JP2012042728A - 撮影システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 撮影システムは、フォーカス群を含む撮像光学部と、フォーカス群を駆動するフォーカス駆動部と、フォーカス駆動部を制御する制御部と、撮像光学部の光軸方向及びそれとは異なる方向の合焦情報を制御部に出力する合焦検出部と、撮像光学部をパン/チルト回動しパンチルト情報を制御部に出力するパンチルト手段と、パンチルト手段から出力されるパンチルト情報及び撮像光学部の状態を示す情報に基づき、所定時間後に合焦位置となる将来合焦位置を予測する位置予測手段とを有し、制御部はパン/チルト回動がない場合は、合焦位置に対する合焦情報に基づいてフォーカス駆動部を制御し、パン/チルト回動がある場合は、将来合焦位置に対する合焦情報に基づきフォーカス駆動部を制御する。
【選択図】 図2
Description
撮影システムのオートフォーカスは、撮影画面の任意の範囲をオートフォーカスで合焦させる対象となる領域とし、その領域の被写体の距離に応じて、ピントを合わせるように撮影レンズを駆動する。そして、撮影システムをパンチルト操作すると、撮影している被写体との距離が変化することで、合焦状態が変化し、これよりオートフォーカス手段はフォーカス値を設定し直す。
以下、図1から図12を参照して本発明の第1の実施例について説明する。
最初に、図1及び2を参照しながら雲台装置を有する撮影システムの概略の構成を説明する。
撮像部16は、ズーム倍率を変化させるためのズーム群1と焦点調整するためのフォーカス群3と図示しないアイリスとフィルタ切替機構を有する撮像光学部5、制御部15からの指令信号を受けズーム群1を駆動するズーム駆動部2、制御部15からの指令信号を受けフォーカス群3を駆動するフォーカス駆動部4を有する。ズーム駆動部2は、エンコーダやポテンショメータを備え、ズーム位置情報を制御部15に送信する。 また、フォーカス駆動部4は、エンコーダやポテンショメータを備え、フォーカス位置情報を制御部15に送信する。
画像信号は画像処理部8からTTL液晶画像表示装置等の画像表示部9に送信され、映像として表示される。
以下の記載において、説明の簡略化のため、撮像部16の画角範囲内を撮影画面内と呼び、撮像部16の画角範囲外を撮影画面外と呼ぶことにする。 遠隔操作装置12から制御部15に、パンチルト回動の指令信号が入力されていない時の、オートフォーカスの動作について説明する。この時、撮像部16はパンチルト回動していない。
以降、現時点における、撮影画面上の撮像部16の光軸位置(合焦位置、合焦対象位置)を、現在光軸位置(現在合焦位置、現在合焦対象位置)とよぶ。図3の中での、現在光軸位置はNo.18近傍である。またパン、チルト、ズームなどの各指令信号により、撮像部16を駆動制御している際、光軸位置が移動する。ここで、測距部14あるいは画像処理部8あるいはフォーカス群3の駆動でAF処理に掛る処理時間経過後の撮像部16の予測光軸位置(予測合焦位置)を将来光軸位置(将来合焦位置、将来合焦対象位置)と呼ぶ。将来光軸位置の算出方法に関しては後述する。ここで、光軸位置とは、撮像光学部5の光軸と撮影画面(領域)とが交差する位置、別の言い方をすれば、撮像光学部5の光軸を通って来た光線が撮影画面に入射する位置、或いは撮像光学部5の光軸を通って来た光線が測距部14に入射する位置、とも言える。
ステップS001において、制御部15が記憶する情報として必要な情報は、パンチルト操作によって光軸が移動する速度であるので、パン速度情報とチルト速度情報を記憶する。それに加えて、チルト位置情報を記憶するのは、同じパン速度(角速度)で移動しても、光軸方向の画界内での移動速度は、チルト角によって変わるためである。詳細については図8を用いて後述する。
ステップS004では、ステップS003で測距された測距値をもとにオートフォーカスし、S005へ移行する。
ステップS005では、将来光軸位置を画像表示部9に表示する。画像表示部9の将来光軸位置は、長方形の枠や点滅する円などと、オペレータが認識しやすい形状にすることができる。図5は、画像表示部9に将来光軸位置を表示した時の映像である。将来光軸位置は長方形の破線で示されている。
