JPH0439836B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は自動操作型立体テレビ装置に係り、特
にマニピユレータの遠隔操作の補助手段として使
用するテレビカメラの、レンズ焦点およびズーム
の自動調節機構に関する。

〔発明の背景〕

二眼式立体テレビ装置を操作する場合の操作項
目としては、テレビカメラから目標点までの距離
に応じて視線を変える視差角調整、目標点に対す
るレンズの焦点およびズーム調整、さらに目標点
にテレビカメラの向きを設定する雲台の旋回があ
る。従来のテレビ装置においては、これらの操作
はすべて手動によつて行われていた。しかし立体
モニタからの視覚フイードバツクによりマニピユ
レータを遠隔操作する場合、特にマスタ・スレー
ブタイプのマニピユレータにおいては、運転員の
右手はマスタに占有されるためカメラ、レンズ等
の操作はすべて左手で行なわなければならず、運
転員の操作負担が大となるという欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、運転員の操作負担を軽減
し、カメラから任意の距離にあるマニピユレータ
の作業対象の立体視のできる自動操作型立体テレ
ビ装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために本発明では、立体視
用テレビカメラ２台と、画像処理用テレビカメラ
１台とによつて構成される自動操作型立体テレビ
装置において、前記３台のテレビカメラを搭載し
前記画像処理用テレビカメラの光軸と一致する水
平方向の中心線を有する雲台と、この雲台を水平
及び上下方向に旋回させるモータと、前記画像処
理用テレビカメラからの像を写し出すモニタと、
このモニタに写し出された目標点とモニタの画像
中心との位置ずれを演算し、前記モータを介して
前記雲台を旋回させ目標点と画像中心とを一致さ
せる制御装置とを設け、更に、前記２台の立体視
用カメラの画像中心を前記目標点に一致させるカ
メラ視差角用モータと、前記立体視用カメラの視
差角度に応じて前記目標点までの被写体距離を演
算し、該立体視用テレビカメラからの像を写し出
すモニタ画面に写し出された目標点を含む被写体
の水平長が常に一定となるように調整するズーム
調整機構とを設けたものである。

つまり、立体視用テレビカメラ２台と画像処理
用テレビカメラ１台とを搭載した雲台の水平方向
の中心線が、画像処理用テレビカメラの光軸と一
致するように配設し、画像処理用テレビカメラに
対応するモニタに写し出された目標点の位置と、
該モニタの画面中心の位置ずれを演算して、前記
目標点が画面中心に移動するように前記雲台の水
平および上下旋回用モータを制御し、また２台の
立体視用テレビカメラをカメラ視差角用モータに
より対応するモニタに写し出された目標点と該モ
ニタ画面中心に一致させ、該立体視用テレビカメ
ラの視差角度から前記目標点までの被写体距離を
演算して、該モニタ画面に写し出された目標点を
含む被写体の水平長が常に一定となるようにズー
ム調整をすることにより、カメラ操作の自動化に
おけるカメラから任意の距離にある作業対象の立
体視が可能となる。

〔発明の実施例〕

以下本発明に係る自動操作型立体テレビ装置の
一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例による立体テレビ装
置の制御ブロツクを示す。雲台１には、その中心
に目標点に雲台１の向きを設定するための画像処
理用テレビカメラ２が、その両側には立体視用テ
レビカメラ３及び４がそれぞれ配設されている。
これらのテレビカメラ２，３及び４から出力され
る映像信号は、それぞれ画像処理用モニタ５およ
び立体視用モニタ６及び７に送られるようになつ
ている。雲台１には水平旋回用モータ８、またス
レーブマニピユレータ（図示せず）には水平旋回
用モータ９が設けられている。それぞれのモータ
には、位置検出用のポテンシヨメータ１０及び１
１がそれぞれ設けられている。またテレビカメラ
３及び４には、カメラ視差角用モータ１２とレン
ズ調整用モータ１３が設けられている。モータ１
２及び１３には位置検出用のポテンシヨメータ１
４及び１５がそれぞれ設けられている。

さらに１６はモニタに写し出される目標点をヒ
ツトするためのライトペンである。このライトペ
ン１６から送り出される信号は、ライトペンコン
トローラ１７を介してマイクロコンピユータ１８
に送られるようになつている。１９は立体視用カ
メラ３または４のいずれか一方の画像を、画像処
理用モニタ５に写し出すためのカメラ切換器であ
り、２０は同期分離回路である。

