JP2011009930A - 可動機構部制御装置、可動機構部制御方法、プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有効可動角度範囲として設定された探索範囲を探索するのにあたって、有効可動角度範囲よりも狭い角度値の部分可動角度範囲ごとに所定の動きパターンによる探索を順次行っていく。これにより、有効可動角度範囲の全体にわたって同じ動きパターンにより探索しようとする場合と比較して、より的確に探索していくことが可能になる。
【選択図】図15
Description
<1.撮像システムの構成>
[1−1.全体構成]
[1−2.デジタルスチルカメラ]
[1−3.雲台]
[1−4.撮像システムの機能構成例]
<2.被写体探索挙動例1>
<3.被写体探索挙動例2:実施形態としての二次元探索パターン>
[3−1.第1例]
[3−2.第2例]
<4.被写体探索挙動例3:実施形態としての部分探索範囲設定(第1例)>
[4−1.回転角度の制限無しの場合]
[4−2.回転角度の制限有りの場合:有効回転角度180°]
[4−3.回転角度の制限有りの場合:有効回転角度90°]
<5.実施形態のアルゴリズム>
[5−1.基本例]
[5−1−1.パラメータ設定の変形例]
<6.被写体探索挙動例4:部分探索範囲設定(第2例)>
また、以降の説明にあたり、画枠、画角、撮像視野角、構図なる語を用いることとする。
画枠は、例えば画像が嵌め込まれるようにしてみえる一画面相当の領域範囲をいい、一般には縦長若しくは横長の長方形としての外枠形状を有する。
画角は、ズーム角などともいわれるもので、撮像装置の光学系におけるズームレンズの位置によって決まる画枠に収まる範囲を角度により表したものである。一般的には、撮像光学系の焦点距離と、像面(イメージセンサ、フィルム)のサイズによって決まるものとされているが、ここでは、焦点距離に対応して変化し得る要素を画角といっている。以降において、画角の値については、焦点距離(例えば35mm換算)により表す場合がある。
撮像視野角は、定位置に置かれた撮像装置により撮像して得られる画像の画枠に収まる範囲について、上記の画角に加え、パン(水平)方向における振り角度と、チルト(垂直)方向における角度(仰角、俯角)により決まるものをいう。
構図は、ここでは、フレーミングともいわれるもので、例えば画像視野角によって決まる画枠内における被写体についてのサイズ設定も含めたうえでの配置状態をいう。
[1−1.全体構成]
本実施形態の撮像システムは、デジタルスチルカメラ1と、このデジタルスチルカメラ1が載置される雲台10から成る。
先ず、図1にデジタルスチルカメラ1の外観例を示す。図1(a)、(b)は、それぞれデジタルスチルカメラ1の正面図、背面図となる。
この図に示されるデジタルスチルカメラ1は、先ず、図1(a)に示すように、本体部2の前面側においてレンズ部21aを備える。このレンズ部21aは、撮像のための光学系として本体部2の外側に表出している部位である。
この表示画面部33aには、撮像モード時においては、スルー画などといわれ、そのときにレンズ部21aにより撮像している画像が表示される。また、再生モード時においては、記憶媒体に記録されている画像データが再生表示される。さらに、ユーザがデジタルスチルカメラ1に対して行った操作に応じて、GUI(Graphical User Interface)としての操作画像が表示される。
この場合のカメラ台座部12の上面部には、図2に示すようにして、突起部13とコネクタ14が設けられている。
その図示は省略するが、デジタルスチルカメラ1の本体部2の下面部には、突起部13と係合する孔部が形成されている。デジタルスチルカメラ1がカメラ台座部12に対して適正に置かれた状態では、この孔部と突起部13とが係合した状態となる。この状態であれば、通常の雲台10のパンニング・チルティングの動作であれば、デジタルスチルカメラ1が雲台10からずれたり、外れてしまったりすることがないようにされている。
また、デジタルスチルカメラ1とカメラ台座部12との通信は無線により行われるようにしてもよい。
まず、パン方向の基本的な動きは次のようになる。
この雲台10を床面などに置いた状態では、接地台部13の底面が接地する。この状態において、図4に示すように、回転軸11aを回転中心として、本体部11は時計回り方向、及び反時計回り方向に回転できるようになっている。これにより、雲台10に載置されているデジタルスチルカメラ1の撮像視野角は、左右方向(水平方向)に沿って変化することになる。つまり、パンニングの動きが与えられる。
そのうえで、この場合の雲台10のパン機構は、時計回り方向及び反時計回り方向の何れについても、360°以上の回転が無制限で自在に行える構造を有しているものとする。
ここでは、図4に示すようにして、パン基準位置を0°(360°)としたうえで、パン方向に沿った本体部11の回転位置、即ちパン位置を0°〜360°により表すものとする。
チルト方向の動きは、図5及び図6に示すようにして、カメラ台座部12が回転軸12aを回転中心として、仰角、俯角の両方向に可動することにより得られる。
ここで、図5は、カメラ台座部12がチルト基準位置Y0(0°)にある状態が示されている。この状態では、レンズ部21a(光学系部)の撮像光軸と一致する撮像方向F1と、接地台部13が接地する接地面部GRとが平行となる。
そのうえで、図6に示すように、先ず、仰角方向においては、カメラ台座部12は、回転軸12aを回転中心として、チルト基準位置Y0(0°)から所定の最大回転角度+f°の範囲で動くことができる。また、俯角方向においても、回転軸12aを回転中心として、チルト基準位置Y0(0°)から所定の最大回転角度−g°の範囲で動くことができるようになっている。このようにして、カメラ台座部12がチルト基準位置Y0(0°)を基点として、最大回転角度+f°〜最大回転角度−g°の範囲で動くことで、雲台10(カメラ台座部12)に載置されたデジタルスチルカメラ1の撮像視野角は、上下方向(垂直方向)沿って変化することになる。つまりチルティングの動作が得られる。
先ず、図7のブロック図は、デジタルスチルカメラ1の実際的な内部構成例を示している。
この図において、先ず、光学系部21は、例えばズームレンズ、フォーカスレンズなども含む所定枚数の撮像用のレンズ群、絞りなどを備えて成り、入射された光を撮像光としてイメージセンサ22の受光面に結像させる。
