JPH09504862A - 追尾システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 移動する人または物体を複数のスポットライトで追尾するためのシステムは少なくとも一個のトランスポンダ（１５）、複数の受信機（１）、制御装置（７）および少なくとも一台のスポットライト（１１）よりなる。制御装置（７）からの周期的信号に応じて複数の受信機は赤外（ＩＲ）信号（２１）を送信する。ＩＲ信号（２１）を受信後、複数のトランスポンダ（１５）はシリアルの符号化超音波信号（２３）を送信する。受信機−制御装置の組み合わせが超音波信号（２３）を受信し、ＩＲ信号の送信と超音波信号の受信との間の経過時間を利用して複数のトランスポンダの位置を計算する。トランスポンダの速度データは各トランスポンダの超音波キャリアー周波数のドップラーシフトを利用して獲得される。速度とトランスポンダ位置データは予測されたトランスポンダ位置を計算するのに使用される。最後に、パンおよびチルトのパラメータが計算され、各トランスポンダに一台またはそれ以上のスポットライトのねらいを定める。

Description

【発明の詳細な説明】 追尾システム技術分野 本発明は追尾システムに関するものである。特に、本発明は複数のスポットラ イトで複数の人または物体を追尾するシステムあるいは方法で構成される。背景技術 エンターティメント業においてはステージ上で動き回っている１人または複数 の人あるいは物体を追尾するために１台または複数のスポットライトをあてる要 望が非常に多い。その上、ショーが行なわれている間中、非常に頻繁にスポット ライトの特性（フォーカス、カラー、強度、形その他）を変えなくてはならない 。過去においは、これらの機能は熟練した作業者が行っていた。照明作業者はリ ハーサルに著しい時間を要し、誤りを犯しがちであり、また人件費もばかになら なかった。これらの問題はショーが巡業のものである場合はより一層大きくなっ た。興行側は照明作業者に関し２つの選択を有する。（１）興行と供に移動する 作業者を雇い入れるが、これはかなりの人件費、旅費、宿泊費および食費を要す る。または（２）現地で作業者を雇い入れるが、これも、各場所で新しい作業者 のリハーサルが必要であり誤操作率も高い結果になる。 比較的最近、照明制御操作卓がかなり一般化した。この操作卓はショーのスポ ットライト特性の集中制御を可能にする。しかし、本発明以前にはステージ上で 動く人または物体に的を絞った正確で費用効果の高いシステムは開発されなかっ た。 米国特許番号４，０６７，０１５（モガベロその他）では追尾される各人また は物体に無線周波ないしは超音波発信機を持たせたシステムを開示している。受 信機のアレーアンテナは発信機の信号を受信する。適正にプログラムしたコンピ ュータは異なる受信機が受信した信号間の位相差から発信機の位置を決定する。 次にサーボ機構が動作し発信機を取り付けてある人または物体に対しスポット光 を向ける。 米国特許番号４，２６４，９２８（ショーバー）では隣接した複数のマイクロ ホンが話している人の音波を受信する。各マイクへの音波の到達時間差時間差に より、話している人に対するスポット光の位置決めに使う。 米国特許番号４，９０５，３１５（ソラーリその他）では回転台上の、多数の センサーを垂直面及び水平面にある角度で間隔をおいて配列したシステムについ て述べている。動く物体に取り付けた赤外線発信機からは制御信号が発せられる 。発信機信号のビーム幅を絞り込んで、通常はひとつかふたつのセンサーのみが その信号を受信するようにしてある。発信機信号を水平／垂直面の交点が作る線 にすぐ隣接するセンサーが受信するように制御システムは回転台を回転させる働 きをし、それにより回転台上の機器が発信機に向くようにする。 米国特許番号４，９８０，８７１（シーバーその他）では、追尾されるべき人 または物体に超音波発信機を取り付けた超音波追尾システムを開示している。発 信機は周期的に短い超音波バーストを発信する。３本のマイクロホンの配列はパ ン／チルトが可能な駆動ユ ニットに取り付けてある。制御システムはマイクに到達する信号の到達時間を比 較し、その信号がマイクに同時に到着する迄、駆動ユニットをパン及びチルトす る。信号の同時到着は駆動ユニットの照準線が発信機にまっすぐ向いた時だけ起 こる。 米国特許番号５，１５０，３１０（グリーンスパンその他）では追尾されるべ き人または物体に取り付けた発信機がパルス化エネルギーのバーストを周期的に 発信する位置検出方法及び装置を開示している。発信機の空間位置は既知の場所 に配列した複数の受信機への発信機信号到着時間の差を演算して決定する。 米国特許番号５，１７９，４２１（パーカーその他）では追尾すべき人または 物体に赤外線発信機を取り付けたシステムを開示している。回転するブラインダ ーの一式はベースユニットに配列した受信機の視野角を変化させる。受信機は受 信信号のピークが起こるとそれを検出し、そのデータを使ってベースユニットの 照準軸線と、ベースユニットと発信機をむすぶ線の間の角度を決定する。サーボ 機構はその角度をゼロまで減らす様にベースユニットをパン及びチルトし、ベー スユニットの照準軸線が発信機に向くようにする。発明の開示 人間または物体が一個、または複数のスポットライトによって、追尾される場 所に少なくとも三つの受信機が置かれる。制御装置から周期的な信号（“心臓の 鼓動信号”）を受ける度に、各受信機がその信号を増幅し、赤外（“ＩＲ”）源 を駆動し、ＩＲ鼓動信号を送信する。追尾されるべき人間または物体が付けてい るトランスポンダの中に入っているＩＲ検出器がＩＲ鼓動信号を受信すると、 トランスポンダに含まれている超音波送信機がシリアルの符号化信号（“チャー プ”）を発信する。