JP3323587B2 - 移動物体の計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は移動物体の計測に利用す
る。特に、撮像対象の移動物体に関係するデータの表示
に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動物体を計測する方法として、従来か
ら、移動物体を撮像してその映像信号を処理することに
より座標を求めることが行われている。このような計測
方法では、移動物体が常に画面内に撮像される必要があ
る。このため従来は、 （１）移動物体が広範囲に移動する場合には、広角レン
ズを使用して移動物体が撮像装置の画角内に撮像される
ようにして計測する （２）移動物体の移動を拘束し、移動物体が撮像装置の
画角内に撮像されるようにして計測する （３）撮像装置を角度エンコーダ付きの雲台に固定して
雲台を手動により動かしながら移動物体を追跡し、その
画像とともにそのときの雲台の角度を記録しておき、記
録した画像と雲台の角度とからデジタイズなどの方法に
より１コマ毎に移動物体の座標を調べる などの方法がとられていた。

【０００３】また、２台のカメラで同時に移動物体の２
次元座標の計測を行い、これら二つの２次元データから
移動物体の３次元座標を計算することも知られている。

【０００４】しかし、（１）の方法では、広角レンズを
使用して移動物体を撮像すると、移動物体自体も小さく
撮像され、移動物体と背景との分離が困難になることが
あった。また、映像信号を入力して移動物体の幾何学重
心（図心）を算出する画像処理装置は画素単位で処理す
るので、移動物体の細かな移動が計測できなかった。

【０００５】また、（２）の方法では、移動物体の移動
範囲を限定するため、計測できる内容に限界があった。

【０００６】このような問題は、２台のカメラを同時に
用いる場合も同様に生じる。しかも広角レンズを使用す
ると、移動物体の３次元座標計測精度が低下してしま
う。このため、このような計測方法はもっぱら実験室内
の計測に利用されるだけであった。さらに、この場合の
画像処理は２次元座標の計測に基づくものであり、３次
元計測空間内での移動物体の移動の性質を利用している
わけではない。このため、画像に含まれるノイズや背景
から移動物体を分離する際のノイズのために無効な計測
結果を出力する場合があった。

【０００７】屋外や競技場で選手の動作や行動を計測す
る場合には、（３）の方法を利用することができる。し
かし、通常の映像信号はその１コマが１／６０秒で構成
されているため、例えば２時間の記録を調べるためには
４３２０００コマの画像をデジタイズしなければなら
ず、１コマのデジタイズに５秒要するとしても、全体で
６００時間という長時間を要することになる。

【０００８】本願出願人は、このような課題を解決する
ため、移動物体が広範囲に移動する場合でも広角レンズ
を使用することなく移動物体を撮像してその座標を高速
に求めることのできる移動物体の計測装置を発明し、既
に特許出願した（特願平５−０８２２０９号、以下「先
の出願」という）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この先の出
願に示した計測装置に関連して、撮像対象の移動物体に
関係するデータを表示することのできる装置を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点によ
ると、移動物体を撮像する撮像手段と、この撮像手段の
撮像領域（撮像方向および撮像範囲）を設定する駆動手
段とを備えた移動物体の計測装置において、撮像しよう
とする移動物体に対して比較すべき形状およびその運動
データを３次元実空間座標系において設定する手段と、
この３次元実空間座標系の形状および運動データを撮像
手段の撮像領域に対応して２次元領域のデータに写像す
る手段と、写像されたデータを撮像手段の出力する映像
信号に重ね合わせる手段とを備えたことを特徴とする移
動物体の計測装置が提供される。

【００１１】本発明の第二の観点によると、移動物体を
撮像する撮像手段と、この撮像手段の撮像領域を設定す
る駆動手段と、この撮像手段により得られる映像信号に
含まれる移動物体の画像内の位置、例えば幾何学重心
（図心）を演算により求める画像処理手段と、この画像
処理手段により求めた画像内の位置と撮像手段の撮像領
域に関する情報とからその移動物体の運動データを演算
により求める運動データ演算手段とを複数組備えた移動
物体の計測装置において、運動データ演算手段により得
られる運動データの計測精度を撮像手段の配置に基づい
て３次元実空間座標系において推定する精度推定手段
と、この３次元実空間座標系の計測精度を撮像手段のそ
れぞれの撮像領域に対応して２次元領域のデータに写像
する精度写像手段と、写像された計測精度に基づく精度
情報を対応する撮像手段の出力する映像信号に重ね合わ
せる手段とを備えたことを特徴とする移動物体の計測装
置が提供される。

【００１２】本発明の第三の観点によると、それぞれが
移動物体を撮像する複数の撮像手段と、この複数の撮像
手段の撮像領域を個々に設定する駆動手段とを備えた移
動物体の計測装置において、撮像手段の少なくとも一つ
の出力映像信号に他の撮像手段の撮像領域に関する情報
を重ね合わせる手段を備えたことを特徴とする移動物体
の計測装置が提供される。

【００１３】この構成において、重ね合わせる手段は、
駆動手段による設定値を取り込んで複数の撮像手段の撮
像領域の相互関係を求める手段と、求められた相互関係
を各撮像手段に対応して分配する手段と、この分配する
手段により分配された相互関係に基づいて対応する撮像
手段の出力を画像処理する処理手段とを含むことがよ
い。

【００１４】

【作用】本発明の第一の観点では、比較すべき形状およ
びその運動データを３次元実空間座標系において設定
し、それを撮像手段の撮像領域に対応して２次元領域の
データに写像し、それを撮像手段の出力する映像信号に
重ね合わせる。すなわち、以前の映像を現在の映像に単
純に重ね合わせるのではなく、比較すべき形状およびそ
の運動データから、あたかもその撮像手段により現在撮
像されているかのような映像を求め、それを実際の映像
に重ね合わせる。

