(57)【要約】 【課題】操作者による３方向のレバー等の操作方向と撮影画像のスクロール方向とのずれが無く、かつコマンド変換を行う範囲と行わない範囲との境界部分で生じる急激な画面表示の変化を回避可能なカメラスタビライザを実現する。【解決手段】  操作部１０で入力された各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑ、Ｐと角度検知手段５０で検知された各軸回転角度θ、φとがコマンド変換部２１に入力される。コマンド変換部２１は、変換処理手段７１において各軸変換角速度コマンドαψ、αθ、αφを、補間処理手段８１において各軸補間角速度コマンドβψ、βθ、βφを生成し、出力選択手段９１において回転角度θに応じ各軸変換角速度コマンド、各軸補間角速度コマンド、各方向入力角速度コマンドのいずれかを各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθ、ωφとして出力する。そして、回転手段３０がωψ、ωθ、ωφにより撮像手段４０を互いに直交する３軸を中心に回転させる。【選択図】図１
2009141557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右方向、上下方向及び回転方向それぞれの入力操作により、左右方向入力角速度コマンドＲ、上下方向入力角速度コマンドＱ、回転方向入力角速度コマンドＰを出力する操作部と、
前記各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑ、Ｐを、角度検知手段から与えられるＥＬ（エレベーション）軸回転角度θとＲＬ（ロール）軸回転角度φに応じて、ＡＺ（アジマス）軸変換角速度コマンドαψ、ＥＬ軸変換角速度コマンドαθ及びＲＬ軸変換角速度コマンドαφに変換して出力する変換処理手段と、前記各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑ、Ｐと前記各軸変換角速度コマンドαψ、αθ、αφと前記ＥＬ軸回転角度θと補間開始角度σと補間終了角度εとから、ＡＺ軸補間角速度コマンドβψ、ＥＬ軸補間角速度コマンドβθ及びＲＬ軸補間角速度コマンドβφを求める補間処理手段と、前記ＥＬ軸回転角度θが前記補間開始角度σ以上の場合は前記各軸変換角速度コマンドαψ、αθ、αφをそれぞれＡＺ軸ジンバル角速度コマンドωψ、ＥＬ軸ジンバル角速度コマンドωθ及びＲＬ軸ジンバル角速度コマンドωφとして出力し、前記ＥＬ軸回転角度が前記補間開始角度σと前記補間終了角度εとの間の角度である場合は前記各軸補間角速度コマンドβψ、βθ、βφをそれぞれ前記各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθ、ωφとして出力し、前記ＥＬ軸回転角度θが前記補間終了角度ε以下である場合は前記各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑ、Ｐをそれぞれ前記各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθ、ωφとして出力する出力選択手段と、
を備えるコマンド変換部と、
撮像手段と、前記各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθ、ωφにより当該撮像手段を互いに直交するＡＺ軸、ＥＬ軸及びＲＬ軸それぞれの軸を中心に回転させる回転手段と、ＥＬ軸回転角度θ及びＲＬ軸回転角度φを検知して出力する角度検知手段と、を備えるジンバル機構部と、
を備えるカメラスタビライザ。
【請求項２】
請求項１に記載のカメラスタビライザであって、
前記変換処理手段は、ＡＺ軸変換角速度コマンドαψ、ＥＬ軸変換角速度コマンドαθ及びＲＬ軸変換角速度コマンドαφへのコマンド変換を、
αψ＝secθ・(Ｑ・sinφ＋Ｒ・cosφ)
αθ＝Ｑ・cosφ−Ｒ・sinφ
αφ＝Ｐ＋tanθ・(Ｑ・sinφ＋Ｒ・cosφ) 
により行い、
前記補間処理手段は、ＡＺ軸補間角速度コマンドβψ、ＥＬ軸補間角速度コマンドβθ及びＲＬ軸補間角速度コマンドβφへのコマンド変換を、
【数１】
2009141557.tif 000011
により行う
ことを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項３】
請求項１に記載のカメラスタビライザであって、
前記変換処理手段は、ＡＺ軸変換角速度コマンドαψ、ＥＬ軸変換角速度コマンドαθ及びＲＬ軸変換角速度コマンドαφへのコマンド変換を、
