JP2007047436A - 遠隔指示システム - Google Patents

Abstract

【課題】遠隔端末側において被写体の任意の領域を変倍して観察できると共に小型化されて低コストの遠隔指示システムを提供する。
【解決手段】カメラ２０及びプロジェクタ４０を備え、撮像画像を遠隔端末１００に送信すると共に遠隔端末１００でなされた撮像画像に基づく指示に応じたアノテーション画像を被写体２００へ投影させる遠隔指示システムであって、カメラ２０の撮像倍率を変更するズーム機能と、被写体２００とカメラ２０との間の光路中に設けられて撮像方向を変更する全反射ミラー２６１を含む方向変更機構２６０を有し、遠隔端末１００からの指示に応じてカメラ２０のズーム機能及び方向変更機構２６０を制御する。これにより、システムを小型化しつつ遠隔端末側において被写体の任意の領域を変倍して観察できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被写体の撮像画像を遠隔から観察しつつ遠隔端末から被写体への画像投影による指示が可能な遠隔指示システムに関する。

例えば、遠隔修理システム、遠隔保守システム、遠隔医療システム、遠隔会議システム等においては、遠隔側から実物体側へ向けて作業手順の指示等の各種指示を行う必要がある。このような、遠隔側から実物体側への指示を行うことができる遠隔指示システムとしては、例えば、実物体側に存在する被写体をビデオカメラで撮像しつつその撮像画像を遠隔端末に送信すると共に、遠隔端末において撮像画像に基づいて指示されたアノテーション画像を実物体側でプロジェクタにより被写体へ投影する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
米国特許公開２００４／００７０６７４号公報

ところで、上記した遠隔指示システムでは、遠隔端末において被写体のより詳細な画像を見たい場合には、被写体をカメラに近づけるようにカメラ遠隔端末から被写体側のオペレータ等へ音声等により指示を出す必要がある。このような操作の煩雑さを解消するには、例えば、カメラにズーム機能を設けて遠隔端末側からの指示に応じてズームアップさせて被写体の拡大画像を見ることが考えられる。
しかしながら、固定されたカメラに単にズームレンズを設けて被写体の拡大画像を見ようとすると、被写体のうち、画面の中央部に位置する領域のみが拡大され、被写体の任意の領域を拡大することができない。被写体の任意の領域を拡大するには、カメラ及びプロジェクタをパンチルトステージに設置して被写体に対する観察方向を遠隔操作する構成とする、あるいは、被写体を２軸方向に移動可能な移動ステージに載せて被写体のカメラに対する位置を遠隔操作する構成等を採用する必要がある
しかしながら、上記のような構成を採用したでは、システムが大規模化すると共に高コストになるという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、被写体の撮像画像を遠隔端末で観察しつつ遠隔端末からの撮像画像に基づく被写体へのアノテーション画像の投影による指示が可能な遠隔指示システムにおいて、遠隔端末側において被写体の任意の領域を変倍して観察できると共に小型化されて低コストの遠隔指示システムを提供することにある。

本発明の第１の観点に係る遠隔指示システムは、被写体を撮像する撮像手段と、被写体に画像を投影する投影手段と、撮像手段の撮像画像を遠隔端末に送信すると共に遠隔端末でなされた撮像画像に基づく指示に応じたアノテーション画像を投影手段により被写体へ投影させる遠隔指示システムであって、撮像手段の撮像倍率を変更する倍率変更手段と、被写体と撮像手段との間の光路中に設けられると共に前記撮像手段の前記被写体に対する撮像方向を変更する方向変更手段とを有し、前記遠隔端末からの指示に応じて倍率変更手段及び方向変更手段を制御することを特徴としている。
この構成によれば、撮像手段の被写体に対する撮像方向を変更する方向変更手段を被写体と撮像手段との間の光路中に設けることにより、被写体と撮像手段との位置関係を変更することなく、被写体の撮像領域を変更でき、倍率変更手段により撮像倍率が変更された撮像領域が拡大又は縮小されて拡大画像又は縮小画像を遠隔端末で観察できる。

上記構成において、倍率変更手段は、撮像手段の光学系を構成する可変焦点レンズを含む、構成を採用できる。
この構成によれば、倍率変更手段としてＣＣＤ（charge coupled device）カメラ等に備わる可変焦点レンズを用いることにより、新たに倍率変更手段を用意する必要がなく、システムの低コスト化が可能となる。

上記構成において、方向変更手段は、被写体からの光を撮像手段に導くように反射させると共に投影手段の投影画像を被写体に向けて反射するミラーと、ミラーの向きを変更する駆動機構とを含む、構成を採用できる。
この構成によれば、ミラーの角度を適宜変更するだけで、撮像手段の撮像方向を変更できるので、比較的簡易な構成で方向変更手段を実現でき、システムの低コスト化が可能となる。

