JPH10173978A - Tracking error detecting device - Google Patents
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- JPH10173978A JPH10173978A JP8333849A JP33384996A JPH10173978A JP H10173978 A JPH10173978 A JP H10173978A JP 8333849 A JP8333849 A JP 8333849A JP 33384996 A JP33384996 A JP 33384996A JP H10173978 A JPH10173978 A JP H10173978A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、星や移動体等の
目標物を追尾する、天体望遠鏡等の追尾システムの追尾
制御系を構成する、光学的追尾誤差検出装置に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical tracking error detecting device which configures a tracking control system of a tracking system such as an astronomical telescope for tracking a target such as a star or a moving object.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の光学望遠鏡システムでは、光学望
遠鏡の主光路に光学的分岐手段を設け、観測光量の一部
を追尾制御系に供給し、観測目標物あるいは観測目標物
を追尾する際のガイドとなる目標物の時間的変位を検出
し、この変位出力信号を光学望遠鏡システムの追尾制御
系の他の構成要素である制御駆動装置に入力して、この
時間的変位を打ち消すように光学望遠鏡の主光路方向を
フィードバック制御・駆動することにより、各種変位要
因に対し、目標物を安定的に追尾して、所要の観測時
間、連続的に天体観測できる必要がある。2. Description of the Related Art In a conventional optical telescope system, an optical branching means is provided in a main optical path of an optical telescope, a part of an observation light amount is supplied to a tracking control system, and when an observation target or an observation target is tracked. The optical telescope detects a temporal displacement of a target serving as a guide, and inputs the displacement output signal to a control driving device, which is another component of the tracking control system of the optical telescope system, so as to cancel the temporal displacement. It is necessary to stably track a target object against various displacement factors and perform continuous astronomical observation for a required observation time by performing feedback control and driving of the main optical path direction.
【０００３】目標物の変位は、目標物の天球上の移動、
望遠鏡の設置されている地球自身の公転及び自転、光路
となる大気層の屈折率の変化（ゆらぎ）や塵埃による散
乱、あるいは、風や温度変化等の力学的ストレスが望遠
鏡システムに加わることによって生じる、望遠鏡システ
ム内の光軸の傾き（指向ずれ）等複数の要因から発生す
るものである。また、各変位要因は、それぞれ、種々の
周波数成分や変位幅を持つものであり、追尾制御系の性
能の向上のためには、追尾誤差検出装置の追尾誤差出力
の精度と応答性の改善が必須である。[0003] Displacement of a target is determined by movement of the target on a celestial sphere,
It is caused by mechanical stresses such as the revolution and rotation of the earth where the telescope is installed, the change in the refractive index (fluctuation) of the atmospheric layer serving as the optical path, scattering by dust, and the wind and temperature changes applied to the telescope system. , Due to a plurality of factors, such as the inclination of the optical axis in the telescope system (directivity deviation). Also, each displacement factor has various frequency components and displacement widths, and in order to improve the performance of the tracking control system, the accuracy and responsiveness of the tracking error output of the tracking error detection device need to be improved. Required.
【０００４】図４は従来の追尾誤差検出装置の構成する
ブロック図であり、図において、１は追尾対象である目
標物からの入射光で、目標物が恒星の場合は平行光線と
なる。２は目標物からの入射光１を集光する光学系、３
は光学系２の焦点位置で目標物を結像する撮像板で、微
小な光電変換・電気量蓄積素子（以下ＣＣＤ画素とい
う）を画素として、多数、平面上に、規則的に配列し、
ＣＣＤ画素に蓄積された電気量をＣＣＤ画素単位で後続
の電気回路に転送する。４は撮像板３の各ＣＣＤ画素に
蓄積された電気量をＣＣＤ画素単位で後続の電気回路に
転送（読み出し・読み捨て）することを制御する撮像制
御駆動回路である。５は撮像板３より読み出された電気
量を後続の回路が必要とするレベル等に整合させる増幅
器、６は増幅器５より入力された電気量を使って、目標
物像を識別した後、目標物の撮像板３上の位置あるいは
位置の変化を所定の演算を行って検出する演算回路であ
る。演算回路６は図示しないが、サンプルホールド回
路、アナログ／ディジタル変換回路、記憶回路、演算処
理回路等をその内部構成とする。FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a conventional tracking error detecting device. In the figure, reference numeral 1 denotes incident light from a target to be tracked, and if the target is a star, it becomes a parallel ray. 2 is an optical system for condensing incident light 1 from a target, 3
Is an image pickup plate for forming an image of a target at the focal position of the optical system 2, and a large number of minute photoelectric conversion / electric quantity storage elements (hereinafter referred to as CCD pixels) are regularly arranged on a plane as pixels;
The amount of electricity stored in the CCD pixels is transferred to a subsequent electric circuit in CCD pixel units. Reference numeral 4 denotes an imaging control drive circuit for controlling the transfer (reading / discarding) of the amount of electricity stored in each CCD pixel of the imaging plate 3 to a subsequent electric circuit in CCD pixel units. Reference numeral 5 denotes an amplifier for matching the amount of electricity read from the imaging plate 3 to a level required by a subsequent circuit, and 6 denotes a target image after identifying the target image using the amount of electricity input from the amplifier 5. An arithmetic circuit for detecting a position of the object on the imaging plate 3 or a change in the position by performing a predetermined calculation. Although not shown, the arithmetic circuit 6 has a sample-and-hold circuit, an analog / digital conversion circuit, a storage circuit, an arithmetic processing circuit and the like as its internal configuration.
【０００５】次に、動作について説明する。目標物から
の入射光１は、光学系２によって撮像板３上に結像す
る。この際、目標物を観測する視野と分解能を確保し、
目標物の明るさに対し追尾誤差の検出に必要な光量を得
るよう光学系２の焦点距離が設定・調節されている。撮
像制御駆動回路４の制御、駆動動作により、撮像板３を
構成する各ＣＣＤ画素に蓄積された電気量を、撮像板３
全体にわたって、所定の順序で、規則的に読み出され
る。また、ＣＣＤ画素に蓄積された電気量は読み出され
ると同時に初期化され、次の結像を可能とする。撮像制
御駆動回路４は、撮像板３の画面全体に対する、この読
み出し動作を一定周期で繰り返し行う。Next, the operation will be described. The incident light 1 from the target forms an image on the imaging plate 3 by the optical system 2. At this time, ensure the field of view and resolution for observing the target,
The focal length of the optical system 2 is set and adjusted so as to obtain an amount of light necessary for detecting a tracking error with respect to the brightness of the target. By controlling and driving the imaging control drive circuit 4, the amount of electricity accumulated in each of the CCD pixels constituting the imaging plate 3 is converted to the amount of electricity stored in the imaging plate 3.
The whole data is read out regularly in a predetermined order. In addition, the amount of electricity stored in the CCD pixel is read out and initialized at the same time, so that the next image can be formed. The imaging control drive circuit 4 repeats this reading operation for a whole screen of the imaging plate 3 at a constant cycle.
【０００６】増幅器５は、各ＣＣＤ画素から読み出され
た電気量をリニア（電気量関係を保存した状態で）に増
幅し、演算回路６がこの電気量を受信入力できるよう整
合動作を行う。演算回路６では、この電気量をサンプル
ホールドした後、アナログ／ディジタル変換して、１画
面分の画像情報をディジタル量として記憶回路に格納す
る。なお、増幅器５を備えることや、演算回路６の内部
構成は単なる例示である。The amplifier 5 linearly amplifies the amount of electricity read from each CCD pixel (while maintaining the relationship between the amounts of electricity), and performs a matching operation so that the arithmetic circuit 6 can receive and input the amount of electricity. The arithmetic circuit 6 samples and holds the electric quantity, performs analog / digital conversion, and stores the image information for one screen as a digital quantity in the storage circuit. The provision of the amplifier 5 and the internal configuration of the arithmetic circuit 6 are merely examples.
