JP2021111937A - 制御装置、撮像装置、移動体、制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】高いズーム倍率とともに、撮像レンズの設計を容易にすることが望まれている。【解決手段】制御装置は焦点距離が可変の撮像レンズの焦点距離と、撮像レンズを通過した光により撮像された画像から一部の画像領域を取得する取得範囲とを変化させることにより、ズーム撮影を行うように構成された回路を備える。撮像レンズのイメージサークルは、焦点距離に応じて変化する。回路は、撮像レンズの焦点距離に応じて変化するイメージサークル内に、取得範囲を設定するように構成される。【選択図】図３

Description

本発明は、制御装置、撮像装置、移動体、制御方法、及びプログラムに関する。

特許文献１には、高解像度の映像コンテンツを配信解像度（映像再生端末の表示解像度）に変換して配信すると共に、ズーム要求に応答してズーム映像を配信解像度で配信する映像配信システムが開示されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１２−７５０３０号公報

ズーム倍率を高めることが望まれている。また、高いズーム倍率とともに、撮像レンズの設計を容易にすることが望まれている。

本発明の一態様に係る制御装置は、焦点距離が可変の撮像レンズの焦点距離と、撮像レンズを通過した光により撮像された画像から一部の画像領域を取得する取得範囲とを変化させることにより、ズーム撮影を行うように構成された回路を備える。撮像レンズのイメージサークルは、焦点距離に応じて変化する。回路は、撮像レンズの焦点距離に応じて変化するイメージサークル内に、取得範囲を設定するように構成される。

回路は、ズーム倍率及び記録画素数の少なくとも一方が指定された場合に、指定されたズーム倍率及び記録画素数の少なくとも一方に基づいて、撮像レンズの焦点距離と取得範囲とを変化させることによって、ズーム撮影を行うように構成されてよい。

回路は、ユーザによって記録画素数が指定された場合に、指定された記録画素数に基づいて取得範囲を決定し、決定した取得範囲に基づいて、撮像レンズの焦点距離を決定するように構成されてよい。

撮像レンズは、焦点距離が長いほど小さいイメージサークルを有してよい。回路は、撮像レンズを通過した光により撮像するイメージセンサの撮像面のうち取得範囲に対応する領域がイメージサークルに含まれるように、撮像レンズの焦点距離を決定するように構成されてよい。

回路は、ユーザによってズーム倍率が指定された場合に、指定されたズーム倍率に基づいて取得範囲を決定し、決定した取得範囲に基づいて、撮像レンズの焦点距離を決定するように構成されてよい。

撮像レンズは、焦点距離が長いほど小さいイメージサークルを有してよい。回路は、撮像レンズを通過した光により撮像するイメージセンサの有効撮像領域のうち取得範囲に対応する部分がイメージサークルに含まれるように、取得範囲及び撮像レンズの焦点距離を決定するように構成されてよい。

撮像レンズのイメージサークルの直径は、少なくとも望遠端において、イメージセンサの有効撮像領域の長辺より短くてよい。

本発明の一態様に係る撮像装置は、上記の撮像レンズと、上記の制御装置とを備える。

本発明の一態様に係る移動体は、上記の撮像装置を備えて移動する移動体でよい。

本発明の一態様に係る制御方法は、焦点距離が可変の撮像レンズの焦点距離と、撮像レンズを通過した光により撮像された画像から一部の画像領域を取得する取得範囲とを変化させることにより、ズーム撮影を行う段階を備える。撮像レンズのイメージサークルは、焦点距離に応じて変化する。ズーム撮影を行う段階は、撮像レンズの焦点距離に応じて変化するイメージサークル内に、取得範囲を設定する段階を有する。

本発明の一態様に係るプログラムは、焦点距離が可変の撮像レンズの焦点距離と、撮像レンズを通過した光により撮像された画像から一部の画像領域を取得する取得範囲とを変化させることにより、ズーム撮影を行う手順をコンピュータに実行させる。撮像レンズのイメージサークルは、焦点距離に応じて変化する。ズーム撮影を行う手順は、撮像レンズの焦点距離に応じて変化するイメージサークル内に、取得範囲を設定する手順を含む。

本発明の一態様によれば、高いズーム倍率とともに、撮像レンズの設計を容易にすることができる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

無人航空機（ＵＡＶ）１０及び遠隔操作装置３００の外観の一例を示す。 ＵＡＶ１０の機能ブロックの一例を示す。 本実施形態におけるズーム撮影方法を説明するための図である。 比較例としてのズーム撮影方法を説明するための図である。 撮像制御部１１０が実行する処理の手順を示すフローチャートである。 撮像制御部１１０が実行する処理の手順を示すフローチャートである。 コンピュータ１２００の一例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。以下の実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、図面、及び要約書には、著作権による保護の対象となる事項が含まれる。著作権者は、これらの書類の何人による複製に対しても、特許庁のファイルまたはレコードに表示される通りであれば異議を唱えない。ただし、それ以外の場合、一切の著作権を留保する。