このチャープは受信機で受信され、復号される。次に、受信 機は復号したチャープ・データと、超音波キャリア波のドップラー・シフトに関 する情報を制御装置に転送する。 受信機からのデータにより制御装置はトランスポンダの位置と速度を確定する 。そのデータと、トランスポンダを追尾する照明装置または複数の照明装置を移 動させることに必要な時間によって、その照明装置または複数の照明装置が移動 するのに要した充分な時間が経過後、トランスポンダ位置の予測を計算する。制 御装置は次に、パンおよびチルトの角度を計算し、予測されたトランスポンダの 位置で照明装置または複数の照明装置を追尾するねらいを定める。 パンおよびチルトのデータは照明制御卓からのデータと結合し、照明装置の追 尾動作を制御するのに使用される。 好ましい実施例においては、システムはトランスポンダ４個を追尾でき、照明 装置２４台を制御できる。図面の簡単な説明 添付した図を参照し、本発明の具体例は実施例のみにより説明される。 図１は本発明の好ましい実施例の簡単な略図である。 図２は図１の実施例に使用されているハードウェアの略図である。 図３は図１の実施例を制御するソフトウェア・モジュール間の全 般関係を示すブロック図である。 図４はタイマ・ソフトウェア・モジュールの動作を示すフロー図である。 図５はデータ・レディ・ソフトウェア・モジュールの動作を示すフロー図であ る。 図６はトランスポンダ・ソフトウェア・モジュールの動作を示すフロー図であ る。 図７はＵＡＲＴインターフェース・ソフトウェア・モジュールの動作を示すフ ロー図である。 図８は使用者制御ソフトウェア・モジュールの動作を示すフロー図である。 図９はＤＭＸソフトウェア・モジュールの動作を示すフロー図である。 図１０はネイティブ・モード・ソフトウェア・モジュールの動作を示すフロー 図である。 図１１はスポットライト制御ソフトウェア・モジュールの動作を示すフロー図 である。 図１２はスポットライト・パン／チルト・ソフトウェア・モジュールの動作を 示すフロー図である。本発明を実施するための最良のモード 図１は本発明の好ましい実施例を示す略図である。照明される人間（図示せず ）、例えば演技者または音楽家、の上の区域の周辺例えば、舞台などの上に複数 の固定受信機１が配置される。各受信機１には赤外（ＩＲ）光源３と超音波マイ ク５が含まれている。本発 明の実施例の複数の受信ケーブル９が搬送している電気信号により、受信機１は 制御装置７と通信する。その他、１台または複数台の、照明装置１１が舞台を照 明するために配置されている。照明装置１１も複数の照明ケーブル１３によって 制御装置７と電気通信状態になっている。照明される人物（図示せず）はトラン スポンダ１５を身に付ける。トランスポンダ１５にはＩＲ受信機１７と超音波発 信機１９が含まれている。 制御装置７は周期的に受信機１に対して信号（“鼓動信号”）を発信する。こ こに示す本発明の実施例において、各鼓動信号の期間は１msecで、１００msecご とに発信される。受信機１が鼓動回路に入った雑音を鼓動信号として勘違いしな いように、鼓動信号が送信されていない時には、鼓動信号と異なった周波数の信 号が送信されている。受信機１は鼓動信号を増幅し、ＩＲ光源３を駆動して、Ｉ Ｒ鼓動信号２１を生じる。 鼓動信号が送信されれば、制御装置７内の複数のタイマ（図示せず）が始動さ れる。本発明の実施例においては、各タイマは３個の受信機１と結合している。 但し、各受信機１に一個づつのタイマを供給することもできる。 トランスポンダ１５のＩＲ検出器１７が受信機１のどれからでもＩＲ鼓動信号 ２１を受信すると、超音波発信機１９は超音波エネルギー２３（“チャープ”） の数個の符号化バーストを発信し、これらチャープは受信機１の超音波マイク５ で受信される。チャープのタイミング並びに符号化については後に詳細に説明す る。 各受信機１がチャープを受信してから、それを復号し、チャープの受信確認の 信号（タイミング信号）、復号したチャープ・データ、チャープのキャリア周波 数のドップラー・シフトに関するデータ、並びにチャープの振幅をケーブル９を 通して制御装置７に転送する。尚、チャープのキャリア周波数内のドップラー・ シフトはトランスポンダ１５が、受信機１に相対的に移動している都度に起こる ことを認識するであろう。制御装置７はタイミング信号、復号したチャープ・デ ータ、パルス振幅データ、並びにドップラー・シフト・データ等の到着時間を記 録し、鼓動信号が発信された時間と受信された時間との間の経過時間を測定する 。制御装置７は、その経過時間データにより、トランスポンダ１５と各受信機１ との間の距離を計算する。計算は音速に基づいている。その上、制御装置７はド ップラー・シフト・データにより、トランスポンダ１５の速度を確定する。 トランスポンダ１５から受信機１までの距離を計算するのに、鼓動信号が制御 装置７から受信機１にまで移動する時間の変化と、ＩＲ鼓動信号２１がＩＲ源５ からトランスポンダ１９のＩＲ検出器１７まで移動する時間の変化は無視される 。同じく、タイミング信号が受信機１から制御装置７にまで移動する時間の変化 も全て無視される。鼓動信号、ＩＲ鼓動信号２１、並びにタイミング信号はほぼ 光速と同じであり、チャープは音速で移動するので、上記の変化を無視すること で発生する誤差は実質的に無視して良い程度である。各受信機１について補正定 数があるので、それら全ての遅延は受信機補正定数に一括して扱われる。 図１並びに他の図は一個のみのトランスポンダ１５しか示していないが、本発 明の実施例は４個までのトランスポンダ１５を追尾することが可能である。それ を目的として、各トランスポンダ１５からのチャープは例えば、第１トランスポ ンダ、第２トランスポンダ等などの発信源を示すために周波数が変調され、デー タが符号化されている。