CN102771121A - 照相机平台系统 - Google Patents

Abstract

照相机平台系统1具有拍摄被摄体的图像以生成拍摄图像的照相机11、绕着摇动轴和倾斜轴旋转照相机的照相机平台12和13、以及基于拍摄图像生成显示图像的图像处理器4、5和6。当照相机经过预先确定的角度位置以绕着倾斜轴旋转时，图像处理器在生成与通过将拍摄图像绕着摇动轴旋转180度形成的图像对应的第二显示图像之前生成与通过在预先确定的角度位置处将拍摄图像绕着摇动轴旋转大于0度且小于180度的角度形成的图像对应的第一显示图像。

Description

照相机平台系统

技术领域

本发明涉及能够执行照相机的摇动旋转（pan rotation）和倾斜旋转（tilt rotation）的照相机平台系统。

背景技术

在诸如监视照相机的顶棚悬挂型的照相机平台系统中，当通过使用倾斜旋转照相机在跟踪被摄体的同时拍摄从正面接近的被摄体时，如果执行任何图像处理，则在通过照相机正下方的位置之后获得的图像中的被摄体上下颠倒。因此，当照相机的倾角变为预先确定的设定角度（例如，照相机面向正下方向的90度）时，在许多的情况下提供执行拍摄图像的180度反转处理以正确地显示被摄体的上和下的功能。

日本专利公开No.2003-289466公开了当照相机关于顶棚的倾角等于或大于90度时通过改变来自被设置为暂时存储拍摄的图像的存储器的拍摄图像的读取方法生成执行了反转处理的显示图像以具有正常的上下关系的方法。

但是，在日本专利公开No.2003-289466中所公开的方法中，尽管照相机的倾斜旋转方向不变，但是，由于显示图像中的被摄体的行进方向被反转处理突然改变，因此，观察被摄体的用户在操作中感觉不安并具有不相容（incompatibility）的感觉。

并且，当被摄体在照相机正下方的位置处过去或过来时，被摄体的行进方向不能确定，并且，会在跟踪被摄体的操作中出现混乱。

发明内容

本发明提供减少显示图像中的被摄体的行进方向的变化的不自然性以防止跟踪被摄体的操作的混乱的照相机平台系统。

作为本发明的一个方面的照相机平台系统包括：被配置为拍摄被摄体的图像以生成拍摄图像的照相机；被配置为绕着摇动轴和倾斜轴旋转照相机的照相机平台；和被配置为基于拍摄图像生成显示图像的图像处理器。当照相机经过预先确定的角度位置以绕着倾斜轴旋转时，图像处理器在生成与通过将拍摄图像旋转180度形成的图像对应的第二显示图像之前生成与通过在预先确定的角度位置处将拍摄图像旋转大于0度且小于180度的角度形成的图像对应的第一显示图像。

作为本发明的另一方面的照相机平台系统包括被配置为拍摄被摄体的图像的成像透镜和照相机平台，所述照相机平台包括被配置为绕着与竖向方向垂直的第一轴旋转成像透镜以改变成像透镜的光轴和竖向方向的倾角的第一驱动机构、以及被配置为绕着与第一轴垂直的第二轴旋转成像透镜和第一驱动机构的第二驱动机构。所述系统包括图像处理器，所述图像处理器被配置为，在改变倾角时，根据达到第一角度的倾角生成与通过将在倾角达到第一角度之前获得的拍摄图像旋转大于0度且小于180度的角度所形成的图像对应的第一显示图像、并且根据达到与第一角度不同的第二角度的倾角生成与通过将在倾角达到第一角度之前获得的拍摄图像旋转180度所形成的图像对应的第二显示图像。

