JPH0755921A - 移動体の自動追尾装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 撮像画面内の所定位置に発光体を捉えるため
の撮像角度調節手段の角度調節量を正確に求め、上記所
定位置に発光体を的確に捉える。 【構成】 相対移動する物体Ａ，Ｂの一方に発光体２０
が、且つ、他方に発光体２０を撮像する撮像手段Ｓ及び
この撮像手段Ｓの撮像倍率を変更するズーム手段が設け
られ、撮像手段Ｓの撮像情報及びズーム手段の撮像倍率
情報に基づいて、撮像手段Ｓの撮像画面内の所定位置に
発光体２０を捉えるように、撮像手段Ｓの撮像角度調節
手段１１，１２を作動させる追尾制御手段が設けられ、
撮像手段Ｓが設けられている物体Ｂ側に、発光体２０ま
での距離を検出する距離検出手段１３が設けられ、追尾
制御手段は、発光体２０の大きさ情報及び距離検出手段
１３の距離情報に基づいて、ズーム手段の撮像倍率を求
める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、相対移動する物体の一
方に発光体が、且つ、他方に前記発光体を撮像する撮像
手段及びこの撮像手段の撮像倍率を変更するズーム手段
が設けられ、前記撮像手段の撮像情報及び前記ズーム手
段の撮像倍率情報に基づいて、前記撮像手段の撮像画面
内の所定位置に前記発光体を捉えるように、前記撮像手
段の撮像角度調節手段を作動させる追尾制御手段が設け
られた移動体の自動追尾装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる移動体の自動追尾装置では、例え
ば、電球等の発光体が設けられた一方の物体が移動し、
この移動する物体を撮像するテレビカメラ等の撮像手段
及び撮像倍率を変更するズーム手段が設けられた他方の
物体が地上側に固定される。そして、撮像画面内の所定
位置（例えば画面中心）に発光体を捉えるために、従来
では、撮像画面内での発光体の上記所定位置（画面中
心）からの偏差を画素数を単位として検出するととも
に、ズーム手段の作動量を検出するポテンショメータ等
の出力電圧より求めた撮像倍率から画面内の１画素当た
りの撮像角度を算出し、この１画素当たりの撮像角度に
画素数で表した上記偏差を掛けて角度調節量を求め、こ
の角度調節量だけ例えば垂直軸芯周りの旋回手段及び水
平軸芯周りの首振り手段からなる撮像角度調節手段を作
動させるようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、画面内の１画素当たりの撮像角度を算出するのに
必要な撮像倍率情報を、ズーム手段の作動量を検出する
ポテンショメータ等の出力電圧より求めているために、
例えば、レンズの移動量をポテンショメータ等の回転部
分の回転量に変換する際の機械的な誤差（バックラッシ
ュ等）や、ポテンショメータ等の出力電圧をＡ／Ｄ変換
して制御装置内に取り込む際の量子化誤差及び出力電圧
から撮像倍率に変換する変換係数の誤差等の電気的な誤
差が発生し、撮像画面内の所定位置（例えば画面中心）
に発光体を捉えるように撮像角度調節手段を作動させる
ための角度調節量にも誤差が含まれることになる。その
結果、この角度調節量で撮像角度を調節しても撮像画面
内の所定位置に発光体を的確に捉えることができないお
それがあるという不都合があった。

【０００４】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、撮像画面内の所定位置に発光体
を捉えるための撮像角度調節手段の角度調節量を正確に
求め、上記所定位置に発光体を的確に捉えるようにする
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による移動体の自
動追尾装置の第１の特徴構成は、前記撮像手段が設けら
れている物体側に、前記発光体までの距離を検出する距
離検出手段が設けられ、前記追尾制御手段は、前記発光
体の大きさ情報及び前記距離検出手段の距離情報に基づ
いて、前記ズーム手段の撮像倍率を求めるように構成さ
れている点にある。

【０００６】又、第２の特徴構成は、前記発光体を発光
させる発光駆動装置が、間欠的に発光駆動するように構
成され、前記撮像手段が、前記発光駆動装置によって間
欠的に発光駆動される前記発光体の発光タイミングに同
期して、撮像作動を行うように構成されている点にあ
る。

