JP7516103B2 - 撮像装置の制御装置、方法及びプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置を制御する制御装置、方法及びプログラムに関する。
近年、監視カメラやストリーミングカメラをはじめ、パン方向やチルト方向に撮像方向を変更する駆動部を備えた撮像装置が知られている。撮像装置の駆動部には、位置制御の容易性の観点等から、ステッピングモータが用いられることがある。
このような撮像装置において、特にステッピングモータを低速回転させながら撮像を行うと、ステッピングモータや、ギア等の動力伝達機構に起因して動画像が揺れてしまうことがある。
例えば特許文献1では、カメラユニットをパン回転又はチルト回転させるための動力伝達機構が有するバックラッシュを除去するための押圧力を調整することにより、高速回転時及び低速回転時それぞれの要求性能を満足する撮像装置が提案されている。
特開2012-225949号公報
本発明が解決しようとする課題は、撮像部の撮像方向を変更する駆動部を備えた撮像装置において滑らかな画像を生成できるようにすることである。
本発明の一態様に係る制御装置は、撮像部と、前記撮像部の撮像方向を変更する駆動部とを備えた撮像装置を制御する制御装置であって、前記駆動部を制御するための速度情報に基づいて、前記撮像部が撮像した連続する撮像データそれぞれの切出し領域を決定する決定手段と、前記決定手段が決定した切出し領域に基づいて、前記撮像データに対して切出し処理を実施する画像処理手段とを備え、前記画像処理手段は、前記駆動部の停止中においては、当該停止中における前記撮像部による撮像データに対して、当該撮像データについて前記決定手段が決定した切出し領域の切出し処理を実施し、前記駆動部の駆動中においては、前記駆動部が駆動開始する直前の撮像データに対して、前記決定手段が決定した切出し領域の切出し処理を実施すことを特徴とする。
実施形態に係る撮像装置の構成を示す図である。 実施形態に係る撮像装置の外観図である。 速度指令に対するパン回転部の角度変化の一例を示す特性図である。 撮像範囲の一例を説明するための図である。 実施形態に係る撮像装置が実施する切出し処理を説明するための図である。 実施形態に係る撮像装置が実行する処理を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図1は、実施形態に係る撮像装置100の構成例を示す図である。
撮像装置100は、撮像光学系101と、撮像素子102と、画像処理部103と、システム制御部104と、駆動制御部105と、パンモータ106と、チルトモータ107と、記憶部108と、通信部109とを備える。本実施形態では、撮像装置100が、本発明を適用した制御装置を内蔵する例を説明する。
撮像光学系101は、不図示の複数レンズや保持部材を含んで構成される。なお、撮像光学系101の構成はこれに限定されるものではなく、例えばレンズ駆動用のモータを備え、ズーム倍率やフォーカス位置を調整可能に構成されてもよいし、また、可視光や赤外光等の複数の波長成分を含む光を集光可能なように構成されてもよい。
撮像素子102は、可視光領域の光に対して感度を持つ撮像素子である。撮像光学系101を透過した光は、撮像素子102にて結像し、電気的な撮像信号に変換される。なお、撮像素子102の構成はこれに限定されるものではなく、例えば赤外光等の非可視光領域に感度を持つものでもよい。
画像処理部103は、撮像素子102が出力した撮像信号を受信し、現像処理、カラーバランス処理、ガンマ処理、ノイズ低減処理といった各種画像処理を行い、画像データを生成する。また、画像処理部103は、画像データに対する切出し処理を実施することができる。
パンモータ106及びチルトモータ107は、撮像光学系101及び撮像素子102により構成される撮像部の撮像方向を変更する駆動部である。パンモータ106及びチルトモータ107は、システム制御部104の指示に基づいて、駆動制御部105によって駆動可能となる。パンモータ106及びチルトモータ107にはステッピングモータが用いられるが、これに限定されるものではなく、例えばブラシレスモータ等により構成されてもよい。
駆動制御部105は、Hブリッジ回路等、各モータ106、107を駆動するための電気的な回路により構成される。
