JP2008227576A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脱調が発生した場合においても、パン・チルト機構の回転を継続し、監視すべき位置を正確に撮影する。
【解決手段】Ｓ１００で基準位置をパン回転部が通過することを監視し、基準位置を通過した場合には、Ｓ１０１で相対位置計数値情報と現在位置情報との誤差量ＥＲの算出を行う。次にＳ１０２で、パン回転部の回転速度ＳＰを検出し、Ｓ１０３で予め規定されている回転速度ＳＰと補正用判定閾値ＴＨのテーブル情報を比較して、回転速度ＳＰに適切な補正用判定閾値ＴＨを算出する。Ｓ１０４において、誤差量ＥＲが閾値ＴＨを超える誤差量であった場合には、Ｓ１０５で相対位置計数値を補正する。
離れた場所から遠隔制御を行う場合には、Ｓ１０６以降の処理により位置補正情報を通知することで、パン回転部の安全管理を行う。Ｓ１０６において通知を実施するか否かの判定を行い、通知が許可されている場合には、Ｓ１０７において通知を実施する。
【選択図】図２

Description

本発明は、外力等により例えば監視カメラの制御部が認識している撮影方向と実際の撮影方向とに相違が生じた場合に、その相違の発生を検出すると共に補正する手段を備えた撮像装置に関するものである。

従来の監視システムとしては、少ない台数のカメラで、より広範囲の監視を行うことを目的に、カメラの撮影方向を上下左右に移動させるパン・チルト機構が採用されている。

近年では更に、撮影した画像情報から移動物体の大きさ、位置、移動方向を検出する動体検知技術を用いて、移動物体を主被写体とした最適な撮影を行うことがある。このために、レンズ撮影画角とパン・チルト角度を自動制御することで、移動体を追従しながら撮影する自動追従システムが実用化されてきている。

その他にも、常時撮影監視を行うことが困難な複数の進入監視区域に対しては、人感赤外線センサやドア開閉センサ等と組み合わせて、センサが有事を検出した際に駆動するカメラが用いられている。これはパン・チルトズーム機構を自動駆動して、瞬時にカメラを監視対象区域に向かせて監視撮影を行うシステムや、有事を検知した情報を遠隔地の管理者に通知すると共に、タイムラプスレコーダで映像を記録するシステムを組み合わせている。これにより、オペレータが不在であっても、監視機能が実現可能なカメラシステムが得られる。

そして、パン・チルト機構の実現手段としては、安価なステッピングモータを採用したシステムが多く採用されている。モータ位置制御方式も、デジタル又はアナログ形式で位置データが出力されるポテンションメータを用いたクローズループ制御方式や、モータ駆動指令信号のパターンに基づいて、相対的に現在位置の演算を行うオープンループ制御方式が実用化されている。

ポテンションメータを採用する方式は、センサ部品自体のコストが高い上、出力性能に温度変化特性や経年変化特性を持っているため、正確な位置検出が困難であり、誤検出を防止するための補正回路が必要であるなどの複雑な構成となる。

一方、相対的に現在位置の演算を行うオープンループ制御方式では、モータ制御回路の駆動指令信号パターンに対して、常に安定的にパン・チルト機構の回転が伴っているとの前提で制御が行われている。そのため、外部からの力でパン・チルト機構がずらされた場合、或いは温度変化によるモータトルク特性の変化やモータ駆動電圧の変化などにより、脱調が発生する場合がある。パン・チルト制御側はこの脱調を検出することはできず、制御側が認識している現在位置と実際の位置がずれたまま、パン・チルト機構の回転を継続してしまい、監視すべき位置を正確に撮影できないという問題が生ずる。

ステッピングモータを使用したオープンループ制御方式では、ステッピングモータの回転角度の管理を行うことで雲台回転部の位置制御を行っている。そのため、機械的ながたつきなどを起因とする位置精度の悪化は必ず発生するものであるが、物理的な絶対位置を管理するために、エンコーダ装置等の絶対位置検出手段を新たにした場合には、上述の様々な問題点が発生する。また、雲台回転部の停止位置精度による画面上の撮影範囲の誤差は、レンズの倍率が高くなるにつれて大きくなる傾向にある。

特に、監視カメラにおいては、複数の監視対象物ごとにパン・チルトズーム位置を事前にプリセット設定し、プリセット位置を定期的に巡回する運用がなされる。しかし、機械的ながたつきが原因で移動方向ごとに目標位置の停止精度がばらつくと、適切な監視を行うことが困難になってくる。更に、監視カメラには高倍率レンズが使用されるケースが多く、監視対象物が撮影されていない問題は致命的となる。