本発明の様々な実施形態は、フローチャート及びブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、（１）操作が実行されるプロセスの段階または（２）操作を実行する役割を持つ装置の「部」を表わしてよい。特定の段階及び「部」が、プログラマブル回路、及び／またはプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタル及び／またはアナログハードウェア回路を含んでよい。集積回路（ＩＣ）及び／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。再構成可能なハードウェア回路は、論理ＡＮＤ、論理ＯＲ、論理ＸＯＲ、論理ＮＡＮＤ、論理ＮＯＲ、及び他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のようなメモリ要素等を含んでよい。

コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよい。その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（ＲＴＭ）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。

コンピュータ可読命令は、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードの何れかを含んでよい。ソースコードまたはオブジェクトコードは、従来の手続型プログラミング言語を含む。従来の手続型プログラミング言語は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはＳｍａｌｌｔａｌｋ（登録商標）、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、及び「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語でよい。コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して提供されてよい。プロセッサまたはプログラマブル回路は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。

図１は、無人航空機（ＵＡＶ）１０及び遠隔操作装置３００の外観の一例を示す。ＵＡＶ１０は、ＵＡＶ本体２０、ジンバル５０、複数の撮像装置６０、及び撮像装置１００を備える。ジンバル５０及び撮像装置１００は、撮像システムの一例である。ＵＡＶ１０は、移動体とは、空中を移動する飛行体、地上を移動する車両、水上を移動する船舶等を含む概念である。空中を移動する飛行体とは、ＵＡＶの他、空中を移動する他の航空機、飛行船、ヘリコプター等を含む概念である。

ＵＡＶ本体２０は、複数の回転翼を備える。複数の回転翼は、推進部の一例である。ＵＡＶ本体２０は、複数の回転翼の回転を制御することでＵＡＶ１０を飛行させる。ＵＡＶ本体２０は、例えば、４つの回転翼を用いてＵＡＶ１０を飛行させる。回転翼の数は、４つには限定されない。また、ＵＡＶ１０は、回転翼を有さない固定翼機でもよい。

撮像装置１００は、所望の撮像範囲に含まれる被写体を撮像する撮像用のカメラである。ジンバル５０は、撮像装置１００を回転可能に支持する。ジンバル５０は、支持機構の一例である。例えば、ジンバル５０は、撮像装置１００を、アクチュエータを用いてピッチ軸で回転可能に支持する。ジンバル５０は、撮像装置１００を、アクチュエータを用いて更にロール軸及びヨー軸のそれぞれを中心に回転可能に支持する。ジンバル５０は、ヨー軸、ピッチ軸、及びロール軸の少なくとも１つを中心に撮像装置１００を回転させることで、撮像装置１００の姿勢を変更してよい。

複数の撮像装置６０は、ＵＡＶ１０の飛行を制御するためにＵＡＶ１０の周囲を撮像するセンシング用のカメラである。２つの撮像装置６０が、ＵＡＶ１０の機首である正面に設けられてよい。更に他の２つの撮像装置６０が、ＵＡＶ１０の底面に設けられてよい。正面側の２つの撮像装置６０はペアとなり、いわゆるステレオカメラとして機能してよい。底面側の２つの撮像装置６０もペアとなり、ステレオカメラとして機能してよい。複数の撮像装置６０により撮像された画像に基づいて、ＵＡＶ１０の周囲の３次元空間データが生成されてよい。ＵＡＶ１０が備える撮像装置６０の数は４つには限定されない。ＵＡＶ１０は、少なくとも１つの撮像装置６０を備えていればよい。ＵＡＶ１０は、ＵＡＶ１０の機首、機尾、側面、底面、及び天井面のそれぞれに少なくとも１つの撮像装置６０を備えてもよい。撮像装置６０で設定できる画角は、撮像装置１００で設定できる画角より広くてよい。撮像装置６０は、単焦点レンズまたは魚眼レンズを有してもよい。

遠隔操作装置３００は、ＵＡＶ１０と通信して、ＵＡＶ１０を遠隔操作する。遠隔操作装置３００は、ＵＡＶ１０と無線で通信してよい。遠隔操作装置３００は、ＵＡＶ１０に上昇、下降、加速、減速、前進、後進、回転などのＵＡＶ１０の移動に関する各種命令を示す指示情報を送信する。指示情報は、例えば、ＵＡＶ１０の高度を上昇させる指示情報を含む。指示情報は、ＵＡＶ１０が位置すべき高度を示してよい。ＵＡＶ１０は、遠隔操作装置３００から受信した指示情報により示される高度に位置するように移動する。指示情報は、ＵＡＶ１０を上昇させる上昇命令を含んでよい。ＵＡＶ１０は、上昇命令を受け付けている間、上昇する。ＵＡＶ１０は、上昇命令を受け付けても、ＵＡＶ１０の高度が上限高度に達している場合には、上昇を制限してよい。

