JP3906512B2 - 自動追尾照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宴会場やホール、舞台などの会場において、出演者などの照射目標を自動的に追尾して投光照明する自動追尾照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動追尾照明装置において照射目標の位置座標を指定する場合、１台のテレビカメラなどの撮像装置で捉えた照明空間の映像上で、何らかの指示手段にて照射目標の写っている点を特定する方法をとっている。また、自動追尾を開始するときには、照明器具の照射方向が照射目標の方に向くように制御する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の自動追尾照明装置によると、照明照射目標となる人物などを１台の撮像装置で捉えているために、撮像面上の平面的な位置しか認識できず、撮像装置から見たときの照射目標の方向は判るものの、三次元位置座標を正しく認識することは不可能であり、特に高さ方向に変化のある照明空間では照明照射目標の位置座標を正しく認識することは難しく、照明器具からの光を正しく照明照射目標に照射できないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、撮像装置で捉えた映像上に写っている照明照射目標の位置を、人手による位置入力装置あるいは自動の画像認識装置にて特定し、照明照射目標の三次元照明空間での三次元位置座標を正しく認識して、照明器具の光を照明照射目標に正しく照射できる、使い勝手の良い自動追尾照明装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題点を解決するため、請求項１記載の自動追尾照明装置にあっては、光を照射する照明器具と、該照明器具をパン軸およびチルト軸を回動軸にして回動する照射方向駆動装置と、照射目標を撮像して撮像領域の映像信号を出力する第１と第２の撮像装置と、第１と第２の撮像装置をパン軸およびチルト軸を回動軸にして回動する第１と第２の撮像方向駆動装置と、第１と第２の撮像装置からの映像信号を受けて第１と第２の映像を表示する映像表示装置と、第１の表示映像上の第１の点と第２の表示映像上の第２の点とを指定する位置入力装置と、位置入力装置にて入力する第１の点指定位置と第２の点指定位置とを以って三次元照明空間における照明照射目標の位置座標を演算する座標特定装置と、を備える自動追尾照明装置であって、第１の点指定位置と第１の表示映像の原点位置との相対距離と、第２の点指定位置と第２の表示映像の原点位置との相対距離とから、各々の指示方向の直線を求め、これらの直線の交点を三次元照明空間における照明照射目標の位置座標であると特定して、該交点位置座標を前記照明器具からの光で照射するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の自動追尾照明装置にあっては、前記直線が交わらない場合、直線間の距離が最短となる線分上の点を三次元照明空間の照明照射目標の位置座標であると特定して、該線分上の点を前記照明器具からの光で照射するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の自動追尾照明装置にあっては、光を照射する照明器具と、該照明器具をパン軸およびチルト軸を回動軸にして回動する照射方向駆動装置と、照射目標を撮像して撮像領域の映像信号を出力する撮像装置と、撮像装置をパン軸およびチルト軸を回動軸にして回動する撮像方向駆動装置と、撮像装置からの映像信号を受けて映像を表示する映像表示装置と、映像表示装置の表示映像上の点を指定する位置入力装置と、照明照射目標の位置座標の高さを指定する高さ入力装置と、位置入力装置と高さ入力装置とを以って入力した三次元照明空間における照明照射目標の位置座標を演算する座標特定装置と、を備える自動追尾照明装置であって、位置入力装置によって指定した表示映像上の指定位置と表示映像の原点位置との相対距離から指示方向の直線を求め、該直線と高さ入力装置によって指定した高さの平面との交点を三次元照明空間の照明照射目標の位置座標であると特定して、該交点位置座標を前記照明器具からの光で照射するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る自動追尾照明装置の第１の実施の形態を図１〜図５に基づいて、第２の実施の形態を図６に基づいて、第１の参考例を図７および図８基づいて、第３の実施の形態を図９〜図１１に基づいて、第２の参考例を図１２〜図１４に基づいて、それぞれ詳細に説明する。
【００１３】
〔第１の実施の形態〕
この第１の実施の形態の自動追尾照明装置は、請求項１記載の自動追尾照明装置に対応している。
【００１４】
図１は自動追尾照明装置の概要を示す説明図、図２は自動追尾照明装置の映像表示装置と位置入力装置とを示す説明図である。図３は照明空間における撮像装置の撮像方向と照明照射目標の位置座標との関係を示す説明図であり、図３（ａ）は上側から見た平面図、図３（ｂ）は側面図である。図４は照明空間と映像表示装置の表示映像との関係を示す説明図であり、図４（ａ）は照明空間と撮像装置の撮像面との関係を示し、図４（ｂ）は撮像装置の撮像面と映像表示装置の表示映像との関係を示している。図５は照明空間における照明照射目標の位置座標を演算する座標特定装置の処理を示す説明図であり、図５（ａ）は上側から見た平面図、図５（ｂ）は側面図である。
【００１５】
図１に示すように、自動追尾照明装置は、第１の撮像装置に相当するカメラＡと、第２の撮像装置に相当するカメラＢと、照明器具Ｃと、第１の撮像方向駆動装置１と、第２の撮像方向駆動装置２と、照射方向駆動装置３と、映像表示装置１０と、映像表示装置２０と、位置入力装置１１と、位置入力装置２１と、座標特定装置４とを備える。
【００１６】
カメラＡ，Ｂは、それぞれテレビカメラのようなものであり、撮像軸Ｌa ，Ｌb を画角中心に撮像して、この撮像した映像を映像信号にして出力する。照明器具Ｃは、出演者などの照明照射目標Ｍに、光源からの光をビーム状に照射する。撮像方向駆動装置１は、座標特定装置４からの指示に基づいて、パン軸Ｌpaとチルト軸Ｌtaとをそれぞれ回動軸に回動して、カメラＡの撮像軸Ｌa すなわち撮像方向を三次元照明空間で可変する。撮像方向駆動装置２は、座標特定装置４からの指示に基づいて、パン軸Ｌpbとチルト軸Ｌtbとをそれぞれ回動軸に回動して、カメラＢの撮像軸Ｌb すなわち撮像方向を三次元照明空間で可変する。照射方向駆動装置３は、座標特定装置４からの指示に基づいて、パン軸Ｌpcとチルト軸Ｌtcとをそれぞれ回動軸に回動して、照明器具Ｃの投光方向すなわち照射方向を三次元照明空間で可変する。
【００１７】
映像表示装置１０は、液晶画像表示素子などから構成されて、カメラＡからの映像信号を受けてカメラＡの撮像した第１の映像に相当する映像１０a を表示する。映像表示装置２０は、液晶画像表示素子などから構成されて、カメラＢからの映像信号を受けてカメラＢの撮像した第２の映像に相当する映像２０b を表示する。なお、映像表示装置１０と映像表示装置２０とは、別々の２台の装置であっても良いが、１台の装置で、例えばカメラＡの撮像する映像は左側に、カメラＢの撮像する映像は右側にというように、ふたつの映像を一つの画面中に同時に映し出すものであっても良い。
【００１８】
位置入力装置１１は、カメラＡの撮像する映像であるところの、映像表示装置１０の表示する表示映像上に、マウスのカーソルなどにて第１の点指定位置として平面位置座標を一点指定入力できるようにされている。位置入力装置２１は、カメラＢの撮像する映像であるところの、映像表示装置２０の表示する表示映像上に、マウスのカーソルなどにて第２の点指定位置として平面位置座標を一点指定入力できるようにされている。
【００１９】
なお、映像表示装置１０，２０をタッチパネル付の映像表示装置などにて構成して、タッチパネルをマウスのカーソルに代えても良い。また、位置入力装置１１と位置入力装置２１とは、別々の２台の装置であっても良いが、一つの画像中にカメラＡの撮像する映像とカメラＢの撮像する映像とを同時に表示するような場合などにあっては、１台の位置入力装置から第１の点指定位置と第２の点指定位置とを入力するようにしても良い。
【００２０】
