JP2005283195A - 位置検出装置および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 注目対象が装着する装置を小型化および軽量化することができる位置検出装置および撮像装置を提供する。また、注目対象の位置を精度よく検出することができる位置検出装置および撮像装置を提供する。
【解決手段】 注目対象の人等に装着された発信機２は電波を発信する。電波受信用のアンテナ１１ａ、１１ｂはこの電波を受信し、信号伝送用の電線１２ａ、１２ｂを介して受信機１３ａ、１３ｂへ電波信号を出力する。受信機１３ａおよび１３ｂは、この信号を受信信号として発信機位置算出部１４へ出力する。発信機位置算出部１４は、受信機１３ａおよび１３ｂによって受信された電波の伝播時間および伝播速度に基づいて、発信機２から受信機１３ａおよび１３ｂそれぞれまでの距離を算出すると共に、各距離とアンテナ１１ａおよび１１ｂの既知の位置とに基づいて発信機２の位置を算出し、算出結果を位置情報として出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、人や物などの注目対象の位置を検出する位置検出装置に関する。また、注目対象を撮影すると共に、注目対象の位置を検出し、検出した注目対象の位置に基づいて、撮影した画像を編集する撮像装置にも関する。

人や物などの位置を検出する装置や方法として、複数の衛星が送信するそれぞれの電波を受信し、各電波が到達する時間差等を利用して位置検出を行うＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が知られている。同様に、衛星に限らず、無線ＬＡＮや微弱な電波のＲＦＩＤ（電波方式認識：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）等によって位置検出を行う技術が開示されている。

例えば、非特許文献１には、ＲＦＩＤを整列して配置したＩＤカーペットを用意し、その上を歩く人が履く靴にＲＦＩＤリーダを設け、ＲＦＩＤリーダがＲＦＩＤから電波を受信し、その電波に基づいて人の位置を特定する技術が記載されている。

一方、撮像システムにおいて、被写体を撮像する場合に、被写体の位置を考慮して、ＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）、ＡＩ（Ａｕｔｏ Ｉｒｉｓ）、および画角調整等の様々な制御や処理を行う技術や、被写体を検出し、被写体の動きに追従してカメラの撮像エリアを追従させる技術が開示されている。
椎尾一郎著，「ＲＦＩＤを利用したユーザ位置検出システム」，情報処理学会研究会報告，社団法人情報処理学会，２０００年５月１２日，ｐ．４５−５０

しかし、非特許文献１に記載された技術は、ＲＦＩＤの配列間隔が検出精度であり、粗い検出精度の技術である。また、被写体がＲＦＩＤリーダに係る検出回路や電源等を備えているため、ＲＦＩＤリーダが重く、邪魔になると共に、被写体の動きが大きく制限されるという問題があった。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、注目対象が装着する装置を小型化および軽量化することができる位置検出装置および撮像装置を提供することを第１の目的とする。また、注目対象の位置を精度よく検出することができる位置検出装置および撮像装置を提供することを第２の目的とする。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、注目対象に設けられた信号発信手段によって発信された信号を受信する複数の受信手段と、前記複数の受信手段によって受信された前記信号に基づいて、前記注目対象に設けられた前記信号発信手段の位置を検出する位置検出手段と、前記複数の受信手段を保持する保持手段とを具備することを特徴とする位置検出装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の位置検出装置において、前記注目対象に設けられた前記信号発信手段によって発信された信号は超音波であり、前記受信手段は、前記超音波を検出するマイクを具備することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の位置検出装置において、前記注目対象に設けられた前記信号発信手段によって発信された信号は電波であり、前記受信手段は、前記電波を検出するアンテナを具備することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載の位置検出装置において、前記受信手段によって受信された前記信号に基づいて、前記信号発信手段と前記受信手段との距離を算出する距離算出手段をさらに具備し、前記位置検出手段は、前記距離算出手段によって算出された前記信号発信手段と複数の前記受信手段との距離と、該複数の受信手段に関する既知の位置情報とに基づいて、前記信号発信手段の位置を検出することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の位置検出装置において、前記受信手段によって受信された前記電波の受信強度を計測する受信強度計測手段をさらに具備し、前記位置検出手段は、前記受信強度計測手段によって計測された前記受信強度に基づいて、前記信号発信手段の位置を検出することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の位置検出装置において、前記距離算出手段は、前記受信手段によって受信された前記信号の受信時刻と、前記信号発信手段による前記信号の発信時刻との差および前記信号の伝播速度に基づいて、前記信号発信手段から前記受信手段までの距離を算出することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかの項に記載の位置検出装置において、前記保持手段によって保持される前記複数の受信手段どうしの距離関係が所定の距離関係であることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかの項に記載の位置検出装置において、前記保持手段は、同一の形状および大きさの複数の保持部材を備え、該保持部材は、他の保持部材と接続するための勘合部を有し、前記保持部材の所定の位置に前記受信手段が埋設されていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の位置検出装置において、前記保持部材は、前記受信手段が配置される下部弾性部材と、前記受信手段と空間を隔てて、前記下部弾性部材と対向するように設けられた上部弾性部材とを有することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項８または請求項９に記載の位置検出装置において、前記勘合部は、他の前記保持部材の凸部に勘合される凹部と、他の前記保持部材の凹部に勘合される凸部とを有することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１〜請求項１０のいずれかの項に記載の位置検出装置において、前記保持部材は、前記所定の位置に埋設された前記受信手段と、他の前記保持部材に埋設された前記受信手段とを電気的に接続する接続手段を具備することを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、請求項１〜請求項１１のいずれかの項に記載の位置検出装置において、前記受信手段の識別情報を記録する識別情報記録手段と、
前記受信手段によって受信された前記信号に対して前記識別情報を付加する識別情報付加手段と、
をさらに具備することを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、被写体に設けられた信号発信手段によって発信された信号を受信する複数の受信手段と、前記複数の受信手段によって受信された前記信号に基づいて、前記被写体に設けられた前記信号発信手段の位置を検出する位置検出手段と、前記受信手段を保持する保持手段と、前記被写体を撮影し、画像を生成する撮像手段と、前記位置検出手段によって検出された前記信号発信手段の位置に基づいて、前記画像から部分画像を切り出す画像切出し手段とを具備することを特徴とする撮像装置である。

請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の撮像装置において、前記受信手段の識別情報を記録する識別情報記録手段と、前記受信手段によって受信された前記信号に対して前記識別情報を付加する識別情報付加手段とをさらに具備することを特徴とする。

請求項１５に記載の発明は、請求項１３または請求項１４に記載の撮像装置において、前記位置検出手段はさらに、前記受信手段によって受信された前記信号の遅延時間と、前記信号発信手段に固有の遅延時間を示す情報とに基づいて、前記被写体に設けられた前記信号発信手段を識別することを特徴とする。

請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の撮像装置において、前記撮像手段は、映像信号用の同期信号を前記位置検出手段へ出力し、前記位置検出手段は、前記同期信号に同期して基準信号を発信する基準信号発信手段と、前記基準信号の発信時刻と、前記受信手段によって受信された前記信号の受信時刻と、前記信号発信手段に固有の遅延時間を示す情報とに基づいて、前記被写体に設けられた前記信号発生手段を識別する識別手段と、前記識別手段によって識別された前記信号発生手段からの前記信号に基づいて、前記信号発生手段の位置を算出する位置算出手段と、該位置算出手段によって算出された前記信号発生手段の位置に基づいて、前記部分画像の切出し位置を算出し、該切出し位置を示す情報を前記画像切出し手段へ出力する画像切出し位置算出手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、被写体に信号発信手段を装着させ、複数の受信手段を保持手段に設けると共に、信号発信手段からの信号に基づいて位置を検出する位置検出手段を受信側に設けたので、注目対象が装着する装置を小型化および軽量化することができるという効果が得られる。また、信号発信手段から発信された信号に基づいて、信号発信手段と受信手段との距離を算出し、信号発信手段と複数の受信手段との距離および複数の受信手段の既知の位置に基づいて信号発信手段の位置を検出することにより、注目対象の位置を精度よく検出することができるという効果も得られる。