参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征和方面将变得清晰。

附图说明

图1是示出作为本发明的实施例1的照相机平台系统的示意性配置的示图。

图2A～2D是示出实施例1中的被摄体、照相机平台系统与监视器显示的关系的示图。

图3A和图3B是描述实施例1中的图像存储器的控制操作的示图。

图4是描述实施例1中的画面显示的转变（transition）的流程图。

图5是描述实施例1中的照相机平台系统与监视器显示旋转角度的关系的示图。

图6是描述实施例1中的像素的内插方法的示图。

图7A和图7B是示出实施例2中的被摄体的监视器显示的示图。

图8A～8C是示出实施例3中的被摄体的监视器显示的示图。

具体实施方式

以下将参照附图描述本发明的示例性实施例。

[实施例1]

图1示出作为本发明的实施例1的照相机平台系统的配置。图2A～2D示出实施例1中的照相机平台系统与依赖于其倾角的监视器显示图像之间的关系。

在图1中，附图标记1表示通过拍摄被摄体的图像以生成拍摄图像的照相机和照相机平台配置的照相机平台系统，借助于所述照相机平台，照相机能够绕着摇动轴执行摇动旋转以及绕着倾斜轴执行倾斜旋转。附图标记PA表示摇动轴（第二轴），附图标记TA表示倾斜轴（第一轴）。倾斜轴TA是与竖向方向垂直的轴，并且，能够通过倾斜旋转改变成像透镜11的光轴的倾角以及所述倾角。摇动轴PA是与倾斜轴TA垂直的轴。在实施例中，术语“摇动旋转”意指沿横向移动拍摄图像的照相机的旋转移动，并且，术语“倾斜旋转”意指沿上下方向移动拍摄图像的照相机的旋转移动。术语“横向”和“上下方向”意指显示图像的方向。

通过未示出的遥控器或者通过经由诸如LAN的网络的远程操作来控制照相机平台系统1的摇动旋转和倾斜旋转。

来自被摄体的光穿过成像透镜11，以在诸如CCD传感器或CMOS传感器的图像拾取元件2上形成被摄体图像。图像拾取元件2执行被摄体图像的光电转换以输出成像信号。GBR分离电路3将来自图像拾取元件2的成像信号分离成G（绿色）、B（蓝色）和R（红色）的颜色信号。图像信号处理电路4在对于数字信号执行各种类型的信号处理以生成图像信号（以下，称为拍摄图像）之前将G、B和R的颜色信号（模拟信号）转换成数字信号。构成拍摄图像的至少一个帧图像被暂时写入图像存储器6中。运算处理电路5（以下，称为CPU）执行图像存储器6的地址生成控制或定时控制。

CPU 5对于图像存储器6执行帧图像的写入和读取控制。对于从图像存储器6读取的帧图像，图像信号处理电路4在将其从图像输出端子7输出到未示出的监视器之前将其转换成预先确定的输出形式。图像处理器由图像信号处理电路4、CPU 5和图像存储器6构成。

因此，帧图像被依次输出到监视器以显示输出图像。所述输出图像是作为对于处于照相机已拍摄图像的状态中的拍摄图像（写入图像存储器6中的帧图像）进行后面描述的读取控制的结果获得的图像，并且，可以与所述拍摄图像相同或者可以是不同的图像。

CPU 5执行倾斜（T）驱动单元（第一驱动机构）12和摇动（P）驱动单元13（第二驱动机构）的控制、或者成像透镜11的变焦（Z）和聚焦（F）的控制。具体而言，CPU 5通过通信端子8接收通过未示出的遥控器等发送的P/T/Z/F控制数据。然后，CPU 5根据控制数据将P/T控制信号输出到P驱动单元13和T驱动单元12，并且，将Z/F控制信号输出到成像透镜11。P驱动单元13和T驱动部分12根据P/T控制信号执行照相机平台的摇动旋转和倾斜旋转。成像透镜11根据Z/F控制信号执行变焦和聚焦操作。

