摄像设备及其控制方法、以及摄像控制设备的制作方法

专利名称：摄像设备及其控制方法、以及摄像控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过驱动平转/俯仰云台(pan/tilt head)来 沿特定方向进行摄像的摄像设备，以及平转/俯仰云台控制方法。
背景技术：
已经做出了为了防止犯罪并确保安全、通过经由网络和专 用线的远程控制来监视图像并控制照相机的监视照相机系统。 这种系统远程控制照相机以不仅控制照相机的自动聚焦(A F)、 变焦、曝光、白平衡、分辨率和摄像帧频，并且还控制由平转/ 俯仰云台支持的照相机的拍摄方向。实时有人图4象监牙见系统(real-time manned image monitoring system)是这种监视照相机系统的应用的例子。在这种情况下， 在实时观察在如个人计算机(PC)监视器或电视(TV)监视器等监 视器上显示的图〗象时，观察者可以从远程地点沿俯仰方向和平 转方向来自由控制平转/俯仰云台。因此，可以获得期望的拍摄 角度和期望角度.的视野。观察者可以通过预先登记分別与 一 组 预定拍摄方向和预定角度的视野相对应的多个预置位置、并通 过迅速地切换对象的场景来监视对象。实时无人图像监视系统是这种监视照相机系统的应用的又 一个例子。在这种情况下，系统利用照相机自动拍摄静止图像 和运动图像。然后，系统将拍摄的图像传输至远程地点并将拍 摄的图像记录在放置在该远程地点处的磁带录像机(video tape recorder)或硬盘记录器中。在切换场景时，系统可以以预置特 定时间或规则时间间隔、通过将如拍摄方向等拍摄条件改变成对应于预置位置的预置条件来记录拍摄的图像。在反复移动平转/俯仰云台的情况下，需要提高停止平转/俯仰云台的精度。日本特开2003-985767>开了如下^聂像设备， 该摄像设备将预置位置以及分别对应于该预置位置的图像 一 起 进行登记，并且该摄像设备将在每个预置位置处停止平转/俯仰 云台时拍摄的实际图像与登记的、对应于关联预置位置的图像 进行比较，以在每个预置停止位置处校正图像偏离量。然而，上述摄像设备具有一些缺点。 一般地，使用步进电 动机(stepping motor)可以容易地实现4青确的定4立控制。因此， 在平转/俯仰云台的驱动机构(mechanism)中使用步进电动机以 进行平转/俯仰云台的位置的精确控制。在使用步进电动机的情 况下，通过对步进电动机的驱动脉冲进行计数并使用特定初始 位置作为基准位置来进行对平转/俯仰云台的绝对位置的定位 控制。然而，在平转/俯仰云台使用步进电动机的情况下，例如， 当平转/俯仰云台被故意地或手动移动时，或者当平转/俯仰云台4皮某物;碰撞时，初始位置改变，从而偏离步进电动^L的驱动脉沖的计数值。因此，平转/俯仰云台的绝对位置的指定变得相 当不准确。特别地，由放置在胳臂可以够得着的地方的平转/ 俯仰云台支持的照相机的拍摄方向极有可能净皮故意地改变。当平转/俯仰云台的绝对方向的指定变得相当不准确时，不 能检测到平转/俯仰云台的位置的偏离量。因此，不能校正在传 统摄像设备的平转/俯仰云台的每个停止位置处的图像偏离位 置。另外，不仅在平转/俯仰云台自动移动至预置位置的情况 下，而且在手动地并自由地控制平转/俯仰云台的情况下，都有 必要检测平转/俯仰云台的位置被显著偏离。发明内容本发明涉及一种能够防止指向用户非期望的拍摄方向的摄 像操作的摄像设备，以及用于控制摄像设备的平转/俯仰云台的制方法。根据本发明的一个方面， 一种摄像设备，包括摄像单元， 用于从光学图像获取拍摄图像；平转/俯仰云台，用于支撑所述 摄像单元；驱动单元，用于利用将所述平转/俯仰云台的初始位 置设置为基准位置来驱动所述平转/俯仰云台；图像存储单元， 用于将当所述平转/俯仰云台位于预定位置时，由所述摄像单元 获取的所述拍摄图像存储为登记图像；以及图像比较单元，用 于当将所述登记图像存储在所述图像存储单元中之后没有从所 述预定位置驱动所述平转/俯仰云台时，将由所述摄像单元新获 取的拍摄图像与所述图像存储单元中存储的所述登记图像进行 比较，其中，如果作为由所述图像比较单元进行比较的结果， 判断为所述拍摄图像和所述登记图像之间的匹配度满足预定条 件，那么将所述平转/俯仰云台驱动至所述初始位置。根据本发明的另一个方面， 一种摄像控制设备，用于控制 摄像设备，所述摄像设备包括用于从光学图像获取拍摄图像的 摄像单元、用于支撑所述摄像单元的平转/俯仰云台、以及用于 利用将所述平转/俯仰云台的初始位置设置为基准位置来驱动 所述平转/俯仰云台的驱动单元，所述摄像控制设备包括摄像 存储单元，用于存储在所述平转/俯仰云台位于预定位置处时、 由所述摄像单元获取的所述拍摄图像作为登记图像；图像比较 单元，用于当在将所述登记图像存储在所述图像存储单元中之 后没有从所述预定位置驱动所述平转/俯仰云台时，将由所述摄 像单元新获取的拍摄图像与所述图像存储单元中存储的所述登记图像进行比较；以及控制单元，用于如果作为由所述图像比 较单元进行比较的结果，判断为所述拍摄图像和所述登记图像 之间的匹配度满足预定条件时，那么控制所述驱动单元驱动所 述平转/俯仰云台至所述初始位置。根据本发明的又一个方面，一种用于控制摄像设备的方法， 所述摄像设备包括用于从光学图像获取拍摄图像的照相机、以及用于支撑所述照相机的平转/俯仰云台，所述方法包括利用 将所述平转/俯仰云台的初始位置设置为基准位置来驱动所述 平转/俯仰云台；存储在所述平转/俯仰云台位于预定位置处时、 由所述照相机获取的所述拍摄图像作为登记图像；当在将所述 登记图像存储在记录介质中之后没有从所述预定位置驱动所述 平转/俯仰云台时，将由所述照相机新获取的拍摄图像与存储在 所述记录介质中的所述登记图像进行比较；以及如果作为比较 的结果，判断为所述拍摄图像和所述登记图像之间的匹配度满足预定条件，那么驱动所述平转/俯仰云台至所述初始位置。 根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征和方面将显而易见。