以下、図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による位置検出装置１の、位置検出の基本的原理を説明するための概略構成を示すブロック図である。以下、図中の各構成について説明する。図１に示される発信機２は注目対象の人等が装着する装置であり、電波を発信する。電波受信用のアンテナ１１ａ、１１ｂはこの電波を受信し、信号伝送用の電線１２ａ、１２ｂを介して受信機１３ａ、１３ｂへ電波信号を出力する。受信機１３ａおよび１３ｂは、電波信号に対して復調処理等を行い、受信信号として発信機位置算出部１４へ出力する。発信機位置算出部１４は、受信機１３ａおよび１３ｂによって受信された電波の伝播時間および伝播速度（光速ｃ）に基づいて、発信機２から受信機１３ａおよび１３ｂそれぞれまでの距離を算出する。続いて、発信機位置算出部１４は、これらの距離とアンテナ１１ａおよび１１ｂの既知の位置とに基づいて、発信機２の位置を算出し、算出結果を位置情報として外部機器へ出力する。

図２は距離の算出手法を示している。図において、発信機２ａおよび２ｂとアンテナ１１ａ〜１１ｃとが示されている。発信機２ａが図中の位置Ａに存在する場合、発信機２ａから発信された電波がアンテナ１１ａに到達するまでの伝播時間と電波の伝播速度とに基づいて、発信機２ａとアンテナ１１ａとの距離Ｄ１ａを求めることができる。同様にして、図中の距離Ｄ１ｂ，Ｄ２ａ，Ｄ２ｂを求めることができる。

アンテナ１１ａと１１ｂとの間の距離Ｌを予め測定しておくことにより、三角測量に基づいて、図中の位置Ａおよび位置Ｂを求めることができる。このように、２つのアンテナと発信機との３点で形成される三角形の３辺の長さを知ることにより、発信機の位置を検出することができる。ただし、アンテナ１１ａおよび１１ｂに対して、発信機２ａの位置が位置Ａと位置Ａ’（アンテナ１１ａと１１ｂとを結ぶ直線に対して位置Ａと対称な位置）とのどちらであるのか識別することができない場合がある。その場合は、アンテナ１１ａおよび１１ｂに対して指向性を持たせ、位置Ａからの電波を強い強度で得られるようにし、位置Ａ’からの電波を弱い強度で得られるようにすることにより、２つの位置を識別することができる。

あるいは、アンテナ１１ａおよび１１ｂが、位置Ａおよび位置Ａ’からの電波を同じ強度で受信する指向性を有している場合であっても、アンテナ１１ａと１１ｂとを結ぶ直線上にないアンテナ１１ｃをさらに備えることにより、位置Ａと位置Ａ’とを識別するようにしてもよい。この場合、アンテナ１１ｃは位置Ａ’よりも位置Ａに近く、位置Ａおよび位置Ａ’から同時に電波が発信されたとしても、位置Ａからの電波をより早く、またはより強い強度で受信するので、位置Ａと位置Ａ’とを識別することができる。

図３は、複数のアンテナを検出エリア内に配置したアンテナアレイの例を示している。図示されているように、アンテナアレイ１００を構成するアンテナＡ１１〜Ａ４５が、図の横方向にＬ、縦方向にＭの間隔でマトリックス状に配置されている。これにより、検出エリア内のアンテナアレイ内とその近傍のエリアにおいて、発信機の位置を検出することができる。発信機の位置検出においては、発信機の最近傍にある３箇所のアンテナからの電波信号を利用して、発信機の位置検出を行うようにすればよい。

アンテナＡ１１〜Ａ４５の配置に関しては、ある１つのアンテナを基準として、他のアンテナの位置を容易に算出することができるようにアンテナＡ１１〜Ａ４５を配置することが望ましい。例えば、水平面に平行である仮想的な第１の直線および第１の直線に平行である１以上の仮想的な直線からなる第１の直線群を考える。第１の直線群によって形成される平面は水平面に平行であり、隣り合う直線どうしの間隔は一定であるとする。また、第１の直線群の全直線に直交し、水平面に平行である仮想的な第２の直線および第２の直線に平行である１以上の仮想的な直線からなる第２の直線群を考える。第２の直線群によって形成される平面は水平面に平行であり、隣り合う直線どうしの間隔は一定であるとする。第１の直線群に属する各直線と第２の直線群に属する各直線との交点にアンテナＡ１１〜Ａ４５を配置すれば、アンテナどうしの距離関係を所定の距離関係に保つことができ、上述したような、１つのアンテナを基準として、他のアンテナの位置を容易に算出することができるアンテナアレイとすることができる。

図４は、アンテナアレイも含めた位置検出装置１の構成を示すブロック図である。図のように、アンテナＡ１１〜Ａ４５が図３と同様なマトリックス状に配置され、各アンテナＡ１１〜Ａ４５と位置検出手段１５とが信号線によって接続されている。各アンテナＡ１１〜Ａ４５は、図示せぬ発信機から電波を受信し、電気信号に変換して位置検出手段１５へ出力する。位置検出手段１５は、図１の発信機位置算出部１４に相当する構成であり、内部に受信機を備え、各アンテナＡ１１〜Ａ４５から出力された信号に基づいて、電波の受信強度を計測すると共に、電波の伝播距離を算出し、算出結果に基づいて、発信機の位置を算出する。

図５は位置検出手段１５の詳細構成を示している。以下、図中の各構成について説明する。各アンテナＡ１１〜Ａ４５に対応して複数の受信機１５１が設けられている。受信機１５１は、対応するアンテナから受信した信号を処理し、電波強度＆距離算出部１５２へ出力する。電波強度＆距離算出部１５２は受信強度計測部１５２ａおよび距離算出部１５２ｂを備えている。

受信強度計側部１５２ａは、受信機１５１から出力された信号に基づいて、受信された電波の受信強度を検出し、検出結果を位置算出部１５３へ出力する。距離算出部１５２ｂは、受信機１５１から出力された信号に基づいて電波の伝播時間を検出し、伝播時間および伝播速度に基づいて、発信機とアンテナとの距離（伝播距離）を算出し、算出結果を位置算出部１５３へ出力する。位置算出部１５３は、電波強度＆距離算出部１５２から出力された電波の受信強度および伝播距離に基づいて、発信機の位置を算出し、位置座標（Ｘ，Ｙ）を外部機器に出力する。

この場合、位置算出部１５３は、各電波強度＆距離算出部１５２によって算出された伝播距離の中から、受信強度の大きな上位３つの伝播距離を用いて、前述した三角測量により、発信機の位置座標を算出する。なお、位置算出部１５３内部の図示せぬＲＯＭ等には、各アンテナＡ１１〜Ａ４５の位置座標が予め格納されているものとする。

次に、アンテナＡ１１〜Ａ４５からなるアンテナアレイを保持するための保持手段の構造について説明する。図６は、保持手段の断面構造を示す概略断面図である。図において、アンテナ１１は、図５におけるアンテナＡ１１〜Ａ４５の各アンテナに相当する。アンテナ１１は保持手段の内部に埋設されている。保持手段は上部ゴムシート１６ａおよび下部ゴムシート１６ｂの２つの保持部材からなる。下部ゴムシート１６ｂにはアンテナ１１が載置され、上部ゴムシート１６ａは、アンテナ１１と接触しないように、空間を隔てて下部ゴムシート１６ｂと対向するように設けられる。この空間により、上部ゴムシート１６ａの上を人が歩くこと等により発生する振動がアンテナ１１に伝わるのを防止することができる。

図６においては、アンテナ１１は距離Ｌを隔てて配置されている。上部ゴムシート１６ａおよび下部ゴムシート１６ｂによって、アンテナ１１は図４と同様な所定の距離関係に配置される。なお、図６においては配線等は図示していない。また、図５における位置検出手段１５は外部に設けられている。