座標特定装置４は、現在の、カメラＡ，Ｂのそれぞれの撮像軸Ｌa ，Ｌb の方向と照明器具Ｃの照射軸（図示せず）の方向とを把握しており、位置入力装置１１，２１により入力したそれぞれの平面位置座標から、三次元照明空間における照明照射目標の位置座標Ｐm を演算により求めるとともに、照明器具Ｃの照射軸（図示せず）およびカメラＡ，Ｂの撮像軸Ｌa ，Ｌb を位置座標Ｐm に向けるための制御指示を、撮像方向駆動装置１，２と照射方向駆動装置３とにそれぞれ与える。
【００２１】
次に、座標特定装置４の演算処理を説明する。図２に示すように、映像表示装置１０はカメラＡで捉えた映像を表示する。映像表示装置２０はカメラＢで捉えた映像を表示する。そこで、自動追尾照明装置の操作者は、映像表示装置１０，２０を見ながら位置入力装置１１，２１を操作して、例えば照明照射目標Ｍの指定位置としての、第１の点Ｐa を映像表示装置１０の映像１０a に入力し、第２の点Ｐb を映像表示装置２０の映像２０b に入力する。
【００２２】
このとき、照明照射目標の位置座標Ｐm とカメラＡ，Ｂとの間には、図３に示す関係がある。なお、図３において、θa ，φa はカメラＡの現在の撮像軸Ｌa のパン角とチルト角とを、θb ，φb はカメラＢの現在の撮像軸Ｌa のパン角とチルト角とを表している。また、図２において、位置入力装置１１による指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）は映像表示装置１０の映像１０a の中心である原点Ｏa に対する映像上の変位を表し、位置入力装置２１による指定位置Ｐb （Δｘb,Δｙb ）は映像表示装置２０の映像２０b の中心である原点Ｏb に対する映像上の変位を表す。
【００２３】
ところで、三次元照明空間と映像表示装置１０，２０の表示する各々の映像との間には、図４に示す関係がある。すなわち、指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）に対応する位置のカメラＡの撮像面中心からのｘ方向のずれ距離をｎx 、指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）に対応する方向のカメラＡの撮像軸Ｌa に対するパン方向のずれ角をΔθa 、カメラＡのレンズＡL の焦点距離をｆ、映像表示装置１０の映像１０a の中心である原点Ｏa に対する指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）の映像上のｘ方向のずれ距離をΔｘa 、カメラＡの撮像面に対する映像表示装置１０の表示映像のｘ方向の拡大率をＫx とすると数１の関係が成り立つ。
【００２４】
【数１】
【００２５】
従って、数１の関係から、指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）に対応する方向のパン方向のずれ角Δθa は、数２によって特定できる。
【００２６】
【数２】
【００２７】
ここで、焦点距離ｆはカメラＡのレンズＡL により決定する定数であり、拡大率Ｋx は映像表示装置１０の画面上に表示する映像のサイズにより決定する定数であるので、パン方向のずれ角Δθa は既知となる。
【００２８】
同様に、映像表示装置１０の映像１０a の中心である原点Ｏa に対する指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）のｙ方向のずれ距離をΔｙa 、カメラＡの撮像面に対する映像表示装置１０の表示映像のｙ方向の拡大率をＫy 、また、映像表示装置２０の映像２０b の中心である原点Ｏb に対する指定位置Ｐb （Δｘb,Δｙb ）のｘ，ｙ方向の映像上のずれ距離をΔｘb ，Δｙb 、カメラＢの撮像面に対する映像表示装置２０の表示映像のｘ，ｙ方向の拡大率をＫx ，Ｋy とすると、数３の関係が成り立つ。
【００２９】
【数３】
【００３０】
そこで、座標特定装置４は、以上の数２および数３から求まるΔθa ，Δφa ，Δθb ，Δφb と、座標特定装置４自身が把握しているカメラＡ，Ｂの撮像軸Ｌa ，Ｌb の現在の方向とに基づいて、カメラＡのレンズＡL の中心から指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）に対応する方向に伸びる直線ＬA の方程式と、カメラＢのレンズの中心から指定位置Ｐb （Δｘb,Δｙb ）に対応する方向に伸びる直線ＬB の方程式とを求め、直線ＬA と直線ＬB との交点を演算することにより、三次元照明空間における照射目標の位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）を特定する。
【００３１】
以下に、直線ＬA ，ＬB の方程式と、その交点の位置座標の演算処理について説明する。ここで、カメラＡの位置座標をＰA （０，０，ｚA ）、カメラＢの位置座標をＰB （ｘB,ｙB,ｚB ）、とすると、直線ＬA の方程式は数４にて、直線ＬB の方程式は数５にて、それぞれ与えられる。
【００３２】
【数４】
【００３３】
【数５】
【００３４】
なお、ｒとｓとはそれぞれ媒介変数である。また、カメラＡ，Ｂの位置座標ＰA （０，０，ｚA ）, ＰB （ｘB,ｙB,ｚB ）は、自動追尾照明装置の設置時に初期設定により入力される既知の値である。
【００３５】
ここで、求めたい位置座標をＰm （ｘm,ｙm,ｚm ）とすると、直線ＬA ，ＬB の交点が求めたい位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）であるから、数４と数５とにおいて、ｘ，ｙ，ｚの値を等しいとおいて方程式を解く。すると、位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）は数６のように求めることができる。
【００３６】
【数６】
【００３７】
そこで、座標特定装置４は、数６の演算処理を行い位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）を求め、照明器具Ｃの照射軸およびカメラＡ，Ｂの撮像軸Ｌa ，Ｌb を位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）に向けるための制御指示を、撮像方向駆動装置１，２と照射方向駆動装置３とにそれぞれ与える。そして、自動追尾照明装置は、照明器具Ｃからの光を照射目標に正しく照射することが可能となる。
【００３８】
〔第２の実施の形態〕
この第２の実施の形態の自動追尾照明装置は、請求項２記載の自動追尾照明装置に対応している。図６は自動追尾照明装置の座標特定装置の特定する二本の直線が交わらない場合の処理を示す説明図である。
【００３９】
ところで、前述した第１の実施の形態の自動追尾照明装置にあっては、操作者は、映像表示装置１０，２０を見ながら位置入力装置１１，２１を操作して、例えば照明照射目標Ｍの指定位置（例えば出演者の頭頂）Ｐa ，Ｐb を、映像表示装置１０，２０のそれぞれの映像１０a ，２０b 上の点として入力する。そして、座標特定装置４は、この点Ｐa ，Ｐb の指定位置に基づいて二本の直線ＬA ，ＬB の方程式を得ている。そのために点Ｐa の指定位置と点Ｐb の指定位置との入力が正確でないと、直線ＬA ，ＬB の交点が存在しないことになる。
【００４０】
そこで、この第２の実施の形態の自動追尾照明装置にあっては、二本の直線ＬA ，ＬB の方程式に交点が存在しない場合、この二本の直線ＬA ，ＬB の距離が最短となる、直線ＬA ，ＬB 上の点Ｑa と点Ｑb との中点Ｑp を、三次元照明空間における指定された照射目標の位置座標として特定するようにしている。
【００４１】
以下に、二本の直線ＬA ，ＬB に交点が存在しない場合の、座標特定装置４の演算処理を説明する。第１の実施の形態で説明した数４と数５とで特定した二本の直線ＬA ，ＬB に、図６に示すように交点が存在しない場合、二本の直線ＬA ，ＬB が最短距離になる、直線ＬA 上の位置座標Ｑa （ｘa,ｙa,ｚa ）と直線ＬB 上の位置座標Ｑb （ｘb,ｙb,ｚb ）とを結ぶ直線ＬQ の方程式は、直線ＬA と直線ＬB とにそれぞれ直交するという条件から簡単に求めることができる。
【００４２】
つまり、直線ＬA,ＬQ を表す方程式から交点位置座標Ｑa （ｘa,ｙa,ｚa ）を求めるとともに、直線ＬB,ＬQ を表す方程式から交点位置座標Ｑb （ｘb,ｙb,ｚb ）を求めた上で、交点位置座標Ｑa と交点位置座標Ｑb との中点Ｑp （ｘp,ｙp,ｚp ）を数７により求めて、この中点Ｑp （ｘp,ｙp,ｚp ）を三次元照明空間の指定された照射目標の位置座標として求めることができる。
【００４３】