図２は、ＵＡＶ１０の機能ブロックの一例を示す。ＵＡＶ１０は、ＵＡＶ制御部３０、メモリ３７、通信インタフェース３６、推進部４０、ＧＰＳ受信機４１、慣性計測装置４２、磁気コンパス４３、気圧高度計４４、温度センサ４５、湿度センサ４６、ジンバル５０、撮像装置６０、及び撮像装置１００を備える。

通信インタフェース３６は、遠隔操作装置３００などの他の装置と通信する。通信インタフェース３６は、遠隔操作装置３００からＵＡＶ制御部３０に対する各種の命令を含む指示情報を受信してよい。メモリ３７は、ＵＡＶ制御部３０が、推進部４０、ＧＰＳ受信機４１、慣性計測装置（ＩＭＵ）４２、磁気コンパス４３、気圧高度計４４、温度センサ４５、湿度センサ４６、ジンバル５０、撮像装置６０、及び撮像装置１００を制御するのに必要なプログラム等を格納する。メモリ３７は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体でよく、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、及びソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）等のフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。メモリ３７は、ＵＡＶ本体２０の内部に設けられてよい。ＵＡＶ本体２０から取り外し可能に設けられてよい。

ＵＡＶ制御部３０は、メモリ３７に格納されたプログラムに従ってＵＡＶ１０の飛行及び撮像を制御する。ＵＡＶ制御部３０は、ＣＰＵまたはＭＰＵ等のマイクロプロセッサ、ＭＣＵ等のマイクロコントローラ等により構成されてよい。ＵＡＶ制御部３０は、通信インタフェース３６を介して遠隔操作装置３００から受信した命令に従って、ＵＡＶ１０の飛行及び撮像を制御する。推進部４０は、ＵＡＶ１０を推進させる。推進部４０は、複数の回転翼と、複数の回転翼を回転させる複数の駆動モータとを有する。推進部４０は、ＵＡＶ制御部３０からの命令に従って複数の駆動モータを介して複数の回転翼を回転させて、ＵＡＶ１０を飛行させる。

ＧＰＳ受信機４１は、複数のＧＰＳ衛星から発信された時刻を示す複数の信号を受信する。ＧＰＳ受信機４１は、受信された複数の信号に基づいてＧＰＳ受信機４１の位置（緯度及び経度）、つまりＵＡＶ１０の位置（緯度及び経度）を算出する。ＩＭＵ４２は、ＵＡＶ１０の姿勢を検出する。ＩＭＵ４２は、ＵＡＶ１０の姿勢として、ＵＡＶ１０の前後、左右、及び上下の３軸方向の加速度と、ピッチ、ロール、及びヨーの３軸方向の角速度とを検出する。磁気コンパス４３は、ＵＡＶ１０の機首の方位を検出する。気圧高度計４４は、ＵＡＶ１０が飛行する高度を検出する。気圧高度計４４は、ＵＡＶ１０の周囲の気圧を検出し、検出された気圧を高度に換算して、高度を検出する。温度センサ４５は、ＵＡＶ１０の周囲の温度を検出する。湿度センサ４６は、ＵＡＶ１０の周囲の湿度を検出する。

撮像装置１００は、撮像部１０２及びレンズ部２００を備える。レンズ部２００は、レンズ装置の一例である。撮像部１０２は、イメージセンサ１２０、撮像制御部１１０、メモリ１３０、及び測距センサを有する。イメージセンサ１２０は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳにより構成されてよい。イメージセンサ１２０は、複数のレンズ２１０を介して結像された光学像を撮像し、撮像された画像を撮像制御部１１０に出力する。撮像制御部１１０は、イメージセンサ１２０から読み出した画素情報に基づいて画像処理を行うことによって記録用の画像を生成して、メモリ１３０に記録する。撮像制御部１１０は、ＣＰＵまたはＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。撮像制御部１１０は、ＵＡＶ制御部３０からの撮像装置１００の動作命令に応じて、撮像装置１００を制御してよい。撮像制御部１１０は、回路の一例である。メモリ１３０は、コンピュータ可読可能な記録媒体でよく、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、及びソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。メモリ１３０は、撮像制御部１１０がイメージセンサ１２０などを制御するのに必要なプログラム等を格納する。メモリ１３０は、撮像装置１００の筐体の内部に設けられてよい。メモリ１３０は、撮像装置１００の筐体から取り外し可能に設けられてよい。

測距センサは、被写体までの距離を測距する。測距センサは、赤外線センサ、超音波センサ、ステレオカメラ、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサなどでよい。