また、光学系部21においては、上記のズームレンズ、フォーカスレンズ、絞りなどを駆動させるための駆動機構部も備えられているものとされる。これらの駆動機構部は、例えば制御部27が実行するとされるズーム(画角)制御、自動焦点調整制御、自動露出制御などのいわゆるカメラ制御によりその動作が制御される。
信号処理部24では、A/Dコンバータ23から出力されるデジタルの撮像信号について、例えば1つの静止画 (フレーム画像)に相当する単位で取り込みを行い、このようにして取り込んだ静止画単位の撮像信号について所要の信号処理を施すことで、1枚の静止画に相当する画像信号データである撮像画像データ(撮像静止画像データ)を生成することができる。
エンコード/デコード部25は、信号処理部24から出力されてくる静止画単位の撮像画像データについて、所定の静止画像圧縮符号化方式により圧縮符号化を実行したうえで、例えば制御部27の制御に応じてヘッダなどを付加して、所定形式に圧縮された画像データの形式に変換する。そして、このようにして生成した画像データをメディアコントローラ26に転送する。メディアコントローラ26は、制御部27の制御に従って、メモリカード40に対して、転送されてくる画像データを書き込んで記録させる。この場合のメモリカード40は、例えば所定規格に従ったカード形式の外形形状を有し、内部には、フラッシュメモリなどの不揮発性の半導体記憶素子を備えた構成を採る記憶媒体である。なお、画像データを記憶させる記憶媒体については、上記メモリカード以外の種別、形式などとされてもよい。
このためには、制御部27が画像データを指定して、メディアコントローラ26に対してメモリカード40からのデータ読み出しを命令する。この命令に応答して、メディアコントローラ26は、指定された画像データが記録されているメモリカード40上のアドレスにアクセスしてデータ読み出しを実行し、読み出したデータを、エンコード/デコード部25に対して転送する。
また、この場合のフラッシュメモリ30は、例えばユーザ操作や動作履歴などに応じて変更(書き換え)の必要性のある各種の設定情報などを記憶させておくために使用する不揮発性の記憶領域として設けられるものである。なおROM28について、例えばフラッシュメモリなどをはじめとする不揮発性メモリを採用することとした場合には、フラッシュメモリ30に代えて、このROM28における一部記憶領域を使用することとしてもよい。
図8のブロック図は、雲台10の内部構成例を示している。
先に述べたように、雲台10は、パン・チルト機構を備えるものであり、これに対応する部位として、パン機構部53、パン用モータ54、チルト機構部56、チルト用モータ57を備える。
パン機構部53は、雲台10に取り付けられたデジタルスチルカメラ1について、図4に示したパン(横・左右)方向の動きを与えるための機構を有して構成され、この機構の動きは、パン用モータ54が正逆方向に回転することによって得られる。同様にして、チルト機構部56は、雲台10に取り付けられたデジタルスチルカメラ1について、図6に示したチルト(縦・上下)方向の動きを与えるための機構を有して構成され、この機構の動きは、チルト用モータ57が正逆方向に回転することによって得られる。
このモータ駆動信号によりパン用モータ54が、例えば所要の回転方向、回転速度により回転し、この結果、パン機構部53も、これに対応した移動方向と移動速度により動くようにして駆動される。
同様にして、チルト機構部56の動きを制御するときには、制御部51は、チルト機構部56に必要な移動方向、移動速度を指示する信号をチルト用駆動部58に対して出力する。チルト用駆動部58は、入力される信号に対応したモータ駆動信号を生成してチルト用モータ57に出力する。このモータ駆動信号によりチルト用モータ57が、例えば所要の回転方向及び回転速度で回転し、この結果、チルト機構部56も、これに対応した移動方向,速度により動くようにして駆動される。
また、パン機構部53は、ロータリーエンコーダ(回転検出器)53aを備えている。ロータリーエンコーダ53aは、パン機構部53の回転の動きに応じて、その回転角度量を示す検出信号を制御部51に出力する。同様に、チルト機構部56はロータリーエンコーダ56aを備える。このロータリーエンコーダ56aも、チルト機構部56の回転の動きに応じて、その回転角度量を示す信号を制御部51に出力する。
次に、図9のブロック図により、本実施形態に対応する撮像システムを成すデジタルスチルカメラ1及び雲台10についての、ハードウェア及びソフトウェア(プログラム)により実現される機能構成(システム構成)例を示す。
この図において、デジタルスチルカメラ1は、撮像記録ブロック61、構図判定ブロック62、パン・チルト・ズーム制御ブロック63、及び通信制御処理ブロック64を備えて成るものとされている。
この場合の撮像記録ブロック61における撮像画像データの記録(撮像記録)は、構図判定ブロック62の指示、制御により実行される。
ここで、構図判定ブロック62が実行する被写体検出処理(初期顔枠の設定を含む)は、図7との対応では信号処理部24が実行するようにして構成できる。また、この信号処理部24による被写体検出処理は、DSP(Digital signal Processor)による画像信号処理として実現できる。つまり、DSPに与えるプログラム、インストラクションにより実現できる。
また、構図判定ブロック62が実行する顔枠の修正、及び構図判定、構図合わせ制御は、制御部27としてのCPUがプログラムに従って実行する処理として実現できる。
また、例えば判定された適切画角を得るためのズーム位置を求め、このズーム位置となるようにして、撮像記録ブロック61が備えるとされるズーム機構を制御する。
通信制御ブロック71は、デジタルスチルカメラ1側の通信制御ブロック64との間での通信を実行するための部位であり、上記のパン・チルト制御信号を受信した場合には、このパン・チルト制御信号をパン・チルト制御処理ブロック72に対して出力する。
このパン・チルト制御処理ブロック72は、入力したパン・チルト制御信号に応じて、ここでは図示していないパン駆動機構部、チルト駆動機構部を制御する。これにより、最適構図に応じて必要な水平視野角と垂直視野角を得るためのパンニング、チルティングが行われる。
