JP3691802B2

JP3691802B2 - Automatic framing camera

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Publication number: JP3691802B2
Application number: JP2002056746A
Authority: JP
Inventors: 義人梅田
Original assignee: Nisca Corp
Current assignee: Canon Finetech Nisca Inc
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2022-03-04
Also published as: JP2003259190A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動フレーミングカメラに係り、特に、人物の顔を探し出して自動的にフレーミングする自動フレーミングカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人の顔の画像情報を元に本人であるか否かを自動的に認証する認証システムの開発が進められている。このシステムは、例えば、特定の部屋に入室が許可された人物が入室する際に、鍵、暗証番号入力や指紋照合等に代わって考案されたものであり、これらの方法と比べて、出入りするドアの前に立つだけで本人を識別してドアを開錠するので、簡易であり、かつ、セキュリティの度合いも高い。
【０００３】
このような認証システムでは、認証に必要な画像情報の情報量が多ければ誤判断を防ぐことができるので、カメラの方向を人物の顔に向けて画角内に大きくフレーミングして撮影する必要があり、それを自動的に行うには、人物の顔を自動的にフレーミングすることが必要となる。このような認証用カメラとして、被写体を撮影するための撮影手段がパン方向又はチルト方向に撮影方向を変えて、人物の顔の位置（方向）を探し出して撮影する自動フレーミングカメラが考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記認証システムに用いられるカメラは人物に対して顔を向けることを要求するので、人物の顔を探し出してフレーミングするまでの処理時間が迅速でなければ、上記認証システムでの入室が迅速とならない。
【０００５】
本発明は上記事案に鑑み、迅速に人物の顔をフレーミングすることができる自動フレーミングカメラを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、被写体を撮影するための撮影手段と、一方向の距離を測距する単一の測距手段と、前記撮影手段の撮影方向と前記測距手段の測距方向とを一体として変更する方向変更手段とを備え、人物の顔をフレーミングして撮影する自動フレーミングカメラにおいて、前記方向変更手段によりチルト方向下端でパン動作を行い前記測距手段による距離情報の変化から前記人物の体軸を探し出し、前記方向変更手段により前記体軸のチルト方向の下端又は上端からチルト動作を行い前記測距手段による距離情報の変化から前記人物の頭の頂部を探し出し、前記方向変更手段により前記探し出した頭の頂部から予め設定された角度分前記撮影方向を下げることで、前記人物の顔の略中央が前記撮影手段にフレーミングされることを特徴とする。
【０００７】
本態様の自動フレーミングカメラは、被写体を撮影するための撮影手段と、一方向の距離を測距する単一の測距手段と、撮影手段の撮影方向と測距手段の測距方向とを一体として変更する方向変更手段とを備えている。本態様では、方向変更手段によりチルト方向下端でパン動作が行われ測距手段による距離情報の変化から人物の体軸が探し出され、方向変更手段により体軸のチルト方向の下端又は上端からチルト動作が行われ測距手段による距離情報の変化から人物の頭の頂部が探し出され、方向変更手段により探し出した頭の頂部から予め設定された角度分撮影方向を下げることで、人物の顔の略中央が撮影手段にフレーミングされて撮影手段で人物の顔が撮影される。本態様によれば、測距手段による距離情報の変化から人物の体軸に次いで人物の頭の頂部が探し出され、頭の頂部から所定角度分撮影方向を下げることで、人物の顔の略中央がフレーミングされるので、迅速に人物の顔の画像を得ることができる。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、被写体を撮影するための撮影手段と、一方向の距離を測距する単一の測距手段と、前記撮影手段の撮影方向と前記測距手段の測距方向とを一体として変更する方向変更手段とを備え、人物の顔をフレーミングして撮影する自動フレーミングカメラにおいて、前記方向変更手段によりチルト方向下端でパン動作を行い前記測距手段による距離情報の変化から前記人物の体軸を探し出し、前記方向変更手段により前記体軸のチルト方向の下端又は上端からチルト動作を行い前記測距手段による距離情報の変化から前記人物の頭の頂部を探し出し、前記撮影手段の撮影方向が前記測距手段の測距方向に対して所定角度分下げて設定されていることで、前記人物の頭の頂部を探し出したときに前記人物の顔の略中央が前記撮影手段にフレーミングされることを特徴とする。
【０００９】
本態様では、方向変更手段によりチルト方向下端でパン動作が行われ測距手段による距離情報の変化から人物の体軸が探し出され、方向変更手段により体軸のチルト方向の下端又は上端からチルト動作が行われ測距手段による距離情報の変化から人物の頭の頂部が探し出される。撮影手段の撮影方向は測距手段の測距方向に対して所定角度分下げて設定されているので、人物の頭の頂部が探し出されると人物の顔の略中央が撮影手段にフレーミングされる。本態様によれば、撮影手段の撮影方向は測距手段の測距方向に対して所定角度分下げて設定されているので、第１の態様のように、方向変更手段により探し出した頭の頂部から所定角度分撮影方向を下げて人物の顔の略中央部を撮影手段にフレーミングする必要がなく、第１の態様に比べより迅速に人物の顔の画像を得ることができる。このような所定角度は、例えば、測距手段の測距可能距離が予め定められている場合に、この測距可能距離内において撮影手段と撮影手段の被写体のうちの人物との距離をＬ１、人物の顔の略中央から人物の頭の頂部までの距離をＬ２としたときに、ｔａｎ^−１（Ｌ２／Ｌ１）で与えられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明を、人物の顔を自動的にフレーミングする自動フレーミングカメラに適用した第１の実施の形態について説明する。
【００１２】
（構成）
図１に示すように、図示しない壁面には人が出入可能なドア３３が具設されている。ドア３３の近傍（左側）には、ドア３３の前に立った人物Ｐの顔を撮影する自動フレーミングカメラ（以下、カメラと略称する。）１が配置されている。カメラ１の上側には、人物Ｐにカメラ１の方向に顔を向けるよう指示するステッカ３５が壁面に貼付されている。また、ドア３３の前の床面には、カメラ１が人物Ｐの顔を撮影可能な認証エリア３４が矩形状に画成されている。認証エリア３４の床面には、認証エリア３４内にいる人物Ｐを検出可能な圧力スイッチ（図４の符号３１参照）が埋設されている。カメラ１で撮影された人物Ｐの顔の画像情報は、図示しないインターフェースを介してパーソナルコンピュータ等の図示しないホスト部へ送出される。ホスト部では、人物Ｐの顔の特徴量等のデータを抽出するために人物Ｐの顔の画像情報についての処理がなされ、ホスト部のデータベースに蓄積された人物Ｐの特徴量と一致する場合にドア３３が開錠される。
【００１３】
図２に示すように、カメラ１は、後述するカメラ部本体を覆うヘルメット状のケーシング２ａと、ケーシング２ａの前方開口部を覆う半球状のフード２ｂとを備えている。ケーシング２ａには、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）等の材質を用いることができ、フード２ｂには、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）等の材質を用いることができる。
【００１４】
図３に示すように、カメラ部本体は、カメラ部本体を支持し雲台として機能する板金製の第１フレーム７を有している。第１フレーム７は、中央部が矩形板状とされており、（カメラ部本体の）正面側の中央部に上方に折り曲げられた突起を有している。この突起の正面側には、赤外線を発光（投光）する赤外ＬＥＤ１４が固定されている。一方、第１フレーム７の突起とは反対側（背面側）の中央部からは、上方に断面Ｌ字状の支持部材が延出されている。