システム制御部104は、撮像装置100の各構成要素の統括的な制御及び各種パラメータの設定等を行う。
記憶部108は、RAMやFLASH(登録商標)メモリ等により構成される。記憶部108は、画像処理部103から出力された画像データを一時的に保存及び読み出すことができる。また、記憶部108は、システム制御部104が実行するプログラムの格納領域や、プログラム実行中のワーク領域としても用いられる。更に、記憶部108は、システム制御部104が撮像装置100の各構成要素を制御するための各種パラメータの初期値を格納するためにも用いられる。
通信部109は、画像データを通信プロトコルに準拠して変換した上で、LAN120を介してクライアント装置121に配信する。通信部109は、H.264やH.265等の圧縮符号化処理を行う。また、通信部109は、クライアント装置121から、撮像装置100に対する各種パラメータの設定コマンド等を受信し、システム制御部104に出力すると同時に、クライアント装置121に対してレスポンスの送信も行う。
ネットワーク上のLAN(Local Area Network)120は、Ethernet(登録商標)等の通信規格を満足するルータ、スイッチ、ケーブル等により構成される。LAN120を介して、撮像装置100はクライアント装置121や、不図示の他の撮像装置、サーバー等との接続が可能となる。なお、LAN120は、撮像装置100とクライアント装置121との間の通信を行うことができるものであれば、その通信規格、規模、構成等は問わない。例えばLANは、有線LAN、無線LAN、WAN(Wide Area Network)等により構成されてもよい。また、ネットワーク上のクラウドを介する構成としてもよい。
クライアント装置121は、パーソナルコンピュータや携帯端末等により構成される。外部機器であるクライアント装置121は、LAN120を経由して撮像装置100と相互に通信可能に接続され、撮像装置100から画像データを受信、表示、録画することができる。また、クライアント装置121は、撮像装置100を制御するための各種設定コマンドを送信することができる。例えばクライアント装置121に接続された不図示のジョイステックや、表示画面上のGUIによってパンモータ106及びチルトモータ107を操作し、撮像装置100の撮像方向を変更することができる。更に、クライアント装置121は、通信部109によって出力されたレスポンスを受信することによって、撮像装置100の情報を取得することができる。
図2は、撮像装置100の外観図であり、(A)が側面図、(B)が上面図を示す。撮像装置100は、固定部201と、固定部201により支持されるパン回転部202と、パン回転部202により支持されるチルト回転部203とを備える。パン回転部202は、パンモータ106を駆動源として回転する。また、チルト回転部203は、チルトモータ107を駆動源として回転する。チルト回転部203には、撮像部を構成する撮像光学系101及び撮像素子102が搭載されている。
このようにした撮像装置100では、パンモータ106が回転すると、所定の減速比を有する動力伝達機構を介して、パン回転部202が固定部201に対して矢印204方向に回転する。同様に、チルトモータ107が回転すると、所定の減速比を有する動力伝達機構を介して、チルト回転部203がパン回転部202に対して矢印205方向に回転する。このようにパンモータ106及びチルトモータ107を回転させることで、撮像部の撮像方向を所望の方向に変更することが可能となる。
図3は、撮像装置100に入力された速度指令αに対するパン回転部202の角度変化の一例を示す特性図であり、横軸は時間[秒]を示し、縦軸は角度[°]を示す。点線で示す特性線301は、パンモータ106に対する速度指令α[°/秒]をグラフ化したものである。また、実線で示す特性線302は、パン回転部202の実際の角度変化[°]をグラフ化したものである。なお、ここではパン回転部202の説明を行うが、チルト回転部203についても同様である。
速度指令αは、例えばクライアント装置121からユーザ操作に従った値が出力され、撮像装置100のシステム制御部104が受信する。なお、速度指令αの生成は、上記方法に限らず、例えば記憶部108に予め格納された駆動プログラムを実行する方法でもよい。