包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出本发明 的示例性实施例、特征和方面，并和说明书一起用来解释本发 明的原理。图1示出根据本发明的第 一 示例性实施例的监视照相机系 统的示例配置。图2示出在图1中示出的监视照相机系统的平转/俯仰云台 照相机的示例配置。图3示出用于控制在图2中示出的平转/俯仰云台照相机的示例控制命令。图4示出在图2中示出的平转/俯仰云台照相机的摄像操作 的示例流禾呈。图5示出在图1中示出的平转/俯仰云台照相机的计数器的计数值的改变以及复位传感器的输出。图6示出根据图4中示出的步骤S2中调用的子例程 (subroutine)对平转/俯仰云台进行复位的操作的示例流程。 图7示出拍摄的图像和存储的图像之间的比较。 图8A和8B示出最大相关差(correlation difference)。 图9示出根据本发明第二示例性实施例的监视照相机系统 的平转/俯仰云台照相机的摄像操作的示例流程。图10示出根据本发明第三示例性实施例的监视照相机系统 的平转/俯仰云台照相机的摄像操作的示例流程。
具体实施方式
下面将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面o将根据本发明示例性实施例的摄像设备应用于通过网络和 专用线来远程控制照相机并监视由照相机拍摄的图像的监视照相才几系统。第一示例性实施例图l示出根据本发明第 一示例性实施例的监视照相机系统的示例配置。监坤见照相机系统包括经由局域网(LAN) 50相互连 接的多个平转/俯仰云台照相机10和20、监视器和控制单元30、 以及记录服务器和控制单元40。平转/俯仰云台照相机10和20用作为监视照相机。例如，平 转/俯仰云台照相机10和20拍摄运动图像和静止图像，并通过LAN 50将所拍摄的图像和视频信号传输并输出至外部装置。另 外，平转/俯仰云台照相机10和20将信号记录在如磁带、固态存 储器、光盘以及磁盘等各种记录介质上。监视器和控制单元3 0是用于手动进行监视和控制操作的终 端。用户在观察显示在监视器和控制单元30的监视器上的图像 时可以控制平转/俯仰云台照相才几10和20。记录服务器和控制单元40是用于使能进行无人监视操作的 终端。记录服务器和控制单元40包括执行内部存储的控制程序 的中央处理单元(CPU)。因此，记录服务器和控制单元40控制 平转/俯仰云台照相机10和20并将视频信号记录在记录服务器 中。平转/俯仰云台照相机的数量、监视器和控制单元的数量以 及记录服务器和控制单元的数量不限于图l中示出的这些元件 的数量，并且可以根据用户所期望的使用来设置为给定值。网 络的配置不限于根据本示例性实施例的这个。该网络可以包括 专用线和虛拟个人网络(virtual private network, VPN)。可以4吏 用视频照相机和数字静止照相机作为平转/俯仰云台照相机IO 和20。图2示出在图1中示出的监视照相机系统的平转/俯仰云台 照相机10或20的示例配置。平转/俯仰云台照相机10或20包括摄 像单元IOI、平转/俯仰云台104、和基座(base)单元103。平转/ 俯仰云台104包括平转机构单元164和俯仰机构单元161。摄像单 元101从光学图像获取拍摄的图像并通过进行平转/俯仰操作可 以自由地改变拍摄方向。基座单元103包括对纟聂4象单元101进行 控制的控制单元。平转机构单元164被固定至基座单元103并沿 水平方向(平转方向)驱动摄像单元IOI。俯仰机构单元161将平 转机构单元164连接至摄像单元101并沿垂直方向(俯仰方向)驱动摄像单元IOI。摄像单元IOI包括透镜单元102、图像传感器141、图像信号 处理单元142、中央处理单元(CPU) 132、以及经由总线131连接 的并由CPU 132控制的各种单元。经由总线131连接至CPU 132 的单元包括摄像控制单元133 、 红夕卜线切割(infrared-cut, IR-CUT)控制单元l34、聚焦控制单元l35、光圏(diaphragm)控 制单元136、以及变焦控制单元137。基座单元103包括CPU 151以及通过总线159连接至CPU 151并由CPU 151控制的多种单元。由CPU 151控制的多种单元 包括视频输出单元152、图像压缩/解压缩单元153、随机存取存 储器(RAM) 154、闪存储器155、记录介质l56、网络接口 (IF) 157、 视频IF 158、以及平转/俯仰控制单元166。 CPU 132和151相互 通信并在信息交换和定时同步中相互合作。透镜单元102包括变焦透镜1U、光圈112以及聚焦透镜113。 来自被摄体的光通过这些光学构件在图像传感器141上形成图 像。因此，进行被摄体的摄像。在图像传感器141上形成的光学 图像被光电转换成通过图像信号处理单元142处理的电图像信 号。将该图像信号发送至基座单元103中的视频IF 158。摄像控制单元133设置图像传感器141的摄像分辨率、用于 读取图像信号的方法、和帧频等。图像信号处理单元142根据由 摄像控制单元133指定的分辨率、帧频、以及IR-CUT滤波器114 的()N/OFF条件来进行图像信号处理。