JP2017216599A - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 PTZ動作の速度などの状況に応じて撮影パラメータの調整方法を適切に切り替え、PTZ動作中に好適な撮影を行う。【解決手段】 パン・チルト・ズーム(PTZ)の動作終了位置が指定されているか否かと、PT移動速度に基づいて、リアルタイムの撮像画像に基づいて算出した撮影パラメータか、PTZ位置に対応して記憶されている撮影パラメータか、のどちらのパラメータを使ってカメラ制御を行うかを切り替える。【選択図】 図2
Description
本発明は、撮像装置及びその制御方法に関し、特にパン・チルト・ズームによって視点の変更が可能な撮像システムに関するものである。
従来より、監視カメラなどネットワークカメラの市場においてカメラの撮影方向を変更する機構としてパン・チルト・ズーム(PTZ)機構を搭載しているカメラが広く使われている。このPTZ機構により、遠隔地からの撮影方向の変更などが可能となり、ユーザーによる撮影の自由度を大幅にあげることができるようになっている。
撮影方向を変更して撮影を行う場合、好適な画像を取得するために、シーンの状況に応じた露出、フォーカス、ホワイトバランスなどの撮影パラメータでカメラ制御を行う必要がある。撮影パラメータの調整をする場合、入力された画像信号から撮影シーンに適切な露光値・焦点距離・色温度などの撮影パラメータを計算し、出力する画像にそのパラメータが反映されるまでにある程度の時間を要する。そのため、PTZ機構を駆動させ撮影シーンを変更したあと、そのシーンに合った撮影パラメータで好適な画像を得られるまでに、タイムラグを生じる場合がある。
このような撮像システムに関して、特許文献1ではカメラのPTZ状態(撮影方向)に応じた撮影パラメータを予め記憶しておき、撮影方向に対応する撮影パラメータでカメラ制御を行う技術が開示されている。
ネットワークカメラのユースケースとして、例えば、予め設定された撮影位置を順番に撮影するプリセット巡回、PTZ機構を動作させながらの被写体追尾など、指定された撮影方向だけでなく、PTZ動作中のシーンも好適に撮影しておきたい場合がある。そのためには、PTZ動作の途中の撮影方向に対しても適切に撮影パラメータの調整を行う必要がある。
しかしながら、従来の技術のように、指定された撮影位置に対応した撮影パラメータでカメラ制御を行うと、PTZ動作中のシーンが好適に撮影できないという課題がある。一方、PTZ動作中の撮影位置に応じた撮影パラメータで撮影制御を行うと、PTZ動作の速度によっては、実際の撮影位置に対して遅延が生じてしまい、最適な撮影パラメータでの撮影が行えない。
そこで本発明の目的は、PTZ動作速度などの状況に応じて撮影パラメータの調整方法を適切に切り替ることにより、PTZ動作中に好適な撮影制御を行うことが可能な撮像装置及びその制御方法を提供することである。
上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、被写体を撮像することにより画像データを取得する撮像手段と、撮像方向をパン方向又はチルト方向に移動可能に制御するPT制御手段と、前記撮像に用いるパラメータを選択する選択手段とを有し、前記選択手段は、前記PT制御手段の制御状態に応じて、前記パラメータの取得方法を切り替えることを特徴とする。
本発明によれば、PTZ動作の速度などの状況に応じて撮影パラメータの調整方法を適切に切り替え、PTZ動作中に撮影方向に好適なパラメータで撮影を行うことができる。
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
(第1の実施形態)
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係るシステム構成について詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像システムの構成例を示す図である。
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係るシステム構成について詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像システムの構成例を示す図である。
