天體自動追蹤拍攝方法和天體自動追蹤拍攝裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種天體自動追蹤拍攝方法和一種天體自動追蹤拍攝裝置，其能夠通過減少不必要的計算處理來降低CPU的負(fù)擔(dān)，不必使用昂貴、體積大、沉重且需要復(fù)雜調(diào)整的赤道儀，也不需要被精確控制的執(zhí)行器，就能夠以呈靜止?fàn)顟B(tài)清晰地拍攝天體。本發(fā)明的天體自動追蹤拍攝方法，用于拍攝由于周日運動而相對拍攝裝置移動的天體，一邊移動從圖像傳感器的部分成像區(qū)域中電子剪裁出的剪裁區(qū)域，一邊拍攝天體，該方法包括如下步驟：獲取天體圖像在成像區(qū)域上的移動信息；根據(jù)所獲取的天體圖像的移動信息設(shè)定剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)；以及一邊根據(jù)所設(shè)定的剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)移動該剪裁區(qū)域，一邊在各移動后的剪裁區(qū)域進(jìn)行拍攝操作。
【專利說明】天體自動追蹤拍攝方法和天體自動追蹤拍攝裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠捕捉天體靜止圖像的天體自動追蹤拍攝方法，以及一種天體自動追蹤拍攝裝置(照相機(jī)等)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)用固定拍攝裝置進(jìn)行長曝光天文攝影時，由于地球的自轉(zhuǎn)(周日運動)造成天體相對拍攝裝置移動，因此在長曝光過程中天體的移動軌跡在所拍攝畫面中形成直的或彎曲的光軌跡。
[0003]為了使天體呈靜止?fàn)顟B(tài)(呈光點)而用長曝光拍攝天體，通常用裝備有自動追蹤系統(tǒng)的赤道儀使拍攝裝置對準(zhǔn)天體移動，對天體進(jìn)行拍攝。
[0004]但是，裝備有自動追蹤系統(tǒng)的赤道儀通常昂貴、沉重并難以操作；而且必須進(jìn)行極軸校準(zhǔn)程序，以使赤道儀的極軸對準(zhǔn)天球北極極軸。
[0005]近年來，有人提出如下方法，即，不使用赤道儀，令固定的拍攝裝置進(jìn)行多次連續(xù)拍攝操作(曝光操作)，然后檢測多個所拍攝圖像的位移量，通過疊加各個拍攝圖像來獲得單張圖像(專利文獻(xiàn)I和2)。
[0006]但是，在該方法中，實際上不可能正確計算出多張拍攝圖像的位移量。并且，在作為多個天體的集合圖像的天體照片中，要想正確識別同一天體是極為困難的。而且，由于在天文拍攝中天體的運行(周日運動)非常緩慢，因此當(dāng)進(jìn)行多次拍攝操作的周期過短時，多個拍攝圖像在宏觀上趨同(獲得大量幾乎相同的拍攝圖像)，由于進(jìn)行不必要的計算處理而增加CPU的負(fù)擔(dān)。
[0007]另外，還提出了如下的自動追蹤天文攝影，S卩，在不使用赤道儀，使拍攝單元在固定狀態(tài)下，驅(qū)動(移動)拍攝單元的圖像傳感器，而進(jìn)行拍攝操作(專利文獻(xiàn)3和4)。
[0008]但是，在該方法中，必須有使圖像傳感器精確移動的執(zhí)行器(actuator)，而此種執(zhí)行器難以生產(chǎn)和控制。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本發(fā)明專利公開第2006-279135號
[0012]專利文獻(xiàn)2:日本發(fā)明專利公開第2006-287375號
[0013]專利文獻(xiàn)3:日本發(fā)明專利公開第2008-289052號
[0014]專利文獻(xiàn)4:日本發(fā)明專利公開第2010-122672號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]技術(shù)問題
[0016]本發(fā)明基于對上述問題和結(jié)論的認(rèn)識而完成，目的在于提供一種天體自動追蹤拍攝方法和天體自動追蹤拍攝裝置，其能夠通過減少不必要的計算處理來降低CPU的負(fù)擔(dān)，不必使用昂貴、體積大、沉重且需要復(fù)雜調(diào)整的赤道儀，也不需要被精確控制的執(zhí)行器，就能夠以呈靜止?fàn)顟B(tài)清晰地拍攝天體。
