JP2007251429A - 動画撮影装置及びズーム調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影対象物のサイズ変化にあわせたズーム調整を簡易化するための技術を提供する。
【解決手段】動画撮影装置が、ズーム機能を有し動画撮影可能な撮像手段を備える。動画撮影装置は、時系列な複数の画像のそれぞれから対象物のサイズを検出し、複数の画像の検出結果から得られる対象物のサイズの変化量を用いて、撮像手段のズームを調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ズーム機能を有する動画撮影装置に関し、特に動画撮影装置のズーム調整方法に関する。

撮影倍率やズーム速度を変更可能な動画撮影装置が知られている（特許文献１参照）。この種の装置において、被写体（撮影対象物）を所望のサイズで撮影したり、被写体にズームイン（あるいは被写体からズームアウト）するような撮影効果を得たりする場合には、ユーザ自らがズーム操作を行わなければならない。撮影距離（被写体と撮影装置の距離）が一定のときは、このようなズーム操作は比較的たやすい。しかし、被写体が奥行き方向（光軸方向）に移動しているときなどは、撮影距離の変動によるサイズ変化を考慮しながらズーム操作を行わねば、思い通りの撮影倍率やズーム速度を達成することはできない。例えば、「遠→近→遠」と移動する被写体を一定のサイズで撮影しようとしたら、被写体の移動速度と同期をとりながら、撮影倍率を「高→低→高」と調整する必要があるが、このようなズーム操作を手動で行うのは極めて困難である。

なお、画像から顔サイズを検出することで、被写体の顔が所定のサイズで撮影されるように撮影倍率を自動調整する技術が提案されている（特許文献２）。ただし、この方法は証明用写真（静止画）の撮影に適用されるものであり、この方法をそのまま動画撮影におけるズーム調整に転用することはできない。
特開平７−４３５９０号公報 特開２００１−２１５６０５号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、撮影対象物のサイズ変化にあわせたズーム調整を簡易化するための技術を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用する。

本発明に係る動画撮影装置は、ズーム機能を有し、且つ、動画撮影可能な撮像手段を備える。ズーム機能としては、光学ズームでもよいし、デジタルズームでも構わない。

この動画撮影装置は、ズームを自動調整するための機能として、検出手段とズーム調整手段を備える。検出手段は、撮像手段で撮影された動画を構成する画像から対象物のサイズを検出する機能であり、ズーム調整手段は、時系列な複数の画像の検出結果から得られる前記対象物のサイズの変化量を用いて、前記撮像手段のズームを調整する機能である。対象物のサイズとしては、例えば、画像上での幅や高さ、画像上での面積などを採用できる。また画像上でのサイズを実空間上のサイズに換算した値を用いても構わない。

この構成によれば、対象物のサイズ変化にあわせたズーム調整を自動で行うことができる。

ズーム調整手段は、前記対象物のサイズが一定になるように前記撮像手段のズームを調整するとよい。また、ズーム調整手段は、前記対象物のサイズの変化度合が目標値と等しくなるように前記撮像手段のズームを調整してもよい。このときユーザに前記目標値を入
力させる操作手段を備えるとなおよい。対象物のサイズの変化度合としては、例えば、画像上での幅、高さ、面積などの変化速度（単位時間あたりの変化量）、撮像手段の画角の変化速度などを用いるとよい。

従来、奥行き方向の距離が変化する対象物を一定サイズで撮影したり、一定のズーム速度で撮影したりするには、極めて高度な撮影テクニック（ズーム操作）が必要であった。しかし、本発明によれば、画像上の対象物のサイズ変化に応じてズーム調整が自動で行われ、上記のような高度な撮影を非常に簡単に実現できる。

前記対象物は人の顔であり、前記検出手段は、前記画像から顔のサイズを検出するものであるとよい。ただし、人の顔以外のものを対象物とすることもできる。

本発明は、上記手段の少なくとも一部を有する動画撮影装置として捉えてもよいし、上記処理の少なくとも一部を含むズーム調整方法あるいは動画撮影方法、または、かかる方法を実現するためのプログラムやそのプログラムを記録した記録媒体として捉えることもできる。なお、上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。

本発明によれば、撮影対象物のサイズ変化にあわせたズーム調整が簡易になる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ここでは、本発明をデジタルビデオカメラに適用した例を挙げるが、本発明はデジタルビデオカメラに限らず、アナログビデオカメラ、動画撮影機能を有するデジタルカメラなどの各種撮影装置、並びに、動画撮影機能を有する撮像装置を備えた電子機器や携帯端末（コンピュータ、ＰＤＡ、携帯電話など）などに好ましく適用することができる。

