JPH11215422A - 被写体追尾装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単な方法で、追尾範囲が広く応答追
従性に優れた被写体追尾装置を実現することを課題とす
る。 【解決手段】 撮像方向を変更する手段として、可動範
囲が狭く比較的高速で追従する高速狭域雲台１−３と、
可動範囲が広く比較的低速で追従する低速広域雲台１−
４と、高速狭域雲台１−３と低速広域雲台１−４とが協
調して動作するように働く被写体認識部１−５、加算器
１−６、コントローラ１−７、１−８、減算器１−９な
どの協調手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被写体追尾装置に
関し、特にビデオカメラ等における被写体追尾装置の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラの視野内の被写体の位置変
化に追従して、自動的に被写体が視野の中央付近に収ま
るようにビデオカメラを移動さえる装置として被写体追
尾装置がある。このような被写体追尾装置は被写体の輝
度信号などのパターンを記憶しておいて、そのパターン
の移動を被写体の移動として認識し、このパターンが視
野の中央に来るように駆動機構を作動させたり、ズーム
を行うなどの方法を採っている。

【０００３】ところでこのような従来の被写体認識・追
尾装置では、追尾範囲の広さと応答追従性は相互に相反
するトレードオフの関係に有り、両方の性能を同時に向
上することは難しかった。また、自動的にズームを行っ
て被写体を画面内で一定の画角を保持し同じ大きさで撮
影し続ける追尾装置も知られているが、ズームが急に変
わると撮影された画の距離感などに影響を与えてしま
い、画像の連続性がとぎれて不自然な感じが伴う。かと
いって実際にカメラを移動させて被写体とカメラとの距
離を保とうとすると、カメラの移動速度に限界がある場
合、どうしても応答が遅れてしまという問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、従来の
被写体追尾装置は追尾範囲の広さと応答追従性を同時に
向上することは困難であった。また被写体を画面内で一
定の画角を保持して不自然にならないように追い続ける
こともカメラの移動速度に限界がある場合は困難であっ
た。

【０００５】本発明はこれらの問題を解決して、比較的
簡単な方法で、追尾範囲が広く応答追従性に優れた被写
体追尾装置を実現することを課題とする。また、比較的
簡単な方法で、自然さを失うことなく応答性を向上し常
に被写体の大きさを保った画面が得られる被写体追尾装
置を実現することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明は、ビデオカメラなどの撮像手段と、この撮
像手段で撮影された画像面から特定の被写体像を検出す
る被写体認識手段と、この被写体認識手段が検出した被
写体像が画像の所定位置に収まるように前記撮像手段の
撮像方向を変更する撮像方向変更手段とを具備し、特定
の被写体像を記憶して追尾する被写体追尾装置におい
て、前記撮像方向変更手段は、可動範囲が狭く比較的高
速で追従する第１の撮像方向変更手段と、可動範囲が広
く比較的低速で追従する第２の撮像方向変更手段と、前
記第１の撮像方向変更手段と前記第２の撮像方向変更手
段が協調して動作するように働く協調手段とを具備する
ことを特徴とする。

【０００７】また、ビデオカメラなどの撮像手段と、こ
の撮像手段で撮影された画像面から特定の被写体像を検
出する被写体認識手段と、前記撮像手段の画角を任意に
決められるズーム手段と、前記撮像手段を被写体に対し
て前後に動かす移動手段とを具備し、特定の被写体像が
前記撮像手段が撮影する画像面内で所定の画角になるよ
うに追尾する被写体追尾装置において、前記ズーム手段
と前記移動手段とが協調して動作するように働く協調手
段を具備することを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる被写体追尾
装置を添付図面を参照にして詳細に説明する。図１は、
本発明の被写体追尾装置の一実施の形態の構成を示すブ
ロック図である。図１において、１−１はカメラブロッ
ク、１−２はレゾルバ、１−３は高速狭域雲台、１−４
は低速広域雲台、１−５は被写体認識部、１−６は加算
器、１−７、１−８はコントローラ、１−９は減算器、
１−１０はスイッチ回路、１−１１はロストシーケンス
回路、１−１２、１−１３は雲台のドライバである。こ
の図１の構成は、請求項１に述べたような高速狭域と低
速広域のパン機構を有する被写体追尾装置の構成であ
る。