上記のようにしてデジタルスチルカメラ1と雲台10から成る本実施形態の撮像システムは、パン・チルト・ズームの動きにより自動的に被写体探索を行って、例えば人物などとしての周囲の被写体を検出する。そして、被写体を検出すると、この検出した被写体を対象として構図を自動的に設定したうえで撮像記録を行う。
このような自動撮像記録動作においては、被写体探索を実行する際においてどのような探索の挙動とすべきか、即ち、パンニング・チルティングによる撮像方向(撮像光軸)の移動パターンをどのようなものとすべきかを考える必要がある。
先ず、パン方向の動きについては、図10に示すようにして、第1探索回転方向RT1として示すように、時計回り方向については360°回転させる。次に、第2探索回転方向TR2として示すように、反時計回り方向についても360°回転させる。この例では、パン方向の動きについては、この第1探索回転方向RT1による動きと、第2探索回転方向RT2による動きが組み合わされることになる。
先ず、ここでは、或るパン・チルト位置に対応した始点Stに位置している状態において被写体探索を開始させることになったとする。すると、雲台10は、矢印Sc1として示すように、この始点Stからパン位置360°(0°)/チルト位置+f°となるようにしてパンニング・チルティングを行う。このパン位置360°(0°)/チルト位置+f°が被写体探索の起点(探索起点P)となる。パン位置360°(0°)/チルト位置+f°は、図4,図6から理解されるように、撮像方向F1として、パン方向においてはパン基準位置を向き、チルト方向においては、+f°の仰角により上向きとなった状態である。
続いて雲台10は、チルト位置0°の状態で、矢印Sc4として示すように、第1探索回転方向RT1により360°のパンニングを行う。
次に雲台10は、矢印Sc5として示すように、チルト位置0°からチルト位置-g°となるようにしてチルティングを行う。
次に雲台10は、矢印Sc6として示すように、チルト位置-g°の状態で、第2探索回転方向により360°のパンニングを行う。
次に雲台10は、矢印Sc7として示すように、パン位置0°(360°)の状態で、チルト位置-g°からチルト位置0°に移動するようにしてチルティングを行う。
次に雲台10は、矢印Sc8として示すように、チルト位置0°を維持して第1探索回転方向RT1により360°回転するパンニングを行う。
次に雲台10は、矢印Sc9として示すように、パン位置360°(0°)を維持して、チルト位置0°からチルト位置+f°に移動するようにしてチルティングを行う。
上記矢印Sc9に対応するチルティングを終了すると、探索パターンとしては一巡したことになる。図11から分かるように、矢印Sc2〜Sc9による動きを一巡させた段階では、パン方向における正面(パン基準位置)での上下方向(+f°〜−g°)と、上側(チルト位置+f°)、中央(チルト位置0°)、下側(チルト位置-g°)のそれぞれでの360°方向との探索が網羅されることになる。
そして、以降は、同様にして、矢印Sc2〜Sc9に対応するパンニング、チルティングの動きを順次実行し、これを繰り返すようにする。この過程において被写体が検出されたのであれば、デジタルスチルカメラ1は、構図合わせ制御を行ったうえで撮像記録を実行する。例えばこの検出した被写体について、しかるべき構図で必要枚数を撮像記録したとすると、再度、探索起点Pであるパン位置360°(0°)/チルト位置+f°に戻り、矢印Sc2〜Sc9のパターンによる被写体探索を繰り返していくようにする。
[3−1.第1例]
本実施形態としては、上記図10、図11により説明した探索パターンを改善して、より効率よく被写体が探索できるようにした探索パターンを提案する。その第1例について、図12により説明する。
また、この図12の探索パターンでは、水平探索角αにおける中央位置を水平中心位置Hとして扱う。この水平中心位置Hを0°として、パン方向の可動範囲としては、 +α/2〜0°〜-α/2 として表す。
ここで、始点Stに対応する或るパン位置、チルト位置の状態において、被写体探索を開始すべきことになったとする。すると、雲台10は、白抜きの矢印Sc1として示すように、始点Stの位置から、パン位置はそのまま維持して、チルト方向のみについて、チルト位置+f°まで移動する。この始点Stに対応するパン位置におけるチルト位置+f°が、この場合の探索起点Pとなる。
図11の場合には、パン位置360°(0°)/チルト位置+f°としての絶対的な位置を探索起点Pとして規定していた。これに対して、図12の場合には、始点Stが対応するパン位置におけるチルト位置+f°を探索起点Pとする。つまり、本実施形態における探索起点Pにおけるパン位置は、始点Stの位置に応じて変化する。
ここで、この1つの規定のチルト位置で固定した状態でのパン方向の探索動作に付いてみると、矢印Sc3の動きにより、時計回り方向(第1探索回転方向TR1)で360°の片道分の移動を行っている。また、矢印Sc2と矢印Sc4との動きにより、結果的には、反時計回り方向(第2探索回転方向TR2)で同様に360°の片道分の移動を行っているといえる。従って、矢印Sc2,Sc3,Sc4によっては、パン方向おける規定の回転角度範囲を一往復しているということがいえる。例えば、片道分の探索としてもよいのであるが、この図12の例では、往復の探索動作とすることで、より的確に被写体が検出されるようにしている。
そして、この矢印Sc2〜Sc4までの動作により、まずは、撮像方向F1が上向きのチルト位置+f°の状態でのパン方向の探索が完結したことになる。
そのうえで、雲台10は、矢印Sc6、矢印Sc7、矢印Sc8として示すように、上記矢印Sc2,Sc3,Sc4と同様のパンニングを行う。これにより、撮像方向F1が上下方向において中央(水平)を向いた状態での、パン方向における一往復分の探索が完結したことになる。
そのうえで、雲台10は、矢印Sc10、矢印Sc11、矢印Sc12として示すように、上記矢印Sc2,Sc3,Sc4と同様のパンニングを行う。これにより、撮像方向F1が下を向いた状態での、パン方向における一往復分の探索が完結したことになる。
