(57)【要約】【課題】数ｋｍ以上にも及び監視エリアを効率的に監視し、監視エリア内の動体を的確に捕捉して撮影を行う。【解決手段】基台で広角カメラ３と望遠カメラ５とを支持する。広角カメラ３は、撮影光軸３ａが一定方向を指向するように固定される。望遠カメラ５は電動式架台６によりパンニング方向及びチルト方向に傾けることができ、撮影光軸５ａの指向方向を変更することができる。広角カメラ３からの画像信号を評価して広角カメラの撮影画面内で動体画像が識別されると、画面中心との相対位置に基づいて動体の位置に対応する指向情報が算出される。この指向情報により撮影光軸５ａが動体に指向するように望遠カメラ５の姿勢が制御される。以後は、望遠カメラ５の撮影画面の中心で動体画像を捕捉するように望遠カメラ５の姿勢制御が継続され、望遠カメラ５は追尾しながら動体を撮影する。【選択図】        図１
2007116666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広角レンズを通して得た光学像を画像信号に変換して出力するとともに、撮影光軸を一定方向に向けて固定された広角カメラと、
望遠レンズを通して得た光学画像を画像信号に変換して出力するとともに、撮影光軸が傾けられるように少なくとも一つの旋回軸に関して回動自在に支持された望遠カメラと、
前記広角カメラからの画像信号に基づいてその撮影範囲内から動体画像を識別し、撮影範囲内における前記動体画像の位置に対応した指向情報を算出する指向情報算出手段と、
前記指向情報に基づき、広角カメラで撮影された動体に望遠カメラの撮影光軸を向けるように前記旋回軸を中心に望遠カメラを回動させるカメラ姿勢制御手段と、
望遠カメラから順次に出力される画像信号に基づいてその撮影範囲の中心に動体画像を捕捉するように望遠カメラの撮影光軸を向ける追尾情報を算出する追尾情報算出手段とを備え、
前記追尾情報が算出された後は、前記指向情報に代えてこの追尾情報によりリアルタイムで前記カメラ姿勢制御手段を制御し、望遠カメラで動体の撮影を継続して行うことを特徴とする監視カメラ装置。
【請求項２】
前記望遠レンズが変倍可能であることを特徴とする請求項１記載の監視カメラ装置。
【請求項３】
前記広角カメラが複数台設けられ、これらの広角カメラは画角が等しく撮影範囲が異なることを特徴とする請求項１又は２記載の監視カメラ装置。
【請求項４】
前記広角カメラが、互いに焦点距離が異なり、焦点距離が長いほど遠距離にピント合わせされるとともに各々の撮影範囲を略等しくした複数種類の定点撮影カメラからなり、これらの定点撮影カメラは、ピント合わせ位置が隣り合う相互間で近側被写界深度と遠側被写界深度とが部分的にオーバーラップしていることを特徴とする請求項１又は２記載の監視カメラ装置。
【請求項５】
前記定点撮影カメラの少なくともいずれかは、画角及び焦点距離が等しく、互いに撮影光軸の向きが異なるように配置された複数台のカメラモジュールを組み合わせて構成され、これらのカメラモジュールは前記撮影範囲を略等分割した区画エリアを個別に撮影することを特徴とする請求項４記載の監視カメラ装置。
【請求項６】
前記望遠カメラが前記カメラ姿勢制御手段とともに複数台設けられ、１台または複数台の広角カメラによって複数の動体画像が撮影されたときには前記指向情報算出手段が複数の指向情報を算出し、各々の指向情報が前記複数のカメラ姿勢制御手段に個別に入力されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の監視カメラ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか記載の監視カメラ装置の複数台を、各々の広角カメラの撮像光軸が互いに異なるように設置し、これらの監視カメラ装置相互間で前記指向情報及び追尾情報を共有させたことを特徴とする監視カメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類のカメラを複合的に利用することによって、広範囲な監視エリア内で監視対象となる動体の像を鮮明に撮影できるようにした監視カメラ装置及び監視カメラシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
沿岸地域や国境地帯の警備のための監視カメラ装置には広範囲の監視エリアが要求され、監視対象となる撮影距離は数ｋｍ〜１０ｋｍ以上にも及ぶ。また、一般道路や高速道路などの路上監視用では少なくとも数十〜数百ｍ程度の撮影距離をカバーすることが望まれる。このような監視カメラ装置には、監視対象と目される動体を早期に識別して追尾しながら監視する機能も必要となる。従来、このような目的で使用される監視カメラ装置は、一台のカメラをパンニングやチルティングして広範囲の監視エリアを走査しながら撮影を行っているため、一過性の現象や移動する物体の監視については充分な信頼性があるとは言えない。
【０００３】
また、監視エリアを複数の領域に区分し、複数台のカメラを各区分ごとに割り当てて撮影する方式もあるが、遠方の動体を的確に識別するには焦点距離の長い撮影レンズをもつカメラが必要となる。そして、このようなカメラは当然ながら画角が狭くなるから、広範囲の監視エリアをカバーするには区分する領域の数を増やし、各領域ごとにカメラが必要となって大幅なコストアップとなり、装置全体の大型化が避けられない。
【０００４】
一方、セキュリティ対策の一環として用いられる防犯用の監視カメラ装置の中には、例えば特許文献１，２に記載のように、固定式の広角カメラと、電動式雲台により撮影光軸の向きを自在に変更できるようにしたズームカメラとを組み合わせ、監視対象物を特定した後にはズームカメラで監視対象物の撮影を継続するようにしたものが知られている。