次に、位置検出装置１によって検出された注目対象の位置に基づいて、注目対象の撮影を行う撮像装置について説明する。まず、本実施形態で用いられる用語を以下のように定義する。
注目対象：カメラで撮影し、画像を出力させたい対象物や人、あるいはその一部を示す。
注目点：注目対象に含まれる点、あるいは注目対象近傍の点であり、後述するＧＰＳセンサ等のセンサの検出対象を示す。これは点に限定されるものではなく、検出方法によっては所定の範囲を有する場合もある。

フィールド空間：注目対象が存在する空間であり、センサ等によって、注目対象が含まれる位置を示す位置情報を検出することができる空間（領域）を示す。
フィールド座標：フィールド空間内に存在する注目点等の位置を、フィールド空間内の所定の基準位置に対する相対的な位置の位置情報として特定することができる１つの座標系を示す。この座標系は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸で表現される座標系である。
撮像領域：カメラごとの撮像領域を示す。また、カメラの視野範囲にあり、さらに、カメラの光学系におけるピント調整の度合が所定レベル以上である領域を示す。原則として、カメラはフィールド空間内を撮影する。

カメラ座標：カメラの全撮像領域の画角を規定する線の交点を原点として、撮像方向を軸（ｋ軸）の１つとした座標系を示す。この座標系は、図９のｉ，ｊ，ｋ空間である。また、ここで、画角を規定する線とは、図９に示されるような、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子の端の画素に結像する撮像領域を立体的に形づける線を示す。本実施形態においては、撮像素子平面の横方向に平行な軸ｉと、撮像素子平面の縦方向に平行な軸ｊと、撮像方向を示す軸ｋとの３つの軸によって表現される座標系を示す。

カメラ空間：カメラ座標を用いてカメラに対する位置を特定することができる空間を示す。
撮像素子平面座標：ＣＣＤなどの撮像素子が出力する画像データの横方向に関わる軸Ｘｃと縦方向に関わる軸Ｙｃとの２つの軸によって規定され、撮像素子の中心を原点とする座標系を示す。ただし、原点の位置は撮像素子の中心に限定されず、例えば左上の画素位置であってもよい。

図７は、被写体の位置検出を行う注目点検出手段による検出結果を利用する撮像装置の構成を示すブロック図である。図において、注目点検出手段１０の構成は、本実施形態による位置検出装置１と同様でよい。撮像装置３は、被写体を撮影し、被写体の動画像を生成すると共に、動画像から注目対象を含む部分画像を切り出す。以下、撮像装置３の各構成について説明する。撮像手段３１はＣＣＤ等を備え、撮像面の全領域に集光された光に基づいて光電変換を行い、動画像信号を切出し手段３６へ出力する。また、撮像手段３１は、撮像領域を特定可能なレンズ状態とカメラ撮影状態（カメラの位置、方向および回転の情報）とを示す撮像領域情報を切出し位置決定手段３２へ出力する。

切出し位置決定手段３２は、関係情報生成手段３３、注目対象サイズ情報記憶部３４、および切出し位置算出手段３５からなる。関係情報生成手段３３は、関係情報生成部３３ａ、サイズ用フラッシュメモリ３３ｂ、および注目点画素位置情報算出部３３ｃからなる。関係情報生成部３３ａは、撮像手段３１から出力された撮像領域情報に基づいて、フィールドの３次元空間の各位置とカメラ空間との関係またはフィールドの３次元空間の各位置と２次元空間の撮像素子平面座標との関係を示す関係情報を生成する。関係情報は、フィールド座標をカメラ座標または撮像素子平面座標に変換するための対応関係をテーブルとしたテーブル情報、あるいはその関係を示す座標変換式、あるいはその式を表すパラメータなどである。

サイズ用フラッシュメモリ３３ｂは、フィールド座標位置に対応したカメラ座標位置のｋ軸と直交する平面内でのｉ軸方向の１ｍおよびｊ軸方向の１ｍが撮像素子平面に結像した場合に、何画素に対応するかを予め記憶する。この情報は、撮像手段３１からのｋ軸方向の距離に応じて複数用意される。ここで、画素の替わりに、所定の複数画素で構成された小画像を用いて、画素数の替わりに小画像数を記憶してもよい。

注目点画素位置情報算出部３３ｃは、注目点検出手段１０から出力された検出結果である位置情報（フィールド座標（Ｘ，Ｙ）を示す）にＺ座標を加えたフィールド座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、関係情報生成部３３ａによって生成された関係情報に基づいて、撮像手段３１の撮像素子平面に固有の撮像素子平面座標へ変換する。なお、注目点画素位置情報算出部３３ｃは予め測定されたＺ座標を図示せぬＲＡＭ等に記憶し、注目点検出手段１０によって検出されたフィールド座標（Ｘ，Ｙ）をフィールド座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に補正してから座標の変換を行う。あるいは、注目点検出手段１０がフィールド座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を出力するようにしてもよい。上述した具体的な座標変換の手法については後述する。

注目対象サイズ情報記憶部３４は、フィールドにおける実際の注目対象のサイズ情報を記憶する。切出し位置算出手段３５は、サイズ用フラッシュメモリ３３ｂ、注目点画素位置情報算出部３３ｃ、および切出し位置算出部３５ａからなる。切出し位置算出部３５ａは画像の切出し位置を算出する。

被写体が撮像装置３から離れるほど、撮像される被写体のサイズは小さくなる。そこで、撮像装置３から被写体までの距離に応じて、被写体が撮像される撮像サイズを補正する必要がある。切出し位置算出部３５ａは、注目点の撮像素子平面座標の値に基づいて、カメラ空間の１ｍに対応する撮像素子平面内の画素数または小画像数をサイズ用フラッシュメモリ３３ｂから読み出すと共に、注目対象のサイズ情報を注目対象サイズ情報記憶部３４から読み出し、これらの情報と注目点の画素位置（撮像素子平面座標）とに基づいて、画像の切出し位置を算出する。

切出し手段３６は、切出し位置算出部３５ａから出力された画像の切出し位置に基づいて、撮像手段３１から出力された動画像信号が示す画像から、一部分を切り出して切出し画像を生成し、切出し画像出力手段３７へ出力する。切出し画像出力手段３７は、切出し画像に基づいて、外部のモニタ等の規格に適合した切出し動画像信号を生成し、出力する。

なお、注目対象サイズ情報記憶部３４が記憶するサイズ情報を、フィールドにおける実際の注目対象のサイズ情報としたのは、注目対象の撮像サイズが撮像手段３１からの距離に応じて変化することに鑑み、この距離に応じて撮像サイズを算出しやすくするためである。しかし、このような構成に限定されるわけではなく、撮像手段３１からの距離別に、撮像画像における注目対象のサイズ情報をテーブルデータとして注目対象サイズ情報記憶部３４に記憶するようにしてもよい。また、注目点検出手段１０から位置情報と共に注目対象のサイズ情報が出力されるようにしてもよい。

次に、上記の構成による画像の切出しの具体例を説明する。以下においては、説明を簡単にするため、サイズ用フラッシュメモリ３３ｂは、撮像手段３１から被写体までの距離ごとの、カメラ空間の１ｍに対応する撮像素子平面内の小画像数の情報を予め記憶しているものとする。また、撮像手段３１の撮像領域全体を縦・横それぞれ１０等分した各画像（ブロック）を小画像とする。切出し手段３６は、その小画像単位で切出し領域を指定し、切出し処理を行う。また、撮像素子平面座標と小画像の位置との対応関係はサイズ用フラッシュメモリ３３ｂ等が予め記憶しているものとする。

