JPH07314355A - 撮像装置の遠隔制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 〔目的〕 ヘッドマウント型表示装置の観察者の負担感
を軽減できる撮像装置の遠隔制御方法及び装置を提供す
る。 〔構成〕 観察者（Ｐ）の頭部又はこの頭部に搭載され
たヘッドマウント型の表示装置(1) のパン軸、チルト軸
及びロール軸の周りの角度変化量を検出（2a,2b,2c）
し、これら検出した角度変化量のそれぞれに異なる追随
比率( α, β, γ)、例えばパン軸については最小でロ
ール軸については最大の追随比率を乗算したものを撮像
装置(8) の対応の角軸の周りの回転角度として設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遠隔操作システムや遠
隔監視システムなどに利用される立体撮影装置の遠隔制
御方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高所の配電作業や原子力産業など
の危険を伴う作業については、安全を確保するうえで、
作業の自動化や安全かつ好環境の操作室からの遠隔操作
化が研究されている。特に遠隔操作は、操作者の経験や
微妙な操作の手法を生かして各種作業や作業条件の変更
にも対応できるため、その適用開発が盛んになってきて
いる。このような遠隔操作においては、遠隔操作される
ロボットなどの作業機器や作業対象物の時々刻々変化す
る状態を操作者に的確に伝達するための視覚系が必要と
されている。

【０００３】遠隔操作されるロボットなどの作業機器を
持たずに単に製造・加工中の物品の表面などを遠隔から
監視する遠隔監視システムについても同様に、時々刻々
変化する監視対象物の映像を監視者に的確に伝達するた
めの視覚系が必要とされている。このような視覚系は、
現場に設置した工業用テレビカメラと、この現場から離
れた箇所に設置されテレビカメラの映像を表示する表示
装置から構成される。

【０００４】これらの視覚系では、遠近方向の情報も操
作者に伝達することができれば好都合であり、そのよう
な視覚系として、立体視装置が知られている。このよう
な立体視装置は、左右両側のカメラで撮影した対象物の
映像を操作者の左右両眼に個々に伝達することにより、
左右両眼で見た画像のずれに基づく対象物の立体感を操
作者に伝達するようになっている。このような立体視装
置に使用する左右両側のカメラは、それぞれが左右から
対象物のほぼ同一箇所を視野に納めるように、それぞれ
の光軸を対象物上の着目点の箇所でほぼ交叉させるよう
に配置されている。また、カメラの視野を拡大、縮小す
るために、左右両側のカメラを連携して対象物に接近さ
せたり対象物から遠ざけたりする操作も行われる。

【０００５】上記立体視装置を利用した遠隔操作システ
ムとして、特公昭 62 ー 29196号公報などに開示された
ように、ヘッドマウント型の表示装置を使用した遠隔操
作システムが知られている。この遠隔操作システムで
は、操作者を模擬するダミーを作業現場に配置すると共
に、このダミーに左右のカメラを搭載している。さら
に、操作者の臨場感を高めるために、操作室内の操作者
の動きを三次元空間内の位置と姿勢の変化として操作室
内に設置したテレビジョンカメラで検出し、この操作者
の動きに倣うように作業現場のダミーの三次元空間内の
位置と姿勢とを変化させる技術が開示されている。ま
た、遠隔操作装置（マスタ・マニピュレータ）に対する
作業機器（スレーブマニプュレータ）の追随性を監視用
カメラのズーム率に応じて変更することによって作業性
を向上させる技術( 特開平４ー101788号公報) も知られ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記特公昭 62 ー 291
96号公報に記載された遠隔操作方法では、操作時にダミ
ーがスレーブマニプュレータから反力を操作者がマスタ
マニプュレータから胴部や腕部に受ける受ける反力とし
て再現する必要上、ダミーの位置と姿勢とを操作者の位
置と姿勢とに１対１に対応させている。この結果、ダミ
ーに搭載されている左右のカメラの位置と姿勢とが操作
者の位置と姿勢とに１対１に対応して変化することにな
る。しかしながら、視覚系に着目した場合、胴部の姿勢
が不変でも胴部に対する頭部の角度が変化することによ
って視野が大きく変化することを考慮すると、マスタマ
ニプュレータからの反力を受ける作業者の胴部の位置や
姿勢の変化だけでは作業者の視野の変化を正しく模擬で
きないという問題がある。

【０００７】更に、作業者の頭部の動きを更に詳細に検
討してみると、これを左右に回転させるパン軸の周りの
回転と、上下に傾けるチルト軸の周りの回転と、左右に
傾けるロール軸の周りの回転とから成る直交三軸の周り
の回転運動に分解できる。この場合、少なからぬ重量の
ヘッドマウント型表示装置を搭載した状態で頭部を動か
す場合に、作業者が感じる負担感を実験してみると、上
記直交三軸の周りの回転ごとに作業者の負担感が異なる
ことが判明した。

