JP2005150781A - カメラ制御装置およびカメラ制御方法およびカメラ制御方法記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 直感的なカメラ制御を実現するＷｅｂカメラシステムを構築する。
【解決手段】 通信手段と表示手段と入力手段と姿勢計測手段とを具備し、ネットワーク経由で遠隔地のカメラを制御して画像を取得表示する手段を持つ小型情報処理端末において、端末の姿勢とカメラのパン・チルト角度、もしくは、パン・チルト回転角度とを関連付けてカメラ姿勢を制御する姿勢制御手段を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は小型情報端末を用いてネットワーク経由で遠隔地にあるカメラを制御して画像を取得する技術に関する。

携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）からインターネットに接続することが一般的になっている。またインターネットを通じてカメラを制御しその映像を閲覧するＷｅｂカメラと呼ばれる技術が広く利用されている。

従来、ネットワーク経由で遠隔地のカメラを操作する技術としてはテレイグジスタンスに関する技術がある。通常のＷｅｂカメラではディスプレイ上のＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）をマウスカーソルなどで操作しカメラを制御するのに対し、テレイグジスタンスでは一例として姿勢計測可能なＨＭＤ（Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）を装着し、頭部の姿勢とカメラの姿勢とを連動させることによってカメラ制御を行う。東京大学舘研究室の一連の研究や、特開平５−２２８８５５はテレイグジスタンスの例である。

一方、小型情報端末の姿勢を端末の操作に用いる技術は（株）日立製作所のＷａｔｅｒｓｃａｐｅで実用化されている。またディスプレイ中に仮想物体を表示し、端末の姿勢が変化すると前記仮想物体が存在する仮想平面の傾きが連動して変化するとして、物理法則に基づいて前記仮想物体を制御する技術が、「川上ら、“オブジェクト指向型ディスプレイの研究”、情報処理学会ヒューマンインタフェース研究会報告、 Ｖｏｌ．７６、 Ｎｏ． １４、 ｐｐ． ７９−８３、 １９９８」や、任天堂（株）のゲームボーイカラー用ソフト「コロコロカービー」で使用されている。

従来のＷｅｂカメラを利用する場合、ディスプレイに表示されたボタンをクリックするなどの煩雑な操作が必要な上、ディスプレイの方向は固定されているためカメラの姿勢を直感的に理解することは困難であった。

これに対しテレイグジスタンスにおいては、ジャイロなどの姿勢計測センサを用いるため、利用者の視線方向とカメラの視線方向が一致し直感的なカメラ制御が可能であるが、垂直軸回りの回転角度を検出するために高価なジャイロセンサや磁気センサが必要であった。

また、Ｗａｔｅｒｓｃａｐｅやオブジェクト指向ディスプレイでは水平面に対する角度変位を操作に用いるため安価な姿勢計測センサで十分であるが、同様な操作方法をカメラ制御に応用した例はなかった。

本発明は小型の情報端末に姿勢センサを取り付け、基準平面もしくは水平面からの角度変位と遠隔地のカメラの姿勢や姿勢変化速度とを結びつけてカメラ制御を行うカメラ制御手段を提供し、前記問題を解決することを目的とする。

上述の問題を解決し目的を達成するために、本発明に係わるカメラ制御装置では、通信手段と表示手段と入力手段と姿勢計測手段とを具備し、ネットワーク経由で遠隔地のカメラを制御して画像を取得する手段を持つ小型情報処理端末において、前記端末の姿勢に基づいて、遠隔地のカメラの姿勢を制御する姿勢制御手段を設ける。

また本発明にかかわるカメラ制御装置では、前記端末のディスプレイ面の水平面に対する姿勢変位と、カメラの初期姿勢に対する姿勢変位とを関連付けて制御する姿勢制御手段を設ける。

また本発明にかかわるカメラ制御装置では、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢を指定する手段と、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢に対する姿勢変位とカメラの初期姿勢に対する姿勢変位とを関連付けて制御する姿勢制御手段を設ける。

また本発明にかかわるカメラ制御装置では、前記端末のディスプレイ面の水平面に対する姿勢変位と、カメラの初期姿勢に対する姿勢の変化速度とを関連付けて制御する姿勢制御手段を設ける。

