JP2011030015A - 構図制御装置、撮像システム、構図制御方法、プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】判定された構図が獲得されているとした画内容から、判定されたズーム倍率により変更された画角を、変更前に戻したとするときに、画枠において得られる被写体の位置を予備位置として求める。そして、画枠内の被写体がこの予備位置となるようにして可動機構部を制御し、この後、判定されたズーム倍率によるズーム制御を実行する。これによって、ズーム制御を完了した段階で、判定した構図を獲得することを可能とする。
【選択図】図18
Description
本願発明は、このような構図合わせ制御のシーケンスについてさらに改良を図り、例えば、より効率的に制御が実行されるようにすることを、その課題とする。
つまり、撮像部により撮像して得られる画像から検出した被写体情報に基づいて目標構図を判定するもので、この目標構図を得るためのズーム倍率、及び上記目標構図を得るための被写体の画像部分の目標位置を判定する構図判定手段と、上記構図判定手段により判定された目標構図が得られているとする場合に、上記ズーム倍率による画角変更を行う前において、上記画像において得られているとされる被写体の位置を予備位置として求める、予備位置取得手段と、上記被写体の画像部分の位置が、取得された上記予備位置となるようにして、上記撮像部の撮像視野範囲を変更する可動機構部に対する制御を実行する可動機構部制御手段と、上記可動機構部制御手段により上記被写体の画像部分が上記予備位置に在るようにされた後において、上記構図判定手段により判定されたズーム倍率に応じた画角が得られるようにして、上記撮像部のズームレンズを駆動制御する、ズーム制御手段とを備えることとした。
つまり、撮像装置と、上記撮像装置の撮像視野範囲を変更するようにして可動する機構を有する可動機構装置とから成り、上記撮像部により撮像して得られる画像から検出した被写体情報に基づいて目標構図を判定するもので、この目標構図を得るためのズーム倍率、及び上記目標構図を得るための被写体の画像部分の目標位置を判定する構図判定手段と、上記構図判定手段により判定された目標構図が得られているとする場合に、上記ズーム倍率による画角変更を行う前において、上記画像において得られているとされる被写体の位置を予備位置として求める、予備位置取得手段と、上記被写体の画像部分の位置が、取得された上記予備位置となるようにして、上記可動機構装置に対する制御を実行する可動機構装置制御手段と、上記可動機構装置制御手段により上記被写体の画像部分が上記予備位置に在るようにされた後において、上記構図判定手段により判定されたズーム倍率に応じた画角が得られるようにして、上記撮像装置のズームレンズを駆動制御する、ズーム制御手段とを備えることとした。
<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]
<2.実施形態の構図制御に対応する機能構成例>
<3.構図制御(第1例)>
<4.構図制御(第2例)>
<5.構図制御(第3例:実施形態)>
[5−1.アルゴリズム例]
[5−2.被写体数が複数の場合]
<6.本実施形態の撮像システムの変形例>
また、本明細書においては、以降の説明にあたり、画枠、画角、撮像視野範囲、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。
撮像視野範囲は、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、例えば撮像視野範囲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の撮像視野範囲は、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(a)及び図5(b)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(a)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5(b)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の撮像視野範囲は、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6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。
音声出力部35は、制御部27の制御により、例えば所定内容の通知のために、所定の音色と発音パターンによる電子音を出力する部位である。
