JP2015138010A - 撮影カメラの位置検出システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基準位置の再設定の手間を省力化でき、安定的に精度の高い位置検出を行うことができる撮影カメラの位置検出システムおよび方法を提供する。【解決手段】平面１２上に配置されたドットパターンと、撮影カメラ１６が位置する平面１２上の領域を撮像する撮像手段２０と、撮像手段２０により取得した画像中から所定のドットを選択し、検出特徴量を算出する検出特徴量算出手段２４と、データベース３４から検出特徴量と一致度の高い基準特徴量を選択する特徴量照合手段２４と、基準特徴量に基づいて、撮影カメラ１６の現在位置を検出する位置検出手段２８と、要求に応じて基準位置を出力する基準位置設定手段４６と、距離検出手段３６と、傾き検出手段３８と、撮像手段２０の光軸が平面１２に垂直になるように駆動手段４０を制御する制御手段４２と、画像を拡大・縮小する画像変換手段４４とを備えるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、撮影カメラの位置検出システムおよび方法に関するものである。

従来、平面上に配置したパターン（模様）を利用して、平面上を移動する移動体の位置の検出を行う方法が知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。

特許文献１、２の移動体位置検出方法は、既知のドットパターンが描画してある床面上に配置した移動体に備わるカメラから床面を撮像し、撮像した画像中にあるドットのドットパターンの特徴量を、床面全体のドットパターンの特徴量が格納されたデータベースと照合することで、撮像した画像中のドットが床面上のどのドットに相当するのかを割り出し、床面上における移動体の位置を検出するものである。

特許文献３の移動体位置検出方法は、上記の特許文献１、２の移動体位置検出方法におけるデータベースと撮像画像中のドットの点群との照合アルゴリズムとして、人工衛星の姿勢検出に使われるポールスターアルゴリズム（例えば、非特許文献１を参照）を適用し、位置検出の信頼性をより高めたものである。なお、人工衛星では搭載されたカメラで天空を撮像し、撮像画像中の恒星点の配置を既知の恒星配置図（星図）と照合することでカメラの向いている方向を特定し人工衛星の姿勢検出をしているが、このポールスターアルゴリズムは、対象外の星の混入や星の消失に強いアルゴリズムとされている。

一方、ジャイロセンサなどの慣性センサとセンサカメラとを組み合わせて、基準位置からの撮影カメラの移動量を求める装置が知られている（例えば、特許文献４を参照）。番組制作や映画制作において、撮影カメラが動きながら撮影した映像に、ＣＧや別の映像を合成する場合があるが、特許文献４は、この合成に際して、撮影カメラがどのように動いたか（撮影カメラの移動距離や姿勢）を示すカメラデータを計測することを目的としている。すなわち、特許文献４の装置は、計測対象としての撮影カメラに装着され、この撮影カメラの位置から計測基準面を向くように、計測基準面の動画像である計測基準面動画像を撮影するセンサカメラと、センサカメラが撮影した計測基準面動画像から、動きベクトルを検出する動きベクトル検出部と、センサカメラの画面サイズと、センサカメラの画角と、センサカメラから計測基準面までのカメラ高さとが予め設定され、センサカメラの画角およびカメラ高さからセンサカメラの撮影範囲を求め、求めた撮影範囲に動きベクトルの大きさと画面サイズとの比を乗じることで、移動距離を算出する移動距離算出部とを備えるものである。

特許第５１４７０１５号公報 特許第５２１９２０５号公報 特開２０１１−２１０１８３号公報 特開２０１３−９３７３８号公報

E. SILANI, M. LOVERA : Ploitecnico di Milano Italy, "Star Identification Algorithms : Novel Approach & Comparison Study", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol.42, No.4 October 2006