また本発明にかかわるカメラ制御装置では、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢を指定する手段と、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢に対する姿勢変位と、カメラの初期姿勢に対する姿勢の変化速度とを関連付けて制御する姿勢制御手段を設ける。

また本発明にかかわるカメラ制御装置では、前記端末の姿勢を定期的に計測し、端末の姿勢が前回の計測時点と比較して一定量以上変化のあった場合にのみカメラ制御要求を発行する姿勢制御手段を設ける。

通信工程と表示工程と入力工程と姿勢計測工程とを具備し、ネットワーク経由で遠隔地のカメラを制御して画像を取得する工程を持つ小型情報処理端末であって、前記端末の姿勢に基づいて、遠隔地のカメラの姿勢を制御する姿勢制御工程を持つこと、を特徴とするカメラ制御方法を特徴とする。

前記姿勢制御工程とは、前記端末のディスプレイ面の水平面に対する姿勢変位と、カメラの初期姿勢に対する姿勢変位とを関連付けて制御すること、を特徴とする請求項１に記載のカメラ制御方法を特徴とする。

前記姿勢制御工程とは、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢を指定する工程と、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢に対する姿勢変位とカメラの初期姿勢に対する姿勢変位とを関連付けて制御すること、を特徴とする請求項１に記載のカメラ制御方法を特徴とする。

前記姿勢制御工程とは、前記端末のディスプレイ面の水平面に対する姿勢変位と、カメラの初期姿勢に対する姿勢の変化速度とを関連付けて制御すること、を特徴とする請求項１に記載のカメラ制御方法を特徴とする。

前記姿勢制御工程とは、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢を指定する工程と、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢に対する姿勢変位と、カメラの初期姿勢に対する姿勢の変化速度とを関連付けて制御すること、を特徴とする請求項１に記載のカメラ制御方法を特徴とする。

また本発明では、前記カメラ制御方式を実現するプログラムを記録した記録媒体を設ける。

以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、姿勢計測センサを持つ情報端末を用いて、遠隔地のカメラをネットワーク経由で操作し画像を取得・表示する際に、端末の姿勢とＷｅｂカメラのパン・チルト角度、もしくは、パン・チルト回転角度とを関連付けてカメラを制御することによって、直感的なカメラ制御を実現するＷｅｂカメラシステムを安価に構築できる。

（第１の実施形態）
本実施例では、遠隔地のカメラをネットワーク経由で操作する際に、姿勢計測センサを持つ情報端末を用いて、端末の姿勢を変化してカメラの姿勢を制御することによって、直感的なカメラ操作を行うＷｅｂカメラシステムを提供することを目的とする。

カメラ制御装置の説明に先立ちＷｅｂカメラに関して図４を用いて簡単に説明する。Ｗｅｂカメラシステムとは、インターネット経由でカメラを制御して映像を取得するものであって、カメラ４−１、カメラサーバ４−２、ネットワーク４−３、クライアント４−４からなる。カメラ４−１はコンピュータからパン・チルト・ズームなどの制御が可能である。カメラサーバ４−２は一種のコンピュータであり、カメラ４−１を制御する機能とネットワーク４−３との通信機能を持ち、クライアント４−４からの要求に応じてカメラ制御や画像取得を行いクライアントに返す。クライアント４−４はＰＣやＰＤＡなどのハードウェアとその上で動作するソフトウェアモジュールであり、ユーザーの操作に基づいてカメラ制御命令を送信し、取得した画像を表示する。Ｗｅｂカメラシステムでは複数のクライアント４−４が同時に一つのカメラサーバ４−２と通信することが可能である。キヤノン社のＷｅｂＶｉｅｗや特開平１０−４２２７９はこのようなＷｅｂカメラシステムの例である。

本実施例におけるカメラ制御装置はＷｅｂカメラシステムにおいて、クライアント４−４に相当する。カメラ制御装置のハードウェア構成例を図１のブロック図を用いて説明する。