＜装置構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る動画撮影装置の機能構成を示すブロック図である。動画撮影装置は、概略、撮像部１、対象物検出部２、対象物サイズ記憶部３、操作部４、ズーム調整部５、表示部６、画像記録部７を備えている。本実施形態では、これらの機能要素は、演算処理装置がソフトウエア（プログラム）を実行し、必要に応じてカメラ、光学系、メモリ、ディスプレイなどのハードウエア資源を制御することで実現される。ただし、これらの機能要素を専用のチップで構成しても構わない。

（撮像部）
撮像部１は、動画を撮影可能な撮像手段であって、光学系（レンズ群）と撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサなど）とを備えている。また、撮像部１はオートフォーカス機能及びズーム機能を備えている。ズーム機能としては、レンズ群の配置を制御することにより撮影倍率（画角）を変更する光学ズームと、撮像素子に入力された画像の一部をトリミングし拡大することで倍率を変更するデジタルズームのいずれか、又は、両方を備えることが好ましい。撮像部１で撮影された画像は不図示のメモリに一時的に格納される。この画像は、表示部６での表示処理、画像記録部７での動画生成及び記録処理、対象物検出部２での対象物検出処理などに供される。

（対象物検出部）
対象物検出部２は、画像から対象物のサイズを検出する機能である。本実施形態の対象物検出部２は、対象物として「人の顔」を検出し、対象物のサイズとして顔幅（ピクセル数）を算出する。

この顔検出処理は、１回／Ｎフレーム（Ｎは１以上の整数）のように一定の時間間隔で実行してもよい。ただし、画像や対象物に依存して顔検出に要する時間が変動する可能性もあるので、１回の処理が終わり次第、最新フレームの画像を用いて次回の処理を開始する、というようにしてもよい。この場合は、顔検出の時間間隔は一定とはならない。

対象物検出部２による顔検出処理は、既存のどのような技術が適用されてもよい。一例を挙げると、（１）顔全体の輪郭に対応した基準テンプレートを用いたテンプレートマッチングによって顔を検出する手法、（２）顔の器官（目、鼻、耳など）に基づくテンプレートマッチングによって顔を検出する手法、（３）クロマキー処理によって頭部などの頂点を検出し、この頂点に基づいて顔を検出する手法、（４）肌の色に近い領域を検出し、その領域を顔として検出する手法、（５）ニューラルネットワークを使って教師信号による学習を行い、顔らしい領域を顔として検出する手法、などがある。自動で顔を検出するのではなく、人が顔の位置や大きさを指定してもよい。

画像から複数の人の顔が検出された場合には、顔の大きさ、向き、位置などの所定の基準に基づいて処理対象とする顔を決定してもよいし、一つ前の処理で検出された顔から最も近い位置にある顔を処理対象としてもよい。あるいは、顔検出だけでなく顔認識をも行って、特定の個人だけを処理対象としたり、同一顔を追跡したりすることも好ましい。

（対象物サイズ記憶部）
対象物サイズ記憶部３は、対象物検出部２にて検出された対象物のサイズを時系列に記憶する機能である。本実施形態では、対象物検出部２で算出された顔幅の値を、処理対象となった画像の撮影時刻とともに、メモリに順次蓄積していく。蓄積するデータ数は、ズーム調整部５での計算で参照される数以上であれば十分である。

（操作部）
操作部４は、スイッチやボタンなどで構成される入力インターフェイスである。例えば、撮影の開始／終了、記録の開始／終了、ズーム操作、記録された動画の再生・削除・編集などの命令を入力するためのインターフェイスが設けられる。これらのインターフェイスは、物理的（機械的）なスイッチ等で構成されていてもよいが、タッチパネル式の表示部６を用いてソフトウエア的に構成されていても構わない。

ズーム操作のためのインターフェイスとしては、撮影倍率（ズーム位置）を可変するための拡大／縮小スイッチと、ズーム速度を可変するための速度可変スイッチとを備える。このようなインターフェイスは例えばポテンショメータを具備するシーソースイッチなどで構成可能である。撮影倍率は無段階可変できることが好ましい。ズーム速度は無段階可変でも複数段階可変でもよい。

ユーザによってズーム操作が行われると、操作部４からズーム操作信号が出力される。この信号はＡ／Ｄ変換された後、ズーム操作量（目標値）としてズーム調整部５に入力される。本実施形態では、ズーム操作量の絶対値が、ユーザによって指定されたズーム速度を表し、ズーム操作量の符号「＋」「−」がそれぞれ「拡大」「縮小」を表すものとする。ズーム操作が無いときは、ズーム操作量はゼロとなる。