【０００９】ここでカメラブロック１−１は比較的高速
で可動範囲の狭い高速狭域雲台１−３の上に載置されて
いて、この高速狭域雲台１−３の撮像方向はレゾルバ１
−２によって測定される。この高速狭域雲台１−３はさ
らに比較的低速で可動範囲の広い低速広域雲台１−４に
載置されている。カメラブロック１−１のカメラで撮影
された映像は被写体認識部１−５へ送られ、記憶させた
被写体が撮像画面中に見えているかどうかの判定、ある
ばあいはその位置が認識される。被写体認識法について
は、例えば、特開平７−３０７９６号公報に述べられて
いる手法等が利用できる。

【００１０】被写体が視野内に見えている場合、被写体
認識部１−５から出力される被写体の認識位置とレゾル
バ１−２による高速狭域雲台１−３の方向を加算器１−
６で加え、その和が０となるようコントローラ１−７に
よって低速広域雲台１−４が制御される。

【００１１】これにより、常に高速狭域雲台１−３の可
動範囲の中央を目指して制御が行われることになる。高
速狭域雲台１−３は認識された被写体の位置を０（視野
中央）とするようコントローラ１−８によって制御され
るが、コントローラ１−８の速度指令から低速広域雲台
１−４の速度指令を減算器１−９で減じた速度で高速狭
域雲台１−３を駆動する。このことは、低速広域雲台１
−４の運動をキャンセルし高速狭域雲台１−３を真に被
写体に対して制御するために必要である。

【００１２】もし、被写体が視野内に見つからない場
合、スイッチ１−１０の働きによってコントローラ１−
７へはレゾルバ１−２による高速狭域雲台１−３の方向
のみが入力され、低速広域雲台１−４は高速狭域雲台１
−３の方向を０（可動範囲中央）に持ってくるよう制御
される。この時、高速狭域雲台１−３は、被写体の（画
像上の）位置がわからないため、ロストシーケンサ１−
１１の出力に基づいて動作する。ロストシーケンサ１−
１１は、被写体を見失った場合の被写体再発見のための
動作手順を内蔵しており、被写体を見失った場合にそれ
を起動する。被写体を見失った場合、低速広域雲台１−
４もストシーケンサ１−１１の制御によって被写体検索
動作に使われる場合がある。コントローラ１−７、１−
８は、制御誤差から各雲台１−３、１−４の速度を決定
する。

【００１３】図２はこのコントローラ１−７、１−８の
制御機能の特性の一例である。制御誤差が大きくなるほ
どそれを打ち消す方向の速度を大きく（定数倍：図２に
ゲイン２−１で示した傾斜角に相当）出力するいわゆる
比例制御の方法が採られる。ただし視野の中央付近に被
写体を捕らえた場合には、視野が頻繁に動いて見苦しく
なることを防ぐため、一定範囲の不惑帯２−２を設ける
ことがある。また、あまりに低速での駆動はアクチュエ
ータの特性上好ましくないことがあるので、速度に一定
のオフセット２−３を設けることがある。

【００１４】以上のような作用により、図３のような協
調動作が実現される。すなわち、図３（ａ）のようにカ
メラが被写体を視野の中央に捕らえているときには、低
速広域雲台１−４の位置を復帰させる。また、図３
（ｂ）のように低速広域雲台１−４の移動速度は高速狭
域雲台１−３の移動を妨げない程度の速度である。また
被写体の移動が速く広範囲の時は図３（ｃ）のように高
速狭域雲台１−３と低速広域雲台１−４が同時に同じ方
向に動いて応答速度が早くなる。これによって、追尾範
囲の広くて応答速度の遅い低速広域雲台１−４と追尾範
囲は狭いが応答速度の速い高速狭域雲台１−３とが互い
にその長所を生かし、短所を補えるので、可動範囲が広
く応答の高速な追尾が可能になる。

【００１５】次に、本発明の他の実施の形態として、距
離・画角を一定に保つ被写体追尾装置のブロック図を図
４に示す。この図４の構成は請求項２で述べた被写体追
尾装置の構成である。この実施の形態の構成は概ね図１
で説明した構成と類似している。図４において、４−１
はカメラブロック、４−２はレゾルバ、４−３はズーム
モータ、４−４は前進後退装置、４−５は被写体認識
部、４−６は加算器、４−７、４−８はコントローラ、
４−１０はスイッチ回路、４−１１はロストシーケンス
回路、４−１２はズームモータ４−３のドライバ、４−
１３は前進・後退装置４−４のドライバである。