【特許文献１】特開平９−５５９３０号公報
【特許文献２】特開２００４−１５５１６号公報
【０００５】
特許文献１記載の監視カメラ装置では、固定して設置された広角カメラで監視エリア全域を常時撮影してその画像をモニタ表示しておき、オペレータがモニタ画面上でマウス操作により画面上の特定エリアを指定すると、その指定エリアにズームカメラの撮影光軸が向けられ、高倍率での撮影が行われるようにしてある。また、特許文献２記載の監視カメラ装置では、広角カメラで撮影した画像データに基づいて撮影画面内の動体を識別するとともに動体の位置座標を継続的に算出し、算出された位置座標に対応する方向にズームカメラの撮影光軸を向けながら自動追尾方式で撮影が行われる。
【０００６】
これらの特許文献記載の監視カメラ装置は、いずれも建物の周辺や建物の中に不審者などの動体が侵入したことを監視する目的で用いられるため、広角カメラで数ｍ〜数十ｍ程度の撮影距離範囲内で動体を識別できれば充分である。したがって、広角カメラの撮影画像の中にはある程度の大きさで動体の画像が撮影されるので、特許文献１記載の装置のようにマニュアル操作による指定を行い、あるいは特許文献２記載の装置のように広角カメラの撮影画像に基づいてズームカメラの追尾情報を取得することも可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、沿岸地域や国境地帯という広範囲の監視エリアを対象とする場合や、一般道路あるいは高速道路の路上監視を目的とする場合には、監視対象となる動体までの距離が数百ｍ以上になることが多く、その画像は広角カメラのモニタ画面上では非常に微小な点像にしかならない。したがって、特許文献１記載の装置のように、目視で動体の画像を識別すること自体が非常に難しく、さらにズームカメラへの切り替えのためにマニュアル操作を要するため無人化ができないという欠点がある。また、特許文献２記載の装置は動体を自動追尾する機能を備えてはいるが、広角カメラの画像から動体を識別した後も広角カメラの撮影画像に基づいて追尾情報を得ているため、監視エリアが沿岸地域や国境地帯のように広範囲になると、動体の画像が微小な点像にしかならない広角カメラの撮影画像に基づいて追尾情報を得ても信頼性の点で問題があり、画角が狭いズームレンズの撮影光軸を的確に制御することは困難である。そして、一旦追尾が途絶えてしまうと追尾を再開することは極めて難しく、充分な監視効果を得ることができない。
【０００８】
本発明は上記背景を考慮してなされたもので、その目的は、広角カメラで捉えられる広範囲の監視エリアの中で監視対象となる動体が識別されたときに、撮影倍率が高い望遠カメラでこれを捕捉し、かつ正確に自動追尾して撮影を継続させることができる監視カメラ装置及び監視カメラシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するにあたり、本発明の監視カメラ装置は、広角レンズを通して得た光学像を画像信号に変換して出力するとともに、撮影光軸を一定方向に向けて固定された広角カメラと、望遠レンズを通して得た光学画像を画像信号に変換して出力するとともに、撮影光軸が傾けられるように少なくとも一つの旋回軸に関して回動自在に支持された望遠カメラと、前記広角カメラからの画像信号に基づいてその撮影範囲内から動体画像を識別し、撮影範囲内における前記動体画像の位置に対応した指向情報を算出する指向情報算出手段と、前記指向情報に基づき、広角カメラで撮影された動体に望遠カメラの撮影光軸を向けるように前記旋回軸を中心に望遠カメラを回動させるカメラ姿勢制御手段と、望遠カメラから順次に出力される画像信号に基づいてその撮影範囲の中心に動体画像を捕捉するように望遠カメラの撮影光軸を向ける追尾情報を算出する追尾情報算出手段とを備え、前記追尾情報が算出された後は、前記指向情報に代えてこの追尾情報をリアルタイムで前記カメラ姿勢制御手段に入力して望遠カメラで動体の撮影を継続できるように構成される。また、本発明は、互いに撮影範囲を異ならせた複数台の広角カメラを組み合わせた形態で実施することも可能で、望遠レンズについては変倍機能をもたせた態様でも効果的に実施することができる。
【００１０】
さらに、前記広角カメラとして、互いに焦点距離が異なり、焦点距離が長いほど遠距離にピント合わせされるとともに、各々の撮影範囲を略等しくした複数種類の定点撮影カメラを用いることも本発明を実施するうえで有利な態様となる。これらの定点撮影カメラはそれぞれ所定の撮影距離にピント合わせされるが、ピント合わせ位置が隣接し合う相互間で、それぞれの近側被写界深度と遠側被写界深度とを部分的にオーバーラップさせておくことにより、撮影距離のほぼ全域にわたってピントのあった撮影が可能となる。加えて、定点撮影カメラを、画角及び焦点距離が等しく、互いに撮影光軸の向きが異なるように配置された複数台のカメラモジュールで構成し、これらのカメラモジュールにより定点撮影カメラの撮影範囲を略等分割した区画エリアを個別に撮影することによって、監視対象となる動体の画像を大きくかつ鮮明に撮影することが可能となる。
【００１１】
また、望遠カメラも各々のカメラ姿勢制御手段とともに複数台併用することも有利な実施態様となる。そして、本発明の監視カメラ装置を複数台組み合わせた監視カメラシステムも有用で、この場合には各々の監視カメラ装置の広角カメラで撮影する範囲を異ならせておき、それぞれの監視カメラ装置から得られる指向情報及び追尾情報を互いに共有させて連係した撮影動作を行わせることが望ましい。なお、この監視カメラシステムを構築するにあたっては、各々の監視カメラ装置を地理的に離れた箇所に設置して用い、それぞれの監視対象となる撮影範囲が互いに異なっていれば、監視カメラ装置の個々に属する広角カメラの撮影光軸は互いに平行であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