ところで、上記の従来の特許文献１〜３の移動体位置検出方法では、カメラおよび移動体と床面（平面）間の距離は一定で、カメラ光軸は床面に対して垂直であることを前提に床面を撮像してデータベースと照合し、床面内での移動体の２次元位置とカメラ光軸周りの方向を検出する。このため、カメラ（および移動体）と床面間の距離が大きく変動したり、床面に対してカメラ光軸（および移動体）が傾く場合には、照合不良が起こって、移動体の位置・方向の検出が困難となるおそれがあった。また、カメラと床面間の距離が大きい場合には光環境の変化の影響を受けやすくなるので、照合不良によって連続的な位置検出が困難となるおそれがあった。

また、上記の従来の特許文献４の装置では、センサカメラが撮影した計測基準面の動画像から動きベクトルを検出して移動距離を算出するため、撮影カメラの鉛直軸周りの回転位置（方向）と計測基準面内での位置に累積誤差が発生するおそれがあった。したがって、位置検出の精度を高めるためには、計測基準面内に所定の基準位置を複数設け、誤差が大きくなるたびに、カメラマンは撮影カメラをあらかじめ決められた位置上であらかじめ決められた姿勢にして、基準位置を再設定する必要があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基準位置の再設定の手間を省力化でき、安定的に精度の高い位置検出を行うことができる撮影カメラの位置検出システムおよび方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撮影カメラの位置検出システムは、平面上を移動する撮影カメラの位置を検出する撮影カメラの位置検出システムであって、前記平面上に配置された複数のドットからなるドットパターンと、前記撮影カメラに備えられ、前記撮影カメラが位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択する特徴量照合手段と、前記特徴量照合手段により選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記撮影カメラの現在位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出した前記撮影カメラの現在位置を、要求に応じて所定の基準位置として設定し、設定した前記基準位置を前記撮影カメラの制御部に出力する基準位置設定手段と、前記撮像手段と前記平面との距離を検出する距離検出手段と、前記平面に対する前記撮像手段の傾きを検出する傾き検出手段と、前記撮像手段に作用して前記撮像手段の傾きを変更可能な駆動手段と、前記傾き検出手段により検出した傾きに基づいて、前記撮像手段の光軸が前記平面に垂直になるように前記駆動手段を駆動制御する制御手段と、前記距離検出手段により検出した距離に基づいて、前記撮像手段により取得した画像を、前記平面から所定の距離に位置する前記撮像手段により前記平面を撮像したときに得られる画像に拡大・縮小する画像変換手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る撮影カメラの位置検出方法は、平面上を移動する撮影カメラの位置を検出する撮影カメラの位置検出方法であって、前記平面上には複数のドットからなるドットパターンが配置され、前記撮影カメラには前記撮影カメラが位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段と前記平面との距離を検出する距離検出手段と、前記平面に対する前記撮像手段の傾きを検出する傾き検出手段と、前記撮像手段に作用して前
記撮像手段の傾きを変更可能な駆動手段とが備えられ、前記傾き検出手段により検出した傾きに基づいて、前記撮像手段の光軸が前記平面に垂直になるように前記駆動手段を駆動制御し、前記距離検出手段により検出した距離に基づいて、前記撮像手段により取得した画像を、前記平面から所定の距離に位置する前記撮像手段により前記平面を撮像したときに得られる画像に拡大・縮小し、拡大・縮小して取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出し、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択し、選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記撮影カメラの現在位置を検出し、検出した前記撮影カメラの現在位置を、要求に応じて所定の基準位置として設定し、設定した前記基準位置を前記撮影カメラの制御部に出力することを特徴とする。

