JP3938932B2 - カメラガイド機構 - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前提部に記載の機構に関する。具体的には、本発明は、カメラを用いて目標物、たとえばレース中の車両や、航空ショーにおける航空機などのクローズアップ映像を捕らえるための機構に関する。
自動車レースや航空ショーなどをテレビ中継する場合、視聴者に、レースやショー等に自分が参加しているような感覚を与えることが重要である。このためには、複数のカメラを用い、レースや航空ショーにおいて最も注目を集めている車両や航空機の息を呑むようなクローズアップの映像を捕らえなければならない。もしクローズアップ映像を捕らえようとする飛行機、自動車などの目標物が、固定のカメラから遠く離れているような場合は、この目標物自体にカメラを搭載して、少なくともこの目標物の一部のクローズアップを捕らえるという手法も採用される。こうして複数のカメラで捕らえられた映像の内、最も興味を引きそうな映像が次々に選ばれ、放映される。
このようなレースやショーにおいては、レース中の車両や航空機などの目標物を追跡する物体にカメラを設けたり、目標物自体にカメラを搭載することがよくある。例えば自転車レースの場合、選手の自転車に伴走するオートバイに搭載したカメラで各選手のクローズアップの映像を撮影する。またヨットレースの場合は、ヨットのクローズアップ映像を撮るために、カメラをマストの先端に取り付けたりする。目標物のクローズアップ映像を撮るのが最も難しいのは、航空ショーや飛行機レースなどの場合である。このような場合、ショーやレースに参加している航空機は非常に高速で三次元的に移動するため、人間が操作するカメラでこれらの航空機を見失わないように追いかけるのは至難の業である。
そこでこのように高速で移動している物体の鮮明なクローズアップ映像を捕らえるためには、目標物の近くを目標物とともに移動するカメラを無人で自動的に制御できる機構が必要となる。
本発明の目的は、請求項１の特徴部に記載の手段を用いて上記問題を解決することである。
移動している物体の位置を検出するための様々な機構が公知である。たとえば、そのような装置はヨーロッパ特許出願Ｎｏ．９２３０３３７２．４や９２３０３３７３．２等に開示されている。しかしこれらの装置は、移動物体の位置を検出することしかできず、向きや姿勢を検出することはできない。
アメリカ特許Ｎｏ．５１３０９３４は、ビデオ映像を利用して移動物体の位置を推定する機構を開示している。イギリス特許出願Ｎｏ．ＧＢ２２１３３３９は、目標物の相対位置を検出するために、ＧＰＳ受信機を用いることを開示している。
本発明の高効率の目標追跡装置を用いることによって、これまでのように人間がカメラを操作して撮影対象物を追跡する必要がなくなった。すなわちこの追跡装置には、撮影対象物から連続的に対象物の位置と姿勢に関する情報が送信手段を介して入力されており、この情報を撮影対象物に伴走するカメラ搭載ユニットに送り、この情報に基づきカメラ搭載ユニットに搭載したカメラを自動的に撮影対象物に向け、撮影対象物がカメラのファインダーの視野から外れないようにしている。
カメラ搭載ユニットには複数のカメラが搭載されており、各カメラは個別に向き調整装置を備え、各向き調整装置には各カメラに割り当てられた目標物の位置に関する情報が入力される。したがってこれら複数のカメラで複数の目標物を同時に撮影して、これらの内で最も望ましいものを選択して放映することができる。
本発明の一つの実施例では、受信局は、上記カメラ搭載ユニット上に設けられ、この受信局でカメラで捕らえたビデオ信号を、たとえば昔からある１６ｍｍフィルム、あるいは消去可能なビデオテープに記録する。
第２の実施例では、受信局はカメラ搭載ユニットとは別の場所に設けてあり、この受信局で複数のカメラで撮影された複数の映像を順次切り換えて放映することができる。
本発明の別の実施例では、各撮影対象物は、同時にカメラ搭載ユニットとしての機能も持っている。したがって特定の撮影対象物を撮影するのに最も適した別の撮影対象物兼カメラ搭載ユニットを選んで、前記特定の撮影対象を撮影することができる。この実施例では、全ての撮影対象物兼カメラ搭載ユニットの位置および姿勢に関する情報が、伝達手段を介して他の撮影対象物兼カメラ搭載ユニットの情報処理手段に送られる。撮影対象物の姿勢に関する情報は、常にカメラの向きの調整のために使われる訳ではない。しかしこの撮影対象物を、後でカメラ搭載ユニットとして用いる場合、あるいは伝達手段の効率が一次的に低下したため、情報の推定を行わなければならない場合などに、上記情報が必要になる。