【０００８】従って、本発明の一つの目的は、作業者の
負担感の軽減を配慮した人間工学的に最適の撮像装置の
遠隔制御方法及び装置を提供することにある。

【０００９】また、上記特公昭 62 ー 29196号公報に記
載された遠隔制御装置では、操作者の位置や姿勢の変化
を操作室内に設置したテレビカメラによって検出してい
る。このため、パターン照合装置などの高価な付帯設備
が必要になるだけでなく精度が低下するという問題もあ
る。従って、本発明の一つの目的は、簡易・安価で高精
度の位置検出手段を利用した遠隔制御方法及び装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる撮像装置
の遠隔制御方法は、観察者の頭部又はこの頭部に搭載さ
れたヘッドマウト型の表示装置のパン軸、チルト軸及び
ロール軸周りの角度の変化量に検出し、これら検出した
角度の変化量のそれぞれに異なる追随比率、例えば、パ
ン軸に関して最大で、ロール軸に関して最小となるよう
な追随比率を乗算したものを撮像装置の対応の各軸の周
りの回転角度として設定するように構成されている。本
発明の好適な実施例によれば、各軸のまわりの角度の追
随比率は、撮像装置のズーム比率にほぼ反比例するよう
に変更される。

【００１１】

【作用】上記構成により、各軸の周りの追随比率を異な
らせ、例えば、パン軸、チルト軸、ロール軸の周りの回
転の順に追随比率を大きな値に設定する。これにより、
観察者にとって負担感の大きなロール軸とチルト軸の周
りの回転は観察者の僅かな頭部の動きでカメラの角度を
変更することが可能になり、操作者の負担を軽減でき
る。また、好適には、カメラをズームアップした際に
は、追随比率を低下させて画面の動きを小さくすること
により、観察対象を見失うことなく常時視野に納めるこ
とが可能になる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係わる撮像装置
の遠隔制御方法を適用する遠隔制御装置の構成を示すブ
ロック図である。この例は、作業用ロボットなどに対す
る遠隔操作を行うことなく、製造・加工設備や製造・加
工中の物品の状況などの監視のみを行う監視システムに
適用した場合を示している。図１の上部は監視室内に設
置された設備を監視者Ｐと共に示しており、下部は製造
・加工現場に設置された監視用の立体テレビカメラを示
している。

【００１３】監視者Ｐは、その頭部に搭載したヘッドマ
ウント型の立体視装置１によって製造・加工現場に設置
された左右両側のテレビカメラ（右側のテレビカメラは
左側のテレビカメラ８の陰になっている）で撮像された
左側からの撮像と右側からの撮像のそれぞれを左眼と右
眼のそれぞれで観察することにより立体的な映像を感得
する。なお、図面の煩雑化を避けるために、左右のテレ
ビカメラとヘッドマウント型の立体視装置間を接続する
画像転送のためのケーブルは図示が省略されている。

【００１４】監視者Ｐの頭部の角度の変化は、頭部角度
検出装置２によって検出される。この頭部角度検出装置
２は、監視者Ｐの頭部に搭載され、給電線（図示せず）
を介して交流電力の供給を受けて交流磁界を発生するソ
ース（直交コイル）２ａと、監視者の上方に設置された
梁などに固定され、ソース２ａが発生した交流磁界を検
出するセンサ（直交コイル）２ｂと、このセンサ２ｂが
検出した磁界強度の変化量を処理することによってソー
ス２ａの三次元空間内の位置と角度の変化量、従って監
視者Ｐの頭部の位置と角度の変化量を検出する頭部角度
検出部２ｃとから構成されている。このような頭部角度
検出装置２は、日商エレクトロニクス社が販売している
ボスマス社製の3PACE ディジタイザーなどによって容易
に実現される。

【００１５】上記監視者Ｐの頭部の角度の変化量は、頭
部角度検出部２ｃにおいて、図示のように、互いに直交
するパン軸、ロール軸及びチルト軸の周りの回転角度で
あるパン角、ロール角及びチルト角の組として検出さ
れ、追随比率設定部３に供給される。追随比率設定部３
は、適宜な係数回路やマイクロコンピュータなどによっ
て形成され、パン軸、ロール角及びチルト角のそれぞれ
について異なる追随比率γ，α，βを乗算し、それぞれ
をマイクロコンピュータなどで構成される後段のカメラ
角度設定部４に出力する。これらの追随比率γ，α，β
は、また、テレビカメラのズーム倍率に反比例するよう
に変更される。

【００１６】作業現場に設置された三軸カメラ架台７上
には、左右両側のカメラが固定されている。三軸カメラ
架台７上に搭載されたロール軸モータ６ａ、チルト軸モ
ータ６ｂ及びパン軸モータ６ｃは、操作室からケーブル
Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃを介して設定されたロール角、チルト
角、パン角に従って回転することにより、架台７上に固
定された左右のカメラの角度を変更する。