【０００７】

【作用】本発明の第１の特徴構成によれば、相対移動す
る物体の一方に設けられた発光体（例えば電球等）が、
相対移動する物体の他方に設けられ且つズーム手段によ
って撮像倍率が変更された撮像手段によって撮像される
とともに、撮像手段側の物体に設けた距離検出手段によ
って発光体までの距離が検出される。そして、撮像手段
側の追尾制御手段が、発光体の大きさ情報（例えば電球
等の直径）及び発光体までの上記検出距離情報によって
ズーム手段の撮像倍率（言い換えると撮像画面上の所定
距離に対応する撮像角度）を求め、この撮像倍率情報及
び上記撮像情報に基づいて、撮像画面内の所定位置に発
光体を捉えるように撮像手段の撮像角度調節手段を所定
の角度調節量（例えば上記所定位置からの発光体の位置
偏差に応じた角度）作動させる。

【０００８】又、第２の特徴構成によれば、撮像手段が
間欠的に発光する発光体の発光タイミングに同期して撮
像作動して得られた発光体の撮像情報及び上記のように
して求めた撮像倍率情報に基づいて、上記と同様に、撮
像画面内の所定位置に発光体を捉えるように撮像手段の
撮像角度調節手段を作動させる。

【０００９】

【発明の効果】本発明の第１の特徴構成によれば、予め
正確な値が判っている発光体の大きさ（例えば電球等の
直径）情報と、発光体までの検出距離情報とによってズ
ーム手段の撮像倍率を求めているので、従来のように、
ズーム手段の作動量を検出するポテンショメータ等の出
力電圧より撮像倍率を求める場合に発生する、前述の機
械的な誤差（バックラッシュ等）や電気的な誤差（Ａ／
Ｄ変換時の量子化誤差及び出力電圧対撮像倍率の変換係
数の誤差等）の影響が除去されて、撮像角度調節手段の
角度調節量をより正確に求めることができる。その結
果、撮像画面内の所定位置に発光体を的確に捉えること
ができ、追尾性能を向上した移動体の自動追尾装置が得
られる。

【００１０】又、第２の特徴構成によれば、発光体の発
光タイミングに同期して撮像作動が行われるので、この
タイミング以外の時点で発光する外乱光の影響が除去で
き、もって、一層信頼性の高い移動体の自動追尾装置が
得られる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１に示すように、相対移動する物体の一方とな
る作業車Ａ（詳細は省略）側に、発光体としての電球２
０が設置され、一方、この電球２０を含む所定範囲を撮
像する撮像手段としてのイメージセンサＳが、地上側に
固定された他方の物体である自動追尾装置Ｂに設置され
ている。

【００１２】前記自動追尾装置Ｂには、前記電球２０ま
での距離を検出する距離検出手段としてのレーザ測長器
１３が、前記イメージセンサＳの撮像方向に沿ってその
検出方向を設定した状態で設置されるとともに、イメー
ジセンサＳとレーザ測長器１３とは、設置台９上に一体
のものとして固定設置されている。又、この設置台９を
縦軸芯θ周りに旋回させる旋回用モータ１１と、設置台
９を横軸芯φ周りに首振り動作させる首振り用モータ１
２とが設けられている。従って、この旋回用モータ１１
及び首振り用モータ１２によって、前記イメージセンサ
Ｓの撮像角度を調節する撮像角度調節手段１１，１２が
構成される。尚、上記旋回用モータ１１及び首振り用モ
ータ１２には、夫々エンコーダ１１ａ，１２ａが内蔵さ
れており（図３参照）、このエンコーダ１１ａ，１２ａ
によってイメージセンサＳの撮像角度の調節量が検出さ
れるようになっている。

【００１３】前記電球２０は、前記作業車Ａに立設した
円柱１９の先端部に設置され、この円柱１９の外周面に
は、前記レーザ測長器１３から投射される距離検出用の
ビーム光１７をその入射方向へ向けて反射する反射シー
ト１９ａが形成されている。又、前記作業車Ａ側には、
前記電球２０を発光させる発光駆動装置としての発光用
電源２２が設けられ、この発光用電源２２は間欠的に発
光駆動するように構成されている。従って、電球２０
は、発光用電源２２によって間欠的に発光駆動されるこ
とになる。