【００１５】
第１フレーム７の中央部で突起の近傍、及び、支持部材の正面側には、樹脂製の第２フレーム８をパン方向（水平方向）に回動可能に支持するパン方向支持軸１０がそれぞれ上下方向に突設されており、パン方向支持軸１０は、第１フレームの中央部及び支持部材で軸支されている。第２フレーム８は、正面側から見たときに、正面側中央を原点とした第１象限部が切り欠かれた概ね四角形の形状を有している。
【００１６】
第２フレーム８の内側には、樹脂製で板状の第３フレーム９が配置されている。第３フレーム９の正面側中央部には、人物Ｐの顔を撮影するための撮影レンズ３の焦点位置に配置され、画像をフレーム転送又はインターライン転送によりビデオ出力するＣＣＤ等の撮像素子４が固定されている。撮影レンズ３には、通常、光学系内に挿入されるＩＲ（赤外線）カットフィルタを欠いた固定焦点レンズが用いられている。
【００１７】
また、第３フレーム９の正面側には、撮影レンズ３の両側に、３ｍｍ程度の赤外スポット光を発光する円柱状の発光素子５と、発光素子５からの反射赤外光を受光する円柱状の受光素子６とが固定されている。発光素子５、撮影レンズ３（撮像素子４を含む。以下、同じ。）及び受光素子６は、略水平方向に直線状に、かつ、同一方向に配設されている。発光素子５と受光素子６とは、アクティブ方式の測距ユニットを構成しており、測距ユニットの測距可能距離は約５ｍ以内とされている。
【００１８】
発光素子５及び受光素子６の筒胴外周側面からは、それぞれ撮像素子４の反対側に略水平方向に、第３フレームを第２フレームに対してチルト方向（垂直方向）に回動可能に支持するチルト方向支持軸１１が突設されている。これらのチルト方向支持軸１１は、同軸線上にあり、第２フレームに軸支されている。発光素子５及び受光素子６のチルト方向支持軸１１の突設位置は、垂直方向で第２フレームに最も近い位置で、第３フレームに固定された全ての部材に対して垂直方向での重心位置（正面側から見たときに発光素子５及び受光素子６を上下に均等に２分する直径位置）にあたると共に、第３フレームに固定された全ての部材に対して奥行き方向での重心位置にあたる位置とされている。
【００１９】
第３フレーム９の裏面側で中央からやや発光素子５寄りの位置からは、第３フレーム９とほぼ同じ厚さの板材がカメラ部本体の背面方向に突設されている。この板材の中央部には長穴が形成されている。また、第３フレーム９の裏面側には、撮像素子４の作動を制御するＣＣＤ作動制御回路及び後述するようにカメラ部本体を制御する制御回路（図４の符号２０参照）の制御基板がマウントされている。なお、制御基板からはリード線が導出されており、上述したホスト部との接続を確保するためにケーシング２ａの背面側に配置された図示しないコネクタ部に接続されている。
【００２０】
第２フレーム８の一側（発光素子５側）からは、断面略く字状のモータ固定板が背面方向へ延出されている。モータ固定板の先端部には、第３フレーム９を略垂直方向にチルト駆動させるためのステッピングモータ（以下、チルトモータという。）１２が、チルトモータ１２から延出された円柱状の２本の固定アーム１２ｂを介してねじ止め固定されている。チルトモータ１２のモータ軸には、略Ｌ字状の駆動レバー１２ａが嵌着されている。駆動レバー１２ａの先端部は、上述した第３フレーム９の板材の長穴に挿入されている。
【００２１】
一方、第１フレーム７の中央部の裏面側（底面側）には、第２フレーム９を略水平方向にパン駆動させるためのステッピングモータ（以下、パンモータという。）１３が、パンモータ１３から延出された図示しない円柱状の２本の固定アームを介してねじ止め固定されている。パンモータ１３のモータ軸には、略Ｌ字状の駆動レバー１３ａが嵌着されている。駆動レバー１３ａの先端部は、撮影レンズ３と受光素子６とのほぼ中間点位置に対応する第２フレーム９の位置に形成されたＵ字状切り欠きに挿入されている。
【００２２】
従って、第３フレーム９はチルト方向支持軸１１で第２フレーム８に対してチルト方向に回動可能に軸支され、第２フレーム８はパン方向支持軸１０で第１フレーム７に対して回動可能に軸支されているので、第３フレーム９に固定された発光素子５、撮影レンズ３及び受光素子６は、パンモータ１３及びチルトモータ１２の駆動により、水平及び垂直方向に一体に方向（向き）を変更可能な構造とされている。なお、チルトモータ１２及びパンモータ１３には、本例でのステッピングモータの代わりに駆動レバー１２ａ、１３ａを半周（１８０°）未満回動させる回動位置センサー付きのメータを用いても良い。
【００２３】
図４に示すように、カメラ部本体は、チルトモータ１２及びパンモータ１３の駆動、並びに、発光素子５、受光素子６及び発光ＬＥＤ１４の赤外線の発光・受光を制御する制御回路２０を有している。制御回路２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びインターフェースを内蔵したマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）２１、マイコン２１からのＨ（ハイ）レベル信号により発光素子５を発光させるドライバ２５、演算回路を有し受光素子６で受光した赤外反射光を光電変換して被写体までの距離を測距する測距デバイス２２、マイコン２１からのＨ（ハイ）レベル信号により赤外ＬＥＤ１４を発光させるドライバ２６、及び、チルトモータ１２、パンモータ１３を正逆転の双方向に駆動するドライバ２８、２９を含んで構成されている。マイコン２１は測距デバイス２２に接続されており、測距デバイス２２は受光素子６に接続されている。また、マイコン２１はドライバ２５、２６に接続されており、ドライバ２５、２６はそれぞれ発光素子５、発光ＬＥＤ１４に接続されている。更に、マイコン２１は、ドライバ２８、２９に接続されており、ドライバ２８はパンモータ１３に、ドライバ２９はチルトモータ１２にそれぞれ接続されている。なお、マイコン２１は上述した圧力スイッチ３１にも接続されている。
【００２４】
（動作）
次に、フローチャートを参照して、本実施形態のカメラ１の動作について説明する。なお、マイコン２１は既にＲＯＭに記憶されたプログラムや後述する設定値等のデータのＲＡＭへの展開を行う初期処理を終了しており、カメラ部本体の撮像素子４を人物Ｐの顔に向かせてフレーミングし撮像するためのフレーミングルーチンが実行可能な状態にあるものとする。
【００２５】
図５に示すように、このフレーミングルーチンでは、まずステップ１０２において、圧力スイッチ３１がオン状態となるまで待機する。圧力スイッチ３１がオン状態となると、次のステップ１０４において、ドライバ２８、２９にパンモータ１３及びチルトモータ１２を駆動させ、カメラ部本体（測距ユニット）が測距方向の初期位置の方向を向くように移動させ、パンモータ１３及びチルトモータ１２の駆動を停止させる。
【００２６】
図６に示すように、測距ユニットの測距方向Ｄは、パン方向（水平方向）及びチルト方向（垂直方向）で測距許容範囲Ｓ内に規制されている。測距許容範囲Ｓは、パンモータ１３及びチルトモータ１２の可動範囲に依存している。なお、図６に示す測距許容範囲Ｓは、人物Ｐの位置における測距ユニットの測距範囲を模式的に示したものである。初期位置（初期方向）Ｓ_Ｏは、この測距許容範囲Ｓのチルト方向下端かつパン方向一端部の位置とされている。測距許容範囲Ｓのチルト方向下端は、測距ユニットの測距可能距離の限界において床面より上方の位置、換言すれば、測距可能距離が床面までの距離より短くなるように設定されている。初期位置Ｓ_Ｏは、測距許容範囲Ｓ内において、水平方向では、人物Ｐ（又は人物Ｐ’）が存在しない位置に設定されており、垂直方向では、人物Ｐ（又は人物Ｐ’）が存在する位置に設定されている（図１も参照）。
【００２７】
次のステップ１０６では、ドライバ２５にＨレベル信号を出力して発光素子５を点灯させる。これにより、受光素子６は人物Ｐ（又は人物Ｐ’）で反射した赤外反射光を受光可能な状態となる。
【００２８】
次のステップ１０８では、ドライバ２８にパンモータ１３を駆動させて、測距方向Ｄをパン方向（図６の矢印Ａ方向）に移動させる。これにより、測距方向Ｄは、チルト方向を初期位置のままとして、初期位置Ｓ_Ｏからパン方向にパン方向終端位置Ｓ_Ｅまで移動することになる。パン方向終端位置Ｓ_Ｅは、認証エリア３４を挟んだ初期位置Ｓ_Ｏの反対側で人物Ｐが存在しない位置に設定されている。