その上、システムの正確性に影響を与えるエコーを最小 限に抑えるため、各トランスポンダ１５は一個の鼓動信号に３回のチャープで応 答し、各チャープには、第一チャープ、第二チャープ、第三チャープと、順次ア イデンティファイアが含まれている。それを以て、各チャープは三つのチャープ 順序での発信源と位置を識別できるように符号化された情報を持っている。 そして最後に、各チャープにはエラー検査データが含まれている。そのような データは公知技術である。上記データは全ては最小限シフト遅延技術を用いて超 音波キャリアに周波数変調で符号化されており、かかる最小限シフト遅延技術は 同様に公知技術である。 異なるトランスポンダ１５からのチャープのオバーラップを最小化するため、 ＩＲ鼓動信号２１の受信とチャープ２３の発信との間に所定の遅延のパターンが 各トランスポンダ１５にプログラムされている。例えば、ＩＲ鼓動信号２１が受 信されたら、第１トランスポンダは三つのチャープを１０、４０並びに８０msec ごとに発信する。第２トランスポンダは三つのチャープを５、２０、並びに５０ msecごとに発信する。トランスポンダの遅延パターンは制御装置のメモリに記憶 されており、制御装置が距離を計算する時に経過 時間データからそれが引かれるのである。さらに、距離計算時に受信機補正定数 が相当する経過時間から引かれる。 トランスポンダ１５から各受信機１への距離が計算されたら、制御装置７はそ の計算された距離によってトランスポンダ１５の位置を計算する。位置の計算に は非直線カルマンフィルタが必要となり、それは以下に説明される。 トランスポンダ１５の位置を計算したら、制御装置７はチルトとパンのパラメ ータを計算する。これらパラメータは一台、あるいは複数のスポットライトから の光ビームをトランスポンダ１５の予測位置に方向づけるために必要となり、そ れらパラメータを照明装置または複数の照明装置１１に転送することにより、照 明装置または複数の照明装置１１はトランスポンダ１５を携帯している人または 物体の方向に向けられるのである。 トランスポンダ１５の予測位置は、トランスポンダ１５の計算した位置と速度 と、照明装置または複数の照明装置１１の位置を定めるために必要な時間により 、計算される。１００msecごとに各トランスポンダ１５から三つのチャープが受 信機１で受信され、制御装置７で処理されることにより、照明装置または複数の 照明装置１１は、トランスポンダを携帯している人または物体が舞台を移動して いても、スムースに追尾する。 図１は三次元の空間でトランスポンダ１５の位置を定めるために必要となる最 低数である三個の受信機１を示している。本発明の実施例ではトランスポンダ１ ５内の超音波発信機１９の出力電力は限られている。その結果、トランスポンダ １５の正確な位置を確定す るためにはトランスポンダ１５が３個の受信機１の４５フィート以内の距離に位 置していなければならない。それで、正確なトランスポンダ位置データを提供す るためには、各辺がおよそ４０フィートの三角形に舞台におさまることが必要な ので、そのような三角形に合わないような舞台では、三個以上の受信機１を使用 する必要があり、舞台内全ての位置が最低三個の受信機１から４５フィート以内 の距離であるように受信機１を設定しなければならない。 本発明の実施例は制御装置７を受信機１並びに照明装置１１に接続するケーブ ル９、１３が含まれているが、ディジタル・データを搬送できるどんな通信リン クでも使用できる。 同じく、鼓動信号の受信機１からトランスポンダ１５へ通信させるために赤外 光を使用しているが、事実上例えば、紫外線または無線周波数エネルギーのどん な電磁信号でも使用できる。 図２は図１の実施例に使用しているハードウェアを示す略図である。図示され た実施例には６個の受信機１が含まれている。各受信機１には、鼓動増幅器（図 示せず）、ＩＲ光源３、超音波マイク５、キャリア・ゼロクロス検出器（図示せ ず）、ログ増幅器／検出器（図示せず）、立ち上り区間検出器（図示せず）、Ａ −Ｄ変換機（図示せず）、および二個のマイクロプロセッサ（図示せず）が含ま れている。鼓動信号が増幅され、ＩＲ光源３によりトランスポンダ１５に転送さ れる。およそ４０KHz のキャリア周波数を有するトランスポンダ１５からの超音 波信号は超音波マイク５に受信され、高ゲイン増幅器（図示せず）によって増幅 される。マイクの入力回路の帯域幅は１０KHz である。増幅された信号の正およ び負に至る ゼロクロスは検出され、割り込みとして第１のマイクロプロセッサに転送される 。増幅された信号はログ増幅器／検出器により振幅検出され、超音波信号強さの 対数に比例する出力信号を発生する。その出力信号は測定され、Ａ−Ｄ変換器に よりディジタル化され、第１マイクロプロセッサに転送される。 ログ検出された信号は、立ち上り区間検出器にモニターされ、信号の強さが何 時１００マイクロ秒間に約１０db増大するかを確定する。 それは、現在の信号を１００マイクロ秒遅らせた信号と比較して実行する。立 ち上り区間信号も第１マイクロプロセッサに転送される。 第１マイクロプロセッサは入力するチャープを測定し、復調し、その結果を高 速度で第２マイクロプロセッサに転送する。第２マイクロプロセッサは信号をバ ッファし、制御装置７に通信速度で転送する。 各受信機１の第１マイクロプロセッサのソフトウェアが、Ａ／Ｄ変換器出力信 号をポーリングして、入力信号の強さが最小閾値までに至ったかを確定する。入 力信号が閾値まで至ると、ソフトウェアはゼロクロスを数えて、それらゼロクロ ス間の時間区間を測定する。これが信号の最近のビットの検出基準を形成する。 