JP7440704B2 - フォーカス制御方法及び撮像システム - Google Patents
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Description
このAFの方式として、コントラストAF方式が知られている。コントラストAF方式は、フォーカスレンズを走査して、検出したエッジ成分の極大点からフォーカスポイント(ピントが合う焦点距離、すなわち合焦位置)を算出する方式である。このコントラストAF方式は、中長距離監視では精度が高いため、国境監視等を行う監視カメラ等について、好適に用いられている。
特許文献1、2には、従来のコントラストAF方式の例が記載されている(以下、「従来技術」という。)。
本発明のフォーカス制御方法は、前記動作量が閾値未満であった場合、算出された前記被写体距離に前記レンズをフォーカス後、前記焦点距離を変更することを特徴とする。
本発明のフォーカス制御方法は、前記動作量が閾値未満であった場合、前記被写体距離を算出した時点の焦点位置に前記レンズをフォーカスし、前記焦点距離の変更が完了していない場合、前記被写体距離の算出と前記レンズのフォーカスとを再度行うことを特徴とする。
本発明のフォーカス制御方法は、前記焦点距離をテレ端に移動完了後に、前記レンズのフォーカスを再調整することを特徴とする。
本発明の撮像システムは、焦点距離可変でズーム可能なレンズと撮像素子とを備えたカメラと、前記レンズのズーム及びフォーカスを制御する制御装置とを含む撮像システムであって、被写体と被写体との距離である被写体距離と、前記被写体の動作量とを算出する距離算出部と、前記距離算出部により算出された前記動作量が閾値未満であった場合、前記被写体距離に応じて、前記焦点距離を変更完了させる前に前記レンズをフォーカスさせ、前記動作量が閾値以上であった場合、前記被写体距離に応じたフォーカスを行わないよう制御するフォーカス制御部とを備えることを特徴とする。
図1は、本実施形態に係る監視システムXの概略構成を示す。監視システムXは、本実施形態に係る撮像システムの一例である。
監視システムXは、複数の監視カメラ1-1~1-nと、端末2と、サーバー3とが、ネットワーク5に接続されている。
なお、以下では、監視カメラ1-1~1-nのいずれか一台を示す場合、単に監視カメラ1という。
監視カメラ1は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)撮像素子等を用いたカメラ等の撮像装置である。本実施形態において、監視カメラ1は、長焦点レンズを備え、雲台に軸着されているレンズ一式の雲台カメラである例を示す。この長焦点レンズは、ビデオカメラ用レンズ等であってもよい。加えて、長焦点レンズは、焦点距離を変更する(ズームの倍率を変更する)と、ピント(フォーカスポイント、焦点位置)が合わなくなるため、調整する必要があってもよい。さらに、監視カメラ1は、風等による揺れ、振動に対しては、光学防振、映像を切り出して防振を行う等の各種ブレ防止機能を備えていてもよい。
監視カメラ1は、撮像された画像を各種フォーマットの画像データに変換し、端末2及び/又はサーバー3へ送信する。
本実施形態において、端末2は、図示しない表示部、キーボード、ポインティングデバイス、操作パネル等を備えている。
サーバー3は、端末2の指示により、監視カメラを被写体の方に向け、雲台上で移動し、ズームやフォーカスの制御を行う。
加えて、記憶部11は、一般的なROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等も含んでいる。これらには、サーバー3の制御部10が実行する処理のプログラム、データベース、一時データ、その他の各種ファイル等が格納される。
制御部10は、距離算出部100、及びフォーカス制御部110を備える。
記憶部11は、距離対応データ200を格納する。
加えて、距離算出部100は、被写体の動作量を算出する。この動作量は、監視カメラ1で撮像された画像データにおける画像成分分析において、算出された被写体のエッジ成分の歪み等の値を基に算出可能である。
ここで、本実施形態においては、フォーカス制御部110は、ズームを開始する前に、被写体距離に応じてレンズをフォーカスさせる。つまり、フォーカス制御部110は、例えば、テレ端までズームする場合、最初に合焦位置に合わせてから、合焦距離をテレ端まで変更する。
