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JP4914171B2 - 撮像装置の制御方法及びカメラシステム - Google Patents

撮像装置の制御方法及びカメラシステム Download PDF

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Description

本発明は、撮像装置と制御装置がカメラシステムに含まれ、パノラマ画像を生成する撮像装置の制御方法及びカメラシステムに関する。
近年、ネットワークカメラシステムが普及してきている。例えば、玄関や門扉などに監視目的としてカメラを設置するセキュリティカメラシステムがある。また、観光名所などにカメラを設置し、遠隔地にいるユーザにインターネットを介してリアルタイムに映像を配信するウェブカメラシステムがある。
一般的に、このようなネットワークカメラのレンズには、広い可視範囲を得るために、広角レンズや超広角レンズが用いられることが多い。
一方、ネットワークカメラには、カメラの可視範囲をすべて撮影し、複数の画像を繋ぎ合わせて一枚のパノラマ画像を生成するパノラマ撮影モードを有するものが提案されている。これにより、ネットワークカメラの管理者は、カメラのパン・チルトによる可視範囲を容易に把握することが可能である。パノラマ撮影モードについては、例えば、特許文献1において提案されている。
特開平11−8845号公報
しかしながら、上記において述べたような広角レンズを有するネットワークカメラがパノラマ撮影を行う際、撮影される画像において、樽型歪みや糸巻き歪みなど、広角レンズ特有の歪みが生じ、従来の技術では、複数枚の画像の繋ぎ目がうまく合わない、という問題がある。
本発明の目的は、ズーム制御可能なレンズを有する撮像装置含むカメラシステムを使用する場合でも、複数枚の画像の繋ぎ目が合致するパノラマ画像を生成することができる撮像装置の制御方法及びカメラシステムを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置の制御方法は、パンとチルトが可能な雲台及びズーム制御可能なレンズを有する撮像装置の制御方法であって、パノラマ画像生成モード時において、前記レンズのディストーションが緩和される倍率にズーム制御する制御ステップと、前記制御ステップによりズーム制御された倍率において前記撮像装置が撮影した複数枚の画像を繋ぎ合わせることによりパノラマ画像を生成する生成ステップと、を備え、前記制御ステップは、前記パノラマ画像における中心位置の画像に対応するパン及びチルト位置で最も前記ディストーションが緩和される倍率で前記ズームを制御し、パン及びチルト位置が前記中心位置から周辺にいくほど緩和の度合いが低くなる倍率でズーム制御することを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明のカメラシステムは、パンとチルトが可能な雲台及びズーム制御可能なレンズを有する撮像装置と前記撮像装置を制御する制御装置を含むカメラシステムであって、前記制御装置は、パノラマ画像生成モード時において、前記レンズのディストーションが緩和される倍率にズーム制御する制御手段と、前記制御手段によりズーム制御された倍率において前記撮像装置が撮影した複数枚の画像を繋ぎ合わせることによりパノラマ画像を生成する生成手段と、を備え、前記制御手段は、前記パノラマ画像における中心位置の画像に対応するパン及びチルト位置で最も前記ディストーションが緩和される倍率で前記ズームを制御し、パン及びチルト位置が前記中心位置から周辺にいくほど緩和の度合いが低くなる倍率でズーム制御することを特徴とする。
このような構成により、ズーム制御可能なレンズを有する撮像装置含むカメラシステムを使用する場合でも、複数枚の画像の繋ぎ目が合致するパノラマ画像を生成する撮像装置の制御方法及びカメラシステムを提供できる
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係るネットワークカメラシステムを概念図である。
図1において、本ネットワークカメラシステムは、ネットワークカメラ101とPC103が、ネットワーク102によって接続されることで構成されている。
図2は、図1におけるネットワークカメラの内部構成を示すブロック図である。
図2において、ネットワークカメラ101は、撮像部201、撮像部201の雲台のパン・チルト角度を制御する可動雲台202、ネットワークカメラ101と可動雲台202のパン・チルト角度を制御するカメラ・雲台制御部203を備える。
