(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自分自体の角速度を検出する手段を有し、上記角速度に基づいて視軸が一定方向を向くように制御され、外部からの入射光を所定の方向に伝達する視軸安定部と、上記視軸安定部に固定され、上記視軸に平行な視軸を有し、外部からの入射光を結像し映像を出力する第１の撮像手段と、上記視軸安定部から供給される光を結像する撮像素子を有する第２の撮像手段とを具備し、上記第２の撮像手段は、上記第１の撮像手段から得られる映像と上記撮像素子から得られる映像のずれを検出し、上記ずれを小さくするように上記撮像素子からの映像の切り出し位置を移動させる画像ずれ補正手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
自分自体の角速度を検出する手段を有し、上記角速度に基づいて視軸が一定方向を向くように制御され、外部からの入射光を所定の方向に伝達する視軸安定部と、上記視軸安定部に固定され、上記視軸安定部からの出射光に平行な光を出射する発光手段と、上記視軸安定部からの出射光および上記発光手段から供給される光を結像する撮像素子を有する第２の撮像手段とを具備し、上記第２の撮像手段は、上記発光手段から供給され上記撮像素子に結像される像とこの像の基準位置との映像のずれを検出し、上記ずれを小さくするように上記撮像素子からの映像の切り出し位置を移動させる画像ずれ補正手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
筐体と、上記筐体に対し旋回軸まわりに回動自在に支持される旋回部、上記旋回部に対し俯仰軸まわりに回動自在に支持される俯仰部、上記俯仰部に固定され、外部から入射する光を集光するレンズ、上記俯仰部に固定され、上記レンズの集光した光を俯仰軸に平行な方向に反射する第１の反射手段、上記俯仰部に固定され、上記レンズの光軸に平行な光軸を有し、外部からの入射光を結像し映像を出力する第１の撮像手段、上記旋回部に固定され、上記第１の反射手段から反射される光を上記旋回軸に平行な方向に反射する第２の反射手段、および上記俯仰部の角速度を検出し、上記角速度に基づいて上記レンズの視軸を一定方向に安定させるように上記旋回部と上記俯仰部を駆動させる視軸安定化手段とを有する視軸安定部と、上記筐体に固定され、上記第２の反射手段からの光を集光する光学部品と、上記光学部品によって集光された光を結像し映像を出力する撮像素子を有する第２の撮像手段とを備え、上記第２の撮像手段は、上記第１の撮像手段から得られる映像と上記撮像素子から得られる映像とのずれを検出し、上記ずれを小さくするように上記撮像素子からの映像の切り出し位置を移動させる画像ずれ補正手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
筐体と、上記筐体に対し旋回軸まわりに回動自在に支持される旋回部、上記旋回部に対し俯仰軸まわりに回動自在に支持される俯仰部、上記俯仰部に固定され、外部から入射する光を集光するレンズ、上記俯仰部に固定され、上記レンズの集光した光を俯仰軸に平行な方向に反射する第１の反射手段、上記俯仰部に固定され、上記第１の反射手段から反射される光に平行な光を出射する発光手段、上記旋回部に固定され、上記第１の反射手段および上記発光手段から供給される光を上記旋回軸に平行な方向に反射する第２の反射手段、および上記俯仰部の角速度を検出し、上記角速度に基づいて上記レンズの視軸を一定方向に安定させるように上記旋回部と上記俯仰部を駆動させる視軸安定化手段とを有する視軸安定部と、上記筐体に固定され、上記第２の反射手段からの光を集光する光学部品と、上記光学部品によって集光された光を結像し映像を出力する撮像素子を有する撮像手段とを備え、上記撮像手段は、上記発光手段から出射され上記撮像素子で結像される像とこの像の基準位置との映像上のずれを検出し、上記ずれを小さくするように上記撮像素子からの映像の切り出し位置を移動させる画像ずれ補正手段を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両、船舶、航空機などの移動体に搭載される撮像装置において、ブレのない安定な画像を得るための画像ずれ補正手段を備えた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７に移動体に搭載される撮像装置全般の運用形態の例を示す。