CN107925713B - 摄像系统及摄像控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种消除伴随云台摄像机的光轴方向调整的图像的显示的不协调，且提高视觉辨认度的摄像系统及摄像控制方法。摄像系统具备：相机，拍摄被摄体而获取被摄体图像数据；云台机构，使相机向平摇方向及与平摇方向正交的俯仰方向旋转；输入机构，用户指定显示画面的任意位置的指定点；指定位置获取机构，获取指定点的位置信息；云台控制机构，通过使相机的光轴从当前的位置直线移动至与指定点对应的指定被摄体的位置，使指定被摄体从显示画面的当前的位置直线移动至显示画面的中心；图像处理机构，使显示于显示画面的被摄体图像数据绕相机的光轴旋转，且使光轴移动后的上下方向与移动前的上下方向一致。

Description

摄像系统及摄像控制方法
技术领域
本发明涉及一种摄像系统及摄像控制方法，尤其涉及一种实时显示通过进行远程操作的云台摄像机拍摄的图像的摄像系统及摄像控制方法。
背景技术
已知有通过远程操作使相机进行摇拍动作(平摇动作)及俯仰拍动作(俯仰动作)而调整相机的摄像方向的摄像系统。
专利文献1中记载有，通过用户指定显示有由云台摄像机拍摄的图像的画面的一点，以使重点指定的位置的被摄体显示于画面中心的方式控制云台摄像机的摄像方向的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006－101009号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，若将已指定的被摄体显示于画面中心，则有时指定了被摄体时及显示在画面中心时所显示的被摄体的上下方向的朝向发生变化，从而存在显示不协调这一问题。
并且，还存在在调整用于将所指定的被摄体显示于画面中心的云台摄像机的摄像方向中，因平摇动作及俯仰动作的速度而被摄体的视觉辨认度差这一问题。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种消除伴随云台摄像机的光轴方向调整的图像的显示的不协调，且提高视觉辨认度的摄像系统及摄像控制方法。
用于解决问题的手段
为了实现上述目的，摄像系统的一方式具备：相机，拍摄被摄体而获取被摄体图像数据；云台机构，使相机向平摇方向及与平摇方向正交的俯仰方向旋转；显示机构，将已获取的被摄体图像数据显示于显示画面；输入机构，用户指定显示画面的任意位置的指定点；指定位置获取机构，获取指定点的位置信息；云台控制机构，通过使相机的光轴从当前的位置直线移动至与指定点对应的指定被摄体的位置，使显示画面中所显示的指定被摄体从显示画面的当前的位置直线移动至显示画面的中心；及图像处理机构，使显示于显示画面的被摄体图像数据绕相机的光轴旋转，且使光轴移动后的上下方向与移动前的上下方向一致。
根据本方式，设成使用户指定的指定被摄体从显示画面的当前的位置直线移动至显示画面的中心，且使移动后的上下方向与移动前的上下方向一致，因此消除伴随云台摄像机的光轴方向调整的图像的显示的不协调，从而能够提高视觉辨认度。
图像处理机构优选使光轴移动中的上下方向与移动前的上下方向一致。由此，即使在光轴方向的调整中也能够提高图像的显示的视觉辨认度。
图像处理机构优选根据将包括光轴移动前的指定被摄体的剪切图像作为模板的模板匹配计算出被摄体图像数据的旋转方向及旋转量。由此，能够适当地使光轴移动后的上下方向与移动前的上下方向一致。
摄像系统具备从已获取的被摄体图像数据中检测人物的脸部区域的脸部检测机构，当指定被摄体为人物的脸部区域时，图像处理机构优选使脸部的朝向正立。由此，能够适当地使光轴移动后的上下方向与移动前的上下方向一致。
云台控制机构优选以相机的平摇方向的旋转量及俯仰方向的旋转量成为最小的旋转方向来使相机的光轴移动。由此，能够以短时间来使相机的光轴移动。
摄像系统优选具备：获取相对于相机的当前位置的距初始位置的第1平摇方向旋转角度及第1俯仰方向旋转角度，并计算出距初始位置的摄像面的初始位置单位法线向量的第1云台旋转矩阵的机构；计算出以第1云台旋转矩阵使初始位置单位法线向量旋转时的摄像面的当前位置单位法线向量的机构；计算出相对于指定点的距当前位置单位法线向量的第2云台旋转矩阵的机构；计算出以第2云台旋转矩阵使当前位置单位法线向量旋转时的移动端目标向量的机构；利用移动端目标向量计算出距初始位置单位法线向量的第2平摇方向旋转角度及第2俯仰方向旋转角度的机构；由第2平摇方向旋转角度与第1平摇方向旋转角度的差分计算出移动端平摇方向旋转角度的机构；及由第2俯仰方向旋转角度与第1俯仰方向旋转角度的差分计算出移动端俯仰方向旋转角度的机构，云台控制机构根据移动端平摇方向旋转角度及移动端俯仰方向旋转角度控制云台机构。由此，能够适当地使相机的光轴从当前的位置移动至与指定点对应的被摄体的位置。
