JP5105945B2 - 雲台装置及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置(カメラ)付きの雲台装置及びその制御方法に関するものである。
カメラ付きの雲台装置において、雲台回転部の一定速度での回転動作中は、防振機能を動作させると画像のぶれが大きくなったり、小さくなったりして不自然になるので防振機能を弱める、もしくは止めるようにする技術が提案されている(特許文献1参照)。
また、特許文献2では、以下のように制御する技術が提案されている。
カメラ付きの雲台装置において、雲台回転部の回転、もしくは非回転でカメラの防振機能を動作させるか、させないかを撮影者が予め決める。また、カメラ自身の持つ加速度等のセンサを用いて振動が手ぶれなのか、撮影者の意図するところなのかを判断し、防振機能を動作させる。
特開2001−358982号公報 特開2000−155347号公報
しかしながら上記従来技術では、雲台回転部が特に高速に回転して停止する場合、停止した瞬間は回転方向に往復振動しているにもかかわらず、画像の不自然な動きを止めるため、防振機能は働かせていない、もしくは防振機能を弱めている。そのため、雲台回転部が停止した瞬間のカメラに取り込まれる画像はぶれてしまう。
上記ぶれを避けるために、雲台回転部の停止後、ある一定時間のタイムラグを設け、その振動が収まってから画像をカメラに取り込むことが行われている。一方、雲台回転部が低速で回転後、回転停止した場合は、停止に伴うぶれは高速時に比べ少ない。この場合は、すぐに防振機能を動作させることで、外乱に対して画像のぶれを減少させることができ、画像取り込みを行えるにもかかわらず、高速回転時と同じシーケンスを行うと一定時間取り込みを待機してしまう。その結果、画像取り込みまでに時間がかかってしまうという問題がある。
また、振動を伴うような雲台回転部の回転、例えば、起動と停止を繰り返す間歇回転を想定した場合、絶えず短い時間で駆動、停止が繰り返されているので、カメラは常に振動しており、取り込まれる画像もぶれている。この場合は、雲台回転部の回転時、防振機能を働かせていたほうが、取り込まれる画像ぶれは少ない。
また一方で、一定速度の回転を行っているカメラ付きの雲台装置において、カメラ内でのセンサで防振機能を動作させるシーケンスの場合、予め動作パターンが判っているにも関わらず、センサの出力で防振機能を動作させるため、処理時間を要する。
即ち、センサの出力に基づいて防振機能の動作、非動作の選択が行われるので(以降、オン、オフと略す)、防振機能の動作が実行されるまでのタイムラグが生じ、ぶれが増大し不自然な画像となる。その結果として、撮影者の意図が雲台装置の回転動作に反映できなかった。
本発明の目的は、撮像装置に取り込まれる画像のぶれを抑えることができる雲台装置及びその制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明による雲台装置は、雲台回転部に、取り込む画像のぶれを防止する防振機能を有する撮像装置を取り付ける雲台装置において、前記雲台回転部の駆動パターン一定速度で駆動する一定速度パターンである場合、前記防振機能をオフに制御し、前記雲台回転部の駆動パターンが駆動と停止を繰り返す間歇駆動パターンである場合、前記防振機能オン制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記雲台回転部を所定速度以上の一定速度で駆動中に前記雲台回転部の駆動終了命令が受信されると、前記雲台回転部が停止する前に前記防振機能をオンに制御し、前記雲台回転部を前記所定速度未満の一定速度で駆動中に前記駆動終了命令が受信されると、前記雲台回転部が停止してから前記防振機能をオンに制御することを特徴とする。
本発明による制御方法は、取り込む画像のぶれを防止する防振機能を有する撮像装置の制御方法において、前記撮像装置が取り付けられる雲台回転部の駆動開始終了命令を受信する受信ステップと、前記雲台回転部の前記駆動パターン一定速度で駆動する一定速度パターンのとき、前記防振機能をオフに制御し、前記雲台回転部の駆動パターンが駆動と停止を繰り返す間歇駆動パターンであるとき、前記防振機能をオンに制御する制御ステップとを備え、前記制御ステップは、前記雲台回転部を所定速度以上の一定速度パターンで駆動中に前記駆動終了命令が受信されると、前記雲台回転部が停止する前に前記防振機能をオンに制御し、前記雲台回転部を前記所定速度未満の一定速度で駆動中に前記駆動終了命令が受信されると、前記雲台回転部が停止してから前記防振機能をオンに制御することを特徴とする。
