JP2000083246A - カメラ制御システム、カメラ制御方法、およびその処理を実行するプログラムを記憶した記録媒体 - Google Patents

カメラ制御システム、カメラ制御方法、およびその処理を実行するプログラムを記憶した記録媒体

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JP2000083246A
JP2000083246A JP10250760A JP25076098A JP2000083246A JP 2000083246 A JP2000083246 A JP 2000083246A JP 10250760 A JP10250760 A JP 10250760A JP 25076098 A JP25076098 A JP 25076098A JP 2000083246 A JP2000083246 A JP 2000083246A
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camera
zoom
photographing
control
area
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Takashi Oya
崇 大矢
Hiroto Oka
寛人 岡
Tsuneyoshi Takagi
常好 高木
Yoshihiro Ishida
良弘 石田
Yuichi Sakauchi
祐一 坂内
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カメラ制御に係る大規模なシステムを構築可
能で、かつ、適用環境や適用対象の広さと経済性とを兼
ね備えたカメラ制御システムを構築する。 【解決手段】 撮影状態(撮影姿勢やズーム)を制御可
能な複数のカメラを備えた撮影システムにおいて、少な
くとも1つのカメラ1-1 の撮影状態を手動で制御するよ
うに成し、残るカメラ1-3 を上記手動制御したカメラ1-
1 のAF機能により得た対象物の位置情報に従って自動
制御するようにすることにより、複数のカメラ1-1,1-3
をオペレータが個々に制御する必要をなくすとともに、
既存のAF機能を利用した制御により専用のハードウェ
アを使用せずに、使用環境や使用対象に依存することな
く適用できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はカメラ制御システ
ム、カメラ制御方法、およびその処理を実行するプログ
ラムを記憶した記録媒体に関し、特に、例えばコンピュ
ータからの操作により撮影方向やズームなどの幾何的お
よび光学的なカメラパラメータを自在に制御できるカメ
ラを複数台備えた撮影システムにおいて、1つの対象物
を同時に撮影し、あるいは当該対象物を自動的に検出・
追尾する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、監視カメラシステムや放送メディ
ア、あるいはTV会議システムなどの分野において、ネ
ットワーク接続された複数台のカメラを用いて単一の対
象を撮影するシステムや、カメラをコンピュータから制
御して侵入物体を検出・追尾したり、当該侵入物体にフ
ォーカスを合わせたり拡大表示したりするシステムが実
用化されている。
【0003】従来この種のシステムにおいては、撮影方
向等を決めるカメラの姿勢やズームなどの制御は、全て
のカメラに関して人間が手動で行うのが一般的であっ
た。また、追尾対象の動きに応じてズームを制御し、対
象物体の動きに応じて対象の拡大縮小処理を行う場合に
は、画像上での対象物体領域の見え方情報のみをもとに
してこれを行うのが一般的であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の技
術においては、全てのカメラ制御を人間が手動で行って
いたために、一度に制御できるカメラの個数は限定され
ており、大規模なシステムの構築は不可能であった。一
方、全てのカメラを自動制御する方式も提案されている
が、使用環境や使用対象に何らかの制約があり、かつ、
専用の画像処理ハードウェアを使用した高額なシステム
となることが一般的であった。
【0005】また、カメラパラメータを積極的に制御す
るカメラシステムにおいて、画像処理により画像中から
侵入物体を実時間で精度良く検出することは、高価で複
雑なシステムを用いても一般に困難であった。このた
め、不安定な領域抽出結果に対して、例えばこれを包含
するように拡大縮小処理を行う従来のズーム制御方式で
は、対象物体の画面上での大きさを安定して一定に保つ
ことは困難であった。
【0006】本発明は、このような実情に鑑みて成され
たものであり、カメラ制御に係る大規模なシステムを構
築可能で、かつ、適用環境や適用対象の広さと経済性と
を兼ね備えたカメラ制御システムを構築することを第1
の目的とする。また、本発明は、対象物体の領域検出精
度の信頼性が低い場合でも、対象物体の画面上での大き
さを一定に保つことが可能なズーム制御を安定して行え
る安価なカメラ制御システムを構築することを第2の目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のカメラ制御シス
テムは、撮影状態を制御可能な撮影制御手段を持つ複数
のカメラを備えたカメラ制御システムであって、上記複
数のカメラの撮影制御手段のうち少なくとも1つはカメ
ラの外部から手動制御可能であり、手動制御するカメラ
から得られる情報をもとにして残りのカメラの撮影状態
を制御することを特徴とする。
【0008】ここで、上記手動制御するカメラから得ら
れる情報をもとにして残りのカメラの撮影状態を制御す
るとは、例えば、上記手動制御するカメラの自動合焦機
能により得られる距離情報と当該手動制御するカメラの
姿勢情報とから撮影画像中の合焦領域の3次元座標上の
位置を計測し、この位置情報から上記残りのカメラの撮
影姿勢を制御することである。また、上記手動制御する
カメラから得られる情報をもとにして残りのカメラの撮
影状態を制御するとは、上記手動制御するカメラの自動
合焦機能により得られる距離情報と当該手動制御するカ
メラのズーム情報と当該手動制御するカメラの姿勢情報
とから撮影画像中の合焦領域が空間中で占める領域を計
測し、この領域情報から上記残りのカメラの撮影姿勢お
よびズームを制御することであっても良い。
【0009】本発明の他の態様では、光学的パラメータ
を制御する手段と、画像中の特定領域に対して上記光学
的パラメータを最適化する手段と、最適化した光学的パ
ラメータを用いて上記特定領域内の対象物までの距離を
導出する手段とを備えたカメラ制御システムであって、
上記導出した対象物までの距離に応じてズームを調整す
ることを特徴とする。また、撮影姿勢を制御する手段
と、光学的パラメータを制御する手段と、画像中の特定
領域に対して上記光学的パラメータを最適化する手段
と、最適化した光学的パラメータを用いて上記特定領域
内の対象物までの距離を導出する手段とを備えたカメラ
制御システムであって、上記画像中での対象物の方向に
応じてカメラの姿勢制御を行うとともに、上記導出した
対象物までの距離に応じてズームを調整するようにして
も良い。
【0010】また、本発明のカメラ制御方法は、撮影状
態を制御可能な撮影制御手段を持つ複数のカメラを備え
た撮影システムにおいて、上記複数のカメラの撮影制御
手段のうち少なくとも1つをカメラの外部から手動制御
し、この手動制御したカメラから得られる情報をもとに
して残りのカメラの撮影状態を制御するようにしたこと
を特徴とする。
【0011】本発明の他の態様では、画像中の特定領域
に対して上記光学的パラメータを最適化する工程と、上
記最適化した光学的パラメータを用いて上記特定領域内
の対象物までの距離を導出する工程と、上記導出した対
象物までの距離に応じてズームを調整する工程とを有す
ることを特徴とする。
【0012】また、本発明のコンピュータ読み取り可能
な記録媒体は、請求項14〜25の何れか1項に記載の
カメラ制御方法の処理手順をコンピュータに実行させる
ためのプログラムを記録したことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)第1の実施形
態では、少なくとも撮影姿勢を外部より制御可能な2個
のカメラから成る撮影システムにおいて、1つのカメラ
の姿勢を手動で制御するとともに撮影対象の位置計測を
行い、これにより得られる位置情報を別のカメラに送信
して当該別のカメラの姿勢を自動制御することにより、
2つのカメラが1つの対象を同時に撮影あるいは追尾す
るシステムを構築する。以下に、本実施形態のハードウ
ェア構成、原理および処理手順を示す。
【0014】図1は、本実施形態による撮影システムの
ハードウェア構成を示すブロック図である。本実施形態
のハードウェアは、外部より姿勢制御可能なカメラとカ
メラ制御装置とが対になり、これらの対2組(1-1, 1-
2)、(1-3, 1-4)がネットワーク1-5 に接続する構成
をとる。このうち一組の対(1-1, 1-2)は、人間が手動
で姿勢を制御するカメラシステムであり、カメラ制御装
置1-2 には人間が手動で姿勢制御を行うためのソフトウ
ェアが搭載されている。人間が直接操作を行うこのカメ
ラシステムもしくはカメラを、以降「マスターカメラ」
と呼ぶ。
【0015】一方、カメラ制御装置1-4 には、撮影対象
の位置情報が外部から与えられたときに、当該位置情報
に基づいて撮影対象の方向にカメラ1-3 の視線方向を向
けるように制御を行うためのカメラ制御プログラムが搭