[0017]解決方法
[0018]本發(fā)明是基于以下考慮而完成的，S卩，在獲取天體圖像在圖像傳感器成像范圍內(nèi)的移動信息(移動方向、移動距離、轉(zhuǎn)動角)后，根據(jù)所獲得的移動信息來設(shè)定剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)(移動方向、移動距離、轉(zhuǎn)動角和移動周期)，并一邊按照設(shè)定的移動數(shù)據(jù)來移動剪裁區(qū)域，一邊在各個剪裁區(qū)域進(jìn)行拍攝操作，獲得所拍攝的各個剪裁區(qū)域的拍攝圖像疊加后形成的單個圖像，由此，能夠通過減少不必要的計算處理來減輕CPU的負(fù)擔(dān)，不必使用昂貴、體積大、沉重且需要復(fù)雜調(diào)整的赤道儀，也不需要被精確控制的執(zhí)行器，就能夠以呈靜止?fàn)顟B(tài)清晰地拍攝天體。
[0019]S卩，在本發(fā)明中，提供有自動追蹤并拍攝天體的方法，S卩，為了拍攝由于周日運動而相對于拍攝裝置移動的天體，一邊移動從圖像傳感器的一部分成像區(qū)域電子剪裁出的剪裁區(qū)域，一邊對天體進(jìn)行拍攝，該方法包括:獲取天體圖像在成像區(qū)域上的移動信息；根據(jù)所獲取的天體圖像的移動信息設(shè)定剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)；并一邊根據(jù)所設(shè)定的剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)移動該剪裁區(qū)域，一邊在各移動后的剪裁區(qū)域進(jìn)行拍攝操作。
[0020]通過以下兩種方法能夠判定剪裁區(qū)域15的剪裁范圍(設(shè)定范圍)和拍攝時間(曝光時間)。兩種方法均能判定相對于所需的剪裁區(qū)域15的剪裁范圍(或拍攝時間)的理想拍攝時間(或剪裁區(qū)域15的剪裁范圍)。
[0021]在第一種方法里，從圖像傳感器的成像區(qū)域中剪裁出(設(shè)定)小于該成像區(qū)域的剪裁區(qū)域；當(dāng)根據(jù)剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)對被剪裁出的該剪裁區(qū)域進(jìn)行虛擬移動時，計算該剪裁區(qū)域可被圖像傳感器的成像區(qū)域容納的最長時間，作為最長拍攝時間；然后將該所計算的最長拍攝時間設(shè)定為拍攝時間。
[0022]在第二種方法里，設(shè)定所需拍攝時間(曝光時間)；根據(jù)所獲取的天體圖像的移動信息計算圖像傳感器的成像區(qū)域的移動數(shù)據(jù)；當(dāng)在所設(shè)定的拍攝時間內(nèi)，根據(jù)算出的該成像區(qū)域的移動數(shù)據(jù)對圖像傳感器的成像區(qū)域進(jìn)行虛擬移動時，從圖像傳感器的成像區(qū)域的常用部分剪裁出(設(shè)定)剪裁區(qū)域。
[0023]優(yōu)選地，在剪裁區(qū)域的剪裁步驟中，剪裁出矩形的剪裁區(qū)域，其與圖像傳感器的矩形成像區(qū)域的長邊和短邊平行。
[0024]由此，能夠使剪裁出的矩形剪裁區(qū)域的移動量變大，并能夠獲得較長的拍攝時間(曝光時間)。
[0025]剪裁區(qū)域中的天體圖像的移動信息包括剪裁區(qū)域中天體圖像的移動方向、移動距離和轉(zhuǎn)動角。
[0026]剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)包括剪裁區(qū)域的移動方向、移動距離、轉(zhuǎn)動角和移動周期。
[0027]在設(shè)定移動數(shù)據(jù)的步驟中，優(yōu)選設(shè)定剪裁區(qū)域的移動周期，使得在每個預(yù)設(shè)時間周期內(nèi)天體圖像在剪裁區(qū)域中的移動距離不超過剪裁區(qū)域的像素間距。
[0028]由此，因為在剪裁區(qū)域中所形成的天體圖像移動不超過剪裁區(qū)域的像素間距，所以能夠以靜止?fàn)顟B(tài)(作為光點)拍攝天體。
