JP2009065605A - 移動型撮像装置および撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動しながらの被写体の撮像において、被写体に影響を及ぼさずに、撮像画像全体がブレるモーションブラーを無くすことができる移動型撮像装置を提供する。
【解決手段】移動型撮像装置は、カメラ１１の光軸１５が物体上の同一領域を通るように移動型撮像装置の移動速度に応じてカメラ１１を回転させ、カメラ１１の光軸が物体上の同一領域を通るようにカメラ１１の向きが制御されている間に、カメラ１１により物体を撮像する。
【選択図】図３

Description

本発明は、移動体に取り付けられたセンサによって広域に存在する対象物の情報を取得する技術に関する。さらに詳しくは、ロボット等の移動体によってカメラ等のセンサが、移動しながら周囲にある物の色や形状などの情報を取得し、その情報を使ってコンピュータが周囲環境を認識する技術に関する。

カメラに代表されるセンサによって、広範囲に存在する対象物のセンシングを行うことを考える。このようなセンシングにおいて、移動体にセンサを取り付け、センサを移動させながらセンシングを行う方法は、センシングの範囲を拡大する極めて有効な手法である。しかしながら、カメラ等のセンサを、移動しながら使うことによって問題が発生することがある。その代表的なものが、モーションブラーと呼ばれるものである。

これは、物体を撮影する際に、カメラの露光時間内にカメラと被写体との相対位置が変化することにより発生する。カメラは、カメラ内部の投影面に投影される画像を、露光時間分累積することにより、十分な光量の画像として出力するが、露光時間内にカメラ内部の投影面に投影される画像の位置が変化すると、ずれた画像が累積されてブレの生じたボケた画像が出力されてしまう。被写体が動かない場合であっても、カメラが動く場合にはこのような問題が発生する。特に、カメラが動く場合には、画像全体がブレることになる。

このようなモーションブラーの問題を解決する方法としては、例えば露光時間を短くする方法がある。特許文献１には、被写体の動きに応じて、シャッタースピードや絞り等の撮影条件を変更する技術が開示されている。また、カメラの移動速度や方向がわかっていれば、ボケた画像から画像処理によりボケを低減した画像を作成することも可能である。

特開２００６−１５７４２８号公報

しかしながら、露光時間を短くする場合、撮影時の光量が少なくなるため、撮影画像が暗くなってしまう場合がある。照明器具等を用いて被写体にあてる光量を増加させることも考えられるが、撮影システムが大掛かりになってしまうという問題がある。また、被写体の特性や被写体がおかれている環境によっては、被写体に強い光をあてることができない場合がある。

また、画像処理によりボケた画像を補正する場合には、画像サイズが大きい場合には演算コストが膨大になる場合がある。また、画像処理の方式によっては、補正することにより画像の品質が変化してしまい、被写体の表面状態等の細かな情報が失われてしまう場合がある。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、被写体に影響を及ぼさずに、撮像画像全体がブレるモーションブラーを無くすことにある。

上記課題を解決するために、本発明の移動型撮像装置は、撮像手段の光軸が物体上の同一領域を通るように移動型撮像装置の移動速度に応じて撮像手段を回転させ、撮像手段の光軸が物体上の同一領域を通るように撮像手段の向きが制御されている間に物体を撮像する。

例えば、本発明の第１の態様は、移動しながら物体を撮像する移動型撮像装置であって、当該移動型撮像装置を移動させる移動手段と、物体を撮像する撮像手段と、当該移動型撮像装置の移動速度に応じて、当該移動型撮像装置の進行方向と撮像手段の光軸とのなす角度が増加するように撮像手段の撮像方向を制御することにより、撮像手段の光軸が物体上の同一の領域を通るように撮像手段を回転させる回転手段と、撮像手段の光軸が物体上の同一の領域を通るように回転手段によって撮像方向を制御されている間に、撮像手段に物体を撮像させる制御手段とを備えることを特徴とする移動型撮像装置を提供する。

また、本発明の第２の態様は、移動しながら物体を撮像する移動型撮像装置における撮像方法であって、移動型撮像装置は、当該移動型撮像装置の移動速度に応じて、当該移動型撮像装置の進行方向と当該移動型撮像装置に搭載されている撮像手段の光軸とのなす角度が増加するように、撮像手段の撮像方向を制御することにより、撮像手段の光軸が物体上の同一の領域を通るように撮像手段を回転させ、撮像手段の光軸が物体上の同一の領域を通るように撮像方向を制御している間に、撮像手段により物体を撮像することを特徴とする撮像方法を提供する。

