JP4986346B2

JP4986346B2 - 撮像装置のレンズ駆動方法及び撮像装置並びにカメラシステム

Info

Publication number: JP4986346B2
Application number: JP2001242321A
Authority: JP
Inventors: 隆宏池
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: US20030030735A1; CN1318910C; EP1286196A3; DE60238963D1; US7391462B2; CN1405615A; JP2003057526A; EP1286196A2; EP1286196B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は監視カメラシステム等に用いられる撮像装置に係り、特に、焦点（ピント）を合わせながら被写体のズームアップ画像を撮影するのに好適な撮像装置のレンズ駆動方法及び撮像装置並びにカメラシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
監視カメラシステム等の撮像装置には、例えば所定の窓を監視対象としている場合に窓のズームアップした画像を撮像できるようにするため、ズームアップ機構が設けられている。図５は、カメラレンズのトラッキングカーブの一例を示す図である。この図に示されるように、レンズ固有のトラッキングカーブは、近距離（１．６ｍ）に焦点を合わせたトラッキングカーブＩと、無限遠に焦点を合わせたトラッキングカーブIIの２つが存在する。
【０００３】
両者は、ズーム倍率が高くない場合には殆ど一致しており、いずれか一方のトラッキングカーブに沿ってフォーカスレンズをズームレンズのズームに従って動かすことで、ピントが常にあった状態でズームさせることが可能である。しかし、ズームレンズが望遠側になるほど、両カーブの間は離間し、実際にピントが合うフォーカスレンズ位置は、両カーブの間の任意位置となる。
【０００４】
このため、従来のズーム機構は、ズーム倍率が決まった場合にそのズーム倍率になるまで一気にズームレンズをその倍率まで移動させ、フォーカスレンズはズームレンズの移動に合わせてトラッキングカーブIに沿って移動させることで図５のＫ点位置まで移動させ、その後に、フォーカスレンズを自動焦点技術等を用いて合焦位置Ｎに移動させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の監視カメラシステム等に用いられる撮像装置は、被写体のズームアップ画像を高速に取得することはできるが、ズーム中の被写体画像はボケてしまい、ズーム後のピント合わせまで鮮明な画像による監視ができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、ズーム操作中でも焦点の合った被写体画像を撮像可能な撮像装置及びそのレンズ駆動方法並びにカメラシステムを提供することにある。
【０００９】
上記目的を達成する撮像装置のレンズ駆動方法は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを予め設定されたプリセット位置に移動するときに前記ズームレンズがワイド方向かテレ方向のどちらに移動するかを判定し、前記ズームレンズが前記テレ方向に移動する場合には、前記プリセット位置における被写体画像の合焦点位置を求めると共にトラッキングカーブと前記合焦点位置との間の相互関係値を求め、ズームアップを実行するとき、前記ズームレンズは動かさずに前記フォーカスレンズを前記プリセット位置において求められた前記相互関係値を保つ位置に動かしたのち、前記ズームレンズのズームアップと共に前記トラッキングカーブに対して前記相互関係値を保つように前記フォーカスレンズの位置制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
これにより、ズームアップの操作中でもピントの合った被写体画像を撮像しモニタ表示することが可能となる。また、レンズ移動の高速化とフォーカスレンズの総移動量の低減を図ることができる。
【００１１】
