JP7089757B2 - Imaging system and imaging method - Google Patents
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Description
本発明は、撮像システム及び撮像方法に関する。 The present invention relates to an imaging system and an imaging method.
特許文献1には、移動架台が移動する床面の基準位置および移動架台の基準角度を設定し、基準位置からの移動架台の移動量および基準角度からの自転角度を検出し、基準位置および基準角度並びに移動架台の移動量及び自転角度から被写体に対するカメラの位置お及び角度を把握する撮像方法及び撮像システムが開示されている。移動架台は、少なくとも3個の車輪を有し、それぞれにエンコーダが設けられており、移動架台の自転角度は、各車輪の中心を通り移動方向に対して平行な少なくとも3本の直線を引いた場合にその直線が互いに離隔している任意の2個の車輪にそれぞれ設けられたエンコーダによって把握された移動量から算出される。
In
特許文献1に記載の発明では、移動架台としてペデスタルを用いている。ペデスタルとは、カメラを任意の方向に平行移動させる手段であり、大型でありかつ高価である。したがって、ペデスタルを用いた撮像システムは、スタジオに常設する用途には向いているが、持ち運びが困難であるため、中継やイベント撮影に適していないという問題がある。
In the invention described in
また、特許文献1に記載のペデスタルはハンドルを有し、ハンドルの切角でペデスタルの移動方向が定められる。そのため、特許文献1に記載の発明は、ハンドルを用いない移動架台に適用することはできないという問題がある。
Further, the pedestal described in
また、特許文献1に記載の発明では、ペデスタルの3つの車輪を操舵してペデスタルの進行方向を定め、かつ、3つの車輪を利用して計測を行っている。しかしながら、実際には、3つの車輪を誤差なく同一の方向に向ける(3車輪のアライメントをとる)のは機構的に困難である。したがって、特許文献1に記載の発明では、3つの車輪の向きのズレにより車輪の床面に対するすべりが生じ、これが原因で計測誤差が発生するおそれがある。
Further, in the invention described in
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、小型で持ち運びが容易でありながら、カメラの位置及び角度を正確に把握することができる撮像システム及び撮像方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an imaging system and an imaging method capable of accurately grasping the position and angle of a camera while being compact and easy to carry. ..
上記課題を解決するために、本発明に係る撮像システムは、被写体を撮像する撮像システムであって、枠体と、前記枠体に設けられ、平面視において前記枠体に対する車輪の向きが回転しない第1固定車輪及び第2固定車輪と、前記枠体に設けられ、平面視において前記枠体に対する車輪の向きが回転可能な1個以上の自由車輪と、を有する移動架台と、前記移動架台に着脱可能に取り付けられた取付部であって、前記移動架台に載置された状態において鉛直方向に略沿って設けられた回転軸を有する取付部と、前記取付部に設けられたカメラと、前記カメラの位置及び前記カメラの回転角度を演算する演算部と、を備え、前記第1固定車輪には、当該第1固定車輪の回転数を取得する第1エンコーダが設けられ、前記第2固定車輪には、当該第2固定車輪の回転数を取得する第2エンコーダが設けられ、前記回転軸には、当該回転軸の回転角度を取得するセンサが設けられ、前記演算部は、前記第1エンコーダ及び前記第2エンコーダが取得した回転数に基づいて、前記第1固定車輪と前記第2固定車輪とを結んだ第1線の中心である中心点の移動量及び前記第1線の回転角度を求め、前記中心点の移動量及び前記第1線の回転角度に基づいて、前記中心点を通り前記第1線と略直交する第2線上に位置する前記回転軸の位置を求め、前記回転軸の位置と、前記第1線の回転角度と、前記センサが取得した回転角度と、前記回転軸と前記カメラとの位置関係とに基づいて前記カメラの位置及び前記カメラの回転角度を求めることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the image pickup system according to the present invention is an image pickup system that images a subject, and is provided on the frame body and the frame body, and the direction of the wheels with respect to the frame body does not rotate in a plan view. A mobile pedestal having a first fixed wheel and a second fixed wheel, and one or more free wheels provided on the frame body and capable of rotating the direction of the wheels with respect to the frame body in a plan view, and the moving pedestal. A mounting portion that is detachably mounted and has a rotation axis provided substantially along the vertical direction in a state of being mounted on the moving platform, a camera provided on the mounting portion, and the above. The first fixed wheel is provided with a first encoder for acquiring the number of rotations of the first fixed wheel, and the second fixed wheel is provided with a calculation unit for calculating the position of the camera and the rotation angle of the camera. Is provided with a second encoder that acquires the number of rotations of the second fixed wheel, the rotation axis is provided with a sensor that acquires the rotation angle of the rotation axis, and the calculation unit is the first encoder. And, based on the number of rotations acquired by the second encoder, the amount of movement of the center point, which is the center of the first line connecting the first fixed wheel and the second fixed wheel, and the rotation angle of the first line are determined. Based on the amount of movement of the center point and the rotation angle of the first line, the position of the rotation axis located on the second line passing through the center point and substantially orthogonal to the first line is obtained, and the rotation axis is obtained. The position of the camera and the rotation angle of the camera are obtained based on the position of, the rotation angle of the first line, the rotation angle acquired by the sensor, and the positional relationship between the rotation axis and the camera. It is a feature.
