(57)【要約】      （修正有）【課題】基準位置の再設定の手間を省力化でき、安定的に精度の高い位置検出を行うことができる撮影カメラ用移動台車を提供する。【解決手段】平面１２上の自己の位置を検出する位置検出システムを備え、撮影カメラＣを搭載して平面１２上を移動可能な移動台車１６であって、位置検出システムは、平面１２上に配置されたドットパターンと、移動台車１６に備えられ、移動台車１６が位置する平面１２上の領域を撮像する撮像手段と、撮像手段により取得した画像中から所定のドットを選択し、検出特徴量を算出する検出特徴量算出手段と、データベースから検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択する特徴量照合手段と、基準特徴量に基づいて、移動台車１６の現在位置を検出する位置検出手段とを備えるようにする。【選択図】図１
2015138012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面上の自己の位置を検出する位置検出システムを備え、撮影カメラを搭載して前記平面上を移動可能な移動台車であって、
前記位置検出システムは、
前記平面上に配置された複数のドットからなるドットパターンと、
前記移動台車に備えられ、前記移動台車が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、
前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択する特徴量照合手段と、
前記特徴量照合手段により選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記移動台車の現在位置を検出する位置検出手段と
を備えることを特徴とする撮影カメラ用移動台車。
【請求項２】
前記移動台車は、
前記撮影カメラが取り付けられる雲台部と、
前記雲台部と前記平面との距離を検出する距離検出手段と、
前記平面に対する前記雲台部の傾きを検出する傾き検出手段と、
前記距離検出手段により検出した距離と、前記傾き検出手段により検出した傾きとに基づいて、前記雲台部の３次元位置および姿勢を検出する雲台部位置検出手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の撮影カメラ用移動台車。
【請求項３】
前記移動台車が、走行用の車輪を有する三脚であることを特徴とする請求項１または２に記載の撮影カメラ用移動台車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影カメラを搭載して平面上を移動可能な撮影カメラ用移動台車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、番組制作や映画制作において、撮影カメラが動きながら撮影した映像に、ＣＧや別の映像を合成するような特殊撮影や、バーチャルスタジオでの拡張現実感（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  Ｒｅａｌｉｔｙ）を使った撮影においては、撮影カメラのスタジオ空間での位置と姿勢の正確な把握が必要であった。この位置と姿勢を把握するために、例えば、撮影カメラを載せる三脚の各車輪の回転履歴を取得する精密な機構を備えた重量の大きい高価な装置が使用されている。
【０００３】
一方、平面上に配置したパターン（模様）を利用して、平面上を移動する移動体の位置の検出を行う方法が知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。
【０００４】
特許文献１、２の移動体位置検出方法は、既知のドットパターンが描画してある床面上に配置した移動体に備わるカメラから床面を撮像し、撮像した画像中にあるドットのドットパターンの特徴量を、床面全体のドットパターンの特徴量が格納されたデータベースと照合することで、撮像した画像中のドットが床面上のどのドットに相当するのかを割り出し、床面上における移動体の位置を検出するものである。
【０００５】
特許文献３の移動体位置検出方法は、上記の特許文献１、２の移動体位置検出方法におけるデータベースと撮像画像中のドットの点群との照合アルゴリズムとして、人工衛星の姿勢検出に使われるポールスターアルゴリズム（例えば、非特許文献１を参照）を適用し、位置検出の信頼性をより高めたものである。なお、人工衛星では搭載されたカメラで天空を撮像し、撮像画像中の恒星点の配置を既知の恒星配置図（星図）と照合することでカメラの向いている方向を特定し人工衛星の姿勢検出をしているが、このポールスターアルゴリズムは、対象外の星の混入や星の消失に強いアルゴリズムとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５１４７０１５号公報