立ち上り区間検出器出力が能動化すると、ソフトウェアはキャリア波の２１半 サイクルのビット区間を五つ余分に数えはじめる。各ビット区間中、ソフトウェ アは１０の半サイクル区間を測定する。それら区間は各ビットにて合計され、最 小の三つの合計が１ビット として解釈され、最大の三つの合計はゼロビットとして解釈される。全ての有効 なチャープ符号は三つの１ビットと三つのゼロビットで構成されている。６ビッ ト全ての合計時間、または１２６の半サイクルが測定されて、ドップラー・シフ トが確定される。なお、ゼロと１のビットの数が同等なので、特定のビット・パ ターンによる変調は１２６半サイクルの合計時間に影響を及ぼさないので、その 時間がキャリア周波数の測定になる。キャリアの周波数はトランスポンダ１５で 水晶制御されている。 それゆえに、ドップラー・シフトは、測定した周波数と既知水晶周波数とを比 較して、確定できる。 第２マイクロプロセッサを制御するソフトウェアは汎用非同期送受信機（“Ｕ ＡＲＴ”）の送信側の設置計画（インプレメンテーション）である。ＵＡＲＴの 設計は公知技術である。 制御装置７には各受信機１用の六個のＵＡＲＴ３１が含まれていて、それによ って受信機１と制御装置７との間の通信が可能である。制御装置７には鼓動信号 発生器３３と五個のマイクロプロセッサ３５、３７、３９、４１および４３が含 まれており、英数文字性能を有するハンドヘルド操作端末４５および８行、４８ 文字、ＬＥＤ表示装置に接続している。 システムの総合制御は主マイクロプロセッサ３５（“ＣＰＵ”）が提供してい る。本実施例においてはＣＰＵ３５はテキサス・インストラメンツ社製のＭＸＣ ３１を使用している。ここで使用される“ＣＰＵ”と言う用語は中央処理装置チ ップやＲＡＭなどと、そのチップに関連している部分を含めたものを意味してい る。 ＣＰＵ３５は主バス４７により、二つのタイマ・マイクロプロセッサ３７、３ ９に接続しており、それらはＤＭＸ照明制御盤マイクロプロセッサ４１とネイテ ィブ・モード出力マイクロプロセッサ４３である。ＣＰＵ３５に蓄積されている プログラム（“ソフトウェア”）に従い、ＣＰＵ３５は端末４５（“セットアッ プ・データ”）、ＤＭＸマイクロプロセッサ４１、並びに二つのタイマ・マイク ロプロセッサ３７、３９からのデータを受け取る。 受信機１の位置に関するセットアップ・データと、チャープがトランスポンダ １５から各受信機１まで送信する経過時間に関するタイマ・マイクロプロセッサ ３７よりのデータを使用して、ＣＰＵ３５はトランスポンダ１５の位置を計算す る。計算したトランスポンダ位置のデータを使ってスポットライト一台または複 数のスポットライトを向けるために必要なパンとチルトを計算する。そのパン、 チルト・データはＤＭＸマイクロプロセッサ４１またはネイティブ・モード・マ イクロプロセッサ４３に転送され、次にそのデータは照明装置または複数の照明 装置に転送される。 本発明の実施例においては、ネイティブ・モード・マイクロプロセッサ４３と ＤＭＸマイクロプロセッサ４１はインテル社製８０Ｃ３２マイクロプロセッサを 使用しており、両方ともにＵＡＲＴ（図示せず）が内蔵されている。基準照明制 御プロトコルであるＤＭＸと特定のスポットライト製品またはスポットライトの モデルに特別なプロトコルであるネイティブ・モードの両方により、システムが スポットライト１１を制御できるように２つのマイクロプロセッサが設けられて いる。システムの操作中、照明制御データが基準照明 制御盤（図示せず）からＤＭＸマイクロプロセッサ４１に入力される。照明制御 データには照明の色、アイリスの大きさ、焦点、ビーム形状、シャッター、輝度 、形状・カラー順序、及び以上項目の変化速度等の情報が含まれている。特定の 照明装置に対する照明制御データは、計算で得たパン、チルトのデータと結合さ れ、ＤＭＸまたはネイティブ・モード・マイクロプロセッサのＵＡＲＴのいづれ かにより適切にその照明装置と通信される。ＤＭＸマイクロプロセッサ４１とネ イティブ・モード・マイクロプロセッサ４３は共に関連したデュアルポート・Ｒ ＡＭ４２、４４が設けられている。 鼓動信号発生器３３は受信機１に鼓動信号を提供すると同時に、２個のタイマ ・マイクロプロセッサ３７、３９にも信号を送信する。本発明の実施例において は、二個のタイマ・マイクロプロセッサ３７、３９はモトローラ社製６８Ｃ１１ マイクロプロセッサを使用している。各タイマ・マイクロプロセッサ３７、３９ の操作は消去可能ＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）４９に記憶されているプログラムにより 制御されている。タイマ・マイクロプロセッサ３７、３９は鼓動信号発生器３３ による鼓動信号の発信とそれぞれの受信機１がタイミング信号を受信するまでの 経過時間を確定する機能を実行する。経過時間データは各タイマ・マイクロプロ セッサに一個づつ有る二つのデュアル・ポートＲＡＭ（“タイマー・ＤＰ ＲＡ Ｍ”）５１、５３に記憶される。タイマ・マイクロプロセッサＤＰ ＲＡＭ５１ 、５３に記憶した経過時間データはＣＰＵ３５に転送され、図１に関して前述し たとおりの計算に使用される。 操作員は、システムのセットアップ中、端末４５により、以下のデータをＣＰ Ｕの記憶装置に入力することが可能である。 （ａ）各受信機１の位置 （ｂ）各照明装置（図１）の型（メーカーとモデル番号） （ｃ）各照明装置に使用する通信モード（産業標準言語であるＤＭＸ、または 照明装置のネイティブ言語） （ｄ）各照明装置の位置（例えば、舞台に関連して各照明装置のＸＹＺ位置） （ｅ）各照明装置の方位例えば、ＸＹＺ位置に関して各照明装置のゼロ軸の方 位、回転角からのゼロ軸、並びに照明装置の鏡とそのゼロ軸との間の角度 （ｆ）各受信機１に対する補正定数データ （ｇ）温度および湿度 上記データの内のある情報はシステムにより自動的に入力されることが可能で ある。