本発明に係る撮像システムによれば、移動架台の固定車輪は平面視において枠体に対する車輪の向きが回転せず、移動架台の自由車輪は、平面視において枠体に対する車輪の向きが回転可能である。移動架台には、鉛直方向に略沿って設けられた回転軸を有する取付部と、取付部に設けられたカメラとが着脱可能に取り付けられている。これにより、小型で持ち運びが容易になる。また、第1固定車輪及び第2固定車輪の回転数に基づいて第1固定車輪と第2固定車輪とを結んだ第1線の中心である中心点の移動量及び第1線の回転角度を求め、中心点の移動量及び第1線の回転角度に基づいて回転軸の位置(中心点を通り前記第1線と略直交する第2線上に位置する)を求め、回転軸の位置と第1線の回転角度とセンサが取得した回転角度と回転軸と前記カメラとの位置関係とに基づいて、カメラの位置及び前記カメラの回転角度を求める。これにより、カメラの位置及び角度を正確に把握することができる。特に、互いの位置精度を確保しやすい2つの車輪を利用して移動及び計測を行うため、取得する位置情報の精度を高くすることができる。 According to the imaging system according to the present invention, the fixed wheels of the mobile pedestal do not rotate the direction of the wheels with respect to the frame in plan view, and the free wheels of the mobile pedestal can rotate the direction of the wheels with respect to the frame in plan view. be. A mounting portion having a rotation axis provided substantially along the vertical direction and a camera provided in the mounting portion are detachably mounted on the mobile mount. This makes it small and easy to carry. Further, the amount of movement of the center point, which is the center of the first line connecting the first fixed wheel and the second fixed wheel, and the rotation angle of the first line are determined based on the rotation speeds of the first fixed wheel and the second fixed wheel. The position of the rotation axis (located on the second line passing through the center point and substantially orthogonal to the first line) is obtained based on the movement amount of the center point and the rotation angle of the first line, and the position of the rotation axis and the first line. The position of the camera and the rotation angle of the camera are obtained based on the rotation angle of one line, the rotation angle acquired by the sensor, the rotation axis, and the positional relationship with the camera. This makes it possible to accurately grasp the position and angle of the camera. In particular, since movement and measurement are performed using two wheels that can easily secure each other's position accuracy, the accuracy of the acquired position information can be improved.
ここで、前記取付部は、前記回転軸に設けられ、水平方向に対して±90度以下の範囲内で揺動可能な棒状のアームと、前記アームの先端に設けられ、前記カメラが設けられるヘッドと、を有するクレーンであり、前記演算部は、前記回転軸の回転角度と、前記アームの水平方向に対する角度と、前記回転軸と前記ヘッドとの位置関係と、前記ヘッドが取得した前記カメラのパラメータとに基づいて前記カメラの位置及び前記カメラの回転角度を求めてもよい。これにより、ローアングルからハイアングルまで広範囲の撮像が可能である。 Here, the mounting portion is provided on the rotating shaft, and is provided with a rod-shaped arm that can swing within a range of ± 90 degrees or less with respect to the horizontal direction, and the camera is provided at the tip of the arm. It is a crane having a head, and the calculation unit has a rotation angle of the rotation axis, an angle of the arm with respect to the horizontal direction, a positional relationship between the rotation axis and the head, and the camera acquired by the head. The position of the camera and the rotation angle of the camera may be obtained based on the parameters of. This enables a wide range of imaging from a low angle to a high angle.
ここで、前記カメラの位置及び前記カメラの回転角度に基づいて、前記カメラが撮像した映像とコンピュータグラフィック(CG)画像とを合成する合成部を備え、前記演算部は、前記移動架台が移動する基準面に任意の基準位置及び任意の基準線を設定し、前記中心点の移動量として前記基準位置に対する移動量を求め、前記第1線の回転角度として前記基準線に対する回転角度を求めてもよい。これにより、カメラの位置や角度を正確に把握し、撮像画像とCG画像とを違和感なく合成することができる。 Here, a compositing unit that synthesizes an image captured by the camera and a computer graphic (CG) image based on the position of the camera and the rotation angle of the camera is provided, and the calculation unit moves the moving platform. Even if an arbitrary reference position and an arbitrary reference line are set on the reference plane, the movement amount with respect to the reference position is obtained as the movement amount of the center point, and the rotation angle with respect to the reference line is obtained as the rotation angle of the first line. good. As a result, the position and angle of the camera can be accurately grasped, and the captured image and the CG image can be combined without any discomfort.
ここで、コンピュータグラフィック(CG)座標系と、カメラ座標系との位置関係を算出する位置算出部と、前記位置算出部が算出した結果に基づいて前記カメラが撮像した映像とCG画像とを合成する合成部と、を備え、前記位置算出部は、前記CG座標系での位置が分かっている2点を設定し、前記2点のうちの第1点を前記カメラにより撮像し、前記第1点を撮像した際の前記カメラのパン角度、チルト角度、及び高さを検出し、これらに基づいて前記カメラ座標系での前記第1点の位置を求め、前記2点のうち第2点を前記カメラにより撮像し、前記第2点を撮像した際の前記カメラのパン角度、チルト角度及び高さを検出し、これらに基づいて前記カメラ座標系での前記第2点の位置を求め、前記カメラ座標系における前記第1点および前記第2点の位置に基づいて前記CG座標系と前記カメラ座標系との位置関係を算出してもよい。これにより、撮像画像とCG画像とを容易に合成することができる。 Here, the position calculation unit that calculates the positional relationship between the computer graphic (CG) coordinate system and the camera coordinate system, and the image captured by the camera and the CG image based on the result calculated by the position calculation unit are combined. The position calculation unit sets two points whose positions in the CG coordinate system are known, and the first point of the two points is imaged by the camera, and the first point is captured. The pan angle, tilt angle, and height of the camera when the points are imaged are detected, the position of the first point in the camera coordinate system is obtained based on these, and the second point out of the two points is determined. The image is taken by the camera, the pan angle, tilt angle and height of the camera when the second point is imaged are detected, and the position of the second point in the camera coordinate system is obtained based on these, and the above is described. The positional relationship between the CG coordinate system and the camera coordinate system may be calculated based on the positions of the first point and the second point in the camera coordinate system. As a result, the captured image and the CG image can be easily combined.
