JP2019082375A - カメラ装置及び距離測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラ側において測量処理を実行できるようにして、測量処理の継続を容易に実現できるカメラ装置を提供する。【解決手段】本実施形態のカメラ装置は、対象を撮像する撮像部と、制御部とを具備する。前記制御部は、前記撮像部から出力される映像信号を入力し、前記撮像部の撮像動作に基づいて取得する、学習情報及び前記撮像手段の状態情報を使用して、前記映像データに含まれる対象までの距離を測定する測量処理を実行し、前記映像信号及び前記測量処理の結果を出力する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、カメラ装置及び距離測定方法に関する。

従来、カメラにより撮像された対象を含む映像を画像処理し、例えば当該対象までの距離を測定する測定装置が開発されている。この測定装置は、測量対象の場所に設置されたカメラから伝送される映像信号を入力し、当該映像信号の画像処理を実行して映像に含まれる対象までの距離を測定する。

特開２００３−１４１５６９号公報 特開２００４−２１２１２９号公報 特開２００５−２６８８４７号公報

従来では、測定装置側において、カメラの方向やレンズのズーム等を調整し、予め設定された画角に基づいて、カメラからの映像信号の画像処理を行っている。このため、災害や事故の発生等により、カメラの設置場所等の変更が生じた場合には、測定装置側において、画像処理の設定を再調整する必要があるなど、測量処理の継続が困難となる場合がある。

そこで、カメラ側において測量処理を実行できるようにして、測量処理の継続を容易に実現できるカメラ装置を提供することを目的とする。

本実施形態のカメラ装置は、対象を撮像する撮像手段と、制御手段とを具備する。前記制御手段は、前記撮像手段から出力される映像信号を入力し、前記撮像手段の動作に基づいて取得する、学習情報及び前記撮像手段の状態情報を使用して、前記映像信号に含まれる対象までの距離を測定する測量処理を実行し、前記映像信号及び前記測量処理の結果を出力する。

実施形態に関するシステムの構成を説明するためのブロック図。 実施形態のカメラ装置のカメラ部の構成を説明するためのブロック図。 実施形態に関する学習処理の手順を示すフローチャート。 実施形態に関する測量処理の手順を示すフローチャート。 実施形態の第１の変形例を説明するための図。 実施形態の第２の変形例を説明するための図。 実施形態の第３の変形例を説明するための図。

以下図面を参照して、実施形態を説明する。
［システムの構成］
図１は、本実施形態のシステムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、監視センタ１と複数のカメラ装置１０がネットワーク８を介して接続されている構成である。監視センタ１は、カメラ装置１０を使用して、例えば、距離測定等の測量の監視又は管理を行う施設である。

監視センタ１は、コンピュータにより構成されるコントローラ２と、表示装置５と、入力装置６と、記憶装置７とを含む。コントローラ２は、後述するように、カメラ装置１０から伝送される映像データ及び測量データを使用して、距離測定等の測量処理に適した画像処理を実行する画像処理部３を含む。また、コントローラ２は、カメラ装置１０を動作させるための各種操作を実行するカメラ操作部４を含む。なお、画像処理部３及びカメラ操作部４は、コンピュータのハードウェア及びソフトウェアにより実現される機能である。

表示装置５は、コントローラ２の制御により、カメラ装置１０から伝送される映像データ及び測量データに基づいて生成される映像を画面上に表示する。入力装置６は、作業者の操作により、カメラ装置１０の操作や表示装置５の画面切り替え等のコマンド、及び各種データをコントローラ２に入力する。記憶装置７は、カメラ装置１０から伝送される映像データ及び測量データ、及び測量処理に関する各種データを保存する。

本実施形態のカメラ装置１０は、いわゆる全天候型で広範囲の撮影が可能であり、測量現場に設置可能な構造の筐体を有する。カメラ装置１０は、当該筐体の本体部に組み込まれたカメラ部１１、及び当該筐体の支柱部に組み込まれた旋回機構１２を有する構成である。カメラ装置１０は、後述するように、映像データ及び測量データを、ネットワーク８を介して監視センタ１に伝送できる。
［カメラ装置の構成］
図２は、カメラ装置１０に含まれるカメラ部１１の構成を示すブロックである。カメラ部１１は、レンズ２０と、レンズ制御回路２１と、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）からなる撮像素子２２とを含む。さらに、カメラ部１１は、サンプル／ホールド回路（Ｓ／Ｈ）２３と、Ａ／Ｄ変換器２４と、信号処理回路２５と、エンコーダ２６とを含む。