响应于IR-CUT控制单元134发出的指令、由IR-CUT滤波器 驱动电动机(ICM) 124来驱动IR-CUT滤波器114。因此，IR-CUT 滤波器114从透镜单元102的光路进入和退出。在IR-CUT滤波器 114进入透镜单元102的光路中的状态下，在形成图像传感器141 上被摄体的图像的光中没有包括红外光。在IR-CUT滤波器114从透镜单元102的光路退出的状态下，在形成图像传感器141上 被摄体的图像的光中包括红外光。聚焦控制单元13 5根据图像信号处理单元14 2获得的图像信 号AF评价值来控制聚焦电动机(FM) 123。因此，聚焦控制单元 135驱动聚焦透镜105以进行AF操作。光圈控制单元136根据通过进行图像信号处理所获得的测 光评价值、以及由摄像控制单元133设置的图像传感器141的操 作条件来对光圈电动机(IRISM) 122进行控制。因此，光图控制 单元136驱动光圈112以进行自动曝光控制操作。变焦控制单元137根据CPU 132发出的指令来控制变焦电 动才几(ZM) 121以驱动变焦透镜111。将图像信号处理单元142处理后的图像信号发送至视频IF 158作为表现图像数据的信号。将发送到视频IF 158的图像信号 临时存储在RAM 154中。通过图像压缩/解压缩单元153来压缩 存储在RAM 154中的图像信号。将由压缩后的图像信号表示的 图像记录在用作为图像存储单元的记录媒介156上作为登记的 图像。通过网络IF 157将RAM 154中存储的图像信号作为网络 信号IS传输至外部装置。通过视频输出单元152来输出RAM 154 中存储的图像信号作为TV监视器或PC监视器的视频信号VS。 如果必要，通过图像压缩/解压缩单元153将记录々某介156上记录 的图像数据解压缩至RAM 154中。如后面所述，使用由解压缩 后的图像数据表示的图像作为要与拍摄的图像进行比较的存储 的图像Q(参见图7)。除图像数据以外，还将预置平转/俯仰、变 焦以及聚焦信息存储在记录媒介156中。 一般地，使用闪速存储 器、RAM以及硬盘作为记录媒介156。然而，可以使用磁带和 光盘作为记录媒介156。通过根据由平转/俯仰控制单元16 6发出的指令来控制的平转电动机(PM) 167来驱动平转机构单元164。通过根据由平转/ 俯仰控制单元16 6发出的指令来控制的俯仰电动机(T M) 16 3来 驱动俯仰才几构单元161。可以-使用步进电动才几作为平转电动才几 167和俯仰电动机163的每个。通过平转复位传感器(PR) 165和 俯仰复位传感器(T R) 16 2来分别检测平转电动机16 7和俯仰电 动机163的初始位置。当电动机163和167的关联的 一 个的转轴 (rotor)通过初始角度位置时，平转复位传感器165和俯仰复位传 感器162的每个输出信号电平从上电平(on-level)改变至下电平复位传感器162和165的每个，可以使用在初始位置处值^皮复位 为"0"的编码器。在平转/俯仰控制单元166中提供计数器166a。通过递增或 递减计数器166a来控制平转/俯仰云台104的绝对位置。当接收来自CPU 151的指令时，CPU 132对才聂像单元101中 设置的每个单元进行控制。当通过网络(LAN) 50接收到来自如 监视器和控制单元30以及记录服务器和控制单元40等控制终端 的各种照相机控制命令时，CPU 151将接收到的命令发送至 CPU 132。图3示出用于控制图2中示出的平转/俯仰云台照相机10或 20的示例控制命令。定义l号命令为向上俯仰平转/俯仰云台 104。设置俯仰量和速度作为该命令的参数。定义2号命令为向 下俯仰平转/俯仰云台104。设置俯仰量和速度作为该命令的参 数。定义3号命令为向右平转平转/俯仰云台104。设置平转量和速度作为该命令的参数。定义4号命令为向左平转平转/俯仰云台104。设置平转量和 速度作为该命令的参数。定义5号命令为对表示当前照相机状况 的数据进行预置存储。通过指定作为该命令的参数的预置序号来进行预置存储，以存储表示平转/俯仰云台104的平转位置、 其俯仰位置、如自动/手动模式和聚焦位置等聚焦状态、其变焦 位置、以及当前图像(预置图像)的数据。定义6号命令为将平转/俯仰云台104的平转/俯仰、聚焦和变焦的状态改变至由作为参数的预置序号所表示的预置状态。定义7号命令为设置作为该命令的参数的图像大小、压缩比率、 以及帧频，并开始向已经发送该命令的终端传输运动图像。定 义8号命令以停止该运动图像的发送。下面说明具有上述结构的监—见照相才几系统的平转/俯仰云 台照相机10或20的摄像操作。图4示出在图2中示出的平转/俯仰 云台照相机10或2 0的摄像操作的示例流程。将关联处理程序存 储在基座单元103中的记录媒介156中，并通过基座单元103中的 CPU 151来执行该关联处理程序。首先，在步骤Sl, CPU 151 发出指示CPU 132进行透镜复位操作的指令以管理聚焦透镜 113和变焦透镜111的绝对位置。当接收到该指令时，CPU 132 使得聚焦控制单元135和变焦控制单元137进行透镜复位操作。 在步骤S2， CPU 151控制平转/俯仰控制单元166以根据后面将 进行说明地平转/俯仰云台复位算法对平转/俯仰云台104进行 复位(初始化)。在步骤S3， CPU 151发出指示CPU 132开始摄像的指令。当 接收到该指令时，CPU 132使得摄像控制单元133开始摄像。在 步骤S4， CPU 151捕捉在平转/俯仰云台104尚未移动的状态下 拍摄的、通过视频IF 158从摄像单元101发送来的拍摄的图像。 