（ズーム調整部）
ズーム調整部５は、撮像部１のズームを調整する機能である。ズーム調整部５は、対象物検出部２により検出された対象物のサイズの変化量と、ユーザにより入力されたズーム操作量とを考慮して、最適なズーム速度を算出し、撮像部１のズーム機能に命令を送出する。

図２は、ズーム調整制御のブロックダイアグラムを示している。このブロックダイアグラムを参照しながら、ズーム調整制御の流れを説明する。

ズーム調整部５は、対象物サイズ記憶部３を参照して、時刻ｔにおける検出サイズＳｔと初期サイズＳ０を得る。初期サイズＳ０は、例えば、初回の検出サイズでもよいし、過去数回の検出サイズを平均したものでもよいし、時刻ｔの一つ前の回の検出サイズでもよい。あるいは、ユーザに初期サイズＳ０を指定させるようにしてもよい。

次に、ズーム調整部５は、検出サイズＳｔと初期サイズＳ０の差分（つまり、対象物のサイズの変化量）Ｓ０−Ｓｔから、対象物のサイズを初期サイズに戻すために必要なズーム量ｇ（Ｓ０−Ｓｔ）を算出する。ズーム量ｇ（Ｓ０−Ｓｔ）は、撮影距離の変化に起因する対象物のサイズ変化をキャンセルするためのズーム量といえる。

ここで、操作部４からズーム操作量Ｉｔの入力がある場合には、ズーム操作量Ｉｔをズーム量ｈ（Ｉｔ）に換算する。なお、ズーム操作無しの場合には、Ｉｔ＝ｈ（Ｉｔ）＝０となる。

続いて、ズーム調整部５は、対象物サイズの変化量から算出されたズーム量ｇ（Ｓ０−Ｓｔ）と、ズーム操作量から算出されたズーム量ｈ（Ｉｔ）に基づき、ズーム速度ｖｔを算出する。ズーム速度ｖｔは、次式で表すことができる。なお、拡大か縮小かは、ｖｔの符号で表現すればよい。
ｖｔ＝Ｆ（ｇ（Ｓ０−Ｓｔ）＋ｈ（Ｉｔ））

撮像部１では、このズーム速度ｖｔに従ってズームを行い、撮影を行う。新たに撮影された画像から検出された対象物サイズは、次回のズーム調整制御にフィードバックされる。

上記ズーム調整制御によれば、ズーム量ｇ（Ｓ０−Ｓｔ）を考慮したことで、動画中の対象物のサイズの変化度合が、ユーザによって指定された目標値と可及的に等しくなるように、ズーム速度が調整される。なお、ズーム操作量がゼロのときは、対象物のサイズが一定に保たれるようになる。

（画像記録部）
画像記録部７は、撮像部１から入力された画像と不図示のマイクから入力された音声とをエンコードして動画を生成する機能と、生成した動画を記録するための記録媒体とを備えている。記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどの書き換え可能な記録媒体が用いられる。また画像記録部７は、記録媒体に記録された動画の再生機能も有する。

（表示部）
表示部６は、画像の表示が可能な表示パネルであって、例えば液晶ディスプレイパネルなどから構成される。撮像部１で撮影中の画像、画像記録部７で再生される動画、その他のアイコンやメッセージなどが表示部６に表示される。表示部６は、ファインダー内部に内蔵されていてもよいし、装置外から視認可能とするために装置本体側面などに回動自在に取り付けられていてもよいし、装置とは別体で構成されていてもよい。

＜動作例＞
次に、動画撮影装置の動作例を説明する。ここでは、図３（ａ）に示すように、対象物が遠方から近づき、また離れていく、というシーンを撮影する例を挙げる。通常モード（
ズーム調整制御をオフにした状態）でこのシーンを撮影すると、図３（ｂ）のような動画となる。撮影距離に応じて対象物のサイズが変化することがわかる。

（実施例１）対象物のサイズを一定に保つ場合
対象物のサイズを一定にしたい場合には、ズーム操作を無し（Ｉｔ＝ｈ（Ｉｔ）＝０）にすればよい。

そうすると、ズーム速度ｖｔは、
ｖｔ＝Ｆ（ｇ（Ｓ０−Ｓｔ））
となり、対象物のサイズを初期サイズＳ０に保つようなズーム調整が行われる。よって、図４に示すように、動画撮影装置と対象物間の距離にかかわらず、一定の大きさで対象物を撮影することができる。

