JP2000147643A - カメラ雲台およびパノラマ画像・全天周画像作成装置 - Google Patents

カメラ雲台およびパノラマ画像・全天周画像作成装置

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JP2000147643A
JP2000147643A JP10326506A JP32650698A JP2000147643A JP 2000147643 A JP2000147643 A JP 2000147643A JP 10326506 A JP10326506 A JP 10326506A JP 32650698 A JP32650698 A JP 32650698A JP 2000147643 A JP2000147643 A JP 2000147643A
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JP
Japan
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camera
principal point
zoom
focus
amount
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Withdrawn
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JP10326506A
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English (en)
Inventor
Yuiko Yamauchi
結子 山内
Masaki Hayashi
林  正樹
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Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
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  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
  • Accessories Of Cameras (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、パノラマ画像や全天周画像の作成時に
はカメラの主点の位置をカメラの水平および/または垂
直方向の回転中心に一致させることが容易でなく、その
解像度でしか撮影することができなかった。 【解決手段】 カメラの主点の位置がレンズのズーム、
フォーカス量によってカメラの撮影方向に前後するの
を、主点の位置および画角とズーム、フォーカス量の関
係を調べ、この関係を記憶したテーブルを事前に作成し
ておき、撮影時に常にズーム、フォーカス量を計測
(8)し、計測結果をテーブルに当てはめて求めたカメ
ラの主点の位置をカメラの水平および/または垂直方向
の回転中心に合わせる機構((6),(8),(9),
(10),(11),(12))を取り付けるように構
成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、雲台に載置したカ
メラを水平および/または垂直方向に向きを変えながら
撮影した画像をつなぎ合わせて、パノラマ画像や全天周
画像を作成するためのカメラ雲台およびパノラマ画像・
全天周画像作成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ズームレンズを装着したカメラに
より、パノラマ画像を作成するにはズーム固定のレンズ
を使用してカメラの主点の位置が雲台の回転軸に合うよ
うに固定して撮影している。そのため、作成したパノラ
マ画像の解像度はその固定のズーム率とカメラの解像度
によって固定されていた。
【0003】また、パノラマ画像の別の作成方法とし
て、複数台のカメラを円柱の中心から放射線状に向けて
固定して画像を撮影し、それら撮影したものをつなぎ合
わせて作成することもある。この場合は、全てのカメラ
の主点の位置を上記中心に合わせることが困難で、つな
ぎ合わせたパノラマ画像や全天周画像は継ぎ目の合わな
いものになる可能性が高い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記前者(ズーム固定
のレンズを使用するもの)のパノラマ画像作成用の撮影
装置では、ズーム率とカメラの主点の位置が固定されて
いるため、合成画像(つなぎ合わせた画像)の解像度も
カメラの解像度とズーム率によって決定され、様々な解
像度のパノラマ画像を作成することは困難である。ま