上記目的を達成する撮像装置のレンズ駆動方法は、前記ズームレンズ及び前記フォーカスレンズを予め設定されたプリセット位置に移動するときに前記ズームレンズが前記ワイド方向に移動する場合には、前記被写体画像の合焦点位置と前記トラッキングカーブとの間の前記相互関係値を求め、前記ワイド方向へのズームアップを実行するとき前記トラッキングカーブに対して前記相互関係値を保つように前記フォーカスレンズの位置制御を行うことを備えたことを特徴とする。
【００１２】
これにより、ワイド方向のズーム操作中でもピントの合った被写体画像を撮像しモニタ表示することが可能となる。また、レンズ移動の高速化とフォーカスレンズの総移動量の低減を図ることができる。
【００１５】
上記目的を達成する撮像装置は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを有するカメラレンズと、前記ズームレンズを予め設定されたプリセット位置に移動するときに前記ズームレンズがワイド方向かテレ方向のどちらに移動するかを判定し、前記ズームレンズが前記テレ方向へ移動する場合には、前記プリセット位置における被写体画像の合焦点位置を求めると共にトラッキングカーブと前記合焦点位置との間の相互関係値を求め、ズームアップを実行するとき、前記ズームレンズは動かさずに前記フォーカスレンズを前記プリセット位置において求められた前記相互関係値を保つ位置に動かしたのち、前記ズームレンズのズームアップと共に前記トラッキングカーブに対して前記相互関係値を保つように前記フォーカスレンズの位置制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
これにより、ズーム操作中でもピントの合った被写体画像を撮像しモニタ表示することが可能となる。また、レンズ移動の高速化とフォーカスレンズの総移動量の低減を図ることができる。
【００１７】
上記目的を達成する撮像装置は、前記ズームレンズ及び前記フォーカスレンズを予め設定されたプリセット位置に移動するときに前記ズームレンズを前記ワイド方向に移動する場合には、前記被写体画像の合焦点位置とトラッキングカーブとの間の相互関係値を求め、前記ワイド方向へのズームアップを実行するとき前記トラッキングカーブに対して前記相互関係値を保つように前記フォーカスレンズの位置制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
これにより、ズーム操作中でもピントの合った被写体画像を撮像しモニタ表示することが可能となる。また、レンズ移動の高速化とフォーカスレンズの総移動量の低減を図ることができる。
【００１９】
上記目的を達成するカメラシステムは、固定設置の上述した撮像装置と、前記カメラレンズの撮像画像を表示するモニタと、前記撮像装置に接続されズーム操作の入力が為されたとき前記ズーム操作の指令を前記撮像装置に出力するコントローラとを備えたことを特徴とする。
【００２０】
これにより、コントローラからの指示に従うズーム操作中でもピントの合った被写体画像を撮像しモニタに表示することが可能となる。また、レンズ移動の高速化とフォーカスレンズの総移動量の低減を図ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図２は、本発明の一実施形態に係る撮像装置を適用した監視カメラシステムの構成図である。この監視カメラシステムは、天井等に設置されるカメラ（撮像装置）１と、カメラ１の撮像画像を画面に表示するモニタ２と、カメラ１を遠隔地から制御するコントローラ３とを備えて構成される。
【００２３】
カメラ１は、天井に固定される固定台１ａと、この固定台１ａに回転自在（矢印Ａ方向）に取り付けられる回転台（このカメラ１のパン操作機構）１ｂと、回転台１ｂに一体に固定された半球状ケース１ｃ内に設置される後述するカメラレンズ系（図３の符号１０）と、このカメラレンズの向く俯角方向を矢印Ｂ方向に操作する図示しないチルト操作機構とを備える。
【００２４】
モニタ２は、上記カメラレンズの焦点位置に置かれたＣＣＤの様な撮像素子（図３の符号２０）から映像信号を取り込み、これを画面に表示する。コントローラ３は、監視員のマニュアル操作指示を入力する各種ボタン３ａ等が前面パネルに設けられており、その操作指示をカメラ１に出力して、カメラ１をパン操作、チルト操作、ズーム操作する。また、メモリボタンを押すことで、カメラのパン、チルト、ズーム、フォーカス位置をカメラ制御部に記憶させる。
【００２５】