図８は撮像手段３１の撮像領域全体の画像を示している。例えば、位置検出手段１から、選手Ｃが装着した発信機のフィールド座標が出力された場合、注目点画素位置情報算出部３３ｃは、関係情報に基づいて、フィールド座標を撮像素子平面座標に変換し、切出し位置算出部３５ａへ出力する。続いて、切出し位置算出部３５ａは、注目対象の撮像素子平面座標位置におけるカメラ空間の１ｍに対応する撮像素子平面内の小画像数の情報をサイズ用フラッシュメモリ３３ｂから読み出すと共に、注目対象のサイズ情報を注目対象サイズ情報記憶部３４から読み出し、これらの情報と注目点の画素位置とに基づいて、画像の切出し位置を算出する。

例えば、切出し位置算出部３５ａは、実際の身長や体格等を考慮して選手Ｃ全体が入るような実際のサイズである、上下方向２．５ｍ、左右方向２ｍという情報を注目対象サイズ情報記憶部３４から読み出す。また、切出し位置算出部３５ａは、図８の選手Ｃ近傍の距離１ｍに対応する小画像数の情報として、縦方向に２つの小画像、横方向に１．５の小画像という情報をサイズ用フラッシュメモリ３３ｂから読み出す。

これらの情報に基づいて、切出し位置算出部３５ａは、上下方向の切出し小画像数が、２．５（ｍ）×２（小画像／ｍ）＝５（小画像）、左右方向の切出し小画像数が、２．５（ｍ）×１．５（小画像／ｍ）＝３（小画像）であると算出する。続いて、切出し位置算出部３５ａは、図８に斜線で示される縦５、横３の１５個の小画像で指定される切出し画像領域を指定する情報を切出し手段３６へ出力する。

この小画像単位での処理は、処理を高速化する、あるいは安価な処理システムを実現するために行うものである。注目点と撮像手段３１との距離に応じた注目対象の撮像サイズがサイズ用フラッシュメモリ３３ｂに記憶されているため、最適な切出し画像領域を算出することができる。なお、この例においては、切出し画像の単位を小画像として説明したが、小画像に替えて、１画素を単位として画像を切り出してもよい。

なお、注目点画素位置情報算出部３３ｃに替えて、フィールド座標と撮像素子平面座標との対応関係が予め記録されたフラッシュメモリ等を設け、注目点検出手段１０から出力された検出結果であるフィールド座標を、メモリ中の対応関係に基づいて、撮像素子平面座標に変換してもよい。この場合、フィールド座標と撮像素子平面座標との対応関係を予め求めるキャリブレーションが必要になる。

キャリブレーションを行うためには、例えばＧＰＳ、送信機、および画像認識用マーカからなる注目点センサを撮像領域内の複数の等間隔の測定点に設置する。続いて、注目点センサからのフィールド座標を入手し、さらに各測定点の撮像素子平面座標を取得し、メモリ中の、注目点センサからのフィールド位置座標に対応したメモリアドレスに撮像素子平面座標を保存する。メモリアドレスとフィールド座標とを一対一に対応させることができるので、このメモリにフィールド座標値を入力すれば、対応する撮像素子平面座標をメモリから読み出すことができる。

次に、本実施形態において、注目点のフィールド座標を撮像素子平面座標に変換する手法について説明する。図９は、サッカー場をフィールド空間とした場合の、そのフィールド空間と撮像装置３の撮像領域との相互関係を示している。撮像装置３の撮像領域は、画角を規定する４本の線によって囲まれた空間領域である。画角を規定する４本の線の交点がカメラ座標の原点である。撮像装置３の撮像領域内には、選手Ａ，Ｂ，Ｃが存在している。

ｉ，ｊ，ｋ軸は、撮像装置３が撮影する方向および／または撮像装置３が撮影する画角を基準とするカメラ座標を示している。カメラの撮像領域における注目点の位置は、フィールドにおける注目点のフィールド座標と、関係情報とに基づいて算出される。

以下、図１０を参照し、上記の座標変換を行う手法について説明する。図１０には、画角を規定する線の交点位置を原点とし、カメラ方向をｋ軸、ＣＣＤ３１ａの撮像領域の横方向をｉ方向とするカメラ座標を算出するための３つのセンサの配置関係が示されている。また、カメラ座標における注目点とその注目点を撮像するＣＣＤ３１ａの画素との関係がカメラ座標で示されている。

図において、ＣＣＤ３１ａは、撮像手段３１が備えるＣＣＤである。ＣＣＤ３１ａについては、図１０中の画角を規定する線の延長線上（計算上の仮想的なＣＣＤ位置）に実際のサイズのものが配置されている。計算上の仮想的なＣＣＤ位置は、カメラ空間の原点Ｏから距離ｋ０の位置であるとする。レンズ３１ｂは撮像手段３１が備えるレンズである。位置検出センサ３８ａ〜３８ｃは、撮像装置３に設けられたＧＰＳセンサ等の位置検出センサであり、各フィールド座標を検出する。

図示されるように、位置検出センサ３８ａのカメラ空間（図１０のｉ軸、ｊ軸、およびｋ軸によって規定される空間）におけるカメラ座標は（０，Ｌ，０）であり、位置検出センサ３８ｂのカメラ座標は（０，Ｌ，−ｋ０）であり、位置検出センサ３８ｃのカメラ座標は（Ｍ，Ｌ，−ｋ０）である。また、注目点のカメラ座標は（ｋ２／ｋ０×ｐｔ，ｋ２／ｋ０×（−ｐｔ），ｋ２）である。なお、ｐｔはＣＣＤ３１ａの撮像平面における画素間ピッチである。

これらの位置検出センサ３８ａ〜３８ｃを図１０に示されるような配置関係にすることにより、前述したテーブル情報または座標変換式等の関係情報を導くことができる。これにより、画角を規定する線の交点位置であるカメラ空間の原点Ｏがフィールドにおける位置として検出可能になる。さらに、撮像装置３の撮影方向やその方向を中心とした撮像画像の回転が検出可能になる。

これにより、画角を規定する線の交点位置であるカメラ空間の原点Ｏと、撮影方向のｋ方向と、回転によって算出される画像の横方向であるｉ方向とを求め、その結果、画像の縦方向であるｊ方向を算出することができる。なお、撮像装置３において３つの位置検出用のセンサによって３箇所の位置情報が検出されるとして説明したが、それに限定されるわけではない。例えば、撮像装置３の１箇所の位置情報の検出や、別の撮像装置による撮像装置３の姿勢検出による方向検出、回転検出などを行ってもよい。また、図１０における長さＬ，Ｍを含めた３つの位置検出センサ３８ａ〜３８ｃの配置関係は、撮像装置３内部のＲＯＭ等に予め記録されているものとする。

図１０には、撮像素子平面の座標軸ＸｃおよびＹｃが示されている。図１１に撮像素子平面の座標系を示す。図１０のカメラ座標系における注目点（ｋ＝ｋ２となる点においてｋ軸に直交する平面上に存在している）は、図１１に示されるような（Ｘｃ，Ｙｃ）で表される撮像素子平面座標上の位置に変換することができる。図１０、図１１において撮像素子は縦３画素、横３画素であるとして説明したが、それに限定されるわけではない。

撮像手段３１は、レンズ状態とカメラ撮影状態（カメラの位置、方向および回転の情報）とを示す撮像領域情報に基づいて、フィールドの３次元空間の各位置とカメラ空間との関係を示す関係情報を生成する。位置検出センサ３８ａ〜３８ｃによって、そのフィールドにおける座標を検出することと、Ｌ，Ｍ，ｋ０の３つの既知情報と、各センサを結ぶ線が直交するなどの配置関係情報とに基づいて、図１０中の原点やＣＣＤ３１ａの中心それぞれのフィールド座標を算出することができる。これにより、フィールド座標をカメラ座標の３次元空間に変換する［数１］で示される座標変換式（関係情報）を導くことができる。