[0029]在獲取移動信息的步驟中，優(yōu)選地，通過將移動距離分解成與拍攝光學(xué)系統(tǒng)的光軸正交方向上的直線移動分量、和繞與該光軸平行的軸的轉(zhuǎn)動移動分量，來獲取剪裁區(qū)域中每個預(yù)設(shè)時間周期內(nèi)天體圖像的移動距離。在設(shè)定移動數(shù)據(jù)的步驟中，優(yōu)選地，將與所獲得的直線移動分量的移動距離對應(yīng)的剪裁區(qū)域的移動周期、和與所獲得的轉(zhuǎn)動移動分量的移動距離對應(yīng)的剪裁區(qū)域的移動周期中最短移動周期，設(shè)定為剪裁區(qū)域的移動周期。
[0030]由此，由于剪裁區(qū)域內(nèi)天體圖像的直線移動分量(轉(zhuǎn)動移動分量)的移動距離不會過度地大于轉(zhuǎn)動移動分量(直線移動分量)的移動距離，因此天體能夠以靜止?fàn)顟B(tài)(作為光點)被拍攝。
[0031]天體自動追蹤拍攝方法可以進(jìn)一步包括能夠在拍攝期間更新剪裁區(qū)域的移動周期的升級步驟。
[0032]由此，即使拍攝過程中的追蹤條件發(fā)生變化，也能夠根據(jù)變化后的追蹤條件以優(yōu)化的移動周期移動剪裁區(qū)域。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的天體自動追蹤拍攝方法進(jìn)一步包括輸入拍攝裝置的拍攝光學(xué)系統(tǒng)的焦距信息、拍攝位置的緯度信息、拍攝方位角信息、拍攝仰角信息、和拍攝裝置的姿態(tài)信息，其中在獲取移動信息的步驟中，能夠通過使用上述輸入的信息來獲取天體圖像在剪裁區(qū)域內(nèi)的移動信息。
[0034]由此，能夠以更高的精度來計算剪裁區(qū)域內(nèi)天體圖像的移動信息。
[0035]提供有一種天體自動追蹤拍攝裝置，用來拍攝由于周日運動而相對于拍攝裝置移動的天體，其一邊移動從圖像傳感器的部分成像區(qū)域中電子剪裁出的剪裁區(qū)域、一邊拍攝天體，該天體自動追蹤拍攝裝置包括:獲取單元，其獲取天體圖像在成像區(qū)域上的移動數(shù)據(jù)；設(shè)定單元，其根據(jù)由獲取單元獲取的天體圖像的移動信息來設(shè)定剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)；以及拍攝單元，其一邊根據(jù)設(shè)定單元所設(shè)定的剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)移動剪裁區(qū)域、一邊在各移動后的剪裁區(qū)域進(jìn)行拍攝操作。
[0036]發(fā)明的有益效果
[0037]根據(jù)本發(fā)明，實現(xiàn)有天體自動追蹤拍攝方法和天體自動追蹤拍攝裝置，其能夠通過減少不必要的計算處理來降低CPU的負(fù)擔(dān)，不必使用昂貴、體積大、沉重且需要復(fù)雜調(diào)整的赤道儀，也不需要被精確控制的執(zhí)行器，就能夠以呈靜止?fàn)顟B(tài)清楚地拍攝天體。
[0038]【專利附圖】

【附圖說明】圖1是表示作為本發(fā)明的天體自動追蹤拍攝裝置的數(shù)碼相機(jī)的實施例的基本結(jié)構(gòu)的框圖。
[0039]圖2(A)是表示設(shè)置有剪裁區(qū)域的圖像傳感器的成像表面(成像區(qū)域)的示意圖。
[0040]圖2(B)是表示使剪裁區(qū)域在圖像傳感器的成像表面上做直線移動的示意圖。
[0041]圖2(C)是表示使剪裁區(qū)域在圖像傳感器的成像表面上轉(zhuǎn)動的示意圖。
[0042]圖3是表示定義天球半徑為r而在北極點進(jìn)行天體拍攝操作的方式的示意圖。
[0043]圖4是表示從正下方觀察圖3的進(jìn)行天體拍攝操作的方式的示意圖。
[0044]圖5是表示從不同的方向(al)?(a4)觀察的天體的軌跡(圓形軌跡)的示意圖。
[0045]圖6表示從不同的方向(al)?(a4)拍攝的天體的圓形軌跡的圖像。
[0046]圖7是表示用照相機(jī)指向天體時，天體因地球轉(zhuǎn)動而在圖像上形成的軌跡的示意圖。
[0047]圖8是當(dāng)天體沿看上去呈橢圓形(圓形)的軌跡運行時，一邊在圖像傳感器的中心捕捉天體，一邊追蹤天體移動的情形的示意圖。
[0048]圖9是表不捕圓與捕圓的切線之間關(guān)系的不意圖。
[0049]圖10是說明根據(jù)本發(fā)明的天體自動追蹤拍攝的天體圖。[0050]圖11是表示圖10中在天體半球上的,連接天球北極、目標(biāo)天體和天頂?shù)那蛎嫒切蔚氖疽鈭D。