上記の問題点を解決するために、例えば特許文献１に開示のパン・チルトカメラシステムでは、駆動指令信号により現在位置を推定し、画像処理回路から出力されるずれ量に基づいて現在位置の補正を行っている。これにより、脱調等で発生する制御側が認識している現在位置と実際の位置とのずれを補正している。また、基準位置検出回路に廉価なフォトセンサなどを使用することでシステムが安価に実現でき、温度変化や経年変化がないため位置データが変化することなく、長寿命で安定して使用できることを考慮している。

また、パン・チルト駆動機構に障害が発生し回転制御が不能となる問題は、モータ内部のコイルショートが原因によることが多く、この状態を認識できずにモータ駆動を継続すると発火発煙に至る危険性がある。

特開平１１−３４１３３５号公報

しかし上述したように、画像認識により脱調発生の有無及び脱調量を検出する方法では、監視カメラが設置される状況としては、圧倒的に多い悪天候時や暗所撮影時に明瞭な撮影映像を得ることができない。従って、誤検出や誤補正に至る場合が多く生ずるという問題を有している。

本発明の目的は、脱調が発生した場合においても、パン・チルト機構の回転を継続し、監視すべき位置を正確に撮影できる撮像装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、ずれの補正量、補正頻度に基づいて故障判定を行うことで重大事故を未然に防止し得る撮像装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、がたつきがある場合にも、正確な位置への停止を可能とする撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る撮像装置の技術的特徴は、被写体を撮影する撮影手段と、該撮影手段の撮影方向を移動させる撮影方向移動手段と、該撮影方向移動手段の制御を行う撮影方向制御手段と、前記撮影方向移動手段の基準位置を検出する基準位置検出手段と、前記撮影方向制御手段からの制御信号に基づいて前記撮影方向移動手段の現在位置を算出する現在位置算出手段と、前記基準位置検出手段と前記現在位置算出手段の位置情報を比較し位置情報誤差を算出する誤差算出手段と、該誤差算出手段から得られた誤差値と補正用判定閾値とを比較し前記現在位置算出手段による現在位置を補正する補正手段とを有することにある。

また、本発明に係る撮像装置の技術的特徴は、被写体を撮影する撮影手段と、該撮影手段の撮影方向を移動させる撮影方向移動手段と、該撮影方向移動手段の制御を行う撮影方向制御手段と、前記撮影方向移動手段の基準位置を検出する基準位置検出手段と、前記撮影方向制御手段からの制御信号に基づいて前記撮影方向移動手段の現在位置を算出する現在位置算出手段と、前記撮影方向移動手段の移動方向を反転させた際に発生する反転時の位置誤差情報に基づいて、前記撮影方向制御手段による駆動指令信号又は前記現在位置算出手段による現在位置を補正し、前記撮影方向移動手段を異なる方向から移動させた場合に撮影方向を略同一位置に制御する制御手段とを有することにある。

本発明に係る撮像装置によれば、脱調が発生した場合においても、基準位置検出手段を用いてずれ量を算出し補正し、監視すべき位置を正確に撮影できる。

また、モータ駆動を継続したことで発火発煙に至る危険性を、ずれの補正量、補正頻度に基づいて故障判定を行うことで、未然に防止することが可能となる。

更に、基準位置検出手段を用いて反転時位置誤差量を検出し、これに基づいて目標位置を補正することで、がたつきがある場合にも正確な停止位置の実現が可能となる。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１のブロック回路構成図であり、概略的に、被写体を撮影する撮像装置であるカメラ撮影部１と、カメラ撮影部１の撮影方向を移動するための撮影方向移動部である雲台部２とから構成されている。雲台部２は撮影方向を水平方向に移動させるパン回転部２ｐと、撮影方向を垂直方向に移動させるチルト回転部２ｔとから構成されている。

パン回転部２ｐには撮影方向制御手段３が設けられ、この撮影方向制御手段３には、センサインタフェース４、誤差算出手段５、補正用判定閾値算出手段６、通信制御部７の出力が接続されている。また、センサインタフェース４の出力は基準位置算出手段８を介して誤差算出手段５に接続されている。通信制御部７に撮影方向遠隔制御部９の出力が接続されている。