然后，CPU 151将拍摄的图像作为存储的图像Q存储在记录媒介 156或者RAM 154中。当将图像Q存储在其中之后，在步骤S5， CPU151判断CPU 151是否已经通过网络(LAN) 50接收到从监视器和控制单元30以及记录服务器和控制单元4 0传输的控制命令中的平转/俯仰 云台驱动指令。平转/俯仰云台驱动指令是由图3中示出的命令1 到4号所表示的命令。如果CPU 151已经接收到平转/俯仰云台驱动指令(步骤S5 中为"是")，那么在步骤S6中，CPU 151根据接收到的驱动指 令来驱动必要的执行器(actuator)。在必要的执行器是平转电动 机167或者俯仰电动机163的情况下，CPU 151使得平转/俯仰控 制单元166驱动平转电动机167或者俯仰电动机163 。可选纟奪地， 在必要的执行器是变焦电动机121或者聚焦电动机123的情况 下，CPU 151指示CPU 132驱动变焦电动4几121或者聚焦电动才几 123。在步骤S7， CPU 151判断是否完成了已经开始被驱动的所 有执行器的驱动。如果尚未完成驱动(步骤S7中为"否")，则 CPU 151返回步骤S6，在该步骤S6中，CPU 151继续驱动必要的 执行器。另一方面，如果完成了驱动(步骤S7中为"是")，那 么在步骤S8中，CPU 151捕捉此时的拍摄的图像S,并将拍摄的 图像S存储在记录媒介156或者RAM 154中。另 一方面，如果CPU 151在步骤S5中没有接收到平转/俯仰 云台驱动指令(步骤S5中为"否")，那么在步骤S9中，CPU 151 捕捉在平转/俯仰云台104的当前位置处的拍摄的图像S。然后， 在步骤SIO, CPU 151根据后面将进行说明的图像比较算法，将 拍摄的图像S与在步骤S4中被存储作为图像Q的、在初始位置处 拍摄的图像进行比较，或者与在步骤S8中被存储作为图像Q的、 在驱动平转/俯仰云台104之后拍摄的图像进行比较。在步骤Sll, CPU 151根据将拍摄的图像S与存储的图像Q 进行比较的结果来判断最大相关差R是否等于或小于预定阈 值。如果最大相关差R大于预定阈值(步骤S11中为"否")，那么CPU 151返回步骤S5，在该步骤S5中，CPU 151判断CPU 151 是否已经接收到平转/俯仰云台驱动指令。另一方面，如果最大 相关差R等于或小于预定阈值(步骤S11中为"是")，那么CPU 151 判断平转/俯仰云台104的位置是否偏离。然后，在步骤S12, CPU 151临时中断拍摄。另外，在步骤S13, CPU 151警告用户。在 中断拍摄之后，CPU 151返回步骤S2，在该步骤S2中，CPU 151 再次对平转/俯仰云台104进行复位(重新初始化)。紧在对平转/俯仰云台104进行复位之前，CPU 151通过经由 网络(L A N) 5 0使得监视器和控制单元3 0显示警告图标或者警告 对话框、可选择地，通过向记录服务器和控制单元40发出警告 命令来警告用户以进行记录作为日志。在向监视器和控制单元 30发出警告命令的情况下，CPU 151可以要求用户确认是否复 位平转/俯仰操作。类似地可以将这种警告方法应用于其它示例 性实施例，后面将对其进行说明。图5示出在进行平转/俯仰操作时平转/俯仰云台照相机IO 或20的计数器166a的计数值的改变以及复位传感器162和165的 输出。在平转/俯仰控制单元166中提供的计数器166a中设置俯 仰电动机位置控制计数器(下文有时简称为俯仰计数 器)TM—COUNT 。由平转/俯仰控制单元166对俯仰计数器 TM—COUNT进行控制，并且俯仰计数器TM—COUNT示出垂直 (俯仰)拍摄方向角度。在俯仰复位传感器(TR) 162的输出电压的 电平从H电平改变为L电平的点处，俯仰计数器TM—COUNT的 值变为O。对应于水平方向的垂直拍摄方向角度为O。在俯仰计 数器TM—COUNT表示对应于拍摄方向角度为向上90。的值的情 况下，俯仰计数器TM—COUNT的值为180 。在俯仰计数器 TM—COUNT表示对应于拍摄方向角度为向下60°的值的情况 下，俯仰计数器TM COUNT的值为-120。在平转/俯仰控制单元16 6中提供的计数器16 6 a中设置平转 电动机位置控制计数器(下文有时简称为平转计数 器)PM—COUNT 。由平转/俯仰控制单元166对平转计数器 PM—COUNT进行控制，并且平转计数器PM—COUNT示出水平 (平转)拍摄方向角度。在平转复位传感器(PR) 165的输出电压的 电平从H电平改变为L电平的点处，平转计数器PM—COUNT的 值变为0。对应于正前方向的水平拍摄方向角度为O。在平转计 数器PM—COUNT表示对应于拍摄方向角度为向右180。的值的 情况下，平转计数器PM—COUNT的值为360。在平转计数器 PM一COUNT表示对应于拍摄方向角度为向左180。的值的情况 下，平转计数器PM—COUNT的值为-360。图6示出根据在图4中示出的步骤S2中调用的子例程对平 转/俯仰云台104进行复位的操作的流程。首先，在步骤S21中， CPU 151监视俯仰复位传感器(TR) 162的输出电平并判断俯仰 复位传感器(TR) 162的输出电平是H电平还是L电平。如果俯仰复位传感器(TR) 162的输出电平是L电平(步骤 S21中的L),那么在步骤S22, CPU 151控制平转/俯仰控制单元 166以向下驱动俯仰电动机163。在步骤S23， CPU151判断俯仰 复位传感器(TR) 162的输出电平是否已经从L电平改变至H电 平。如果俯仰复位传感器(TR) 162的输出电平没有从L电平改变 至H电平(步骤S23中为"否，，)，则CPU 151返回步骤S22。