JPH0131349B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、例えば原子炉や発電プラント、化
学プラントや一般の生産工場などの点検、検査あ
るいは監視を行なうために、機械的な自動視覚情
報を利用する装置の視覚機能の改良に関するもの
である。

実際には、原子炉格納容器内部の環境や機器な
どをテレビカメラで監視する原子炉格納容器内点
検用ロボツトの改良された画像処理方式による視
覚系などとして利用される。

あるいは又、一般家庭に普及しつつあるビデオ
装置付属の携帯用テレビカメラなどの撮像系にも
利用することができる。

従来より例えば原子炉格納容器内部の環境や機
器などの視覚情報を、テレビカメラで収集しなが
らその内部を点検又は監視する、原子炉格納容器
内点検用ロボツトと呼ばれているものがある。こ
のロボツトはテレビカメラを積載していて、その
テレビカメラを原子炉格納容器内の構造物に取付
けたガイドレールの軌道に沿つて、そのレール内
部に設けられたトロリチエーンで牽引されなが
ら、原子炉格納容器内を巡回する。

予め前記のガイドレール、トロリチエーンは原
子炉格納容器内の構造物に取付けられている。し
かしその取付方によれば、鉛直方向を基準に設
計・設置してある構造物や機器などの被写体を、
テレビカメラで鉛直方向を基準として正常に撮影
することは一般に難しく、ガイドレール全域に亘
つて均一で確実な正常撮影像を得ることはできな
い。そのために、鉛直方向に立つている被写体を
撮影したはずであるが、実際には被写体の画像は
鉛直方向を基準に正常に置いたモニタ画面で鉛直
方向に立つてはいなく、左右のどちらかに傾いて
いる。これはテレビカメラの撮像面の傾きと、画
像を時間系列情報に分解する走査方向がテレビカ
メラフレームに対して一定していることとによ
る。

ここで添付図面を用いて、画像を時間系列情報
に分解する走査方向がフレームに対して固定され
ているテレビカメラを、光軸の回りに鉛直方向を
基準として左右に傾けて、例えば鉛直方向に立つ
被写体を撮影したら、どの様な問題が生じるか詳
しく説明する。

第１図において、左方の鉛直方向に置かれた被
写体は符号１で示され、右方のモニタテレビ４と
被写体１との間にカメラレンズ２を有するテレビ
カメラ２が示され、テレビ４とカメラ２との間は
時間系列の映像信号を送る伝送線９で結ばれてい
る。モニタテレビ４は画面５を有し、被写体面上
の鉛直方向を示す矢標８_a、カメラ撮像面上の鉛
直方向を示す矢標８_b、画面５上の鉛直方向を示
す矢標８_cは破線で示されている。画面５上に正
常に撮影された画像としての被写体像６は矢標８
_ｃ上にあり、被写体像７は矢標８_cに対し角度φの
傾きを有する。ここで鉛直方向に置かれた被写体
１の画像を走査手段によつて正常な時間系列映像
信号に分解し、その後モニタテレビ画面５上に正
常な画像６として再構成されるように、カメラ
２、テレビ４を鉛直方向を基準として正常に置
く。この正常な状態ではテレビ４の画面５上の被
写体１の正常な画像６が、矢標８_cに一致して立
つことになる。この正常な状態から、テレビ４を
動かさずカメラ２のみを光軸の回りに矢標８_bを
基準に左方向へ角度φだけ傾ける。この時画面５
上の被写体１の画像は矢標８_cに一致している画
像６の状態から、矢標８_cを基準に画面側から見
て右方向に角度φだけ傾いた状態の画像７とな
る。カメラ２を矢標８_bを基準に前記と逆に右方
向に傾けると、画面５上の画像は前記とは反対に
左方向に傾く。それ故に鉛直方向を基準にして存
在する被写体を、撮像面を鉛直方向に対して正し
く置いたテレビカメラで正常に撮影しないと、テ
レビカメラより伝送されてくる被写体の画像が、
モニタテレビの画面上で左右に傾きを持つので、
その画像は監視者にとつて非常に見づらい。実際
には、前記のガイドレール上を移動する場合にテ
レビカメラが鉛直方向に対して左右に一定でない
傾きを持ちながら動くので、被写体の画像がテレ
ビカメラの移動に応じて左右に動揺する。そのた
めに画像は一層見づらくなるという不都合を生ず
る。

従来この様な被写体の画像の傾きは、デジタル
計算機システムや専用の画像処理装置によつて、
その傾き角を検知しながら補正している。ところ
がその装置は複雑で高価なものとなつているばか
りでなく、経済性を改善しようとすれば画像の処
理時間が長くなり、実時間処理が困難になるとい
う問題を生じている。

他方この課題は、カメラ撮像面を常に鉛直方向
に対し正しい姿勢をとるように制御できれば解決
されるが、暗電流を抑えるために比較的低い温度
状態におくことが好ましく放射線からも保護しな
ければならないといつた、撮像光電変換面を有す
る重いカメラ本体を姿勢制御することは容易なこ
とではなかつた。

