(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像範囲内の被写体を撮像して画像を生成する撮像装置と、
前記撮像範囲を移動させるように前記撮像装置の向きを変更する第１の撮像範囲移動手段と、
該第１の撮像範囲移動手段による前記撮像範囲の最小移動量よりも小さい移動量で前記撮像範囲を移動させることが可能な第２の撮像範囲移動手段と、
前記撮像範囲の移動指示に応じて前記第１の撮像範囲移動手段および前記第２の撮像範囲移動手段を動作させる制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記移動指示が前記撮像範囲を前記第１の撮像範囲移動手段の動作によって前記最小移動量で移動させることが可能な２つの位置の間の目標位置に移動させる指示である場合において、前記第１の撮像範囲移動手段を動作させて前記撮像範囲を前記２つの位置のうち一方に移動させるとともに、前記第２の撮像範囲移動手段を動作させて前記目標位置に移動させることを特徴とする撮像システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記移動指示が前記撮像範囲を前記第１の撮像範囲移動手段の動作によって移動可能な前記最小移動量を超える範囲にわたって移動させる指示である場合において、前記第１の撮像範囲移動手段を動作させて前記撮像範囲を前記移動指示があった方向へ移動させるとともに、前記第２の撮像範囲移動手段を、前記撮像範囲内での前記被写体の位置が維持されるように動作させることを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
前記第１の撮像範囲移動手段および前記第２の撮像範囲移動手段はともに、アクチュエータを駆動して前記撮像装置の向きを変更することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記第１の撮像範囲移動手段は、アクチュエータを駆動して前記撮像装置の向きを変更し、
前記第２の撮像範囲移動手段は、前記撮像装置の向きを変更することなく光学的または電子的に前記撮像範囲を移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像システム。
【請求項５】
前記第２の撮像範囲移動手段は、前記撮像装置の振動に伴う像振れを低減するための防振手段としても用いられることを特徴とする請求項４に記載の撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置のパンニングやチルティングが可能な撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような撮像システムにおいて、撮像装置は雲台機構によって支持されており、該雲台機構がモータによってパン方向やチルト方向に動作することによって撮像装置の向き、すなわち撮像装置による撮像範囲が変更（移動）される。
【０００３】
ただし、モータとしてステッピングモータを用いると、該ステッピングモータの停止位置分解能（最小移動量）の関係で、撮像範囲の変更可能位置が不連続となり、隣り合う２つの変更可能位置の間に撮像範囲を設定することができない。このため、ゆっくり移動する被写体を追って撮像範囲を移動させる際に撮像範囲が急に大きく移動し、被写体が撮像範囲から外れてしまうおそれがある。
【０００４】
特許文献１にて開示されている駆動方式によってステッピングモータを駆動することで、ステッピングモータの停止位置分解能をより高く（細かく）することで、上記のような問題を解消することは可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２４９９７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１にて開示された駆動方式によってステッピングモータを駆動しても、ステッピングモータの製造誤差によって生じる回転むらにより、撮像範囲を各変更可能位置に精度良く移動および停止させることが難しい。