【特許文献２】特許第５２１９２０５号公報
【特許文献３】特開２０１１−２１０１８３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】E.  SILANI,  M.  LOVERA  :  Ploitecnico  di  Milano  Italy,  “Star  Identification  Algorithms  :  Novel  Approach  &  Comparison  Study”,  IEEE  Transactions  on  Aerospace  and  Electronic  Systems,  Vol.42,  No.4  October  2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記の撮影カメラのスタジオ空間での位置と姿勢を得るために、撮影カメラを搭載する三脚の各車輪の回転履歴を取得する装置を使用した場合には、三脚の位置は、ある基準位置からの相対変位によって把握される。このため、三脚が置かれた初期の位置を、位置検出を開始する基準位置として装置に設定入力する必要があった。また、相対変位は積分による累積誤差が生じるため、適宜基準位置を設定しなおして累積誤差を消去する必要があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基準位置の再設定の手間を省力化でき、安定的に精度の高い位置検出を行うことができる撮影カメラ用移動台車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る撮影カメラ用移動台車は、平面上の自己の位置を検出する位置検出システムを備え、撮影カメラを搭載して前記平面上を移動可能な移動台車であって、前記位置検出システムは、前記平面上に配置された複数のドットからなるドットパターンと、前記移動台車に備えられ、前記移動台車が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択する特徴量照合手段と、前記特徴量照合手段により選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記移動台車の現在位置を検出する位置検出手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る他の撮影カメラ用移動台車は、上述した発明において、前記移動台車は、前記撮影カメラが取り付けられる雲台部と、前記雲台部と前記平面との距離を検出する距離検出手段と、前記平面に対する前記雲台部の傾きを検出する傾き検出手段と、前記距離検出手段により検出した距離と、前記傾き検出手段により検出した傾きとに基づいて、前記雲台部の３次元位置および姿勢を検出する雲台部位置検出手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る他の撮影カメラ用移動台車は、上述した発明において、前記移動台車が、走行用の車輪を有する三脚であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る撮影カメラ用移動台車によれば、平面上の自己の位置を検出する位置検出システムを備え、撮影カメラを搭載して前記平面上を移動可能な移動台車であって、前記位置検出システムは、前記平面上に配置された複数のドットからなるドットパターンと、前記移動台車に備えられ、前記移動台車が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択する特徴量照合手段と、前記特徴量照合手段により選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記移動台車の現在位置を検出する位置検出手段とを備えるので、位置検出システムによって、移動台車の平面位置と回転位置（方向）とを安定して精度よく検出することができる。このため、基準位置の再設定の手間を省力化でき、安定的に精度の高い位置検出を行うことができるという効果を奏する。
【００１４】