レンズ部２００は、複数のレンズ２１０、複数のレンズ駆動部２１２、及びレンズ制御部２２０を有する。複数のレンズ２１０は、ズームレンズ、バリフォーカルレンズ、及びフォーカスレンズとして機能してよい。複数のレンズ２１０の少なくとも一部または全部は、光軸に沿って移動可能に配置される。レンズ部２００は、撮像部１０２に対して着脱可能に設けられる交換レンズでよい。レンズ駆動部２１２は、カム環などの機構部材を介して、複数のレンズ２１０の少なくとも一部または全部を光軸に沿って移動させる。レンズ駆動部２１２は、アクチュエータを含んでよい。アクチュエータは、ステッピングモータを含んでよい。レンズ制御部２２０は、撮像部１０２からのレンズ制御命令に従って、レンズ駆動部２１２を駆動して、機構部材を介して１または複数のレンズ２１０を光軸方向に沿って移動させる。レンズ制御命令は、例えば、ズーム制御命令、及びフォーカス制御命令である。

レンズ部２００は、メモリ２２２、位置センサ２１４をさらに有する。レンズ制御部２２０は、撮像部１０２からのレンズ動作命令に応じてレンズ駆動部２１２を介して、レンズ２１０の光軸方向への移動を制御する。レンズ２１０の一部または全部は、光軸に沿って移動する。レンズ制御部２２０は、レンズ２１０の少なくとも１つを光軸に沿って移動させることで、ズーム動作及びフォーカス動作の少なくとも一方を実行する。位置センサ２１４は、レンズ２１０の位置を検出する。位置センサ２１４は、現在のズーム位置またはフォーカス位置を検出してよい。

レンズ駆動部２１２は、振れ補正機構を含んでよい。レンズ制御部２２０は、振れ補正機構を介して、レンズ２１０を光軸に沿った方向、または光軸に垂直な方向に移動させることで、振れ補正を実行してよい。レンズ駆動部２１２は、ステッピングモータにより振れ補正機構を駆動して、振れ補正を実行してよい。なお、振れ補正機構は、ステッピングモータにより駆動されて、イメージセンサ１２０を光軸に方向に沿った方向、または光軸に垂直な方向に移動させることで、振れ補正を実行してよい。

メモリ２２２は、レンズ駆動部２１２を介して移動する複数のレンズ２１０の制御値を記憶する。メモリ２２２は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、及びＵＳＢメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも１つを含んでよい。

撮像制御部１１０によるズーム制御について説明する。撮像制御部１１０は、焦点距離が可変のレンズ２１０の焦点距離と、レンズ２１０を通過した光により撮像された画像から一部の画像領域を取得する取得範囲とを変化させることによって、ズーム撮影を行う。レンズ２１０のイメージサークルは、レンズ２１０の焦点距離に応じて変化する。撮像制御部１１０は、レンズ２１０の焦点距離に応じて変化するイメージサークル内に画像の取得範囲を設定する。

本実施形態において、撮像制御部１１０は、イメージセンサ１２０の有効撮像領域内の一部の画素の画素情報を読み出すことによって、画像から一部の画像領域を取得してよい。また、撮像制御部１１０は、イメージセンサ１２０の有効撮像領域内の全ての画素情報を読み出すことによって得られた画像から、一部の画像領域を切り出すことによって、画像から一部の画像領域を取得してよい。このように、画像の取得範囲の設定は、イメージセンサ１２０から画像を部分読み出しする範囲を設定すること、及び、イメージセンサ１２０から読み出した画像から一部の画像を切り出す切り出し範囲を設定することの少なくとも一方によって、行われてよい。

撮像制御部１１０は、ズーム倍率及び記録画素数の少なくとも一方が指定された場合に、指定されたズーム倍率及び記録画素数の少なくとも一方に基づいて、レンズ２１０の焦点距離と取得範囲とを変化させることにより、ズーム撮影を行ってよい。

撮像制御部１１０は、ユーザによって記録画素数が指定された場合に、指定された記録画素数に基づいて画像の取得範囲を決定し、決定した取得範囲に基づいて、撮像レンズの焦点距離を決定してよい。レンズ２１０は、焦点距離が長いほど小さいイメージサークルを有する。例えば、レンズ２１０のイメージサークルの直径は、少なくとも望遠端において、イメージセンサ１２０の有効撮像領域の長辺より短い。

撮像制御部１１０は、イメージセンサ１２０の撮像面のうち取得範囲に対応する領域がレンズ２１０のイメージサークルに含まれるように、レンズ２１０の焦点距離を決定する。

撮像制御部１１０は、ユーザによってズーム倍率が指定された場合に、指定されたズーム倍率に基づいて画像の取得範囲を決定し、決定した取得範囲に基づいて、レンズ２１０の焦点距離を決定する。具体的には、撮像制御部１１０は、イメージセンサ１２０の有効撮像領域のうち、決定した取得範囲に対応する部分がイメージサークルに含まれるように、取得範囲及び撮像レンズの焦点距離を決定する。

