JP4003275B2 - 被写体追尾装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体追尾装置に関し、例えばビデオカメラ等における被写体追尾装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラの視野内の被写体の位置変化に追従して、自動的に被写体が視野の中央付近に収まるようにビデオカメラを移動させる装置として被写体追尾装置がある。このような被写体追尾装置は被写体の輝度信号などのパターンを記憶しておいて、そのパターンの移動を被写体の移動として認識し、このパターンが視野の中央に来るように駆動機構を作動させたり、ズームを行うなどの方法を採っている。
【０００３】
ところでこのような従来の被写体認識・追尾装置では、追尾範囲の広さと応答追従性は相互に相反するトレードオフの関係に有り、両方の性能を同時に向上することは難しかった。
また、自動的にズームを行って被写体を画面内で一定の画角を保持し同じ大きさで撮影し続ける追尾装置も知られているが、ズームが急に変わると撮影された画の距離感などに影響を与えてしまい、画像の連続性がとぎれて不自然な感じが伴う。かといって実際にカメラを移動させて被写体とカメラとの距離を保とうとすると、カメラの移動速度に限界がある場合、どうしても応答が遅れてしまという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく、従来の被写体追尾装置は追尾範囲の広さと応答追従性を同時に向上することは困難であった。また被写体を画面内で一定の画角を保持して不自然にならないように追い続けることもカメラの移動速度に限界がある場合は困難であった。
【０００５】
本発明はこれらの問題を解決して、比較的簡単な方法で、追尾範囲が広く応答追従性に優れた被写体追尾装置を実現することを課題とする。また、比較的簡単な方法で、自然さを失うことなく応答性を向上し常に被写体の大きさを保った画面が得られる被写体追尾装置を実現することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明は、撮像手段と、この撮像手段で撮影された画像面から特定の被写体像を検出する被写体認識手段と、この被写体認識手段が検出した被写体像が画像の所定位置に収まるように前記撮像手段の撮像方向を変更する撮像方向変更手段とを具備し、特定の被写体像を記憶して追尾する被写体追尾装置において、前記撮像方向変更手段は、追尾範囲が狭く応答速度の速い第１の雲台と、追尾範囲が広く応答速度の遅い第２の雲台と、第２の雲台の運動分だけ第１の雲台の運動をキャンセルする協調手段であって、被写体の移動が速く広範囲の場合、前記第１の雲台と前記第２の雲台を同じ方向に同時に可動させる協調手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる被写体追尾装置を添付図面を参照にして詳細に説明する。
図１は、本発明の被写体追尾装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
図１において、１−１はカメラブロック、１−２はレゾルバ、１−３は高速狭域雲台、１−４は低速広域雲台、１−５は被写体認識部、１−６は加算器、１−７、１−８はコントローラ、１−９は減算器、１−１０はスイッチ回路、１−１１はロストシーケンス回路、１−１２、１−１３は雲台のドライバである。
この図１の構成は、請求項１に述べたような高速狭域と低速広域のパン機構を有する被写体追尾装置の構成である。
【０００９】
ここでカメラブロック１−１は比較的高速で可動範囲の狭い高速狭域雲台１−３の上に載置されていて、この高速狭域雲台１−３の撮像方向はレゾルバ１−２によって測定される。 この高速狭域雲台１−３はさらに比較的低速で可動範囲の広い低速広域雲台１−４に載置されている。 カメラブロック１−１のカメラで撮影された映像は被写体認識部１−５へ送られ、記憶させた被写体が撮像画面中に見えているかどうかが判定される。なお、被写体がある場合はその位置が認識される。被写体認識法については、例えば、特開平７−３０７９６号公報に述べられている手法等が利用できる。
【００１０】
被写体が視野内に見えている場合、被写体認識部１−５から出力される被写体の認識位置とレゾルバ１−２による高速狭域雲台１−３の方向を加算器１−６で加え、その和が０となるようコントローラ１−７によって低速広域雲台１−４が制御される。
【００１１】
これにより、常に高速狭域雲台１−３の可動範囲の中央を目指して制御が行われることになる。高速狭域雲台１−３は認識された被写体の位置を０（視野中央）とするようコントローラ１−８によって制御されるが、コントローラ１−８の速度指令から低速広域雲台１−４の速度指令を減算器１−９で減じた速度で高速狭域雲台１−３を駆動する。このことは、低速広域雲台１−４の運動をキャンセルし高速狭域雲台１−３を真に被写体に対して制御するために必要である。
