JP6746856B2 - 制御装置、撮像システム、移動体、制御方法、及びプログラム - Google Patents

制御装置、撮像システム、移動体、制御方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、制御装置、撮像装置、撮像システム、移動体、制御方法、及びプログラムに関する。
特許文献1には、指向性光が射出されたタイミングと反射光が受光されたタイミングに基づいて被写体までの距離を導出する測距装置が開示されている。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 国際公開第2015/166713号公報
特許文献1に記載されたような測距装置を利用して、合焦制御をより効率的に実行することが望まれている。
本発明の一態様に係る制御装置は、撮像装置から被写体までの距離を示す被写体距離を測距センサから取得する取得部を備えてよい。制御装置は、撮像装置が備えるフォーカスレンズの位置を特定する特定部を備えてよい。制御装置は、被写体距離及びフォーカスレンズの位置に基づいて、フォーカスレンズの移動方向を決定する決定部を備えてよい。制御装置は、フォーカスレンズを移動方向に移動させた後に撮像装置により撮像される画像に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する制御部を備えてよい。
決定部は、特定部により特定されたフォーカスレンズの位置に対応する合焦距離より被写体距離が長い場合、フォーカスレンズの移動方向を無限遠の方向に決定してよい。
決定部は、特定部により特定されたフォーカスレンズの位置に対応する合焦距離より被写体距離が短い場合、フォーカスレンズの移動方向を至近端の方向に決定してよい。
制御部は、被写体距離が第1被写体距離より長い場合、撮像装置により撮像される画像に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する代わりに、被写体距離に基づいてフォーカスレンズの位置を制御してよい。
制御部は、被写体距離が第1被写体距離より短い場合、撮像装置により撮像される画像に基づいてフォーカスレンズの位置を制御してよい。
取得部は、測距センサから複数の測距領域のそれぞれの被写体距離を取得してよい。決定部は、複数の測距領域のうち撮像装置の撮像領域内の合焦領域に対応する測距領域の被写体距離及びフォーカスレンズの位置に基づいて、フォーカスレンズの移動方向を決定してよい。
取得部は、温度センサから撮像装置の温度をさらに取得してよい。決定部は、撮像装置の像側焦点から撮像面までの距離と、撮像装置の物体側焦点から合焦点までの距離との撮像装置の温度に応じた予め定められた関係に基づいて、特定部により特定されたフォーカスレンズの位置に対応する合焦距離を決定してよい。
測距センサは、TOFセンサでよい。
本発明の一態様に係る撮像装置は、上記制御装置と、フォーカスレンズとを備えてよい。
本発明の一態様に係る撮像システムは、上記撮像装置と、測距センサと、撮像装置の姿勢を調整可能に撮像装置を支持する支持機構とを備えてよい。
制御部は、支持機構が撮像装置の姿勢を制御することで、測距センサの測距領域が撮像装置の撮像領域に含まれることに対応して、フォーカスレンズを移動方向に移動させた後に撮像装置により撮像される画像に基づいてフォーカスレンズの位置を制御してよい。
本発明の一態様に係る移動体は、上記撮像システムを備えて移動してよい。
取得部は、移動体が移動していないときに測距センサから被写体距離を取得してよい。
移動体は飛行体でよい。取得部は、飛行体がホバリングしているときに測距センサから被写体距離を取得してよい。
本発明の一態様に係る制御方法は、撮像装置から被写体までの距離を示す被写体距離を測距センサから取得する段階を備えてよい。制御方法は、撮像装置が備えるフォーカスレンズの位置を特定する段階を備えてよい。制御方法は、被写体距離及びフォーカスレンズの位置に基づいて、フォーカスレンズの移動方向を決定する段階を備えてよい。制御方法は、フォーカスレンズを移動方向に移動させた後に撮像装置により撮像される画像に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する段階を備えてよい。
本発明の一態様に係るプログラムは、制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムでよい。
本発明の一態様によれば、測距装置を利用して合焦制御をより効率的に実行できる。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
無人航空機及び遠隔操作装置の外観の一例を示す図である。 無人航空機の機能ブロックの一例を示す図である。 測距センサの測距可能な範囲について説明するための図である。 フォーカスレンズの位置と、合焦距離との関係の一例を示す図である。 撮像装置の合焦距離を特定する場合に考慮されるパラメータについて説明するための図である。 距離xと距離xとの撮像装置の温度に応じた予め定められた関係の一例を示す図である。 撮像装置の撮像範囲と、測距センサの測距範囲との位置関係の一例を示す図である。 撮像装置の撮像範囲と、測距センサの測距範囲との位置関係の一例を示す図である。 測距領域ごとの被写体距離を撮像装置が撮像した画像に重畳して表示した画面の一例を示す図である。 撮像装置の合焦制御の手順の一例を示すフローチャートを示す図である。 ハードウェエア構成の一例を示す図である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。以下の実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、図面、及び要約書には、著作権による保護の対象となる事項が含まれる。著作権者は、これらの書類の何人による複製に対しても、特許庁のファイルまたはレコードに表示される通りであれば異議を唱えない。ただし、それ以外の場合、一切の著作権を留保する。