上記構成において、倍率変更手段は、前記撮像手段の撮像倍率の変更に応じて前記投影手段の投影倍率を変更する、構成を採用できる。
この構成によれば、被写体と撮像手段及び投影手段との位置関係を変更することなく、被写体の撮像領域及び投影領域を同時に変更できると共に、倍率変更手段により撮像領域及びアノテーション画像の拡大、縮小が同時にできて、被写体の拡大、縮小にあわせて拡大、縮小されたアノテーション画像を遠隔端末で観察できる。

上記構成において、倍率変更手段は、被写体と撮像手段及び投影手段との間の光路中に設けられたズームレンズを含む、構成を採用できる。
この構成によれば、ズームレンズを被写体と撮像手段及び投影手段との間の光路中に配置することにより、撮像倍率及び投影倍率を同時に変更できる。

本発明によれば、遠隔端末側において被写体の任意の領域を変倍して観察できると共に小型化されて低コストの遠隔指示システムが得られる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図４は、本発明の一実施形態を示す図であって、図１は遠隔指示システムの構成図、図２は撮像投影ユニットの外観斜視図、図３は撮像投影ユニットの内部を上方から見た図、及び、図４は方向変更手段としての方向変更機構の構造を示す図である。

この遠隔指示システムは、図１に示すように、被写体側装置１０、遠隔端末１００等を備えており、被写体側装置１０と遠隔端末１００とはネットワーク３００により相互に通信可能に接続されている。尚、図１においては、遠隔端末１００を一台のみ示しているが、複数の遠隔端末１００がネットワーク３００を通じて被写体側装置１０の後述するサーバ５０へ接続される。

被写体側装置１０は、撮像投影ユニット１１、制御手段としてのサーバ５０、被写体２００を回転させる回転テーブル２５０等から構成される。

撮像投影ユニット１１は、図１ないし図３に示すように、撮像手段としてのカメラ２０、投影手段としてのプロジェクタ４０、方向変更手段として方向変更機構２６０、ハーフミラー３０、反射防止用の光トラップ２８０等から構成されており、これらの構成要素は筐体内に内蔵されている。

カメラ２０は、例えば、ＣＣＤカメラ等で構成され、図３に示すように、方向変更機構２６０の後述する全反射ミラー２６１及びハーフミラー３０により反射された被写体２００の光学像を撮像可能な位置に配置されていると共に、その撮像画像はサーバ５０に取り込まれる。また、カメラ２０は、その光学系に図示しない可変焦点レンズで構成される撮像倍率を変更する倍率変更手段としてのズーム機能を備えている。

プロジェクタ４０は、その画角が被写体２００上でカメラ２０の画角に略一致するように配置されており、ハーフミラー３０に向けて画像を投影する。このプロジェクタ４０には、液晶プロジェクタ等が使用される。

光トラップ２８０は、ハーフミラー３０を介してカメラ２０に対向配置されており、プロジェクタ４０が投影した画像光のうちハーフミラー３０で反射した反射光が再び被写体２００とカメラ２０との間の光路中に戻るのを防止するために設けられている。

方向変更機構２６０は、図３に示すように、全反射ミラー２６１、駆動機構２６２等から構成されており、サーバ５０により制御されて、被写体２００とカメラ２０との間の光路中に設けられると共にカメラ２０の被写体２００に対する撮像方向及びプロジェクタ４０の被写体２００に対する投影方向を変更する。

全反射ミラー２６１は、被写体２００からの光をハーフミラー３０を介してカメラ２０に導かれるように反射すると共に、プロジェクタ４０の投影画像を被写体２００に向けて反射する。
駆動機構２６２は、図４に示すように、全反射ミラー２６１を保持するゴニオステージ２６２Ａ、ゴニオステージ２６２Ａを保持する回転ステージ２６２Ｂ等から構成されている。
ゴニオステージ２６２Ａは、モータにより駆動されて、軸ＣＴ１を中心に全反射ミラー２６１のチルト方向（垂直方向）の向きを変更する。
回転ステージ２６２Ｂは、モータにより駆動されて、軸ＣＴ２を中心に全反射ミラー２６１のパン方向（水平方向）の向きを変更する。
したがって、駆動機構２６２は、ゴニオステージ２６２Ａ及び回転ステージ２６２Ｂを組み合わせることにより、全反射ミラー２６１の向きを任意の向きに変更できる。

