JP2020122883A - カメラ雲台装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 機械的なパン・チルト回転端の近傍において、駆動回転角度に応じて、撮像素子内の切り出し出力領域を変更する手段を備えることにより、回転端付近においてもスムーズに移動する映像出力を得ることができるカメラ雲台装置を提供すること。【解決手段】 撮像データ全体から一部の映像エリアを切り出して出力する機能を備える撮像装置を搭載し、レンズのズーム位置及び雲台のパン角度とチルト角度を遠隔操作器から変更可能なカメラ雲台であって、ズーム位置検出手段とパン・チルト角度検出手段とを備え、これら検出手段の出力と遠隔操作器からのパン・チルト制御指令に応じて、雲台のパン・チルト速度を制御するとともに映像の切り出し位置を変更することを特徴とする。【選択図】図９

Description

本発明は、パンニング・チルティング（以下、パン・チルトと略す）を備える雲台装置に撮像データから所望の映像を切り出し表示する機能を備える撮像装置を搭載したカメラ雲台装置に関する。

パン・チルト可能な雲台装置に撮像装置を搭載したカメラ雲台装置は、遠隔操作器によってズームレンズ操作やパン・チルト駆動操作を行い、自在な映像を出力し、気象番組の番組素材制作や映像監視用途に用いられていることが知られている。また、撮像素子の多画素化の技術進展に伴い、全撮像データの一部分だけを出力しても高画質出力が可能な所謂切り出し表示機能の搭載が、特に監視用途カメラ雲台に拡がりをみせている。この切り出し表示機能によって、機械的なパン・チルト操作による制限を補うことが可能である。

特許文献１には、機械的制約から、３６０度回転できないカメラ雲台において、可動範囲の一端に到達したときに、ズームレンズを広角に制御して切り出し映像によるズームを施すことで、可動範囲を超える映像を得る方法が提案されている。

また、特許文献２には、撮像素子領域と切り出し表示領域が矛盾しないように機械的パン・チルト駆動と切り出しパン・チルト表示が連動するような位置関係になることが提案されている。

特開２０１１−２５４３４５号公報 特許第５６８２１６８号公報

切り出し表示機能を機械的なパン・チルト操作と組み合わせることは、取得可能な映像範囲が拡がるものの、それぞれの駆動量のバランスをとらなければ、意図する動きを得ることは難しい。特許文献２においては、撮像素子内の切り出し表示エリアを動かしている場合、撮像素子外に出ようとすると機械的なパン・チルト駆動を行い、破綻が生じないように制御することが提案されている。

しかしながら、上記の特許文献２に記載の技術は、単に一方の位置を指定したときに相互に矛盾しないように他方を動かすことが述べられているだけで、滑らかな動きを実現するための駆動量を調停する観点が欠落している。

切り出し表示位置の移動に伴って、機械的なパン・チルト駆動が意図せず動き出せば、急激に速度が上がり、ギクシャクした動きになることは想像に難くない。撮像素子内における相対的な切り出し位置を保つよう制御することも提案されているが、それでは、特許文献１のような回転端での撮影エリア拡大など切り出し表示によって機械的な制約を補完する特徴を生かすことが出来なくなってしまう。

本発明の目的は、機械的なパン・チルト回転端の近傍において、駆動回転角度に応じて、撮像素子内の切り出し出力領域を変更する手段を備えることにより、回転端付近においてもスムーズに移動する映像出力を得ることができるカメラ雲台装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係るカメラ雲台装置は、
撮像データ全体から一部の映像エリアを切り出して出力する機能を備える撮像装置を搭載し、レンズのズーム位置及び雲台のパン角度とチルト角度を遠隔操作器から変更可能なカメラ雲台であって、ズーム位置検出手段とパン・チルト角度検出手段とを備え、これら検出手段の出力と遠隔操作器からのパン・チルト制御指令に応じて、雲台のパン・チルト速度を制御するとともに映像の切り出し位置を変更することを特徴とする。

本発明によれば、機械的なパン・チルト回転端の近傍において、映像切り出し領域を適宜変更する手段を備えることにより、回転端付近の速度変化による違和感が生じないカメラ雲台装置を提供することが可能になり、映像制作の自由度が拡大することが期待できる。

実施例１のカメラ雲台システムを示す構成図である。 実施例１における撮像素子内の映像切り出し領域の一例である。 実施例１におけるカメラ雲台のパン回転可能角度の一例である。 実施例１において、パン回転端のときの映像切り出し領域の説明図である。 実施例１において、パン回転減速開始時の映像切り出し領域の説明図である。 実施例１におけるカメラ雲台のパン回転角度に対する回転速度の特性例である。 実施例１における映像切り出し領域の移動速度を説明するための図である。 実施例１のパン回転角度と映像切り出し領域の移動速度の説明図である。 実施例１におけるカメラ雲台のパン回転角度に対する速度変化の特性例である。 実施例１における映像切り出し領域の位置変化を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、遠隔操作されるカメラ雲台を例にして本発明の実施形態を示したシステム図である。

