(57)【要約】【課題】光学手段による倍率調整や回転基台による取り込み角度調整を行っても、狙った被写体を常に表示中心にすること。【解決手段】本発明は、映像を取り込むカメラ１０、カメラ１０で映像を取り込む際の取り込み倍率を調整するズームレンズ１１と、カメラ１０で映像を取り込む際の取り込み角度を調整する雲台２０と、カメラ１０の読み取り領域の中心とズームレンズ１１の光軸とのずれを記憶する不揮発性メモリ３０と、ズームレンズ１１で所定の取り込み倍率に調整し、雲台２０で所定の取り込み角度を調整してカメラ１０により映像を取り込む際、不揮発性メモリ３０に記憶されたずれを用いて所定の取り込み倍率および所定の取り込み角度に応じた補正量を計算し、この補正量に基づきずれを相殺するよう雲台２０の角度制御を行うＣＰＵ４０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像を取り込む画像入力手段と、
前記画像入力手段で映像を取り込む際の取り込み倍率を調整する光学手段と、
前記画像入力手段で映像を取り込む際の取り込み角度を調整する回転基台と、
前記画像入力手段の読み取り領域の中心と前記光学手段の光軸とのずれを記憶する記憶手段と、
前記光学手段で所定の取り込み倍率に調整し、前記回転基台で所定の取り込み角度を調整して前記画像入力手段により映像を取り込む際、前記記憶手段に記憶されたずれを用いて前記所定の取り込み倍率および前記所定の取り込み角度に応じた補正量を計算し、前記補正量に基づき前記ずれを相殺するよう前記回転基台の角度制御を行う制御手段と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記記憶手段は、前記光学手段による望遠端で映像を取り込んだ際のモニタ上の表示中心となる被写体の映像が、広角端で当該被写体を取り込んだ際にモニタ上の表示中心から移動して表示される際の縦横のずれ量を前記ずれとして記憶する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記回転基台は、前記画像入力手段の水平方向および垂直方向の回転角度を調整でき、
前記制御手段は、前記回転基台における水平方向および垂直方向の各々の前記補正量を計算して前記回転基台の角度制御を行う
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
画像入力手段で映像を取り込むにあたり、光学手段によって取り込み倍率を調整し、回転基台で取り込み角度を調整する工程と、
予め記憶してある前記画像入力手段の読み取り領域の中心と前記光学手段の中心とのずれを用い、前記所定の取り込み倍率および前記所定の取り込み角度に応じた補正量を計算し、前記補正量に基づき前記ずれを相殺するよう前記回転基台の角度制御を行う工程と
を備えることを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学手段によって取り込み倍率を調整し、回転基台で取り込み角度を調整して映像を取り込む撮像装置および撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワークを介して遠隔の映像を取り込みモニタに表示することができる、いわゆるネットワークカメラにおいては、モニタ上でユーザがカメラ画像の任意の部分を矩形で囲む指定をすることで、その囲んだ部分をズームアップして映し出す「エリアズーム」機能を備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７１８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、光学手段であるズームレンズと画像入力手段である撮像素子との取り付け誤差等により、一般的には、望遠端で画面中央に映っている被写体は、広角端では表示中央から外れてしまう。また逆に、広角端で画面中央に映っている被写体は、望遠端では表示中央から外れてしまう。そのため取り付け誤差の大きなカメラでは、エリアズームした結果、目的の被写体が表示中心から外れてしまうという問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、映像を取り込む画像入力手段と、画像入力手段で映像を取り込む際の取り込み倍率を調整する光学手段と、画像入力手段で映像を取り込む際の取り込み角度を調整する回転基台と、画像入力手段の読み取り領域の中心と光学手段の光軸とのずれを記憶する記憶手段と、光学手段で所定の取り込み倍率に調整し、回転基台で所定の取り込み角度を調整して画像入力手段により映像を取り込む際、記憶手段に記憶されたずれを用いて前記所定の取り込み倍率および前記所定の取り込み角度に応じた補正量を計算し、前記補正量に基づき前記ずれを相殺するよう回転基台の角度制御を行う制御手段とを備えている。