点Oから撮像部の光軸方向の任意の距離Lにおける、該光軸方向に垂直な面を、仮想面(前述の画界に対応)として以下の説明を進める。
制御部15内の位置予測手段による将来光軸位置Pの算出方法を説明する。
T1 =β/μ (1)
である。ここで、β(mm)は、至近端におけるフォーカス群3の繰出位置から、現在光軸位置におけるフォーカス群3の繰出位置までのフォーカス繰出量であり、μ(mm/s)は、フォーカス群3が光軸方向に推進した時の最大駆動速度である。すなわち、このように定義した最大繰出時間T1は、現在のフォーカス群の繰出位置からどのような距離にフォーカスする場合でも、フォーカス群の移動が該時間内に完了することを保証できる時間である。
T=T1+T2 (2)
で表される。
パン回動量は、 θR=R×T (3)
チルト回動量は、 θS=S×T (4)
によって求めることができる(図6)。ここで、R(deg/s)はパン回動速度、S(deg/s)はチルト回動速度である。
0度<線Bのチルト角<線Cのチルト角<線Dのチルト角
である一定のチルト角において、パン回動した時の光軸方向の軌跡を示す。このように、所定時間後(時間T後)の将来光軸位置の画角内での直交座標系内での座標P(X1、Y1)は、チルト角の影響を考慮する必要がある。
sinλ×y+cosλ×z=L (5)
で表される。これは、言い換えると、原点を中心とする半径Lの球と点O1(0, L×sinλ, L×cosλ)で接する接平面である(図9参照)。上記のパン回動量θR及びチルト回動量θSの後のパン角はθRであり、チルト角はλ+θSとなる。これより、パン回動およびチルト回動後の、光軸の方向を原点からのベクトル表示で表すと、
(cos(λ+θS)sinθR, sin(λ+θS), cos(λ+θS)cosθR)
となる。この方向の直線と上記の仮想面(平面)との交点P1が、撮影画面内での将来光軸位置である(図10)。原点を通り、この方向ベクトルを有する直線は、
水平画角は、 Wh=2tan-1(yh/2f) (11)
垂直画角は、 Wv=2tan-1(yv/2f) (12)
によって算出する。ここで、f(mm)は焦点距離、yh(mm)はCCDのイメージサイズ水平方向の大きさ、yv(mm)はCCDのイメージサイズ垂直方向の大きさであり、撮像部16の仕様とCCDの仕様の既知情報を使用する。現在光軸方向(O−O1方向)とXa軸を含む平面を図11(a)に、現在光軸方向(O−O1方向)とYa軸及びZa軸を含む平面を図11(b)に示す。 式(11)より、水平画角の端と仮想面が交差する点と、現在光軸方向との距離は、L×tan(Wh/2)である。 式(12)より、垂直画角の端と仮想面が交差する点と、現在光軸方向との距離は、L×tan(Wv/2)である。
以上で、ステップS002とS003の詳細な説明を終わる。
なお、測距部14に光束が入射してから合焦するまでの最大の処理時間Tは、T1とT2によって算出したが、他の実施形態においては、最大の処理時間Tを任意の値に設定してもよい。
なお、遠隔操作装置12に位置予測手段の有効又は無効を選択できる設定部を設け、有効の時は位置予測手段を動作させ、無効の時は位置予測手段を非動作としても良い。
以下、図13と図14を参照して本発明の第2の実施例について説明する。
まず図13における雲台装置を有する撮影システム構成図を説明する。上述した実施例1と同じ部分は説明を省略する。
被写体までの距離を測定する位相差AFの測距部20は、実施例1とは異なり、多点測距を可能とする複数の対のラインセンサは有さず、一対のラインセンサのみが設けられている。
システム全体を制御する制御部22はCPU、ROM、RAMを備える。制御部22は、遠隔操作装置12から指令信号が入力されると、ROMに記憶されたプログラム処理を実行することで、フォーカス駆動部4、測距部20、測距駆動部21等を駆動制御する。
ステップS101では、遠隔操作装置12から制御部22に対し、パン駆動部10あるいはチルト駆動部11へのパンチルト回動の速度指令信号が入力される。