LED部36は、例えばデジタルスチルカメラ1の筐体前面部に表出して設けられるLED(Light Emitting Diode)と、このLEDを点灯駆動する回路部などから成り、制御部27の制御に応じて、LEDを点灯、消灯する。このLEDを点灯、消灯パターンにより、所定内容の通知が行われる。
図7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5(b)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8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、構図判定ブロックの指示、制御により実行される。
本実施形態においては、この構図判定に際して、被写体検出により検出された被写体ごとに、後述する属性についての検出も行う。そして、構図判定処理に際しては、この検出された属性を利用して最適とされる構図を判定する。さらに、判定した構図による画内容の撮像画像データが得られるようにするための構図合わせ制御も実行する。
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6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レンズの位置(ズーム倍率)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。
通信制御処理ブロック71は、デジタルスチルカメラ1側の通信制御処理ブロック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。
これまでに説明したデジタルスチルカメラ1と雲台10の構成により実現可能な構図制御として、その第1例について説明する。
ここで、構図判定ブロック62が、被写体検出処理のために、図9の画枠300に示す画内容の撮像画像データを取り込んだとする。この撮像画像データの画内容としては、人としての被写体が1つ存在した画を撮影して得られたものとなる。
また、この場合の画枠300における位置は、座標(X,Y)により表されるものとしており、ここでは画枠300の右上端を座標(0,0)として定義している。
また、この画枠300に対しては、垂直基準線Ld1及び水平基準線Ld2が仮想的に設定されている。垂直基準線Ld1は、画枠300の水平方向における中点を通過する直線で、水平基準線Ld2は、画枠300の垂直方向における中点を通過する直線となる。これら垂直基準線Ld1及び水平基準線Ld2は、それぞれ、構図制御として、画枠300における被写体の位置を水平/垂直方向で移動させる際の基準線となる。また、垂直基準線Ld1と水平基準線Ld2の交点座標(160,-120)は、構図制御における基準点Pとして扱われる。
また、被写体数に関しては、例えば顔検出により検出された顔の数を求めればよい。図9(a)の場合には、検出される顔が1つであるから、被写体数としても1であるとの結果が得られる。
また、この被写体重心Gをどのようにして設定するのかについては、例えばこれまでに知られている被写体重心検出方式を採用することができる。1つの例としては、被写体SBJに対応して検出された顔枠FRとしての四角形の対角線の交点を、被写体重心とすることが考えられる。
つまり、先ず、被写体サイズについては、sizey=64とし、被写体重心Gについては、G(160,-120+Δy)に位置させる、という構図である。
被写体SBJが1つの場合、最も単純で基本的な被写体SBJの位置は、画枠300の中央に配置するというものになる。つまり、被写体重心Gを基準点Pに位置させるというものである。
しかし、このような被写体を画面の中央に位置させた構図は、一般に良くない構図の典型とされている。例えば三分割法であるとか黄金率法などに代表されるようにして、画面中央から在る規則に従って被写体の位置をずらした方が、良い構図が得られるものとされている。
図9にて説明したように、この場合の被写体SBJの顔方向は、右、正面、左の3段階のうち、正面であるとして検出されている。
ここでは、1つの被写体SBJの顔方向が正面であるとして検出されている場合には、水平方向については中央に位置させることとしている。つまり、被写体重心GのX座標については水平方向における中点、つまり垂直基準線Ld1(基準点P)と同じX座標(160)とするものである。この場合、垂直基準線Ld1を基準にした水平方向における被写体重心Gの移動量として規定される、水平オフセット量Δxは0として設定されていることになる。
図10の場合には、このような構図判定の規則、アルゴリズムに従って、被写体重心G(160,-120+Δy)を設定した。