附图标记14表示倾角检测器，所述倾角检测器检测关于照相机平台的安装基准（在实施例中，为顶棚面）的倾角以将与所述倾角对应的角度数据输出到CPU 5。

将详细描述图像存储器6的控制。如图3A所示，拍摄图像（帧图像）的有效像素的数量被假定为水平方向1920个和竖向方向1080个，并且，G、B和R的像素数据分别被假定为10位。以从画面的左上端获得每秒需要的帧数的数据的周期执行采样，并且，与关联于像素的数量生成的写入地址（简单地说，1920×1080×帧的数量）对应地在图像存储器6中写入等于或大于一个帧的GBR像素数据。数据的宽度是30位。可根据诸如有效像素数、生成的地址、数据宽度和CPU的数量的硬件限制改变该配置。

下面将描述与照相机平台系统1的旋转对应的图像存储器6的控制。如图2A所示，照相机平台系统1具有被附着于顶棚上以从顶棚吊下的P驱动单元13的基部。在实施例中，就描述照相机平台系统1跟踪移动的被摄体21、23和25以执行倾斜旋转并且倾角（倾斜角）在途中在通过照相机平台系统1正下方的位置的同时从0度变为180度的情况。

当倾角处于0度与作为第一设定角度（第一角度）的85度之间时，以写入的次序执行从图像存储器6的读取，即，执行依次的读取。因此，在监视器上显示被摄体的输出图像26。以下，如输出图像26那样的与拍摄图像相同的（非旋转的）输出图像被称为非旋转图像。

当倾角处于作为第二设定角度（第二角度）的95度与180度之间时，在从图像存储器6的依次读取中如图像30那样上下颠倒地显示被摄体。因此，具体而言，沿与写入次序相反的从写入的第1080行的第1920个像素到第一行的第一个像素的方向执行读取。结果，获得与通过绕着摇动轴将拍摄图像（图像30）旋转180度形成的图像（即，上下反转的图像）对应的输出图像（第二显示图像）35。以下，如输出图像35那样的与关于拍摄图像旋转180度的图像对应的输出图像被称为180度旋转图像。

在照相机平台系统1正下方附近的倾角的85度～95度的范围（预先确定的角度位置）中，执行从图像存储器6的读取，以获得与通过绕着摇动轴将拍摄图像（图像28）旋转90度形成的图像对应的输出图像（第一显示图像）33。

具体而言，如图3B所示，以写入图像存储器6中的第1080行的421个像素数据为先头，随后读取第1079行的421个像素数据，并最终读取第一行的1500像素数据。以下，如输出图像33那样的与关于拍摄图像旋转90度的图像对应的输出图像被称为90度旋转图像。

在图像信号处理电路4中，第1行到第1080行中的不存在像素数据的第1个到第420个像素和第1501个到第1920个像素的显示位置被设为诸如黑色电平的固定数据。然后，从图像存储器6读取的有效数据以诸如HD-SDI的适当的输出形式被输出，以将其输出到监视器。

图4的流程图示出通过CPU 5执行的根据倾角检测器14的检测角度θ的图像显示处理（从图像存储器6的读取控制）。在各帧中执行通过倾角检测器14的角度检测和根据检测角度θ的图像显示处理。

当开始处理时，CPU 5在步骤S101中确定倾角检测器14的检测角度θ是否等于或大于作为第一设定角度的85度。当检测角度θ等于或大于85度时，即根据检测角度θ达到85度，它前进到步骤S102，并且，另一方面，当它小于85度时，它前进到步骤S103。

在步骤S102中，CPU 5确定倾角检测器14的检测角度θ是否等于或大于作为第二设定角度的95度。当检测角度θ等于或大于95度时，即根据检测角度θ达到95度，它前进到步骤S105，另一方面，当它小于95度时，它前进到步骤S104。

在步骤S103中，CPU 5在监视器上显示非旋转图像。在步骤S104中，CPU 5在监视器上显示90度旋转图像。在步骤S105中，CPU 5在监视器上显示180度旋转图像。

虽然在监视器上显示的输出图像通过步骤S103～S105的处理被切换，但是，为了切换图像，h度的滞后角度被设为第一设定角度和第二设定角度。h度的滞后角度是被设定以平滑地切换显示图像的角度，其被设为小于第一设定角度与第二设定角度之间的差的角度。