また、本発明に係る他の撮影カメラ用移動台車によれば、前記移動台車は、前記撮影カメラが取り付けられる雲台部と、前記雲台部と前記平面との距離を検出する距離検出手段と、前記平面に対する前記雲台部の傾きを検出する傾き検出手段と、前記距離検出手段により検出した距離と、前記傾き検出手段により検出した傾きとに基づいて、前記雲台部の３次元位置および姿勢を検出する雲台部位置検出手段とを備えるので、撮影カメラが取り付けられる雲台部の３次元位置および姿勢（方向）を検出することができるという効果を奏する。
【００１５】
また、本発明に係る他の撮影カメラ用移動台車によれば、前記移動台車が、走行用の車輪を有する三脚であるので、既存のビデオカメラ用の三脚を用いることができ、上記の従来の装置に比べて軽快で安価に特殊撮影を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明に係る撮影カメラ用移動台車の実施例を示す概略構成図である。
【図２】図２は、位置検出システムの実施例を示す構成図である。
【図３】図３は、ドットパターンと取得画像の一例を示す図である。
【図４】図４は、取得画像から位置を検出する概念を説明する図である。
【図５】図５は、各軸周りの回転方向を説明する図である。
【図６】図６は、位置検出システムの実施例を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る撮影カメラ用移動台車の実施の形態について、位置検出システムにポールスターアルゴリズムを適用して点群の照合を行う場合を例にとり、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
［撮影カメラ用移動台車］
図１に示すように、本発明に係る撮影カメラ用移動台車１００は、建物内の床面（平面）１２上の自己の位置を検出する位置検出システム１０を備え、撮影カメラＣを搭載して床面１２上を移動可能な移動台車としての三脚１６からなる。
【００１９】
三脚１６は、３つの脚部１６ａと、脚部１６ａの下端に設けられた走行用の車輪１６ｂと、脚部１６ａ間に架け渡された架台１６ｃと、脚部１６ａの上端の交点に設けられた支柱１６ｅと、支柱１６ｅの上端で上下方向に出没自在に設けられた直動部１６ｄと、直動部１６ｄの上端に回転自在に固定された回転部１６ｆとを備えている。なお、この回転部１６ｆは後述するように、チルト方向、ヨー方向に回転可能に固定されている。架台１６ｃ上には位置検出システム１０が設けられ、回転部１６ｆには略平板状の雲台部４８が取り付けられる。
【００２０】
三脚１６は、雲台部４８と床面１２との距離を検出する距離検出手段３６と、床面１２に対する雲台部４８の傾きを検出する傾き検出手段３８と、雲台部４８の位置を検出する雲台部位置検出手段５０とをさらに備えている。
【００２１】
撮影カメラＣは、テレビ番組等の撮影映像を撮影するカメラであり、三脚１６上の雲台部４８に取り付けた状態で撮影を行う一般的なカメラである。したがって、三脚１６は、撮影カメラＣを搭載した状態で床面１２上を前後左右に移動しながら撮影を行う。
【００２２】
ここで、図１に示すように、Ｘ軸を左右方向とし、Ｙ軸を上下方向とし、Ｚ軸を前後方向とする。また、図５に示すように、Ｙ軸が回転軸となる回転方向θｙをパン方向とし、Ｘ軸が回転軸となる回転方向θｘをチルト方向とし、Ｚ軸が回転軸となる回転方向θｚをヨー方向とする。
【００２３】
距離検出手段３６は、図１に示すように、例えば床面１２に向けてレーザ光を出射して反射光を計測することで距離を検出するレーザ測距器を用いて構成することができる。距離検出手段３６は雲台部４８に設けられており、雲台部４８と床面１２との間の垂直距離Ｌを検出する。この距離Ｌは床面１２からの雲台部４８の高さ位置を意味する。なお、距離検出手段３６は、レーザ測距器に限るものではなく、雲台部４８と床面１２との間の距離を計測できるものであればいかなる検出器を用いてもよい。
【００２４】
傾き検出手段３８は、例えばジャイロセンサなどのＭＥＭＳ慣性センサを用いて構成することができる。傾き検出手段３８は雲台部４８に固定されており、床面１２に対する雲台部４８の傾きを検出する。ここで、図１に示すように、傾き検出手段３８は、Ｘ軸が回転軸となる回転方向θｘの雲台部４８の傾斜角ηｘを検出するＸ軸傾き検出部３８ａと、Ｚ軸が回転軸となる回転方向θｚの雲台部４８の傾斜角ηｚを検出するＺ軸傾き検出部３８ｂとで構成される。なお、図１においては、傾斜角ηｚがない場合を図示しており、雲台部４８の平板面の法線ベクトルＶは床面１２に垂直な線に対して傾斜角ηｘだけ傾いている。また、傾き検出手段３８は、慣性センサに限るものではなく、雲台部４８の傾きを計測できるものであればいかなる検出器を用いてもよい。