【０００７】次に、演算回路６では、記憶回路に格納さ
れた画像情報（目標物の結像部分の電気量情報）を使っ
て、目標物像を識別した後、所定の演算を行って、目標
物像の重心を求め、その重心位置の前回の演算時からの
変位を、演算回路６の出力信号として、望遠鏡システム
の追尾制御系の制御駆動装置に入力して、所定の光学望
遠鏡システムの追尾制御に供される。Next, the arithmetic circuit 6 identifies a target image using image information (electrical quantity information of an image-formed portion of the target) stored in the storage circuit, and performs a predetermined operation. The center of gravity of the target object image is obtained, and the displacement of the position of the center of gravity from the previous calculation is input as an output signal of the arithmetic circuit 6 to a control driving device of a tracking control system of the telescope system, and a predetermined optical telescope system is controlled. Provided for tracking control.
【０００８】なお、目標物が恒星の場合においても、目
標物像は点（＝面積ゼロ）とはならず、光路となる大気
層におけるゆらぎ、散乱および光学系２の特性により、
面積を持った像が、撮像板３上に結像する。このため、
目標物の位置を確定するために、目標物像の重心位置を
演算する必要が出てくる。Note that even when the target is a star, the target image does not become a point (= zero area), but due to fluctuations, scattering, and the characteristics of the optical system 2 in the atmospheric layer serving as an optical path,
An image having an area is formed on the imaging plate 3. For this reason,
In order to determine the position of the target, it is necessary to calculate the position of the center of gravity of the target image.
【０００９】追尾誤差検出装置においては、一般に、多
用な目標物を観測するために、視野の広さと空間分解能
（精度）の高さを必要とする。視野の広さは、光学系２
の焦点距離の長さに反比例し、撮像板３の大きさに比例
する。一方、分解能の高さは、光学系２の焦点距離に比
例し、ＣＣＤ画素寸法の細かさに比例する。このため、
高い分解能で、広い視野にわたって目標物を観測するに
は、長焦点の光学系２と多画素・広面積の撮像板３を備
えることが必要になる。The tracking error detecting apparatus generally requires a wide field of view and a high spatial resolution (accuracy) in order to observe a variety of targets. The size of the field of view depends on the optical system 2
Is inversely proportional to the length of the focal length, and proportional to the size of the imaging plate 3. On the other hand, the height of the resolution is proportional to the focal length of the optical system 2 and is proportional to the fineness of the CCD pixel size. For this reason,
In order to observe a target with a high resolution over a wide field of view, it is necessary to provide a long-focus optical system 2 and an imaging plate 3 having a large number of pixels and a large area.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】従来の追尾誤差検出装
置は以上のように構成されているので、高い分解能で、
広い視野にわたって目標物を観測するには、多画素・広
面積の撮像板３を備えなければならず、１画面分の画像
情報である目標物像の電気量を読み出すのに多くの時間
を必要とし、そのため、演算回路６が重心演算して、目
標物の変位を出力する周期が長くなり、曳いては、この
出力を追尾制御用の追尾誤差信号とする望遠鏡システム
等の追尾動作の応答速度が遅くなるという問題点があっ
た。Since the conventional tracking error detecting device is configured as described above, it has a high resolution,
In order to observe a target over a wide field of view, it is necessary to provide an imaging plate 3 having a large number of pixels and a large area, and it takes a lot of time to read out the electric quantity of the target image, which is image information for one screen. Therefore, the period in which the arithmetic circuit 6 calculates the center of gravity and outputs the displacement of the target object becomes longer, and the response speed of the tracking operation of a telescope system or the like using the output as a tracking error signal for tracking control is pulled. However, there was a problem that the operation was slow.
【００１１】また、この応答性改善のため撮像板３上の
各ＣＣＤ画素の電気量の読み出しを高速にすると、ＣＣ
Ｄ画素読み出し雑音が、読み出し時間に反比例して増大
するため、高精度の追尾誤差（目標物の変位）を得られ
ないという問題点があった。If the reading of the electric quantity of each CCD pixel on the image pickup plate 3 is accelerated to improve the response, the CC
Since the D pixel readout noise increases in inverse proportion to the readout time, there is a problem that a highly accurate tracking error (a displacement of a target) cannot be obtained.
【００１２】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、目標物の捕捉に必要な広い視
野を確保すると同時に、精度の良い追尾誤差信号（目標
物の変位情報）を高い応答性で出力できる追尾誤差検出
装置を得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and secures a wide field of view required for capturing a target, and at the same time, accurately tracks an error signal (displacement information of the target). To obtain a tracking error detection device capable of outputting the tracking error with high responsiveness.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】第１の発明に係わる追尾
誤差検出装置は、目標物からの入射光を集光する光学系
と、上記光学系により、上記目標物の像を結像する焦点
位置に配置され、上記目標物像が有する光量を電気量に
変換して蓄積する複数の撮像素子を、２次元格子状平面
に配列した撮像板と、上記撮像素子に蓄積された電気量
を上記配列に従って順次読み出す撮像制御駆動回路と、
上記読み出された電気量を基に、所定の演算を行うこと
により、上記目標物像の撮像板上の位置情報と寸法情報
を出力する演算回路と、上記演算回路の出力情報に基づ
き、上記撮像制御駆動回路に対し、上記電気量を読み出
す領域を設定する読み出し領域設定回路とを備えたもの
である。According to a first aspect of the present invention, there is provided a tracking error detecting apparatus, comprising: an optical system for condensing incident light from a target; and a focus for forming an image of the target by the optical system. A plurality of image pickup devices arranged at a position, converting the amount of light of the target object image into an electric amount and storing the electric amount, and an image pickup plate arranged in a two-dimensional lattice plane; An imaging control drive circuit that sequentially reads according to the array;
An arithmetic circuit that outputs position information and dimensional information of the target object image on the imaging plate by performing a predetermined arithmetic operation based on the read amount of electricity, based on the output information of the arithmetic circuit, A readout area setting circuit for setting an area from which the electric quantity is read out for the imaging control drive circuit.
【００１４】第２の発明に係わる追尾誤差検出装置は、
第１の発明において、撮像制御駆動回路が撮像板の複数
の撮像素子に蓄積された電気量を読み出す際、垂直方向
あるいは水平方向に隣接した複数の撮像素子を結合し
て、一つの撮像素子として動作させるものである。A tracking error detecting device according to a second aspect of the present invention comprises:
In the first invention, when the imaging control drive circuit reads the amount of electricity stored in the plurality of imaging elements of the imaging plate, the imaging control drive circuit combines the plurality of imaging elements adjacent in the vertical or horizontal direction to form one imaging element. To make it work.
【００１５】第３の発明に係わる追尾誤差検出回路は、
第１または第２の発明において、演算出力する目標物像
の位置情報を、撮像板上の目標物像領域内の各撮像素子
に蓄積した電気量を加重量とした重心位置を演算するこ
とにより求めるものである。A tracking error detecting circuit according to a third aspect of the present invention comprises:
In the first or second invention, the position information of the target object image to be calculated and output is calculated by calculating the position of the center of gravity by weighting the amount of electricity accumulated in each image sensor in the target image region on the image pickup plate. Is what you want.
【００１６】第４の発明に係わる追尾誤差検出回路は、
第１または第２の発明において、演算出力する目標物像
の位置情報を、撮像板上の目標物像領域を４象限に分割
し、分割された各領域に存在する撮像素子に蓄積した電
気量の総和を求め、その求められた各電気量の総和の変
動量に、目標物像の光強度分布に依存する感度係数を乗
じて得られる光量中心位置を演算することにより求める
ものである。A tracking error detecting circuit according to a fourth aspect of the present invention comprises:
In the first or second invention, the position information of the target object image to be calculated and output is obtained by dividing the target image region on the image pickup plate into four quadrants, and storing the amount of electricity stored in the image sensor existing in each of the divided regions. Is calculated by multiplying the obtained variation of the sum of the electric quantities by a sensitivity coefficient depending on the light intensity distribution of the target object image to calculate a light quantity center position.