【００１５】例えば、各種陸上競技やスキー競技、水泳
競技などを撮影する際には、競技を終了まで撮影し、タ
イムが記録されて初めて、過去の記録保持者の持つタイ
ムと比較することができた。これを放送、特に中継放送
に使用する場合には、視聴者は競技終了まで結果がわか
らないことになる。ところが、過去の記録保持者の競技
の様子は過去に記録された映像があり、また、最終タイ
ムのみならず途中の速度などが細かく解析されているこ
とが多い。このような場合に、過去の記録保持者の３次
元形状と運動データを３次元実空間座標系において作成
し、各撮像手段に対して、その撮像範囲に応じて記録保
持者の３次元形状と運動データを２次元領域に写像した
データを使用し、記録保持者の画像を生成して各撮像手
段が出力する映像信号に重ね合わせる。

【００１６】陸上競技や水泳競技などではコースが決定
されているため運動データは特定のコース上に設定すれ
ばよい。記録保持者の３次元形状を細部まで作成すると
３次元から２次元への写像に多くの計算を要するため必
要最小限の形状に留めたほうがよい。

【００１７】このように画像を重ね合わせると、各カメ
ラヘッドの撮影範囲と撮影方向に応じて、あたかも過去
の記録保持者が競技場で競技しているかのように、実在
の競技者と重ね合わせた結果の映像信号を得ることがで
きる。視聴者は過去の記録保持者のデータとともに中継
を見ることができる。

【００１８】本発明の第二の観点では、複数の撮像手段
の配置により３次元実空間座標系での計測精度を推定
し、それを撮像手段の撮像領域に対応して２次元領域の
データに写像し、それを撮像手段の出力する映像信号に
重ね合わせる。

【００１９】移動物体の３次元位置計測精度は、移動物
体と各撮像手段との相対位置によって決定される。例え
ば２台の撮像手段で３次元位置計測を行う場合、２台の
撮像手段および移動物体がほぼ正三角形になった時に、
各軸方向に平均して最も高い計測精度が得られる。移動
物体を頂点とした場合、頂点の角度が小さくなると、撮
像手段と移動物体との距離方向の計測精度が低下する。
すなわち、各撮像手段の位置が決定された時点で、計測
対象の空間内の位置に応じた計測精度も決定されている
ことになる。

【００２０】この計測精度に関する情報を、例えば３次
元格子のような３次元形状データとして３次元実空間座
標系において作成し、各撮像手段に対してその撮像領域
に応じて３次元形状データを２次元領域に写像したデー
タを使用した精度範囲を各撮像手段が出力する映像信号
に重ね合わせて表示することにより、３次元格子の密度
などから計測精度を直感的に把握することが可能にな
る。移動物体が移動する予定の場所の計測精度を高くす
るように、撮像手段の設置位置を変更することや撮像手
段を増設することなどの対応を取ることがその場で可能
になり、変更、増設後の計測精度の変化の確認をするこ
ともできる。

【００２１】本発明の第三の観点では、他の撮像手段の
撮像領域を映像に重ね合わせる。この場合にも、３次元
実空間での各撮像手段の撮像領域に関する情報を２次元
に写像して表示する。

【００２２】多数の撮像手段を用いた計測システムや放
送システムを運用する場合、それぞれの撮像手段から出
力される映像を別々にモニターする必要があるが、それ
は撮像手段の台数が多くなるにしたがって困難になる。
移動物体の計測を目的とする場合には特に、全ての撮像
手段が撮影する画像が妥当なものであることを監視する
必要がある。妥当かどうかの判断は移動物体を正しく捉
えていることによるが、これは高度な判断となり、撮像
手段の台数が多くなるとほとんど不可能になる。

【００２３】そこで、各撮像手段から出力される映像信
号に、他の撮像手段の撮像領域を示す四角錐や撮像中心
線に関する情報を重ね合わせて表示する。これにより、
主に１台の撮像手段が出力する画像とその画像に重ね合
わせて出力される他の撮像手段の撮像範囲および撮像中
心線とを監視することができ、他の撮像手段が正常に移
動物体を捉えているか否か判断することができる。他の
撮像手段の撮像中心線が移動物体と交差していれば、そ
の撮像手段は正常に移動物体を捉えていることになる。

【００２４】

【実施例】図１は本発明実施例の移動物体の計測装置を
示すブロック構成図である。

【００２５】この計測装置は、上位演算装置１１と複数
のカメラヘッド／演算装置１２とを備え、これらがデー
タリンク１３により互いに接続される。カメラヘッド／
演算装置１２は、移動物体を撮像する撮像手段としてＴ
Ｖカメラ２１を備え、このＴＶカメラ２１の撮像領域を
設定する駆動手段としてズームレンズ２２、電動雲台２
３および駆動制御装置２５を備える。カメラヘッド／演
算装置１２はまた、ＴＶカメラ２１により得られる映像
信号に含まれる移動物体の画像内の位置を演算により求
める画像処理手段として画像処理装置２４を備え、この
画像処理装置２４により求めた画像内の位置とＴＶカメ
ラ２１の撮像領域に関する情報とからその移動物体の運
動データ、特に３次元実空間内での座標、を演算により
求める運動データ演算手段として位置演算装置２６を備
える。カメラヘッド／演算装置１２はさらに、ＴＶカメ
ラ２１の出力する映像信号に他の情報を重ね合わせる映
像合成装置２７と、データリンク１３を介したデータ入
出力のための入出力装置２８とを備える。ＴＶカメラ２
１、電動ズームレンズ２２、電動雲台２３および駆動制
御装置２５の一部がカメラヘッドを構成する。