【０００７】
本発明は、雲台機構によって変更可能な撮像範囲の位置の粗さを解消できるようにした撮像システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての撮像システムは、撮像範囲内の被写体を撮像して画像を生成する撮像装置と、前記撮像範囲を移動させるように前記撮像装置の向きを変更する第１の撮像範囲移動手段と、該第１の撮像範囲移動手段による前記撮像範囲の最小移動量よりも小さい移動量で前記撮像範囲を移動させることが可能な第２の撮像範囲移動手段と、前記撮像範囲の移動指示に応じて前記第１の撮像範囲移動手段および前記第２の撮像範囲移動手段を動作させる制御手段とを有し、前記制御手段は、前記移動指示が前記撮像範囲を前記第１の撮像範囲移動手段の動作によって前記最小移動量で移動させることが可能な２つの位置の間の目標位置に移動させる指示である場合において、前記第１の撮像範囲移動手段を動作させて前記撮像範囲を前記２つの位置のうち一方に移動させるとともに、前記第２の撮像範囲移動手段を動作させて前記目標位置に移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１の撮像範囲移動手段の動作によって変更（移動）される撮像範囲の位置が粗くても、第２の撮像範囲移動手段の動作によってより細かく撮像範囲の位置を変更することができる。したがって、第１の撮像範囲移動手段しか有さない従来の撮像システムに比べて、撮像範囲のより細かな位置設定、撮像範囲のより低速での移動および移動被写体に対する滑らかな追従撮像等が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１である撮像システム（監視カメラシステム）の構成を示すブロック図。
【図２】実施例１の撮像システムにおける雲台機構による撮像範囲の移動を説明する図。
【図３】実施例１の撮像システムにおける雲台機構と光学防振機構とによる撮像範囲の移動を説明する図。
【図４】本発明の実施例２である撮像システム（監視カメラシステム）の構成を示すブロック図。
【図５】実施例２の撮像システムにおける電子防振処理を説明する図。
【図６】実施例２の撮像システムにおける雲台機構と電子防振処理とによる撮像範囲の移動を説明する図。
【図７】実施例１，２と同様に撮像範囲の移動をチルト方向で行う場合の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１には、本発明の実施例１である撮像システムとしての監視カメラシステムの構成を示している。本実施例の監視カメラシステムは、雲台機構（第１の撮像範囲移動手段）によるカメラ（撮像装置）のパン／チルト動作と、カメラ内の光学防振機構（第２の撮像範囲移動手段）による像シフト動作とを組み合わせて撮像範囲を移動させる。
【００１３】
監視カメラシステムは、カメラ本体１０およびレンズユニット３０により構成されるカメラと、支持部６０を介してカメラを支持する雲台機構２０とにより構成されている。
【００１４】
カメラ本体１０は、マイクロコンピュータ１１と、振動ジャイロ１２と、カメラ信号処理部１３と、ビデオエンコーダ１４と、リモコンセンサ１５と、撮像素子１６と、タイミングジェネレータ１７とを有する。
【００１５】
振動ジャイロ１２は、カメラに加わった振動を検出するための角速度検出器であり、ピッチ方向（垂直方向）とヨー方向（水平方向）の振動を検出する。
【００１６】
撮像素子１６は、レンズユニット３０内の撮影光学系により形成された被写体像を光電変換して撮像信号を出力するＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の光電変換素子である。撮影光学系は、光学防振機構の光学素子である可変頂角プリズム（ＶＡＰ）３１と、変倍レンズ３２と、絞り３３と、フォーカスレンズ３４とを含む。撮影光学系は、カメラによって撮像が行われる被写界範囲である撮像範囲内の被写体の光学像である被写体像を形成する。