図において、１は撮像装置である。図のように、撮像装置は航空機のような移動体１ａに搭載され、遠距離にある物体、暗闇下にある人体など、肉眼では視認しにくい被写体１ｂを画像として捕え、移動体に設置されたモニタ、あるいは基地局に設置されたモニタ等に映像として映し出し操作する人の視認を可能とする物である。
【０００３】
図８は従来の撮像装置の一例を示す図で、（ａ）は撮像装置を上から見た断面図、（ｂ）は（ａ）を紙面右側の側面から見た断面図、（ｃ）は（ａ）を紙面上方の側面から見た断面図である。図において、１１は装置全体を支える筐体、１２はその筐体に固定されるジンバルベース、１３はジンバルベース１２に固定され内輪が自由に回転することのできる旋回軸受、１４は旋回軸受１３の内輪に固定された旋回フレーム、１５は旋回フレーム１４に固定されたウインドシェル、１６はウインドシェル１５に固定され内輪が自由に回転することのできる俯仰軸受、１７は俯仰軸受１６の内輪に固定された俯仰フレーム、２１は上記ウインドシェル１５に固定され外部から発せられた光を装置内部に導くウインドウ、２２は上記俯仰フレーム１７に固定されウインドウ２１から導かれた光を集光する第１のレンズ、２３は同じく俯仰フレーム１７に固定され、第１のレンズ２２が集光した光を俯仰軸受の回転軸（俯仰軸）に平行な方向に反射するミラーやプリズム等のような光学部品を有する第１の反射手段、２４は俯仰フレーム１７に固定され、第１の反射手段２３が反射した光を屈折する第２のレンズ、２５はウインドシェル１５に固定され、第２のレンズ２４で屈折した光を反射するミラーのような光学部品を有する第２の反射手段、２６はウインドシェル１５に固定され、第２の反射手段２５に導かれた光を反射する第３の反射手段、２７は旋回フレーム１４に固定され、第３の反射手段２６に導かれた光を旋回軸受の回転軸（旋回軸）に平行な方向に光を反射するミラーのような光学部品を有する第４の反射手段、２８は旋回フレーム１７に固定され第２の反射手段２５、第３の反射手段２６、第４の反射手段２７を支える反射手段支持フレーム、３１は上記ジンバルベース１２と旋回フレーム１４にそれぞれステータ、ロータが固定され旋回フレーム１４を駆動するための旋回モータ、３２はウインドシェル１５と俯仰フレーム１７にそれぞれステータ、ロータが固定され俯仰フレーム１７を駆動するための俯仰モータ、３３は俯仰フレーム１７の俯仰および旋回方向の角速度を検出するジャイロ、１０は上記１１〜３３のジンバル機構で構成される視軸安定系、４１は第４の反射手段２７に導かれた光を反射するミラーのような光学部品を有する第５の反射手段、４２は第５の反射手段４１が反射した光を集光する第３のレンズ、４３は筐体１１に固定され反射手段４１とレンズ４２を支える光学フレーム、４０は上記４１〜４３で構成される光学系、５１は筐体１１に固定されレンズ４２が結像した画像を電気信号に変換する撮像素子５２を有し、図示されないケーブルあるいはＣＲＴのようなモニタに映像情報を出力する撮像機である。
【０００４】
一般に高解像度、高感度の撮像機は大型なものになる。そのため、撮像機をウインドシェル内に配置するにはウインドシェルを大型化するか、さもなければ他の筐体を設けて、撮像機をウインドシェル内以外の他の筐体の中に配置することとなる。また、撮像機が搭載される移動体１ａを構成する上では、移動体１ａの外部にはできるだけ突起部を避けることが望ましく、止むを得ず突起させるときにも空気抵抗を小さくし、軽量化し、美観を損なわない等の目的でできるだけ小型化する方が望ましい。すなわち、撮像機をウインドシェル内に収めることが難しくなり、図８のように視軸安定系を構成するウインドシェル外に撮像機を配置し、ウインドシェルを介して入射する映像を光学系を介して光学的に導くことが必要となり、上記のような構成をとることが多い。