【００２６】各カメラヘッド／演算装置１２は座標デー
タを計測周期毎にデータリンク１３に出力し、座標デー
タを出力しているもの以外のカメラヘッド／演算装置１
２はそのデータを取り込むことができる。上位演算装置
１１は、複数のカメラヘッド／演算装置１２を統合管理
すると共に、座標計測結果を画面表示またはその他の出
力装置に出力する。各カメラヘッド／演算装置１２が座
標データの出力を終了したとき、上位演算装置１１は、
計測状況に応じて各カメラヘッド／演算装置１２に対し
て個別に命令を出力することができる。

【００２７】データリンク１３に接続可能なカメラヘッ
ド／演算装置１２の台数は、データリンク１３のデータ
転送速度と上位演算装置１１の演算速度により制限され
る。カメラヘッド／演算装置１２がそれぞれ３次元座標
を算出することもできるが、複数の２次元座標データか
ら上位演算装置１１で３次元座標を算出することもでき
る。

【００２８】ＴＶカメラ２１は電動ズームレンズ２２と
共に電動雲台２３に固定され、画像処理装置２４および
映像合成装置２７に映像信号を出力する。画像処理装置
２４は、ＴＶカメラ２１から入力された映像信号に含ま
れる移動物体の幾何学重心を求め、図心データとして位
置演算装置２６に出力する。駆動制御装置２５は、電動
ズームレンズ２２に対してズーム制御信号を出力し、ズ
ーム位置信号を取り込む。駆動制御装置２５はまた、電
動雲台２３に対して雲台制御信号を出力し、雲台方向信
号を取り込む。駆動制御装置２５はさらに、取り込んだ
ズーム位置信号および雲台方向信号からズーム位置／雲
台方向データを生成し、位置演算装置２６に出力する。
位置演算装置２６はズーム位置および雲台方向を制御す
るため、これらの制御データを駆動制御装置２５に出力
する。位置演算装置２６はまた、画像処理装置２４から
の図心データと駆動制御装置２５からのズーム位置／雲
台方向データとから移動物体の座標を演算し、得られた
実空間内座標データを入出力装置２８を介してデータリ
ンク１３に送出する。

【００２９】位置演算装置２６には、データリンク１３
および入出力装置２８を経由して、他のカメラヘッド／
演算装置１２が出力する座標データや上位演算装置１１
が出力する命令などが入力される。これに対応して位置
演算装置２６は、映像合成装置２７に重ね合わせ画像デ
ータを出力し、映像合成装置２７はこのデータをＴＶカ
メラ２１からの映像信号に重ね会わせて合成映像信号を
出力する。これにより、計測に用いた映像に様々な情報
を重ね合わせて出力することができる。これについて図
２ないし図４を参照して説明する。

【００３０】図２は第一の処理例を示すフローチャート
であり、上位演算装置１１と位置演算装置２６とのそれ
ぞれの処理の一部を示す。この処理例では、上位演算装
置１１において、撮像しようとする移動物体に対して比
較すべき形状およびその運動データを３次元実空間座標
系において設定し、それを位置演算装置２６に通知す
る。位置演算装置２６では、あらかじめＴＶカメラ２１
の撮像方向および撮像範囲を検出しておき、上位演算装
置１１から通知された３次元実空間座標系の形状および
運動データをＴＶカメラ２１の撮像領域に対応して２次
元領域のデータに写像し、写像されたデータがＴＶカメ
ラ２１の出力する映像信号に重ね合わされるように、そ
のデータを映像合成装置２７に出力する。

【００３１】図３は第二の処理例を示すフローチャート
である。各位置演算装置２６は、自分の管理するＴＶカ
メラ２１の撮像領域を検出し、それを上位演算装置１１
へ通知する。位置演算装置２６はまた、撮像された移動
物体の座標およびその運動データを演算により求める。
上位演算装置１１は、位置演算装置２６における運動デ
ータの計測精度について、複数の位置演算装置２６から
通知された各ＴＶカメラ２１の配置に基づいて３次元実
空間座標系で推定する。この推定結果は各位置演算装置
２６に通知される。各位置演算装置２６では、計測精度
を撮像領域に対応して２次元領域に写像し、その写像さ
れたデータを得られた運動データと共に映像合成装置２
７に出力する。

【００３２】図４は第三の処理例を示すフローチャート
である。各位置演算装置２６は、自分の管理するＴＶカ
メラ２１の撮像領域を検出し、それを上位演算装置１１
へ通知する。上位演算装置１１は、各ＴＶカメラ２１の
撮像領域の相互関係を求め、それを各位置演算装置２６
へ通知する。位置演算装置２６は、自分の管理するＴＶ
カメラ２１に対する他のＴＶカメラの映像領域を演算
し、その演算結果を映像合成装置２７に出力する。

【００３３】以上の処理例ではカメラヘッド／演算装置
１２のそれぞれにおいて映像信号に他のデータを重ね合
わせる例について説明したが、ひとつの映像信号だけに
他のデータを重ね合わせることも可能であり、また、上
位演算装置１１に映像信号を取り込んでそこでデータを
重ね合わせることもできる。また、上位演算装置１１お
よび位置演算装置２６の処理分担を変更しても本発明を
実施できる。

【００３４】図５は画像処理装置２４の詳細を示すブロ
ック構成図である。

【００３５】図１に示したＴＶカメラ２１から出力され
た映像信号は、映像信号３１１として同期分離回路３０
１および２値化回路３０４に入力される。また、位置演
算装置２６からの２次元領域設定データ３２０がタイミ
ング発生回路３０２に入力され、速度ベクトル設定デー
タ３２１が中央処理部３１０に入力される。