本実施形態に係る撮像システムは、撮像装置101と表示装置102とから構成される。
撮像装置101は、撮像部201により被写体を撮像して画像データを生成する。
表示装置102は本システムの状態や処理結果などをユーザーに提示するために用いられ、通信部103により外部ネットワークを介して出力された情報を表示する。また、表示装置102に表示された情報に対して、タッチパネル又はパーソナルコンピュータ(PC)などの外部端末を使い、本システムの動作を制御するための制御情報などを入力するために用いることも可能である。
CPU104は、ROM105からロードしたプログラムに従い、通信バス107で接続された各ユニットの制御およびそのために必要な演算を行う。ROM105には、CPU104で実行される制御プログラムや、プログラムの実行に必要な各種の定数値が格納される。RAM106は、プログラムの実行に必要な各種一時データを記憶するための領域である。
通信バス107を介して、撮像装置101に含まれる各ユニットは指令、情報のやり取りが可能である。
撮像部201は、レンズユニット・絞りユニット・撮像センサーなどからなり、入射した光学像を電気的な画像情報に変換して出力する。撮像部201は、カメラ制御を行う際に、露光値・被写界深度・焦点距離・色温度などの値を撮影パラメータとして用いる。撮影パラメータは、カメラ制御部202によって設定されたものを用いる。
カメラ制御部202は、撮像部201に対し、焦点距離、絞り、ゲイン、シャッタースピード、露出補正値、ホワイトバランスなど、出力する画像に影響を与える複数の撮影パラメータの設定を行う。撮影パラメータは、カメラの外部から設定することもできるし、カメラ自身の機能によって自律的に設定することも可能である。
カメラ制御部202が撮像部201に設定する撮影パラメータは、パラメータ選択部204から取得する。その際カメラ制御部202は、撮像部201の撮影方向や、単位時間あたりの撮像部201のカメラ方向の移動角(PTZ速度)・PTZ終了時の撮影方向(PTZ終点座標)などの姿勢制御情報をパラメータ選択部204に出力する。
ここで、PTZとはパン・チルト・ズームのことであり、カメラの撮影方向はパン・チルト・ズーム(PTZ)のそれぞれの位置により定義される。また、パン・チルト・ズーム(PTZ)機構を駆動させることで、ユーザは遠隔地から撮影方向の変更が可能となる。
撮影方向は、撮像部201に対して制御を行った情報をカメラ制御部202に記憶する一方、必要に応じて撮像部201に現在の位置を問い合わせることもできる。また、パラメータ保持部206から他の処理ブロックに問い合わせることも可能であり、PTZ制御部207から制御値を取得する構成としてもよい。
記録部203は、撮像部201により出力された画像を記録する。
パラメータ選択部204は、パラメータ計算部205およびパラメータ保持部206の出力するそれぞれのパラメータのどちらかを選択してカメラ制御部202に出力する。選択の方法の詳細は後述する。カメラ制御部202は、パラメータ選択部204によって選択されたパラメータを、撮像201の撮影パラメータとして設定する。
パラメータ計算部205は、撮像部201で取得した撮像画像の画像情報に基づくパラメータを算出する。いわゆる、自動露出制御、オートフォーカス、オートホワイトバランス制御などの、通常のカメラ制御と同様の動作であり、ここでは詳細は省略する。
パラメータ保持部206は、撮影方向(PTZ情報)に応じた撮影パラメータを保持しており、撮影方向に基づいてパラメータを決定する。
PTZ制御部207は、ユーザ操作などの指示に応じて、または特定の被写体に追従して、撮像部201による撮像方向のPT制御および拡大・縮小のズーム制御を行う。PTZ制御部207が、図示しない雲台などのPT(パン・チルト)駆動部、または撮像部201の光学系を駆動させることで、カメラの撮影方向を移動可能に制御する。
図1は、本実施の形態の論理的な構成を示したものであって、物理的な装置の構成と必ずしも対応する必要はない。すなわち、例えば、撮像部201の処理だけがカメラ101でなされ、PTZ制御部207をはじめ他の処理部の演算はCPU104でなされるような物理構成も可能である。あるいは、撮像部201とカメラ制御部202およびパラメータ選択部204の処理が撮像装置101でなされるような物理構成としてもよい。また、例えば、パラメータ保持部206がネットワークを経由した外部に存在し、パラメータ選択部204とのやりとりがネットワーク回線上でなされるような構成も可能である。