本発明に係る撮影カメラの位置検出システムによれば、平面上を移動する撮影カメラの位置を検出する撮影カメラの位置検出システムであって、前記平面上に配置された複数のドットからなるドットパターンと、前記撮影カメラに備えられ、前記撮影カメラが位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択する特徴量照合手段と、前記特徴量照合手段により選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記撮影カメラの現在位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出した前記撮影カメラの現在位置を、要求に応じて所定の基準位置として設定し、設定した前記基準位置を前記撮影カメラの制御部に出力する基準位置設定手段と、前記撮像手段と前記平面との距離を検出する距離検出手段と、前記平面に対する前記撮像手段の傾きを検出する傾き検出手段と、前記撮像手段に作用して前記撮像手段の傾きを変更可能な駆動手段と、前記傾き検出手段により検出した傾きに基づいて、前記撮像手段の光軸が前記平面に垂直になるように前記駆動手段を駆動制御する制御手段と、前記距離検出手段により検出した距離に基づいて、前記撮像手段により取得した画像を、前記平面から所定の距離に位置する前記撮像手段により前記平面を撮像したときに得られる画像に拡大・縮小する画像変換手段とを備えるので、位置検出手段により検出した撮影カメラの現在位置を、要求に応じて基準位置設定手段により所定の基準位置として設定し、設定した基準位置を撮影カメラの制御部に出力することができる。また、仮に撮像手段（カメラ）の光軸が傾いたとしても、駆動手段および制御手段によって、撮像手段の光軸は平面（床面）に垂直になり、撮像手段により取得した画像は、画像変換手段によって、このときの撮像手段と平面間の距離に応じて所定の正規の大きさの画像に変換される。このため、検出特徴量算出手段および特徴量照合手段は正常に機能できる。したがって、基準位置の再設定の手間を省力化でき、安定的に精度の高い位置検出を行うことができるという効果を奏する。

また、位置検出手段によって撮像手段（および撮影カメラ）の平面内の２次元的な位置が検出され、距離検出手段によって撮像手段の平面からの距離が検出される。平面が床面である場合には、撮像手段の床面からの高さを検出できる。このため、撮像手段および撮影カメラの３次元的な位置および姿勢（平面内の方向）を検出することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る撮影カメラの位置検出方法によれば、平面上を移動する撮影カメラの位置を検出する撮影カメラの位置検出方法であって、前記平面上には複数のドットから
なるドットパターンが配置され、前記撮影カメラには前記撮影カメラが位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段と前記平面との距離を検出する距離検出手段と、前記平面に対する前記撮像手段の傾きを検出する傾き検出手段と、前記撮像手段に作用して前記撮像手段の傾きを変更可能な駆動手段とが備えられ、前記傾き検出手段により検出した傾きに基づいて、前記撮像手段の光軸が前記平面に垂直になるように前記駆動手段を駆動制御し、前記距離検出手段により検出した距離に基づいて、前記撮像手段により取得した画像を、前記平面から所定の距離に位置する前記撮像手段により前記平面を撮像したときに得られる画像に拡大・縮小し、拡大・縮小して取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出し、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択し、選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記撮影カメラの現在位置を検出し、検出した前記撮影カメラの現在位置を、要求に応じて所定の基準位置として設定し、設定した前記基準位置を前記撮影カメラの制御部に出力するので、基準位置の再設定の手間を省力化できる。また、仮に撮像手段（カメラ）の光軸が傾いたとしても、駆動手段の制御によって、撮像手段の光軸は平面（床面）に垂直になり、撮像手段により取得した画像は、拡大・縮小によって、このときの撮像手段と平面間の距離に応じて所定の正規の大きさの画像に変換される。このため、基準特徴量データベースとの照合を正常に行うことができる。したがって、基準位置の再設定の手間を省力化でき、安定的に精度の高い位置検出を行うことができるという効果を奏する。

また、撮像手段（および撮影カメラ）の平面内の２次元的な位置と、撮像手段の平面からの距離が検出される。平面が床面である場合には、撮像手段の床面からの高さを検出できる。このため、撮像手段および撮影カメラの３次元的な位置および姿勢（平面内の方向）を検出することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る撮影カメラの位置検出システムの実施例を示す構成図である。 図２は、ドットパターンと取得画像の一例を示す図である。 図３は、取得画像から位置を検出する概念を説明する図である。 図４は、撮像手段が傾いている場合の図である。 図５は、各軸周りの回転方向を説明する図である。 図６は、本発明に係る撮影カメラの位置検出システムおよび方法の実施例を示すフローチャート図である。