載されている。このように人間が直接操作を行わず、マ
スターカメラからの情報に従って動作するカメラシステ
ムもしくはカメラを、以降「スレーブカメラ」と呼ぶ。
【0016】マスターカメラとスレーブカメラのハード
ウェアの内部構成を、図2に示す。マスターカメラとス
レーブカメラは、搭載するソフトウェアが異なるのみ
で、ハードウェアの構成は同一である。そして、このハ
ードウェアは、図2に示すように、カメラ2-1 (図1の
カメラ1-1 あるいは1-3 に対応)と、カメラ制御装置2-
6 (図1のカメラ制御装置1-2 あるいは1-4 に対応)と
から構成される。
【0017】カメラ2-1 は、画像を入力する撮像系2-2
と、撮像の際の光学的パラメータを制御する光学的パラ
メータ制御装置2-3 と、姿勢制御装置2-4 とから成る。
ここで、光学的パラメータとは、フォーカス、アイリ
ス、ゲイン、シャッタースピード、ホワイトバランスな
どのパラメータを指す。光学的パラメータ制御装置2-3
と姿勢制御装置2-4 は、制御信号線を通じてカメラ制御
装置2-6 と接続されており、同装置2-6 と通信すること
により光学的パラメータや水平(パン)垂直(チルト)
方向の現在角度の取得および設定(制御)が可能であ
る。制御信号線としてはRS-232C やパラレルIO等があ
るが、これに限定されるものではない。
【0018】カメラ2-1 の撮像系2-2 から出力されるビ
デオ信号は、カメラ制御装置2-6 のビデオキャプチャボ
ード2-12によってデジタル化され、RAM2-8 に転送し
て画像処理されたり、モニタ2-13に出力されたりする。
ここで、出力信号の形式としてはNTSC方式やYC分
離方式などがあるが、本実施形態で述べるカメラ制御方
式は、このような信号の方式に依存するものではない。
【0019】カメラ制御装置2-6 は、CPU2-7 、RA
M2-8 、ROM2-9 、二次記憶装置2-10、カメラ2-1 と
の通信を行うI/O2-11、ビデオキャプチャボード2-1
2、およびネットワーク2-18を通じてカメラ制御命令を
送受信する通信装置2-17を具備する。また、マスターカ
メラに備えられるカメラ制御装置2-6 には、上記の構成
に加えて少なくともキーボード2-14、マウスなどのポイ
ンティングデバイス2-15を接続する必要がある。
【0020】上記カメラ制御装置2-6 内のCPU2-7 、
RAM2-8 、ROM2-9 、二次記憶装置2-10、I/O2-
11、ビデオキャプチャボード2-12、通信装置2-17、およ
びキーボード2-14、マウスなどのポインティングデバイ
ス2-15は、バス2-16に接続されている。このような構成
で成るカメラ制御装置2-6 は、汎用のコンピュータによ
り実現できる。
【0021】このカメラ制御装置2-6 は、キーボード2-
14およびマウス2-15からの入力、またはネットワーク2-
18を介して遠隔地から送信された制御信号を、制御信号
線を通じてカメラ2-1 の光学的パラメータ制御装置2-3
および姿勢制御装置2-4 に送信し、同装置2-3,2-4 を制
御する。
【0022】図3は、本実施形態におけるカメラ制御方
式の概念図である。図3に示すように、マスターカメラ
3-3 とスレーブカメラ3-6 との2台のカメラが存在し、
各々にカメラ制御装置3-4,3-7 が接続されている。な
お、この図3の説明において、3次元ワールド座標上で
のマスターカメラ3-3 とスレーブカメラ3-6 の位置およ
び姿勢は既知であるとする。
【0023】撮影の対象物体3-1 は、カメラ3-3,3-6 の
前方を移動しているものとするが、対象物体3-1 は必ず
しも移動物体でなくてもよく、静止した物体や物体の一
部分でもよい。オペレータ3-5 は、カメラ制御装置3-4
を用いてマスターカメラ3-3の視線方向を指示し、マス
ターカメラ3-3 の姿勢制御を行う。ここでは、例えば対
象物体3-1 が撮影画像の中に入るようにマスターカメラ
3-3 の姿勢を制御する。
【0024】マスターカメラ3-3 は、オートフォーカス
(AF)を利用した距離測定機能を有しており、対象物
体3-1 が存在する画像中の部分領域を指定することで、
マスターカメラ3-3 から対象物体3-1 までの距離計測を
行うことが可能である。この結果、マスターカメラ3-3
の視線方向と、対象物体3-1 の画像上での位置および対
象物体3-1 までの距離とから、対象物体3-1 の3次元ワ
ールド座標における位置を計測することができる。
【0025】ここで、AFを利用した距離測定機能につ
いて述べる。まず、AFは光学的パラメータ制御装置2-
3 に具備されるものであり、画像中の特定の部分領域に
対して最適なフォーカスレンズ駆動モータの制御位置を
求めるものである。このようなAFその他の光学的パラ
メータの最適化を目的として設定する画像中の部分領域
を、以下「検出領域」と呼ぶことにする。AF動作で
は、検出領域内の画像の高周波成分のエネルギーが最大
となるようにフォーカスレンズ駆動モータの位置を制御
する方式が一般的である。このようなAF機能は、市販
のカメラに実装されている機能を用いて実現が可能であ
る。
【0026】次に、このようなAF機能により求めたフ
ォーカスモータの制御位置3-2 から対象物体3-1 までの
距離を求める方法としては、あらかじめ距離が既知であ
る対象を用いてAF動作を行い、最適化後のフォーカス
モータのパルス値と距離との関係を測定してこれを表と
して保持しておき、この表から求める方法や、光学系の
設計からこれを解析的に求める方法などがある。
【0027】以上のようにして画像中の部分領域を指定
して距離を求めることは、一般化すれば、3次元空間中
の特定領域までの距離を、画像中の部分領域の合焦とい
う観点から求めたと考えることができる。以下、本実施
形態では、追尾対象となる移動物体の有無に関わらずこ
のような物体の存在する空間を単に「注目対象」と呼ぶ
ことにする。
【0028】上記の原理によってワールド座標での注目
対象の位置が求まれば、スレーブカメラ3-6 のワールド
座標上での位置および姿勢は既知であることから、スレ
ーブカメラ3-6 から見て注目対象がどの方向にあるかを
計算することができる。この結果、マスターカメラ側の
カメラ制御装置3-4 で計算した注目対象の位置情報をス
レーブカメラ側のカメラ制御装置3-7 に送信し、ここで
スレーブカメラ3-6 から見た注目対象の方向を計算する
ことで、スレーブカメラ3-6 を注目対象の方向に制御す
ることができる。
【0029】図4は、マスターカメラ側のカメラ制御装
置3-4 に搭載されるカメラ制御プログラムのGUIの一
例を示す図である。この図4に示す画面は、マスターカ
メラ3-3 の撮影画像4-1 、AF動作の対象領域である検
出領域4-2 、マスターカメラ3-3 を操作するためのカメ
ラ操作ボタン4-3 、マスターカメラ3-3 の視線方向と注
目対象までの距離の表示4-4 、およびプログラム終了ボ
タン4-5 から構成される。
【0030】オペレータは、直接操作もしくは対象の指
定によりマスターカメラ3-3 の姿勢を操作する。前者は
カメラ操作ボタン4-3 を用いる方法であり、上下・左右
・ホームポジションヘの移動などの制御を行うことがで
きる。なお、この場合は、検出領域4-2 の位置は変化し
ない。
【0031】一方、後者は画像上の検出領域4-2 を移動
することによりマスターカメラ3-3を操作する方法であ
る。すなわち、マウス2-15などのポインティングデバイ
スを用いてドラッグ操作により検出領域4-2 の移動操作
を行い、検出領域4-2 の画面中央からの変位に応じてマ
スターカメラ3-3 の姿勢を変化させるような姿勢制御を
行う。検出領域4-2 を画像上の対象物体に重ね合わせる
ことにより、対象物体までの距離計測および後述する手
法による対象物体の位置計測を行い、得られた位置情報
をスレーブカメラ3-6 に伝えることで、最終的にスレー
ブカメラ3-6 の操作を行うことができる。
【0032】次に、図5は、マスターカメラ3-3 による
注目対象の位置計測およびスレーブカメラ3-6 による姿
勢制御目標値の計算方法を示したものである。図5
(a)において、マスターカメラ3-3 の視点は3次元座
標空間の点Cm (x m ,ym ,zm ) にあり、スレーブカメラ
3-6 は点Cs (xs ,ys ,zs ) にある。また、注目対象は
点Pt (xt ,yt ,zt ) の位置にあるものとする。
【0033】ここで、オペレータが図4の画面上で注目
対象の位置に検出領域4-2 を重ねたとする。図5(b)
は、このときのマスターカメラ3-3 の画像座標系を表し
たものである。この画像座標系では、画像の左上を原点
とし、右にX軸の正方向、下にY軸の正方向をとる。検
出領域4-2 の画像座標を(xf ,yf ) 、画像中心の座標を
(xc ,yc ) とし、レンズの焦点距離をfm [mm]とする
と、マスターカメラ3-3から見た注目対象の方向(θf ,
φf )は、以下の式(1) のように表される。 θf = tan-1{kx | xf -xc |/fm } φf = tan-1{ky | yf -yc |/fm } ……(1)
【0034】ここでkx ,ky は1画素の大きさ(横
幅、縦幅)であり、その単位は[mm/pixel ] である。こ
れは、CCD等の撮像素子のサイズと有効画素数および
画像平面サイズなどから計算することができる。
【0035】問題の簡単化のために、マスターカメラ3-
3 の座標系とワールド座標系とを同一とする。また、パ
ン方向の回転角の基準方向はY軸の正方向、チルト方向
の回転角の基準面はXY平面であるとすると、図5