本発明の雲台装置によれば、撮像装置に取り込まれる画像のぶれを抑えることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る雲台装置の正面図、図2は、本発明の第1の実施の形態に係る雲台装置の側面図である。
図1、図2において、デジタルカメラ(以降、デジカメと略す)1は雲台回転部2に載置される。そして、結合ユニット3によりデジカメ1と雲台回転部2とを結合する(詳細は後述)。デジカメ1は、取り込む画像のぶれを防止する防振機能を有する。
以下、雲台装置のユニットを説明する。
外部端子4は、デジカメ1を外部からコントロールすることができ、かつ、ビデオ信号を取り出すことができる。雲台固定部5にはパンモータ6があり、また、パンモータ6を駆動する駆動回路7がある。
通信ケーブル8は、デジカメ1のすべての電気信号を、外部端子4を経由して雲台固定部5とやりとりするためのものである。コントロールケーブル9は、駆動回路7に電力を供給し、また、デジカメ1からの信号を取り出すための信号を送る。
雲台固定部5には固定軸10が圧入されている。その固定軸10に軸受14a,14bが回転可能に挿入されている。また回転ユニットケース12は軸受14a、14bを同軸に固定している。固定軸10における段差11と、雲台回転部2の一部を構成する回転ユニットケース12の回転中心の穴に貫通した固定軸10の上端部に挟み込まれたEリング13によって、雲台回転部2は上下方向に固定され回転可能になる。
またパンモータ6において、回転するパンモータ軸15にパン回転ギア16が固定されている。尚、パン回転ギア16は、回転ユニットケース12の内側に形成されたパンギア17がかみ合っている。
一方、雲台回転部2の内部にはチルトモータ18が固定され、チルトモータ回転軸19、チルトモータ回転軸19に固定され、チルトモータ回転軸19とともに回転する回転チルトギア21がある。チルト固定ギア22は回転チルトギア21にかみ合っている。チルト固定ギア22はカメラ側板23の一部を構成している。
カメラ側板23は結合ユニット3の一部を構成している。カメラ押さえ板24はカメラ側板23と対向する位置にあり、カメラ側板23とカメラ押さえ板24でデジカメ1の結合ユニット3の一部を構成している。
デジカメ1を含む結合ユニット3は、チルト軸25、26を介して、雲台回転部2の内側に固定されたチルト側板27、28、及びステー29、30を介して雲台回転部2に取り付けられている。このチルト軸25はチルト固定ギア22の中空の穴を通し、カメラ側板23に回転自在に固定されている。
図3は、本発明の第1の実施の形態に係る雲台装置におけるチルト動作状態の側面図である。
図3において、チルトモータ18が回転し、回転チルトギア21が回転する。その後、回転チルトギア21にかみ合っているチルト固定ギア22が回転させられ、それに合わせてカメラ側板23がチルト軸25を中心に回転する。結果、デジカメ1を含む結合ユニット3は図3のようにチルト回転する。
次に、固定軸10を回転中心にして雲台回転部2が回転するいわゆるパン回転について説明する。
図4は、本発明の第1の実施の形態に係る雲台装置のブロック図である。
図4において、2点鎖線で囲まれた領域は雲台固定部5である。また、1点鎖線で囲まれた領域は雲台回転部2である。
図4において、雲台装置は、CPU(制御手段)101、チルトモータ18に接続されたチルトモータドライバ102、パンモータ6に接続されたパンモータドライバ103、を備える。
チルトモータドライバ102とパンモータドライバ103はCPU101に接続されている。また、CPU101は、通信ケーブル8を介して外部端子4を経由してデジカメ1に接続されている。
コントローラ104が、CPU101とコントローラケーブル9で接続されている。尚、コントローラケーブル9はイーサネット(登録商標)ケーブルでもよい。この場合、コントローラ104はパソコンで、CPU101にはWebサーバ機能を包含していれば実現可能である。