以下に、本発明に係る撮影カメラの位置検出システムの実施の形態について、ポールスターアルゴリズムを適用して点群の照合を行う場合を例にとり、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１および図２に示すように、本発明に係る撮影カメラの位置検出システム１０は、建物内の床面（平面）１２上に配置されたドットパターン１４と、撮影カメラ１６に備えられ、撮影カメラ１６とともに床面１２上を移動する撮影カメラの位置検出装置１８とから構成されている。ドットパターン１４は、印刷や描画等の手段によって床面１２上にランダムに配置されている。

撮影カメラ１６は、テレビ番組等の撮影映像を撮影するカメラであり、図示しないカメラマンが肩に載せて撮影を行う一般的な肩載式のカメラである。したがって、カメラマン
は、撮影カメラ１６を肩に載せた状態で床面１２上を前後左右に移動しながら撮影を行う。

撮影カメラの位置検出装置１８は、撮影カメラ１６が位置する床面１２上の領域を撮像する撮像手段２０と、ポールスター特徴量格納手段２２と、ポールスター照合手段２４（検出特徴量算出手段および特徴量照合手段）と、絞り込み手段２６と、撮像手段２０によって撮像した画像に基づいて撮影カメラ１６の位置を検出する位置検出手段２８と、基準位置設定手段４６とを備える。

また、この撮影カメラの位置検出装置１８は、撮像手段２０と床面１２との距離を検出する距離検出手段３６と、床面１２に対する撮像手段２０の傾きを検出する傾き検出手段３８と、駆動手段４０と、制御手段４２と、画像変換手段４４とをさらに備える。

撮像手段２０は、ＣＣＤカメラ等の画像取得装置である。撮像手段２０は駆動手段４０および雲台部４８を介して撮影カメラ１６に固定されており、撮影カメラ１６とともに移動しながら、撮影カメラ１６の位置する床面１２上の領域を所定の時間間隔で撮像し、図２の右側に示したような画像を取得する。本実施の形態では、高速度カメラを用いて、例えば１０ｍｓ程度の時間間隔で画像を取得している。また、図１に示すように、ＬＥＤなどの照明３０を用いることで、外乱光の影響の少ない画像を取得することができる。

ポールスター特徴量格納手段２２は、図３に示すように、撮影カメラ１６の検出を行う前に、床面１２上のドットパターン１４におけるすべてのドット３２のポールスター特徴量（基準特徴量）を予め算出し、これをポールスターデータベース３４（基準特徴量データベース）に格納する。

ポールスター照合手段２４は、検出特徴量算出手段および特徴量照合手段として機能するものであり、図３に示すように、取得画像中の複数のドット３２から所定のドット３２ａを選択し、ドット３２ａや周辺に位置する複数のドット３２ｂ_１〜３２ｂ_５等から得られるポールスター特徴量（検出特徴量）を、予め作成したポールスターデータベース３４と照合する。

ここで、このポールスター照合手段２４は、尤度を設定したポールスター特徴量を用いて、ポールスター照合を行うものである。ここで、この尤度は、撮像手段２０により取得した画像中のドットと、このドットに対応するポールスターアルゴリズムのポールスターデータベース３４中のドットとの間の誤差を吸収するためのものである。

絞り込み手段２６は、ポールスター照合手段２４により照合された照合ドット候補から所定の照合ドットに絞り込むためのものである。

位置検出手段２８は、絞り込み手段２６により絞り込んだ所定の照合ドットからなるドットパターンの位置関係に基づいて、撮影カメラ１６の床面１２上での現在位置および方向を検出するものである。

基準位置設定手段４６は、位置検出手段２８により検出した撮影カメラ１６の現在位置を、ユーザからの要求に応じて所定の基準位置として設定し、設定した基準位置を撮影カメラ１６の図示しない制御部に出力するものである。基準位置が入力された撮影カメラ１６の制御部は、撮影カメラ１６に既に設定登録されている基準位置を更新し、撮影カメラ１６はこの更新された基準位置をカメラデータとして保持する。