システム制御部104は、速度指令αを受信すると、パン回転部202の角度分解能θ1から、式(1)により移動間隔T1を算出する。
T1=θ1÷α …(1)
パン回転部202の角度分解能θ1は、パンモータ106の単位パルス信号あたりの移動角度であるステップ角βと、動力伝達機構の減速比γとから、式(2)により算出可能である。
θ1=β÷γ …(2)
例えばステップ角βが3.6°、減速比γが10倍である場合、パン回転部202の角度分解能θ1は0.36°となる。ステップ角β及び減速比γは、記憶部108に予め格納されたパラメータであり、撮像装置100の構成に合わせて任意の値に変更可能である。
以降、パン回転部202は、式(3)で示す時刻t=T(n)毎に、式(4)で示す次の角度θ(n)へと移動していくことになる。nは1以上の整数である。
T(n)=T(n-1)+T1 …(3)
θ(n)=θ1×n …(4)
例えば速度指令αが1.44°/秒である場合、式(1)より移動間隔T1は0.25秒と算出される。そして、時刻t=T1=0.25秒での角度θ1は0.36°、時刻t=T2=0.5秒での角度θ2は0.72°と、パン回転部202がパン方向に移動することになる。なお、速度指令αは上述した値に限らず、任意の値でよい。
ここで、システム制御部104から駆動制御部105に駆動信号であるパルス信号が印加されると、駆動制御部105は、パルス信号に従って、パンモータ106を次のステップ角に移動開始させる。区間303は、パンモータ106が駆動中である移動時間τを示す区間である。移動時間τは、駆動制御部105にパルス信号が印加されてから、撮像部の撮像方向の変更が終わるまでの間の所定の時間である。詳細には、移動時間τは、駆動制御部105にパルス信号が印加されてからパンモータ106が動き始めるまでの時間と、パンモータ106が移動する時間と、整定時間とを合わせた時間である。整定時間は、パンモータ106が移動した後に発生したオーバーシュートやリンギングが十分収束するのに必要な時間である。移動時間τは、予めパルス応答性を測定しておくことで予測可能な時間であり、予め定められたパラメータとして記憶部108に格納されているものとし、例えば0.12秒である。ただし、この限りではなく、所定のパラメータ調整動作を行うことによって、逐次、移動時間τを更新するようにしてもよい。
このようにシステム制御部104から駆動制御部105にパルス信号が印加されてから、パン回転部202が次の角度に安定して停止するまでには、移動時間τで定義される遅延時間が存在する。そのため、パルス信号は、式(5)で示す時刻(以下、パルス信号印加時刻と呼ぶ)Tp(n)時にシステム制御部104から出力される。
Tp(n)=T(n)-τ …(5)
以下、図4及び図5を参照して、システム制御部104から駆動制御部105にパルス信号が印加されて、パン回転部202が回転するときの出力画像について説明する。
図4は、撮像装置100の撮像範囲の一例を説明するための図であり、400は撮像装置100の撮像範囲を含む広域の風景を示す。401及び402は撮像装置100の撮像範囲であり、撮像範囲402は、撮像範囲401からパン回転部202を角度分解能θ1移動させたときの撮像範囲である。距離403は、撮像範囲401と撮像範囲402との移動距離を示す。
ここで、撮像範囲の撮像データをそのまま出力画像とする場合、上述した速度指令α=1.44°/秒が入力される場合には、時刻T1=0.25毎にしか撮像方向が変わらず、不連続な動画像が表示される。加えて、図3に示す区間303の間は、パン回転部202のオーバーシュートやリンギング等に起因した動画像の揺れも発生してしまう。
そこで、以下に詳述するように、撮像装置100は、切出し処理を実施して、出力画像とする画像データを生成する。図5は、撮像装置100が実施する切出し処理を説明するための図である。図5では、図4と同様、速度指令αに基づいて、撮像装置100の撮像範囲が撮像範囲401から撮像範囲402に移動するときの動画像を例にする。画像処理部103による切出し処理の切出し領域は、角度分解能で変化する撮像領域の変化よりも細かく設定可能である。
システム制御部104は、速度指令αに基づいて、式(1)より撮像範囲402への移動間隔T1を算出し、次に式(5)よりパルス信号印加時刻Tp1を算出する。速度指令αが1.44°/秒、移動間隔T1が0.25秒である場合、パルス信号印加時刻Tp1は0.13秒となる。