セットアップ・データの入力後、システムは使用可能状態にある。 図３は、システム・ソフトウェアを構成する種々のソフトウェア・モジュール とソフトウェア・モジュール間に流れるデータやタイミング情報との全体的関係 を示すブロック図である。ソフトウェア・モジュールは、２つのタイマー・ソフ トウェア・モジュール６３、各タイマー・マイクロプロセッサ３７および３９の １つ、データ・レディ・ソフトウェア・モジュール８１、４種のトランスポンダ ・ソフトウェア・モジュール１０１、ＵＡＲＴインターフェース・ソフトウェア ・モジュール１４１、ユーザコントロー ル・ソフトウェア・モジュール１６１、ＤＭＸソフトウェア・モジュール１９１ 、ネイティブ・モード・ソフトウェア・モジュール２１１、スポットライト・コ ントロール・ソフトウェア・モジュール２２１、２４種のスポットライト・パン ／チルト・ソフトウェア・モジュール２４１がある。 図３の太線の箱６１の中に示された全てのソフトウェア・モジュールはＣＰＵ ３５（図２）に含まれている。ソフトウェア・モジュールは後の図に詳細に示さ れる。 受信機１（図１および図２）がチャープを受信したら、３つのシーケンスから なる信号を転送する−それらは、スタート・ビット、８ビット・データ・バイト 、並びにストップ・ビット等である。データ・バイトにはトランスポンダ番号、 チャープ番号、ドップラー・シフト情報、チャープの振幅に関する情報、並びに 符号化データが含まれている。２つのタイマ・マイクロプロセッサ３７、３９（ 図２）のタイマー・ソフトウェア・モジュール６３は全く同じものである。 鼓動信号発生器３３（図２）が鼓動信号を発生すると、同時に鼓動割り込み信 号をタイマ・マイクロプロセッサ３７および３９に送信する。各タイマ・マイク ロプロセッサ３７および３９の中のタイマー・ソフトウェア・モジュール６３が 図４に示されるように鼓動カウンタ・ソフトウェア６５を含んでいる。鼓動カウ ンタ・ソフトウェア６５が鼓動割り込み信号の到着時間に注意し、鼓動信号にシ リアル番号を割り当て、関連したタイマ・マイクロプロセッサの記憶装置にその 到着時間とシリアル番号を記憶する。 前述した通り、タイマ・マイクロプロセッサ３７、３９は３個の受信機１に関 連している。各タイマ・マイクロプロセッサ３７、３９にはデータの受信及び記 憶のために、３つの並列チャンネルが含まれている。すなわち、各タイマ・マイ クロプロセッサ３７、３９は関連する三個の受信機１全てからデータを同時に受 け取ることが可能である。かくして、図４のダッシュ線に囲まれた箱６７の中に 示されているソフトウェアは各タイマ・マイクロプロセッサ３７、３９に付き３ 回繰り返すようになる。 受信機１から信号を受信することにより、関連タイマ割り込みソフトウェア６ ９は信号の第１スタート・ビットの到着時を蓄積し、関連ＵＡＲＴソフトウェア ７１が信号のデータ・バイトを受信、バッファする。ブロック７３、７５および ７７で示されるように、三つのデータバイトは到着する際に読み出され、関連す るＤＰ ＲＡＭ５１、５３に蓄積される。ブロック７９では以前蓄積された鼓動 到着時間がスタート・ビットの到着時間から控除され、その結果の経過時間と、 結果を得るために計算に入れた鼓動のシリアル番号は関連するＤＰ ＲＡＭ５１ 、５３に蓄積される。更に、割り込み信号が発生される。図３を参照して分かる ように、二つのタイマ・ソフトウェア・モジュール６３それぞれはデータ・レデ ィ・ソフトウェア・モジュール８１に割り込み信号とデータを供給する。 次に５図を参照し、ブロック８３ではデータ・レディ・ソフトウェア・モジュ ールが、どのタイマ・マイクロプロセッサ３７、３９（図２）が現在割り込み信 号を発生しているかを、確定する。 ブロック８５または８７では、一個の受信機１からの一つのチャープが適切に読 み取られる。ブロック８９或いは９１では、データは適切に照合および復号され 、トランスポンダ１５と受信機１の間の距離が計算され、トランスポンダ１５の 速度が計算される。照合とは、チャープの振幅が許容最小値以上であることをチ ェックしたり、経過時間と鼓動シリアル番号との相関関係をチェックして経過時 間の正当性を照合することを意味している。 トランスポンダ１５から受信機１までの距離を計算するのに、前述した受信機 補正定数及び所定のトランスポンダ遅延は、経過時間から控除され、その結果を 特定の音速に割り切る。特定の音速値はセットアップ時に入力された温度と湿度 により、以前計算されている。トランスポンダ１５の速度はドップラー・シフト ・データにより計算される。 ブロック９３ではどのトランスポンダ１５がチャープを発生したか、特定の順 序で以下のデータよりなるメッセージとしてチャープ・データを対応するトラン スポンダ・ソフトウェア・モジュール１０１に送信する。メッセージは、トラン スポンダ１５から受信機１までの距離、トランスポンダ１５の速度、チャープ番 号、並びに鼓動シリアル番号である。 図３で示されているように、データ・レディ・ソフトウェア・モジュール８１ からのメッセージは、対応するトランスポンダ・ソフトウェア・モジュール１０ １用にキューされる。 図６は、トランスポンダ・ソフトウェア・モジュール１０１の一つを示してい る。モジュール１０１は全てのトランスポンダ１５に て全く同じものである。図を混乱しないで分かりやすくするように、トランスポ ンダ・ソフトウェア・モジュール１０１の様な複数同一モジュールは鏡映像とし て図３で示されている。 トランスポンダ・ソフトウェア・モジュール１０１の通常操作モードの場合は ノイズの影響を最小限度に抑えるためにノンリニア・カルマンフィルタを利用す る。