図１においてカメラ制御装置は、ＣＰＵ１−１、ＲＡＭ１−２、ＲＯＭ１−３を具備する。またユーザーがボタンなどを用いて操作を行うために、入力デバイス制御回路１−４とボタンなどの入力デバイス１−５を持つ。また画像やＧＵＩを表示するためのディスプレイ制御回路１−６とディスプレイ１−７を持つ。また端末の姿勢を計測するための姿勢計測回路１−８と姿勢計測デバイス１−９を持つ。さらに外部ネットワーク１−１２と通信するための、通信回路１−１０とアンテナなどの通信デバイス１−１１を持つ。ＣＰＵ１−１、ＲＡＭ１−２、ＲＯＭ１−３、入力デバイス制御回路１−４、ディスプレイ制御回路１−６、姿勢計測回路１−８、通信回路１−１０は内部バスに接続する。

以上のようなハードゥエアは市販のＰＤＡや携帯電話とその周辺機器とを組み合わせることで容易に実現が可能である。姿勢計測回路と姿勢計測デバイスも例えばジャイロ内臓のコンパクトフラッシュ（登録商標）カードを用いればよい。またネットワーク１−１７はＴＣＰ／ＩＰプロトコルに基づくインターネットを想定しているが、デジタル信号を送受信可能で画像通信に十分な容量のある伝送路であれば、その実現方式は問わない。

つぎに図２を用いて本実施例におけるカメラ制御の原理を説明する。２−１は使用する情報端末の例であり、ディスプレイ２−２、ボタン２−３、アンテナ２−４などを持つ。情報端末２−１は単に説明のために用いるものであり、その形状にこだわるものではない。この情報端末のディスプレイ面の中心を原点として三次元直交座標系ＸＹＺを設ける。Ｘ軸はディスプレイと同一平面上でディスプレイの上方向を正方向とする。Ｙ軸はディスプレイと同一平面上でディスプレイの右方向を正方向とする。Ｚ軸はディスプレイの法線でディスプレイの表から裏に向う方向を正方向とする。また、姿勢変化を計測する際の基準となる三次元直交座標系Ｘ_０Ｙ_０Ｚ_０を別に定める。Ｘ_０Ｙ_０Ｚ_０の定め方は後述する。

カメラ制御を行う際には、まずディスプレイ面を水平に近い角度にして姿勢センサの角度情報を初期化する。姿勢センサは鉛直軸回りの回転に対しては誤差が累積するのが一般的であるので、できるだけ水平して初期を行う。その結果基準となる座標系Ｘ_０Ｙ_０Ｚ_０が決定される。

つぎにネットワークに接続し、所望のＷｅｂカメラに接続する。ネットワークやＷｅｂカメラへの接続方法や接続手順は本実施例とは関係ないので説明を省略する。Ｗｅｂカメラへに接続すると、カメラの映像を連続して取得してディスプレイに表示する。

つぎに情報端末の姿勢を変化して、カメラの姿勢、すなわちパン／チルト角度を制御する。具体的にはＹ_０軸とＹ軸とのなす角度θをパン値とし、Ｘ_０軸とＸ軸とのなす角度φをチルト値とする。そしてθとφの値をカメラサーバに対して送信してカメラ制御を終了する。ここで端末の基準角度からの変位θ、φとカメラのパン角度θｃとチルト角度φｃとの関係は以下のようになる。

θｃ＝ Ｋ_１θ、φｃ＝ Ｋ_２φ （Ｋ_１、Ｋ_２は係数）
次に本実施例におけるカメラ制御の処理手順を、情報端末上で動作するクライアントソフトウェアの処理手順である図３のフローチャートを用いて説明する。

開始後Ｓ３０１において初期化を行い、Ｓ３０２において姿勢計測センサの初期化を行う。つぎにＳ３０３においてイベントの発生を待つ。イベントが発生すると対応する処理をＳ３０４以下において行う。なおイベントのうちディスプレイに表示されたＧＵＩをユーザーが操作して発生するものがあるが、本実施例はＧＵＩに依存するものではないためＧＵＩの説明は省略する。