撮影方向制御手段３の出力はモータドライバ１０、現在位置算出手段１１、補正用判定閾値算出手段６に接続されている。モータドライバ１０の出力はカメラ撮影部１を駆動するステッピングモータ１２に接続され、現在位置算出手段１１の出力は位置情報誤差を算出する誤差算出手段５に接続されている。また、パン回転部２ｐの基準位置を検出する例えばフォトセンサから成る基準位置センサ１３の出力は、センサインタフェース４に接続されている。

基準位置センサ１３はパン回転部２ｐの基準位置検出手段として機能し、ステッピングモータ１２は撮影方向移動手段としてパン回転部２ｐのパン方向回転軸を回転する。センサインタフェース４は基準位置センサ１３からの検出出力を撮影方向制御手段３に入力するための電気信号に変換し、モータドライバ１０は撮影方向制御手段３から出力されるモータ制御信号を、ステッピングモータ１２が駆動可能な電気信号形式に変換する。

撮影方向制御手段３は外部操作手段からのカメラ制御コマンドに従い、パン回転部２ｐ全体の運行管理を行っている制御回路であり、一般的にはワンチップマイコン等のＣＰＵで構成され、基準位置センサ１３からの基準位置出力を監視する監視機能を有している。パン回転部２ｐの回転制御では、回転速度を管理する駆動指令信号の周波数管理、回転方向を決定するための駆動指令信号の位相管理、加減速制御に従い、ステッピングモータ１２の回転制御を行うモータ速度制御機能を行っている。

基準位置算出手段８はセンサインタフェース４からの検出信号に基づいて、パン回転部２ｐのパン方向の現在位置を相対的に算出する。つまり、パン回転部２ｐが基準位置にある場合に、現在位置算出手段１１はモータ駆動指令信号のパルス数に基づいて現在位置を算出する。

そして、誤差算出手段５は基準位置算出手段８と現在位置算出手段１１との位置情報の差分を検出することで、脱調等により発生した相対位置誤差を算出する。補正用判定閾値算出手段６はパン回転部２ｐの回転速度、機械的がた量、回転方向等の情報を撮影方向制御手段３から取得して、誤差算出手段５で得られた検出誤差値により、誤った誤差検出を防止する目的で用いられる許容誤差量の算出を行う。

撮影方向遠隔制御部９は外部からパン回転部２ｐを遠隔制御し、イーサーネットやＲＳ２３２Ｃ、ＲＳ４８５などで実現される通信手段によりパン回転部２ｐと接続され、通信制御部７を介して撮影方向制御手段３にその制御コマンドが送出される。

このような構成により、基準位置算出手段８からの情報に基づいて、パン回転部２ｐの誤差を自動補正する雲台位置補正機能が実現される。チルト回転部２ｔにおいても図示は省略しているが、回転軸が水平軸から垂直軸に変更になる以外は、パン回転部２ｐと同様な機能構成により実現されている。なお、撮影方向遠隔制御部９はパン回転部２ｐ、チルト回転部２ｔの何れにも共通に使用されている。

図２は基準位置算出手段８による現在位置算出手段１１の相対位置計数値と実際位置の誤差補正、及びパン回転部２ｐの安全性と信頼性管理を行うフローチャート図である。ステップＳ１００で、基準位置算出手段８による基準位置をパン回転部２ｐが通過することを監視している。そして、パン回転部２ｐが基準位置を通過した場合には、続くステップＳ１０１で相対位置計数値情報と現在位置情報との誤差量ＥＲの算出を行う。ここで算出される誤差量ＥＲは、外部からの力でパン回転部２ｐがずらされた場合や、温度変化によるモータトルク特性の変化、モータ駆動電圧の変化などが原因で、脱調した際に発生した位置情報の誤差である。

次にステップＳ１０２で、基準位置算出手段８を通過した際のパン回転部２ｐの移動速度である回転速度ＳＰを検出する。続くステップＳ１０３で、回転速度ＳＰと補正用判定閾値ＴＨの予め規定されているテーブル情報を比較して、回転速度ＳＰに適切な補正用判定閾値ＴＨを算出する。

補正用判定閾値テーブルとは、次の表１に示すように、回転速度ＳＰと補正用判定閾値ＴＨの関係を示したものであり、この実施例においては、回転速度ＳＰが高速になるに従い、補正用判定閾値ＴＨが大きくなるように設定されている。

表１
回転速度ＳＰ 補正用判定閾値ＴＨ
０ 〜 ５０ ＰＰＳ ２ パルス
〜 １００ ＰＰＳ ３ パルス
〜 ２００ ＰＰＳ ４ パルス
〜 ５００ ＰＰＳ ７ パルス
〜１０００ ＰＰＳ １０ パルス

