JP3959363B2 - 画像追尾制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像追尾制御方法に関し、特に相関演算処理を介して、搭載される撮像部の視軸方位を、移動する追尾対象物に対して指向するように自動追尾する追尾雲台に適用して好適な画像追尾制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
追尾運台に適用した従来の画像追尾制御方法としては、本願出願人による特願２００２ー３２９１８０の発明「追尾雲台」がある。図６は、当該追尾雲台の主要部の構成を示すブロック図である。この追尾雲台は、追尾雲台のジンバル構造に装着されて、追尾対象物を捕捉して画像信号１０１を出力する撮像部１と、該追尾対象物に対して、撮像部１の視軸方向を指向するように変更する視軸変更部９と、テンプレート生成回路３、相関演算回路４および動き量演算回路５を含み、撮像部１において取り込まれた画像信号１０１の入力を受けて、視軸変更部９を制御する追尾指令信号１０８を生成する追尾指令生成部２と、操作者による操作１１１を介して駆動指令信号１０２とテンプレート更新指示信号１１２を出力する操作部７と、駆動指令信号１０２と追尾指令信号１０８の入力を受けて両指令信号を加算して出力する加算回路８とを備える。図７は、図６の動き量演算回路５の内部構成を示すブロック図である。図８は、図６の追尾雲台において、追尾対象物を変更する際の動作原理の説明に使用する撮像部１による撮像画面を示す模式図である。
【０００３】
図６において、テンプレート生成回路３は、追尾開始時に、画像信号１０１を受けて、受像画面中心部の追尾対象物の撮像画像を含む領域を、テンプレート画像として保存するとともに、追尾動作状態においては、テンプレート画像信号１０６を相関演算回路４へ出力する。
【０００４】
相関演算回路４は、画像信号１０１の出力画像を探索領域として、該出力画像とテンプレート画像との間の相関演算を行い、テンプレート画像と最も良く適合する領域座標と該領域座標の画面中心からの偏差量１０７を検出し、偏差量１０７を動き量演算回路５へ供給する。動き量演算回路５は、図７に示されるように、積算器１１〜１３、積分器１７、微分器１８および加算器１９により構成されており、偏差量１０７の数量値に対応する追尾指令信号１０８を生成する。追尾指令信号１０８は、加算回路８を経由して視軸変更部９に出力される。これを受けて視軸変更部９は視軸変更信号１１０を出力する。視軸変更信号１１０は、機械出力であり、撮像部１の視軸を制御する。図６の追尾雲台のおける撮像部1の視軸を制御する上述の方法により、画像信号１０１で表される画像において、追尾対象物の画像が画面中心部に保持され、撮像部１の視軸が追尾対象物に対して指向する追尾動作状態が維持される。
【０００５】
この追尾動作状態において、追尾対象を現時点における第１の追尾対象物Ａから第２の追尾対象物Ｂに変更する際には、操作者による手動操作１１１に応じ、操作部７からは撮像部１の視軸方向が第２の追尾対象物Ｂの方向に向くように駆動指令信号１０２が出力される（図８（ａ）の撮像画面２０を参照）。また同時に、操作者による手動操作１１１に応じ、操作部７からテンプレート更新指示信号１１２が出力されて、テンプレート生成回路３に入力される。この状態においては、視軸変更部９に対しては、操作部７より出力される駆動指令信号１０２と、追尾指令生成部２より出力される追尾指令信号１０８が、加算回路８において加算されて複合指令信号１０９として入力される。複合指令信号１０９の入力により、視軸変更部８からは視軸変更信号１１０が出力され、これを受けて撮像部１の視軸は第２の追尾対象物Ｂの方向に移動する。この視軸の移動に対応して、テンプレート生成回路３においては、テンプレート更新指示信号１１２の入力により、撮像画面２０の中心部に位置していたテンプレート３１の座標は固定され、テンプレート画像は入力画像に対応して所定の周期において更新される。テンプレート３１の座標は画面中心部に保持されたままの状態で、画面自体は視軸の移動とともに第２の追尾対象物Ｂの方向に移動してゆき、画面上にはテンプレート３１に第２の追尾対象物Ｂが含まれた画像が表示される状態となり（図８（ｂ）の撮像画面２０を参照）、撮像部１の視軸方向は第２の追尾対象物Ｂに対し指向して追尾状態に入り、追尾対象の変更動作が終了する。
【０００６】
なお、特開平09-090011には、ＰＩＤ（Proportional, Integration and Differential）補償器を備え、ＰＩＤ補償器を含む閉ループにより自動追尾をする光ビーム補足追尾装置において、光ビームが未入力の状態でＰＩＤ補償器に一定の初期値を入力しておいたならば、オープン制御モードで光ビームを受光し、オープン制御モードから自動制御モードに切り替わった初期に自動追尾動作が不安定になるので、ＰＩＤ補償器用の初期化閉ループとしての第２の閉ループを設けることにより、オープン制御モードから自動制御モードに切り替わった初期における自動追尾動作の安定化を図る技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図６の追尾雲台においては、動き量演算回路５は、図７に示されるように、積算器１１〜１３、積分器１７、微分器１８および加算器１９により構成されている。追尾動作の開始時においては、積分器１７のレベル値が零値に初期化されており、追尾動作開始の瞬間には追尾指令信号１０８の駆動出力レベルは零値にて出力され、その出力レベルは追尾対象物の移動量に対応して逐次変動する。このような従来の画像追尾制御方法では、追尾開始の瞬間における追尾対象物の移動速度が大きい場合には、追尾指令信号１０８による駆動レベルが所定レベルに到達する以前に、追尾対象物が撮像部１の撮像画面２０の画面外に飛び出てしまう可能性があり、追尾捕捉動作が失敗に帰する惧があるという欠点がある。