αψ＝secθ・(Ｑ・sinφ＋Ｒ・cosφ)
αθ＝Ｑ・cosφ−Ｒ・sinφ
αφ＝Ｐ
により行い、
前記補間処理手段は、ＡＺ軸補間角速度コマンドβψ、ＥＬ軸補間角速度コマンドβθ及びＲＬ軸補間角速度コマンドβφへのコマンド変換を、
【数２】
2009141557.tif 000012
により行う
ことを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項４】
左右方向、上下方向及び回転方向それぞれの入力操作により、左右方向入力角速度コマンドＲ、上下方向入力角速度コマンドＱを出力する操作部と、
前記各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑを、角度検知手段から与えられるＥＬ（エレベーション）軸回転角度θとＲＬ（ロール）軸回転角度φに応じて、ＡＺ（アジマス）軸変換角速度コマンドαψ及びＥＬ軸変換角速度コマンドαθに変換して出力する変換処理手段と、前記各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑと前記各軸変換角速度コマンドαψ、αθと前記ＥＬ軸回転角度θと補間開始角度σと補間終了角度εとから、ＡＺ軸補間角速度コマンドβψ及びＥＬ軸補間角速度コマンドβθを求める補間処理手段と、前記ＥＬ軸回転角度θが前記補間開始角度σ以上の場合は前記各軸変換角速度コマンドαψ、αθをそれぞれＡＺ軸ジンバル角速度コマンドωψ、ＥＬ軸ジンバル角速度コマンドωθとして出力し、前記ＥＬ軸回転角度が前記補間開始角度σと前記補間終了角度εとの間の角度である場合は前記各軸補間角速度コマンドβψ、βθをそれぞれ前記各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθとして出力し、前記ＥＬ軸回転角度θが前記補間終了角度ε以下である場合は前記各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑをそれぞれ前記各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθとして出力する出力選択手段と、
を備えるコマンド変換部と、
撮像手段と、前記各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθにより当該撮像手段を互いに直交するＡＺ軸、ＥＬ軸それぞれの軸を中心に回転させる回転手段と、ＥＬ軸回転角度θ及びＲＬ軸回転角度φを検知して出力する角度検知手段と、を備えるジンバル機構部と、
を備えるカメラスタビライザ。
【請求項５】
請求項４に記載のカメラスタビライザであって、
前記変換処理手段は、ＡＺ軸変換角速度コマンドαψ及びＥＬ軸変換角速度コマンドαθへのコマンド変換を、
αψ＝secθ・(Ｑ・sinφ＋Ｒ・cosφ)
αθ＝Ｑ・cosφ−Ｒ・sinφ
により行い、
前記補間処理手段は、ＡＺ軸補間角速度コマンドβψ及びＥＬ軸補間角速度コマンドβθへのコマンド変換を、
【数３】
2009141557.tif 000013
により行うことを特徴とするカメラスタビライザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航行体や移動体に搭載する撮像装置に使用するジンバル構造のカメラスタビライザに関し、具体的にはジンバルの回転角度の変化により撮影画像に生じるスクロール方向の違和感を軽減するカメラスタビライザに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機等の航行体や自動車等の移動体に搭載された撮像装置によって外部の被写体を撮影する場合、撮影者が撮影方向を任意に変えられるよう撮像装置は、撮影者の方向入力操作に従い方向転換動作を行うカメラスタビライザを介して航行体や移動体に搭載される。
図４は従来のカメラスタビライザ１００の構成例を示すブロック図である。カメラスタビライザ１００は、操作部１０とジンバル機構部２０とを備える。操作部１０は、レバーやつまみによる撮影者の入力操作に応じ、左右方向入力角速度コマンドＲ、上下方向入力角速度コマンドＱ、回転方向入力角速度コマンドＰを出力する。ジンバル機構部２０は、回転手段３０と、回転手段３０に取り付けられたビデオカメラ等の撮像手段４０とを備える。回転手段３０は、操作部１０で入力された上記各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑ及びＰにより、撮像手段４０を互いに直交するＡＺ（アジマス）軸、ＥＬ（エレベーション）軸及びＲＬ（ロール）軸それぞれの軸を中心に回転させる。