【００３６】同期分離回路３０１は、入力された映像信
号３１１に含まれる水平同期信号および垂直同期信号を
抽出し、タイミング発生回路３０２に入力する。タイミ
ング発生回路３０２は、クロック発生回路３０３の出力
するクロック信号に対して、垂直タイミング信号３１
３、水平タイミング信号３１４および有効範囲信号３１
５を発生する。垂直タイミング信号３１３は垂直同期信
号と同一周波数の信号であり、画像処理装置内部での使
用に対して都合が良いように、パルス幅を狭くして水平
同期信号のタイミングに一致させたものである。水平タ
イミング信号３１４は水平同期信号と同一周波数でパル
ス幅が狭い信号である。有効範囲信号３１５は、演算の
対象領域を２次元領域設定データ３２０により設定され
た領域に限定するための信号であり、垂直タイミング信
号３１３および水平タイミング信号３１４に基づいて、
映像信号内の計測に有効な範囲に限って出力される。

【００３７】クロック発生回路３０３の出力するクロッ
ク信号は、タイミング発生回路３０２のほかに、水平ア
ドレス発生回路３０６のクロック入力、垂直方向累算回
路３０７のクロック入力、水平方向累算回路３０８のク
ロック入力、面積計数回路３０９のクロック入力に入力
される。クロック発生回路３０３の出力するクロック信
号は、水平タイミング信号３１４の整数倍の周波数にな
るように調整される。このように調整することで、映像
信号３１１に対して安定したタイミングで移動物体信号
を作成できる。

【００３８】タイミング発生回路３０２の出力する垂直
タイミング信号３１３は、垂直アドレス発生回路３０５
のリセット入力および中央処理部（ＣＰＵ）３１０の入
力ポートに入力される。タイミング発生回路３０２の出
力する水平タイミング信号３１４は垂直アドレス発生回
路３０５のクロック入力および水平アドレス発生回路３
０６のリセット入力に入力される。

【００３９】垂直アドレス発生回路３０５は、水平タイ
ミング信号が入力される毎にインクリメントされ、かつ
垂直タイミング信号でリセットされるカウンタであり、
現在入力されている映像信号のライン番号（垂直方向位
置）を出力する。水平アドレス発生回路３０６は、クロ
ック信号が入力される毎にインクリメントされ、かつ水
平タイミング信号でリセットされるカウンタであり、現
在入力されている映像信号の水平方向位置を出力する。

【００４０】タイミング発生回路３０２の出力する有効
範囲信号３１５は、垂直方向累算回路３０７のイネーブ
ル入力Ｅ２、水平方向累算回路３０８のイネーブル入力
Ｅ２、および面積計数回路３０９のイネーブル入力Ｅ２
に入力される。

【００４１】２値化回路３０４は、入力される映像信号
３１１に含まれる移動物体を示す輝度と背景を示す輝度
を分離し、移動物体信号３１２を出力する。この移動物
体信号３１２は、垂直方向累算回路３０７のイネーブル
入力Ｅ１、水平方向累算回路３０８のイネーブル入力Ｅ
１、および面積計数回路３０９のイネーブル入力Ｅ１に
入力される。

【００４２】垂直アドレス発生回路３０５は入力された
映像信号の現在の垂直アドレスを出力し、その垂直アド
レス信号は垂直方向累算回路３０７に入力される。水平
アドレス発生回路３０６は入力された映像信号の現在の
水平アドレスを出力し、その水平アドレス信号は水平方
向累算回路３０８に入力される。

【００４３】垂直方向累算回路３０７は、イネーブル入
力Ｅ１およびＥ２に同時に信号が入力されたときに限っ
てその時入力されている垂直アドレス信号を累算し、ま
た、リセット入力にリセット信号が入力されたときに累
算カウンタをリセットする。すなわち、移動物体信号３
１２が移動物体を示し、かつ有効範囲信号３１５が有効
範囲を示しているときに限って、クロック信号のタイミ
ングで垂直アドレス信号を累算する。したがって、その
出力は映像信号に含まれる移動物体の垂直方向１次モー
メントになる。

【００４４】水平方向累算回路３０８は、イネーブル入
力Ｅ１およびＥ２に同時に信号が入力されたときに限っ
てその時入力されている水平アドレス信号を累算し、ま
た、リセット入力にリセット信号が入力されたとき累算
カウンタをリセットする。すなわち、移動物体信号３１
２が移動物体を示し、かつ有効範囲信号３１５が有効範
囲を示しているときに限って、クロック信号のタイミン
グで水平アドレス信号を累算する。したがって、その出
力は映像信号に含まれる移動物体の水平方向１次モーメ
ントになる。

【００４５】面積計数回路３０９は、イネーブル入力Ｅ
１およびＥ２に同時に信号が入力されたときに限って出
力をインクリメントし、またリセット入力にリセット信
号が入力されると累算カウンタをリセットする。すなわ
ち、移動物体信号３１２が移動物体を示し、かつ有効範
囲信号３１５が有効範囲を示しているときに限って、ク
ロック信号のタイミングで出力をインクリメントする。
したがって、その出力は映像信号に含まれる移動物体の
面積（０次モーメント）になる。

【００４６】垂直方向累算回路３０７の累算出力は中央
処理部３１０の入力ポートＳＹに入力され、水平方向累
算回路３０８の累算出力は中央処理部３１０の入力ポー
トＳＸに入力され、面積計数回路３０９の面積出力は中
央処理部３１０の入力ポートＮに入力される。