サーバ５０は、図１に示すように、カメラ２０，プロジェクタ４０、方向変換機構２６０等と接続されてこれらの動作を制御すると共に、ネットワーク３００を介して遠隔端末１００との間で各種情報を授受する。
また、サーバ５０は、カメラ２０の撮像画像を遠隔端末１００へ送信すると共に遠隔端末１００でなされた撮像画像に基づく指示に応じたアノテーション画像をプロジェクタ４０により被写体２００へ投影させる。尚、アノテーション画像には、線、文字、図形等のあらゆる形態の画像が含まれる。
さらに、サーバ５０は、遠隔端末１００からの指示に応じて方向変更機構２６０及びカメラ２０のズーム機能を制御する。

遠隔端末１００は、図１に示すように、液晶表示装置やＣＲＴ等からなる表示装置１１０、ネットワーク３００に接続されたコンピュータ１２０、コンピュータ１２０に接続されたポインティングデバイス（マウスまたはペンタブレット）１３０等から構成されている。
表示装置１１０は、その表示画面に被写体側装置１０から送信される画像を表示する。
ポインティングデバイス（マウスまたはペンタブレット）１３０は、撮像画像が表示された表示画面においてポインタで各種ボタン等を操作することにより、被写体２００へ投影するアノテーション画像を描画する指示、被写体２００における所望の領域を拡大させるズームアップ指示、被写体２００を縮小表示させるズームダウン指示、被写体２００を回転させる指示などである。

ここで、図５は、表示装置１１０の表示画面上での操作の一例を説明するための図である。
遠隔端末１００のオペレータは、被写体２００へアノテーション画像を投影させる場合には、図５に示すように、被写体２００の撮像画像に基づいてマウス１３０や表示画面上の各種ボタンＢＴを操作して被写体２００に対する描画指示を実行する。コンピュータ１２０は、オペレータの描画指示に応じた描画コマンドを発行し、サーバ５０へ送信する。サーバ５０では、描画コマンドに応じたアノテーション画像を形成し、このアノテーション画像を被写体２００に向けてプロジェクタに投影させる。このときのカメラ２０による撮像画像は、サーバ５０からコンピュータ１２０へ送られ、表示装置１１０の表示画面には、図５（Ａ）に示すように、アノテーション画像ＤＲが投影された被写体２００が映し出される。

表示装置１１０の表示画面に被写体２００の所望の領域を拡大させて表示させたい場合には、遠隔端末１００のオペレータは、マウス１３０や各種ボタンＢＴを操作して図２（Ａ）に示すように、表示画面上で被写体のズームアップしたい領域を指示する。
遠隔端末１００では、オペレータによる操作により指示された領域のズームアップを指令するコマンドを生成してサーバ５０へ送信する。
サーバ５０は、ズームアップを指令するコマンドを受けて、方向変更機構２６０及びカメラ２０のズーム機能を制御する。具体的には、サーバ５０は、ゴニオステージ２６２Ａ及び回転ステージ２６２Ｂを制御して図２（Ａ）に示す被写体２００のズームアップしたい領域が画面の中心部にくるように全反射ミラー２６１の向きを変更すると共に、指定された領域のサイズ等から必要な撮像倍率を決定してカメラ２０のズーム機能を制御する。
これにより、カメラ２０はオペレータの指示した被写体２００の領域を適切な撮像倍率で拡大して撮像し、カメラ２０の撮像画像は、サーバ５０から遠隔端末１００へ送信されて、図２（Ｂ）に示すように、表示装置１１０の表示画面に被写体２００の指示領域の拡大画像が表示される。

以上のように、本実施形態によれば、カメラ２０と被写体２００との間の光路中に向きを変更可能な全反射ミラー２６１を設けることにより、カメラ２０と被写体２００との相対位置を変更せずに、カメラ２０の被写体２００に対する撮像方向を遠隔端末１００からの要求に応じて変更できると共に、カメラ２０に備わるズーム機能を利用することにより、被写体２００の所望の領域の撮像倍率を変更できる。この結果、カメラ２０と被写体２００との間の位置関係を変更するための大掛かりな装置が必要なく、システムを簡易構成できると共に低コスト化できる。

図６及び図７は、上記した撮像投影ユニットの変形例を示す図であって、図６は外観斜視図、及び、図７は撮像投影ユニットの内部を横から見た図である。尚、図６及び図７において、上記実施形態と同一構成部分については同一の符号を使用している。
この撮像投影ユニット１１Ａと、上記した撮像投影ユニット１１Ａとの間で異なる点は、各構成要素の配置である。
上記撮像投影ユニット１１は、カメラ２０、ハーフミラー３０、プロジェクタ４０、方向変更機構２６０等を平面上に配置したが、撮像投影ユニット１１Ａでは、カメラ２０、ハーフミラー３０、方向変更機構２６０等を縦方向に沿って配置して、撮像及び画像投影をプロジェクタ４０の上方に形成される空間を利用して行う。
このような縦型の配置とすることにより、撮像投影ユニットの設置スペースを小面積化できる。