【０００６】
このような本発明では、画像入力手段の読み取り領域の中心と光学手段の光軸とのずれ、すなわち機械的な位置合わせずれを記憶手段に記憶しており、この記憶したずれを用いて所定の取り込み倍率および所定の取り込み角度に応じた補正量を計算し、回転基台の角度制御を行うことから、どのような倍率および角度で取り込んでも狙った被写体の映像を中心にして取り込むことができるようになる。
【０００７】
ここで、記憶手段は、光学手段による望遠端で映像を取り込んだ際のモニタ上の表示中心となる被写体の映像が、広角端で当該被写体を取り込んだ際にモニタ上の表示中心から移動して表示される際の縦横のずれ量を前記ずれとして記憶する。
【０００８】
また、回転基台は、画像入力手段の水平方向および垂直方向の回転角度を調整できるもので、制御手段が、この回転基台における水平方向および垂直方向の各々の補正量を計算して回転基台の角度制御を行うものである。
【０００９】
また、本発明は、画像入力手段で映像を取り込むにあたり、光学手段によって取り込み倍率を調整し、回転基台で取り込み角度を調整する工程と、予め記憶してある画像入力手段の読み取り領域の中心と光学手段の光軸とのずれを用い、前記所定の取り込み倍率および前記所定の取り込み角度に応じた補正量を計算し、前記補正量に基づき前記ずれを相殺するよう回転基台の角度制御を行う工程とを備える撮像方法である。
【００１０】
このような本発明では、画像入力手段の読み取り領域の中心と光学手段の光軸とのずれ、すなわち機械的な位置合わせずれを予め記憶しておき、この記憶したずれを用いて所定の取り込み倍率および所定の取り込み角度に応じた補正量を計算し、回転基台の角度制御を行うことから、どのような倍率および角度で取り込んでも狙った被写体の映像を中心にして取り込むことができるようになる。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、本発明によれば、光学手段による倍率調整や回転基台による取り込み角度調整を行っても、狙った被写体を常に表示中心にすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。
【００１３】
＜撮像装置の構成＞
図１は、本実施形態に係る撮像装置の構成を説明する模式図である。図１に示す撮像装置は、主としてネットワーク経由で遠隔操作できる、いわゆるネットワークカメラである。撮像装置１は、映像を取り込む画像入力手段であるカメラ１０、カメラ１０で映像を取り込む際の取り込み倍率を調整する光学手段であるズームレンズ１１、カメラ１０で映像を取り込む際の取り込み角度を調整する回転基台である雲台２０、各種計算のためのパラメータを記憶する記憶手段である不揮発性メモリ３０、ネットワークＮやカメラ１０の制御を行う制御手段であるＣＰＵ（Central Processing Unit）４０を備えている。
【００１４】
カメラ１０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を用いたイメージセンサによって映像を取り込んで電気信号に変換する部分であり、ＣＰＵ４０による指示によって映像の取り込み制御が行われる。
【００１５】
ズームレンズ１１は、カメラ１０に取り付けられた光学手段であり、ＣＰＵ４０からの指示によって所定の取り込み倍率を調整する部分である。ズームレンズ１１は、広角端（ワイド端）から望遠端（テレ端）まで連続的に倍率調整できるようになっている。
【００１６】
雲台２０は、カメラ１０による映像の取り込み方向を調整する回転基台であり、カメラ１０の水平方向の角度を調整するパンモータ２１と、垂直方向の角度を調整するチルトモータ２２とを備えている。パンモータ２１およびチルトモータ２２は、各々モータドライバによって制御され、ＣＰＵ４０からの指示によって所望の取り込み角度を設定できるようになっている。
【００１７】
不揮発性メモリ３０は、ＣＰＵ４０による各種制御のための計算で使用する種々のパラメータを記憶する。本実施形態では、カメラ１０の読み取り領域の中心とズームレンズ１１の光軸とのずれを記憶しており、ＣＰＵ４０によってこのずれを相殺するための計算に利用される。
【００１８】
ＣＰＵ４０は、ネットワークＮの制御、パンモータ２１およびチルトモータ２２の各モータドライバの制御、カメラ１０で取り込んだ映像による画像データの圧縮等の処理などを行う演算部分である。
【００１９】