コントローラ104からモータ駆動開始命令がコントローラケーブル9経由でCPU101に送り込まれる。このとき、駆動開始命令は回転方向、回転速度、停止位置情報が含まれる。
その情報を元に、CPU101において駆動パターンが生成され、駆動パターンに基づいてCPU101からチルトモータドライバ102、パンモータドライバ103に信号が伝えられる。そして、所定のスピード、目標位置まで雲台回転部2が動くように駆動電流を流す。
次に、上記デジカメ1における防振機能について説明する。
デジカメ1には防振機能があり、画像取り込み時に手ぶれなどが生じてもそのぶれ量を検出して、取り込まれた画像のぶれを補正する。もしくは検出したぶれ量に基づいて、光学的にレンズや撮像素子を動かし、画像の取り込み時にぶれを補正する。この防振機能は、デジカメ1のオン、オフスイッチだけでなく、外部に接続された通信ケーブル8から送られる信号によってもオン、オフ可能である。
さらに、デジカメ1における防振機能について、図5を用いて詳細に説明する。
図5は、図1におけるデジカメの防振機能のブロック図である。
図5において、可変頂角プリズム201は、撮影光軸をピッチ及びヨー方向に変更自在である。被写体からの光線は、可変頂角プリズム201及びズーム・レンズ202を介して撮像素子(CCD)204の光電変換面に入射する。撮像素子204は、被写体の光学像を電気信号に変換し、プロセス回路205が撮像素子204の出力をビデオ信号に変換する。
動きベクトル検出回路206は、プロセス回路207の出力信号を、現画面と前画面とで比較し、被写体(又はカメラ)の動き量及び方向、即ち、動きベクトルを検出する。制御回路208は、動きベクトル検出回路206により検出された動きベクトルを所定係数の下で演算し、画像の動きを補償する可変頂角プリズム201の駆動信号を生成してアクチュエータ209に供給する。
アクチュエータ209は、制御回路208からの駆動信号に従い、可変頂角プリズム201を駆動する。これにより、可変頂角プリズム201は、カメラぶれによる画像のぶれを補償又は相殺するように、撮影光軸をピッチ及びヨー方向にシフトする。
撮像素子204は、露光時間及び周期を変更自在であり、例えば、高速移動物体を撮影するときには、1/1、000秒などの高速シャッタモードにする。また、低照度下でも充分なS/Nを得られるように、露光周期をフィールド周期以上にする長時間露光モードにする。
撮像素子204の露光時間及び露光周期は、タイミング制御回路210からの制御信号により制御されている。露光時間及び周期は、操作スイッチ211のような手段により選択できる。よって操作スイッチ211により撮像素子204の動作モードを指定すると、タイミング制御回路210がその指定に応じて撮像素子204を駆動する。
また、操作スイッチ211は、図4で示したように、デジカメ1の外部端子4からCPU101経由してコントローラ104より操作可能で、防振機能をオン、オフしたり、シャッタスピードを変化させることも可能である。
回転動作中、上記示したように、デジカメ1は、雲台回転部2によって動かされたとCPU101で判断し、ぶれ防振機能が働く。しかしながら、パン動作中のように一定速でかつ同一方向に動く場合、プリズムシフトによるぶれ処理後の画像は回転方向に対し追従するよう動作し、追従しきれないことがCPU101で判明すると追従動作を停止し再度、追従動作を行う。
よって、一定速度で雲台回転部2が動いているとき、特に動画撮影時、視覚的には脈動(起動と停止を同期的に頻繁繰り返す)しながら回転している様に見え、かえって画像そのものが見にくくなる。この場合、通常、防振機能を意図的にオフにし補正は行わない。そして雲台回転部2の回転停止後、防振機能をオンにする。
次に、雲台回転部2の回転動作における高速から停止した場合のシーケンスを考える。
雲台回転部2が高速から停止した瞬間、雲台回転部2は、回転方向における正逆方向に振動し、時間経過とともに振動が減衰していく。この場合、減衰していく過程において防振機能をオンにすることで、上記正逆方向の振動は補正され、回転が停止した瞬間にその振動はデジカメ1を通すと、止まって見える。