【数７】
【００４４】
そこで、自動追尾照明装置の座標特定装置４は、数７の演算処理を行って、点Ｑa と点Ｑb との中点の位置座標Ｑp （ｘp,ｙp,ｚp ）を求めた上で、照明器具Ｃの照射軸およびカメラＡ，Ｂの撮像軸Ｌa ，Ｌb を位置座標Ｑp （ｘp,ｙp,ｚp ）に向けるための制御指示を、撮像方向駆動装置１，２と照射方向駆動装置３とにそれぞれ与える。そして、自動追尾照明装置は、照明器具Ｃからの光を照射目標の近辺に正しく照射することが可能となる。
【００４５】
〔第１の参考例〕図７は第１の参考例の自動追尾照明装置の撮像装置の位置関係を示す上から見た平面図、図８は第１の参考例の自動追尾照明装置の映像表示装置を示す説明図である。
【００４６】
この第１の参考例の自動追尾照明装置は、座標特定装置４の特定する二本の直線ＬA ，ＬB が交わらない事態を回避するために、予めカメラＡ，Ｂを図７に示すように概ね撮像軸Ｌa,Ｌb が９０度の関係になるように設置する。また、カメラＢには照明空間全体を撮像できるような広画角のカメラを用いて固定する。そして、操作者は、先ず位置入力装置１１を操作して、映像表示装置１０の表示する表示映像１０a 上に、図８に示すように照明照射目標としたい指定位置に点Ｐa を入力する。
【００４７】
すると、映像表示装置２０は、現在のカメラＡの撮像軸Ｌa の方向と、先程入力した点Ｐa の指定位置の映像表示装置１０の映像中心である原点Ｏa からのずれ距離とから、三次元照明空間におけるカメラＡのレンズ中心から指定位置Ｐa に対応する方向へ伸びる直線ＬA を求めて、表示映像２０b 上に仮想直線ｌA として映し出す。
【００４８】
そこで、操作者は、位置入力装置２１を操作して、映像表示装置２０の表示映像２０b 上に表示される交差直線に相当する垂直線ＬV を水平方向（ｘ方向）に平行移動させて、仮想直線ｌA と垂直線ＬV との交点を以って、映像表示装置２０の表示映像２０b 上における仮想直線ｌA 上の任意の点を指定し入力することによって、三次元照明空間での照明照射目標の位置座標Ｐm を特定する。
【００４９】
従って、上述の自動追尾照明装置にあっては、操作性が向上して、操作者は、位置入力装置２１からの入力を素早く正確に行うことができるようになる。また、位置入力装置１１を操作して映像表示装置１０の表示映像１０a 上で入力する指定位置Ｐa から座標特定装置４が特定する直線ＬA と、位置入力装置２１を操作して映像表示装置２０の表示映像２０b 上で入力する指定位置Ｐb から座標特定装置４が特定する直線ＬB とは、必ず交点が存在するようになり、三次元照明空間における照明照射目標の座標位置を精度良く正しく認識することができ、照明器具Ｃからの光を照射目標に精度良く正しく照射することが可能となる。なお、垂直線ＬV の代わりに水平線を用いても良い。
【００５０】
〔第３の実施の形態〕この第３の実施の形態の自動追尾照明装置は、請求項３記載の自動追尾照明装置に対応している。図９は自動追尾照明装置の概要を示す説明図、図１０は自動追尾照明装置の映像表示装置と位置入力装置とを示す説明図、図１１は照明空間における撮像装置の撮像方向と照明照射目標の位置座標との関係を示す説明図である。なお、図９〜図１１において、第１の実施の形態の自動追尾照明装置と同等の箇所には同じ符号を付してある。
【００５１】
この自動追尾照明装置が、第１及び第２の実施の形態と第１の参考例の自動追尾照明装置と異なり特徴となるのは、撮像装置に相当するカメラがカメラＡの１台のみでありながら、三次元照明空間における照明照射目標の座標位置を精度良く正しく認識し、照明器具Ｃからの光を照射目標に精度良く正しく照射することが可能になることである。
【００５２】
この自動追尾照明装置は次のように構成される。すなわち、この自動追尾照明装置は、撮像装置に相当するカメラＡと、照明器具Ｃと、撮像方向駆動装置１と、照射方向駆動装置３と、映像表示装置１０と、位置入力装置１１と、高さ入力装置１２と、座標特定装置４とを備える。
【００５３】
カメラＡは、テレビカメラのようなものであり、撮像軸Ｌa を画角中心に撮像して、この撮像した映像を映像信号にして出力する。照明器具Ｃは、出演者などの照明照射目標Ｍに、光をビーム状にして照射する。撮像方向駆動装置１は、座標特定装置４からの指示に基づいて、パン軸Ｌpaとチルト軸Ｌtaとをそれぞれ回動軸に回動して、カメラＡの撮像軸Ｌa すなわち撮像方向を三次元照明空間で可変する。照射方向駆動装置３は、座標特定装置４からの指示に基づいて、パン軸Ｌpcとチルト軸Ｌtcとをそれぞれ回動軸に回動して、照明器具Ｃの投光方向すなわち照射方向を三次元照明空間で可変する。
【００５４】
映像表示装置１０は、液晶画像表示素子などから構成され、カメラＡからの映像信号を受けてカメラＡの撮像した映像を映像１０a として表示する。位置入力装置１１は、カメラＡの撮像する映像であるところの、映像表示装置１０の表示する表示映像１０a 上に、マウスのカーソルなどにて平面位置座標を一点指定して入力する。高さ入力装置１２は、キーボードから構成して高さを直接数値データとして入力したり、あるいは、マウスなどにより構成して予め設定されている幾つかの高さ数値データを選択したり、あるいは、スクロールバーをマウスなどにより操作することにより入力する。なお、映像表示装置１０をタッチパネル付の映像表示装置などにて構成して、タッチパネルをマウスのカーソルに代えても良い。
【００５５】
座標特定装置４は、現在の、カメラＡの撮像軸Ｌa の方向と照明器具Ｃの照射軸（図示せず）の方向とを把握しており、位置入力装置１１から入力する平面位置座標Ｐa （Δｘa,Δｙa ）と、高さ入力装置１２から入力する三次元照明空間における照明照射目標の位置座標Ｐm の高さｚH とから、三次元照明空間における照明照射目標の位置座標Ｐm を演算により求めて、照明器具Ｃの照射軸およびカメラＡの撮像軸Ｌa を求めた位置座標Ｐm に向ける制御指示を、照射方向駆動装置３と撮像方向駆動装置１とにそれぞれ与える。
【００５６】
次に、座標特定装置４の演算処理を説明する。図１０に示すように、映像表示装置１０にはカメラＡで捉えた映像１０a が表示される。そこで、自動追尾照明装置の操作者は、映像表示装置１０を見ながら位置入力装置１１を操作して、例えば照明照射目標Ｍの指定位置として点Ｐa を、映像表示装置１０の映像１０a 上に入力する。
【００５７】
このとき、カメラＡと照明照射目標Ｍの指定位置Ｐa との間には、図１１に示す関係がある。すなわち、現在の、カメラＡのパン角とチルト角とを各々θa ，φa とする。また、映像表示装置１０の映像中心を原点Ｏa 、位置入力装置１１からの指定位置をＰa （Δｘa,Δｙa ）とする。更に、高さ入力装置１２から入力された高さをｚH とする。また更に、カメラＡの設置されている位置座標をＰA （０，０，ｚA ）、求めたい三次元照明空間における照射目標の位置座標をＰm （ｘm,ｙm,ｚH ）とする。
【００５８】
このとき、三次元照明空間におけるカメラＡのレンズ中心から指定位置Ｐa に対応する方向へ伸びる直線ＬA の方程式は、数４と全く同様に与えられる。そして、三次元照明空間における照射目標の位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）のｚ座標はｚm ＝ｚH と既に与えられているので、数８により媒介変数ｒは特定することができ、数８により特定した媒介変数ｒと数４とから位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）を求めることができる。
【００５９】
【数８】
【００６０】
そこで、座標特定装置４は、数８の演算処理を行った後、数４の演算処理を行い位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）を求め、照明器具Ｃの照射軸およびカメラＡの撮像軸Ｌa を位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）に向ける制御指示を、撮像方向駆動装置１と照射方向駆動装置３とにそれぞれ与える。つまり、上述の自動追尾照明装置によれば、カメラと撮像方向駆動装置と照射方向駆動装置と映像表示装置とは各々１台づつでよく安価で、且つ照明器具Ｃからの光を照射目標に正しく照射することが可能となる。
【００６１】