図３は、本実施形態におけるズーム撮影方法を説明するための図である。図３は、ズームポジションと、イメージサークル及び画像の取得範囲との関係を模式的に示す。図３には、ワイド端におけるイメージサークル３１０と、ズームポジション１の場合のイメージサークル３１１と、ズームポジション２の場合のイメージサークル３１２とが示されている。ズームポジション１において、撮像制御部１１０は、ワイド端の場合に生成する画像より高倍率の画像を生成する。ズームポジション２において、撮像制御部１１０は、ズームポジション１の場合に生成する画像より高倍率の画像を生成する。ズームポジションは、ユーザが指定するズーム倍率から定まる。

光学像３３０は、ワイド端においてレンズ２１０が形成する被写体の光学像である。有効撮像領域１２２は、イメージセンサ１２０の有効画素が配置された領域である。撮像制御部１１０は、イメージセンサ１２０の有効画素の少なくとも一部の画素情報を用いて、記録用画像を生成する。ワイド端において、撮像制御部１１０は、有効撮像領域１２２を画像の取得範囲に設定する。よって、ワイド端において、撮像制御部１１０は、有効撮像領域１２２に配置された全ての画素の画素情報を用いて、記録用画像３５０を生成する。記録用画像３５０には、被写体像３５２が含まれる。

ズームポジション１において、撮像制御部１１０は、レンズ２１０の焦点距離を変えずに、有効撮像領域１２２より狭い範囲３４０を画像の取得範囲に設定する。ズームポジション１において、撮像制御部１１０は、範囲３４０内に位置する画素の画素情報を用いて、記録用画像３６０を生成する。ズームポジション１におけるレンズ２１０の焦点距離は、ワイド端におけるレンズ２１０の焦点距離と同一である。そのため、レンズ２１０のイメージサークル３１１は、ワイド端のイメージサークル３１０と実質的に同一である。また、ズームポジション１においてレンズ２１０が形成する光学像３３１は、ワイド端における光学像３３０と実質的に同一である。

これにより、ズームポジション１において、記録用画像３６０において光学像３３１に対応する被写体像３６２は、被写体像３５２に比べて、画像の取得範囲を狭くした分だけ拡大される。このように、撮像制御部１１０は、ワイド端からズームポジション１にかけて、レンズ２１０の焦点距離を変えずに、画像の取得範囲を有効撮像領域１２２から範囲３４０まで狭くしていく。つまり、撮像制御部１１０は、ワイド端からズームポジション１にかけて、デジタルズームを行う。

ズームポジション２において、撮像制御部１１０は、範囲３４０を画像の取得範囲に設定する。撮像制御部１１０は、レンズ２１０の焦点距離を長くすることによって、ズームを行う。ズームポジション２において、撮像制御部１１０は、範囲３４０内に位置する画素の画素情報を用いて、記録用画像３７０を生成する。ズームポジション２におけるイメージサークル３１２は、ズームポジション１におけるイメージサークル３１１より小さくなるものの、イメージサークル３１２は範囲３４０をカバーする。

ズームポジション２においてレンズ２１０が形成する光学像３３２は、ズームポジション１における光学像３３１より大きい。これにより、記録用画像３７０において光学像３３２に対応する被写体像３７２は、被写体像３６２に比べて、レンズ２１０の焦点距離を長くした分だけ拡大される。このように、撮像制御部１１０は、ズームポジション１からズームポジション２にかけて、画像の取得範囲を変えずに、レンズ２１０の焦点距離を長くしていく。つまり、撮像制御部１１０は、ズームポジション１からズームポジション２にかけて、光学ズームを行う。レンズ２１０のイメージサークルは、光学ズームを行うことにより小さくなるものの、ズームポジション２におけるイメージサークル３１２は、ズームポジション２において画像を取得する範囲３４０をカバーする。そのため、画質の低下を抑制することができる。

なお、図３において、分かり易く説明することを目的として、ワイド端からズームポジション１にかけて、レンズ２１０の焦点距離を変えずに画像の取得範囲を狭くしていき、ズームポジション１からズームポジション２にかけて、画像の取得範囲を変えずにレンズ２１０の焦点距離を長くする例を説明した。しかし、撮像制御部１１０は、ワイド端からズームポジション１にかけて、画像の取得範囲を狭くしつつ、レンズ２１０の焦点距離を長くしてよい。レンズ２１０の焦点距離を長くすることに応じてイメージサークルが小さくなる。しかし、撮像制御部１１０は、当該イメージサークル内に画像の取得範囲を設定することで、画質の低下を抑制しつつ高倍率の画像を生成することができる。