【０００３】
ジンバル機構部２０の構造例を図５に示す。ジンバル機構部２０は、基台３１とＡＺ軸３２と支持枠３３とＥＬ軸３４とケース３５とＲＬ軸３６とを有する回転手段３０と、撮像手段４０とから構成される。基台３１はジンバル機構部２０を航行体や移動体に取り付けるための部位である。基台３１にはＡＺ軸３２が垂直方向に取り付けられ、ＡＺ軸３２には支持枠３３が回転自在に軸受けされ、支持枠３３にはＥＬ軸３４が水平方向に取り付けられ、ＥＬ軸３４にはケース３５が回転自在に軸受けされ、ケース３５内には撮像手段４０がＲＬ軸３６を中心として回転できるように支持されている。つまり、このようなジンバル構造により撮像手段４０を、ＡＺ軸３２を中心として左右方向に回転させることができ、ＥＬ軸３４を中心として上下方向に回転させることができ、ＲＬ軸３６を中心として左右に傾斜するように回転させることができる。
【０００４】
このようなカメラスタビライザ１００の構成においては、ＥＬ軸を中心とした回転角度が０°（航行体・移動体と水平）であり、かつＲＬ軸を中心とした回転角度も０°であれば操作部１０において撮影者がレバー等を操作した方向通りに撮影画像が直線的にスクロールする。
【０００５】
しかし、例えば図６(a)に示すように、撮像手段４０がＥＬ軸を中心に回転し水平に対して上下に傾きを持った状態で、操作部１０において撮影者がレバーを左右方向に操作した場合には、撮影画像は左右方向に直線的にスクロールするのではなく、図６(b)に示すように弧を描いてスクロールする。また、例えば図７に示すように、撮像手段４０がＲＬ軸を中心に回転し左右に傾いた状態で、操作部１０において撮影者がレバーを左右又は上下方向に操作した場合には、撮影画像は左右又は上下方向にスクロールするのではなく、ＲＬ軸の回転角度分だけ傾いてスクロールする。このように、撮像手段４０が水平に対して上下又はＲＬ軸に対して左右に傾いた状態においては、操作者のレバー操作の方向と撮影画像のスクロール方向にずれが生じ、操作性が悪くなる。
【０００６】
そこで、このようなずれを排除すべく、操作部からの入力コマンドを各軸の回転角度に応じて変換し、変換後のコマンドにより回転手段を駆動することにより操作者のレバー操作方向と撮影画像のスクロールの方向とのずれを解消する方法が特許文献１にて開示されている。特許文献１で開示されているのは、撮影者による画面上の操作が左右・上下方向についてのみ可能なカメラスタビライザであるが、更に回転方向への操作が可能なカメラスタビライザにおいても、コマンド変換を行うことでレバー操作方向とスクロール方向とのずれを解消することができる。
【０００７】
図８は、このようなコマンド変換機能を有するカメラスタビライザ１０１の構成例を示すブロック図である。カメラスタビライザ１０１は、操作部１０とジンバル機構部２１とコマンド変換部６０とを備える。またジンバル機構部２１は、回転手段３０と撮像手段４０と角度検知手段５０とを備える。なお、操作部１０と回転手段３０と撮像手段４０は図４に示す上記のカメラスタビライザ１００と同じものであるため説明を省略する。以降も同様に、説明済の構成部分については同一符号を付し説明を省略する。
【０００８】
角度検知手段５０は、ＥＬ軸を中心とした回転角度であるＥＬ軸回転角度θとＲＬ軸を中心とした回転角度であるＲＬ軸回転角度φとを検知して出力する。
【０００９】
コマンド変換部６０は、角度検知手段５０で検知されたＥＬ軸回転角度θとＲＬ軸回転角度φとを用いて、操作部１０で入力された各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑ、Ｐを、ＡＺ軸ジンバル角速度コマンドωψ、ＥＬ軸ジンバル角速度コマンドωθ及びＲＬ軸ジンバル角速度コマンドωφに変換して出力する。ωψ、ωθ、ωφは、例えば次のように求める。
【００１０】
Ｘ軸を航行体又は移動体の前方、Ｙ軸を前方に向かって右方、Ｚ軸を鉛直下方とした時の座標系において、ＺＹＸの順に回転させたオイラー角φ、θ、ψにおけるオイラー角速度ωφ、ωθ、ωψと、回転前の位置における航行体又は移動体の角速度Ｐ、Ｑ、Ｒとの関係は次式により表すことができる。
【００１１】
【数４】
2009141557.tif 000003
これを次式のように変形することによりωφ、ωθ、ωψを求めることできる。
【００１２】
【数５】