【０００５】
従来の撮像装置は上記のように構成され、外部の光を導入・屈折・反射し撮像機５１に導き、撮像装置外部に映像信号を送信する。しかし、撮像装置全体が搭載される移動体１ａの母体は常に旋回・動揺・振動などの運動をしているため、撮像装置は常にその影響を受け、そのままでは視線（第１のレンズ２２の視軸１ｃ）は一定しない。そこで、俯仰フレーム１７に搭載されたジャイロ３３によって視線の角速度を検出し、旋回モータ３１と俯仰モータ３２を駆動制御し、ジャイロ３３の角速度が零となる方向に旋回フレーム１４と俯仰フレーム１７を回転させることにより、視線を一定の方向に安定させ、ブレのない画像を得ていた。例えば、図９（ａ）に示すように移動体１ａの母体が旋回する場合、撮像装置の視軸安定部１０は、旋回フレーム１４に固定されたウインドシェル１５を旋回させて視線が一定の方向を向くように駆動制御される。また、図９（ｂ）に示すように移動体１ａの母体が動揺する場合、撮像装置の視軸安定部１０は、俯仰フレーム１７を俯仰させて視線が一定方向を向くように駆動制御されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の撮像装置は上記のように構成されているので、母体全体の動揺など装置全体が傾斜することにより発生する画像のブレに対しては、視線の動きによる角速度をジャイロ３３によって検出することができるので、視線を空間に対し安定させることができ、画像のブレに対する補正が可能であった。しかし、撮像装置がマウントされる母体のひずみや動揺加速度その他の外力などにより図１０に示すように撮像装置を支持する筐体１１そのものが変形し、光学系４０と撮像機５１が相対変位した場合、図のようにジャイロ３３の角速度が零に保たれ、視軸安定系１０の視線の方向が一定であっても、撮像機５１の撮像素子５２上を画像が移動することになり、ブレとなって映像に現れるという課題があった。
【０００７】
また、撮像装置を支持する筐体１１が変形する場合でなくても、図１１のように風圧などの外力を受けて視軸安定系１０を構成するジンバルベース１２、旋回軸受１３、旋回フレーム１４、ウインドシェル１５等が歪み変形することにより、旋回軸受１３付近を支点として、変形し傾いた場合、俯仰フレーム１７の角速度が零に保たれ、視軸安定系１０の視線が一定していても、視軸安定系１０から撮像機５１に対して出射される光の光軸と撮像機５１の光軸との相対位置とがずれて画像がずれるという課題もあった。
【０００８】
例えば、図１２に従来の撮像装置の画像および映像信号の流れを表したブロック図を示す。被写体から撮像装置１内部に入射した画像Ａは２２〜２４を介し２５〜２７へ至る。２２〜２４での外乱は上記のようにジャイロ３３で検出でき補正が可能であるため外乱入力として現れない。しかし、２５〜２７で入力される外乱Ｃ（たとえば上記の図１０、１１における振動・衝撃や風圧による変形）はＡ＋Ｃとなって撮像機５１に入力される。画像Ａは被写体の移動により変動する予測不可能な変動値である。外乱Ｃも予測不可能な変動値である。よって撮像機５１から出力される映像信号Ａ＋Ｃからでは、ＡとＣがどちらも変動値であるので、どちらが変動したのか判別することができず、両者を分離することができないため、外乱Ｃを補正することが必要となっていた。
【０００９】
一方、従来外乱Ｃを補正する方法として、撮像機によって得られた画像を時系列に羅列し比較することにより、補正を加えるという手段があった。しかし、この方法の場合、移動しない固定された被写体に対しては有効であるが、移動することが予想される被写体に対しては、画像のずれであるのか被写体の移動によるものなのかを判別することができなかった。
【００１０】
