JP4981343B2 - 雲台システム - Google Patents

Description

本発明は、現在位置から目的位置まで自動で移動するショット動作を行う雲台システムに関するものである。

従来から、例えばお天気カメラのように、カメラを搭載した雲台装置を操作器によって遠隔操作を行うカメラ雲台システムが用いられている。この雲台システムの機能の１つとして、現在位置から予め記憶していたレンズのズーム、フォーカス、パンニング（パン）、チルティング（チルト）位置に、操作器から指定された速度又は時間によって自動的に移動するショット動作が知られている。

このショット動作は指定の位置に移動させることの他に、その間の映像を使用することも大きな目的としている。このため、ショット動作中に得られる画像は違和感のないものである必要があり、各動作がほぼ同時に開始して、ほぼ同時に終了することが必要である。従って、等速移動時間が最も長くなるような最適な移動速度を計算する必要があり、また何れかの動作が指定時間内に終了しない場合には、その時間に合わせて他の動作の移動速度も変更する必要がある。

最適な映像を取得するための問題点として、パン速度とチルト速度とズームの回転角の速度が一定になるように動作させると、画面内のみを移動するはずの対象物が、画面外に出てしまうような違和感のある映像になってしまうことがある。これはズームの回転角の変化率に対して、画角の変化率が一定でないために、パン・チルトの動きと画角の変化が一致していないことが原因である。

画角の変化率を一定にする方法として、ズームの回転角の位置に応じてズームの回転角速度を変化させることで、画角の変化率を一定にする方法が考えられる。しかし、この方法を用いると望遠側で急に対象物に近付くような映像になってしまうこともあり、これは感覚として広角側よりも望遠側の変化に敏感であるためである。レンズのズーム位置に対する画角の変化は、人間の感覚に合うように設計されているため、ショット中にズームの回転角速度を変化させることは好ましくない手法であると云える。

そこで、パン・チルトの動きをズーム位置に対する画角の変化を表す曲線と同じように、望遠側では遅く広角側では速く動かす手法が知られている。

例えば、特許文献１に開示されている技術では、操作器からの移動を速度で指定し、予めズーム位置に対するレンズの画角データを求めるための変換式又は変換テーブルを持ち、随時速度補正を行うことで画角を一定に保つようにしている。

また、特許文献２に開示されている技術では、画像記憶手段及び画面速度演算手段を有し、前回の取得画像とパターンマッチング等を行うことで現在の画面移行速度を求め、その値から速度の補正を行っている。

特開平５−２６８５０７号公報 特開平６−２７６４２３号公報

しかしながら上記の２つの特許文献１、２には、操作器から速度を指定するものであり、この速度もズーム位置に対して補正されるものであるため、ショット中の動きを定量的に示すものではなく、あくまでも基準速度でしかない。このため、予め同じ移動を行い、その映像から相対的に判断し、指令速度を決定する必要がある。

また特許文献１では、予めズーム位置に対するレンズの画角データをシステムに組み込んでおく必要があるため、データのないレンズにおいても同様に画角が補正される保証はない。特許文献２の技術を用いることで、全ゆるレンズに対応することが可能であるが、これを実現するためには画像記憶手段や画面速度演算手段など、その他の操作では不要な機構を必要とする。このため、コスト面において、特に低価格機においては現実的な方法とは云い難い。

本発明の目的は、簡易的なシステムにおいて、指定時間で同時スタート・同時ストップを行い、画角の変化率が一定に保たれているようなショットを全ゆるレンズに適用することが可能な雲台システムを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る雲台システムの技術的特徴は、レンズの回転角の位置及び雲台のパンニング位置とチルティング位置を目的位置として記憶する記憶手段と、操作手段からの指令により、現在位置から前記記憶手段に記憶された前記目的位置に予め指定された指定時間で移行するショット機能を有する雲台システムにおいて、前記レンズの回転角の位置に応じた画角の変化を２本の直線で近似した際の、前記２本の直線の交点を変曲点とするとき、前記変曲点を越えて望遠側から広角側に前記ショット機能を実行する際には、パンニング速度及びチルティング速度を、前記変曲点までは一定の加速度で加速させ、前記変曲点よりも広角側では一定とし、前記変曲点を越えて広角側から望遠側に前記ショット機能を実行する際には、パンニング速度及びチルティング速度を、前記変曲点までは一定とし、前記変曲点よりも望遠側では一定の加速度で減速させ、前記一定の加速度と前記一定の速度は、前記指定時間、前記目的位置と前記現在位置との差分により求められる移動量、及び、前記現在位置から前記変曲点までの回転角と前記変曲点から前記目的位置までの回転角との比に基づいて決定されることを特徴とする雲台システム。