【００１７】第５の発明に係わる追尾誤差検出回路は、
第１または第２の発明において、演算出力する目標物像
の位置情報を、撮像素子の電気量が所定値以上の場合
は、撮像板上の目標物像領域内の各撮像素子に蓄積した
電気量を加重量とした重心位置を演算することにより求
め、撮像素子の電気量が所定値未満の場合は、撮像板上
の目標物像領域を４象限に分割し、分割された各領域に
存在する撮像素子に蓄積した電気量の総和を求め、その
求められた各電気量の総和の変動量に、目標物像の光強
度分布に依存する感度係数を乗じて得られる光量中心位
置の演算を行うことにより求めるものである。A tracking error detecting circuit according to a fifth aspect of the present invention comprises:
In the first or second aspect, the position information of the target object image to be calculated and output is stored in each of the image pickup elements in the target object image area on the image pickup plate when the electric quantity of the image pickup element is equal to or more than a predetermined value. When the electric quantity of the image sensor is smaller than a predetermined value, the target object image area on the image pickup plate is divided into four quadrants, and the center of gravity is calculated by calculating the position of the center of gravity with the weight added. Calculation of the light amount center position obtained by multiplying the sum of the electric amounts accumulated in the imaging element to be obtained and multiplying the obtained fluctuation amount of the sum of the electric amounts by a sensitivity coefficient depending on the light intensity distribution of the target object image. It is determined by doing.
【００１８】[0018]
実施の形態１．実施の形態１は、目標物像が撮像板上に
結像し、重心を演算する際に寄与するＣＣＤ画素は、全
画素の一部に限定されることに着目して、ＣＣＤ画素に
蓄積した電気量用の読み出しを実行する領域を必要最小
限に設定するものである。以下、この発明の実施の形態
を図について説明する。図１において、７は読み出し領
域設定回路で、その他の構成は図４の従来技術の構成に
同じである。Embodiment 1 FIG. The first embodiment focuses on the fact that the target object image is formed on the imaging plate, and the CCD pixels contributing when calculating the center of gravity are limited to a part of all the pixels, and are stored in the CCD pixels. The area for executing the reading for the electric quantity is set to the minimum necessary. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 7 denotes a read area setting circuit, and the other configuration is the same as that of the prior art shown in FIG.
【００１９】次に、動作について説明する。従来技術と
同様に、１画面分の画像情報である目標物像のＣＣＤ画
素に蓄積した電気量は演算回路６に入力され、演算回路
６は所定の演算によって、目標物像の位置情報として重
心位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を求める。この実施の形態では演
算回路６は、さらに、目標物像の寸法情報として、例え
ば、ｒｍｓ（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ）半径
ａを演算する。Next, the operation will be described. As in the prior art, the amount of electricity stored in the CCD pixels of the target object image, which is image information for one screen, is input to the arithmetic circuit 6, and the arithmetic circuit 6 performs a predetermined operation to determine the center of gravity as position information of the target image. The position (Xc, Yc) is obtained. In this embodiment, the arithmetic circuit 6 further calculates, for example, an rms (root mean square) radius a as the dimension information of the target object image.
【００２０】なお、目標物像の演算範囲を定める際、閾
値を設け、読み出した電気量がその閾値以下のＣＣＤ画
素は、目標物像外として重心位置あるいはｒｍｓ半径の
演算に使用しない。When the calculation range of the target object image is determined, a threshold value is provided, and a CCD pixel whose readout electric quantity is equal to or less than the threshold value is not used for calculating the center of gravity position or the rms radius as being outside the target object image.
【００２１】ここで、目標物像の重心とは、物体の重心
と類似関係にあり、各ＣＤＤ画素に蓄積した電気量を加
重量とし、ある点から各ＣＣＤ画素位置までの方向性を
維持した距離（ベクトル値）との積の総和を求めたとき
に、その総和が全ての方向に対しゼロとなる点で定義さ
れる。Here, the center of gravity of the target object image has a similar relationship to the center of gravity of the object, and the amount of electricity stored in each CDD pixel is weighted to maintain the directionality from a certain point to each CCD pixel position. When a sum of products with distances (vector values) is obtained, the sum is defined as a point at which the sum becomes zero in all directions.
【００２２】なお、重心の求め方自身は、数学的問題で
もあり、また、各種の方法が一般的に知られるものがあ
るが、座標系を直交二次元座標としたとき、目標物像の
重心位置（Ｘｃ，Ｙｃ）は次式によって求められる。The method of finding the center of gravity itself is a mathematical problem, and various methods are generally known. When the coordinate system is orthogonal two-dimensional coordinates, the center of gravity of the target object image is obtained. The position (Xc, Yc) is obtained by the following equation.
【００２３】[0023]
【数１】 (Equation 1)
【００２４】また、目標物像のｒｍｓ半径ａは、次式で
求まる。 ａ2 ＝σX 2 σY 2 The rms radius a of the target object image is obtained by the following equation. a 2 = σ X 2 σ Y 2
【００２５】[0025]
【数２】 (Equation 2)
【００２６】演算回路６は、追尾誤差（ΔＸ，ΔＹ）と
して、上記演算された目標物像の重心位置（Ｘｃ，Ｙ
ｃ）と前回演算結果である重心位置（Ｘ0 ，Ｙ0 ）との
差分を求める。 ΔＸ＝Ｘｃ−Ｘ0 ΔＹ＝Ｙｃ−Ｙ0 さらに、演算回路６は、追尾制御系との整合性を考慮し
て、追尾誤差を角度（制御角）情報（ΔθX ，ΔθY ）
に換算して出力されるのが一般である。 ΔθX ＝ΔＸ／ｆ ΔθY ＝ΔＹ／ｆ ここで、ｆは、光学系２の焦点距離である。The arithmetic circuit 6 calculates the center of gravity position (Xc, Y) of the calculated target object image as the tracking error (ΔX, ΔY).
The difference between c) and the position of the center of gravity (X 0 , Y 0 ), which is the previous calculation result, is obtained. ΔX = Xc−X 0 ΔY = Yc−Y 0 Further, the arithmetic circuit 6 calculates the tracking error with angle (control angle) information (Δθ X , Δθ Y ) in consideration of the consistency with the tracking control system.
In general, it is output after being converted to. Δθ X = ΔX / f Δθ Y = ΔY / f where f is the focal length of the optical system 2.
【００２７】演算回路６は、上記演算結果である追尾誤
差信号（角度情報）を光学望遠鏡システム等の追尾制御
駆動装置に出力すると同時に、追尾誤差（ΔＸ，ΔＹ）
とｒｍｓ半径値ａとを読み出し領域設定回路７に出力す
る。The arithmetic circuit 6 outputs a tracking error signal (angle information) as a result of the above calculation to a tracking control driving device such as an optical telescope system, and at the same time, a tracking error (ΔX, ΔY).
And the rms radius value a are output to the read area setting circuit 7.
【００２８】読み出し領域設定回路７では、追尾目標物
の移動量あるいは目標物像の形状、光量分布等を勘案し
て、重心位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を中心に、ｒｍｓ半径ａ
の、例えば４倍の領域を読み出し領域と設定し、撮像制
御駆動回路４に読み出し開始点（Ｘｃ−２ａ、Ｙｃ−２
ａ）と読み出し幅４ａを指定する。なお、上記の読み出
し領域設定回路７から撮像制御駆動回路４への読み出し
領域の指定方法は単なる例示である。The read area setting circuit 7 takes the amount of movement of the tracking target or the shape of the target image, the light quantity distribution, etc. into consideration, and the rms radius a around the center of gravity (Xc, Yc).
Is set as a readout area, and the readout start points (Xc-2a, Yc-2) are set in the imaging control drive circuit 4.
a) and the read width 4a are specified. Note that the above-described method of specifying the readout area from the readout area setting circuit 7 to the imaging control drive circuit 4 is merely an example.
【００２９】ここで、目標物像の寸法情報としては、目
標物の形状、あるいは移動量等により、円弧の他、楕
円、あるいは方形等としても良いが、一般的には、撮像
板３の画素の配列に整合性の良いものが選択される。Here, the dimension information of the target object image may be an ellipse or a square in addition to a circular arc depending on the shape or the moving amount of the target object. Are selected with good consistency in the arrangement of.