時刻t<Tp1の間は、パンモータ106は停止し、撮像装置100の撮像範囲は撮像範囲401である。図5(A)~(C)は、時刻t<Tp1の間の出力画像501~503を示す。図5(A)は、時刻t=aにおける撮像データ401-aに対して切出し処理を実施して生成した画像データ501を示す。また、図5(B)は、時刻t=b(a<b)における撮像データ401-bに対して切出し処理を実施して生成した画像データ502を示す。また、図5(C)は、時刻t=c(b<c)における撮像データ401-cに対して切出し処理を実施して生成した画像データ503を示す。図5(A)~(C)に示すように、パンモータ106が停止し、安定して撮像することができる時刻t<Tp1の間は、撮像フレーム毎に、速度指令αに基づいて切出し位置の調整が行われる。例えば速度指令αが1.44°/秒、時刻aが0秒、時刻bが0.05秒である場合、画像データ501及び画像データ502の切出し位置差は、疑似的にパン回転部202を0.072°回転させたときに生じる移動距離に相当する。同様に、時刻cが0.1秒である場合、画像データ502及び画像データ503の切出し位置差は、疑似的にパン回転部202を0.072°回転させたときに生じる移動距離に相当する。
このように、速度指令αを受信した際、パンモータ106の停止中は、撮像フレーム毎に切出し領域を調整することで、パン回転部202の角度分解能が大きくても、疑似的に速度指令αに応じた滑らかな動画像を配信することが可能になる。
なお、時刻t<Tp1における各撮像データは、記憶部108に保存されるものとする。保存方法は、上書き保存でもよい。
次に、時刻t=Tp1になると、システム制御部104は駆動制御部105にパルス信号を出力し、パンモータ106はステップ角βで回転するように駆動開始する。その後、Tp1<時刻t<T1の間は、記憶部108に保存された時刻t<Tp1における最後の撮像フレームの撮像データ(すなわち、パルス信号を出力する直前の撮像データ)に対して、切出し領域を変更しながら切出し処理を実施して画像データを生成する。図5(D)及び図5(E)は、Tp1<時刻t<T1の間の出力画像504、505を示す。図5(D)は、時刻t=dにおいて、記憶部108に保存された時刻t<Tp1における最後の撮像フレームの撮像データ401-cに対して切出し処理を実施して生成した画像データ504を示す。また、図5(E)は、時刻t=e(d<e)において、記憶部108に保存された時刻t<Tp1における最後の撮像フレームの撮像データ401-cに対して切出し処理を実施して生成した画像データ505を示す。移動時間τの間に必要な撮像フレーム数を計算することにより、Tp1<時刻t<T1の間に必要な画像枚数がわかり、速度指令αに基づいて、切出し領域が決定される。例えば速度指令αが1.44°/秒、時刻dが0.15秒、時刻eが0.2秒である場合、画像データ504及び画像データ505の切出し位置差は、疑似的にパン回転部202を0.072°回転させたときに生じる移動距離に相当する。
次に、時刻t=T1になると、パン回転部202は撮像範囲402を撮像する位置への移動が終わり、撮像装置100の撮像範囲は撮像範囲402になる。図5(F)は、時刻t=T1に対応する時刻fにおける出力画像506を示す。この場合、時刻t=fにおける撮像データ402-fに対して切出し処理を実施して画像データ506を生成する。画像データ506は、画像データ505に対し、疑似的にパン回転部202を0.072°回転させたときに生じる距離を移動したものとなる。
なお、ここでは時刻t=T1に達するまでを説明したが、以降のT2,T3,・・・についても同様である。
以上のように、パンモータ106の停止中は、各時刻の撮像データに対して切出し処理を実施し、パンモータ106の駆動中は、記憶部108に保存された駆動前の最後の撮像データに対して切出し処理を実施して、速度指令αに応じて切出し領域を変更した画像データを配信する。これにより、パン回転部202の角度分解能が大きい撮像装置において、比較的遅い速度指令αが入力された場合でも、パン回転部202の角度分解能を疑似的に高め、速度指令αに応じた滑らかな動画像を生成することができる。