【０００８】
また、追尾対象物を変更する場合には、新たな追尾対象物を捕捉するために、追尾動作中に操作部７から駆動指令信号１０２が出力されると、撮像画面の中央に固定されているテンプレート座標から、新たな追尾対象物の画像が外れている場合には、相関演算回路４からは偏差量１０７が大きい固定値として出力され、これを受ける動き量演算回路５の積分器を介して出力される追尾指令信号１０８の駆動指令値は発散傾向となり、視軸変更部９による視軸制御が極めて困難な事態になるという欠点がある。
【０００９】
本発明の目的は、かかる欠点を除去し、追尾動作の開始時においては追尾動作開始の即応性ならびに円滑性を改善するとともに、追尾時に追尾対象物を変更する際に操作部より駆動指令信号を出力する場合には追尾対象物の変更動作を円滑に行うことのできる画像追尾制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【００１１】
（１）追尾対象を捉える撮像部と、
前記撮像部の出力画像からテンプレート画像を生成するテンプレート生成部と、
前記撮像部の出力画像を探索領域として、前記テンプレート画像に最も形状が適合する領域の位置と画面中心との偏差量を生成する相関演算部と、
前記偏差量に基づき追尾指令信号を生成する手段であり、該偏差量の積分をする積分器を少なくとも備え、該追尾指令信号は追尾状態においては該積分器の出力を成分として含む動き量演算部と、
前記撮像部の視軸方向の変更を指令する駆動指令信号および前記追尾対象の自動追尾を指令する追尾信号を、操作者による手動操作に応じて生成する操作部と、
前記追尾指令信号と前記駆動指令信号とを加算した複合指令信号を生成する加算回路と、
前記複合指令信号に基づき前記撮像部の視軸方向を変更する視軸変更部と
を備える画像追尾装置の制御方法において、
前記駆動指令信号が入力されているときに前記追尾信号の入力があった時は、該追尾信号の入力の開始時点における前記駆動指令信号の指令値を前記積分器の初期値とする
ことを特徴とする画像追尾制御方法。
【００１２】
（２）追尾対象を捉える撮像部と、
前記撮像部の出力画像からテンプレート画像を生成するテンプレート生成部と、
前記撮像部の出力画像を探索領域として、前記テンプレート画像に最も形状が適合する領域の位置と画面中心との偏差量を生成する相関演算部と、
前記偏差量に基づき追尾指令信号を生成する手段であり、該偏差量の積分をする積分器を少なくとも備え、該追尾指令信号は追尾状態においては該積分器の出力を成分として含む動き量演算部と、
前記撮像部の視軸方向の変更を指令する駆動指令信号および前記追尾対象の自動追尾を指令する追尾信号を、操作者による手動操作に応じて生成する操作部と、
前記追尾指令信号と前記駆動指令信号とを加算した複合指令信号を生成する加算回路と、
前記複合指令信号に基づき前記撮像部の視軸方向を変更する視軸変更部と
を備える画像追尾装置の制御方法において、
前記追尾信号および前記駆動指令信号が入力される期間には、前記積分器へ入力される信号の遮断をし、該積分器には該遮断直前の値を保持する
ことを特徴とする画像追尾制御方法。
【００１３】
【作用】
上記の構成の画像追尾制御方法によれば、追尾の動作開始時においては、動き量演算部において、駆動指令信号の駆動指令値が積分器の初期保持レベルとして設定されるので、追尾指令信号の駆動指令値は該保持レベルとなる。これにより、追尾開始に即応して円滑に追尾状態に移行することが可能となり、追尾捕捉の失敗等が未然に排除される。また、追尾対象物を変更する際には、動き量演算部において積分器の入力端を開放端とすることにより、積分器の保持レベルが追尾変更直前のレベル値に保持され、追尾指令信号の駆動指令値が該保持レベル値となる。これにより、追尾開始時の場合と同様に追尾変更動作が円滑且つ即応して実行され、追尾変更動作の失敗等の発生が未然に排除される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態である画像追尾制御方法を適用する追尾雲台の主要部の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、本追尾雲台は、追尾雲台のジンバル構造に装着されて、追尾対象物を光学的に捕捉して画像信号１０１を出力する撮像部１と、操作者による手動操作１１１に応じた駆動指令信号１０２と追尾信号１０３を出力する操作部７と、テンプレート生成回路３、相関演算回路４、動き量演算回路５および信号生成回路６を含み、撮像部１において取り込まれた画像信号１０１を入力し、駆動指令信号１０２および追尾信号１０３に基づき追尾指令信号１０８を生成して出力する追尾指令生成部２と、駆動指令信号１０２及び追尾指令信号１０８を受け、駆動指令信号１０２と追尾指令信号１０８とを加算して複合指令信号１０９として出力する加算回路８と、複合指令信号１０９に応じて撮像部１の視軸方向を変更制御する視軸変更信号１１０を生成する視軸変更部９とを備えて構成される。なお、図１では、追尾雲台における構成要素のうちで、本実施の形態の説明にかかわる要素だけが記載してある。
【００１５】