図１２は、注目点の位置座標よりフィールド座標、カメラ座標、撮像素子（ＣＣＤ３１ａ）の画素平面座標の順に変換して、画素位置を算出する手順を示すフローチャートである。図１２に示されるように、注目点のフィールド座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を［数１］で示される形式の式によってカメラ座標（ｉ，ｊ，ｋ）に変換する（ステップＳ１０１）。続いて、カメラ座標（ｉ，ｊ，ｋ）より撮像倍率αをα＝ｋ／ｋ０として算出する（ステップＳ１０２）。ここで、ｋは、原点から注目点を含むｋ軸に垂直な平面のｋ軸上の距離であり、具体的にはｋ１、ｋ２などである。続いて、撮像素子（ＣＣＤ３１ａ）の平面座標を（Ｘｃ×ｐｔ，Ｙｃ×ｐｔ，−ｋ０）として、画素を特定するＸｃおよびＹｃを算出する（ステップＳ１０３）。すなわち、Ｘｃ＝ｉ／α／ｐｔ、Ｙｃ＝１／α／ｐｔである。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１３は本実施形態によるアンテナアレイおよびアンテナユニットの構成を示す概略構成図である。図１３はアンテナアレイを上面から眺めた様子を概略的に示したものである。以下、アンテナアレイの構成について説明する。図示されるように、複数の同一の形状および同一の大きさのアンテナユニット１１０ａ〜１１０ｈ（アンテナユニット１１０）の勘合により、アンテナアレイ１００が構成される。各アンテナユニット１１０ａ〜１１０ｈに対応してアンテナ１１ａ〜１１ｈ（アンテナ１１）が設けられている。アンテナ１１ａ〜１１ｄは、信号線を介してコネクタ１７に接続されている。図示されていないが、コネクタ１７は第１の実施形態における位置検出手段１５に接続されている。また、図示されていないが、アンテナ１１ｅ〜１１ｈも同様に、信号線を介してコネクタ１７または他のコネクタに接続されている。

以下、アンテナユニット１１０ａを例として、アンテナユニット１１０の構造を説明する。アンテナユニット１１０ａは、ゴムシートのような弾性部材であり、アンテナ１１ａを内包および保持している。また、アンテナユニット１１０ａは、他のアンテナユニットと接続するための凸部５０と凹部５１とを有している。凸部５０が他のアンテナユニットの凹部に勘合し、凹部５１が他のアンテナユニットの凸部に勘合する。

同一形状で同一構造のアンテナユニットを複数勘合してアンテナアレイを形成することにより、各アンテナは所定の距離関係を保って配列される。このようなアンテナユニットを構成することにより、アンテナアレイの設計時に予め決められた距離を保つように各アンテナユニットを簡単に配列することができ、アンテナユニットの大量生産等においてコストダウンを実現することができる。

また、アンテナアレイが設置される舞台などで位置検出を行う場合には、位置検出を行うエリアの広さが様々であるので、その広さに合わせて必要な数だけアンテナユニットを敷き詰めるようにすることができるので、その広さに最適なアンテナアレイを簡単に形成することができる。

図１４はアンテナユニット１１０の他の構成例を示す概略構成図である。図１４（ａ）はアンテナユニット１１０単体の構成を示している。以下、アンテナユニット１１０の構成について説明する。アンテナ１１は受信機＆強度・距離検出ＩＣ１１１に接続されている。アンテナユニット１１０の端部には、コネクタ１１２および１１３が設けられている。コネクタ１１２および１１３は、アンテナユニット１１０が他のアンテナユニットに勘合された場合に、他のコネクタと接続される。

コネクタ１１２を介して、他のアンテナユニット１１０からの信号が受信機＆強度・距離検出ＩＣ１１１に入力される。受信機＆強度・距離検出ＩＣ１１１は、この信号に対して、アンテナ１１の受信信号に基づいた信号を付加し、コネクタ１１３を介して他のアンテナユニット１１０へ出力する。

図１４（ｂ）は、受信機＆強度・距離検出ＩＣ１１１の構成を示している。以下、図中の各構成について説明する。信号強度・距離算出部１１１ａは、アンテナ１１によって受信された電波信号に基づいて、電波の受信強度および伝播距離を検出し、これらの情報を示す信号（Ｓｉｇ１）を信号合成部１１１ｃへ出力する。フラッシュメモリ１１１ｂは、アンテナユニット１１０ごとに異なるＩＤ情報を予め記憶している。

信号合成部１１１ｃには、コネクタ１１２を介して、他のアンテナユニット１１０から信号（ｉｎ１）が入力される。信号強度・距離算出部１１１ａから出力された信号が示す受信強度が所定強度未満の場合には、信号合成部１１１ｃは信号ｉｎ１をコネクタ１１３を介して他のアンテナユニット１１０へ出力する。また、信号強度・距離算出部１１１ａから出力された信号が示す受信強度が所定強度以上の場合には、信号合成部１１１ｃはＩＤ情報（ＩＤ１）をフラッシュメモリ１１１ｂから読み出し、信号Ｓｉｇ１が識別可能となるように、信号Ｓｉｇ１に対してＩＤ情報ＩＤ１を付加する。続いて、信号合成部１１１ｃは、信号（ＩＤ１＋Ｓｉｇ１）と信号ｉｎ１とを合成し、合成した信号（ＩＤ１＋Ｓｉｇ１＋ｉｎ１）を、コネクタ１１３を介して他のアンテナユニット１１０へ出力する。

図１４（ｃ）は２つのアンテナユニット１１０ａと１１０ｂとを勘合した場合の図である。アンテナ１１ａを介して受信された電波信号は受信機＆強度・距離検出ＩＣ１１１ａに入力される。受信機＆強度・距離検出ＩＣ１１１ａは、この電波信号の強度が所定強度以上であった場合、この電波信号に基づいた信号（アンテナユニット１１０ａのＩＤ情報を含む）をコネクタ１１３ａへ出力する。この信号はコネクタ１１２ｂを介してアンテナユニット１１０ｂの受信機＆強度・距離検出ＩＣ１１１ｂへ入力される。

アンテナ１１ｂを介して受信された電波信号は受信機＆強度・距離検出ＩＣ１１１ｂに入力される。受信機＆強度・距離検出ＩＣ１１１ｂは、この電波信号の強度が所定強度以上であった場合、この電波信号に基づいた信号（アンテナユニット１１０ａのＩＤ情報を含む）と、アンテナユニット１１０ａから入力された信号とを合成し、コネクタ１１３ｂを介して他のアンテナユニット１１０または位置検出手段１５等へ出力する。この信号には、各アンテナユニット１１０のＩＤ情報が付加されているため、信号全体から特定のアンテナユニット１１０に関する信号を識別し、情報を取り出すことができる。ここでは、２つのアンテナユニットを勘合した場合に付いて説明したが、さらに多くのアンテナユニットをアレイ状に並べて接続した場合も同様である。

図１５は、アンテナユニット１１０の断面構造を示している。図に示されるように、アンテナユニット１１０は上部ゴムシート１６ａおよび下部ゴムシート１６ｂの２つの保持部材からなる。下部ゴムシート１６ｂにはアンテナ１１および受信機＆強度・距離検出ＩＣ１１１が載置され、上部ゴムシート１６ａは、アンテナ１１および受信機＆強度・距離検出ＩＣ１１１と接触しないように、空間を隔てて下部ゴムシート１６ｂと対向するように設けられる。この空間により、上部ゴムシート１６ａの上を人が歩くこと等により発生する振動がアンテナ１１および受信機＆強度・距離検出ＩＣ１１１に伝わるのを防止することができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態においては、アンテナアレイによって受信された複数の注目対象の位置検出を行い、各注目対象の位置に基づいて、撮像装置からの動画像信号が示す画像から、各注目対象が含まれる画像を切り出す手法について説明する。

図１６は本実施形態による注目点検出手段および撮像装置の構成を示すブロック図である。以下、図中の注目点検出手段１０および撮像装置３の各構成について説明する。注目点検出手段１０において、発信機２ａ〜２ｃはそれぞれ異なる被写体Ａ〜Ｃに装着された発信機である。各被写体Ａ、Ｂ、Ｃの注目点をそれぞれ注目点ａ、ｂ、ｃとする。アンテナアレイ１００は、図示せぬ複数のアンテナを備えている。アンテナアレイ１００は発信機２ａ〜２ｃから電波を受信し、受信信号を位置検出手段１５へ出力する。