(a)および(b)のワールド座標において注目対象の
座標Pt (xt ,yt ,zt ) は、マスターカメラ3-3 からの
距離rmt、マスターカメラ3-3 の姿勢(θm ,φm )を
用いて、以下の式(2) のように表すことができる。
【0036】
【数1】
【0037】なお、3次元空間中においてカメラの位置
および姿勢を求める方法は、キャリブレーション問題と
呼ばれ、公知の研究例(R.Y.Tsai,“An efficient and a
ccurate camera calibration technique for 3D machin
e vision”,Proc. of CVPR,pp.364-374,1986)をはじめ
として、多くの研究例がある。
【0038】本実施形態では、マスターカメラ3-3 はオ
ペレータの操作に応じて視線方向を変更するが、このと
き、視点の位置とパンチルト軸の回転中心とがずれてい
る場合は、視点の位置が変化する。しかし、カメラの機
構が既知であれば、正確なキャリブレーションにより、
回転運動に伴う視点の移動は計算することが可能であ
る。また、厳密にはフォーカスレンズの操作によっても
視点は変化するが、本実施形態ではこの変化分は無視す
る。
【0039】また、本実施形態では、スレーブカメラ3-
6 がその撮影画面内に注目対象を捉えることを第1義的
な目的とするため、注目対象の厳密な位置計測は必ずし
も必要でない。そのため、上記のような近似を行って
も、何ら不都合は生じない。
【0040】次に、上記のようにして求めた注目対象の
位置Pt (xt ,yt ,zt ) からスレーブカメラ3-6 のパン
・チルト制御値(θst,φst)を求めると、下記式(3)
のようになる。なお、ここでは簡単化のため、スレーブ
カメラ座標系の原点は点Csであり、そのXYZ各軸は
マスターカメラ座標系のXYZ各軸と平行に設定してい
る。また、スレーブカメラ3-6 の光軸の方向はY軸の正
方向としてある。 θst= tan-1{(xt -xs ) /(yt -ys ) } φst= tan-1{(zt -zs ) /√( (xt -xs )2+ (yt -ys )2) } ……(3)
【0041】上記のパン・チルト制御値(θst,φst
が求まれば、これを制御目標値としてスレーブカメラ3-
6 を制御するように指令を送ればよい。以上のような原
理により、オペレータが手動で姿勢を制御するマスター
カメラ3-3 を用いて対象物体3-1 の位置計測を行い、そ
の結果得られる位置情報をスレーブカメラ3-6 に送るこ
とにより、スレーブカメラ3-6 の姿勢を自動制御して上
記対象物体3-1 のある方向に一致させることができる。
【0042】次に、本実施形態によるカメラ制御の処理
手順を表したフローチャートを、図6に示す。図6に
は、マスターカメラ3-3 の動作を示すフローチャート
(a)とスレーブカメラ3-6 の動作を示すフローチャー
ト(b)とが示されている。マスターカメラ3-3 とスレ
ーブカメラ3-6 は独立して動き、マスターカメラ3-3 か
らスレーブカメラ3-6 にネットワークと通じていくつか
の情報を送信することにより、互いが連携して動作す
る。
【0043】図6(a)に示すように、処理開始後にマ
スターカメラ3-3 は、ステップS601において初期化
処理を行う。これは、電源投入などのデバイス初期化処
理、ホームポジションヘの移動、カメラ制御装置3-4 の
ソフト起動などである。次にステップS602におい
て、オペレータが画面中で対象の指定を行う。これは、
上記の原理の説明において述べたように、図4のような
カメラ制御ソフトの画像上で、オペレータが検出領域4-
2 を操作して画像中の注目対象に重ね合わせることによ
り行う。
【0044】次に、ステップS603において、カメラ
制御装置3-4 は、マスターカメラ3-3 内の光学的パラメ
ータ制御装置2-3 からAF値を取得し、ステップS60
4においてその取得したAF値から注目対象の3次元空
間中(ワールド座標)での位置を計算する。次に、ステ
ップS605において、上記求めた注目対象の位置の座
標Pt (xt ,yt ,zt ) をスレーブカメラ3-6 に送信す
る。これを受けたスレーブカメラ3-6 の動作は後述す
る。
【0045】次に、ステップS606において、カメラ
制御装置3-4 は、マスターカメラ3-3 の移動角度を計算
する。上記した式(1) におけるθf ,φf は、マスター
カメラ3-3 の光軸を基準にした注目対象の角度変位なの
で、この値を移動角度目標値とすればよい。そして、ス
テップS607において、求めた目標角度にマスターカ
メラ3-3 を実際に制御する。
【0046】そして、制御が終了したら、ステップS6
08において全処理を終了するかどうかの確認を行う。
これは、ステップS602〜S607の処理を行う過程
で終了ボタン4-5 による終了要求割り込みがあったかど
うかで判断する。終了要求がなかった場合には、再びス
テップS602に戻って処理を続ける。もし、終了要求
があった場合には、ステップS609において終了要求
があったことをスレーブカメラ3-6 に伝えて処理を終了
する。
【0047】次に、スレーブカメラ3-6 の動作を説明す
る。図6(b)に示すように、スレーブカメラ3-6 は、
まずステップS610において初期化処理を行う。これ
は、マスターカメラ3-3 の初期化処理と同一のものであ
る。次に、ステップS611において、マスターカメラ
3-3 からメッセージを受信するまで待つ。そして、何ら
かのメッセージを受け取った場合には、ステップS61
2においてそれが終了メッセージかどうかを確認する。
【0048】受け取ったメッセージが終了メッセージで
あった場合は、処理を終了する。もし終了メッセージで
なかった場合は、その受信メッセージは注目対象の位置
を知らせるメッセージである。この場合には、ステップ
S613において、カメラ制御装置3-7 がスレーブカメ
ラ3-6 の制御目標値を計算する。スレーブカメラ3-6の
移動角度は、上記の原理において述べたように、式(3)
で示されるパン・チルト制御値θst,φstを採用すれば
よい。
【0049】スレーブカメラ3-6 の制御目標値θst,φ
stを計算した後で、ステップS614においてスレーブ
カメラ3-6 の制御を実際に行う。この制御終了後は、再
びステップS611に戻ってマスターカメラ3-3 からの
メッセージ待ちの状態に入る。
【0050】以上の説明からも明らかなように、第1の
実施形態によれば、姿勢制御可能な2個のカメラをネッ
トワークで接続し、そのうちの1つのカメラの姿勢をオ
ペレータが直接制御するように成し、残る1つのカメラ
の姿勢を上記オペレータが制御したカメラから得た注目
対象の位置情報に従って制御するようにしている。
【0051】これにより、複数のカメラの姿勢をオペレ
ータが個々に制御する必要がなく、また、既存のAF機
能を利用した制御なので専用のハードウェアを使用しな
くても済み、さらに、使用環境や使用対象に依存するこ
となく適用可能である。よって、2台のカメラが1つの
対象を撮影あるいは追尾する際のカメラ制御に関し、コ
ストの削減と正確な姿勢制御とを両立するカメラ制御シ
ステムを構築することができる。
【0052】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態を説明する。第2の実施形態では、上述した第
1の実施形態に対してスレーブカメラの個数を増加する
ものの、マスターカメラの個数はそのままとする構成を
とる。これにより、オペレータの数を増やすことなく、
多数のカメラを用いて撮影対象を多方面から撮影もしく
は追尾する撮影システムを構築するものである。
【0053】図7は、第2の実施形態に係るハードウェ
アの構成を示す図である。本実施形態のハードウェア構
成は、複数のカメラ7-1,7-3,…7-5 と、これらの各カメ
ラに夫々接続される複数のカメラ制御装置7-2,7-4,…7-
6 とから成る。全てのカメラ制御装置7-2,7-4,…7-6
は、ネットワーク7-7 に接続される。上記複数のカメラ
7-1,7-3,…7-5 のうち、何れか1つをオペレータが手動
で制御するマスターカメラとし、残りをスレーブカメラ
とする。
【0054】全てのカメラ7-1,7-3,…7-5 およびカメラ
制御装置7-2,7-4,…7-6 の構成は、図2に示した第1の
実施形態と同様であるので、説明を省略する。カメラ制
御装置7-2,7-4,…7-6 は、カメラ制御のためのソフトウ
ェアを搭載する。このうち、マスターカメラを制御する
カメラ制御装置は、オペレータが注目対象を指示するた
めに、図4に示したものと同様のGUI付きのカメラ制
御ソフトウェアを搭載する。また、スレーブカメラを制
御するカメラ制御装置は、撮影あるいは追尾対象の位置
情報からスレーブカメラの姿勢を制御するためのカメラ
制御ソフトウェアを搭載する。
【0055】図8は、本実施形態におけるカメラ制御方
式の概念図である。この図8の例において撮影システム
は、1台のマスターカメラ8-1 と、3台のスレーブカメ
ラ8-2,8-3,8-4 とから構成される。全てのカメラ8-1,8-
2,8-3,8-4 には、カメラ制御装置8-5,8-6,8-7,8-8 が夫
々接続され、オペレータ8-9 はマスターカメラ8-1 のカ
メラ制御装置8-5 を通じてマスターカメラ8-1 を直接制
御する。
【0056】以下、本実施形態における注目対象の撮影
もしくは追尾方法を説明する。まず、マスターカメラ8-
1 を用いて注目対象の位置計測を行う。これは、上述し