〔第２の参考例〕図１２は第２の参考例の自動追尾照明装置の概要を示す説明図、図１３は第２の参考例の自動追尾照明装置の映像表示装置と高さ入力装置とを示す説明図である。図１４は照明空間における第２の参考例の撮像装置の撮像方向と照明照射目標の位置座標との関係を示す説明図であり、図１４（ａ）は上側から見た平面図、図１４（ｂ）は側面図である。なお、図１２〜図１４において、第１の実施の形態の自動追尾照明装置と同等の箇所には同じ符号を付してある。
【００６２】
この自動追尾照明装置が、第３の実施の形態の自動追尾照明装置と異なり特徴となるのは、第３の実施の形態の自動追尾照明装置にあっては操作者が映像表示装置１０を見ながら位置入力装置１１を操作していたのに対して、カメラＡからの映像信号を受けて画像処理することにより照明照射目標を抽出し、この抽出した処理画像に基づいて所定データを自動的に取得して座標特定装置４へ入力する画像認識装置１３を設けた構成である。所定データとしては、照明照射目標Ｍの床面接触位置と、照明照射目標の背丈幅とを採用している。
【００６３】
画像認識装置１３は、図１３に示すように、カメラＡで捉えた照明空間の映像から照明照射目標Ｍを画像処理により抽出して、映像表示装置１０の表示映像１０a の原点Ｏa に対する、照明照射目標Ｍの床面と接触する位置すなわち床面接触位置の変位Ｐf （Δｘf,Δｙf ）と、照明照射目標Ｍの背丈幅Δｙとを認識するとともに、床面接触位置の変位Ｐf （Δｘf,Δｙf ）と背丈幅Δｙとから照明照射目標Ｍの頂部の変位Ｐa （Δｘf,Δｙf ＋Δｙ）とを認識して、座標特定装置４へ入力する。
【００６４】
ここで、三次元照明空間の座標を図１４に示すようにとり、カメラＡの位置座標をＰA （０，０，ｚA ）、求めたい三次元照明空間における照射目標Ｍの位置座標をＰm （ｘm,ｙm,ｚm ）とする。
【００６５】
このとき、カメラＡのレンズ中心と照射目標の位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）とを結ぶ直線ＬA の方程式は、数４と全く同様に数９として与えられる。
【００６６】
【数９】
【００６７】
また、カメラＡのレンズ中心と三次元照明空間における照射目標Ｍの床面接触位置Ｐf （ｘf,ｙf,ｚf ）とを結ぶ直線ＬAFの方程式は、数１０として与えられる。
【００６８】
【数１０】
【００６９】
また、パン方向のずれ角Δθa とチルト方向のずれ角Δφa ，Δφafとは、それぞれ数１１として与えられる。
【００７０】
【数１１】
【００７１】
ここで、床面のｚ座標の位置は既知でありｚ＝０とすれば、床面接触位置Ｐf （ｘf,ｙf,ｚf ）の位置座標は、数１２によって与えられる。
【００７２】
【数１２】
【００７３】
従って、床面接触位置Ｐf （ｘf,ｙf,ｚf ）を通りｚ座標軸に平行な直線ＬZ の方程式は、数１３として与えられる。
【００７４】
【数１３】
【００７５】
そして、求める照明照射目標の位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）は、直線ＬA と直線ＬZ との交点であり、数１４として与えられる。しかも、数１４の右辺は全て既知の変数である。
【００７６】
【数１４】
【００７７】
つまり、座標特定装置４は、演算によって位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）を求めることができ、照明器具Ｃの照射軸およびカメラＡの撮像軸Ｌa を位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）に向ける制御指示を、撮像方向駆動装置１と照射方向駆動装置３とにそれぞれ与えることができる。
【００７８】
すなわち、上述の自動追尾照明装置によれば、カメラと撮像方向駆動装置と照射方向駆動装置と映像表示装置とは各々１台づつでよく、しかも、位置入力装置の代わりに画像認識装置１３を用いるので、操作者は位置入力装置をいちいち操作して照明照射目標を入力する必要がなく、安価で且つ極めて容易に三次元照明空間における照明照射目標を特定できて、照明器具Ｃからの光を照射目標に正しく照射することが可能となる。
【００７９】
なお、本発明は、上記の実施の形態及び参考例に限定されるものではなく、演算方法や位置入力の方法には多くの変形が可能であり、それらを全て含むものである。
【００８０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、床面に凹凸があるような三次元照明空間における照明照射目標の位置座標を２台の撮像装置にて特定して、照明器具からの光を照射目標に正しく照射することが可能となる、優れる自動追尾照明装置を提供できるという効果を奏する。
【００８１】
請求項２記載の発明によれば、操作者が各々の映像表示装置の表示映像上で、照明照射目標の指定位置を正確に入力するとこができなかった場合でも、照明照射目標の位置座標に近い位置座標を指定することができ、照明照射目標の近辺に照明器具の光を照射することが可能となる、優れる自動追尾照明装置を提供できるという効果を奏する。
【００８４】
請求項３記載の発明によれば、撮像装置を１台設置するのみでよいので、施工性が向上するとともに安価に構成でき、三次元照明空間における照明照射目標の位置座標を正しく認識し、照明器具からの光を照射目標に正しく照射することが可能となる、優れる自動追尾照明装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の自動追尾照明装置の概要を示す説明図である。
【図２】上記装置の映像表示装置と位置入力装置とを示す説明図である。
【図３】上記装置の照明空間における撮像装置の撮像方向と照明照射目標の位置座標との関係を示す説明図である。
【図４】上記装置の照明空間と映像表示装置の表示映像との関係を示す説明図である。
【図５】上記装置の照明空間における照明照射目標の位置座標を演算する座標特定装置の処理を示す説明図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の自動追尾照明装置の、座標特定装置の特定する二本の直線が交わらない場合の処理を示す説明図である。
【図７】本発明に係る第１の参考例の自動追尾照明装置の、撮像装置の位置関係
を示す上から見た平面図である。
【図８】上記装置の映像表示装置を示す説明図である。
【図９】本発明に係る第３の実施の形態の自動追尾照明装置の概要を示す説明図
である。
【図１０】上記装置の映像表示装置と位置入力装置とを示す説明図である。
【図１１】上記装置の照明空間における撮像装置の撮像方向と照明照射目標の位置座標との関係を示す説明図である。
【図１２】本発明に係る第２の参考例の自動追尾照明装置の概要を示す説明図で
ある。
【図１３】上記装置の映像表示装置と高さ入力装置とを示す説明図である。
【図１４】上記装置の照明空間における撮像装置の撮像方向と照明照射目標の位置座標との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 第１の撮像方向駆動装置
１０ 映像表示装置
１０a 第１の映像
１１ 位置入力装置
１２ 高さ入力装置
１３ 画像認識装置
２ 第２の撮像方向駆動装置
２０ 映像表示装置
２０b 第２の映像
２１ 位置入力装置
３ 照射方向駆動装置
４ 座標特定装置
Ａ 第１の撮像装置
Ｂ 第２の撮像装置
Ｃ 照明器具
ＬA 第１の映像による指示方向の直線
ＬB 第２の映像による指示方向の直線
Ｌpa パン軸
Ｌta チルト軸
Ｌpb パン軸
Ｌtb チルト軸
ＬV 交差直線
ｌA 第１の直線
Ｍ 照明照射目標
Ｏa 第１の映像の原点
Ｏb 第２の映像の原点
Ｐa 第１の点
Ｐb 第２の点
Ｐm 照明照射目標の位置座標
【発明の属する技術分野】