このため、画像処理によって背景と被写体を識別し、背景の動きから画像のずれを判別するという手段が考えられていたが、航空機のように上空を移動する被写体に対しては、背景が単色の空であることが多いので、背景の動きを検出することはできないという課題があった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、車両、船舶、航空機のような母体全体の動揺に対して視線を安定させることに加え、撮像装置を支持する筐体の変形や、視軸安定系の傾きによって生じる画像ずれに対してまでも映像を安定させてブレのない映像を映すことのできる撮像装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る撮像装置は、自分自体の角速度を検出する手段を有し、上記角速度に基づいて視軸が一定方向を向くように制御され、外部からの入射光を所定の方向に伝達する視軸安定部と、上記視軸安定部に固定され、上記視軸に平行な視軸を有し、外部からの入射光を結像し映像を出力する第１の撮像手段と、上記視軸安定部から供給される光を結像する撮像素子を有する第２の撮像手段とを具備し、上記第２の撮像手段は、上記第１の撮像手段から得られる映像と上記撮像素子から得られる映像のずれを検出し、上記ずれを小さくするように上記撮像素子からの映像の切り出し位置を移動させる画像ずれ補正手段を有するものである。
【００１３】
また、この発明に係る撮像装置は、自分自体の角速度を検出する手段を有し、上記角速度に基づいて視軸が一定方向を向くように制御され、外部からの入射光を所定の方向に伝達する視軸安定部と、上記視軸安定部に固定され、上記視軸安定部からの出射光に平行な光を出射する発光手段と、上記視軸安定部からの出射光および上記発光手段から供給される光を結像する撮像素子を有する第２の撮像手段とを具備し、上記第２の撮像手段は、上記発光手段から供給され上記撮像素子に結像される像とこの像の基準位置との映像のずれを検出し、上記ずれを小さくするように上記撮像素子からの映像の切り出し位置を移動させる画像ずれ補正手段を有するものである。
【００１４】
また、この発明に係る撮像装置は、筐体と、上記筐体に対し旋回軸まわりに回動自在に支持される旋回部、上記旋回部に対し俯仰軸まわりに回動自在に支持される俯仰部、上記俯仰部に固定され、外部から入射する光を集光するレンズ、上記俯仰部に固定され、上記レンズの集光した光を俯仰軸に平行な方向に反射する第１の反射手段、上記俯仰部に固定され、上記レンズの光軸に平行な光軸を有し、外部からの入射光を結像し映像を出力する第１の撮像手段、上記旋回部に固定され、上記第１の反射手段から反射される光を上記旋回軸に平行な方向に反射する第２の反射手段、および上記俯仰部の角速度を検出し、上記角速度に基づいて上記レンズの視軸を一定方向に安定させるように上記旋回部と上記俯仰部を駆動させる視軸安定化手段とを有する視軸安定部と、上記筐体に固定され、上記第２の反射手段からの光を集光する光学部品と、上記光学部品によって集光された光を結像し映像を出力する撮像素子を有する第２の撮像手段とを備え、上記第２の撮像手段は、上記第１の撮像手段から得られる映像と上記撮像素子から得られる映像とのずれを検出し、上記ずれを小さくするように上記撮像素子からの映像の切り出し位置を移動させる画像ずれ補正手段を有するものである。
【００１５】
さらにまた、この発明に係る撮像装置は、筐体と、上記筐体に対し旋回軸まわりに回動自在に支持される旋回部、上記旋回部に対し俯仰軸まわりに回動自在に支持される俯仰部、上記俯仰部に固定され、外部から入射する光を集光するレンズ、上記俯仰部に固定され、上記レンズの集光した光を俯仰軸に平行な方向に反射する第１の反射手段、上記俯仰部に固定され、上記第１の反射手段から反射される光に平行な光を出射する発光手段、上記旋回部に固定され、上記第１の反射手段および上記発光手段から供給される光を上記旋回軸に平行な方向に反射する第２の反射手段、および上記俯仰部の角速度を検出し、上記角速度に基づいて上記レンズの視軸を一定方向に安定させるように上記旋回部と上記俯仰部を駆動させる視軸安定化手段とを有する視軸安定部と、上記筐体に固定され、上記第２の反射手段からの光を集光する光学部品と、上記光学部品によって集光された光を結像し映像を出力する撮像素子を有する撮像手段とを備え、上記撮像手段は、上記発光手段から出射され上記撮像素子で結像される像とこの像の基準位置との映像上のずれを検出し、上記ずれを小さくするように上記撮像素子からの映像の切り出し位置を移動させる画像ずれ補正手段を有するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の撮像装置の一実施の形態を図によって説明する。