図２は上記の動き量演算回路５の内部構成を示すブロック図であり、スイッチ１０，１４〜１６と、積算器１１〜１３と、積分器１７と、微分器１８と、加算器１９とを備えて構成される。図３は、追尾指令生成部２に含まれる信号生成回路６における入出力信号のタイミング図である。信号生成回路６は、図３(a)の駆動指令信号１０２と、同図(b)の追尾信号１０３とを入力し、図３(c)の補正信号１０４と、同図(d)の開始信号１０５とを出力する。図３に示すように、信号生成回路６は、追尾信号１０３が入力されている追尾時に駆動指令信号１０２の入力が開始されると、駆動指令信号１０２と追尾信号１０３の論理積が成り立つ間だけ補正信号１０４を生成する。また信号生成回路６は、追尾信号１０３の入力の立ち上りの瞬間（追尾開始時）にトリガ信号として開始信号１０５を生成する。なお図５は、図１の追尾雲台において、追尾を開始する際（図５（ａ））と、追尾対象物を変更する際（図５（ｂ），（ｃ））の動作原理の説明に使用する撮像部１の出力画像の画面を示す模式図である。
【００１６】
図１において、移動進行中の追尾対象物Ａに対する追尾を開始する場合には、該追尾対象物Ａを捕捉するために、操作者による手動操作１１１に応じて、操作部７からは、撮像部１の視軸の方向が追尾対象物Ａの進行方向に向いて追随するように、駆動指令信号１０２が出力される（図５（ａ）参照）。駆動指令信号１０２は、動き量演算回路５、信号生成回路６および加算回路８へ入力される。そして、加算回路８の出力の複合指令信号１０９に基づき、視軸変更部９が視軸変更信号１１０を生成する。ジンバル構造に装着される撮像部１は、視軸変更信号１１０（機械出力）により、追尾対象物Ａに対して追随するように視軸方向を制御される。
【００１７】
撮像部１より出力される画像信号１０１の撮像画面２０（図５（ａ））を参照して、光学的に捕捉された追尾対象物Ａに対して追尾を開始する場合には、操作者の手動操作１１１に応じ、操作部７より追尾信号１０３が出力される。追尾信号１０３は、信号生成回路６および動き量演算回路５に入力される。
【００１８】
図３を参照して明らかなように、駆動指令信号１０２が作動中（ハイレベル）に追尾信号１０３が入力されると、信号生成回路６は、追尾信号１０３の立ち上り時に、瞬時に開始信号１０５をトリガ信号として生成し、テンプレート生成回路３と動き量演算回路５とに開始信号１０５を入力する。図２の動き量演算回路５においては、追尾信号１０３の入力によりスイッチ１０及び１６は共に「接」となり、開始信号１０５の入力によりスイッチ１５は瞬間的に「接」となる。このとき動き量演算回路５は、等価的に図４（ａ）に示される回路となる。
【００１９】
図４（ａ）の等価回路となった動き量演算回路５は、スイッチ１５を経由して駆動指令信号１０２を積分器１７に導入する。この導入により、追尾開始の瞬間だけに、積分器１７には、駆動指令信号１０２の駆動指令値のレベルが設定される。これにより、動き量演算回路５から出力される追尾指令信号１０８は、瞬時に、それまで追尾対象物の動きに対して円滑に対応していた駆動指令信号１０２と同等の指令信号として加算回路８に入力される。従って、追尾開始とともに、撮像部１の視軸方向は、追尾対象物Ａに対して追随するように作動し、追尾雲台を円滑に追尾動作状態に移行させることができる。
【００２０】
追尾動作時には、テンプレート生成回路３におけるテンプレート更新処理は、開始信号１０５または補正信号１０４の入力があったときに行われる。テンプレート生成回路３は、画像信号１０１を受けて、撮像画面中心部の追尾対象物の撮像画像を含む領域を、テンプレート画像として切り出して保存するとともに、そのテンプレート画像を表すテンプレート画像信号１０６を出力する。相関演算回路４は、画像信号１０１及びテンプレート画像信号１０６を入力し、画像信号１０１で表される出力画像を探索領域として、該出力画像とテンプレート画像との間の相関演算を行い、該テンプレート画像と最も良く適合する領域座標、および該領域座標の画面中心からの偏差量１０７を検出する。偏差量１０７は動き量演算回路５に入力される。
【００２１】
動き量演算回路５は、操作部７から追尾信号１０３を受けて、スイッチ１０及び１６を「接」にしたままの状態にあり、図４（ａ）に示される等価回路で作動し、偏差量１０７に対応する追尾指令信号１０８を生成する。追尾指令信号１０８は、加算回路８を経由して複合指令信号１０９として視軸変更部９へ供給される。視軸変更部９は、複合指令信号１０９に応じた視軸変更信号１１０を生成する。撮像部１は、視軸変更信号１１０で視軸を制御され、撮像画面の中心部に追尾対象物の画像を保持する。かくして、追尾雲台は、撮像部１の視軸を追尾対象物に指向する自動追尾状態を維持することとなる。
【００２２】
次に、本実施の形態の画像追尾制御方法を図１の追尾雲台に適用し、その追尾雲台が追尾動作状態にあるとき、追尾対象を現時点の第１の追尾対象物Ａから第２の追尾対象物Ｂに変更する場合を説明する。いま、操作者の操作１１１に応じ、操作部７からは、撮像部１の視軸の方向が第２の追尾対象物Ｂの方向に向くように駆動指令信号１０２が出力されたとする（図５（ｂ）参照）。駆動指令信号１０２は、加算回路８を経由して視軸変更部９に入力されるとともに、同時に追尾指令生成部２における信号生成回路６にも入力される。
【００２３】
信号生成回路６は、追尾信号１０３が入力されている間に駆動指令信号１０２が入力された時、図３により明らかなように、駆動指令信号１０２の立ち上りに時に同期して補正信号１０４を生成する。補正信号１０４は、テンプレート生成回路３および動き量演算回路５に入力される。動き量演算回路５においては、補正信号１０４の入力を受けてスイッチ１４が「断」となる。このとき、動き量演算回路５の等価回路は、図４（ｂ）に示される如くとなり、積分器１７の入力端が開放された状態となる。この状態においては、積分器１７に対する入力が停止され、スイッチ１４「断」以降の偏差量１０７は積分器１７に入力されないから、スイッチ１４「断」以降の偏差量１０７は積分器１７の積分値に変化を及ぼさず、ひいては追尾指令信号１０８に影響を及ぼすことがなくなる。積分器１７には、スイッチ１４が「断」となる直前の偏差量１０７の積分値の最終値が保持される。動き量演算回路５からは、この偏差量１０７の最終値に対応する追尾指令信号１０８が出力されて加算回路８に入力され、撮像部１に対する視軸変更信号１１０は操作直前の一定値に保持されている。