図３は、上述したカメラ１の内部構成図である。このカメラ１のカメラレンズ系１０は、ズームレンズ１１と、フォーカスレンズ１２とを備えて成り、ズームレンズ１１は、ズームモータ（ステッピングモータ）１３によってレンズ鏡筒内の位置が前後（被写体方向を前方、撮像素子方向を後方とする。）に動かされ、フォーカスレンズ１２はフォーカスモータ（ステッピングモータ）１４によってレンズ鏡筒内の位置が前後に動かされる。ズームモータ１３はズームモータドライバ回路１５から駆動電力が供給され、フォーカスモータ１４はフォーカスモータドライバ回路１６から駆動電力が供給される。
【００２６】
カメラ１内には、図２に示したパン操作機構（回転台）１ａを駆動するパンモータ１７と、図示しないチルト操作機構を駆動するチルトモータ１８とが設けられている。
【００２７】
カメラ１の電気制御系は、コントローラ３からのマニュアル操作指示を受けて各種制御信号を出力するカメラ制御部３０と、パンモータ１７とチルトモータ１８をカメラ制御部３０からの指令に基づいて制御する回転台制御部３１と、撮像素子２０から出力される画像データ信号を取り込みカメラ制御部３０からの指令に基づいて出力するカメラ信号処理部３２と、カメラ信号処理部３２から出力される画像データ信号を処理して焦点位置合わせの程度に応じた電圧を出力するＡＦＤＳＰ（Auto Focus Digital Signal Processor)３３と、カメラ制御部３０からの制御指令とＡＦＤＳＰ３３からの出力信号に応じてズームモータドライバ回路１５及びフォーカスモータドライバ回路１６に駆動パルス信号を出力するレンズ制御部４０と、コントローラ３からプリセットメモリの指示を受けて、回転台制御部３１から出力されるパン／チルト現在位置とレンズ制御部４０から出力されるズーム／フォーカス現在位置とを記憶する記憶装置３６とを備える。
【００２８】
回転台制御部３１は、カメラ制御部３０から出力されるパン方向指令、チルト方向指令、夫々の移動速度指令、夫々の移動量指令に基づいた制御信号を生成しパンモータ１７及びチルトモータ１８を制御することで、図２に示す矢印Ａ方向の回転角と矢印Ｂ方向の俯角を制御する。
【００２９】
カメラレンズ系１０の焦点位置に置かれた撮像素子２０から出力される画像データ信号は、モニタ２に出力されると共に、カメラ信号処理部２１を通してＡＦＤＳＰ３３に取り込まれる。このＡＦＤＳＰ３３は、取り込んだ画像データ信号中の高周波成分の積分値を出力するものであり、画像データ信号中の高周波成分を取り出すハイパスフィルタ３４と、取り出された高周波成分を積分する積分器３５とを備える。積分器３５の出力値が大きい程すなわち高周波成分の量が大きいほど画面がシャープでピントの合った画像となるため、積分器３５の出力に応じた電圧を「合焦電圧」という。
【００３０】
レンズ制御部４０は、積分器３５の出力を検出する合焦電圧検出手段４１と、レンズを動かす前の合焦電圧値を保存する合焦電圧メモリ４２と、合焦電圧検出手段４１の今回の検出値と合焦電圧メモリ４２の内容（前回の検出値）とを比較する合焦電圧コンパレータ４３と、この合焦電圧コンパレータ４３の出力に応じてレンズの移動目標位置を算出する目標位置算出部４５と、この目標位置算出部４５から出力されるフォーカスレンズ１２、ズームレンズ１１の夫々の移動目標位置と現在位置との差分だけ各レンズを動かすパルスを生成し各ドライバ回路１６、１５に出力するモータ駆動パルス生成部４６と、レンズ制御指示部４７とを備える。
【００３１】
合焦電圧コンパレータ４３でレンズを動かす前後の合焦電圧を比較するのは、合焦電圧が大きくなる方向にフォーカスレンズ１２を移動させ、ピントを合わせるためである。これにより、いわゆる公知の山登り方式による焦点位置の探索を行う。
【００３２】
レンズ制御指示部４７は、カメラ制御部３０からの制御指令を受けてレンズ制御部４０の制御を行い、ズーム操作、フォーカス操作、ＡＦ、プリセットズーム、フォーカス操作を行う指示を出す。
【００３３】
コントローラ３からプリセット指示を出し、カメラ制御部３０がすでに記憶されているズーム、フォーカス位置を指定してプリセット移動要求をレンズ制御指示部４７に投げた場合、本実施形態のレンズ制御指示部４７は、詳細は後述するようにしてズームレンズ位置とフォーカスレンズ位置の相互関係値を算出し、この算出値に基づいてズームレンズの移動に合わせてフォーカスレンズの位置制御も同時に行うことで、ズーム中においても常時ピントのあった被写体画像が撮像されるようにする。
【００３４】
