JP2011139196A - カメラ装置および脱調検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特別なハードウェアを追加することなく脱調を検出することができ、低コストで高い信頼性を確保することのできるカメラ装置を提供する。
【解決手段】 カメラ装置１は、撮像部６を回動させるように制御する回動制御部１３と、撮像部６で撮影された画像中に含まれる特定エリアの動きレベルを検出する動きレベル検出部９を備えている。このカメラ装置１は、脱調判定部１８を備えており、撮像部６が回動しているときの特定エリアの動きレベルに基づいて、回動制御中に脱調が発生したか否かを判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、脱調を検出する機能を備えたカメラ装置に関するものである。

従来から、監視カメラやネットワークカメラとして、パン方向やチルト方向に撮像部を回動させる機能を備えたカメラ装置が一般に用いられている。このようなカメラ装置では、装置の低コスト化を図るために、撮像部を回動させるための機構としてステッピングモータが使用される。ところが、ステッピングモータを用いたカメラ装置では、オープンループ制御が行われるため、撮像部を回動しているときに脱調が発生したとしても、それを検出する手段がなかった。

なお、脱調は、撮像部が回動しているときに外力が加えられて本来の撮影方向（撮影位置）からずらされてしまった場合や、温度環境や経年変化などによりモータトルク特性やモータ駆動電圧特性が変化してしまった場合に発生する。

従来、このような脱調を検出するための電流検出回路を追加したり（例えば特許文献１参照）、脱調が発生した場合に備えて基準位置からのずれ量を監視するためのセンサを追加する（例えば特許文献２参照）などの手法が提案されていた。

特開平７−１０７７８７号公報 特開２００８−２２７５７６号公報

しかしながら、従来の手法では、脱調検出のための回路やセンサなどの特別なハードウェアを追加する必要があるため、製品の低コスト化を十分に図ることができないという問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、特別なハードウェアを追加することなく脱調を検出することができ、低コストで高い信頼性を確保することのできるカメラ装置を提供することを目的とする。

本発明のカメラ装置は、撮像手段を回動させるように制御する回動制御手段と、前記撮像手段で撮影された画像に画像処理を施して、前記画像中に含まれる特定エリアの動きレベルを検出する動きレベル検出手段と、前記撮像手段が回動しているときの前記特定エリアの前記動きレベルに基づいて、回動制御中に脱調が発生したか否かを判定する脱調判定手段と、を備えた構成を有している。

この構成により、撮像手段を回動させる制御をしているときに脱調が発生した場合には、撮像手段の回動中に撮影された画像における特定エリアの動きレベルに基づいて脱調の発生を検出することができる。したがって、従来のような脱調検出のための回路やセンサなどの特別なハードウェアを追加することなく、画像処理により得られた動きレベルに基づいて、脱調の発生をリアルタイムで精度よく検出することができるので、低コストで高い信頼性を確保することができる。

また、本発明のカメラ装置では、前記脱調判定手段は、前記動きレベル検出手段によって検出された前記動きレベルが、前記撮像手段を回動させた場合の動きレベルの予想値である予想動きレベルに基づいて設定された予想動きレベル範囲から外れたときに、前記脱調が発生したと判定する構成を有している。

この構成により、撮像手段の回動中に検出された動きレベルが予測動きレベル範囲から外れたか否かによって、脱調の発生を検出することができる。例えば、検出された動きレベルが予測動きレベル範囲より低い場合には、撮像手段の回動が阻害あるいは減速されたことによって脱調が発生したことを検出できる。また、例えば、検出された動きレベルが予測動きレベル範囲より高い場合には、撮像手段の回動が加速されたことによって脱調が発生したことを検出できる。

また、本発明のカメラ装置では、前記画像中には、複数の前記特定エリアが設定されており、前記脱調判定手段は、前記複数の特定エリアの前記動きレベルに基づいて、回動制御中に脱調が発生したか否かを判定する構成を有している。

この構成により、撮像手段の回動中に撮影された画像における複数の特定エリアの動きレベルに基づいて脱調の発生を検出することができる。例えば、画像中の一部分に移動中の物体（動いている人物など）が写っている場合に、その一つの部分のみが特定エリアに設定されていると、その動きレベルに基づいて脱調の発生を誤検出してしまうおそれがあるが、一つの画像中に複数の特定エリアが特定されている場合には、複数の特定エリアの動きレベルに基づいて総合的に脱調の検出を行うので、そのような誤検出の発生を防ぐことができる。