図４は、比較例としてのズーム撮影方法を説明するための図である。本比較例において、ワイド端からズームポジション１にかけて光学ズームを行い、ズームポジション１からズームポジション２にかけてデジタルズームを行う。ワイド端からズームポジション１にかけて光学ズームを行うために、撮像レンズの焦点距離を長くする。したがって、ズームポジション１におけるイメージサークル４１１がイメージセンサの有効撮像領域４２２をカバーするように撮像レンズを設計する必要がある。

また、ズームポジション２において、画像の取得範囲を有効撮像領域４２２より狭い範囲４２０に設定することで、デジタルズームを行う。この場合、撮像レンズの焦点距離は変化させないため、イメージサークル４１２の大きさは、イメージサークル４１１と実質的に同一である。範囲４２０は、イメージサークル４１２に比べて非常に狭い領域となる。イメージセンサにおける範囲４２０外の画像情報は記録用画像に使用されない。よって、比較例によれば、イメージサークル内において記録用画像に使用されない無駄な領域が広くなってしまう。

図４に関連して説明したズーム撮影方法に比べて、本実施形態に係るズーム撮影方法を採用することで、レンズ２１０の小型化設計が容易となる。また、本実施形態に係るズーム撮影方法によれば、イメージサークルの狭小化に応じて画像の取得範囲を設定するので、イメージサークル内の領域の画像情報を有効に利用することができる。なお、近年においては、イメージセンサの高画素化が進んでいるため、デジタルズームを行うことによる画質の低下は大きな問題とはならない。例えば、８Ｋ相当の画素数を持つイメージセンサで得られる画像から６Ｋ相当の画素数の画像を取得しても、特殊な用途に使用する場合を除いて、事実上十分な画質を維持できるといえる。

図５は、撮像制御部１１０が実行する処理の手順を示すフローチャートである。本フローチャートは、ユーザが記録画素数を指定した場合に実行されるズーム制御方法の手順を示す。

Ｓ５００において、撮像制御部１１０は、ユーザからの指示情報に基づいて、記録画素数を取得する。Ｓ５０２において、撮像制御部１１０は、記録画素数を変更するか否かを判断する。例えば、撮像制御部１１０は、現在設定されている記録画素数とは異なる記録画素数がユーザによって指定された場合に、記録画素数を変更すると判断する。記録画素数を変更しない場合、本フローチャートの処理を終了する。記録画素数を変更する場合、撮像制御部１１０は、記録画素数をユーザが指定した記録画素数に設定する（Ｓ５０４）。続いて、撮像制御部１１０は、指定された記録画素数に基づいて、イメージセンサ１２０により撮像される画像から一部の領域を切り出す範囲を決定する（Ｓ５０６）。例えば、撮像制御部１１０は、画像から切り出す画素位置と記録画素数との対応づけを示す対応づけ情報を参照して、切り出す範囲を決定してよい。なお、対応づけ情報は、メモリ１３０に予め記憶されていてよい。

続いて、Ｓ５０８において、撮像制御部１１０は、レンズ制御部２２０にレンズ２１０のズーム動作を行わせる。このとき、撮像制御部１１０は、レンズ２１０のイメージサークルが、Ｓ５０６で決定した取得範囲をカバーするようにズーム動作を行わせる。例えば、撮像制御部１１０は、ズーミングを担うレンズ２１０の位置と記録画素数との対応づけを示す対応づけ情報を参照して、ズーミングを担うレンズ２１０の位置を示す制御情報をレンズ制御部２２０に送信することによって、レンズ２１０のズーム動作を行わせてよい。なお、レンズ２１０の位置と記録画素数との対応づけ情報は、メモリ１３０に予め記憶されていてよい。レンズ２１０のズーム動作が完了すると、本フローチャートの処理を終了する。

なお、撮像制御部１１０は、イメージセンサ１２０で画像が撮像されると、イメージセンサ１２０で撮像された画像からＳ５０６で決定した一部の領域を切り出して、ユーザによって指定された記録画素数の記録用画像を生成して、メモリ１３０に記録する。

図６は、撮像制御部１１０が実行する処理の手順を示すフローチャートである。本フローチャートは、ユーザがズーミングを指定した場合に実行されるズーム制御方法の手順を示す。