なお、ここではパンモータ106について説明したが、チルトモータ107についても同様であることは言うまでもない。
図6は、実施形態に係る撮像装置100が実行する処理を示すフローチャートである。図6のフローチャートにおける各処理は、システム制御部104が、記憶部108に格納されたプログラムを実行することにより実現される。
例えばシステム制御部104が速度指令を受信したら、本フローチャートの処理を開始する。
ステップS1で、システム制御部104は、各種パラメータを算出する。具体的には、システム制御部104は、速度指令αや記憶部108に格納された各パラメータより、式(1)~(5)の算出を行う。
ステップS2で、システム制御部104は、パンモータ106及びチルトモータ107が停止中であるか否かを判定する。パンモータ106の停止中は、図3に示すように、パルス信号のオフ時間から移動時間τを除いた時間である。チルトモータ107についても同様である。システム制御部104がモータ停止中であると判定した場合、処理はステップS3に進む。モータ停止中は、パルス信号の印加前であり、撮像装置100が静止し、安定した状態で撮像可能な状態である。一方、システム制御部104がモータ停止中でないと判定した場合、すなわちモータ駆動中であると判定した場合、処理はステップS5に進む。モータ停止中でないとは、パルス信号印加時刻Tp(n)に到達している状態である。
ステップS3で、システム制御部104は、現在の撮像範囲における撮像データを取得する。
ステップS4で、システム制御部104は、ステップS3で取得した撮像データを記憶部108に保存する。
ステップS5で、システム制御部104は、パルス信号印加時刻Tp(n)であるか否かを判定する。システム制御部104がパルス信号印加時刻Tp(n)であると判定した場合、処理はステップS6に進む。システム制御部104がパルス信号印加時刻Tp(n)でないと判定した場合、処理はステップS7に進む。
ステップS6で、システム制御部104は、駆動制御部105に、対象とするモータに対するパルス信号を出力する。
ステップS7で、システム制御部104は、記憶部108に保存された、パルス信号を出力する直前の撮像データの読み出しを行う。
ステップS8で、システム制御部104は、対象となる撮像データに対して、速度指令αに基づいて切出し領域を決定し、その切出し領域を切出すように切出し処理を実施する。図5で説明したように、モータ停止中は、各時刻の撮像データに対して切出し処理を実施し、モータ駆動中は、記憶部108に保存された駆動前の最後の撮像データに対して切出し処理を実施する。
ステップS9で、システム制御部104は、ステップS8で切出した画像データを配信する。
ステップS10で、システム制御部104は、駆動停止指令を受信しているか否かを判定する。システム制御部104が駆動停止指令を受信していると判定した場合、本フローチャート処理を終了する。システム制御部104が駆動停止指令を受信していないと判定した場合、処理はステップS2に戻る。
以上述べたように、モータ停止中は、各時刻の撮像データに対して切出し処理を実施し、モータ駆動中は、記憶部108に保存された駆動前の最後の撮像データに対して切出し処理を実施して、速度指令αに応じて切出し領域を変更した画像データを配信する。これにより、撮像部の撮像方向を変更する駆動部を備えた撮像装置において滑らかな画像を生成することができる。しかも、モータや動力伝達機構、モータを駆動するための電気的な回路等に特別な対策を必要とせず、撮像装置のサイズの増大やコストアップを避けることができる。
以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
例えば上述した実施形態では、撮像装置100が、本発明を適用した制御装置を内蔵する例を説明したが、これに限定されるものではなく、本発明を適用した制御装置が、撮像装置とは別体として構成されるようにしてもよい。
(その他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
100:撮像装置、101:撮像光学系、102:撮像素子、103:画像処理部、104:システム制御部、105:駆動制御部、106:パンモータ、107:チルトモータ、108:記憶部、109:通信部

Claims (11)