また通常地上にある受信局がレースやショーが行われている場所から離れている場合は、一つ以上の中継局を経由してビデオ信号を送信するようにしている。このような中継局はカメラ搭載ユニットのカメラからのビデオ信号を受信局に送信するためのアンテナを備えている。この場合、情報処理手段に入力される中継局の位置に関する情報に基づき、中継局のアンテナは最も信号伝送効率が高い方向に向けられる。
また別の実施例では、撮影対象物の位置および姿勢に関する情報は、グローバル測位システムに入力される。この装置は、ＮＡＶＳＴＡＲ／ＧＰＳあるいはＧＬＯＮＡＳＳという名前で知られており、たとえばヨーロッパ特許出願Ｎｏ．９２３１０８３２．８やイギリス特許出願Ｎｏ．８８２７２５７等に開示されている。
さらに別の実施例では、撮影対象物、カメラ搭載ユニット、中継局（以降「移動物体」）のグローバル測位システムに、慣性航法装置を設けている。各慣性航法装置は、ジャイロスコープに連結された、それぞれＯｘ，Ｏｙ，Ｏｚ座標をカバーする三組の加速度計を備えている。この慣性航法装置は、たとえば人工衛星と前記移動物体のグローバル測位システム間のデータ送信の効率が低下したり、他の移動物体が両者の間に割り込んでデータ送信が完全に遮断されてしまった場合などに役に立つ。本発明で実際に使われるグローバル測位システムのサイクル時間は通常１秒なので、人工衛星と移動物体間の送信が遮断されている時間は最長３、４秒に達し得る。上記の慣性航法装置を設けることによって、このように送信が遮断されている間、すなわち最後に移動物体の位置および姿勢に関する情報を受け取ってから、送信が再開されるまでの間の、移動物体の位置および姿勢を推定することができる。
カメラ搭載ユニットに対する撮影対象物の相対位置は、撮影対象物のグローバル測位ベクトルからカメラ搭載ユニットのグローバル測位ベクトルを減算して得られたベクトルを、カメラ搭載ユニットの座標系に投影することによって得られる。このようなデータは、三角法により移動物体の姿勢を検出するグローバル測位システム、すなわちＤ−ＧＰＳによって得られる。そのようなグローバル測位システムは、イギリス特許出願Ｎｏ．９００４４３３．０に開示されている。
また本発明の実施例では、各カメラは向き調整装置によって全方向に向けることができる。
一つのカメラ搭載ユニットのカメラで一つの移動物体のみを撮影する実施例の場合、撮影対象物は位置のみを検出すれば十分であり、その姿勢まで検出する必要はない。しかしカメラ搭載ユニットおよび移動中継局については、カメラとアンテナの向きを正確に決めるために、姿勢を検出する必要がある。したがって、カメラ搭載ユニットおよび移動中継局のそれぞれには、位置検出用グローバル測位システムを一個と、姿勢検出用のグローバル測位システムを少なくとも２個設ける必要がある。
本発明の機構は、航空機などのショーやレースの中継放送に用いるのに特に適している。この場合、各移動物体は撮影対象物であると同時に、カメラ搭載ユニットとしての機能も持っているため、カメラ搭載ユニットとして使ってきたものを撮影対象にしたり、その逆の切換えが簡単にできる。
上記以外の本発明の実施例は請求の範囲に記載されている。すなわち、本発明は、前記カメラ搭載ユニットに複数のカメラが設けられており、そのカメラ搭載ユニットは自動車レースのサーキットに位置し、前記撮影対象物は車両であり、前記複数のカメラは、前記車両のクローズアップ映像を捕らえるズームアップ機能付きのものである構成や、前記カメラ搭載ユニットが航空機であり、前記撮影対象物が地上を走る車両である構成にすることができる。
次に添付の図面に基づいて本発明をより詳細に説明する。図面において：図１は、２機の航空機と、中継用航空機と、３機のグローバル測位検出用衛星と、地上のビデオ信号受信局と、交信用地上局を概略的に示す図、
図２は、３機の人工衛星とグローバル測位システム（以降ＧＰＳと略記する）とによって、各移動物体の姿勢を検出する方法を概略的に示す図、
図３は、カメラ搭載ユニットとしての航空機によって撮影された、撮影対象物としての航空機のビデオ映像信号を送信する経路を示す図、
図４は、３機の航空機と地上局間の交信手段の作用を概略的に示す図である。