また、本発明のカメラ装置では、前記撮像手段が回動していないときの前記特定エリアの前記動きレベルに基づいて、前記撮像手段に外力による位置ずれが発生したか否かを判定する位置ずれ判定手段を備えた構成を有している。

この構成により、撮像手段が静止しているときに外力による位置ずれが発生した場合（例えば、ユーザが手で撮影方向を調整した場合や、第三者がカメラ装置に暴行を加えた場合など）には、撮像手段で撮影された画像における特定エリアの動きレベルに基づいて位置ずれの発生を検出することができる。

また、本発明のカメラ装置では、前記回動制御手段は、前記脱調が発生したと判定された場合には、前記撮像手段を回動させるときの速度を下げる制御を行う構成を有している。

この構成により、脱調が発生したと判定された場合には、撮像手段を回動させるときの速度（例えば最高速度）が下げられる。撮像手段を回動させる制御をしているときに脱調が発生する原因の一つには、撮像手段を回動させるときの速度が高すぎることが含まれるが、このように速度を下げる制御を行うことにより、同じ原因で脱調が再発するのを抑制することができる。

本発明の脱調検出方法は、撮像手段を回動させるように制御することと、前記撮像手段で撮影された画像に画像処理を施して、前記画像中に含まれる特定エリアの動きレベルを検出することと、前記撮像手段が回動しているときの前記特定エリアの前記動きレベルに基づいて、回動制御中に脱調が発生したか否かを判定することと、を含む構成を有している。

この方法によっても、上記の装置と同様、従来のような脱調検出のための回路やセンサなどの特別なハードウェアを追加することなく、画像処理により得られた動きレベルに基づいて、脱調の発生をリアルタイムで精度よく検出することができるので、低コストで高い信頼性を確保することができる。

本発明は、画像中の特定エリアの動きレベルに基づいて脱調が発生したか否かを検出する脱調判定手段を設けることにより、特別なハードウェアを追加することなく脱調を検出することができ、低コストで高い信頼性を確保することができるという効果を有するカメラ装置を提供することができるものである。

本発明の実施の形態におけるカメラ装置の構成を示すブロック図 本実施の形態における予想動きレベル範囲の一例を示す図 撮像部の回動制御中に検出された動きレベルの時間変化の一例を示す図 撮像部の回動制御中に検出された動きレベルの時間変化の他の例を示す図 撮像部の回動制御中に検出された動きレベルの時間変化のさらに他の例を示す図 脱調が発生していないと判定される場合の動きレベルの変化の一例を示す図 脱調が発生したと判定される場合の動きレベルの変化の一例を示す図 脱調が発生したと判定されない場合の動きレベルの変化の一例を示す図 静止時の外力による位置ずれ判定についての動きレベルの変化の例を示す図 本発明の実施の形態におけるカメラ装置の動作を説明するためのフロー図

以下、本発明の実施の形態のカメラ装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、監視カメラやネットワークカメラ等に用いられるカメラ装置の場合を例示する。

本発明の実施の形態のカメラ装置の構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態のカメラ装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、カメラ装置１は、ネットワークなど（図示せず）を介してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２に接続されており、コントローラ３（ジョイスティックなど）を用いて遠隔から動作（パン・チルト・ズームなどの動作）を制御できるようになっている。

このカメラ装置１は、レンズ４と撮像素子５（ＣＣＤやＣＭＯＳなど）を備えた撮像部６と、撮像部６から得られる画像信号に種々の処理（画像信号処理）を加える画像信号処理部７と、画像信号処理が加えられた画像信号を記憶するメモリ８を備えている。画像信号処理部７は、撮像部６で撮影された画像に画像処理を施して、画像中に含まれる特定エリアの動きレベルを検出する動きレベル検出部９を備えている。また、カメラ装置１は、ＰＣ２からの制御命令を受信したり、画像信号処理が加えられた画像信号をＰＣ２へ送信するために、ＰＣ２との通信を制御する通信制御部１０を備えている。

動きレベルの検出には、画像中の動きベクトルのベクトル量の算出など公知の手法を利用することができる。例えば、動きレベルは、同一の対象物が一つの特定エリア内を１秒間に移動したピクセル数によって、下記のように定義することができる。
動きレベル ピクセル／秒
０ ０〜５０（０以上、５０未満）
１ ５０〜１００（５０以上、１００未満）
２ １００〜１５０（１００以上、１５０未満）
３ １５０〜２００（１５０以上、２００未満）
４ ２００〜２５０（２００以上、２５０未満）
５ ２５０〜３００（２５０以上、３００未満）
・・・ ・・・