【００２４】
従って、捕捉対象の追尾対象物Ｂが光学的に捕捉されて、撮像画面中心部から外れている状態においても、動き量演算回路５からは、積分器１７に保持されている駆動指令信号１０２の駆動指令値に対応する追尾指令信号１０８が出力されて、追尾指令信号が発散状態となる事態は回避される。そして、追尾対象物Ｂがテンプレート内に捕捉され、操作部７からの駆動指令信号１０２が停止されて追尾動作状態（図５（ｃ）参照）になると、図３を参照して明らかなように、信号生成回路６による補正信号１０４は停止される。撮像部１の視軸方向は、追尾対象物に対して追随するように作動し、追尾雲台を円滑に追尾動作状態に移行させることができる。
【００２５】
追尾対象物Ｂに対する追尾動作状態においては、前述の追尾開始の場合と同様に、テンプレート生成回路３におけるテンプレート更新処理は、開始信号１０５または補正信号１０４の入力があったときに行われる。そして、追尾対象物Ｂに対する追尾動作状態では、その前述の追尾開始の場合と同様に、相関演算回路４において偏差量１０７を生成し、動き量演算回路５により追尾指令信号１０８を生成し、加算回路８を経て追尾指令信号１０８を視軸変後部９へ導き、視軸変後部９の出力の視軸変更信号１１０により撮像部１を制御し、撮像部１による追尾対象物Ｂの追尾を行い、撮像画面の中心部に尾対象物Ｂの画像を保持し、撮像部１の視軸を追尾対象物Ｂ指向する自動追尾状態が維持される。
【００２６】
【発明の効果】
以上に実施の形態を挙げ具体的に説明したように、本発明は、移動する追尾対象物に対して追尾を開始する場合には、追尾開始時に、瞬時に動き量演算部内の積分器の初期値として、操作部から出力される駆動指令信号の駆動指令値を設定することにより、追尾動作開始の即応性ならびに円滑性を改善することができる。
【００２７】
また、本発明では、追尾動作時に、追尾対象物を他の追尾対象物に変更する場合には、駆動指令信号の入力に対応して補正信号を生成し、該補正信号により、動き量演算回路内の積分器の入力端に対する接続を「断」として積分器の保持レベル値を変更操作直前のレベル値に保持し、該保持レベル値を動き量演算部より出力される追尾指令信号の駆動指令値とすることにより、追尾対象物の変更動作を円滑に行うことが可能となる。
【００２８】
このように、本発明によれば、追尾動作の開始時においては追尾動作開始の即応性ならびに円滑性を改善するとともに、追尾時に追尾対象物を変更する際に操作部より駆動指令信号を出力する場合には追尾対象物の変更動作を円滑に行うことのできる画像追尾制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態である画像追尾制御方法を適用する追尾雲台の主要部の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の追尾雲台における動き量演算回路を示すブロック図である。
【図３】図１の信号生成回路の入出力信号を示すタイミング図である。
【図４】追尾開始時および追尾対象変更時における図１の動き量演算回路の等価回路を示すブロック図である。
【図５】図１の追尾雲台において、追尾を開始する場合と追尾対象を変更する場合の原理を説明するために、その追尾雲台における撮像画面を示す模式図である。
【図６】従来の画像追尾制御方法を適用する追尾雲台を示すブロック図である。
【図７】図６の追尾雲台における動き量演算回路を示すブロック図である。
【図８】図６の追尾雲台において、追尾対象を変更する場合の原理を説明するために、その追尾雲台における撮像画面を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 撮像部
２ 追尾指令生成部
３ テンプレート生成回路
４ 相関演算回路
５ 動き量演算回路
６ 信号生成回路
７ 操作部
８ 加算回路
９ 視軸変更部
１０，１４〜１６ スイッチ
１１〜１３ 積算器
１７ 積分器
１８ 微分器
１９ 加算器
２０ 撮像画面（撮像部１による撮像画面）
３１ テンプレート
１０１ 画像信号
１０２ 駆動指令信号
１０３ 追尾信号
１０４ 補正信号
１０５ 開始信号
１０６ テンプレート画像信号
１０７ 偏差量
１０８ 追尾指令信号
１０９ 複合指令信号（駆動指令信号１０２と追尾指令信号１０８が加算回路８において加算された指令信号）
１１０ 視軸変更信号
１１１ 手動操作（操作者による操作）
Ａ 第１の追尾対象物
Ｂ 第２の追尾対象物
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像追尾制御方法に関し、特に相関演算処理を介して、搭載される撮像部の視軸方位を、移動する追尾対象物に対して指向するように自動追尾する追尾雲台に適用して好適な画像追尾制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
追尾運台に適用した従来の画像追尾制御方法としては、本願出願人による特願２００２ー３２９１８０の発明「追尾雲台」がある。図６は、当該追尾雲台の主要部の構成を示すブロック図である。この追尾雲台は、追尾雲台のジンバル構造に装着されて、追尾対象物を捕捉して画像信号１０１を出力する撮像部１と、該追尾対象物に対して、撮像部１の視軸方向を指向するように変更する視軸変更部９と、テンプレート生成回路３、相関演算回路４および動き量演算回路５を含み、撮像部１において取り込まれた画像信号１０１の入力を受けて、視軸変更部９を制御する追尾指令信号１０８を生成する追尾指令生成部２と、操作者による操作１１１を介して駆動指令信号１０２とテンプレート更新指示信号１１２を出力する操作部７と、駆動指令信号１０２と追尾指令信号１０８の入力を受けて両指令信号を加算して出力する加算回路８とを備える。図７は、図６の動き量演算回路５の内部構成を示すブロック図である。図８は、図６の追尾雲台において、追尾対象物を変更する際の動作原理の説明に使用する撮像部１による撮像画面を示す模式図である。