また、ネットワークカメラ101は、撮像部201からの映像(動画及び静止画)を取り込む映像入力部204、取り込んだ映像データを圧縮する映像圧縮部205、圧縮した映像データをネットワーク102上に配送する通信制御部206を備える。
また、ネットワークカメラ101は、ネットワーク102経由でのPC103からのコマンドを解釈し、ネットワークカメラ101の各部を制御するコマンド解釈部207、各部のデータ受け渡しに用いる記憶部208を備える。
なお、映像圧縮部205は、撮像部201からのNTSC映像信号を取り込み、A/D変換後、MoTionJPEGで圧縮して、通信制御部206に渡し、ネットワーク102に送出する。ここでは映像の圧縮方式として、MoTionJPEG圧縮としたが、本発明は、この圧縮方式に限定されるものではない。
ネットワークカメラ101は、PC103からの要求に基づき可動雲台202を制御しつつ撮像部201からの映像を取り込む。また、ネットワークカメラ101は、撮像部201からの映像や画像を、要求のあったPC103に配送すると共に、PC103からのカメラ制御コマンドを受け付け、可動雲台202の制御を行う。
PC103は、配送された画像を繋ぎ合わせて、パノラマ画像を生成し、映像表示部304(後述する図3に示す)において表示する。なお、ネットワークカメラ101、PC103は共に、ネットワーク102に接続される数に特に制限は無いが、本実施の形態では、説明の簡略化のため各々1台ずつと仮定する。
ネットワーク102に関しても、カメラ制御信号、圧縮した映像信号を通すのに十分な帯域があるインターネットやイントラネット等のディジタルネットワークであればどのようなものでもよい。
なお、ここでは、ネットワークプロトコルとして、TCP/IP(UDP/IP)プロトコルを仮定し、以下、アドレスといった場合にはIPアドレスを指すこととする。また、ネットワークカメラ101、PC103には、共にIPアドレスが割り当てられているものとする。
図3は、図1におけるPCの内部構成を示すブロック図である。
図3において、PC103は、通信制御部301、映像伸長部302、パノラマ生成部303、映像表示部304、表示制御部305、コマンド発生部306を備える。
PC103は、ネットワークカメラ101に対してカメラ制御コマンドをコマンド発生部306にて生成し、通信制御部301を通じて送信する。また、ネットワークカメラ101から配送されてきた圧縮映像データを、通信制御部301を通じて受信し、映像伸長部302で伸長し、映像表示部304で表示する。
また、パノラマ画像生成モード時は、パノラマ生成部303が、複数のデータを繋ぎ合わせ、パノラマ画像を生成する。生成したパノラマ画像は、映像表示部304で表示され、ユーザーインターフェース(GUI)操作によりカメラ制御や画像蓄積保存操作、等ができるようになっている。これらの画面表示・操作の制御は表示制御部305で行っているものとする。
図4は、図1のネットワークカメラシステムによって実行される第1の実施の形態に係るパノラマ画像生成処理の手順を示すフローチャートである。
以下、本実施の形態の動作を図4のフローチャートを用いて説明する。なお、パケットとしては、図5のような形式のものが生成され、ネットワーク102に送信されることになる。ここで、厳密には、TCP/IPやUDP/IP等のパケットで用いられているフォーマットを使用することになるが、図5では本実施の形態の説明に必要なパケット情報のみ記述することにする。
図4において、S401では、ユーザがGUI上のパノラマ撮影ボタン等(図示せず)を押下することにより、表示制御部305によって、パノラマ撮影モードに遷移したことを認識する。
S402において、PC103から、パン値、チルト値の初期化要求が行われ、ネットワークカメラ1がホームポジションに移動する。このとき、コマンド発生部306にて、図5の(2)パン角度変更要求パケットにてθ=0としたパケット、及び図5の(3)チルト角度変更要求パケットにてφ=0とした要求パケットが生成される。このパケットは、通信制御部301を介して、ネットワークカメラ101に送信される。
ネットワークカメラ101は、通信制御部206を介してこの要求パケットを受信し、コマンド解釈部207にて要求内容を解釈し、カメラ・雲台制御部203において、可動雲台202のパン値、及びチルト値を変更する。
また、コマンド発生部306は、ズームパケットも生成し、同様にネットワークカメラ101に送信し、ネットワークカメラ101の広角レンズをワイド端に移動させる。このとき、図5の(1)ズーム要求パケットにてズーム倍率をx=1とした要求パケットが送信される。