【００１６】この図４で、図１のカメラブロック１−１
に対応すものは、カメラブロック４−１である。また、
図１の被写体認識部１−５と図４の被写体認識部４−５
も対応している。図１の高速狭域雲台１−３に対応する
のは、図４ではズーム機構４−３である。さらに、図１
の低速広域雲台１−４に対応するのは、図４の前進後退
装置４−４である。また、レゾルバ４−２の値を被写体
大きさの誤差に加えて制御する点は、図１の雲台１−
３、１−４の場合と同様に、被写体をズーム可動範囲の
中央付近（あるいは設定位置付近）で撮影するための工
夫である。

【００１７】この図４が図１と違う点は前後（低速）側
の動きをズーム（高速）側に伝達していない点である。
これは、ズーム倍率を変更すれば被写体の大きさが変わ
ることは保証されているのに対し、前進・後退によって
被写体の大きさがどの程度変わるかは、被写体との距離
によって大きく違ってきて一義的に決められないという
違いがあるため、同じ扱いができないためである。ロス
トシーケンサ４−１１は図１のロストシーケンサ１−１
１に対応していて、被写体消失時の再発見機能を内蔵し
ており、被写体を見失ったならばズームをワイドに引い
て被写体が視野内に入る可能性を高めるよう働く。以上
のような作用により、請求項２に述べたような距離・ズ
ームの協調動作が可能となり、高速に追従する距離・画
角追尾が実現できる。

【００１８】図５に、本発明の被写体追尾装置のさらに
他の実施の形態の構成を表すブロック図を示した。この
実施の形態の追尾装置は、高速の撮像方向変更手段とし
てＤＤ（Direct Drive）モータによるパン機構（ここで
は左右に振る機構）と、画角変更のためのズーム機構
を、低速のパン機構及び前進後退の移動手段として左右
に車輪を有する構成である。

【００１９】図５において、５−１はカメラブロック、
５−２はパン機構のレゾルバ、５−３はズーム機構のレ
ゾルバ、５−４はズームドライバ、５−５はパンモー
タ、５−６は左車輪モータ、５−７は右車輪モータ、５
−８は被写体認識部、５−９、５−１０は加算器、５−
１１はシーケンサ、５−１２はズームコントローラ、５
−１３は高速パンコントローラ、５−１４は低速パンコ
ントローラ、５−１５は前進後退コントローラ、５−１
６、５−１８は減算器、５−１７は加算器、５−１９、
５−２０はスイッチ回路、５−２１、５−２２、５−２
３はドライバある。

【００２０】この装置の動作原理は図１および図４をあ
わせたものになっている。ここで、左右の車輪は低速の
パン手段と前進後退手段を兼ねている。前進後退成分は
両輪に同符号で、回転成分は両輪に異符号で与えること
により兼用する。被写体が視野内に見えている場合、被
写体認識部５−８から出力される被写体の認識位置とレ
ゾルバ５−２によるカメラブロック５−１の方向が加算
器５−１０で加えられて、その和が０となるよう低速パ
ンコントローラ５−１４が右車輪モータ５−７の移動量
から減算器５−１８で減算して回転を制御する。

【００２１】また、被写体認識部５−８から出力される
被写体の認識大きさとレゾルバ５−３によるズームドラ
イバ５−３のズーム量が加算器５−９で加えられて、そ
の和が０となるよう前進後退コントローラ５−１５が左
車輪モータ５−６、右車輪モータ５−７の移動量を加算
器５−１７、減算器５−１８に加算して前進後退を制御
する。画面上で被写体の位置がわからない時には、シー
ケンサ５−１１が内蔵する被写体再発見のための動作手
順に基づいて各コントローラ５−１２〜５−１５が動作
して被写体を捜し出す。チルト機構（ここでは上下に振
る機構）に対してもパン機構と同様の構成で追尾機能を
実現することができる。