云台控制机构优选使基于云台机构的相机的平摇方向的转速及俯仰方向的转速的比率与移动端平摇方向旋转角度及移动端俯仰方向旋转角度的比率相等。由此，能够适当地使相机的光轴直线移动。
输入机构优选具备用户通过触摸操作能够指定指定点的触摸面板。由此，能够提高指定显示画面的任意位置的指定点时的操作性。
摄像系统优选具备远程相机及便携式终端，显示机构及输入机构设置于便携式终端，相机、云台机构、云台控制机构及图像处理机构设置于远程相机，远程相机及便携式终端分别具备进行通信的通信机构。由此，能够在便携式终端中适当地对远程相机进行远程操作。
为了实现上述目的，摄像控制方法的一方式具备：云台工序，使拍摄被摄体而获取被摄体图像数据的相机向平摇方向及与平摇方向正交的俯仰方向旋转；显示工序，将已获取的被摄体图像数据显示于显示画面；输入工序，用户指定显示画面的任意位置的指定点；指定位置获取工序，获取指定点的位置信息；云台控制工序，通过使相机的光轴从当前的位置直线移动至与指定点对应的指定被摄体的位置，使显示画面中所显示的指定被摄体从显示画面的当前的位置直线移动至显示画面的中心；及图像处理工序，使显示于显示画面的被摄体图像数据绕相机的光轴旋转，且使光轴移动后的上下方向与移动前的上下方向一致。
根据本方式，设成使用户指定的指定被摄体从显示画面的当前的位置直线移动至显示画面的中心，且使移动后的上下方向与移动前的上下方向一致，因此消除伴随云台摄像机的光轴方向调整的图像的显示的不协调，从而能够提高视觉辨认度。
发明效果
根据本发明，能够提高伴随云台摄像机的光轴方向调整的图像的显示的视觉辨认度。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的摄像系统的一例的外观立体图。
图2是表示摄像系统的系统结构的一例的框图。
图3是用于说明触摸定心功能的概要的图。
图4是表示云台动作的摄像面的单位法线向量的变化的图。
图5是表示触摸定心功能的处理的流程图。
图6是用于说明触摸面板的坐标的图。
图7是用于说明模板图像的生成的图。
图8是表示云台动作的旋转角度的计算处理的流程图。
图9是表示用于计算平摇动作的移动量成为最小的方向的处理的流程图。
图10是表示用于计算俯仰动作的移动量成为最小的方向的处理的流程图。
图11是表示定心中的被摄体的轨迹的图。
图12是表示云台动作的转速的计算处理的流程图。
图13是用于说明图像的模板匹配及图像的旋转的图。
图14是表示触摸定心功能的变形例的处理的流程图。
图15是用于对人物的被摄体的脸部的倾斜进行说明的图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的优选实施方式进行说明。
〔摄像系统的构成〕
图1是表示本实施方式所涉及的摄像系统10的一例的外观立体图。如该图所示，摄像系统10具备具有平板式便携式终端形态的终端装置11及具有云台远程相机形态且能够与终端装置11通信连接的相机装置20。
相机装置20中，包括齿轮26的保持部25及保持部25中所安装的摄影光学系统21固定装配于装置主体22上所设置的底座23。底座23设置成以装置主体22的垂直方向的轴即Z轴为中心旋转自如，通过平摇驱动部32P(参考图2)进行以Z轴为中心的平摇动作。齿轮26设置成以与垂直方向正交的水平方向的轴即X轴为中心旋转自如，通过从俯仰驱动部32T(参考图2)经由齿轮26传递驱动力，摄影光学系统21进行以X轴为中心的俯仰动作。该平摇动作及俯仰动作具有分别能够无限制地进行360度以上的旋转的结构。这些摄影光学系统21、保持部25(齿轮26)及底座23被防尘及防滴用的球形罩24所覆盖。另外，在图1中，摄影光学系统21的光轴由符号“L”来表示。
另一方面，在终端装置11的壳体12中容纳有触摸面板15、操作按钮16、扬声器17、麦克风18及终端相机19等。
触摸面板15构成为用户通过触摸操作能够指定显示画面的任意位置的一点(指定点的一例)。触摸面板15由显示从相机装置20发送的被摄体图像数据及各种信息的显示器13(显示画面的一例)、及整面透明且重叠于显示器13并且作为接收来自用户的命令的命令接收部发挥功能的操作面板14构成。触摸面板15中，显示器13的显示位置的坐标与操作面板14的操作位置的坐标彼此对应关联，操作面板14能够检测显示器13的哪一位置被操作。
操作按钮16与操作面板14一同作为接收来自用户的命令的命令接收部而发挥功能。扬声器17及麦克风18作为语音的输出部及输入部而发挥功能。终端相机19能够根据经由操作面板14及操作按钮16的来自用户的命令进行摄影。