レンズ２０は、レンズ制御回路２１の制御に応じて、入力される被写体の露光量を調整するための絞り機能（アイリス:iris）を有する。即ち、カメラ部１１は、レンズ２０で撮像する露光量を、絞り機能を制御することにより多段階に調整できる。また、レンズ２０は、ズームレンズからなり、レンズ制御回路２１の制御に応じて画角を拡大／縮小できるズーム機能を有する。

撮像素子２２は、レンズ２０で露光量が調整された光映像を光電変換して、アナログの映像信号を出力する。撮像素子２２は電子シャッター機能を有し、多段階のシャッター速度の設定が可能である。ここで、露光調整としては、レンズ絞りの代わりに電子シャッター機能を用いることも可能である。

サンプル／ホールド回路２３は、撮像素子２２から出力された映像信号から画素単位でサンプルホールドした画素信号を取り出して、Ａ／Ｄ変換器２４に出力する。Ａ／Ｄ変換器２４は、当該画素信号をデジタル信号に変換して、信号処理回路２５に出力する。信号処理回路２５は、Ａ／Ｄ変換器２４からのデジタル信号に対して、ガンマやホワイトバランスなどの映像信号処理を実行して、エンコーダ２６に出力する。エンコーダ２６は、所定の符号化方式により符号化した映像データ１００を出力する。

さらに、図２に示すように、カメラ部１１は、通信装置２７と、モータ制御部２８と、プロセッサ３０と、メモリ３１とを含む。プロセッサ３０は、メモリ３１に記憶されたプログラムに基づいて、カメラ装置１０の動作を統括的に制御する。プロセッサ３０は、メモリ３１に記憶されたプログラムに含まれる専用アプリケーションにより、後述するように、距離を測定する測量処理を実行する。

メモリ３１は、プロセッサ３０のプログラム以外に、信号処理回路２５から出力される映像信号、プロセッサ３０による測量処理の結果（測量データ）、及び後述するマッピングデータ１１０等のデータを保存する。通信装置２７は、ネットワーク８に接続可能であり、プロセッサ３０の制御に応じて、エンコーダ２６から出力される映像データ１００、及びプロセッサ３０により算出される測量データを監視センタ１に伝送できる。また、通信装置２７は、図示しないＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から送信されたＧＰＳ信号を受信しても良い。プロセッサ３０は、当該ＧＰＳ信号に基づいて、カメラ装置１０の設置場所を示す位置情報や、カメラ装置１０の動作時の時刻情報を取得できる。

モータ制御部２８は、プロセッサ３０の制御に応じて旋回機構１２の動作を制御する。旋回機構１２は、前述したように、カメラ装置１０の筐体の支柱部に組み込まれており、カメラ部１１を上下左右に回転する機構であり、カメラ部１１のレンズ２０の方角を設定する。
［カメラ装置の動作］
以下、図３及び図４のフローチャートを参照して、本実施形態のカメラ装置１０の動作を説明する。本実施形態のカメラ装置１０は、プロセッサ３０が信号処理回路２５から出力される映像信号を処理して、いわば簡易な測量処理を実行する。カメラ装置１０は、エンコーダ２６から出力される映像信号データ１００と共に、測量処理の結果を示す測量データを、監視センタ１に伝送する。本実施形態では、測量処理とは、カメラ装置１０の設置位置から対象物（映像に含まれる被写体）までの距離を測定することである。

図３は、本実施形態ではマッピング測定処理と呼ぶ、一種の学習処理を説明するためのフローチャートである。本実施形態のカメラ装置１０は、例えば、出荷前に実行されるマッピング測定処理により算出されたマッピングデータ１１０を代表とする、学習情報を使用して測量処理を実行する。学習情報は、後述するように、画角を算出するための演算データも含む。

図３に示すように、マッピング測定処理では、基準の固定点に相当する被写体を設定し、当該被写体までの基準の距離データをカメラ装置１０のプロセッサ３０に入力して、カメラ部１１により当該被写体を撮像する（Ｓ１）。プロセッサ３０は、入力された基準の距離データをメモリ３１に保存し、カメラ部１１による当該被写体の撮像動作を制御する。また、プロセッサ３０は、モータ制御部２８を介して旋回機構１２を制御して、当該撮像動作時におけるカメラ部１１のレンズ２０の方角を設定する。

