JP7330926B2 - Filming system and remote control system - Google Patents
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本発明は、撮影システムおよび遠隔操作システムに関する。 The present invention relates to an imaging system and a remote control system.
地震、洪水、土砂崩れ等による災害復旧工事において、有人の作業機械による作業は二次災害のおそれがあるため、遠隔操作した無人の作業機械による作業が行われる場合がある。例えば、特許文献1には、建設機械に設置した2台の魚眼カメラ映像を、遠隔操縦室にいるオペレータが装着したヘッドマウントディスプレイ(HMD:Head Mounted Display)に両眼視差を再現して表示する遠隔操作システムが記載されている。 In disaster restoration work due to earthquakes, floods, landslides, etc., work with manned machines may cause secondary disasters, so there are cases where unmanned machines that are remotely controlled are used. For example, in Patent Document 1, images of two fisheye cameras installed on a construction machine are displayed on a head-mounted display (HMD) worn by an operator in a remote control room with binocular parallax reproduced. A remote control system is described.
特許文献1に記載される遠隔操作システムによれば、両眼視差があるため、単眼カメラでは得られない奥行感や遠近感が得られる。また、魚眼レンズを用いているために視界が広範囲であり、さらに、ヘッドマウントディスプレイの方向と映像方向とが同期しているため、ヘッドマウントディスプレイを装着した頭を左右に振ることで、見たい方向の映像を見ることができる。 According to the remote control system described in Patent Document 1, since there is binocular parallax, it is possible to obtain a sense of depth and perspective that cannot be obtained with a monocular camera. In addition, since the fisheye lens is used, the field of view is wide, and the direction of the head-mounted display and the direction of the image are synchronized, so by shaking the head wearing the head-mounted display left and right, the desired direction can be changed. You can see the video of
ここで、カメラの画質と画角とはトレードオフの関係である。魚眼レンズは広範囲の映像を取得できるが、カメラのセンサ画素を最大限利用できないため解像度が低くなるという問題があった。そのため、遠隔操作によって細かい作業を行う場合に、適切な視認性を確保するのが難しい場合があった。 Here, there is a trade-off relationship between the image quality and the angle of view of the camera. A fisheye lens can capture a wide range of images, but there is a problem that the resolution is low because the sensor pixels of the camera cannot be used to the maximum. Therefore, it is sometimes difficult to ensure proper visibility when performing detailed work by remote control.
このような観点から、本発明は、広範囲の視界を有しながら細かい作業に必要な視認性を確保できる撮影システムおよび遠隔操作システムを提供する。 From such a point of view, the present invention provides a photographing system and a remote control system that can secure the visibility necessary for detailed work while having a wide field of view.
本発明に係る撮影システムは、作業機械を遠隔操作するための映像を撮影する撮影システムである。この撮影システムは、前記作業機械の運転室に設けられるステレオカメラと、前記ステレオカメラを遠隔操作するための第一遠隔操作装置とを備える。
前記ステレオカメラは、魚眼レンズと、光学式ズーム機構とを有し、前記第一遠隔操作装置の操作に応じて前記光学式ズーム機構が動作する。
A photographing system according to the present invention is a photographing system for photographing images for remotely operating a work machine. This imaging system includes a stereo camera provided in the driver's cab of the working machine, and a first remote control device for remotely controlling the stereo camera.
The stereo camera has a fisheye lens and an optical zoom mechanism, and the optical zoom mechanism operates according to the operation of the first remote control device.
本発明に係る撮影システムにおいては、ステレオカメラが魚眼レンズを備えているので、超広角の範囲(例えば、180°)の撮影が可能である。また、遠隔操作で光学式ズーム機構を制御できるので、広角撮影および望遠撮影を切り替えることができる。そのため、広範囲の視界を有しながら細かい作業に必要な視認性を確保できるので、従来よりも作業機械を遠隔操作しやすい。 In the imaging system according to the present invention, since the stereo camera has a fisheye lens, it is possible to shoot in a super wide-angle range (for example, 180°). In addition, since the optical zoom mechanism can be controlled by remote control, it is possible to switch between wide-angle shooting and telephoto shooting. Therefore, it is possible to secure the visibility necessary for detailed work while having a wide field of view, making it easier to remotely operate the work machine than before.
前記第一遠隔操作装置は、二つのフットペダルを有しており、第一のフットペダルによってズームインおよびズームアウトを操作し、第二のフットペダルによってズームのスピードを調整するものである。 The first remote control device has two foot pedals, the first foot pedal for zooming in and zoom out, and the second foot pedal for adjusting the zoom speed.