本発明の様々な実施形態は、フローチャート及びブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、(1)操作が実行されるプロセスの段階または(2)操作を実行する役割を持つ装置の「部」を表わしてよい。特定の段階及び「部」が、プログラマブル回路、及び/またはプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタル及び/またはアナログハードウェア回路を含んでよい。集積回路(IC)及び/またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。再構成可能なハードウェア回路は、論理AND、論理OR、論理XOR、論理NAND、論理NOR、及び他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラマブルロジックアレイ(PLA)等のようなメモリ要素等を含んでよい。
コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよい。その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー(登録商標)ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROMまたはフラッシュメモリ)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)、静的ランダムアクセスメモリ(SRAM)、コンパクトディスクリードオンリメモリ(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、ブルーレイ(RTM)ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。
コンピュータ可読命令は、1または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードの何れかを含んでよい。ソースコードまたはオブジェクトコードは、従来の手続型プログラミング言語を含む。従来の手続型プログラミング言語は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ(ISA)命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはSmalltalk、JAVA(登録商標)、C++等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、及び「C」プログラミング言語または同様のプログラミング言語でよい。コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク(LAN)、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク(WAN)を介して提供されてよい。プロセッサまたはプログラマブル回路は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。
図1は、無人航空機(UAV)10及び遠隔操作装置300の外観の一例を示す。UAV10は、UAV本体20、ジンバル50、複数の撮像装置60、及び撮像装置100を備える。ジンバル50、及び撮像装置100は、撮像システムの一例である。UAV10は、移動体とは、空中を移動する飛行体、地上を移動する車両、水上を移動する船舶等を含む概念である。空中を移動する飛行体とは、UAVの他、空中を移動する他の航空機、飛行船、ヘリコプター等を含む概念である。
UAV本体20は、複数の回転翼を備える。複数の回転翼は、推進部の一例である。UAV本体20は、複数の回転翼の回転を制御することでUAV10を飛行させる。UAV本体20は、例えば、4つの回転翼を用いてUAV10を飛行させる。回転翼の数は、4つには限定されない。また、UAV10は、回転翼を有さない固定翼機でもよい。
撮像装置100は、所望の撮像範囲に含まれる被写体を撮像する撮像用のカメラである。ジンバル50は、撮像装置100を回転可能に支持する。ジンバル50は、支持機構の一例である。例えば、ジンバル50は、撮像装置100を、アクチュエータを用いてピッチ軸で回転可能に支持する。ジンバル50は、撮像装置100を、アクチュエータを用いて更にロール軸及びヨー軸のそれぞれを中心に回転可能に支持する。ジンバル50は、ヨー軸、ピッチ軸、及びロール軸の少なくとも1つを中心に撮像装置100を回転させることで、撮像装置100の姿勢を変更してよい。
複数の撮像装置60は、UAV10の飛行を制御するためにUAV10の周囲を撮像するセンシング用のカメラである。2つの撮像装置60が、UAV10の機首である正面に設けられてよい。更に他の2つの撮像装置60が、UAV10の底面に設けられてよい。正面側の2つの撮像装置60はペアとなり、いわゆるステレオカメラとして機能してよい。底面側の2つの撮像装置60もペアとなり、ステレオカメラとして機能してよい。複数の撮像装置60により撮像された画像に基づいて、UAV10の周囲の3次元空間データが生成されてよい。UAV10が備える撮像装置60の数は4つには限定されない。UAV10は、少なくとも1つの撮像装置60を備えていればよい。UAV10は、UAV10の機首、機尾、側面、底面、及び天井面のそれぞれに少なくとも1つの撮像装置60を備えてもよい。撮像装置60で設定できる画角は、撮像装置100で設定できる画角より広くてよい。撮像装置60は、単焦点レンズまたは魚眼レンズを有してもよい。
遠隔操作装置300は、UAV10と通信して、UAV10を遠隔操作する。遠隔操作装置300は、UAV10と無線で通信してよい。遠隔操作装置300は、UAV10に上昇、下降、加速、減速、前進、後進、回転などのUAV10の移動に関する各種命令を示す指示情報を送信する。指示情報は、例えば、UAV10の高度を上昇させる指示情報を含む。指示情報は、UAV10が位置すべき高度を示してよい。UAV10は、遠隔操作装置300から受信した指示情報により示される高度に位置するように移動する。指示情報は、UAV10を上昇させる上昇命令を含んでよい。UAV10は、上昇命令を受け付けている間、上昇する。UAV10は、上昇命令を受け付けても、UAV10の高度が上限高度に達している場合には、上昇を制限してよい。