用户使用上述终端装置11能够控制相机装置20的动作，例如能够将摄影图像从相机装置20向终端装置11发送而显示于显示器13，或变更相机装置20的摄像方向(摄影光学系统21的光轴L的方向)。
图2是表示摄像系统10的系统结构的一例的框图。
相机装置20为连续拍摄被摄体并输出被摄体像的实时取景图像(被摄体图像数据的一例)的相机。相机装置20具有摄像部30、摄像方向调整部32、相机侧通信部36及统一控制它们的相机侧控制器34。
摄像部30包括摄影光学系统21及摄像元件31而构成。摄影光学系统21包括未图示的变焦透镜、聚焦透镜及光圈等，由未图示的驱动部驱动，且进行变焦、调焦及入射光量的调整。摄像元件31配置于摄影光学系统21的后段，经由摄影光学系统21接受被摄体光。摄像元件31具备未图示的多个受光元件排列成矩阵状的摄像面31a，入射到摄像面31a的被摄体光成像于该受光面上，并通过各受光元件转换为电信号。根据该电信号，从摄像部30输出摄影图像数据。摄像部30能够在相机侧控制器34的控制下定期地进行摄影而输出摄影图像数据。
摄像方向调整部32(云台机构的一例)作为除了图1所示的底座23、保持部25及齿轮26以外还包括平摇驱动部32P及俯仰驱动部32T的云台机构而构成，能够调整摄像部30的摄像方向。摄像方向调整部32由相机侧控制器34控制。例如，当需要将摄像方向沿水平方向移动时，摄像方向调整部32在相机侧控制器34的控制下使摄像部30进行平摇动作(云台工序的一例)，以便根据其所需的移动量使摄像方向沿水平方向移动。同样地，当需要将摄像方向沿垂直方向移动时，摄像方向调整部32在相机侧控制器34的控制下使摄像部30进行俯仰动作(云台工序的一例)，以便根据其所需的移动量使摄像方向沿垂直方向移动。
尤其本例的相机侧控制器34具备定心控制部35，定心控制部35控制摄像方向调整部32而调整摄像方向，以使所指定的被摄体显示于显示器13(参考图1)的中心。
相机侧通信部36(通信机构的一例)与相机侧控制器34连接，且与终端装置11(尤其后述的终端侧通信部44)之间进行通信(参考图2的箭头“C”)，进行从相机装置20向终端装置11传送的数据类的发送，并且进行从终端装置11向相机装置20传送的数据类的接收。即相机侧通信部36将从相机侧控制器34传送的数据类发送至终端装置11(终端侧通信部44)，接收从终端装置11(终端侧通信部44)传送的数据类而传送至相机侧控制器34。
关于在相机装置20(相机侧通信部36)与终端装置11(终端侧通信部44)之间收发的数据类并无特别限定。例如，根据需要，能够将通过摄像部30获取的摄影图像数据及各种指令等在相机装置20与终端装置11之间进行收发。
另一方面，能够与相机装置20连接的终端装置11具有统一控制用户界面42、终端侧通信部44及终端装置11整体的终端侧控制器40。
终端侧通信部44(通信机构的一例)能够与相机侧通信部36通信，接收从相机侧通信部36传送的数据类而传送至终端侧控制器40，将从终端侧控制器40传送的数据类发送至相机侧通信部36。另外，关于终端侧通信部44与相机侧通信部36之间的通信方法并无特别限定，可以是有线连接方式，也可以是无线连接方式。例如，能够利用基于按照由IEEE(电气和电子工程师协会(The Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc.))规定的IEEE802.11a/b/g/n标准等的无线LAN(局域网(Local Area Network))的通信方式及基于按照Bluetooth(蓝牙技术)(注册商标)标准等的近距离无线的通信方式。
终端侧控制器40与用户界面42及终端侧通信部44连接，根据从用户界面42传送的指令等数据类进行各种控制，并且根据需要，控制终端侧通信部44而将数据类发送至相机侧通信部36。并且，终端侧控制器40作为在显示器13中显示图像的显示机构而发挥功能。
用户界面42构成相对于终端装置11的用户的界面。因此，例如能够显示图像等的显示器13、接收来自用户的命令的操作面板14及操作按钮16、向用户提供语音的扬声器17及获取语音的麦克风18包含于该用户界面42。
〔触摸定心功能的概要〕
对摄像系统10所具有的功能之一即触摸定心功能的概要进行说明。触摸定心功能是指用户通过对操作面板14进行操作而将显示于触摸面板15的任意位置的被摄体显示于触摸面板15的中心位置的(定心)功能。