【００２９】
次にステップ１１０において、受光素子６で受光した信号に変化があるか、換言すれば、人物Ｐの一側Ｐ_Ａや他端Ｐ_Ｂを捉えたか否かを判断する。測距デバイス２２は、受光素子からの電圧により被写体までの距離を測距しており、図６に示すように、人物Ｐの一側Ｐ_Ａ、人物Ｐの他端Ｐ_Ｂ、人物Ｐよりも遠方に位置している人物Ｐ’の端部（図示せず）を含むパン動作中の各測距方向Ｄでその測距情報（距離情報）をマイコン２１に出力している。このため、マイコン２１は被写体を捉えた位置、すなわち、人物Ｐの一側Ｐ_Ａや他端Ｐ_Ｂを判断することができる。
【００３０】
ステップ１１０での判断が否定のときは、ステップ１１４へ進み、肯定のときは、次のステップ１１２において、初期位置Ｓ_Ｏから信号変化のあったところ（人物Ｐの一端Ｐ_Ａや他端Ｐ_Ｂ）までドライバ２８がパンモータ１３に出力したパルス数の値及びそこでの測距デバイス２２からの測距情報をＲＡＭに記憶する。
【００３１】
次にステップ１１４では、測距方向Ｄがパン方向終端位置Ｓ_Ｅに到達したか否かを、ドライバ２８がパンモータ１３に出力するパルス数が予め定められたパルス数となったか否かにより判断する。否定判定のときは、ステップ１０８に戻りパンモータ１３のパン駆動を続行させ、肯定判定のときは、次のステップ１１６においてパンモータ１３の駆動を停止させる。次いで、ステップ１１８では、ステップ１１２で記憶した距離情報を読み出し、カメラ１に最も近い被写体（人物Ｐ）を選択する。
【００３２】
次のステップ１２０では、ステップ１１２で記憶した人物Ｐの一側Ｐ_Ａ及び他側Ｐ_Ｂまでのパルス数の値を読み出し、その中間のパルス数の値｛（Ｐ_Ａまでのパルス数＋Ｐ_Ｂまでのパルス数）／２｝を演算して、演算されたパルス数の位置（方向）を人物Ｐの体軸位置（体軸方向）Ｐ_Ｃとする。初期位置Ｓ_Ｏからパン方向終端位置Ｓ_Ｅまでドライバ２８がパンモータ１３へ出力するパルス数は一定であり、初期位置Ｓ_Ｏから体軸位置Ｐ_Ｃまでのパルス数は演算されているので、前者から後者を減算することで、測距ユニットの測距方向Ｄをパン方向終端位置Ｓ_Ｅから体軸位置Ｐ_Ｃに向かせるためのパルス数を演算することができる。ステップ１２２では、このように演算されたパルス数分、パンモータ１３を逆転駆動させて測距方向Ｄを体軸位置Ｐ_Ｃに向かせ、パンモータ１３の駆動を停止させる。
【００３３】
従って、測距ユニットは、測距許容範囲Ｓの下端を水平方向に、パンモータ１３の正転駆動により、初期位置Ｓ_Ｏから人物Ｐ、Ｐ’を通過してパン方向終端位置Ｓ_Ｅまで向き、パン方向終端位置Ｓ_Ｅで一旦停止した後、パンモータ１３の逆転駆動により、体軸位置Ｐ_Ｃを向くこととなる。
【００３４】
ステップ１２４では、測距ユニットが体軸位置Ｐ_Ｃから上方（図６の矢印Ｂ方向）を向くようにドライバ２９にチルトモータ１２を駆動させ、次のステップ１２６において、信号変化があるか否かを判断する。すなわち、図６に示すように、測距ユニットを体軸位置Ｐ_Ｃから上方に向かせると、人物Ｐの頭部端（頭の頂部）Ｐ_Ｄで信号変化が得られるが、ステップ１２６では、この信号変化で測距方向Ｄが頭部端Ｐ_Ｄ越えたか否かを判断する。
【００３５】
ステップ１２６で否定判断のときは、ステップ１２８において、体軸位置Ｐ_Ｃでの測距許容範囲Ｓ内の終端（上端位置）となる体軸チルト方向終端位置Ｓ_Ｃまで駆動させたか否かを判断し、ステップ１２８での判断が否定のときは、測距方向Ｄを更に上方に向かせるためにステップ１２４へ戻る。なお、測距許容範囲Ｓの上端位置は、身長がおよそ２．５ｍを超える人は存在しないことやカメラ１の垂直（高さ）方向の設置位置を考慮して設定することができる。ステップ１２８での判断が肯定のときは、人物Ｐが移動したと考えられるので、次のステップ１３０において、圧力スイッチ３１がオン状態か否かを判断する。ステップ１３０で肯定判断のときは、人物Ｐが認証エリア３４内に存在するものの、人物Ｐが移動したためにこのままフレーミングルーチンを続行しても人物Ｐの顔のフレーミングを正確には得られないものとして、再度ステップ１０４へ戻り、ステップ１３０で否定判断のときは、人物Ｐが認証エリア３４内に存在しないので、フレーミングルーチンを終了する。
【００３６】
一方、ステップ１２６での判断が肯定のときは、測距方向Ｄが人物Ｐの頭部端Ｐ_Ｄ越えたので、ステップ１３２において、チルトモータ１２のチルト駆動を停止させると共に、発光素子５を消灯させる。次いでステップ１３４でチルトモータ１２を逆転駆動させ、次のステップ１３６において、ドライバ２９が予め設定された所定パルス数をチルトモータ１２に出力したか否かを判断する。本実施形態のカメラ１ように人の顔のフレーミングを行う場合に、体軸位置Ｐ_Ｃの上方の頭部端Ｐ_Ｄが既知のときには、人の顔のサイズは大凡決められているので、頭部端Ｐ_Ｄから例えば１５ｃｍ程度の下方の位置を人物Ｐの顔の中心Ｐ_Ｅと考えることができる。ステップ１３６では、測距方向Ｄが人物Ｐの顔の中心Ｐ_Ｅに向いたか否かを判断するために、チルトモータ１２にこの１５ｃｍ程度に相当する所定パルス数が出力されたか否かを判定する。
【００３７】
ステップ１３６で否定判定のときは、チルトモータ１２の逆転駆動を続行するためにステップ１３４へ戻り、肯定判断のときは、ステップ１３８において、チルトモータ１２の逆転駆動を停止させる。
【００３８】
従って、測距ユニットは、測距許容範囲Ｓの下端の体軸位置Ｐ_Ｃから垂直方向に、チルトモータ１２の正転駆動により、人物Ｐの頭部端Ｐ_Ｄを通過して一旦停止した後、チルトモータ１２の逆転駆動により、人物Ｐの顔の中心Ｐ_Ｅを向くこととなる。撮像素子４は、第３フレーム９上に測距ユニットに挟まれて略水平方向に直線状に、かつ、同一方向に配置されているので、測距ユニットが人物Ｐの顔の中心Ｐ_Ｅを向くことで、図６に示すように、人物Ｐの顔の中心Ｐ_Ｅを中心とした画角Ｖ_Ａで人物Ｐの顔をフレーミングしている。
【００３９】
次にステップ１４０では、発光ＬＥＤ１４を点灯させ、次のステップ１４２でフレーミングの完了をホスト部へ報知するフレーミング完了信号を出力して、フレーミングルーチンを終了する。これにより、ホスト部は、撮像素子４からの画像を取り込み、上述したように、人物Ｐの顔の特徴量等のデータを抽出する画像処理を行い、ホスト部のデータベースに蓄積された人物Ｐの特徴量と一致する場合にドア３３を開錠する。
【００４０】
（作用等）
次に、本実施形態のカメラ１の作用等について説明する。
【００４１】
本実施形態のカメラ１では、パンモータ１３によりチルト方向下端でパン動作が行われ（ステップ１０４〜１１６）、一方向の測距が可能な測距ユニット（発光素子５、受光素子６）による信号変化から人物Ｐの体軸位置Ｐ_Ｃが探し出される（ステップ１１８、１２０）。次いで、チルトモータ１２により体軸位置Ｐ_Ｃ（チルト方向の下端）から上方に向けてチルト動作が行われ測距ユニットによる信号変化から人物Ｐの頭部端Ｐ_Ｄが探し出される（ステップ１２４〜１３２）。そして、チルトモータ１２により、探し出された人物Ｐの顔の中心Ｐ_Ｅに撮影レンズ３の撮影方向Ｄが向けられて人物Ｐの顔の中心Ｐ_Ｅが画角Ｖ_Ａにフレーミングされて（ステップ１３４〜１３８）、撮像素子４で人物Ｐの顔が撮影される。従って、本実施形態のカメラ１は、（１）初期位置Ｓ_Ｏからパン方向終端位置Ｓ_Ｅまでの正転パン動作、（２）パン方向終端位置Ｓ_Ｅから体軸位置Ｐ_Ｂまでの逆転パン動作、（３）体軸位置Ｐ_Ｂから頭部端Ｐ_Ｄまでの正転チルト動作、及び、（４）頭部端Ｐ_Ｄから人物Ｐの顔の中心Ｐ_Ｅまでの逆転チルト動作、の４動作で人物Ｐの顔をフレーミングすることができるので、迅速に人物Ｐの顔の画像を得ることができる。従って、本実施形態のカメラ１によれば、静止状態の人物Ｐの顔の画像を迅速に得ることができるので、ホスト部では、従来技術のように人物Ｐの顔の部分を背景等から切り出すトリミング処理が不要なため画像処理の時間を短縮することができると共に、トリミング処理に伴って発生する撮像素子４の高解像度化が不要なため画素数が少ない低コストのカメラを使用することができる。換言すれば、本実施形態のカメラ１を使用することにより、画像を取り込んだ後人物Ｐの顔を中心とするトリミング処理が必要なく画像を取り込む時点でトリミング処理後の画像を得ることができるので、ホスト部での処理時間の短縮化やカメラの低コスト化を図ることができる。
【００４３】