図2は、UAV10の機能ブロックの一例を示す。UAV10は、UAV制御部30、メモリ37、通信インタフェース36、推進部40、GPS受信機41、慣性計測装置42、磁気コンパス43、気圧高度計44、温度センサ45、湿度センサ46、ジンバル50、撮像装置60、撮像装置100、及び測距センサ250を備える。
通信インタフェース36は、遠隔操作装置300などの他の装置と通信する。通信インタフェース36は、遠隔操作装置300からUAV制御部30に対する各種の命令を含む指示情報を受信してよい。メモリ37は、UAV制御部30が、推進部40、GPS受信機41、慣性計測装置(IMU)42、磁気コンパス43、気圧高度計44、温度センサ45、湿度センサ46、ジンバル50、撮像装置60、及び撮像装置100を制御するのに必要なプログラム等を格納する。メモリ37は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体でよく、SRAM、DRAM、EPROM、EEPROM、USBメモリ、及びソリッドステートドライブ(SSD)等のフラッシュメモリの少なくとも1つを含んでよい。メモリ37は、UAV本体20の内部に設けられてよい。UAV本体20から取り外し可能に設けられてよい。
UAV制御部30は、メモリ37に格納されたプログラムに従ってUAV10の飛行及び撮像を制御する。UAV制御部30は、CPUまたはMPU等のマイクロプロセッサ、MCU等のマイクロコントローラ等により構成されてよい。UAV制御部30は、通信インタフェース36を介して遠隔操作装置300から受信した命令に従って、UAV10の飛行及び撮像を制御する。推進部40は、UAV10を推進させる。推進部40は、複数の回転翼と、複数の回転翼を回転させる複数の駆動モータとを有する。推進部40は、UAV制御部30からの命令に従って複数の駆動モータを介して複数の回転翼を回転させて、UAV10を飛行させる。
GPS受信機41は、複数のGPS衛星から発信された時刻を示す複数の信号を受信する。GPS受信機41は、受信された複数の信号に基づいてGPS受信機41の位置(緯度及び経度)、つまりUAV10の位置(緯度及び経度)を算出する。IMU42は、UAV10の姿勢を検出する。IMU42は、UAV10の姿勢として、UAV10の前後、左右、及び上下の3軸方向の加速度と、ピッチ、ロール、及びヨーの3軸方向の角速度とを検出する。磁気コンパス43は、UAV10の機首の方位を検出する。気圧高度計44は、UAV10が飛行する高度を検出する。気圧高度計44は、UAV10の周囲の気圧を検出し、検出された気圧を高度に換算して、高度を検出する。温度センサ45は、UAV10の周囲の温度を検出する。湿度センサ46は、UAV10の周囲の湿度を検出する。
撮像装置100は、撮像部102及びレンズ部200を備える。レンズ部200は、レンズ装置の一例である。撮像部102は、イメージセンサ120、撮像制御部110、及びメモリ130を有する。イメージセンサ120は、CCDまたはCMOSにより構成されてよい。イメージセンサ120は、複数のレンズ210を介して結像された光学像を撮像し、撮像された画像を撮像制御部110に出力する。撮像制御部110は、CPUまたはMPUなどのマイクロプロセッサ、MCUなどのマイクロコントローラなどにより構成されてよい。撮像制御部110は、UAV制御部30からの撮像装置100の動作命令に応じて、撮像装置100を制御してよい。撮像制御部110は、第1制御部及び第2制御部の一例である。メモリ130は、コンピュータ可読可能な記録媒体でよく、SRAM、DRAM、EPROM、EEPROM、USBメモリ、及びソリッドステートドライブ(SSD)などのフラッシュメモリの少なくとも1つを含んでよい。メモリ130は、撮像制御部110がイメージセンサ120などを制御するのに必要なプログラム等を格納する。メモリ130は、撮像装置100の筐体の内部に設けられてよい。メモリ130は、撮像装置100の筐体から取り外し可能に設けられてよい。
レンズ部200は、フォーカスレンズ210、ズームレンズ211、レンズ駆動部212、レンズ駆動部213、及びレンズ制御部220を有する。フォーカスレンズ210は、フォーカスレンズ系の一例である。ズームレンズ211は、ズームレンズ系の一例である。フォーカスレンズ210、及びズームレンズ211は、少なくとも1つのレンズを含んでよい。フォーカスレンズ210、及びズームレンズ211の少なくとも一部または全部は、光軸に沿って移動可能に配置される。レンズ部200は、撮像部102に対して着脱可能に設けられる交換レンズでよい。レンズ駆動部212は、カム環、ガイド軸などの機構部材を介して、フォーカスレンズ210の少なくとも一部または全部を光軸に沿って移動させる。レンズ駆動部213は、カム環、ガイド軸などの機構部材を介して、ズームレンズ211の少なくとも一部または全部を光軸に沿って移動させる。レンズ制御部220は、撮像部102からのレンズ制御命令に従って、レンズ駆動部212及びレンズ駆動部213の少なくとも一方を駆動して、機構部材を介してフォーカスレンズ210及びズームレンズ211の少なくとも一方を光軸方向に沿って移動させることで、ズーム動作及びフォーカス動作の少なくとも一方を実行する。レンズ制御命令は、例えば、ズーム制御命令、及びフォーカス制御命令である。
レンズ部200は、メモリ222、位置センサ214、及び位置センサ215をさらに有する。メモリ222は、レンズ駆動部212、及びレンズ駆動部213を介して移動するフォーカスレンズ210、及びズームレンズ211の制御値を記憶する。メモリ222は、SRAM、DRAM、EPROM、EEPROM、及びUSBメモリなどのフラッシュメモリの少なくとも1つを含んでよい。位置センサ214は、フォーカスレンズ210のレンズ位置を検出する。位置センサ214は、現在のフォーカス位置を検出してよい。位置センサ215は、ズームレンズ211のレンズ位置を検出する。位置センサ215は、ズームレンズ211の現在のズーム位置を検出してよい。