この場合には、被写体重心Gの水平方向における位置については、垂直基準線Ld1により2分割される左右の画像領域(分割領域)のうちで、顔方向が示す「左」とは反対側の「右」側の画像領域に在るようにさせる。これにより、画枠300においては、個別被写体SBJの顔が向いている方向である左側において空間が得られるようする。このような構図とすることで、例えば、顔方向が左であるとされる個別被写体SBJの重心Gを、左右方向における画面中央に対応させた(一致させた)被写体位置とする場合や、垂直基準線Ld1に対して左方向の画像領域とするような場合と比較して、より良好な構図を得ることができる。
また、検出された個別被写体の顔方向が右である場合には、左の場合とは逆に、被写体重心Gを垂直基準線Ld1により2分割される左右の画像領域(分割領域)のうち、左側の画像領域に在るようにさせる。
被写体サイズの変更は、先に述べたように、例えばデジタルスチルカメラ1の光学系部21におけるズームレンズを移動する制御(ズーム制御)、若しくは撮像画像データに対する画像切り出しなどの画像信号処理の何れか一方を行えばよいが、ここでは、ズーム制御によって行うものとする。
また、被写体重心Gの位置の変更であるが、水平方向については雲台10のパン機構に対するパン制御により行うことになる。また、垂直方向については雲台10のチルト機構に対するチルト制御により行うことになる。
つまり、本実施形態では、判定構図を獲得するための構図合わせ制御として、ズーム制御による画像の拡大縮小と、パン・チルト制御による画像の水平/垂直方向における移動とを組み合わせている。
図9,図10に例示した構図制御との対応では、水平オフセット量Δx=0として判定され、これに応じて、被写体重心Gは、X座標=160に位置するようにして水平方向における移動が行われる。
図9,図10に例示した構図制御との対応では、図10に示したように、水平基準線Ld2に対して上方向に所定の絶対値分移動する垂直オフセット量Δyが設定され、被写体重心Gは、Y座標=-120+Δyに位置するようにして垂直方向において移動が行われる。
先にも述べたように、画枠300における被写体SBJのサイズ変更は、ズーム制御によって画角を変更することによって行う。ここでいうズーム倍率は、被写体検出処理によって被写体が検出されたときの被写体サイズから、最適構図に対応して判定される被写体サイズを得るために必要な画角の倍率をいう。
このためには、先ず、構図判定ブロック62は、検出された被写体の条件に応じて、所定の規則に従って、最適構図として必要される目標被写体サイズ(ズーム制御目標値)を判定する。この被写体サイズは、例えば検出された被写体が1つの場合の例では、図9,図10にて説明したように、例えば正方形の顔枠FRの垂直方向(又は水平方向)の一辺のサイズ(画素数)を求めればよい。
そして、上記のようにして求めた目標被写体サイズsize_trgと、被写体検出処理時に得られた被写体サイズsize_org(顔枠FRの垂直方向(又は水平方向)の一辺のサイズ(画素数))との比を求めて、これをズーム倍率Zとする。つまり、
Z=size_trg/size_org・・・(式1)
により、ズーム倍率Zを算出する。
図9,図10との対応では、目標被写体サイズが64画素、被写体検出処理時に得られた被写体サイズが32画素であるから、ズーム倍率Z=64/32=2となる。
図11は、先ず、図9の状態から、ステップS101〜S105を実行して、被写体重心Gを、目標座標(G(160,-120+Δy)に位置させた状態を示している。
つまり、画角を可変した場合には、画枠300における画像は、レンズ光軸に対応した画枠300の中心位置である基準点Pを中心にして拡大、縮小する。このために、例えば、この場合のようにして、図11の状態から、ズーム倍率Z=2による画角変更を行ったとすると、図12に示すようにして、被写体重心Gの座標は、X座標については垂直基準線Ld1と一致しているために動かないが、Y座標については、2倍に拡大されたことに応じて、Y=-120+Δyから、Y=-120+2Δyに移動してしまう。つまり、目標座標から外れてしまう。そして、結果としては、図12に示しているように、被写体SBJが、画枠300の上側にはみ出したような状態になってしまう。
図13は、被写体SBJについて検出した顔方向が左向きであった場合に応じて、図16のステップS101〜S106の処理によって、先ず、被写体重心Gを目標座標に位置させたときの画枠300の画内容を示している。
顔方向が左向きとして検出された場合には、先に述べたようにして、水平方向における被写体重心Gは、垂直基準線Ld1に対して右側の領域における所定の座標となるようにして設定される。これに応じて、被写体重心Gの目標座標は、G(160+Δx,-120+Δy)で表されるものとなる。なお、このときの垂直オフセット量Δxとしては正の値が設定される。