プロセッサ３０は、カメラ部１１の撮像動作に伴うレンズ情報を取得する（Ｓ２）。レンズ情報とは、被写体を撮像する際のレンズ２０のパラメータに相当するフォーカス（焦点距離）、アイリス（絞り値）、ズーム（拡大／縮小）倍率である。さらに、プロセッサ３０は、被写体を撮像する際の旋回機構１２による上下左右の旋回値を示す旋回情報を取得する（Ｓ３）。プロセッサ３０は、当該旋回情報からレンズ２０の方角を算出できる。

さらに、プロセッサ３０は、被写体を撮像して得られる映像からフレーム単位の映像を切り出す（Ｓ４）。プロセッサ３０は、取得したレンズ情報、旋回情報、及び切り出したフレーム単位の映像をメモリ３１に保存する（Ｓ５）。

次に、プロセッサ３０は、メモリ３１に保存された基準の距離データ、レンズ情報、旋回情報及びフレーム単位の映像を使用して測量処理を実行し、当該測量処理結果に基づいて、マッピングデータ１１０及び演算データを算出してメモリ３１に保存する（Ｓ６）。

具体的には、プロセッサ３０は、レンズ情報に含まれるズーム情報及びレンズの方角情報を使用して、２次元空間での距離を測定する測量処理を実行し、当該測量処理結果をメモリ３１に保存する。さらに、プロセッサ３０は、レンズ情報に含まれるフォーカス情報を使用して３次元空間での距離を測定する測量処理を実行し、当該測量処理結果をメモリ３１に保存する。

プロセッサ３０は、メモリ３１に保存した情報をマッピングし、マッピングデータ１１０を算出する。マッピングデータ１１０は、測量処理結果である距離と、対応関係にあるレンズ情報、レンズの方角情報を設定したテーブル情報である。レンズの方角情報は、プロセッサ３０により旋回情報から算出できる。演算データは、例えば、フレーム単位の映像において、距離と対応する画角を算出するためのデータである。ここで、画角とは、被写体を含むフレーム単位の映像を鮮明に表示できる画面の範囲を意味する（後述する図５を参照）。

以上のような一種の学習処理に相当するマッピング測定処理を実行することで、本実施形態のカメラ装置１０は、マッピングデータ１１０及び演算データを含む学習情報をメモリ３１に保存する。なお、マッピング測定処理は、当然ながら、複数の基準の距離データを入力し、距離データ毎にマッピングデータ１１０及び演算データを算出してメモリ３１に保存する。

図４は、本実施形態のカメラ装置１０により実際上の距離測定である測量処理を説明するためのフローチャートである。本実施形態では、カメラ装置１０は、距離測定の対象物（被写体）が存在する現場に設置されて、当該対象物に対する撮像動作及び測量処理を実行することになる。

カメラ装置１０は事前に、マッピングデータ１１０を代表とする学習情報がメモリ３１に保存されている。ここで、カメラ装置１０は設置された現場において、監視センタ１からの指示に基づいて、測量処理の事前処理として当該学習情報を微調整する処理を実行しても良い。

図４に示すように、カメラ装置１０は、監視センタ１からの指示に応じて、測量処理に伴う撮像動作を開始する（Ｓ１０）。プロセッサ３０は、カメラ部１１の撮像動作時に、レンズ２０の状態情報であるレンズ情報及び方角情報を取得する（Ｓ１１）。プロセッサ３０は、撮像動作に伴って信号処理回路２５から出力される映像信号、及び取得したレンズ２０の状態情報（レンズ情報及び方角情報）をメモリ３１に保存する。

次に、プロセッサ３０は、メモリ３１に保存されている学習情報を参照する（Ｓ１２）。ここでは、学習情報は、マッピングデータ１１０及び前記の演算データを含むものとする。プロセッサ３０は、参照した学習情報を使用して、撮像した対象物（被写体）までの距離を測定する測量処理（測量演算）を実行する（Ｓ１３）。即ち、プロセッサ３０は、マッピングデータ１１０に含まれるレンズ状態情報（レンズ情報及び方角情報）と、撮像動作時に取得したレンズ状態情報とを比較し、当該比較結果に基づいて２次元空間及び３次元空間での距離を測定する測量処理を実行する。プロセッサ３０は測量処理結果を示す測量データを出力する（Ｓ１４）。