【０００３】
図６において、テンプレート生成回路３は、追尾開始時に、画像信号１０１を受けて、受像画面中心部の追尾対象物の撮像画像を含む領域を、テンプレート画像として保存するとともに、追尾動作状態においては、テンプレート画像信号１０６を相関演算回路４へ出力する。
【０００４】
相関演算回路４は、画像信号１０１の出力画像を探索領域として、該出力画像とテンプレート画像との間の相関演算を行い、テンプレート画像と最も良く適合する領域座標と該領域座標の画面中心からの偏差量１０７を検出し、偏差量１０７を動き量演算回路５へ供給する。動き量演算回路５は、図７に示されるように、積算器１１〜１３、積分器１７、微分器１８および加算器１９により構成されており、偏差量１０７の数量値に対応する追尾指令信号１０８を生成する。追尾指令信号１０８は、加算回路８を経由して視軸変更部９に出力される。これを受けて視軸変更部９は視軸変更信号１１０を出力する。視軸変更信号１１０は、機械出力であり、撮像部１の視軸を制御する。図６の追尾雲台のおける撮像部1の視軸を制御する上述の方法により、画像信号１０１で表される画像において、追尾対象物の画像が画面中心部に保持され、撮像部１の視軸が追尾対象物に対して指向する追尾動作状態が維持される。
【０００５】
この追尾動作状態において、追尾対象を現時点における第１の追尾対象物Ａから第２の追尾対象物Ｂに変更する際には、操作者による手動操作１１１に応じ、操作部７からは撮像部１の視軸方向が第２の追尾対象物Ｂの方向に向くように駆動指令信号１０２が出力される（図８（ａ）の撮像画面２０を参照）。また同時に、操作者による手動操作１１１に応じ、操作部７からテンプレート更新指示信号１１２が出力されて、テンプレート生成回路３に入力される。この状態においては、視軸変更部９に対しては、操作部７より出力される駆動指令信号１０２と、追尾指令生成部２より出力される追尾指令信号１０８が、加算回路８において加算されて複合指令信号１０９として入力される。複合指令信号１０９の入力により、視軸変更部８からは視軸変更信号１１０が出力され、これを受けて撮像部１の視軸は第２の追尾対象物Ｂの方向に移動する。この視軸の移動に対応して、テンプレート生成回路３においては、テンプレート更新指示信号１１２の入力により、撮像画面２０の中心部に位置していたテンプレート３１の座標は固定され、テンプレート画像は入力画像に対応して所定の周期において更新される。テンプレート３１の座標は画面中心部に保持されたままの状態で、画面自体は視軸の移動とともに第２の追尾対象物Ｂの方向に移動してゆき、画面上にはテンプレート３１に第２の追尾対象物Ｂが含まれた画像が表示される状態となり（図８（ｂ）の撮像画面２０を参照）、撮像部１の視軸方向は第２の追尾対象物Ｂに対し指向して追尾状態に入り、追尾対象の変更動作が終了する。
【０００６】
なお、特開平09-090011には、ＰＩＤ（Proportional, Integration and Differential）補償器を備え、ＰＩＤ補償器を含む閉ループにより自動追尾をする光ビーム補足追尾装置において、光ビームが未入力の状態でＰＩＤ補償器に一定の初期値を入力しておいたならば、オープン制御モードで光ビームを受光し、オープン制御モードから自動制御モードに切り替わった初期に自動追尾動作が不安定になるので、ＰＩＤ補償器用の初期化閉ループとしての第２の閉ループを設けることにより、オープン制御モードから自動制御モードに切り替わった初期における自動追尾動作の安定化を図る技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図６の追尾雲台においては、動き量演算回路５は、図７に示されるように、積算器１１〜１３、積分器１７、微分器１８および加算器１９により構成されている。追尾動作の開始時においては、積分器１７のレベル値が零値に初期化されており、追尾動作開始の瞬間には追尾指令信号１０８の駆動出力レベルは零値にて出力され、その出力レベルは追尾対象物の移動量に対応して逐次変動する。このような従来の画像追尾制御方法では、追尾開始の瞬間における追尾対象物の移動速度が大きい場合には、追尾指令信号１０８による駆動レベルが所定レベルに到達する以前に、追尾対象物が撮像部１の撮像画面２０の画面外に飛び出てしまう可能性があり、追尾捕捉動作が失敗に帰する惧があるという欠点がある。
【０００８】
また、追尾対象物を変更する場合には、新たな追尾対象物を捕捉するために、追尾動作中に操作部７から駆動指令信号１０２が出力されると、撮像画面の中央に固定されているテンプレート座標から、新たな追尾対象物の画像が外れている場合には、相関演算回路４からは偏差量１０７が大きい固定値として出力され、これを受ける動き量演算回路５の積分器を介して出力される追尾指令信号１０８の駆動指令値は発散傾向となり、視軸変更部９による視軸制御が極めて困難な事態になるという欠点がある。
【０００９】
本発明の目的は、かかる欠点を除去し、追尾動作の開始時においては追尾動作開始の即応性ならびに円滑性を改善するとともに、追尾時に追尾対象物を変更する際に操作部より駆動指令信号を出力する場合には追尾対象物の変更動作を円滑に行うことのできる画像追尾制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【００１１】
（１）追尾対象を捉える撮像部と、