た第1実施形態と全く同様な手法により行うことができ
る。次に、各スレーブカメラ8-2,8-3,8-4 の制御を行
う。ここで、本実施形態の部分構成に注目すると、マス
ターカメラ8-1 とスレーブカメラ8-2,8-3,8-4 の各1台
とから成る構成となり、これは第1の実施形態と同一で
ある。
【0057】そのため、マスターカメラ8-1 が全てのス
レーブカメラ8-2,8-3,8-4 に対して対象物体8-10の位置
情報などのメッセージを送信することにより、各スレー
ブカメラ8-2,8-3,8-4 側のカメラ制御方式は変更するこ
となく(すなわち第1の実施形態と同様な手法を用い
る)、各スレーブカメラ8-2,8-3,8-4 を注目対象に正確
に向けることができる。
【0058】次に、本実施形態におけるカメラ制御手順
を述べる。上記した原理において述べたように、本実施
形態のカメラ制御手順は第1の実施形態とほぼ同一であ
るため、図6を用いて本実施形態のカメラ制御手順を説
明する。図6(a)は、マスターカメラ8-1 の制御手順
であり、図6(b)は、各スレーブカメラ8-2,8-3,8-4
の制御手順である。スレーブカメラ8-2,8-3,8-4 は複数
存在するが、制御手順は同一である。
【0059】ここで、第1の実施形態との相違点は、ス
テップS605,S609においてマスターカメラ8-1
が各スレーブカメラ8-2,8-3,8-4 にメッセージを送信す
る際に、全てのスレーブカメラ8-2,8-3,8-4 に対して同
一のメッセージ(注目対象の位置情報Pt (xt ,yt ,
zt ) )を送信するという点である。この結果、全ての
スレーブカメラ8-2,8-3,8-4 が独立して動作し、同一の
注目対象を見るように視線方向を制御できる。
【0060】以上の説明からも明らかなように、第2の
実施形態によれば、姿勢制御可能な複数のカメラをネッ
トワークで接続し、その中の1つをオペレータが制御
し、残りを上記オペレータが制御したカメラから得た注
目対象の位置情報に従って制御することにより、複数の
カメラが1つの対象を撮影もしくは追尾する大きなシス
テムを構築することができ、かつ、その際のカメラ制御
に関してコストの削減と正確な姿勢制御とを両立するこ
とができる。
【0061】(第3の実施形態)次に、本発明の第3の
実施形態を説明する。第3の実施形態では、上述した第
1あるいは第2の実施形態に対して、マスターカメラの
撮影姿勢や注目対象までの距離情報に加えて、ズーム
(すなわち画角)情報を用いることにより、スレーブカ
メラの姿勢およびズーム制御を行うものである。本実施
形態におけるハードウェア構成、全てのカメラおよびカ
メラ制御装置の構成は、上述した第1あるいは第2の実
施形態と同一であるので、重複する説明は省略する。
【0062】本実施形態において、スレーブカメラの個
数は、第1の実施形態と同様に1台であっても良いし、
第2の実施形態と同様に複数(2台以上)であっても良
い。また、マスターカメラの制御には、図9に示すよう
なGUI画面を用いる。これは図4に示したGUI画面
に対して、ズーム操作を行うためのズームボタン9-6を
加えたものである。
【0063】第3の実施形態における原理を、図10に
示す。この図10は、マスターカメラで得た情報から注
目対象を包含する3次元領域を求め、この領域を視野内
に収めるようにスレーブカメラのズーム制御を行う様子
を示したものである。上述したように、本実施形態はス
レーブカメラが複数台ある構成においても実現可能であ
るが、説明のため、図10のようにマスターカメラ、ス
レーブカメラが各1台の構成を用いる。
【0064】図10において、マスターカメラの位置C
m (xm ,ym ,zm ) およびスレーブカメラの位置C
s (xs ,ys ,zs ) は、既知とする。カメラの位置とは視
点のことであり、視点を求める方法としては第1の実施
形態で紹介したような公知の手法が存在する。例えば、
第1の実施形態と同様にオペレータが画面上で注目対象
を指示することによって、式(2) から注目対象の位置P
t (xt ,yt ,zt ) を求めることができる。
【0065】次に、注目対象の位置Pt (xt ,yt ,zt )
とマスターカメラの画角とから、注目対象を包含する3
次元領域を求める。これは、注目対象の位置Pt を中心
とした画像平面の4つの端点とマスターカメラの視点C
m とを結ぶ四角錐の側面に内接する楕円面として定義で
きる。実際には、楕円面は取り扱いが不便なので、長径
を直径とする球で代用する。図10では、位置Pt を中
心とし、マスターカメラの視点Cm から視線方向を中心
として角度αm の画角をなす直線L1 ,L2 に下した垂
線を半径とする球として表現している。
【0066】マスターカメラの画角αm は、当該マスタ
ーカメラのズーム情報から一意に求めることができる。
ここで、一般に画角とは、視点から画像の左右端や対角
線を見こむ角度のことである。ズーム値qm と画角αm
との関係を表す関数を、以下の式(4) のように定義す
る。なお、このような関数は、一般にカメラの仕様とし
て与えられているものである。 αm =G(qm ) ……(4) よって、この球の半径rは、 r=rmtsin(αm /2) =rmtsin(G(qm ) /2) ……(5) と表現することができる。
【0067】このようにして求めた球をちょうど画面内
に収めるようにスレーブカメラのズームを設定すれば、
マスターカメラとスレーブカメラから見た注目対象の大
きさが同一になるように、スレーブカメラの制御を行う
ことができる。ここで、スレーブカメラの画角αs は、
球の半径rとスレーブカメラから注目対象までの距離d
とを用いて、 αs =2sin-1(r/d) ただし、d=(xt -xs )2+ (yt -ys )2+ (zt -zs )2 ……(6) と表現できるので、この画角αs となるようにスレーブ
カメラのズームを制御すればよい。実際には、ズームと
画角とを対応付ける関数から、スレーブカメラのズーム
値qs を以下のように設定すればよい。 qs =G-1(αs ) ……(7)
【0068】次に、本実施形態におけるカメラ制御手順
を述べる。上述の原理において説明したように、本実施
形態のカメラ制御手順は、上述した第1あるいは第2の
実施形態とほぼ同じであるため、異なる部分を中心に図
6を用いて説明する。図6(a)はマスターカメラの制
御手順を示し、図6(b)はスレーブカメラの制御手順
を示している。
【0069】図6において、ステップS602の対象指
定入力では、所望の大きさに対象が撮影されるようにマ
スターカメラのズーム操作を行う。また、ステップS6
04,S605において、第1、第2の実施形態では注
目対象の位置のみを計算してスレーブカメラに送信して
いたが、本実施形態では、位置情報に加えて注目対象の
存在領域を示す球の半径も合わせて計算し、スレーブカ
メラに送信する。その際、複数のスレーブカメラが存在
する場合には、全てのスレーブカメラに対して同報的に
送信を行う。ステップS606,S607におけるマス
ターカメラの制御値計算/制御においても、ズームパラ
メータを考慮する。
【0070】一方、各スレーブカメラでは、マスターカ
メラからの情報を受け取った後で、ステップS613に
おいて、制御する姿勢とズーム値とを計算する。姿勢は
第1、第2の実施形態で述べた方法によって求まり、ズ
ーム値は式(6),(7) などによって求めることができる。
以上の説明からも明らかなように、第3の実施形態によ
れば、オペレータが手動制御するマスターカメラにおい
て撮影される対象物を、別のスレーブカメラで同じ画面
上の大きさで撮影することもできる。
【0071】(第4の実施形態)次に、本発明の第4の
実施形態を説明する。本実施形態では、光学的パラメー
タを外部制御可能な撮影システムにおいて、まずカメラ
により撮影された画像の背景差分により移動物体の領域
を検出する。次に、検出した移動物体領域の特徴量(例
えば色)に注目して、カメラ制御による移動物体の追尾
を行う。このとき、色情報に注目して上記検出した移動
物体領域を包含するようにAF機能のための検出領域を
設定し、合焦時のフォーカスレンズ制御位置から求める
移動物体までの距離をもとにして、移動物体を最初に検
出したときの大きさに保つようにズームを制御する。
【0072】以下に、本実施形態のハードウェア構成と
原理および処理手順を説明する。図11は、本実施形態
のハードウェア構成を示すブロック図である。本実施形
態のハードウェアは、カメラ11-1とカメラ制御装置11-6
とから構成される。カメラ11-1は、画像を入力する撮像
系11-2とカメラの光学的パラメータを制御する光学的パ
ラメータ制御装置11-3と検出領域設定部11-4とからな
る。光学的パラメータ制御装置11-3は、制御信号線を通
じてカメラ制御装置11-6と接続されており、制御信号を
通じて通信することによって、カメラ制御装置11-6から
光学的パラメータの取得、設定などの制御が可能であ
る。
【0073】本実施形態の光学的パラメータ制御装置11
-3は、画像全体に対して光学的パラメータを自動制御す
る機能を持つ。これは、例えば自動的に合焦画像を得る
機能や、自動的に画面の明度バランスを調整する機能な
どである。これらの機能は、家庭用のビデオカメラ等に
内蔵されているカメラモジュールを用いることで容易に
実現できる。光学的パラメータの調整をカメラ制御装置
11-6から行うか、もしくは光学的パラメータ制御装置11
-3が持つ自動制御機能に任せるかは、制御信号線を通じ
てカメラ制御装置11-6から指示できる。
【0074】カメラ制御装置11-6は、キーボード11-14