本実施形態では、カメラ１０で映像を取り込むにあたり、ズームレンズ１１で所定の取り込み倍率に調整し、雲台２０で所定の取り込み角度を調整する際、ＣＰＵ４０が、不揮発性メモリ３０に記憶されたずれを用いて前記所定の取り込み倍率および前記所定の取り込み角度に応じた補正量を計算し、この補正量に基づきずれを相殺するよう雲台２０の角度制御を行っている。
【００２０】
撮像装置１をネットワークカメラとして利用する場合、撮像装置１のネットワークポートにＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークＮを接続し、パーソナルコンピュータＰＣと接続する。パーソナルコンピュータＰＣでは、所定のブラウザソフトウェアを起動すると、撮像装置１で取り込んだ映像がブラウザソフトウェアの表示領域に映し出される。つまり、カメラ１０で取り込んだ映像をＣＰＵ４０にてブラウザソフトウェアで表示可能なデータ形式に変換し、ネットワークＮを介してパーソナルコンピュータＰＣに送る。パーソナルコンピュータＰＣでは、このデータ形式の画像データをネットワークＮ経由で取得し、ブラウザソフトウェアで解釈して表示することになる。
【００２１】
また、ブラウザソフトウェアにはカメラ１０を制御するためのコマンドを受け付ける制御領域（例えば、ブラウザソフトウェアで表示する矢印等のソフトウェアボタン）が設けられており、ユーザがマウス等のインプットデバイスによって制御領域を操作することで、所望のカメラ角度や倍率で映像を取り込むことができる。なお、マウス以外のインプットデバイスとしては、モニタに設けられたタッチパネルやペンタブレットなど、他のデバイスでも適用可能である。
【００２２】
例えば、ユーザがマウス等の操作によってブラウザソフトウェアの制御領域のソフトウェアボタンを選択し、左右のパン動作を指示すると、この指示がネットワークＮを介して撮像装置１のＣＰＵ４０に送られ、ＣＰＵ４０はこの指示を解釈してパンモータ２１のモータドライバに指示を与える。これにより、パンモータ２１が所定量だけ回転しカメラ１０のパン動作を行うことができる。
【００２３】
同様に、ユーザがマウス等の操作によって上下のチルト動作を指示すると、この指示がネットワークＮを介して撮像装置１のＣＰＵ４０に送られ、ＣＰＵ４０はこの指示を解釈してチルトモータ２２のモータドライバに指示を与える。これにより、チルトモータ２２が所定量だけ回転しカメラ１０のチルト動作を行うことができる。
【００２４】
ズームレンズ１１のズーム動作も同様に行うことができる。つまり、ユーザがマウス等の操作によってブラウザソフトウェアの制御領域のソフトウェアボタンを選択し、ズーム動作を指示すると、この指示がネットワークＮを介して撮像装置１のＣＰＵ４０に送られ、ＣＰＵ４０はこの指示を解釈してズームレンズ１１のズームモータ（図示せず）を駆動する。これにより、ズームレンズ１１を所望の倍率に調整することができる。
【００２５】
また、本実施形態では、ブラウザソフトウェアの表示領域に表示される映像の中で所定のエリア（矩形領域）をマウス等で指定することによって、そのエリアを表示領域全面にするようズームおよび角度調整を行う、いわゆるエリアズーム機能も備えている。
【００２６】
すなわち、ユーザがマウス等で表示領域内の所望のエリアを指定すると、そのエリアの中心およびサイズに基づきカメラ１０の角度およびズームレンズ１１の倍率を計算し、指定したエリアが表示領域の全面になるよう制御する。ユーザは、目的の対象物を中心としたエリアを指定するだけで、その対象物を中心としたズーム映像を即座に得ることができる。
【００２７】
＜ＣＰＵによる制御ブロック＞
図２は、ＣＰＵで構成される制御ブロックについて説明する図である。ＣＰＵ４０に構成される制御ブロックは、システムコントロール部４０１を中心としてカメラコントロール部４０２およびネットワークコントロール部４０３を備えた構成となっている。
【００２８】
システムコントロール部４０１は、撮像装置のシステム全体を制御する。カメラコントロール部４０２は、カメラ１０による映像の取り込み角度を調整するためのモータドライバへ与える制御値を計算する部分である。また、ネットワークコントロール部４０３は、ネットワークＮとの接続を行うためのネゴシエーション等の通信制御を行う。
【００２９】
本実施形態では、特にカメラコントロール部４０２で行う計算に特徴がある。つまり、カメラコントロール部４０２では、カメラ１０の読み取り領域の中心とズームレンズ１１の光軸とのずれに起因して、カメラ１０のパン、チルト、ズームを行った際に生じる取り込み中心位置のずれを相殺するための補正量を計算し、パンモータ２１およびチルトモータ２２に与える制御値に補正量を加味して光軸ずれを抑制する。