距離検出手段３６は、図４に示すように、例えば床面１２に向けてレーザ光を出射して
反射光を計測することで距離を検出するレーザ測距器を用いて構成することができる。距離検出手段３６は撮像手段２０に固定されており、撮像手段２０と床面１２との間の垂直距離Ｌを検出する。この距離Ｌは床面１２からの撮像手段２０の高さ位置を意味する。なお、距離検出手段３６は、レーザ測距器に限るものではなく、撮像手段２０と床面１２との間の距離を計測できるものであればいかなる検出器を用いてもよい。

傾き検出手段３８は、例えばジャイロセンサなどのＭＥＭＳ慣性センサを用いて構成することができる。傾き検出手段３８は撮像手段２０に固定されており、床面１２に対する撮像手段２０の傾きを検出する。ここで、図５に示すように、Ｘ軸を左右方向とし、Ｙ軸を上下方向とし、Ｚ軸を前後方向とすると、図４に示すように、傾き検出手段３８は、Ｘ軸が回転軸となる回転方向θｘの撮像手段２０の傾斜角ηｘを検出するＸ軸傾き検出部３８ａと、Ｚ軸が回転軸となる回転方向θｚの撮像手段２０の傾斜角ηｚを検出するＺ軸傾き検出部３８ｂとで構成される。ここで、図４においては、傾斜角ηｚがない場合を図示しており、撮像手段２０の光軸ＡＸは床面１２に垂直な線に対して傾斜角ηｘだけ傾いている。なお、傾き検出手段３８は、慣性センサに限るものではなく、撮像手段２０の傾きを計測できるものであればいかなる検出器を用いてもよい。

駆動手段４０は、撮像手段２０に作用して撮像手段２０の傾きを変更可能なものであり、例えばモータを用いて構成することができる。駆動手段４０の出力軸は撮像手段２０に接続して、その回転駆動力を撮像手段２０に伝達可能となっており、駆動した際に撮像手段２０の傾きを変更する。より具体的には、図４に示すように、駆動手段４０は、Ｘ軸が回転軸となる回転方向θｘの撮像手段２０の傾斜角ηｘを変更するＸ軸傾き変更部４０ａと、Ｚ軸が回転軸となる回転方向θｚの撮像手段２０の傾斜角ηｚを変更するＺ軸傾き変更部４０ｂとからなる直交２軸の駆動手段として構成される。なお、図４では、駆動手段４０の作動直前の状態を概念的に示している。駆動手段４０は、モータに限るものではなく、撮像手段２０の傾きを変更できるものであればいかなる駆動手段を用いてもよい。

制御手段４２は、傾き検出手段３８により検出した傾斜角ηｘ、ηｚに基づいて、撮像手段２０の光軸ＡＸが床面１２に垂直になるように駆動手段４０を駆動制御するものである。

画像変換手段４４は、距離検出手段３６により検出した距離Ｌに基づいて、撮像手段２０により取得した画像を、床面から所定の基準距離に位置する撮像手段２０により床面１２を撮像したときに得られる画像に拡大・縮小するものである。ここで、距離Ｌが所定の基準距離に一致する場合には、等倍の倍率にて拡大・縮小を行うものとする。なお、拡大・縮小により所定の正規の大きさに変換された画像はポールスター照合手段２４に入力されて、ポールスター特徴量を得るための画像として用いられる。