【００１２】
もし、被写体が視野内に見つからない場合、スイッチ１−１０の働きによってコントローラ１−７へはレゾルバ１−２による高速狭域雲台１−３の方向のみが入力され、低速広域雲台１−４は高速狭域雲台１−３の方向を０（可動範囲中央）に持ってくるよう制御される。
この時、高速狭域雲台１−３は、被写体の（画像上の）位置がわからないため、ロストシーケンサ１−１１の出力に基づいて動作する。ロストシーケンサ１−１１は、被写体を見失った場合の被写体再発見のための動作手順を内蔵しており、被写体を見失った場合にそれを起動する。
被写体を見失った場合、低速広域雲台１−４もストシーケンサ１−１１の制御によって被写体検索動作に使われる場合がある。
コントローラ１−７、１−８は、制御誤差から各雲台１−３、１−４の速度を決定する。
【００１３】
図２はこのコントローラ１−７、１−８の制御機能の特性の一例である。
制御誤差が大きくなるほどそれを打ち消す方向の速度を大きく（定数倍：図２にゲイン２−１で示した傾斜角に相当）出力するいわゆる比例制御の方法が採られる。ただし視野の中央付近に被写体を捕らえた場合には、視野が頻繁に動いて見苦しくなることを防ぐため、一定範囲の不惑帯２−２を設けることがある。また、あまりに低速での駆動はアクチュエータの特性上好ましくないことがあるので、速度に一定のオフセット２−３を設けることがある。
【００１４】
以上のような作用により、図３のような協調動作が実現される。すなわち、図３（ａ）のようにカメラが被写体を視野の中央に捕らえているときには、低速広域雲台１−４の位置を復帰させる。また、図３（ｂ）のように低速広域雲台１−４の移動速度は高速狭域雲台１−３の移動を妨げない程度の速度である。また被写体の移動が速く広範囲の時は図３（ｃ）のように高速狭域雲台１−３と低速広域雲台１−４が同時に同じ方向に動いて応答速度が早くなる。これによって、追尾範囲の広くて応答速度の遅い低速広域雲台１−４と追尾範囲は狭いが応答速度の速い高速狭域雲台１−３とが互いにその長所を生かし、短所を補えるので、可動範囲が広く応答の高速な追尾が可能になる。
【００１５】
次に、本発明の他の実施の形態として、距離・画角を一定に保つ被写体追尾装置のブロック図を図４に示す。この図４の構成は請求項２で述べた被写体追尾装置の構成である。この実施の形態の構成は概ね図１で説明した構成と類似している。
図４において、４−１はカメラブロック、４−２はレゾルバ、４−３はズームモータ、４−４は前進後退装置、４−５は被写体認識部、４−６は加算器、４−７、４−８はコントローラ、４−１０はスイッチ回路、４−１１はロストシーケンス回路、４−１２はズームモータ４−３のドライバ、４−１３は前進・後退装置４−４のドライバである。
【００１６】
この図４で、図１のカメラブロック１−１に対応すものは、カメラブロック４−１である。また、図１の被写体認識部１−５と図４の被写体認識部４−５も対応している。
図１の高速狭域雲台１−３に対応するのは、図４ではズーム機構４−３である。さらに、図１の低速広域雲台１−４に対応するのは、図４の前進後退装置４−４である。また、レゾルバ４−２の値を被写体大きさの誤差に加えて制御する点は、図１の雲台１−３、１−４の場合と同様に、被写体をズーム可動範囲の中央付近（あるいは設定位置付近）で撮影するための工夫である。
【００１７】
この図４が図１と違う点は前後（低速）側の動きをズーム（高速）側に伝達していない点である。これは、ズーム倍率を変更すれば被写体の大きさが変わることは保証されているのに対し、前進・後退によって被写体の大きさがどの程度変わるかは、被写体との距離によって大きく違ってきて一義的に決められないという違いがあるため、同じ扱いができないためである。
ロストシーケンサ４−１１は図１のロストシーケンサ１−１１に対応していて、被写体消失時の再発見機能を内蔵しており、被写体を見失ったならばズームをワイドに引いて被写体が視野内に入る可能性を高めるよう働く。
以上のような作用により、請求項２に述べたような距離・ズームの協調動作が可能となり、高速に追従する距離・画角追尾が実現できる。
【００１８】
図５に、本発明の被写体追尾装置のさらに他の実施の形態の構成を表すブロック図を示した。
この実施の形態の追尾装置は、高速の撮像方向変更手段としてＤＤ（Direct Drive）モータによるパン機構（ここでは左右に振る機構）と、画角変更のためのズーム機構を、低速のパン機構及び前進後退の移動手段として左右に車輪を有する構成である。
【００１９】