図８は、本発明の他の実施形態に係る遠隔指示システムに用いられる撮像投影ユニットの内部構成を示す図である。尚、図８において、上記実施形態と同一構成部分については同一の符号を使用している。
この撮像投影ユニット１１Ｂと、図７に示した撮像投影ユニット１１Ａとで異なる点は、撮像投影ユニット１１Ｂは、ハーフミラー３０と全反射ミラー２６１との間に倍率変更手段としてのズームレンズ２７０を備えている点である。すなわち、ズームレンズ２７０は、被写体２００とカメラ２０及びプロジェクタ４０との間の光路中に設けられている。

ズームレンズ２７０は、アクチュエータ２７１により駆動され、アクチュエータ２７１は、遠隔端末１００からの指示に応じてサーバ５０により制御される。
上記実施形態では、カメラ２０のズーム機能を用いて被写体２００の撮像倍率を変更した場合であっても、プロジェクタ４０から投影されるアノテーション画像の投影倍率は一定である。
本実施形態では、ズームレンズ２７０を被写体２００とカメラ２０及びプロジェクタ４０との間の光路中に設けることにより、被写体２００の撮像倍率の変更に合わせてプロジェクタ４０の投影倍率を変更することができる。

上記実施形態では、遠隔端末１００がサーバ５０にネットワーク３００により接続されている場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、他の手段により遠隔端末１００をサーバ５０に接続することもできるし、また、遠隔端末１００を被写体２００の側に配置することも可能である。

上記実施形態では、被写体２００を回転させる回転ステージを設けて被写体２００と撮像投影ユニットとの相対位置を変更できるシステムについて説明したが、これに限定されるわけではなく、回転ステージが存在しなくても本発明を適用できる。

上記実施形態では、投影手段としてプロジェクタを用いた場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、例えば、レーザ光の光をガルバノミラーで走査することで、目標物に照射して画像を形成することも可能である。

上記実施形態では、駆動機構を回転ステージとゴニオステージで構成した場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、全反射ミラー２６１の向きを変更できる機構であれば他の機構を採用できる。

上記実施形態では、サーバにより駆動機構を制御する場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、専用のコントローラを設けてもよい。

本発明の一実施形態に係る遠隔指示システムの構成図である。 撮像投影ユニットの外観斜視図である。 撮像投影ユニットの内部を上方から見た図である。 方向変更機構の構造を示す図である。 表示装置の表示画面上での操作の一例を説明するための図である。 撮像投影ユニットの変形例を示す外観斜視図である。 撮像投影ユニットの内部を横から見た図である。 本発明の他の実施形態に係る遠隔指示システムに用いられる撮像投影ユニットの内部構成を示す図である。

符号の説明

１０…被写体側装置
２０…カメラ（撮像手段）
４０…プロジェクタ（投影手段）
５０…サーバ
１００…遠隔端末
１１０…表示装置
１１１…表示画面
１２０…コンピュータ
１３０…ポインティングデバイス
２００…被写体
２６０…方向変更機構（方向変更手段）
２７０…ズームレンズ（倍率変更手段）
３００…ネットワーク
ＤＲ…アノテーション画像

Claims (5)

1. 被写体を撮像する撮像手段と、被写体に画像を投影する投影手段と、前記撮像手段の撮像画像を遠隔端末に送信すると共に遠隔端末でなされた前記撮像画像に基づく指示に応じたアノテーション画像を前記投影手段により前記被写体へ投影させる遠隔指示システムであって、
   前記撮像手段の撮像倍率を変更する倍率変更手段と、
   前記被写体と前記撮像手段との間の光路中に設けられると共に前記撮像手段の前記被写体に対する撮像方向及び前記投影手段の前記被写体に対する投影方向を変更する方向変更手段と、を有し、
   前記遠隔端末からの指示に応じて前記倍率変更手段及び方向変更手段を制御することを特徴とする遠隔指示システム。
2. 前記倍率変更手段は、前記撮像手段の光学系を構成する可変焦点レンズを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠隔指示システム。
3. 前記方向変更手段は、前記被写体からの光を前記撮像手段に導くように反射させると共に前記投影手段の投影画像を前記被写体に向けて反射するミラーと、前記ミラーの向きを変更する駆動機構とを含む、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠隔指示システム。
4. 前記倍率変更手段は、前記撮像手段の撮像倍率の変更に応じて前記投影手段の投影倍率を変更する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠隔指示システム。
5. 前記倍率変更手段は、前記被写体と前記撮像手段及び前記投影手段との間の光路中に設けられたズームレンズを含む、
   ことを特徴とする請求項４に記載の遠隔指示システム。
   

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