まず、図１を参照してシステム概要を説明する。

図１において、１は遠隔操作されるカメラ雲台、２はカメラ雲台１に搭載されたレンズ、３はカメラで撮像した映像を表示する映像モニター、４はカメラ雲台１を操作するための遠隔操作器である。

レンズ２を経由して撮像した映像は、撮像素子１１上に結像し、増幅部１２においてレベル調整された後、画像信号処理部１３において画素単位に処理され、画像データとしてメモリ１５に一旦書き込まれ、表示に必要な領域を必要に応じて読み出しが行われる。

演算処理回路（ＣＰＵ）１４は、メモリ１５の制御や画像信号処理部の制御を行う。メモリ１５から読み出された画像データは、画像信号処理部１３において映像モニターで表示可能な出力フォーマットに変換され、映像出力端子１７から出力される。また、ＣＰＵ１４はさらにパン（Ｐ）・チルト（Ｔ）駆動回路やレンズ２のズーム（Ｚ）・フォーカス（Ｆ）駆動回路の制御も行う。カメラ雲台の遠隔操作器４から送られてくるＰ・Ｔ・Ｚ・Ｆ制御データを通信端子１６経由で受信し、遠隔操作器４のＰＴ操作棒４１の操作に応じてＰ及びＴモータを駆動するようパン・チルト駆動部１８に対しＰ及びＴ制御信号を出力する。レンズ２に対しても同様に、遠隔操作器４のズームレバー４２の操作に応じたＺ制御信号を、フォーカスつまみ４３の操作に応じたＦ制御信号を出力する。

図２は、撮像素子が備える全画素に対する表示エリアを表した図である。

所謂４Ｋサイズの撮像素子（画素数：約４０００×２０００）を用いて、２Ｋ（ＨＤＴＶ）サイズの映像を切り出し出力する場合を示している。説明を簡単にするため、特に指定しないときは、撮像素子の中央部を切り出し領域と定める。

遠隔操作器４のＰＴ操作棒４１を水平パンのみ操作した場合、パン・チルト駆動部１８のＰモータが動作し、ＰＴ操作棒４１の倒れ角の情報はカメラ雲台のＣＰＵ１４に伝達され、倒れ角情報に応じたパン速度で、カメラ雲台のパン駆動部が回転する。

カメラ雲台１は、撮像装置の出力信号や制御信号を伝送するために映像出力端子１７や通信端子１６と電線で繋がっている。このため、パン・チルト駆動は電線のねじれ切断を防止するため、３６０°を超えて回転させることは少なく、機械的なストッパーを設けて、回転角を制限するのが一般的である。機械的な回転角制限が有る場合、電気的にも高速でストッパーに端あたりすることが無いよう、回転端に近付くことを検出して、減速処理を行う必要がある。

減速処理の方法としては、ロータリーエンコーダーなどの回転角度検出手段１９の出力を備え、その検出出力と操作器からの回転方向の指示を基に、回転端に近付くに従って駆動可能速度を漸減させるのが一般的である。

図３は、パン回転角度が０°（３６０°）に対して±１０°の駆動制限がされているカメラ雲台の場合の、撮像レンズ光軸の回転範囲を図示したものである。

何の工夫もなければ、光軸が１０°から３５０°まで回転した映像しか撮影することができず、回転制限域の映像を得ることができない。そこで、回転制限域の映像を得るために特許文献１にも提案されているように切り出し域を移動させることで回転制限域の映像を得ることが可能になる。

図４は、図２で示した撮像素子域に対する切り出し表示エリアの位置をパン回転制限端側に寄せることで、見掛け上の光軸を動かし、３５０°を超えた映像を出力したときを表した図である。

このようにして機械的なパン操作と切り出し域の移動を組み合わせることで、表示可能な映像範囲が拡がるが、先に記述したように機械的なパン駆動は回転端に近付くと減速する。切り出し域の移動にスムーズに引き継いで、等速移動しているように見せるには、機械的なパン駆動の減速分を切り出し域の加速移動によって補う必要がある。ここで加速は、機械的パン駆動の減速分を相殺する速度で切り出し域を回転端方向に動かすことで実現できる。しかしながら、３５０°を超えてスムーズな映像を出力することも考慮すると、回転端側に加速分も含めて移動余裕を持つ必要がある。つまり回転端に近付き、減速を開始するときは、図５に示すような切り出し位置にあることが望ましい。

回転端（３５０°）に向かって等速パン操作を行っているときの機械的なパン駆動の特性の概略図を図６に示す。回転端直前で減速し、回転端で速度ゼロとなる。回転端を超えて、等速でパン角度を拡張表示するためには切り出し映像の移動速度を図７に示すような特性にする必要がある。機械的なパン駆動の減速特性を補完するためである。

機械的なパン駆動が減速域に達したときに動き出し、機械的なパン駆動が停止したとき等速動作に移行する。図６と図７の特性を組み合わせた映像の移動速度は図８に示す太実線となり、回転端を超えて、切り出し域が回転方向の撮像素子端に達するまで（図４の映像）、スムーズな移動が実現できる。