【００１７】上記直交三軸の周りの頭部の回転角に対す
るカメラの回転角の追随比率α，β，γの一例を図２に
示す。横軸は観察者の頭部の回転角、縦軸は左右のカメ
ラの回転角である。ズーム倍率が３の場合には、ロール
角, チルト角, パン角に関する追随比率αはそれぞれ1.
5, 1.25,0.5 という具合に、ロール角については最大の
値に、パン角については最小の値に設定される。また、
これらの追随比率は、ズーム倍率が３０の場合には、そ
れぞれ 0.15, 0.125, 0.05 という具合にズーム倍率に
反比例して減少せしめられる。

【００１８】以上、作業現場に設置したロボットなどの
遠隔操作を伴わない監視システムへの適用例を説明した
が、そのようなロボットなどのスレーブマニピュレータ
とこれを遠隔操作するためのマスターマニピュレータと
を備えた遠隔操作システムの監視系に対しても本発明の
遠隔制御方法及び装置を適用できることは明らかであ
る。

【００１９】また、表示装置が立体視装置である場合の
実施例を説明したが、表示装置が通常の平面視置である
場合にも本発明を適用できることは明らかである。

【００２０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の遠
隔制御方法及び装置によれば、直交三軸の周りの回転角
の追随比率が異なる値、例えば、パン軸、チルト軸及び
ロール軸の周りの回転の順に大くなるように設定される
ので、観察者にとって負担感の大きなロール軸とチルト
軸の周りの回転を僅かな頭部の動きで変更することが可
能になり、観察者の負担が軽減される。また、好適に
は、カメラをズームアップした際には、追随比率を低下
させて画面の動きを小さくすることにより、観察対象を
見失うことなく常時視野内に留めることも可能になる。

【００２１】また、本発明の遠隔制御方法及び装置の好
適な実施例によれば、磁気変換型のディジタイザーを利
用して観察者の頭部の角度の変化を検出しているので、
簡易・安価な構成のもとに高い検出精度が実現できると
いう利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の方法を適用する遠隔操作装
置の構成を示す図である。

【図２】上記実施例における追随比率の一例を示す概念
図である。

【符号の説明】

１ 立体視装置( 表示装置) ２ 頭部の角度検出装置 ３ 追随比率設定部 ４ カメラ角度設定部 6a ロール角制御用モータ 6b チルト角制御用モータ 6c パン角制御用モータ ７ 三次元カメラ架台 ８ カメラ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直交三軸の周りに回転可能に保持される
   撮像装置で得た撮像を離れた箇所の観察者の頭部に搭載
   した表示装置に表示する際に前記撮像装置を遠隔制御す
   る方法において、 前記観察者の頭部又はこの頭部に搭載された前記表示装
   置のパン軸、チルト軸及びロール軸の周りの角度の変化
   量を検出し、 これら検出した角度の変化量のそれぞれに異なる追随比
   率を乗算したものを前記撮像装置の対応の各軸の周りの
   回転角度として設定することを特徴とする撮像装置の遠
   隔制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記各軸のまわりの角度の追随比率は、パン軸の周りの
   回転については最小で、ロール軸の周りの回転について
   は最大となるように設定されたことを特徴とする撮像装
   置の遠隔制御方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、 前記各軸のまわりの角度の追随比率は、前記撮像装置の
   ズーム比率にほぼ反比例するように変更されることを特
   徴とする撮像装置の遠隔制御方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のそれぞれにおいて、 前記撮像装置と表示装置とは、立体視装置を構成するこ
   とを特徴とする撮像装置の遠隔制御方法。
5. 【請求項５】 直交三軸の周りに回転可能に保持される
   撮像装置で得た撮像を離れた箇所の観察者の頭部に搭載
   した表示装置に表示する際に前記撮像装置を遠隔制御す
   る装置において、 前記観察者の頭部又はこの頭部に搭載された前記表示装
   置のパン軸、チルト軸及びロール軸の周りの角度の変化
   量に検出する角度検出手段と、 これら検出した角度の変化量のそれぞれに異なる追随比
   率を乗算したものを前記撮像装置の前記対応の各軸の周
   りの回転角度として設定する角度設定手段とを備えたこ
   とを特徴とする撮像装置の遠隔制御装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記角度設定手段は、パン軸の周りの回転については最
   小で、ロール軸の周りの回転については最大となるよう
   に前記各軸のまわりの角度の追随比率を設定することを
   特徴とする撮像装置の遠隔制御装置。
7. 【請求項７】 請求項５又は６において、 前記角度設定手段は、前記撮像装置のズーム比率にほぼ
   反比例するように前記各軸のまわりの角度の追随比率を
   変更することを特徴とする撮像装置の遠隔制御装置。
8. 【請求項８】 請求項５乃至７のそれぞれにおいて、 前記撮像装置と前記表示装置とは立体視装置を構成する
   ことを特徴とする撮像装置の遠隔制御装置。
9. 【請求項９】 請求項５乃至８のそれぞれにおいて、 前記角度検出手段は、磁気変換型のディジタイザーであ
   ることを特徴とする撮像装置の遠隔制御装置。