た、カメラの主点の位置をカメラの水平および/または
垂直方向の回転中心に固定しないと、画像のつなぎ合わ
せがうまくいかず、継ぎ目が見えてしまうという欠点が
あった。
【0005】また、後者(複数台のカメラを使用するも
の)の場合、上記のように作成されたパノラマ画像が継
ぎ目の合わない可能性が高いだけでなく、カメラを複数
台固定するので、ズーム率とカメラの解像度が自ずと決
定され、つなぎ合わせた合成画像の解像度も一意的に決
定されるという欠点があった。
【0006】本発明の目的は、継ぎ目の不自然さがな
く、しかも任意の解像度のパノラマ画像や全天周画像を
作成することのできるカメラ雲台およびパノラマ画像・
全天周画像作成装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明カメラ雲台は、撮影レンズのズーム量とフォ
ーカス量の各組み合わせに対応したカメラの主点の位置
および画角を記憶した記憶手段、前記撮影レンズのズー
ム量とフォーカス量を常時計測する手段、該計測する手
段により計測された前記ズーム量とフォーカス量を前記
記憶手段に記憶されている前記ズーム量およびフォーカ
ス量と照合して、前記計測されたズーム量とフォーカス
量の組み合わせに対応したカメラの主点の位置および画
角を求める手段、および該求める手段により求められた
カメラの主点の位置にカメラの水平および/または垂直
方向の回転中心を一致させる手段を少なくとも具えてな
ることを特徴とするものである。
【0008】また、本発明カメラ雲台は、前記常時計測
する手段、前記計測したズーム量およびフォーカス量の
組み合わせに対応したカメラの主点の位置および画角を
求める手段、および前記一致させる手段は、前記記憶手
段に記憶したカメラの主点の位置および画角を用いて、
それらの動作が自動化されていることを特徴とするもの
である。
【0009】また、本発明パノラマ画像・全天周画像作
成装置は、前記本発明によるカメラ雲台を使用して撮影
したカメラ画像をパノラマ画像または全天周画像に変換
して作成する装置である。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照し、発明の
実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。上記の
ように、本発明カメラ雲台は、その雲台を、ズーム、フ
ォーカス率によって移動するカメラの主点の位置および
画角を、ズーム、フォーカス量の各組み合わせごとにあ
らかじめ測定しておき、撮影時のズーム、フォーカス量
に応じて、常にカメラの主点の位置がカメラの水平およ
び/または垂直方向の回転中心になるようにカメラを光
軸方向に移動させる機構を取り付けた雲台にして、様々
な解像度で継ぎ目のないパノラマ画像や全天周画像を作
成することができるようにしたものである。
【0011】図1は、本発明カメラ雲台のリモコン雲台
側およびコントローラ側の全体構成を示している。図1
において、レンズ1は、水平、垂直回転軸の周りに回転
可能な状態に雲台2によって支持され、さらにパン、チ
ルト駆動用のモーター(符号3,4の斜線部分)で水
平、垂直それぞれの方向に回転させられるようになって
いる。また、レンズ1に取り付けられたカメラ5は、駆
動用のモーター(符号6の斜線部分)で光軸方向に移動
させられ、レンズ1との間の間隔を可変できるようにな
っている。
【0012】また、レンズ1には、ズーム、フォーカス
およびアイリスを駆動するそれぞれの駆動機構(符号7
の斜線部分)が取り付けられ、ズーム、フォーカスおよ
びアイリスをそれぞれ独立に可変できるようになってい
る。
【0013】上記のパン、チルト、カメラの光軸方向移
動、ズーム、フォーカスおよびアイリスのすべての可変
要素のそれぞれには、それら各可変要素の現在量を検出
するためのセンサー(まとめて符号8として示す)が取
り付けられ、それぞれコントローラ側にセンサー出力信
号aを送っている。以上は、リモコン雲台側の構成であ
る。
【0014】次に、コントローラ側においては、まず、
上記の各センサー(パン、チルト、カメラの光軸方向移
動、ズーム、フォーカスおよびアイリス)の出力信号a
(実際には、センサーごとに異なる量)はデータ収集器
9に集められた後、コンピュータ10に送られる。
【0015】コンピュータ10は、上記送られたセンサ
ー出力信号a、操作部(図示しない)からの指示信号、
および本発明により特に設けられたズーム・フォーカス
量対カメラの主点の位置および画角に関するROMの読
み出し情報によって、レンズ1、雲台2およびカメラ5
のすべての駆動要素を駆動するための駆動信号を演算
し、中でもパン、チルト、およびカメラの光軸方向移動
については、サーボ制御装置11を介して駆動増幅器1