そこで、図13の状態からズーム倍率Z=2によるズーム制御を実行したとすると、図14に示すようにして、被写体重心Gの基準点Pからの距離は、垂直方向においてはΔyから2Δyに拡大し、水平方向においてもΔxから2Δxに拡大する。つまり、被写体重心Gは、(160+Δx,-120+Δy)から(160+2Δx,-120+2Δy)に移動してしまって、目標座標から大きく外れ、例えば、図示するようにして被写体SBJが画枠300の右上からはみ出るような状態となる。
このために、実際においては、図16の手順を実行した後に、再度、被写体重心Gを目標座標に戻すためのパン・チルト制御が必要になってくることになる。ただし、例えば図14に例示したように、ズーム制御が実行されたことで、被写体SBJ(顔枠FR)が画枠300からはみ出たような場合には、この段階で被写体が検出できなくなって、再度、被写体探索の制御に戻らなければならない場合もある。
このような構図制御の手順は、合理的ではないといえる。また、実際の雲台10のパン・チルト機構の動きに応じたデジタルスチルカメラ1の物理的な動きも、スムーズには見えず、ユーザに対して良い印象を与えにくい。
そこで、例えば第2例として、図17のフローチャートに示す構図制御の手順とすることが考えられる。
なお、この図に示す処理も、例えば画枠300において被写体処理によって被写体を検出したことに応じて、適宜、構図判定ブロック62、パン・チルト・ズーム制御ブロック63が実行するものとしてみることができる。
次に、構図判定ブロック62は、ステップS202によりズーム倍率Zを判定し、ステップS203により、ズーム倍率Zに応じたズーム制御を実行する。
ズーム倍率Zは、これまでの図9〜図14の説明のようにして、1より大きな正の値を設定して、被写体をクローズアップしたような構図とすることはしばしば行われるものと想定できる。
また、被写体重心Gを目標座標に位置させるための制御として、例えばパン制御であれば、構図判定ブロック62は、水平方向において被写体重心Gが目標のX座標に近づいていく向きに動くようにして、雲台10に対してパン方向移動の指示を行う。そして、取り込まれる撮像画像データの画枠において被写体重心Gが目標のX座標に一致したと判定したタイミングで、雲台10に対してパン方向移動の停止を指示する。同様にして、チルト制御も、垂直方向において被写体重心Gが目標のY座標に近づいていく向きに動くようにして、雲台10に対してパン方向移動の指示を行い、被写体重心Gが目標のY座標に一致したタイミングで、パン方向移動の停止を指示する、というものになる。
しかし、当然のこととして、パン・チルト方向におけるデジタルスチルカメラ1自体の少しの移動であっても、ズーム倍率が大きいほど、撮像画像の画枠内における画像の動き量は大きなものとなる。このことは、ズーム倍率が大きい状態での画像であるほど、上記したような被写体重心Gを目標座標に一致させるパン・チルト制御を細かく実行することが困難であることを意味している。つまり、図17に示した手順では、ズーム倍率によっては、判定された構図に応じた画枠内の位置に被写体を正確に位置させることが難しい場合がある。このようなときには、例えば被写体が適正位置に納まるまでに必要以上に時間がかかってしまうことになり、そのときのパン・チルト機構に応じたデジタルスチルカメラ1の挙動も、やはりユーザによい印象を与えにくい。
[5−1.アルゴリズム例]
そこで、本実施形態としては、以降説明する第3例としての構図制御を採用する。
図18のフローチャートは、第3例としての構図制御のためのアルゴリズム例を示している。先の図16,図17では、被写体処理によって画枠300において被写体を検出した後の構図制御の手順例を示していた。図18では、被写体検出(被写体探索処理)を含んだ処理手順例を示している。
また、この図に示す処理は、図8に示されるデジタルスチルカメラ1の各機能部位が必要に応じて適宜実行するものとしてみることができる。また、これらの各機能部位が実行する処理は、図1の制御部(CPU)27、また、DSPとしての信号処理部24がプログラム(インストラクション)を実行することにより実現される制御、処理の手順としてみることができる。
なお、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、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。
この被写体検出処理としては、例えば先に述べたようにして顔検出技術を応用し、その検出結果として、これまでに述べたようにして、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FR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、被写体の被写体重心Gも取得される。
