JP4441361B2 - ロボットカメラ制御装置及びそのプログラム - Google Patents
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そして、ロボットカメラ制御装置は、切換点変更手段によって、正規化切換点情報を変更し、駆動情報生成手段によって、切換点変更手段で変更された正規化切換点情報に基づいて、駆動情報を変化させる。これによって、ロボットカメラ制御装置は、切換点変更手段によって、第1正規化関数と、第2正規化関数との切換点である正規化切換点情報を変更できるため、例えば、前半はズーム軸を低速で駆動し、後半で高速に駆動する等のカメラ操作を行うことができる。このときでも、第1正規化関数と、第2正規化関数とでカメラ操作が特定されているため、カメラマンの固有の基本的なカメラ操作の特性は維持されることになる。
まず、ロボットカメラを制御するための制御情報を生成するロボットカメラ制御情報生成装置について説明を行う。図1は、ロボットカメラ制御情報生成装置の構成図である。
図1に示すように、ロボットカメラ制御情報生成装置10は、カメラマン5がカメラ2を操作する際に、カメラ雲台3及びカメラ2のカメラレンズを操作した操作情報に基づいて、ロボットカメラ(図5参照)を制御するための制御情報を生成するものである。ここで、操作情報とは、カメラを横方向に動かすパン、カメラを上下方向に動かすチルト、被写体を拡大・縮小するようにカメラレンズを動かすズーム、被写体にカメラレンズの焦点合わせを行うフォーカス、カメラを被写体に近づけたり遠ざけたりするドリー、カメラの上下移動を行うハイト等のカメラデータを指す。なお、このロボットカメラ制御情報生成装置10では、操作軸としてパン軸、チルト軸、ズーム軸及びフォーカス軸を代表して説明を行う。
図1に戻って説明を続ける。
なお、ここでは、パン軸情報生成部13a、チルト軸情報生成部13b、ズーム軸情報生成部13c及びフォーカス軸情報生成部13dは、2つの正規化関数と1つの正規化切換点情報を、共通の関数生成部13zで生成する。
ここで、図3を参照(適宜図1参照)して、関数生成部13zにおける正規化関数と正規化切換点情報とを生成する手法について説明する。図3(a)は、カメラ移動情報生成手段12で生成された操作軸毎のカメラ移動情報を、増加関数近似式と減少関数近似式とに近似する概念を示した概念図である。なお、図3(a)は、カメラ移動情報を曲線で近似する概念を示したもので、横軸は移動時間t、縦軸は移動速度vとしてカメラ移動情報(移動波形)をグラフ化したものである。また、図3(b)は、正規化の概念を説明するための概念図である。
これによって、カメラ移動情報を(1)式及び(2)式に示した、a0からa6とb0からb6とを係数とした2つの正規化関数(第1正規化関数f(t)及び第2正規化関数g(t))が生成されることになる。
なお、ここでは、個々のカメラマンにおけるカメラ操作の特性を個別化して近似するために6次の多項式で近似したが、各カメラマンの動作を平均的に近似するのでよければ低次の多項式で近似しても構わない。
図1に戻って説明を続ける。
なお、ロボットカメラ制御情報生成装置10は、一般的なコンピュータにプログラムを実行させ、コンピュータ内の演算装置や記憶装置を動作させることにより実現することができる。このプログラム(ロボットカメラ制御情報生成プログラム)は、通信回線を介して配布することも可能であるし、CD−ROM等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
次に、図4を参照(適宜図1参照)して、ロボットカメラ制御情報生成装置10の動作について説明する。図4は、ロボットカメラ制御情報生成装置10の動作を示すフローチャートである。
次に、ロボットカメラ制御情報生成装置10(図1参照)で生成された、カメラマンのカメラ操作をパラメータ化した制御情報に基づいて、ロボットカメラを動作させるロボットカメラ制御装置について第1の実施形態を図5乃至図7を参照して説明する。
図5は、第1の実施形態のロボットカメラ制御装置の構成図である。図5に示すように、ロボットカメラ制御装置20は、指令装置6から送信されるコマンド(動作指令)に基づいて、ロボットカメラ30の動作を制御するものである。なお、指令装置6は、一般的なパーソナルコンピュータで、ネットワークを介して、コマンドを送信するものとする。ここでは、ロボットカメラ制御装置20は、ネットワーク送受信手段21、コマンド解析手段22、コマンド実行手段23、データベース24及び指令電圧値生成手段25を備えている。