次に、S403において、PC103は、ズーム要求パケットをネットワークカメラ101に送信し、広角レンズをディストーションが緩和される位置まで移動する。このとき、図5の(1)ズーム要求パケットにてx=xdとした要求パケットが送信される。ここでxdとは、広角レンズのディストーションが最も緩和される広角レンズのズーム倍率を示す。
図6に、ディストーションが緩和される様子を示す。図6(a)が、レンズがワイド端にある場合(x=1)であり、映像は樽型に歪んでいる。これに対し、図6(b)は、ディストーションが緩和される位置までズーム処理を施した場合の映像である。
次にS404、S405、S406において、PC103は、パン角度変更要求、チルト角度変更要求を発行して、パン・チルト角度を制御しながら、図5(4)に示す静止画撮影取得要求パケットを送信し、撮影された静止画を取得する。
このステップを、図7を使用して説明する。図7では、パノラマ画像が縦4枚、横6枚、合計24枚によって構成されるものとしている。ネットワークカメラ101が、PC103による、最初のパン角度変更要求、チルト角度変更要求を受信してパン・チルト角を変更し、引き続き静止画撮影取得要求パケットを受信して撮影する画像を図7の左上のImg(P1、T1)で示される画像とする。
即ち、このときのパン角度変更要求では、θは可動雲台202の取り得る負の最大角となり、チルト角度変更要求では、φは可動雲台202の取り得る正の最大角となる。その後、パン値のみを正方向に変更してImg(P2、T1)を撮影し、異常の動作を繰り返し、Img(P6、T1)まで撮影が終わったら、今度はチルト値のみを負方向に変更してImg(P6、T2)を撮影する。以降はmパン値のみを負方向に変更してImg(P5、T2)を撮影する。
S406、S407、S408では、以上のシーケンスを繰り返しながら、最終的にImg(P1、T4)まで撮影を行う。続いて、S407において、PC103は、すべての静止画を取得し、パノラマ生成部303において、すべての静止画を繋ぎ合わせ、パノラマ画像を生成する。
なお、ここで生成するパノラマ画像は、パン・チルト角度にリニアな座標系を持つものとする。即ち、パノラマ画像上の各座標は、パン・チルト角度と比例関係にある。この処理を数式として記述すると次のようになる。
ネットワークカメラ101をパン・チルトすることで、撮影可能な全範囲をカバーするよう、複数領域に分割する。この際、それぞれが丁度カメラ画角範囲の大きさになるように領域を分割する。各分割領域は多少重なっていてもかまわない。分割数をパン方向n、チルト方向mとし、各領域から得られる画像を、その時のパン・チルト角度で表すことにすると、各画像は、
Img(P1,T1),Img(P2,T1),・・・,Img(Pn,T1)
Img(P1,T2),Img(P2,T2),・・・,Img(Pn,T2)
・・・
Img(P1,Tm),Img(P2,Tm),・・・,Img(Pn,Tm)
と表すことができる。図7では、n=6,m=4としている。さて、こうして得られた画像からパノラマ画像を生成する方法は、地図の投影法における心射図法を用いる(図8参照)。
即ち、心射図法における視点(Qとする)を、パン・チルト中心Q(0,0,0)に置き、あるパン・チルト角度(ρ,τ)で得られた画像平面上の座標をP1(x,y)とする。視点Qを中心とする半径R上の球面上に接するようにこの画像を置いたときに、P1(x,y)と視点Qを結ぶ直線が球面と交わる点の座標を以下のように極座標表示する。
(Rsinθcosφ,Rcosθcosφ,Rsinφ)
すると、心射図法においては、mを定数として一般に次の式が成り立つ。
x=m・Rcosφsin(θ−ρ)/{sinφsinτ+cosφcosτcos(θ−ρ)}
(式1.1)
y=m・R(sinφcosτ−cosφsinτcos(θ−ρ)}/{sinφsinτ+cosφcosτcos(θ−ρ)} (式1.2)
なお、パン・チルト角度(ρ,τ)のときにこの画像平面と球の交わる画像平面上の座標を原点(0,0)とする。ここで、パン・チルトして得られる全撮影範囲を角度で表したものを、パン方向θmin〜θmax、チルト方向φmin〜φmaxとする。
この角度は、もちろんカメラのパン・チルト可動範囲ではなく、パン・チルト可動範囲にカメラの画角を加えたものである。即ち、パン・チルト限界をそれぞれ、Pmin,Pmax,Tmin,Tmaxとして、カメラの画角を水平、垂直それぞれAh,Avとすると、
θmin=Pmin−Ah/2