カメラ装置１０は、プロセッサ３０の測量処理により得られた測量データを、エンコーダ２６から出力される映像データ１００と同期して、通信装置２７を介して監視センタ１に伝送する。この場合、カメラ装置１０は、映像データ１００と同期して、メモリ３１に保存されているレンズ２０の状態情報（レンズ情報及び方角情報）を伝送しても良い。

以上のように本実施形態のカメラ装置１０であれば、カメラ装置１０に内蔵されるプロセッサ３０により、カメラ部１１の撮像動作に基づいて、対象物までの距離を測定する測量処理を行うことができる。従って、カメラ装置１０は、エンコーダ２６から出力される映像データに同期して、測量処理結果を示す測量データを監視センタ１に伝送することが可能となる。また、カメラ装置１０は、映像データと同期して、撮像動作時のレンズの状態情報（レンズ情報及び方角情報）も伝送することが可能である。

これにより、監視センタ１は、カメラ装置１０から映像データだけでなく、測量処理結果を示す測量データを取得できるため、測量処理を行うため画像処理の設定を再調整するなどの処理を不要にできる。即ち、本実施形態のカメラ装置１０は、カメラ装置１０の内部において、レンズ２０の状態情報を取得しながら測量処理を行う。このため、設置場所の変更等が生じた場合でも、監視センタ１側の画像処理の設定を再調整することなく、測量処理を継続的に行うことが可能となる。

さらに、本実施形態のカメラ装置１０は、学習情報を利用する、いわば簡易な測量処理を実行する。この場合、監視センタ１は、カメラ装置１０から映像データだけでなく測量データも取得できるため、当該測量データを参照する高度な画像処理を実行して、高精度の測量処理結果を取得することが可能となる。

なお、本実施形態は、カメラ装置１０が距離測定の対象物が存在する現場に設置されて、当該対象物に対する撮像動作及び測量処理を実行する場合を説明したが、これに限定されない。即ち、カメラ装置１０は、いわゆる監視カメラ装置として設置されており、測量機能以外に、通常の監視機能に必要な映像データを定期的に伝送する構成でも良い。
［変形例］
図５は、本実施形態の第１の変形例を説明するための図である。図６は、第２の変形例を説明するための図である。図７は、第３の変形例を説明するための図である。

前述したように、本実施形態のカメラ装置１０は、エンコーダ２６から出力される映像データに同期して、測量処理結果を示す測量データを監視センタ１に伝送する。各変形例は、カメラ装置１０が伝送する映像データに対して、測量処理に関する情報を重畳する機能に関するものである。以下、各変形例について、具体的に説明する。

図５に示すように、第１の変形例では、カメラ装置１０は、エンコーダ２６から出力される映像データ１００に含まれる画面映像おいて、対象物（ここでは橋）を含む画面映像６００に対して、所定の表示情報６１０を重畳して監視センタ１に伝送する。表示情報６１０は、カメラ装置１０から対象物までの距離（ここでは４０ｍ）を示す測量データ、及び画角である撮像範囲の横、縦の長さ（ここでは３０ｍ×１７ｍ）を示す情報である。ここで、画角は、前述したように、プロセッサ３０が演算データを使用して算出する情報である。

さらに、図６に示すように、第２の変形例では、カメラ装置１０は、当該表示情報６１０だけでなく、測量板表示６２０を重畳した画面映像６００を監視センタ１に伝送する。測量板表示６２０とは、対象物の高さや、長さの目安を認識可能な目盛情報である。

また、図７に示すように、第３の変形例では、対象物が例えば道路のような場合に、カメラ装置１０は、画面映像６００に対して、例えば撮影方向を認識できる表示情報６３０を重畳して監視センタ１に伝送する。