[0051]圖12是表示數(shù)碼相機(jī)繞拍攝光軸從水平位置傾斜的狀態(tài)的示意圖。
[0052]圖13是表示用于進(jìn)行本發(fā)明的天體自動追蹤拍攝的第一種方法的流程圖。
[0053]圖14表示確定剪裁區(qū)域的剪裁范圍(設(shè)定范圍)和拍攝時間(曝光時間)的第一種方法；其中圖14(A)表示剪裁區(qū)域的初始剪裁(設(shè)定)狀態(tài)，圖14(B)表示剪裁(設(shè)定)后的剪裁區(qū)域已根據(jù)移動數(shù)據(jù)進(jìn)行移動的移動后狀態(tài)。
[0054]圖15是表示設(shè)定剪裁區(qū)域移動周期的方法的流程圖。
[0055]圖16是表示進(jìn)行本發(fā)明的天體自動追蹤拍攝的第二種方法的流程圖。
[0056]圖17表示確定剪裁區(qū)域的剪裁范圍(設(shè)定范圍)和拍攝時間(曝光時間)的第二種方法。
[0057]附圖標(biāo)記說明
[0058]10 數(shù)碼相機(jī)(拍攝裝置)
[0059]11 相機(jī)機(jī)身
[0060]13 圖像傳感器(成像單元、拍攝單元)
[0061]14 成像表面(拍攝區(qū)域)
[0062]15 剪裁區(qū)域
[0063]17 光圈驅(qū)動控制機(jī)構(gòu)
[0064]21 CPU (獲取單元/設(shè)定單元/拍攝單元/疊加單元)
[0065]21A像素間據(jù)信息保持單元
[0066]23 LCD 顯示屏
[0067]25 存儲卡
[0068]27 電源開關(guān)
[0069]28 釋放開關(guān)
[0070]30 設(shè)定開關(guān)
[0071]31 GPS單元(緯度信息輸入單元)
[0072]33 方位角傳感器(拍攝方位角信息輸入單元)
[0073]35 重力傳感器(拍攝仰角信息輸入單元、海拔高度信息輸入單元)
[0074]101拍攝鏡頭(拍攝單元)
[0075]IOlL拍攝光學(xué)系統(tǒng)(拍攝單元)
[0076]103 光圈
[0077]105焦距檢測器(焦距信息輸入單元)
【具體實施方式】
[0078]以下參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0079]以下參照圖1至圖17，對作為本發(fā)明的天體自動追蹤拍攝裝置的數(shù)碼相機(jī)(拍攝裝置)10的實施例進(jìn)行說明。
[0080]如圖1所示，數(shù)碼相機(jī)10具有相機(jī)機(jī)身11和拍攝鏡頭101 (鏡頭包括拍攝光學(xué)系統(tǒng)101L)。數(shù)碼相機(jī)10在相機(jī)機(jī)身11內(nèi)，在拍攝光學(xué)系統(tǒng)IOlL后方,設(shè)置有圖像傳感器(圖像拾取單元)13。拍攝光學(xué)系統(tǒng)IOlL的光軸(拍攝光軸)LO和圖像傳感器13的成像表面(成像區(qū)域)14彼此正交。
[0081]如圖2(A)所示，圖像傳感器13的成像表面14為矩形。將該成像表面14的一部分設(shè)定為電子剪裁的矩形剪裁區(qū)域15。
[0082]如圖2(B)所示，控制剪裁區(qū)域15，以所需移動速度，在與拍攝光學(xué)系統(tǒng)IOlL的光軸LO正交的方向上，在成像表面14上以直線移動所需的移動量(例如，橫向移動量AxJi向移動量Ay)。
[0083]如圖2 (C)所示，控制剪裁區(qū)域15，以所需轉(zhuǎn)動速度，繞與光軸LO平行的軸(其瞬時中心位于與光軸LO正交的平面上的某處)轉(zhuǎn)動所需的轉(zhuǎn)動量(例如,轉(zhuǎn)動角α )。
[0084]拍攝鏡頭101，在拍攝光學(xué)系統(tǒng)IOlL中設(shè)有光圈103。其f值(光圈103打開/關(guān)閉程度)由相機(jī)機(jī)身11中的光圈驅(qū)動控制機(jī)構(gòu)17控制。拍攝鏡頭101設(shè)有檢測拍攝光學(xué)系統(tǒng)IOlL焦距信息的焦距檢測器(焦距信息輸入單元)105。