2009141557.tif 000004
ＡＺ軸、ＥＬ軸、ＲＬ軸からなるジンバル構造においては、各軸を中心としたジンバル回転角度をψ、θ、φと、各軸を中心としたジンバル角速度をωψ、ωθ、ωφと、また画面上の左右・上下・回転の各方向の入力角速度をＲ、Ｑ、Ｐと解することにより、任意のジンバル回転角度において、画面上の左右・上下・回転方向の操作に則した各ジンバル角速度を求めることができる。
【００１３】
このようにコマンド変換したＡＺ軸ジンバル角速度コマンドωψ、ＥＬ軸ジンバル角速度コマンドωθ及びＲＬ軸ジンバル角速度コマンドωφにより回転手段３０を駆動することにより、操作者の左右・上下・回転の各方向のレバー等の操作方向と撮影画像のスクロール方向とのずれが解消され、操作性の向上を図ることができる。
【特許文献１】特開平９−１５４０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記のような、コマンド変換によりレバー等の操作方向と撮影画像のスクロール方向とのずれを解消する方法はＥＬ軸回転角度θが小さい（水平に近い）うちは特に問題は生じない。しかし、(2)式においてsecθやtanθの値を使用しているため、θが±９０°（撮像手段の向きが直下又は直上）に近づくにつれて計算後の値が無限大に向かい、やがてコマンド変換値の計算ができなくなってしまう。そこで、±９０°（及びその近辺の角度範囲）ではコマンド変換を行わないという方法が考えられるが、この場合コマンド変換を行う範囲と行わない範囲との境界部分で画面表示角度が急激に変化するため、操作性が著しく損なわれる。
【００１５】
本発明の目的は、操作者が操作する左右・上下・回転の各レバー等の操作方向と撮影画像のスクロール方向とのずれが無く、かつ、ＥＬ軸を中心とした回転角度が±９０°（直下または直上）に近づこうとする場合、コマンド変換を行う範囲と行わない範囲との境界部分で生じる急激な画面表示の変化を回避することができるカメラスタビライザを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のカメラスタビライザは、操作部とコマンド変換部とジンバル機構部とを備える。操作部は、左右方向、上下方向及び回転方向それぞれの入力操作により、左右方向入力角速度コマンドＲ、上下方向入力角速度コマンドＱ、回転方向入力角速度コマンドＰを出力する。コマンド変換部は、変換処理手段と補間処理手段と出力選択手段とを備える。変換処理手段は、各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑ、Ｐを、ジンバル機構部の角度検知手段から与えられるＥＬ軸回転角度θとＲＬ軸回転角度φに応じて、ＡＺ軸変換角速度コマンドαψ、ＥＬ軸変換角速度コマンドαθ及びＲＬ軸変換角速度コマンドαφに変換して出力する。補間処理手段は、各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑ、Ｐと各軸変換角速度コマンドαψ、αθ、αφとＥＬ軸回転角度θと補間開始角度σと補間終了角度εとから、ＡＺ軸補間角速度コマンドβψ、ＥＬ軸補間角速度コマンドβθ及びＲＬ軸補間角速度コマンドβφを求める。出力選択手段は、ＥＬ軸回転角度θが補間開始角度σ以上の場合は各軸変換角速度コマンドαψ、αθ、αφをそれぞれＡＺ軸ジンバル角速度コマンドωψ、ＥＬ軸ジンバル角速度コマンドωθ及びＲＬ軸ジンバル角速度コマンドωφとして出力し、ＥＬ軸回転角度が補間開始角度σと補間終了角度εとの間の角度である場合は各軸補間角速度コマンドβψ、βθ、βφをそれぞれ各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθ、ωφとして出力し、ＥＬ軸回転角度θが補間終了角度ε以下である場合は各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑ、Ｐをそれぞれ各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθ、ωφとして出力する。ジンバル機構部は、撮像手段と回転手段と角度検知手段とを備える。回転手段は、コマンド変換部から出力された各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθ、ωφにより撮像手段を互いに直交するＡＺ軸、ＥＬ軸及びＲＬ軸それぞれの軸を中心として回転させる。