ステップS303において被写体が検出されたとして肯定の判別結果が得られた場合には、ステップS304に進む。
これらの目標水平オフセット量Δx、目標垂直オフセット量Δyは、それぞれ、例えば先の第1例、第2例として、図16,図17のステップS101,S204、S103,S206にて判定した水平オフセット量Δx、垂直オフセット量Δyに相当する。つまり、判定した構図に対応して被写体重心Gが最終的に位置すべき座標に対応する、基準点Pからの水平/垂直方向における距離を示す。
次のステップS307において構図判定ブロック62は、上記ステップS306において判定したズーム制御目標値を利用して、ズーム倍率Zを判定する。このズーム倍率Zの判定のためには、第1例、第2例に応じた説明との対応では、ズーム制御目標をsize_trgと、被写体検出処理による検出時における被写体SBJの顔枠FRの垂直サイズ/size_orgとを利用して、先の(式1)によりズーム倍率Zを算出することになる。
水平制御オフセット量Δx1は、後述するステップS310,S311によるパン制御により実際にパンニングを行って被写体重心Gを位置させるべき、垂直基準線Ld1に対する距離を表すものとなる。同様に、垂直制御オフセット量Δx2は、後述するステップS312、S313によるパン制御により実際にパンニングを行って被写体重心Gを位置させるべき、水平基準線Ld2に対する距離を表すものとなる。
Δx1=Δx/Z・・・(式2)
また、制御垂直オフセット量Δy1は、目標垂直オフセット量Δyと、ズーム倍率Zとに基づいて、例えば次のようにして求める。
Δy1=Δy/Z・・・(式3)
上記(式2)(式3)により求められる制御水平オフセット量Δx1、制御垂直オフセット量Δy1は、例えば図10に示した判定構図が得られた状態から、ズーム倍率Zにより拡大する前の状態に戻したときに得られているとされる水平オフセット量Δx、垂直オフセット量Δyに相当するといえる。
即ち、逆にいえば、被写体重心Gについて、予め、制御水平オフセット量Δx1、制御垂直オフセット量Δy1に応じた座標位置としておいたうえで、ズーム倍率Zによるズームを行えば、その結果、被写体重心Gは、目標水平オフセット量Δx、目標垂直オフセット量Δyに応じた座標に位置できることになる。
そして、構図判定ブロック62は、上記のパン制御を実行させながら、例えばステップS311により、被写体重心Gが制御オフセット量Δx1に対応するX座標に位置する状態が得られたか否かについて判別する。ここで、パン制御の結果、被写体重心Gが制御水平オフセット量Δx1に対応するX座標に位置したとされれば、ステップS312に進む。
これに対して、例えばパン制御中に被写体としての人物が移動したなどの原因で、例えば或る規定時間を経過しても被写体重心Gが制御水平オフセット量Δx1に対応するX座標に位置する状態が得られなかった場合には、ステップS301の被写体検出処理(被写体探索処理)に戻る。
具体例については後述するが、第3例では、ここまでの制御によって、画枠300において、被写体重心Gの座標と、被写体サイズを要素とした判定構図が獲得されている状態にある。
例えば、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、例えば予めのユーザ操作などにより、検出された被写体が笑顔であることが検出されているタイミングのときに撮像記録を行うべきモードが設定されているとする。ステップS315は、例えばこのような笑顔撮影のモードに応じて、撮影記録すべきタイミングであるか否かについての判別を行う。つまり、現在得られている撮像画像データにおいて検出されている被写体の表情が笑顔となっているか否かについて判別する。
例えば、上記ステップS316として実行する記録タイミングの判定処理期間において、検出されている被写体の表情が笑顔になったことが検出されたとする。すると、ステップS109により肯定の判別結果が得られることとなり、ステップS317に進む。これに対して、上記記録タイミングの判定処理期間を越えても検出されている被写体の表情について笑顔が検出されなければ、ステップS109において否定の判別結果が得られる。この場合には、ステップS302に戻り、被写体探索を伴う被写体検出処理を実行する。
これに応じて、制御水平オフセット量Δx1,制御垂直オフセット量Δy1は、それぞれ、(式2),(式3)を用いた、Δx1=Δx/1.6、Δy1=Δy/1.6の演算によって、その値が求められる。図10の構図とするためには、目標水平オフセット量Δx=0であるから、上記(式2)により制御水平オフセット量Δx1=0が求められる。また、目標垂直オフセット量Δy=40とすれば、制御垂直オフセット量Δy1=40/1.6=25となる。