【００４７】中央処理部３１０からはカウンタ初期化信
号３１６が出力され、垂直方向累算回路３０７のリセッ
ト入力、水平方向累算回路３０８のリセット入力、およ
び面積計数回路３０９のリセット入力に入力される。中
央処理部３１０はまた、垂直方向図心データ３１７およ
び水平方向図心データ３１８を出力する。

【００４８】さらにこの実施例では、中央処理部３１０
に記憶装置３１９が接続され、あらかじめ定められた数
だけ前の画面における幾何学重心を記憶することができ
る。中央処理部３１０は、記憶装置３１９に記憶された
幾何学重心と減算の画面の幾何学重心との位置変化を検
出し、その位置変化が速度ベクトル設定データ３２１に
対してあらかじめ定められた範囲内であるとき、位置演
算起動信号３２２を出力する。

【００４９】この画像処理装置の目的は、入力された映
像信号に含まれる移動物体信号を限定された二次元領域
内で検出し、その図心データを出力することである。こ
の動作について詳しく説明する。

【００５０】映像信号３１１が入力されると、タイミン
グ発生回路３０２が垂直タイミング信号３１３を生成
し、これが中央処理部３１０に入力される。中央処理部
３１０は、映像信号が開始されたことを示すため、カウ
ンタ初期化信号３１６を出力する。これにより累算回路
３０７および３０８ならびに面積計数回路３０９がリセ
ットされる。垂直タイミング信号３１３はまた、垂直ア
ドレス発生回路３０５をリセットする。

【００５１】垂直タイミング信号３１３が終了すると、
タイミング発生回路３０２は水平タイミング信号３１
４、有効範囲信号３１５を出力し、また、２値化回路３
０４が移動物体信号３１２を出力するので、累算回路３
０７および３０８がそれぞれ移動物体の垂直方向１次モ
ーメントおよび水平方向１次モーメントを出力する。同
時に面積計数回路３０９が移動物体の面積を出力する。

【００５２】映像信号３１１の１フィールドが終了し、
タイミング発生回路３０２が垂直タイミング信号３１３
を再び出力すると、中央処理部３１０はこれらの１次モ
ーメント及び面積（０次モーメント）を読み取った後、
〔垂直方向１次モーメント÷面積〕および〔水平方向１
次モーメント÷面積〕を計算する。この計算結果がそれ
ぞれ移動物体の垂直方向図心および水平方向図心であ
る。これらの図心データを出力ポートに出力し、その後
にカウンタ初期化信号３１６を出力する。以後は、この
シーケンスを繰り返すことになる。

【００５３】中央処理部３１０はまた、図心データが得
られたとき、それを記憶装置３１９に記憶されている数
コマ前の図心データと比較し、その位置変化を検出す
る。さらに、検出された位置変化が速度ベクトル設定デ
ータ３２１に対してあらかじめ定められた範囲内である
とき、位置演算装置に位置演算起動信号３２２を出力す
る。

【００５４】図６はカメラヘッドの構造を簡略化して示
す三面図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、
（ｃ）は側面図である。ここでは、雲台の自由度が２、
すなわち回動可能な軸が二つある場合の構成例を示す。

【００５５】雲台は垂直軸および水平軸のそれぞれの周
りに回動可能であり、この雲台にＴＶカメラ２１および
ズームレンズ２２が固定される。雲台の垂直軸には垂直
軸駆動モータ／角度エンコーダ４１が設けられ、一定角
度毎にパルスを出力する。ＴＶカメラ２１、ズームレン
ズ２２および垂直軸駆動モータ／角度エンコーダ４１は
雲台の水平軸の周りに回動可能であり、この水平軸には
水平軸駆動モータ／角度エンコーダ４２が設けられ、一
定角度毎にパルスを出力する。

【００５６】図７は駆動制御装置２５の一例を示すブロ
ック構成図である。

【００５７】この駆動制御装置２５は、垂直軸角度エン
コーダ５０１、垂直軸駆動モータ５０２および垂直軸制
御回路５０３と、水平軸角度エンコーダ５１１、水平軸
駆動モータ５１２および水平軸制御回路５１３と、ズー
ム・エンコーダ５２１、ズーム駆動モータ５２２および
ズーム制御回路５２３とを備える。垂直軸角度エンコー
ダ５０１および垂直軸駆動モータ５０２は図６における
垂直軸駆動モータ／角度エンコーダ４１を構成し、水平
軸角度エンコーダ５１１および水平軸駆動モータ５１２
は水平軸駆動モータ／角度エンコーダ４２を構成する。

【００５８】各軸およびズームの駆動モータとエンコー
ダとは機械的に結合されており、駆動モータの回転角度
が変化するとこれが機械的に伝達されて、エンコーダか
ら回転角度に関する情報を含むエンコーダ・パルスが出
力される。垂直軸、水平軸および電動ズームレンズのズ
ームについての駆動方法は本質的に相異がなく、垂直軸
制御回路５０３、水平軸制御回路５１３およびズーム制
御回路５２３の構成および動作は実質的に同一である。
以下では垂直軸に関する動作について説明する。

【００５９】垂直軸制御回路５０３は、パルス／角度変
換回路５０４、差回路５０５、ゲイン調整回路５０６お
よびモータ駆動回路５０７を備える。垂直軸角度エンコ
ーダ５０１から出力されるエンコーダ・パルスは、パル
ス／角度変換回路５０４に入力される。パルス／角度変
換回路５０４はこのパルスを角度を示す信号（電圧、デ
ジタル・データなど）に変換し、それを差回路５０５の
一方の入力に供給すると共に、角度信号として位置演算
装置に出力する。