【００１４】図２に示すように、前記イメージセンサＳ
は、光学系を構成する電動ズームレンズ１４と分光光学
系２３、及び撮像部である電子シャッター搭載の白黒式
のＣＣＤセンサ１５からなる。電動ズームレンズ１４に
は、フォーカス駆動モータ３３と、フォーカス位置検出
センサである第１ポテンショメータ３４と、ズーム駆動
モータ３５と、ズーム位置検出センサである第２ポテン
ショメータ３６とが設けられている。又、分光光学系２
３には、光学フィルター２４と、ハーフミラー２５とが
設けられている。そして、電動ズームレンズ１４及び分
光光学系２３を通過した電球２０からの光が、ＣＣＤセ
ンサ１５に設けられた撮像素子であるＣＣＤ素子２７上
に結像するように構成されるとともに、電球２０からの
光のうちハーフミラー２５によって一部反射された光
が、光センサ２６に入射するように構成されている。
尚、光学フィルター２４は、電球２０の発光波長に対し
て透過率が大きくなるようにしてある。

【００１５】次に、図３に基づいて、制御構成について
説明すれば、撮像角度コントローラ４９、イメージセン
サコントローラ５０、レーザ測長器コントローラ５１、
及び、これらのコントローラ４９，５０，５１を制御す
るメインコントローラＣが設けられている。前記撮像角
度コントローラ４９には、前記エンコーダ１１ａ，１２
ａの検出情報が入力されるとともに、前記旋回用モータ
１１及び首振り用モータ１２に対する駆動信号が出力さ
れている。前記イメージセンサコントローラ５０には、
前記ＣＣＤセンサ１５の撮像情報、前記光センサ２６の
検出情報、前記第１ポテンショメータ３４及び第２ポテ
ンショメータ３６の検出情報が入力されるとともに、前
記ＣＣＤセンサ１５、前記フォーカス駆動モータ３３及
び前記ズーム駆動モータ３５に対する駆動信号が出力さ
れている。前記レーザ測長器コントローラ５１には、前
記レーザ測長器１３からの距離検出情報が入力されると
ともに、前記レーザ測長器１３に対する制御信号が出力
されている。

【００１６】前記メインコントローラＣを利用して、前
記レーザ測長器１３によって検出された前記電球２０ま
での距離情報に基づいて、イメージセンサＳの撮像倍率
を変更するズーム手段１０２が構成されている。即ち、
電球２０までの距離が遠くなるとズーム倍率を上げる一
方、電球２０までの距離が近くなるとズーム倍率を下げ
るように電動ズーム１４のレンズ位置を移動させる制御
を行うことにより、撮像視野内での電球２０の大きさを
適正な大きさに維持するようにしている。具体的に説明
すれば、図４に示すように（図の縦軸は、ズーム駆動モ
ータ３５の駆動電圧（Ｖ）を示す）、距離対レンズ位置
の標準特性Ｍから、電球２０までの距離がＬ（ｍ）であ
るときに適正レンズ位置にするための駆動電圧はｄ
（Ｖ）であり、この適正駆動電圧ｄの上下±１／２Δｄ
の範囲に入るようにズーム駆動モータ３５の駆動電圧を
制御する。更に、前記電球２０の撮像視野内での移動方
向が横方向であるときには、上記標準特性Ｍに沿った制
御経路４０で制御するが、上記移動方向が遠近方向であ
るとき、つまり、撮像視野内での電球２０の位置はあま
り変わらずに距離が変わるときには、上記標準特性Ｍに
沿った制御経路４０よりも急速な制御経路４１，４２
（４１は遠方側への移動時、４２は接近側への移動時の
経路である）にて制御するようにしている。これによ
り、追尾制御の遅れを極力小さくするようにしている。

【００１７】又、前記イメージセンサコントローラ５０
は、前記光センサ２６の検出情報を処理して、電球２０
の発光タイミングを検出するように構成されており、こ
れより、前記光センサ２６と前記イメージセンサコント
ローラ５０とを利用して、電球２０からの光を受光して
その発光タイミングを検出するタイミング検出部Ｔが構
成される。具体的に説明すれば、図５に示すように、前
記電球２０からの間欠発光を受光したときの光センサ２
６の出力電圧３０は、昼間時の標準的な周囲光条件での
光センサ２６の出力電圧３１よりも十分に大きいので、
電球２０からの間欠発光に対応する電圧３０のピーク値
と、昼間時の周囲光に対応する電圧３１との間に閾値電
圧Ｔｈを設定し、電球２０からの間欠発光に対応する電
圧３０が上記閾値電圧Ｔｈを越えたとき（ｔ１時）にタ
イミング信号を発生するようにしている。尚、３２は夜
間時での周囲光による光センサ２６の出力電圧を示す。
そして、前記イメージセンサコントローラ５０は、前記
タイミング検出部Ｔからのタイミング情報に基づいて、
前記発光用電源２２によって間欠的に発光駆動される前
記電球２０の発光タイミングに同期して、前記イメージ
センサＳが撮像作動を行うように、イメージセンサＳの
作動を制御する。