【００１７】
図１はこの発明にかかる撮像装置の一例を示す図で、（ａ）は撮像装置を上から見た断面図、（ｂ）は（ａ）を紙面右側の側面から見た断面図、（ｃ）は（ａ）を紙面上方の側面から見た断面図である。図において、１０〜５１は従来の機器と同じ物で、６１は俯仰フレーム１７上の第１の反射手段２３近傍に固定された小型カメラである。
【００１８】
図２はこの発明にかかる撮像装置の画像および映像信号の流れを表したブロック図である。８１は撮像機５１から得られた映像と小型カメラ６１から得られた映像を比較し両者のずれ量を算出する映像ずれ比較回路、８３は映像ずれを補正した映像信号を出力する信号選択回路である。
【００１９】
この発明は図のように構成され、以下のように作用する。俯仰フレーム１７脇に設けられた小型カメラ（例えば解像度の低いモノクロ可視カメラ）６１によって、視軸安定系１０の視線方向に存在しウインドウ２１、第１のレンズ２２を介して入射する像の映像を取得し、その取得された常に視軸安定系１０の視線方向と同じ方向を向いた映像信号を、ケーブルのような信号伝達手段を通じて撮像機５１へ送る。
【００２０】
撮像機５１内部の撮像素子５２から得られた映像のみでは、撮像装置を支持する筐体１１や視軸安定系１０などの変形に伴う画像のズレなのか、被写体が移動したのかを判別することができない。しかし、小型カメラ６１は俯仰フレーム１７と常に同じ視線方向を指向しているので、小型カメラ６１の解像度の低い粗な映像に対し撮像素子５２からの解像度の高い密な映像がどれだけずれているのかを映像ずれ比較回路８１において比較することにより、変形に伴う画像のズレと被写体の移動を分離することが可能となる。
【００２１】
映像ずれ比較回路８１の処理の一例として、小型カメラ６１と撮像機５１の映像を、画像処理することにより被写体と背景を分離し、両方の画像における目標を図形として認識し、両方の図形の重心を算出し、その重心間の距離と相対位置を求めることによって、小型カメラ６１と撮像機５１の映像ずれの大きさと方向を求めることができるという方法がある。
【００２２】
例えば、通常の状態においては図３（ｂ）のように従来の装置と同じくブレのない安定した画像が得られる。よって、撮像機５１における撮像素子５２から映像信号を受ける信号選択回路８３において、破線イで囲まれた部分の信号を選択して読み出し、たとえばその信号をモニタへ送れば、モニタでは常に安定した映像を映し出すことができる。
【００２３】
しかし、振動・衝撃などの外力によって図１０のように撮像装置を支持する筐体１１が変形したとき、筐体１１の変形は、ジャイロ３３によって変形量を検知できず、またモータよって変形を修正できないので、筐体１１に固定された撮像機５１が変動し、ジャイロ３３に対し相対的に回転するため、撮像素子から出力される映像上で被写体の位置が移動する。例えば図３（ｂ）に示すように、通常の撮像素子からの映像上で破線イに囲まれた部分の中心に重心位置のあった被写体１ｂは、図３（ｃ）に示すように、筐体１１の変形によってその重心位置が矢印ロの方向に移動する。しかし、俯仰フレーム１７は、そこに固定されたジャイロ３３によって空間に対する角速度を検出し、この角速度が零になるように駆動制御されているので、ジャイロ３３近辺において俯仰フレーム１７に固定され、その視軸を第１のレンズ２３の視軸に一致させた小型カメラ６１も空間に対し安定するように保持される（この場合、小型カメラ６はジャイロ３３近辺にあるので、ジャイロ３３の示す角速度と同じ角速度になる。）。このため、小型カメラ６１は筐体１１の変形には関係なく視線の方向が一定するので、振動・衝撃などの外力による変形の影響を受けにくく、図３（ａ）のように、被写体１ｂの重心位置が映像上で破線イに囲まれた部分の中心にあり、常に安定した画像を捕えることになる。したがって、比較回路８１で算出された映像ずれの大きさと方向に基づき、信号選択回路８３において映像ずれを打ち消す方向に、映像ずれを打ち消す大きさの分だけ撮像機５１から来た信号の切り出し枠の位置を移動し、移動された切り出し枠内の映像を送る。