広角カメラの撮影画像に基づいて監視対象となる動体が識別されると、撮影光軸がその動体に向くように望遠カメラの姿勢が制御され、望遠カメラの撮影範囲の中心に動体が捕捉される。以後は、望遠カメラの撮影範囲の中心に動体の画像が収まるように望遠カメラの姿勢がフィードバック制御されるから、動体を的確に追尾しながら撮影を継続してゆくことができる。望遠カメラのレンズに変倍機能を持たせた場合には、各々の撮影範囲内での動体画像のサイズに応じて変倍を行うことができ、動体を適切な大きさで撮影することが可能となる。
【００１３】
広角カメラで撮影できる範囲を広げるために広角カメラの画角を大きくしすぎると撮影される画像が小さくなるので、撮影対象となる範囲を区分して各々の区分ごとに一台ずつの広角カメラを割り当てるようにすることも有利な実施形態となる。さらに、互いに焦点距離が異なり、焦点距離が長いほど遠距離にピント合わせした複数種類の定点撮影カメラを上記広角カメラとして用いると、監視対象となる動体が現れたときにその画像を各々の定点撮影カメラでほぼ同じ像倍率で撮影することができるので、画像認識が容易になるだけでなく、モニタ画面上での観察もしやすくなる。各々の定点撮影カメラの近側・遠側の被写界深度を互いに部分的にオーバーラップさせておけば、撮影距離にかかわらずいずれかの定点撮影カメラでは動体を鮮明に撮影することができ、望遠カメラの指向方向を正しく求めるうえでも効果的である。
【００１４】
さらに、広角カメラの撮影範囲内で複数の動体が識別されたときに対応できるように、望遠カメラを複数台用いることも効果的で、この場合には複数の動体を個別に追尾しながら撮影を継続させることができる。さらに、本発明の監視カメラ装置を複数台組み合わせ、それぞれの指向情報及び追尾情報を共有させることにより、動体を異なる方向から監視したり、また一台の監視カメラ装置の監視エリア外に動体が移動したときでも、別の監視カメラ装置で引き続きこれを捕捉して追尾撮影することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を用いた監視カメラ装置は、図１に概略的に示すように、例えば岬の突端に据え付けられた基台２に、広角カメラ３と望遠カメラ５とを設置した構成となっている。広角カメラ３の撮影光軸３ａは一定方向に向けられたまま不変であるのに対し、望遠カメラ５は基台２との間に設けられた電動式架台（姿勢制御手段）６によって可動に支持され、その撮影光軸５ａはパンニング方向及びチルト方向に傾けられるようにしてある。
【００１６】
この監視カメラ装置の監視エリアは広角カメラ３の画角θで決まる。また、望遠カメラ５でパンニングできる角度は、撮影光軸５ａを広角カメラ３の撮影光軸３ａと平行にした基準位置を中心に少なくとも広角カメラ３の画角θはカバーできる範囲となっている。もちろん、このパンニング角度をさらに広げることも可能である。望遠カメラ５の画角δは広角カメラ３の撮影画角θに対して充分に狭く、例えば広角カメラ３の画角θは１３５フイルムカメラ換算で８０°（焦点距離２５ｍｍ）程度、望遠カメラ５の撮影画角δは低倍率時で６°（焦点距離４００ｍｍ）程度である。
【００１７】
なお、望遠カメラ５には必ずしも変倍機能は必要ではないが、後述するように、この実施形態では望遠カメラ５が高低二段の変倍機能を有し、高倍率に切り替えたときには画角δが２．５°（焦点距離１０００ｍｍ）程度になる。また、一般に画角は結像面上での撮影画面の対角線の長さとレンズの焦点距離によって決まるが、ここでは説明の便宜上、水平方向での画角として説明してある。
【００１８】
上記監視カメラ装置の構成を概略的に示す図２において、広角カメラ３は広角レンズ３ｂの結像面に配置されたＣＣＤ型あるいはＣＭＯＳ型のイメージセンサ８で撮影を行い、望遠カメラ５は望遠レンズ５ｂの結像面に配置された同様のイメージセンサ９で撮影を行う。図面の煩雑化を避けるために、各々のレンズ系中に組み込まれる絞りなどの露光調節装置については図示を省略した。これらの広角レンズ３ｂ及び望遠レンズ５ｂは、基本的には各々単焦点のものであってもよいが、望遠レンズ５ｂのみに関しては、変倍機能あるいはズーム機能を持たせてもよい。なお、ここに図示した実施形態では、広角レンズ３ｂは単焦点であるが望遠レンズ５ｂには２段階の変倍機能を持たせてある。
【００１９】
イメージセンサ８，９から出力される撮像信号はプリアンプ機能をもつＡ／Ｄコンバータ１１，１２によりそれぞれデジタル変換され、画像信号処理回路１４，１５に入力される。画像信号処理回路１４，１５はそれぞれの入力信号に周知の画像処理を施し、デジタル化された１画面ごとの画像信号として順次にバスライン１６に入力する。これらの画像信号は広角映像レコーダ１７，望遠映像レコーダ１８により動画画像データとして記録される。これらの動画画像データの記録時には、画像処理回路１４，１５で適宜のデータ圧縮処理を施した画像信号としてバスライン１６に供給するようにしておくことも可能である。
【００２０】
画像信号処理回路１４，１５の各々からの１画面ごとの画像信号は、さらに動体識別処理回路２１，２２に入力される。動体識別処理回路２１，２２は、順次に入力されてくる１画面ごとの画像信号を逐次比較しながら画面内に動体があるか否かを識別する。広角カメラ３から得られる画像信号の場合、撮影光軸３ａが固定されているため、画面内に動体が入ってくると動体画像が画面内で移動する。指向角度演算回路２４は、動体識別処理回路２２によって動体画像が識別されると、撮影画面内における動体画像の位置座標に基づいて撮影光軸３ａに対して動体がどの方向にどの程度の角度だけずれているかを算出する指向情報算出手段として作用する。広角カメラ３の撮影光軸３ａの指向方位及び、広角レンズ３ｂの焦点距離は予め分かっているから、画面中心に対して動体画像がどの程度ずれた位置に撮影されているかが分かれば、撮影光軸３ａに対して動体がどの方向にどの程度の角度だけずれているかは容易に求めることができる。