上記課題を解決するために、本発明に係る撮像方法は、枠体と、前記枠体に設けられ、平面視において前記枠体に対する車輪の向きが回転しない第1固定車輪及び第2固定車輪と、前記枠体に設けられ、平面視において前記枠体に対する車輪の向きが回転可能な1個以上の自由車輪と、を有する移動架台に、回転軸を有する取付部を介して搭載されたカメラにより被写体を撮像する撮像方法であって、前記第1固定車輪に設けられ、当該第1固定車輪の回転数を取得する第1エンコーダと、前記第2固定車輪に設けられ、当該第2固定車輪の回転数を取得する第2エンコーダとからそれぞれ前記第1固定車輪の回転数及び前記第2固定車輪の回転数を取得する第1ステップと、前記第1固定車輪の回転数及び前記第2固定車輪の回転数に基づいて、前記第1固定車輪と前記第2固定車輪とを結んだ第1線の中心である中心点の移動量及び前記第1線の回転角度を求める第2ステップと、前記中心点の移動量及び前記第1線の回転角度に基づいて、前記中心点を通り前記第1線と略直交する第2線上に位置する前記回転軸の位置を求める第3ステップと、前記回転軸に設けられたセンサから前記回転軸の回転角度を取得し、前記回転軸の位置と、前記第1線の回転角度と、前記回転軸の回転角度と、前記回転軸と前記カメラとの位置関係と、に基づいて前記カメラの位置及び前記カメラの回転角度を求める第4ステップと、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the imaging method according to the present invention includes a frame body and a first fixed wheel and a second fixed wheel provided on the frame body in which the direction of the wheels with respect to the frame body does not rotate in a plan view. A camera mounted on a mobile pedestal having one or more free wheels provided on the frame body and capable of rotating the direction of the wheels with respect to the frame body in a plan view via a mounting portion having a rotation axis. An imaging method for imaging a subject, the first encoder provided on the first fixed wheel to acquire the rotation speed of the first fixed wheel, and the second fixed wheel provided on the second fixed wheel. The first step of acquiring the rotation number of the first fixed wheel and the rotation number of the second fixed wheel from the second encoder for acquiring the rotation number, the rotation number of the first fixed wheel, and the second fixed wheel, respectively. The second step of obtaining the amount of movement of the center point, which is the center of the first line connecting the first fixed wheel and the second fixed wheel, and the rotation angle of the first line, based on the number of rotations of the first line, and the above. The third step of finding the position of the rotation axis located on the second line passing through the center point and substantially orthogonal to the first line based on the movement amount of the center point and the rotation angle of the first line, and the rotation. The rotation angle of the rotation axis is acquired from a sensor provided on the shaft, the position of the rotation axis, the rotation angle of the first line, the rotation angle of the rotation axis, and the position of the rotation axis and the camera. It is characterized by including a fourth step of determining the position of the camera and the rotation angle of the camera based on the relationship.
本発明によれば、小型で持ち運びが容易でありながら、カメラの位置及び角度を正確に把握することができる。 According to the present invention, the position and angle of the camera can be accurately grasped while being small and easy to carry.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の撮像システムは、映画、テレビ等で被写体を撮影する際に用いられる移動式のカメラシステムである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The image pickup system of the present invention is a mobile camera system used when shooting a subject in a movie, a television, or the like.