图3(a)是表示触摸面板15中所显示的实时取景图像的一例的图。该实时取景图像为通过相机装置20摄影的图像，摄影有被摄体100。在此，将触摸面板15的中心的坐标设为原点(0，0)，将显示有被摄体100的位置(当前的位置的一例)的坐标设为(X0，Z0)。
在此，设为用户将被摄体100显示在触摸面板15的中心。在该情况下，如图3(b)所示，用户用指尖等触碰触摸面板15的显示有被摄体100的位置(显示器的坐标(X0，Z0)的位置)(触摸定心操作)。
通过该用户的触摸定心操作，触摸面板15将坐标(X0，Z0)作为输入来接收。接收该输入而相机装置20控制摄像方向调整部32来调整摄像方向，以使坐标(X0，Z0)的位置的被摄体100显示于显示器13的原点(0，0)。即，使相机的光轴L从当前的位置移动至与坐标(X0，Z0)对应的被摄体100的位置。由此，如图3(c)所示，显示器13的坐标(X0，Z0)的位置中所显示的被摄体100移动至显示器13的中心(原点(0，0))。
如此，根据触摸定心功能，通过触摸面板15指定的被摄体显示于显示器13的中心。而且，在本实施方式中，以使被摄体100从坐标(X0，Z0)直线移动至原点(0，0)的方式调整摄像方向，并且以使调整摄像方向之后显示于原点(0，0)的被摄体100的上下方向与调整摄像方向之前显示于坐标(X0，Z0)的被摄体100的上下方向一致的方式，以原点(0，0)(光轴L)为中心使摄像图像旋转。
〔云台动作的旋转矩阵〕
在此，对摄像部30的云台动作的旋转矩阵进行研究。如图4(a)所示，作为相机装置20的初始位置，假设将摄像元件31的摄像面31a配置成与Y轴垂直(将光轴L配置在与Y轴同轴上)。在该情况下，初始的摄像面的单位法线向量能够以下述式1的方式表示。
[数式1]
Figure GDA0002367662780000081
在此，如图4(b)所示，若将摄像部30的平摇动作的方向设为Z轴旋转方向，将从原点观察Z轴的正方向的状态下绕Z轴向右旋转的角度设为φ，则旋转矩阵能够以下述式2的方式表示。
[数式2]
Figure GDA0002367662780000091
而且，如图4(c)所示，若将摄像部30的平摇动作后的X轴设为X1轴，将摄像部30的俯仰动作的方向设为X1轴旋转方向，将从原点观察X1轴的正方向的状态下绕X1轴向右旋转的角度设为θ，则旋转矩阵能够以下述式3的方式表示。
[数式3]
Figure GDA0002367662780000092
因此，摄像部30的云台动作的旋转矩阵能够以下述式4的方式表示。
[数式4]
Figure GDA0002367662780000093
通过该云台动作，如图4(c)所示，相机装置20的初始位置时的X轴、Y轴及Z轴分别成为X1轴、Y1轴及Z1轴。
在触摸定心功能中，显示器13中所显示的被摄体的画面内的坐标被指定，因此成为云台动作的旋转角度被指定。但是，相机装置20的旋转轴只有平摇方向(水平方向)及俯仰方向(垂直方向)这2个轴，因此当俯仰侧的角度(俯仰角度)不是0度(水平)时，无法对画面上所指定的角度直接进行云台动作。因此，根据后述的处理计算出云台动作的旋转角度。
〔触摸定心功能的详细内容〕
利用图5的流程图对触摸定心功能的详细的处理(摄像控制方法的一例)进行说明。
首先，通过用户对终端装置11的操作面板14及操作按钮16进行操作，命令相机装置20中的实时取景图像摄像的开始。该摄像开始的命令经由终端侧通信部44及相机侧通信部36输入至相机侧控制器34。相机侧控制器34使摄像部30开始摄影，由此开始来自摄像元件31的图像信号的输出。
相机侧控制器34获取从摄像部30输出的摄影图像数据，并经由相机侧通信部36发送至终端装置11。终端装置11通过终端侧通信部44接收该摄影图像数据，并输出至终端侧控制器40。终端侧控制器40将该摄影图像数据显示于触摸面板15(步骤S1，显示工序的一例)。
以下，摄像部30在相机侧控制器34的控制下进行动态图像摄影，所摄影的摄影图像数据视为通过终端侧控制器40作为实时取景图像显示于触摸面板15的摄影图像数据。
接着，在定心控制部35中将变量k初始化为0(步骤S2)，并判定相机侧控制器34是否结束实时取景图像的摄影(步骤S3)。当通过触摸面板15及操作按钮16而有摄影结束的命令时，结束实时取景图像的摄影。
当没有摄影结束的命令时，定心控制部35判定是否有触摸定心的命令(步骤S4)。如利用图3(b)进行的说明，通过对触摸面板15(输入机构的一例)中所显示的被摄体像(被摄体图像数据)中显示有欲定心的被摄体(指定被摄体)的任意一点即指定点进行触摸定心操作来进行触摸定心的命令(输入工序的一例)。
当没有触摸定心的命令时，返回到步骤S3，重复相同的处理。当有触摸定心的命令时，即当触摸面板15被触摸定心操作时，转移到步骤S5，对变量k进行增量(步骤S5)。