【００２１】
サーボドライバ２５は電動式架台６を駆動して望遠カメラ５の姿勢を制御する。広角カメラ３と望遠カメラ５は共通の基台２に設置されその相対位置関係は既知であるから、指向角度演算回路２４からの指向情報をサーボドライバ２５に入力することにより、望遠カメラ５の撮影光軸５ａを動体に指向させることができる。一般に撮影画面内で動体画像はある程度の面積をもつから、動体画像の重心に撮影光軸５ａを向けるように制御するのがよい。なお、電動式架台６からは望遠カメラ５の姿勢情報、すなわち撮影光軸３ａに対して撮影光軸５ａがどの方向にどの程度の角度だけ振られているかを表す情報が常にバスライン経由でシステムコントローラ２６にフィードバックされている。
【００２２】
望遠カメラ５からの画像信号はもう一方の動体識別処理回路２２にも入力される。この動体識別処理回路２２は、他方の動体識別処理回路２１と同様に、望遠カメラ５の撮影画面の中に時間経過とともに移動する画像があるか否かを識別する。追尾情報演算回路２７は、動体識別処理回路２２が動体画像を識別したことに応答して処理を開始し、１画面ごとの画像信号を順次に比較演算して動体画像の移動ベクトルを算出し、さらにこの移動ベクトルを相殺する情報を算出する。この情報は、望遠カメラ５の撮影画面の中心に動体画像の重心を一致させるように撮影光軸５ａの指向方向を補正するための情報に相当し、これが望遠カメラ５の追尾情報として用いられる。
【００２３】
変倍ドライバ２８は望遠レンズ５ｂの倍率を切り替えるためのもので、システムコントローラ２６からのコマンドによって動作する。システムコントローラ２６は上記処理を含め、この監視カメラ装置全体のシーケンス制御を行っており、そのためのシーケンスプログラムは監視カメラ装置の設置位置情報を含む各種の初期設定情報とともにメモリ３２のＲＯＭ領域に格納されている。また、シーケンスプログラムの実行に際しては、メモリ３２のＲＡＭ領域が一時的なデータやフラグ類を格納するワークエリアとして用いられる。計時回路３３はクロックパルスを分周して日時情報を生成する。この日時情報は広角映像レコーダ１７あるいは望遠映像レコーダ１８で記録される動画画像データ中に年月日及び時刻データを重畳記録する際に用いられる。
【００２４】
送・受信回路３４及び変調・復調回路３５は、必要に応じてこの監視カメラ装置を遠隔操作し、あるいは撮影された画像を離れた位置からも観察できるように設けられており、さらには電波時計からの計時電波を常時受信し、計時回路３３から得られる計時情報を補正するためにも利用することができる。静止画像メモリ３６は、広角映像レコーダ１７あるいは望遠映像レコーダ１８で記録される動画画像だけでなく、特に静止画像も必要となるときにその記録に用いられる。鮮明な画像を記録する上ではイメージセンサ８，９の画素数を大きくするのが有利であるが、動画画像には高速処理が要求され動画画像は圧縮処理した画像記録しかできないような場合には、この静止画像メモリ３６を利用して適宜のインターバルで静止画像を記録しておく方が好ましい。入力操作部３８は、この監視カメラ装置の初期設定、各種のパラメータ変更などの操作入力に用いられる。
【００２５】
以下、上記監視カメラ装置を沿岸地域の監視、例えば不審船の接近を監視する目的で使用する場合について説明する。通常の監視状態では広角カメラが常時撮影を行い、画像信号処理回路１４からの画像信号により動体識別処理回路比２１が作動している。海面からの反射光は時間平均をとるとほぼ一定とみなすことができ、また天候の変化などに伴う画像信号の変化は撮影画面全体の変化として識別することができるので、このような状態では動体画像の識別は行われず広角映像レコーダ１７で画像記録は行われていない。なお、入力操作部３８で予め設定しておくことにより、このような状況下でも適宜のタイミングでインターバル式に動画画像の記録を行うようにしておいてもよい。
【００２６】
図４（Ａ）に示すように島影から不審船が現れると、これが動体識別処理回路２１により動体画像として識別される。この識別信号に応答してシステムコントローラ２６が広角映像レコーダ１７に記録コマンドを送り、図３にＳＴ１で示すように広角カメラ３による撮影画像の記録が開始される。同時に、指向角度演算回路２４が広角カメラ３の撮影画面内における動体画像の位置に基づき、広角カメラ３の撮影光軸３ａ（撮影画面の中心）に対して動体がどの方向にどの程度ずれているのかを算出する。
【００２７】
この監視カメラ装置を設置する段階で、広角カメラ３の高度や撮影光軸３ａの方位角は既知であり、これらの情報は入力操作部３８から予めインプットされメモリ３２の所定エリアに書き込まれているから、撮影画面の水平方向に関し、動体画像が左右どちら側にどの程度ずれているかに応じて動体の方位角を求めることができる。こうして求められた方位角は、広角映像レコーダ１７による記録画像に重畳して記録される。図４（Ａ）はその記録画像の一例を示すもので、記録画像にはこの監視カメラ装置を特定するナンバー情報と広角カメラ３の映像であることを示すカメラ情報「Ｎｏ．００３−Ｗ」と、現時点における動体の方位角「１９２２４３０」（北を０°としたときの方位角、１９２°２４’３０”を表す）、年月日時分秒「２００５．０８．０７．１５．２６．０８」（２００５年８月７日１５時２６分８秒）が重畳して記録される。
【００２８】