また、殆どの場合に撮影対象となる被写体（人物Ｐ）は、カメラ１に最も近い位置に存在するので、本実施形態では、人物Ｐ、Ｐ’を含む複数の被写体が存在する場合でも、カメラ１に最も近い被写体である人物Ｐの顔を撮像素子４で撮影することで、被写体の特定を簡素化した。従って、本実施形態では、マイコン２１をソフトウエア（プログラム）で作動させる例を示したが、マイコン２１やソフトウエアによらずコンパレータ（比較器）等を含んたハードウエアで制御回路を構成することも可能なため、より低コスト化、ダウンサイジング化を図ることができる。
【００４４】
更に、本実施形態のカメラ１では、アクティブ方式の三角測距を採用している。このため、発光素子５を赤外域で発光させることで、暗いところでも人物Ｐ等の被写体を探し出すことができる。また、本実施形態のカメラ１は、一旦人物Ｐの顔の中心を探し出した後、赤外ＬＥＤ１４を発光させて（ステップ１４０）、撮像素子４で人物Ｐの顔を撮影するので、被写体の人物Ｐを驚かせたり、人物Ｐの視力を損傷することもない。また更に、本実施形態のカメラ１では、撮影レンズ３にＩＲカットフィルタを欠く構成としたので、撮像素子４は赤外域でも撮影が可能である。すなわち、一般に本実施形態のような認証用のカメラ１は廊下や玄関等の比較的暗いところに配置されるので、赤外域のアクティブ方式を採用し、赤外ＬＥＤ１４で被写体に投光し、更に、ＩＲカットフィルタを取り外した撮影レンズ３を用いることで、暗い場所でも撮影可能な認証用カメラ本来の機能を発揮させることができる。
【００４５】
更にまた、本実施形態のカメラ１では、光スポット径を３ｍｍ程度とした発光素子５を用いた。光スポット径が大き過ぎると、受光素子６からの出力での判別が難しく人物Ｐの輪郭等がぼけてしまう場合がある。本実施形態のカメラ１では、発光素子５の光スポットをぼけが生じない小径としたので、信号変化を精度よく把握することができ、誤差なく人物Ｐの顔をフレーミングして撮影することができる。
【００４６】
なお、本実施形態では、人物の顔をフレーミングして撮影する例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、物の特定の部位をフレーミングして撮影するカメラにも適用できることは論を待たない。このような場合には、撮影対象となる物の形状に応じて一側や他側及び頭部端に相当する個所を定めるようにすればよい。
【００４７】
また、本実施形態では、連続投光型の発光ＬＥＤ１４を例示したが、フラッシュ型の発光ＬＥＤを用いるようにしてもよい。このようにすれば、真っ暗な場所にカメラ１が配置されても鮮明な人物Ｐの顔の画像を得ることができる。
【００４８】
更に、本実施形態では、撮影レンズ３からＩＲカットフィルタを除き暗い場所での適用例を示したが、カメラ１が常時明るい場所に配置されるときには、撮影レンズ３にＩＲカットフィルタを挿入することで、撮像素子４に入る光線のうち不要となる赤外域の光線を排除して人の目に馴染みのある画像を得るようにしてもよい。
【００４９】
また、本実施形態では、カメラ１側に制御回路２０を設けた例を示したが、このような制御回路２０は、カメラ１の外部や上述した図示しないホスト部側でもソフトウエアにより同様の機能を果たさせることができる。このような態様では、ホスト部側とカメラ側を接続する制御用のインターフェースを確保したり、BLUETOOTHに代表される無線リンクを確保するようにすればよい。
【００５０】
そして、本実施形態では、人物Ｐの顔にカメラ１の画角Ｖ_Ａを向けるために、体軸位置Ｐ_Ｃから図６の矢印Ｂ方向に（上方に）チルトモータ１２をチルト駆動させる例を示したが、測距許容範囲Ｓの体軸位置Ｐ_Ｃの上端となる体軸チルト方向終端位置Ｓ_Ｃから矢印Ｂ方向とは反対側に（下方に）チルトモータ１２をチルト駆動させて頭部端Ｐ_Ｄの信号変化を捉えるようにしてもよい。
【００５１】
（第２実施形態）
次に、本発明を、人物の顔を自動的にフレーミングする自動フレーミングカメラに適用した第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一の部材及び同一のステップには同一の符号を付してその説明を省略し、異なる個所のみ説明する。
【００５２】
図７に示すように、本実施形態では、発光素子５、撮影レンズ３及び受光素子６は、略水平方向に直線状に配設されているが、撮影レンズ３の撮影方向Ｃ_Ｄは、測距ユニットの測距方向Ｄから所定角度θだけ下げて設定されている。この角度θは、撮像素子４のＣＣＤ面から人物Ｐまでの距離をＬ１とし、人物Ｐの顔の中心Ｐ_Ｅから人物Ｐの頭部端Ｐ_Ｄまでの距離をＬ２（例えば、１５ｃｍ）としたときに、ｔａｎθ＝Ｌ２／Ｌ１で与えられる。なお、図１に示すように、認証エリア３４（特に、カメラ１に向かう方向の辺）を小さくすることで、この角度θの精度は高まり、人物Ｐの顔のフレーミング精度を高めることができる。
【００５３】
図８に示すように、本実施形態のカメラ１のフレーミングルーチンでは、図５に示したステップ１３２〜ステップ１３６を欠いている。すなわち、本実施形態では、図７及び図９に示すように、撮影レンズ３の撮影方向Ｃ_Ｄが測距ユニットの測距方向Ｄから、人物Ｐの顔の中心Ｐ_Ｅから人物Ｐの頭部端Ｐ_Ｄまでの距離Ｌ２に相当する角度θだけ下げて設定されているので、人物Ｐの頭部端Ｐ_Ｄで信号変化が得られたときに、チルトモータ１２の駆動を停止すれば、その位置（方向）で撮像素子４は人物Ｐの顔の中心Ｐ_Ｅを画角Ｖ_Ａの中心に捉えることができる。
【００５４】
本実施形態のカメラによれば、人物Ｐの顔を捉えるために、ステップ１３２〜ステップ１３６の工程が不要となるので、すなわち、第１実施形態に則して説明すれば、上述した（４）頭部端Ｐ_Ｄから人物Ｐの顔の中心Ｐ_Ｅまでの逆転チルト動作がないので、第１実施形態のカメラ１より更に迅速に人物の顔をフレーミングすることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の態様によれば、測距手段による距離情報の変化から人物の体軸に次いで人物の頭の頂部が探し出され、頭の頂部から所定角度分撮影方向を下げることで、人物の顔の略中央がフレーミングされるので、迅速に人物の顔をフレーミングすることができ、本発明の第２の態様によれば、撮影手段の撮影方向は測距手段の測距方向に対して所定角度分下げて設定されているので、第１の態様のように、方向変更手段により探し出した頭の頂部から所定角度分撮影方向を下げて人物の顔の略中央部を撮影手段にフレーミングする必要がなく、第１の態様に比べより迅速に人物の顔をフレーミングすることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な第１実施形態の自動フレーミングカメラの配置位置を模式的に示す外観斜視図である。
【図２】第１実施形態の自動フレーミングカメラの外観斜視図である。
【図３】第１実施形態の自動フレーミングカメラのカメラ部本体の概略構成を示す外観斜視図である。
【図４】第１実施形態の自動フレーミングカメラの制御回路の概略構成を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態の自動フレーミングカメラの制御回路のマイコンが実行するフレーミングルーチンのフローチャートである。
【図６】第１実施形態の自動フレーミングカメラの測距方向及び測距許容範囲を模式的に示す説明図である。
【図７】本発明が適用可能な第２実施形態の自動フレーミングカメラの撮影レンズと測距ユニットとの角度関係を模式的に示す説明図である。
【図８】第２実施形態の自動フレーミングカメラの制御回路のマイコンが実行するフレーミングルーチンのフローチャートである。
【図９】第２実施形態の自動フレーミングカメラの測距方向、撮影方向及び測距許容範囲を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１自動フレーミングカメラ
３撮影レンズ（撮影手段の一部）
４撮像素子（撮影手段の一部）
５発光素子（測距手段の一部）
６受光素子（測距手段の一部）
１２チルトモータ（方向変更手段の一部）
１３パンモータ（方向変更手段の一部）
２０制御回路（測距手段の一部、方向変更手段の一部）
２２測距デバイス（測距手段の一部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic framing camera, and more particularly to an automatic framing camera that searches for a person's face and automatically performs framing.