本発明の移動型撮像装置によれば、移動しながらの被写体の撮像において、被写体に影響を及ぼさずに、撮像画像全体がブレるモーションブラーを無くすことができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る移動型撮像装置１０の外観を示す側面図であり、図２は、移動型撮像装置１０の外観を示す上面図である。移動型撮像装置１０は、カメラ１１、回転台１２、移動装置１３、およびコンピュータ１４を備える。

移動装置１３は、コンピュータ１４からの制御に従って移動型撮像装置１０全体を進行方向へ移動させる。回転台１２は、コンピュータ１４からの制御に従って、カメラ１１を回転させることにより、カメラ１１の撮像方向を変更する。カメラ１１は、例えばディジタル静止画カメラであり、水平面内において視野角φで物体を撮像することができる。また、カメラ１１は、コンピュータ１４から指示されたタイミングで物体を撮像する。

なお、本実施形態において、カメラ１１に設けられている光学系の光軸１５をカメラ１１の光軸１５と呼ぶ。また、本実施形態におけるカメラ１１は、受光素子が受け取った光信号から画像情報を生成するセンサであれば、ディジタル静止画カメラ以外に赤外線センサ等であってもよい。

本実施形態において、移動装置１３は、被写体である物体１６に沿って、物体１６と平行に移動型撮像装置１０を移動させる。回転台１２は、移動型撮像装置１０の移動に従って、移動型撮像装置１０の進行方向とカメラ１１の光軸１５とのなす角度が増加するようにカメラ１１の撮像方向を制御することにより、カメラ１１の光軸１５が物体１６上の同一の微小な領域（例えば１０ｃｍ四方）を通るようにカメラ１１を回転させる。より好ましくは、回転台１２は、カメラ１１の光軸１５が物体１６上の同一の点を通るようにカメラ１１を回転させるようにするとよい。

次に、移動型撮像装置１０の動作を図３を用いて説明する。図３は、移動型撮像装置１０の移動に伴うカメラ１１の回転方法を説明するための概念図である。図３では、見やすくするために、移動型撮像装置１０としてカメラ１１のみを示している。

図３に示す例において、カメラ１１と物体１６とはｄ［ｍ］離れており、移動型撮像装置１０は、物体１６に沿って、進行方向へ移動速度ｖ［ｍ／ｓ］で移動する。回転台１２は、物体１６側であって、移動型撮像装置１０の進行方向とのなす角度が９０°の方向を基準方向として、当該基準方向から進行方向にθ_０となる方向（図３（ａ）の状態）から、当該基準方向から進行方向と逆方向へθ_０となる方向（図３（ｃ）の状態）まで、カメラ１１の光軸１５を回転速度ω［°／ｓ］で回転させる。

そして、回転台１２は、カメラ１１の光軸１５と移動型撮像装置１０の進行方向とのなす角度が、基準方向から進行方向と逆方向へθ_０となった場合に、高速でカメラ１１の光軸１５と移動型撮像装置１０の進行方向とのなす角度を、基準方向から進行方向へθ_０となる方向に戻す制御を行う。回転台１２は、このような回転動作を移動型撮像装置１０の移動中に繰り返す。

ここで、移動しながら繰り返し撮像されたそれぞれの画像を組み合わせると物体１６全体の画像が再現でき、かつ、回転台１２による１回の回転において、カメラ１１の光軸１５が基準方向を向いた場合に撮像画像の中央にくる被写体が、移動中も常に撮像画像の中央に撮像されるようにするためには、回転台１２による繰り返しの１回あたりの時間Ｔ［ｓ］、Ｔの間に移動型撮像装置１０が進行方向へ移動する距離ｈ［ｍ］、移動型撮像装置１０の移動速度ｖ［ｍ／ｓ］、移動型撮像装置１０と物体１６との距離ｄ［ｍ］、所定の角度θ_０［°］、カメラ１１の視野角φ［°］、および回転速度ω［°／ｓ］は、以下の関係を満たす必要がある。