当检测角度θ变为从180度到0度的方向时，“第一设定角度－h度”和“第二设定角度－h度”变为执行图像切换的角度。

在实施例中，描述在非旋转图像与180度旋转图像之间显示90度旋转图像的情况。但是，也可在非旋转图像与180度旋转图像之间显示与通过在90度旋转图像前后绕着摇动轴将拍摄图像旋转0度～180度的范围中的90度以外的角度形成的图像对应的输出图像。结果，能够以很少的不相容性感觉切换图像。

具体而言，如图2D所示，根据倾角检测器14的检测角度θ是85度的情况，在图2C的非旋转图像31与90度旋转图像33之间显示与通过绕着摇动轴将拍摄图像旋转45度形成的图像对应的45度旋转图像32。并且，可根据检测角度θ是95度的情况在90度旋转图像33与180度旋转图像35之间显示与通过绕着摇动轴将拍摄图像旋转135度形成的图像对应的135度旋转图像34。

图5示出这种情况下的照相机平台系统1的倾角（检测角度θ）与在这种情况下在监视器上输出的拍摄图像的旋转角度的关系。在图5中，滞后角度h度被省略。

常规上，当通过照相机平台系统1正下方的位置时，非旋转图像突然被切换为180度旋转图像。但是，在实施例中，在显示180度旋转图像之前，对于输出图像，绕着摇动轴的旋转角度在照相机平台系统1正下方附近逐渐增大。

当倾角的变化方向为从180度到0度的方向时，在显示非旋转图像之前，显示绕着摇动轴的旋转角度在照相机平台系统1正下方附近从180度旋转图像逐渐减小的输出图像。

仅通过从上述的简单的图像存储器6的读取地址的变化，不能实现图2D所示的45度旋转图像32和135度旋转图像34。但是，可通过基于当从写入图像存储器中的数据旋转时获得的相邻的像素数据值和像素的距离计算显示像素位置处的像素数据以内插它，生成45度旋转图像32和135度旋转图像34。

例如，如图6所示，写入图像存储器6中的图像数据在图像存储器6上旋转，并且，从照相机平台系统1输出时需要的像素P的数据被内插，以获得绕着以像素s为中心的摇动轴的旋转图像。当旋转之后与像素P相邻的四个像素的数据值被假定为p11、p12、p21和p22时，可通过将来自图像存储器6的这些值加载到CPU 5中并通过线性内插使用下式执行计算，获得像素P的像素数据。像素的距离被假定为1（一个正像素）。

P=p11(1-d1)(1-d2)+p12(1-d1)d2+p21·d1(1-d2)+p22·d1·d2

式中，d1和d2是沿相互垂直的两个方向从像素P到四个旋转像素的距离。

在实施例中，描述非交错方法，但是，除了插入帧处理以外，交错方法的基本思想与非交错方法类似。

在像素内插的方法中，不限于作为例子描述的四个相邻像素内插方法的方法，而也可使用通过多像素的更高次的内插或前帧的数据。

并且，为了缩短计算处理时间，可执行使用多个图像存储器的并行处理。

另外，上述的实施例中的各角度（45度、90度、135度、180度、85度和95度）和其它数值仅是例子，并且，也可设定其它的角度或数值。

在实施例中，描述绕着摇动轴旋转拍摄图像的情况，但是，摇动轴不必是确切的（exact）摇动轴，并且，对应于上述的倾角的85度～95度的范围，拍摄图像也可绕着在以确切的摇动轴为基准的0度～50度的范围中倾斜的轴旋转。作为旋转拍摄图像的中心轴，如果在没有不相容的感觉的情况下旋转图像，那么可绕着任何轴旋转图像。但是，优选旋转中心轴是通过拍摄图像中的一个点并且位于图像中心与出现移动被摄体的区域之间（更优选地，位于图像中心与移动被摄体的重心的位置之间，或者处于移动被摄体的重心的位置处）的轴。关于旋转中心，这对于以下描述的实施例同样适用。

[实施例2]