[0085]機(jī)身11上設(shè)有IXD顯示屏23，其顯示圖像傳感器13捕捉的圖像；以及存儲卡25，其存儲圖像傳感器13捕捉的圖像數(shù)據(jù)。機(jī)身11上設(shè)有電源開關(guān)27、釋放開關(guān)28和設(shè)定開關(guān)30。電源開關(guān)27用于接通/斷開數(shù)碼相機(jī)10的供電。釋放開關(guān)28用于執(zhí)行對焦處理、測光處理和拍攝(捕捉圖像)處理。設(shè)定開關(guān)30用于選擇性設(shè)定各種拍攝模式(曝光模式)，如天體自動追蹤拍攝模式和普通拍攝模式。
[0086]相機(jī)機(jī)身11具有GPS單元(緯度信息輸入單元)31、方位角傳感器(拍攝方位角信息輸入單元)33、和重力傳感器(拍攝仰角信息輸入單元、海拔高度信息輸入單元)35。GPS單元31檢測數(shù)碼相機(jī)10拍攝位置的緯度信息ε。方位角傳感器33檢測數(shù)碼相機(jī)10拍攝位置的方位角信息Α。重力傳感器35具有調(diào)平功能，其檢測數(shù)碼相機(jī)10在拍攝位置處的拍攝仰角信息h和相機(jī)機(jī)身11 (圖像傳感器13)的姿態(tài)信息ξ (見圖12)。姿態(tài)信息ξ表示相機(jī)機(jī)身11 (圖像傳感器13)從相機(jī)機(jī)身11 (圖像傳感器13)的參考位置繞光軸LO(圖像傳感器13的成像表面14的中心C)的轉(zhuǎn)動角信息。該相機(jī)機(jī)身11 (圖像傳感器13)的參考位置，例如為，在使形狀為矩形的圖像傳感器13的長邊方向從與水平方向(X方向)一致的位置(姿態(tài))，繞相機(jī)機(jī)身11的光軸LO轉(zhuǎn)動(傾斜)后，水平方向(X方向)與相機(jī)機(jī)身11的長邊方向V (見圖12)的夾角ξ，將其作為轉(zhuǎn)動角信息。
[0087]相機(jī)機(jī)身11具有CPU (獲取單元/設(shè)定單元/拍攝單元/疊加單元)21，其控制數(shù)碼相機(jī)10的整體操作。CPU21具有像素間距信息保持單元21Α，其保持剪裁區(qū)域15 (成像表面14)的像素間隔信息。
[0088]CPU21根據(jù)從焦距檢測器105輸入的焦距信息f、從GPS單元31輸入的緯度信息ε、從方位角傳感器33輸入的拍攝方位角信息Α、從重力傳感器35輸入的拍攝仰角信息h和姿態(tài)信息1、以及保存在像素間距信息保持單元21A中的剪裁區(qū)域15的像素間距信息，通過向圖像傳感器13發(fā)送剪裁控制信號，而在圖像傳感器13的成像表面14上移動剪裁區(qū)域15。下文中將詳細(xì)說明由CPU21進(jìn)行的剪裁區(qū)域15的移動控制。
[0089]CPU21使用從焦距檢測器105輸入的焦距信息f、從GPS單元31輸入的緯度信息ε、從方位角傳感器33輸入的拍攝方位角信息Α、以及從重力傳感器35輸入的拍攝仰角信息h和姿態(tài)信息ξ，來獲取成像表面14上天體圖像在每個預(yù)設(shè)時間周期內(nèi)的移動信息
[0090]上述移動信息包括:成像表面14上的天體圖像的橫向移動量Δχ、縱向移動量Ay和轉(zhuǎn)動角α。將橫向移動量Ax和縱向移動量Ay合并后的矢量分量的方向?qū)?yīng)于剪裁區(qū)域15上天體圖像的移動方向。使橫向移動量ΛΧ和縱向移動量Ay合并后的矢量分量的長度與剪裁區(qū)域15上天體圖像的移動距離相對應(yīng)。
[0091]CPU21根據(jù)所獲取的成像表面14上的天體圖像的移動信息(橫向移動量Λχ、縱向移動量八7和轉(zhuǎn)動角α)來設(shè)定剪裁區(qū)域15的移動數(shù)據(jù)。該移動數(shù)據(jù)為用于在圖像傳感器13的成像表面14上移動剪裁區(qū)域15的數(shù)據(jù)，使得天體圖像在剪裁區(qū)域15上的成像位置始終保持固定。
[0092]上述移動數(shù)據(jù)包括剪裁區(qū)域15的橫向移動量Λ X、縱向移動量Ay、轉(zhuǎn)動角α和移動周期t。將橫向移動量Λχ和縱向移動量Ay合并后的矢量分量的方向?qū)?yīng)于剪裁區(qū)域15的移動方向。橫向移動量Ax和縱向移動量Ay合并后的矢量分量的長度相當(dāng)于剪裁區(qū)域15的移動距離。
[0093]CPU21根據(jù)所設(shè)定的圖像傳感器13的成像表面14上的剪裁區(qū)域15的移動數(shù)據(jù)(橫向移動量Λχ、縱向移動量Ay、轉(zhuǎn)動角α和移動周期t)來移動剪裁區(qū)域15。