【００１７】
可変頂角プリズム３１は、２枚の透明平板の間に透明液体を封入して構成され、透明平板がなす角度（頂角）を変化させることで撮影光学系により形成される被写体像をピッチ方向とヨー方向にシフトさせる。レンズユニット３０には、可変頂角プリズム３１を動作させる（頂角を変化させる）ＶＡＰアクチュエータ３６と、該ＶＡＰアクチュエータ３６を駆動するＶＡＰドライバ４０と、可変頂角プリズム３１の頂角を検出する頂角センサ３５とが設けられている。
【００１８】
また、レンズユニット３０には、変倍レンズ３２およびフォーカスレンズ３４を光軸方向に移動させるズームモータ３７およびフォーカスモータ３９と、これらモータ３７，３９を駆動するズームドライバ４１およびフォーカスドライバ４３とが設けられている。さらに、レンズユニット３０には、絞り３３を動作させる絞りモータ３８と、該絞りモータ３８を駆動する絞りドライバ４２とが設けられている。ズームドライバ４１、絞りドライバ４２およびフォーカスドライバ４３は、マイクロコンピュータ１１からの駆動指令に応じてズームモータ３７、絞りモータ３８およびフォーカスモータ３９を駆動する。
【００１９】
カメラ本体１０において、カメラ信号処理部１３は、撮像素子１６から出力された撮像信号に対して色補正、ガンマ補正、エフェクト処理等の映像信号処理を行って映像信号（画像）を生成する。ビデオエンコーダ１４は、カメラ信号処理部１３にて生成された映像信号をコード化して後述する外部カメラ制御装置７０に出力する。
【００２０】
タイミングジェネレータ１７は、撮像素子１６からの撮像信号の読み出しタイミングとカメラ処理回路部１３への転送タイミングを制御する。
【００２１】
外部カメラ制御装置７０は、パーソナルコンピュータ等により構成され、インターネット、ＬＡＮ、無線等の通信回線とカメラ本体１０内の外部通信インターフェース１５とを介してマイクロコンピュータ１１と通信を行う。外部カメラ制御装置７０は、オペレータの操作に応じて監視カメラシステムに対して各種動作を行わせるための指示を送信する。この指示には、撮像範囲の移動指示も含まれる。
【００２２】
マイクロコンピュータ１１は、カメラ信号処理部１３、振動ジャイロ１２、外部通信インターフェース１５および雲台機構２０等のカメラシステムを構成する各部の動作の制御を司る。
【００２３】
マイクロコンピュータ１１は、振動ジャイロ１２からの振動検出信号を積分して振動の大きさと方向を算出し、該算出結果に応じてＶＡＰドライバ４０を介してＶＡＰアクチュエータ３６を動作させる。これにより、可変頂角プリズム３１の頂角が変化して、被写体像の像振れを低減する。
【００２４】
また、マイクロコンピュータ１１は、外部カメラ制御装置７０におけるオペレータのパン／チルト操作に応じて該外部カメラ制御装置７０から送信された撮像範囲の移動指示に応じて雲台機構２０をパン／チルト動作させる。具体的には、マイクロコンピュータ１１は、撮像範囲の移動指示に含まれる撮像範囲の目標位置の情報に基づいて、パンモータ２１およびチルトモータ２２の回転量（動作量）を算出する。そして、該算出した回転量だけそれらモータ２１，２２を回転させるようにパンモータドライバ２３およびチルトモータドライバ２４に駆動指令を与える。このようにして、マイクロコンピュータ１１は雲台機構２０を動作させて、撮像範囲を移動させる（撮像範囲の位置を変更する）。
【００２５】
ここで、パンモータ２１およびチルトモータ２２はともに、ステッピングモータにより構成されている。パンモータドライバ２３およびチルトモータドライバ２４は、マイクロコンピュータ１１からの駆動指令に応じて、前述した目標位置に基づいて算出された回転量に対応するパルス数の駆動パルス信号をパンモータ２１およびチルトモータ２２に与える。マイクロコンピュータ１１は、パンモータ２１およびチルトモータ２２に与えられた駆動パルス信号のパルス数をカウントすることで、これらモータ２１，２２の回転量を検出することができる。