図５は、ズーム操作量と対象物サイズの関係について、従来例と実施例１とを比較したものである。ただし、従来例としては、ズーム速度を高速／低速の２段階に切換可能な装置を想定している。つまり、ズーム操作量は、高速ズームイン／低速ズームイン／無し／低速ズームアウト／高速ズームアウトの５つの値をとる。

従来例の場合、撮影の前半では対象物が近づいてくるので低速ズームアウトを行い、撮影の後半では対象物が遠ざかるので低速ズームインを行う必要がある。このようなズーム操作は高度なテクニックが必要であるし、煩わしくもある。しかも、図５の下段に示すように、従来例のようなズーム操作の場合には、対象物のサイズを一定に保つことすら難しい。これに対し、実施例１では、特別なズーム操作を行うことなく、対象物のサイズをほぼ一定に保つことができ、撮影の簡単化が図られる。

（実施例２）対象物に一定速度でズームインする場合
図６に示すように、対象物に一定速度でズームインする動画を撮影するときは、操作部４を用いて所望のズーム操作量を入力するだけで足りる。

図７は、ズーム操作量と対象物サイズの関係について、従来例と実施例２とを比較したものである。従来例の場合、「無し→低速ズームアウト→無し→高速ズームイン→低速ズームイン」のように、極めて難しいズーム操作が要求される。これに対して、実施例２では、低速ズームインに固定するだけで、一定速度で対象物を拡大することができる。

以上述べたように、本実施形態の構成によれば、撮影対象物のサイズ変化にあわせたズーム調整を極めて簡易化することができ、素人でも思い通りの動画を撮影できるようになる。

なお、上記実施形態は本発明の一具体例を例示したものにすぎない。本発明の範囲は上記実施形態に限られるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、対象物検出部２の検出対象は「人の顔」に限られない。人の身体全体でもよいし、顔以外のパーツ（腕、手、指、脚、足など）でもよい。さらには、人以外の生物でもよいし、生物でない物体（自動車や建造物などの被写体になり得るもの）であってもよい。何を検出対象とするかは、動画撮影装置の使用目的等に応じて予め定められる。

図１は、動画撮影装置の機能構成を示すブロック図である。 図２は、ズーム調整制御のブロックダイアグラムである。 図３（ａ）は、シーンの一例を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のシーンを通常モードで撮影したときに得られる動画を示す図である。 図４は、実施例１で得られる動画を示す図である。 図５は、ズーム操作量と対象物サイズの関係について、従来例と実施例１とを比較する図である。 図６は、実施例２で得られる動画を示す図である。 図７は、ズーム操作量と対象物サイズの関係について、従来例と実施例２とを比較する図である。

符号の説明

１ 撮像部
２ 対象物検出部
３ 対象物サイズ記憶部
４ 操作部
５ ズーム調整部
６ 表示部
７ 画像記録部

Claims (7)

1. ズーム機能を有し動画撮影可能な撮像手段と、
   前記撮像手段で撮影された動画を構成する画像から対象物のサイズを検出する検出手段と、
   時系列な複数の画像の検出結果から得られる前記対象物のサイズの変化量を用いて、前記撮像手段のズームを調整するズーム調整手段と、
   を備える動画撮影装置。
2. 前記ズーム調整手段は、前記対象物のサイズが一定になるように前記撮像手段のズームを調整する
   請求項１に記載の動画撮影装置。
3. 前記ズーム調整手段は、前記対象物のサイズの変化度合が目標値と等しくなるように前記撮像手段のズームを調整する
   請求項１に記載の動画撮影装置。
4. ユーザに前記目標値を入力させる操作手段をさらに備える
   請求項３に記載の動画撮影装置。
5. 前記対象物は人の顔であり、
   前記検出手段は、前記画像から顔のサイズを検出するものである
   請求項１〜４のいずれかに記載の動画撮影装置。
6. ズーム機能を有し動画撮影可能な撮像手段を備えた動画撮影装置が、
   前記撮像手段で撮影された動画を構成する、時系列な複数の画像のそれぞれから対象物のサイズを検出し、
   前記複数の画像の検出結果から得られる前記対象物のサイズの変化量を用いて、前記撮像手段のズームを調整する
   ズーム調整方法。
7. ズーム機能を有し動画撮影可能な撮像手段を備えた動画撮影装置に、
   前記撮像手段で撮影された動画を構成する、時系列な複数の画像のそれぞれから対象物のサイズを検出する処理と、
   前記複数の画像の検出結果から得られる前記対象物のサイズの変化量を用いて、前記撮像手段のズームを調整する処理と、
   を実行させるプログラム。

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