パン回転部２ｐが通常の撮影状態で回転している状態での正確な位置判定を行うためには、パン回転部２ｐが基準位置算出手段８を通過した時点での相対位置計数値をリアルタイムに判定することが求められる。実際には、基準位置を通過したトリガ情報を取得してから、相対位置計数値を確認するまでには、撮影方向制御手段３の処理で遅延が発生することは明らかであり、この遅延がそのまま計数値の確認誤差になる。そして、この誤差量ＥＲは撮影方向制御手段３の負荷の増加、及びパン回転部２ｐの回転速度の上昇に応じて増大してゆく傾向にある。

続くステップＳ１０４において、誤差量ＥＲが表１の判定閾値ＴＨを超える誤差量であった場合には、ステップＳ１０５で現在位置算出手段１１による相対位置計数値を補正する。これにより、実際位置との誤差をなくす処理がなされ、位置誤差補正を完了する。

更に、離れた場所からカメラの遠隔制御を行う場合には、ステップＳ１０６以降の処理により、カメラからの位置補正情報を撮影方向遠隔制御部９に通知することで、システムとしてパン回転部２ｐの安全管理を行うことが可能である。

その具体的な処理としては、先ずステップＳ１０６において、撮影方向遠隔制御部９への通知を実施するか否かの判定を行う。撮影方向遠隔制御部９への通知が許可されている場合には、ステップＳ１０７において撮影方向遠隔制御部９への通知を実施する。

カメラ撮影部１の信頼性及び安全性を維持管理する目的で、パン回転部２ｐの動作状態を監視し、異常を検出した際には回転駆動の自動停止やオペレータに点検の必要性を促すなど適切な処理を行う。これにより、発火発煙事故の防止や監視対象物が撮影されていないなどの不具合を未然に防止することができる。

この処理は、ステップＳ１０８及びＳ１０９において、表２に示すような位置誤差補正の実施履歴に基づいて行うことができる。

表２
補正日時 誤差率ＥＲ／ＴＨ
２００５／１２／２６ ５００％
２００５／１２／０１ １０５％
２００５／１１／１８ １３３％
２００５／１１／０９ １１９％
２００５／０４／１１ １１０％

例えば、補正日時の発生頻度に応じて判断する場合には、誤差補正の発生時間間隔が或る値以下の高い頻度で起こっているか否かで不具合の発生を判断する。また、補正誤差率ＥＲ／ＴＨで判断する場合には、補正量が判定閾値ＴＨを超える大きな誤差発生があった場合に不具合が発生したと判断することで、機械的ながたなどの起因となる微細な位置誤差を不具合と誤検出する問題を排除することができる。

この判定処理は、パン回転部２ｐの内部で実施させることも可能であるし、また遠隔制御部９において実施してもよい。

図３は実施例２において、パン回転部２ｐにおいて撮影方向制御手段３により移動方向を反転させた際に発生する位置誤差情報の検出フローチャート図である。

先ず、パン回転部２ｐの絶対位置検出を行うために、ステップＳ２００で基準位置検出位置の時計回り方向にパン回転部２ｐを低速で回転制御する。続くステップＳ２０１では、基準位置センサ１３の出力によりパン回転部２ｐが基準位置算出手段８による基準位置を通過することを監視する。そして、パン回転部２ｐが基準位置を通過した場合には、続くステップＳ２０２で、相対位置計数値を基準位置として定義する値に初期化した後に、そのままパン回転部２ｐを或る規定量だけ回転を継続させた後に停止させる。このとき、相対位置計数値はパン回転部２ｐの移動量に対応した値を積算する処理を行っているが、ここでは仮に基準位置として定義する値に対して加算する。

次にステップＳ２０３において、ステップＳ２００で回転させた方向とは反対の反時計回り方向にパン回転部２ｐを低速で回転制御する。このとき、相対位置計数値は停止した位置を基準位置から反対方向に移動した値だけ減算している。ステップＳ２０４では、再び基準位置算出手段８による基準位置をパン回転部２ｐが通過することを監視している。パン回転部２ｐが基準位置を通過した場合には、続くステップＳ２０５で、撮影方向制御手段３により移動方向を反転させた際に発生する反転時位置誤差情報を求めるために、基準位置通過時の相対位置計数値を基準位置として定義する計数値の差分を算出する。この算出値を反転時位置誤差情報ＨＹＳとする。