図1は、本発明に係る撮像システム1の概略を示す図である。撮像システム1は、ドリー10と、三脚20と、アーム30と、ヘッド40と、カメラ50と、操作部60と、を有する。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of an
ドリー10は、スタジオの床面や地面(以下、基準面Xという)の上を移動する移動架台である。図2は、ドリー10の概略を示す平面図(鉛直方向上側から見た図)である。ドリー10は、主として、枠体11と、後輪12、13と、前輪14と、を有する。
The
枠体11は、土台部11aと、土台部11aから放射状に延びる3本の脚部11bと、を有する。本実施の形態では、車輪が3つであるため、脚部11bも3本である。脚部11bの先端には、三脚20が載置される載置部11cが設けられている。
The
また、脚部11bの先端には、それぞれ後輪12、13及び前輪14が設けられている。後輪12、13及び前輪14は脚部11bの底面側に設けられている。
Further,
後輪12、13は、平面視において(鉛直方向上側から見て)、枠体11(脚部11b)に対する車輪の向きが回転しない固定車輪である。後輪12、13には、それぞれ、後輪12、13の回転数を取得するエンコーダ72、73(図3参照)が設けられている。
The
前輪14は、平面視において枠体11に対する車輪の向きが回転可能な自由車輪である。前輪14の向きが変わることで、ドリー10の移動方向が変わる。
The
ドリー10は、通常、後輪12、13が前輪14よりも進行方向後ろ側に位置した状態で移動する。ただし、進行方向が逆になると、後輪12、13が前輪14よりも進行方向前側に位置した状態で移動する。ドリー10は、カメラマンや取扱者等が押す力により移動する。
The
図1の説明に戻る。三脚20は、ドリー10に着脱可能に取り付けられており、ドリー10の移動に伴って移動する。
Returning to the description of FIG. The
三脚20は、3本の脚21aを含む土台部21と、土台部21に設けられた回転軸22と、を有する。3本の脚21aは、それぞれ載置部11cに載置される。回転軸22は、三脚20がドリー10に載置された状態において、鉛直方向に略沿って設けられており、土台部21に対して回転可能である。回転軸22には、アーム30が設けられている。
The
アーム30は、棒状の部材であり、水平方向に対して±90度以下の範囲内で揺動可能である。したがって、ローアングルからハイアングルまで広範囲の撮像が可能である。図1では、アーム30が水平方向に延設された状態を実線で図示している。また、アーム30は、回転軸22の回転に伴って回転軸22を中心に回転する。三脚20及びアーム30は、本発明の取付部に相当する。
The
ドリー10から取り外した三脚20は、土台部21の脚21aを閉じ、アーム30を回転軸22と略平行にすることで、棒状となり、持ち運びが容易となる。
The
ヘッド40は、アーム30の先端に設けられている。カメラ50は、ヘッド40に設けられている。ヘッド40は、パン・チルト機構を有し、カメラ50をパン・チルトする。アーム30、ヘッド40及びカメラ50は、すでに公知の技術を用いることができるため、説明を省略する。
The
操作部60は、アーム30のヘッド40が設けられていない側の端近傍に設けられている。操作部60には、図示しない入力装置や表示部が設けられている。また、操作部60の内部には、制御部70(図3参照)が設けられている。
The
図3は、撮像システム1の電気的な構成を示すブロック図である。制御部70は、演算装置であるCPU(Central Processing Unit)等のプログラム制御デバイスであり、記憶部(図示せず)に格納されたプログラムにしたがって動作する。制御部70は、主として、演算部71、位置算出部75として機能する。
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the
制御部70には、エンコーダ72、73が接続されている。エンコーダ72、73はそれぞれ後輪12、13の回転数を取得し、この情報は演算部71に入力される。
また、制御部70には、回転軸22に設けられたセンサ23が接続されている。センサ23は回転軸22の回転角度を取得し、この情報は演算部71に入力される。
Further, a sensor 23 provided on the rotating shaft 22 is connected to the
また、制御部70には、アーム30に接続されたセンサ31が接続されている。センサ31は、アーム30の水平方向に対する角度を取得し、この情報は演算部71に入力される。
Further, a
また、制御部70には、ヘッド40が接続されている。ヘッド40は、カメラ50のパラメータ(パン、チルトに関する情報等)を取得し、この情報は演算部71及び位置算出部75に入力される。
Further, a
演算部71は、入力された情報に基づいて回転軸22の位置及びカメラ50の位置を演算する。位置算出部75は、コンピュータグラフィック(CG)座標系と、基準位置を原点とするカメラ座標系との位置関係を算出する。
The
制御部70には、合成部80が接続されている。制御部70で求められた情報は合成部80に入力される。合成部80は、例えば、制御部70に接続されたコンピュータである。合成部80は、制御部70が算出した結果に基づいてカメラ50が撮像した映像とCG画像とを合成する。CG画像は、あらかじめ合成部80に入力されていてもよいし、合成部80に接続されたコンピュータ等(図示省略)から入力されてもよい。
A
なお、図3に示す撮像システム1の構成は、本実施形態の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、例えば一般的な情報処理装置が備える構成を排除するものではない。図3に示す機能構成は、撮像システム1の構成を理解しやすくするために分類したものであり、構成要素の分類の仕方や名称は図3に記載の形態に限定されない。
It should be noted that the configuration of the
また、制御部70が設けられる位置は操作部60の内部に限られない。例えば、操作部60に接続されたコンピュータが制御部70として機能してもよい。操作部60に接続されたコンピュータを制御部70とする場合でも、制御部70が撮像システム1に含まれることに変わりはない。
Further, the position where the