このようにすると、操作者は、作業機械を手で操作しながら、脚で広角撮影および望遠撮影の切り替え、および、当該切り替えスピードの変更を行うことができる。そのため、作業機械の遠隔操作がより容易である。 In this way, the operator can switch between wide-angle photography and telephoto photography and change the switching speed with his/her legs while operating the work machine by hand. Therefore, remote control of the work machine is easier.
また、本発明に係る遠隔操作システムは、前述した撮影システムと、前記撮影システムによって撮影した映像を表示するヘッドマウントディスプレイと、前記作業機械を遠隔操作するための第二遠隔操作装置と、を備えるものである。 Further, a remote control system according to the present invention includes the above-described imaging system, a head-mounted display for displaying an image captured by the imaging system, and a second remote control device for remotely controlling the working machine. It is.
本発明に係る撮影システムにおいては、操作者は、両眼視差を再現した奥行き感のある画像(3D画像)を見ることができる。また、遠隔操作で光学式ズーム機構を制御できるので、広角撮影および望遠撮影を切り替えることができる。そのため、広範囲の視界を有しながら細かい作業に必要な視認性を確保できるので、従来よりも作業機械を遠隔操作しやすい。 In the imaging system according to the present invention, the operator can see an image (3D image) with a sense of depth that reproduces binocular parallax. In addition, since the optical zoom mechanism can be controlled by remote control, it is possible to switch between wide-angle shooting and telephoto shooting. Therefore, it is possible to secure the visibility necessary for detailed work while having a wide field of view, making it easier to remotely operate the work machine than before.
本発明によれば、広範囲の視界を有しながら細かい作業に必要な視認性を確保できる。 According to the present invention, it is possible to ensure visibility necessary for detailed work while having a wide field of view.
以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with appropriate reference to the drawings. Each drawing is merely a schematic representation to the extent that the present invention can be fully understood. Accordingly, the present invention is not limited to the illustrated examples only. In addition, in each figure, the same code|symbol is attached|subjected about a common component and a similar component, and those overlapping description is abbreviate|omitted.
<実施形態に係る遠隔操作システムの構成>
図1を参照して、実施形態に係る遠隔操作システム1の構成について説明する。図1は、遠隔操作システム1の概略構成図である。遠隔操作システム1は、作業機械を遠隔操作するためのシステムである。遠隔操作システム1は、作業機械を用いる様々な場面で使用することができ、遠隔操作を行う対象の作業機械や作業機械を用いて行う作業などは特に限定されない。
<Configuration of remote control system according to embodiment>
A configuration of a remote control system 1 according to an embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a remote control system 1. As shown in FIG. A remote control system 1 is a system for remotely controlling a work machine. The remote control system 1 can be used in various situations using working machines, and the working machine to be remotely controlled and the work performed using the working machine are not particularly limited.
図1に示すように、遠隔操作システム1は、主に、作業機械に搭載される装置類と、操作室内に設けられる装置類とで構成される。作業機械は、例えば平常時には作業員が搭乗して操作することが可能なものであってよい。作業機械は、例えば建設機械の一種であるバックホウ、振動ローラ、ブレーカ、ブルドーザ、ダンプトラックなどである。 As shown in FIG. 1, the remote control system 1 is mainly composed of devices mounted on the working machine and devices provided in the operation room. The working machine may be, for example, one that can be operated by an operator during normal times. The working machines are, for example, backhoes, vibration rollers, breakers, bulldozers, dump trucks, etc., which are types of construction machines.