2から、パン駆動信号b、チルト駆動信号c、カメラの
光軸方向移動用信号dを発生させて、リモコン雲台側の
それぞれの駆動モーター(符号3,4,6で示す斜線部
分)に供給している。
【0016】また、レンズ1のズーム、フォーカスおよ
びアイリスの各調整要素の駆動信号も、コンピュータ1
0によって演算され、ズーム、フォーカスおよびアイリ
ス制御装置13から、それぞれの要素を駆動するための
駆動信号eとしてレンズ1の各駆動機構(符号7の斜線
部分)に供給している。なお、カメラ5の出力で映像系
と記されている信号線は、この信号線を介して映像信号
が後の処理(例えば、つなぎ合わせなど)のためにコン
ピュータに蓄積されることを示している。
【0017】以下に、本発明カメラ雲台におけるカメラ
の主点の位置をカメラの水平および/または垂直方向の
回転中心に一致させるメカニズムについて説明する。カ
メラの主点の位置をカメラの水平および/または垂直方
向の回転中心に一致させるには、ズーム、フォーカスの
各検出データに対応したカメラの主点の位置と画角を求
めたテーブルをあらかじめ作成しておき、その作成した
テーブルに基づいてカメラを光軸方向に移動させて行
う。
【0018】このテーブルを作成するにあたっては、レ
ンズの種類によってテーブルが異なるので、レンズごと
に以下のように主点の位置と画角を求める必要がある。
一般に、レンズメーカーではズーム、フォーカス量によ
って、主点の位置t1 と画角比tan w/tan Wがそれぞ
れ図2と図3のように測定されている。図2において
は、主点の位置t1 はズーム、フォーカス量によって変
化するレンズの前玉から主点までの距離として表してい
る。
【0019】また、図3においては、画角比は、フォー
カス量が無限大のときの画角Wのタンジェントtan Wと
フォーカス量が無限大でないときの画角wのタンジェン
トtan wとの比tan w/tan Wとして表している。この
関係は、ズーム量z、フォーカス量sに関する三次スプ
ライン関数g(z,s)、h(z,s)を用いて tan (W/2)=H/z (H:撮像板幅/2) t1 =g(z,s) tan w/tan W=h(z,s) のように表わすことができる。
【0020】しかし、一般のレンズでは、レンズメーカ
ーが図2、図3のデータを公表していないため、実際に
レンズを装着したカメラで実測して求める必要がある。
すなわち、実測によりカメラの主点の位置t1 を求める
場合、図4に示すように、まず、十数点以上のズーム、
フォーカス量を取り出し、それらのそれぞれについて、
カメラをパンしたとき奥行き方向に重なった物体が見え
隠れしない光軸方向上でのカメラ位置(主点の位置
1 )を探すことによって求められる。
【0021】また、画角(水平画角)Wについては、図
5に示すように、それぞれのズーム、フォーカス量に対
して、カメラを画面の左端から右端までパンし、重なっ
た画像のマッチングを画角調整しながらとり、どれだけ
カメラの角度が動いたかを測定することによって求めら
れる。
【0022】以上のようにして、ズーム、フォーカス量
の各組み合わせに対応する主点の位置、画角のテーブル
がそれぞれ得られる。得られた主点の位置、画角のテー
ブルの例をそれぞれ図6、図7に示す。これらのテーブ
ルから3次スプライン補間することで主点の位置および
画角の三次元テーブルを作成し、ROM等(他の種類の
メモリでもよい)に記憶させたうえで、図1中のコンピ
ュータ10の演算に使用に供する。なお、以下の説明に
おいては、三次元テーブルを記憶したROMはコンピュ
ータ10に含まれるものとする。
【0023】再び、図1に戻り、上記三次元テーブルを
用い、カメラの主点の位置をカメラの水平および/また
は垂直方向の回転中心に一致させるための構成について
説明する。ズーム、フォーカスおよびアイリス制御装置
13からレンズ1のズーム、フォーカス量を制御するた
めの信号が出力され、ズーム、フォーカスおよびアイリ
スの駆動機構7においてそれぞれの要素が制御される
と、センサー8からデータ収集器9を介してコンピュー
タ10にズーム、フォーカス量が送られ、それら量に基
づいて自動的に三次元テーブルからカメラの主点の位置
が読み出され、主点の位置が回転中心に移動するよう
に、その読み出した主点の位置に相当する電気信号がサ
ーボ制御装置11、駆動増幅器12を経て出力信号dと
なって光軸方向移動用モーター6の回転を制御する。
【0024】実際に、パノラマ画像や全天周画像を作成
するに際しては、得ようとする合成画像の解像度に合わ
せて、カメラ1のズーム、フォーカス量を合わせること
により、自動的にその解像度で個々のカメラ画像を撮影
することができる。そのカメラ画像のつなぎ合わせによ