实施例1描述了绕着摇动轴的图像的旋转中心被假定为图像的中心的情况，但是，作为图7A所示的输出图像41、43和45，也考虑不在图像中心存在移动被摄体的情况。

在这种情况下，赋予CPU 5检测在拍摄图像中移动的被摄体所存在的区域（优选地，所述区域的中心位置）的检测功能，以使得能够获得图7B所示的以存在被摄体的区域为中心的旋转图像。

例如，可如下实现检测存在移动被摄体的区域的功能。通过CPU5基于当前帧与先前帧的图像数据之间的差异计算被摄体的移动量。然后，将该移动量与通过加载到CPU 5中的倾角检测器14的输出获得的倾角变化量相比较，并且，移动量小的区域被确定为跟踪的移动被摄体以能够获得移动被摄体的区域（以及，区域的中心）。

与实施例1类似，在以上面获得的移动被摄体的区域为中心的照相机平台系统正下方附近显示90度旋转图像48（以及，45度和135度旋转图像）。换句话说，依次在监视器上显示非旋转图像46、90度旋转图像48和180度旋转图像50。结果，可以防止具有输出图像突然从非旋转图像46切换到180旋转图像50并且图像中的人突然左右移动的不相容感觉的显示。

[实施例3]

实施例1和2描述了仅通过从图像存储器6的读取控制（图像处理）生成各旋转图像的情况。但是，可通过添加成像透镜11的移动实现更有益的效果。

例如，在实施例1中，成像透镜11通过来自CPU 5的指令执行从先前的变焦状态到广角侧的变焦状态的光学变焦操作。因此，由于被摄体在监视器上接近图像中心，因此，可以预期与在实施例2中描述的以被摄体区域为中心的旋转图像生成方法的效果类似的效果。并且，由于还通过在广角侧执行光学变焦操作显示周围的场景，因此，绕着摇动轴执行旋转处理变得更明确。

图8A示出当成像透镜11在照相机平台系统1正下方附近仅对于广角侧执行光学变焦操作（以下，称为透镜变焦）时在监视器上显示的输出图像61、62和63。

当在照相机平台系统1正下方附近对于广角侧执行透镜变焦时，如输出图像63所示，虽然图像中的被摄体变小，但是，显示被摄体的周边的宽范围的图像。

在实施例1和2中，当显示90度旋转图像时，在没有图像数据的周边范围中显示诸如黑色的固定数据。但是，如图8B所示，可通过电子变焦操作根据非旋转图像66或180度旋转图像70中的被摄体的尺寸扩展被摄体（90度旋转图像的一部分）来显示在周边范围中也存在图像的90度旋转图像68。

在电子变焦操作中，与在实施例1中描述的像素数据内插类似，根据扩展率通过CPU 5计算像素之间的距离，并且，基于4个相邻像素数据生成执行以被摄体为中心的切出显示所需要的位置的数据。图8B所示的90度旋转图像68是在以图8A中的输出图像63的被摄体为中心的部分被切出以绕着摇动轴将其旋转90度之后借助于电子变焦操作通过扩展处理生成的图像。

图8C示出照相机平台系统中的倾角、电子变焦的扩展率和透镜变焦状态的关系。透镜变焦状态与场角之间的关系可被表格化以被存储于CPU 5中，或者可控制变焦倍率以通过在存储器中存储紧挨着透镜变焦透镜之前的被摄体的尺寸获得几乎相同的尺寸的被摄体图像。

另外，为了以较小的不相容感觉执行图像切换，被摄体的移动速度可被检测，以根据移动速度改变用于显示旋转图像的倾角或在非旋转图像与180度旋转图像之间显示的旋转图像的数量。如果被摄体的移动速度快（如果它是比第一速度快的第二速度），那么，即使当从浅的倾角（例如，小于85度的倾角）显示旋转图像或者旋转图像的数量减少时，也不容易生成不相容的感觉。并且，如果被摄体的移动速度慢（如果它是第一速度），那么不容易随着照相机平台系统正下方附近的旋转图像的数量增大而生成不相容的感觉。