上記構成の動作および作用を説明する。
図６に示すように、傾き検出手段３８による検出の結果、撮像手段２０に傾きが生じている場合には（ステップＳ１１でＹｅｓ）、制御手段４２はこの傾きに基づいて、撮像手段２０の光軸ＡＸが床面１２に垂直になるように駆動手段４０を駆動制御する（ステップＳ１２）。続いて、画像変換手段４４は取得画像を所定の正規の大きさの画像に拡大・縮小して、ポールスター照合手段２４に出力する（ステップＳ１３）。一方、ステップＳ１１において撮像手段２０に傾きが生じていない場合には（ステップＳ１１でＮｏ）、ステップＳ１２を経ることなく処理をステップＳ１３に進める。そして、撮影カメラの位置検出装置１８は、画像取得して画像中の点にラベリングをし（ステップＳ１４）、この画像点群を用いてポールスター照合手段２４で尤度を導入したポールスター照合を行い（ステップＳ１５）、照合床点候補群について絞り込み手段２６で点群相互間距離の組み合わせの照合を行って（ステップＳ１６）、位置検出手段２８で撮像手段２０のカメラ位置・方
向の計算をし（ステップＳ１７）、照合率による確認をする（ステップＳ１８）。さらに、ユーザからの要求に応じて、計算した撮像手段２０のカメラ位置・方向を基準位置として撮影カメラ１６に出力する（ステップＳ１９）。なお、上記のうちステップＳ１４〜Ｓ１８の具体的な処理内容については、上記の特許文献３に記載の処理内容と同様であるから、詳細な説明は省略する。

このように、撮像手段２０の光軸ＡＸが傾く場合には、駆動手段４０および制御手段４２によって、撮像手段２０の光軸ＡＸは床面１２に垂直になり、撮像手段２０により取得した画像は、画像変換手段４４によって、このときの撮像手段２０と床面１２間の距離Ｌに応じて所定の正規の大きさの画像に変換される。このため、撮像手段２０の光軸ＡＸの傾きに伴う画像の投射歪に関する補正処理を要しない。また、画像変換手段４４によって変換された画像はポールスター照合手段２４に入力されて、ポールスター特徴量を得るための画像として用いられる。このため、検出特徴量算出手段および特徴量照合手段としてのポールスター照合手段２４による照合は正常に機能し、照合不良は起こさない。したがって、本発明によれば、照合不良を起こし難くして位置検出の信頼性を確保することができる。

また、位置検出手段２８によって撮像手段２０（および撮影カメラ１６）の床面１２内の２次元的な位置が検出され、距離検出手段３６によって撮像手段２０の床面１２からの距離Ｌ、すなわち撮像手段２０の床面１２からの高さを検出できる。このため、撮像手段２０および撮影カメラ１６の３次元的な位置および姿勢（床面１２内の方向）を検出することができる。

また、基準位置設定手段４６によって、位置検出手段２８により高精度に検出した撮影カメラ１６の現在位置を、ユーザからの要求に応じて所定の基準位置として設定し、設定した基準位置を撮影カメラ１６の図示しない制御部に出力することができる。そして、基準位置が入力された撮影カメラ１６の制御部は、撮影カメラ１６に既に設定登録されている基準位置を更新し、撮影カメラ１６はこの更新された基準位置をカメラデータとして保持する。このため、移動する撮影カメラ１６の位置を安定的に把握することができる。また、床面１２上のさまざまな位置で撮影カメラ１６を任意の方向に向けた状態で、基準位置を更新することができ、安定的に精度の高い位置検出を行うことができる。

なお、傾き検出手段３８に用いるような慣性センサでは、鉛直軸（Ｙ軸）周りの回転（図５のθｙ）については、誤差が累積される傾向があり、特に温度に依存してドリフトが生じるため、精度の高い値が求められない。また、慣性センサで検出した角速度を積分することにより床面１２内の位置を算出できるが、これも誤差の累積が生じる。これに対し、ポールスター照合手段２４による照合を用いる本発明では、鉛直軸周りの回転位置（方向）および床面１２内の位置をそれぞれ正確に求めることができる。

また、本発明に係る撮影カメラの位置検出システムおよび方法は、映像放送用のバーチャルスタジオの撮影に適用可能である。バーチャルスタジオでは、拡張現実感（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）を使った撮影が行われるが、この種の撮影ではＴＶカメラの位置と姿勢の正確な把握が必要となる。この位置と姿勢を把握するために従来、ＴＶカメラを載せる三脚の各車輪の回転履歴を取得する精密な機構を備えた重量の大きい高価な装置を使用することがあった。これに対し、本発明の撮影カメラ１６を上記のＴＶカメラに適用し、これに比較的軽量な慣性センサ（傾き検出手段３８）、レーザ測距器（距離検出手段３６）、モータ（駆動手段４０）、カメラ（撮像手段２０）を取り付けた構成とすれば、比較的安価かつ簡易にＴＶカメラのバーチャルスタジオ内での位置と姿勢を検出することができる。