Ｓ３０４でカメラサーバへの接続要求であるかどうか判別する。これはユーザーがＧＵＩを操作してカメラ接続を要求したときに発生する。もしそうであるならばＹ分岐しＳ３０５においてカメラサーバ接続処理を行う。ここではインターネットに接続して、カメラサーバに対して映像信号を要求し、連続して映像の受信を開始する。カメラサーバと通信するためのプロところに関してはＨＴＴＰ上でＵＲＬエンコーディングを用いる方法などがあるが、本発明はプロトコルに依存するものではないので説明を省略する。処理終了後Ｓ３０３に戻って次のイベント発生を待つ。

次にＳ３０４においてカメラサーバ接続要求ではない場合Ｎ分岐し、Ｓ３０６に進んで姿勢計測を行い、もし姿勢が前回の計測と比較して一定以上変化した場合にはＹ分岐し、Ｓ３０７に進んで、もしカメラサーバとの接続が確立されている場合には、前述した原理に従ってパン・チルト制御要求をカメラサーバに対して送信する。処理終了後Ｓ３０３に戻って次のイベント発生を待つ。

Ｓ３０６において傾き検出イベントでない場合にはＮ分岐しＳ３０８に進んでその他のカメラ制御イベントかどうか判別する。これは例えばズームボタンのクリックや撮影ボタンのクリックなどである。もしそうである場合にはＹ分岐しＳ３０９に進み、もしカメラサーバとの接続が確立されている場合には、対応するカメラ制御要求をカメラサーバに対して送信する。処理終了後Ｓ３０３に戻って次のイベント発生を待つ。

Ｓ３０８においてその他のカメラ制御イベントではない場合にはＮ分岐し、Ｓ３１０においてカメラ制御終了イベントかどうか判別する。これはＧＵＩ上でカメラ切断ボタンを押したときなどに発生する。もしそうである場合にはＳ３１１に進んでカメラ切断処理を行い、カメラサーバからの映像信号の受信を停止する。処理終了後Ｓ３０３に戻って次のイベント発生を待つ。

Ｓ３１０においてカメラ制御終了処理でない場合にはＮ分岐し、Ｓ３１２に進んでその他のイベント処理を行い、処理終了後Ｓ３０３に戻って次のイベント発生を待つ。

以上の説明からも明らかなように、本実施例によれば、姿勢計測センサを持つ情報端末を用いて、遠隔地のカメラをネットワーク経由で操作し画像を取得・表示する際に、端末の姿勢を変化してカメラの姿勢を制御することによって、あたかも直接カメラに触れて制御しているかのような、直感的なカメラ制御を実現するＷｅｂカメラシステムを安価に構築できる。

（第２の実施形態）
本発明にかかわる別の実施形態として、第１の実施例におけるカメラ制御端末およびカメラ制御方式において、端末の姿勢の変化をカメラのパン・チルトの角速度に関連付ける方式をとることも可能である。

すなわち端末の基準角度からの変位θ、φとカメラのパン角度θｃとチルト角度φｃとの関係を以下のようにする。

ｄθｃ／ｄｔ ＝ Ｋ_３θ、ｄφｃ／ｄｔ ＝ Ｋ_４φ （Ｋ_３、Ｋ_４は係数）
このように定義することによって、傾きが大きいほど傾き方向への角度変化速度が大きくなる。そして初期化時の姿勢に戻すとカメラの姿勢変化が停止する。

本実施例のカメラ制御端末におけるソフトウェアの処理手順は第１の実施例と同じであり、第１の実施例において図３のＳ３０７のパン・チルト制御要求が、角度の絶対指定ではなく、角速度の指定に変わるのみであるため、その他の部分の説明は省略する。

情報端末のディスプレイは傾けた場合、ユーザーにとっては斜めから見ることになるが、本実施例によればクライアント側の情報端末を必要以上に傾けなくとも、Ｗｅｂカメラのパン・チルト可動範囲の限界付近まで制御することが可能である。

（第３の実施形態）
本発明にかかわる別の実施形態として、第１および第２の実施例におけるカメラ制御端末およびカメラ制御方式において、鉛直方向を検出できる姿勢センサを用いることによってユーザーの負担を軽減することが可能である。