【００６０】差回路５０５のもう一方の入力には、位置
演算装置から、目標角度信号が入力される。これにより
差回路５０５は、目標角度信号と角度信号との差を演算
し、差角度を出力する。この差角度はゲイン調整回路５
０６に入力される。ゲイン調整回路５０６は、入力され
た差角度すなわち目標角度との残差に応じて、垂直軸駆
動モータ５０２の駆動量を調整する。このとき、ゲイン
調整回路５０６は、オーバーシュートやオフセット誤差
がなくなるように、垂直軸駆動モータ５０２の駆動量を
調整する。ゲイン調整回路５０６から出力されたモータ
駆動制御信号はモータ駆動回路５０７に入力される。モ
ータ駆動回路５０７は、入力信号を電力増幅してモータ
駆動信号を出力し、垂直軸駆動モータ５０２を駆動す
る。このようにして、目標角度と実際の角度の差がなく
なるように駆動モータが駆動される。

【００６１】ここではエンコーダが角度情報をパルス信
号で出力する場合について説明したが、エンコーダにポ
テンショメータを用いることもできる。その場合、角度
情報が電圧信号で出力され、差回路５０５で演算が可能
なように情報を変換する必要がないので、パルス／角度
変換回路５０４は不要になる。

【００６２】図８に水平、垂直アドレスの関係を示す。
テレビ画面範囲６１に対して有効範囲６２が限定的に設
定され（図はあまり限定していない例である）、その中
の移動物体６３を検出する。

【００６３】次に、図９および図１１を参照して位置演
算装置２６における位置演算方法を説明する。図９は計
測空間座標系のカメラヘッドの位置を示す図であり、図
１０は計測空間座標系と画像処理装置の座標系との関係
を示す図である。

【００６４】まず、ここでは、カメラヘッド２台を用い
て１個の移動物体の位置演算を行う方法を説明する。

【００６５】計測空間におけるカメラヘッドの座標を表
す座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は計測空間すなわち地面や床面
に固定された座標系であり、カメラヘッドの方向によら
ず一定である。カメラヘッドの座標を カメラヘッド１：Ｍ₁ （Ｘ₁ ，Ｙ₁ ，Ｚ₁ ） カメラヘッド２：Ｍ₂ （Ｘ₂ ，Ｙ₂ ，Ｚ₂ ） とする。

【００６６】また、カメラヘッドの方向すなわちカメラ
ヘッドから観測される画像の中心方向（角度）を カメラヘッド１：（θ₁ ，ψ₁ ） カメラヘッド２：（θ₂ ，ψ₂ ） とする。この角度は、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に固定され
たベクトル、例えば（１，０，０）を基準とした方位角
および仰角（または俯角）であり、図１に示した駆動制
御装置２５から出力される雲台の方向である。

【００６７】カメラヘッドの撮像範囲（角度）を カメラヘッド１：（α₁ ，β₁ ） カメラヘッド２：（α₂ ，β₂ ） とする。一般的には撮像範囲は水平と垂直の比が４：３
なので各カメラヘッドについてαとβの間には、 tan（α₁ ／２）： tan（β₁ ／２）＝４：３ tan（α₂ ／２）： tan（β₂ ／２）＝４：３ の関係がある。またカメラヘッドの撮像範囲とズーム位
置（レンズの焦点距離）との間には一意的な対応があ
る。すなわち、図１における駆動制御装置２５が出力す
るズーム位置データから演算できる。

【００６８】カメラヘッドから観測される画像に含まれ
る移動物体の重心座標を、図１０に示すように、 カメラヘッド１：（ｕ₁ ，ｖ₁ ） カメラヘッド２：（ｕ₂ ，ｖ₂ ） とする。この座標は、画面内画像の座標系すなわち図１
における画像処理装置２４が出力する座標系である。こ
の座標系の原点は画面の中心であり、有効範囲内の水平
方向の大きさ（水平方向画素数）および垂直方向の大き
さ（垂直方向画素数）はそれぞれ ２×ｕ_max ，２×ｖ_max で、撮像範囲と一致している。これは両カメラヘッドに
共通の定数とする。

【００６９】カメラヘッドの座標と移動物体の方向か
ら、各カメラヘッドについて移動物体上を通る直線の式
が求まり、 カメラヘッド１：ｐ₁ ＝（Ｘ₁ ，Ｙ₁ ，Ｚ₁ ）＋Ａ₁ ×
ｔ カメラヘッド２：ｐ₂ ＝（Ｘ₂ ，Ｙ₂ ，Ｚ₂ ）＋Ａ₂ ×
ｔ ｐ₁ 、ｐ₁ は直線上の点、ｔは媒介変数、Ａ₁ 、Ａ₂ は
ベクトルであり、 Ａ₁ ＝（cos Ψ₁ ×cos Θ₁ ，cos Ψ₁ ×sin Θ₁ ，sin Ψ₁ ） Ａ₂ ＝（cos Ψ₂ ×cos Θ₂ ，cos Ψ₂ ×sin Θ₂ ，sin Ψ₂ ） で表される。ただし、Θ，Ψはカメラヘッドから移動物
体に対する方位角および仰角（または俯角）であり、 Θ₁ ＝θ₁ ＋ tan^-1（（ｕ₁ ／ｕ_max ）× tan（α₁ ／２）） Ψ₁ ＝ψ₁ − tan^-1（（ｖ₁ ／ｖ_max ）× tan（β₁ ／２）） Θ₂ ＝θ₂ ＋ tan^-1（（ｕ₂ ／ｕ_max ）× tan（α₂ ／２）） Ψ₂ ＝ψ₂ − tan^-1（（ｖ₂ ／ｖ_max ）× tan（β₂ ／２）） である。これら２本の直線の交点が移動物体の座標であ
る。実際には各部の誤差の影響で、実測値から作られた
２本の直線からは交点座標が求まらない場合がある。こ
の場合には２本の直線への最近点座標を求めればよい。
すなわち２本の直線間距離の中点の座標を移動物体の座
標とすればよい。