およびマウス11-15 からの入力、またはネットワーク11
-18 を介して遠隔地から送信された制御信号に従い、制
御信号線を通じてカメラ11-1の光学的パラメータ制御装
置11-3に信号を送信することで、同装置11-3を制御す
る。なお、図11に示したカメラ制御装置11-6内の構成
は、図2に示した構成と同様であるので、ここでは重複
する説明を省略する。
【0075】図12は、本実施形態におけるズーム制御
の概念図である。図12において、まず最初にカメラ12
-1の撮影範囲内に移動物体が侵入してくるのを待つ。こ
のときのカメラ12-1の視野角をθ0 とする。次に、移動
物体12-2が画面中に現れた場合、この移動物体12-2の移
動に応じて、移動物体12-2を可能な範囲で画面内に大き
く捉えるようにズームを制御する。
【0076】例えば、12-3の位置のように移動物体がカ
メラ12-1から遠くにあり、かつ画像面の中央にある場合
には、ズームイン処理(すなわち、画角をθ1 のように
狭くする処理)を行う。また、12-2や12-4の位置のよう
に、移動物体が近くにいる場合や画面の端に移動した場
合には、これに応じてズームアウト処理(画角を広げる
処理)を行う。ここで、カメラ12-1から移動物体までの
距離は、光学的パラメータ制御装置11-3が持つAF機能
によってフォーカスレンズを最適な位置に制御し、次に
そのレンズの位置を距離に変換することで求める。
【0077】図13は、本実施形態のズーム制御の原理
を詳細に説明したものである。図13において、まず最
初に、カメラのズームを最も広角側に制御して移動物体
の侵入を待つ。これは、ズームを広角側に制御した方
が、より広い範囲を対象として移動物体の検出ができる
からである。よって、必ずしも広角側にズーム値を設定
する必要はなく、任意のズーム位置でも本実施形態は実
現可能である。
【0078】このときに移動物体を検出する方法として
は、例えば公知の技術である背景差分に基づく手法を利
用する。これは、この手法が移動物体を簡便に検出する
技術であるからであり、その他の検出方法を使用しても
本実施形態は実現することが可能である。
【0079】背景差分の手法では、図13(a)に示す
ような移動物体の存在しない画像を1枚基準画像として
撮影し、この基準画像と実画像とを比較することによっ
て移動物体を検出する。背景差分においてこのような目
的で使用される基準画像を、背景画像と呼ぶ。背景画像
には画面中の移動物体が含まれてはならないので、画像
の変化がないときを見計らって撮影を行うなどの工夫が
必要である。
【0080】カメラの撮影範囲内(画面中)に移動物体
13-2が侵入した場合は、図13(b)のような画像とな
る。そこで、図13(a)の画像と(b)の画像との差
分をとることにより、図13(c)のような差分画像を
得る。差分画像において移動物体13-3の領域は、比較的
容易に求めることができるので、移動物体領域の特徴量
を当該領域の重心点付近の色情報として保持する。ここ
で、移動物体の特徴量として、例えば柄(テクスチャ)
やテンプレート等の色以外の情報を利用することも可能
であり、色情報にこだわるものではないが、本実施形態
では簡便に移動物体の検出を行う手法の一例として、色
情報に基づく検出手法を述べている。
【0081】次に、移動物体領域を包含するようにAF
の検出領域を設け、移動物体までの距離を求める。この
距離を求める方法としては、先の実施形態でも述べたよ
うに、あらかじめ幾つかの対象物体を用いてAF動作を
行い、最適化後のズームおよびフォーカスモータのパル
ス値と距離との関係を求め、図14のような表として保
持する方法や、光学系の設計からこれを解析的に求める
方法などがある。
【0082】次に、図13(d)に示すように、移動物
体が13-3の位置から13-4の位置へと移動したとする。こ
の場合は、移動物体の検出時に求めた色情報を用いて画
像中の移動物体領域を抽出する。すなわち、まず、保持
している色情報のRGBベクトルと、画像中の各点のR
GBベクトルとの余弦(すなわち単純類似度)を求め、
これが一定の閾値より小さい場合には移動物体の候補で
あるとして候補点を抽出する。次に、ラベリングにより
候補領域を求め、この中で最大の領域を対象物体の領域
であるとする。
【0083】次に、図13(e)に示すように、上述の
ように大まかに求めた移動物体領域13-5を包含するよう
にAFのための検出領域13-6を設定し、AF処理により
カメラから対象物体までの距離を計測する。さらに、以
下に述べるズーム制御方式に従って、ズーム制御を行
う。
【0084】<ズーム制御方式> 1)最初に検出した移動物体13-3までの初期距離、初期
ズーム値(倍率)を、それぞれD0 ,Z0 とする。 2)移動後の対象物体13-5までの距離をDとする。 3)初期距離D0 および移動後距離Dの比に応じて、ズ
ーム倍率制御値Zを設定する。すなわち、 Z=Z0 *(D/D0 ) ……(8)
【0085】4)ズーム倍率制御値Zの可動範囲は、 1.0 ≦Z≦Zlim ……(9) とし、計算された値がこの範囲を越えている場合には、
範囲内に収まるように修正する。なお、式(9) において
lim は、カメラ11-1の撮像系11-2が具備するレンズ系
に依存する値である。
【0086】5)ズーム変更によって対象物体が画面の
外に出ないようにする。すなわち、対象物体領域の重心
をP(px ,py )とするとき、ズームをZ倍にすると
表示画像範囲は1/Zになるので、 Ix /Z>|px |+Tx ……(10) Iy /Z>|py |+Ty ……(11) を満たすように目標ズーム値を修正すればよい。ここで
(Ix ,Iy )は画像サイズ、(Tx ,Ty )は余白サ
イズである。なお、このときの座標系は画像の中心を原
点とし、画像平面に向かって右をX軸の正方向、上をY
軸の正方向としている。また、最も広角で撮影した場合
のズーム倍率を1.0 としている。
【0087】6)最後に、図13(f)(g)に示すよ
うに、求めたズーム制御値Zをカメラ制御装置11-6に送
り、ズームを制御する。以上の方式に従えば、カメラか
ら対象物体までの距離を物体が移動する度にAF機能を
利用して測定し、測定した距離に応じたズーム制御を随
時行うことにより、対象物体が移動した場合にも最初に
出現したときの大きさと同じ大きさに保つことが可能で
ある。
【0088】次に、図15は、本実施形態の基本処理を
示すフローチャートである。図15(a)において、処
理開始後にステップS501では、カメラ11-1の初期化
処理を行う。ここでは、移動物体の侵入を捉えるため
に、ズームを最も広角側に制御する。次に、ステップS
502において、背景差分により移動物体を検出するた
めの背景画像を撮影し、その撮影した背景画像を用いて
ステップS503で背景差分の処理を行う。
【0089】そして、ステップS504において、上記
ステップS503で求めた背景差分の結果をもとに、撮
影した画像中に移動物体が含まれているかどうかを確認
する。移動物体が検出されなければステップS503に
戻って背景差分の処理を繰り返す。もし移動物体が検出
されれば、ステップS505に進み、そのときの移動物
体の色、カメラからの距離などの対象物体の特徴量を計
測して記憶する。
【0090】次に、対象物体の移動に応じてズーム制御
を行う。すなわち、まずステップS506において画像
中で検出領域を設定する。初めてこのステップS506
の処理を実行するときには、上記ステップS502,S
503にて背景差分によって移動物体領域が抽出されて
いるので、この情報をもとにして検出領域が設定でき
る。また、2度目以降の場合には、以下に述べるステッ
プS508の処理においてあらかじめ上記ステップS5
05で記憶した色情報をもとに移動物体のおおまかな領
域抽出が行われるので、これをもとに検出領域が設定で
きる。
【0091】次に、ステップS507にてズーム制御を
行う。このズーム制御の内容は、図15(b)のステッ
プS510〜S514に定義される。すなわち、まずス
テップS510においてAF処理を行い、合焦点を示す
フォーカスパルスを得る。次に、ステップS511のフ
ォーカスパルス−距離変換処理により、カメラから対象
物体までの距離を計測する。次に、ステップS512に
おいて、このようにして測定した距離をもとに、ズーム
制御値を計算する。
【0092】さらに、ステップS513において、上記
の手法によりズーム制御目標値が可能範囲内かどうか、
および、ズーム処理の結果移動物体が画面内に収まるか
どうかを判別し、必要に応じてズーム制御目標値を修正
する。最後に、ステップS514において実際にズーム
制御を行い、上記ステップS507のズーム制御処理を
終了する。
【0093】ズーム制御終了後、図15(a)のメイン
ルーチンに戻り、ステップS508において色情報によ
る移動物体の検出処理を行う。次に、ステップS509
において、画像中で移動物体が検出されたかどうか確認
し、もし検出されれば再びステップS506〜S509
の処理を繰り返す。また、移動物体が検出されなければ
(カメラの撮影範囲外に物体が移動していった場合)、
処理を終了する。
【0094】以上の説明からも明らかなように、第4の
実施形態によれば、AF機能を用いて計測したカメラか
ら対象物体までの距離とズーム制御(ズーム倍率)とを
関連づけることにより、移動物体領域の検出精度が悪い
場合でも、画面上での移動物体領域を一定のサイズに保
つような撮影を安定して行うことが可能である。なお、
以上の第4の実施形態では、移動物体検出のための背景
差分処理を最初の段階だけで行い、その後は求めた特徴