以上説明したように、本発明に係る撮影カメラの位置検出システムによれば、平面上を移動する撮影カメラの位置を検出する撮影カメラの位置検出システムであって、前記平面上に配置された複数のドットからなるドットパターンと、前記撮影カメラに備えられ、前記撮影カメラが位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択する特徴量照合手段と、前記特徴量照合手段により選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記撮影カメラの現在位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出した前記撮影カメラの現在位置を、要求に応じて所定の基準位置として設定し、設定した前記基準位置を前記撮影カメラの制御部に出力する基準位置設定手段と、前記撮像手段と前記平面との距離を検出する距離検出手段と、前記平面に対する前記撮像手段の傾きを検出する傾き検出手段と、前記撮像手段に作用して前記撮像手段の傾きを変更可能な駆動手段と、前記傾き検出手段により検出した傾きに基づいて、前記撮像手段の光軸が前記平面に垂直になるように前記駆動手段を駆動制御する制御手段と、前記距離検出手段により検出した距離に基づいて、前記撮像手段により取得した画像を、前記平面から所定の距離に位置する前記撮像手段により前記平面を撮像したときに得られる画像に拡大・縮小する画像変換手段とを備えるので、位置検出手段により検出した撮影カメラの現在位置を、要求に応じて基準位置設定手段により所定の基準位置として設定し、設定した基準位置を撮影カメラの制御部に出力することができる。また、仮に撮像手段（カメラ）の光軸が傾いたとしても、駆動手段および制御手段によって、撮像手段の光軸は平面（床面）に垂直になり、撮像手段により取得した画像は、画像変換手段によって、このときの撮像手段と平面間の距離に応じて所定の正規の大きさの画像に変換される。このため、検出特徴量算出手段および特徴量照合手段は正常に機能できる。したがって、基準位置の再設定の手間を省力化でき、安定的に精度の高い位置検出を行うことができる。

また、位置検出手段によって撮像手段（および撮影カメラ）の平面内の２次元的な位置が検出され、距離検出手段によって撮像手段の平面からの距離が検出される。平面が床面である場合には、撮像手段の床面からの高さを検出できる。このため、撮像手段および撮影カメラの３次元的な位置および姿勢（平面内の方向）を検出することができる。

また、本発明に係る撮影カメラの位置検出方法によれば、平面上を移動する撮影カメラの位置を検出する撮影カメラの位置検出方法であって、前記平面上には複数のドットからなるドットパターンが配置され、前記撮影カメラには前記撮影カメラが位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段と前記平面との距離を検出する距離検出手段と、前記平面に対する前記撮像手段の傾きを検出する傾き検出手段と、前記撮像手段に作用して前記撮像手段の傾きを変更可能な駆動手段とが備えられ、前記傾き検出手段により検出した傾きに基づいて、前記撮像手段の光軸が前記平面に垂直になるように前記駆動手段を駆動制御し、前記距離検出手段により検出した距離に基づいて、前記撮像手段により取得した画像を、前記平面から所定の距離に位置する前記撮像手段により前記平面を撮像したときに得られる画像に拡大・縮小し、拡大・縮小して取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出し、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択し、選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記撮影カメラの現在位置を検出し、検出した前記撮影カメラの現在位置を、要求に応じて所定の基準位置として設定し、設定した前記基準位置を前記撮影カメラの制御部に出力するので、基準位置の再設定の手間を省力
化できる。また、仮に撮像手段（カメラ）の光軸が傾いたとしても、駆動手段の制御によって、撮像手段の光軸は平面（床面）に垂直になり、撮像手段により取得した画像は、拡大・縮小によって、このときの撮像手段と平面間の距離に応じて所定の正規の大きさの画像に変換される。このため、基準特徴量データベースとの照合を正常に行うことができる。したがって、基準位置の再設定の手間を省力化でき、安定的に精度の高い位置検出を行うことができる。