【００３０】また、読み出し領域設定回路７では、読み
出し領域の大きさを決定する際、目標物像の寸法、形
状、移動量あるいは光量の光強度分布データを総合的に
考慮しても良い。この場合には、目標物像の光量等は、
演算回路６で演算され、読み出し領域設定回路７に送ら
れる。When determining the size of the read area, the read area setting circuit 7 may comprehensively consider the light intensity distribution data of the size, shape, movement amount, or light amount of the target object image. In this case, the light quantity of the target object image
The calculation is performed by the calculation circuit 6 and sent to the read area setting circuit 7.
【００３１】さらに、その他の読み出し領域設定に必要
な情報は、演算回路６、読み出し領域設定回路７あるい
はその他にデータベース化しておくことも可能である。Further, other information necessary for setting the read area can be stored in a database in the arithmetic circuit 6, the read area setting circuit 7, or the like.
【００３２】図２はこの実施の形態における撮像板３の
読み出し動作を示す図である。図において、９のハッチ
ングされた部分は撮像板３上に結像した目標物像、１０
は撮像板３の電気量転送手段であるシリアルレジスタ
で、撮像板３上の画素に蓄積された電気量を、ここで
は、水平１列単位で、並列に転送可能であり、転送され
た後、１画素分毎に、増幅器５に直列転送されるもので
ある。３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅは、撮像板３の画
面を分割したもので、３ｃが読み出し領域設定回路７で
設定された読み出し領域、その他は読み出し不要の領域
である。３ｃの読み出し領域をメッシュ状に分割されて
いる一マスが、ＣＣＤ画素に相当する。FIG. 2 is a diagram showing a read operation of the image pickup plate 3 in this embodiment. In the figure, a hatched portion 9 is a target object image formed on the imaging plate 3, 10.
Is a serial register which is an electric quantity transfer means of the imaging plate 3, and here, the electric amount accumulated in the pixels on the imaging plate 3 can be transferred in parallel in a unit of one horizontal line. The data is serially transferred to the amplifier 5 for each pixel. Reference numerals 3a, 3b, 3c, 3d, and 3e are obtained by dividing the screen of the image pickup plate 3. Reference numeral 3c denotes a read area set by the read area setting circuit 7, and other areas do not require reading. One cell in which the read area 3c is divided into a mesh shape corresponds to a CCD pixel.
【００３３】先ず、３ａの読み出し不要領域では、ＣＣ
Ｄ画素に蓄積された電気量はシリアルレジスタ１０に、
１垂直ライン単位で高速垂直並列転送され、さらに、シ
リアルレジスタ１０より、１画素単位で、高速水平転送
されて、読み捨てられる。First, in the read unnecessary area of 3a, CC
The amount of electricity stored in the D pixel is stored in the serial register 10,
High-speed vertical parallel transfer is performed in units of one vertical line, and further, high-speed horizontal transfer is performed in units of one pixel from the serial register 10 and read and discarded.
【００３４】３ｂ〜３ｄの領域は、シリアルレジスタ１
０に、１垂直ライン単位で低速垂直並列転送され、読み
出し不要領域の３ｂ、３ｄのＣＣＤ画素は高速水平転送
されてシリアルレジスタ１０より読み捨てられる。読み
出し領域である３ｃのＣＣＤ画素は、１画素単位で低速
水平転送され、増幅器５に出力される。３ｅの読み出し
不要領域では３ａと同じく、高速垂直並列転送および高
速水平直列転送されて、読み捨てられる。以上の通り、
読み出し領域３ｃのみを、読み出し雑音の少ない、低速
水平転送することになるので、撮像板３の１画面分の読
み取りに必要とする時間は少なくて済み、かつ、読み出
された目標物像の電気量に含まれる雑音成分を小さくで
きる。The areas 3b to 3d are the serial registers 1
To 0, low-speed vertical parallel transfer is performed in units of one vertical line, and the 3b and 3d CCD pixels in the read-out unnecessary area are transferred at high speed horizontally and discarded by the serial register 10. The 3c CCD pixels, which are the readout area, are transferred at low speed in units of one pixel and output to the amplifier 5. In the read-out unnecessary area 3e, as in the case 3a, high-speed vertical parallel transfer and high-speed horizontal serial transfer are performed and discarded. As mentioned above,
Since only low-speed horizontal transfer with little readout noise is performed in the readout area 3c, the time required for reading one screen of the image pickup plate 3 is short, and the electric power of the read target object image is reduced. The noise component included in the amount can be reduced.
【００３５】なお、撮像板３上の各ＣＣＤ画素は蓄積さ
れた電気量をシリアルレジスタ１０に垂直並列転送され
た時点に、初期化されて次の撮像期間にはいる。Each CCD pixel on the imaging plate 3 is initialized at the time when the stored electric quantity is vertically and parallel transferred to the serial register 10, and enters the next imaging period.
【００３６】撮像板３上の読み出し領域３ｃの各ＣＣＤ
画素に蓄積された電気量は、上記の動作により、増幅器
５を経由して演算回路６に入力される。演算回路６で
は、閾値以上の電気量の蓄積が有ったＣＣＤ画素の位置
情報により、目標物像を確定し、その各画素がもつ電気
量を加重量とし、重心位置を算出する。前回演算した重
心位置と比較し、その変位量を、目標物の追尾誤差信号
として、演算回路６から、望遠鏡システムの追尾制御系
に出力される。なお、演算回路６は、有意な画素の、位
置情報を撮像板３より画像データとともに送られてくる
イネーブル信号により認識でき、演算対象となる画像デ
ータを上記領域に限定することができるので、演算に必
要とする時間も削減でき、演算出力の応答性が良くな
る。Each CCD in the readout area 3c on the imaging plate 3
The amount of electricity stored in the pixel is input to the arithmetic circuit 6 via the amplifier 5 by the above operation. The arithmetic circuit 6 determines the target object image based on the position information of the CCD pixels that have accumulated the amount of electricity equal to or larger than the threshold, and calculates the position of the center of gravity by using the amount of electricity of each pixel as a weight. The displacement is compared with the previously calculated center of gravity position, and the amount of displacement is output from the arithmetic circuit 6 to the tracking control system of the telescope system as a tracking error signal of the target. The arithmetic circuit 6 can recognize the position information of the significant pixel by the enable signal sent together with the image data from the imaging plate 3 and can limit the image data to be operated to the above-described region. Can be reduced, and the responsiveness of the calculation output can be improved.
【００３７】実施の形態２．実施の形態２では、実施の
形態１で示した撮像板３の読み出し領域を設定すること
に加え、複数画素を結合して、それを読み出しあるいは
演算の単位となる１画素とみなす、いわゆるビニング動
作について説明する。図３において、１１は撮像板３を
構成するＣＣＤ画素の１個分を示し、３ｃ１〜３ｃ４
は、各々ＣＣＤ画素を４個ビニング（結合）したもので
ある。本実施の形態では、以降の画像処理は、このビニ
ング後の４個のＣＣＤ画素を一つの画素として行う。そ
の他は図２と同様であるなお、本実施の形態では、画素
の配列の垂直方向、水平方向各々２個のＣＣＤ画素を結
合した２×２ビニングの例である。また、ビニングする
ＣＣＤ画素数は、目標物像の大きさ、光量、雑音レベル
および演算方法により適宜、任意に設定される。Embodiment 2 In the second embodiment, in addition to setting the readout area of the imaging plate 3 described in the first embodiment, a so-called binning operation in which a plurality of pixels are combined and regarded as one pixel serving as a unit of readout or calculation. Will be described. In FIG. 3, reference numeral 11 denotes one CCD pixel constituting the imaging plate 3, and 3c1 to 3c4.
Is obtained by binning (combining) four CCD pixels. In the present embodiment, the subsequent image processing is performed using the four CCD pixels after binning as one pixel. The rest is the same as FIG. 2. In the present embodiment, an example of 2 × 2 binning in which two CCD pixels are combined in the vertical and horizontal directions of the pixel array, respectively. Further, the number of CCD pixels to be binned is arbitrarily set according to the size, light amount, noise level, and calculation method of the target object image.