【００１８】又、前記メインコントローラＣを利用し
て、前記イメージセンサＳの撮像情報及び前記ズーム手
段１０２の撮像倍率情報に基づいて、前記イメージセン
サＳの撮像画面内の所定位置に前記電球２０を捉えるよ
うに、前記旋回用モータ１１及び首振り用モータ１２を
作動させる追尾制御手段１００が構成され、この追尾制
御手段１００は、前記電球２０の大きさ情報及び前記レ
ーザ測長器１３によって検出された前記電球２０までの
距離情報に基づいて、前記ズーム手段１０２の撮像倍率
を求めるように構成されている。以下、具体的に説明す
れば、図６に示すように、電球２０の撮像画面２９内で
の大きさ即ち直径に対応する画素数Ｗ（ドット）と実際
の直径Ｄ（ｍｍ）とから画面内の１画素に対応する長さ
Ｄ／Ｗ（ｍｍ／ドット）が判り、これがズーム手段１０
２の撮像倍率に相当する。そして、この時の電球２０ま
での検出距離がＫ（ｍｍ）であるとすると、図７に示す
ように、画面内の１画素当たりの撮像角度δ（ラジアン
／ドット）が、下式によって求められる。

【００１９】

【数１】δ＝（Ｄ／Ｗ）／Ｋ

【００２０】一方、図６に示すように、撮像画面２９内
での電球２０に対応する領域の重心位置Ｇを求め、この
重心位置Ｇと電球２０を捉えるべき所定位置に設定した
画面中心点Ｏとの偏差Ｘ，Ｙ（ドット）を判別する。
尚、画面横方向をＸ軸に、画面縦方向をＹ軸に設定して
いる。そして、画面中心点Ｏに電球２０を捉えるべく、
つまり、上記偏差Ｘ，Ｙが０になるように旋回用モータ
１１及び首振り用モータ１２の角度を調節すべく、下式
のように前記画面内の１画素当たりの撮像角度δ（ラジ
アン／ドット）に上記偏差Ｘ，Ｙ（ドット）を掛けて旋
回用モータ１１の角度調節量ｘ及び首振り用モータ１２
の角度調節量ｙを求め、その角度調節量で撮像角度を調
節する。

【００２１】

【数２】ｘ＝δ×Ｘ，ｙ＝δ×Ｙ

【００２２】次に、図８に示すタイムチャートによっ
て、前記メインコントローラＣの動作を具体的に説明す
ると、前述のように、電球２０の間欠発光に対応してタ
イミング信号が発生し、このタイミング信号の立ち上が
り時（ｔ１）から、ＣＣＤセンサ１５に搭載の電子シャ
ッターが所定時間ＯＮして撮像作動が実行される。一
方、前記レーザ測長器１３による距離検出は所定周期で
連続的に行われており、これらの撮像情報及び距離検出
情報より、前述のように、画面内の１画素当たりの撮像
角度δ及び電球２０の位置偏差Ｘ，Ｙを判別し、旋回用
モータ１１の角度調節量ｘ及び首振り用モータ１２の角
度調節量ｙを求めるトラッキング量算出処理を行う。そ
して、上記角度調節量ｘ，ｙだけ撮像角度を変更するト
ラッキング制御を行う。

【００２３】〔別実施例〕次に別実施例を列記する。 上記実施例では、相対移動する物体Ａ，Ｂのうち、
発光体２０が設けられる方の物体Ａが移動する一方、撮
像手段Ｓを設けた方の物体Ｂが地上側に固定されて移動
しない場合を例示したが、逆に、発光体２０が設けられ
る方の物体Ａが停止する一方、撮像手段Ｓを設けた方の
物体Ｂが移動するように構成してもよい。又、両物体
Ａ，Ｂが共に移動するように構成してもよい。

【００２４】 上記実施例では、撮像手段Ｓとして、
白黒式のＣＣＤカメラを用いた場合を例示したが、ＣＣ
Ｄカメラ以外に、例えば、ＰＳＤカメラ等を用いてもよ
く、又、白黒式ではなく、カラー式のカメラを用いるよ
うにしてもよい。