作業機械側の構成は、複数(ここでは、二つ)のカメラ20,20で構成されるステレオカメラ2と、各々のカメラ20に接続される変換器3,3と、通信装置4とを備える。
操作室側の構成は、通信装置5と、変換器6,6と、情報処理装置7と、ステレオカメラ2を遠隔操作するための遠隔操作装置8と、ステレオカメラ2の映像を表示するヘッドマウントディスプレイ9と、作業機械を遠隔操作するための遠隔操作装置10とを備える。変換器6は、変換器3と対となるために、変換器3と同様の個数(ここでは、二つ)になっている。
The construction of the working machine includes a
The configuration of the control room includes a communication device 5, converters 6, 6, an information processing device 7, a
操作者は、ヘッドマウントディスプレイ9を頭部に装着した状態で遠隔操作装置10を操作することによって作業機械を操作する。以下では、遠隔操作システム1から作業機械を操作する構成要素を除いたもの、つまり作業機械を遠隔操作するための映像を撮影する構成要素をまとめて「撮影システム1A」と称することにする。撮影システム1Aは、ステレオカメラ2および遠隔操作装置8を含むものである。
An operator operates the work machine by operating the
ステレオカメラ2は、例えば作業機械の運転室に設置され、作業機械の遠隔操作に用いる映像を撮影する。ステレオカメラ2が備える二つのカメラ20,20は、平常時において搭乗する操作者の左右の目に相当する。カメラ20は、作業現場の状況を認識できる解像度を有しており、また、遠隔操作に支障をきたさない程度のフレームレートであるものがよい。カメラ20は、例えば4K解像度以上のビデオカメラであるのがよい。ステレオカメラ2を構成する各々のカメラ20は、光学式ズーム機構21と、魚眼レンズ22とを備える。光学式ズームは、レンズの移動によって光学的に焦点距離を変化させ、望遠能力を得る方式のことである。光学式ズーム機構21は、数種類のレンズを備え、レンズ間距離などを調整可能である。魚眼レンズ22は、超広角の範囲(例えば、180°)の撮影を可能にするレンズである。
The
なお、従来から様々な種類の光学式ズーム機構が開発されているが、遠隔操作システム1では特に種類を限定することなく使用することができる。光学式ズーム機構21は、作業機械の移動時や作業時の振動等に対して映像の乱れが少ないものであるのが望ましい。光学式ズーム機構21は、手振補正機能を有するものであるのがよい。
Although various types of optical zoom mechanisms have been developed in the past, the remote control system 1 can use any type without particular limitation. It is desirable that the
ステレオカメラ2は、LAN(Local Area Network)を介して通信装置4に接続されており、操作室から送信された制御信号を受信する。また、ステレオカメラ2は、HDMI(登録商標)(High-Definition Multimedia Interface)回線を介して変換器3に接続されており、撮影した映像を変換器3に送信する。なお、HDMI回線は一例であり、映像回線はHDMI回線に限定されない。映像回線は、同軸回線、SDI(Serial Digital Interface)回線等であってもよい。変換器6と情報処理装置7との接続についても同様である。その場合、変換器3,6は、映像回線に対応した形式に変換するものになる。
The
変換器3は、HDMI形式の映像信号をIP(Internet Protocol)形式に変換する。変換器3は、LAN(Local Area Network)を介して通信装置4に接続されており、変換後の映像信号を通信装置4に送信する。なお、操作室内にも変換器3と同様の装置(変換器6)が設けられており、変換器3とは逆の処理が行われる。
The
通信装置4,5は、アンテナを備え、無線通信を実現する装置である。通信装置4は、前述した通りにステレオカメラ2および変換器3に接続されている。通信装置5は、LANを介して情報処理装置7に接続されており、情報処理装置7から受信した制御信号を作業機械側に無線通信によって送信する。また、通信装置5は、LANを介して変換器6に接続されており、無線通信によって受信した映像信号を変換器6に送信する。
The
変換器6は、IP形式の映像信号をHDMI形式に変換する。変換器6は、HDMI回線を介して情報処理装置7に接続されており、変換後の映像信号を情報処理装置7に送信する。 The converter 6 converts the IP format video signal into the HDMI format. The converter 6 is connected to the information processing device 7 via an HDMI line, and transmits the converted video signal to the information processing device 7 .
情報処理装置7は、遠隔操作システム1を統括制御する装置である。情報処理装置7は、例えば、ステレオカメラ2で撮影した映像をヘッドマウントディスプレイ9に表示する映像表示に関する機能や、作業機械およびステレオカメラ2の制御に関する機能を備える。情報処理装置7が備えるこれらの機能は、例えばCPU(Central Processing Unit)が図示しないROM(Read Only Memory)等から所定のプログラムを読み出して実行することにより実現される。情報処理装置7は、例えばUSB(Universal Serial Bus)やDisplayPortなどによって、遠隔操作装置8、ヘッドマウントディスプレイ9、遠隔操作装置10に接続されている。
The information processing device 7 is a device that centrally controls the remote control system 1 . The information processing device 7 has, for example, a function related to image display for displaying images captured by the