ここで、演算部71の処理について図4を用いて説明する。図4は、微小時間(t=T1~T2、tは時間を示す)の間にドリー10が移動した様子を模式的に示す図である。また、図4に示す座標はカメラ座標系である。
Here, the processing of the
演算部71は、エンコーダ72が取得した回転数に基づいて、微小時間経過したときの後輪12の移動量Aを求める。また、演算部71は、エンコーダ73が取得した回転数に基づいて、微小時間経過したときの後輪13の移動量Bを求める。移動量A、Bは、回転数に後輪12、13が1回転で走る距離を積算することにより求められる。
The
また、演算部71は、移動量A、Bに基づいて、微小時間経過したときのドリー10の移動量ΔDを求める。移動量ΔDは、数式(1)により求められる。
ΔD=(A+B)/2 ・・・(1)
Further, the
ΔD = (A + B) / 2 ... (1)
また、演算部71は、移動量A、Bに基づいて、微小時間経過したときの線Cの回転角度Δθを求める。線Cは、後輪12と後輪13とを結んだ線である。図4における2点鎖線は、t=T1のときの線Cと平行な線である。線Cの回転角度Δθは、以下の数式(2)により求められる。
Δθ=(A-B)/L ・・・(2)
Further, the
Δθ = (AB) / L ... (2)
そして、演算部71は、ドリー10の移動量ΔD及び線Cの回転角度Δθに基づいて、微小時間経過したときの点Dのx方向の位置変化Δx及びy方向の位置変化Δyを求める。点Dは、線Cの中心である。位置変化Δx、Δyは、以下の数式(3)、(4)により求められる。
Δx=ΔD×sinθ ・・・(3)
Δy=ΔD×cosθ ・・・(4)
Then, the
Δx = ΔD × sinθ ・ ・ ・ (3)
Δy = ΔD × cosθ ・ ・ ・ (4)
演算部71は、数式(3)、(4)により求められた位置変化Δx、Δyを積算することで、ドリー10の基準位置Oに対する移動量及び基準線に対する回転角度、すなわちドリー10の点Dの位置(x,y)を求める。ここで、基準位置Oは、基準面における原点である。また、基準線は、カメラ座標におけるx方向に沿った線である。ドリー10が移動を開始する前は、点Dが基準位置Oに位置し、線Cが基準線と平行であるとする。
The
また、演算部71は、点Dの位置(x,y)に基づいて、回転軸22の中心Eの位置(X,Y)を求める。中心Eの位置(X,Y)は、以下の数式(3)、(4)により求められる。ここで、YLは、点Dを通り線Cと略直交する線F上における点Dと回転軸22の位置とのオフセット量である。また、回転角度θは、回転角度Δθを積算することで求められる値であり、基準線に対する回転角度である。
X=x-YL×sinθ ・・・(3)
Y=y-YL×cosθ ・・・(4)
Further, the
X = x-YL x sinθ ... (3)
Y = y−YL × cosθ ・ ・ ・ (4)
中心Eは、線F上に配置されるが、オフセット量YLは、三脚20、アーム30、ヘッド40、カメラ50等の大きさや重さによって変化し得る。
The center E is arranged on the line F, but the offset amount YL can change depending on the size and weight of the
図5は、撮像システム1が行う処理の流れを示すフローチャートである。演算部71は、基準面X上にカメラ座標系を設定する(ステップS10)。カメラ座標系の原点は、図4に示す基準位置Oである。ここで、ドリー10は、点Dが基準位置Oと略一致し、線Cがカメラ座標系のx軸と略平行となるように、基準面に設置することが好ましい。
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of processing performed by the
次に、位置算出部75は、コンピュータグラフィック(CG)座標系と、基準位置を原点とするカメラ座標系との位置関係を算出する(ステップS11)。以下、ステップS11の処理について説明する。
Next, the
まず、CG座標系での位置が分かっているA点、B点の2点を基準面に設定する。A点、B点は、CG座標系におけるx軸上の点とすることが望ましい。 First, two points, A point and B point, whose positions in the CG coordinate system are known, are set as reference planes. It is desirable that points A and B are points on the x-axis in the CG coordinate system.
カメラ50でA点を撮像し、このときのパラメータ(カメラ50のパン角度、チルト角度等)を検出し、カメラ座標系におけるA点の位置を求める。同様に、カメラ50でB点を撮像し、このときのパラメータを検出し、カメラ座標系におけるB点の位置を求める。
The
そして、カメラ座標系におけるA点、B点の位置から、カメラ座標系に対するCG座標系の回転角度θ及びCG座標系におけるカメラ50の位置を求める。そして、このCG座標系におけるカメラ50の位置算出結果に基づいてCG座標系とカメラ座標系との位置関係を算出する。これにより、ステップS11の処理を終了する。
Then, from the positions of points A and B in the camera coordinate system, the rotation angle θ of the CG coordinate system with respect to the camera coordinate system and the position of the
なお、ステップS10、S11の処理は必須ではない。例えば、ステップS10においてカメラ座標系とCG座標系と一致させた場合には、ステップS11は不要である。また、例えば、ステップS11を行う場合には、ステップS10は不要である。 The processing of steps S10 and S11 is not essential. For example, when the camera coordinate system and the CG coordinate system are matched in step S10, step S11 is unnecessary. Further, for example, when step S11 is performed, step S10 is unnecessary.