本発明に係る雲台システムによれば、簡易な構成により、全ゆるレンズにおいて、指定時間で同時に開始して、ほぼ同時に終了する画角の変化が一定になるような撮影が可能になる。

本発明を以下の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は雲台システムの全体構造を表した図である。実施例の雲台システムは大きく分けて、雲台１０とレンズ２０と操作器３０の３つの部分から成っている。雲台１０において、制御部１１にはレンズデータ記憶部１２、ショットデータ記憶部１３、パン駆動部１４、チルト駆動部１５が接続されている。更に、レンズ２０のフォーカス駆動部２１、ズーム駆動部２２、及び操作器３０は、雲台１０の制御部１１に接続されている。

雲台１０においては、制御部１１とレンズデータ記憶部１２とショットデータ記憶部１３を分けているが、実際は１つのＣＰＵで処理してもよいし、レンズデータ記憶部１２のみをフラッシュメモリに記憶するなどしてもよい。

レンズデータ記憶部１２には、レンズの回転角に対する画角のデータが記憶されており、このデータはレンズ固有のものであるため、予め記憶させておいたものを使用してもよい。また、新規のレンズやデータの分からないレンズにも対応できるようにするための方法として、図２のフローチャート図に示す方法が考えられる。

このフローチャート図においては、先ずレンズデータ取得モードを雲台１０側に持たせておく。このデータ取得モードの場合には、初期化処理を行った（ステップＳ１１）後に、予め用意されている図３に示すようなチャートを用いて、指定の枠に合うように手動でズームレンズを調節する（ステップＳ１２）。調節終了後に、メモリ用のボタンを押すなどにより、その時点でのズーム位置のデータを雲台１０側が取得する（ステップＳ１３）。これを予め指定しておいた回数分繰り返すことで（ステップＳ１４）、図４に示すようなレンズの回転角に対する画角の変化のテーブルを作成する。

ここで、線形補間やスプライン補間を用いることで、取得データ数よりも多いデータのテーブルを作成することも可能である（ステップＳ１５）。作成されたデータはレンズデータ記憶部１２にコピーし（ステップＳ１６）、レンズデータ記憶モードが終了する。

上述の方法を用いることで、搭載レンズを選択することなく、画角補正を雲台１０側の制御だけで行うことが可能となる。その他に、雲台システムとして考えた場合には、レンズにテーブルを持たせておき、初期化時にそのテーブルを雲台１０側が取得する方法が考えられる。また、随時に焦点距離のデータを出力しているレンズを用い、初期化時に全域を動かすことによってテーブルを作成する方法なども挙げられる。

図５は操作器３０からショット指令を受け取ってからショットを動作させるまでの動作フローチャート図である。先ず、ショット動作を行う際には、操作器３０から予め記憶していた位置の通し番号とショット時間が指定される。制御部１１は先ずショットデータ記憶部１３から通し番号と一致した目的位置のデータを取得する（ステップＳ２１）。次に、レンズ２０の駆動部２１、２２に付設している位置検出器から、レンズ２０のパン、チルト、ズーム、フォーカスそれぞれの位置を取得し、現在位置データとして保持する（ステップＳ２２）。ここで、駆動部２１、２２の制御信号から計算される現在位置データを、制御部１１が常に保持していてもよい。

目的位置と現在の位置の差分を求めることで、ショットの移動量を求める（ステップＳ２３）。このとき、もし目的位置と現在位置が同じであれば、移動の必要がないためショットを終了する。同じでなければ、次に目的位置に指定時間内で移動可能かの判定を行う（ステップＳ２５）。もし移動量が多いため、最高速でも到達できない場合には、指定時間を最高速での到達時間に変更する（ステップＳ２６）。決定された指定時間でパン、チルト、ズーム、フォーカスをほぼ同時に開始してほぼ同時に終了させ、移動量と指定時間から最適な速度を計算する（ステップＳ２７〜Ｓ３０）。

ここで、ズーム・フォーカスに関しては速度補正を行わないため、開始時、終了時の台形駆動などを考慮しなければ、移動量／指定時間によって、単純に最適な速度が決定する。一方、パン・チルトの速度に関してはズーム位置によって補正されるため、ズーム位置の変化を考慮した最適な基準速度を求める必要がある。

先ず、或る速度において目的位置までの所要時間を求め、指定時間と求められた所要時間の比率から、指定時間で終了する速度を計算する。所要時間は或る時間におけるズーム位置を求め、その値によって補正されたパン・チルトの速度を求め、単位時間内の移動量を算出する。移動量の総和が目的位置の値まで達するまでの時間から求めることができる。

このような方法で、基準速度を求め補正を行うことで、ズーム位置に対する画角の変化とパン、チルトの動きを一致させ、画角の変化率を一定にすることができる。しかし、上述の手法は多大な計算量を必要とするため、下記のような近似を行うことで、計算量を大幅に減らすことができる。