遠隔操作装置8は、ステレオカメラ2を遠隔操作するための装置である。本実施形態における遠隔操作装置8は、二つのフットペダル30A,30Bを含んで構成されている。一方のフットペダル30Aを踏み込むことによって、ステレオカメラ2はズームインする。また、他方のフットペダル30Bを踏み込むことによって、ステレオカメラ2はズームアウトする。なお、遠隔操作装置8は、フットペダル30A,30B以外の構成要素を含んでいてもよく、例えばステレオカメラ2による撮影の開始、終了などを指示するものであってもよい。フットペダル30A,30Bは、情報処理装置7を介してズームイン/ズームアウトの指令をステレオカメラ2に送信する。
A
ヘッドマウントディスプレイ9は、ステレオカメラ2が撮影した映像を表示する。ヘッドマウントディスプレイ9は、操作室内の操作者に装着される。ヘッドマウントディスプレイ9には、ステレオカメラ2を構成する二つのカメラ20,20からの映像が、ヘッドマウントディスプレイ9の左眼部分と右眼部分とに両眼視差を再現して投影される。つまり、ステレオカメラ2は、二個の魚眼レンズ22,22により対象物を異なる角度から撮像しており、操作者は、両眼視差を再現した奥行き感のある画像(3D画像)を見ることができる。
A head-mounted display 9 displays an image captured by the
ヘッドマウントディスプレイ9は、図示しない角度センサやジャイロセンサ等を備えており、角度センサやジャイロセンサ等によって操作者の頭の向き、動き等を感知する。感知した操作者の頭の向きや動き等は、ヘッドマウントディスプレイ9に投影する映像との連動に用いられる。なお、ヘッドマウントディスプレイ9が有するセンサの種類や数は、ヘッドマウントディスプレイ30を装着する操作者と投影する映像とを連動させることができるものであれば特に限定されない。 The head-mounted display 9 includes an angle sensor, a gyro sensor, and the like (not shown), and senses the direction, movement, etc. of the operator's head by the angle sensor, the gyro sensor, and the like. The sensed orientation and movement of the operator's head are used in conjunction with the image projected on the head-mounted display 9 . The type and number of sensors included in the head-mounted display 9 are not particularly limited as long as the operator wearing the head-mounted display 30 and the image to be projected can be linked.
このように、本実施形態に係る遠隔操作システム1によれば、作業機械の運転室からの視界をほぼリアルタイムで忠実にヘッドマウントディスプレイ9に投影することができる。操作者は、奥行き感のある映像をほぼリアルタイムで見ながら作業することができるため、作業機械を正確に操作することができる。また、ステレオカメラ2は、運転室に設置されている各種メーターを常時撮像しているため、操作者は、必要時にこのメーターを視認することにより、実際の運転室と同じ情報を得ることができる。
As described above, according to the remote control system 1 according to the present embodiment, the field of view from the cab of the work machine can be faithfully projected on the head-mounted display 9 almost in real time. Since the operator can work while watching the image with a sense of depth almost in real time, the work machine can be operated accurately. In addition, since the
遠隔操作装置10は、作業機械を遠隔操作するための装置である。図1では遠隔操作装置10としてジョイステック型のコントローラを例示しているが、遠隔操作装置10がこれに限定されるものではない。
A
<光学式ズーム機構について>
図2を参照して、光学式ズーム機構21について説明する。図2は、光学式ズーム機構21の概略構成図であり、(a)は広角撮影時の状態であり、(b)は望遠撮影時の状態である。図2は、光学式ズーム機構21の一例であり、「2グループ式」の概略図である。図2に示す光学式ズーム機構21は、説明を簡単にするために凸レンズ21aと凹レンズ21bとを組み合わせたモデルを例示しているが、凸レンズ21aおよび凹レンズ21bはレンズ群として構成されてもよい。凹レンズ21b(またはレンズ群)は、焦点距離を変える役割を担い、「バリエーター」と呼ばれる。凸レンズ21a(またはレンズ群)は、焦点位置を合わせる役割を担い、「コンペンセンター」と呼ばれる。
<About the optical zoom mechanism>
The
カメラ20の画角(広角か望遠か)は、焦点距離に依存する。図2では、撮像範囲線を太い実線で描画し、焦点模式線を細い一点鎖線で描画している。
広角撮影時では、図2(a)に示すように、凸レンズ21aをイメージセンサ23に近づけて、焦点距離を短くする。この際、凹レンズ21bを凸レンズ21aから離してレンズ間距離を広げる。
一方、望遠撮影時では、図2(b)に示すように、凸レンズ21aをイメージセンサ23から離して、焦点距離を長くする。この際、凹レンズ21bを凸レンズ21aに近づけてレンズ間距離を短くする。
The angle of view of the camera 20 (wide angle or telephoto) depends on the focal length. In FIG. 2, the imaging range line is drawn with a thick solid line, and the focal pattern line is drawn with a thin dashed-dotted line.