θmax=Pmax+Ah/2
φmin=Pmin−Av/2
φmax=Pmax+Av/2
となる。合成したいパノラマ画像の画素数を横H画素、縦V画素とすると、1画素に相当する画角は、パン方向、チルト方向それぞれ
Δθ=(θmax−θmin)/H (式2.1)
Δφ=(φmax−φmin)/V (式2.2)
となる。即ちパノラマ画像上の画素(i,j)は、パン・チルト角度(θ,φ)で表すと、
(θ,φ)=(θmin+Δθ×i,φmin+Δφ×j)
但し、
i=0,1,2,・・・,H−1
j=0,1,2,・・・,V−1
で表すことができる。従って、この(θ,φ)と、ある画像Img(Pa,Tb)を得る際のパン・チルト角度、
(ρ,τ)=(Pa,Tb)
但し、a=1,2,・・・,n, b=1,2,・・・,mから、式(1.1),(1.2),(2.1),(2.2)を用いて、画像Img(Pa,Tb)上の座標(x,y)が、パノラマ画像上のどの座標に対応するかを求める。即ちパノラマ画像上の座標をXP,YPとすると、この変換をFとすれば、元の画像の座標は、パノラマ画像上の座標
(XP,YP)=F(x,y,Pa,Tb) 式(3)
にマッピングされることになる。従って、パノラマ画像上の座標(XP,YP)の画素値は元の画像Img(Pa,Tb)の画素値で置き換えることができる。これを全パノラマ画像上の画素(i,j)について求めれば、パン・チルト角度にリニアな座標系を持つパノラマ画像が得られる。以上のようにして、歪みの無い画像を複数枚繋ぎ合わせることにより、パノラマ画像が得られる。
続いてS408において、パノラマ画像の端の画像の補完を行う。これが必要な理由は、S407までのフローによって得られたパノラマ画像は、S402においてズーム制御を行っているため、ネットワークカメラ101の本来の可視範囲をカバーしたものではないからである。
パノラマ画像の端の画像の補完の理由を図9に従ってさらに説明する。
図9において、図4のS405において取得した静止画901、静止画901を撮影した場合と同じパン角度、チルト角度において、広角レンズをワイド端に位置させて撮影した静止画902が示される。即ち、斜線領域において、左側と上側にはみ出した領域は、上記パノラマ撮影フローでは撮影されない。
そこで、S408において、端の画像の補完を行う。本実施の形態では、補完の方法として、撮影したパノラマ画像の端の画像をコピーして補完する方法を取る。
図10に、パノラマ画像の左右両端の画像をコピーする方法を示す。また、図11に、パノラマ画像の上下両端の画像をコピーする方法を示す。また、図12に、パノラマ画像の四隅の画像をコピーする方法を示す。
本実施の形態では、画像補完の方法として、撮影したパノラマ画像の端の画像をコピーしたが、この限りではない。以上のようなフローに従ってパノラマ撮影を行うことにより、広角レンズを持つネットワークカメラ101とPC103からなるシステムにおいても、歪みの少ない複数枚の静止画を用いることが可能であり、繋ぎ目が滑らかなパノラマ画像を得ることができる。
第1の実施の形態では、図7に示すように、すべての画像を同じズーム倍率で撮影しパノラマ画像を生成し、図4のS408に示すように、撮影できない領域については、画像処理を施すことによって補完した。
しかしながら、広角レンズによっては少しの量だけレンズ位置を移動させても、あまり歪みがなくならないものもある。その場合、歪みを解消するために極端にズームしてしまうと、図9に示す斜線の領域が大きくなってしまう場合がある。
第2の実施の形態では、そのような歪みが大きい広角レンズにおいても、パン・チルト角度の値によってズーム倍率を変化させながら、パノラマ画像を撮影する。それにより、図4のS408で述べた補完処理を必要とすることなく、繋ぎ目のきれいなパノラマ画像を生成する。
図13は、図1のネットワークカメラシステムによって実行される第2の実施の形態に係るパノラマ画像生成処理の手順を示すフローチャートである。
第2の実施の形態では、3段階のズーム倍率を3段階に変化させてパノラマ撮影を行う。図14に、撮影される静止画及び生成されるパノラマ画像を示す。
図13において、S1301及びS1302は、図4におけるS401及びS402と同じ処理であるので説明を省略する。S1303において、1回目のズーム要求がネットワークカメラ101に送信される。このときのズーム要求は、レンズがワイド端に位置するように要求する。