[0002]
[Prior art]
In recent years, development of an authentication system that automatically authenticates whether or not the person is the person based on the image information of the person's face has been promoted. This system, for example, was devised in place of keys, PIN number input, fingerprint verification, etc. when a person who was allowed to enter a specific room entered the room. Since the person is identified and unlocked simply by standing in front of the door, it is simple and has a high degree of security.
[0003]
In such an authentication system, if the amount of image information required for authentication is large, misjudgment can be prevented. Therefore, it is necessary to shoot the image with the camera facing the person's face and greatly framing within the angle of view. Yes, to do that automatically requires framing the person's face. As such an authentication camera, an automatic framing camera that captures and captures the position (direction) of a person's face by changing the shooting direction in a panning direction or a tilting direction can be considered.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the camera used in the authentication system requires the person to face his face, if the processing time until the person's face is searched for and framing is not quick, entry into the authentication system is quick. Don't be.
[0005]
An object of the present invention is to provide an automatic framing camera capable of framing a person's face quickly.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a first aspect of the present invention is to measure a distance in one direction with a photographing unit for photographing a subject. single The distance measuring means, and the photographing direction of the photographing means and the distance measuring direction of the distance measuring means are integrally changed. direction An automatic framing camera for framing and photographing a person's face, and panning at the lower end of the tilt direction by the direction changing means to find the body axis of the person from a change in distance information by the distance measuring means The direction changing means performs a tilting operation from the lower end or the upper end in the tilt direction of the body axis, finds the top of the person's head from the change in distance information by the distance measuring means, and the direction changing means The photographing means is framed by the photographing means by lowering the photographing direction by a preset angle from the top.
[0007]
The automatic framing camera of this aspect measures the distance in one direction with the photographing means for photographing the subject. single The distance measuring means, and the photographing direction of the photographing means and the distance measuring direction of the distance measuring means are changed together. direction Changing means. In this aspect, the panning operation is performed at the lower end of the tilt direction by the direction changing means, the body axis of the person is found from the change in the distance information by the distance measuring means, and the tilt is applied from the lower end or the upper end of the tilt direction of the body axis by the direction changing means. The top of the person's head is found from the change in distance information by the distance measuring means, and the photographing direction is lowered by a preset angle from the top of the head found by the direction changing means. The approximate center is framed by the photographing means, and the face of the person is photographed by the photographing means. According to this aspect, the top of the person's head is searched after the person's body axis from the change in the distance information by the distance measuring means, and the photographing direction is lowered by a predetermined angle from the top of the head, thereby Since the center is framed, an image of a person's face can be obtained quickly.
[0008]
In order to solve the above-mentioned problem, the second aspect of the present invention is to measure a distance in one direction with a photographing means for photographing a subject. single The distance measuring means, and the photographing direction of the photographing means and the distance measuring direction of the distance measuring means are integrally changed. direction An automatic framing camera for framing and photographing a person's face, and panning at the lower end of the tilt direction by the direction changing means to find the body axis of the person from a change in distance information by the distance measuring means The direction changing means performs a tilt operation from the lower end or the upper end of the tilt direction of the body axis, finds the top of the person's head from the change in distance information by the distance measuring means, and the shooting direction of the shooting means is the distance measuring The center of the person's face is framed by the photographing means when the top of the person's head is found by being set at a predetermined angle with respect to the distance measuring direction of the means. To do.
[0009]
In this aspect, the panning operation is performed at the lower end of the tilt direction by the direction changing means, the body axis of the person is found from the change in the distance information by the distance measuring means, and the tilt is applied from the lower end or the upper end of the tilt direction of the body axis by the direction changing means. The operation is performed, and the top of the person's head is found from the change in the distance information by the distance measuring means. Since the photographing direction of the photographing means is set to be lowered by a predetermined angle with respect to the distance measuring direction of the distance measuring means, when the top of the person's head is found, the approximate center of the person's face is framed by the photographing means. . According to this aspect, since the photographing direction of the photographing means is set to be lowered by a predetermined angle with respect to the distance measuring direction of the distance measuring means, the top of the head found by the direction changing means as in the first aspect. Thus, it is not necessary to lower the photographing direction by a predetermined angle and to frame the substantially central portion of the person's face on the photographing means, and it is possible to obtain an image of the person's face more quickly than in the first mode. Such a predetermined angle is, for example, Within the distance measurement possible distance when the distance measurement means distance is determined in advance Shooting means and Of the subject of the shooting means When the distance from the person is L1, and the distance from the approximate center of the person's face to the top of the person's head is L2, tan ^-1 It is given by (L2 / L1).
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
A first embodiment in which the present invention is applied to an automatic framing camera that automatically frames a person's face will be described below with reference to the drawings.
[0012]
(Constitution)
As shown in FIG. 1, a door 33 through which a person can enter and exit is provided on a wall surface (not shown). In the vicinity (left side) of the door 33, an automatic framing camera (hereinafter abbreviated as a camera) 1 for photographing the face of the person P standing in front of the door 33 is disposed. On the upper side of the camera 1, a sticker 35 for instructing the person P to face his face in the direction of the camera 1 is attached to the wall surface. An authentication area 34 in which the camera 1 can photograph the face of the person P is defined in a rectangular shape on the floor surface in front of the door 33. A pressure switch (see reference numeral 31 in FIG. 4) capable of detecting the person P in the authentication area 34 is embedded in the floor surface of the authentication area 34. Image information of the face of the person P photographed by the camera 1 is sent to a host unit (not shown) such as a personal computer via an interface (not shown). In the host unit, processing is performed on the image information of the face of the person P in order to extract data such as the feature amount of the face of the person P, and when the feature amount matches the feature amount of the person P stored in the database of the host unit. The door 33 is unlocked.
[0013]
As shown in FIG. 2, the camera 1 includes a helmet-shaped casing 2 a that covers a camera unit main body, which will be described later, and a hemispherical hood 2 b that covers a front opening of the casing 2 a. For example, a material such as ABS (acrylonitrile butadiene styrene) can be used for the casing 2a, and a material such as PC (polycarbonate) can be used for the hood 2b.
[0014]
As shown in FIG. 3, the camera unit main body has a first frame 7 made of sheet metal that supports the camera unit main body and functions as a pan head. The first frame 7 has a rectangular plate shape at the center, and has a protrusion bent upward at the center on the front side (of the camera body). An infrared LED 14 that emits infrared light (projects light) is fixed to the front side of the protrusion. On the other hand, a support member having an L-shaped cross section is extended upward from a central portion on the opposite side (back side) to the protrusion of the first frame 7.