目標水平オフセット量Δx=0に対応するX座標は、160+0=160となる。また、目標垂直オフセット量Δy=25に対応するY座標は、-120+25=-95となる。そこで、構図判定ブロック62は、ステップS310、S311によっては、被写体重心GのX座標が160となるようにして移動させ、ステップS310、S311によっては、被写体重心GのY座標が-95となるようにして移動させることになる。
この図における、ステップS313までの制御が実行された段階での被写体SBJは、その被写体重心Gの座標は、(160+Δx1,-120+Δy1)で表されることになる。この場合、Δx1=0、Δy1=-25であるから、被写体重心G(160,-95)となっている。
この制御水平オフセット量Δx1、制御垂直オフセット量Δy1は、先にも説明したように、ズーム倍率Zによるズーム制御を完了させたときに、目標水平オフセット量Δx、目標垂直オフセット量Δyが得られるものとして逆算して得られる値である。従って、被写体重心Gが予備座標に位置している状態で、ズーム倍率Zによるズーム制御を行えば、その結果として、被写体重心Gは、目標水平オフセット量Δx、目標垂直オフセット量Δyにより決まる目標座標に位置した状態が得られる。
また、被写体重心Gを画枠内にて移動させるためのパン・チルト制御は、ズーム制御の前段階において実行される。従って、第2例と比較すれば、被写体重心Gを予備座標に対して正確に位置させることが容易となって、その精度も高くなる。これにより、必要とする構図がより的確に得られることにもなる。
なお、先の図9〜図15による説明では、説明を簡単で分かりやすいものとすることの便宜上、画枠300において検出される被写体が1つの場合を例に挙げた。
しかし、本実施形態の構図制御は、検出される被写体が複数の場合にも適用できる。
例えば、図示による説明は省略するが、複数の被写体が検出された場合には、これらの検出された複数の被写体から成る画像領域をひとまとまりの総合的な被写体(総合被写体)としてみることとして、この総合被写体を対象として1つの被写体重心(総合被写体重心)Gtを求めることとする。そして、この総合被写体重心Gtを、これまでの説明における被写体重心Gとして扱って、例えば図18にて説明した処理を実行すればよい。
図19においては、画枠300内において2つの被写体SBJ0,SBJ1が検出されている状態が示されている。
例えば、この図に示される検出時の被写体SBJ0、SBJ1のサイズでは、最適構図を満足するにはサイズが小さすぎるとする。そこで、この場合には、構図判定処理により、しかるべきサイズにまで被写体SBJ0、SBJ1を拡大するための拡大率が設定されることになる。なお、ここでいう拡大率は、撮像により得られた画像についてのものとなるので、本実施形態の構図制御におけるズーム倍率Zに相当するものとなる。
図20に示される画内容は、被写体が横方向において並んでいるとみて良い位置関係にある。このような場合には、最も左の被写体の顔枠FRから最も右の被写体の顔枠FRまでの距離を、被写体総体の水平(横方向)サイズKとして扱う。
そして、この場合における適正な被写体サイズとは、上記被写体総体の水平サイズKについて、画枠300の水平画素数Cxに対して一定の比率(占有率)n(0<n<1)を占めるときであるとして規定する。つまり、K=Cx・nが成立するようにして拡大率を設定すればよい。なお、この例では、K=Cx・nが、図18のステップS306にて判定するズーム目標値となる。
そして、例えば、図19に対応して得られている被写体検出時の被写体総体の水平サイズをK1、図13に対応して得られている構図制御後の被写体総体の水平サイズ(画素す)をK2とし、拡大率(ここでは拡大率を長さとして捉えている)、即ちズーム倍率をZとすれば、K2=K1×Zとなるのであるから、ズーム倍率Zは、
Z=Cx・n/K1・・・(式4)
により求めることができる。
このようにして求められたズーム倍率Zにより、図19に示した状態からズーム制御を行った結果が、図20となる。
図21は、先に図7,図8に示した本実施の形態の撮像システムに対する変形例としての構成例を示している。
この図では、先ず、デジタルスチルカメラ1から通信制御処理ブロック63を経由して、撮像に基づいて信号処理部24にて生成される撮像画像データを、雲台10に対して送信するようにされている。
この図においては、雲台10の構成として通信制御処理ブロック71、パン・チルト制御処理ブロック72、被写体検出処理ブロック73、及び構図制御処理ブロック74が示されている。
通信制御処理ブロック71は、図7の通信部52に対応する機能部位であって、デジタルスチルカメラ1側の通信制御処理ブロック部63(雲台対応通信部34)との通信処理を所定のプロトコルに従って実行するようにして構成される部位である。