等である。
ここで、(4)式の前項が、単調増加関数の領域における面積を表し、(4)式の後項が、単調減少関数の領域における面積を表している。
なお、ここで求めた移動角度(移動量)Sは、正規化関数から求めたもの(正規化移動量)である。そこで、補正係数算出部232が、コマンドで指示された移動量と正規化移動量との比率である補正係数Kを以下の(5)式によって算出する。
また、図6(c)のように、ズームの正規化切換点情報t0を“0.5”より大きくし、“0.8”とした場合、つまり、単調増加関数の時間を長くして単調減少関数の時間を短くした場合は、図6(d)に示すように、M11〜13の映像はゆっくりとズームし、M14の映像において急激にズームしている。
このように、切換点(正規化切換点情報)を変更することで、カメラマン固有の移動動作(移動波形)を保ちながら、映像制作者の演出意図を加味した映像を撮影することができる。
図5に戻って説明を続ける。
次に、図7を参照(適宜図5参照)して、ロボットカメラ制御装置20の動作について説明する。図7は、ロボットカメラ制御装置20の動作を示すフローチャートである。
ここで、コマンド解析手段22が、コマンドの先頭の文字列を“move”であると判定した場合(moveコマンド)は、コマンドを「移動コマンド」であると認識し、パラメータを移動コマンド実行部23aに出力する。
また、ステップS13で、コマンド解析手段22が、コマンドの先頭の文字列を“change”であると判定した場合(changeコマンド)は、コマンドを「人物切換コマンド」であると認識し、パラメータを人物切換コマンド実行部23bに出力する。
そして、ロボットカメラ制御装置20は、切換点変更コマンド実行部23cによって、「切換点変更コマンド」で指定される操作軸毎の切換点の位置(正規化切換点情報)をメモリ等に記憶することで、切換点の位置を変更する(ステップS20)。なお、メモリ等に記憶された切換点の位置は、ステップS14で参照され、その切換点の位置に基づいて、正規化移動量(移動角度)S等が算出されることになる。
<ロボットカメラ制御装置の構成>
図8は、第2の実施形態のロボットカメラ制御装置の構成図である。図8に示すように、ロボットカメラ制御装置20Aは、ロボットカメラ30から出力されるカメラ動き情報と、指令装置6から送信されるコマンドとに基づいて、ロボットカメラ30の動作を制御するものである。
なお、指令装置6から送信されるコマンドとしては、前記「移動コマンド」、「人物切換コマンド」、「切換点変更コマンド」の他に、カメラ動き情報と連係して実行されるコマンドとして「速度変更コマンド」が用意されている。
速度変更コマンド実行部23dは、コマンド実行手段23に備えられており、カメラ動き情報解析手段26が解析した現在位置及び現速度と、コマンド解析手段22が解析した最終速度及び移動時間とに基づいて、ロボットカメラ30を駆動するための駆動情報を生成し、指令電圧値生成手段25に出力するものである。
最大速度算出部235は、ロボットカメラの現在位置及び現速度と、速度変更コマンドで指示される最終速度及び移動時間と、データベース24に保存されている制御情報(正規化関数及び正規化切換点情報)とに基づいて、ロボットカメラ30の移動速度が変更された後の最大速度(最大移動速度)を算出するものである。ここで算出された最大移動速度は、第1駆動情報算出部236及び第2駆動情報算出部237に出力される。
第2駆動情報算出部237は、最大速度算出部235で算出された最大移動速度に基づいて、第2正規化関数を補正することにより、ロボットカメラ30の移動速度が最大移動速度Vの状態から最終速度になるまでの間の駆動情報(第2駆動情報)を算出するものである。ここで算出された第2駆動情報は、駆動情報合成部238へ出力される。
駆動情報合成部238は、第1駆動情報と第2駆動情報とを合成して駆動情報を生成するものである。ここで算出された駆動情報は、指令電圧値生成手段25へ出力される。
データベース24には、前記した(1)乃至(3)式で示した第1正規化関数f(t)及び第2正規化関数g(t)と、正規化切換点情報αとが保存されているものとする。
ここで、第1正規化関数f(t)及び第2正規化関数g(t)に基づいて単調増加関数及び単調減少関数を図9に示すようにグラフ化する。この場合、切換点の前(0<t<αTのとき)の関数の面積が、現速度から最大移動速度に達するまでの移動量Sup(=S1+S2)を表すことになる。