接着，定心控制部35(指定位置获取机构的一例)获取被触摸定心操作的点(指定点)的触摸面板15上的坐标(指定点的位置信息的一例)(步骤S6，指定位置获取工序的一例)。如图6所示，触摸面板15将其中心设为原点(0，0)，沿水平轴即X轴方向分配有-W至W的坐标，沿垂直轴即Z轴方向分配有-H至H的坐标。在此，将被触摸定心操作的位置的坐标设为(X1，Z1)。
接着，定心控制部35生成被触摸定心操作的点周边的模板图像110(步骤S7)。图7(a)是表示触摸面板15的显示的图，图7(b)是表示从图7(a)所示的显示图像剪切包括被触摸定心操作的坐标(X1，Z1)的图像而生成的模板图像110的一例(包括指定被摄体的剪切图像的一例)的图。模板图像110的尺寸适当确定即可。
接着，在定心控制部35中，计算出云台动作的旋转角度(步骤S8)。利用图8所示的流程图对该云台动作的旋转角度的计算处理进行说明。
首先，测量摄像面31a的初始位置的单位法线向量(初始位置单位法线向量的一例)(→e0)与当前(当前位置的一例)的摄像方向(光轴L的方向)之间的平摇方向的旋转角度φk-1及俯仰方向的旋转角度θk-1(相对于相机的当前位置的距初始位置的第1平摇方向旋转角度及第1俯仰方向旋转角度的一例)，求出距初始位置的单位法线向量(→e0)的云台旋转矩阵Ck-1(第1云台旋转矩阵的一例)(步骤S21)。在此，(→e0)中的“→”表示向量。
接着，求出以云台旋转矩阵Ck-1使初始位置的单位法线向量(→e0)旋转时的当前位置的单位法线向量(当前位置单位法线向量的一例)(→fk-1)＝Ck-1·(→e0)(步骤S22)。
接着，关于被触摸定心操作的位置即坐标(X1，Z1)，求出距当前位置的单位法线向量(→fk-1)的云台旋转矩阵Ck(第2云台旋转矩阵的一例)(步骤S23)。
在此，若将摄影光学系统21的水平视角设为2ψx，将垂直视角设为2ψz，则基于触摸定心操作的平摇方向的旋转角度φ及俯仰方向的旋转角度θ能够以
φ＝2ψx·X1/W……(式5)
θ＝2ψz·Z1/H……(式6)
来表示。通过将该φ及θ代入式4，求出云台旋转矩阵Ck。
而且，求出以云台旋转矩阵Ck使当前位置的单位法线向量(→fk-1)旋转时的移动端目标向量(→fk)＝Ck·(→fk-1)(步骤S24)。并且，利用该移动端目标向量(→fk)，求出距初始位置的单位法线向量(→e0)的平摇方向的旋转角度φk(第2平摇方向旋转角度的一例)及俯仰方向的旋转角度θk(第2俯仰方向旋转角度的一例)(步骤S25)。
最后，求出基于触摸定心操作的平摇动作的旋转角度Δφk(移动端平摇方向旋转角度的一例)及俯仰动作的旋转角度Δθk(移动端俯仰方向旋转角度的一例)(步骤S26)。平摇动作的旋转角度Δφk及俯仰动作的旋转角度Δθk为在步骤S21中求出的平摇方向的旋转角度φk-1及俯仰方向的旋转角度θk-1与在步骤S25中求出的平摇方向的旋转角度φk及俯仰方向的旋转角度θk的差分，能够以
Δφk＝Δφk-Δφk-1…(式7)
Δθk＝Δθk-Δθk-1…(式8)
来表示。
在本实施方式中，通过每次触摸定心操作时测量距摄影光学系统21的初始位置的旋转角度，减少云台动作的累积计算误差。
返回到图5的说明，定心控制部35计算出云台动作的移动量成为最小的方向(步骤S9)。本实施方式所涉及的相机装置20能够将平摇动作及俯仰动作分别无限制地进行360度以上的旋转。因此，当进行旋转角度Δφk的平摇动作时，存在2个方向的平摇旋转方向。同样地，当进行旋转角度Δθk的俯仰动作时，存在2个方向的俯仰旋转方向。在此，由这些旋转方向计算出移动量成为最小的方向。
利用图9及图10的流程图对用于计算移动量成为最小的方向的处理进行说明。
图9是表示用于计算平摇动作的移动量成为最小的方向的处理的流程图。
首先，判定在步骤S8(步骤S21～S26)中计算出的平摇动作的旋转角度Δφk是否小于-π[rad](步骤S51)。当Δφk为-π[rad]以上时向步骤S52转移，当Δφk小于-π[rad]时向步骤S53转移。
在步骤S52中，判定Δφk是否大于π[rad](步骤S52)。当Δφk为π[rad]以下时保持Δφk的值而结束处理，当Δφk大于π[rad]时向步骤S54转移。
在步骤S53中，对Δφk加以2π[rad](步骤S53)，并结束处理。另一方面，在步骤S54中，从Δφk减去2π[rad](步骤S54)，并结束处理。
如此运算出的Δφk成为表示平摇动作的移动量成为最小的方向的旋转角度。