[0015]
Pan direction support shafts 10 that support the resin-made second frame 8 so as to be rotatable in the pan direction (horizontal direction) are provided in the vicinity of the protrusion at the center of the first frame 7 and on the front side of the support member. The pan-direction support shaft 10 protrudes in the vertical direction, and is supported by the center portion of the first frame and the support member. When viewed from the front side, the second frame 8 has a substantially quadrangular shape in which the first quadrant having the center at the front side as the origin is cut out.
[0016]
Inside the second frame 8, a plate-like third frame 9 made of resin is disposed. An image sensor 4 such as a CCD that is arranged at the focal position of the photographing lens 3 for photographing the face of the person P and outputs a video image by frame transfer or interline transfer is provided at the center of the front side of the third frame 9. It is fixed. The photographic lens 3 is usually a fixed focus lens that lacks an IR (infrared) cut filter that is inserted into the optical system.
[0017]
Further, on the front side of the third frame 9, a cylindrical light emitting element 5 that emits infrared spot light of about 3 mm on both sides of the photographing lens 3, and a circle that receives reflected infrared light from the light emitting element 5. A columnar light receiving element 6 is fixed. The light emitting element 5, the photographing lens 3 (including the imaging element 4, the same applies hereinafter) and the light receiving element 6 are arranged in a straight line in the substantially horizontal direction and in the same direction. The light emitting element 5 and the light receiving element 6 constitute an active distance measuring unit, and the distance measurement possible distance of the distance measuring unit is within about 5 m.
[0018]
From the outer peripheral side surfaces of the light emitting element 5 and the light receiving element 6, the third frame is supported so as to be rotatable in a substantially horizontal direction on the opposite side of the imaging element 4 and in a tilt direction (vertical direction) relative to the second frame. The tilt direction support shaft 11 is projected. These tilt direction support shafts 11 are on a coaxial line and are pivotally supported by the second frame. The protruding position of the tilt direction support shaft 11 of the light emitting element 5 and the light receiving element 6 is the position closest to the second frame in the vertical direction, and the barycentric position in the vertical direction with respect to all members fixed to the third frame. (Diameter position that equally divides the light-emitting element 5 and the light-receiving element 6 into two vertically when viewed from the front side) and the position corresponding to the center of gravity in the depth direction with respect to all members fixed to the third frame It is said that.
[0019]
A plate material having substantially the same thickness as that of the third frame 9 is projected from the back surface side of the third frame 9 toward the back surface of the camera body from a position slightly closer to the light emitting element 5 from the center. A long hole is formed in the center of the plate material. Mounted on the back side of the third frame 9 is a control board for a CCD operation control circuit for controlling the operation of the image sensor 4 and a control circuit (see reference numeral 20 in FIG. 4) for controlling the camera body as will be described later. Has been. A lead wire is led out from the control board, and is connected to a connector portion (not shown) disposed on the back side of the casing 2a in order to ensure connection with the host portion described above.
[0020]
From one side of the second frame 8 (the light emitting element 5 side), a motor fixing plate having a substantially square cross section extends in the back direction. A stepping motor (hereinafter referred to as a tilt motor) 12 for tilting the third frame 9 in a substantially vertical direction is provided at the front end of the motor fixing plate, and has two cylindrical shapes extending from the tilt motor 12. It is fixed with screws via a fixed arm 12b. A substantially L-shaped drive lever 12 a is fitted on the motor shaft of the tilt motor 12. The distal end of the drive lever 12a is inserted into the long hole of the plate material of the third frame 9 described above.
[0021]
On the other hand, a stepping motor (hereinafter referred to as a pan motor) 13 for driving the second frame 9 to pan in a substantially horizontal direction extends from the pan motor 13 on the back surface side (bottom surface side) of the center portion of the first frame 7. These are fixed by screws via two cylindrical fixing arms (not shown). A substantially L-shaped drive lever 13 a is fitted on the motor shaft of the pan motor 13. The distal end portion of the drive lever 13a is inserted into a U-shaped notch formed at the position of the second frame 9 corresponding to the substantially middle position between the photographic lens 3 and the light receiving element 6.
[0022]
Accordingly, the third frame 9 is pivotally supported by the tilt direction support shaft 11 so as to be rotatable in the tilt direction with respect to the second frame 8, and the second frame 8 is rotated about the first frame 7 by the pan direction support shaft 10. Since the shaft is movably supported, the light emitting element 5, the photographing lens 3, and the light receiving element 6 fixed to the third frame 9 are integrally moved in the horizontal and vertical directions by driving the pan motor 13 and the tilt motor 12 ( (Orientation) can be changed. The tilt motor 12 and the pan motor 13 may be a meter with a rotation position sensor that rotates the drive levers 12a and 13a by less than a half turn (180 °) instead of the stepping motor in this example.
[0023]
As shown in FIG. 4, the camera unit body has a control circuit 20 that controls driving of the tilt motor 12 and pan motor 13, and infrared light emission / light reception of the light emitting element 5, the light receiving element 6, and the light emitting LED 14. . The control circuit 20 includes a microcomputer (hereinafter referred to as a microcomputer) 21 having a CPU, a RAM, a ROM, and an interface, a driver 25 for causing the light emitting element 5 to emit light in response to an H (high) level signal from the microcomputer 21, and an arithmetic circuit. A distance measuring device 22 that photoelectrically converts infrared reflected light received by the light receiving element 6 to measure the distance to the subject, a driver 26 that causes the infrared LED 14 to emit light based on an H (high) level signal from the microcomputer 21, and The driver 28 and 29 are configured to drive the tilt motor 12 and the pan motor 13 in both forward and reverse directions. The microcomputer 21 is connected to the distance measuring device 22, and the distance measuring device 22 is connected to the light receiving element 6. The microcomputer 21 is connected to drivers 25 and 26, and the drivers 25 and 26 are connected to the light emitting element 5 and the light emitting LED 14, respectively. Further, the microcomputer 21 is connected to drivers 28 and 29, the driver 28 is connected to the pan motor 13, and the driver 29 is connected to the tilt motor 12. The microcomputer 21 is also connected to the pressure switch 31 described above.
[0024]
(Operation)
Next, the operation of the camera 1 of the present embodiment will be described with reference to a flowchart. Note that the microcomputer 21 has already completed the initial processing for expanding the program stored in the ROM and data such as setting values, which will be described later, into the RAM, so that the image pickup device 4 of the camera unit body faces the face of the person P. It is assumed that a framing routine for framing and imaging is ready to be executed.
[0025]
As shown in FIG. 5, in this framing routine, first, in step 102, the process waits until the pressure switch 31 is turned on. When the pressure switch 31 is turned on, in the next step 104, the drivers 28 and 29 are driven to drive the pan motor 13 and the tilt motor 12, so that the camera body (ranging unit) faces the initial position of the distance measuring direction. And the driving of the pan motor 13 and the tilt motor 12 is stopped.
[0026]
As shown in FIG. 6, the distance measurement direction D of the distance measurement unit is regulated within the distance measurement allowable range S in the pan direction (horizontal direction) and the tilt direction (vertical direction). The distance measurement allowable range S depends on the movable range of the pan motor 13 and the tilt motor 12. The distance measurement allowable range S shown in FIG. 6 schematically shows the distance measurement range of the distance measurement unit at the position of the person P. Initial position (initial direction) S _O Is the position of the lower end in the tilt direction and one end in the pan direction of the distance measurement allowable range S. The lower end of the distance measurement allowable range S in the tilt direction is set so as to be located above the floor surface at the limit of the distance measurement possible distance of the distance measurement unit, in other words, the distance measurement possible distance is shorter than the distance to the floor surface. ing. Initial position S _O Is set at a position where the person P (or person P ′) does not exist in the horizontal direction within the distance measurement allowable range S, and at a position where the person P (or person P ′) exists in the vertical direction. (See also FIG. 1).
[0027]
In the next step 106, an H level signal is output to the driver 25 to light the light emitting element 5. As a result, the light receiving element 6 is in a state where it can receive infrared reflected light reflected by the person P (or person P ′).
[0028]
In the next step 108, the driver 28 drives the pan motor 13 to move the distance measuring direction D in the pan direction (arrow A direction in FIG. 6). As a result, the distance measuring direction D is the initial position S while the tilt direction remains the initial position. _O Pan direction end position S from pan to pan _E Will move to. Pan direction end position S _E Is the initial position S across the authentication area 34 _O Is set at a position where no person P exists.