【００７０】次に、移動物体の拘束条件を考慮してカメ
ラヘッド１台で３次元座標を計測する方法について述べ
る。この場合の拘束条件としては、競技場における各選
手の移動条件などが考えられ、例えば各選手の上下方向
移動は平面上の移動に比べて充分に小さいと考えると、
各選手は平面上を移動するという拘束条件が得られる。

【００７１】このとき、カメラヘッドの座標を Ｍ₁ （Ｘ₁ ，Ｙ₁ ，Ｚ₁ ） とする。また、カメラヘッドの方向すなわちカメラヘッ
ドから観測される画像の中心方向（角度）を （θ₁ ，ψ₁ ） とする。この角度は、図１における駆動制御装置２５が
出力する雲台方向である。さらに、カメラヘッドの撮像
範囲（角度）を （α₁ ，β₁ ） とする。一般的には撮像範囲は水平と垂直の比が４：３
なので、 tan（α₁ ／２）： tan（β₁ ／２）＝４：３ このα₁ およびβ₂ は、図１における駆動制御装置２５
が出力するズーム位置データから演算できる。

【００７２】カメラヘッドから観測される画像に含まれ
る移動物体の重心座標が、図１０に示すように、 （ｕ₁ ，ｖ₁ ） であるとする。この座標は、画面内画像の座標系すなわ
ち図１における画像処理装置２４が出力する座標系であ
る。この座標系の原点は画面の中心で、有効範囲内の水
平方向の大きさ（水平方向画素数）および垂直方向の大
きさ（垂直方向画素数）はそれぞれ ２×ｕ_max ，２×ｖ_max であり、撮像範囲と一致している。

【００７３】カメラヘッドの座標と移動物体の方向か
ら、移動物体上を通る直線の式が、 ｐ₁ ＝（Ｘ₁ ，Ｙ₁ ，Ｚ₁ ）＋Ａ₁ ×ｔ により求まる。ｐ₁ は直線上の点、ｔは媒介変数、Ａ₁
ベクトルであり、 Ａ₁ ＝（cos Ψ₁ ×cos Θ₁ ，cos Ψ₁ ×sin Θ₁ ，sin Ψ₁ ） で表される。ただし、Θ₁ ，Ψ₂ はカメラヘッドから移
動物体に対する方位角および仰角（または俯角）であ
り、 Θ₁ ＝θ₁ ＋tan ^-1（（ｕ₁ ／ｕ_max ）×tan （α₁ ／２）） Ψ₁ ＝ψ₁ −tan ^-1（（ｖ₁ ／ｖ_max ）×tan （β₁ ／２）） である。

【００７４】一方拘束条件から移動物体は次の平面上に
ある。

【００７５】（ｐ−ｂ）・Ｂ＝０ ｐは拘束平面上の点、ｂは拘束平面上のベクトル（平面
の高さなど）、Ｂは拘束平面の法線ベクトル、・はベク
トルの内積である。この直線と平面の交点の座標が移動
物体の座標である。

【００７６】このように、図１に示したカメラヘッド／
演算装置１２がそれぞれ移動物体の図心位置を計測し、
その２次元データをデータリンク１３を通じて他の全て
のカメラヘッド／演算装置１２に転送することで、結果
的に、各カメラヘッド／演算装置１２が移動物体の３次
元座標を知ることができる。また、上位演算装置１１に
おいて３次元座標を求める構成とすることもできる。

【００７７】以上の説明では、２台のカメラヘッド／演
算装置で１個の移動物体の３次元座標を計測する例を説
明したが、１台のカメラヘッドに複数台の処理装置を接
続することで、画面内の複数の移動物体の図心位置を同
時に計測することもできる。そのときには、各画像処理
装置が計測する移動物体の画面内位置に応じて、有効範
囲信号の発生タイミングを変更したほうがよい。このよ
うな構成にすると、２台のカメラヘッド／演算装置で複
数の移動物体の３次元座標を計測することができる。ま
た、カメラヘッド／演算装置が複数台の構成でも、適切
に組み合わせることにより、複数の移動物体の３次元座
標を計測することができる。

【００７８】以上の実施例では、撮像装置から出力され
た映像信号から計測される移動物体の位置として図心位
置を用いたが、パターンマッチングによる形状の一致度
が最も高い位置を移動物体の位置としても本発明を同様
に実施できる。

【００７９】また、撮像装置として赤外ＴＶカメラを用
いることにより、遠方の計測対象を計測する際の画像に
含まれるノイズを低減させることができる。この時に移
動物体に赤外発光素子を付けることで、他の光源の影響
を低減させることができる。撮像装置に光学フィルタを
装着したＴＶカメラを用いることにより、特定色のみを
含む波長帯を選択でき、移動物体を背景から分離しやす
くなる。

【００８０】撮像装置の絞りを移動物体を背景から分離
しやすいように制御してもよい。この時、移動物体を含
む映像信号の輝度ヒストグラムや、移動物体の面積など
の計測状態を示すデータをもとに絞りを制御できる。電
動ズームレンズのフォーカスは、演算装置で算出した移
動物体の座標データをもとに制御してもよい。１台のカ
メラヘッドが複数の移動物体の位置を計測する場合には
全ての移動物体がズームレンズの被写界深度内に入るよ
うに絞り及び撮像範囲及びフォーカスを制御することも
できる。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の移動物体
の計測装置は、撮像された移動物体に対する付加的なデ
ータを映像信号に重ね合わせることができ、例えば、比
較すべき形状および運動データ、計測精度、または他の
撮像手段による撮像領域を映像信号に重ね合わせること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の移動物体の計測装置を示すブロ
ック構成図。