撮影光軸３ａに対して動体がずれる方向は水平方向だけでなく垂直方向もあるが、指向角度演算回路２４は水平方向と垂直方向との双方について撮影光軸３ａと動体とのずれ方向とずれ角とを求め（ＳＴ２）、指向情報として出力する。システムコントローラ２６はこの指向情報に基づいてサーボドライバ２５にドライブ信号を供給し、この結果、電動式架台６が作動して撮影光軸５ａが動体に向くように望遠カメラ５の姿勢が制御される（ＳＴ３）。広角カメラ３と望遠カメラ５との相対位置関係は既知であり、電動式架台６は撮影光軸５ａを水平方向（パンニング方向）だけでなく垂直方向（チルト方向）へも変えることができるようになっているから、上のようにして求められた指向情報により望遠カメラ５の撮影光軸５ａを正確に動体に指向させることができる。そして、撮影光軸５ａが動体に指向するように望遠カメラ５の姿勢が制御されると、望遠カメラ５による撮影が開始される（ＳＴ４）。
【００２９】
望遠カメラ５からの画像信号は動体識別処理回路２２に入力され、望遠カメラ５の画面内に動体画像が存在しているか否かが識別される。動体画像が識別されると、その動体画像が占める画素数に基づき、撮影画面内における動体画像の大きさが一定レベル以上であるか否かが判断され（ＳＴ５）、一定レベル未満であると望遠レンズ５ｂの倍率切り替えが行われる。図４（Ｂ）は倍率切り替え前の記録画像の一例で、同図（Ｃ）は倍率切り替え後の記録画像を示す。これらの記録画像には、広角カメラ３による記録画像と同様に、監視カメラ装置を特定するナンバー情報、現時点における動体の方位角、年月日時分秒の各情報が重畳して記録される。なお、ナンバー情報には望遠カメラ５を低倍率で撮影したか高倍率で撮影したかを示す「Ｔ１」，「Ｔ２」の情報が付加されている。
【００３０】
望遠カメラ５による画像記録が開始されると、追尾情報演算回路２７が望遠カメラ５から得られる１画面ごとの画像を順次に比較演算し、動体画像の重心を望遠カメラ５の撮影画面の中心に一致させるように順次に追尾情報を算出する。算出された追尾情報はリアルタイムでサーボドライバ２５に供給され、これにより電動式架台６がフィードバック制御されることになり、常に動体画像を望遠カメラ５の撮影画面内の中心で捕捉するようにして動画記録が継続される（ＳＴ６−ＳＴ７）。この動画記録は、不審船が広角カメラ３の画角θの範囲内に収まっている限り継続される。なお、望遠カメラ５はその撮影画面内の動体画像をもとにして自動追尾を行うので、電動式架台６の可動範囲を広角カメラ３の画角θの境界を越えて広げておけば望遠カメラ５をさらに自動追尾させて動画記録を継続することも可能となる。
【００３１】
こうして望遠カメラ５による動画記録を継続してゆく過程で、不審船が遠方に移動し、あるいは近距離まで接近してくると、撮影画面内での動体画像が小さくなりすぎたり大きくなり過ぎたりして動体識別処理回路２２で動体画像の重心を適切に識別することが困難になる。自動追尾ができなくなると（ＳＴ７）、望遠カメラ５の倍率の設定状態が適切であるか否かがＳＴ８で判断される。そして、動体画像が小さすぎるのに低倍率設定であるとき、あるいは動体画像が大きすぎるのに高倍率設定であったときには、それぞれ適正倍率に変更した後にＳＴ６に戻って同様の処理を継続する。
【００３２】
望遠カメラ５が適正な倍率で追尾を行っていたとしても、望遠カメラ５の画角は広角カメラ３と比較してかなり狭くなっているから、外乱ノイズや意図せぬ衝撃などが加わって望遠カメラ５のみによる自動追尾が途切れることが懸念される。こうした場合には、ＳＴ９の処理により広角カメラ３の撮影画像に基づいて再度望遠カメラ５の指向方向及び角度が算出され、ＳＴ２移行の処理が繰り返される。広角カメラ３の撮影画面内で動体画像が捕捉できなかったときには、望遠カメラ５による撮影及び動画記録が終了し、また広角カメラ３は撮影を継続するがその動画記録は終了する。
【００３３】
また、望遠カメラ５が自動追尾しながら動画記録を継続している間も広角カメラ３の撮影及び動画記録は継続して行われているから、広角カメラ３の撮影画面内における動体画像の位置は逐次監視することができる。したがって、その位置データを記録しておくことが好ましく、またＳＴ９の処理に代えて、この位置データを参照して望遠カメラ５の指向方向及び指向角度を読み込んでＳＴ３の処理に移行させることも可能である。なお、望遠カメラ５に用いられている望遠レンズ５ｂをズームレンズで構成し、撮影画面内での動体画像の大きさがほぼ一定に保たれるように逐次変倍しながら動画記録を行うようにしてもよい。
【００３４】
以上のように、上記監視カメラ装置によれば、広範囲な監視対象エリアを画角が大きい広角カメラで撮影し、その撮影画面内で監視対象となる動体画像が捕捉されたときに広角カメラによる動画記録を開始するとともに、広角カメラ３からの画像データに基づいて望遠カメラ５の指向方向及び指向角度を算出して望遠カメラ５を監視対象となる動体に向け、以後は望遠カメラ５からの画像データにより動体を自動追尾しながら動画記録を行うようにしている。したがって、広角カメラからの画像データのみに依存して望遠カメラを追尾させる方式と比較して、一旦望遠カメラ５で動体を捕捉した後は自動追尾の精度を格段に向上させることができる。同時に、広角カメラ３からの画像データも逐次記録するようにしているから、仮に望遠カメラ５の自動追尾が途切れることがあったとしても、容易に追尾撮影を再開することも可能となる。
【００３５】
図５は本発明の別の実施形態を示すもので、この監視カメラ装置は二台の広角カメラ４０，４１と一台の望遠カメラ５とが組み合わされている。広角カメラ４０，４１は共通の基台２に固定され、各々の撮影光軸４０ａ，４１ａは一定の角度だけずらしてある。各々の広角カメラ４０，４１の画角θ１は等しく、撮影光軸４０ａ，４１ａ間の角度をθ１よりもわずかに狭くしておくと、二台の広角カメラ４０，４１の併用により監視対象エリアをθ２（≒２θ１）まで広げることができる。同じ監視対象エリアを一台の広角カメラで撮影する場合と比較して、個々の広角カメラの画角を狭くすることができるから、監視対象物の画像サイズが大きくなり、撮影画面内での動体識別がしやすくなる。