同様に、図9に示すグラフにおいて、切換点の後(αT<t<Tのとき)の関数の面積が、現速度から最大移動速度に達するまでの移動量Sdown(=S3+S4)を表すことになる。
次に、図10を参照(適宜図8参照)して、ロボットカメラ制御装置20Aの動作について説明する。図10は、速度変更コマンドの実行時におけるロボットカメラ制御装置20Aの動作を示すフローチャートである。
一方、現在のロボットカメラの状態(カメラ動き情報)が、カメラ動き情報入力部21cからカメラ動き情報解析手段26に出力されている。カメラ動き情報解析手段26は、カメラ動き情報を解析して、現速度vS及び現在位置を認識し、速度変更コマンド実行部23dに出力する。これにより、ロボットカメラ制御装置20Aは、速度変更コマンド実行部23dによって、現速度vS、移動量m(現在位置と目標位置との差分)を取得する(ステップS22)。
同様に、第2駆動情報算出部237によって、ステップS24で算出した最大移動速度Vに基づいて、切換点より後の駆動情報(第2駆動情報)を算出する(ステップS26)。ここで、この第2駆動情報の波形を求めるために、最終速度vEと最大移動速度Vとの差(V−vE)に基づいて第2正規化関数g(t)を変形し、最終速度vEで移動する等速部分の駆動波形を重畳する。なお、ステップS25とステップS26とは、その順番を入れ替えて実行してもよく、並行して実行してもよい。
そして、ロボットカメラ制御装置20Aは、指令電圧値生成手段25によって、ステップS27で算出した駆動情報Q′(t)から、ロボットカメラ30を制御するためのモータの電圧値を生成し、生成した電圧値をネットワーク送受信手段21の駆動情報出力部21bを介して、ロボットカメラ30に出力する(ステップS28)。これによって、移動中のロボットカメラ30は、移動速度を変更することができ、カメラマンの動きを模倣した違和感のないカメラ映像が生成される。
<ロボットカメラ制御装置の構成>
図11は、第3の実施形態のロボットカメラ制御装置の構成図である。図11に示すように、ロボットカメラ制御装置20Bには、ロボットカメラ30を遠隔操作するために操作機40が接続されている。ロボットカメラ制御装置20Bは、指令装置6から送信されるコマンドによる自動制御のほかに、操作機40からの指示に基づく手動制御が可能に構成されている。
なお、指令装置6から送信されるコマンドとしては、前記「移動コマンド」、「人物切換コマンド」、「切換点変更コマンド」、「速度変更コマンド」の他に、「自動/手動切換コマンド(切換コマンド)」が用意されている。
次に、図12を参照(適宜図11参照)して、ロボットカメラ制御装置20Bの動作について説明する。図12は、自動/手動切換コマンドの実行時におけるロボットカメラ制御装置20Bの動作を示すフローチャートである。
以上説明したように、ロボットカメラ制御装置20Bは、操作機40から入力する操作機動き情報に基づく指令を、速度変更コマンド実行部23dに実行される速度変更コマンド(自動制御)に切り換えてロボットカメラ30に出力することができる。
指令装置6から送信されるコマンドが速度変更コマンドである場合に、データベース24に記憶された制御情報として、第1正規化関数、第2正規化関数及び正規化切換点情報の他に、所定の減速関数を用いるロボットカメラ制御装置を第4の実施形態として説明する。この場合のロボットカメラ制御装置は、速度変更コマンド実行部23dに図示しない第3駆動情報算出部と、目標位置判定部とを備えている点を除いて、図8又は図11に示す構成と同一である。
この第3駆動情報算出部は、カメラ動き情報及び入力コマンドに基づく移動距離と、データベース24に記憶された減速関数及び第2正規化関数とに基づいて、駆動情報を生成し、指令電圧値生成手段25に出力するものである。
目標位置判定部は、目標位置が現在位置から順方向かつ当初目標位置より遠い場合、各算出部235〜238に、通常の動作を行うように指示を与える。これにより、速度変更コマンド実行部23dは、前記第2の実施形態と同様に動作する。
また、目標位置判定部は、目標位置が現在位置から順方向かつ当初目標位置より近い場合、この場合の駆動情報を生成するように第3駆動情報算出部に指示を与える。