図５において、５−１はカメラブロック、５−２はパン機構のレゾルバ、５−３はズーム機構のレゾルバ、５−４はズームドライバ、５−５はパンモータ、５−６は左車輪モータ、５−７は右車輪モータ、５−８は被写体認識部、５−９、５−１０は加算器、５−１１はシーケンサ、５−１２はズームコントローラ、５−１３は高速パンコントローラ、５−１４は低速パンコントローラ、５−１５は前進後退コントローラ、５−１６、５−１８は減算器、５−１７は加算器、５−１９、５−２０はスイッチ回路、５−２１、５−２２、５−２３はドライバある。
【００２０】
この装置の動作原理は図１および図４をあわせたものになっている。ここで、左右の車輪は低速のパン手段と前進後退手段を兼ねている。前進後退成分は両輪に同符号で、回転成分は両輪に異符号で与えることにより兼用する。
被写体が視野内に見えている場合、被写体認識部５−８から出力される被写体の認識位置とレゾルバ５−２によるカメラブロック５−１の方向が加算器５−１０で加えられて、その和が０となるよう低速パンコントローラ５−１４が右車輪モータ５−７の移動量から減算器５−１８で減算して回転を制御する。
【００２１】
また、被写体認識部５−８から出力される被写体の認識大きさとレゾルバ５−３によるズームドライバ５−３のズーム量が加算器５−９で加えられて、その和が０となるよう前進後退コントローラ５−１５が左車輪モータ５−６、右車輪モータ５−７の移動量を加算器５−１７、減算器５−１８に加算して前進後退を制御する。
画面上で被写体の位置がわからない時には、シーケンサ５−１１が内蔵する被写体再発見のための動作手順に基づいて各コントローラ５−１２〜５−１５が動作して被写体を捜し出す。
チルト機構（ここでは上下に振る機構）に対してもパン機構と同様の構成で追尾機能を実現することができる。
【００２２】
本発明により、比較的容易に実現可能な、高速であるが可動範囲の狭い機構と低速であるが可動範囲の広い機構を組み合わせて、高速かつ広範囲をカバーする被写体追尾装置が構成できる。同様に、ズームと前進後退動作を組み合わせて被写体の見かけの大きさを保つ装置の応答性を上げつつ自然な画像を得る事ができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、追尾範囲の広くて応答速度の遅い第２の雲台と追尾範囲の狭くて応答速度の速い第１の雲台とが互いに長所を生かし、短所を補えるので、追尾範囲が広く応答追従性に優れた被写体追尾装置を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の被写体追尾装置の一実施の形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１の実施の形態に用いられるコントローラの制御機能の特性を示す図。
【図３】図１の実施の形態での雲台の協調動作の説明図。
【図４】本発明の被写体追尾装置の他の実施の形態の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の被写体追尾装置のさらに他の実施の形態の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１−１、４−１、５−１…カメラブロック、１−２、４−２…レゾルバ、１−３…高速狭域雲台、１−４…低速広域雲台、１−５、４−５、５−８…被写体認識部、１−６、４−６、５−９、５−１０、５−１７…加算器、１−７、１−８、４−７、４−８…コントローラ、１−９、５−１６、５−１８…減算器、１−１０、４−１０、５−１９、５−２０…スイッチ回路、１−１１、４−１１、５−１１…ロストシーケンス回路、１−１２、１−１３…雲台のドライバ、４−３…ズームモータ、４−４…前進後退装置、４−１２…ズームモータのドライバ、４−１３…前進・後退装置のドライバ、５−２はパン機構のレゾルバ、５−３はズーム機構のレゾルバ、５−４…ズームドライバ、５−５…パンモータ、５−６…左車輪モータ、５−７…右車輪モータ、５−２１、５−２２、５−２３…ドライバ。

Claims (1)

1. 撮像手段と、この撮像手段で撮影された画像面から特定の被写体像を検出する被写体認識手段と、この被写体認識手段が検出した被写体像が画像の所定位置に収まるように前記撮像手段の撮像方向を変更する撮像方向変更手段とを具備し、特定の被写体像を記憶して追尾する被写体追尾装置において、
   前記撮像方向変更手段は、
   追尾範囲が狭く応答速度の速い第１の雲台と、
   追尾範囲が広く応答速度の遅い第２の雲台と、
   前記第２の雲台の運動分だけ前記第１の雲台の運動をキャンセルする協調手段であって、被写体の移動が速く広範囲の場合、前記第１の雲台と前記第２の雲台を同じ方向に同時に可動させる協調手段と
   を具備することを特徴とする被写体追尾装置。

Images