位置検出手段１５は、アンテナアレイ１００から出力された受信信号に基づいて、注目点ａ〜ｃの位置を算出する。位置検出手段１５は、基準信号発信部１５４、識別部１５５、および位置算出部１５６等を備えている。基準信号発信部１５４は、撮像手段３１から出力された同期信号（ＶＤ）に同期して基準信号を発生し、アンテナアレイ１００を介して、基準信号を発信機２ａ〜２ｃへ発信する。識別部１５５は、アンテナアレイ１００から入力された受信信号がどの発信機についての受信信号であるのかを識別する。

後述するように、発信機２ａ〜２ｃは各発信機に固有のディレイ時間だけ遅延させた電波を発信するので、識別部１５５は、このディレイ時間を検出することにより、受信信号の識別を行う。位置算出部１５６の機能は、第１の実施形態における電波強度＆距離算出部１５２および位置算出部１５３の両方の機能を有しており、電波を発信した発信機とその電波を受信したアンテナとの距離を算出すると共に、その距離に基づいて発信機の位置を算出する。なお、位置検出手段１５内部の図示せぬＲＯＭ等には、各アンテナの位置座標および発信機２ａ〜２ｃに固有のディレイ時間が予め格納されているものとする。

撮像装置３において、撮像手段３１は、動画像信号を切出し手段３６ａ〜３６ｃへ出力すると共に、撮像領域情報を切出し位置決定手段３２ａ〜３２ｃへ出力する。また、撮像手段３１は映像信号の同期信号（ＶＤ）を位置検出手段１５へ出力する。切出し位置決定手段３２ａ〜３２ｃの機能は第１の実施形態と同様であり、位置検出手段１５によって算出された発信機２ａ〜２ｃの位置に基づいて、画像の切出し位置を決定する。

切出し手段３６ａ〜３６ｃは、切出し位置決定手段３２ａ〜３２ｃのそれぞれによって決定された画像の切出し位置に基づいて、撮像手段３１から出力された動画像信号が示す画像から、注目点ａ〜ｃのそれぞれが含まれる画像を切り出し、切出し画像を生成する。切出し画像出力手段３７ａ〜３７ｃは、切出し手段３６ａ〜３６ｃのそれぞれから出力された切出し画像を再生するための切出し動画像信号を生成し、出力する。

図１７は位置検出手段１５の構成を示すブロック図である。以下、図中の各構成について説明する。基準信号発信部１５４は、撮像手段３１から出力された同期信号（ＶＤ）が入力されるごとに、所定時間Ｔ１の間、基準信号となる電波を、アンテナアレイ１００を介して発信機２ａ〜２ｃへ送信する。識別部１５５は、基準信号発信部１５４から発信された基準信号の発信時刻と、アンテナアレイ１００によって受信された発信機２ａ、２ｂ、または２ｃからの受信信号の受信時刻と、ＲＯＭ等に保存された発信機２ａ〜２ｃに固有のディレイ時間とに基づいて、受信信号がどの発信機からのものなのかを識別し、発信機を特定する情報を付加した受信信号を位置算出部１５６へ出力する。

なお、本実施形態においては、発信機２ａ〜２ｃに固有のディレイ時間は電波の伝播時間よりも十分長いものとする。これにより、識別部１５５は、受信信号の受信時刻と基準信号の発信時刻との差から発信機２ａ〜２ｃに固有のディレイ時間と電波の伝播時間との和を検出し、ＲＯＭ等に保存されたディレイ時間の情報に基づいて、発信機を特定することができる。なお、識別部１５５は、基準信号発信部１５４と識別部１５５との間の配線による信号遅延やアンテナアレイ１００のアンテナと識別部１５５との間の配線による信号遅延等を考慮して、基準信号の検出時刻から発信時刻を算出し、受信信号の検出時刻から受信時刻を算出すればよい。

位置算出部１５６は、識別部１５５によって識別された発信機ごとの受信信号が示す各発信機２ａ〜２ｃまでの距離に基づいて、発信機２ａ〜２ｃの位置を算出し、算出結果を同期出力制御部１５７へ出力する。同期出力制御部１５７は、同期信号（ＶＤ）に同期して、位置算出部１５６から出力された発信機２ａ〜２ｃの位置の算出結果を各切出し手段３６ａ〜３６ｃへ出力する。

図１８は発信機２ａ〜２ｃの構成を示すブロック図である。以下、図中の各構成について説明する。ＩＤ情報登録部２１は、ユーザによって入力された、各発信機ごとに異なるＩＤ情報をディレイ時間設定部２２へ出力する。ディレイ時間設定部２２は、図示せぬＲＯＭを備えている。このＲＯＭには、図１９に示されるようなＩＤ情報とディレイ時間との対応関係が予め記録されている。ディレイ時間設定部２２は、ＩＤ情報登録部２１から出力されたＩＤ情報をアドレス線に入力し、このＩＤ情報に対応したディレイ時間をＲＯＭのデータ線から出力として得る。

基準信号受信部２３は、基準信号発信部１５４によって発信された基準信号を受信し、受信した信号を基準信号−電力変換＆蓄電部２４およびタイミング信号発生部２５へ出力する。基準信号―電力変換＆蓄電部２４は、基準信号を電力エネルギーに変換し、蓄積すると共に、発信機内の各部へ電源として電力を供給する。タイミング信号発生部２５は基準信号が受信された時点から、ディレイ時間設定部２２によって設定されるディレイ時間だけ遅れた時点において、パルス信号を発生する。

次に、上述した構成の注目点検出手段１０および撮像装置３の動作を説明する。図２０はアンテナアレイ１００におけるアンテナＡ１１〜Ａ４５の配置関係と発信機２ａ〜２ｃの位置関係とを示している。図２０には、各発信機２ａ〜２ｃから発信される信号をアンテナによって検出することができる検出エリア２００ａ〜２００ｃが示されている。この検出エリア２００ａ〜２００ｃの大きさは、発信機２ａ〜２ｃによる電波の送信能力およびアンテナＡ１１〜Ａ４５の受信感度によって決定される。

図２１は各信号のタイミングチャートである。動画像信号に同期した同期信号（ＶＤ）が撮像手段３１から出力され、基準信号発信部１５４はこの同期信号（ＶＤ）に同期して、アンテナアレイ１００を介して基準信号を発信機２ａ〜２ｃへ発信する。発信機２ａ〜２ｃにおいては、基準信号受信部２３が基準信号を受信し、タイミング信号発生部２５へ出力する。タイミング信号発生部２５は、基準信号の最後のエッジを検出した時点から、ディレイ時間設定部２２によって設定されるディレイ時間だけ遅れた時間が経過した時点において、パルス状の電波信号を発生する。

続いて、各発信機２ａ〜２ｃによって発信された電波はアンテナアレイ１００によって受信され、受信信号が位置検出手段１５の識別部１５５に入力される。以下、識別部１５５が発信機２ａからの受信信号を識別する場合を例として説明を行う。図２１において、基準信号電波の出力は、識別部１５５によって検出された基準信号の波形である。基準信号の最後のエッジにおける時刻と、発信機２ａの発信信号の最初のエッジにおける時刻との差ｔａ’は、電波の伝播時間Δａ１と発信機２ａのディレイ時間ｔａとの和を示している。ただし、位置検出手段１５内部の信号遅延および発信機２ａ内部の信号遅延等は考慮していない。

アンテナＡ２２によって受信された受信信号（信号遅延を考慮しない場合は識別部１５５によって検出された受信信号）の最初のエッジにおける時刻と、発信機２ａの発信信号の最初のエッジにおける時刻との差は電波の伝播時間Δａ１である。すなわち、識別部１５５は、基準信号の最後のエッジにおける時刻（基準信号の発信時刻）と、発信機２ａからの受信信号の最初のエッジにおける時刻（受信信号の受信時刻）との差（ｔａ＋２×Δａ１）を検出する。

