直角であり、アレイ(402)は、中心が領域(429)と直角である(図４Ａ参照)。
【００３８】
センサー(420)(424)は、形状とサイズがセンサー(422)と同じであり、各々の焦点軸が領域(428)で集束し、センサー(422)の焦点軸と交差し、その視野がアレイ(404)内での夫々の位置と対向する標的領域と同一線上に揃うように、ハウジング(418)内のアレイ軸(426)に沿って図示の如く配置される。
【００３９】
センサー(410)(412)は、形状及びサイズがセンサー(422)と同じであり、各々の焦点軸が領域(429)で集束し、それららの視野がアレイ(404)内での夫々の位置と対向する標的領域と同一線上に揃うように、ハウジング(406)内のアレイ軸(416)に沿って図示の如く配置される。センサー(410)(412)は、それらの視野がセンサー(420)(422)(424)間の隙間と同一線上に揃うように、ハウジング(406)内に配置される。
【００４０】
センサー(408)(414)は、センサー(422)と同様な形状及びサイズがあることが望ましく、各々の焦点軸が領域(429)上で集束するように、ハウジング(406)内でアレイ軸(416)に沿って図示の如く配置される。センサー(410)(412)は、ハウジング(406)内に配置される外側センサー(410)(412)であり、それらの視野は要素(404)の全てのセンサーと外側で整列する。要素(402)(404)のセンサーの位置は僅かにオフセットしているので、アセンブリ(400)には、カスタマイズ可能なＦＯＶｓを有する画像を生成する能力が付与される。他の実施例において、アレイは、様々な形状及びサイズを有する任意の数のセンサーを含んでおり、任意の数のアレイを用いて、所望される任意の標的領域に画像データが提供される。この実施例では、アセンブリ(400)のサブアレイによって収集された画像はオフセットしているので、様々な画像処理技術を用いて互いに解像され、単一の高解像度画像が得られる。
【００４１】
図５に示す本発明のさらに他の実施例では、カメラアレイアセンブリ(500)の断面図を示している。アセンブリ(500)の構成、構造及び動作は、後記する相違点以外は、アセンブリ(100)(300)(400)と同じである。アセンブリ(500)は、側面図に示される第１複合部材(502)と、断面図に示される第２複合部材(504)を具えている。部材(502)は、湾曲する支持部材又はアレイを含んでおり、その凹状面に沿って幾つかのイメージングセンサー(508)が配置されている。第１イメージングセンサー(506)は、部材(502)の凹状面に沿って中央に配置されており、その焦点軸はアセンブリ(500)と直交している。
【００４２】
また、幾つかのイメージングセンサー(508)が、部材(502)の凹状面に沿って、斜視の状態で配置されている。斜視センサー(508)は、各センサー(508)の焦点軸が単一の交差領域(図示せず)で集束して、センサー(506)の焦点軸と交差し、その視野がアレイでの夫々の位置と対向する標的領域と同一線上に揃うように、部材(502)に沿って交互に配置される。
【００４３】
部材(504)もまた、湾曲する支持部材又はアレイを含んでおり、その凹状面に沿って幾つかのイメージングセンサー(510)が配置されている。部材(504)は、望ましくは、(502)に対して直角に形成され、部材(502)のアーチ形状と適合するのに十分なサイズ及び曲率を有している。部材(504)は、その凹状面の頂点が、部材(502)の凹面と接触又は結合するように、形成され配置されることができる。或いはまた、部材(504)は、部材(502)の上にまたがるように配備され、その頂点は、部材(502)と極く近い位置に配置されることができる。イメージングセンサー(510)は、部材(504)の凹状面に沿って、斜視の状態に配置される。斜視センサー(510)は、各センサー(510)の焦点軸が単一の交差領域で集束して、センサー(506)の焦点軸と交差し、その視野がアレイでの夫々の位置と対向する標的領域と同一線上に揃うように、部材(502)に沿って交互に(alternately)配置される。
【００４４】
要素(502)(504)のセンサーは、共通の交差領域を有するように取り付けられ、距離と角度がオフセットされているので、アセンブリ(500)に対し、カスタマイズ可能なＦＯＶｓを有する画像を生成する能力が付与される。用いられる要素及びセンサーに応じて、アセンブリ(500)を、立体画像を生成するために用いることもできる。他の実施例において、要素は、様々な形状及びサイズを有する任意の数のセンサーを含んでおり、任意の数の要素を用いて、所望される任意の標的領域に画像データが提供される。
【００４５】
アセンブリ(500)の利点を向上させる他の実施例を、図６に示している。図６は、底面から見たときのカメラアレイアセンブリ(600)を示している。アセンブリ(600)は、第１の複合湾曲部材又はアレイ(602)と、複数の複合湾曲部材(604)を具えており、前記部材(604)は、様々な角度間隔で、部材(602)からオフセットし、該部材にアーチ状に被さるか又は接触するのに十分なサイズ及び曲率に形成される。使用される部材(604)の数は任意であり、例えば、数多くの部材(604)を用いて、センサーを取り付けるためにドーム構造を形成することもできる。部材(604)間の角度間隔は、該部材のサイズ及び所望される画像特性によって異なる。例えば、アセンブリ(600)は、２つの支持部材を互いに直交(即ち９０°)するように配備することができる。他のアセンブリとして、３つの支持部材を配備し、部材間の角度間隔が６０°になるように構成することもできる。
【００４６】