通信制御処理ブロック71により受信された撮像画像データは、被写体検出処理ブロック73に渡される。この被写体検出ブロッ73は、例えば図8に示した構図判定ブロック62と同等の被写体検出処理が少なくとも可能なだけの信号処理部を備えて構成され、取り込んだ撮像画像データを対象として被写体検出処理を実行し、その検出情報を構図制御処理ブロック74に出力する。
構図制御処理ブロック74は、図8の構図制御処理ブロック62と同等の構図制御を実行可能とされており、この構図制御処理の結果としてパン制御、チルト制御を行うときには、そのための制御信号をパン・チルト制御処理ブロック72に対して出力する。
パン・チルト制御処理ブロック72は、例えば図7における制御部51が実行する制御処理のうちで、パン・チルト制御に関する処理の実行機能に対応するもので、入力される制御信号に応じてパン機構部53、チルト機構部56の動きをコントロールするための信号をパン用駆動部55、チルト用駆動部58に対して出力する。これにより、構図制御処理ブロック62にて判定した構図が得られるようにしてパンニング、チルティングが行われる。
このようにして、図21に示す撮像システムは、デジタルスチルカメラ1から雲台10に撮像画像データを送信させることとして、雲台10側により、取り込んだ撮像画像データに基づく被写体検出処理と構図制御とを実行するようにして構成しているものである。
なお、ズーム制御を可能とする場合については、例えば、構図制御ブロック74が、通信制御処理ブロック71経由で、デジタルスチルカメラ1側にズーム制御を指示するように構成すればよい。
このシステムにおいては、雲台10側において撮像部75が備えられる。この撮像部75は、例えば撮像のための光学系と撮像素子(イメージャ)を備えて、撮像光に基づいた信号(撮像信号)を得るようにされているとともに、この撮像信号から撮像画像データを生成するための信号処理部から成る。これは、例えば図6に示した光学系部21、イメージセンサ22、A/Dコンバータ23、及び信号処理部24において撮像画像データを得るまでの信号処理段から成る部位に対応する構成となる。撮像部75により生成される撮像画像データは被写体検出処理ブロック73に出力される。なお、撮像部75が撮像光を取り込む方向(撮像方向)は、例えば雲台10に載置されるデジタルスチルカメラ1の光学系部21(レンズ部3)の撮像方向とできるだけ一致するようにして設定される。
このようにして他の変形例では、被写体検出処理と構図制御に関して、レリーズ動作自体に関する以外の全ての制御・処理を雲台10側で完結して行うことができる。
また、デジタルスチルカメラ1のイメージセンサ22から画像として有効な撮像信号を取り込むための画素領域を水平方向と垂直方向にシフトさせるという制御を行うことによっても、パンニング・チルティングが行われるのと同等の結果を得ることができる。この場合には、雲台10若しくはこれに準ずる、デジタルスチルカメラ1以外のパン・チルトのための装置部を用意する必要が無く、デジタルスチルカメラ1単体により本実施の形態としての構図制御を完結させることが可能となる。
また、光学系部21におけるレンズの光軸を水平・垂直方向に変更することのできる機構を備えて、この機構の動きを制御するように構成しても、パンニング・チルティングを行うことが可能である。
また、被写体検出の対象となる画像データは、撮像に由来して得られるもの(撮像画像データ)のみに限定されるべきものではなく、例えば、絵であるとかデザイン画などの画内容を有する画像データを対象とすることも考えられる。
また、本願発明のもとで判定される構図(最適構図)は、必ずしも、三分割法などの構図設定手法に対して、検出された個別被写体の数の要素を加味する手法によって決定された構図に限定されるものではない。例えば一般的には良くないとされる構図であっても、構図の設定次第では、ユーザがおもしろみを感じたり、かえって良いと感じるような場合もあると考えられる。従って、本願発明のもとで判定される構図(最適構図)としては、実用性、エンタテイメント性などを考慮して任意に設定されればよく、実際においては特に制限はない。
Claims (8)
- 撮像部により撮像して得られる画像から検出した被写体情報に基づいて目標構図を判定するもので、この目標構図を得るためのズーム倍率、及び上記目標構図を得るための被写体の画像部分の目標位置を判定する構図判定手段と、
上記構図判定手段により判定された目標構図が得られているとする場合に、上記ズーム倍率による画角変更を行う前において、上記画像において得られているとされる被写体の位置を予備位置として求める、予備位置取得手段と、
上記被写体の画像部分の位置が、取得された上記予備位置となるようにして、上記撮像部の撮像視野範囲を変更する可動機構部に対する制御を実行する可動機構部制御手段と、
上記可動機構部制御手段により上記被写体の画像部分が上記予備位置に在るようにされた後において、上記構図判定手段により判定されたズーム倍率に応じた画角が得られるようにして、上記撮像部のズームレンズを駆動制御する、ズーム制御手段と、