另一方面，如果俯仰复位传感器(TR) 162的输出电平已经 从L电平改变至H电平(步骤S23中为"是，，)，那么在步骤S24中， CPU 151控制平转/俯仰控制单元166以向上驱动俯仰电动机 163。在CPU 151在步骤S21中判断为俯仰复位传感器(TR) 162 的输出电平是H电平(步骤S21中为H)的情况下，CPU 1W类似地 控制平转/俯仰控制单元166以驱动俯仰电动机163。在步骤S25,CPU 151判断俯仰复位传感器(TR) 162的输出电平是否已经从 H电平改变至L电平。如果俯仰复位传感器(TR) 162的输出电平回步骤S24。另一方面，如果俯仰复位传感器(TR) 162的输出电平已经 从H电平改变至L电平(步骤S25中为"是，，)，那么在步骤S26中， CPU 151停止俯仰电动机163。然后，在步骤S27中，CPU 151 将值0输入至俯仰计数器TM一COUNT。因此，俯仰计数器 TM—COUNT被复位。在步骤S28， CPU 151监视平转复位传感器(PR) 165的输出 电平并判断平转复位传感器(PR) 165的输出电平是H电平还是L 电平。如果平转复位传感器(PR) 165的输出电平是L电平(步骤 S28中为L)，那么在步骤S29中，CPU 151控制平转/俯仰控制单 元166以向左驱动平转电动机167。在步骤S30, CPU151判断平 转复位传感器(PR) 165的输出电平是否已经从L电平改变至H电 平。如果平转复位传感器(PR) 165的输出电平没有从L电平改变 至H电平(步骤SSO中为"否，，)，则CPU M1返回步骤S29。另一方面，如果平转复位传感器(PR) 165的输出电平已经 从L电平改变至H电平(步骤S30中为"是")，那么在步骤S31中， CPU 151控制平转/俯仰控制单元166以向右驱动平转电动机 167。在CPU 151在步骤S28中判断为平转复位传感器(PR) 165 的输出电平为H电平(步骤S28中为H)的情况下，CPU 151类似地 控制平转/俯仰控制单元166以驱动平转电动机167。在步骤S32, CPU 151判断平转复位传感器(PR) 165的输出电平是否已经从H 电平改变至L电平。如果平转复位传感器(PR) 165的输出电平没 有从H电平改变至L电平(步骤S32中为"否，，)，则CPU151返回 步骤S31。另一方面，如果平转复位传感器(PR) 165的输出电平已经从H电平改变至L电平(步骤S32中为"是，，)，那么在步骤S33中， CPU 151停止平转电动机167。然后，在步骤S34中，CPU 151 将值0输入至平转计数器PMj:OUNT。因此，平转计数器 PM—COUNT被复位。然后，CPU 151终止复位的操作并且返回 图4中示出的摄像的操作。图7示出拍摄的图像S和存储的图像Q之间的比较。在下面 的说明中，由"a(i,j)"表示位于拍摄的图像S的比较区域(在图 7中表示为阴影部分)703中坐标(i, j)处的特定像素。由"s(i,j)" 表示在该像素a(i, j)处的亮度值。由"q(i, j)"表示放置在与拍 摄的图像S的像素a(i， j)的位置相同的位置处的存储的图像Q的像素处的亮度值。首先，将拍摄的图像S的比较区域703中所有像素的每个a(i， j)处的亮度值s(i, j)与具有和比较区域703中像素a(i， j)的位置相 同的位置的存储的图像Q的关联像素处的亮度值q(i， j)进行比 较。此时，计算通过下面的公式(l)得出的相关值L:丄0' w) = Zo(/j)—《(,'+ "j + w))2 (1) 其中，n二土0,l,…,N,并且m二土0，l,…,M。根据公式(l)，对比较 区域703中包括的所有像素求取亮度值s(i， j)和亮度值q(i, j)之 间差的平方的和。此外，在n^0且m^0的情况下，获得L(O, 0) 作为相关值L。然后，通过对单个两维参数n和m增加和减少预定的像素数 来获得相关值L(n, m)。图7示出通过沿X方向位移n并且沿Y方向 位移m的比较区域7 0 4 。在参数n从0到± N变化并且参数m从0到 士M变化的范围中计算相关值L(n, m)。获得计算出的相关值L(n， m)的最大值和最小值之间的差作为最大相关差R 。为了便于说明，图8A和8B—维地示出最大相关差R。然而，实际上，最大相关差R两维地改变。图8A示出最大相关差R为大 的情况，图8B示出最大相关差R为小的情况。随着这两个图像S和Q之间的匹配度的增加，相关值L变得 较小。随着这两个图像S和Q之间的匹配度的降低，相关值L变 得较大。因此，在参数n从O到士N变化并且参数m从O到士M变化 的范围中存在对应于与拍摄的图像S具有高的匹配度的存储的 图像Q的情况下，最大相关差R为大。相反，在参数n从O到士N 变化并且参数m从O到土M变化的范围中不存在对应于与拍才聂的 图像S具有高的匹配度的存储的图像Q的情况下，最大相关差R 为小。由于下面的原因，最大相关差R用于判断图像Q和S之间的 匹配度。在存储的图像Q完全匹配拍摄的图像S的情况下，可以 通过仅计算L(O, O)来判断它们之间的相关值。然而，实际上， 由于在平转/俯仰云台104停止处的位置中的误差以及由于由风 或者振动导致的震动，存储的图像Q并没有完全地匹配拍摄的 图像S。因此，使用最大相关差R来评估图像Q和S之间的匹配度。 因此，可以简易、精确地进行图像Q和S之间的比较。可以使用各种方法来计算这两个图Y象Q和S之间的相关值。 本示例性实施例仅说明了 一个例子。本发明不限于根据本示例 性实施例来计算相关值的方法。因此，才艮据本示例性实施例的监视照相才几系统可以防止在 平转/俯仰云台被偏离的状态下以及在由平转/俯仰云台支持的 摄像单元(例如，照相机)指向于非期望的拍摄方向的状态下进 行拍摄操作。