測距センサ250は、測定対象の範囲に存在する物体までの距離を測定するセンサである。測距センサ250は、例えば、TOF(Time of Flight)センサでよい。TOFセンサは、赤外線またはレーザなどの指向性光が射出されたタイミングと、指向性光が対象物で反射した反射光を受光するタイミングとの時間差から対象物までの距離を計測するセンサである。測距センサ250は、撮像装置100の撮像方向に存在する物体までの距離を測定してよい。測距センサ250は、撮像装置100とともにジンバル50に設けられてよい。測距センサ250は、UAV本体20に設けられてよい。測距センサ250は、撮像装置100の筐体の内部、または筐体の外部に設けられてよい。ジンバル50が駆動して、撮像装置100の撮像方向が変わると、測距センサ250の測定対象の方向も変わってよい。測距センサ250は、複数の測距領域のそれぞれに存在する対象物までの距離を測距してよい。
以上のように構成されたUAV10において、撮像装置100が、測距センサ250により測距された被写体までの距離に基づいて、合焦制御をより効率的に実行する。
そこで、撮像制御部110は、取得部112、特定部114、決定部116、及び合焦制御部118を有する。取得部112は、撮像装置100から被写体までの距離を示す被写体距離を測距センサ250から取得する。取得部112は、測距センサ250から複数の測距領域のそれぞれの被写体距離を取得してよい。
特定部114は、フォーカスレンズ210の位置を特定する。特定部114は、現時点でのフォーカスレンズ210の位置を特定する。特定部114は、レンズ駆動部212に含まれる駆動用モータの回転量をパルス数に変換し、変換したパルス数に基づいて、無限遠を基準とする基準位置からのフォーカスレンズ210の位置を特定してよい。
決定部116は、被写体距離及びフォーカスレンズ210の位置に基づいて、フォーカスレンズ210の移動方向を決定する。決定部116は、複数の測距領域のうち撮像装置100の撮像領域内の合焦領域に対応する測距領域の被写体距離及びフォーカスレンズ210の位置に基づいて、フォーカスレンズ210の移動方向を決定してよい。合焦領域は、撮像装置100の撮像領域内で合焦させるべき被写体を含む領域でよい。合焦領域は、撮像装置100の撮像領域内で予め定められた領域でよい。合焦領域は、撮像装置100の撮像領域内でユーザにより選択された領域でよい。合焦領域は、撮像装置100の撮像領域内で撮影モードに応じて設定された領域でよい。撮像装置100の撮像領域と、測距センサ250の測距領域との対応関係は、予め定められてよい。撮像装置100は、撮像装置100の撮像領域の座標系と、測距センサ250の測距領域の座標系との間の変換テーブルをメモリ130などに格納してよい。
決定部116は、特定部114により特定されたフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離より被写体距離が長い場合、フォーカスレンズ210の移動方向を無限遠の方向に決定してよい。決定部116は、特定部114により特定されたフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離より被写体距離が短い場合、フォーカスレンズ210の移動方向を至近端の方向に決定してよい。合焦距離は、現在のフォーカスレンズ210の位置で予め定められた合焦状態を得られる、撮像装置100から被写体までの距離でよい。予め定められた合焦状態は、撮像装置100により撮像された被写体に対するコントラスト値が予め定められた閾値以上である状態でよい。
合焦制御部118は、フォーカスレンズ210を決定部116により決定された移動方向に移動させた後に撮像装置100により撮像される画像に基づいてフォーカスレンズ210の位置を制御する。合焦制御部118は、フォーカスレンズ210を決定部116により決定された移動方向に移動させながら、撮像装置100により撮像される複数の画像のコントラスト値に基づいてフォーカスレンズ210の位置を制御してよい。合焦制御部118は、山登り法に従って、コントラスト値がピークとなるフォーカスレンズ210の位置を特定し、特定されたフォーカスレンズ210の位置にフォーカスレンズ210を移動させることで、フォーカスレンズ210の位置を制御してよい。
ここで、測距センサ250が測距可能な範囲には限界がある。例えば、図3に示すように、測距センサ250は、測距可能な最短の距離の範囲501から最長の距離の範囲502まで測距可能である。測距センサ250は、範囲501から範囲502の間に存在する対象物601、及び対象物602について、撮像装置100からの被写体距離を測距できる。範囲500は、現在のフォーカスレンズ210の位置で撮像装置100が予め定められた合焦状態を得られる被写体までの距離の範囲を示す。すなわち、範囲500は、現在のフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離の範囲を示す。測距センサ250が被写体距離として、合焦距離の範囲500より撮像装置100側に近い対象物601までの被写体距離を測距した場合、決定部116は、フォーカスレンズ210の移動方向を至近端の方向と決定する。測距センサ250が被写体距離として、合焦距離の範囲500より撮像装置100から遠い対象物602までの被写体距離を測距した場合、決定部116は、フォーカスレンズ210の移動方向を無限遠の方向と決定する。
図4は、フォーカスレンズ210の位置と、合焦距離との関係の一例を示す。合焦させるべき対象物が、現在のフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離より短い距離に存在する場合、決定部116は、フォーカスレンズ210の移動方向を至近端の方向と決定する。合焦させるべき対象物が、現在のフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離より長い距離に存在する場合、決定部116は、フォーカスレンズ210の移動方向を無限遠の方向に決定する。
TOFセンサなどの測距センサ250で測距された被写体距離は、必ずしも正確であるとは限らない。したがって、合焦制御部118が、測距センサ250で測距された被写体距離に合焦距離を合わせるようにフォーカスレンズ210の位置を制御しても、必ずしも対象物に対して予め定められた合焦状態が得られるとは限らない。したがって、合焦制御部118は、フォーカスレンズ210の移動方向が決まった後に、さらに撮像装置100により撮像された画像に基づいて、対象物のコントラストの値がピークとなるフォーカスレンズ210の位置を探索してよい。