ｈ＝ｖ・Ｔ
θ_０＝ａｒｃｔａｎ｛（ｈ／２）／ｄ｝
ｄ・ｔａｎ（φ／２）＝ｈ／２
ω≒２θ_０／Ｔ

これらの関係式を整理すると、
θ_０＝φ／２
ω≒φ・ｖ／｛２ｄ・ｔａｎ（φ／２）｝
となる。

一例として、カメラ１１の視野角φ＝４３．６［°］、移動型撮像装置１０の移動速度ｖ＝０．１［ｍ／ｓ］、移動型撮像装置１０と物体１６との距離ｄ＝０．５［ｍ］を仮定すると、繰り返し周期Ｔ＝４［ｓ］となり、
θ_０＝２１．８［°］
ω≒１０．９［°／ｓ］
となる。

コンピュータ１４は、予め設定された、あるいは、ユーザによって入力された移動速度ｖ、距離ｄ、およびカメラ１１の視野角φを用いて、上記の算出式により回転速度ωを算出し、算出した回転速度ωで回転するよう回転台１２を制御する。回転台１２は、１回の回転において、ｔ＝０ではカメラ１１の光軸１５を図３（ａ）に示す方向、ｔ＝Ｔ／２ではカメラ１１の光軸１５を図３（ｂ）に示す方向、ｔ＝Ｔではカメラ１１の光軸１５を図３（ｃ）に示す方向となるように回転させる。

これにより、移動型撮像装置１０の移動中も、物体１６上のＡ点を含む微小な領域が、カメラ１１による撮像画像の中央に撮像されることになる。これにより、撮像画像において、Ａ点付近の物体のブレがなくなり、画像全体が同一方向へブレるモーションブラーと呼ばれる現象を無くすことができる。従って、移動中であっても、物体をより鮮明に撮像することができる。

なお、カメラ１１は、カメラ１１の光軸１５が物体１６上の同一の領域を通るように制御されている１周期の間に、１回以上物体１６を撮像する。このとき、カメラ１１は、図３（ｂ）のように、ｔ＝Ｔ／２の付近で物体１６を撮像することが好ましい。具体的には、０＜ｔ＜Ｔ／２の間、すなわち、移動型撮像装置１０の進行方向とカメラ１１の光軸１５とのなす角度が９０°−φ／２＜θ＜９０°の間にシャッターを開き、その後、Ｔ／２＜ｔ＜Ｔの間、すなわち、移動型撮像装置１０の進行方向とカメラ１１の光軸１５とのなす角度が９０°＜θ＜９０°＋φ／２の間にシャッターを閉じる。

これにより、露光時間内に、カメラ１１の光軸１５と基準方向とは一致する瞬間が発生し、物体１６を正面から撮像することができ、斜めの方向から物体１６を撮像した場合に比べて歪み少ない画像を撮像することができる。

また、さらに好ましくは、通常の屋内環境での撮影においてカメラ１１にとって必要な露光時間をｔ_０とすると、カメラ１１は、ｔ＝（Ｔ−ｔ_０）／２のタイミングでシャッターを開き、その後、ｔ＝（Ｔ＋ｔ_０）／２のタイミングでシャッターを閉じるようにするとよい。これにより、露光時間内において、基準方向とカメラ１１の光軸１５とのなす角度を小さくすることができ、物体１６をより真正面から撮像することができる。

図４は、コンピュータ１４の詳細な機能構成の一例を示すハードウェア構成図である。コンピュータ１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０、ＲＡＭ（Random Access Memory）２１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２３、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２４、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２５、およびメディアインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２６を備える。

ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２２またはＨＤＤ２３に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。ＲＯＭ２２には、コンピュータ１４の起動時にＣＰＵ２０が実行するブートプログラムや、コンピュータ１４のハードウェアに依存するプログラム等が格納される。ＨＤＤ２３には、ＣＰＵ２０によって実行されるプログラムが格納される。通信インターフェイス２４は、通信ケーブル等を介して他のコンピュータからデータを受信してＣＰＵ２０へ送ると共に、ＣＰＵ２０が生成したデータを、通信ケーブル等を介して他のコンピュータへ送信する。

ＣＰＵ２０は、入出力インターフェイス２５を介してカメラ１１、回転台１２、および移動装置１３を制御する。ＣＰＵ２０は、入出力インターフェイス２５を介して、カメラ１１によって撮像された画像データを取得する。また、入出力インターフェイス２５には、キーパッド等の入力装置やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置が接続されており、コンピュータ１４は、入出力インターフェイス２５を介して、これらの入力装置および表示装置を制御する。