【００３６】
広角カメラ４０，４１で撮影を行っている間に、例えば広角カメラ４０の撮影画面内で動体画像が識別されると、広角カメラ４０で動画記録が開始されるとともに先の実施形態と同様に望遠カメラ５（画角δ）の指向方向及びその角度が算出され、電動式架台６により望遠カメラ５の撮影光軸５ａがその方向に向けられる。以後は同様に望遠カメラ５による自動追尾のもとで動画記録が行われる。動体が図中右方向に移動し、広角カメラ４１の撮影画面内で動体画像が識別されると広角カメラ４１で動画記録が開始される。電動式架台６のパンニング方向の可動範囲はθ２以上にしてあるから、望遠カメラ５は引き続き動体画像を撮影画面の中心で捕捉しながら自動追尾で動画記録を継続する。
【００３７】
図６の実施形態では、一台の広角カメラ３と二台の望遠カメラ４４，４５とから監視カメラ装置が構成される。広角カメラ３は基台２に固定され、撮影光軸３ａは一定方向に向けられている。望遠カメラ４４，４５は、基台２に対してそれぞれパンニング方向，チルト方向に可動の電動式架台４６，４７によって支持され、撮影光軸４４ａ，４５ａのパンニング方向での指向角度は広角カメラ３の画角θで任意に変えることができる。
【００３８】
広角カメラ３の撮影画面内で第一の動体画像が捉えられると、動体識別処理回路２１及び指向角度演算回路２４での処理により、一方の望遠カメラ４４の指向方向が算出され望遠カメラ４４の撮影光軸４４ａが動体の方向に向けられる。望遠カメラ４４は撮影画面内の中心でその動体画像を捕捉するように自動追尾しながら動画記録を開始する。広角カメラ３の撮影画面内で第二の動体画像が捉えられたときには、同様の処理により望遠カメラ４５の指向方向が算出され、望遠カメラ４５の撮影光軸４５ａがその動体方向に向けられる。以後は、望遠カメラ４５も撮影画面の中心で動体画像を捕捉しながら自動追尾を開始して動画記録を行う。これにより、監視対象となる動体が同時に２つある場合でもその各々を継続的に監視することが可能となる。もちろん、望遠カメラの台数をさらに増やせば同時に監視できる対象の数を増やすことができる。
【００３９】
図７に二台の広角カメラと一台の望遠カメラとを組み合わせた実施形態を示す。基台２に第一広角カメラ４９と第二広角カメラ５０とが固定され、各々の撮影光軸４９ａ，５０ａは同一の指向方向に向けられている。第一広角カメラ４９の画角θ３は、第二広角カメラ５０の画角θ４よりも広く、したがって撮影倍率は第二広角カメラ５０の方が第二広角カメラ４９よりも大きい。画角δをもつ望遠カメラ５が電動式架台６を介して基台２に支持され、撮影光軸５ａをパンニング方向及びチルト方向に傾けることができる。
【００４０】
第一及び第二広角カメラ４９，５０は常時撮影動作を行っており、これまでの実施形態と同様に、各々の撮影画面内に動体画像が入ってきたことが識別されたときに動画記録動作を開始する。θ３＞θ４であるため、第一広角カメラ４９の方が撮影範囲が広くて有利な反面、監視対象となる動体が遠方に現れたとき、撮影画面内における動体画像のサイズが小さくなる。逆に、第二広角カメラ５０は撮影範囲が狭くなるものの、動体画像を大きく捉えることができるという利点がある。いずれかの広角カメラで動体画像が識別されると、望遠カメラ５の指向方向及び角度が算出され、これに基づいて望遠カメラ５の撮影光軸５ａがその方向に向けられる。以後は、望遠カメラ５による撮影が開始され、先の実施形態と同様に自動追尾しながら動画記録が継続される。なお、第一，第二広角カメラ４９，５０は動体画像を識別できた方が動画記録を行うが、いずれかの広角カメラが動体画像を識別した時点で、他方の広角カメラでも動画記録を開始するようにしてもよい。
【００４１】
画角が異なる複数台の広角カメラを同じ指向方向に向けて使用する場合、特に各々の広角カメラが一般普及型のものと比較して高い解像力をもち、しかもピント位置を固定して使用する場合には、各々の広角カメラの最適撮影距離を画角に応じて互いに異ならせて使用するのがよい。例えば画角が最も狭い第一広角カメラについては、撮影距離０〜２ｋｍを被写界深度に含むようなピント設定を行い、次に画角が広い第二広角カメラについては２ｋｍ〜５ｋｍを被写界深度に含むようなピント設定とし、さらに最も画角が広い第三広角カメラについては５ｋｍ〜１０ｋｍを被写界深度に含むようなピント設定を行っておくと、広範囲の撮影距離にわたって鮮明な撮影を行うことができる。そして、最も遠方にピント設定された広角カメラでも鮮明に撮影しにくくなる遠距離については、画角は狭いものの被写体そのものを拡大して撮影できる望遠カメラを上述のように自動追尾させながら撮影を行うようにすればよい。
【００４２】
本発明のさらに別の実施形態について説明する。この実施形態では、先の実施形態で用いられている広角カメラとして、複数種類の定点撮影カメラを組み合わせたものが用いられており、これらの定点撮影カメラのピント位置はそれぞれ有限の撮影距離に合わせられている。図８において、基台２には、先の実施形態と同様、電動式架台６を介して望遠カメラ５が支持されているほか、カメラ筐体５５が固定されている。カメラ筐体５５には、三種類の定点撮影カメラとなる第一カメラ５６、第二カメラ５７、第三カメラ５８が組み込まれている。図示のように、第一カメラ５６は一台のカメラモジュールからなり、第二カメラ５７は二台のカメラモジュール５７ａ，５７ｂからなり、第三カメラ５８は三台のカメラモジュール５８ａ，５８ｂ，５８ｃからなる。
【００４３】