図2は、第1の実施形態に係るパン・チルト・ズーム(PTZ)動作中の撮影パラメータ設定の処理の流れをフローチャートである。図2のフローチャートは、撮像装置101の各処理ブロックを制御し実行される処理手順を図示したものであり、ROM105に格納されているプログラムをRAM106に展開し、CPU104が実行することにより実現される。
PTZ動作は、予め定められたスケジュール(プリセット巡回)によって開始されてもよいし、認識した被写体の動きに追従する動作でもよい。また、ユーザーからの指示により動作が開始される場合も考えられる。図2のフローにおけるPTZ動作は、必ずしもパン・チルト・ズームの全てが動作している必要はなく、少なくとも1つが動かされたときを含めてPTZ動作という。
PTZ動作を開始すると、まず始めにステップ301で、撮影パラメータを固定にするか否かを保持するためのフラグに0を代入する。フラグが0の場合は、PTZ動作を行いながら随時撮影パラメータを決定する。フラグが1の場合は、指示されたPTZ動作が終了するまでの間、固定の撮影パラメータで撮影制御を実行する。
ステップ302では、PTZ終点が指定されているかどうかを判断する。ユーザーからの指示で特定方向を撮影する場合や、外部カメラで空間位置を特定した物体を撮影する場合などは、PTZ終点が指定される。例えば、被写体追尾などによってカメラの姿勢が自律的に変更されている場合などは、PTZ終点が指定されない。PTZ終点が指定されていないときは、ステップ306へ進む。
PTZ終点が指定されていた場合、ステップ303へ進み、パン方向・チルト方向(PT)の移動速度と閾値θ1を比較し、比較結果に基づき、PT移動速度がθ1より遅い場合は、ステップ306へ進む。
θ1は、PTZの始点とPTZの終点の間の角度φPTz、パラメータ調整時間Tadjを用いて次の式(A)のように決めることができる。
θ1=φPTZ/Tadj・・・式(A)
θ1=φPTZ/Tadj・・・式(A)
図3はTadjの定義を説明する図である。一般にパラメータは、設定したパラメータが瞬時に反映されず、反映されるまでにある程度の時間を要する。Tadjは、設定したパラメータが反映されるまでの所要時間を表す。例えば、T1で調整した撮影パラメータが実際に反映されるのはT2時点である。もし、そのTadjの間に撮影方向が大きく変わった場合には、必ずしも適切なパラメータで撮影できるとは限らない。
図4はφPTZおよびφframeの定義を説明する図である。φframeは、カメラの画角の幅を角度として表した量である。φPTZは、PTZ終点が指定された場合に定義され、PTZの始点からPTZの終点までのパン方向・チルト方向の移動距離を角度として表した量である。
このように定義されるθ1によって、PTZ動作の開始から終了までの間に撮影パラメータの調整の反映が間に合うか否かを判定することができる。すなわちこの方法によれば、PTZ動作中に撮影パラメータの調整の反映が間に合う場合にはPTZ途中にも撮影パラメータの調整を行い、間に合わない場合にはPTZ終点に合わせておく、という判断が可能になる。
図2へ戻りステップ303において、移動速度がθ1より遅い場合は、以下の処理(ステップ304、305)は行わず、ステップ306へ進む。
PT移動速度がθ1以上であった場合、ステップ304へ進み、パラメータ選択部204は、パラメータ保持部206に指示し、PTZ終点の撮像方向に対応したパラメータを取得する。カメラ制御部202は、パラメータ選択部204が取得したパラメータをカメラ制御のための撮影パラメータとして設定し、撮像部201を制御する。
ここで図6を参照して、パラメータ保持部206が保持する情報の例を説明する。図6は、第1の実施形態に係るパラメータ保持部206が保持する情報の例を示す図であり、カメラの撮像方向(パン角・チルト角)と対応する露光値の情報テーブルを示している。これらの露光値は、予め巡回撮像などのタイミングで計算しておき、カメラのパン角・チルト角に応じて、テーブルの対応する場所に記憶しておく。パラメータ保持部206は、撮像部201の撮像方向に基づいて、対応する露光値を決定する。