前記撮像部の出力画像からテンプレート画像を生成するテンプレート生成部と、
前記撮像部の出力画像を探索領域として、前記テンプレート画像に最も形状が適合する領域の位置と画面中心との偏差量を生成する相関演算部と、
前記偏差量に基づき追尾指令信号を生成する手段であり、該偏差量の積分をする積分器を少なくとも備え、該追尾指令信号は追尾状態においては該積分器の出力を成分として含む動き量演算部と、
前記撮像部の視軸方向の変更を指令する駆動指令信号および前記追尾対象の自動追尾を指令する追尾信号を、操作者による手動操作に応じて生成する操作部と、
前記追尾指令信号と前記駆動指令信号とを加算した複合指令信号を生成する加算回路と、
前記複合指令信号に基づき前記撮像部の視軸方向を変更する視軸変更部と
を備える画像追尾装置の制御方法において、
前記駆動指令信号が入力されているときに前記追尾信号の入力があった時は、該追尾信号の入力の開始時点における前記駆動指令信号の指令値を前記積分器の初期値とする
ことを特徴とする画像追尾制御方法。
【００１２】
（２）追尾対象を捉える撮像部と、
前記撮像部の出力画像からテンプレート画像を生成するテンプレート生成部と、
前記撮像部の出力画像を探索領域として、前記テンプレート画像に最も形状が適合する領域の位置と画面中心との偏差量を生成する相関演算部と、
前記偏差量に基づき追尾指令信号を生成する手段であり、該偏差量の積分をする積分器を少なくとも備え、該追尾指令信号は追尾状態においては該積分器の出力を成分として含む動き量演算部と、
前記撮像部の視軸方向の変更を指令する駆動指令信号および前記追尾対象の自動追尾を指令する追尾信号を、操作者による手動操作に応じて生成する操作部と、
前記追尾指令信号と前記駆動指令信号とを加算した複合指令信号を生成する加算回路と、
前記複合指令信号に基づき前記撮像部の視軸方向を変更する視軸変更部と
を備える画像追尾装置の制御方法において、
前記追尾信号および前記駆動指令信号が入力される期間には、前記積分器へ入力される信号の遮断をし、該積分器には該遮断直前の値を保持する
ことを特徴とする画像追尾制御方法。
【００１３】
【作用】
上記の構成の画像追尾制御方法によれば、追尾の動作開始時においては、動き量演算部において、駆動指令信号の駆動指令値が積分器の初期保持レベルとして設定されるので、追尾指令信号の駆動指令値は該保持レベルとなる。これにより、追尾開始に即応して円滑に追尾状態に移行することが可能となり、追尾捕捉の失敗等が未然に排除される。また、追尾対象物を変更する際には、動き量演算部において積分器の入力端を開放端とすることにより、積分器の保持レベルが追尾変更直前のレベル値に保持され、追尾指令信号の駆動指令値が該保持レベル値となる。これにより、追尾開始時の場合と同様に追尾変更動作が円滑且つ即応して実行され、追尾変更動作の失敗等の発生が未然に排除される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態である画像追尾制御方法を適用する追尾雲台の主要部の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、本追尾雲台は、追尾雲台のジンバル構造に装着されて、追尾対象物を光学的に捕捉して画像信号１０１を出力する撮像部１と、操作者による手動操作１１１に応じた駆動指令信号１０２と追尾信号１０３を出力する操作部７と、テンプレート生成回路３、相関演算回路４、動き量演算回路５および信号生成回路６を含み、撮像部１において取り込まれた画像信号１０１を入力し、駆動指令信号１０２および追尾信号１０３に基づき追尾指令信号１０８を生成して出力する追尾指令生成部２と、駆動指令信号１０２及び追尾指令信号１０８を受け、駆動指令信号１０２と追尾指令信号１０８とを加算して複合指令信号１０９として出力する加算回路８と、複合指令信号１０９に応じて撮像部１の視軸方向を変更制御する視軸変更信号１１０を生成する視軸変更部９とを備えて構成される。なお、図１では、追尾雲台における構成要素のうちで、本実施の形態の説明にかかわる要素だけが記載してある。
【００１５】
図２は上記の動き量演算回路５の内部構成を示すブロック図であり、スイッチ１０，１４〜１６と、積算器１１〜１３と、積分器１７と、微分器１８と、加算器１９とを備えて構成される。図３は、追尾指令生成部２に含まれる信号生成回路６における入出力信号のタイミング図である。信号生成回路６は、図３(a)の駆動指令信号１０２と、同図(b)の追尾信号１０３とを入力し、図３(c)の補正信号１０４と、同図(d)の開始信号１０５とを出力する。図３に示すように、信号生成回路６は、追尾信号１０３が入力されている追尾時に駆動指令信号１０２の入力が開始されると、駆動指令信号１０２と追尾信号１０３の論理積が成り立つ間だけ補正信号１０４を生成する。また信号生成回路６は、追尾信号１０３の入力の立ち上りの瞬間（追尾開始時）にトリガ信号として開始信号１０５を生成する。なお図５は、図１の追尾雲台において、追尾を開始する際（図５（ａ））と、追尾対象物を変更する際（図５（ｂ），（ｃ））の動作原理の説明に使用する撮像部１の出力画像の画面を示す模式図である。
【００１６】
図１において、移動進行中の追尾対象物Ａに対する追尾を開始する場合には、該追尾対象物Ａを捕捉するために、操作者による手動操作１１１に応じて、操作部７からは、撮像部１の視軸の方向が追尾対象物Ａの進行方向に向いて追随するように、駆動指令信号１０２が出力される（図５（ａ）参照）。駆動指令信号１０２は、動き量演算回路５、信号生成回路６および加算回路８へ入力される。そして、加算回路８の出力の複合指令信号１０９に基づき、視軸変更部９が視軸変更信号１１０を生成する。ジンバル構造に装着される撮像部１は、視軸変更信号１１０（機械出力）により、追尾対象物Ａに対して追随するように視軸方向を制御される。