これは、例えば次のような利点がある。ここで、デジタルスチルカメラ1を載置した雲台10のパン位置がパン基準位置ではない状態にあるとする。そして、この状態において、雲台10を置き直し、被写体探索を開始させたとする。このような場合、ユーザは、無意識であっても、デジタルスチルカメラ1の撮像方向F1が自分の方にほぼ向くようにして置く可能性が高いといえる。このようなことを想定した場合、本実施形態のように、探索起点Pのパン位置としては、被写体探索開始時における雲台10のパン位置とすれば、先ず、雲台10を置き直したユーザがすぐに探索される可能性が高くなる。これに対して、図11の場合のように、絶対的な位置として設定された探索起点Pに戻したうえで探索を開始させた場合には、雲台10を置き直したユーザが探索されるまでには、より多くの時間を要する可能性が高い。
そこで、図12の探索パターンでは、パン方向での探索については、例えば先ず、撮像方向を上向きとしたうえでパン方向に探索し、(Sc2,Sc3,Sc4)、次いで、同様の探索を、中央(水平)(Sc6,Sc7,Sc8)、下(Sc10,Sc11,Sc12)の順により行うこととしている。つまり、チルト位置固定によるパン方向の探索を、撮像方向F1が上向きの状態から、順次、下向きの状態となるようにしてチルト位置を変更しながら行っていく。
このようにして、図12に示す探索パターンは、できるだけ短時間で効率よく被写体が検出されるように配慮されている。
なお、ここでは、固定されるチルト位置について、+f°、0°、-g°に応じた3段階としているが、これはあくまでも一例であって、2段階以上であれば、+f°〜-g°の範囲において、任意の段階数によるチルト位置を設定してよい。また、設定される複数のチルト位置も、必ずしも等角度で分割する必要はなく、例えば上向きのチルト位置について、下向きのチルト位置よりも小さい分割角度を設定するなど、分割角度に変化を与えてもよい。
図13は、本実施形態の二次元探索パターンの第2例であり、図12の二次元探索パターンを基としたうえで、より簡略なパターンとした場合を示している。
図13においても、被写体探索のパターン開始時は、始点Stが対応するパン位置を水平中心位置Hとしたうえで、矢印Sc1として示すように、この水平中心位置Hにおいてチルト位置+f°まで移動させるチルティングを行う。これにより、撮像方向F1は上向きとなる。
次に雲台10は、矢印Sc2として示すように、チルト位置+f°を維持してパン位置-α/2まで180°のパンニングを行う。次に雲台10は、矢印Sc3として示すように、パン位置-α/2からパン位置+α/2まで360°回転するパンニングを行う。これにより、撮像方向F1が上向きの状態での左右方向の探索が完了したことになる。矢印Sc2と矢印Sc3によっては、完全に一往復とはなっていない。第1例では、固定されチルト位置ごとにおけるパン方向の動きは必ず一往復となるようにされていたが、第2例では、簡略化のために、少なくとも時計回り方向若しくは反時計回り方向の一方による片道の探索が行われれば、1つの固定チルト位置でのパン方向の探索は完了したものとして扱う。
次に雲台10は、矢印Sc6として示すように、パン位置-α/2にて、チルト位置0°からチルト位置-g°に移動させるチルティングを行い、撮像方向F1を下向きとする。次に雲台10は、矢印Sc7として示すように、チルト位置-g°のまま、パン位置-α/2からパン位置+α/2まで360°回転させるパンニングを行う。これにより、撮像方向F1が下向きでのパン方向における片道分の探索が完了する。
次に、雲台10は、矢印Sc10として示すように、パン位置-α/2にて、チルト位置0°からチルト位置+f°まで移動させるチルティングを行い、さらに、矢印Sc11として示すように、チルト位置+f°にて、パン位置-α/2から水平中心位置H(0°)にまで移動させるパンニングを行う。これにより、探索パターンを一巡し、パン・チルト位置は探索起点Pに戻ったことになる。
ただし、図13の例では、探索パターンを簡易化するために、撮像方向F1の上下方向における向きを変更するのにあたっては、水平中心位置Hにて行うのではなく、パン位置±α/2にて行うようにしている。しかし、本実施形態としては、被写体の存在する確率としてみた場合には、水平方向における撮像方向F1よりも、上下方向における撮像方向F1のほうを重視することとしている。このために、図12においても、左右方向の探索については、図13と同様に、上、中央、下の順で行うようにしている。このようにして、第2例では、探索パターンを一巡させる時間の短縮と、実用上十分とされる探索性能とを両立させようとしている。
[4−1.回転角度の制限無しの場合]
これまでの説明では、本実施形態としての図12若しくは図13の探索パターンを一巡させるのにあたり、パン方向の最大移動範囲、即ち、水平探索角αについては360°であるとしていた。
本実施形態では、より効率よく被写体探索が行えるようにするために、例えば、水平探索角αを360°より小さい所定角度で分割し、この分割された水平探索角α(部分角度値)ごとに、例えば図12,図13に示した探索パターンによる探索を行っていくという構成を提案する。
なお、この水平探索角αを分割した被写体探索においては、例えば図11に示した探索パターンも適用できる。ただし、図12,図13としての本実施形態の探索パターンを採用することで、より効率的な被写体探索が可能になる。以降の説明においては、便宜上、分割された水平探索角αごとに、図12に示した本探索パターンが適用されていることを前提とする。
先ず、雲台10は、第1部分探索範囲DV1のパン角度範囲において、図12の二次元探索パターンを一巡させる。このとき、図12における水平中心位置Hは、パン位置0°となる。また、図12における+α/2はパン位置45°が対応し、-α/2は、パン位置315°が対応する。つまり、この場合の第1部分探索範囲DV1は、パン位置315°〜(0°)〜45°の角度位置範囲にて設定されている。
第1部分探索範囲DV1にて図12の二次元探索パターンを一巡させると、続いては、雲台10は、撮像方向F1がパン位置90°となるようにしてパン方向に移動させる。パン位置+45°は、図示するようにして、第2部分探索範囲DV2のパン角度範囲における水平中心位置Hである。そこで、雲台10は、第2部分探索範囲DV2にて図12の二次元探索パターンを一巡させる。