【００３０】
＜撮像方法＞
本実施形態の撮像方法は、上記カメラコントロール部４０２で行う計算を中心としてカメラ１０の角度調整を行うものである。撮像方法の全体の流れは、先ず、カメラ１０で映像を取り込むにあたり、ズームレンズ１１によって取り込み倍率を調整し、雲台２０で取り込み角度を調整行う。そして、この調整の際、予め不揮発性メモリ３０に記憶してあるカメラ１０とズームレンズ１１との光軸中心のずれを用い、所定の取り込み倍率および所定の取り込み角度に応じた補正量を計算し、この補正量に基づきずれを相殺するよう雲台２０の角度制御を行う。
【００３１】
上記補正量の計算を行うにあたり、本実施形態では、予めカメラ１０の取り込み領域の中心とズームレンズ１１の光軸とのずれ（光軸中心のずれ）を測定し、不揮発性メモリ３０に記憶している。図３は、光軸中心のずれについて説明する模式図である。図３（ａ）に示すように、カメラ１０にはＣＣＤ等の撮像素子が組み込まれている。ＣＣＤ等の撮像素子は、カメラ筐体内において設定される光軸に合わせてその中心が位置決めされる。ただし、配置の際に誤差が生じる。
【００３２】
一方、ズームレンズ１１もカメラ１０に設定された光軸に合わせてその中心が位置決めされる。したがって、理想的には、カメラ１０の読み取り領域の中心とズームレンズ１１の光軸とが合致したものとなる。しかし、実際には組み付け時の配置誤差が生じるため、このずれが表示位置ずれを起こす原因となる。
【００３３】
例えば、図３（ｂ）に示すように、ズームレンズ１１を広角端に設定し、所定の対象物が画面の中心となるようカメラ１０の角度を調整した状態で、ズームレンズ１１の倍率を高めるズームアップを行うと、望遠端においては広角端の際に画面の中心に映し出されていた対象物の表示位置が画面の中心からずれる現象が生じる。このずれは、カメラ１０とズームレンズ１１との光軸中心のずれに起因するものである。
【００３４】
本実施形態では、予めカメラ１０の読み取り領域の中心とズームレンズ１１の光軸とのずれを測定しておき、この測定したずれを用いて補正量の計算を行う。図４は、ずれの測定方法について説明する模式図である。先ず、図４（ａ）に示すようにズームレンズを望遠端に設定し、所定の対象が画面中心に映し出されるようカメラの角度を調整する。次に、図４（ｂ）に示すようにズームレンズを広角端に設定する。この際、先に画面中心に合わせた対象の表示位置が画面中心からずれて表示された場合、画面中心からの水平方向のずれ量Δｈ、垂直方向のΔｖを測定し、これを不揮発性メモリに記憶する。
【００３５】
＜補正値の計算方法＞
カメラコントロール部は、上記予め測定したカメラ１０とズームレンズ１１との光軸中心のずれ量を用いて補正値の計算を行う。先ず、以下の式によって、所定の取り込み倍率および所定の雲台の角度に設定した際の誤差の計算を行う。
【００３６】
実際に適用する水平誤差Δｘ＝Δｈ(ｎ１−ｎ０)／(Ｎｔ−Ｎｗ)
実際に適用する垂直誤差Δｙ＝Δｖ（ｎ１−ｎ０)／(Ｎｔ−Ｎｗ)    …（式１）
ここで、
ｎ０：現在のレンズ倍率
ｎ１：所望の設定レンズ倍率
Ｎｔ：望遠端でのレンズ倍率
Ｎｗ：広角端でのレンズ倍率
【００３７】
上記計算は、予め取り込んだずれ量Δｈ、Δｖが広角端と望遠端との間のずれ量であることから、実際にレンズ倍率を変更した際のずれ量（実際に適用する水平誤差および垂直誤差）に換算するものである。カメラコントロール部は、上記計算によって求めた実際に適用する水平誤差および垂直誤差の値を用い、雲台のパンモータおよびチルトモータの動作角度について補正を行う。この補正によって、カメラ１０とズームレンズ１１との光軸中心のずれに起因する位置ずれを相殺できるようになる。
【００３８】
＜雲台の角度補正の具体例＞
本実施形態では、所定の倍率および所定の角度で取り込んでいる映像に対して、別な倍率および別な角度で映像を取り込む指示を与える際、ユーザによって指定された表示領域内のエリア（矩形領域）を画面全体にするようカメラの倍率および角度を制御する、いわゆるエリアズーム機能での角度補正について説明する。
【００３９】
図５は、いわゆるエリアズーム機能を説明する模式図である。ここでは、画面サイズとして水平方向６４０画素、垂直方向４８０画素を例とする。なお、この画面サイズに対応したカメラの画角は、水平方向±２０°、垂直方向±１５°であるとする。
【００４０】
エリアズームは、ユーザによって指定されたエリアズーム枠に基づき、所定のレンズ倍率および雲台のパン、チルト角度を計算し、この計算値によってレンズおよび雲台を制御することで、エリアズーム枠が表示領域全体になるよう動作するものである。