【００３８】動作について説明すると、先ず、３ａの読
み出し不要領域では、ＣＣＤ画素に蓄積された電気量は
シリアルレジスタ１０に、１垂直ライン単位で高速垂直
並列転送され、さらに、シリアルレジスタ１０より、１
画素単位で、高速水平転送されて、読み捨てられる。The operation will be described. First, in the readout unnecessary area 3a, the amount of electricity stored in the CCD pixel is transferred to the serial register 10 at high-speed vertical / parallel transfer in units of one vertical line.
High-speed horizontal transfer is performed on a pixel basis and is discarded.
【００３９】３ｂ〜３ｄの領域は、シリアルレジスタ１
０に、２垂直ライン単位で低速垂直並列転送され、読み
出し不要領域の３ｂ、３ｄの画素は高速水平転送されて
シリアルレジスタ１０より読み捨てられる。読み出し領
域である３ｃのＣＣＤ画素は、４画素単位で低速水平転
送され、増幅器５に出力される。３ｅの読み出し不要領
域では３ａと同じく、高速垂直並列転送および高速水平
直列転送されて、読み捨てられる。The areas 3b to 3d correspond to the serial register 1
At 0, low-speed vertical / parallel transfer is performed in units of two vertical lines, and pixels 3b and 3d in the read-out unnecessary area are transferred at high-speed horizontal and discarded by the serial register 10. The 3c CCD pixels, which are the readout area, are transferred at low speed in 4-pixel units and output to the amplifier 5. In the read-out unnecessary area 3e, as in the case 3a, high-speed vertical parallel transfer and high-speed horizontal serial transfer are performed and discarded.
【００４０】なお、読み出し領域設定については、ＣＣ
Ｄ画素をビニングしても、実施の形態１と同様の設定、
即ち目標物像に対して、目標物の変位や寸法変動を予測
して、十分な結像が得られる読み出し領域を設定する。
また、撮像板３上の各ＣＣＤ画素に蓄積された電気量
は、シリアルレジスタ１０に２垂直ライン単位で垂直並
列転送された時点に、初期化されて次の撮像期間にはい
る。これらの、撮像板３のＣＣＤ画素に対するビニング
機能は、撮像板３のシリアルレジスタ１０等の電気量転
送機構が有し、撮像制御駆動回路４から撮像板３へ送ら
れる制御パルスにより容易に制御出来る。It should be noted that the setting of the read area
Even if the D pixel is binned, the same setting as in the first embodiment,
That is, the displacement and dimensional change of the target object are predicted with respect to the target object image, and a readout area where a sufficient image is obtained is set.
The amount of electricity stored in each CCD pixel on the imaging plate 3 is initialized at the time when the data is vertically and parallel-transferred to the serial register 10 in units of two vertical lines, and enters the next imaging period. These binning functions for the CCD pixels of the imaging plate 3 are provided by an electric quantity transfer mechanism such as the serial register 10 of the imaging plate 3 and can be easily controlled by a control pulse sent from the imaging control drive circuit 4 to the imaging plate 3. .
【００４１】また、ＣＣＤ画素の電気量読み出し以降
の、増幅、演算動作は、上記４個のＣＣＤ画素を１画素
とみなすこと以外は、実施の形態１と同様になる。The amplification and calculation operations after the reading of the electric quantity of the CCD pixels are the same as those of the first embodiment except that the four CCD pixels are regarded as one pixel.
【００４２】以上のように、撮像板３のビニング機能を
使うと、ＣＣＤ画素に蓄積した電気量の、水平直列転送
する回数が、垂直ビニング数分減るので、実施の形態１
に比べてより高速な読み出しが実現できる。As described above, when the binning function of the image pickup plate 3 is used, the number of horizontal serial transfers of the amount of electricity stored in the CCD pixels is reduced by the number of vertical binnings.
A higher speed reading can be realized as compared with.
【００４３】さらに、演算回路６の処理もビニングによ
り演算するデータ数が減少しているのでより短時間に出
来る。Further, the processing of the arithmetic circuit 6 can be performed in a shorter time because the number of data to be calculated by binning is reduced.
【００４４】次に、ビニング処理と読み出し雑音の関係
を説明する。先ずビニング処理を採用することにより、
実施の形態１に比べて、撮像板３のＣＣＤ画素転送動作
をビニング数分低速に出来るため、読み出し雑音は、減
少する。Next, the relationship between binning processing and readout noise will be described. First, by adopting the binning process,
Compared with the first embodiment, the CCD pixel transfer operation of the imaging plate 3 can be performed at a lower speed by the number of binning operations, so that readout noise is reduced.
【００４５】さらに、複数のＣＣＤ画素を結合する際、
各画素の信号成分は単純加算されるのに対し、各ＣＣＤ
画素に含まれる読み出し雑音成分は、画素毎の相関がな
いので、単純に加算されるのではなく、雑音成分の位相
関係によっては減算されるものも出てくるので、読み出
される電気量のＳ／Ｎは、実施の形態に比べて改善す
る。Further, when combining a plurality of CCD pixels,
While the signal components of each pixel are simply added, each CCD
Since the read noise component included in the pixel does not have a correlation for each pixel, the read noise component is not simply added but may be subtracted depending on the phase relationship of the noise component. N is improved as compared with the embodiment.
【００４６】以上のビニング時の雑音の説明の通り、Ｃ
ＣＤ画素をビニングすることにより、目標物の光量や、
演算対象によって条件が変わるが、目標物の変位をより
精度良く演算することが可能となる。As described above for the binning noise, C
By binning CD pixels,
Although the conditions vary depending on the calculation target, the displacement of the target can be calculated with higher accuracy.
【００４７】実施の形態３．以上の実施の形態では、目
標物像の変位は、演算回路６で、撮像板３のＣＣＤ画素
に蓄積した電気量データに基づき、重心位置を演算する
ことにより求めていたが、この実施の形態では、重心位
置の代わりに光量中心位置を演算する例を示す。Embodiment 3 In the above embodiment, the displacement of the target object image is obtained by calculating the position of the center of gravity in the arithmetic circuit 6 based on the electric quantity data accumulated in the CCD pixels of the imaging plate 3. Here, an example is shown in which the light amount center position is calculated instead of the center of gravity position.
【００４８】光量中心位置演算の場合は、図３に示すよ
うに、ビニング後の画素サイズを、目標物像の半分強の
大きさになるように設定し、目標物像の寸法変動と追尾
誤差（位置変位）を考慮して、ビニング後の画素４個の
領域内に、目標物像が結像するように設定する。また、
目標物像の光量中心は、常に４個のビニング後の画素で
構成される撮像領域の中心（２次元直交座標の原点）に
来るように、光学望遠鏡の追尾制御系が、演算回路６の
追尾誤差信号により、追尾制御されているものとする。In the calculation of the center position of the light quantity, as shown in FIG. 3, the pixel size after binning is set so as to be a little over half the size of the target image, and the dimensional fluctuation and tracking error of the target image are set. In consideration of (position displacement), it is set so that the target object image is formed in the area of four pixels after binning. Also,
The tracking control system of the optical telescope performs the tracking of the arithmetic circuit 6 such that the center of the light amount of the target object image always comes to the center (the origin of the two-dimensional orthogonal coordinates) of the imaging area composed of four binned pixels. It is assumed that tracking control is performed by an error signal.
【００４９】先ず、演算回路６は、ある目標物に対する
観測（追尾）運用を初期設定として、ビニング前の、高
分解能の目標物像から重心点とｒｍｓ半径ａを実施の形
態１に示したように求める。First, the arithmetic circuit 6 sets the barycentric point and the rms radius a from the high-resolution target image before binning as shown in the first embodiment, with the initial setting of the observation (tracking) operation for a certain target. Ask for.
【００５０】次に、感度Ｒを求める、これは目標物像の
光強度分布に依存するが、一般に目標物像が点に近い微
小目標の場合、光強度分布をガウシアン分布で近似する
ことができ、感度Ｒは、次式で求まる。 Ｒ＝√（π）・ａ／２Next, the sensitivity R is obtained. This depends on the light intensity distribution of the target image. In general, when the target image is a minute target close to a point, the light intensity distribution can be approximated by a Gaussian distribution. , Sensitivity R is obtained by the following equation. R = √ (π) · a / 2
【００５１】感度とは、光量中心演算に際し、使用され
る係数で、検出されたＣＣＤ画素の配列の垂直方向、水
平方向それぞれに、読み出された目標物像の光量（電気
量）の、目標物像の変位に伴う変動量を、目標物像の変
位量、即ち追尾誤差に換算するものである。なお、感度
Ｒは運用中に、校正することも可能である。The sensitivity is a coefficient used in the calculation of the center of the light amount. The sensitivity is the target of the light amount (electrical amount) of the read target image in the vertical and horizontal directions of the detected CCD pixel array. The amount of change accompanying the displacement of the object image is converted into the amount of displacement of the target object image, that is, a tracking error. The sensitivity R can be calibrated during operation.