【００２５】
雲台部位置検出手段５０は、距離検出手段３６により検出した距離と、傾き検出手段３８により検出した傾きとに基づいて、雲台部４８の３次元位置および姿勢（方向）を検出するものである。なお、この検出においては、後述する位置検出システム１０により検出される三脚１６の２次元位置および姿勢（方向）を基準として、雲台部４８の３次元位置および姿勢（方向）を検出する。
【００２６】
［位置検出システム］
図２および図３に示すように、位置検出システム１０は、床面１２上に配置されたドットパターン１４と、三脚１６に備えられ、三脚１６とともに床面１２上を移動する位置検出装置１８とから構成されている。ドットパターン１４は、印刷や描画等の手段によって床面１２上にランダムに配置されている。
【００２７】
位置検出装置１８は、三脚１６が位置する床面１２上の領域を撮像する撮像手段２０と、ポールスター特徴量格納手段２２と、ポールスター照合手段２４（検出特徴量算出手段および特徴量照合手段）と、絞り込み手段２６と、撮像手段２０によって撮像した画像に基づいて三脚１６の位置を検出する位置検出手段２８と、を備える。
【００２８】
撮像手段２０は、ＣＣＤカメラ等の画像取得装置である。撮像手段２０は三脚１６に固定されており、三脚１６とともに移動しながら、三脚１６の位置する床面１２上の領域を所定の時間間隔で撮像し、図３の右側に示したような画像を取得する。本実施の形態では、高速度カメラを用いて、例えば１０ｍｓ程度の時間間隔で画像を取得している。また、図２に示すように、ＬＥＤなどの照明３０を用いることで、外乱光の影響の少ない画像を取得することができる。なお、撮像手段２０と床面１２との間の距離は数センチメートルとすることが好ましいが、外乱光の影響の少ない画像を取得可能であればこの距離に限るものではない。
【００２９】
ポールスター特徴量格納手段２２は、図４に示すように、三脚１６の検出を行う前に、床面１２上のドットパターン１４におけるすべてのドット３２のポールスター特徴量（基準特徴量）を予め算出し、これをポールスターデータベース３４（基準特徴量データベース）に格納する。
【００３０】
ポールスター照合手段２４は、検出特徴量算出手段および特徴量照合手段として機能するものであり、図４に示すように、取得画像中の複数のドット３２から所定のドット３２ａを選択し、ドット３２ａや周辺に位置する複数のドット３２ｂ１〜３２ｂ５等から得られるポールスター特徴量（検出特徴量）を、予め作成したポールスターデータベース３４と照合する。
【００３１】
ここで、このポールスター照合手段２４は、尤度を設定したポールスター特徴量を用いて、ポールスター照合を行うものである。ここで、この尤度は、撮像手段２０により取得した画像中のドットと、このドットに対応するポールスターアルゴリズムのポールスターデータベース３４中のドットとの間の誤差を吸収するためのものである。
【００３２】
絞り込み手段２６は、ポールスター照合手段２４により照合された照合ドット候補から所定の照合ドットに絞り込むためのものである。
【００３３】
位置検出手段２８は、絞り込み手段２６により絞り込んだ所定の照合ドットからなるドットパターンの位置関係に基づいて、三脚１６の床面１２上での現在位置および方向を検出するものである。
【００３４】
上記構成の動作および作用を説明する。
図６に示すように、位置検出装置１８は、画像取得して画像中の点にラベリングをし（ステップＳ１１）、この画像点群を用いてポールスター照合手段２４で尤度を導入したポールスター照合を行い（ステップＳ１２）、照合床点候補群について絞り込み手段２６で点群相互間距離の組み合わせの照合を行って（ステップＳ１３）、位置検出手段２８で撮像手段２０のカメラ位置・方向の計算をし（ステップＳ１４）、照合率による確認をする（ステップＳ１５）。雲台部位置検出手段５０は、距離検出手段３６により検出した距離と、傾き検出手段３８により検出した傾きとに基づいて、撮像手段２０のカメラ位置・方向を基準として雲台部４８の３次元位置および方向を計算する（ステップＳ１６）。なお、上記のうちステップＳ１１〜Ｓ１５の具体的な処理内容については、上記の特許文献３に記載の処理内容と同様であるから、詳細な説明は省略する。
【００３５】