即使在手动移动平转/俯仰云台或者某物碰撞平转 /俯仰云台使照相机指向非期望的拍摄方向时，根据本示例性实 施例的监视照相机系统也可以校正照相机的拍摄方向。用于定 位平转/俯仰云台的装置具有仅使用步进电动机和复位开关(可选择地，编码器)的廉价结构。因此，可以提高平转/俯仰云台 的可靠性。此外，在对平转/俯仰云台的位置进行复位之前，用 户能够了解对平转/俯仰云台进行控制的异常的发生。另外，根 据本示例性实施例的监视照相;f几系统可以防止在照相机指向非期望的拍摄方向的状态下进行摄像操作。 第二示例性实施例在下文，本发明的第二示例性实施例说明了进行预置拍摄 的情况。当设置了预置位置时，将在预置位置处预先拍摄的图像P登记在RAM 154或者记录媒介156中。才艮据第二示例性实施 例的监视照相机系统具有与根据第 一 示例性实施例的监视照相 机系统的结构类似的结构。因此，通过利用在第一示例性实施 例的说明中使用的附图标记指定第二示例性实施例的组件来省 略对第二示例性实施例的结构的说明。才艮据第二示例性实施例的驱动指令(命令)、用于对平转/俯仰云台104进行复位的方法、 以及用于获得最大相关差R的方法都与在第一示例性实施例中 使用的那些类似。图9示出根据本发明第二示例性实施例的监视照相机系统 的平转/俯仰云台照相机的摄像操作的示例流程。将关联处理程 序存储在基座单元103中设置的记录媒介156中，并由基座单元 103中设置的CPU 151来执行。在步骤S51中，CPU151发出指示 CPU 132进行透镜复位操作的指令以控制聚焦透镜113和变焦 透镜lll的绝对位置。当接收该指令时，CPU132使得聚焦控制 单元135和变焦控制单元137进行透镜复位操作。在步骤S52, CPU 151控制平转/俯仰控制单元166以根据平转/俯仰云台复位 算法来对平转/俯仰云台104进行复位。在步骤S53, CPU 151指示CPU 132开始摄像。当接收到该 指令时，CPU 132使得摄像控制单元133开始摄像。在步骤S54， CPU 151判断CPU 151是否已经通过网络(LAN) 50在从监视器和控制单元30以及记录服务器和控制单元40传输 来的控制命令中接收到将平转/俯仰云台104驱动至预置位置的 指令。该将平转/俯仰云台104驱动至预置位置的指令(下文筒称 为驱动至预置位置指令)是图3中示出的6号命令。如果CPU 151已经接收到驱动至预置位置指令(步骤S54中 为"是")，那么在步骤S55中，CPU 151根据接收到的驱动至 预置位置指令来驱动必要的执行器(例如，平转电动机167、俯 仰电动机163、聚焦电动机123、或者变焦电动才几121)。在必要 的执行器是平转电动机167或者俯仰电动机163的情况下，CPU 151使得平转/俯仰控制单元166驱动平转电动机167或者俯仰电 动机163。可选择地，在必要的执行器是变焦电动机121或者聚 焦电动机123的情况下，CPU 151指示CPU 132驱动变焦电动机 121或者聚焦电动冲几123。在步骤S56, CPU 151判断是否完成了已经开始被驱动的所 有执行器的驱动。如果尚未完成驱动(步骤S56中为"否")，则 CPU 151返回至步骤S55,在该步骤S55中，CPU151继续驱动必 要的执行器。另 一方面，如果完成了该驱动(步骤S56中为"是")， 贝'JCPU 151返回步骤S54。如果CPU 151在步骤S54中没有接收到驱动至预置位置指 令(步骤S54中为"否，，)，那么在步骤S57中，CPU 151在平转/ 俯仰云台104的当前位置处捕捉拍摄的图像S，并将拍摄的图像 S存储在记录媒介156或者RAM 154中。通过^L频IF 158从摄像 单元101发送拍摄的图像S。然后，在步骤S58中，CPU 151根据与在第一示例性实施例 中使用的图像比较算法类似的图像比较算法将在步骤S5 中存 储的拍摄的图像S与预置图像P进行比较。在步骤S59, CPU 151根据将拍摄的图像S与预置图像P进行 比较的结果来判断最大相关差R是否等于或小于预定阈值。如 果最大相关差R大于预定阈值(步骤S59中为"否")，那么CPU 151返回步骤S54，在该步骤S54中，CPU 151判断CPU 151是否 已经接收到驱动至预置位置指令。另一方面，如果最大相关差 R等于或小于预定阈值(步骤S59中为"是")，CPU 151判断平 转/俯仰云台104的位置是否偏离。然后，在步4聚S60, CPU 151 临时中断拍摄。另外，在步骤S61， CPU151警告用户。随后， CPU 151返回步骤S52，在该步骤S52中，CPU151再次对平转/ 俯仰云台104进4亍复位。因此，根据第二示例性实施例的监#见照相才儿系统可以防止 在平转/俯仰云台被偏离的状态下以及在由平转/俯仰云台支持 的摄像单元(例如，照相机)指向非期望的拍摄方向的状态下进 行拍摄操作。第三示例性实施例在下文，本发明的第三示例性实施例说明了当判断为摄像 单元(照相机)指向非期望的拍摄方向时、将摄像单元(照相机) 移动至预置位置并将这些图像再次相互进行比较的情况。根据 第三示例性实施例的监视照相机系统具有与根据第 一 示例性实 施例的监^L照相^L系统的结构类似的结构。因此，将通过用在 第 一 示例性实施例的说明中使用的附图标记指定第三示例性实 施例的组件来不重复对第三示例性实施例的结构的进行说明。 根据第三示例性实施例的驱动指令(或者命令)、用于对平转/俯 仰云台104进行复位的方法、以及用于获得最大相关差R的方法 与在第一示例性实施例中使用的那些类似。