【００５２】目標物追尾の運用にはいると、演算回路６
は、ビニング後のＣＣＤ画素３ｃ１〜３ｃ４に蓄積され
た電気量Ｉ１〜Ｉ４を読みとると、次式に示す演算を行
い、目標物像の変位量（ΔＸ，ΔＹ）を求める。 ΔＸ＝Ｒ・｛（Ｉ１＋Ｉ４）−（Ｉ２＋Ｉ３）｝／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４） ΔＹ＝Ｒ・｛（Ｉ１＋Ｉ２）−（Ｉ３＋Ｉ４）｝／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４） ここで、Ｒは先ほど求めた感度である。When the target tracking operation is started, the arithmetic circuit 6
When the electric quantities I1 to I4 stored in the CCD pixels 3c1 to 3c4 after binning are read, the following equation is calculated to obtain the displacement amounts (ΔX, ΔY) of the target image. ΔX = R ｛{(I1 + I4)-(I2 + I3)} / (I1 + I2 + I3 + I4)
【００５３】但し、一般には、演算回路６の最終出力形
態は、実施の形態１で示したように、出力先の光学望遠
鏡の追尾制御系との親和性を考えて、角度（制御角）量
に変換される。この追尾誤差信号により追尾制御系を動
作させ、目標物像を常に撮像板３の所定位置に結像させ
るので、データ量も少なく、演算量も少ないので、光量
中心を演算する時間は、重心法に比べて大幅に少なくて
済む。However, in general, the final output form of the arithmetic circuit 6 is, as described in the first embodiment, the angle (control angle) amount in consideration of the affinity with the tracking control system of the optical telescope at the output destination. Is converted to The tracking control system is operated by this tracking error signal, and a target object image is always formed at a predetermined position on the image pickup plate 3. Therefore, the amount of data is small and the amount of calculation is small. Significantly less than in.
【００５４】この光量中心を演算する方法を採る場合、
本実施の形態の例では、ビニング後の読み出す画素は４
画素で済み、目標物像の光量が少なく、読み出し雑音が
支配的な場合には、読み出し雑音量を抑圧できるので、
重心演算よりも精度の良い追尾誤差信号が得られる。When the method of calculating the center of the light amount is adopted,
In the example of the present embodiment, the number of pixels to be read after binning is 4
In the case where only pixels are required, the amount of light of the target image is small, and the readout noise is dominant, the readout noise amount can be suppressed.
A tracking error signal with higher accuracy than the center of gravity calculation can be obtained.
【００５５】なお、光量中心をＣＣＤ画素を４画素にビ
ニングするとして説明したが、目標物像が小さく、４Ｃ
ＣＤ画素に結像するときは、ビニングする必要がないこ
とはいうまでもない。即ち、ビニングと光量中心は独立
の関係にある。Although the description has been made assuming that the center of the light amount is binned by four CCD pixels, the target image is small and 4C.
When forming an image on a CD pixel, it goes without saying that binning is not necessary. That is, the binning and the light amount center have an independent relationship.
【００５６】実施の形態４．一般に追尾対象となる目標
物は、光量に応じて、様々な雑音特性を持つため、撮像
板３上のＣＣＤ画素に蓄積された電気量を、演算回路６
が演算して追尾誤差を求める際、その雑音特性に応じた
適切な演算法を採用しないと、精度良い追尾誤差が得ら
れない場合がある。Embodiment 4 In general, a target to be tracked has various noise characteristics according to the amount of light. Therefore, the amount of electricity stored in the CCD pixels on the image pickup plate 3 is calculated by the arithmetic circuit 6.
When calculating a tracking error by calculating a tracking error, an accurate tracking error may not be obtained unless an appropriate calculation method according to the noise characteristic is adopted.
【００５７】先ず、概念的に、目標物像の光量と追尾誤
差の演算方法に対応する追尾誤差の精度との関係を説明
する。目標物像の光量が小さいときには、ＣＣＤ画素か
ら読み出し雑音が支配的であり、特に、高速で読み出す
場合に顕著になるが、この読み出し雑音は、ＣＣＤ画素
に蓄積した光量に依存せず、重心法では、光量のより乏
しい、目標物像の周辺部分の光量データが重心点付近よ
り距離が大であるため、光量×距離（方向ベクトル量）
の演算を行うと、雑音の影響が大きく出ることになる。
従って、目標物の光量の少ない場合には、重心法は適さ
ない。First, the relationship between the light quantity of the target object image and the accuracy of the tracking error corresponding to the method of calculating the tracking error will be described conceptually. When the light amount of the target object image is small, the readout noise from the CCD pixels is dominant, and it is particularly noticeable when reading at high speed. However, this readout noise does not depend on the light amount accumulated in the CCD pixels, In the figure, since the distance of the light amount data of the peripheral portion of the target object image where the light amount is poor is larger than that near the center of gravity, the light amount × distance (direction vector amount)
Is calculated, the influence of noise is greatly increased.
Therefore, when the light amount of the target is small, the centroid method is not suitable.
【００５８】目標物像の光量が多いときには、雑音成分
としては、読み出し雑音より入射光ショット雑音が支配
的になる。入射光ショット雑音とは、主に大気の散乱、
屈折率の変化（ゆらぎ）により目標物像の全面にわたっ
て、その目標物像構成の各微小部分がランダムに光強度
が変化するもので、目標物像の光量の多い中心部分の入
射光ショット雑音の方が周辺より強いので、相対的に周
辺部分の画素の電気量の重み付けが少ない重心法が適し
ており、逆に、光量中心法では目標物像の中心部と周辺
部で同じ重み付けであるので、重心法に比べ、入射光シ
ョット雑音の影響が大きく、精度の良い追尾誤差が得ら
れない。なお、入射光ショット雑音に対しては、ビニン
グしても雑音特性の改善とはならず、この点においても
光量中心法では精度の改善に繋がらない。When the light quantity of the target object image is large, the incident light shot noise becomes more dominant than the readout noise as the noise component. Incident light shot noise is mainly due to atmospheric scattering,
Due to the change (fluctuation) in the refractive index, the light intensity of each minute portion of the target image changes randomly over the entire surface of the target image. Since the center is stronger than the periphery, the centroid method in which the weight of the electric quantity of the pixel in the peripheral portion is relatively small is suitable, and conversely, the center of the target image and the peripheral portion have the same weight in the light intensity center method. As compared with the centroid method, the influence of the incident light shot noise is large, and a precise tracking error cannot be obtained. It should be noted that binning does not improve noise characteristics with respect to incident light shot noise, and in this respect, the light intensity center method does not lead to improvement in accuracy.
【００５９】目標物像の光量に応じて、一般的に、上記
のような雑音特性を有するので、この特性データを予め
収集し、データベースとして、演算回路６がアクセス可
能なように、記憶回路に格納しておく、演算回路６は、
追尾運用を開始時に、目標物像の、ＣＣＤ画素に蓄積さ
れた光量を撮像板３から読み出し、その光量とこの特性
データを参照して、最も追尾誤差の精度の上がる演算方
法を決定し、以降の追尾運用にその結果を使う。Since the noise characteristics generally have the above-described characteristics in accordance with the amount of light of the target object image, the characteristic data is collected in advance and stored in a storage circuit as a database so that the arithmetic circuit 6 can access the data. The arithmetic circuit 6 to be stored is
At the start of the tracking operation, the amount of light accumulated in the CCD pixels of the target object image is read out from the imaging plate 3, and the light amount and the characteristic data are referred to to determine a calculation method with the highest tracking error accuracy. Use the result for tracking operations.