次に、演算部71は、ドリー10の基準位置Oに対する移動量及び基準線に対する回転角度(すなわち、点Dの位置(x,y))を算出する(ステップS12)。
Next, the
そして、演算部71は、ドリー10の基準位置Oに対する移動量及び基準線に対する回転角度に基づいてカメラ50の位置及び回転角度を求める(ステップS13)。
Then, the
ステップS13では、まず、演算部71は、ドリー10の基準位置Oに対する移動量、すなわち点Dの位置(x,y)に基づいて回転軸22の中心Eの位置(X,Y)を求める。また、演算部71は、センサ23から回転軸22の回転角度を取得する。そして、演算部71は、中心Eの位置(X,Y)と、ドリー10の基準線に対する回転角度θと、回転軸22の回転角度と、中心Eとカメラ50との位置関係とに基づいてカメラ50の位置及び回転角度を求める。
In step S13, first, the
本実施の形態では、中心Eとカメラ50との位置関係は以下のように求められる。演算部71は、回転軸22の回転角度に基づいて、アーム30の基準線に対する回転角度を求める。また、演算部71は、アーム30の水平方向に対する角度を取得する。そして、アーム30のx軸に対する回転角度及び水平方向に対する角度と、アーム30の長さ(回転軸22とヘッド40との距離)に基づいて、回転軸22に対するヘッド40の位置及びヘッド40の回転角度を求める。なお、アーム30の長さは予め定められた値である。次に、演算部71は、ヘッド40からカメラ50のパラメータを取得し、カメラ50のパラメータに基づいて、ヘッド40の位置に対するカメラ50の位置と、ヘッド40の回転角度に対するカメラ50の回転角度を求める。そして、演算部71は、回転軸22に対するヘッド40の位置及びヘッド40の回転角度と、ヘッド40の位置に対するカメラ50の位置及びヘッド40の回転角度に対するカメラ50の回転角度とに基づいて中心Eとカメラ50との位置関係を求める。
In the present embodiment, the positional relationship between the center E and the
そして、合成部80は、ステップS11で位置算出部75により求められたカメラ座標系との位置関係と、ステップS13で演算部71により求められたカメラ50の位置及び回転角度に基づいて、カメラ50が撮像した映像とCG画像とを合成する(ステップS14)。なお、ステップS10でカメラ座標系とCG座標系を一致させてステップS11を省略した場合には、合成部80は、ステップS13で演算部71により求められたカメラ50の位置及び回転角度に基づいてカメラ50が撮像した映像とCG画像とを合成する(ステップS14)。
Then, the
制御部70は、撮像が終了したか否かを判定する(ステップS15)。撮像が終了していない場合(ステップS15でNO)は、制御部70は、処理をステップS12に戻し、ステップS12~15の処理を繰り返し行う。撮像が終了した場合(ステップS15でYES)は、制御部70は処理を終了する。
The
本実施の形態によれば、ペデスタルを用いず、ドリー10と三脚20とを着脱可能とすることで、小型で持ち運びが容易な撮像システム1とすることができる。特に、本実施の形態のドリー10は、操舵機構を含まないため、より自由な動きが可能になるとともに、全体の構造が簡易になる。したがって、小型で安価な撮像システム1とすることができる。
According to the present embodiment, the
また、本実施の形態によれば、カメラ50の位置及び回転角度を確実に把握することができる。そして、カメラ50の正しい位置情報を取得することで、カメラ50で撮像した画像とCG画像とを違和感なく合成することができる。
Further, according to the present embodiment, the position and the rotation angle of the
例えば、ペデスタルの3つの車輪を操舵してペデスタルの進行方向を定める場合には、3つの車輪を誤差なく同一の方向に向けるのは機構的に困難であり、3つの車輪の向きのズレにより車輪の床面に対するすべりが生じる。そして、3つの車輪を利用して計測を行う必要があるため、車輪の床面に対するすべりにより計測誤差が発生するおそれがある。それに対し、本実施の形態のドリー10は、互いの位置精度を確保しやすい2つの車輪を利用して移動及び計測を行うため、取得する位置情報の精度を高くすることができる。
For example, when steering the three wheels of the pedestal to determine the direction of travel of the pedestal, it is mechanically difficult to orient the three wheels in the same direction without error, and the wheels are misaligned due to the misalignment of the three wheels. Slip on the floor surface. Further, since it is necessary to perform measurement using three wheels, there is a possibility that a measurement error may occur due to slippage of the wheels on the floor surface. On the other hand, in the
また、本実施の形態によれば、基準面に設置されたCG座標系の2点をカメラで撮像することでカメラ座標系とCG座標系との位置関係を把握することができる。例えば、色の異なる2種類の板材を組み合わせた位置校正用シートを用いる場合には、位置校正用シートまで移動架台を移動させなければならないが、本実施の形態ではその必要がないため、位置関係の把握が容易である。 Further, according to the present embodiment, the positional relationship between the camera coordinate system and the CG coordinate system can be grasped by capturing the two points of the CG coordinate system installed on the reference plane with the camera. For example, when using a position calibration sheet in which two types of plates having different colors are combined, the moving stand must be moved to the position calibration sheet, but this is not necessary in this embodiment, so that the positional relationship is sufficient. Is easy to grasp.