【００２６】
なお、本実施例では、パンモータ２１およびチルトモータ２２としてステッピングモータを使用する場合について説明しているが、ＤＣモータや振動型モータ（超音波モータ）等の他のモータを使用してもよい。また、モータの回転量検出に、エンコーダ等の位置検出器を用いてもよい。
【００２７】
次に、図２および図３を用いて、本実施例の監視カメラシステムにおける雲台機構２０と光学防振機構（ＶＡＰ３１）とを併用して撮像範囲を移動させる動作について説明する。本実施例では、ＶＡＰ３１は、前述したようにカメラに加わった振動に伴う像振れを低減する機能を有するとともに、振動とは関係なく撮像範囲を移動させる機能を有する。
【００２８】
図２には、雲台機構２０のパン動作によってカメラの向きが変更されることによって撮像範囲が移動する様子を示している。矩形の二重枠は撮像範囲を示し、Ａ０，Ａ１は雲台機構２０のパン動作によって設定可能な撮像範囲の位置（第１パン停止位置）を示している。２つの第１パン停止位置Ａ０，Ａ１間での撮像範囲の移動量は、雲台機構２０を駆動するパンモータ（ステッピングモータ）２１の１ステップの回転量に対応した撮像範囲の最小移動量である。
【００２９】
図中の人物は撮像対象である被写体を示す。第１パン停止位置Ａ０，Ａ１では、被写体は撮像範囲の端部分で捉えられる。つまり、雲台機構２０のパン動作のみでは、撮像範囲の位置を第１パン停止位置Ａ０，Ａ１の移動量に相当する最小間隔でしか変更することができず、被写体を撮像範囲のほぼ中央で捉えることができない。Ｔ０は該被写体を撮像範囲でのほぼ中央にて捉えるために撮像範囲を移動させるべき目標位置であり、２つの第１パン停止位置Ａ０，Ａ１の間に位置する。
【００３０】
図３において、Ｂ０〜Ｂ８は、ＶＡＰ３１の頂角を変更することで設定可能な撮像範囲の位置（第２パン停止位置）を示している。第２パン停止位置Ｂ０〜Ｂ８のうち互いに隣り合う２つの位置間での撮像範囲の移動量は、雲台機構２０による撮像範囲の最小移動量よりも小さい移動量である。図３では、第２パン停止位置Ｂ０〜Ｂ８が第１パン停止位置Ａ０，Ａ１間を１／８分割した位置である場合を示している。ただし、第２パン停止位置をより細かい間隔（例えば、撮像素子１６の画素ピッチよりも細かい間隔）で設定してもよいし、１／８よりも粗い分割間隔で設定してもよい。
【００３１】
オペレータは、例えば撮像範囲の外に位置する被写体を撮像範囲のほぼ中央で捉えるために、外部カメラ制御装置７０を操作して、マイクロコンピュータ１１に対し、撮像範囲の目標位置Ｔ０への移動指示を送信する。該移動指示を受けたマイクロコンピュータ１１は、まず目標位置Ｔ０に最も近い第１パン停止位置（Ａ０とＡ１のうち一方であり、ここではＡ０とする）を演算する。そして、マイクロコンピュータ１１は、雲台機構２０をパン動作させて撮像範囲を第１パン停止位置Ａ０に移動させる。
【００３２】
続いて、マイクロコンピュータ１１は、第２パン停止位置Ｂ０〜Ｂ８のうち目標位置Ｔ０に最も近い位置（ここでは第２パン停止位置Ｂ４）を選択する。そして、該第２パン停止位置Ｂ４と第１パン停止位置Ａ０との位置差である｜Ｂ４−Ａ０｜と、第１パン停止位置Ａ０から第２パン停止位置Ｂ４（目標位置Ｔ０）への移動方向とを算出する。次にマイクロコンピュータ１１は、算出した位置差をＶＡＰ３１の頂角の変更量に変換するとともに、移動方向をＶＡＰ３１の頂角の変更方向に変換する。そして、変換により得られた頂角変更方向に頂角変更量だけＶＡＰ３１を動作させる。これにより、図３に示すように、被写体が撮像範囲のほぼ中央で捉えることができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施例によれば、雲台機構２０によって変更（移動）される撮像範囲の位置が粗くても、ＶＡＰ３１の動作によってより細かく撮像範囲の位置を変更することができる。したがって、雲台機構２０での撮像範囲の移動しか行えない従来の撮像システムに比べて、撮像範囲のより細かな変更およびより低速での移動が可能となり、移動する被写体を追尾しながら撮像を行う場合に滑らかに撮像範囲を移動させることができる。