本発明の目的は、前記の従来技術の不都合など
をなくし、画像を時間系列で分解及び再生する撮
像システムにおいて、被写体の鉛直方向を、鉛直
方向を基準にして正常に置いたモニタ系の画面上
の鉛直方向に一致させた正常な被写体像が、常に
モニタ画像として得られるように、簡単な光学情
報処理補生方法による安価な画像補生装置を有す
る撮像装置を提供することにある。

この目的を達するために本発明では、光学系の
軸対称性を利用し、十分な可撓性を有する画像伝
達繊維光学系を光学系結像面と撮像面間に配置
し、繊維束の光学系側端面のみを安価な重力制御
系によつて光軸回りに姿勢制御することにより、
繊維束端面との相対位置を固定されたカメラ撮像
面が、たとい鉛直方向に対して極端に傾いていて
も画像伝達繊維光学系自身の性質によつて自動的
に瞬時に像の傾きを補正できる撮像装置を得るこ
とができた。

以下に本発明に基づく実施例を図面に側して詳
述する。

第２図は本発明の構成の鍵である画像伝達繊維
光学系をなす光学繊維束を示す。一般用の光伝達
繊維束では両端面の各繊維の相対位置は不定であ
るのに対し、本発明で用いられる周知の画像伝達
用光学繊維束では中間部を除く両端面での各繊維
の相対位置は厳密に一致している。従つて両端面
の位相差角θに従つて機械的に角度θだけ傾いた
像の伝達が可能である。図の画像伝達光学繊維束
１１は柔軟であつて十分に撓むことができ、捩じ
ることも可能である。左方端面には光学系結像面
と接する入射端１６を有し、右方端面には撮像面
に接する出射端１７を有する。光学系は本来光軸
の回りに対して軸対称であるから、カメラ本体が
どんなに傾いても光学系結像面上の被写体像１２
は全く傾いていない。これに対し撮像面での走査
方向はカメラフレームに対して一定であり、カメ
ラの傾きと共にその走査方向は傾きを持つことに
なり、結果的に傾いたモニタ画像を与えてしま
う。ここで前記の繊維束１１の両端面の位相差角
θを有する画像伝達機能を利用すれば、撮像面で
の走査方向の傾きを相殺することができる。即ち
位相差角θとカメラ撮像面の傾き角度とを常に一
致させてやれば、極めて簡単に画像の傾きを補正
することができる。このようにするには、出射端
１７の被写体像１３における鉛直方向成分と例え
ば撮像面の走査方向とが直角をなすよう、相対位
置を固定する一方で、入射端１６は常に傾かない
ようにしておけばよい。具体的には後述のように
入射端１６付近の繊維束１１の外周に光軸回りの
回転モーメントを与える重錘を固定し、該部は光
軸回りに自由に回転できるようにしておく。カメ
ラの傾き角が０の時に前記位相差角θも０となる
ように繊維束１１がセツトされるのは云うまでも
ない。この時にカメラが角度θだけ傾いたとして
も、入射端１６と出射端１７との位相差角はθで
あり、撮像面で角度θだけ傾いた被写体像１４が
得られ、画像の自動補正が行なわれる。

第３図は本発明による一実施例を示す構成図で
ある。第２図で用いた繊維束１１、入射端１６、
出射端１７などの符号はそのまま第３図でも同様
に用いられている。右端のテレビカメラ１８は第
２図示と同様の繊維束１１の出射端１７とアダプ
タ１９を介して結合され、繊維束１１の入射端１
６はレンズフレーム２３の内部で光学系２４の結
像面に臨んでいる。フレーム２３の内部の繊維束
１１は円筒軸２１に保持され、転がり軸受２０及
び２２によつてフレーム２３に対して自由に光軸
回りに回転可能である。円筒軸２１には棒２５及
び２６を介して重錘２８が取付けられ、繊維束１
１の入射端１６は鉛直方向に対して常ひ傾かない
ように保たれている。この外３６と３７は繊維束
１１を円筒軸２１に固定する取付螺子であり、４
０は光軸と撮影方向とを共に示す一点鎖線であ
り、３９は棒２５が軸４０回りを旋回する方向を
示す矢印、３８は棒２６が軸２７の回りを旋回す
る方向を示す矢印である。

図示の通り光学系２４と繊維束１１の光軸とは
一致するよう調節して組まれている。その結果被
写体の光情報は光学繊維の束１１を通つてテレビ
カメラ１８に入る。フレーム２３と円筒軸２１と
の間に転がり軸受２０及び２２を設けて、軸受部
の接触摩擦を極力小さくするようにしてある。円
筒軸２１は、光学繊維束１１の最小捩りモーメン
トを超える程度の回転モーメントで容易に回転す
る状態にある。