Ｓ６００において、撮像制御部１１０は、ユーザからの指示情報に基づいて、ズーム値を取得する。Ｓ６０２において、撮像制御部１１０は、ズーム値を変更するか否かを判断する。例えば、撮像制御部１１０は、現在設定されているズーム値とは異なるズーム値がユーザによって指定された場合に、ズーム値を変更すると判断する。ズーム値を変更しない場合、本フローチャートの処理を終了する。ズーム値を変更する場合、撮像制御部１１０は、ズーム値に基づいて記録画素数を設定（Ｓ６０４）する。続いて、撮像制御部１１０は、記録画素数に基づいて、イメージセンサ１２０により撮像される画像から一部の領域を切り出す範囲を決定する（Ｓ６０６）。なお、Ｓ６０４において、撮像制御部１１０は、ズーム値と記録画素数との対応づけを示す対応づけ情報を参照して、記録画素数を設定してよい。対応づけ情報は、メモリ１３０に予め記憶されていてよい。

続いて、Ｓ６０８において、撮像制御部１１０は、レンズ制御部２２０にレンズ２１０のズーム動作を行わせる。このとき、撮像制御部１１０は、レンズ２１０のイメージサークルが、Ｓ６０６で決定した取得範囲をカバーするようにズーム動作を行わせる。Ｓ６０８の処理については、図５のＳ５０８の処理と同様であるので、説明を省略する。

なお、撮像制御部１１０は、イメージセンサ１２０で画像が撮像されると、イメージセンサ１２０で撮像された画像からＳ６０６で決定した一部の領域を切り出し、Ｓ６０４で設定した記録画素数の記録用画像を生成して、メモリ１３０に記録する。

以上に説明したように、撮像制御部１１０が実行するズーム制御によれば、レンズ２１０の焦点距離を長くしたときにイメージサークルが小さくなることを許容することができる。また、ワイド端におけるイメージサークルの大きさが、有効撮像領域１２２をカバーする程度の大きさになるようにレンズ２１０が設計されていればよい。これにより、レンズ２１０を小型化するための設計が容易になる。

上記の実施形態では、撮像装置１００は、ＵＡＶ１０に搭載される撮像装置である。しかし、撮像装置１００は、ＵＡＶ１０等の移動体に搭載される撮像装置でなくてもよい。例えば、撮像装置１００は、手持ちジンバルに支持される撮像装置であってよい。また、撮像装置１００は、ＵＡＶ１０や手持ちジンバルに支持されない撮像装置であってよい。例えば、撮像装置１００は、ユーザが手持ちで支持可能な撮像装置であってよい。撮像装置１００は、監視カメラ等のように、固定的に設置される撮像装置であってよい。

図７は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ１２００の一例を示す。コンピュータ１２００にインストールされたプログラムは、コンピュータ１２００に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられるオペレーションまたは当該装置の１または複数の「部」として機能させることができる。または、当該プログラムは、コンピュータ１２００に当該オペレーションまたは当該１または複数の「部」を実行させることができる。当該プログラムは、コンピュータ１２００に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ１２００に、本明細書に記載のフローチャート及びブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定のオペレーションを実行させるべく、ＣＰＵ１２１２によって実行されてよい。

本実施形態によるコンピュータ１２００は、ＣＰＵ１２１２、及びＲＡＭ１２１４を含み、それらはホストコントローラ１２１０によって相互に接続されている。コンピュータ１２００はまた、通信インタフェース１２２２、入力／出力ユニットを含み、それらは入力／出力コントローラ１２２０を介してホストコントローラ１２１０に接続されている。コンピュータ１２００はまた、ＲＯＭ１２３０を含む。ＣＰＵ１２１２は、ＲＯＭ１２３０及びＲＡＭ１２１４内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。

通信インタフェース１２２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブが、コンピュータ１２００内のＣＰＵ１２１２によって使用されるプログラム及びデータを格納してよい。ＲＯＭ１２３０はその中に、アクティブ化時にコンピュータ１２００によって実行されるブートプログラム等、及び／またはコンピュータ１２００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。プログラムが、ＣＲ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリまたはＩＣカードのようなコンピュータ可読記録媒体またはネットワークを介して提供される。プログラムは、コンピュータ可読記録媒体の例でもあるＲＡＭ１２１４、またはＲＯＭ１２３０にインストールされ、ＣＰＵ１２１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ１２００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ１２００の使用に従い情報のオペレーションまたは処理を実現することによって構成されてよい。

例えば、通信がコンピュータ１２００及び外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ１２１２は、ＲＡＭ１２１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース１２２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース１２２２は、ＣＰＵ１２１２の制御の下、ＲＡＭ１２１４、またはＵＳＢメモリのような記録媒体内に提供される送信バッファ領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信した受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ領域等に書き込む。

また、ＣＰＵ１２１２は、ＵＳＢメモリ等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がＲＡＭ１２１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ１２１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。ＣＰＵ１２１２は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックしてよい。

様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、及びデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。ＣＰＵ１２１２は、ＲＡＭ１２１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプのオペレーション、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ１２１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ１２１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ１２１２は、第１の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。

上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ１２００上またはコンピュータ１２００近傍のコンピュータ可読記憶媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読記憶媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ１２００に提供する。