図７、図８は切り出し映像の速度を基準にした特性であるが、機械的なパン駆動が回転端（３５０°）に向かって等速回転している途中で、図２から図５の位置に切り出し位置を移動することは、実質的には減速動作になる。このため、機械的なパン駆動方向と逆方向に切り出し位置が移動するときは、減速分を補完するため、機械的なパン駆動の速度を上げる制御を行う。ＣＰＵ１４は、パン角度情報、ズーム位置情報を受けて、操作器からの回転速度情報を基準に、切り出し位置制御、パン駆動制御を一元的に行うことで速度制御を容易にする。

ここまで述べてきたことを簡易的に図に表したものが図９である。実線が機械的なパン駆動速度、破線が切り出し映像の移動速度を表し、符号＋（プラス）は機械的なパン駆動方向と同じ方向への移動を示し、符号−（マイナス）は、逆方向への移動を示しており、これらに２特性を合成した見掛け上の出力画像の速度を太実線で表している。

図９中、回転角度ａまでは図１０ａに示すように映像切り出し域は中心にある。

ＣＰＵ１４は、回転角度ａを超えてさらに回転端に向かう指示を受けると、映像切り出し域を徐々に回転方向とは逆方向にずらし、機械的パン駆動の減速が開始する回転角度ｂまでに図１０ｂに示す位置に移動させる。このとき、実質減速分を機械的なパン駆動速度を指令値より上げることで映像移動速度を補完する。

さらに、回転角度ｂから回転端に向かう場合、回転角度ｃに向けて機械的なパン駆動は減速するので、映像切り出し位置を図１０ｂから図１０ｃに示すように進行方向側にずらすことで、機械的なパン駆動の減速分を補完し、映像移動速度を等速に保つことができる。機械的なパン駆動が停止した後は、映像切り出し位置を図１０ｄに、移動することで、回転端を超えた映像表示を実現する。

なお、図１０の撮像素子に対する切り出し位置の例は、説明を理解し易くするために簡略化して示したものであり、本発明を限定するものではない。

また、機械的なパン駆動と切り出しによるパン移動を相互に補完することができるとして説明してきたが、操作器からの指令が最高速の指令であれば、さらに機械的なパン駆動速度を上げて、切り出しによる減速動作を補うようなことは出来ない。その場合は、減速が認知できないように図１０ａから、図１０ｂに至る時間を長くとる、つまり図９中、回転角度ａから回転角度ｂまでの角度を大きくすることで解決可能である。

本実施例では、説明を簡単且つ理解しやすいようにするため、ズームレンズ位置と切り出し映像の速度の関係についての説明は省き、位置固定として説明したが、画界の違いによって、切り出し映像の移動速度と切り出し利用可能角度が異なることは明らかである。ズームレンズが望遠側に在る場合は、切り出し映像によるパン利用角度は狭く、また移動速度は広角時に比べ速く動かす必要がある。一方、ズームレンズが広角側にある場合は、切り出し映像の移動は遅くても良く、切り出し映像の移動によって機械的パン可動域の制約を補う範囲は拡がる。このようにズームレンズの位置によって、切り出し映像の移動速度、表示可能エリアは異なるので、ＣＰＵ１４における切り出し映像の移動速度演算においてはズームレンズの位置をひとつのパラメータとして加えることで、画界差が考慮された速度指令を得ることができる。

また、パン動作に絞って説明したが、チルト動作も同様に適用できることは明らかである。

以上、本発明の好ましい実施形態について具体的に回転可動角度等を示して説明したが、説明及び図を理解しやすいようにするため、簡単な値を例としたもので、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

また、回転端を超えて等速移動を実現するための手法を説明したが、本発明の目的は、回転端付近での不自然な速度変化を防ぐことにあり、切り出し映像の移動を等速移動に限るものではなく、滑らかな動きが実現できれば速度変更も可能である。本例に限らず、本発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。

１ カメラ雲台、２ 撮像レンズ、３ 映像モニター、４ 遠隔操作器、
１１ 撮像素子、１３ 映像信号処理部、１４ ＣＰＵ、１５ 画像メモリ、
１６ 通信端子、１７ 映像出力端子、１８ パン・チルト駆動部、
１９ 回転角検出手段

Claims (2)

1. 撮像データ全体から一部の映像エリアを切り出して出力する機能を備える撮像装置を搭載し、レンズのズーム位置及び雲台のパン角度とチルト角度を遠隔操作器から変更可能なカメラ雲台であって、ズーム位置検出手段とパン・チルト角度検出手段とを備え、これら検出手段の出力と遠隔操作器からのパン・チルト制御指令に応じて、雲台のパン・チルト速度を制御するとともに映像の切り出し位置を変更することを特徴とするカメラ雲台装置。
2. 映像の切り出し位置の変更は、パン・チルト角度が雲台の回転端に近付くに従って、回転端から離れる方向に移動することを特徴とする請求項１に記載のカメラ雲台装置。