【００１７】
撮像部１より出力される画像信号１０１の撮像画面２０（図５（ａ））を参照して、光学的に捕捉された追尾対象物Ａに対して追尾を開始する場合には、操作者の手動操作１１１に応じ、操作部７より追尾信号１０３が出力される。追尾信号１０３は、信号生成回路６および動き量演算回路５に入力される。
【００１８】
図３を参照して明らかなように、駆動指令信号１０２が作動中（ハイレベル）に追尾信号１０３が入力されると、信号生成回路６は、追尾信号１０３の立ち上り時に、瞬時に開始信号１０５をトリガ信号として生成し、テンプレート生成回路３と動き量演算回路５とに開始信号１０５を入力する。図２の動き量演算回路５においては、追尾信号１０３の入力によりスイッチ１０及び１６は共に「接」となり、開始信号１０５の入力によりスイッチ１５は瞬間的に「接」となる。このとき動き量演算回路５は、等価的に図４（ａ）に示される回路となる。
【００１９】
図４（ａ）の等価回路となった動き量演算回路５は、スイッチ１５を経由して駆動指令信号１０２を積分器１７に導入する。この導入により、追尾開始の瞬間だけに、積分器１７には、駆動指令信号１０２の駆動指令値のレベルが設定される。これにより、動き量演算回路５から出力される追尾指令信号１０８は、瞬時に、それまで追尾対象物の動きに対して円滑に対応していた駆動指令信号１０２と同等の指令信号として加算回路８に入力される。従って、追尾開始とともに、撮像部１の視軸方向は、追尾対象物Ａに対して追随するように作動し、追尾雲台を円滑に追尾動作状態に移行させることができる。
【００２０】
追尾動作時には、テンプレート生成回路３におけるテンプレート更新処理は、開始信号１０５または補正信号１０４の入力があったときに行われる。テンプレート生成回路３は、画像信号１０１を受けて、撮像画面中心部の追尾対象物の撮像画像を含む領域を、テンプレート画像として切り出して保存するとともに、そのテンプレート画像を表すテンプレート画像信号１０６を出力する。相関演算回路４は、画像信号１０１及びテンプレート画像信号１０６を入力し、画像信号１０１で表される出力画像を探索領域として、該出力画像とテンプレート画像との間の相関演算を行い、該テンプレート画像と最も良く適合する領域座標、および該領域座標の画面中心からの偏差量１０７を検出する。偏差量１０７は動き量演算回路５に入力される。
【００２１】
動き量演算回路５は、操作部７から追尾信号１０３を受けて、スイッチ１０及び１６を「接」にしたままの状態にあり、図４（ａ）に示される等価回路で作動し、偏差量１０７に対応する追尾指令信号１０８を生成する。追尾指令信号１０８は、加算回路８を経由して複合指令信号１０９として視軸変更部９へ供給される。視軸変更部９は、複合指令信号１０９に応じた視軸変更信号１１０を生成する。撮像部１は、視軸変更信号１１０で視軸を制御され、撮像画面の中心部に追尾対象物の画像を保持する。かくして、追尾雲台は、撮像部１の視軸を追尾対象物に指向する自動追尾状態を維持することとなる。
【００２２】
次に、本実施の形態の画像追尾制御方法を図１の追尾雲台に適用し、その追尾雲台が追尾動作状態にあるとき、追尾対象を現時点の第１の追尾対象物Ａから第２の追尾対象物Ｂに変更する場合を説明する。いま、操作者の操作１１１に応じ、操作部７からは、撮像部１の視軸の方向が第２の追尾対象物Ｂの方向に向くように駆動指令信号１０２が出力されたとする（図５（ｂ）参照）。駆動指令信号１０２は、加算回路８を経由して視軸変更部９に入力されるとともに、同時に追尾指令生成部２における信号生成回路６にも入力される。
【００２３】
信号生成回路６は、追尾信号１０３が入力されている間に駆動指令信号１０２が入力された時、図３により明らかなように、駆動指令信号１０２の立ち上りに時に同期して補正信号１０４を生成する。補正信号１０４は、テンプレート生成回路３および動き量演算回路５に入力される。動き量演算回路５においては、補正信号１０４の入力を受けてスイッチ１４が「断」となる。このとき、動き量演算回路５の等価回路は、図４（ｂ）に示される如くとなり、積分器１７の入力端が開放された状態となる。この状態においては、積分器１７に対する入力が停止され、スイッチ１４「断」以降の偏差量１０７は積分器１７に入力されないから、スイッチ１４「断」以降の偏差量１０７は積分器１７の積分値に変化を及ぼさず、ひいては追尾指令信号１０８に影響を及ぼすことがなくなる。積分器１７には、スイッチ１４が「断」となる直前の偏差量１０７の積分値の最終値が保持される。動き量演算回路５からは、この偏差量１０７の最終値に対応する追尾指令信号１０８が出力されて加算回路８に入力され、撮像部１に対する視軸変更信号１１０は操作直前の一定値に保持されている。
【００２４】
従って、捕捉対象の追尾対象物Ｂが光学的に捕捉されて、撮像画面中心部から外れている状態においても、動き量演算回路５からは、積分器１７に保持されている駆動指令信号１０２の駆動指令値に対応する追尾指令信号１０８が出力されて、追尾指令信号が発散状態となる事態は回避される。そして、追尾対象物Ｂがテンプレート内に捕捉され、操作部７からの駆動指令信号１０２が停止されて追尾動作状態（図５（ｃ）参照）になると、図３を参照して明らかなように、信号生成回路６による補正信号１０４は停止される。撮像部１の視軸方向は、追尾対象物に対して追随するように作動し、追尾雲台を円滑に追尾動作状態に移行させることができる。
【００２５】