[0029]
Next, at step 110, there is a change in the signal received by the light receiving element 6, in other words, one side P of the person P. _A And other end P _B Judge whether or not. The distance measuring device 22 measures the distance to the subject by the voltage from the light receiving element, and as shown in FIG. _A , The other end P of the person P _B, The distance measurement information (distance information) is output to the microcomputer 21 in each distance measurement direction D during the panning operation including the end (not shown) of the person P ′ located farther than the person P. For this reason, the microcomputer 21 captures the subject, that is, one side P of the person P. _A And other end P _B Can be judged.
[0030]
If the determination in step 110 is negative, the process proceeds to step 114. If the determination is affirmative, the initial position S is determined in the next step 112. _O Where there was a signal change (one end P of person P _A And other end P _B The value of the number of pulses output by the driver 28 to the pan motor 13 and the distance measurement information from the distance measurement device 22 are stored in the RAM.
[0031]
Next, in step 114, the distance measuring direction D is the pan direction end position S. _E Whether or not the number of pulses output from the driver 28 to the pan motor 13 has reached a predetermined number. If a negative determination is made, the process returns to step 108 to continue the pan drive of the pan motor 13, and if an affirmative determination is made, the drive of the pan motor 13 is stopped in the next step 116. Next, in step 118, the distance information stored in step 112 is read, and the subject (person P) closest to the camera 1 is selected.
[0032]
In the next step 120, one side P of the person P stored in step 112. _A And other side P _B Read the value of the number of pulses up to the value of the intermediate number of pulses {(P _A Number of pulses up to + P _B Number of pulses) / 2} and the position (direction) of the calculated number of pulses is the body axis position (body axis direction) P of the person P _C And Initial position S _O Pan direction end position S _E The number of pulses output from the driver 28 to the pan motor 13 is constant until the initial position S _O To body axis position P _C Since the number of pulses up to is calculated, the distance measurement direction D of the distance measurement unit is changed to the pan direction end position S by subtracting the latter from the former. _E To body axis position P _C The number of pulses for directing to can be calculated. In step 122, the pan motor 13 is driven in the reverse direction by the number of pulses calculated in this way, and the distance measuring direction D is set to the body axis position P. _C The pan motor 13 is stopped driving.
[0033]
Accordingly, the distance measuring unit sets the initial position S by rotating the pan motor 13 forward in the horizontal direction at the lower end of the distance measuring allowable range S. _O Through the person P, P ′ and the panning end position S _E Pan direction end position S _E After stopping once at the body axis position P _C Will turn to.
[0034]
In step 124, the distance measuring unit moves the body axis position P. _C The tilt motor 12 is driven by the driver 29 so as to face upward (in the direction of arrow B in FIG. 6), and in the next step 126, it is determined whether there is a signal change. That is, as shown in FIG. _C When facing upward from the head, the head end (the top of the head) P of the person P _D In step 126, the distance measurement direction D is changed to the head end P by this signal change. _D Judge whether or not it has been exceeded.
[0035]
If the determination in step 126 is negative, in step 128, the body axis position P _C Body axis tilt direction end position S that is the end (upper end position) within the distance measurement allowable range S _C If the determination in step 128 is negative, the process returns to step 124 in order to make the distance measurement direction D further upward. The upper end position of the distance measurement allowable range S can be set in consideration of the fact that there is no person whose height exceeds approximately 2.5 m and the installation position of the camera 1 in the vertical (height) direction. If the determination in step 128 is affirmative, it is considered that the person P has moved. Therefore, in the next step 130, it is determined whether or not the pressure switch 31 is in the ON state. If the determination in step 130 is affirmative, it is assumed that the person P exists in the authentication area 34, but the person P has moved, and thus the framing routine of the person P cannot be accurately obtained even if the framing routine is continued. Returning to step 104 again, if a negative determination is made in step 130, since the person P does not exist in the authentication area 34, the framing routine is terminated.
[0036]
On the other hand, when the determination in step 126 is affirmative, the distance measuring direction D is the head end P of the person P. _D In step 132, the tilt drive of the tilt motor 12 is stopped and the light emitting element 5 is turned off. Next, in step 134, the tilt motor 12 is driven in reverse, and in the next step 136, it is determined whether or not the driver 29 has output a predetermined number of pulses to the tilt motor 12. When framing a human face like the camera 1 of the present embodiment, the body axis position P _C Head end P above _D Is known, the size of the person's face is roughly determined, so the head edge P _D For example, the position P about 15 cm below the center P of the face of the person P _E Can be considered. In step 136, the distance measurement direction D is the center P of the face of the person P. _E In order to determine whether or not it is suitable for the above, it is determined whether or not a predetermined number of pulses corresponding to about 15 cm is output to the tilt motor 12.
[0037]
When a negative determination is made at step 136, the process returns to step 134 to continue the reverse rotation driving of the tilt motor 12. When an affirmative determination is made, the reverse rotation driving of the tilt motor 12 is stopped at step 138.
[0038]
Therefore, the distance measuring unit can detect the body axis position P at the lower end of the distance measuring allowable range S. _C The head end P of the person P is driven by the forward rotation of the tilt motor 12 in the vertical direction. _D After passing through and once stopped, the tilt motor 12 rotates backward to drive the center P of the face of the person P. _E Will turn to. Since the imaging device 4 is sandwiched between the distance measurement units on the third frame 9 and is arranged in a straight line in the substantially horizontal direction and in the same direction, the distance measurement unit is the center P of the face of the person P. _E To face center P of person P, as shown in FIG. _E Angle of view V around _A And framing the face of the person P.
[0039]
Next, in step 140, the light emitting LED 14 is turned on, and in the next step 142, a framing completion signal for notifying the host unit of completion of framing is output, and the framing routine is ended. As a result, the host unit captures an image from the image sensor 4, performs image processing for extracting data such as the feature amount of the face of the person P, and the person P stored in the host unit database as described above. When it matches the feature amount, the door 33 is unlocked.
[0040]
(Action etc.)
Next, the operation and the like of the camera 1 of the present embodiment will be described.
[0041]
In the camera 1 of the present embodiment, the panning operation is performed at the lower end of the tilt direction by the pan motor 13 (steps 104 to 116), and the signal change by the ranging unit (light emitting element 5 and light receiving element 6) capable of ranging in one direction. Body axis position P of person P _C Is located (steps 118, 120). Next, the body axis position P is tilted by the tilt motor 12. _C A tilting operation is performed from the (lower end in the tilt direction) upward, and a head end P of the person P is detected from a signal change by the distance measuring unit. _D Is found (steps 124-132). The center P of the face of the person P found by the tilt motor 12 _E The photographing direction D of the photographing lens 3 is directed to the center P of the face of the person P _E Is angle of view V _A The face of the person P is photographed by the image sensor 4. Accordingly, the camera 1 of the present embodiment has (1) initial position S _O Pan direction end position S _E (2) Pan direction end position S _E To body axis position P _B (3) Body axis position P _B To head edge P _D Forward rotation tilting up to (4) head end P _D To the center P of the face of the person P _E Since the face of the person P can be framed by the four movements of the reverse tilt operation up to the above, an image of the face of the person P can be obtained quickly. Therefore, according to the camera 1 of the present embodiment, an image of the face of the person P in a stationary state can be quickly obtained, so that the host unit cuts out the face part of the person P from the background or the like as in the prior art. Since trimming processing is unnecessary, the time required for image processing can be shortened, and a high-cost camera with a small number of pixels can be used because it is not necessary to increase the resolution of the image sensor 4 that occurs in accordance with the trimming processing. . In other words, by using the camera 1 of the present embodiment, the trimmed image can be obtained at the time when the image is captured without the need for the trimming process centered on the face of the person P after the image is captured. The processing time in the host unit can be shortened and the cost of the camera can be reduced.
[0043]
Further, in most cases, the subject (person P) to be photographed is present at the position closest to the camera 1. Therefore, in this embodiment, even when there are a plurality of subjects including the persons P and P ′, the camera By photographing the face of the person P, which is the subject closest to 1, with the image sensor 4, the identification of the subject is simplified. Therefore, in the present embodiment, an example in which the microcomputer 21 is operated by software (program) has been shown, but the control circuit is configured by hardware including a comparator (comparator) or the like regardless of the microcomputer 21 or software. Therefore, cost reduction and downsizing can be achieved.