可通过基于倾角检测器14的输出的每单位时间的变化量计算移动速度的CPU 5实现被摄体的移动速度的检测功能。

并且，照相机平台系统1具有根据通过遥控器输入的摇动指令信号执行摇动旋转的操作功能，但是，也可忽视在照相机平台系统1正下方附近的旋转图像的显示处理期间输入的摇动指令信号。换句话说，即使输入摇动指令信号，也可不执行摇动旋转。结果，可防止旋转图像的生成处理的延迟或用于处理的电路尺寸的增大。

并且，在以上的实施例中的每一个中，虽然描述了通过使用内置于照相机平台中的CPU 5、图像存储器6和图像信号处理电路4生成旋转图像的情况，但是，可在照相机平台外面设置这些部件以生成旋转图像。并且，在这种情况下，配置包括设置在照相机平台外面的CPU、图像存储器和图像信号处理电路的照相机平台系统。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

本申请要求在2010年1月6日提交的日本专利申请No.2010-000890的权益，在此通过引用并入其全部内容。

[工业适用性]

可提供减少显示图像中的被摄体的行进方向的变化的不自然性的照相机平台系统。

Claims (8)

1.一种照相机平台系统，包括：

被配置为拍摄被摄体的图像以生成拍摄图像的照相机；

被配置为绕着摇动轴和倾斜轴旋转照相机的照相机平台；和

被配置为基于拍摄图像生成显示图像的图像处理器，

其中，当照相机经过预先确定的角度位置以绕着倾斜轴旋转时，图像处理器在生成与通过将拍摄图像旋转180度形成的图像对应的第二显示图像之前生成与通过在所述预先确定的角度位置处将拍摄图像旋转大于0度且小于180度的角度形成的图像对应的第一显示图像。

2.根据权利要求1的照相机平台系统，

其中，图像处理器具有在拍摄图像中检测移动被摄体的检测功能，并且，当检测到移动被摄体时，生成与通过旋转经过检测到移动被摄体的位置的拍摄图像所形成的图像对应的所述第一显示图像和第二显示图像。

3.根据权利要求1的照相机平台系统，

其中，图像处理器在所述预先确定的角度位置处执行向照相机的广角侧的光学变焦操作或扩展拍摄图像的一部分的电子变焦操作以生成第一显示图像。

4.根据权利要求1的照相机平台系统，

其中，图像处理器具有在拍摄图像中检测移动被摄体的移动速度的检测功能，并被配置为当所述移动速度是比第一速度高的第二速度时增大被生成为第一显示图像的图像的数量。

5.根据权利要求1的照相机平台系统，

其中，照相机平台具有根据输入到照相机平台的摇动指令信号绕着摇动轴旋转的操作功能，并且，

其中，当显示第一显示图像时，即使输入了摇动指令信号，照相机平台也不绕着摇动轴旋转。

6.根据权利要求1的照相机平台系统，

其中，所述摇动轴和所述倾斜轴均与设置有照相机的光学系统的光轴垂直。

7.一种照相机平台系统，包括：

被配置为拍摄被摄体的图像的成像透镜；

照相机平台，所述照相机平台包括：被配置为绕着与竖向方向垂直的第一轴旋转成像透镜以改变成像透镜的光轴与竖向方向的倾角的第一驱动机构，以及被配置为绕着与第一轴垂直的第二轴旋转成像透镜和第一驱动机构的第二驱动机构；和

图像处理器，所述图像处理器被配置为，当所述倾角改变时，根据所述倾角达到第一角度生成与通过将在所述倾角达到第一角度之前获得的拍摄图像旋转大于0度且小于180度的角度形成的图像对应的第一显示图像，以及根据所述倾角达到与第一角度不同的第二角度生成与通过将在所述倾角达到第一角度之前获得的拍摄图像旋转180度形成的图像对应的第二显示图像。

8.根据权利要求7的照相机平台系统，其中，

第一轴和第二轴均与设置有照相机的光学系统的光轴垂直。

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