【００２５】 上記実施例では、撮像手段Ｓの角度調
節手段１１，１２として、電動モータによって構成した
ものを例示したが、モータに限らず、他のアクチュエー
タを用いることができる。

【００２６】 上記実施例では、発光体２０を電球に
よって構成したものを例示したが、これ以外に、例え
ば、ＬＥＤ発光器等を用いるようにしてもよい。

【００２７】 上記実施例では、追尾制御手段１００
が、発光体２０を捉えるべき撮像画面内の所定位置を撮
像画面の中心点Ｏに設定したものを示したが、これ以外
に、中心点Ｏを含む一定範囲の領域を上記所定位置に設
定してもよく、所定位置は状況に応じて適宜変更でき
る。

【００２８】 上記実施例では、発光体２０の発光タ
イミングに撮像手段Ｓの撮像作動を同期させるために、
発光タイミングを検出するタイミング検出部Ｔを撮像素
子への光のうち一部を分光して別の光センサ２６によっ
て検出させるものを例示したが、このような別の光セン
サ２６を設けずに、撮像情報そのものを処理して発光タ
イミングを検出してもよい。又、上記実施例では、タイ
ミング検出部Ｔを撮像手段側に設けたものを例示した
が、これ以外に、例えば、撮像手段側に同期信号発生手
段を設け、この同期信号発生手段からの同期信号を発光
体２０及び撮像手段Ｓに送信して、夫々間欠発光及び撮
像作動を同期させるように構成することもできる。

【００２９】 上記実施例では、発光体２０までの距
離を検出する距離検出手段１３として、レーザ測長器を
用いたものを例示したが、距離検出手段１３としては他
の光式あるいは超音波式等の距離検出手段が使用可能で
ある。

【００３０】 上記実施例では、ズーム手段１０２に
よって作動されるズーム機構として、電動モータにて駆
動するものを例示したが、電動モータに限らず、他のア
クチュエータにて駆動するズーム機構が適宜使用でき
る。

【００３１】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動追尾装置の全体構成図

【図２】撮像手段の構成を示す一部断面側面図

【図３】自動追尾装置の制御構成を示すブロック図

【図４】ズーム手段の作動を説明する特性図

【図５】発光タイミングの検出作動を説明する図

【図６】撮像倍率判別処理及び追尾処理の説明図

【図７】撮像倍率判別処理の説明図

【図８】制御作動を説明するタイムチャート

【符号の説明】

Ａ 物体 Ｂ 物体 ２０ 発光体 Ｓ 撮像手段 １０２ ズーム手段 １１，１２ 撮像角度調節手段 １００ 追尾制御手段 １３ 距離検出手段 ２２ 発光駆動装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 正徳 大阪府堺市石津北町64番地 株式会社クボ タ堺製造所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対移動する物体（Ａ），（Ｂ）の一方
   に発光体（２０）が、且つ、他方に前記発光体（２０）
   を撮像する撮像手段（Ｓ）及びこの撮像手段（Ｓ）の撮
   像倍率を変更するズーム手段（１０２）が設けられ、 前記撮像手段（Ｓ）の撮像情報及び前記ズーム手段（１
   ０２）の撮像倍率情報に基づいて、前記撮像手段（Ｓ）
   の撮像画面内の所定位置に前記発光体（２０）を捉える
   ように、前記撮像手段（Ｓ）の撮像角度調節手段（１
   １，１２）を作動させる追尾制御手段（１００）が設け
   られた移動体の自動追尾装置であって、 前記撮像手段（Ｓ）が設けられている物体（Ｂ）側に、
   前記発光体（２０）までの距離を検出する距離検出手段
   （１３）が設けられ、 前記追尾制御手段（１００）は、前記発光体（２０）の
   大きさ情報及び前記距離検出手段（１３）の距離情報に
   基づいて、前記ズーム手段（１０２）の撮像倍率を求め
   るように構成されている移動体の自動追尾装置。
2. 【請求項２】 前記発光体（２０）を発光させる発光駆
   動装置（２２）が、間欠的に発光駆動するように構成さ
   れ、 前記撮像手段（Ｓ）が、前記発光駆動装置（２２）によ
   って間欠的に発光駆動される前記発光体（２０）の発光
   タイミングに同期して、撮像作動を行うように構成され
   ている請求項１記載の移動体の自動追尾装置。