【００２２】本発明により、比較的容易に実現可能な、
高速であるが可動範囲の狭い機構と低速であるが可動範
囲の広い機構を組み合わせて、高速かつ広範囲をカバー
する被写体追尾装置が構成できる。同様に、ズームと前
進後退動作を組み合わせて被写体の見かけの大きさを保
つ装置の応答性を上げつつ自然な画像を得る事ができ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１の
発明は、ビデオカメラなどの撮像手段と、この撮像手段
で撮影された画像面から特定の被写体像を検出する被写
体認識手段と、この被写体認識手段が検出した被写体像
が画像の所定位置に収まるように撮像手段の撮像方向を
変更する撮像方向変更手段とを具備し、特定の被写体像
を記憶して追尾する被写体追尾装置において、撮像方向
変更手段は、可動範囲が狭く比較的高速で追従する第１
の撮像方向変更手段である高速狭域雲台と、可動範囲が
広く比較的低速で追従する第２の撮像方向変更手段であ
る低速広域雲台と、高速狭域雲台と低速広域雲台とが協
調して動作するように働く協調手段とを具備することを
特徴とする。これにより、追尾範囲の広くて応答速度の
遅い低速広域雲台と追尾範囲は狭いが応答速度の速い高
速狭域雲台とが互いにその長所を生かし、短所を補える
ので、追尾範囲が広く応答追従性に優れた被写体追尾装
置を容易に実現することができる。

【００２４】また、本発明の請求項２の発明は、ビデオ
カメラなどの撮像手段と、この撮像手段で撮影された画
像面から特定の被写体像を検出する被写体認識手段と、
撮像手段の画角を任意に決められるズーム手段と、撮像
手段を被写体に対して前後に動かす移動手段とを具備
し、特定の被写体像が撮像手段が撮影する画像面内で所
定の画角になるように追尾する被写体追尾装置におい
て、ズーム手段と移動手段とが協調して動作するように
働く協調手段を具備することを特徴とする。これによ
り、ズーム手段と前進後退移動手段とが互いに協調しあ
ってその長所を生かし、短所を補えるので、応答性を上
げつつ自然な画像で被写体の大きさを保った画面が得ら
れる被写体追尾装置を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の被写体追尾装置の一実施の形態の構成
を示すブロック図。

【図２】図１の実施の形態に用いられるコントローラの
制御機能の特性を示す図。

【図３】図１の実施の形態での雲台の協調動作の説明
図。

【図４】本発明の被写体追尾装置の他の実施の形態の構
成を示すブロック図。

【図５】本発明の被写体追尾装置のさらに他の実施の形
態の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１−１、４−１、５−１…カメラブロック、１−２、４
−２…レゾルバ、１−３…高速狭域雲台、１−４…低速
広域雲台、１−５、４−５、５−８…被写体認識部、１
−６、４−６、５−９、５−１０、５−１７…加算器、
１−７、１−８、４−７、４−８…コントローラ、１−
９、５−１６、５−１８…減算器、１−１０、４−１
０、５−１９、５−２０…スイッチ回路、１−１１、４
−１１、５−１１…ロストシーケンス回路、１−１２、
１−１３…雲台のドライバ、４−３…ズームモータ、４
−４…前進後退装置、４−１２…ズームモータのドライ
バ、４−１３…前進・後退装置のドライバ、５−２はパ
ン機構のレゾルバ、５−３はズーム機構のレゾルバ、５
−４…ズームドライバ、５−５…パンモータ、５−６…
左車輪モータ、５−７…右車輪モータ、５−２１、５−
２２、５−２３…ドライバ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 郡 照彦 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビデオカメラなどの撮像手段と、この撮
   像手段で撮影された画像面から特定の被写体像を検出す
   る被写体認識手段と、この被写体認識手段が検出した被
   写体像が画像の所定位置に収まるように前記撮像手段の
   撮像方向を変更する撮像方向変更手段とを具備し、特定
   の被写体像を記憶して追尾する被写体追尾装置におい
   て、 前記撮像方向変更手段は、可動範囲が狭く比較的高速で
   追従する第１の撮像方向変更手段と、 可動範囲が広く比較的低速で追従する第２の撮像方向変
   更手段と、 前記第１の撮像方向変更手段と前記第２の撮像方向変更
   手段とが協調して動作するように働く協調手段とを具備
   することを特徴とする被写体追尾装置。
2. 【請求項２】 ビデオカメラなどの撮像手段と、この撮
   像手段で撮影された画像面から特定の被写体像を検出す
   る被写体認識手段と、前記撮像手段の画角を任意に決め
   られるズーム手段と、前記撮像手段を被写体に対して前
   後に動かす移動手段とを具備し、特定の被写体像が前記
   撮像手段が撮影する画像面内で所定の画角になるように
   追尾する被写体追尾装置において、 前記ズーム手段と前記移動手段とが協調して動作するよ
   うに働く協調手段を具備することを特徴とする被写体追
   尾装置。