[0094]CPU21根據(jù)從焦距檢測器105輸入的焦距信息f、每個預(yù)設(shè)時間周期內(nèi)剪裁區(qū)域15上的天體圖像的移動距離、和像素間距信息保持單元21A中保持的剪裁區(qū)域15的像素間距信息，來設(shè)定剪裁區(qū)域15的移動周期t。
[0095]更具體地，CPU21設(shè) 定剪裁區(qū)域15的移動周期t，使得在每個預(yù)設(shè)時間周期內(nèi)天體圖像在剪裁區(qū)域15中的移動距離不超過剪裁區(qū)域15的像素間距。由此，由于形成在剪裁區(qū)域15上的天體圖像的移動不超出剪裁區(qū)域15的像素間距，因此能夠以靜止?fàn)顟B(tài)(作為光點)拍攝天體。
[0096]因此，令剪裁區(qū)域15的可允許移動周期的最大值為tmax，剪裁區(qū)域15的像素間距為‘a(chǎn)’，在移動周期t內(nèi)天體圖像在剪裁區(qū)域15中的移動距離為L。
[0097]為了在拍攝圖像時不使天體圖像因移動而顯示成模糊狀，必須使天體圖像在移動周期t內(nèi)在剪裁區(qū)域15中的移動距離L限于剪裁區(qū)域15的像素間距‘a(chǎn)’。即，當(dāng)a=L的條件式成立時，剪裁區(qū)域15的可允許的移動周期的最大值tmax指移動周期t。優(yōu)選地，CPU21將移動周期t設(shè)定為0.5tmax〈t ( tmax。由此，通過優(yōu)選使剪裁區(qū)域15追隨天體的周日運動，能夠以靜止?fàn)顟B(tài)(作為光點)來拍攝天體，并且通過減少不必要的計算處理，能夠降低CPU21的負(fù)擔(dān)。當(dāng)超過上述條件的上限時，剪裁區(qū)域15的移動周期t過長，而使天體的運動軌跡被拍攝成直線或曲線。當(dāng)超出上述條件的下限時，剪裁區(qū)域15的移動周期t過短，造成獲得大量宏觀上顯得相同的拍攝圖像，因此增加不必要的計算處理，從而增加CPU21的負(fù)擔(dān)。
[0098]例如，在僅考慮剪裁區(qū)域15的橫向移動量Λ X和縱向移動量Ay的例子里，當(dāng)令剪裁區(qū)域15的移動周期為txy時，以下條件式⑴成立:
[0099]L=f.sin θ.sin (2.π/24/60/60.txy)...(I)，其中
[0100]Θ指從天球北極到拍攝目標(biāo)點的角度，f指從焦距檢測器105輸入的拍攝鏡頭101
的焦距信息。
[0101]當(dāng)上述條件式⑴中移動距離L被像素間距‘a(chǎn)’ (a=L)取代并且被轉(zhuǎn)換成txy時，以下條件式(2)成立:
[0102]txy=arcsin (a/f/sin θ ).24.60.60/2/ η...⑵.[0103]在條件式⑵中，當(dāng)a=5ym且f=100mm，并且假設(shè)拍攝操作是在赤道上的一點進(jìn)行(θ=90。)時，移動周期txy為:
[0104]txy=arcsin(5/(100000)/l).24.60.60/2/π =0.687549 秒。
[0105]由于該值相當(dāng)于剪裁區(qū)域15的可允許的移動周期txy的最大值，因此CPU21將剪裁區(qū)域15的移動周期txy設(shè)定為0.687549秒以下的值。
[0106]進(jìn)而，在僅考慮轉(zhuǎn)動角α的情況下，當(dāng)剪裁區(qū)域15的移動周期被指定為ta時，以下條件⑶成立:
[0107]L=b.31 /24/60/60.t α.cos θ...⑶，其中
[0108]‘b’指圖像傳感器13的剪裁區(qū)域15的對角線尺寸。
[0109]當(dāng)上述條件(3)中的移動距離L被像素間距‘a(chǎn)’(a=L)取代并且被轉(zhuǎn)換成t α?xí)r，以下條件⑷成立:
[0110]t a =a/b/ π.24.60.60/cos Θ …⑷.[0111]在條件(4)中，當(dāng)a=5 μ m且b=28.4mm,并且假設(shè)是在拍攝北極星(Θ =0° )時,移動周期t α為:
[0112]t α =5/28400/.24.60.60/1=4.841897 秒。
[0113]由于該值對 應(yīng)于剪裁區(qū)域15可允許移動周期ta的最大值，因此CPU21將剪裁區(qū)域15的移動周期t α設(shè)定為4.841897秒以下的值。