ここで、撮影パラメータである露光値がパン・チルト角に応じて保持されている例を説明したが、パラメータは露光値のほか、シャッタ速度、フォーカス位置、色温度、ホワイトバランス設定値等、撮像に関わる種々の設定値にも適用可能である。また、撮影パラメータの値そのものを保持するほか、情報の持ち方はパラメータを計算するために十分であればこれに限られず、例えば、全方位の画像がパノラマ画像として保持されていてもよい。この場合は、パラメータ保持部206は、パン・チルトの入力に対し、パノラマ画像からその方向の部分画像を切り出し、カメラ制御部202が部分画像に基づき露光値などのパラメータを計算することができる。
また、パラメータ保持部206に全方位カメラが接続されている構成も可能である。この場合は、パラメータ保持部206は、パン・チルトの入力に対し、全方位カメラからその方向の部分画像を切り出して出力する構成が考えられる。この場合のパラメータ保持部206およびカメラ制御部202の動作は、上記パノラマ画像の場合と同様である。
その後、図2のステップ305では、フラグに1を代入する。すなわち、以降、指示されたPTZ動作が終了するまでの間、固定の撮影パラメータで撮影制御が実行されることになる。
次に、ステップ306では、フラグの値をみて、1であった場合、PTZ動作終了までの撮影パラメータが決定しているため、以降の処理は行わず、ステップ310に進む。
フラグの値が0であった場合、ステップ307で、パン方向・チルト方向(PT)の移動速度とθ2との比較を行う。
フラグの値が0であった場合、ステップ307で、パン方向・チルト方向(PT)の移動速度とθ2との比較を行う。
θ2は、例えば、カメラの撮影画角の幅φframe、および、撮影パラメータの調整に反映される調整時間Tadjを用いて次の式(B)のように決めることができる。
θ2=φframe/Tadj・・・式(B)
θ2=φframe/Tadj・・・式(B)
このように定義されるθ2によって、カメラが撮影画角の幅φframeだけ動く間に撮影パラメータの調整の反映が間に合うか否かを判定することができる。この方法により、所定の画角を撮影している間に撮影パラメータの調整の反映が間に合う場合には、リアルタイムで取得される撮像画像に基づき撮影パラメータの調整を行う。一方、間に合わない場合には、撮影パラメータが反映される時点のPT位置を予測し、その撮影方向に対応するパラメータを、撮影パラメータとして設定する。
PT移動速度がθ2以上であった場合、ステップ308に進み、パラメータ選択部204は、パラメータ保持部206から、PTZ途中の撮影方向に基づきパラメータを取得し、撮影パラメータとして設定する。PTZ動作の移動速度がθ2より早い場合、現在の撮影方向とPT移動方向・PT移動速度に基づいて、Tadj経過後の撮影方向を予測し、対応するパラメータを取得する。
具体的には、図5に示すように、PT角速度ωにパラメータ調整時間Tadjを乗じることによって得られる角度分だけPT方向に進めることで、撮影パラメータが反映される時点のPT位置(撮像方向)を予測することができる。この方法により、PTZ動作の移動が速い場合に、パラメータ調整がカメラの動きに対して遅延することなく、PTZ動作中にカメラの実際の撮影方向に適したパラメータ調整を行うことが可能となる。
PT移動速度がθ2よりも小さかった場合は、ステップ309に進み、パラメータ選択部204は、パラメータ計算部205が撮像画像に基づき算出したパラメータを取得し、撮影パラメータとして設定する。PT移動速度がある程度遅い場合は、リアルタイムに入力される撮像画像から撮影パラメータを調整することが可能であり、固定のパラメータで撮像するより、現在撮影している被写体に対して適切な画像が得られるためである。
ステップ310ではPTZ動作の終了判定を行う。カメラの方向がPTZ終点に達するか、巡回モードが終了するなど他のトリガーによってPT動作は終了する。
なお、パラメータ計算部205によりリアルタイムの撮像画像に対してパラメータを調整し撮影制御した場合に、パラメータ保持部206の対応する位置のパラメータ情報を更新する構成としてもよい。
以上説明した第1の実施形態によれば、PTZ制御状態に応じて撮影パラメータの取得方法を切替えることで、最適なパラメータで撮影制御を行うことができ、PTZ制御中においても好適な画像を出力することが可能となる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態では、図7を参照して、例えば、昼間と夜間など、パラメータ保持部206で保持しているパラメータを記録した際の環境と、現在の環境が大きく違う場合の処理について説明する。