なお、本実施の形態では、三脚20とアーム30とを有する取付部をドリー10に載置したが、アーム30は必須ではない。例えば、回転軸22の上端近傍にヘッド40が設けられていてもよい。この場合には、回転軸22の位置及び回転角度とヘッド40の位置及び回転角度が略同一であるため、演算部71は、カメラ50のパラメータに基づいて回転軸22(中心E)とカメラ50との位置関係を求めればよい。
In the present embodiment, the mounting portion having the
なお、本実施の形態のドリー10は、土台部11aから放射状に延びる3本の脚部11bを有する枠体11を用いたが、枠体の形態はこれに限られない。図6は、変形例にかかるドリー10Aの概略を示す平面図である。ドリー10Aは、平面視略T字形状の枠体11Aを有する。このときの回転軸22の中心E1は、線Cの中心、すなわち点Dと略一致する。言い換えれば、中心E1は、線F上に位置し、オフセット量YL(図4参照)が0である。図7は、変形例にかかるドリー10Bの概略を示す平面図である。ドリー10Bは、平面視略三角形状の枠体11Bを有する。
The
また、本実施の形態のドリー10は、2つの後輪12、13と、1つの前輪14とを有したが、ドリーが有する車輪の数はこれに限られない。図8は、変形例にかかるドリー10Cの概略を示す平面図である。ドリー10Cは、略矩形形状の枠体11Cと、2つの後輪12、13と、2つの前輪14、15とを有する。前輪15は、前輪14と同様、平面視において枠体11に対する車輪の向きが回転可能な自由車輪である。回転軸22の中心E2は、線F上に位置する。なお、ドリー10Cには、4本の脚21aを有する取付部が載置される。
Further, the
また、本実施の形態では、基準位置Oに対する点Dの位置(x,y)と、基準線に対する回転角度θとに基づいてカメラ50の位置及び回転角度を求めたが、点Dの位置変化でΔx、Δy及び回転角度Δθからカメラ50の位置及び回転角度を求めてもよい。例えば、ある時点(t=T1)における点Dの位置(x,y)及び基準線に対する回転角度θ、すなわちt=T1におけるカメラ50の位置及び回転角度を基準とし、微小時間経過後(t=T2)における点Dの位置変化Δx、Δy及び回転角度Δθに基づいて、t=T2におけるカメラ50の位置及び回転角度を求めてもよい。
Further, in the present embodiment, the position and rotation angle of the
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。ここで、「略」とは、厳密に同一である場合のみでなく、同一性を失わない程度の誤差や変形を含む概念である。また、本発明において「近傍」とは、基準となる位置の近くのある範囲(任意に定めることができる)の領域を含むことを意味する。例えば、Aの近傍という場合に、Aの近くのある範囲の領域であって、Aを含んでもいても含んでいなくてもよいことを示す概念である。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment and includes design changes and the like within a range not deviating from the gist of the present invention. .. Here, the "abbreviation" is a concept that includes not only the case of being exactly the same but also an error or deformation to the extent that the identity is not lost. Further, in the present invention, the "neighborhood" means to include a region of a certain range (which can be arbitrarily determined) near the reference position. For example, in the case of the vicinity of A, it is a concept indicating that it is a region in a certain range near A and may or may not include A.
1 :撮像システム
10、10A、10B、10C:ドリー
11、11A、11B、11C:枠体
11a :土台部
11b :脚部
11c :載置部
12、13:後輪
14、15:前輪
20 :三脚
21 :土台部
21a :脚
22 :回転軸
23 :センサ
30 :アーム
31 :センサ
40 :ヘッド
50 :カメラ
60 :操作部
70 :制御部
71 :演算部
72、73:エンコーダ
75 :位置算出部
80 :合成部
1: Imaging
Claims (5)
枠体と、前記枠体に設けられ、平面視において前記枠体に対する車輪の向きが回転しない第1固定車輪及び第2固定車輪と、前記枠体に設けられ、平面視において前記枠体に対する車輪の向きが回転可能な1個以上の自由車輪と、を有する移動架台と、
前記移動架台に着脱可能に取り付けられた取付部であって、前記移動架台に載置された状態において鉛直方向に略沿って設けられた回転軸を有する取付部と、
前記取付部に設けられたカメラと、
前記カメラの位置及び前記カメラの回転角度を演算する演算部と、
を備え、
前記第1固定車輪には、当該第1固定車輪の回転数を取得する第1エンコーダが設けられ、
前記第2固定車輪には、当該第2固定車輪の回転数を取得する第2エンコーダが設けられ、
前記回転軸には、当該回転軸の回転角度を取得するセンサが設けられ、
前記演算部は、前記第1エンコーダ及び前記第2エンコーダが取得した回転数に基づいて、前記第1固定車輪と前記第2固定車輪とを結んだ第1線の中心である中心点の移動量及び前記第1線の回転角度を求め、前記中心点の移動量及び前記第1線の回転角度に基づいて、前記中心点を通り前記第1線と略直交する第2線上に位置する前記回転軸の位置を求め、前記回転軸の位置と、前記第1線の回転角度と、前記センサが取得した回転角度と、前記回転軸と前記カメラとの位置関係とに基づいて前記カメラの位置及び前記カメラの回転角度を求める
ことを特徴とする撮像システム。 An imaging system that captures the subject
The frame, the first fixed wheel and the second fixed wheel provided on the frame and the direction of the wheel with respect to the frame does not rotate in a plan view, and the wheel provided on the frame and with respect to the frame in a plan view. With one or more free wheels, the orientation of which is rotatable, and a mobile pedestal,
A mounting portion that is detachably attached to the mobile pedestal and has a rotating shaft provided substantially along the vertical direction when mounted on the mobile pedestal.
The camera provided in the mounting part and
A calculation unit that calculates the position of the camera and the rotation angle of the camera,
Equipped with
The first fixed wheel is provided with a first encoder that acquires the rotation speed of the first fixed wheel.
The second fixed wheel is provided with a second encoder that acquires the rotation speed of the second fixed wheel.
The rotating shaft is provided with a sensor that acquires the rotation angle of the rotating shaft.
The calculation unit moves the center point, which is the center of the first line connecting the first fixed wheel and the second fixed wheel, based on the rotation speeds acquired by the first encoder and the second encoder. And the rotation angle of the first line is obtained, and based on the movement amount of the center point and the rotation angle of the first line, the rotation located on the second line passing through the center point and substantially orthogonal to the first line. The position of the camera is obtained, and the position of the camera and the position of the camera are obtained based on the position of the rotation axis, the rotation angle of the first line, the rotation angle acquired by the sensor, and the positional relationship between the rotation axis and the camera. An imaging system characterized in that the rotation angle of the camera is obtained.