次に、雲台回転部2が低速から停止した場合、正逆方向の振動は起こらない。もしくは起こったとしても、撮像検出限界以下であり、ぶれにはならない。この場合は雲台回転部2の停止と同時にぶれ補正機能をオンにする。このことで停止後の外乱(外部からの振動)に対し強くなる。
雲台回転部2が間歇送りをしている場合、起動と停止を繰り返しており、左右に振動しているので、雲台回転部2の駆動中に防振機能をオンにすることでぶれのない連続画像を得ることができる。
尚、間歇送りは、駆動モータの特性で低速でのトルクが足りなくなり、一定速度での連続駆動ができない場合、微小角度の範囲で高速駆動と停止の動作を繰り返し、平均速度として見ると低速駆動している。上記の対応で停止してすぐにぶれのない画像を取り込むことができる。
以上の動作を、図6のフローチャートを用いて説明する。
図6は、図4の雲台装置によって実行される雲台回転部の回転時におけるデジカメの防振機能のオン、オフ処理の手順を示すフローチャートである。
本処理は、図4におけるCPU101によって実行される。
図6において、本フローのスタート時、雲台回転部2は駆動停止しており、デジカメ1の防振機能はオンである。次に、図4におけるCPU101が外部のコントローラ104もしくはパソコンより出された駆動開始命令を受信する(ステップS601)。
その後、その命令に基づき、図7に示すような駆動パターン(2種)を生成する(ステップS602)(生成手段)。図7において、横軸は経過時間で縦軸は雲台回転部2の速度を示す。間歇駆動パターン401は、加速→減速→停止を繰り返す。加減速パターンを含む一定速度パターン402は、加速→一定→減速→停止となる。また、一定速度パターン402は一定速度領域403を有する。
図6に戻り、駆動パターンによって分岐する(ステップS603)、間歇駆動パターン401のときは、先に述べたように初期に設定した防振機能のオンのまま(ステップS604)(オン手段)雲台回転部2を駆動する(ステップS606)。
一定速度パターン402においては、防振機能をオフ(ステップS605)(オフ手段)にした後、雲台回転部2を駆動する(ステップS606)。その後、動作終了命令を受信する(ステップS607でYES)までステップS603乃至S606の処理を繰り返す。
またステップS604の防振機能オンの処理は、駆動パターンとして一定速度パターンと間歇駆動パターンが混在する場合において、一定速度駆動パターンでは防振機能をオフに、間歇駆動パターンでは防振機能をオンにそれぞれ切り替えるためである。
図4におけるCPU101は、動作終了命令(駆動終了命令)を受信した後(ステップS607でYES)、動作が間歇駆動パターン401か、一定速度パターン402の低速か高速かを判断する(ステップS608)。
尚、ここでいう高速、低速の区別は動作終了命令を受けた後、回転方向と反対方向に回るものを高速、そうでないものを低速とし、予めその値が雲台固定部5内の駆動回路7におけるCPU101に記憶されている。
その判断によって以降の処理方法が異なる。間歇駆動パターンの場合は防振機能オンのまま、本処理を終了する。
一定速度領域403が低速の場合、動作終了命令を受け、停止していく過程において、停止直前の速度が0以下に変わったとき(ステップS609でNO)、初めて防振機能をオンにする(ステップS610)(オン復帰手段)。
高速の場合は、振動することが前提なので、停止動作に入った直後から防振機能をオンにする(ステップS610)(オン復帰手段)。これは回転方向の正逆方向の振動による、画像ぶれを除去するためである。
低速の場合、その速度が0以下になった時はすぐに防振機能をオンにする。尚、ステップS609においてのループは速度が0にまでのタイマとして機能する。停止後、防振機能をオンにする理由としては停止直前直後の外乱を抑えるためである。間歇駆動パターン401の場合は、引き続き防振機能はオンのままである。
次に流し撮りモードの場合を説明する。
静止画撮影における流し撮り、即ち、動作している被写体に対し、デジカメ1で常に追い続け、背景が流れて被写体のみが止まって見えるように撮影する場合において、防振機能が働くと、背景の流れを止めてしまって撮影者の意図と異なる画像が取れてしまう。よって流し撮り撮影時に雲台回転部2が回転動作中、防振機能はオフで、撮影が終わったと同時にオンにする。