本発明は、宴会場やホール、舞台などの会場において、出演者などの照射目標を自動的に追尾して投光照明する自動追尾照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動追尾照明装置において照射目標の位置座標を指定する場合、１台のテレビカメラなどの撮像装置で捉えた照明空間の映像上で、何らかの指示手段にて照射目標の写っている点を特定する方法をとっている。また、自動追尾を開始するときには、照明器具の照射方向が照射目標の方に向くように制御する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の自動追尾照明装置によると、照明照射目標となる人物などを１台の撮像装置で捉えているために、撮像面上の平面的な位置しか認識できず、撮像装置から見たときの照射目標の方向は判るものの、三次元位置座標を正しく認識することは不可能であり、特に高さ方向に変化のある照明空間では照明照射目標の位置座標を正しく認識することは難しく、照明器具からの光を正しく照明照射目標に照射できないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、撮像装置で捉えた映像上に写っている照明照射目標の位置を、人手による位置入力装置あるいは自動の画像認識装置にて特定し、照明照射目標の三次元照明空間での三次元位置座標を正しく認識して、照明器具の光を照明照射目標に正しく照射できる、使い勝手の良い自動追尾照明装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題点を解決するため、請求項１記載の自動追尾照明装置にあっては、光を照射する照明器具と、該照明器具をパン軸およびチルト軸を回動軸にして回動する照射方向駆動装置と、照射目標を撮像して撮像領域の映像信号を出力する第１と第２の撮像装置と、第１と第２の撮像装置をパン軸およびチルト軸を回動軸にして回動する第１と第２の撮像方向駆動装置と、第１と第２の撮像装置からの映像信号を受けて第１と第２の映像を表示する映像表示装置と、第１の表示映像上の第１の点と第２の表示映像上の第２の点とを指定する位置入力装置と、位置入力装置にて入力する第１の点指定位置と第２の点指定位置とを以って三次元照明空間における照明照射目標の位置座標を演算する座標特定装置と、を備える自動追尾照明装置であって、第１の点指定位置と第１の表示映像の原点位置との相対距離と、第２の点指定位置と第２の表示映像の原点位置との相対距離とから、各々の指示方向の直線を求め、これらの直線の交点を三次元照明空間における照明照射目標の位置座標であると特定して、該交点位置座標を前記照明器具からの光で照射するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の自動追尾照明装置にあっては、前記直線が交わらない場合、直線間の距離が最短となる線分上の点を三次元照明空間の照明照射目標の位置座標であると特定して、該線分上の点を前記照明器具からの光で照射するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の自動追尾照明装置にあっては、光を照射する照明器具と、該照明器具をパン軸およびチルト軸を回動軸にして回動する照射方向駆動装置と、照射目標を撮像して撮像領域の映像信号を出力する撮像装置と、撮像装置をパン軸およびチルト軸を回動軸にして回動する撮像方向駆動装置と、撮像装置からの映像信号を受けて映像を表示する映像表示装置と、映像表示装置の表示映像上の点を指定する位置入力装置と、照明照射目標の位置座標の高さを指定する高さ入力装置と、位置入力装置と高さ入力装置とを以って入力した三次元照明空間における照明照射目標の位置座標を演算する座標特定装置と、を備える自動追尾照明装置であって、位置入力装置によって指定した表示映像上の指定位置と表示映像の原点位置との相対距離から指示方向の直線を求め、該直線と高さ入力装置によって指定した高さの平面との交点を三次元照明空間の照明照射目標の位置座標であると特定して、該交点位置座標を前記照明器具からの光で照射するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る自動追尾照明装置の第１の実施の形態を図１〜図５に基づいて、第２の実施の形態を図６に基づいて、第１の参考例を図７および図８基づいて、第３の実施の形態を図９〜図１１に基づいて、第２の参考例を図１２〜図１４に基づいて、それぞれ詳細に説明する。
【００１３】
〔第１の実施の形態〕
この第１の実施の形態の自動追尾照明装置は、請求項１記載の自動追尾照明装置に対応している。
【００１４】
図１は自動追尾照明装置の概要を示す説明図、図２は自動追尾照明装置の映像表示装置と位置入力装置とを示す説明図である。図３は照明空間における撮像装置の撮像方向と照明照射目標の位置座標との関係を示す説明図であり、図３（ａ）は上側から見た平面図、図３（ｂ）は側面図である。図４は照明空間と映像表示装置の表示映像との関係を示す説明図であり、図４（ａ）は照明空間と撮像装置の撮像面との関係を示し、図４（ｂ）は撮像装置の撮像面と映像表示装置の表示映像との関係を示している。図５は照明空間における照明照射目標の位置座標を演算する座標特定装置の処理を示す説明図であり、図５（ａ）は上側から見た平面図、図５（ｂ）は側面図である。
【００１５】
図１に示すように、自動追尾照明装置は、第１の撮像装置に相当するカメラＡと、第２の撮像装置に相当するカメラＢと、照明器具Ｃと、第１の撮像方向駆動装置１と、第２の撮像方向駆動装置２と、照射方向駆動装置３と、映像表示装置１０と、映像表示装置２０と、位置入力装置１１と、位置入力装置２１と、座標特定装置４とを備える。
【００１６】
カメラＡ，Ｂは、それぞれテレビカメラのようなものであり、撮像軸Ｌa ，Ｌb を画角中心に撮像して、この撮像した映像を映像信号にして出力する。照明器具Ｃは、出演者などの照明照射目標Ｍに、光源からの光をビーム状に照射する。撮像方向駆動装置１は、座標特定装置４からの指示に基づいて、パン軸Ｌpaとチルト軸Ｌtaとをそれぞれ回動軸に回動して、カメラＡの撮像軸Ｌa すなわち撮像方向を三次元照明空間で可変する。撮像方向駆動装置２は、座標特定装置４からの指示に基づいて、パン軸Ｌpbとチルト軸Ｌtbとをそれぞれ回動軸に回動して、カメラＢの撮像軸Ｌb すなわち撮像方向を三次元照明空間で可変する。照射方向駆動装置３は、座標特定装置４からの指示に基づいて、パン軸Ｌpcとチルト軸Ｌtcとをそれぞれ回動軸に回動して、照明器具Ｃの投光方向すなわち照射方向を三次元照明空間で可変する。
【００１７】
映像表示装置１０は、液晶画像表示素子などから構成されて、カメラＡからの映像信号を受けてカメラＡの撮像した第１の映像に相当する映像１０a を表示する。映像表示装置２０は、液晶画像表示素子などから構成されて、カメラＢからの映像信号を受けてカメラＢの撮像した第２の映像に相当する映像２０b を表示する。なお、映像表示装置１０と映像表示装置２０とは、別々の２台の装置であっても良いが、１台の装置で、例えばカメラＡの撮像する映像は左側に、カメラＢの撮像する映像は右側にというように、ふたつの映像を一つの画面中に同時に映し出すものであっても良い。
【００１８】
位置入力装置１１は、カメラＡの撮像する映像であるところの、映像表示装置１０の表示する表示映像上に、マウスのカーソルなどにて第１の点指定位置として平面位置座標を一点指定入力できるようにされている。位置入力装置２１は、カメラＢの撮像する映像であるところの、映像表示装置２０の表示する表示映像上に、マウスのカーソルなどにて第２の点指定位置として平面位置座標を一点指定入力できるようにされている。
【００１９】
なお、映像表示装置１０，２０をタッチパネル付の映像表示装置などにて構成して、タッチパネルをマウスのカーソルに代えても良い。また、位置入力装置１１と位置入力装置２１とは、別々の２台の装置であっても良いが、一つの画像中にカメラＡの撮像する映像とカメラＢの撮像する映像とを同時に表示するような場合などにあっては、１台の位置入力装置から第１の点指定位置と第２の点指定位置とを入力するようにしても良い。
【００２０】
座標特定装置４は、現在の、カメラＡ，Ｂのそれぞれの撮像軸Ｌa ，Ｌb の方向と照明器具Ｃの照射軸（図示せず）の方向とを把握しており、位置入力装置１１，２１により入力したそれぞれの平面位置座標から、三次元照明空間における照明照射目標の位置座標Ｐm を演算により求めるとともに、照明器具Ｃの照射軸（図示せず）およびカメラＡ，Ｂの撮像軸Ｌa ，Ｌb を位置座標Ｐm に向けるための制御指示を、撮像方向駆動装置１，２と照射方向駆動装置３とにそれぞれ与える。
【００２１】
次に、座標特定装置４の演算処理を説明する。図２に示すように、映像表示装置１０はカメラＡで捉えた映像を表示する。映像表示装置２０はカメラＢで捉えた映像を表示する。そこで、自動追尾照明装置の操作者は、映像表示装置１０，２０を見ながら位置入力装置１１，２１を操作して、例えば照明照射目標Ｍの指定位置としての、第１の点Ｐa を映像表示装置１０の映像１０a に入力し、第２の点Ｐb を映像表示装置２０の映像２０b に入力する。
【００２２】