また、目標位置判定部は、目標位置が現在位置から逆方向にある場合、速度変更コマンドに指示された移動時間の所定の割合の時間(例えば全移動時間の30%)の間、この場合の駆動情報を生成するように第3駆動情報算出部に指示を与え、残りの時間(例えば全移動時間の70%)の間、この場合の駆動情報を生成するように各算出部235〜238に指示を与える。
データベース24には、第1正規化関数、第2正規化関数、正規化切換点情報、及び次式で示される減速関数D(k)が保存されているものとする。
ただし、vS:現速度、T:移動時間とする。
なお、図13に示すように、当初の目標地点に向かって減速されている最中に目標地点が変更されたときを説明したが、当初の目標地点に向かって加速している最中に目標地点が変更されたときにも同様に場合分けをすることもできる。ただし、ここでは、速度変更時においても、ロボットカメラ30がカメラマンの動きのように自然な動きとなるような場合を想定しているので前記のごとく説明した。
11 ネットワーク受信手段(操作情報取得手段)
12 カメラ移動情報生成手段
13 操作軸情報生成手段
13a パン軸情報生成部
13b チルト軸情報生成部
13c ズーム軸情報生成部
13d フォーカス軸情報生成部
13z 関数生成部(関数生成手段)
14 データベース(制御情報保存手段)
20、20A、20B ロボットカメラ制御装置
21 ネットワーク送受信手段
21a コマンド入力部(コマンド入力手段)
21b 駆動情報出力部(駆動情報出力手段)
21c カメラ動き情報入力部
21d 操作機動き情報入力部
22 コマンド解析手段
23 コマンド実行手段
23a 移動コマンド実行部(駆動情報生成手段)
231 移動量算出部(移動量算出手段)
232 補正係数算出部(補正係数算出手段)
233 駆動情報算出部(駆動情報算出手段)
235 最大速度算出部(最大速度算出手段)
236 第1駆動情報算出部(第1駆動情報算出手段)
237 第2駆動情報算出部(第2駆動情報算出手段)
238 駆動情報合成部(駆動情報合成手段)
23b 人物切換コマンド実行部
23c 切換点変更コマンド実行部(切換点変更手段)
23d 速度変更コマンド実行部(速度変更用駆動情報生成手段)
23e 自動/手動切換コマンド実行手段
24 データベース(制御情報保存手段)
25 指令電圧値生成手段
26 カメラ動き情報解析手段
30 ロボットカメラ
40 操作機
Claims (7)
- カメラマンのカメラ動作を行う際のカメラ雲台及びカメラレンズを操作する操作情報をパラメータ化した制御情報に基づいて、ロボットカメラを制御するロボットカメラ制御装置であって、
前記カメラ雲台及び前記カメラレンズが操作された操作方向の軸である操作軸毎に、操作方向の動きを区分する切換点を移動時間内で正規化した正規化切換点情報と、前記切換点で区分された操作方向の動きを正規化した第1正規化関数及び第2正規化関数とを、前記制御情報として予め保存した制御情報保存手段と、
前記ロボットカメラを操作するためのコマンドを入力するコマンド入力手段と、
このコマンド入力手段で入力されたコマンドの内容を解析するコマンド解析手段と、
前記制御情報保存手段に保存されている制御情報と、前記コマンド解析手段で解析されたコマンドの内容とに基づいて、前記ロボットカメラを駆動するための時間毎の操作量である駆動情報を生成する駆動情報生成手段と、
この駆動情報生成手段で生成された駆動情報を前記ロボットカメラへ出力する駆動情報出力手段と、
前記正規化切換点情報を変更する切換点変更手段とを備え、
前記駆動情報生成手段が、前記切換点変更手段で変更された正規化切換点情報に基づいて、前記駆動情報を変化させることを特徴とするロボットカメラ制御装置。 - 前記駆動情報生成手段は、
前記コマンドで指示される移動時間と、前記正規化切換点情報と、前記第1正規化関数及び前記第2正規化関数とに基づいて、前記カメラ雲台及び前記カメラレンズの操作軸毎の正規化移動量を算出する移動量算出手段と、
この移動量算出手段によって算出された正規化移動量と、前記コマンドで指示される移動量とに基づいて、前記正規化移動量と前記移動量との比率である補正係数を算出する補正係数算出手段と、
この補正係数算出手段によって算出された補正係数に基づいて、前記第1正規化関数及び前記第2正規化関数を補正することで、前記時間毎の操作量である駆動情報を算出する駆動情報算出手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載のロボットカメラ制御装置。 - ロボットカメラの現在位置及び現在の移動速度を示すカメラ動き情報を入力するカメラ動き情報入力手段と、