その回転モーメントは、棒２５及び２６、重錘
２８そして重力作用とで作り出しているので、フ
レーム２３の傾き方向に対して光軸４０を含む鉛
直面を境に常に反対の向きに向かう。そこで光軸
４０が水平となるようフレーム２３を吊すと、棒
２５及び２６は重力作用によつてそれぞれの中心
線を鉛直方向と一致するように、迅速に旋回して
鉛直方向と一致する。

この時、鉛直方向に置かれた被写体の光情報が
テレビカメラ１８に入る場合、その画面が正常に
置いたモニタ画面上で鉛直方向に一致するよう
に、アダプタ１９を緩めて繊維束１１の出射端１
７とテレビカメラ１８との取付具合い（光軸回り
の位置関係）を調節する。

この状態から、フレーム２３が光軸回りについ
て鉛直方向を基準に左方向又は右方向に回転して
も、円筒軸２１はフレーム２３の回転とは無関係
に元の向きを保持することができる。円筒軸２１
と繋がつている棒２５及び２６の中心線は重力作
用による回転モーメントで、光軸４０を含む鉛直
面と一致するように常に制御される。そのため円
筒軸２１は鉛直方向を基準として実質的に左右の
傾きを持たない。従つて光軸４０回りの被写体と
円筒軸２１内部に固定した繊維束１１の入射端１
６との位置関係は不変である。更に繊維束１１を
通つてカメラ１８の光電変換面に入る被写体の光
情報も実質的に変らないので、フレーム２３の動
揺に拘らず被写体の正常な撮影が確実にできる。
加えてカメラ本体をどのように動かしても、画像
伝達繊維光学系自体の機能により、傾きのない正
常なモニタ画像が得られることも明らかである。

このような構成は特に遠隔操作によつて撮影方
向を変えたい場合に有利である。即ち、重いカメ
ラ本体に対して光学系は離れており、両者の間に
は十分な可撓性があるので、光学系のみを動かし
て撮影方向を変えることが容易だからである。

第４図は本発明の一実施例を原子炉格納容器内
点検ロボツトに適用した様子を示すものである。
原子炉格納容器内部の構造物に取付けたガイドレ
ール３がが設けられており、ガイドレール３０の
内部を動くトロリチエーン３１に牽引フツク３２
を介して第３図示のテレビカメラ１８や、牽引フ
ツク３５を介して第３図示のフレーム２３等が取
付けられ、牽引される。

ガイドレール３０、トロリチエーン３１、牽引
フツク３３及び３４、フレーム２３の取付け方の
状態、左右上下旋回機構３４の旋回状態に拘ら
ず、第３図及び第４図に示した棒２５及び２６の
中心線はフレーム２３の動揺に対抗して重力によ
る回転モーメントによつて、光軸４０を含む鉛直
面と一致すべくフレーム２３に対して旋回する。
その結果前記の通りに常に傾きのない正常なモニ
タ画像が得られるのは自明である。更に形状が複
雑で重い撮像装置を撮影方向変換装置に取付けら
れた光学系と分離して、安定な状態で確実に取付
けることができる。撮影方向変換装置は小型軽量
で済み、作動が確実となつて経済性も向上する。

以上に述べたように、本発明によれば、光学系
結像面と撮像面との間に十分な可撓性を有する画
像伝達繊維光学系を設け、その出射端面を撮像面
に固定する一方入射端面も光軸回りに回転自在に
支持すると共に、簡単な重錘によつて該入射端面
が傾かないように構成したので、像の傾きを瞬時
にして容易に補正できる撮像装置を安価に得るこ
とができ、所期の目的を良く達成し得て高い経済
的効果を収めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術による問題点を説明するため
の説明図、第２図は本発明構成上の鍵である画像
伝達繊維光学系をなす光学繊維束の説明図、第３
図は本発明の一実施例を示す構成図であり、ａは
光学系の側面図、ｂは正面図、第４図は原子炉格
納容器内点検用ロボツトに本発明を適用した状態
を示す斜面図である。 １１……画像伝達繊維光学系をなす光学繊維
束、１６……光学繊維束の入射端、１９……アダ
プタ、１７……光学繊維束の出射端、２１……円
筒軸、１８……テレビカメラ、２０，２２……転
がり軸受、２３……光学系のフレーム、２４……
光学系、２５，２６……棒、２８……重錘。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被写体を光学像に結像する光学系と、被写体
   の光学像情報を時間系列の映像信号に交換するた
   めの画面走査方向が一定している撮像手段とを有
   する撮像装置において、前記光学系の結像面と撮
   像手段の撮像面との間に十分な可撓性を有する画
   像伝達線繊光学系がその両端面をそれぞれ前記二
   面の光軸と一致する位置に配置されると共に、前
   記撮像面に接する端面は該撮像面との相対位置を
   固定される一方前記光学系結像面に接する端面は
   光軸回りに可転自由に取付けられ、更にこの光学
   系結像面に接する端面付近には装置の傾きを補正
   する回転モーメントを与える重力系制御手段が取
   付けられて成ることを特徴とする画像の傾きを補
   正した撮像装置。