【００６０】次に、光量（実際には電気量として検出さ
れる）の持つ雑音と、目標物像の位置情報を重心法ある
いは光量中心法により求める場合の、演算値が有する誤
差との関係を詳述する。目標物像の光強度分布をガウシ
アンとするとき、重心法で求める重心位置の持つ誤差は
次式により表される。Next, the relationship between the noise of the light quantity (actually detected as an electric quantity) and the error of the calculated value when the position information of the target object image is obtained by the centroid method or the light quantity center method will be described. It will be described in detail. When the light intensity distribution of the target object image is Gaussian, the error of the barycentric position obtained by the barycentric method is expressed by the following equation.
【００６１】[0061]
【数３】 (Equation 3)
【００６２】一方、光量中心位置の持つ誤差は次式で表
される。On the other hand, the error of the light amount center position is expressed by the following equation.
【００６３】[0063]
【数４】 (Equation 4)
【００６４】ここで、 Δｒｇ、Δｒｂ：得られた位置情報が持つ誤差 ａ：目標物像のｒｍｓ半径 Ｘ：画素寸法（ビニング実施の場合は、ビニング後の画
素） Ｎｇ、Ｎｂ：演算領域の一次元画素数 Ｉ0 ：総光量（電子数換算） ｉn0：読み出し雑音量（電子数換算） 簡単のため目標物像は、等方的とし、Ｘ方向、Ｙ方向と
も領域数Ｎは同一とする。Here, Δrg, Δrb: error of obtained position information a: rms radius of target object image X: pixel size (in the case of binning, pixel after binning) Ng, Nb: primary of calculation area Original pixel number I 0 : Total light amount (in terms of number of electrons) i n0 : Readout noise amount (in terms of number of electrons) For simplicity, the target image is assumed to be isotropic, and the number of regions N is the same in both the X and Y directions. .
【００６５】上記２式において、第１項は入射光量に依
存性のあるショット雑音項で、第２項は読み出し雑音な
ど、入射光量に依存しない雑音項である。In the above two equations, the first term is a shot noise term that depends on the amount of incident light, and the second term is a noise term such as readout noise that does not depend on the amount of incident light.
【００６６】さらに、第２項の読み出し雑音量は ｉn0 2 ＝ｉr0 2 ＋ｉad 2 ＋ｉd で表され、ここで、 ｉr0：読み出し雑音 ｉad：量子化（Ａ／Ｄ変換）誤差 ｉd ：暗電流（√ｉd が暗電流ショット雑音）[0066] Further, the read noise amount in the second term is represented by i n0 2 = i r0 2 + i ad 2 + i d, where, i r0: read noise i ad: quantizing (A / D conversion) errors i d: the dark current (√i d is the dark current shot noise)
【００６７】以上より上記２式の第１項である光ショッ
ト雑音が支配的な時には、光量中心法の誤差は重心法に
対して√（π／２）倍大きく、重心法が優る。一方、第
２項の読み出し雑音などが支配的なときには、演算領域
Ｎｇ、Ｎｂに依存する。従って、重心法で、例えば、演
算領域を半値幅の２倍とすると、 Δｒｇ／ａ＝５．２７ｉn0／Ｉ0 光量中心法で、例えば、演算領域を４分割にすると（Ｎ
ｂ＝２）、 Δｒｂ／ａ＝２．５１ｉn0／Ｉ0 となり 光量中心法による誤差は、重心法に比べて約１／２に抑
えられる。As described above, when the light shot noise, which is the first term of the above two equations, is dominant, the error of the center of light method is larger by √ (π / 2) than that of the centroid method, and the centroid method is superior. On the other hand, when the reading noise of the second term or the like is dominant, it depends on the calculation areas Ng and Nb. Therefore, if the calculation area is, for example, twice the half-width by the centroid method, and if the calculation area is divided into four by the Δrg / a = 5.27in 0 / I 0 light intensity center method, for example, (N
b = 2), Δrb / a = 2.51in 0 / I 0 , and the error by the light intensity center method is suppressed to about 比 べ compared to the centroid method.
【００６８】重心法あるいは光量中心法の演算結果が持
つ、雑音による誤差成分は、上記２式の通りであるの
で、重心法が優れる条件は、次の不等式にまとめられ
る。The error component due to noise in the calculation result of the centroid method or the light intensity center method is as in the above two equations, and the conditions in which the centroid method is excellent can be summarized by the following inequalities.
【００６９】[0069]
【数５】 (Equation 5)
【００７０】これによると、光量が多いときには重心法
を用い、光量が少ないときは光量中心法を使用すること
により、目標物像の位置情報の精度が上がることにな
る。According to this, the accuracy of the position information of the target image is improved by using the centroid method when the light amount is large and using the center method when the light amount is small.
【００７１】さらに、この演算法を自動的に選択する手
順としては次の通りとなる。目標物像を捕捉した初期画
面において、重心位置とｒｍｓ半径ａを演算し、ＣＣＤ
上の読み取り領域を設定する。同時にｒｍｓ半径ａより
ビニングサイズを決定する。例えば、重心法ではＮｇ＝
４、光量中心法ではＮｂ＝２（４分割）とする。読み出
し雑音量ｉn0は予め当該追尾誤差検出装置のデータを入
手しておく。次いで、捕捉初期画面の各画素出力を積分
して総光量（実際は総電気量）Ｉ0を求め、予め測定し
ておく、ゲイン（光量と電子数の関係）から、これを電
子数に換算して上記不等式より、誤差の少ない演算法を
選択する。この実施の形態により、光量の異なる多様な
目標物に対する、運用が可能となる。Further, the procedure for automatically selecting this operation method is as follows. In the initial screen capturing the target object image, the position of the center of gravity and the rms radius a are calculated, and the CCD is calculated.
Set the upper reading area. At the same time, the binning size is determined from the rms radius a. For example, in the centroid method, Ng =
4. In the light amount center method, Nb = 2 (four divisions). As the read noise amount in0 , data of the tracking error detection device is obtained in advance. Next, the total light quantity (actually the total quantity of electricity) I 0 is obtained by integrating each pixel output of the initial capture screen, and this is converted into the number of electrons from the gain (the relationship between the quantity of light and the number of electrons) measured in advance. From the above inequalities, a calculation method with a small error is selected. According to this embodiment, it is possible to operate various target objects having different light amounts.
【００７２】以上の実施の形態では、天体望遠鏡の例で
説明したが、本発明の追尾誤差検出装置はこれに留まる
ものでなく、目標物を追尾する装置の追尾制御系に供さ
れる光学的（含む赤外線、Ｘ線）追尾誤差検出装置一般
に適用できるものである。In the above embodiment, an example of an astronomical telescope has been described. However, the tracking error detecting device of the present invention is not limited to this, and an optical signal provided to a tracking control system of a device for tracking a target. (Including infrared rays and X-rays) The tracking error detecting apparatus can be generally applied.
【００７３】[0073]
【発明の効果】第１の発明に係わる追尾誤差検出装置
は、読み出された電気量を基に、所定の演算を行うこと
により、目標物像の撮像板上の位置情報と寸法情報を出
力する演算回路と、その演算回路の出力情報に基づき、
電気量を読み出す領域を設定する読み出し領域設定回路
とを備えているので、読み出し雑音の影響の少なく、精
度の良い追尾誤差信号を応答性良く出力出来る。The tracking error detecting apparatus according to the first aspect of the present invention outputs predetermined position information and size information of the target object image on the imaging plate by performing a predetermined calculation based on the read electric quantity. Based on the operation circuit and the output information of the operation circuit,
Since there is provided a read area setting circuit for setting an area from which the amount of electricity is read, it is possible to output a highly accurate tracking error signal with good response with little influence of read noise.
【００７４】第２の発明に係わる追尾誤差検出装置は、
第１の発明において、電気量を読み出す際、垂直方向あ
るいは水平方向に隣接した複数の撮像素子を結合して、
一つの撮像素子として動作させているので、特に目標物
の光量が少ないときに、読み出し雑音の影響の少なく、
精度の良い追尾誤差信号を応答性良く出力できる。The tracking error detecting device according to the second invention is
In the first invention, when reading out the amount of electricity, a plurality of image sensors adjacent in the vertical or horizontal direction are connected,
Since it is operated as one image sensor, especially when the light amount of the target is small, the influence of readout noise is small,
An accurate tracking error signal can be output with good responsiveness.