を備える構図制御装置。 - 上記構図判定手段は、
上記被写体の目標位置について、撮像部の撮像光軸に対応する上記画像内の基準位置に対する水平方向における目標水平移動量、及び上記基準位置に対する垂直方向における目標垂直移動量として求め、
上記予備位置取得手段は、
上記予備位置について、上記目標水平移動量と上記ズーム倍率とにより算出した制御水平移動量、及び上記目標垂直移動量とズーム倍率とにより算出した制御水平移動量として求め、
上記可動機構部制御手段は、上記制御水平移動量に応じて決まるX座標、及び上記制御垂直移動量に応じて決まるY座標に、上記被写体に設定した重心が位置するようにして、可動機構部を制御する、
請求項1に記載の構図制御装置。 - 上記撮像部は、
上記構図判定手段、上記予備位置取得手段、上記可動機構部制御手段、及び上記ズーム制御手段を備え、上記可動機構部制御手段は、上記可動機構部との通信により、上記撮像部とは別体の上記可動機構部を制御する、
請求項1又は請求項2に記載の構図制御装置。 - 上記可動機構部を有する上記撮像部とは別体の可動機構装置は、上記撮像部から出力される上記画像データを入力する入力手段と、上記構図判定手段、上記予備位置取得手段、及び上記可動機構部制御手段を少なくとも備える、
請求項1又は請求項2に記載の構図制御装置。 - 撮像装置と、
上記撮像装置の撮像視野範囲を変更するようにして可動する機構を有する可動機構装置とから成り、
上記撮像部により撮像して得られる画像から検出した被写体情報に基づいて目標構図を判定するもので、この目標構図を得るためのズーム倍率、及び上記目標構図を得るための被写体の画像部分の目標位置を判定する構図判定手段と、
上記構図判定手段により判定された目標構図が得られているとする場合に、上記ズーム倍率による画角変更を行う前において、上記画像において得られているとされる被写体の位置を予備位置として求める、予備位置取得手段と、
上記被写体の画像部分の位置が、取得された上記予備位置となるようにして、上記可動機構装置に対する制御を実行する可動機構装置制御手段と、
上記可動機構装置制御手段により上記被写体の画像部分が上記予備位置に在るようにされた後において、上記構図判定手段により判定されたズーム倍率に応じた画角が得られるようにして、上記撮像装置のズームレンズを駆動制御する、ズーム制御手段と、
を備える撮像システム。 - 上記構図判定手段、上記予備位置取得手段、上記可動機構装置制御手段、及び上記ズーム制御手段は、上記撮像装置において備えられ、
上記可動装置制御手段は、上記可動機構装置との通信により、上記可動機構装置を制御する、
請求項5に記載の撮像システム。 - 撮像部により撮像して得られる画像から検出した被写体情報に基づいて目標構図を判定するもので、この目標構図を得るためのズーム倍率、及び上記目標構図を得るための被写体の画像部分の目標位置を判定する構図判定手順と、
上記構図判定手順により判定された目標構図が得られているとする場合に、上記ズーム倍率による画角変更を行う前において、上記画像において得られているとされる被写体の位置を予備位置として求める、予備位置取得手順と、
上記被写体の画像部分の位置が、取得された上記予備位置となるようにして、上記撮像部の撮像視野範囲を変更する可動機構部に対する制御を実行する可動機構部制御手順と、
上記可動機構部制御手順により上記被写体の画像部分が上記予備位置に在るようにされた後において、上記構図判定手順により判定されたズーム倍率に応じた画角が得られるようにして、上記撮像部のズームレンズを駆動制御する、ズーム制御手順と、
を実行する構図制御方法。 - 構図制御装置に、
撮像部により撮像して得られる画像から検出した被写体情報に基づいて目標構図を判定するもので、この目標構図を得るためのズーム倍率及び上記目標構図を得るための被写体の画像部分の目標位置を判定する構図判定手順と、
上記構図判定手順により判定された目標構図が得られているとする場合に、上記ズーム倍率による画角変更を行う前において、上記画像において得られているとされる被写体の位置を予備位置として求める、予備位置取得手順と、
上記被写体の画像部分の位置が、取得された上記予備位置となるようにして、上記撮像部の撮像視野範囲を変更する可動機構部に対する制御を実行する可動機構部制御手順と、
上記可動機構部制御手順により上記被写体の画像部分が上記予備位置に在るようにされた後において、上記構図判定手順により判定されたズーム倍率に応じた画角が得られるようにして、上記撮像部のズームレンズを駆動制御する、ズーム制御手順と、
を実行させるためのプログラム。
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