続いて、S1304、S1305、S1306において、図14に示す、Img(P1n,T1m)但しn=1,2,・・・,6、m=1,2,・・・,4を順次撮影する。即ち、中心部分のImg(P13,T12)、Img(P14,T12)、Img(P13,T13)、Img(P14,T13)を除く計20枚の画像を撮影する。
続いて、再びS1303において、2回目のズーム要求がネットワークカメラ101に送信される。このときのズーム要求は、画角が、現状の2/3になるように要求する。続いてS1304、S1305、S1306において、図14に示すImg(P2n,T2m)但しn=1,2,3、m=1,2,3を順次撮影する。即ち、中心部分のImg(P22,T22)を除く計8枚の画像を撮影する。
続いて、再びS1303において、最後のズーム要求がネットワークカメラ101に送信される。このときのズーム要求は、画角が、現状の2/3になるように要求する。続いてS1304、S1305、S1306において、図14に示すImg(P3n,T3m)但しn=1,2、m=1,2を順次撮影し、計4枚の画像を撮影する。
以上で全画像の撮影を終了し(S1307)、S1308において、得られた計32枚の静止画を用いて、上記の心射図法に従ってパノラマ画像を生成して、本処理を終了する。
本実施の形態では、端の画像の撮影の際は、ズームをワイド端に位置させて撮影しているため、第1の実施の形態にて述べたような画像補完をする必要が無い。また、本実施の形態では、パン・チルト位置によってズーム倍率を大きくして撮影を行うことにより、パノラマ画像の中心部分を滑らかに繋ぎ合わせることが可能である。
本発明の実施の形態に係るネットワークカメラシステムを概念図である。 図1におけるネットワークカメラの内部構成を示すブロック図である。 図1におけるPCの内部構成を示すブロック図である。 図1のネットワークカメラシステムによって実行される第1の実施の形態に係るパノラマ画像生成処理の手順を示すフローチャートである。 図1におけるPCからの要求パケットを示す図である。 図1におけるネットワークカメラによる歪み補正の様子を示す図である。 図4のフローチャートによるパノラマ画像を示す図である。 極座標を示す図である。 図4のフローチャートによるネットワークカメラの撮影不可能範囲を示す図である。 図4のフローチャートによる左右端の画像補完を示す図である。 図4のフローチャートによる上下端の画像補完を示す図である。 図4のフローチャートによる四隅の画像補完を示す図である。 図1のネットワークカメラシステムによって実行される第2の実施の形態に係るパノラマ画像生成処理の手順を示すフローチャートである。 図13のフローチャートによるパノラマ画像を示す図である。
符号の説明
101 ネットワークカメラ(撮像装置)
102 ネットワーク
103 PC(制御装置)
301 通信制御部
302 映像伸長部
303 パノラマ生成部(パノラマ生成手段)
304 映像表示部
305 表示制御部
306 コマンド発生部(遠隔ズーム手段)

Claims (2)

  1. パンとチルトが可能な雲台及びズーム制御可能なレンズを有する撮像装置の制御方法であって、パノラマ画像生成モード時において、前記レンズのディストーションが緩和される倍率にズーム制御する制御ステップと、
    前記制御ステップによりズーム制御された倍率において前記撮像装置が撮影した複数枚の画像を繋ぎ合わせることによりパノラマ画像を生成する生成ステップと、を備え、
    前記制御ステップは、前記パノラマ画像における中心位置の画像に対応するパン及びチルト位置で最も前記ディストーションが緩和される倍率で前記ズームを制御し、パン及びチルト位置が前記中心位置から周辺にいくほど緩和の度合いが低くなる倍率でズーム制御することを特徴とする撮像装置の制御方法。
  2. パンとチルトが可能な雲台及びズーム制御可能なレンズを有する撮像装置と前記撮像装置を制御する制御装置を含むカメラシステムであって、
    前記制御装置は、
    パノラマ画像生成モード時において、前記レンズのディストーションが緩和される倍率にズーム制御する制御手段と、
    前記制御手段によりズーム制御された倍率において前記撮像装置が撮影した複数枚の画像を繋ぎ合わせることによりパノラマ画像を生成する生成手段と、を備え、
    前記制御手段は、前記パノラマ画像における中心位置の画像に対応するパン及びチルト位置で最も前記ディストーションが緩和される倍率で前記ズームを制御し、パン及びチルト位置が前記中心位置から周辺にいくほど緩和の度合いが低くなる倍率でズーム制御することを特徴とするカメラシステム。
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