合焦距離が短いほど、合焦距離の変化に応じたフォーカスレンズ210の位置の変化が大きい。合焦距離が長いほど、合焦距離の変化に応じたフォーカスレンズ210の位置の変化が少ない。すなわち、対象物までの距離が長い場合、測距センサ250で測距された被写体距離に多少の誤差があっても、その被写体距離に対応する合焦距離にフォーカスレンズ210の位置を合わせても、予め定められた合焦状態が得られる可能性が高い。例えば、対象物までの距離が長い場合、コントラストAFを実行しなくても、予め定められた合焦状態が得られる可能性が高い。
そこで、合焦制御部118は、測距センサ250により測距された被写体距離が第1被写体距離より長い場合、撮像装置100により撮像される画像に基づいてフォーカスレンズ210の位置を制御する代わりに、測距センサ250により測距された被写体距離に基づいてフォーカスレンズ210の位置を制御してよい。合焦制御部118は、測距センサ250により測距された被写体距離が第1被写体距離より短い場合、撮像装置100により撮像される画像に基づいてフォーカスレンズ210の位置を制御してよい。第1被写体距離は、レンズ部200の光学特性に基づいて予め定められてよい。第1被写体距離は、合焦距離に対するフォーカスレンズ210の位置の変化量が予め定められた閾値以下の被写体距離でよい。第1被写体距離は、撮像装置100の光学特性に依存するので、製造段階で実測値から設定してよい。
ここで、撮像装置100のレンズ系の光学特性は、温度によって変化する。決定部116が特定するフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離も、温度によって変化する。決定部116が、合焦距離を精度よく特定するためには、温度の変化も考慮したほうが好ましい。
図5は、撮像装置100の合焦距離を特定する場合に考慮されるパラメータを示す。Dは、撮像面700から被写体710までの距離を示す。fは、焦点距離を示す。xは、撮像装置100の像側焦点701から撮像面700までの距離を示す。xは、撮像装置100の物体側焦点702から合焦点711までの距離を示す。レンズの公式から、x・x=f、及び1/x=x/fを導出できる。そして、フォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離は、D=x+2・f+xから特定できる。
図6は、撮像装置100の像側焦点701から撮像面までの距離xと、撮像装置100の物体側焦点702から合焦点711までの距離xとの撮像装置100の温度に応じた予め定められた関係の一例を示す。予め定められた関係は、撮像装置100の製造段階の実測値から導出されてよい。例えば、予め定められた温度T0で、撮像装置100からの距離が既知である2点について、距離xを導出する。そのときの距離xをA及びBとする。A及びBは、コントラストAFなどのオートフォーカスを複数回実行して、その平均値から導出してよい。そして、縦軸をx、横軸を1/xとして、原点、A、及びBを通る直線800を温度T0でのキャリブレーションデータとする。温度の変化に応じて直線800は、x軸に沿って平行移動する。温度T0と現時点の温度との差に応じたシフト量Cは、それぞれの温度での実測値から導出できる。よって、決定部116は、基準の温度T0での距離xと距離xとの関係を示すキャリブレーションデータと、シフト量Cとから、撮像装置100の温度に応じてキャリブレーションされたフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離を導出できる。
取得部112は、撮像装置100の内部の温度を撮像装置100に設けられた温度センサから取得してよい。そして、決定部116は、図6に示すような撮像装置100の像側焦点701から撮像面700までの距離xと、撮像装置100の物体側焦点702から合焦点711までの距離xとの撮像装置100の温度に応じた予め定められた関係に基づいて、特定部114により特定されたフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離を決定してよい。決定部116は、取得部112で取得された温度に対応するシフト量Cだけ基準の温度T0のキャリブレーションデータをx軸に沿って平行に移動させて、温度補償されたキャリブレーションデータに基づいて、フォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離を決定してよい。これにより、撮像装置100の温度の変化により生じる撮像装置100のレンズ系の光学特性の変化により、決定部116により特定されるフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離のばらつきを抑制できる。
図7は、撮像装置100の撮像範囲720と、測距センサ250の測距範囲721との位置関係の一例を示す。測距センサ250が撮像装置100に設けられていれば、撮像装置100の姿勢がジンバル50を介して変化しても、撮像装置100の撮像範囲720と測距センサ250の測距範囲721との位置関係は変化しない。すなわち、撮像装置100の撮像領域と、測距センサ250の測距領域との対応関係は変化しない。撮像装置100の画角に対応する撮像範囲720のうち、測距センサ250の測距範囲721内で合焦領域を設定することで、測距センサ250は、合焦領域内に存在する被写体までの距離を測距できる。
一方、図8に示すように、測距センサ250が、撮像装置100ではなく、UAV本体20などに設けられている場合、撮像装置100の姿勢によっては、撮像装置100の画角に対応する撮像範囲722と、測距センサ250の測距範囲723とが重ならない場合がある。このような場合、測距センサ250により事前に合焦させるべき被写体までの距離を測距する。そして、UAV制御部30が、ジンバル50を制御することで、測距センサ250の測距範囲723内に、撮像装置100の撮像範囲722が入ると、合焦制御部118は、決定部116により決定される移動方向へのフォーカスレンズ210の移動を開始することで、合焦制御を実行してよい。すなわち、合焦制御部118は、測距センサ250の測距領域が撮像装置100の撮像領域に含まれることに対応して、決定部116により決定された移動方向へのフォーカスレンズ210の移動を開始することで、合焦制御を実行してよい。測距センサ250の測距領域が撮像装置100の撮像領域に含まれることに対応して、取得部112が、測距センサ250により測距された合焦領域に対応する測距領域の被写体距離を取得してよい。そして、特定部114が現在のフォーカスレンズ210の位置を特定し、決定部116が、現在のフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離と被写体距離とを比較することで、フォーカスレンズ210の移動方向を決定して、その移動方向へのフォーカスレンズ210の移動を開始することで、合焦制御を実行してよい。