制御部22は、パン速度情報とチルト速度情報と、あるいはチルト位置情報とをRAMに記憶する。更に制御部22はフォーカス位置情報を読込み、RAMに記憶し、ステップS102へ移行する。
チルト角:S×T+λ
パン角::R×T
である。図15に示した直交座標系(Xa-Ya-Za)の座標(xa, ya, za)で表すと、
である。測距駆動部21のパン及びチルト回動は、図15に示す直交座標系(Xb-Yb-Zb)を基準として駆動する。直交座標系(Xb-Yb-Zb)は、直交座標系(Xa-Ya-Za)のXa軸を中心として直交座標系(Xa-Ya-Za)を角度λ(deg)だけ回転した座標系である。従って、直交座標系(Xa-Ya-Za)の座標(xa, ya, za)は、直交座標系(Xb-Yb-Zb)の座標(xb, yb, zb)に以下のように変換することができる。
なお、測距駆動部21によって回動する測距部20は、雲台装置のパンチルト回動とは独立して回動するため、撮影画面内と撮影画面外とを測距し、オートフォーカスすることができる。別の制御方法として、将来光軸位置が撮影画面外の時は、測距部20によって測距してオートフォーカスを実施し、将来光軸位置が撮影画面内の時は、実施例1に示す測距部14によって測距し、オートフォーカスしてもよい。
なお、本実施例においては、測距部20
は一対のラインセンサであったが、多点測距を可能とする複数の対のラインセンサでもよい。例えば、複数のラインセンサで被写体を測距し、複数の測距値を平均化し誤差を最小にする。
以下、図16〜18を参照して本発明の第3の実施例について説明する。
実施例3の雲台装置を有する撮影システム構成図は、図16に示す。図2に示した実施例1の雲台装置を含む撮影システムの構成とほとんど同じであるが、撮像部16が測距部14を有していないことが異なる。また、本実施例における画像処理部8は、合焦の状態を検出する合焦検出部として機能し、CCD6から得られた画像信号のコントラストの評価は、画像を複数の領域に分割したそれぞれの領域に対して個別に評価することが可能であることが異なる。
遠隔操作装置12から制御部15に、パンチルト回動の指令信号が入力されていない時について説明する。この時、撮像部16はパンチルト回動していない。画像処理部8のコントラストAFは、撮影画面上の光軸中心近傍の映像をもとに、オートフォーカスする。
ステップS201では、遠隔操作装置12から制御部15に対し、パン駆動部10あるいはチルト駆動部11へのパンチルト回動の速度指令信号が入力される。制御部15は、パン速度情報とチルト速度情報と、あるいはチルト位置情報とをRAMに記憶する。更に制御部15はフォーカス位置情報とズーム位置情報とを読込み、RAMに記憶し、ステップS202へ移行する。
ステップS203では、まず撮影画面上の将来光軸位置近傍をコントラストAF範囲と設定し、コントラストAFを行う。例えば、図18でいうと左上にある長方形の実線枠が、将来光軸位置近傍のコントラストAF範囲である。
以下、図3から図12と図19を参照して本発明の第4の実施例である撮影装置について説明する。
最初に、図19を参照しながら本実施例における撮影システムの構成図を説明する。上述した実施例1と同じ部分は説明を省略する。
以降、現時点における、撮影画面上の撮像部16の光軸位置を、現在光軸位置とよぶ。図3の中での、現在光軸位置はNo.18近傍である。また検出値が制御部33に入力され、撮像部16を駆動制御している際、現在光軸位置に対して、測距部14あるいは画像処理部8あるいはフォーカス群3の駆動でAF処理に掛る処理時間経過後の撮像部16の予測光軸位置を将来光軸位置と呼ぶ。将来光軸位置の算出方法に関しては後述する。
ステップS002では、制御部33内の位置予測手段より将来光軸位置を算出する。将来光軸位置の算出は以下の値に基づく。それはRAMに記憶されたパン速度情報、チルト速度情報、あるいはチルト位置情報、フォーカス位置情報、ズーム位置情報からの焦点距離に基づいて算出される。また雲台装置の既知情報であるROMに記憶されたCCDのイメージサイズと、フォーカス群の至近端から無限端までの最大繰出量と、に基づいて算出される。これより位置予測手段は、AF処理に掛る処理時間を算出し、AF処理に掛る処理時間とパンチルト回動速度を乗算し、現時点の画界においての撮像部16の将来光軸位置を算出し、ステップS003へ移行する。