カルマンフィルタは時系列データによって信号を予測する複雑な帰納的ディ ジタル・フィルタで、予測した信号を受信した信号と比較してから、システムに 存在している雑音レベルに応じて、予測を修正する。そのようなフィルタはディ ジタル技術の面で多く知られているので、ここでは説明していない。 ブロック１０３では、６個の受信機１全てからの個々のチャープ・データが到 着するまでの時間が十分に経過するまで、データ・レディ・ソフトウェア・モジ ュール８１からのメッセージが集積される。ブロック１０５では、カルマンフィ ルタが初期化されたかどうかをソフトウェアが確定する。カルマンフィルタの初 期設定には最低二つの計算済みトランスポンダ位置情報が必要となる。フィルタ が初期化されていない場合、ソフトウェアはブロック１０７に進み、ここでトラ ンスポンダ１５の位置が計算される。その計算は、セットアップ中に入力した４ 面体の各辺および受信機位置データに対して三つの受信機１の距離データを使っ て４面体の頂点を解くことである。 計算した位置はメモリに記憶される。４面体を解く数理方程式は良く知られて いるので、ここでは説明しない。ソフトウェアは次に ブロック１０９に進み、次のチャープからデータを集積することができるまでの 十分な時間が経過するのを待つ。 ブロック１０５でもしカルマンフィルタが部分初期化されたら、すなわち前段 落で説明した手順が完成されたら、ソフトウェアはブロック１１１に進む。ブロ ック１１１では再び４面体を解いて、トランスポンダ位置を計算する。更に、２ つのトランスポンダ位置によりトランスポンダ１５の速度も計算する。 ブロック１１３では、二番目のトランスポンダ位置計算の後、照明装置または 複数の照明装置がオンになる。照明装置が完全に点灯するまで時間が経過するの で、完全に点灯される前にソフトウェアにパンとチルト情報を照明装置に送信す る時間の余裕がある。 ブロック１１５ではトランスポンダの位置が変わったかどうかを確定するため に、計算したトランスポンダ位置と、以前照明装置に送信した位置とを比較する 。変わりがなければ、ソフトウェアはブロック１０９に進み、次のチャープを待 つ。変わりが有れば、ソフトウェアはブロック１１７に進み、そこでイベント信 号が発生される。図３を見て分かるように、イベント信号は、該当するトランス ポンダ１５を追尾しているスポットライトまたは複数のスポットライト用のスポ ットライト・パン／チルト・ソフトウェア・モジュール２４１に送信される。 第６図に戻り、ブロック１０５でカルマンフィルタが初期化されたら、ソフト ウェアはブロック１１９に進み、以前計算したトランスポンダ位置から見て可能 な距離と距離データが比較され、範囲外のデータは放棄される。このステップに よりシステムに与えるエ コーの影響を最小限度に抑える。 ブロック１２１ではトランスポンダの新しい位置を最小２乗近似方法により計 算する。ソフトウェアは最小２乗近似順位も計算し、それは位置の計算時にどの トランスポンダ・受信機距離データを使用したかに基づいて、計算した位置の利 用可能性の推定値である。トランスポンダが特定の所に位置することもあり、受 信機データの有効量は、位置を計算するために使用する事実上の受信機データの 数よりも少ないのである。最小２乗近似順位がその事実に反映している。最小２ 乗近似及び最小２乗近似順位は、両方共良く知られている数理技術である。 ブロック１２３では、ブロック１２１で計算した最小２乗近似順位が最低３個 の受信機１と同等であるかをソフトウェアが確定する。同等であれば、ソフトウ ェアはブロック１２５に進み、そこでフィルタはトランスポンダの新しい位置に 付いて更新され、データはメモリに記憶される。図３を参照して分かる通り、ト ランスポンダ位置データは適切なスポットライト・パン／チルト・ソフトウェア ・モジュール２４１への入力である。 もし最小２乗近似順位が３個より少ない受信機で同等ならば、ソフトウェアは ブロック１２７に進み、そこでフィルタの条件が満足すべきものかどうかを決定 する。 その判断は、最小２乗近似順位が２個であるかまたは所定値を越えない点で最 近に使用されたチャープの数であるかのいづれかに基づく。 もし、所定値が越えていなければ、ソフトウェアはブロック １２５に進む。そうでなければソフトウェアはブロック１２９に進む。 ブロック１２９では、ブロック１２１の位置計算の時に最低３個の受信機から のデータが使用されたかを、ソフトウェアが確定する。そうであれば、フィルタ ーの初期化が可能であり、ソフトウェアはブロック１０７へ進む。しかし、そう でなければ、ソフトウェアはブロック１３１に進み、照明装置はターン・オフさ れる。ブロック１３１後、ソフトウェアはブロック１０９に進み、そこで６個全 ての受信機からの個々のチャープのデータが集積されるまでの時間が経過するの を待つ。 上記説明したカルマンフィルタの初期化または更新に関する動作に加えて、ソ フトウェアはフィルタの状況を指示するメッセージをブロック１０７、１１１、 並びに１２１で発生する。図３を見て分かるように、そのメッセージはＵＡＲＴ インターフェイス・ソフトウェア・モジュール１４１への入力である。 図３で示される通り、ＵＡＲＴインタフェース・ソフトウェア・モジュール１ ４１への入力はトランスポンダ・ソフトウェア・モジュール１０１とユーザ・コ ントロール・ソフトウェア・モジュール１６１からのメッセージのシーケンスと 、ハンド・ヘルド端末４５からの英数字である。 次に第７図を参照し、ブロック１４３ではトランスポンダ・ソフトウェア・モ ジュール１０１よりのメッセージに含まれているデータは、ＣＰＵ３５に入って いるＵＡＲＴのためにキューされる。 ターミナル４５で入力された英数字もＵＡＲＴ用にキューされ る。