図９に、上記第一〜第三カメラ５６〜５８による撮影の態様を概念的に示す。第一カメラ５６は撮影距離Ｌ１にピント合わせされ、撮影画角θａのもとで撮影範囲Ｓ１を撮影する。焦点距離は最も短く、標準的な開口絞りのもとでは被写界深度がＤ１となっている。二台のカメラモジュール５７ａ，５７ｂからなる第二カメラ５７は、撮影距離Ｌ２にピント合わせされ、全体として撮影画角θｂのもとで撮影範囲Ｓ２を撮影する。カメラモジュール５７ａ，５７ｂは全く同一の光学諸元をもつカメラで、焦点距離は等しく撮影画角θｂｎも共通である。
【００４４】
カメラモジュール５７ａ，５７ｂは、個々の撮影画角θｂｎのもとで第一カメラ５６の撮影範囲Ｓ１を二分した区画をそれぞれ個別に撮影することができるように撮影光軸の向きが決められ、これにより第二カメラ５７全体では撮影画角θｂとなる。カメラモジュール５７ａ，５７ｂの焦点距離は第一カメラ５６の焦点距離よりも長く、それぞれ撮影距離Ｌ２にピント合わせされ、第二カメラ５７全体として撮影範囲Ｓ２を撮影する。このとき、標準的な開口絞りのもとでは被写界深度Ｄ２であり、その近側被写界深度は第一カメラ５６の被写界深度Ｄ１の遠側と部分的にオーバーラップする。なお、撮影範囲Ｓ２の中央部分ではカメラモジュール５７ａ，５７ｂの個々の撮影範囲が一部重なり合うが、各々の撮影画像を一画面に合成するときにトリミング処理を行うことによって第二カメラ用の適切なモニタ画面表示を行うことができる。
【００４５】
カメラモジュール５８ａ〜５８ｃからなる第三カメラは、撮影距離Ｌ３にピント合わせされ、全体の撮影画角θｃのもとで撮影範囲Ｓ３を撮影する。カメラモジュール５８ａ〜５８ｃは全く共通の光学諸元をもち、焦点距離、個々の撮影画角θｃｎは同一である。これらのカメラモジュール５８ａ〜５８ｃは、第二カメラ５７の撮影範囲Ｓ２を三等分に区画した個々のエリアを個別に撮影するようにそれぞれの撮影光軸の向きが設定され、焦点距離は第二カメラ５７よりも長い。標準的な開口絞りのもとでは、カメラモジュール５８ａ〜５８ｃの被写界深度はＤ３であり、その前側被写界深度は第二カメラ５７の後側被写界深度と部分的にオーバーラップしている。なお、カメラモジュール５８ａ〜５８ｃの個々の撮影範囲は第三カメラ５８全体の撮影範囲Ｓ３で一部重なり合うが、各々の撮影画像を一画面に合成するときにトリミング処理を行うことによって、第三カメラ用の適切なモニタ画面表示を行うことができる。
【００４６】
上記のように、第一カメラ５６の撮影範囲Ｓ１をカバーするように第二カメラ５７の画角θｂを決め、さらに第二カメラ５７の撮影範囲Ｓ２をカバーするように第三カメラ５８の画角θｃを決めておけば、特定の被写体がいずれかのカメラの撮影範囲内に入ってきたときには、常に少なくとも二台のカメラでその被写体を撮影することができ、ほとんどの場合三台のカメラでこれを撮影することができる。また、第一〜第三カメラの被写界深度を互いにオーバーラップさせているため、開口絞りが開放絞りとなるような暗い環境下でないかぎり、少なくとも二台のカメラでピントが良好な状態での撮影が可能となる。
【００４７】
さらに、一般に被写体の像倍率は「焦点距離／被写体距離」の関係にあるから、第一〜第三カメラ５６〜５８の焦点距離と、それぞれの撮影距離Ｌ１〜Ｌ３との間で上記関係が一定になるように設定しておけば、撮影距離Ｌ１で撮影範囲Ｓ１に入ってきた被写体を第一カメラ５６で撮影したときの被写体の画像サイズと、撮影距離Ｌ２で撮影範囲Ｓ２に入ってきた被写体を第二カメラ５７で撮影したときの被写体の画像サイズと、撮影距離Ｌ３で撮影範囲Ｓ３に入ってきた被写体を第三カメラ５８で撮影したときの被写体の画像サイズとはそれぞれ略等しくなり、監視対象となる被写体画像がモニタ画面上で簡単に識別することができるようになる。
【００４８】
このようにして第一〜第三カメラ５６〜５８の撮影画面内に監視対象となる動体画像を補足したときには、先の実施形態と同様にしてその位置座標に基づいて画角δの望遠カメラ５の撮影光軸５ａをその動体に指向させることができ、以後は望遠カメラ５による動体の追尾観察が可能となる。なお、図８及び図９で説明した実施形態の場合、第一〜第三カメラの撮影距離Ｌ１〜Ｌ３は有限の撮影距離として設定するのが効果的である。例えば、この監視カメラ装置を主要な交差点に設置し、その交差点に交わる一本の直線道路をその奥行き方向にわたって監視する目的で使用する場合には、第一〜第三カメラの焦点距離を例えば５０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍとし、それぞれの撮影距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を５０ｍ、１００ｍ、２００ｍに設定する。そして、監視対象となる車両を事前にモニタ画面内の色調などで指定すれば、交差点を経由して前記直線道路を遠ざかってゆく指定車両、あるいは直線道路から交差点に向かって進入してくる指定車両の様子を継続的に監視し、さらには望遠カメラによる追尾撮影によって、ドライバやナンバプレートの画像も取得することができるようになる。
【００４９】
また、被写体の画像サイズを適度な大きさで撮影するには、前述のように、三種類の定点撮影カメラとして用いられている第一カメラ５６、第二カメラ５７、第三カメラ５８の撮影距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３はそれぞれ段階的に有限の撮影距離として設定されることになるが、被写体が撮影距離Ｌ３よりもさらに遠くなるとその画像サイズが小さくなることは避けられない。こうした場合には、望遠カメラ５を効果的に用いて被写体の情報を得ればよいが、その機能をより高める上では望遠カメラ５にズーム機能をもたせ、モニタ画面上で被写体が適切な画像サイズで撮影できるようにしておくことが望ましい。