【００４１】
エリアズーム枠は、ユーザによるマウス等の操作によって指定された矩形領域を用いる。なお、指定されたエリアズーム枠が画面縦横比と異なる場合は、エリアズーム枠の縦もしくは横のいずれかのサイズを基準として画面縦横比が合うようエリアズーム枠の調整を行う。この調整は、内部だけで行っても、また画面表示されるエリアズーム枠に直接反映させるようにしてもよい。
【００４２】
図５に示す例では、エリアズーム枠として、中心位置（２４０，１６０）、サイズ水平方向８０画素、垂直方向６０画素が指定されたものとする。画角は水平方向４０°（±２０°）、垂直方向３０°（±１５°）なので、エリアズーム枠の部分を拡大表示するには、カメラを右へ１５°、上へ１０°回転させることになる。また、レンズ倍率は８倍ズームすれば良い。
【００４３】
上記パン、チルト角度およびズーム倍率は、次のような計算による。
θｐ＝（画面エリアの水平方向画角／画面エリアの水平方向サイズ）×エリアズーム枠の水平方向中心位置
θｔ＝（画面エリアの垂直方向画角／画面エリアの垂直方向サイズ）×エリアズーム枠の垂直方向中心位置
ｎ１＝（画面エリアの水平方向サイズ／エリアズーム枠の水平方向サイズ）×現在のレンズ倍率
ここで、θｐはパン角度、θｔはチルト角度、ｎ１はズーム倍率である。
【００４４】
エリアズーム機能では、上記の計算によってパン、チルト角度およびズーム倍率を求めて制御するが、実際には先に説明したカメラとレンズとの光軸中心のずれがあることから、必ずしも指定したエリアズーム枠の中心に目的の対象物が映し出されるわけではない。
【００４５】
そこで、以下の計算によってパン、チルト角度を補正することにより、カメラとレンズとの光軸中心のずれを相殺したエリアズームを行うことができる。
【００４６】
θｐ＝（画面エリアの水平方向画角／画面エリアの水平方向サイズ）×（エリアズーム枠の水平方向中心位置−実際に適用する水平誤差Δｘ）
θｔ＝（画面エリアの垂直方向画角／画面エリアの垂直方向サイズ）×（エリアズーム枠の垂直方向中心位置−実際に適用する垂直誤差Δｙ）
ここで、実際に適用する水平誤差Δｘおよび実際に適用する垂直誤差Δｙは、上記（式１）によって求められるものである。
【００４７】
カメラコントロール部４０２は、上記の計算を行うにあたり、予め不揮発性メモリに記録してあるΔｈ、Δｖより、エリアズーム枠のサイズ、中心位置に基づき実際に適用する水平誤差Δｘ、垂直誤差Δｙを計算し、パンモータ２１の回転角度θｐおよびチルトモータ２２の回転角度θｔを計算し、この値を各モータドライバに送る。
【００４８】
これにより、所望のエリアズームを行う際にはカメラ１０とズームレンズ１１との光軸中心のずれを相殺した正確なエリアズームを行うことが可能となる。
【００４９】
なお、上記説明で使用した具体的な画素サイズや角度等の数値は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。また、上記実施形態において、エリアズームの説明は簡単ため、パン・チルト座標が画面上で直交しているような領域で説明したが、チルト角度が大きくなると、パン・チルト座標が画面上では曲線を描くようになる。そのような領域では、パン・チルト角度を単純に画角と画素数とから比例計算することはできない。しかし、このような場合であっても、その前処理としてエリアズーム枠の中心位置を、実際に適用する水平誤差Δｘ、垂直誤差Δｙで補正することにより改善可能である。また、本実施形態では主としてネットワークカメラから成る撮像装置を例に説明したが、ネットワークを介さず撮像装置とモニタとが直接接続された構成であっても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態に係る撮像装置の構成を説明する模式図である。
【図２】ＣＰＵで構成される制御ブロックについて説明する図である。
【図３】光軸中心のずれについて説明する模式図である。
【図４】ずれの測定方法について説明する模式図である。
【図５】エリアズーム機能を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…撮像装置、１０…カメラ、１１…ズームレンズ、２０…雲台、３０…不揮発性メモリ、４０…ＣＰＵ、４０１…システムコントロール部、４０２…カメラコントロール部、４０３…ネットワークコントロール部、Ｎ…ネットワーク
【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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