另外，当设置了用 于进行预置拍摄的预置位置时，将至少一个预置位置和在该预 置位置处所拍摄的图像P预先登记在RAM 154或者记录媒介156中。图10示出根据本发明第三示例性实施例的监视照相机系统的平转/俯仰云台照相机的摄像操作的示例流程。将关联处理程序存储在基座单元103中设置的记录媒介156中，并且由基座单 元103中设置的CPU 151来执行该关联处理程序。通过利用在第 一示例性实施例中使用的相同的步骤附图标记指定这些步骤中 的每个来省略对与根据第 一 示例性实施例的那些类似的步骤的说明。如果作为在步骤S10中将拍摄的图像S与存储的图像Q进行 比较的结果，CPU 151在步骤S11中判断为最大相关差R等于或 小于预定阈值(步骤S11中为"是")，那么在步骤S11A， CPU l51 将平转/俯仰云台104移动至预置位置，且沿拍摄方向从其当前 位置到预置位置的移动距离是最短的。然后，在步骤S11B, CPU 151捕捉在平转/俯仰云台l(M的 当前位置处的拍摄的图像S。在步骤S11C, CPU151根据与在第 一示例性实施例中在步骤S10中使用的图像比较算法类似的图 像比较算法来将拍摄的图像S与预先登记的预置图像P进行比 较。在步骤S11D中，CPU 151根据将拍摄的图像S与预置图像P 进行比较的结果来判断最大相关差R是否等于或小于预定阈 值。如果最大相关差R大于预定阈值(步骤S11D中为"否")， 那么在步骤S11E中，CPU 151将平转/俯仰云台104返回至在步 骤S11A中将平转/俯仰云台104移动至预置位置之前其被放置 的状态。随后，CPU 151返回步骤S5。另 一方面，如果在步骤S11D中判断为最大相关差R等于或 小于预定阈值(步骤S11D中为"是")，那么在步骤S12中，CPU 151临时中断拍摄。在步骤S13， CPU151警告用户。然后，CPU151返回步骤S2，在该步骤S2中CPU 151再次对平转/俯仰云台 104进行复位。因此，根据第三示例性实施例的监视照相机系统可以通过 在摄像单元(照相机)沿非期望的拍摄方向被偏离的情况下将平 转/俯仰云台移动至最近的预置位置来确认照相的拍摄方向。因此，根据第三示例性实施例的监视照相才几系统可以迅速地处 理这种情况。此外，根据第三示例性实施例的监—见照相机系统 不仅在进行预置拍摄的情况下、而且在手动控制平转/俯仰云台的情况下均有效。本发明不限于上述事例性实施例。本发明不仅可以应用于 通过网络和专用线来远程控制照相机、并监—见由照相机拍才聂的 图像的监视照相机系统，而且可以应用于数字静止照相机和数 字—见频照相才/u。通过进行下面的处理可以实现本发明。向系统或设备提供 记录有实现上述示例性实施例的功能的软件程序代码的存储介质。然后，由系统或设备的计算机(或CPU或微处理单元(MPU))在这种情况下，从存储介质读取的程序代码自身实现了上 述示例性实施例的功能。程序代码自身和记录有程序代码的存 储介质构成了本发明。下面的存储介质可以用作为用于提供程序代码的记录介 质。例如，可以使用软盘、硬盘、磁光盘、致密盘只读存储器 (CD-ROM)、可记录致密盘(CD-R)、可写致密盘(CD-RW)、数 字多功能盘只读存储器(DVD-ROM)、数字多功能盘随机存取存 储器(DVD-RAM)、可写数字多功能盘(DVD-RW)、数字多功 能盘+可重写(DVD+RW)、磁带、非易失性半导体存储卡和只读 存储器(ROM)。根据由程序代码表示的指令，通过由计算机执行读取程序 代码并通过使用运行在计算机上的操作系统(OS)等来进行实际 处理的部分或者全部可以实现上述示例性实施例的功能。可以通过进行下面的处理来实现上述示例性实施例的功 能。将从存储介质读取的程序代码写在插入计算机中的功能扩 展板或者连接到计算机的功能扩展单元中设置的存储器中。然 后，使用功能扩展板或者功能扩展单元中设置的CPU等来执行 实际处理的部分或者全部。尽管已经参考典型实施例对本发明进行了说明，但应当理 解，本发明不限于已经公开的典型实施例。所附权利要求书的 范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。
权利要求
1. 一种摄像设备，包括摄像单元，用于从光学图像获取拍摄图像；平转/俯仰云台，用于支撑所述摄像单元；驱动单元，用于利用将所述平转/俯仰云台的初始位置设置为基准位置来驱动所述平转/俯仰云台；图像存储单元，用于将当所述平转/俯仰云台位于预定位置时，由所述摄像单元获取的所述拍摄图像存储为登记图像；以及图像比较单元，用于当将所述登记图像存储在所述图像存储单元中之后没有从所述预定位置驱动所述平转/俯仰云台时，将由所述摄像单元新获取的拍摄图像与所述图像存储单元中存储的所述登记图像进行比较，其中，如果作为由所述图像比较单元进行比较的结果，判断为所述拍摄图像和所述登记图像之间的匹配度满足预定条件，那么将所述平转/俯仰云台驱动至所述初始位置。
2. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于，所述图 像存储单元将当将所述平转/俯仰云台停止在所述初始位置时， 由所述摄像单元获取的所述拍摄图像存储为登记图像，以及当在将所述登记图像存储在所述图像存储单元中之后所述 平转/俯仰云台停止在所述初始位置时，所述图像比较单元将由 所迷摄像单元新获取的拍摄图像与存储在所述图像存储单元中 的所述登记图像进行比较。
3. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于，所述图 像存储单元将当在驱动所述平转/俯仰云台之后所述平转/俯仰 云台停止在停止位置时，由所述摄像单元获取的所述拍摄图像存储为登记图像，以及当将所述登记图像存储在所述图像存储单元中之后没有从所述停止位置驱动所述平转/俯仰云台时，所述图像比较单元将 由所述摄像单元新获取的拍摄图像与存储在所述图像存储单元 中的所述登记图像进行比较。
4. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于，所述图 像存储单元将当所述平转/俯仰云台位于预置位置时，由所述摄 像单元获取的所述拍摄图像存储为登记图像，以及当在将所述登记图像存储在所述图像存储单元中之后没有 从所述预置位置驱动所述平转/俯仰云台时，所述图〗象比4交单元 将由所述摄像单元新获取的所述拍摄图像与存储在所述图像存 储单元中的所述登记图像进行比较。
5. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于，所述图 像存储单元将当在驱动所述平转/俯仰云台之后所述平转/俯仰 云台停止在停止位置时，由所述摄像单元获取的所述拍摄图像 存储为第 一登记图像，并且所述图像存储单元将当所述平转/ 俯仰云台位于预置位置时，由所述摄像单元获取的所述拍摄图 像存储为第二登记图像，当在将所述第一登记图像存储在所述图像存储单元中之后 没有从所述停止位置驱动所述平转/俯仰云台时，所述图像比较 单元将由所述摄像单元新获取的拍摄图像与存储在所述图像存 储单元中的所述第一登记图像进行比较，如果作为由所述图像比较单元进行比较的结果，判断为所 述拍摄图像和所述第一登记图像之间的匹配度满足所述预定条 件，那么所述驱动单元驱动所述平转/俯仰云台至所述预置位置，当在将所述第二登记图像存储在所述图像存储单元中之后 没有从所述预置位置驱动所述平转/俯仰云台时，所述图像比较 单元将由所述摄像单元新获取的拍摄图像与所述第二登记图像进行比專交，以及如果作为由所述图像比较单元进行比较的结果，判断为所 述拍摄图像和所述第二登记图像之间的匹配度满足所述预定条 件，那么所述驱动单元再次驱动所述平转/俯仰云台至所述初始 位置，然而，如果判断为所述拍摄图像和所述第二登记图像之 间的匹配度不满足所述预定条件，那么所述驱动单元将所述平 转/俯仰云台返回至在驱动所述平转/俯仰云台至所述预置位置 之前所述平转/俯仰云台位于的位置。
6. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于，还包括 警告单元，所述警告单元用于在由所述驱动单元再次驱动所述 平转/俯仰云台至所述初始位置之前，生成警告。
7. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于，还包括 拍摄中断单元，所述拍摄中断单元用于在由所述驱动单元再次 驱动所述平转/俯仰云台至所述初始位置之前，中断所述摄像单 元获取拍摄图像。
8. 根据权利要求l所述的摄像设备，其特征在于，在将所述拍摄图像与所述登记图像进行比较时，在移动所述拍摄图像 和所述登记图像的每个中设置的比较区域的同时，所述图像比较单元对所述拍摄图像和所述登记图像进行相关运算；如果表示相关值的最大值和最小值之间的差的所述相关运算的结果等 于或小于阔值时，那么所述图像比较单元判断为所述拍摄图像 和所述登记图像之间的匹配度满足所述预定条件。
9. 一种摄像控制设备，用于控制摄像设备，所述摄像设备 包括用于从光学图像获取拍摄图像的摄像单元、用于支撑所述 摄像单元的平转/俯仰云台、以及用于利用将所述平转/俯仰云 台的初始位置设置为基准位置来驱动所述平转/俯仰云台的驱 动单元，所述摄像控制设备包括摄像存储单元，用于存储在所述平转/俯仰云台位于预定位置处时、由所述摄像单元获取的所述拍摄图像作为登记图像；图像比较单元，用于当在将所述登记图像存储在所述图像 存储单元中之后没有从所述预定位置驱动所述平转/俯仰云台 时，将由所述摄像单元新获取的拍摄图像与所述图像存储单元中存储的所述登记图像进行比较；以及控制单元，用于如果作为由所述图像比较单元进行比较的 结果，判断为所述拍摄图像和所述登记图像之间的匹配度满足 预定条件时，那么控制所述驱动单元驱动所述平转/俯仰云台至 所述初始^立置。
10. —种用于控制摄像设备的方法，所述摄像设备包括用 于从光学图像获取拍摄图像的照相机、以及用于支撑所述照相 机的平转/俯仰云台，所述方法包括利用将所述平转/俯仰云台的初始位置设置为基准位置来 驱动所述平转/俯仰云台；存储在所述平转/俯仰云台位于预定位置处时、由所述照相 机获取的所述拍摄图像作为登记图像；当在将所述登记图像存储在记录介质中之后没有从所述预 定位置驱动所述平转/俯仰云台时，将由所述照相机新获取的拍 摄图像与存储在所述记录介质中的所述登记图像进行比较；以 及如果作为比较的结果，判断为所述拍摄图像和所述登记图 像之间的匹配度满足预定条件，那么驱动所述平转/俯仰云台至 所述初始 <立置。
全文摘要
本发明涉及一种摄像设备及其控制方法、以及摄像控制设备。在摄像设备中，当平转/俯仰云台位于预定位置处时，将由摄像单元获取的拍摄图像存储为登记图像。当在存储了登记图像之后没有从预定位置驱动平转/俯仰云台时，将由摄像单元新获取的拍摄图像与登记图像进行比较。如果作为将拍摄图像和登记图像之间进行比较的结果，判断为拍摄图像和登记图像之间的匹配度满足预定条件，那么将平转/俯仰云台驱动至初始位置。
文档编号H04N1/21GK101282423SQ20081009042
公开日2008年10月8日 申请日期2008年4月7日 优先权日2007年4月6日
发明者须田浩史 申请人:佳能株式会社