以降、雲台10は、同様にして、第3部分探索範囲DV3における水平中心位置Hであるパン位置180°にまで移動して、第3部分探索範囲DV3にて図12の二次元探索パターンを一巡させる。次に、第4部分探索範囲DV4における水平中心位置Hであるパン位置270°にまで移動して、第4部分探索範囲DV4にて図12の二次元探索パターンを一巡させる。
このようにして、第1部分探索範囲DV1、第2部分探索範囲DV2、第3部分探索範囲DV3、第4部分探索範囲DV4の順で図12の二次元探索パターンを一巡させることで、探索可能範囲の全てを網羅した被写体探索が一巡することになる。以降は、上記第1部分探索範囲DV1〜第4部分探索範囲DV4の順で図12の二次元探索パターンを一巡させるという探索動作を繰り返す。
ところで、上記図14に示した例は、雲台10のパン方向における回転角度(有効探索範囲(有効可動角度範囲))に制限が無い場合に対応する。この場合、図14の説明から理解されるように、撮像システムは、デジタルスチルカメラ1を結果的にはパン方向において360°以上で制限無く回転し、被写体を探索して撮像することになる。しかし、実際の使用を考慮した場合、状況によっては、このような動作は好ましくない場合がある。
例として、レストランなどで使用する場合、パン方向において360°以上で回転して被写体探索を行うと、他のテーブルにいる全く関係ない他人まで撮像記録してしまうことになる。
また、家庭などで、テレビジョン受像機の前に本実施形態の撮像システムを置いて、テレビジョン受像機に表示されている画像を鑑賞している家族を自動撮影しようとする場合を考えてみる.この場合、撮像システムの後ろ半分ではテレビジョン受像機を撮影することになってしまうから、パン方向に360°以上で回転して被写体探索を行わせたまままでは、その探索動作に無駄が多くなる。
つまり、本実施形態としては、有効探索範囲について、[1]無制限、[2]制限有り:180°、[3]制限有り90°の3つの選択肢のうちからユーザが選択する操作が行えるようにされている。
一具体例として、雲台10の背面側にACアダプタ端子や映像出力端子ジャックを設けることとする。これらの端子ジャックに対してプラグが差し込まれている場合においては、有効探索範囲を無制限にすると、端子と接続されているケーブルが不用意に引き回されてじゃまになる。そこで、撮像システムとしては、雲台10の端子ジャックに対してプラグが差し込まれことを検知できるようにして、雲台10の端子ジャックに対してプラグが差し込まれている状態のときには、自動的に、有効探索範囲を180°、若しくは90°で制限するようにして設定する。
この図では、180°の有効探索範囲VLを、第1部分探索範囲DV1、第2部分探索範囲DV2、第3部分探索範囲DV3の3つに分割している。これに応じて、第1部分探索範囲DV1、第2部分探索範囲DV2、第3部分探索範囲DV3の水平探索角αは、それぞれ60°として設定される。
先ず、雲台10は、第1部分探索範囲DV1のパン角度範囲において、図12の二次元探索パターンを一巡させる。このとき、図12における水平中心位置Hは、パン位置0°が対応し、図12における+α/2はパン位置30°が対応し、-α/2は、パン位置330°が対応する。
第1部分探索範囲DV1にて図12の二次元探索パターンを一巡させると、続いては、雲台10は、撮像方向F1がパン位置+60°となるようにしてパン方向に移動させる。パン位置+60°は、この場合の第2部分探索範囲DV2のパン角度範囲における水平中心位置Hである。そこで、雲台10は、第2部分探索範囲DV2にて図12の二次元探索パターンを一巡させる。
次に、雲台10は、撮像方向F1がパン位置+300°となるようにしてパン方向に移動させる。パン位置+300°は、第3部分探索範囲DV3のパン角度範囲における水平中心位置Hである。雲台10は、上記と同様、この第3部分探索範囲DV3にて図12の二次元探索パターンを一巡させる。
このようにして、第1部分探索範囲DV1、第2部分探索範囲DV2、第3部分探索範囲DV3の順で図12の二次元探索パターンを一巡させることで、全探索可能範囲の探索が一巡したことになる。以降は、上記の探索動作を繰り返す。
そして、例えば上記の探索動作の過程において、第1部分探索範囲DV1にて被写体が探索されたとすると、撮像システムとしては、例えば先にも述べたように、構図合わせ制御の後、撮像記録を実行する。そして、例えば必要枚数分の撮像記録が完了すると、第2部分探索範囲DV2に移動して探索動作を引き続いて実行する。
しかし、先にも述べたように、パン方向に関しては、被写体は、被写体探索開始時におけるパン位置の方向に存在している可能性が高い。そこで、本実施形態としては、この被写体探索開始時におけるパン位置を水平中心位置Hとする部分探索範囲から被写体探索を開始させることとしている。
図16は、有効探索範囲VLについて90°が設定された場合の部分探索範囲の設定例を示している。
この場合には、90°の有効探索範囲VLに対して、同じ90°の水平探索角αを有する1つの第1部分探索範囲DV1を設定した態様を示している。この場合の探索動作としては、この第1部分探索範囲DV1にて図12の探索パターンによるパンニング・チルティングの動作を一巡させ、これを繰り返すことになる。
しかし、この場合において、1つの部分探索範囲DVのみを設定しているのは、例えば次のような理由による。
現状において、デジタルスチルカメラなどでも焦点距離が28mm(35mm換算)以下の広角レンズを採用するものが普及してきている。このため、デジタルスチルカメラ1のレンズの広角側(ワイド端)の画角によっては、あまり水平探索角αを小さく設定しても、重複して探索する範囲が必要以上に多くなり、むしろ良好な探索結果が得られにくくなる場合がある。ここでの例では、このようなことを考慮して、有効探索範囲VLが90°とされて相当に狭い場合には、同じ水平探索角αによる1つの部分探索範囲を設定することとしている。
これと同じ理由で、例えば先の有効探索範囲が180°の場合にも、例えば水平探索角αについて45°、30°などを設定せずに、図15に示したように、水平探索角α=60°を設定している。
[5−1.基本例]
これまでに説明した実施形態としての被写体探索動作を含む自動撮像記録のためのアルゴリズムとして、その基本例について、図17〜図21を参照して説明する。