合焦制御部118は、フォーカスレンズ210を無限遠側から至近端側に向かって移動させる間に、撮像部102により撮像された複数の画像に基づいて、山登り法に従って、コントラスト値がピークとなるフォーカスレンズの位置を特定してよい。
合焦制御部118は、現在のフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離より測距センサ250により測距された被写体距離が長い場合、フォーカスレンズ210を無限遠まで移動させた後、フォーカスレンズ210を至近端側に向かって移動させている間に、山登り法に従って、コントラスト値がピークとなるフォーカスレンズの位置を特定してよい。
合焦制御部118は、現在のフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離より測距センサ250により測距された被写体距離が短い場合、現在のフォーカスレンズ210の位置から、フォーカスレンズ210を至近端側に向かって移動させている間に、山登り法に従って、コントラスト値がピークとなるフォーカスレンズの位置を特定してよい。
UAV10が移動している場合、撮像装置100から合焦させるべき被写体までの距離は変化してしまう。UAV10が移動しているときに測距センサ250で測距された被写体距離に従って、フォーカスレンズ210の移動方向を決定しても、必ずしもフォーカスレンズ210の移動方向が適切とは限らない。したがって、取得部112は、UAV10が移動していないときに測距センサ250から被写体距離を取得してよい。取得部112は、UAV10がホバリングしているときに測距センサ250から被写体距離を取得してよい。
取得部112は、撮像装置100の撮像領域内の複数の測距領域のそれぞれについて被写体距離を取得してよい。撮像制御部110は、取得部112により取得された複数の測距領域のそれぞれの被写体距離をユーザに通知してよい。例えば、撮像制御部110は、遠隔操作装置300の表示部に、図9に示すように、取得部112により取得されたそれぞれの測距領域の被写体距離を、撮像装置100により撮像された画像に重畳させて表示することで、ユーザに通知してよい。
図10は、撮像装置100の合焦制御の手順の一例を示すフローチャートである。UAV10が飛行中に、取得部112が測距センサ250から複数の測距領域のそれぞれの被写体距離を取得する(S100)。取得部112は、複数の測距領域の中から、測距センサ250で測距できた測距領域の被写体距離を取得してよい。特定部114は、UAV10が移動中か否か、すなわち、ホバリングしているか否かを判定する(S102)。UAV10が移動中であれば、すなわち、ホバリング中でなければ、取得部112が、改めて、測距センサ250から複数の測距領域のそれぞれの被写体距離を取得する。
UAV10が移動中でなければ、すなわちホバリング中であれば、特定部114は、撮像装置100の撮像領域の中から合焦領域を設定する(S104)。特定部114は、撮像装置100の撮像領域の中からユーザにより選択された領域を合焦領域に設定してよい。特定部114は、撮像装置100の撮像領域の中から予め指定された被写体を含む領域を合焦領域に設定してよい。
特定部114は、測距センサ250からの被写体距離のうち、合焦領域に対応する測距領域の被写体距離、及び現在のフォーカスレンズ210の位置を特定する(S106)。次いで、決定部116は、特定された被写体距離が、フォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離より長いか否を判定する(S108)。決定部116は、フォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離を導出する場合に、図6に示すような基準の温度T0での距離xと距離xとの関係を示すキャリブレーションデータと、シフト量Cとから、撮像装置100の温度に応じてキャリブレーションされたフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離を導出してよい。
被写体距離が現在のフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離より長い場合、決定部116は、合焦制御開始時のフォーカスレンズ210の移動方向を無限遠の方向に決定する(S110)。合焦制御部118は、フォーカスレンズ210を無限遠の方向に移動させた後に撮像装置100に撮像された複数の画像のコントラスト値に基づいて、コントラスト値がピークになるフォーカスレンズ210の位置を探索するオートフォーカスを実行する(S112)。
一方、被写体距離が現在のフォーカスレンズ210の位置に対応する合焦距離より短い場合、決定部116は、合焦制御開始時のフォーカスレンズ210の移動方向を至近端の方向に決定する(S114)。合焦制御部118は、フォーカスレンズ210を至近端の方向に移動させた後に撮像装置100に撮像された複数の画像のコントラスト値に基づいて、コントラスト値がピークになるフォーカスレンズ210の位置を探索するオートフォーカスを実行する(S116)。
以上の通り、オートフォーカスを実行する場合に、測距センサ250により測距された合焦すべき被写体の被写体距離に基づいて、フォーカスレンズ210の移動方向を決定する。TOFセンサなどの測距センサ250により測距された被写体距離は、必ずしも正確ではなく、その被写体距離に合焦距離を合わせても所望の合焦状態を得られないかもしれない。しかし、その被写体距離により、被写体と撮像装置100との間の距離を大まかに把握できる。合焦制御部118は、その距離を利用して、フォーカスレンズ210の移動方向を決定する。これにより、合焦制御部118が、合焦制御を実行する場合に、フォーカスレンズ210を効率的に移動させることができる。