また、このカメラ装置１は、撮像部６をパン方向に回動させるためのパンモータ１１と、撮像部６をチルト方向に回動させるためのチルトモータ１２と、パンモータ１１とチルトモータ１２の動作を制御する回動制御部１３を備えている。この回動制御部１３は、パンモータ１１を駆動させるためのパンモータドライバ１４と、チルトモータ１２を駆動させるためのチルトモータドライバ１５を備えており、撮像部６のパン方向とチルト方向の回動を制御することができるように構成されている。本実施の形態では、パンモータ１１とチルトモータ１２は、いずれもステッピングモータで構成されており、回動制御部１３によってオープンループ制御されている。

また、カメラ装置１は、ＣＰＵ１６とＲＡＭ１７を備えており、ＣＰＵ１６には、脱調判定部１８と予想動きレベル設定部１９と位置ずれ判定部２０が備えられている。脱調判定部１８は、撮像部６が回動しているときの特定エリアの動きレベルに基づいて、回動制御中に脱調が発生したか否かを判定する機能を備えている。そして、回動制御部１３は、脱調が発生したと判定された場合には、撮像部６を回動させるときの最高速度を下げる制御を行う。なお、脱調が検出された場合の処理としては、回動の基準座標（原点）に戻す処理や、脱調検出をユーザへ通知する処理などが行なわれてもよい。

予想動きレベル設定部１９は、ＲＡＭ１７に予め保持されている回動速度テーブルのデータを読み出して、ＰＣ２から送られた回動制御命令のとおりに回動したと想定したときの各時間（回動開始から回動終了までの各時間）における回動速度を予測し、撮像部６を回動させた場合の動きレベルの予測値（予想動きレベル）を設定する。なお、この予想動きレベル設定部１９が予想動きレベルを設定する場合には、ズーム倍率も考慮される。例えば、回動速度が同じ場合でも、ズーム倍率が高い場合には、予想動きレベルが大きい値に設定される。

脱調判定部１８は、このようにして設定された予想動きレベルに基づいて設定された予想動きレベル範囲から、動きレベル検出部９によって検出された動きレベルが外れた場合に、脱調が発生したと判定する機能を備えている。本実施の形態では、一つの画像中に複数（例えば４つ）の特定エリアが設定されており、脱調判定部１８は、複数の特定エリアの動きレベルに基づいて、脱調が発生したか否かを判定する機能を備えている。また、位置ずれ判定部２０は、撮像部６が回動していないとき（静止時）の特定エリアの動きレベルに基づいて、撮像部６に外力による位置ずれが発生したか否かを判定する機能を備えている。なお、これらの機能については、以下で図面を参照しながら詳しく説明する。

図２は、予想動きレベル範囲の一例を示す図である。図２の例では、予想動きレベルが実線で示されており、予想動きレベル範囲が、この予想動きレベルの上下の破線で挟まれた範囲として図示されている。なお、ここでは、予想動きレベル範囲が、予想動きレベルの上下の破線で挟まれた範囲である場合（上限と下限が設定された場合）について例示するが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。例えば、予想動きレベル範囲は、上限のみが設定された範囲であってもよく、または、下限のみが設定された範囲であってもよい。

図３〜図５は、画像中のある一つの特定エリアについて、撮像部６の回動制御中に検出された動きレベルの時間変化の例を示す図である。図３の例では、動きレベル検出部９によって検出された動きレベル（実線で図示されている）は、時間０の回動開始から時間５Ｔの回動終了までの間、予想動きレベル範囲内に入っている。一方、図４の例では、動きレベル検出部９によって検出された動きレベルが、時間２．５Ｔのときに予想動きレベル範囲よりも下側に外れている。例えば、撮像部６の回動が外力などで阻害あるいは減速されて脱調が発生した場合には、このような動きレベルの変化が検出される。また、図５の例では、動きレベル検出部９によって検出された動きレベルが、時間２．５Ｔのときに予想動きレベル範囲よりも上側に外れている。例えば、撮像部６の回動が外力などで加速されて脱調が発生した場合には、このような動きレベルの変化が検出される。

ところが、図４や図５のような動きレベルの変化は、必ずしも脱調が発生した場合にのみ検出されるとは限らない。例えば、ある特定エリアの中を物体（人やボールなど）が横切った場合にも、このような動きレベルの変化が検出される。そのため、本発明では、このような脱調以外の原因で動きレベルの変化が検出された場合に、その動きレベルの変化を脱調発生として誤判定しないように、一つの画像中に複数（例えば４つ）の特定エリアを設定している。そして、例えば、４つの特定エリアのすべてにおいて同じタイミングで、動きレベルが予想動きレベル範囲から外れていた場合にのみ、脱調が発生したと判定される。