例えば、ユーザ操作若しくは雲台10に対するケーブル接続の有無に応じて設定された有効探索範囲については、例えばRAM29などに、有効探索範囲設定情報として保持させているものとする。
そこで、制御部27は、図18(a)のステップS201により、有効探索範囲情報を参照し、現在設定されている有効探索範囲についての設定内容を認識する。つまり、[1]無制限、[2]制限有り:180°、[3]制限有り90°の何れであるのかを認識する。
有効探索範囲対応パラメータテーブルは、例えば、図20に示す内容を有している。つまり、有効探索範囲について、[1]無制限、[2]制限有り:180°、[3]制限有り:90°の設定ごとに対応する、水平探索角αと部分探索範囲数Nの値が示されている。
そこで、制御部27は、この有効探索範囲対応パラメータテーブルから、上記ステップS101により認識した現在の有効探索範囲の設定に対応付けられている水平探索角αと部分探索範囲数Nの値を取得する。そして、ステップS203により、このステップS202にて取得した水平探索角α、及び部分探索範囲数Nを、今回の自動撮像記録における被写体探索のパラメータとして設定する。
変数nは、部分探索範囲の番号を示す。また、本実施形態では、一旦、被写体を検出すると、その検出した被写体について、異なる構図による撮像記録を所定回数(例えば3回程度)実行し、それから次の被写体探索を行うようにされている。変数mは、検出された被写体ごとについての撮像記録回数を示す。
この被写体探索用に規定した画角をどのように設定するのかについては、いくつか考えることができるが、ここでは、最も基本的な例として、光学系部21が有する撮像レンズで得られる最も広い画角(以降、ワイド端ともいう)を設定するものとする。ワイド端とすることで、そのレンズにより得られる撮像視野角範囲は最も広くなるので、それだけ効率よく被写体を検出することが可能になる。
図18(b)は、ステップS104として、被写体探索用の画角としてワイド端を設定するための処理であり、制御部27は、ステップS301により、撮像レンズがワイド端となるようにしてズーム制御を実行する。
1つには、例えばデジタルスチルカメラ1の制御部27(パン・チルト・ズーム制御ブロック63)が、雲台10に対して、制御部51(パン・チルト制御処理ブロック72)に対して、例えば図12の二次元探索パターンを形成する矢印Sc1〜Sc12ごとに対応して、パンニング、チルティングが行われるように、パン/チルト移動方向、パン/チルト移動量、移動速度などの指示を行う、というものである。
このために、制御部27は、構図判定ブロック62(信号処理部24)により、取り込んだ撮像画像データを利用して被写体検出処理を実行する。この被写体検出処理としては、例えば顔検出技術を応用し、その検出結果として、検出した被写体ごとに、その顔の画像部分の領域に対応して顔枠を設定する。例えば、被写体数であるとか、被写体検出時点での被写体サイズ及び画枠内の位置などの被写体に関する基本的情報は、この顔枠FRの数、サイズ、位置などにより得ることができる。また、顔枠FRが設定されることに応じて、この段階で、被写体ごとの重心であるとか、複数の被写体についての総合的な重心も取得される。
なお、この顔検出の方式、手法はいくつか知られているが、本実施形態においてはどの方式を採用するのかについては特に限定されるべきものではなく、検出精度や設計難易度などを考慮して適当とされる方式が採用されればよい。
被写体が検出された段階では、検出された被写体ごとに、被写体情報として、顔枠FRの情報(位置、サイズなど)、被写体重心及び総合被写体重心、属性として検出された年代、性別、顔方向を示す情報などが得られている。
そこでステップS107においては、制御部27(構図判定ブロック62)が上記の被写体情報を利用して最適構図を決定する、構図判定処理を実行する。
この構図判定処理により、画枠内における被写体の重心が在るべき位置であるとか、ズーム倍率(被写体サイズの拡大率)などが決定される。この構図判定処理による構図判定結果の情報は、例えばパン・チルト・ズーム制御ブロック63に対して渡される。
そこで、パン・チルト・ズーム制御ブロック63は、渡された構図判定結果に応じた撮像視野角が得られるようにするためのパン・チルト・ズーム制御を実行する。つまり、構図合わせ制御を実行する。
また、本実施形態のデジタルスチルカメラ1は、検出された被写体の顔の表情として少なくとも笑顔を検出可能とされている。そのうえで、構図判定結果としては、例えば被写体が笑顔であることを指定する内容を含めることもできる。このようにして構図判定結果に、被写体が笑顔であることの指定が含められている場合には、ステップS108による構図OKか否かの判定にあたって、被写体が笑顔であるか否かについての検出結果も利用することになる。
これに対して、ステップS108にて構図がOKになったとの判別結果が得られた場合には、ステップS109に進む。
ステップS111にて変数mが最大値以下であるとして、否定の判別結果が得られた場合には、未だ、検出した被写体についての規定回数分の撮像記録を行っていないことになる。そこで、この場合には、ステップS107に戻り、次の撮像記録のための構図判定処理、構図合わせ制御を実行する。なお、このときの構図判定処理は、前回の構図判定処理とは異なる構図を設定するための処理となる。例えば、構図としての被写体の顔の向きを、前回とは異なるものとして設定することが考えられる。また、画枠内における被写体の位置、サイズなどを変更して設定することが考えられる。また、前回は笑顔でなくても良かったが、今回は被写体の顔が笑顔であるべきことを条件にすることが考えられる。
このようにして検出された被写体ごとに、規定回数分の撮像記録を行えば、同じ被写体で異なる構図による複数の撮像画像を記録できる。
これらの場合は、いずれについても、第n部分探索範囲DVnに対する探索を終了して、次の部分探索範囲に移行してよい状況である。
ステップS113にて変数nが部分探索範囲数N以下であるとして否定の判別結果が得られた場合には、未だ、全ての部分探索範囲ごとの二次元探索パターンによる被写体探索が一巡していないことになる。そこで、この場合には、ステップS103に戻る。これにより、次の番号の部分探索範囲についての二次元探索パターンによる被写体探索が開始されることになる。また、再度、ステップS104の処理を経ることで、その前の構図合わせ制御によってズーミングなどが行われていたとしても、再度、探索用の画角(例えばこの場合にはテレ端)となるようにして再設定される。