例えば図３（ｄ）に示すように、被写体１ｂの重心位置が破線ハに囲まれた部分の中心に来るように撮像素子からの映像信号の切り出し枠の位置を選択し、選択された映像信号を読み出して送信すれば、受信した側では常に安定した映像を移し出すことが可能となる。移動体１ａが航空機である場合、撮像装置から送信される被写体１ｂ（例えば他の航空機のような移動物体）の映像が機体に設置されたＣＲＴモニタで受信され、航空機のパイロットはＣＲＴモニタを通じて常に安定した高画質な映像を見られる。
【００２４】
次に、図１１のように風圧のような外力を受け、視軸安定系１０が旋回軸受１３を支点にして筐体１１に固定された撮像機５１に対し相対的に倒れ、撮像装置が変形した場合は、俯仰フレーム１７の角速度が零に保たれ、視軸安定系１０の視線が一定していても、視軸安定系１０から出てくる光の光軸と撮像機５１の光軸との相対位置がずれて映像のずれが生じる。しかし、この場合も上記の小型カメラ６１からの映像と同じように比較回路８１で映像のずれを算出し、信号選択回路８３で映像のずれを補正するように映像信号の切り出し枠の位置を変え、補正された映像信号を送れば、受信した側では被写体１ｂの映像ずれのない常に安定した映像を映し出すことが可能となる。
【００２５】
なお、この実施の形態では、図３において矢印イの方向に画像が移動したときの対処の例を示しているが、それぞれ撮像素子の切り出し方向を変えれば、他の方向の画像の移動にも対処できる。
【００２６】
続いて、図２によりこの実施の形態の画像および映像信号の流れを説明する。被写体から撮像装置１内部に入射した画像Ａは、レンズおよび反射手段２２〜２４を介し２５〜２７へ至ると同時に、小型カメラ６１にも入力される。２２〜２４に入射した画像は、従来の装置と同様２５〜２７で外乱Ｃ（たとえば上記の振動・衝撃や風圧による変形）を受け、Ａ＋Ｃとなって撮像機５１に入力される。画像Ａは被写体の移動により変動する予測不可能な変動値である。外乱Ｃも予測不可能な変動値である。一方、小型カメラ６１から入った画像はそこで映像信号に変換される画像のブレのない安定した映像信号となっているので、外乱Ｃの影響を受けない。比較回路８１には小型カメラ６１からの映像信号Ａと撮像機５１からの映像信号Ａ＋Ｃが入力される。ＡもＣも変動値であるが、比較回路８１においてＡとＡ＋Ｃを比較することにより、Ａ＋ＣのＡに対するずれ量、すなわちＣに相当する値を信号選択回路８３に出力する（模式的には（Ａ＋Ｃ）−Ａ→Ｃと書き表すことができる）。信号選択回路８３は撮像機５１からの映像信号Ａ＋Ｃと比較回路８１からずれ量Ｃが入力される。Ｃの値が分かっているので、Ａ＋Ｃの内からＡのみを抽出することが可能となる（模式的には（Ａ＋Ｃ）−Ｃ→Ａと書き表すことができる）。したがって映像信号Ａのみを出力できるため、外乱Ｃの影響を受けない画像を出力することが可能となる。
【００２７】
実施の形態２．
以下、撮像装置の一実施の形態を図によって説明する。
【００２８】
図４はこの発明にかかる撮像装置の一例を示す図である。図において、１０〜５１は従来の機器と同じ物で、７１は第１のレンズから入射する光が第１の反射手段２３において反射する反射面と相対する面側に配置され、第１の反射手段２３が反射する光の光軸と平行な方向に光軸を有するように、第１の反射手段２３に固定されたレーザ光源である。なお、第１の反射手段２３にはレーザ光を通すように穴を設けてある。本実施の形態においては、レーザ光を通すように第１の反射手段２３に穴を設けているが、片面の光を反射しその反対面から入射したレーザ光をとおすものであれば、この形態に限る必要はなく、ハーフミラーやプリズムなどの反射手段を用いてもかわまない。また、第１の反射手段２３に設けた穴は極小孔なので、画像全体に占める面積は小さく、その周辺の画像は少し暗くなるだけで、像が欠如することはない。