図６〜図８は、回動制御中のある時間（例えば時間２．５Ｔ）において、４つの特定エリアの動きレベルの変化を検出した例を示す図である。これらの例では、予想動きレベル範囲は「４〜８」であったとする。図６の例では、４つの特定エリアの動きレベルが、いずれも予想動きレベル範囲内で変化している。したがって、この場合には、脱調が発生していないと判定される。

一方、図７（ａ）の例では、４つの特定エリアの動きレベルが、いずれも予想動きレベル範囲よりも小さい値になるように変化している。したがって、この場合には、撮像部６の回動が外力などで阻害あるいは減速されて脱調が発生したと判定される。また、図７（ｂ）の例では、４つの特定エリアの動きレベルが、いずれも予想動きレベル範囲よりも大きい値になるように変化している。したがって、この場合には、撮像部６の回動が外力などで加速されて脱調が発生したと判定される。

図８（ａ）の例では、４つの特定エリアのうち１つの特定エリア（左下の特定エリア）の動きレベルのみが、予想動きレベル範囲よりも小さい値になるように変化しているが、残り３つの特定エリアの動きレベルが、いずれも予想動きレベル範囲内である。したがって、この場合には、脱調が発生したと判定されない。また、図８（ｂ）の例では、４つの特定エリアのうち１つの特定エリア（右下の特定エリア）の動きレベルのみが、予想動きレベル範囲よりも大きい値になるように変化しているが、残り３つの特定エリアの動きレベルが、いずれも予想動きレベル範囲内である。したがって、この場合にも、脱調が発生したと判定されない。

４つの特定エリアの動きレベルに基づいて判定を行うのは、静止時の外力による位置ずれ判定についても同様である。図９は、静止時の外力による位置ずれ判定についての動きレベルの変化の例を示す図である。図９（ａ）の例では、４つの特定エリアのすべてにおいて同じタイミングで、静止時（回動制御をしていないとき）の動きレベルが増加している。したがって、この場合には、静止時に外力による位置ずれが発生したと判定される。一方、図９（ｂ）の例では、４つの特定エリアのうち１つの特定エリア（左上の特定エリア）の動きレベルのみが増加しているが、残り３つの特定エリアの動きレベルは、いずれも変化していない（動きレベル０のままである）。したがって、この場合には、その特定エリアの中を物体が横切っただけで、外力による位置ずれは発生していないと判定される。

以上のように構成されたカメラ装置１について、図面を参照してその動作を説明する。

図１０は、本実施の形態におけるカメラ装置１の動作を説明するためのフロー図である。図１０に示すように、カメラ装置１は、ＰＣ２から回動制御命令を受信すると（Ｓ１）、ＲＡＭ１７に予め保持されている回動速度テーブルのデータを読み出して、その回動制御命令のとおりに回動したと想定したときの各時間（回動開始から回動終了までの各時間）における回動速度を予測し、撮像部６を回動させた場合の予想動きレベルを設定する（Ｓ２）。

つぎに、カメラ装置１は、回動制御命令に基づいて撮像部６の回動を開始する（Ｓ３）。回動制御が行われている間、カメラ装置１では、画像中の４つの特定エリアの動きレベルを検出し（Ｓ４）、脱調が発生したか否かの監視が行われる（Ｓ５）。回動制御中に脱調が検出された場合には、撮像部６の回動を停止し（Ｓ６）、回動の最高速度を下げるなどの復帰処理を行なって（Ｓ７）、回動制御を終了する（Ｓ８）。一方、最後まで脱調が検出されなかった場合には、通常どおり（復帰処理を行なわずに）撮像部６の回動制御を終了する（Ｓ８）。

このような本発明の実施の形態のカメラ装置１によれば、画像中の特定エリアの動きレベルに基づいて脱調が発生したか否かを検出する脱調判定部１８を設けることにより、特別なハードウェアを追加することなく脱調を検出することができ、低コストで高い信頼性を確保することができる。

すなわち、本実施の形態では、撮像部６を回動させる制御をしているときに脱調が発生した場合には、撮像部６の回動中に撮影された画像における特定エリアの動きレベルに基づいて脱調の発生を検出することができる。したがって、従来のように脱調検出のための回路やセンサなどの特別なハードウェアを追加することなく、画像処理により得られた動きレベルに基づいて、脱調の発生をリアルタイムで精度よく検出することができるので、低コストで高い信頼性を確保することができる。