このとき、照明照射目標の位置座標Ｐm とカメラＡ，Ｂとの間には、図３に示す関係がある。なお、図３において、θa ，φa はカメラＡの現在の撮像軸Ｌa のパン角とチルト角とを、θb ，φb はカメラＢの現在の撮像軸Ｌa のパン角とチルト角とを表している。また、図２において、位置入力装置１１による指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）は映像表示装置１０の映像１０a の中心である原点Ｏa に対する映像上の変位を表し、位置入力装置２１による指定位置Ｐb （Δｘb,Δｙb ）は映像表示装置２０の映像２０b の中心である原点Ｏb に対する映像上の変位を表す。
【００２３】
ところで、三次元照明空間と映像表示装置１０，２０の表示する各々の映像との間には、図４に示す関係がある。すなわち、指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）に対応する位置のカメラＡの撮像面中心からのｘ方向のずれ距離をｎx 、指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）に対応する方向のカメラＡの撮像軸Ｌa に対するパン方向のずれ角をΔθa 、カメラＡのレンズＡL の焦点距離をｆ、映像表示装置１０の映像１０a の中心である原点Ｏa に対する指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）の映像上のｘ方向のずれ距離をΔｘa 、カメラＡの撮像面に対する映像表示装置１０の表示映像のｘ方向の拡大率をＫx とすると数１の関係が成り立つ。
【００２４】
【数１】
従って、数１の関係から、指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）に対応する方向のパン方向のずれ角Δθa は、数２によって特定できる。
【００２６】
【数２】
ここで、焦点距離ｆはカメラＡのレンズＡL により決定する定数であり、拡大率Ｋx は映像表示装置１０の画面上に表示する映像のサイズにより決定する定数であるので、パン方向のずれ角Δθa は既知となる。
【００２８】
同様に、映像表示装置１０の映像１０a の中心である原点Ｏa に対する指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）のｙ方向のずれ距離をΔｙa 、カメラＡの撮像面に対する映像表示装置１０の表示映像のｙ方向の拡大率をＫy 、また、映像表示装置２０の映像２０b の中心である原点Ｏb に対する指定位置Ｐb （Δｘb,Δｙb ）のｘ，ｙ方向の映像上のずれ距離をΔｘb ，Δｙb 、カメラＢの撮像面に対する映像表示装置２０の表示映像のｘ，ｙ方向の拡大率をＫx ，Ｋy とすると、数３の関係が成り立つ。
【００２９】
【数３】
そこで、座標特定装置４は、以上の数２および数３から求まるΔθa ，Δφa ，Δθb ，Δφb と、座標特定装置４自身が把握しているカメラＡ，Ｂの撮像軸Ｌa ，Ｌb の現在の方向とに基づいて、カメラＡのレンズＡL の中心から指定位置Ｐa （Δｘa,Δｙa ）に対応する方向に伸びる直線ＬA の方程式と、カメラＢのレンズの中心から指定位置Ｐb （Δｘb,Δｙb ）に対応する方向に伸びる直線ＬB の方程式とを求め、直線ＬA と直線ＬB との交点を演算することにより、三次元照明空間における照射目標の位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）を特定する。
【００３１】
以下に、直線ＬA ，ＬB の方程式と、その交点の位置座標の演算処理について説明する。ここで、カメラＡの位置座標をＰA （０，０，ｚA ）、カメラＢの位置座標をＰB （ｘB,ｙB,ｚB ）、とすると、直線ＬA の方程式は数４にて、直線ＬB の方程式は数５にて、それぞれ与えられる。
【００３２】
【数４】
【数５】
なお、ｒとｓとはそれぞれ媒介変数である。また、カメラＡ，Ｂの位置座標ＰA （０，０，ｚA ）, ＰB （ｘB,ｙB,ｚB ）は、自動追尾照明装置の設置時に初期設定により入力される既知の値である。
【００３５】
ここで、求めたい位置座標をＰm （ｘm,ｙm,ｚm ）とすると、直線ＬA ，ＬB の交点が求めたい位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）であるから、数４と数５とにおいて、ｘ，ｙ，ｚの値を等しいとおいて方程式を解く。すると、位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）は数６のように求めることができる。
【００３６】
【数６】
そこで、座標特定装置４は、数６の演算処理を行い位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）を求め、照明器具Ｃの照射軸およびカメラＡ，Ｂの撮像軸Ｌa ，Ｌb を位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）に向けるための制御指示を、撮像方向駆動装置１，２と照射方向駆動装置３とにそれぞれ与える。そして、自動追尾照明装置は、照明器具Ｃからの光を照射目標に正しく照射することが可能となる。
【００３８】
〔第２の実施の形態〕
この第２の実施の形態の自動追尾照明装置は、請求項２記載の自動追尾照明装置に対応している。図６は自動追尾照明装置の座標特定装置の特定する二本の直線が交わらない場合の処理を示す説明図である。
【００３９】
ところで、前述した第１の実施の形態の自動追尾照明装置にあっては、操作者は、映像表示装置１０，２０を見ながら位置入力装置１１，２１を操作して、例えば照明照射目標Ｍの指定位置（例えば出演者の頭頂）Ｐa ，Ｐb を、映像表示装置１０，２０のそれぞれの映像１０a ，２０b 上の点として入力する。そして、座標特定装置４は、この点Ｐa ，Ｐb の指定位置に基づいて二本の直線ＬA ，ＬB の方程式を得ている。そのために点Ｐa の指定位置と点Ｐb の指定位置との入力が正確でないと、直線ＬA ，ＬB の交点が存在しないことになる。
【００４０】
そこで、この第２の実施の形態の自動追尾照明装置にあっては、二本の直線ＬA ，ＬB の方程式に交点が存在しない場合、この二本の直線ＬA ，ＬB の距離が最短となる、直線ＬA ，ＬB 上の点Ｑa と点Ｑb との中点Ｑp を、三次元照明空間における指定された照射目標の位置座標として特定するようにしている。
【００４１】
以下に、二本の直線ＬA ，ＬB に交点が存在しない場合の、座標特定装置４の演算処理を説明する。第１の実施の形態で説明した数４と数５とで特定した二本の直線ＬA ，ＬB に、図６に示すように交点が存在しない場合、二本の直線ＬA ，ＬB が最短距離になる、直線ＬA 上の位置座標Ｑa （ｘa,ｙa,ｚa ）と直線ＬB 上の位置座標Ｑb （ｘb,ｙb,ｚb ）とを結ぶ直線ＬQ の方程式は、直線ＬA と直線ＬB とにそれぞれ直交するという条件から簡単に求めることができる。
【００４２】
つまり、直線ＬA,ＬQ を表す方程式から交点位置座標Ｑa （ｘa,ｙa,ｚa ）を求めるとともに、直線ＬB,ＬQ を表す方程式から交点位置座標Ｑb （ｘb,ｙb,ｚb ）を求めた上で、交点位置座標Ｑa と交点位置座標Ｑb との中点Ｑp （ｘp,ｙp,ｚp ）を数７により求めて、この中点Ｑp （ｘp,ｙp,ｚp ）を三次元照明空間の指定された照射目標の位置座標として求めることができる。
【００４３】
【数７】
そこで、自動追尾照明装置の座標特定装置４は、数７の演算処理を行って、点Ｑa と点Ｑb との中点の位置座標Ｑp （ｘp,ｙp,ｚp ）を求めた上で、照明器具Ｃの照射軸およびカメラＡ，Ｂの撮像軸Ｌa ，Ｌb を位置座標Ｑp （ｘp,ｙp,ｚp ）に向けるための制御指示を、撮像方向駆動装置１，２と照射方向駆動装置３とにそれぞれ与える。そして、自動追尾照明装置は、照明器具Ｃからの光を照射目標の近辺に正しく照射することが可能となる。
【００４５】
〔第１の参考例〕図７は第１の参考例の自動追尾照明装置の撮像装置の位置関係を示す上から見た平面図、図８は第１の参考例の自動追尾照明装置の映像表示装置を示す説明図である。
【００４６】
この第１の参考例の自動追尾照明装置は、座標特定装置４の特定する二本の直線ＬA ，ＬB が交わらない事態を回避するために、予めカメラＡ，Ｂを図７に示すように概ね撮像軸Ｌa,Ｌb が９０度の関係になるように設置する。また、カメラＢには照明空間全体を撮像できるような広画角のカメラを用いて固定する。そして、操作者は、先ず位置入力装置１１を操作して、映像表示装置１０の表示する表示映像１０a 上に、図８に示すように照明照射目標としたい指定位置に点Ｐa を入力する。
【００４７】