量から検出を行っているが、背景差分処理を随時行うよ
うにしても良い。
【0095】(第5の実施形態)次に、本発明の第5の
実施形態を説明する。本実施形態では、図11に示した
第4の実施形態の構成に加えて、カメラシステムにおい
てカメラの姿勢を制御するための姿勢制御装置を取り付
ける。これにより、移動物体を捕捉可能な範囲を大きく
広げることが可能となる。
【0096】図16は、本実施形態に係る撮影システム
のハードウェア構成図である。本実施形態のハードウェ
ア構成は、基本的には第4の実施形態と同じであり、カ
メラ制御装置16-6から制御可能な姿勢制御装置(方位制
御装置)16-5をカメラに加えたものになる。姿勢制御装
置16-5を加えたカメラを16-1として示す。
【0097】次に、本実施形態における撮影システムの
基本制御方式を、図17を用いて説明する。本実施形態
における撮影システムは、カメラの撮影姿勢を制御する
機構を具備するため、移動物体の動きに応じてパン、チ
ルト、ズームを制御することが可能である。
【0098】まず図17(a)において、カメラの視線
はαの方向を向いている。ここで、背景差分によって検
出した移動物体17-2が次の時点で17-3の位置に移動した
とする。この場合、図17(b)のようにカメラ17-1の
視線方向を制御してβの方向に向けると同時に、ズーム
を制御することにより、移動物体が遠くに、あるいは画
面の端に移動してもこれを十分な大きさで捕捉すること
ができるようにする。
【0099】ここで、パン、チルトの制御方法として
は、検出した移動物体領域の重心点が画面の中央に移動
するように制御する方式が一般的である。本実施形態で
はズームの制御に加えてパン、チルトの制御も可能とす
るため、第4の実施形態と比べてズーム制御方式に若干
の違いがある。ズーム制御方式の一番最後にて対象物体
の画面中での位置に応じてズーム制御値の修正を行う
が、ここではカメラの視線方向の可動範囲も考慮して修
正を行う。すなわち、上述した第4の実施形態における
ズーム制御方式を、以下のように修正する。
【0100】<パン、チルト、ズーム制御方式> 1)〜4)第4の実施形態において述べた<ズーム制御
方式>の1)〜4)の処理と同様である。 5)画面上での対象物体の位置を当該対象物体領域の重
心M(xm ,ym )とすると、 Δθx = tan-1(|xm |/ f0) ……(12) Δθy = tan-1(|ym |/ f0) ……(13) だけカメラ17-1を動かせばよい。ただし、カメラ17-1の
姿勢の絶対位置(θx ,θy )が可動範囲を越えないよ
うに、 θxllim ≦θx +Δθx ≦θxrlim ……(14) θyllim ≦θy +Δθy ≦θyrlim ……(15) を満たすようにする。ここで、θxllim ,θxrlim ,θ
yllim ,θyrlim は、それぞれパンおよびチルトの回転
限界を示す値である。
【0101】6)ズーム変更によって対象物体が画面の
外に出ないようにする。もし、方向制御が完全に行われ
れば、そのとき対象物体は画面の中央にあるはずなの
で、対象物体の位置によるズームの修正は行う必要がな
い。ただし、対象物体がカメラ17-1の姿勢制御の限界付
近にある場合には、姿勢制御により対象物体の位置を画
面中央へ移動させることが期待できない場合がある。こ
のときには、第4の実施形態の<ズーム制御方式>と同
様に、移動後の対象物体の位置P(px ,py )をもと
にして、式(10),(11) を満たすように目標ズーム値を修
正すればよい。 7)最後に、求めたパン/チルト/ズーム制御目標値を
カメラ制御装置16-6に送り、パン/チルト/ズームを制
御する。
【0102】次に、本実施形態の処理手順を、図18の
フローチャートを用いて説明する。本実施形態の処理手
順は、図15に示した第4の実施形態のフローチャート
とほぼ同一であるので、これとの変更部分についてのみ
以下に説明する。
【0103】図18(a)に示すメイン処理の部分(ス
テップS801〜S809)において、図15のステッ
プS507のズーム処理の代わりに図18のステップS
807では、パン・チルト・ズーム処理を行っている。
また、図15(b)のステップS510〜S514に示
したズーム処理の代わりに、図18(b)のステップS
810〜S815に示すパン・チルト・ズーム処理で
は、ステップS810のパンチルト制御目標値計算処
理、ステップS815のパン・チルト・ズーム変更処理
が異なっている。
【0104】ステップS807のパン・チルト・ズーム
処理について説明する。まず、ステップS810におい
て、カメラ17-1の姿勢制御であるパン、チルトについ
て、上述したように対象物体が画面の中央に移動するよ
うに制御値を求める。次に、ステップS811〜S81
3において、AF処理により測定した対象物体までの距
離からズームの制御値を求める。次に、ステップS81
4において必要に応じてズームの制御値を修正し、ステ
ップS815で上記設定したパン・チルト・ズームの制
御値にカメラ17-1を制御する。
【0105】以上の説明からも明らかなように、第5の
実施形態では、カメラのズームに加えてパン、チルトの
制御も行うことにより、移動する物体を広範囲において
捕捉し、対象物体検出精度が期待できない場合において
も、当該対象物体を常に一定の大きさで保つような撮影
を広い範囲にわたって安定して行うことができる。
【0106】(本発明の他の実施形態)本発明は複数の
機器(例えば、ホストコンピュータ、インタフェース機
器、リーダ、プリンタ等)から構成されるシステムに適
用しても1つの機器(例えば、パーソナルコンピュー
タ)からなる装置に適用しても良い。
【0107】また、上述した実施形態の機能を実現する
べく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイ
スと接続された装置あるいはシステム内のコンピュータ
に対し、上記実施形態の機能を実現するためのソフトウ
ェアのプログラムコードを供給し、そのシステムあるい
は装置のコンピュータ(CPUあるいはMPU)に格納
されたプログラムに従って上記各種デバイスを動作させ
ることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれ
る。
【0108】また、この場合、上記ソフトウェアのプロ
グラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現する
ことになり、そのプログラムコード自体、およびそのプ
ログラムコードをコンピュータに供給するための手段、
例えばかかるプログラムコードを格納した記録媒体は本
発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記
録媒体としては、例えばフロッピーディスク、ハードデ
ィスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、
磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用い
ることができる。
【0109】また、コンピュータが供給されたプログラ
ムコードを実行することにより、上述の実施形態の機能
が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコン
ピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティング
システム)あるいは他のアプリケーションソフト等の共
同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかか
るプログラムコードは本発明の実施形態に含まれること
は言うまでもない。
【0110】さらに、供給されたプログラムコードがコ
ンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続され
た機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そ
のプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボー
ドや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の
一部または全部を行い、その処理によって上述した実施
形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれること
は言うまでもない。
【0111】
【発明の効果】本発明は上述したように、撮影状態(撮
影姿勢およびズームの少なくとも何れか)を制御可能な
複数のカメラを備えたカメラ制御システムにおいて、少
なくとも1つのカメラの撮影状態を手動で制御するよう
に成し、残るカメラを上記手動制御したカメラから得た
情報に従って制御するようにしたので、複数のカメラを
オペレータが個々に制御する必要がなく、また、既存の
機能を利用した制御なので専用のハードウェアを使用し
なくても済み、さらに、使用環境や使用対象に依存する
ことなく適用できる。よって、大規模なシステムを構築
することもでき、その際のコストの削減と正確なカメラ
制御とを両立することができる。
【0112】本発明の他の特徴によれば、光学的パラメ
ータを最適化する手段を用いて計測した特定領域内の対
象物までの距離とズーム制御とを関連づけ、導出した対
象物までの距離に応じてズームを調整するようにしたの
で、画像処理による対象物の検出精度が不十分な場合に
おいても安定してズーム制御を行うことができ、その結