图10是表示用于计算俯仰动作的移动量成为最小的方向的处理的流程图，该处理的内容与图9所示的流程图相同。即，当在步骤S8(步骤S21～S26)中计算出的俯仰动作的旋转角度Δθk小于-π[rad]时，对Δθk加以2π[rad](步骤S63)，当大于π[rad]时，从Δθk减去2π[rad](步骤S64)，当为-π[rad]以上且π[rad]以下时，保持步骤S7中计算出的Δθk的值，并结束处理。如此运算出的Δθk成为表示俯仰动作的移动量成为最小的方向的旋转角度。
返回到图5的说明，接着，定心控制部35计算出云台动作的转速(步骤S10)。基于触摸定心功能的云台动作中(光轴L的移动中)也继续进行实时取景图像的摄影、显示。图11是表示通过触摸定心功能定心的被摄体的轨迹的图。如该图所示，在本实施方式中，当坐标(X1，Z1)的被摄体定心于原点(0，0)时，以在连结坐标(X1，Z1)与原点(0，0)的直线A上移动的方式被定心。
如此，利用图12的流程图对计算用于使所指定的被摄体直线性地定心的云台动作的转速的处理进行说明。
首先，计算出平摇动作及俯仰动作的最短所需时间(步骤S31)。若将摄像部30的平摇动作的最高转速设为ωxmax，将俯仰动作的最高转速设为ωzmax，则仅以旋转角度Δφk进行平摇动作时的最短所需时间Txmin及仅以旋转角度Δθk进行俯仰动作时的最短所需时间Tzmin能够分别以
Txmin＝△φk/ωxmax…(式9)
Tzmin＝Δθk/ωzmax…(式10)
来表示。
接着，比较平摇动作的最短所需时间与俯仰动作的最短所需时间，判定是否为Txmin＝Tzmin(步骤S32)。
当为Txmin＝Tzmin时，将定心动作的平摇转速ωx及俯仰转速ωz均设定为最高转速即ωxmax及ωzmax(步骤S33)，并结束转速计算处理。由于Txmin＝Tzmin，因此坐标(X1，Z1)的被摄体在直线A上移动而定心于原点(0，0)。
并且，当不是Txmin＝Tzmin时，接着判定是否为Txmin＞Tzmin(步骤S34)。
当为Txmin＞Tzmin时，将平摇动作的转速ωx设定为最高转速即ωxmax(步骤S35)。并且，为了使俯仰动作的所需时间与平摇动作的所需时间一致，通过
ωz＝ωzmax·Tzmin/Txmin…(式11)
计算出俯仰动作的转速ωz(步骤S36)，并结束转速计算处理。由此，俯仰动作的所需时间Tz成为Tz＝Δθk/ωz＝Δφk/ωxmax＝Txmin…(式12)
平摇动作的所需时间与俯仰动作的所需时间成为相同的时间。因此，坐标(X1，Z1)的被摄体在直线A上移动而定心于原点(0，0)。
另一方面，当不是Txmin＞Tzmin时，即当Txmin＜Tzmin时，将俯仰动作的转速ωz设定为最高转速即ωzmax(步骤S37)。并且，为了使平摇动作的所需时间与俯仰动作的所需时间一致，通过
ωx＝ωxmax·Txmin/Tzmin…(式13)
计算出平摇动作的转速ωx(步骤S38)。由此，平摇动作的所需时间Tx成为Tx＝Δφk/ωx＝Δθk/ωzmax＝Tzmin…(式14)
，平摇动作的所需时间与俯仰动作的所需时间成为相同的时间。因此，坐标(X1，Z1)的被摄体在直线A上移动而定心于原点(0，0)。
如此，ωx及ωz的比率与Δφk及Δθk的比率相等。而且，能够以所需时间成为最短的转速来定心被摄体。
再返回到图5的说明，定心控制部35(云台控制机构的一例)控制摄像方向调整部32，在步骤S10(步骤S31～S38)中计算出的平摇动作的转速ωx及俯仰动作的转速ωz中，仅以在步骤S9(步骤S51～S54、步骤S61～64)中计算出的表示移动量成为最小的方向的平摇动作的旋转角度Δφk及俯仰动作的旋转角度Δθk，使摄像部30进行平摇动作及俯仰动作(步骤S11，云台控制工序的一例)。通过如此控制摄像方向，触摸面板15的坐标(X1，Z1)中所显示的被摄体在直线A上移动而定心于原点(0，0)。
接着，计算出用于使所指定的被摄体定心后(移动后的一例)的上下方向与定心前(移动前的一例)的上下方向一致的图像的旋转方向及旋转量(步骤S12)。在此，通过将在步骤S7中生成的模板图像110设为模板的模板匹配计算出旋转方向及旋转量。
图13(a)是表示定心后的触摸面板15的显示的一例的图。与图7(a)比较可知，若通过云台动作而坐标(X1，Z1)的被摄体移动至触摸面板15的原点(0，0)，则光轴L中产生旋转，被摄体像(被摄体图像数据)以光轴L为中心旋转。
定心控制部35相对于触摸面板15中所显示的图像使模板图像110旋转(参考图13(b))而使其模板匹配，获取已匹配时的旋转方向及旋转量，并设为图像的旋转方向及旋转量。