ここで、図17のステップS101としてのパラメータ(水平探索角α、部分探索範囲数N)設定の変形例を挙げておく。
先ず、有効対応範囲パラメータテーブルについては、図20に代えて、図21に示す内容を有しているものとする。
図21に示す有効対応範囲パラメータテーブルにおいては、光学系部21のレンズのワイド端での画角値(ワイド端画角値)γについて所定値以上の場合と所定値未満の場合とのそれぞれについて、有効探索範囲の設定ごとに応じた水平探索角α及び部分探索範囲数Nとの対応が示されている。
なお、ここでの画角値γは、焦点距離により表すものとする。また、あくまでも一例であるが、ここでは、レンズのワイド端画角値γについて、25mm(焦点距離:35mm換算)以上と25mm未満とで区分している。
これに対して、ワイド端画角値γが25mm未満では、有効対応範囲が無制限の場合には、水平探索角α=120°で部分探索範囲数N=3、有効対応範囲が制限有りで180°の場合には、水平探索角α=90°で部分探索範囲数N=2、有効対応範囲が制限有りで90°の場合には、水平探索角α=90°で部分探索範囲数N=1となっている。これをワイド端画角値γが25mm以上の場合と比較すると、有効対応範囲が無制限の場合と、有効対応範囲が制限有りで180°の場合とで、水平探索角αは拡大された設定となっている。これに応じて、部分探索範囲数Nについては少なくなっている。
現状、デジタルスチルカメラのレンズについては、より広画角のものが採用される傾向になってきている。デジタルスチルカメラ1のレンズが相当に広角になるほど、定位置にあって被写体探索できる範囲も広がることになる。このことを考慮すると、レンズが一定以上に広角であるような場合にも、例えば35mm程度のテレ端を前提としたデフォルトの部分探索範囲数N及び水平探索角αでは、部分探索範囲ごとに重複して探索される領域が多すぎることになって、被写体探索としてはあまり効率が良くなくなる場合もあると考えられる。
そこで、変形例としては、ワイド端画角値γが一定以上のレンズの場合に対応しては、通常よりも、水平探索角αを広く取り、これに応じて部分探索範囲DVの数も削減することとしたものである。なお、図21の例では、有効探索範囲が90°で制限されている場合には、ワイド端画角値γに関わらず、水平探索角α=90°、部分探索範囲数N=1としている。これは、例えば、既に有効探索範囲について90°という比較的狭い範囲に制限されている状況にあって、ここからさらに水平探索角αを拡大することは特に意味がない、という理由による。
図19のステップS401において、制御部27は、図18(a)のステップS201と同様に、有効探索範囲設定情報を参照して、現在の有効探索範囲についての設定内容を認識する。
次に、制御部27は、ステップS402により、光学系部21が有するレンズのワイド端画角値γを取得する。レンズのワイド端画角値γの値の情報は、例えば、レンズがデジタルスチルカメラ1に組み込みとされている構造であれば、フラッシュメモリ30やROM28などに保持されている。また、レンズが交換可能である場合には、交換レンズが自身のワイド端画角値のデータを保持している。そこで、この場合には、デジタルスチルカメラ1の制御部27が交換レンズ側のCPUなどと通信を行うことで、ワイド端画角値γを取得することができる。
一例であるが、ステップS402にて取得したワイド端画角値γ=24mmで、かつ、ステップS401にて認識した有効探索範囲の設定が、180°で制限されているものとした場合、これに対応するものとして、ステップS403では、水平探索角α=90°、部分探索範囲数N=2が取得されることになる。
そしてステップS404において、上記ステップS403にて取得した水平探索角α=90°、部分探索範囲数N=2を、今回の自動撮像記録における被写体探索のパラメータとして設定する。
これまで説明した第1例の部分探索範囲設定としては、360°、180°、90°のパン方向における回転角度を、同じ水平探索角αによる第1部分探索範囲DV1〜第n部分探索範囲DVnで等分割して設定している。この場合、パン方向における角度範囲が他の部分探索範囲とは重複しないようにされている。そして、1つの部分探索範囲での探索を完了すると、次の部分探索範囲に移動して、パン方向における角度範囲が他の部分探索範囲とは重複しないようにされている。
図22は、第2例の部分探索範囲の設定の仕方と、これに応じた、被写体探索の挙動例を示している。なお、図22に示されるデジタルスチルカメラ1は、雲台10に載置されているのであるが、ここでは図を簡略で見やすいものとすることの都合上、雲台10は省略している。
ここで、図23(a)から図23(b)までの動作の遷移は、上記図22(a)(b)と同じとしている。
そのうえで、この他の例では、図23(c)に示すように、図23(b)において被写体を検出したときの撮像方向F1に対応するパン位置P1からパン方向において90°回転させたときのパン位置を、新たな水平中心位置H(0°)とする。そして、この新たな水平中心位置H(0°)をパン方向の中心とする+45°〜−45°の90°の範囲を、次の部分探索範囲DVとして設定することになる。
つまり、図22の動作が、被写体が検出されたパン位置を新たな部分探索範囲DVの水平中心位置Hとするのに対して、図23の動作では、被写体が検出されたパン位置から予め設定した所定角度だけパン方向に回転させたパン位置を、新たな部分探索範囲DVの水平中心位置Hとする。
このような探索の仕方とすることで、より丹念に探索が行われることとなり、例えば相当に被写体となる人数が多いなどの周囲の状況などによっては、第1例などよりも好ましい画内容の撮像画像データを自動記録できる。
これに対して、図15,図16などのように有効探索範囲について360°未満の制限が与えられる場合には、部分探索範囲DVが有効探索範囲の限界位置にまできた場合において、どのようにし反対側のパン方向に折り返させるべきかを考慮する必要が出てくる。
また、ここでは、180°の有効探索範囲VLについて、その中心を0°とし、時計回り方向の限界位置を+90°、反時計回り方向の限界位置を−90°としている。