【００３４】
なお、本実施例では、光学防振機構として可変頂角プリズムを用いた場合について説明したが、これに代えて、レンズや撮像素子を光軸に直交する方向にシフトさせて像振れを低減する光学防振機構を用いてもよい。
【００３５】
また、本実施例では、光学防振機構によって撮像範囲を光学的に移動させる場合について説明したが、実施例２で説明する電子防振処理によって、本実施例と同様に撮像範囲を電子的に移動させることも可能である。
【実施例２】
【００３６】
図４には、本発明の実施例２である撮像システムとしての監視カメラシステムの構成を示している。本実施例の監視カメラシステムは、雲台機構２０によるカメラのパン／チルト動作と、カメラの電子防振処理部（第２の撮像範囲移動手段）１３ａによる画像切り出し動作とを組み合わせて、ゆっくりと移動する被写体を追尾しながら撮像範囲のほぼ中央に維持する。図４において、実施例１と共通する構成要素には、実施例１と同符号を付して説明に代える。本実施例においては、カメラ信号処理回路１３内に電子防振処理部１３ａが設けられている。また、レンズユニット３０′には、実施例１にて説明したＶＡＰは搭載されていない。
【００３７】
図５には、電子防振処理部１３ａによる画像切出し動作（電子防振処理）を示している。図中の５−Ｃは撮像素子１６からの撮像信号に基づいて生成される全体画像を示している。５−Ａと５−Ｂはそれぞれ全体画像５−Ｃから切り出される同一サイズの画像領域を示している。画像領域５−Ａ，５−Ｂが、電子防振処理部１３ａによって設定される撮像範囲に相当する。電子防振処理部１３ａは、タイミングジェネレータ１７により生成されるタイミング間隔で画像領域５−Ａ，５−Ｂを切り出すことができる。
【００３８】
マイクロコンピュータ１１は、振動ジャイロ１２からの振動検出信号を積分して振動の大きさと方向を算出し、電子防振処理部１３ａに、該算出結果に応じて像振れを低減できるように求めた画像領域の切り出し動作を行わせる。
【００３９】
図６を用いて、本実施例の監視カメラシステムにおける雲台機構２０と電子防振処理部１３ａとを併用した撮像範囲の位置の制御について説明する。ここでは、外部カメラ制御装置７０からの移動指示が、撮像範囲を雲台機構２０のパン動作によって移動可能な最小移動量を超える範囲にわたって移動させる指示（移動する被写体に追従して撮像範囲を移動させる指示）である場合について説明する。
【００４０】
前述したように、電子防振処理部１３ａは、タイミングジェネレータ１７により生成されるタイミング間隔で画像領域を切り出すことができる。本実施例では、このことを利用して、電子防振処理部１３ａの画像領域の切り出し動作によって撮像範囲を移動させる。
【００４１】
図６の下部に示したＡ０，Ａ１，Ａ２は、雲台機構２０のパン動作によって設定可能な撮像範囲の位置（第１パン停止位置）を示している。隣り合う第１パン停止位置間での撮像範囲の移動量は、実施例１と同様に、雲台機構２０を駆動するパンモータ（ステッピングモータ）２１の１ステップの回転量に対応した撮像範囲の最小移動量である。なお、本実施例では、Ａ０，Ａ１，Ａ２を移動する被写体の位置としても使用する。
【００４２】
また、Ｂ０〜Ｂ８は、電子防振処理部１３ａによる画像領域の切り出し動作によって設定可能な撮像範囲の位置（第２パン停止位置）を示している。第２パン停止位置Ｂ０〜Ｂ８のうち互いに隣り合う２つの位置間での撮像範囲の移動量は、雲台機構２０による撮像範囲の最小移動量よりも小さい移動量である。図では、第２パン停止位置Ｂ０〜Ｂ８が隣り合う第１パン停止位置間を１／８分割した位置である場合を示している。ただし、第２パン停止位置をより細かい間隔（例えば、撮像素子１６の画素ピッチよりも細かい間隔）で設定してもよい。
【００４３】