図１は、近くを飛行している航空機の搭乗者から見た場合の２機の航空機４、５を示している。また図１には、３機のグローバル測位把握衛星１、２、３も示されている。但し実際のガイド機構においては、通常もっと多くの人工衛星が用いられる。航空機４、５からのビデオ信号は、中継用航空機６を経由して地上の受信機８に送信される。また中継用航空機６を介して航空機４、５と地上の交信基地７との間で交信が可能である。航空機４、５の内、どちらかが撮影対象となり、他方が撮影対象機を撮影するためのカメラを搭載した撮影機として用いられる。また各航空機が撮影対象であると同時に、別の撮影対象機の撮影機としての役目を果たすこともある。したがって撮影情報処理手段（図示省略）は、全ての航空機４、５、６、交信基地７、受信機８に設けられている。
図２は、航空機４、５、６のそれぞれに設けられた（少なくとも）３つのＧＰＳ受信機９、１０、１１を示している。この受信機への入力信号に基づき、撮影情報処理手段は、航空機の位置と姿勢を検出する。通常、ＧＰＳの誤差は３０−１００ｍ程度である。しかし、本発明の場合のように、各衛星で複数の地点の相対的な距離を測定する場合の誤差はもっとずっと小さい。また図示の例のように複数の人工衛星を使うことによって、一つだけの場合に比べさらに誤差を小さくできる。（それ自体は従来から公知である）撮影情報処理手段によって、３つの受信機９、１０、１１のグローバル測位ベクトル、そのオイラー角、および位置ベクトルの変化を検出することができる。
図３は、カメラ１６によって撮影された撮影対象機４のビデオ信号を、点線で示すように、アンテナ１７、１８を介して撮影機５から中継機６に送信し、さらにアンテナ１９を介してテレビモニターを備えた地上受信局８に送信する方法を示している。このようにビデオ信号を送信することができるのは、ＧＰＳ１２，１３によって、カメラ１６を撮影対象機４に正確に向けることができると同時に、ＧＰＳ１３，１４によって、アンテナ１７、１８を互いに正確に対向させ、さらにＧＰＳ１４、１５によって、アンテナ１９を地上受信局８に正確に向けることができるためである。具体的には、上記のようにカメラおよびアンテナの向きを正確に調整する作業は、ＧＰＳからのデータに基づき情報処理手段（図示省略）によって行われる。すなわち情報処理手段は、各ＧＰＳ１２、１３、１４のグローバル測位ベクトルに基づき、各ＧＰＳの相対的な座標位置を求め、これに基づきカメラ、アンテナの向きを調整する。グローバル測位ベクトルというのは、たとえば撮影対象機４の場合、地球の中心とＧＰＳ１２を結ぶベクトルを指している。また撮影機５のグローバル測位ベクトルは、地球の中心とＧＰＳ１３を結ぶベクトルである。情報処理手段は、撮影機５の３つのＧＰＳ９，１０，１１（図２）によって決まる撮影機５の姿勢、およびＧＰＳ１３、１４を結ぶベクトルに基づき、カメラ１６を正確に撮影機４に向けることができる。
図４は、航空機４、５、６と地上局７間で交信を行うための全方向性アンテナ２１、２２、２３を備えた無線装置を示している。このようなアンテナは、ビデオ信号送信用のアンテナとは異なり、（図４の両方向矢印で示すように）互いに対向させる必要はない。上記の全ての航空機およびその他の施設、設備のグローバル測位ベクトルは同一の周波数で送信してもよい。また既存の人工衛星を利用して、カメラを制御するための情報およびその他の関連情報を収集するようにしてもよい。また単一の周波数を用いるために、無線方式のキャリア検知多重アクセス／衝突検出規格（ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ規格８０２．３−１９８５およびＩＳＯ／ＤＩＳ８８０２／３）を用いてもよい。また図４に示す地上制御基地２４では、カメラの選択、撮影する航空機の選択、ズーム制御などを行う。地上制御基地２４で行うこれらの制御は、航空機の情報処理手段からの情報に基づいて行われる。

Claims (9)

1. 少なくとも１台のカメラで少なくとも１つの撮影対象物を撮影し、そのビデオ信号を受信局に送信するためのカメラガイド機構において、
   前記少なくとも１台のカメラを移動している前記撮影対象物に向きを変えられるように支持するカメラ搭載ユニットと、
   前記カメラ搭載ユニットに設けられ、そのカメラ搭載ユニットが支持する前記少なくとも１台のカメラが出力したビデオ信号を前記受信局に送信する手段と、
   前記撮影対象物に設けられた少なくとも１台のグローバルナビゲーション衛星システムの受信機と、
   前記撮影対象物に設けられ、前記少なくとも１台のグローバルナビゲーション衛星システムの受信機への入力信号に基づいてその撮影対象物の地球上の位置を検出する情報処理手段と、
   前記カメラ搭載ユニットに設けられた少なくとも３台のグローバルナビゲーション衛星システムの受信機と、