【００７５】第３の発明に係わる追尾誤差検出回路は、
第１または第２の発明において、演算出力する目標物像
の位置情報を、電気量を加重量とした重心位置を演算す
ることにより求めているので、特に光量の多いとき、読
み出し雑音の影響の少なく精度の良い追尾誤差信号を応
答性良く出力出来る。The tracking error detecting circuit according to the third aspect of the present invention comprises:
In the first or second aspect of the present invention, the position information of the target object image to be calculated and output is obtained by calculating the position of the center of gravity with the electric quantity being weighted. A small and accurate tracking error signal can be output with good responsiveness.
【００７６】第４の発明に係わる追尾誤差検出回路は、
第１または第２の発明において、演算出力する目標物像
の位置情報を、光量中心位置を演算することにより求め
ているので、特に目標物の光量が少ないときに、読み出
し雑音の影響の少なく精度の良い追尾誤差信号を応答性
良く出力できる。The tracking error detecting circuit according to the fourth aspect of the present invention
In the first or second aspect of the invention, the position information of the target object image to be calculated and output is obtained by calculating the center position of the light amount. Therefore, especially when the light amount of the target is small, the influence of the readout noise is small and the accuracy is small. A good tracking error signal can be output with good responsiveness.
【００７７】第５の発明に係わる追尾誤差検出回路は、
第１または第２の発明において、演算出力する目標物像
の位置情報を、撮像素子の電気量が所定値以上の場合
は、重心位置を演算することにより求め、撮像素子の電
気量が所定値未満の場合は、光量中心位置の演算を行う
ことにより求めているので、目標物の光量に応じて、読
み出し雑音の影響の少なく精度の良い追尾誤差信号を応
答性良く出力できる。The tracking error detecting circuit according to the fifth aspect of the present invention comprises:
In the first or second invention, the position information of the target object image to be calculated and output is obtained by calculating the position of the center of gravity when the amount of electricity of the image sensor is equal to or more than a predetermined value. If the value is less than the above, since the light amount center position is calculated, the tracking error signal with little influence of readout noise and with high responsiveness can be output with good response according to the light amount of the target.
【図１】 この発明の一実施の形態における追尾誤差検
出装置を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a tracking error detection device according to an embodiment of the present invention.
【図２】 この発明の一実施の形態における撮像板のＣ
ＣＤ画素の読み出し制御を示す動作説明図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a C of an imaging plate according to an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is an operation explanatory diagram illustrating read control of CD pixels.
【図３】 この発明の実施の形態２および実施の形態３
における撮像板のＣＣＤ画素の読み出し制御を示す動作
説明図である。FIG. 3 is a view showing a second embodiment and a third embodiment of the present invention;
FIG. 4 is an operation explanatory diagram showing readout control of CCD pixels of the imaging plate in FIG.
【図４】 従来の追尾誤差検出装置を示すブロック図で
ある。FIG. 4 is a block diagram showing a conventional tracking error detection device.
１ 入射光、２ 光学系、３ 撮像板、４ 撮像制御駆
動回路、５ 増幅器、６ 演算回路、７ 読み出し領域
設定回路、１０ シリアルレジスタ、１１ ＣＣＤ画
素。Reference Signs List 1 incident light, 2 optical systems, 3 imaging plate, 4 imaging control drive circuit, 5 amplifier, 6 arithmetic circuit, 7 readout area setting circuit, 10 serial register, 11 CCD pixels.
Claims (5)
と、 上記光学系により、上記目標物の像を結像する焦点位置
に配置され、上記目標物像が有する光量を電気量に変換
して蓄積する複数の撮像素子を、２次元格子状平面に配
列した撮像板と、 上記撮像素子に蓄積された電気量を上記配列に従って順
次読み出す撮像制御駆動回路と、 上記読み出された電気量を基に、所定の演算を行うこと
により、上記目標物像の撮像板上の位置情報と寸法情報
を出力する演算回路と、 上記演算回路の出力情報に基づき、上記撮像制御駆動回
路に対し、上記電気量を読み出す領域を設定する読み出
し領域設定回路とを備えたことを特徴とする追尾誤差検
出装置。1. An optical system for condensing incident light from a target, and the optical system is disposed at a focal position where an image of the target is formed, and converts a light amount of the target image into an electric quantity. An imaging plate in which a plurality of imaging elements that convert and accumulate are arranged in a two-dimensional lattice plane; an imaging control drive circuit that sequentially reads out the amount of electricity accumulated in the imaging element in accordance with the arrangement; An arithmetic circuit that outputs position information and dimensional information of the target object image on the imaging plate by performing a predetermined arithmetic operation based on the quantity, based on the output information of the arithmetic circuit, the imaging control drive circuit A tracking error detection device, comprising: a read area setting circuit for setting an area from which the electric quantity is read.
素子に蓄積された電気量を読み出す際、垂直方向あるい
は水平方向に隣接した複数の撮像素子を結合して、一つ
の撮像素子として動作させることを特徴とする請求項１
に記載の追尾誤差検出装置。2. An image pickup control drive circuit, when reading an electric quantity stored in a plurality of image pickup elements of an image pickup plate, connects a plurality of image pickup elements adjacent in the vertical or horizontal direction and operates as one image pickup element. 2. The method according to claim 1, wherein
2. The tracking error detection device according to 1.
量を加重量とした重心位置を演算することにより求めら
れることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれ
かに記載の追尾誤差検出装置。3. The position information of the target object image to be calculated and output is obtained by calculating the position of the center of gravity by weighting the amount of electricity accumulated in each image sensor in the target object image area on the image pickup plate. The tracking error detection device according to claim 1 or 2, wherein
各領域に存在する撮像素子に蓄積した電気量の総和を求
め、 その求められた各電気量の総和の変動量に、目標物像の
光強度分布に依存する感度係数を乗じて得られる光量中
心位置を演算することにより求められることを特徴とす
る請求項１または請求項２のいずれかに記載の追尾誤差
検出装置。4. The position information of a target object image to be calculated and output is obtained by dividing a target image region on an image pickup plate into four quadrants, and calculating the total amount of electricity stored in an image sensor present in each of the divided regions. The light quantity center position obtained by multiplying the obtained variation amount of the sum of the electric quantities by a sensitivity coefficient depending on the light intensity distribution of the target object image is calculated. A tracking error detection device according to claim 2.
標物像領域内の各撮像素子に蓄積した電気量を加重量と
した重心位置を演算することにより求め、 撮像素子の電気量が所定値未満の場合は、撮像板上の目
標物像領域を４象限に分割し、分割された各領域に存在
する撮像素子に蓄積した電気量の総和を求め、 その求められた各電気量の総和の変動量に、目標物像の
光強度分布に依存する感度係数を乗じて得られる光量中
心位置の演算を行うことにより求められることを特徴と
する請求項１または請求項２のいずれかに記載の追尾誤
差検出装置。5. The position information of the target object image to be calculated and output is, when the amount of electricity of the image sensor is equal to or more than a predetermined value, weighted by the amount of electricity accumulated in each image sensor in the target object image area on the image pickup plate. When the quantity of electricity of the image sensor is smaller than a predetermined value, the target image area on the image pickup plate is divided into four quadrants, and the image pickup element existing in each of the divided areas is divided into four quadrants. Calculate the sum of the accumulated electric quantities, and calculate the light quantity center position obtained by multiplying the obtained fluctuation amount of the sum of the electric quantities by a sensitivity coefficient depending on the light intensity distribution of the target object image. 3. The tracking error detection device according to claim 1, wherein
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8333849A JPH10173978A (en) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | Tracking error detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8333849A JPH10173978A (en) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | Tracking error detecting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10173978A true JPH10173978A (en) | 1998-06-26 |
Family
ID=18270638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8333849A Pending JPH10173978A (en) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | Tracking error detecting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10173978A (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-12-13 JP JP8333849A patent/JPH10173978A/en active Pending
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