上記のプリセット位置とは、例えば監視対象として予め決められた位置（所定の窓の位置、所定のドアの位置など、カメラから被写体までの距離が決まっている位置）のことをいい、この監視カメラシステムのユーザが任意に予め設定する位置である。監視員が所定のプリセット位置をコントローラ３から指示入力した場合には、カメラ１の方向が監視対象に向かうようにパン移動、チルト移動する。そして、設定されたズームレンズ位置が現在値よりテレ側である場合には、監視対象をズームアップした画像がモニタ２に表示されるが、本実施形態では、ズームアップ中の画像も常にピントの合った画像としてモニタ２に表示される。
【００３５】
図４は、レンズ制御指示部４７がカメラ制御部３０からの制御信号を受けてレンズ制御部４０を制御する処理手順を示すフローチャートである。レンズ制御指示部４７は、カメラ制御部３０からの制御信号を受け、先ずその制御信号中に高速で予め設定されている位置へレンズを動かす指令であるプリセット移動指令が含まれる否かをステップＳ１で判定する。プリセット移動指令が無い場合には、ステップＳ２に進み、他の処理に入る。
【００３６】
ステップＳ１での判定の結果、プリセット移動指令であると判定された場合には、次にステップＳ３に進み、ズームレンズ１１を望遠側（テレ側）にズームする指令であるか否かを判定する。判定結果が否定（Ｎ）即ちワイド側へのズーム指令である場合には、ステップＳ４に進み、ワイド方向へのズームを行い、この図４の処理を終了する。
【００３７】
ワイド方向のズームであれば、トラッキングカーブに従ってフォーカスレンズを動かすだけでも、被写体までの距離に関わらず常にピントの合った被写体画像が得られる。尚、本実施形態のワイド方向のズームについては後述する。
【００３８】
ステップＳ３の判定結果が肯定（Ｙ）かつステップＳ５の判定結果も肯定（Ｙ）の場合は、テレ側へのズームアップ指令であるためステップＳ７に進み、本実施形態の特徴であるレンズ駆動方法に従ってテレ方向のズームアップが行われる。ちなみに、ステップＳ５において否定（Ｎ）の場合には、ズーム移動がないため、ステップＳ６に進み、フォーカスのみの移動となる。
【００３９】
図１は、本実施形態の特徴に係るレンズ駆動方法を説明するトラッキングカーブを示す図である。実際のトラッキングカーブは、図５と同様であるが、図１では説明の都合により、２本のトラッキングカーブの間を誇張して記載してある。
【００４０】
本実施形態では、プリセット位置の被写体に対してズームアップを行う場合、まず、被写体までの距離をレンズプリセット到達目標位置の座標値から求める。即ち、被写体までの距離（例えば、監視対象の「窓」までのカメラ１からの距離）は、記憶されたズームレンズ位置とフォーカスレンズ位置と前述のトラッキングカーブより計算で求めることができるので、コントローラ３から指定された監視対象までの距離を求める。
【００４１】
図１に例示するトラッキングカーブIは、焦点距離が１．６ｍのトラッキングカーブであり、トラッキングカーブIIは、焦点距離が無限遠であるトラッキングカーブであるから、目標ズーム位置Ｚ１における焦点距離「５ｍ」の位置Ｎの両トラッキングカーブ間の内分比（ｘ：ｙ）を計算する。この内分比の値が、本実施形態におけるトラッキングカーブと合焦点位置との間の相互関係値である。そして、現在のズーム位置Ｚ２における同一の内分比（ｘ：ｙ）位置ｎ２を計算する。尚、これらの計算は、図３に示すレンズ制御指示部４７からの指示に基づいて目標位置算出部４５が行う。
【００４２】
そして次に、現在のズーム位置Ｚ２におけるフォーカスレンズ位置ｎ１を両トラッキングカーブ間の内分比（ｘ：ｙ）の位置ｎ２に動かす。そして、ズームレンズのズームアップに従って、次々と内分比（ｘ：ｙ）の位置ｎ３、ｎ４、ｎ５を算出してその位置にフォーカスレンズ位置を移動させ、最後にフォーカスレンズ位置を位置Ｎにする。
【００４３】