特に、撮影者が意図的にシャッタスピードを遅くし、動いている被写体の画像を取る場合、シャッタの開閉のタイミングは、図7における一定速度領域403内で開始、停止する。このことで対象物は止まって、背景が流れるというような撮影者の意図するところが画像に反映される。
図8は、図4の雲台装置によって実行される、流し撮りモードにおける雲台回転部の回転時のデジカメの防振機能のオン、オフ処理の手順を示すフローチャートである。
本処理は、図4におけるCPU101によって実行される。
図8において、本フローのスタート時は、デジカメ1の防振機能はオンである。駆動開始命令を受信して流し撮りモードが選択されると(ステップS801)(選択手段)、駆動パターンを生成する(ステップS802)(生成手段)。その後、防振機能をオフにする(ステップS803)(オフ手段)。
雲台回転部2を駆動し(ステップS804)、動作終了命令が受信されるまで(ステップS805でYES)、防振機能はオフされる。尚、この間に図4におけるCPU101の命令によってシャッタは切られる(画像は取り込まれる)。このことで、流し撮りは実現される。
一定速度領域403の速度を判断する(ステップS806)。一定速度領域403の速度が低速の場合、動作終了命令を受け、停止していく過程において、速度が0以下になって(ステップS807でNO)、初めて防振機能をオンにする(ステップS808)(オン復帰手段)。
高速の場合は、振動することが前提なので、停止動作に入った直後から防振機能をオンにする。これは停止直後の振動による、画像ぶれを除去するためである。
以上、いずれの場合においても、駆動命令においてどのモード(一定速度パターンモード、間歇駆動パターンモード、流し撮りモード)であるか、CPU101が判断できれば、特別なハードウエアを追加することなしに同じシーケンスで対応ができる。
また、CPU101に、予め動作姿勢、重心移動、駆動パターンによる振動及び減衰時間を記憶させておく。そして、動作命令受信と同時にその駆動パターンと照合させ、一番近い駆動パターンによる動作時の防振機能のオン、オフのタイミング、及び停止時の振動減衰防振機能のオン、オフのタイミングを駆動命令とともに送ることで、同等な機能が実現できる。もしくはCPU101において振動や減衰時間を演算し、オン、オフのタイミングを求めてもよい。
以上、パン回転について述べてきたが、後述する図9に示すようなチルト回転時においても上記シーケンスすべてに対応可能である。また、さらには、パンチルト同時駆動する場合も同じシーケンスで対応可能である。
図9は、本発明の第2の実施の形態に係る雲台装置の側面図である。
図9は、監視カメラシステムを示している。カメラ部607には、デジカメ同様な防振機能が備わっている。
雲台装置は、回転部601、固定部602、固定部602に固定されたパンモータ603を備える。パンモータ603の回転部にはパンモータギア604があり、回転部601の内側には回転部ギア605があり、パンモータギア604とかみ合っており、パンモータ603の回転によって回転部601が回転する。回転部601には側板606によって回転可能に固定されたカメラ部607がある。
また、カメラ部607には、図5と同様な防振機能が備わっており、かつ、チルトモータ608が固定されている。側板606には、カメラ部607を回転可能に支持するチルト固定軸612がある。
また、チルト固定軸612と同軸にチルトギア609があり、チルトモータ608の軸に固定されたチルトモータギア610とかみ合っている。チルトモータ608が回転すると、チルトモータギア610が回転し、その回転力がチルトギア609からチルト固定軸612に伝達される。チルト固定軸612の回転に同期してカメラ部607かチルト回転する。
カメラケーブル611には、カメラ部607に対するビデオ信号、カメラコントロール信号、チルトモータ制御信号が通る。コントロールケーブル613は、外部のコントローラと固定部602とを結ぶ。このコントロールケーブル613ケーブルを介してビデオ信号、監視カメラ制御信号を送受信し、このことによって外部のパソコンから上記防振機能のオン、オフ制御が可能である。