角度検知手段は、ＥＬ軸及びＲＬ軸の回転角度θ及びφを検知して出力する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、操作者が操作する左右・上下・回転の各レバー等の操作方向と撮影画像のスクロール方向とのずれが無く、かつ、ＥＬ軸を中心とした回転角度が±９０°（直下または直上）に近づこうとする場合、コマンド変換を行う範囲と行わない範囲との境界部分で生じる急激な画面表示の変化を回避することができるカメラスタビライザを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明のカメラスタビライザ１の構成例を示すブロック図である。カメラスタビライザ１は、操作部１０とジンバル機構部２１とコマンド変換部６１とを備える。またコマンド変換部６１は、変換処理手段７１と補間処理手段８１と出力選択手段９１とを備える。
【００１９】
本発明では、コマンド変換を行う範囲と行わない範囲との境界部分で画面の表示状態が急激に変化することを防ぐため、コマンド変換を行う角度範囲と行わない角度範囲との間に、緩衝のための補間処理を行う角度範囲を設ける。補間の角度範囲を図２に示す。補間開始角度σと補間終了角度εをコマンド変換範囲とコマンド無変換範囲との間に適宜設定し、補間開始角度σより水平側の角度領域においてはコマンド変換を行い、補間終了角度εより直下側の角度領域においてはコマンド変換を行わず操作部からの入力コマンドをそのまま使用する。補間開始角度σと補間終了角度εの間の角度領域においては、コマンド変換を行った値とコマンド変換を行わない値とからＥＬ軸を中心とした回転角度に応じた補間コマンドを求める。
【００２０】
コマンド変換部６１の具体的な処理を各手段の機能とともに図１に従って説明する。操作部１０にて入力された各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑ、Ｐが、変換処理手段７１、補間処理手段８１及び出力選択手段９１のそれぞれに入力される。変換処理手段７１は、角度検知手段５０で検知されたＥＬ軸回転角度θとＲＬ軸回転角度φとを用いて、各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑ、Ｐを、ＡＺ軸変換角速度コマンドαψ、ＥＬ軸変換角速度コマンドαθ及びＲＬ軸変換角速度コマンドαφに変換して出力する。αψ、αθ、αφは、(2)式と同様に次式により求めることができる。
【００２１】
【数６】
2009141557.tif 000005
補間処理手段８１は、変換処理手段７１で求めた補間開始角度σにおける各軸変換角速度コマンドαψ、αθ、αφと、各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑ、Ｐと、角度検知手段５０で検知されたθを用いて、ＡＺ軸補間角速度コマンドβψ、ＥＬ軸補間角速度コマンドβθ及びＲＬ軸補間角速度コマンドβφを求める。例えば、線形補間による場合は次式のように求めることができる。
【００２２】
【数７】
2009141557.tif 000006
そして、出力選択手段９１はＥＬ軸回転角度θに応じて選択した各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθ、ωφを出力する。θが補間開始角度σより水平側の角度の場合は各軸変換角速度コマンドαψ、αθ、αφをそれぞれ各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθ、ωφとして出力する。θが補間開始角度σと補間終了角度εとの間の角度の場合は、各軸補間角速度コマンドβψ、βθ、βφをそれぞれＡＺ軸ジンバル角速度コマンドωψ、ＥＬ軸ジンバル角速度コマンドωθ、ＲＬ軸ジンバル角速度コマンドωφとして出力する。θが補間終了角度εより直下側の角度の場合は、各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑ、Ｐをそれぞれ各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθ、ωφとして出力する。
【００２３】
このように補間処理を行うことにより、ＥＬ軸を中心とした回転角度の変化による急激な画面表示の変化を回避することができる。
【００２４】