[0044]
Further, the camera 1 of the present embodiment employs active type triangulation. For this reason, it is possible to search for a subject such as a person P even in a dark place by causing the light emitting element 5 to emit light in the infrared region. In addition, the camera 1 of the present embodiment once finds the center of the face of the person P and then causes the infrared LED 14 to emit light (step 140), and the image pickup device 4 captures the face of the person P. It does not surprise P or damage the visual acuity of the person P. Furthermore, in the camera 1 of the present embodiment, since the photographing lens 3 lacks an IR cut filter, the imaging element 4 can shoot even in the infrared region. That is, since the authentication camera 1 as in the present embodiment is generally disposed in a relatively dark place such as a corridor or a front door, an infrared active method is adopted, and the subject is projected by the infrared LED 14. By using the photographing lens 3 from which the IR cut filter is removed, the original function of the authentication camera capable of photographing even in a dark place can be exhibited.
[0045]
Furthermore, in the camera 1 of the present embodiment, the light emitting element 5 having a light spot diameter of about 3 mm is used. If the light spot diameter is too large, it may be difficult to discriminate by the output from the light receiving element 6, and the outline of the person P may be blurred. In the camera 1 of the present embodiment, since the light spot of the light emitting element 5 has a small diameter that does not cause blurring, the signal change can be accurately grasped, and the face of the person P can be framed and photographed without error. .
[0046]
In the present embodiment, an example in which a person's face is photographed by framing is shown. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a camera that framing and photographing a specific part of an object. Don't wait for the argument. In such a case, locations corresponding to one side, the other side, and the head end may be determined according to the shape of the object to be photographed.
[0047]
Further, in the present embodiment, the continuous light emission type light emitting LED 14 is exemplified, but a flash type light emitting LED may be used. In this way, a clear face image of the person P can be obtained even when the camera 1 is placed in a dark place.
[0048]
Furthermore, in the present embodiment, an application example in a dark place is shown except for the IR cut filter from the photographing lens 3, but when the camera 1 is always placed in a bright place, the IR cut filter is inserted into the photographing lens 3. Thus, unnecessary infrared rays among the rays entering the image sensor 4 may be eliminated to obtain an image familiar to human eyes.
[0049]
In the present embodiment, an example in which the control circuit 20 is provided on the camera 1 side is shown. However, such a control circuit 20 has the same function by software on the outside of the camera 1 or on the host unit (not shown). Can be fulfilled. In such an embodiment, a control interface for connecting the host unit side and the camera side may be secured, or a wireless link represented by BLUETOOTH may be secured.
[0050]
In this embodiment, the angle of view V of the camera 1 is placed on the face of the person P. _A Body axis position P _C 6 illustrates an example in which the tilt motor 12 is tilt-driven in the direction of arrow B in FIG. 6 (upward). _C Body axis tilt direction end position S which becomes the upper end of _C The tilt motor 12 is tilted to the opposite side to the arrow B direction (downward) from the head end P _D You may make it catch the signal change of.
[0051]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment in which the present invention is applied to an automatic framing camera that automatically frames a person's face will be described. In the present embodiment, the same members and the same steps as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different portions will be described.
[0052]
As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the light emitting element 5, the photographing lens 3, and the light receiving element 6 are arranged linearly in a substantially horizontal direction, but the photographing direction C of the photographing lens 3. _D Is set lower than the distance measuring direction D of the distance measuring unit by a predetermined angle θ. This angle θ is L1 as the distance from the CCD surface of the image sensor 4 to the person P, and the center P of the face of the person P _E To head P of person P _D Is given by tan θ = L2 / L1, where L2 (for example, 15 cm). As shown in FIG. 1, by reducing the authentication area 34 (particularly, the side in the direction toward the camera 1), the accuracy of the angle θ is increased, and the framing accuracy of the face of the person P can be increased.
[0053]
As shown in FIG. 8, the framing routine of the camera 1 of the present embodiment lacks steps 132 to 136 shown in FIG. 5. That is, in the present embodiment, as shown in FIGS. _D Is the center P of the face of the person P from the distance measuring direction D of the distance measuring unit. _E To head P of person P _D Is set to be lowered by an angle θ corresponding to the distance L2 to the head end P of the person P. _D If the drive of the tilt motor 12 is stopped when the signal change is obtained at, the image pickup device 4 moves the center P of the face of the person P at that position (direction). _E Angle of view V _A Can be seen at the center of
[0054]
According to the camera of the present embodiment, the steps 132 to 136 are not required to capture the face of the person P. That is, if described in accordance with the first embodiment, (4) Head edge P _D To the center P of the face of the person P _E Therefore, the person's face can be framed more quickly than the camera 1 of the first embodiment.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the top of the person's head is searched after the body axis of the person from the change in the distance information by the distance measuring means, and is imaged from the top of the head by a predetermined angle. Since the approximate center of the person's face is framed by lowering the direction, the person's face can be quickly framed. According to the second aspect of the present invention, the photographing direction of the photographing means is the distance measuring means. Since the distance measurement direction is set to be lowered by a predetermined angle, as in the first aspect, the photographing direction is lowered by a predetermined angle from the top of the head searched for by the direction changing means, and approximately the center of the human face. There is no need to frame the portion on the photographing means, and it is possible to obtain an effect that the face of the person can be framed more quickly than in the first mode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external perspective view schematically showing an arrangement position of an automatic framing camera according to a first embodiment to which the present invention is applicable.
FIG. 2 is an external perspective view of the automatic framing camera of the first embodiment.
FIG. 3 is an external perspective view showing a schematic configuration of a camera unit body of the automatic framing camera of the first embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a control circuit of the automatic framing camera of the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart of a framing routine executed by the microcomputer of the control circuit of the automatic framing camera of the first embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram schematically showing a distance measurement direction and a distance measurement allowable range of the automatic framing camera of the first embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram schematically showing an angular relationship between a photographing lens and a distance measuring unit of an automatic framing camera according to a second embodiment to which the present invention is applicable.
FIG. 8 is a flowchart of a framing routine executed by the microcomputer of the control circuit of the automatic framing camera of the second embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing a distance measurement direction, a shooting direction, and a distance measurement allowable range of the automatic framing camera of the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Automatic framing camera
3 Photography lens (part of photography means)
4 Image sensor (part of imaging means)
5 Light-emitting elements (part of ranging means)
6 Light receiving element (part of distance measuring means)
12 Tilt motor (part of direction changing means)
13 Pan motor (part of direction changing means)
20 Control circuit (part of ranging means, part of direction changing means)
22 Ranging device (part of ranging means)

Claims

An imaging unit for imaging a subject, a single ranging unit that measures a distance in one direction, and a direction changing unit that integrally changes the imaging direction of the imaging unit and the ranging direction of the ranging unit. In an automatic framing camera for framing and photographing a person's face, panning is performed at the lower end in the tilt direction by the direction changing means, and the body axis of the person is found from a change in distance information by the distance measuring means, The direction changing means performs a tilting operation from the lower end or the upper end of the tilt direction of the body axis, finds the top of the person's head from the change in the distance information by the distance measuring means, and from the head of the head found by the direction changing means The automatic framing is characterized in that the photographing means is framed by the photographing means by lowering the photographing direction by a preset angle. Camera.

An imaging unit for imaging a subject, a single ranging unit that measures a distance in one direction, and a direction changing unit that integrally changes the imaging direction of the imaging unit and the ranging direction of the ranging unit. In an automatic framing camera for framing and photographing a person's face, panning is performed at the lower end in the tilt direction by the direction changing means, and the body axis of the person is found from a change in distance information by the distance measuring means, The direction changing means performs a tilting operation from the lower end or the upper end of the tilt direction of the body axis, finds the top of the person's head from the change in distance information by the distance measuring means, and the shooting direction of the shooting means is determined by the distance measuring means. By being set at a predetermined angle with respect to the distance measuring direction, the center of the person's face is framed by the photographing means when the top of the person's head is found. Auto framing camera, characterized in that.

A distance that can be measured by the distance measuring unit is determined in advance, and the predetermined angle is a distance L1 between the photographing unit and the person of the subject of the photographing unit within the distance measurement range . 3. The automatic framing camera according to claim 2, wherein tan ⁻¹ (L2 / L1) is given when a distance from the approximate center of the face to the top of the person's head is L2.