上述した様にしてフォーカスレンズを動かすことで、ズームレンズのズームアップ中であっても、常にピントのあった被写体画像を撮像でき、その撮像画像をモニタ２に表示することができる。また、従来技術の図５で説明した位置Ｋから位置Ｎへのフォーカスレンズの移動を行わなくて済むため、ズームアップ処理の高速化を図ることが可能となり、更に、フォーカスレンズの総移動量を低減することができ、レンズ駆動系の寿命向上を図ることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、図４のステップＳ４におけるワイド方向へのズームにおいては、ワイド方向にズームを開始するときの開始位置Ｚ１におけるフォーカスレンズ位置Ｎの両トラッキングカーブ間における内分比（ｘ：ｙ）を求め、この内分比（ｘ：ｙ）を同一に保つようにして、位置Ｎ→ｎ５→ｎ４→ｎ３→ｎ２とフォーカスレンズを移動させ、最後に基準位置ｎ１に移動させる。この様に、テレ方向とワイド方向とでトラッキング方法を切り換えることで、テレ方向、ワイド方向ともにズーミング中においても極めて良好なピントで被写体を写すことが可能となる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、プリセット位置へのズーム操作中であってもズーム中に撮像される被写体画像は常にピントの合った画像となる撮像装置のレンズ駆動方法を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置におけるレンズ駆動方法を説明する図
【図２】本発明の一実施形態に係る撮像装置を適用した監視カメラシステムの構成図
【図３】本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成図
【図４】本発明の一実施形態に係る撮像装置で実行される処理手順を示すフローチャート
【図５】従来のレンズ駆動方法を説明するトラッキングカーブを示す図
【符号の説明】
１カメラ（撮像装置）
２モニタ
３コントローラ
１１ズームレンズ
１２フォーカスレンズ
３０カメラ制御部
４０レンズ制御部
４５目標位置算出部
４７レンズ制御指示部

Claims

ズームレンズ及びフォーカスレンズを予め設定されたプリセット位置に移動するときに前記ズームレンズがワイド方向かテレ方向のどちらに移動するかを判定し、
前記ズームレンズが前記テレ方向に移動する場合には、前記プリセット位置における被写体画像の合焦点位置を求めると共にトラッキングカーブと前記合焦点位置との間の相互関係値を求め、
ズームアップを実行するとき、前記ズームレンズは動かさずに前記フォーカスレンズを前記プリセット位置において求められた前記相互関係値を保つ位置に動かした後、前記ズームレンズのズームアップと共に前記トラッキングカーブに対して前記相互関係値を保つように前記フォーカスレンズの位置制御を行うことを特徴とする撮像装置のレンズ駆動方法。
前記ズームレンズ及び前記フォーカスレンズを予め設定されたプリセット位置に移動するときに前記ズームレンズが前記ワイド方向に移動する場合には、前記被写体画像の合焦点位置とトラッキングカーブとの間の相互関係値を求め、前記ワイド方向へのズームアップを実行するとき前記トラッキングカーブに対して前記相互関係値を保つように前記フォーカスレンズの位置制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置のレンズ駆動方法。
ズームレンズ及びフォーカスレンズを有するカメラレンズと、前記ズームレンズを予め設定されたプリセット位置に移動するときに前記ズームレンズがワイド方向かテレ方向かのどちらに移動するかを判定し、前記ズームレンズが前記テレ方向に移動する場合には、前記プリセット位置における被写体画像の合焦点位置を求めると共にトラッキングカーブと前記合焦点位置との間の相互関係値を求め、
ズームアップを実行するとき、前記ズームレンズは動かさずに前記フォーカスレンズを前記プリセット位置において求められた前記相互関係値を保つ位置に動かした後、前記ズームレンズのズームアップと共に前記トラッキングカーブに対して前記相互関係値を保つように前記フォーカスレンズの位置制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
前記ズームレンズ及び前記フォーカスレンズを予め設定されたプリセット位置に移動するときに前記ズームレンズが前記ワイド方向に移動する場合には、前記被写体画像の合焦点位置とトラッキングカーブとの間の相互関係値を求め、前記ワイド方向へのズームアップを実行するとき前記トラッキングカーブに対して前記相互関係値を保つように前記フォーカスレンズの位置制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
請求項３又は請求項４に記載の撮像装置と、前記撮像装置の撮像画像を表示するモニタと、前記撮像装置に接続されズーム操作の入力が為されたとき前記ズーム操作の指令を前記撮像装置に出力するコントローラと、を備えたことを特徴とするカメラシステム。