第１イメージングセンサー(606)は、部材(602)の凹状面に沿って中央に配置され、その焦点軸はアセンブリ(600)から下向きで直角である。本発明の開示に基づいて、幾つかのイメージングセンサー(608)が、部材(602)(604)の凹状面に沿って、斜視の状態に配置される。斜視センサー(608)は、各センサーの焦点軸が望ましくは単一の交差領域(図示せず)で集束し、センサー(606)の焦点軸と交差し、その視野がアレイでの夫々の位置と対向する標的領域と同一線上に揃うように、部材(602)(604)に沿って交互に配置される。センサー(608)の形状及びサイズに応じて、アセンブリ(600)は、略円形状で、カスタマイズ可能なＦＯＶを有する画像を生成する能力を付与する。用いられる要素及びセンサーによっては、アセンブリ(600)は、立体画像を生成するために用いることもできる。他の実施例として、様々な形状及びサイズを有する任意の数のセンサーを含む任意の数の要素を用いて、所望される標的領域に画像データを提供することもできる。
【００４７】
図７は、本発明に基づくカメラアレイアセンブリ(700)の一実施例を示している。アセンブリ(700)は、構成、構造及び動作はアセンブリ(100)(300)(400)と同様である。アセンブリ(700)は、第１イメージング要素又はアレイ(702)と、第２イメージングアレイ(704)と、第３イメージングアレイ(706)を具えている。アレイ(704)は、第１センサーアレイとして構成され、その第１センサー(710)の焦点軸(708)がアセンブリ(700)から下向きで、地形(714)に沿う標的領域(712)と直角になるように、アセンブリ(700)内に配置される。アセンブリ(700)は、地形に対して、飛行経路に沿って移動する航空機内に配置される。要素(702)(704)(706)は、イメージングセンサーのサブアレイとしてアセンブリ(700)内に配置されている。要素(702)は、飛行経路(716)に関して、角度(718)がオフセットされた要素(704)の前方でオフセットされている。同様に、要素(706)は、飛行経路(716)に関して、角度(720)がオフセットされた要素(704)の後方でオフセットされている。オフセット角度(718)は、要素(702)の第１センサー(724)の焦点軸(722)が、標的領域(712)に対して下向きで、角度(732)が形成されるように選択される。オフセット角度(720)は、要素(706)の第１センサー(730)の焦点軸(728)が、標的領域(712)に対して下向きで、角度(726)が形成されるように選択される。オフセット角度(718)(720)は同じ角度が好ましいが、所望のイメージング効果をもたらすために異なることもできる。要素(702)(704)(706)に沿って設けられた他の個々のセンサーの焦点軸は、要素に沿う夫々の位置に基づいて、標的領域(712)及び互いに対して同様な角度関係を形成する。画像データは、上記の位置及び角度関係について、画素単位で特徴付けられる。
【００４８】
要素(702)(704)(706)とそれらの構成要素である個々のセンサーとの位置及び角度関係が分かれば、アセンブリ(700)によって収集された画像データが処理され、高解像度のオルソ写真画像が得られる。他の実施例では、高解像度の立体画像が得られるように、要素及びセンサーが構成され、収集されたデータが処理される。イメージングアレイのサイズと解像度は、本発明に基づいて上記の如く修正される。
【００４９】
本発明の他の実施例において、カメラアセンブリ(700)は変更が加えられ、上記のように、第１センサーアレイとして構成された１つのイメージング要素又はアレイ(702)を具えており、アレイ(402)を前後に揺動又は移動させるアクチュエータ又はモータ(図示せず)を有している。或いはまた、アクチュエータは、アレイ(702)を反転又は回転させることもできる。望ましい一実施例において、アレイ(702)は、前方、下方及び後方の位置に向けられる。本発明の他の実施例において、アレイ(702)は固定されており、地形(714)の複数の位置からセンサーデータを収集するためのミラーシステムと共に、移動式ミラーシステムが使用される。
【００５０】
この説明で開示した実施例は、当該分野の専門家が本発明を実施及び利用できるようにするために、本発明及びその実際の適用を最も良く説明するために提供されるものである。しかしながら、当該分野の専門家であれば、前記の説明及び実施例は、例示目的だけのためであることを認識するであろう。前述の説明は、本発明の範囲を、開示した形態に限定することを意図するものではない。添付の請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、上記の開示を参照して、多くの変更及び変形を加えることは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】本発明に係るイメージングアレイの一実施例の横断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線に沿って見たときの図１Ａのアレイの底面図である。
【図２】本発明に係るリモートイメージングシステムの一実施例を示す図である。
【図３】本発明に係るイメージングアレイの一実施例の横断面図である。
【図４Ａ】本発明に係るイメージングアレイの一実施例の底面図である。
【図４Ｂ】図４Ａのイメージングアレイの斜視図である。
【図５】本発明に係るイメージングアレイの一実施例の横断面図である。
【図６】本発明に係るイメージングアレイの一実施例の底面図である。
【図７】本発明に係るリモートイメージングシステムの一実施例を示す図である。
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【図２】
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【図３】
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2005538394.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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