識別部１５５は、図示せぬＲＯＭに保存された発信機２ａ〜２ｃに固有のディレイ時間を参照し、上記の時間差（ｔａ＋２×Δａ１）が発信機２ａのディレイ時間ｔａに最も近いと判断し、受信信号が発信機２ａから発信されたと判断する。発信機２ａ〜２ｃに固有のディレイ時間を電波の伝播時間よりも十分長く設定することにより、上記の識別が可能になる。なお、動画像信号に同期して発信機２ａ〜２ｃの位置を算出するためには、各発信機２ａ〜２ｃのディレイ時間は、映像信号の１フレームの時間よりも十分小さいことが望ましい。

識別部１５５は、上記の時間差（ｔａ＋２×Δａ１）と発信機２ａのディレイ時間ｔａとから、電波の伝播時間Δａ１を算出し、発信機２ａを示す情報と伝播時間Δａ１を示す情報とを位置算出部１５６へ出力する。識別部１５５は同様に、発信機２ｂおよび２ｃからの受信信号を識別する。図２１に示されるように、アンテナＡ３２によって、発信機２ａおよび２ｃの両方から電波が受信された場合でも、上記の動作によって、各電波を発信した発信機の識別を行うことができる。なお、識別部１５５が信号遅延等も考慮に入れて、正確な電波の伝播時間を算出するようにしてもよい。

続いて、位置算出部１５６は、識別部１５５から出力された電波の伝播時間と伝播速度とに基づいて、各発信機２ａ〜２ｃとアンテナとの距離を算出する。位置検出手段１５には、例えば第１の実施形態（図４参照）のように、各アンテナからの信号線が接続されており、各アンテナからの受信信号を識別することができる。位置算出部１５６は、発信機２ａ〜２ｃと複数のアンテナとの距離およびアンテナの既知の位置に基づいて、三角測量により、発信機２ａ〜２ｃの位置を算出する。位置算出部１５６は、算出した位置を同期出力制御部１５７へ出力する。なお、発信機２ａ〜２ｃのディレイ時間はユーザの入力により決定されるので、発信機側のディレイ時間の設定と、位置検出手段１５側のディレイ時間の記録とを正確に対応させておく必要がある。

同期出力制御部１５７は、同期信号（ＶＤ）に同期して、発信機２ａ、２ｂ、２ｃの位置をそれぞれ切出し位置決定手段３２ａ、３２ｂ、３２ｃへ出力する。切出し位置決定手段３２ａ〜３２ｃは、前述した関係情報に基づいて、発信機２ａ〜２ｃの位置座標（フィールド座標）を撮像手段３１の撮像素子平面に固有の撮像素子平面座標に変換し、撮像素子平面座標に基づいて、画像の切出し位置を決定する。切出し手段３６ａ〜３６ｃは、切出し位置決定手段３２ａ〜３２ｃのそれぞれによって決定された画像の切出し位置に基づいて、撮像手段３１から出力された動画像信号が示す画像から、注目点ａ〜ｃのそれぞれが含まれる画像を切り出し、切出し画像を生成する。切出し画像出力手段３７ａ〜３７ｃは、切出し手段３６ａ〜３６ｃのそれぞれから出力された切出し画像を再生するための切出し動画像信号を生成し、外部のモニタ等へ出力する。

なお、上述した第１〜第３の実施形態においては、電波の伝播時間と伝播速度とに基づいて算出した発信機と複数のアンテナとの距離に基づいて発信機の位置を算出するようにしているが、これに替えて、発信機からの電波の受信強度を計測し、その受信強度に基づいて発信機の位置を算出してもよい。また、発信機とアンテナとの距離および電波の受信強度を組み合わせて発信機の位置を算出してもよい。ここで、受信強度に基づいて発信機の位置を算出する具体例を示す。発信機とアンテナとの位置に応じた電波強度である受信強度を予め測定しておく。その測定結果は、距離と受信強度との関係を示すテーブルデータ、あるいは式であって、それを位置検出手段内のＲＯＭ等に記憶しておく。前述したアンテナアレイの各アンテナで受信された電波の受信強度を測定すると共に、ＲＯＭ等からテーブルデータあるいは式を読み出し、それを参照して距離を求めれば、前述した三角測量によって発信機の位置を検出することができる。

なお、発信機が、電波に替えて、超音波や赤外線等を発信するようにしてもよい。超音波を用いる場合には、アンテナに替えてマイクを超音波の受信手段として用いればよい。

なお、上述した第１〜第３の実施形態においては、撮像装置は動画像を撮影するものとして説明を行ったが、これに限定されず、撮像装置が静止画像の撮影を行ってもよい。

以上で説明したように、第１〜第３の実施形態によれば、被写体に発信機を装着させ、複数のアンテナを保持手段に設けると共に、発信機からの信号に基づいて位置を検出する位置検出手段を受信側に設けたので、注目対象が装着する装置を小型化および軽量化することができる。また、軽量化することにより、被写体の動きの制約を低減することができる。さらに、被写体が装着する発信機に電源を設けず、発信機が、受信した電波を駆動電力に変換して動作することにより、発信機をより軽量化することができる。

また、発信機から発信された信号を受信し、その信号の伝播時間と伝播速度とに基づいて発信機とアンテナとの距離を算出し、発信機と複数のアンテナとの距離およびアンテナの既知の位置に基づいて発信機の位置を検出することにより、発信機の位置を精度よく検出することができる。発信機が検出エリア内のどの位置に存在していても、少なくとも２つ（アンテナに指向性を持たせた場合）または３つ（アンテナが無指向性の場合）のアンテナによって発信機からの信号を検出することができるように、複数のアンテナが検出エリア内に配置されていれば、検出精度はアンテナどうしの間隔に制限されない。発信機による信号の送信電力が小さい場合には、それに応じてアンテナどうしの間隔を狭め、アンテナを密に配置すればよい。

また、アンテナを保持する保持手段によって、複数のアンテナどうしの距離関係が所定の距離関係となるように複数のアンテナが保持されることにより、ある１つのアンテナを基準として、他のアンテナの位置を容易に算出することができる。これにより、位置検出手段内部のＲＯＭ等の記憶手段に対して各アンテナの位置を登録する場合に、登録が容易になる。

また、同一の形状および同一の大きさの複数の保持部材を用意し、この保持部材の所定の位置にアンテナを配置し、複数の保持部材を勘合することにより、アンテナどうしの距離関係を所定の距離関係に保つことができる。さらに、このような複数の保持部材を勘合することにより、アンテナアレイの設計時に予め決められた距離を保つように各保持部材を簡単に配列することができ、保持部材およびアンテナを含むアンテナユニットの大量生産等においてコストダウンを実現することができる。さらに、アンテナアレイが設置される舞台などで位置検出を行う場合には、位置検出を行うエリアの広さが様々であるので、その広さに合わせて必要な数だけアンテナユニットを敷き詰めるようにすることができるので、その広さに最適なアンテナアレイを簡単に形成することができる。

また、各アンテナに対応した識別情報を記憶するメモリ等の記憶手段と、アンテナによって受信された受信信号に対して識別情報を付加する識別情報付加手段とを設けることにより、受信信号をアンテナごとに識別することができる。これにより、複数のアンテナからの信号を合成しても、識別情報に基づいて信号を分離することができるので、アンテナと位置検出手段とを接続する信号線をアンテナごとに設けるのではなく、複数のアンテナで信号線を共有することができるようになり、配線を簡単にすることができる。