メディアインターフェイス２６は、記録媒体２７に格納されたプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ２１に提供する。ＲＡＭ２１を介してＣＰＵ２０に提供されるプログラムは、記録媒体２７に格納されている。当該プログラムは、記録媒体２７から読み出されて、ＲＡＭ２１を介してコンピュータ１４にインストールされ、ＣＰＵ２０によって実行される。記録媒体２７は、例えばＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＰＤ（Phase change rewritable Disk）等の光学記録媒体、ＭＯ（Magneto-Optical disk）等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリ等である。

コンピュータ１４は、予め設定された、あるいは、ユーザによって入力された移動速度ｖ、距離ｄ、およびカメラ１１の視野角φを用いて、回転速度ωを算出する処理、算出した回転速度ωで回転台１２を回転させる処理、予め設定された、あるいは、ユーザによって入力された移動速度ｖで、移動装置１３に移動型撮像装置１０を移動させる処理、およびカメラ１１に物体を撮像させる処理を実行する。コンピュータ１４は、これらの処理に必要なプログラムを、記録媒体２７から読み取って実行するが、他の例として、通信ケーブル等を介して他のコンピュータからこれらのプログラムを取得してもよい。

図５は、移動型撮像装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。例えば、移動型撮像装置１０に設けられた入力装置を介して、ユーザから撮像指示を受け付けることにより、移動型撮像装置１０は、本フローチャートに示す動作を開始する。

まず、コンピュータ１４は、移動型撮像装置１０の初期設定を行う（Ｓ１００）。ステップＳ１００において、コンピュータ１４は、カメラ１１の光軸１５を、基準方向から進行方向へθ_０となる方向、すなわち、移動型撮像装置１０の進行方向とカメラ１１の光軸１５の向きとがなす角度θが９０°−φ／２となる方向に設定する処理や、予め設定された、あるいは、ユーザから入力された移動速度ｖ、距離ｄ、およびカメラ１１の視野角φを示すデータを準備する処理等を行う。

次に、コンピュータ１４は、前述した関係式を用いて回転速度ωを算出する（Ｓ１０１）。そして、コンピュータ１４は、移動装置１３に移動速度ｖで進行方向への移動を開始するよう指示すると共に、回転台１２に回転速度ωでカメラ１１の回転を開始するよう指示する（Ｓ１０２）。

次に、コンピュータ１４は、撮像タイミングか否かを判定する（Ｓ１０３）。コンピュータ１４は、カメラ１１の光軸１５が物体１６上の同一領域を通るようにカメラ１１の向きが制御されている間であればよく、例えば１周期の時間の許す限り物体１６の撮像を行ってもよい。また、通常の屋内環境での撮影に必要な露光時間をｔ_０とすると、コンピュータ１４は、ｔ＝（Ｔ−ｔ_０）／２のタイミングでカメラ１１のシャッターを開き、その後、ｔ＝（Ｔ＋ｔ_０）／２のタイミングでカメラ１１のシャッターを閉じるようにするとさらに好ましい。

撮像タイミングでない場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、コンピュータ１４は、ステップＳ１０５に示す処理を行う。撮像タイミングである場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、コンピュータ１４は、カメラ１１のシャッターを開き、その後、カメラ１１のシャッターを閉じることにより、物体１６を撮像する（Ｓ１０４）。

次に、コンピュータ１４は、移動型撮像装置１０の進行方向とカメラ１１の光軸１５の向きとがなす角度θが、９０°＋φ／２に達したか否かを判定する（Ｓ１０５）。移動型撮像装置１０の進行方向とカメラ１１の光軸１５の向きとがなす角度θが９０°＋φ／２未満である場合（Ｓ１０５：Ｎｏ）、コンピュータ１４は、再びステップＳ１０３に示した処理を実行する。

移動型撮像装置１０の進行方向とカメラ１１の光軸１５の向きとがなす角度θが９０°＋φ／２に達した場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、コンピュータ１４は、回転台１２に指示して、カメラ１１の光軸１５が、移動型撮像装置１０の進行方向とカメラ１１の光軸１５の向きとがなす角度θが９０°−φ／２となる方向となるように制御し（Ｓ１０６）、再びステップＳ１０３に示した処理を実行する。

なお、移動型撮像装置１０に設けられた入力装置を介してユーザから撮像停止の指示を受け付けた場合、コンピュータ１４は、カメラ１１による撮像、回転台１２による回転、移動装置１３による移動の各動作を停止する。