上記のように構成された本実施例の動作につい
て以下に説明する。まず操作を自動モードにする
と、雲台１の水平旋回用モータ８およびスレーブ
マニピユレータの水平旋回用モータ９のそれぞれ
の現在位置を、それぞれポテンシヨメータ１０，
１１によつて検出し、スレーブの位置に雲台１の
位置を一致させる。スレーブマニピユレータを操
作して目標点に近づける過程では、雲台１も同期
してスレーブに追尾するようにマイクロコンピユ
ータ１８によつて制御される。目標点が画像処理
用モニタ５に写し出されると、ライトペン１６に
よつてこの目標点をヒツトする。このときモニタ
画像から同期分離回路２０によつて同期信号を抽
出し、ライトペン１６をヒツトさせたときに送出
されるトリガ信号をライトペンコントローラ１７
に送出する。このライトペンコントローラ１７
は、これら両信号を比較照合して画像処理用モニ
タ５の画面上の目標点の位置を検出し、マイクロ
コンピユータ１８に位置信号を送出する。

マイクロコンピユータ１８は、後述する立体視
自動アルゴリズムに従つて雲台１の水平、垂直旋
回角を演算し、画像処理用モニタ５の画面中心に
目標点がくるように制御して雲台１を旋回する。
この時点で雲台１の視線は目標点と一致する。

しかし立体視用テレビカメラ３及び４は画像処
理用テレビカメラ２と位置がわずかに離れている
ので、立体視用テレビカメラ３及び４の光軸は目
標点からずれている。これらを一致させるため
に、カメラ３及び４の視差角を調整する。このた
めに、まず立体視用テレビカメラ３あるいは４の
いずれか一方の画像を、カメラ切替器１９によつ
て画像処理用モニタ５に写し出す。このとき画像
処理用テレビカメラ２から立体視用テレビカメラ
３あるいは４の映像信号に切換わるので、目標点
は画像処理用モニタ５の画面の中心からわずかだ
けずれた位置に移る。そこで再び前述の場合と同
様にライトペン１６で目標点をヒツトすれば、画
像処理用モニタ５の画面中心に目標点が設定され
る。この時点で、立体視用テレビカメラ３及び４
の光軸は目標点と一致する。

次に立体視自動アルゴリズムについて説明す
る。自動操作型立体テレビ装置においては、目標
点が画像処理用モニタ５の画面の中心にくるよう
に雲台１およびカメラ視差角を調整すること、写
し出された目標点に対するレンズ焦点およびズー
ムを調整することとの２つの調整が必要である。

まず前者について説明する。第２図および第３
図は被写体空間における目標点とレンズ光軸のズ
レが画像処理用モニタ５の画面上でどのように対
応するかを示しており、点線で示す目標視線上の
点A₁とA₂とは被写体距離がそれぞれa₁，a₂と異
なつても第３図に示す画像処理用モニタ５の画面
上では点Ａに一致する。目標点を画面中心に移す
ためには点A₁，A₂をそれぞれレンズ光軸上の点
B₁，B₂に一致させればよく、いずれの場合も調
整角度量はΔθxである。以上のことから次式が成
立する。

水平方向に対して a_iθxD_xi＝ML_x a_iΔθxd_xi＝Ml_x（ｉ＝１，２） ……(1) ここで、 θx：水平画面角 Δθx：同調整量 L_x：モニタ画面水平長 l_x：同調整量 Ｍ：ビジコン面からモニタ面への像の拡大率 同様に上下方向に対して a_iθ_yD_yi＝ML_y a_iΔθ_yd_yi＝Ml_y（ｉ＝１，２） ……(2) ここで、θ_y：垂直画面角 Δθ_y：同調整量 L_y：モニタ画面垂直長 l_y：同調整量 またD_xi，D_yiはa_i位置における画面長、d_xi，d_yi
はa_i位置における調整量である。

(1)，(2)式から次式が得られる。

Δθx／θxl_x／L_x，Δθ_y／θ_yl_y／L_y……(3) θx，θ_y，L_x，L_yはそれぞれカメラとモニタに
よつて決まる定数であるから、結局モニタ画面上
の中心部からのズレ量l_x，l_yを計測すれば、必要
な雲台１およびカメラ視差角調整量Δθx，Δθ_yが
求められる。中心部からのズレ量l_x，l_yは、前述
のライトペン１６のヒツトによつて演算される。

次にレンズの自動調節法について説明する。立
体視しながらマニピユレータを遠隔操作する場
合、目標点までの距離が変わると画角も変わるの
で、ズーミングによつて画像の大きさを調整する
必要がある。被写体距離が変化しても常に画像処
理用モニタ５に写る物体の大きさが一定となるよ
うにズーミングすれば操作性が向上する。