また、撮像手段（および撮影カメラ）の平面内の２次元的な位置と、撮像手段の平面からの距離が検出される。平面が床面である場合には、撮像手段の床面からの高さを検出できる。このため、撮像手段および撮影カメラの３次元的な位置および姿勢（平面内の方向）を検出することができる。

以上のように、本発明に係る撮影カメラの位置検出システムは、番組制作や映画制作において、撮影カメラが動きながら撮影した映像に、ＣＧや別の映像を合成する際の撮影カメラの位置検出に有用であり、特に、撮影カメラに対する基準位置の再設定の手間を省力化して、安定的に精度の高い位置検出を行うのに適している。

１０ 撮影カメラの位置検出システム
１２ 床面（平面）
１４ ドットパターン
１６ 撮影カメラ
１８ 撮影カメラの位置検出装置
２０ 撮像手段
２２ ポールスター特徴量格納手段
２４ ポールスター照合手段（検出特徴量算出手段、特徴量照合手段）
２６ 絞り込み手段
２８ 位置検出手段
３０ 照明
３２ ドット
３４ ポールスターデータベース（基準特徴量データベース）
３６ 距離検出手段
３８ 傾き検出手段
４０ 駆動手段
４２ 制御手段
４４ 画像変換手段
４６ 基準位置設定手段
４８ 雲台部
Ｌ 距離
ηｘ，ηｚ 傾斜角（傾き）

Claims (2)

1. 平面上を移動する撮影カメラの位置を検出する撮影カメラの位置検出システムであって、
   前記平面上に配置された複数のドットからなるドットパターンと、
   前記撮影カメラに備えられ、前記撮影カメラが位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、
   前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択する特徴量照合手段と、
   前記特徴量照合手段により選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記撮影カメラの現在位置を検出する位置検出手段と、
   前記位置検出手段により検出した前記撮影カメラの現在位置を、要求に応じて所定の基準位置として設定し、設定した前記基準位置を前記撮影カメラの制御部に出力する基準位置設定手段と、
   前記撮像手段と前記平面との距離を検出する距離検出手段と、
   前記平面に対する前記撮像手段の傾きを検出する傾き検出手段と、
   前記撮像手段に作用して前記撮像手段の傾きを変更可能な駆動手段と、
   前記傾き検出手段により検出した傾きに基づいて、前記撮像手段の光軸が前記平面に垂直になるように前記駆動手段を駆動制御する制御手段と、
   前記距離検出手段により検出した距離に基づいて、前記撮像手段により取得した画像を、前記平面から所定の距離に位置する前記撮像手段により前記平面を撮像したときに得られる画像に拡大・縮小する画像変換手段と
   を備えることを特徴とする撮影カメラの位置検出システム。
2. 平面上を移動する撮影カメラの位置を検出する撮影カメラの位置検出方法であって、
   前記平面上には複数のドットからなるドットパターンが配置され、
   前記撮影カメラには前記撮影カメラが位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段と前記平面との距離を検出する距離検出手段と、前記平面に対する前記撮像手段の傾きを検出する傾き検出手段と、前記撮像手段に作用して前記撮像手段の傾きを変更可能な駆動手段とが備えられ、
   前記傾き検出手段により検出した傾きに基づいて、前記撮像手段の光軸が前記平面に垂直になるように前記駆動手段を駆動制御し、
   前記距離検出手段により検出した距離に基づいて、前記撮像手段により取得した画像を、前記平面から所定の距離に位置する前記撮像手段により前記平面を撮像したときに得られる画像に拡大・縮小し、
   拡大・縮小して取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出し、
   前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択し、
   選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記撮影カメラの現在位置を検出し、
   検出した前記撮影カメラの現在位置を、要求に応じて所定の基準位置として設定し、設定した前記基準位置を前記撮影カメラの制御部に出力することを特徴とする撮影カメラの位置検出方法。

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