【００５０】
図１０に本発明を用いた監視カメラ装置を二基組み合わせた監視システムの一例を示す。第一監視カメラ装置６１及び第二監視カメラ装置６２は、図１に示す監視カメラ装置と同様の構成であり、それぞれ広角カメラ３と望遠カメラ５とを備えている。各々の広角カメラ３の撮影光軸３ａは指向方向が異なり、監視対象エリアが異なっている。第一監視カメラ装置６１と第二監視カメラ６２とはそれぞれ個別に作動し、望遠カメラ５の指向方向は対応する広角カメラ３からの指向情報によって決められ、以後は自動追尾しながら監視対象となる動体の画像を動画記録する。
【００５１】
図示の例では、広角カメラ３の画角θに対し、それぞれの撮影光軸３ａ相互間の角度が小さめに設定されているので双方の監視対象エリアが部分的にオーバーラップするが、このことは必ずしも必須ではない。第一監視カメラ装置６１と第二監視カメラ装置６２とは送・受信回路３４（図２）により無線で連係され、広角カメラ３及び望遠カメラ５からの画像信号に基づいて算出された指向情報及び追尾情報は互いに共有される。また、第一，第二監視カメラ装置６１，６２が設置された位置の緯度、経度及び高度や、広角カメラ３の撮影光軸３ａの方位角などの初期設定情報も互いに共有される。
【００５２】
上記監視カメラシステムによれば、第一監視カメラ装置６１と第二監視カメラ装置６２とを連係動作させることが可能となり、第一監視カメラ装置６１で自動追尾できなくなった場合でも、第二監視カメラ装置６２が第一監視カメラ装置６１から送信されてくる追尾情報をもとに監視対象となる動体の位置を予測することができ、引き続き第二監視カメラ装置６２で追尾を再開することが可能となる。さらに、第三，第四監視カメラ装置を設置してそれぞれ無線あるいは有線で連係させておけば、監視対象エリアをより広範囲にすることができる。もちろん、この監視カメラシステムを構成する監視カメラ装置としては、図５〜図９に実施形態として示した監視カメラ装置を用いることも可能である。
【００５３】
以上、図示した実施形態にしたがって本発明について説明してきたが、広角カメラあるいは望遠カメラは相対的に画角が異なるものであればよく、好ましくは１３５フイルムカメラ換算で広角カメラは画角が９０°以上、望遠カメラは画角が３０°以下のものを用いるのが実用的である。また、広角カメラに変倍機能（画角可変機能）をもたせ、一定時間ごとに画角を変えながら撮影を行うようにすることも可能である。さらに、一基あるいは複数の監視カメラ装置を地理的に離れた位置に設置したコントロール室からのコマンドで制御できるようにしておき、広角カメラの撮影光軸の指向方向や、望遠カメラを可動させる電動式架台の可動範囲をリモートコントロールで変更できるようにしてもよい。この場合、広角カメラや望遠カメラからの画像信号をコントロール室に送信し、コントロール室に設けたモニタで並行して監視することもできる。
【００５４】
なお、図１〜図７に記載した実施形態の場合、広角カメラ及び望遠カメラのそれぞれのレンズは無限遠にピントを合わせておけば支障なく撮影を行うことができるが、例えば一般のデジタルカメラで用いられているようなコントラスト検出型のオートフォーカス装置を併用すれば、近距離まで鮮明な画像を撮影することが可能となる。さらに、イメージセンサ８，９に赤外領域にも感度をもつものを利用し、日中は赤外光カットフィルタを通して撮影を行い、夜間には赤外光カットフィルタを外して撮影を行うようにすれば夜間でも継続して監視を行うことができる。また、本発明は沿岸地域や国境地帯を防備目的で監視すること以外に、例えば山岳地帯に設置して遭難者の早期発見などの目的にも効果的に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の監視カメラ装置を示す概略図である。
【図２】電気的構成の概略を示すブロック図である。
【図３】監視カメラ装置の基本的な処理を示すフローチャートである。
【図４】監視カメラ装置で得られる画像の一例を示す説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す概略図である。
【図６】本発明の別の実施形態を示す概略図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態を示す概略図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態を示す外観図である。
【図９】図８に示す実施形態における撮影態様を示す概念図である。
【図１０】本発明の監視カメラシステムの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
２  基台
３  広角カメラ
５  望遠カメラ
６  電動式架台
２１，２２  動体識別処理回路
２４  指向角度演算回路
２７  追尾情報演算回路
４０，４１  広角カメラ
４５，４６  望遠カメラ
４９  第一広角カメラ
５０  第二広角カメラ
５６  第一カメラ
５７  第二カメラ
５８  第三カメラ
６１  第一監視カメラ装置
６２  第二監視カメラ装置
【図１】
2007116666.tif 000003
【図２】
2007116666.tif 000004
【図３】
2007116666.tif 000005
【図４】
2007116666.tif 000006
【図５】
2007116666.tif 000007
【図６】
2007116666.tif 000008
【図７】
2007116666.tif 000009
【図８】
2007116666.tif 000010
【図９】
2007116666.tif 000011
【図１０】
2007116666.tif 000012