[0114]CPU21將與直線移動分量(Λχ和Ay)的移動距離相應(yīng)的剪裁區(qū)域15的移動周期txy，和與轉(zhuǎn)動移動分量(a )的移動距離相應(yīng)的剪裁區(qū)域15的移動周期t α中最短移動周期(在本例中為:移動周期txy)，設(shè)定為剪裁區(qū)域15的移動周期t。由此，由于剪裁區(qū)域15中天體圖像的直線移動分量(或轉(zhuǎn)動移動分量)的移動距離不會過度地大于轉(zhuǎn)動移動分量(或直線移動分量)的移動距離，因此能夠以靜止?fàn)顟B(tài)(光點)拍攝天體。
[0115]CPU21—邊根據(jù)以上述方式(橫向移動量Λχ、縱向移動量Ay、轉(zhuǎn)動角α和移動周期t (txy或t a ))所設(shè)定的剪裁區(qū)域15的移動數(shù)據(jù)來移動剪裁區(qū)域15，一邊在每個移動周期t里在剪裁區(qū)域15進(jìn)行拍攝操作(曝光)，并通過疊加每個移動周期t的剪裁區(qū)域15的拍攝圖像來獲取單張圖像。由于在剪裁區(qū)域15的移動過程中剪裁區(qū)域15中天體圖像的成像位置固定，因此所獲取的疊加后單張圖像清楚地以靜止?fàn)顟B(tài)拍攝到因周日運動而移動的天體。
[0116]以下參照圖3到圖12，說明計算剪裁區(qū)域15的移動數(shù)據(jù)(橫向移動量Λχ、縱向移動量Ay和轉(zhuǎn)動角a )的原理。
[0117][從北極進(jìn)行拍攝(北緯90度)]
[0118]從地球北極進(jìn)行拍攝(緯度90度)指的是在位于地軸(地球轉(zhuǎn)動的軸)延長線上的北極星(Polaris)與天頂重合的狀態(tài)(如圖3所示)下進(jìn)行拍攝。
[0119]此處假設(shè)天球為有限球體，其中圖3所示“r”代表現(xiàn)實中為無窮大的天球的半徑，圖3所示“ Θ ”代表數(shù)碼相機(jī)10的拍攝光學(xué)系統(tǒng)IOlL的光軸LO從北極星偏離的角(即，天極方向和拍攝光學(xué)系統(tǒng)光軸LO方向之間的夾角)。在該例子中，數(shù)碼相機(jī)10的拍攝仰角h由下式表示:
[0120]90- Θ (h=90- Θ ).[0121]如圖4所示，當(dāng)從正下方觀看天球時，每一個天體均形成以北極星(天極)為中心的圓形軌跡。通過指定R為該圓形軌跡的半徑，根據(jù)數(shù)碼相機(jī)10拍攝仰角h，能夠用Θ來表示圓形軌跡的半徑R。圓形軌跡的半徑R可由以下公式來給出:
[0122]
【權(quán)利要求】
1.一種天體自動追蹤拍攝方法，其用于拍攝由于周日運動而相對于拍攝裝置移動的天體，一邊移動從圖像傳感器的成像區(qū)域的一部分電子剪裁出的剪裁區(qū)域，一邊拍攝天體，其特征在于，包括如下步驟: 獲取天體圖像在所述成像區(qū)域上的移動信息； 根據(jù)所獲取的所述天體圖像的移動信息設(shè)定所述剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)； 一邊根據(jù)所設(shè)定的所述剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)移動所述剪裁區(qū)域，一邊在各移動后的剪裁區(qū)域進(jìn)行拍攝操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天體自動追蹤拍攝方法，還包括: 從所述圖像傳感器的所述成像區(qū)域剪裁出小于所述成像區(qū)域的剪裁區(qū)域； 當(dāng)根據(jù)所述剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)對被剪裁出的所述剪裁區(qū)域進(jìn)行虛擬移動時，計算所述剪裁區(qū)域可被所述圖像傳感器的所述成像區(qū)域容納的最長時間，作為最長拍攝時間；并且 將所計算的最長拍攝時間設(shè)定為拍攝時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天體自動追蹤拍攝方法，還包括: 設(shè)定所需的拍攝 時間； 根據(jù)所獲得的所述天體圖像的所述移動信息計算所述圖像傳感器的所述成像區(qū)域的移動數(shù)據(jù)；并且 