鉛直方向を検出できる姿勢センサとは、例えば水準器などを用いて重力の方向を計測し鉛直軸を検出する姿勢センサである。このようなセンサを用いた場合、第１および第２の実施例において、基準座標軸Ｚ_０の初期化は不要となる。また、基準座標軸Ｘ_０、Ｙ_０の初期化に関しても、カメラ接続時にこれを行えばよい。このようにすれば、図３のＳ３０２において、ユーザーが明示的に初期化を行う必要がなくなるため、ユーザーの負担が軽減する。

ハードウェア構成を示すブロック図。 クライアント端末の姿勢計測原理図。 クライアント端末におけるカメラ制御ソフトウェアの処理手順。 Ｗｅｂカメラシステムの概要説明図。

Claims (13)

1. 通信手段と表示手段と入力手段と姿勢計測手段とを具備し、ネットワーク経由で遠隔地のカメラを制御して画像を取得する手段を持つ小型情報処理端末であって、前記端末の姿勢に基づいて、遠隔地のカメラの姿勢を制御する姿勢制御手段を持つこと、を特徴とするカメラ制御装置。
2. 前記姿勢制御手段とは、前記端末のディスプレイ面の水平面に対する姿勢変位と、カメラの初期姿勢に対する姿勢変位とを関連付けて制御すること、を特徴とする請求項１に記載のカメラ制御装置。
3. 前記姿勢制御手段とは、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢を指定する手段と、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢に対する姿勢変位とカメラの初期姿勢に対する姿勢変位とを関連付けて制御すること、を特徴とする請求項１に記載のカメラ制御装置。
4. 前記姿勢制御手段とは、前記端末のディスプレイ面の水平面に対する姿勢変位と、カメラの初期姿勢に対する姿勢の変化速度とを関連付けて制御すること、を特徴とする請求項１に記載のカメラ制御装置。
5. 前記姿勢制御手段とは、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢を指定する手段と、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢に対する姿勢変位と、カメラの初期姿勢に対する姿勢の変化速度とを関連付けて制御すること、を特徴とする請求項１に記載のカメラ制御装置。
6. 前記姿勢制御手段とは、前記端末の姿勢を定期的に計測し、端末の姿勢が前回の計測時点と比較して一定量以上変化のあった場合にのみカメラ制御要求を発行すること、を特徴とする請求項２から５に記載のカメラ制御装置。
7. 通信工程と表示工程と入力工程と姿勢計測工程とを具備し、ネットワーク経由で遠隔地のカメラを制御して画像を取得する工程を持つ小型情報処理端末であって、前記端末の姿勢に基づいて、遠隔地のカメラの姿勢を制御する姿勢制御工程を持つこと、を特徴とするカメラ制御方法。
8. 前記姿勢制御工程とは、前記端末のディスプレイ面の水平面に対する姿勢変位と、カメラの初期姿勢に対する姿勢変位とを関連付けて制御すること、を特徴とする請求項１に記載のカメラ制御方法。
9. 前記姿勢制御工程とは、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢を指定する工程と、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢に対する姿勢変位とカメラの初期姿勢に対する姿勢変位とを関連付けて制御すること、を特徴とする請求項１に記載のカメラ制御方法。
10. 前記姿勢制御工程とは、前記端末のディスプレイ面の水平面に対する姿勢変位と、カメラの初期姿勢に対する姿勢の変化速度とを関連付けて制御すること、を特徴とする請求項１に記載のカメラ制御方法。
11. 前記姿勢制御工程とは、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢を指定する工程と、前記端末のディスプレイ面の初期姿勢に対する姿勢変位と、カメラの初期姿勢に対する姿勢の変化速度とを関連付けて制御すること、を特徴とする請求項１に記載のカメラ制御方法。
12. 前記姿勢制御工程とは、前記端末の姿勢を定期的に計測し、端末の姿勢が前回の計測時点と比較して一定量以上変化のあった場合にのみカメラ制御要求を発行すること、を特徴とする請求項２から５に記載のカメラ制御方法。
13. 請求項７から１２に記載のカメラ制御方法を実現するプログラムを記録したプログラム記録媒体。
    

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