ブロック１４５ではＵＡＲＴがメッセージ・データ或いは英数字を表示する ために端末４５に送信する。 操作員が端末４５（図３）によりデータを入力している際、文字を入力する度 に割り込み信号が発生される。ブロック１４７でソフトウェアが割り込み信号の 有無を確認する。存在していれば、ソフトウェアはブロック１４９に進み、そこ でメッセージの終了を示す文字を受信するまで文字データが集積され、その時点 で集積されたデータはブロック１５１に送信され、そこで集積された文字データ はメッセージに変換され、ユーザ・コントロール・ソフトウェア・モジュール１ ６１用にキューされる。以下に説明するように、ユーザ・コントロール・ソフト ウェア・モジュール１６１は、ＵＡＲＴインタフェース・ソフトウェア・モジュ ール１４１用にキューされるメッセージとしてプロンプトを操作員に与える。ブ ロック１５１でユーザ・コントロール・ソフトウェア・モジュール１６１にメッ セージを送信した後、ソフトウェアはブロック１５３に進み、そこで次のメッセ ージまたはプロンプト・メッセージに対する端末の入力応答の到着を待つ。ブロ ック１５３でメッセージがない場合、ソフトウェアはブロック１４３に進む。 図８を参照して、ユーザ・コントロール・ソフトウェア・モジュール１６１に より、操作員がデータをシステムに入力することができ、システムの操作開始が 可能となる。ブロック１６３では、システムに電力を加えるとＣＰＵの操作シス テムがシステムの初期化を実行する。それからソフトウェアはブロック１６５に 進み、そこで端末４５での表示にＵＡＲＴインタフェース・ソフトウェア・ モジュール１４１用のプロンプト・メッセージがキューされる。 ブロック１６７でソフトウェアは操作員からの応答を待つ。ブロック１６９で ユーザの応答はＵＡＲＴインタフェース・ソフトウェア・モジュール１６１に送 信され、端末４５に表示される。 ブロック１７１で操作員が選んだ動作にソフトウェアが進む。操作員が“シス テム・セットアップ”を選べば、ソフトウェアはブロック１７３に進み、そこで ソフトウェアはプロンプトのメッセージを発する。ソフトウェアはブロック１７ ５で操作員からの応答を待つ。応答を受けたらソフトウェアはブロック１７７に 進み、そこから操作員の応答を端末４５に表示するメッセージを送信する。ブロ ック１７９ではデータはＣＰＵのメモリに記憶される。ブロック１８１でソフト ウェアは追加のプロンプトにも応答が必要であるか確定する。必要であれば、ソ フトウェアはブロック１７３に進み、そこで次のプロンプトが発される。必要で なければ、ソフトウェアはブロック１６５に進む。 ブロック１７１で操作員が“オペレート・システム”を選択したら、システム はブロック１８３で正常操作を開始する。ブロック１８５でソフトウェアは操作 員が“システム停止”メッセージを送信したかを確定する。していなければ、シ ステムは操作を続ける。していれば、システムはブロック１６５に進む。 次は図９を参照し、ブロック１９３とブロック１９５でＤＭＸソフトウェア・ モジュール１９１が照明制御卓からＤＭＸプロトコル・データ（“ＤＭＸ ＩＮ データ”）を入力する。ブロック１９７でソフトウェアはデータをＤＭＸ Ｄ Ｐ ＲＡＭ４２に記憶 する（図２）。ブロック１９９でソフトウェアは、制御卓データが該当する照明 装置が、ＤＭＸプロトコル・データを使用して制御されるべき照明装置であるか を確定する。そうであれば、ブロック２０１とブロック２０３でソフトウェアは 該当する照明装置１１に、データを送信する。 ネイティブ・モード、プロトコルで制御される照明の照明制御卓データは、Ｄ ＭＸプロトコル・フォーマットの状態になっていることを理解する必要がある。 以下に説明するように、ネイティブ・モード照明のデータは、照明制御ソフトウ ェア・モジュール２２１で翻訳される。 次は図１０を参照し、ブロック２１３とブロック２１５ではネイティブ・モー ド・ソフトウェア・モジュール２１１はネイティブ・モード・マイクロプロセッ サＤＰ ＲＡＭ４４（図２）からネイティブ・モード照明制御データを検索して 、該当する照明装置１１に送信する。 次は図１１のブロック２２３を参照し、スポットライト制御ソフトウェア・モ ジュール２２１が、ＤＭＸマイクロプロセッサＤＰ ＲＡＭ４２（図２）からＤ ＭＸ ＩＮ データを入力する。ブロック２２５では、該当する照明装置がＤＭ Ｘプロトコルによって制御されるかどうかを、ソフトウェアが確定する。そうで あれば、ブロック２２７でソフトウェアはスポットライトの指定に変わりが有っ たかどうかを確定する。変わりがなかったなら、ソフトウェアはブロック２２３ に再び戻る。変わっていれば、ソフトウェアはブロック２２９でスポットライト の指定を更新し、イベント信 号を発生し、それをスポットライトのパン／チルト・ソフトウェア・モジュール ２４１に送信する（図３）。そしてブロック２３１でソフトウェアは、指定変更 が実行するまでの必要な時間を与えるために遅延した後、ブロック２２３に戻る 。 ブロック２２５では、ＤＭＸ ＩＮ データがネイティブ・モード・プロトコ ルによって制御される照明装置のものであるならば、ソフトウェアはブロック２ ３３に進み、そこでデータは適切なネイティブ・モード・プロトコルに翻訳され 、ネイティブ・モード・マイクロプロセッサＤＰ ＲＡＭ４４（図２）に保管さ れる。 ブロック２２７でソフトウェアは、スポットライトの指定の変わりが有ったか を確定する。変わりが有ったなら、ソフトウェアはブロック２２９に進む。なか った場合、ソフトウェアはブロック２２３に戻る。 図１２はスポットライト・パン／チルト・ソフトウェア・モジュール２４１の フロー図を示している。