ステップS004では、ステップS003で測距された測距値をもとにオートフォーカスし、ステップS005へ移行する。
ステップS005では、将来光軸位置を画像表示部9に表示する。画像表示部9の将来光軸位置は、長方形の枠や点滅する円などと、オペレータが認識しやすい形状にすることができる。図5は、画像表示部9に将来光軸位置を表示した時の映像である。将来光軸位置は長方形の破線で示されている。
以下、図14と図20を参照して本発明の第5の実施例について説明する。
まず図20における撮影システムの構成図を説明する。上述した実施例4と同じ部分は説明を省略する。
ステップS101では、制御部35は三脚装置30からの検出値を読み込む。制御部35は、パン速度情報とチルト速度情報と、あるいはチルト位置情報とをRAMに記憶する。更に制御部35はフォーカス位置情報を読込み、RAMに記憶し、ステップS102へ移行する。
ステップS104では、測距された測距値をもとにオートフォーカスする。
なお、本実施例においては、測距部20は一対のラインセンサであったが、多点測距を可能とする複数の対のラインセンサでもよい。例えば、複数のラインセンサで被写体を測距し、複数の測距値を平均化し誤差を最小にする。
上記実施例5の効果として、測距部20が測距駆動部34によって、パンチルト回動可能なことより、撮像部16の撮影画面外を測距できる。よって、三脚30の高速回動中において、鮮明な映像を提供することができる。
以下、図17、18、及び21を参照して本発明の第6の実施例について説明する。
実施例6の撮影システムの構成を、図21に示す。図19で示した実施例4の雲台装置のシステム構成と類似する構成を有するが、本実施例の撮像部撮像部16は測距部14を持たず、本実施例における画像処理部8は合焦の状態を検出する合焦検出部として機能し、CCD6から得られた画像信号のコントラストの評価は、画像を複数の領域に分割したそれぞれの領域に対して個別に評価することが可能であることが異なる。
三脚装置30から制御部33に、パン検出手段31及びチルト検出手段32の検出値が入力されていない時について説明する。この時、撮像部16はパンチルト回動していない。画像処理部8のコントラストAFは、撮影画面上の光軸中心近傍の映像をもとに、オートフォーカスする。
ステップS203では、まず撮影画面上の将来光軸位置近傍をコントラストAF範囲と設定し、コントラストAFを行う。例えば、図18でいうと左上にある長方形の実線枠が、将来光軸位置近傍のコントラストAF範囲である。
さらに、上記した実施例1乃至6においては、パンチルト回動中のズーム操作はないことを前提として説明した。しかし、本発明はパンチルト回動中にズームが固定された撮影に限定されることはなく、パンチルト回動中にズーム操作が伴う場合であっても、ズーム操作による画角変化速度を考慮することにより、本発明の作用効果を享受できることに留意されたい。つまり、図4に示した制御部15の処理フローにおいて、サンプリングタイム毎にズーム情報(焦点距離)を読込むため、このズーム情報(焦点距離)に基づいて式(11)、(12)から、画角の変動(速度)を考慮した本発明の適用が可能である。
4 フォーカス駆動部
5 撮像光学部
10 パン駆動部
11 チルト駆動部
14 測距部
15 制御部
16 撮像部
Claims (12)
- 撮像装置は、
フォーカス群を有する撮像光学部と、
該フォーカス群を駆動するフォーカス駆動部と、
該フォーカス駆動部を制御する制御部と、
該撮像光学部の光軸方向及び該光軸方向とは異なる方向のいずれかの被写体に対する合焦情報を該制御部に出力する合焦検出部と、
該撮像光学部をパン及びチルト回動することが可能であり、パン及びチルトの情報を該制御部に出力するパンチルト手段と、
該パンチルト手段から出力されるパン及びチルトの情報及び該撮像光学部の状態を示す情報に基づき、所定時間後に合焦位置となる将来合焦位置を予測する位置予測手段と、
を有する撮影システムであって、