さらに、フォーカス制御部110は、焦点距離をテレ端に移動完了後に、レンズのフォーカスを再調整してもよい。
なお、これらの各機能部は、FPGA(Field Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等により、ハードウェア的、回路的に構成されてもよい。
本実施形態に係るフォーカス制御処理は、監視システムXをハードウェア資源として実行されるフォーカス制御方法を実現する。このため、被写体と監視カメラ1との距離である被写体距離を算出する。そして、ズーム完了する前に、算出された被写体距離に応じて、レンズをフォーカスさせる。
以下で、この撮像システムXによるフォーカス制御処理について、図2を用いて、ステップ毎に詳しく説明する。
本実施形態においては、常時監視している監視カメラ1があり、この画像を端末2にて監視している監視者等によりズームして注視したい物体やヒト等の被写体が、端末2により指示される。
具体的には、監視者が端末2の表示部に表示された被写体について、雲台を移動等させて、画面中央に近い位置に位置させる。この上で、監視者がズームを指定する。
すると、端末2から、焦点距離を移動させるコマンド(指示情報)がサーバー3へ送信される。この指示情報は、例えば、焦点距離の1000mm端までのズーム値が10ビットであったら、この10ビットの端まで移動するよう指示する情報である。
フォーカス制御部110は、この被写体の指示を示す指示情報を、ネットワーク5を介して端末2から取得する。
距離算出部100は、監視カメラ1と被写体との距離である被写体距離を算出する。
図3(a)(b)により、一式の監視カメラ1及び雲台が保持された設置台をスライダーで左右に移動させ、光軸を回転させ、その角度から被写体距離を算出する例について説明する。
このため、距離算出部100は、監視カメラ1の雲台をパン制御し、被写体のエッジ成分の少なくとも一箇所の目印ポイントと重なるように制御する。そして、距離算出部100は、重なった際の角度から、被写体までの距離である被写体距離a(m)を算出する。具体的には、距離算出部100は、この例では、画角の半分に回転した角度を加えた角度φから画角の半分である角度θを差し引いた角度と、予め算出した被写体までの距離との関係を示す距離対応データ200を用いて、被写体距離aを算出する。または、距離算出部100は、細い矢印で示す被写体位置の水平撮像範囲の半分の距離b+移動距離xの値から、被写体距離aを算出することも可能である。
または、距離算出部100は、画面の中心に対して被写体が何割動いたか、枠内に対して動いているかを算出し、動作量としてもよい。
または、距離算出部100は、このパン制御時に一方の回転ですぐエッジ成分が重ならなければ、反対側に回転する等して微調整してもよい。このため、距離算出部100は、この微調整による回転角度を積分した値、調整完了までの時間の値等を、被写体の動作量として算出してもよい。ここで、距離算出部100は、この微調整でもエッジ成分が重ならなければ、被写体の動きが大きいとして動作量を最大値とすることも可能である。
ここでは、算出された動作量が閾値以上であった場合、フォーカス制御部110は、Yesと判定する。動作量が閾値未満であった場合、フォーカス制御部110は、Noと判断する。
Yesの場合、フォーカス制御部110は、処理をステップS104へ進める。これにより、フォーカス制御部110は、移動物体であるとして、被写体距離に応じたフォーカスを行わない。
Noの場合、フォーカス制御部110は、処理をステップS103へ進める。
フォーカス制御部110は、距離算出部100により算出された被写体距離に応じて、レンズをフォーカスさせる。この際、フォーカス制御部110は、距離対応データ200を参照して、算出された被写体距離における最適なフォーカス値になるよう、ズーム倍率、すなわちズーム完了後の焦点位置に合わせて、レンズの移動を制御する。
これにより、フォーカス制御部110は、監視カメラ1の焦点距離をフォーカスポイントに合わせる、すなわちレンズのピントを合わせる(合焦位置に合わせる)オートフォーカスを行うことが可能となる。
フォーカス制御部110は、レンズをズームさせる。フォーカス制御部110は、例えば、監視カメラ1のレンズをテレ端側にズームインして被写体を大きく撮像させる。この際、ズームしたときには既にフォーカスが合っていることになる。