なお、一般に航行体へのカメラスタビライザの取り付け位置は航行体の下部であることから、カメラスタビライザの各軸の可動範囲は、ＡＺ軸は３６０°連続、ＥＬ軸は＋２５°〜−１２０°、ＲＬ軸は−３０°〜＋３０°程度のものが多い。このようにジンバルの構造上ＲＬ軸の可動範囲が狭い場合は、(3)式、(4)式でコマンド変換を行って運用した場合、すぐに可動範囲一杯に達し動けなくなる可能性がある。そのような場合、意図せずして突然画面の動きが変わるため、逆に操作性が悪化してしまう。そこで、ＲＬ軸の可動範囲が狭い場合は、ＲＬ軸については変換せずに、つまり(3)式、(4)式でαφ＝Ｐ、βφ＝Ｐとおいて回転方向入力角速度コマンドＰでそのまま回転手段を駆動するという方法をとることも可能である。この場合、コマンド変換部を通さずに操作部から直接、回転手段にωφ＝Ｐとして入力しても構わない。
【００２５】
〔第２実施形態〕
第１実施形態は、左右、上下、回転の各方向のレバー等の操作で、各ジンバル軸を回転させ撮像装置の向きを制御する構成である。これに対し第２実施形態は、回転方向についてはバーチカルジャイロ等で水平からの傾きを検知して水平状態が維持されるよう自動で回転補償を行い、レバー等による操作は左右、上下方向についてのみ行う構成である。
【００２６】
図３は、本発明のカメラスタビライザ２の構成例を示すブロック図である。カメラスタビライザ２は、操作部１２とジンバル機構部２２とコマンド変換部６２とを備える。また、ジンバル機構部２２は、回転手段３０と撮像手段４０と角度検知手段５０とバーチカルジャイロ３００と水平回転補償手段３１０とを備え、コマンド変換部６２は、変換処理手段７２と補間処理手段８２と出力選択手段９２とを備える。
【００２７】
操作部１２にて入力された左右、上下方向入力角速度コマンドＲ、Ｑが、変換処理手段７２、補間処理手段８２及び出力選択手段９２のそれぞれに入力される。変換処理手段７２は、角度検知手段５０で検知されたＥＬ軸回転角度θとＲＬ軸回転角度φとを用いて、各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑを、ＡＺ軸変換角速度コマンドαψ及びＥＬ軸変換角速度コマンドαθに変換して出力する。αψ、αθは第１実施形態と同様、次式により求めることができる。
【００２８】
【数８】
2009141557.tif 000007
補間処理手段８２は、変換処理手段７２で求めた補間開始角度σにおける各軸変換角速度コマンドαψ、αθと、各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑと、角度検知手段５０で検知されたθとを用いて、ＡＺ軸補間角速度コマンドβψ及びＥＬ軸補間角速度コマンドβθを求める。例えば、線形補間による場合は第１実施形態と同様、次式のように求めることができる。
【００２９】
【数９】
2009141557.tif 000008
そして、出力選択手段９２はＥＬ軸回転角度θに応じて選択したＡＺ軸ジンバル角速度コマンドωψ及びＥＬ軸ジンバル角速度コマンドωθを出力する。θが補間開始角度σより水平側の角度の場合は各軸変換角速度コマンドαψ、αθをそれぞれ各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθとして出力する。θが補間開始角度σと補間終了角度εとの間の角度の場合は、各軸補間角速度コマンドβψ、βθをそれぞれ各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθとして出力する。θが補間終了角度εより直下側の角度の場合は、各方向入力角速度コマンドＲ、Ｑをそれぞれ各軸ジンバル角速度コマンドωψ、ωθとして出力する。
【００３０】
また、回転方向については、バーチカルジャイロ３００において検知された姿勢角を用いて水平回転補償手段３１０がＲＬ軸ジンバル角速度コマンドωφを生成し出力する。
このように構成することで、回転方向について自動で水平回転補償を行う場合においても、ＥＬ軸を中心とした回転角度の変化による急激な画面表示の変化を回避することができる。
【００３１】
〔補間角度範囲の設定〕
(3)式（又は(5)式）による変換処理を行い、更に(4) 式（又は(6)式）により線形補間を行う場合、補間角度範囲を定める補間開始角度σと補間終了角度εを設定する必要がある。設定に際しては、ジンバル角速度コマンドの最大値がジンバルの最大駆動角速度を越えることができないこと、及びＥＬ軸回転角度が大きくなるとジンバルの駆動角速度も大きくなることから、最大駆動角速度に到達するＥＬ軸回転角度θの限界角度を求めた上で、補間角度範囲を設定する。
【００３２】