第2の実施形態では、図7を参照して、例えば、昼間と夜間など、パラメータ保持部206で保持しているパラメータを記録した際の環境と、現在の環境が大きく違う場合の処理について説明する。
図7は、第2の実施形態に係る処理の流れを示すフローチャートである。図7のフローチャートは、撮像装置101の各処理ブロックを制御し実行される処理手順を図示したものであり、ROM105に格納されているプログラムをRAM106に展開し、CPU104が実行することにより実現される。
PTZ動作を開始すると、まずステップ701で、パラメータ算出部205で算出したリアルタイムの撮像画像に対するパラメータP1と、パラメータ保持部206で保持する現在の位置に対応するパラメータP2の差分(|P1−P2|)を計算する。P1とP2の差分を所定の閾値(Th)と比較し、比較結果に基づき、その差分が閾値より小さい場合は、前述したPTZ開始のフロー(図2)の処理を実行する。
一方、P1とP2の差分が閾値以上の場合は、ステップ702へ進み、パラメータ算出部205により、リアルタイムに撮像画像に基づくパラメータを算出し、カメラ制御を行う。リアルタイムの撮像画像に基づくパラメータと、保持されているパラメータが大きく違う場合は、撮影している環境が大きく変化していると考えられる。そのため、保持しているパラメータを使って撮像しつづけることにより、不適切な撮影パラメータを使った撮影を行ってしまうことを避けるため、パラメータの差分が大きいときはリアルタイムに算出したパラメータで撮影制御を行う。
ステップ703で、PTZ動作が終了されるまでの間、リアルタイムの撮像画像に基づく撮影パラメータを用いて、カメラ制御を実行する。
以上説明した第2の実施形態によれば、撮影環境が大きく変わった場合に、保持しているパラメータを使って不適切な撮影制御をし続けてしまうことを避けることが可能である。
なお、本実施形態では、PTZ動作開始時にパラメータを比較して環境の変化を判定する例を説明したが、判定のタイミングはPTZ動作開始時に限らず、例えば、所定時間毎に判定するようにしてもよい。その場合は、PTZ開始後に判定を行うことなく、すぐに撮影パラメータの調整が可能である。
(第3の実施形態)
第3の実施形態では、パラメータ保持部206のパラメータ情報の表示例を説明する。
第3の実施形態では、パラメータ保持部206のパラメータ情報の表示例を説明する。
図8は、本実施形態に係るパノラマ画像の表示例を示す図である。ネットワークカメラのビューワでは、選択された領域の画像とは別に、撮影可能領域の全体をパノラマ画像として表示されるものがある。パラメータ保持部206にデータを画像として保持する構成の場合、撮影方向(PTZ位置)に対応した好適なパラメータで撮影した画像を、パノラマ画像や全方位カメラの出力画像と対応させて、表示装置102に出力することが可能である(図8(a))。このようにすることで、注目している領域周辺の詳細な情報と、周囲の大まかな雰囲気とを利用者に同時に提示することが可能となる。
なお、パノラマ画像や全方位画像を保持しないビューワの場合であっても、撮影可能な枠のみを表示し、撮影方向(PTZ位置)に対応した好適なパラメータで撮影した画像を、その枠内にPTZ位置ごとに対応させて表示してもよい(図8(b))。
また、パラメータ計算部205によりリアルタイムの撮像画像に対してパラメータを調整し撮影制御した場合には、表示する部分画像を更新するように構成してもよい。
以上が本発明の好ましい実施形態の説明であるが、本発明は、本発明の技術思想の範囲内において、上記実施形態に限定されるものではなく、対象となる回路形態により適時変更されて適応するべきものである。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
101 撮像装置
102 表示装置
103 通信部
104 CPU
105 ROM
106 RAM
201 撮像部
202 カメラ制御部
204 パラメータ選択部
205 パラメータ計算部
206 パラメータ保持部
102 表示装置
103 通信部
104 CPU
105 ROM
106 RAM
201 撮像部
202 カメラ制御部
204 パラメータ選択部
205 パラメータ計算部