前記演算部は、前記回転軸の回転角度と、前記アームの水平方向に対する角度と、前記回転軸と前記ヘッドとの位置関係と、前記ヘッドが取得した前記カメラのパラメータとに基づいて前記カメラの位置及び前記カメラの回転角度を求める
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像システム。 The mounting portion includes a rod-shaped arm provided on the rotation axis and swingable within a range of ± 90 degrees or less with respect to the horizontal direction, a head provided at the tip of the arm and provided with the camera, and a head. Is a crane with
The calculation unit of the camera is based on the rotation angle of the rotation axis, the angle of the arm with respect to the horizontal direction, the positional relationship between the rotation axis and the head, and the parameters of the camera acquired by the head. The imaging system according to claim 1, wherein the position and the rotation angle of the camera are obtained.
前記演算部は、前記移動架台が移動する基準面に任意の基準位置及び任意の基準線を設定し、前記中心点の移動量として前記基準位置に対する移動量を求め、前記第1線の回転角度として前記基準線に対する回転角度を求める
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像システム。 A compositing unit that synthesizes an image captured by the camera and a computer graphic (CG) image based on the position of the camera and the rotation angle of the camera is provided.
The calculation unit sets an arbitrary reference position and an arbitrary reference line on the reference plane on which the moving platform moves, obtains the amount of movement with respect to the reference position as the amount of movement of the center point, and rotates the first line. The imaging system according to claim 1 or 2, wherein the rotation angle with respect to the reference line is obtained.
前記位置算出部が算出した結果に基づいて前記カメラが撮像した映像とCG画像とを合成する合成部と、
を備え、
前記位置算出部は、前記CG座標系での位置が分かっている2点を設定し、前記2点のうちの第1点を前記カメラにより撮像し、前記第1点を撮像した際の前記カメラのパン角度、チルト角度、及び高さを検出し、これらに基づいて前記カメラ座標系での前記第1点の位置を求め、前記2点のうち第2点を前記カメラにより撮像し、前記第2点を撮像した際の前記カメラのパン角度、チルト角度及び高さを検出し、これらに基づいて前記カメラ座標系での前記第2点の位置を求め、前記カメラ座標系における前記第1点および前記第2点の位置に基づいて前記CG座標系と前記カメラ座標系との位置関係を算出する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像システム。 A position calculation unit that calculates the positional relationship between the computer graphic (CG) coordinate system and the camera coordinate system,
A compositing unit that synthesizes an image captured by the camera and a CG image based on the result calculated by the position calculating unit, and a compositing unit.
Equipped with
The position calculation unit sets two points whose positions in the CG coordinate system are known, images the first point of the two points with the camera, and the camera when the first point is imaged. The pan angle, tilt angle, and height of the above are detected, the position of the first point in the camera coordinate system is obtained based on these, the second point of the two points is imaged by the camera, and the first point is taken. The pan angle, tilt angle and height of the camera when two points are imaged are detected, the position of the second point in the camera coordinate system is obtained based on these, and the first point in the camera coordinate system is obtained. The imaging system according to claim 1 or 2, wherein the positional relationship between the CG coordinate system and the camera coordinate system is calculated based on the position of the second point.
前記第1固定車輪に設けられ、当該第1固定車輪の回転数を取得する第1エンコーダと、前記第2固定車輪に設けられ、当該第2固定車輪の回転数を取得する第2エンコーダとからそれぞれ前記第1固定車輪の回転数及び前記第2固定車輪の回転数を取得する第1ステップと、
前記第1固定車輪の回転数及び前記第2固定車輪の回転数に基づいて、前記第1固定車輪と前記第2固定車輪とを結んだ第1線の中心である中心点の移動量及び前記第1線の回転角度を求める第2ステップと、
前記中心点の移動量及び前記第1線の回転角度に基づいて、前記中心点を通り前記第1線と略直交する第2線上に位置する前記回転軸の位置を求める第3ステップと、
前記回転軸に設けられたセンサから前記回転軸の回転角度を取得し、前記回転軸の位置と、前記第1線の回転角度と、前記回転軸の回転角度と、前記回転軸と前記カメラとの位置関係と、に基づいて前記カメラの位置及び前記カメラの回転角度を求める第4ステップと、
を含むことを特徴とする撮像方法。
The frame, the first fixed wheel and the second fixed wheel provided on the frame and the direction of the wheel with respect to the frame does not rotate in a plan view, and the wheel provided on the frame and with respect to the frame in a plan view. It is an imaging method in which a subject is imaged by a camera mounted on a mobile pedestal having one or more free wheels whose orientation is rotatable via a mounting portion having a rotation axis.
From a first encoder provided on the first fixed wheel and acquiring the rotation speed of the first fixed wheel, and a second encoder provided on the second fixed wheel and acquiring the rotation speed of the second fixed wheel. The first step of acquiring the rotation speed of the first fixed wheel and the rotation speed of the second fixed wheel, respectively,
Based on the rotation speed of the first fixed wheel and the rotation speed of the second fixed wheel, the amount of movement of the center point which is the center of the first line connecting the first fixed wheel and the second fixed wheel and the said. The second step to find the rotation angle of the first line,
A third step of obtaining the position of the rotation axis located on the second line passing through the center point and substantially orthogonal to the first line based on the movement amount of the center point and the rotation angle of the first line.
The rotation angle of the rotation axis is acquired from the sensor provided on the rotation axis, and the position of the rotation axis, the rotation angle of the first line, the rotation angle of the rotation axis, the rotation axis and the camera The fourth step of obtaining the position of the camera and the rotation angle of the camera based on the positional relationship of
An imaging method comprising.
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