このカメラ動き情報入力手段で入力されたカメラ動き情報の内容を解析するカメラ動き情報解析手段と、
前記コマンド入力手段に、前記ロボットカメラの移動速度を変更するための速度変更コマンドが入力されたときに、前記制御情報保存手段に保存されている制御情報と、前記コマンド解析手段で解析されたコマンドの内容と、前記カメラ動き情報解析手段で解析されたカメラ動き情報の内容とに基づいて、前記ロボットカメラの移動速度を変更するための駆動情報を生成する速度変更用駆動情報生成手段と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のロボットカメラ制御装置。 - 前記速度変更用駆動情報生成手段は、
前記カメラ動き情報が示す現在位置及び現在の移動速度と、前記コマンドで指示される目標位置、目標速度及び移動時間と、前記正規化切換点情報と、前記第1正規化関数及び前記第2正規化関数とに基づいて、前記ロボットカメラの最大移動速度を算出する最大速度算出手段と、
この最大速度算出手段によって算出された最大移動速度と前記現在の移動速度とに基づいて前記第1正規化関数を補正することにより、前記最大移動速度となる前の駆動情報を算出する第1駆動情報算出手段と、
前記最大速度算出手段によって算出された最大移動速度と前記目標速度とに基づいて前記第2正規化関数を補正することにより、前記最大移動速度となった後の駆動情報を算出する第2駆動情報算出手段と、
前記第1駆動情報算出手段及び第2駆動情報算出手段で算出された駆動情報を合成する駆動情報合成手段と、
を備えていることを特徴とする請求項3に記載のロボットカメラ制御装置。 - 前記ロボットカメラを手動制御する操作機から、前記ロボットカメラの動きを指示するための操作機動き情報を入力する操作機動き情報入力手段と、
前記コマンド入力手段に、手動制御から自動制御に切り換える切換コマンドが入力されたときに、前記ロボットカメラへの指令を、前記操作機動き情報入力手段からの入力に基づいた指令から、予め定められた目標位置、目標速度及び移動時間を条件として前記速度変更用駆動情報生成手段で算出された駆動情報に基づいた指令へと切り換える自動/手動切換手段と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のロボットカメラ制御装置。 - カメラ雲台及びカメラレンズが操作された操作方向の軸である操作軸毎に、操作方向の動きを区分する切換点を移動時間内で正規化した正規化切換点情報と、前記切換点で区分された操作方向の動きを正規化した第1正規化関数及び第2正規化関数とを、カメラマンのカメラ動作を行う際の前記カメラ雲台及びカメラレンズを操作する操作情報をパラメータ化した制御情報として予め保存したデータベースに基づいて、ロボットカメラを制御するために、コンピュータを、
前記ロボットカメラを操作するためのコマンドを入力するコマンド入力手段、
このコマンド入力手段で入力されたコマンドの内容を解析するコマンド解析手段、
前記データベースに保存されている制御情報と、前記コマンド解析手段で解析されたコマンドの内容とに基づいて、前記ロボットカメラを駆動するための時間毎の操作量である駆動情報を生成する駆動情報生成手段、
この駆動情報生成手段で生成された駆動情報を前記ロボットカメラへ出力する駆動情報出力手段、
前記正規化切換点情報を変更する切換点変更手段として機能させ、
前記駆動情報生成手段が、前記切換点変更手段で変更された正規化切換点情報に基づいて、前記駆動情報を変化させることを特徴とするロボットカメラ制御プログラム。 - 前記コンピュータを、さらに、
前記ロボットカメラの現在位置及び現在の移動速度を示すカメラ動き情報を入力するカメラ動き情報入力手段、
このカメラ動き情報入力手段で入力されたカメラ動き情報の内容を解析するカメラ動き情報解析手段、
前記コマンド入力手段に、前記ロボットカメラの移動速度を変更するための速度変更コマンドが入力されたときに、前記データベースに保存されている制御情報と、前記コマンド解析手段で解析されたコマンドの内容と、前記カメラ動き情報解析手段で解析されたカメラ動き情報の内容とに基づいて、前記ロボットカメラの移動速度を変更するための駆動情報を生成する速度変更用駆動情報生成手段、
として機能させることを特徴とする請求項6に記載のロボットカメラ制御プログラム。
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