果、対象物を常に一定の大きさで撮影することが可能な
安価なシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る撮影システムの
概略構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る撮影システムの
カメラおよびカメラ制御装置のハードウェア構成を示す
ブロック図である。
【図3】本発明の第1の実施形態に係るカメラ制御方式
の原理を説明するための図である。
【図4】本発明の第1の実施形態に係るマスターカメラ
に搭載されるカメラ制御プログラムの画面表示例を示す
図である。
【図5】本発明の第1の実施形態に係る注目対象の位置
計測およびカメラ制御目標値の計算原理を説明するため
の図である。
【図6】本発明の第1の実施形態に係るカメラ制御方式
の処理手順を示すフローチャートである。
【図7】本発明の第2の実施形態に係る撮影システムの
概略構成を示すブロック図である。
【図8】本発明の第2の実施形態に係るカメラ制御方式
の原理を説明するための図である。
【図9】本発明の第3の実施形態に係るマスターカメラ
に搭載されるカメラ制御プログラムの画面表示例を示す
図である。
【図10】本発明の第3の実施形態に係る注目対象の領
域計測およびカメラ制御目標値の計算原理を説明するた
めの図である。
【図11】本発明の第4の実施形態に係る撮影システム
のカメラおよびカメラ制御装置のハードウェア構成を示
すブロック図である。
【図12】本発明の第4の実施形態に係るカメラ制御方
式の原理を説明するための図である。
【図13】本発明の第4の実施形態に係るカメラ制御方
式の原理を詳細に説明するための図である。
【図14】フォーカスとズームのパルス値から距離を求
める距離算出テーブルの一例を示す図である。
【図15】本発明の第4の実施形態に係るカメラ制御方
式の処理手順を示すフローチャートである。
【図16】本発明の第5の実施形態に係る撮影システム
のカメラおよびカメラ制御装置のハードウェア構成を示
すブロック図である。
【図17】本発明の第5の実施形態に係るカメラ制御方
式の原理を説明するための図である。
【図18】本発明の第5の実施形態に係るカメラ制御方
式の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1-1 マスターカメラ 1-2,1-4 カメラ制御装置 1-3 スレーブカメラ 2-1 カメラ 2-3 光学的パラメータ制御装置 2-4 姿勢制御装置 2-6 カメラ制御装置 7-1 マスターカメラ 7-2,7-4,7-6 カメラ制御装置 7-3,7-5 スレーブカメラ 11-1 カメラ 11-3 光学的パラメータ制御装置 11-4 検出領域設定部 11-6 カメラ制御装置 16-1 カメラ 16-3 光学的パラメータ制御装置 16-4 検出領域設定部 16-5 姿勢制御装置(方位制御装置) 16-6 カメラ制御装置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年12月25日(1998.12.
25)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0033
【補正方法】変更
【補正内容】
【0033】ここで、オペレータが図4の画面上で注目
対象の位置に検出領域4-2 を重ねたとする。図5(b)
は、このときのマスターカメラ3-3 の画像座標系を表し
たものである。この画像座標系では、画像の左上を原点
とし、右にX軸の正方向、下にY軸の正方向をとる。検
出領域4-2 の画像座標を(xf ,yf ) 、画像中心の座標を
(xc ,yc ) とし、レンズの焦点距離をfm [mm]とする
と、マスターカメラ3-3から見た注目対象の方向(θf ,
φf )は、以下の式(1) のように表される。 θf = tan-1{kx(xf-xc)/fm} ……(1) φf = tan-1{−ky(yf-yc)/√[{kx(xf-xc)}2+fm 2]}
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0035
【補正方法】変更
【補正内容】
【0035】問題の簡単化のために、マスターカメラ3-
3 の座標系とワールド座標系とを同一とする。また、パ
ン方向の回転角の基準方向はY軸の正方向、チルト方向
の回転角の基準面はXY平面であるとすると、図5
(a)および(b)のワールド座標において注目対象の
座標Pt (xt ,yt ,zt ) は、マスターカメラ3-3 からの
距離rmt、マスターカメラ3-3 の視点Cm (xm ,ym ,
zm ) 、マスターカメラ3-3 の姿勢(θm ,φm )を用
いて、以下の式(2) のように表すことができる。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0036
【補正方法】変更
【補正内容】
【0036】
【数1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 常好 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 石田 良弘 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 坂内 祐一 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 5C022 AA01 AA12 AB29 AB61 AB62 AB63 AB65 AB66 AC31 5C054 AA01 AA05 CA04 CG03 CG05 EA01 FC12 FC14 FF02 GA04 GB00 HA01 HA25 HA31

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 撮影状態を制御可能な撮影制御手段を持
    つ複数のカメラを備えたカメラ制御システムであって、 上記複数のカメラの撮影制御手段のうち少なくとも1つ
    はカメラの外部から手動制御可能であり、手動制御する
    カメラから得られる情報をもとにして残りのカメラの撮
    影状態を制御することを特徴とするカメラ制御システ
    ム。
  2. 【請求項2】 上記撮影状態は、カメラの撮影姿勢およ
    びズームの少なくとも何れか一方であることを特徴とす
    る請求項1に記載のカメラ制御システム。
  3. 【請求項3】 上記手動制御するカメラから得られる情
    報をもとにして残りのカメラの撮影状態を制御すると
    は、上記手動制御するカメラの自動合焦機能により得ら
    れる距離情報と当該手動制御するカメラの姿勢情報とか
    ら撮影画像中の合焦領域の3次元座標上の位置を計測
    し、この位置情報から上記残りのカメラの撮影姿勢を制
    御することを特徴とする請求項1に記載のカメラ制御シ
    ステム。
  4. 【請求項4】 上記手動制御するカメラから得られる情
    報をもとにして残りのカメラの撮影状態を制御すると
    は、上記手動制御するカメラの自動合焦機能により得ら
    れる距離情報と当該手動制御するカメラのズーム情報と
    当該手動制御するカメラの姿勢情報とから撮影画像中の
    合焦領域が空間中で占める領域を計測し、この領域情報
    から上記残りのカメラの撮影姿勢およびズームを制御す
    ることを特徴とする請求項1に記載のカメラ制御システ
    ム。
  5. 【請求項5】 上記撮影画像中の合焦領域が空間中で占
    める領域情報から上記残りのカメラの撮影姿勢およびズ
    ームを制御するとは、上記領域の中心に上記残りのカメ
    ラの視線を向けるとともに、上記領域を全て撮影するよ
    うに上記残りのカメラのズームを制御することであるこ
    とを特徴とする請求項4に記載のカメラ制御システム。
  6. 【請求項6】 上記撮影画像中の移動物体に対して上記
    自動合焦機能を働かせることにより、上記複数のカメラ
    を用いて上記移動物体を追尾することを特徴とする請求
    項3〜5の何れか1項に記載のカメラ制御システム。
  7. 【請求項7】 上記カメラ制御システムは2台のカメラ
    を備え、このうち1台のカメラの撮影状態を手動制御
    し、他の1台の撮影状態を上記手動制御するカメラから
    得られる情報をもとにして自動制御することを特徴とす
    る請求項1〜6の何れか1項に記載のカメラ制御システ
    ム。
  8. 【請求項8】 光学的パラメータを制御する手段と、画
    像中の特定領域に対して上記光学的パラメータを最適化
    する手段と、最適化した光学的パラメータを用いて上記
    特定領域内の対象物までの距離を導出する手段とを備え
    たカメラ制御システムであって、 上記導出した対象物までの距離に応じてズームを調整す
    ることを特徴とするカメラ制御システム。
  9. 【請求項9】 撮影画面内に上記対象物が最初に出現し
    たときの当該対象物の大きさを保つように、上記対象物
    までの距離に応じてズームを調整することを特徴とする
    請求項8に記載のカメラ制御システム。
  10. 【請求項10】 上記距離に応じたズームの調整におい
    て、ズーム調整後にも上記対象物が上記撮影画面内に残
    るようにズーム倍率を調整することを特徴とする請求項
    8または9に記載のカメラ制御システム。
  11. 【請求項11】 撮影姿勢を制御する手段と、光学的パ