   前記カメラ搭載ユニットに設けられ、前記少なくとも３台のグローバルナビゲーション衛星システムの受信機への入力信号に基づいてそのカメラ搭載ユニットの地球上の位置及び姿勢を検出する情報処理手段と、
   前記撮影対象物から前記検出されたその撮影対象物の地球上の位置が送信手段を介して入力される追跡手段と、
   前記カメラ搭載ユニットと前記追跡手段の間に設けられ、前記検出されたそのカメラ搭載ユニットの地球上の位置を前記追跡手段に送信する通信手段とを備えており、
   前記追跡手段は、前記そのカメラ搭載ユニットの地球上の位置と地球の中心を結ぶグローバル測位ベクトルを前記その撮影対象物の地球上の位置と地球の中心を結ぶグローバル測位ベクトルから減算し、この減算で得たベクトルをカメラ搭載ユニットの座標系に投影することによりその撮影対象物のそのカメラ搭載ユニットに対する相対位置を求め、前記通信手段を介してその相対位置をそのカメラ搭載ユニットに送信して前記少なくとも１台のカメラをその撮影対象物に向けることを特徴とするカメラガイド機構。
2. 前記受信局が前記カメラ搭載ユニットに設けられており、その受信局は、前記送信されたビデオ信号をフィルムあるいはテープ記録手段に記録する請求項１に記載のカメラガイド機構。
3. 前記カメラ搭載ユニットとは別に設けられた中継局と、
   前記中継局に設けられた少なくとも１台のグローバルナビゲーション衛星システムの受信機と、
   前記中継局に設けられ、前記少なくとも１台のグローバルナビゲーション衛星システムの受信機への入力信号に基づいてその中継局の地球上の位置を検出する情報処理手段と、
   前記中継局と前記追跡手段の間に設けられ、その中継局の処理手段で検出されたその中継局の地球上の位置をその追跡手段に送信する手段と、
   前記カメラ搭載ユニットに前記ビデオ信号の送信用に設けられた送信アンテナと、
   前記中継局に前記ビデオ信号の受信用に設けられた受信アンテナとを備えており、
   前記追跡手段は、前記中継局の位置と前記カメラ搭載ユニットの位置を受け取り、その中継局のアンテナをそのカメラ搭載ユニットに向けるための向きに関する情報を送信することを特徴とする請求項１に記載のカメラガイド機構。
4. 前記少なくとも１台のカメラを移動している前記カメラ搭載ユニットに向きを変えられるように支持する前記撮影対象物と、
   前記撮影対象物に設けられ、そのカメラ搭載ユニットが支持する前記少なくとも１台のカメラが出力したビデオ信号を前記受信局に送信する手段とを備え、
   前記撮影対象物に少なくとも３台の前記グローバルナビゲーション衛星システムの受信機を設け、
   前記撮影対象物の前記情報処理手段は、前記少なくとも３台のグローバルナビゲーション衛星システムの受信機への入力信号に基づいてその撮影対象物の地球上の位置及び姿勢を検出し、
   前記送信手段は、前記検出されたその撮影対象物の地球上の位置及び姿勢が前記追跡手段に入力し、
   前記追跡手段は、前記その撮影対象物の地球上の位置と地球の中心を結ぶグローバル測位ベクトルを前記そのカメラ搭載ユニットの地球上の位置と地球の中心を結ぶグローバル測位ベクトルから減算し、この減算で得たベクトルを撮影対象物の座標系に投影することによりそのカメラ搭載ユニットのその撮影対象物に対する相対位置を求め、前記送信手段を介してその相対位置をその撮影対象物に送信して前記少なくとも１台のカメラをそのカメラ搭載ユニットに向けることを特徴とする請求項１に記載のカメラガイド機構。
5. 前記カメラ搭載ユニット、前記撮影対象物及び前記中継局のそれぞれに設けられたグローバルナビゲーション衛星システムの受信機を慣性航法装置で支持した請求項４に記載のカメラガイド機構。
6. 前記撮影対象物と前記カメラ搭載ユニットが共に航空機である請求項１に記載のカメラガイド機構。
7. 前記カメラ搭載ユニットと前記撮影対象物が移動する物体である請求項１に記載のカメラガイド機構。
8. 前記カメラ搭載ユニットに複数のカメラが設けられており、そのカメラ搭載ユニットは自動車レースのサーキットに位置し、前記撮影対象物は車両であり、前記複数のカメラは、前記車両のクローズアップ映像を捕らえるズームアップ機能付きのものである請求項１に記載のカメラガイド機構。
9. 前記カメラ搭載ユニットが航空機であり、前記撮影対象物が地上を走る車両である請求項１に記載のカメラガイド機構。

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