るパノラマ画像や全天周画像の作成は、周知の方法によ
ってパン、チルトおよび画角のデータから自動的に行う
ことができる。
【0025】すなわち、パン、チルトおよび画角のデー
タを利用して各カメラ画像からパノラマ画像につなぎ合
わせるためには、以下のような簡単な式から行なえる。
すなわち、パノラマ画像を円筒化した場合、その円筒の
2次元座標を(X1,Y1)とすると、3次元座標上で
円筒の中心(0,0,0)を原点Oとし、円筒の半径が
rであるとしたとき、円筒上の点Mの3次元座標は次式
で表わされ、
【数1】 また、カメラ画像は、パンP、チルトT、図7に示す画
角のテーブルから読みとった水平画角w、カメラ画像の
水平距離hより平面式で表わすと以下の通りとなる。
【数2】
【0026】また、円筒上の点Mと原点Oとを結ぶ直線
と、カメラ画像平面との交点をNとしたとき、N点のカ
メラ画像を円筒上のM点におけるパノラマ画像とするこ
とにより、カメラ画像からパノラマ画像に容易に変換す
ることができる。
【0027】なお、カメラ画像を全天周画像に変換する
場合は、上記円筒を球に置き換えればよい。
【0028】以上の説明においては、カメラ画像のレン
ズ系による歪みは何ら考慮していないが、歪み係数を別
途求めておき、これを用いて補正することにより継ぎ目
のない合成画像を容易に作成することができる。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、ズーム、フォーカス量
に応じてカメラの主点の位置を常にカメラの水平および
/または垂直方向の回転中心に一致させることができる
ため、パノラマ画像や全点周画像を任意の解像度で撮影
したいときにその解像度に応じたズーム、フォーカス量
にして、自動的に撮影することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明カメラ雲台のリモコン雲台側およびコン
トローラ側の全体構成を示している。
【図2】ズーム、フォーカス量によって、主点の位置が
どのように変化するかを示している。
【図3】ズーム、フォーカス量によって、画角比がどの
ように変化するかを示している。
【図4】主点の位置を実測により求める方法を示してい
る。
【図5】画角を実測により求める方法を示している。
【図6】主点の位置のテーブルの例を示している。
【図7】画角のテーブルの例を示している。
【符号の説明】
1 レンズ 2 雲台 3 パン駆動用のモーター 4 チルト駆動用のモーター 5 カメラ 6 カメラの光軸方向移動用のモーター 7 ズーム、フォーカスおよびアイリスの駆動機構 8 センサー(各種センサーをまとめて示す) 9 データ収集器 10 コンピュータ 11 サーボ制御装置 12 駆動増幅器 13 ズーム、フォーカスおよびアイリス制御装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 撮影レンズのズーム量とフォーカス量の
    各組み合わせに対応したカメラの主点の位置および画角
    を記憶した記憶手段、 前記撮影レンズのズーム量とフォーカス量を常時計測す
    る手段、 該計測する手段により計測された前記ズーム量とフォー
    カス量を前記記憶手段に記憶されている前記ズーム量お
    よびフォーカス量と照合して、前記計測されたズーム量
    とフォーカス量の組み合わせに対応したカメラの主点の
    位置および画角を求める手段、および該求める手段によ
    り求められたカメラの主点の位置にカメラの水平および
    /または垂直方向の回転中心を一致させる手段を少なく
    とも具えてなることを特徴とするカメラ雲台。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のカメラ雲台において、前
    記常時計測する手段、前記計測したズーム量およびフォ
    ーカス量の組み合わせに対応したカメラの主点の位置お
    よび画角を求める手段、および前記一致させる手段は、
    前記記憶手段に記憶したカメラの主点の位置および画角
    を用いて、それらの動作が自動化されていることを特徴
    とするカメラ雲台。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のカメラ雲台を使
    用して撮影したカメラ画像をパノラマ画像または全天周
    画像に変換して作成する装置。
JP10326506A 1998-11-17 1998-11-17 カメラ雲台およびパノラマ画像・全天周画像作成装置 Withdrawn JP2000147643A (ja)

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