すると、映像表示装置２０は、現在のカメラＡの撮像軸Ｌa の方向と、先程入力した点Ｐa の指定位置の映像表示装置１０の映像中心である原点Ｏa からのずれ距離とから、三次元照明空間におけるカメラＡのレンズ中心から指定位置Ｐa に対応する方向へ伸びる直線ＬA を求めて、表示映像２０b 上に仮想直線ｌA として映し出す。
【００４８】
そこで、操作者は、位置入力装置２１を操作して、映像表示装置２０の表示映像２０b 上に表示される交差直線に相当する垂直線ＬV を水平方向（ｘ方向）に平行移動させて、仮想直線ｌA と垂直線ＬV との交点を以って、映像表示装置２０の表示映像２０b 上における仮想直線ｌA 上の任意の点を指定し入力することによって、三次元照明空間での照明照射目標の位置座標Ｐm を特定する。
【００４９】
従って、上述の自動追尾照明装置にあっては、操作性が向上して、操作者は、位置入力装置２１からの入力を素早く正確に行うことができるようになる。また、位置入力装置１１を操作して映像表示装置１０の表示映像１０a 上で入力する指定位置Ｐa から座標特定装置４が特定する直線ＬA と、位置入力装置２１を操作して映像表示装置２０の表示映像２０b 上で入力する指定位置Ｐb から座標特定装置４が特定する直線ＬB とは、必ず交点が存在するようになり、三次元照明空間における照明照射目標の座標位置を精度良く正しく認識することができ、照明器具Ｃからの光を照射目標に精度良く正しく照射することが可能となる。なお、垂直線ＬV の代わりに水平線を用いても良い。
【００５０】
〔第３の実施の形態〕この第３の実施の形態の自動追尾照明装置は、請求項３記載の自動追尾照明装置に対応している。図９は自動追尾照明装置の概要を示す説明図、図１０は自動追尾照明装置の映像表示装置と位置入力装置とを示す説明図、図１１は照明空間における撮像装置の撮像方向と照明照射目標の位置座標との関係を示す説明図である。なお、図９〜図１１において、第１の実施の形態の自動追尾照明装置と同等の箇所には同じ符号を付してある。
【００５１】
この自動追尾照明装置が、第１及び第２の実施の形態と第１の参考例の自動追尾照明装置と異なり特徴となるのは、撮像装置に相当するカメラがカメラＡの１台のみでありながら、三次元照明空間における照明照射目標の座標位置を精度良く正しく認識し、照明器具Ｃからの光を照射目標に精度良く正しく照射することが可能になることである。
【００５２】
この自動追尾照明装置は次のように構成される。すなわち、この自動追尾照明装置は、撮像装置に相当するカメラＡと、照明器具Ｃと、撮像方向駆動装置１と、照射方向駆動装置３と、映像表示装置１０と、位置入力装置１１と、高さ入力装置１２と、座標特定装置４とを備える。
【００５３】
カメラＡは、テレビカメラのようなものであり、撮像軸Ｌa を画角中心に撮像して、この撮像した映像を映像信号にして出力する。照明器具Ｃは、出演者などの照明照射目標Ｍに、光をビーム状にして照射する。撮像方向駆動装置１は、座標特定装置４からの指示に基づいて、パン軸Ｌpaとチルト軸Ｌtaとをそれぞれ回動軸に回動して、カメラＡの撮像軸Ｌa すなわち撮像方向を三次元照明空間で可変する。照射方向駆動装置３は、座標特定装置４からの指示に基づいて、パン軸Ｌpcとチルト軸Ｌtcとをそれぞれ回動軸に回動して、照明器具Ｃの投光方向すなわち照射方向を三次元照明空間で可変する。
【００５４】
映像表示装置１０は、液晶画像表示素子などから構成され、カメラＡからの映像信号を受けてカメラＡの撮像した映像を映像１０a として表示する。位置入力装置１１は、カメラＡの撮像する映像であるところの、映像表示装置１０の表示する表示映像１０a 上に、マウスのカーソルなどにて平面位置座標を一点指定して入力する。高さ入力装置１２は、キーボードから構成して高さを直接数値データとして入力したり、あるいは、マウスなどにより構成して予め設定されている幾つかの高さ数値データを選択したり、あるいは、スクロールバーをマウスなどにより操作することにより入力する。なお、映像表示装置１０をタッチパネル付の映像表示装置などにて構成して、タッチパネルをマウスのカーソルに代えても良い。
【００５５】
座標特定装置４は、現在の、カメラＡの撮像軸Ｌa の方向と照明器具Ｃの照射軸（図示せず）の方向とを把握しており、位置入力装置１１から入力する平面位置座標Ｐa （Δｘa,Δｙa ）と、高さ入力装置１２から入力する三次元照明空間における照明照射目標の位置座標Ｐm の高さｚH とから、三次元照明空間における照明照射目標の位置座標Ｐm を演算により求めて、照明器具Ｃの照射軸およびカメラＡの撮像軸Ｌa を求めた位置座標Ｐm に向ける制御指示を、照射方向駆動装置３と撮像方向駆動装置１とにそれぞれ与える。
【００５６】
次に、座標特定装置４の演算処理を説明する。図１０に示すように、映像表示装置１０にはカメラＡで捉えた映像１０a が表示される。そこで、自動追尾照明装置の操作者は、映像表示装置１０を見ながら位置入力装置１１を操作して、例えば照明照射目標Ｍの指定位置として点Ｐa を、映像表示装置１０の映像１０a 上に入力する。
【００５７】
このとき、カメラＡと照明照射目標Ｍの指定位置Ｐa との間には、図１１に示す関係がある。すなわち、現在の、カメラＡのパン角とチルト角とを各々θa ，φa とする。また、映像表示装置１０の映像中心を原点Ｏa 、位置入力装置１１からの指定位置をＰa （Δｘa,Δｙa ）とする。更に、高さ入力装置１２から入力された高さをｚH とする。また更に、カメラＡの設置されている位置座標をＰA （０，０，ｚA ）、求めたい三次元照明空間における照射目標の位置座標をＰm （ｘm,ｙm,ｚH ）とする。
【００５８】
このとき、三次元照明空間におけるカメラＡのレンズ中心から指定位置Ｐa に対応する方向へ伸びる直線ＬA の方程式は、数４と全く同様に与えられる。そして、三次元照明空間における照射目標の位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）のｚ座標はｚm ＝ｚH と既に与えられているので、数８により媒介変数ｒは特定することができ、数８により特定した媒介変数ｒと数４とから位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）を求めることができる。
【００５９】
【数８】
そこで、座標特定装置４は、数８の演算処理を行った後、数４の演算処理を行い位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）を求め、照明器具Ｃの照射軸およびカメラＡの撮像軸Ｌa を位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）に向ける制御指示を、撮像方向駆動装置１と照射方向駆動装置３とにそれぞれ与える。つまり、上述の自動追尾照明装置によれば、カメラと撮像方向駆動装置と照射方向駆動装置と映像表示装置とは各々１台づつでよく安価で、且つ照明器具Ｃからの光を照射目標に正しく照射することが可能となる。
【００６１】
〔第２の参考例〕図１２は第２の参考例の自動追尾照明装置の概要を示す説明図、図１３は第２の参考例の自動追尾照明装置の映像表示装置と高さ入力装置とを示す説明図である。図１４は照明空間における第２の参考例の撮像装置の撮像方向と照明照射目標の位置座標との関係を示す説明図であり、図１４（ａ）は上側から見た平面図、図１４（ｂ）は側面図である。なお、図１２〜図１４において、第１の実施の形態の自動追尾照明装置と同等の箇所には同じ符号を付してある。
【００６２】
この自動追尾照明装置が、第３の実施の形態の自動追尾照明装置と異なり特徴となるのは、第３の実施の形態の自動追尾照明装置にあっては操作者が映像表示装置１０を見ながら位置入力装置１１を操作していたのに対して、カメラＡからの映像信号を受けて画像処理することにより照明照射目標を抽出し、この抽出した処理画像に基づいて所定データを自動的に取得して座標特定装置４へ入力する画像認識装置１３を設けた構成である。所定データとしては、照明照射目標Ｍの床面接触位置と、照明照射目標の背丈幅とを採用している。
【００６３】
画像認識装置１３は、図１３に示すように、カメラＡで捉えた照明空間の映像から照明照射目標Ｍを画像処理により抽出して、映像表示装置１０の表示映像１０a の原点Ｏa に対する、照明照射目標Ｍの床面と接触する位置すなわち床面接触位置の変位Ｐf （Δｘf,Δｙf ）と、照明照射目標Ｍの背丈幅Δｙとを認識するとともに、床面接触位置の変位Ｐf （Δｘf,Δｙf ）と背丈幅Δｙとから照明照射目標Ｍの頂部の変位Ｐa （Δｘf,Δｙf ＋Δｙ）とを認識して、座標特定装置４へ入力する。