以上、本発明の実施の形態について説明した。

上記説明から明らかなように、本実施形態の移動型撮像装置１０によれば、移動しながらの被写体の撮像において、被写体に影響を及ぼさずに、撮像画像全体がブレるモーションブラーを無くすことができる。また、モーションブラーが発生しないため、モーションブラーを修正するための画像処理を行う必要もなくなる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。

例えば、移動型撮像装置１０に、カメラ１１と物体１６との距離を測定する距離センサを設け、物体１６の撮像を開始する前に、カメラ１１と物体１６との距離ｄを測定するようにしてもよい。これにより、ユーザが予め準備すべきデータを削減することができる。

さらに、コンピュータ１４は、１周期の回転撮影の中で、カメラ１１が回転し、カメラ１１の光軸１５が基準方向と一致した場合に、距離センサを用いてカメラ１１と物体１６との間の距離を測定し、この距離が前回測定した距離と同一であれば、今回使用した回転速度ωを、次回の回転撮影に引き続き使用し、前回測定した距離と異なれば、今回測定した距離に基づいて回転速度ωを再計算し、次回の回転撮影では、再計算した回転速度ωでカメラ１１を回転させるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る移動型撮像装置１０の外観を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る移動型撮像装置１０の外観を示す上面図である。 移動型撮像装置１０の移動に伴うカメラ１１の回転方法を説明するための概念図である。 コンピュータ１４の詳細な機能構成を示すハードウェア構成図である。 移動型撮像装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０・・・移動型撮像装置、１１・・・カメラ、１２・・・回転台、１３・・・移動装置、１４・・・コンピュータ、１５・・・光軸、１６・・・物体、２０・・・ＣＰＵ、２１・・・ＲＡＭ、２２・・・ＲＯＭ、２３・・・ＨＤＤ、２４・・・通信インターフェイス、２５・・・入出力インターフェイス、２６・・・メディアインターフェイス、２７・・・記録媒体

Claims (5)

1. 移動しながら物体を撮像する移動型撮像装置であって、
   当該移動型撮像装置を移動させる移動手段と、
   物体を撮像する撮像手段と、
   当該移動型撮像装置の移動速度に応じて、当該移動型撮像装置の進行方向と前記撮像手段の光軸とのなす角度が増加するように前記撮像手段の撮像方向を制御することにより、前記撮像手段の光軸が物体上の同一の領域を通るように前記撮像手段を回転させる回転手段と、
   前記撮像手段の光軸が物体上の同一の領域を通るように前記回転手段によって撮像方向を制御されている間に、前記撮像手段に物体を撮像させる制御手段と
   を備えることを特徴とする移動型撮像装置。
2. 請求項１に記載の移動型撮像装置であって、
   前記制御手段は、
   当該移動型撮像装置の移動速度をｖ、前記撮像手段の水平方向の視野角をφ、前記撮像手段と物体との距離をｄとした場合に、前記撮像手段の水平面内における回転速度ωを下記の関係式により算出し、算出した回転速度ωに従って、前記回転手段に前記撮像手段を回転させることを特徴とする移動型撮像装置。
   ω＝φ・ｖ／｛２ｄ・ｔａｎ（φ／２）｝
3. 請求項２に記載の移動型撮像装置であって、
   前記制御手段は、
   前記撮像手段の光軸と当該移動型撮像装置の進行方向との水平面内のなす角度θが、９０°−φ／２＜θ＜９０°の間に前記撮像手段のシャッターを開き、その後、９０°＜θ＜９０°＋φ／２の間に前記撮像手段のシャッターを閉じるように前記撮像手段を制御することを特徴とする移動型撮像装置。
4. 請求項２または３に記載の移動型撮像装置であって、
   前記撮像手段と物体との距離を測定する距離測定手段をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記距離測定手段によって測定された前記撮像手段と物体との距離を用いて、前記撮像手段の水平面内における回転速度ωを算出することを特徴とする移動型撮像装置。
5. 移動しながら物体を撮像する移動型撮像装置における撮像方法であって、
   前記移動型撮像装置は、
   当該移動型撮像装置の移動速度に応じて、当該移動型撮像装置の進行方向と当該移動型撮像装置に搭載されている撮像手段の光軸とのなす角度が増加するように、前記撮像手段の撮像方向を制御することにより、前記撮像手段の光軸が物体上の同一の領域を通るように前記撮像手段を回転させ、
   前記撮像手段の光軸が物体上の同一の領域を通るように撮像方向を制御している間に、前記撮像手段により物体を撮像することを特徴とする撮像方法。

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