【００２９】
図５はこの発明にかかる撮像装置の働きの一例を示すブロック図である。８２はレーザ光の像の位置を識別する画像処理回路で、８３は実施の形態１と同じ物である。
【００３０】
この発明は図のように構成され、以下のように動作する。第１の反射手段２３の中心に設けられたレーザ光源（たとえば半導体レーザ）１７は、光軸と平行なレーザ光線を発している。撮像素子５２は第２、３、４、５の反射手段２５、２６、２７、４１を介してこのレーザ光線を受光し、素子上のどの位置にレーザ光線が当たっているか、常に知ることができる。
【００３１】
通常のレーザ光線の位置とそのときのレーザ光線の位置との差が画像のずれ量であると考えられる。あらかじめ、静的な状態で、レーザ光線の像の撮像素子５２上の位置（たとえば画面の中心から水平方向に零画素、垂直方向に零画素ずれた位置である等）を読取っておき、それを初期値とする。
画像処理回路８２において撮像機５１からの映像信号およびレーザ光源７１からのレーザ光線の像を画像処理することにより、両者を分離し、レーザ光線の像が撮像素子５２上のどの位置にあるか検出し、上記の初期値を減算することにより、レーザ光線の像のずれの大きさと方向を求めることができる。
レーザ光源７１は第１の反射手段２３に固定されているので、俯仰フレーム１７とともに空間に対し安定しているので、レーザ光源７１は常に画像内におけるブレのない安定した像を供給している。よって、撮像素子５２とレーザ光線の像の相対位置から、撮像装置を支持する筐体や視軸安定系の変形に伴う画像のズレ量のみを検出することが可能となる。
【００３２】
例えば、通常の状態においては図６（ａ）のように従来の装置と同じくブレのない安定した画像が得られる。よって、撮像機５１における撮像素子５２から映像信号を受ける信号選択回路８３において、破線イで囲まれた部分の信号を選択して読み出し、たとえばその信号をモニタへ送れば、モニタでは常に安定した映像を映し出すことができる。
【００３３】
しかし、振動・衝撃などの外力によって図１０のように撮像装置を支持する筐体１１が変形したとき、図６（ｂ）のように画像は矢印ロの方向に移動する。しかし、俯仰フレーム１７はジャイロ３３によって空間に対する角速度を検出しそれが零になるように駆動制御しているので、俯仰フレーム１７に固定された第１の反射手段２３およびレーザ光源７１も空間に対し安定するように保持される。よって、筐体１１の変形には関係なくレーザ光線の方向は一定するので、振動・衝撃などの外力による変形の影響を受けにくく、常に画像とともに移動することになる。よって、画像処理回路８２で算出したレーザ光線の像のずれの算出結果に基づき、映像ずれを打ち消す方向に信号選択回路８３において撮像機５１から来た信号を選択し切り出し位置を変えて、例えば、図６（ｃ）の破線ハで囲まれた部分の信号のみを選択して読み出し、映像信号を送れば、受信した側では常に安定した映像を映し出すことが可能となる。
【００３４】
次に、図１１のように風圧のような外力によって視軸安定系１０が撮像機５１に対して相対的に倒れ、撮像装置が変形したときも、画像のずれが生じる。しかし、上記と同様にレーザ光源７１の受光点の移動量を画像処理回路８２で検出し、信号選択回路８３で画像のずれを補正するように映像信号の切り出し枠を変え、補正された映像信号を送れば、受信した側では常に安定した映像を映し出すことが可能となる。
【００３５】
なお、この実施の形態では、図６において矢印イの方向に画像が移動したときの対処の例を示しているが、それぞれ撮像素子の切り出し方向を変えれば、他の方向の画像の移動にも対処できる。
【００３６】