また、この図においては雲台10及びデジタルスチルカメラ1の図示は省略して、その探索動作を模式的に示したものとなっている。ここでは、デジタルスチルカメラ1本体の回転軸11aを示している。
しかし、この場合の動作例では、この-45°〜H(−75°)〜-90°の範囲を部分探索範囲DVとして設定し、図12、図13に示した実施形態の二次元探索パターンによる被写体探索を実行させる。
この場合、水平中心位置H(−75°)から時計回り方向へのパンニングは30°で行うが、水平中心位置H(−75°)から反時計回り方向へのパンニングは、15°により行うこととなる。従って、この場合の二次元探索パターンは、図12、図13のように左右対称となるのではなく、非対称となる。
そこで、この場合には、図25(a)に示すようにして新たな部分探索範囲DVを設定する。つまり、図24(b)にて設定されていた部分探索範囲DVの水平中心位置をH'とすると、この水平中心位置H'が位置するパン位置から時計回り方向に120°回転したパン位置+45°が新たな部分探索範囲DVの水平中心位置Hとなるようにしてパンニングを行う。これにより、部分探索範囲DVは、0°を対称に、反対側の角度範囲に位置させることができる。そして、この新たな部分探索範囲DVにて被写体探索を実行する。
なお、ここでまでの動作過程によると、パン位置+90°〜+75°の範囲は探索されないことになる。しかし、このパン位置+90°〜+75°にまでパンニングしなくとも、レンズの画角によって、パン位置+90°〜+75°にて得られるとされる必要な撮像視野角範囲が得られている。従って、この場合においてパン位置+90°〜+75°の範囲を探索しなくとも、特に問題にはならない。
しかし、例えばフローチャートとして各図に示した処理手順の少なくとも1つが雲台10側において実行されるようにして構成してもよい。ただし、主立った被写体探索、構図判定、及び自動撮像記録のための制御機能を、デジタルスチルカメラ1側に設けることで、多様な機種のデジタルスチルカメラ1と雲台10とを組み合わせることが可能になって、汎用性という点では有利である。
また、本実施形態の撮像システムとしては、必ずしも、デジタルスチルカメラ1と雲台10とが独立した装置である必要はなく、撮像装置と雲台とが一体化された構成でもよい。但し、実施の形態のようにしてデジタルスチルカメラ1と雲台10とをそれぞれ独立した装置として構成すれば、デジタルスチルカメラ1を通常にカメラとして使用できる。
このようなプログラムは、例えばROMなどに対して製造時などに書き込んで記憶させるほか、リムーバブルの記憶媒体に記憶させておいたうえで、この記憶媒体からインストール(アップデートも含む)させるようにしてDSP対応の不揮発性の記憶領域やフラッシュメモリ30などに記憶させることが考えられる。また、USBやIEEE1394などのデータインターフェース経由により、他のホストとなる機器からの制御によってプログラムのインストールを行えるようにすることも考えられる。さらに、ネットワーク上のサーバなどにおける記憶装置に記憶させておいたうえで、デジタルスチルカメラ1にネットワーク機能を持たせることとし、サーバからダウンロードして取得できるように構成することも考えられる。
Claims (8)
- 撮像部の撮像方向がパン方向に変化するように動く構造の可動機構部について、予め設定されたパン方向の可動角度範囲に基づいて設定された、パン方向における所定の角度位置範囲を動く単位パン動作が得られるように制御する駆動制御手段と、
第1の角度位置範囲において上記単位パン動作を行った後は、この第1の角度位置範囲とは異なる第2の角度位置範囲において上記単位パン動作が行われるように、角度位置範囲を設定する、角度位置範囲設定手段と、
を備える可動機構部制御装置。 - 上記パン方向の可動角度範囲よりも大きなパン方向における有効可動角度範囲の角度値を変更設定する変更設定手段と、
上記変更設定手段により設定された有効可動角度範囲に応じて、上記パン方向の可動角度範囲の角度値を変更設定する有効可動角度範囲対応角度値設定手段とをさらに備える、
請求項1に記載の可動機構部制御装置。 - 上記角度位置範囲設定手段は、
上記第2の角度位置範囲として、上記第1の角度位置範囲と重複しない角度範囲を設定する、
請求項1又は請求項2に記載の可動機構部制御装置。 - 上記角度位置範囲設定手段は、
上記第1の角度位置範囲での上記単位パン動作中において、撮像部により撮像して得られる撮像画像から被写体が検出されたときには、このときのパン方向における角度位置に基づいて、上記第2の角度位置範囲を設定する、
請求項1乃至請求項3の何れかに記載の可動機構部制御装置。 - 上記撮像部が有するレンズの画角に応じて、上記パン方向の可動角度範囲の角度値を変更設定する、レンズ画角対応角度値設定手段をさらに備える、
請求項1乃至請求項4の何れかに記載の可動機構部制御装置。 - 上記単位パン動作に際して、上記撮像部が有するレンズに設定できる画角範囲における最も広い画角となるように制御する第3の画角制御手段をさらに備える、
請求項1乃至請求項5の何れかに記載の可動機構部制御装置。 - 撮像部の撮像方向がパン方向に変化するように動く構造の可動機構部について、予め設定されたパン方向の可動角度範囲に基づいて設定された、パン方向における所定の角度位置範囲を動く単位パン動作が得られるように制御する駆動制御手順と、
第1の角度位置範囲において上記単位パン動作を行った後は、この第1の角度位置範囲とは異なる第2の角度位置範囲において上記単位パン動作が行われるように、角度位置範囲を設定する、角度位置範囲設定手順と、
を実行する可動機構部制御方法。 - 可動機構部制御装置に、
撮像部の撮像方向がパン方向に変化するように動く構造の可動機構部について、予め設定されたパン方向の可動角度範囲に基づいて設定された、パン方向における所定の角度位置範囲を動く単位パン動作が得られるように制御する駆動制御手順と、
第1の角度位置範囲において上記単位パン動作を行った後は、この第1の角度位置範囲とは異なる第2の角度位置範囲において上記単位パン動作が行われるように、角度位置範囲を設定する、角度位置範囲設定手順と、
を実行させるためのプログラム。
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