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ ＵＡＶ
２０ ＵＡＶ本体
３０ ＵＡＶ制御部
３６ 通信インタフェース
３７ メモリ
４０ 推進部
４１ ＧＰＳ受信機
４２ 慣性計測装置
４３ 磁気コンパス
４４ 気圧高度計
４５ 温度センサ
４６ 湿度センサ
５０ ジンバル
６０ 撮像装置
１００ 撮像装置
１０２ 撮像部
１１０ 撮像制御部
１２０ イメージセンサ
１２２ 有効撮像領域
１３０ メモリ
２００ レンズ部
２１０ レンズ
２１２ レンズ駆動部
２１４ 位置センサ
２２０ レンズ制御部
２２２ メモリ
３００ 遠隔操作装置
３１０ イメージサークル
３１１ イメージサークル
３１２ イメージサークル
３３０ 光学像
３３１ 光学像
３３２ 光学像
３４０ 範囲
３５０ 記録用画像
３６０ 記録用画像
３６２ 被写体像
３７０ 記録用画像
３７２ 被写体像
４１１ イメージサークル
４１２ イメージサークル
４２０ 範囲
４２２ 有効撮像領域
１２００ コンピュータ
１２１０ ホストコントローラ
１２１２ ＣＰＵ
１２１４ ＲＡＭ
１２２０ 入力／出力コントローラ
１２２２ 通信インタフェース
１２３０ ＲＯＭ

Claims (11)

1. 焦点距離が可変の撮像レンズの焦点距離と、前記撮像レンズを通過した光により撮像された画像から一部の画像領域を取得する取得範囲とを変化させることにより、ズーム撮影を行うように構成された回路
   を備え、
   前記撮像レンズのイメージサークルは、焦点距離に応じて変化し、
   前記回路は、前記撮像レンズの焦点距離に応じて変化するイメージサークル内に、前記取得範囲を設定するように構成される
   制御装置。
2. 前記回路は、ズーム倍率及び記録画素数の少なくとも一方が指定された場合に、前記指定された前記ズーム倍率及び記録画素数の少なくとも一方に基づいて、前記撮像レンズの焦点距離と前記取得範囲とを変化させることによって、ズーム撮影を行うように構成される
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記回路は、ユーザによって記録画素数が指定された場合に、前記指定された記録画素数に基づいて前記取得範囲を決定し、前記決定した取得範囲に基づいて、前記撮像レンズの焦点距離を決定するように構成される
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記撮像レンズは、焦点距離が長いほど小さいイメージサークルを有し、
   前記回路は、前記撮像レンズを通過した光により撮像するイメージセンサの撮像面のうち前記取得範囲に対応する領域が前記イメージサークルに含まれるように、前記撮像レンズの焦点距離を決定するように構成される
   請求項３に記載の制御装置。
5. 前記回路は、ユーザによってズーム倍率が指定された場合に、前記指定されたズーム倍率に基づいて前記取得範囲を決定し、前記決定した取得範囲に基づいて、前記撮像レンズの焦点距離を決定するように構成される
   請求項２に記載の制御装置。
6. 前記撮像レンズは、焦点距離が長いほど小さいイメージサークルを有し、
   前記回路は、前記撮像レンズを通過した光により撮像するイメージセンサの有効撮像領域のうち前記取得範囲に対応する部分が前記イメージサークルに含まれるように、前記取得範囲及び前記撮像レンズの焦点距離を決定するように構成される
   請求項５に記載の制御装置。
7. 前記撮像レンズのイメージサークルの直径は、少なくとも望遠端において、前記イメージセンサの有効撮像領域の長辺より短い
   請求項４又は６に記載の制御装置。
8. 前記撮像レンズと、
   請求項１又は２に記載の制御装置と
   を備える撮像装置。
9. 請求項８に記載の撮像装置を備えて移動する移動体。
10. 焦点距離が可変の撮像レンズの焦点距離と、前記撮像レンズを通過した光により撮像された画像から一部の画像領域を取得する取得範囲とを変化させることにより、ズーム撮影を行う段階
    を備え、
    前記撮像レンズのイメージサークルは、焦点距離に応じて変化し、
    前記ズーム撮影を行う段階は、
    前記撮像レンズの焦点距離に応じて変化するイメージサークル内に、前記取得範囲を設定する段階
    を有する制御方法。
11. プログラムであって、
    焦点距離が可変の撮像レンズの焦点距離と、前記撮像レンズを通過した光により撮像された画像から一部の画像領域を取得する取得範囲とを変化させることにより、ズーム撮影を行う手順
    をコンピュータに実行させ、
    前記撮像レンズのイメージサークルは、焦点距離に応じて変化し、
    前記ズーム撮影を行う手順は、
    前記撮像レンズの焦点距離に応じて変化するイメージサークル内に、前記取得範囲を設定する手順
    を含むプログラム。

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