上述のようにズーム前に既にフォーカスを合わせているものの、風等による振動、被写体の動きや誤差、経年劣化等により合焦位置が多少ずれることがある。このため、本実施形態においては、フォーカス制御部110は、例えば、焦点距離をテレ端に移動完了後に、レンズのフォーカスを再調整する。フォーカス制御部110は、この再調整をコントラストAF方式で行ってもよい。この再調整は、狭い位置の範囲でエッジ成分を抽出すればよいため、従来技術より、高速に行うことができる。
なお、フォーカス制御部110は、エッジ成分の値が十分高く、フォーカスが合っている場合は、この再調整を行わなくてもよい。
以上により、フォーカス制御処理の高音質化処理を終了する。
近年、監視カメラ及び市販品のデジタルカメラ等、フォーカスを自動追従するAF機能の性能が向上している。AF機能として、主に一眼レフカメラ、ミラーレスカメラでは、レンズから入った光を2つに分けて専用のセンサーへ導き、結像した2つの画像の間隔からピントの方向と量を判断する位相差AFや、専用のセンサーを使用して位相差AFを像面で行う像面位相差AF方式等が用いられている。しかしながら、位相差AF及び像面位相差AFは特殊なAFセンサーを用い、さらに中長距離監視の分野においては、精度が十分でないために、監視カメラには使用されないことが多い。たとえば、十km以上先についてズームした画像をAFしたい場合、位相差AF方式や像面位相差AF方式ではアウトフォーカスとなり、輪郭の描画がぼやけることが多い。
このため、監視カメラでは、従来技術に示すように、フォーカスレンズを走査して、検出したエッジ成分の極大点からフォーカスポイントを算出するコントラストAF方式が主に用いられている。
ステップS200において、被写体設定処理が行われる。この処理は、図2のステップS100と同様である。
次にステップS201において、ズーム処理が行われる。この処理も、図2のステップS104と同様であるものの、単なる焦点距離の移動なので、アウトフォーカスとなる。
最後にステップS202において、オートフォーカス制御処理が行われる。これは、従来のコントラストAF方式により行われる。この際、何回もフォーカスレンズを往復してエッジ成分の極大点を算出する必要がある。
このように構成することで、中長距離のテレ端監視を主用途とした監視カメラ等において、フォーカスを高速化することができる。このため、一刻一秒が重要な国境監視等で、素早く目的とする被写体を監視し、その後の対応につなげることができる。
このように構成し、焦点距離の変更を開始する前に、監視カメラ1との被写体距離に応じてレンズをフォーカスさせる、すなわち、目的の被写体に対してズーム前にオートフォーカスすることで、フォーカス時間を短縮することができる。
このように構成し、例えば、動作量が閾値以上であった場合に、被写体が動いているとして、オートフォーカスを行わないことで、更なるフォーカスの調整を行う手間を減らすことができる。結果として高速にフォーカスさせることができる。
このように構成することで、被写体の閾値未満の動きや誤差等で完全にピントが合っていなくても、レンズを合焦位置合わせることができる。この際、レンズは合焦位置に近い位置にあり、可動範囲が制限されるため、高速にフォーカスさせることができる。このため、ズーム後のオートフォーカス時間を短縮することもできる。
しかしながら、フォーカス制御部110は、被写体距離を算出した時点の焦点位置にレンズをフォーカスし、焦点距離の変更が完了していない場合、被写体距離の算出とレンズのフォーカスを再度行ってもよい。すなわち、フォーカス制御部110は、焦点距離の変更に連動させて、被写体距離に応じてレンズをフォーカスさせることも可能である。具体的には、ズーム中も合焦させる(ピントを合わせる)ようにしてもよい。または、上述の実施形態で記載したように、被写体距離に合わせてフォーカスをしてから、さらにズーム中も連動させてフォーカスするようにしてもよい。
ここで、図4のステップS100~ステップS102、S105は、図2のステップS100~ステップS102、S105と同様の処理であるため説明を省略する。
しかしながら、図4のステップS103bの距離オートフォーカス制御処理では、算出された被写体距離その時点のズーム倍率、すなわちレンズの焦点位置に応じて、フォーカスを合わせる。すなわち、ズームの倍率により、フォーカスレンズの動きも連動させる。