監視カメラが扱う画像は動画(連続撮影)が中心であり、デジカメ1に関しては静止画が中心である。また機構的には両者は異なる。しかしながら、監視カメラの動作シーケンス図6、図8で示すシーケンスにすることで、監視カメラにおいても第1の実施の形態で示した有効な防振機能が実現できる。
以上説明したように、本発明の実施形態では、動作前に予め判明している回転動作もしくは回転速度、重心位置もしくは重心位置の変化によって選択的に撮像装置の防振機能をオン、オフさせる。このことで、雲台装置の外乱によって生じる、撮像装置に取り込まれる画像のぶれを抑えることが可能となる。また間歇駆動の場合における、動作状態での画像ぶれを抑えることが可能となる。また、不用意な雲台回転部の動作のぶれの抑制によって撮影者の意図との差異が生じなくなる。
本発明の第1の実施の形態に係る雲台装置の正面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る雲台装置の側面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る雲台装置におけるチルト動作状態の側面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る雲台装置のブロック図である。 図1におけるデジタルカメラの防振機能のブロック図である。 図4の雲台装置によって実行される雲台回転部の回転時のデジタルカメラの防振機能のオン、オフ処理の手順を示すフローチャートである。 図1における雲台回転部の駆動パターンを示す図である。 図4の雲台装置によって実行される、流し撮りモードにおける雲台回転部の回転時のデジタルカメラの防振機能のオン、オフ処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施の形態に係る雲台装置の側面図である。
符号の説明
1 デジタルカメラ(撮像装置)
2 雲台回転部
3 結合ユニット
5 雲台固定部
6 パンモータ
7 駆動回路
8 通信ケーブル
9 コントロールケーブル
10 固定軸
12 回転ユニットケース
15 パンモータ軸
16 パン回転ギア
17 パンギア
18 チルトモータ
19 チルトモータ回転軸
21 回転チルトギア
22 チルト固定ギア
23 カメラ側板
24 カメラ押さえ板
25、26 チルト軸
27、28 チルト側板
29、30 ステー
101 CPU(制御手段)
104 コントローラ
401 間歇駆動パターン
402 一定速度パターン

Claims (2)

  1. 雲台回転部に、取り込む画像のぶれを防止する防振機能を有する撮像装置を取り付ける雲台装置において、
    前記雲台回転部の駆動パターン一定速度で駆動する一定速度パターンである場合、前記防振機能をオフに制御し、前記雲台回転部の駆動パターンが駆動と停止を繰り返す間歇駆動パターンである場合、前記防振機能オン制御する制御手段を備え、
    前記制御手段は、前記雲台回転部を所定速度以上の一定速度で駆動中に前記雲台回転部の駆動終了命令が受信されると、前記雲台回転部が停止する前に前記防振機能をオンに制御し、前記雲台回転部を前記所定速度未満の一定速度で駆動中に前記駆動終了命令が受信されると、前記雲台回転部が停止してから前記防振機能をオンに制御することを特徴とする雲台装置。
  2. 取り込む画像のぶれを防止する防振機能を有する撮像装置の制御方法において、
    前記撮像装置が取り付けられる雲台回転部の駆動開始終了命令を受信する受信ステップと、
    前記雲台回転部の前記駆動パターン一定速度で駆動する一定速度パターンのとき、前記防振機能をオフに制御し、前記雲台回転部の駆動パターンが駆動と停止を繰り返す間歇駆動パターンであるとき、前記防振機能をオンに制御する制御ステップとを備え、
    前記制御ステップは、前記雲台回転部を所定速度以上の一定速度パターンで駆動中に前記駆動終了命令が受信されると、前記雲台回転部が停止する前に前記防振機能をオンに制御し、前記雲台回転部を前記所定速度未満の一定速度で駆動中に前記駆動終了命令が受信されると、前記雲台回転部が停止してから前記防振機能をオンに制御することを特徴とする制御方法。
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