先ず、図６に示すレンズの回転角に対する画角のデータを、点線で示す２本の直線で近似する。この２本の直線の選び方は、例えば或る点の望遠側と広角側のデータから最小二乗法を用いて２つの直線を決定し、この２つの直線と各点のずれが最も少ない点を選択する方法が考えられる。このようにして得られた２本の直線の交点にあたる部分の値を変曲点とし、この変曲点をレンズデータを取得した際に予め求めておく。

図７は近似した画角補正を行うための動作フローチャート図である。先ず、指定されたショットのズーム移動が変曲点を越えたかどうかを判断する（ステップＳ４１）。もし、変曲点を越えない場合には、画角の変化はほぼ直線的になるため、画角補正を行わなくとも違和感のある映像にはならないので終了する。一方、変曲点を越える場合には、先ず変曲点を境界とした広角側と望遠側の比を求める（ステップＳ４２）。次に、広角側は一定速、望遠側は加速度が一定になるように、雲台１０を制御した場合の最適な基準速度を求める（ステップＳ４３）。求められた基準速度と加速度を保持し（ステップＳ４４）、ショット時の速度を制御する。

例えば、図６のｘ１〜ｘ２の部分にズームが移動するようなショットを実行した場合に、変曲点を越えるショットになることから、図８に示すようにパン・チルトの速度を変曲点まで一定の加速度で加速し、変曲点よりも広角側の場合は一定の速度で動かす。移動量が図８に示す台形の面積となるように、基準速度を決定すればよいため、単純な計算でパン・チルトの速度を決定することができる。結果として、図９に示すようにパン・チルトの動きに対して補正を行ったことになる。

ここで、逆に図６のｘ２〜ｘ１にショット動作を行った場合には、ズーム位置が変曲点に到達するまでパン、チルトを一定速度で動作させ、その後に一定の加速度で減速するように制御する。また、上記の実施例では変曲点を１つとしたが、直線近似のずれが大きい場合には変曲点を複数としてもよい。

このような方法を用いることで、操作器３０側から指定された時間で同時スタート・同時ストップするショット動作においても、動作中の映像の画角変化率がほぼ一定になるように調節された、違和感のない映像を取得することが可能となる。

また、画角データのないレンズや新規レンズのような全ゆるレンズに対しても、現在の一般的な構造に大きな変化を加えることなく、同様の補正を行うことが可能となる。

以上の説明では好ましい実施例について述べたが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは云うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

実施例のブロック回路構成図である。 レンズデータを取得する方法の動作フローチャート図である。 レンズデータ取得のために使用するチャートの説明図である。 取得したレンズデータのグラフ図である。 ショットの指令を受けてから動作するまでのフローチャート図である。 変曲点を求めるグラフ図である。 画角補正を行う動作フローチャート図である。 パン・チルト速度のグラフ図である。 画角補正を行ったパン・チルトの移動量を表したグラフ図である。

符号の説明

１０ 雲台
１１ 制御部
１２ レンズデータ記憶部
１３ ショットデータ記憶部
１４ パン駆動部
１５ チルト駆動部
２０ レンズ
２１ フォーカス駆動部
２２ ズーム駆動部
３０ 操作器

Claims (3)

1. レンズの回転角の位置及び雲台のパンニング位置とチルティング位置を目的位置として記憶する記憶手段と、操作手段からの指令により、現在位置から前記記憶手段に記憶された前記目的位置に予め指定された指定時間で移行するショット機能を有する雲台システムにおいて、
   前記レンズの回転角の位置に応じた画角の変化を２本の直線で近似した際の、前記２本の直線の交点を変曲点とするとき、
   前記変曲点を越えて望遠側から広角側に前記ショット機能を実行する際には、パンニング速度及びチルティング速度を、前記変曲点までは一定の加速度で加速させ、前記変曲点よりも広角側では一定とし、
   前記変曲点を越えて広角側から望遠側に前記ショット機能を実行する際には、パンニング速度及びチルティング速度を、前記変曲点までは一定とし、前記変曲点よりも望遠側では一定の加速度で減速させ、
   前記一定の加速度と前記一定の速度は、前記指定時間、前記目的位置と前記現在位置との差分により求められる移動量、及び、前記現在位置から前記変曲点までの回転角と前記変曲点から前記目的位置までの回転角との比に基づいて決定されることを特徴とする雲台システム。
2. 前記レンズは交換可能であって、接続される前記レンズごとに前記レンズの回転角の位置に応じた画角の変化に関する情報を取得できることを特徴とする請求項１に記載の雲台システム。
3. 複数の前記ズーム位置における画角を測定することにより、前記レンズの回転角の位置に応じた画角の変化に関する情報を作成することを特徴とする請求項１に記載の雲台システム。

Images