以上のように本実施形態の第１から第３の変形例として、カメラ装置１０が伝送する映像データに対して、測量処理に関する情報を重畳する機能について説明したが、これらに限定されない。例えば、画面映像６００に対して、撮影された場所の住所や、山、川などの名称を表記した情報を重畳しても良い。また、画面映像６００に対して、当該測量に関する情報を保存している、ネットワーク上のサイトのＵＲＬにリンクしたリンク情報を含ませても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…監視センタ、２…コントローラ、３…画像処理部、４…カメラ操作部、
５…表示装置、６…入力装置、８…ネットワーク、１０…カメラ装置、
１１…カメラ部、１２…旋回機構、２０…レンズ、２１…レンズ制御回路、
２２…撮像素子、２３…サンプル／ホールド回路（Ｓ／Ｈ）、２４…Ａ／Ｄ変換器、
２５…信号処理回路、２６…エンコーダ、２７…通信装置、２８…モータ制御部、
３０…プロセッサ、３１…メモリ。

Claims (11)

1. 対象を撮像する撮像手段と、
   制御手段と、
   を具備し、前記制御手段は、
   前記撮像手段から出力される映像信号を入力し、
   前記撮像手段の撮像動作に基づいて取得する、学習情報及び前記撮像手段の状態情報を使用して、前記映像信号に含まれる対象までの距離を測定する測量処理を実行し、
   前記映像信号及び前記測量処理の結果を出力する、
   カメラ装置。
2. 前記撮像手段を保持し、前記撮像手段に含まれるレンズの方角を調整する旋回機構を有し、
   前記制御手段は、
   前記撮像手段の状態情報に含まれるレンズ情報及びレンズの方角情報に基づいて、基準となる被写体までの距離を測定し、当該距離と対応関係にある前記状態情報を設定した前記学習情報を生成し、
   前記学習情報をメモリに記憶する、
   請求項１に記載のカメラ装置。
3. 前記レンズ情報は、前記撮像手段に含まれるレンズのフォーカス、アイリス、ズーム倍率の各パラメータを含む、請求項２に記載のカメラ装置。
4. 前記撮像手段の動作に基づいて前記レンズ情報及びレンズの方角情報を取得し、
   前記メモリに記憶された前記学習情報を参照し、前記学習情報から前記レンズ情報及びレンズの方角情報に対応する距離を算出する測量処理を実行し、
   前記距離を前記測量処理の結果として出力する、請求項２に記載のカメラ装置。
5. 前記制御手段は、
   前記撮像手段の動作に基づいて前記学習情報を取得する学習処理を実行し、
   前記学習処理において、前記映像信号、基準の距離データ、前記撮像手段の状態情報に含まれるレンズ情報及びレンズの方角情報を使用して、基準となる被写体までの距離を測定する測量処理を実行し、
   前記測量処理の結果に基づいて、距離と対応関係にある前記状態情報を設定したマッピングデータを含む前記学習情報を生成する、請求項１に記載のカメラ装置。
6. 前記制御手段は、
   前記距離と対応する画角を算出するための演算データを含む前記学習情報を生成する、請求項２に記載のカメラ装置。
7. 前記制御手段は、
   前記映像信号に対して前記測量処理に関する情報を含ませて、前記対象と共に前記測量処理に関する情報を画面上に表示できるように処理する、請求項１に記載のカメラ装置。
8. 前記制御手段は、
   前記映像信号に基づいて符号化される映像データ及び前記測量処理の結果を、同期して外部に伝送させる制御を実行する、請求項１に記載のカメラ装置。
9. 撮像装置を使用して対象までの距離を測定する距離測定方法であって、
   前記撮像装置から出力される映像信号を入力する処理と、
   前記撮像装置の撮像動作に基づいて取得する、学習情報及び前記撮像装置のレンズに関する状態情報を使用して、前記映像信号に含まれる対象までの距離を測定する処理と
   を実行する、距離測定方法。
10. 前記レンズに関する状態情報に含まれるレンズ情報及びレンズの方角情報に基づいて、基準となる被写体までの距離を測定し、当該距離と対応関係にある前記状態情報を設定した前記学習情報を生成する処理と、
    前記学習情報をメモリに記憶する処理と
    を含む、請求項９に記載の距離測定方法。
11. 前記撮像装置の動作に基づいて前記レンズ情報及びレンズの方角情報を取得する処理と、
    前記メモリに記憶された前記学習情報を参照し、前記学習情報から前記レンズ情報及びレンズの方角情報に対応する距離を算出する測量処理を実行する処理と、
    前記距離を前記測量処理の結果として出力する処理と
    を含む、請求項１０に記載の距離測定方法。