當(dāng)在所設(shè)定的所述拍攝時間內(nèi)，根據(jù)算出的成像區(qū)域的移動數(shù)據(jù)對圖像傳感器的成像區(qū)域進(jìn)行虛擬移動時，從所述圖像傳感器的所述成像區(qū)域的常用部分剪裁出所述剪裁區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的天體自動追蹤拍攝方法，其中， 所述圖像傳感器的所述成像區(qū)域為矩形，且 在對剪裁區(qū)域的所述剪裁步驟中，剪裁出與所述圖像傳感器的所述矩形成像區(qū)域的長邊和短邊平行的矩形剪裁區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項所述的天體自動追蹤拍攝方法，其中， 所述天體圖像在所述剪裁區(qū)域中的所述移動信息包括所述天體圖像在所述剪裁區(qū)域中的移動方向、移動距離和轉(zhuǎn)動角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天體自動追蹤拍攝方法，其中， 所述剪裁區(qū)域的所述移動數(shù)據(jù)包括所述剪裁區(qū)域的移動方向、移動距離、轉(zhuǎn)動角和移動周期。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天體自動追蹤拍攝方法，其中， 在設(shè)定所述移動數(shù)據(jù)的步驟中，設(shè)定所述剪裁區(qū)域的移動周期，以使在每個預(yù)設(shè)時間周期內(nèi)天體圖像在所述剪裁區(qū)域中的移動距離不超過所述剪裁區(qū)域的像素間距。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天體自動追蹤拍攝方法，其中， 在獲取所述移動信息的步驟中，通過將所述移動距離分解成與所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的光軸正交方向上的直線移動分量、和繞與所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的光軸平行的軸的轉(zhuǎn)動移動分量，來獲取所述天體圖像在每個預(yù)設(shè)時間周期在所述剪裁區(qū)域中的所述移動距離，并且 在設(shè)定所述移動數(shù)據(jù)的步驟中，將與所獲得的所述直線移動分量的移動距離相應(yīng)的剪裁區(qū)域的移動周期、和與所獲得的所述轉(zhuǎn)動移動分量的移動距離相應(yīng)的剪裁區(qū)域的移動周期中最短移動周期，設(shè)定為所述剪裁區(qū)域的移動周期。
9.根據(jù)權(quán)利要求6~8中任一項所述的天體自動追蹤拍攝方法，還包括: 在拍攝期間更新所述剪裁區(qū)域的所述移動周期。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~9中任一項所述的天體自動追蹤拍攝方法， 還包括:輸入所述拍攝裝置的所述拍攝光學(xué)系統(tǒng)的焦距信息，拍攝位置的緯度信息、拍攝方位角信息、拍攝仰角信息和所述拍攝裝置的姿態(tài)信息， 在獲取所述移動信息的步驟中，通過使用所述輸入的信息來獲取所述天體圖像在所述剪裁區(qū)域內(nèi)的所述移動信息。
11.一種天體自動追蹤拍攝裝置，其用于拍攝由于周日運動而相對于拍攝裝置移動的天體，一邊移動從圖像傳感器的成像區(qū)域的一部分電子剪裁出的剪裁區(qū)域，一邊拍攝天體，所述天體自動追蹤拍攝裝置包括: 獲取單元，其獲取天體圖像所述成像區(qū)域上的移動信息； 設(shè)定單元，其根據(jù)由所述獲取單元獲取的所述天體圖像的所述移動信息來設(shè)定所述剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)；和 拍攝單元，其一邊根據(jù)由所述設(shè)定單元設(shè)定的所述剪裁區(qū)域的移動數(shù)據(jù)移動所述剪裁區(qū)域，一邊在各移動后的剪·裁區(qū)域進(jìn)行拍攝操作。
【文檔編號】G03B5/00GK103597809SQ201280029178
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月16日
【發(fā)明者】大田真已斗 申請人:理光映像有限公司