【００６４】
ここで、三次元照明空間の座標を図１４に示すようにとり、カメラＡの位置座標をＰA （０，０，ｚA ）、求めたい三次元照明空間における照射目標Ｍの位置座標をＰm （ｘm,ｙm,ｚm ）とする。
【００６５】
このとき、カメラＡのレンズ中心と照射目標の位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）とを結ぶ直線ＬA の方程式は、数４と全く同様に数９として与えられる。
【００６６】
【数９】
また、カメラＡのレンズ中心と三次元照明空間における照射目標Ｍの床面接触位置Ｐf （ｘf,ｙf,ｚf ）とを結ぶ直線ＬAFの方程式は、数１０として与えられる。
【００６８】
【数１０】
また、パン方向のずれ角Δθa とチルト方向のずれ角Δφa ，Δφafとは、それぞれ数１１として与えられる。
【００７０】
【数１１】
ここで、床面のｚ座標の位置は既知でありｚ＝０とすれば、床面接触位置Ｐf （ｘf,ｙf,ｚf ）の位置座標は、数１２によって与えられる。
【００７２】
【数１２】
従って、床面接触位置Ｐf （ｘf,ｙf,ｚf ）を通りｚ座標軸に平行な直線ＬZ の方程式は、数１３として与えられる。
【００７４】
【数１３】
そして、求める照明照射目標の位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）は、直線ＬA と直線ＬZ との交点であり、数１４として与えられる。しかも、数１４の右辺は全て既知の変数である。
【００７６】
【数１４】
つまり、座標特定装置４は、演算によって位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）を求めることができ、照明器具Ｃの照射軸およびカメラＡの撮像軸Ｌa を位置座標Ｐm （ｘm,ｙm,ｚm ）に向ける制御指示を、撮像方向駆動装置１と照射方向駆動装置３とにそれぞれ与えることができる。
【００７８】
すなわち、上述の自動追尾照明装置によれば、カメラと撮像方向駆動装置と照射方向駆動装置と映像表示装置とは各々１台づつでよく、しかも、位置入力装置の代わりに画像認識装置１３を用いるので、操作者は位置入力装置をいちいち操作して照明照射目標を入力する必要がなく、安価で且つ極めて容易に三次元照明空間における照明照射目標を特定できて、照明器具Ｃからの光を照射目標に正しく照射することが可能となる。
【００７９】
なお、本発明は、上記の実施の形態及び参考例に限定されるものではなく、演算方法や位置入力の方法には多くの変形が可能であり、それらを全て含むものである。
【００８０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、床面に凹凸があるような三次元照明空間における照明照射目標の位置座標を２台の撮像装置にて特定して、照明器具からの光を照射目標に正しく照射することが可能となる、優れる自動追尾照明装置を提供できるという効果を奏する。
【００８１】
請求項２記載の発明によれば、操作者が各々の映像表示装置の表示映像上で、照明照射目標の指定位置を正確に入力するとこができなかった場合でも、照明照射目標の位置座標に近い位置座標を指定することができ、照明照射目標の近辺に照明器具の光を照射することが可能となる、優れる自動追尾照明装置を提供できるという効果を奏する。
【００８４】
請求項３記載の発明によれば、撮像装置を１台設置するのみでよいので、施工性が向上するとともに安価に構成でき、三次元照明空間における照明照射目標の位置座標を正しく認識し、照明器具からの光を照射目標に正しく照射することが可能となる、優れる自動追尾照明装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の自動追尾照明装置の概要を示す説明図である。
【図２】上記装置の映像表示装置と位置入力装置とを示す説明図である。
【図３】上記装置の照明空間における撮像装置の撮像方向と照明照射目標の位置座標との関係を示す説明図である。
【図４】上記装置の照明空間と映像表示装置の表示映像との関係を示す説明図である。
【図５】上記装置の照明空間における照明照射目標の位置座標を演算する座標特定装置の処理を示す説明図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の自動追尾照明装置の、座標特定装置の特定する二本の直線が交わらない場合の処理を示す説明図である。
【図７】本発明に係る第１の参考例の自動追尾照明装置の、撮像装置の位置関係
を示す上から見た平面図である。
【図８】上記装置の映像表示装置を示す説明図である。
【図９】本発明に係る第３の実施の形態の自動追尾照明装置の概要を示す説明図
である。
【図１０】上記装置の映像表示装置と位置入力装置とを示す説明図である。
【図１１】上記装置の照明空間における撮像装置の撮像方向と照明照射目標の位置座標との関係を示す説明図である。
【図１２】本発明に係る第２の参考例の自動追尾照明装置の概要を示す説明図で
ある。
【図１３】上記装置の映像表示装置と高さ入力装置とを示す説明図である。
【図１４】上記装置の照明空間における撮像装置の撮像方向と照明照射目標の位置座標との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 第１の撮像方向駆動装置
１０ 映像表示装置
１０a 第１の映像
１１ 位置入力装置
１２ 高さ入力装置
１３ 画像認識装置
２ 第２の撮像方向駆動装置
２０ 映像表示装置
２０b 第２の映像
２１ 位置入力装置
３ 照射方向駆動装置
４ 座標特定装置
Ａ 第１の撮像装置
Ｂ 第２の撮像装置
Ｃ 照明器具
ＬA 第１の映像による指示方向の直線
ＬB 第２の映像による指示方向の直線
Ｌpa パン軸
Ｌta チルト軸
Ｌpb パン軸
Ｌtb チルト軸
ＬV 交差直線
ｌA 第１の直線
Ｍ 照明照射目標
Ｏa 第１の映像の原点
Ｏb 第２の映像の原点
Ｐa 第１の点
Ｐb 第２の点
Ｐm 照明照射目標の位置座標
Claims (3)
- 光を照射する照明器具と、該照明器具をパン軸およびチルト軸を回動軸にして回動する照射方向駆動装置と、照射目標を撮像して撮像領域の映像信号を出力する第１と第２の撮像装置と、第１と第２の撮像装置をパン軸およびチルト軸を回動軸にして回動する第１と第２の撮像方向駆動装置と、第１と第２の撮像装置からの映像信号を受けて第１と第２の映像を表示する映像表示装置と、第１の表示映像上の第１の点と第２の表示映像上の第２の点とを指定する位置入力装置と、位置入力装置にて入力する第１の点指定位置と第２の点指定位置とを以って三次元照明空間における照明照射目標の位置座標を演算する座標特定装置と、を備える自動追尾照明装置であって、第１の点指定位置と第１の表示映像の原点位置との相対距離と、第２の点指定位置と第２の表示映像の原点位置との相対距離とから、各々の指示方向の直線を求め、これらの直線の交点を三次元照明空間における照明照射目標の位置座標であると特定して、該交点位置座標を前記照明器具からの光で照射するようにしたことを特徴とする自動追尾照明装置。
- 前記直線が交わらない場合、直線間の距離が最短となる線分上の点を三次元照明空間の照明照射目標の位置座標であると特定して、該線分上の点を前記照明器具からの光で照射するようにしたことを特徴とする請求項１記載の自動追尾照明装置。
- 光を照射する照明器具と、該照明器具をパン軸およびチルト軸を回動軸にして回動する照射方向駆動装置と、照射目標を撮像して撮像領域の映像信号を出力する撮像装置と、撮像装置をパン軸およびチルト軸を回動軸にして回動する撮像方向駆動装置と、撮像装置からの映像信号を受けて映像を表示する映像表示装置と、映像表示装置の表示映像上の点を指定する位置入力装置と、照明照射目標の位置座標の高さを指定する高さ入力装置と、位置入力装置と高さ入力装置とを以って入力した三次元照明空間における照明照射目標の位置座標を演算する座標特定装置と、を備える自動追尾照明装置であって、位置入力装置によって指定した表示映像上の指定位置と表示映像の原点位置との相対距離から指示方向の直線を求め、該直線と高さ入力装置によって指定した高さの平面との交点を三次元照明空間の照明照射目標の位置座標であると特定して、該交点位置座標を前記照明器具からの光で照射するようにしたことを特徴とする自動追尾照明装置。
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