本発明の実施例は２４台のスポットライトを制御するよ うに構成されているので、全く同じ２４種のスポットライト・パン／チルト・ソ フトウェア・モジュール２４１が設けられている。 図１２のブロック２４３では、（ａ）スポットライト・コントロール・ソフト ウェア・モジュール２２１（図３と図１１）からのスポットライト指定変更があ ったことを示すイベント信号、または（ｂ）トランスポンダ位置に変更が有った ことを示すトランスポンダ・ソフトウェア・モジュール１０１（図３と図６の１ つ）からのイベント信号を受信したら、スポットライト・パン／チルト・ソフ トウェア・モジュール２４１は作動開始する。ブロック２４５と２４７では、ソ フトウェアは適切なトランスポンダ・ソフトウェア・モジュール１０１からトラ ンスポンダ位置のデータを入力して、該当するスポットライトをそのトランスポ ンダ１５の予測した位置に向けるために必要なパンとチルト角度を計算する。そ の計算は、計算したトランスポンダ１５の位置と計算したトランスポンダ１５の 速度に基づいている。ブロック２４９で、ソフトウェアは角度に変更が有ったか を確定するために、計算したパンとチルト角度を現在の角度と比較する。変更が 有ったなら、ブロック２５１でソフトウェアは新しいパンとチルト角度のデータ を適切なＤＰ ＲＡＭ４２または４４に送信する。該当するスポットライト１１ はＤＭＸプロトコルによって制御されているのなら、パン／チルト・データはＤ ＭＸマイクロプロセッサＤＰ ＲＡＭ４２に送信される。 しかし、該当するスポットライトがネイティブ・モード・プロトコルによって 制御されているのなら、パン／チルト・データはネイティブ・モード・マイクロ プロセッサＤＰ ＲＡＭ４４に送信される。 本発明は説明した実施例に限定しているのではないことを理解する必要がある 。例えば、説明した実施例は、テレビカメラまたは映写機を持って移動する人間 または物体の追尾にも容易に採用できる。 本発明の好ましい実施例を既に図示し、説明したが、他方、本発明の精神から 逸脱することなく、本実施例に対して種々の変更を為 すことが可能であることは当業者には明白であろう。それゆえに、本発明の範囲 は以下の請求の範囲に開示されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニューマン，ドナルド・ジェイ アメリカ合衆国、コロラド 80919、コロ ラド・スプリングス、リスト・ドライブ 4830 ワイブロン・インコーポレイテッド 内 (72)発明者 ファーセン，ケネス・アール アメリカ合衆国、コロラド 80919、コロ ラド・スプリングス、リスト・ドライブ 4830 ワイブロン・インコーポレイテッド 内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．トランスポンダ、複数の受信機、制御装置、前記複数の受信機と前記制御 装置との間の第１の通信リンク、追尾装置および前記制御装置と前記追尾装置と の間の第２の通信リンクよりなり、 前記複数の受信機は開始信号を送信する送信機と前記トランスポンダから応答 信号を受信する受信機とを含み、 前記トランスポンダは前記開始信号を受信するセンサと前記開始信号の受信に 応じて前記応答信号を送信する送信機とを含み、 前記受信機と前記制御装置は前記トランスポンダの位置を計算することを実行 し、 前記制御装置は前記追尾装置を制御する制御信号を発生することを実行し、前 記追尾装置が前記トランスポンダを追尾し、前記第２の通信リンクにより信号が 前記追尾装置と通信することを特徴とする追尾システム。 ２．前記追尾装置はスポットライトを含み、さらに前記追尾装置は前記制御信 号に応じてチルトおよびパンに適応できることを特徴とする請求項１に記載の追 尾システム。 ３．複数の前記追尾装置よりなり、前記制御装置は前記それぞれの追尾装置に 対して制御信号を発生することを特徴とする請求項２に記載の追尾システム。 ４．開始信号が電磁気信号であることを特徴とする請求項１に記載の追尾シス テム。 ５．応答信号が超音波信号であることを特徴とする請求項１に記載の追尾シス テム。 ６．前記制御装置にセットアップデータを入力する端末よりなることを特徴と する請求項１に記載の追尾システム。 ７．それぞれの受信機は前記トランスポンダが送信した応答信号のキャリアー 周波数と前記受信機が受信した応答信号との相違を確定する手段を含むことを特 徴とする請求項１に記載の追尾システム。 ８．前記制御装置から受信したスタート信号に応じてそれぞれの受信機が前記 開始信号を送信すると共に、前記受信機が前記トランスポンダから応答信号を受 信すると、それぞれの受信機が前記制御装置にストップ信号を送信する手段を含 むことを特徴とする請求項１に記載の追尾システム。 ９．前記制御装置が前記トランスポンダの位置を確定する手段を含み、前記手 段は複数の受信機からのスタート信号の送信とストップ信号の受信との間の経過 時間に依存することを特徴とする請求項８に記載のシステム。 １０．複数のトランスポンダそれぞれが外部開始信号に応じてシリアル信号を送 信するシステムにおいて 制御装置が異なるトランスポンダからの信号と、トランスポンダそれぞれが送 信したシリアル信号の中の個々の信号とを識別可能にする前記シリアル信号を符 号化する方法であって、 ａ．トランスポンダから発信されるそれぞれの信号の中にそのトランスポンダ を同定する情報を含むステップと、 ｂ．トランスポンダから発信されるそれぞれの信号の中に外部開始信号に応じ て送信されたシリアル信号の順序を同定する情報を含 むステップと、 ｃ．所定パターンにおいて異なる遅延パターンを有するそれぞれのトランスポ ンダが送信した、それぞれの信号の送信を遅延するステップと、よりなることを 特徴とする前記方法。