最后，如图13(c)所示，定心控制部35(图像处理机构的一例)以电子的方式使图像以原点(0，0)为中心仅旋转在步骤S12中计算出的旋转方向及旋转量(绕光轴旋转的一例)(步骤S13，图像处理工序的一例)。该图像与目前为止同样地经由相机侧通信部36并与终端侧通信部44进行通信，而显示于触摸面板15。然后，返回到步骤S3并进行相同的处理，但以下的实时取景图像以该旋转方向及旋转量使图像旋转后显示于触摸面板15。图13(d)是表示图像旋转后的触摸面板15的显示的图。
如此，根据本实施方式所涉及的触摸定心功能，通过触摸面板15所指定的被摄体显示于显示器13的中心。此时，所指定的被摄体直线移动，因此容易辨识用户指定的被摄体。并且，由于使定心前后的被摄体的上下方向一致，因此辨识定心后的被摄体时不存在不协调感。
在本实施方式中，将定心控制部35搭载于相机侧控制器34，但也能够采用将定心控制部35搭载于终端侧控制器40的方式。在该情况下，与摄像部30及摄像方向调整部32的所需信号的收发等经由终端侧通信部44及相机侧通信部36进行即可。
并且，在此，指定了使用触摸面板15的操作面板14来定心的被摄体，但也能够采用通过操作按钮16使显示器13中所显示的光标移动来指定被摄体的方式。
而且，在本实施方式中，被摄体的定心结束后使图像旋转而使定心后的被摄体的上下方向与定心前的被摄体的上下方向一致，但也能够采用通过使定心移动中的图像随时旋转来始终使定心中的被摄体的上下方向与定心前的被摄体的上下方向一致的方式。
〔触摸定心功能的变形例〕
图14是表示触摸定心功能的变形例的处理的流程图。另外，对与图5通用的部分标注相同的符号，并省略其详细说明。
开始实时取景图像的摄像(步骤S1)、检测触摸定心的命令(步骤S4)、获取被触摸定心操作的位置的触摸面板15上的坐标(步骤S6)的处理为止，与图5所示的流程图相同。
若获取了被触摸定心操作的位置的坐标，则定心控制部35(脸部检测机构的一例)从被触摸定心操作的区域(指定点)检测人物的脸部，并判定该区域是否为人物的脸部区域(步骤S41)。当不是人物的脸部区域时，转到步骤S7，以下的处理与图5的流程图相同。
当为人物的脸部区域时，定心控制部35计算出该人物的脸部倾斜的角度λ0(步骤S42)。图15是表示人物的脸部倾斜的角度λ0的一例的图。在该图中，将连结被摄体100即人物的右眼102及左眼104的直线与水平线(X轴)所成的角度设为λ0。
接着，计算出云台动作的旋转角度(步骤S43)，计算出云台动作的移动量成为最小的方向(步骤S44)，计算出云台动作的转速(步骤S45)。然后，以计算出的旋转角度及转速来进行云台动作而将所指定的被摄体定心于触摸面板15的中心(步骤S46)。这些处理与图5所示的流程图的步骤S8、S9、S10及S11的处理相同。
若定心结束，则定心控制部35计算出在步骤S42中计算出的脸部倾斜的角度λ0的人物的脸部倾斜的角度λ1(步骤S46)。脸部倾斜的角度以与步骤S42相同方式计算即可。在此，将连结定心后的人物的左右眼的直线与水平线所成的角度设为λ1。
最后，定心控制部35计算出定心前后的脸部倾斜的角度之差Δλ＝λ1-λ0，使图像以原点(0，0)为中心仅旋转Δλ后显示于触摸面板15(步骤S47)。以下的实时取景图像以该旋转量使图像旋转后显示于触摸面板15。
如此，当通过触摸定心功能所指定的被摄体为人物的脸部区域时，通过以在定心前后该人物的脸部的倾斜成为恒定的方式使图像旋转，使用户容易辨识被摄体。在此，对所指定的被摄体为人物的脸部区域的情况进行了说明，但所指定的被摄体只要是人物，则同样能够以在定心前后该人物的脸部的倾斜成为恒定的方式使图像旋转。
并且，将定心前后人物的脸部的倾斜设成了恒定，但当通过触摸定心功能所指定的被摄体为人物的脸部或人物时，也可以以使该人物的脸部正立的方式使图像旋转。例如，可以从开始定心至结束定心为止以与定心前的上下方向一致的方式进行定心，若定心结束则以使该人物的脸部正立的方式使图像旋转，也可以在作为定心的被摄体而被指定时使人物的脸部正立，且以使脸部正立的状态进行定心。通过如此使脸部正立，使用户容易辨识被摄体。
本发明的技术范围并不限定于上述实施方式所记载的范围。各实施方式中的结构等，在不脱离本发明宗旨的范围内，在各实施方式之间能够适当进行组合。
符号说明
10-摄像系统，11-终端装置，12-壳体，13-显示器，14-操作面板，15-触摸面板，16-操作按钮，20-相机装置，21-摄影光学系统，23-底座，24-球形罩，25-保持部，26-齿轮，30-摄像部，31-摄像元件，31a-摄像面，32-摄像方向调整部，32P-平摇驱动部，32T-俯仰驱动部，34-相机侧控制器，35-定心控制部，36-相机侧通信部，40-终端侧控制器，42-用户界面，44-终端侧通信部，100-被摄体，110-模板图像，A-直线，L-光轴。