また、本実施の形態では、撮像部６の回動中に検出された動きレベルが予測動きレベル範囲から外れたか否かによって、脱調の発生を検出することができる。例えば、検出された動きレベルが予測動きレベル範囲より低い場合には、撮像部６の回動が阻害あるいは減速されたことによって脱調が発生したことを検出できる。また、例えば、検出された動きレベルが予測動きレベル範囲より高い場合には、撮像部６の回動が加速されたことによって脱調が発生したことを検出できる。

また、本実施の形態では、撮像部６の回動中に撮影された画像における複数の特定エリアの動きレベルに基づいて脱調の発生を検出することができる。例えば、画像中の一部分に移動中の物体（動いている人物など）が写っている場合に、その一つの部分のみが特定エリアに設定されていると、その動きレベルに基づいて脱調の発生を誤検出してしまうおそれがあるが、一つの画像中に複数の特定エリアが特定されている場合には、複数の特定エリアの動きレベルに基づいて総合的に脱調の検出を行うので、そのような誤検出の発生を防ぐことができる。

また、本実施の形態では、撮像部６が静止しているときに外力による位置ずれが発生した場合（例えば、ユーザが手で撮影方向を調整した場合や、第三者がカメラ装置１に暴行を加えた場合など）には、撮像部６で撮影された画像における特定エリアの動きレベルに基づいて位置ずれの発生を検出することができる。

また、本実施の形態では、脱調が発生したと判定された場合には、撮像部６を回動させるときの最高速度が下げられる。撮像部６を回動させる制御をしているときに脱調が発生する原因の一つには、撮像部６を回動させるときの最高速度が高すぎることが含まれるが、このように最高速度を下げる制御を行うことにより、同じ原因で脱調が再発するのを抑制することができる。また、回動制御部１３は、脱調が発生したときの速度を記憶しおき、その速度以下で制御するようにして、脱調が再発するのを抑制してもよい。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

以上のように、本発明にかかるカメラ装置は、特別なハードウェアを追加することなく脱調を検出することができ、低コストで高い信頼性を確保することができるという効果を有し、監視カメラやネットワークカメラ等として有用である。

１ カメラ装置
２ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
３ コントローラ
４ レンズ
５ 撮像素子
６ 撮像部
７ 画像信号処理部
８ メモリ
９ 動きレベル検出部
１０ 通信制御部
１１ パンモータ
１２ チルトモータ
１３ 回動制御部
１４ パンモータドライバ
１５ チルトモータドライバ
１６ ＣＰＵ
１７ ＲＡＭ
１８ 脱調判定部
１９ 予想動きレベル設定部
２０ 位置ずれ判定部

Claims (6)

1. 撮像手段を回動させるように制御する回動制御手段と、
   前記撮像手段で撮影された画像に画像処理を施して、前記画像中に含まれる特定エリアの動きレベルを検出する動きレベル検出手段と、
   前記撮像手段が回動しているときの前記特定エリアの前記動きレベルに基づいて、回動制御中に脱調が発生したか否かを判定する脱調判定手段と、
   を備えたことを特徴とするカメラ装置。
2. 前記脱調判定手段は、前記動きレベル検出手段によって検出された前記動きレベルが、前記撮像手段を回動させた場合の動きレベルの予想値である予想動きレベルに基づいて設定された予想動きレベル範囲から外れたときに、前記脱調が発生したと判定することを特徴とする請求項１に記載のカメラ装置。
3. 前記画像中には、複数の前記特定エリアが設定されており、
   前記脱調判定手段は、前記複数の特定エリアの前記動きレベルに基づいて、回動制御中に脱調が発生したか否かを判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカメラ装置。
4. 前記撮像手段が回動していないときの前記特定エリアの前記動きレベルに基づいて、前記撮像手段に外力による位置ずれが発生したか否かを判定する位置ずれ判定手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のカメラ装置。
5. 前記回動制御手段は、前記脱調が発生したと判定された場合には、前記撮像手段を回動させるときの速度を下げる制御を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のカメラ装置。
6. 撮像手段を回動させるように制御することと、
   前記撮像手段で撮影された画像に画像処理を施して、前記画像中に含まれる特定エリアの動きレベルを検出することと、
   前記撮像手段が回動しているときの前記特定エリアの前記動きレベルに基づいて、回動制御中に脱調が発生したか否かを判定することと、
   を含むことを特徴とする脱調検出方法。