該制御部は、パン及びチルト回動がされていない場合は、合焦位置に対する該合焦検出部からの合焦情報に基づいて該フォーカス駆動部を制御し、パン又はチルト回動がされている場合は、該将来合焦位置に対する該合焦検出部からの合焦情報に基づいて該フォーカス駆動部を制御する、
ことを特徴とする撮影システム。 - 前記合焦検出部は、位相差検出方式の焦点調整手段である複数の対のラインセンサを含む測距部であり、
前記制御部は、前記将来合焦位置に最も近い位置に対応する該位相差検出手段により検出された測距値に基づき、前記フォーカス群を駆動する、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮影システム。 - 前記撮影システムは、前記撮像光学部を経由した光束を受光し、光電変換して画像信号を生成する撮像素子を有し、
前記合焦検出部は、該画像信号に基づき画像の複数の領域についてコントラストを評価する画像処理部であり、
前記制御部は、前記将来合焦位置に最も近い位置のコントラストの評価に基づき、前記フォーカス群を駆動する、
ことを特徴とする、請求項1に記載の撮影システム。 - 前記合焦検出部は、位相差検出方式の焦点調整手段で少なくとも一対以上のラインセンサを含む測距部であり、
該測距部は、前記パンチルト手段とは独立して、前記撮像光学部の光軸に対してパン及びチルト回動をすることが可能な測距駆動部に設置され、
前記将来合焦位置は、現在と前記所定時間後の該撮像光学部の光軸方向の角度差であり、
前記制御部は、該測距部の光軸方向が、該所定時間後の該撮像光学部の光軸方向となるように、該角度差に基づいて該測距駆動部を駆動した後、該測距部により検出された測距値に基づき、前記フォーカス群を駆動する、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮影システム。 - 前記測距駆動部のチルト回動軸は前記パンチルト手段のチルト回動軸と同じ方向であり、該測距駆動部の該チルト回動軸と該撮像光学部の光軸方向に垂直な方向を該測距駆動部のパン回動軸と定義し、前記撮像光学部の光軸方向のチルト角を0及びパン角を0と定義し、前記パンチルト手段のパン回動速度をR(deg/s)、該パンチルト手段のチルト回動速度をS(deg/s)、任意の時間をT(s)、前記パンチルト手段のチルト角度をλ(deg)とするとき、前記制御部は、該測距駆動部のパン角θ'R、チルト角θ'Sが、
ことを特徴とする請求項5に記載の撮影システム。 - 現在の前記フォーカス群の位置から至近端または無限端まで最大駆動速度で駆動した時に必要な時間のうちの長い方の時間をT1(s)、前記測距部に光束が入射してから合焦位置を算出するまでの処理時間をT2(s)、としたとき、前記任意の時間Tは、
T=T1+T2
であることを特徴とする請求項4又は6に記載の撮影システム。 - 前記時間T1(s)は、現在の前記フォーカス群の位置から至近端または過焦点距離の位置まで最大駆動速度で駆動した時に必要な時間のうちの長い方の時間である、ことを特徴とする請求項7に記載の撮影システム。
- 前記パンチルト手段は、チルト駆動部、パン駆動部、チルト検出部、パン検出部を有する雲台装置であり、
該雲台装置は、前記撮像光学部の駆動及び該雲台装置のパン回動及びチルト回動の駆動を遠隔操作する遠隔操作装置を有する、
ことを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮影システム。 - 前記パンチルト手段は、チルト検出部とパン検出部を有する三脚装置であることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮影システム。
- 映像を表示する画像表示部を備え、前記位置予測手段で予測した前記将来合焦位置を該画像表示部に表示することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の撮影システム。
- 前記位置予測手段の有効又は無効を選択する選択手段を有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の撮影システム。
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