図４は反転時位置誤差情報ＨＹＳを用いた回転制御の動作フローチャート図である。ステップＳ２１０では、パン回転部２ｐの移動目標位置Ｐ１を設定する。次にステップＳ２１１において、パン回転部２ｐの回転方向の検出を行い、続くステップＳ２１２では、これらの情報に基づいて、移動目標位置Ｐ１を反転時の位置誤差に応じて補正した補正目標位置Ｐ２を算出する。

具体的には、例えば目標位置情報としては「相対位置計数値」と「設定時の回転方向」の情報をメモリ等に記憶しておく。移動目標位置Ｐ１が指示されると、現在位置から目標位置Ｐ１に移動するための回転方向の算出を行い、これが目標位置情報として記憶されている「設定時の回転方向」と同一の場合には、無補正としてＰ２＝Ｐ１に設定する。一方、移動が反対方向で異なる場合には、相対位置計数値をＰ１と指定して移動処理を行うと、反転時位置誤差情報ＨＹＳだけ雲台移動量が不足することとなるため、Ｐ２＝Ｐ１＋ＨＹＳとして、補正した補正目標位置Ｐ２を新たな目標値として設定する。

このように、指示された目標位置Ｐ１を回転方向に応じて補正することで、絶対的な停止位置を回転方向に依存せず略同一位置に制御することができる。

実施例１のブロック回路構成図である。 動作フローチャート図である。 実施例２の反転時の位置誤差を検出する動作フローチャート図である。 補正回転制御動作のフローチャート図である。

符号の説明

１ カメラ撮影部
２ 雲台部
２ｐ パン回転部
２ｔ チルト回転部
３ 撮影方向制御手段
４ センサインタフェース
５ 誤差算出手段
６ 補正用判定閾値算出手段
７ 通信制御部
８ 基準位置算出手段
９ 撮影方向遠隔制御部
１０ モータドライバ
１１ 現在位置算出手段
１２ ステッピングモータ
１３ 基準位置センサ

Claims (10)

1. 被写体を撮影する撮影手段と、該撮影手段の撮影方向を移動させる撮影方向移動手段と、該撮影方向移動手段の制御を行う撮影方向制御手段と、前記撮影方向移動手段の基準位置を検出する基準位置検出手段と、前記撮影方向制御手段からの制御信号に基づいて前記撮影方向移動手段の現在位置を算出する現在位置算出手段と、前記基準位置検出手段と前記現在位置算出手段の位置情報を比較し位置情報誤差を算出する誤差算出手段と、該誤差算出手段から得られた誤差値と補正用判定閾値とを比較し前記現在位置算出手段による現在位置を補正する補正手段とを有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記誤差算出手段で得られた誤差値が前記補正用判定閾値を超えた場合に、前記補正手段は前記現在位置算出手段による現在位置を補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記補正用判定閾値は前記撮影方向制御手段の移動速度に応じて変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記現在位置算出手段による現在位置に対する補正情報に基づいて、前記撮影方向制御手段の制御を停止することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の撮像装置。
5. 前記撮影手段を遠隔制御する遠隔制御手段と、前記撮影方向制御手段の間で情報を通信する通信手段とを有し、前記現在位置算出手段による現在位置に対する補正情報に基づいた補正を実施した情報を前記遠隔制御手段に通知することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の撮像装置。
6. 前記撮影方向移動手段の移動方向を反転させた際に発生する反転時位置誤差情報に基づいて、前記補正用判定閾値を変化させることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の撮像装置。
7. 被写体を撮影する撮影手段と、該撮影手段の撮影方向を移動させる撮影方向移動手段と、該撮影方向移動手段の制御を行う撮影方向制御手段と、前記撮影方向移動手段の基準位置を検出する基準位置検出手段と、前記撮影方向制御手段からの制御信号に基づいて前記撮影方向移動手段の現在位置を算出する現在位置算出手段と、前記撮影方向移動手段の移動方向を反転させた際に発生する反転時の位置誤差情報に基づいて、前記撮影方向制御手段による駆動指令信号又は前記現在位置算出手段による現在位置を補正し、前記撮影方向移動手段を異なる方向から移動させた場合に撮影方向を略同一位置に制御する制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
8. 前記反転時の位置誤差情報は前記基準位置検出手段による検出位置において、前記撮影方向制御手段の移動方向を反転させて取得することを特徴とする請求項６又は７に記載の撮像装置。
9. 前記基準位置検出手段はフォトセンサであることを特徴とする請求項１〜８の何れか１つの請求項に記載の撮像装置。
10. 前記撮影方向移動手段はステッピングモータであることを特徴とする請求項１〜８の何れか１つの請求項に記載の撮像装置。

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