図11は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ1200の一例を示す。コンピュータ1200にインストールされたプログラムは、コンピュータ1200に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられるオペレーションまたは当該装置の1または複数の「部」として機能させることができる。または、当該プログラムは、コンピュータ1200に当該オペレーションまたは当該1または複数の「部」を実行させることができる。当該プログラムは、コンピュータ1200に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ1200に、本明細書に記載のフローチャート及びブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定のオペレーションを実行させるべく、CPU1212によって実行されてよい。
本実施形態によるコンピュータ1200は、CPU1212、及びRAM1214を含み、それらはホストコントローラ1210によって相互に接続されている。コンピュータ1200はまた、通信インタフェース1222、入力/出力ユニットを含み、それらは入力/出力コントローラ1220を介してホストコントローラ1210に接続されている。コンピュータ1200はまた、ROM1230を含む。CPU1212は、ROM1230及びRAM1214内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。
通信インタフェース1222は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブが、コンピュータ1200内のCPU1212によって使用されるプログラム及びデータを格納してよい。ROM1230はその中に、アクティブ化時にコンピュータ1200によって実行されるブートプログラム等、及び/またはコンピュータ1200のハードウェアに依存するプログラムを格納する。プログラムが、CR−ROM、USBメモリまたはICカードのようなコンピュータ可読記録媒体またはネットワークを介して提供される。プログラムは、コンピュータ可読記録媒体の例でもあるRAM1214、またはROM1230にインストールされ、CPU1212によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ1200に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ1200の使用に従い情報のオペレーションまたは処理を実現することによって構成されてよい。
例えば、通信がコンピュータ1200及び外部デバイス間で実行される場合、CPU1212は、RAM1214にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース1222に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース1222は、CPU1212の制御の下、RAM1214、またはUSBメモリのような記録媒体内に提供される送信バッファ領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信した受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ領域等に書き込む。
また、CPU1212は、USBメモリ等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がRAM1214に読み取られるようにし、RAM1214上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。CPU1212は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックしてよい。
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、及びデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。CPU1212は、RAM1214から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプのオペレーション、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索/置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をRAM1214に対しライトバックする。また、CPU1212は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第2の属性の属性値に関連付けられた第1の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、CPU1212は、第1の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第2の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第1の属性に関連付けられた第2の属性の属性値を取得してよい。
上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ1200上またはコンピュータ1200近傍のコンピュータ可読記憶媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはRAMのような記録媒体が、コンピュータ可読記憶媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ1200に提供する。
特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
10 UAV
20 UAV本体
30 UAV制御部