さらに、ステップS104bのズーム処理においては、ズーム等を行うものの、ズーム中であっても、次のステップS106に処理を進める。
Noの場合、フォーカス制御部110は、処理をステップS101へ戻して、被写体距離と動作量の算出、被写体距離に応じたオートフォーカス制御を続ける。
しかしながら、予距離算出部100は、被写体の指示後、常に又は任意のタイミングで、被写体距離を算出することも可能である。
このように構成することで、より正確にフォーカスを行うことが可能となり、フォーカスの調整も容易になる。
しかしながら、動作量の算出と合わせて距離方向の移動速度を算出し、これに合わせて被写体距離を算出して、フォーカスしてもよい。または、動作量の平均値からフォーカスを行うことも可能であってもよい。
このように構成することで、構成によっては、より高速なフォーカスを行うことが可能となる。
しかしながら、監視カメラ1を左右に移動させずに、複数台の監視カメラ1を用いて被写体距離を算出してもよい。
この場合、少なくとも二式の監視カメラ1を同じ被写体にパン制御した際の角度から、被写体距離を算出することが可能である。たとえば、予距離算出部100は、二式の監視カメラ1を連動し、二式の光軸に対して垂直な線上から目的の被写体に対する角度の差分から目的の被写体までの距離を被写体距離として算出可能である。具体的に、図3の例でいうと、予距離算出部100は、二台の監視カメラ1の角度φと距離対応データ200との関係から、被写体距離aを算出可能である。
または、複数の監視カメラ1のレンズの合焦位置を少しずらして、最も合焦したものの合焦位置に合わせることで、オートフォーカス再調整処理を素早く行うようにしてもよい。
しかしながら、被写体距離を、比較できる基準物体との比較により算出することも可能である。さらに、画像処理により、被写体距離を算出してもよい。この場合、上述の被写体の動作量等から、被写体距離を算出することも可能である。
または、レーザー、電波、音波等を用いた測距デバイスにより、被写体距離を測定することも可能である。
しかしながら、上述の各機能部の処理は、サーバー3で行わなくてもよく、監視カメラ1や端末2等で実行してもよい。また、この場合、サーバー3を用いない監視カメラ1及び端末2のみの監視システムに適用することも可能である。
このように構成することで、様々な構成に対応可能となる。
Claims (5)
- 焦点距離が可変なレンズと撮像素子とを備えたカメラのフォーカス制御方法であって、
前記カメラと被写体との距離である被写体距離と、前記被写体の動作量とを算出し、
算出された前記動作量が閾値未満であった場合、前記焦点距離の変更が完了する前に、算出された前記被写体距離に応じて、前記レンズをフォーカスし、前記動作量が閾値以上であった場合、前記被写体距離に応じたフォーカスを行わない
ことを特徴とするフォーカス制御方法。 - 前記動作量が閾値未満であった場合、算出された前記被写体距離に前記レンズをフォーカス後、前記焦点距離を変更する
ことを特徴とする請求項1に記載のフォーカス制御方法。 - 前記動作量が閾値未満であった場合、前記被写体距離を算出した時点の焦点位置に前記レンズをフォーカスし、前記焦点距離の変更が完了していない場合、前記被写体距離の算出と前記レンズのフォーカスとを再度行う
ことを特徴とする請求項1に記載のフォーカス制御方法。 - 前記焦点距離をテレ端に移動完了後に、前記レンズのフォーカスを再調整する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のフォーカス制御方法。 - 焦点距離可変でズーム可能なレンズと撮像素子とを備えたカメラと、前記レンズのズーム及びフォーカスを制御する制御装置とを含む撮像システムであって、
被写体と被写体との距離である被写体距離と、前記被写体の動作量とを算出する距離算出部と、
前記距離算出部により算出された前記動作量が閾値未満であった場合、前記被写体距離に応じて、前記焦点距離を変更完了させる前に前記レンズをフォーカスさせ、前記動作量が閾値以上であった場合、前記被写体距離に応じたフォーカスを行わないよう制御するフォーカス制御部とを備える
ことを特徴とする撮像システム。
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