また、上記の実施形態による位置検出装置を含む注目点検出手段によって検出された被写体の注目点の位置、およびフィールド座標と撮像手段に固有の撮像素子平面座標との対応関係を示す関係情報に基づいて、注目点のフィールド座標を撮像素子平面座標に変換し、撮像素子平面座標から画像の切出し位置を算出することにより、撮像手段によって撮像された画像から、注目点を含む部分画像を切り出すことができる。これにより、ユーザが、全体の画像と、注目する被写体をクローズアップした画像とを同時あるいは選択的に見ることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の第１の実施形態による位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。 同実施形態における位置算出の手法を説明するための参考図である。 同実施形態によるアンテナアレイの例を示す概略構成図である。 同実施形態による位置検出装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態による位置算出手段の構成を示すブロック図である。 同実施形態による保持手段の断面構造を示す概略断面図である。 同実施形態による撮像装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態における画像の切出しを説明するための参考図である。 同実施形態におけるフィールド空間と撮像装置の撮像領域との相互関係を示す参考図である。 同実施形態における座標変換例を説明するための参考図である。 同実施形態における撮像素子平面座標を示す参考図である。 同実施形態においてフィールド座標から画素位置を算出する手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態によるアンテナアレイおよびアンテナユニットの構成を示す概略構成図である。 同実施形態によるアンテナユニットの他の構成を示す概略構成図である。 同実施形態によるアンテナユニットの断面構造を示す概略断面図である。 本発明の第３の実施形態による注目点検出手段および撮像装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態による位置検出手段の構成を示すブロック図である。 同実施形態による発信機の構成を示すブロック図である。 同実施形態による発信機のＩＤ情報とディレイ時間との対応関係を示す参考図である。 同実施形態によるアンテナアレイにおけるアンテナの配置関係と発信機の位置関係とを示す参考図である。 同実施形態における信号のタイミングチャートである。

符号の説明

１・・・位置検出装置、２・・・発信機、３・・・撮像装置、１０・・・注目点検出手段、１１・・・アンテナ、１２ａ，１２ｂ・・・電線、１３ａ，１３ｂ，１５１・・・受信機、１４・・・発信機位置算出部（位置検出手段）、１５・・・位置検出手段、１６ａ・・・上部ゴムシート（保持手段）、１６ｂ・・・下部ゴムシート（保持手段）、１７，１１２，１１３・・・コネクタ（接続手段）、２１・・・ＩＤ情報登録部、２２・・・ディレイ時間設定部、２３・・・基準信号受信部、２４・・・基準信号−電力変換＆蓄電部、２５・・・タイミング信号発生部、３１・・・撮像手段、３１ａ・・・ＣＣＤ、３１ｂ・・・レンズ、３２・・・切出し位置決定手段、３３・・・関係情報生成手段、３３ａ・・・関係情報生成部、３３ｂ・・・サイズ用フラッシュメモリ、３３ｃ・・・位置用フラッシュメモリ、３４・・・注目対象サイズ情報記憶部、３５・・・切出し位置算出手段、３５ａ・・・切出し位置算出部、３６・・・切出し手段、３７・・・切出し画像出力手段、３８ａ，３８ｂ，３８ｃ・・・位置検出センサ、１００・・・アンテナアレイ、１１０・・・アンテナユニット、１１１・・・受信機＆強度・距離検出ＩＣ（受信強度計測手段、距離算出手段）、１１１ａ・・・信号強度・距離算出部、１１１ｂ・・・フラッシュメモリ（識別情報記憶手段）、１１１ｃ・・・信号合成部（識別情報付加手段）、１５２・・・電波強度＆距離算出部、１５２ａ・・・受信強度計側部（受信強度計測手段）、１５２ｂ・・・距離算出部（距離算出手段）、１５３，１５６・・・位置算出部（位置算出手段）、１５４・・・基準信号発信部、１５５・・・識別部、１５７・・・同期出力制御部

Claims (16)

1. 注目対象に設けられた信号発信手段によって発信された信号を受信する複数の受信手段と、
   前記複数の受信手段によって受信された前記信号に基づいて、前記注目対象に設けられた前記信号発信手段の位置を検出する位置検出手段と、
   前記複数の受信手段を保持する保持手段と、
   を具備することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記注目対象に設けられた前記信号発信手段によって発信された信号は超音波であり、前記受信手段は、前記超音波を検出するマイクを具備することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記注目対象に設けられた前記信号発信手段によって発信された信号は電波であり、前記受信手段は、前記電波を検出するアンテナを具備することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
4. 前記受信手段によって受信された前記信号に基づいて、前記信号発信手段と前記受信手段との距離を算出する距離算出手段をさらに具備し、
   前記位置検出手段は、前記距離算出手段によって算出された前記信号発信手段と複数の前記受信手段との距離と、該複数の受信手段に関する既知の位置情報とに基づいて、前記信号発信手段の位置を検出する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載の位置検出装置。
5. 前記受信手段によって受信された前記電波の受信強度を計測する受信強度計測手段をさらに具備し、
   前記位置検出手段は、前記受信強度計測手段によって計測された前記受信強度に基づいて、前記信号発信手段の位置を検出する
   ことを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
6. 前記距離算出手段は、前記受信手段によって受信された前記信号の受信時刻と、前記信号発信手段による前記信号の発信時刻との差および前記信号の伝播速度に基づいて、前記信号発信手段から前記受信手段までの距離を算出することを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
7. 前記保持手段によって保持される前記複数の受信手段どうしの距離関係が所定の距離関係であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかの項に記載の位置検出装置。
8. 前記保持手段は、同一の形状および大きさの複数の保持部材を備え、該保持部材は、他の保持部材と接続するための勘合部を有し、前記保持部材の所定の位置に前記受信手段が埋設されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかの項に記載の位置検出装置。
9. 前記保持部材は、前記受信手段が配置される下部弾性部材と、前記受信手段と空間を隔てて、前記下部弾性部材と対向するように設けられた上部弾性部材とを有することを特徴とする請求項８に記載の位置検出装置。
10. 前記勘合部は、他の前記保持部材の凸部に勘合される凹部と、他の前記保持部材の凹部に勘合される凸部とを有することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の位置検出装置。
11. 前記保持部材は、前記所定の位置に埋設された前記受信手段と、他の前記保持部材に埋設された前記受信手段とを電気的に接続する接続手段を具備することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかの項に記載の位置検出装置。
12. 前記受信手段の識別情報を記録する識別情報記録手段と、
    前記受信手段によって受信された前記信号に対して前記識別情報を付加する識別情報付加手段と、
    をさらに具備することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかの項に記載の位置検出装置。
13. 被写体に設けられた信号発信手段によって発信された信号を受信する複数の受信手段と、
    前記複数の受信手段によって受信された前記信号に基づいて、前記被写体に設けられた前記信号発信手段の位置を検出する位置検出手段と、
    前記受信手段を保持する保持手段と、
    前記被写体を撮影し、画像を生成する撮像手段と、
    前記位置検出手段によって検出された前記信号発信手段の位置に基づいて、前記画像から部分画像を切り出す画像切出し手段と、
    を具備することを特徴とする撮像装置。
14. 前記受信手段の識別情報を記録する識別情報記録手段と、
    前記受信手段によって受信された前記信号に対して前記識別情報を付加する識別情報付加手段と、
    をさらに具備することを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
15. 前記位置検出手段はさらに、前記受信手段によって受信された前記信号の遅延時間と、前記信号発信手段に固有の遅延時間を示す情報とに基づいて、前記被写体に設けられた前記信号発信手段を識別することを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の撮像装置。
16. 前記撮像手段は、映像信号用の同期信号を前記位置検出手段へ出力し、
    前記位置検出手段は、
    前記同期信号に同期して基準信号を発信する基準信号発信手段と、
    前記基準信号の発信時刻と、前記受信手段によって受信された前記信号の受信時刻と、前記信号発信手段に固有の遅延時間を示す情報とに基づいて、前記被写体に設けられた前記信号発生手段を識別する識別手段と、
    前記識別手段によって識別された前記信号発生手段からの前記信号に基づいて、前記信号発生手段の位置を算出する位置算出手段と、
    該位置算出手段によって算出された前記信号発生手段の位置に基づいて、前記部分画像の切出し位置を算出し、該切出し位置を示す情報を前記画像切出し手段へ出力する画像切出し位置算出手段と、
    を具備することを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
    
    

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