36 通信インタフェース
37 メモリ
40 推進部
41 GPS受信機
42 慣性計測装置
43 磁気コンパス
44 気圧高度計
45 温度センサ
46 湿度センサ
50 ジンバル
60 撮像装置
100 撮像装置
102 撮像部
110 撮像制御部
112 取得部
114 特定部
116 決定部
118 合焦制御部
120 イメージセンサ
130 メモリ
200 レンズ部
210 レンズ
212 レンズ駆動部
214 位置センサ
220 レンズ制御部
222 メモリ
250 測距センサ
300 遠隔操作装置
1200 コンピュータ
1210 ホストコントローラ
1212 CPU
1214 RAM
1220 入力/出力コントローラ
1222 通信インタフェース
1230 ROM

Claims (14)

  1. フォーカスレンズを有する撮像装置と、測距センサと、前記撮像装置の姿勢を調整可能に前記撮像装置を支持する支持機構と、前記測距センサと前記支持機構とが固定される本体とを備える撮像システムを制御する制御装置であって、
    前記撮像装置から被写体までの距離を示す被写体距離を前記測距センサから取得する取得部と、
    前記フォーカスレンズの位置を特定する特定部と、
    前記被写体距離及び前記フォーカスレンズの位置に基づいて、前記フォーカスレンズの移動方向を決定する決定部と、
    前記フォーカスレンズを前記移動方向に移動させた後に前記撮像装置により撮像される画像に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する制御部と
    を備え、
    前記制御部は、前記支持機構が前記撮像装置の姿勢を制御することで、前記測距センサの測距領域が前記撮像装置の撮像領域に含まれることに対応して、前記フォーカスレンズを前記移動方向に移動させた後に前記撮像装置により撮像される画像に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する、制御装置。
  2. 前記決定部は、前記特定部により特定された前記フォーカスレンズの位置に対応する合焦距離より前記被写体距離が長い場合、前記フォーカスレンズの移動方向を無限遠の方向に決定する、請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記決定部は、前記特定部により特定された前記フォーカスレンズの位置に対応する合焦距離より前記被写体距離が短い場合、前記フォーカスレンズの移動方向を至近端の方向に決定する、請求項1または2に記載の制御装置。
  4. 前記制御部は、前記被写体距離が第1被写体距離より長い場合、前記撮像装置により撮像される画像に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する代わりに、前記被写体距離に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する、請求項1から3の何れか1つに記載の制御装置。
  5. 前記制御部は、前記被写体距離が前記第1被写体距離より短い場合、前記撮像装置により撮像される画像に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する、請求項4に記載の制御装置。
  6. 前記取得部は、前記測距センサから複数の測距領域のそれぞれの被写体距離を取得し、
    前記決定部は、前記複数の測距領域のうち前記撮像装置の撮像領域内の合焦領域に対応する測距領域の前記被写体距離及び前記フォーカスレンズの位置に基づいて、前記フォーカスレンズの移動方向を決定する、請求項1から5の何れか1つに記載の制御装置。
  7. 前記取得部は、温度センサから前記撮像装置の温度をさらに取得し、
    前記決定部は、前記撮像装置の像側焦点から撮像面までの距離と、前記撮像装置の物体側焦点から合焦点までの距離との前記撮像装置の温度に応じた予め定められた関係に基づいて、前記特定部により特定された前記フォーカスレンズの位置に対応する前記合焦距離を決定する、請求項2に記載の制御装置。
  8. 前記測距センサは、TOFセンサである、請求項1から7の何れか1つに記載の制御装置。
  9. 請求項1から8の何れか1つに記載の制御装置と、
    前記撮像装置と、
    前記測距センサと、
    前記支持機構と
    前記本体と
    を備える撮像システム。
  10. 請求項9に記載の撮像システムを備えて移動する移動体。
  11. 前記取得部は、前記移動体が移動していないときに前記測距センサから被写体距離を取得する、請求項10に記載の移動体。
  12. 前記移動体は飛行体であり、
    前記取得部は、前記飛行体がホバリングしているときに前記測距センサから被写体距離を取得する、請求項10または11に記載の移動体。
  13. フォーカスレンズを有する撮像装置と、測距センサと、前記撮像装置の姿勢を調整可能に前記撮像装置を支持する支持機構と、前記測距センサと前記支持機構とが固定される本体とを備える撮像システムを制御する制御方法であって、
    前記撮像装置から被写体までの距離を示す被写体距離を前記測距センサから取得する段階と、
    前記フォーカスレンズの位置を特定する段階と、
    前記被写体距離及び前記フォーカスレンズの位置に基づいて、前記フォーカスレンズの移動方向を決定する段階と、
    前記フォーカスレンズを前記移動方向に移動させた後に前記撮像装置により撮像される画像に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する段階と
    を備え、
    前記制御する段階は、前記支持機構が前記撮像装置の姿勢を制御することで、前記測距センサの測距領域が前記撮像装置の撮像領域に含まれることに対応して、前記フォーカスレンズを前記移動方向に移動させた後に前記撮像装置により撮像される画像に基づいて前記フォーカスレンズの位置を制御する、制御方法。
  14. 請求項1から8の何れか1つに記載の制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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