During wide-angle photography, as shown in FIG. 2A, the
On the other hand, during telephoto shooting, as shown in FIG. 2B, the
<光学式ズーム機構に魚眼レンズを組合わせた構成について>
図3を参照して、光学式ズーム機構21に魚眼レンズ22を組合わせた構成(「魚眼光学式ズーム機構」と称する)について説明する。図3は、魚眼光学式ズーム機構の概略構成図であり、(a)は広角撮影時の状態であり、(b)は望遠撮影時の状態である。図3では、撮像範囲線を太い実線で描画し、焦点模式線を細い一点鎖線で描画している。
<Construction in which a fisheye lens is combined with an optical zoom mechanism>
A configuration in which a fish-
広角撮影時では、図3(a)に示すように、撮像範囲線が魚眼レンズ22の周縁部に位置する。ここで、図4に示すように、魚眼レンズ22は、最大で約180°の範囲に含まれる被写体からの映像を取得することができる。そのため、イメージセンサ23には、広い範囲の対象物が投影され、超広角(例えば、画角180°)の撮影が可能である。
一方、望遠撮影時では、図3(b)に示すように、撮像範囲線が魚眼レンズ22の中心付近に位置する。そのため、イメージセンサ23には、狭い範囲(カメラ20の正面)の対象物が投影され、この範囲の対象物の解像度が向上するので望遠の撮影が可能になる。
During wide-angle photography, the imaging range line is positioned at the peripheral edge of the
On the other hand, during telephoto shooting, the imaging range line is located near the center of the
以上のように、本実施形態に係る撮影システム1Aおよび撮影システム1Aを用いた遠隔操作システム1では、ステレオカメラ2が魚眼レンズ22を備えているので、超広角の範囲(例えば、180°)の撮影が可能である。また、遠隔操作で光学式ズーム機構21を制御できるので、広角撮影および望遠撮影を切り替えることができる。そのため、広範囲の視界を有しながら細かい作業に必要な視認性を確保できるので、従来よりも作業機械を遠隔操作しやすい。
As described above, in the photographing system 1A according to the present embodiment and the remote control system 1 using the photographing system 1A, the
特に、本実施形態の遠隔操作装置8は、二つのフットペダル30A,30Bを有しており、一方のフットペダル30Aの踏み込みによってズームインし、他方のフットペダル30Bの踏み込みによってズームアウトするものである。操作者は、作業機械を手で操作しながら脚で広角撮影および望遠撮影を切り替えることができるので、作業機械の遠隔操作がより容易である。
In particular, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を変えない範囲で実施することができる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and can be implemented within the scope of the claims.
実施形態の遠隔操作装置8は、一方のフットペダル30Aの踏み込みによってズームインし、他方のフットペダル30Bの踏み込みによってズームアウトするものであった。しかしながら、遠隔操作装置8の構成はこれに限定されない。例えば、一方のフットペダル30Aでズームインやズームアウトを操作し、他方のフットペダル30Bでズームのスピードを調整するものであってもよい。
The
1 遠隔操作システム
1A 撮影システム
2 ステレオカメラ
20 カメラ
21 光学式ズーム機構
22 魚眼レンズ
8 遠隔操作装置(第一遠隔操作装置)
9 ヘッドマウントディスプレイ
10 遠隔操作装置(第二遠隔操作装置)
30A,30B フットペダル
1 remote control system
9 head mounted
30A, 30B foot pedal
Claims (2)
前記作業機械の運転室に設けられるステレオカメラと、
前記ステレオカメラを遠隔操作するための第一遠隔操作装置と、を備え、
前記ステレオカメラは、魚眼レンズと、光学式ズーム機構とを有し、前記第一遠隔操作装置の操作に応じて前記光学式ズーム機構が動作し、
前記第一遠隔操作装置は、二つのフットペダルを有しており、
第一のフットペダルによってズームインおよびズームアウトを操作し、第二のフットペダルによってズームのスピードを調整する、
ことを特徴とする撮影システム。 A shooting system for shooting a video for remotely controlling a working machine,
a stereo camera provided in a cab of the working machine;
a first remote control device for remotely controlling the stereo camera,
The stereo camera has a fisheye lens and an optical zoom mechanism, and the optical zoom mechanism operates according to the operation of the first remote control device,
The first remote control device has two foot pedals,
a first foot pedal to operate zoom in and zoom out, and a second foot pedal to adjust the zoom speed;
An imaging system characterized by:
前記撮影システムによって撮影した映像を表示するヘッドマウントディスプレイと、
前記作業機械を遠隔操作するための第二遠隔操作装置と、を備える、
ことを特徴とする遠隔操作システム。 The imaging system according to claim 1 ;
a head-mounted display that displays an image captured by the imaging system;
a second remote control device for remotely controlling the work machine;
A remote control system characterized by:
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