まず、左右方向と上下方向の２軸のみの操作の場合について、補間角度範囲の設定方法を述べる。θの限界角度は、(3)式においてθの関数であるαψ、αφのそれぞれについて、例えば以下のように求めることができる。
(3)式により求められるＡＺ軸変換角速度コマンドαψは、駆動可能な最大駆動速度ＡＺmax以下である必要があるため、
ＡＺmax≧｜secθ・(Ｑ・sinφ＋Ｒ・cosφ)｜        (7)
という不等式で表現できる。θの限界角度は、この不等式が成り立つ最大（または最小）のθということになる。ここで、右辺の(Ｑ・sinφ＋Ｒ・cosφ)の部分についてＱ、Ｒを固定値としてφで微分した式を０として解くと、
φ＝tan−１(Q/R)      (8)
となり、従って、(7)式を境界値を求める式として整理すると、
AZmax＝secθ・(Q・sin(tan−１(Q/R)）＋R・cos(tan−１(Q/R))      (9)
となる。そしてこれをθについて解くと次式のようになる。
【００３３】
【数１０】
2009141557.tif 000009
ここで、撮影時に必要とされる左右方向、上下方向の入力角速度コマンドＲ、Ｑの最大値を１０(deg/sec)とし、ＡＺmaxを６０(deg/sec)とすると、θ＝±７６．４°となる。つまりこの角度がＡＺ軸のコマンド変換でジンバルが駆動できる限界角度となる。このため、補間開始角度σがこの角度を越えないように設定する必要がある。例えば、ＥＬ角が下向きにおける補間角度範囲の中心値を−７５°と設定し、前後に±５°の補間区間を設けるとすると補間開始角度σ＝−７０°、補間終了角度ε＝−８０°となる。
【００３４】
次に、左右方向、上下方向、回転方向の３軸の操作の場合について、補間角度範囲の設定方法を述べる。
(3)式により求められるＲＬ軸変換角速度コマンドαφは、駆動可能な最大駆動速度ＲＬmax以下である必要があるため、
ＲＬmax≧｜Ｐ＋tanθ・(Ｑ・sinφ＋Ｒ・cosφ)｜        (11)
という不等式で表現できる。θの限界角度は、この不等式が成り立つ最大（または最小）のθということになる。ＡＺ軸と同様に(11)式を境界値を求める式として整理すると、
RLmax＝P＋tanθ・(Q・sin(tan−１(Q/R)）＋R・cos(tan−１(Q/R))    (12)
となる。そしてこれをθについて解くと次式のようになる。
【００３５】
【数１１】
2009141557.tif 000010
ここで、撮影時において回転方向の操作は通常行わないためＰについては０とし、撮影時に必要とされる左右方向、上下方向の入力角速度コマンドＲ、Ｑの最大値を１０(deg/sec)とし、ＲＬmaxを３０(deg/sec)とすると、θ＝±６４．８°となる。つまりこの角度がＲＬ軸のコマンド変換でジンバルが駆動できる限界角度となる。このため、補間開始角度σがこの角度を越えないように設定する必要がある。例えば、ＥＬ角が下向きにおける補間角度範囲の中心値を−６０°と設定し、前後に±５°の補間区間を設けるとすると補間開始角度σ＝−５５°、補間終了角度ε＝−６５°となる。
【００３６】
以上から、３軸すべてについてコマンド変換を行う場合は補間角度範囲を、−５５°〜−６５°に設定し、ＡＺ軸とＥＬ軸の２軸についてコマンド変換を行う場合は、ＲＬ軸についての限界角度を考慮する必要が無いため、−７０°〜−８０°に設定するというように補間角度範囲を導出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、撮影角度を変化させても撮影画像に違和感が生じにくい操作性の高いカメラスタビライザが必要な場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態の構成例を示すブロック図。
【図２】補間の角度範囲を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態の構成例を示すブロック図。
【図４】従来のカメラスタビライザの構成例を示すブロック図。
【図５】従来のジンバル機構部の例を示す構造図。
【図６】撮像手段が水平に対し上下に傾きを持っている状態での撮影画面のスクロールの様子を示す図。
【図７】撮像手段がＲＬ軸に対し左右に傾きを持っている状態での撮影画面のスクロールの様子を示す図。
【図８】従来のカメラスタビライザの別の構成例を示すブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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