    ラメータを制御する手段と、画像中の特定領域に対して
    上記光学的パラメータを最適化する手段と、最適化した
    光学的パラメータを用いて上記特定領域内の対象物まで
    の距離を導出する手段とを備えたカメラ制御システムで
    あって、 上記画像中での対象物の方向に応じてカメラの姿勢制御
    を行うとともに、上記導出した対象物までの距離に応じ
    てズームを調整することを特徴とするカメラ制御システ
    ム。
  12. 【請求項12】 上記撮影画面内に上記対象物が最初に
    出現したときの当該対象物の大きさを保つように、上記
    対象物までの距離に応じてカメラの視線方向およびズー
    ム倍率を調整することを特徴とする請求項11に記載の
    カメラ制御システム。
  13. 【請求項13】 上記距離に応じたズームの調整におい
    て、ズーム調整後にも上記対象物が上記撮影画面内に残
    るように上記カメラの視線方向およびズーム倍率を調整
    することを特徴とする請求項11または12に記載のカ
    メラ制御システム。
  14. 【請求項14】 撮影状態を制御可能な撮影制御手段を
    持つ複数のカメラを備えた撮影システムにおいて、上記
    複数のカメラの撮影制御手段のうち少なくとも1つをカ
    メラの外部から手動制御し、この手動制御したカメラか
    ら得られる情報をもとにして残りのカメラの撮影状態を
    制御するようにしたことを特徴とするカメラ制御方法。
  15. 【請求項15】 上記手動制御するカメラの自動合焦機
    能により得られる距離情報と当該手動制御するカメラの
    姿勢情報とから撮影画像中の合焦領域の3次元座標上の
    位置を計測し、この位置情報から上記残りのカメラの撮
    影姿勢を制御することを特徴とする請求項14に記載の
    カメラ制御方法。
  16. 【請求項16】 上記手動制御するカメラの自動合焦機
    能により得られる距離情報と当該手動制御するカメラの
    ズーム情報と当該手動制御するカメラの姿勢情報とから
    撮影画像中の合焦領域が空間中で占める領域を計測し、
    この領域情報から上記残りのカメラの撮影姿勢およびズ
    ームを制御することを特徴とする請求項14に記載のカ
    メラ制御方法。
  17. 【請求項17】 上記計測した領域の中心に上記残りの
    カメラの視線を向けるとともに、上記計測した領域を全
    て撮影するように上記残りのカメラのズームを制御する
    ことを特徴とする請求項16に記載のカメラ制御方法。
  18. 【請求項18】 上記撮影画像中の移動物体に対して上
    記自動合焦機能を働かせることにより、上記複数のカメ
    ラを用いて上記移動物体を追尾することを特徴とする請
    求項15〜17の何れか1項に記載のカメラ制御方法。
  19. 【請求項19】 2台のカメラで構成された上記撮影シ
    ステムのうち1台のカメラの撮影状態を手動制御し、他
    の1台の撮影状態を上記手動制御するカメラから得られ
    る情報をもとにして自動制御することを特徴とする請求
    項14〜18の何れか1項に記載のカメラ制御方法。
  20. 【請求項20】 画像中の特定領域に対して上記光学的
    パラメータを最適化する工程と、 上記最適化した光学的パラメータを用いて上記特定領域
    内の対象物までの距離を導出する工程と、 上記導出した対象物までの距離に応じてズームを調整す
    る工程とを有することを特徴とするカメラ制御方法。
  21. 【請求項21】 撮影画面内に上記対象物が最初に出現
    したときの当該対象物の大きさを保つように、上記対象
    物までの距離に応じてズームを調整することを特徴とす
    る請求項20に記載のカメラ制御方法。
  22. 【請求項22】 上記距離に応じてズームを調整する工
    程において、ズーム調整後にも上記対象物が上記撮影画
    面内に残るようにズーム倍率を調整することを特徴とす
    る請求項20または21に記載のカメラ制御方法。
  23. 【請求項23】 画像中の特定領域に対して上記光学的
    パラメータを最適化する工程と、 上記最適化した光学的パラメータを用いて上記特定領域
    内の対象物までの距離を導出する工程と、 上記画像中での対象物の方向に応じてカメラの姿勢制御
    を行うとともに、上記導出した対象物までの距離に応じ
    てズームを調整する工程とを有することを特徴とするカ
    メラ制御方法。
  24. 【請求項24】 上記撮影画面内に上記対象物が最初に
    出現したときの当該対象物の大きさを保つように、上記
    対象物までの距離に応じてカメラの視線方向およびズー
    ム倍率を調整することを特徴とする請求項23に記載の
    カメラ制御方法。
  25. 【請求項25】 上記距離に応じてズームを調整する工
    程において、ズーム調整後にも上記対象物が上記撮影画
    面内に残るように上記カメラの視線方向およびズーム倍
    率を調整することを特徴とする請求項23または24に
    記載のカメラ制御方法。
  26. 【請求項26】 請求項14〜25の何れか1項に記載
    のカメラ制御方法の処理手順をコンピュータに実行させ
    るためのプログラムを記録したことを特徴とするコンピ
    ュータ読み取り可能な記録媒体。
  27. 【請求項27】 撮影姿勢を自在に制御できる撮影姿勢
    制御手段を具備する複数のカメラを備えたカメラ制御シ
    ステムであって、 上記複数のカメラのうちある1つのカメラは、その撮影
    画像において対象物を指定する指定手段と、 上記指定手段により指定された対象物の3次元空間にお
    ける位置を計測する位置計測手段と、 上記位置計測手段により計測された上記対象物の位置情
    報を残りのカメラに知らせる報知手段とを備え、 上記残りのカメラは、上記報知された位置情報から当該
    残りのカメラを上記対象物に向けるように姿勢制御を行
    う姿勢制御手段を備えることを特徴とするカメラ制御シ
    ステム。
  28. 【請求項28】 撮影姿勢を自在に制御できる撮影姿勢
    制御手段と、撮影倍率を自在に制御できる撮影倍率制御
    手段とを具備する複数のカメラを備えたカメラ制御シス
    テムであって、 上記複数のカメラのうちある1つのカメラは、その撮影
    画像において対象物を指定する指定手段と、 上記指定手段により指定された対象物の3次元空間にお
    ける存在領域を計測する領域計測手段と、 上記計測手段により計測された上記対象物の領域情報を
    残りのカメラに知らせる報知手段とを備え、 上記残りのカメラは、上記報知された情報から上記残り
    のカメラを上記対象物に向けるように姿勢制御およびズ
    ーム制御を行う撮影状態制御手段を備えることを特徴と
    するカメラ制御システム。
  29. 【請求項29】 上記位置計測手段は、上記ある1つの
    カメラの自動合焦機能により得られる距離情報と当該カ
    メラの姿勢情報とから撮影画像中の合焦領域の3次元座
    標上の位置を計測することを特徴とする請求項27に記
    載のカメラ制御システム。
  30. 【請求項30】 上記領域計測手段は、上記ある1つの
    カメラの自動合焦機能により得られる距離情報と当該カ
    メラのズーム情報と当該カメラの姿勢情報とから撮影画
    像中の合焦領域が空間中で占める領域を計測することを
    特徴とする請求項28に記載のカメラ制御システム。
  31. 【請求項31】 撮影時の光学的パラメータを最適化す
    る手段と、カメラの撮影姿勢および上記撮影時の光学的
    パラメータを自在に制御できる手段とを具備するカメラ
    制御システムであって、 撮影画像中で移動物体を検出する移動物体検出手段と、 上記移動物体検出手段により検出した物体領域に上記光
    学的パラメータを最適化するための検出領域を設定する
    領域設定手段と、 上記領域設定手段により設定した検出領域においてカメ
    ラのフォーカスを最適化する合焦手段と、 上記合焦手段により最適化されたフォーカス情報を用い
    て上記移動物体までの距離を求める距離算出手段と、 上記距離算出手段により求めた距離からズーム制御値を
    求める制御値算出手段と、 上記制御値算出手段により算出された制御値をもとに制
    御を行う制御手段とを備えたことを特徴とするカメラ制
    御システム。
  32. 【請求項32】 上記移動物体検出手段は、あらかじめ
    撮影した背景画像と実画像とを比較して移動物体を検出
    する物体検出手段と、 上記物体検出手段により検出した移動物体の特徴量を計
    算して記憶する特徴量算出手段と、 上記記憶した特徴量と上記実画像から抽出した特徴量と
    を比較することにより移動物体領域を検出する領域検出
    手段とを備え、 上記領域設定手段は、上記物体検出手段もしくは上記領
    域検出手段により検出された物体領域に上記検出領域を
    設定することを特徴とする請求項31に記載のカメラ制
    御システム。
  33. 【請求項33】 上記制御値算出手段は、上記ズーム制
    御値に加えて上記カメラの視線方向を上記対象物に向け
    るようなパン・チルト制御値を求めることを特徴とする
    請求項31に記載のカメラ制御システム。
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