追尾対象物Ｂに対する追尾動作状態においては、前述の追尾開始の場合と同様に、テンプレート生成回路３におけるテンプレート更新処理は、開始信号１０５または補正信号１０４の入力があったときに行われる。そして、追尾対象物Ｂに対する追尾動作状態では、その前述の追尾開始の場合と同様に、相関演算回路４において偏差量１０７を生成し、動き量演算回路５により追尾指令信号１０８を生成し、加算回路８を経て追尾指令信号１０８を視軸変後部９へ導き、視軸変後部９の出力の視軸変更信号１１０により撮像部１を制御し、撮像部１による追尾対象物Ｂの追尾を行い、撮像画面の中心部に尾対象物Ｂの画像を保持し、撮像部１の視軸を追尾対象物Ｂ指向する自動追尾状態が維持される。
【００２６】
【発明の効果】
以上に実施の形態を挙げ具体的に説明したように、本発明は、移動する追尾対象物に対して追尾を開始する場合には、追尾開始時に、瞬時に動き量演算部内の積分器の初期値として、操作部から出力される駆動指令信号の駆動指令値を設定することにより、追尾動作開始の即応性ならびに円滑性を改善することができる。
【００２７】
また、本発明では、追尾動作時に、追尾対象物を他の追尾対象物に変更する場合には、駆動指令信号の入力に対応して補正信号を生成し、該補正信号により、動き量演算回路内の積分器の入力端に対する接続を「断」として積分器の保持レベル値を変更操作直前のレベル値に保持し、該保持レベル値を動き量演算部より出力される追尾指令信号の駆動指令値とすることにより、追尾対象物の変更動作を円滑に行うことが可能となる。
【００２８】
このように、本発明によれば、追尾動作の開始時においては追尾動作開始の即応性ならびに円滑性を改善するとともに、追尾時に追尾対象物を変更する際に操作部より駆動指令信号を出力する場合には追尾対象物の変更動作を円滑に行うことのできる画像追尾制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態である画像追尾制御方法を適用する追尾雲台の主要部の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の追尾雲台における動き量演算回路を示すブロック図である。
【図３】図１の信号生成回路の入出力信号を示すタイミング図である。
【図４】追尾開始時および追尾対象変更時における図１の動き量演算回路の等価回路を示すブロック図である。
【図５】図１の追尾雲台において、追尾を開始する場合と追尾対象を変更する場合の原理を説明するために、その追尾雲台における撮像画面を示す模式図である。
【図６】従来の画像追尾制御方法を適用する追尾雲台を示すブロック図である。
【図７】図６の追尾雲台における動き量演算回路を示すブロック図である。
【図８】図６の追尾雲台において、追尾対象を変更する場合の原理を説明するために、その追尾雲台における撮像画面を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 撮像部
２ 追尾指令生成部
３ テンプレート生成回路
４ 相関演算回路
５ 動き量演算回路
６ 信号生成回路
７ 操作部
８ 加算回路
９ 視軸変更部
１０，１４〜１６ スイッチ
１１〜１３ 積算器
１７ 積分器
１８ 微分器
１９ 加算器
２０ 撮像画面（撮像部１による撮像画面）
３１ テンプレート
１０１ 画像信号
１０２ 駆動指令信号
１０３ 追尾信号
１０４ 補正信号
１０５ 開始信号
１０６ テンプレート画像信号
１０７ 偏差量
１０８ 追尾指令信号
１０９ 複合指令信号（駆動指令信号１０２と追尾指令信号１０８が加算回路８において加算された指令信号）
１１０ 視軸変更信号
１１１ 手動操作（操作者による操作）
Ａ 第１の追尾対象物
Ｂ 第２の追尾対象物
Claims (2)
- 追尾対象を捉える撮像部と、
前記撮像部の出力画像からテンプレート画像を生成するテンプレート生成部と、
前記撮像部の出力画像を探索領域として、前記テンプレート画像に最も形状が適合する領域の位置と画面中心との偏差量を生成する相関演算部と、
前記偏差量に基づき追尾指令信号を生成する手段であり、該偏差量の積分をする積分器を少なくとも備え、該追尾指令信号は追尾状態においては該積分器の出力を成分として含む動き量演算部と、
前記撮像部の視軸方向の変更を指令する駆動指令信号および前記追尾対象の自動追尾を指令する追尾信号を、操作者による手動操作に応じて生成する操作部と、
前記追尾指令信号と前記駆動指令信号とを加算した複合指令信号を生成する加算回路と、
前記複合指令信号に基づき前記撮像部の視軸方向を変更する視軸変更部と
を備える画像追尾装置の制御方法において、
前記駆動指令信号が入力されているときに前記追尾信号の入力があった時は、該追尾信号の入力の開始時点における前記駆動指令信号の指令値を前記積分器の初期値とする
ことを特徴とする画像追尾制御方法。 - 追尾対象を捉える撮像部と、
前記撮像部の出力画像からテンプレート画像を生成するテンプレート生成部と、
前記撮像部の出力画像を探索領域として、前記テンプレート画像に最も形状が適合する領域の位置と画面中心との偏差量を生成する相関演算部と、
前記偏差量に基づき追尾指令信号を生成する手段であり、該偏差量の積分をする積分器を少なくとも備え、該追尾指令信号は追尾状態においては該積分器の出力を成分として含む動き量演算部と、
前記撮像部の視軸方向の変更を指令する駆動指令信号および前記追尾対象の自動追尾を指令する追尾信号を、操作者による手動操作に応じて生成する操作部と、
前記追尾指令信号と前記駆動指令信号とを加算した複合指令信号を生成する加算回路と、
前記複合指令信号に基づき前記撮像部の視軸方向を変更する視軸変更部と
を備える画像追尾装置の制御方法において、
前記追尾信号および前記駆動指令信号が入力される期間には、前記積分器へ入力される信号の遮断をし、該積分器には該遮断直前の値を保持する
ことを特徴とする画像追尾制御方法。
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