続いて、図５によりこの実施の形態の画像および映像信号の流れを説明する。被写体から撮像装置１内部に入射した画像Ａはレンズおよび反射手段２２〜２４を介し２５〜２７に入力する。第１の反射手段２３にレーザ光源７１が設けられており、レーザ光線を発している。そのレーザ光線は画像内におけるレーザ光線の像の所定の位置を示す、位置情報Ｂ（一定値）を出力することにつながる。２２、２３に入射した画像Ａにレーザ光線の位置情報Ｂが重畳され、Ａ＋Ｂとなり２４〜２７に入力される。画像Ａと位置情報Ｂはそれぞれ従来の装置と同様２４〜２７で外乱Ｃ（たとえば上記の振動・衝撃や風圧による変形）を受け、画像は（Ａ＋Ｃ）＋（Ｂ＋Ｃ）となって撮像機５１に入力される。映像信号に変換された（Ａ＋Ｃ）＋（Ｂ＋Ｃ）が画像処理回路８２と信号選択回路８３に出力される。画像処理回路８２において映像信号（Ａ＋Ｃ）＋（Ｂ＋Ｃ）を（Ａ＋Ｃ）と（Ｂ＋Ｃ）に分離する。その分離の方法の一例として、被写体が発すると予想される光の波長帯とレーザ光線の波長帯が異なるようにレーザ光源７１の波長帯を設定し、波長帯の違いによって分離するという方法がある。画像Ａは被写体の移動により変動する予測不可能な変動値である。外乱Ｃも予測不可能な変動値である。一方、レーザ光源７１から発せられるレーザ光線による位置情報Ｂは一定値である。Ｂは所定の値であり一定値であるので、分離した（Ｂ＋Ｃ）からずれ量Ｃの値を抽出できる（模式的には（Ｂ＋Ｃ）−Ｂ→Ｃと書き表すことができる）。信号選択回路８３は撮像機５１からの映像信号（Ａ＋Ｃ）＋（Ｂ＋Ｃ）と比較回路８１からのずれ量Ｃが入力される。Ｃの値が分かっているので、（Ａ＋Ｃ）＋（Ｂ＋Ｃ）の内からＡ＋Ｂのみを抽出することが可能となる。模式的には（Ａ＋Ｃ）＋（Ｂ＋Ｃ）−２Ｃ→Ａ＋Ｂと書き表すことができる。したがって映像信号Ａ＋Ｂのみを出力できるため、外乱Ｃの影響を受けない画像を出力することが可能となる。なお、Ｂは映像の上では、光の点であり画面上を動かないので、問題とならない。一般的には、画面上には、視軸安定系１０の角度情報や画面の中心を示す十字印を表示することが多いため、光の点をその位置に設定することにより、画面上には現れないようにすることも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば、従来の装置では補正が不可能であった、撮像装置本体の歪みや視軸安定系の傾斜に伴う映像のブレを検出し補正することを可能としたので、常に安定した映像の表示が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の撮像装置の実施の形態１を示す断面図。
【図２】  この発明の実施の形態１の動作を示すブロック図。
【図３】  この発明の実施の形態１の動作を示す概念図。
【図４】  この発明の撮像装置の実施の形態２を示す断面図。
【図５】  この発明の実施の形態２の動作を示すブロック図。
【図６】  この発明の実施の形態２の動作を示す概念図。
【図７】  撮像装置の運用形態を示す図。
【図８】  従来の撮像装置の実施例を示す断面図。
【図９】  従来の撮像装置の動作を示す図。
【図１０】  撮像装置が外力により変形する様子を示す図。
【図１１】  撮像装置が外力により変形する様子を示す図。
【図１２】  従来の撮像装置の動作を示すブロック図。
【符号の説明】
１  撮像装置、１０  撮像系、１１  筐体、１２  ジンバルベース、１３  旋回軸受、１４  旋回フレーム、１５  ウインドシェル、１６  俯仰軸受、１７  俯仰フレーム、２１  ウインドウ、２２  第１のレンズ、２３  第１の反射手段、２４  第２のレンズ、２５  第２の反射手段、２６  第３の反射手段、２７  第４の反射手段、２８  反射手段支持フレーム、３１  旋回モータ、３２  俯仰モータ、３３  ジャイロ、４０  光学系、４１  第５の反射手段、４２  第３のレンズ、５１  撮像機、６１  小型カメラ、７１  レーザ光源、８１  比較回路、８２  画像処理回路、８３  信号選択回路。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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