第４図は、カメラ視差角θと被写体距離ａとの
関係を示す一例である。前述の説明で述べた通
り、立体視用テレビカメラ３及び４の光軸は目標
点と一致しているので、カメラ視差角θの値が決
まり、第３図の関係から対応する被写体距離ａの
値が決定される。ここでｌは立体視用テレビカメ
ラ３及び４の間隔であり、通常20cm程度である。
目標物体をモニタ画面にどの程度の大きさに写し
出すかは、マニピユレータを遠隔操作するときの
操作性から決まる。被写体距離ａが１〜2mの範
囲を取り扱う場合は、モニタ画面いつぱいに写す
目標物体の水平長さＬは1m程度がよい。

第５図は目標物体の水平長さＬを画面いつぱい
に写すときの被写体距離ａと、レンズ焦点距離ｆ
との関係を示す一例である。レンズの光学的特性
の差から、右、左のレンズの特性に若干の差が生
じている。ａ／Ｌの値が決まれば第５図により対
応するレンズの焦点距離ｆの値が求められる。こ
こでＸは立体視用テレビカメラ３，４の撮像面の
大きさを示す定数である。このようにして演算に
よつてレンズの焦点距離ｆの値が求められるの
で、レンズ・ズームの自動調整が可能となる。

第６図はレンズの焦点距離ｆを12.5〜75mmの範
囲で変化させたときのフオーカス調整結果を示
す。縦軸のフオーカス位置P_aは無限遠点にフオ
ーカスを合わせたときの、フオーカス依置Ｐ∞を
１として規格化した値である。データにバラツキ
があるのはレンズの焦点深度のためであり、ｆが
小さくなると焦点深度は深くなり、それだけバラ
ツキも大きくなつている。ただしフオーカス調整
の場合はその範囲が広いので容易となる。

第５図の関係からｆの値が求められるので、こ
のｆに対応するフオーカス位置P_aが第６図によ
り求められる。従つて演算によりレンズフオーカ
スの自動調整が可能となる。

上記の如くカメラ視差角θおよびズーム、フオ
ーカスのそれぞれの量がマイクロコンピユータ１
８によつて演算され、なおかつ第１図に示すカメ
ラ視差角用モータ１２およびレンズ調整用モータ
１３によつて各カメラを制御し、位置信号はそれ
ぞれポテンシヨメータ１４，１５によつて検出し
て、前記カメラ視差角θおよびズーム・フオーカ
スの自動調整が可能となる。本発明では目標点の
モニタ画面上の位置を検出する手段としてライト
ペンを使用したが、その他の手段、例えばカーソ
ル指定により位置を検出することも可能である。

〔発明の効果〕

上記のように本発明によれば、任意の距離にあ
る物体の立体視が可能となり、更に、立体視する
ときに必要な雲台、カメラ視差角、レンズのズー
ム、フオーカスのそれぞれの調整が自動化でき、
運転員の操作性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動操作型立体テレビ装
置の一実施例を示す制御ブロツク図、第２図は被
写体空間における目標点とレンズ光軸とのズレの
モニタ画面上での対応を示す平面図、第３図はそ
のモニタ画面上の正面図、第４図はカメラ視差角
θと被写体距離ａとの関係を示すグラフ、第５図
は目標物体の水平長さＬを画面いつぱいに写すと
きの被写体距離ａとレンズ焦点距離ｆとの関係を
示すグラフ、第６図はレンズ焦点距離ｆとフオー
カス位置との関係を示すグラフである。 １……雲台、２……画像処理用テレビカメラ、
３，４……立体視用テレビカメラ、５……画像処
理用モニタ、６，７……立体視用モニタ、８，９
……水平旋回用モータ、１０，１１，１４，１
５，……ポテンシヨメータ、１２……カメラ視差
角用モータ、１３……レンズ調整用モータ、１６
……ライトペン、１７……ライトペンコントロー
ラ、１８……マイクロコンピユータ、１９……カ
メラ切換器、２０……同期分離回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 立体視用テレビカメラ２台と、画像処理用テ
   レビカメラ１台とによつて構成される自動操作型
   立体テレビ装置において、 前記３台のテレビカメラを搭載し前記画像処理
   用テレビカメラの光軸と一致する水平方向の中心
   線を有する雲台と、この雲台を水平及び上下方向
   に旋回させるモータと、前記画像処理用テレビカ
   メラからの像を写し出すモニタと、このモニタに
   写し出された目標点とモニタの画像中心との位置
   ずれを演算し、前記モータを介して前記雲台を旋
   回させ目標点と画像中心とを一致させる制御装置
   とを設け、 更に、前記２台の立体視用カメラの画像中心を
   前記目標点に一致させるカメラ視差角用モータ
   と、前記立体視用カメラの視差角度に応じて前記
   目標点までの被写体距離を演算し、該立体視用テ
   レビカメラからの像を写し出すモニタ画面に写し
   出された目標点を含む被写体の水平長が常に一定
   となるように調整するズーム調整機構とを設けた
   ことを特徴とする自動操作型立体テレビ装置。