【図２】上位演算装置と位置演算装置との処理の一部を
示すフローチャート。

【図３】上位演算装置と位置演算装置との処理の一部を
示すフローチャート。

【図４】上位演算装置と位置演算装置との処理の一部を
示すフローチャート。

【図５】画像処理装置の詳細を示すブロック構成図。

【図６】カメラヘッドの構造を簡略化して示す三面図で
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面
図。

【図７】駆動制御装置の一例を示すブロック構成図。

【図８】水平、垂直アドレスの関係を示す図。

【図９】計測空間座標系のカメラヘッドの位置を示す
図。

【図１０】計測空間座標系と画像処理装置の座標系との
関係を示す図。

【符号の説明】

１１ 上位演算装置 １２ カメラヘッド／演算装置 １３ データリンク ２１ ＴＶカメラ ２２ 電動ズームレンズ ２３ 電動雲台 ２４ 画像処理装置 ２５ 駆動制御装置 ２６ 位置演算装置 ２７ 映像合成装置 ２８ 入出力装置 ３０１ 同期分離回路 ３０２ タイミング発生回路 ３０３ クロック発生回路 ３０４ ２値化回路 ３０５ 垂直アドレス発生回路 ３０６ 水平アドレス発生回路 ３０７ 垂直方向累算回路 ３０８ 水平方向累算回路 ３０９ 面積計数回路 ３１０ 中央処理部 ３１１ 映像信号 ３１２ 移動物体信号 ３１３ 垂直タイミング信号 ３１４ 水平タイミング信号 ３１５ 有効範囲信号 ３１６ カウンタ初期化信号 ３１７ 垂直方向図心データ ３１８ 水平方向図心データ ３１９ 記憶装置 ３２０ ２次元領域設定データ ３２１ 速度ベクトル設定データ ３２２ 位置演算起動信号 ４１ 垂直軸駆動モータ／角度エンコーダ ４２ 水平軸駆動モータ／角度エンコーダ ５０１ 垂直軸角度エンコーダ ５０２ 垂直軸駆動モータ ５０３ 垂直軸制御回路 ５０４ パルス／角度変換回路 ５０５ 差回路 ５０６ ゲイン調整回路 ５０７ モータ駆動回路 ５１１ 水平軸角度エンコーダ ５１２ 水平軸駆動モータ ５１３ 水平軸制御回路 ５２１ ズーム・エンコーダ ５２２ ズーム駆動モータ ５２３ ズーム制御回路 ６１ テレビ画像範囲 ６２ 有効範囲 ６３ 移動物体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−45910（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−239075（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−165913（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−105231（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−294614（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/225 - 5/232 H04N 5/262 - 5/268 H04N 7/18 G01B 11/00 G01C 11/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動物体を撮像する撮像手段（２１）
   と、 この撮像手段の撮像領域を設定する駆動手段（２２、２
   ３、２５）とを備えた移動物体の計測装置において、 撮像しようとする移動物体に対して比較すべき形状およ
   びその運動データを３次元実空間座標系において設定す
   る手段（１１）と、 この３次元実空間座標系の形状および運動データを上記
   撮像手段の撮像領域に対応して２次元領域のデータに写
   像する手段（２６）と、 写像されたデータを上記撮像手段の出力する映像信号に
   重ね合わせる手段（２７）とを備えたことを特徴とする
   移動物体の計測装置。
2. 【請求項２】 移動物体を撮像する撮像手段（２１）
   と、 この撮像手段の撮像領域を設定する駆動手段（２２、２
   ３、２５）と、 この撮像手段により得られる映像信号に含まれる移動物
   体の画像内の位置を演算により求める画像処理手段（２
   ４）と、 この画像処理手段により求めた画像内の位置と上記撮像
   手段の撮像領域に関する情報とからその移動物体の運動
   データを演算により求める運動データ演算手段（２６）
   とを複数組備えた移動物体の計測装置において、 上記運動データ演算手段により得られる運動データの計
   測精度を上記撮像手段の配置に基づいて３次元実空間座
   標系において推定する精度推定手段（１１）と、 この３次元実空間座標系の計測精度を上記撮像手段のそ
   れぞれの撮像領域に対応して２次元領域のデータに写像
   する精度写像手段（２６）と、 写像された計測精度に基づく精度情報を対応する撮像手
   段の出力する映像信号に重ね合わせる手段（２７）とを
   備えたことを特徴とする移動物体の計測装置。
3. 【請求項３】 それぞれが移動物体を撮像する複数の撮
   像手段（２１）と、 この複数の撮像手段の撮像領域を個々に設定する駆動手
   段（２２、２３、２５）とを備えた移動物体の計測装置
   において、 上記撮像手段の少なくとも一つの出力映像信号に他の撮
   像手段の撮像領域に関する情報を重ね合わせる手段を備
   えたことを特徴とする移動物体の計測装置。
4. 【請求項４】 上記重ね合わせる手段は、 上記駆動手段による設定値を取り込んで上記複数の撮像
   手段の撮像領域の相互関係を求める手段（１１）と、 求められた相互関係を各撮像手段に対応して分配する手
   段（１３）と、 この分配する手段により分配された相互関係に基づいて
   対応する撮像手段の出力を画像処理する処理手段（２
   ６、２７）とを含む請求項３記載の移動物体の計測装
   置。