  1. 撮像部と、前記撮像部の撮像方向を変更する駆動部とを備えた撮像装置を制御する制御装置であって、
    前記駆動部を制御するための速度情報に基づいて、前記撮像部が撮像した連続する撮像データそれぞれの切出し領域を決定する決定手段と、
    前記決定手段が決定した切出し領域に基づいて、前記撮像データに対して切出し処理を実施する画像処理手段とを備え、
    前記画像処理手段は、
    前記駆動部の停止中においては、当該停止中における前記撮像部による撮像データに対して、当該撮像データについて前記決定手段が決定した切出し領域の切出し処理を実施し、
    前記駆動部の駆動中においては、前記駆動部が駆動開始する直前の撮像データに対して、前記決定手段が決定した切出し領域の切出し処理を実施すことを特徴とする制御装置。
  2. 前記決定手段は、前記駆動部の駆動中においては、前記駆動部が駆動開始する直前の撮像データに対して、前記撮像データにおける切出し領域を前記速度情報に基づいて変更することを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記速度情報は、前記駆動部に対する速度指令であることを特徴とする請求項1又は2に記載の制御装置。
  4. 外部機器から前記速度指令を受信する通信手段を備えたことを特徴とする請求項3に記載の制御装置。
  5. 前記駆動部の駆動中とは、前記駆動部を駆動するための回路に駆動信号が印加されてから、前記撮像部の撮像方向の変更が終わるまでの間の所定の時間であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の制御装置。
  6. 前記所定の時間は、予め定められたパラメータとして記憶部に格納されていることを特徴とする請求項5に記載の制御装置。
  7. 前記駆動信号はパルス信号であることを特徴とする請求項5又は6に記載の制御装置。
  8. 前記駆動部の停止中とは、前記駆動信号のオフ時間から前記所定の時間を除いた時間であることを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載の制御装置。
  9. 前記駆動部の角度分解能が単位パルス信号あたりの移動角度から求められ、
    前記画像処理手段による切出し処理の切出し領域は、前記角度分解能で変化する撮像領域の変化よりも細かく設定可能であることを特徴とした請求項1乃至8のいずれか1項に記載の制御装置。
  10. 撮像部と、前記撮像部の撮像方向を変更する駆動部とを備えた撮像装置の制御方法であって、
    前記駆動部を制御するための速度情報に基づいて、前記撮像部が撮像した連続する撮像データそれぞれの切出し領域を決定する決定ステップと、
    前記決定ステップで決定した切出し領域に基づいて、前記撮像データに対して切出し処理を実施する画像処理ステップとを有し、
    前記画像処理ステップでは、
    前記駆動部の停止中においては、当該停止中における前記撮像部による撮像データに対して、当該撮像データについて前記決定ステップで決定した切出し領域の切出し処理を実施し、
    前記駆動部の駆動中においては、前記駆動部が駆動開始する直前の撮像データに対して、前記決定ステップで決定した切出し領域の切出し処理を実施すことを特徴とする撮像装置の制御方法。
  11. 撮像部と、前記撮像部の撮像方向を変更する駆動部とを備えた撮像装置を制御するためのプログラムであって、
    前記駆動部を制御するための速度情報に基づいて、前記撮像部が撮像した連続する撮像データそれぞれの切出し領域を決定する決定手段と、
    前記決定手段が決定した切出し領域に基づいて、前記撮像データに対して切出し処理を実施する画像処理手段としてコンピュータを機能させ、
    前記画像処理手段は、
    前記駆動部の停止中においては、当該停止中における前記撮像部による撮像データに対して、当該撮像データについて前記決定手段が決定した切出し領域の切出し処理を実施し、
    前記駆動部の駆動中においては、前記駆動部が駆動開始する直前の撮像データに対して、前記決定手段が決定した切出し領域の切出し処理を実施することを特徴とするプログラム。
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