図６の（Ａ）は、撮像対象である被写体が、第１パン停止位置Ａ０に設定された撮像範囲の左端から右方向に連続して移動している様子を示している。このまま撮像範囲を移動させないと、やがて被写体は撮像範囲外に出てしまう。このため、撮像範囲を被写体の移動方向に移動させる必要がある。
【００４４】
しかし、被写体が第１パン停止位置Ａ０に設定された撮像範囲の中央まで移動した状態で雲台機構２０をパン動作させて撮像範囲を右隣りの第１パン停止位置Ａ１に大きく（速く）移動させると、被写体の位置は撮像範囲の左端に変化する。つまり、被写体の位置が安定した映像を生成することができない。
【００４５】
このため、本実施例では、雲台機構２０によって撮像範囲が第１パン停止位置Ａ０に設定されている状態において被写体がＡ０からＡ１までの範囲で移動する間は、マイクロコンピュータ１１は、雲台機構２０をそのまま停止させておく。つまり、雲台機構２０のパン動作によって撮像範囲を移動させない。そして、電子防振処理部１３ａによる画像領域の切り出し動作によって撮像範囲を第２パン停止位置であるＢ０からＢ８に順次（連続的に）移動させる。これにより、Ａ０からＡ１までの範囲で移動する被写体の撮像範囲内での位置をそのほぼ中央に維持しながら該被写体に対する追従撮像を行うことができる。
【００４６】
また、被写体がＡ１を超えてＡ２の方向に移動していく際には、マイクロコンピュータ１１は、図６の（Ｂ）に示すように、雲台機構２０を被写体の移動方向（移動指示があった方向）にパン動作させて撮像範囲を第１パン停止位置であるＡ０からＡ１に移動させる。さらに、これと同時に、電子防振処理部１３ａによる画像領域の切り出し動作によって、撮像範囲（画像領域の切り出し位置）を第２パン停止位置であるＢ８からＢ０に切り替える（戻す）。
【００４７】
このような画像領域の切り出し位置の戻し切り替え処理を行うことで、切り出し位置が全体画像の端に到達してそれ以上同じ方向に切り出し位置を移動させることができなくなる、つまりは撮像範囲のスムーズな移動ができなくなることを防ぐ。
【００４８】
この戻し切り替え処理によって撮像範囲が切り替わる速度を、雲台機構２０のパン動作によって撮像範囲がＡ０からＡ１に移動する速度と合わせることで、該戻し切り替え処理中においても被写体の位置を撮像範囲のほぼ中央に維持することができる。以上の動作により、移動する被写体の撮像範囲内での位置が安定した良好な移動被写体に対する追従撮像を行うことができる。
【００４９】
なお、上記各実施例では、パン方向での撮像範囲の移動について説明したが、同様の動作によって、図７に示すように、チルト方向に撮像範囲を移動させることもできる。
【００５０】
また、上記各実施例では、雲台機構と光学防振機構又は電子防振処理とを組み合わせて撮像範囲の位置を制御する場合について説明したが、互いに停止位置分解能が異なる２つの雲台機構を第１および第２の撮像範囲移動手段として組み合わせて用いてもよい。例えば、該２つの雲台機構のモータの種類を変えてもよいし（例えば、ステッピングモータとＤＣモータ）、同じ種類のモータ（ステッピングモータ）を使用して減速機の減速比率を異ならせてもよい。
【００５１】
さらに、上記各実施例では、光学防振機構や電子防振処理を撮像範囲を移動させる手段として兼用する場合について説明したが、撮像範囲を移動させることができれば防振機能は必ずしも必要はない。
【００５２】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
監視カメラシステム等の撮像システムにおいて、撮像範囲の設定自由度を高めることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  カメラ本体
１１  マイクロコンピュータ
１６  撮像素子
２０  雲台機構
３１  可変頂角プリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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