206 パラメータ保持部
Claims (12)
- 被写体を撮像することにより画像データを取得する撮像手段と、
撮像方向をパン方向又はチルト方向に移動可能に制御するPT制御手段と、
前記撮像に用いるパラメータを選択する選択手段とを有し、
前記選択手段は、前記PT制御手段の制御状態に応じて、前記パラメータの取得方法を切り替えることを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像方向に対応するパラメータを保持するパラメータ保持手段をさらに有し、
前記選択手段は、前記PT制御手段の制御状態に応じて、前記パラメータ保持手段から取得した第1のパラメータを選択することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記制御状態は、前記PT制御手段による前記撮像方向の移動速度を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
- 前記選択手段は、前記移動速度が閾値以上のときに、前記第1のパラメータを選択することを特徴とする請求項2又は3に記載の撮像装置。
- 前記閾値は、前記移動速度及びパラメータが撮像に反映されるまでの調整時間とに基づいて決定されることを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
- 前記選択手段は、前記PT制御手段により前記撮像方向が指定されたときに、指定された撮像方向に対応する前記第1のパラメータを選択することを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 選択したパラメータが反映されるときの前記撮像方向を予測する予測手段をさらに有し、
前記選択手段は、前記予測された撮像方向に対応する前記第1のパラメータを選択することを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記画像データに基づいて第2のパラメータを算出するパラメータ算出手段と、
前記画像データの前記撮像方向に対応する前記第1のパラメータと前記第2のパラメータを比較する比較手段とをさらに有し、
前記選択手段は、前記比較手段の比較結果に応じて、前記第1のパラメータを設定するか否かを判定する判定手段を有することを特徴とする請求項2乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記選択手段は、前記比較の結果、前記第1のパラメータと第2のパラメータの差が所定より大きいときに、前記第1のパラメータを設定しないことを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。
- 前記パラメータ保持手段は、前記第2のパラメータを用いて撮像が行われたときに、その撮像方向に対応する第1のパラメータを前記第2のパラメータに更新して保持することを特徴とする請求項8又は9に記載の撮像装置。
- 前記パラメータは、露光値、絞り値、シャッタ速度、フォーカス位置、色温度、ホワイトバランス設定値の少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 被写体を撮像することにより画像データを取得する撮像手段と、
撮像方向をパン方向又はチルト方向に移動可能に制御するPT制御手段とを有する撮像装置の制御方法であって、
前記PT制御手段の制御状態に応じて、前記撮像に用いるパラメータの取得方法を切り替える切替工程と、
取得した前記パラメータを用いて撮像を行う撮像工程と
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP7393245B2 (ja) | 2020-02-26 | 2023-12-06 | キヤノン株式会社 | 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 |
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- 2016-05-31 JP JP2016109450A patent/JP2017216599A/ja active Pending
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