このように、位置検出システム１０によって、三脚１６の平面位置と回転位置（方向）とを安定して精度よく検出することができる。このため、三脚１６における基準位置の再設定の手間を省力化でき、安定的に精度の高い位置検出を行うことができる。また、雲台部位置検出手段５０によって、雲台部４８および撮影カメラＣの３次元位置およびパン、チルトなどの姿勢（方向）を検出することができる。また、特に三脚１６として既存のビデオカメラ用の三脚を用いることができ、上記の従来の装置に比べて軽快で安価に特殊撮影を行うことができる。
【００３６】
なお、傾き検出手段３８に用いるような慣性センサでは、鉛直軸（Ｙ軸）周りの回転（図５のθｙ）については、誤差が累積される傾向があり、特に温度に依存してドリフトが生じるため、精度の高い値が求められない。また、慣性センサで検出した角速度を積分することにより床面１２内の位置を算出できるが、これも誤差の累積が生じる。これに対し、ポールスター照合手段２４による照合を用いる本発明では、鉛直軸周りの回転位置（方向）および床面１２内の位置をそれぞれ正確に求めることができる。
【００３７】
以上説明したように、本発明に係る撮影カメラ用移動台車によれば、平面上の自己の位置を検出する位置検出システムを備え、撮影カメラを搭載して前記平面上を移動可能な移動台車であって、前記位置検出システムは、前記平面上に配置された複数のドットからなるドットパターンと、前記移動台車に備えられ、前記移動台車が位置する平面上の領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により取得した画像中の複数のドットから所定のドットを選択し、選択したドットと、このドットの周辺に位置する複数のドットとの位置関係を、選択したドットの検出特徴量として算出する検出特徴量算出手段と、前記検出特徴量を、所定の基準特徴量が格納された基準特徴量データベースと照合することにより、前記基準特徴量データベースから前記検出特徴量と一致度の高い所定の基準特徴量を選択する特徴量照合手段と、前記特徴量照合手段により選択した前記基準特徴量に基づいて、前記平面上における前記移動台車の現在位置を検出する位置検出手段とを備えるので、位置検出システムによって、移動台車の平面位置と回転位置（方向）とを安定して精度よく検出することができる。このため、基準位置の再設定の手間を省力化でき、安定的に精度の高い位置検出を行うことができる。
【００３８】
また、本発明に係る他の撮影カメラ用移動台車によれば、前記移動台車は、前記撮影カメラが取り付けられる雲台部と、前記雲台部と前記平面との距離を検出する距離検出手段と、前記平面に対する前記雲台部の傾きを検出する傾き検出手段と、前記距離検出手段により検出した距離と、前記傾き検出手段により検出した傾きとに基づいて、前記雲台部の３次元位置および姿勢を検出する雲台部位置検出手段とを備えるので、撮影カメラが取り付けられる雲台部の３次元位置および姿勢（方向）を検出することができる。
【００３９】
また、本発明に係る他の撮影カメラ用移動台車によれば、前記移動台車が、走行用の車輪を有する三脚であるので、既存のビデオカメラ用の三脚を用いることができ、上記の従来の装置に比べて軽快で安価に特殊撮影を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明に係る撮影カメラ用移動台車は、特殊撮影や拡張現実感を使った撮影を行う際の撮影カメラのスタジオ空間での位置と姿勢を得るのに有用であり、特に、基準位置の再設定の手間を省力化でき、安定的に精度の高い位置検出を行うのに適している。
【符号の説明】
【００４１】
１００  撮影カメラ用移動台車
１０  位置検出システム
１２  床面（平面）
１４  ドットパターン
１６  三脚（移動台車）
１６ａ  脚部
１６ｂ  車輪
１６ｃ  架台
１６ｄ  直動部
１６ｅ  支柱
１６ｆ  回転部
１８  位置検出装置
２０  撮像手段
２２  ポールスター特徴量格納手段
２４  ポールスター照合手段（検出特徴量算出手段、特徴量照合手段）
２６  絞り込み手段
２８  位置検出手段
３０  照明
３２  ドット
３４  ポールスターデータベース（基準特徴量データベース）
３６  距離検出手段
３８  傾き検出手段
４８  雲台部
５０  雲台部位置検出手段
Ｃ  撮影カメラ
Ｌ  距離
ηｘ，ηｚ  傾斜角（傾き）
【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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