Claims (12)

1.一种摄像系统，具备：
相机，拍摄被摄体而获取被摄体图像数据；
云台机构，使所述相机向平摇方向及与所述平摇方向正交的俯仰方向旋转；
显示机构，将已获取的所述被摄体图像数据显示于显示画面；
输入机构，接收指定所述显示画面的任意位置的指定点的用户的输入；
指定位置获取机构，获取所述指定点的位置信息；
云台控制机构，通过使所述相机的光轴从当前的位置直线移动至与所述指定点对应的指定被摄体的位置，使所述显示画面中所显示的所述指定被摄体从所述显示画面的当前的位置直线移动至所述显示画面的中心；及图像处理机构，使显示于所述显示画面的被摄体图像数据绕所述相机的光轴旋转，且使所述光轴的移动中及移动后的上下方向与移动前的上下方向一致。
2.根据权利要求1所述的摄像系统，其中，
所述图像处理机构根据将包括所述光轴的移动前的所述指定被摄体在内的剪切图像设为模板的模板匹配，计算出所述被摄体图像数据的旋转方向及旋转量。
3.根据权利要求1或2所述的摄像系统，其中，
所述摄像系统具备从已获取的所述被摄体图像数据中检测人物的脸部区域的脸部检测机构，
当所述指定被摄体为人物的脸部区域时，所述图像处理机构使所述脸部的朝向正立。
4.根据权利要求1或2所述的摄像系统，其中，
所述云台控制机构以所述相机的所述平摇方向的旋转量及所述俯仰方向的旋转量成为最小的旋转方向使所述相机的光轴移动。
5.根据权利要求1或2所述的摄像系统，具备：
获取相对于所述相机的当前位置的距初始位置的第1平摇方向旋转角度及第1俯仰方向旋转角度，并计算出距所述初始位置的摄像面的初始位置单位法线向量的第1云台旋转矩阵的机构；
计算出以所述第1云台旋转矩阵使所述初始位置单位法线向量旋转时的摄像面的当前位置单位法线向量的机构；
计算出相对于所述指定点的距所述当前位置单位法线向量的第2云台旋转矩阵的机构；
计算出以所述第2云台旋转矩阵使所述当前位置单位法线向量旋转时的移动端目标向量的机构；
利用所述移动端目标向量计算出距所述初始位置单位法线向量的第2平摇方向旋转角度及第2俯仰方向旋转角度的机构；
由所述第2平摇方向旋转角度与所述第1平摇方向旋转角度的差分计算出移动端平摇方向旋转角度的机构；及
由所述第2俯仰方向旋转角度与所述第1俯仰方向旋转角度的差分计算出移动端俯仰方向旋转角度的机构，
所述云台控制机构根据所述移动端平摇方向旋转角度及所述移动端俯仰方向旋转角度控制所述云台机构。
6.根据权利要求5所述的摄像系统，其中，
所述云台控制机构使基于所述云台机构的所述相机的平摇方向的转速及俯仰方向的转速的比率与所述移动端平摇方向旋转角度及所述移动端俯仰方向旋转角度的比率相等。
7.根据权利要求1或2所述的摄像系统，其中，
所述输入机构具备用户通过触摸操作能够指定所述指定点的触摸面板。
8.根据权利要求1或2所述的摄像系统，其中，
所述摄像系统具备远程相机及便携式终端，
所述显示机构及所述输入机构设置于所述便携式终端，
所述相机、所述云台机构、所述云台控制机构及图像处理机构设置于所述远程相机，
所述远程相机及所述便携式终端分别具备进行通信的通信机构。
9.一种摄像控制方法，具备：
云台工序，使拍摄被摄体而获取被摄体图像数据的相机向平摇方向及与所述平摇方向正交的俯仰方向旋转；
显示工序，将已获取的所述被摄体图像数据显示于显示画面；
输入工序，接收指定所述显示画面的任意位置的指定点的用户的输入；
指定位置获取工序，获取所述指定点的位置信息；
云台控制工序，通过使所述相机的光轴从当前的位置直线移动至与所述指定点对应的指定被摄体的位置，使所述显示画面中所显示的所述指定被摄体从所述显示画面的当前的位置直线移动至所述显示画面的中心；及图像处理工序，使显示于所述显示画面的被摄体图像数据绕所述相机的光轴旋转，且使所述光轴的移动中及移动后的上下方向与移动前的上下方向一致。
10.根据权利要求9所述的摄像控制方法，其中，
在所述图像处理工序中，根据将包括所述光轴的移动前的所述指定被摄体在内的剪切图像设为模板的模板匹配，计算出所述被摄体图像数据的旋转方向及旋转量。
11.根据权利要求9或10所述的摄像控制方法，其中，
所述摄像控制方法具备从已获取的所述被摄体图像数据中检测人物的脸部区域的脸部检测工序，
在所述图像处理工序中，当所述指定被摄体为人物的脸部区域时，使所述脸部的朝向正立。
12.根据权利要求9或10所述的摄像控制方法，其中，
在所述云台控制工序中，以所述相机的所述平摇方向的旋转量及所述俯仰方向的旋转量成为最小的旋转方向使所述相机的光轴移动。
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