位置計測装置及び位置計測システム
【課題】本発明は、機動性に優れ、平坦でない計測基準面でも、高い精度で位置を素早く計測できる位置計測装置を提供する
【解決手段】カメラデータ計測装置１は、紐状体２００の紐長変化量と紐状体の紐方向とを計測する位置センサ１００と、両端が位置センサ１００と撮影カメラ９００とに接続された紐状体２００と、紐長変化量及び紐方向に基づいて、撮影カメラ９００のカメラデータを計測する演算装置３００とを備え、演算装置３００が、紐長初期値Ｌ０と位置センサ１００で計測された紐長変化量ΔＬとの和を紐方向での紐全長Ｌとして求め、求めた紐方向での紐全長Ｌを３次元方向成分に分解することで、撮影カメラ９００の位置を示す３次元座標を算出する。
【解決手段】カメラデータ計測装置１は、紐状体２００の紐長変化量と紐状体の紐方向とを計測する位置センサ１００と、両端が位置センサ１００と撮影カメラ９００とに接続された紐状体２００と、紐長変化量及び紐方向に基づいて、撮影カメラ９００のカメラデータを計測する演算装置３００とを備え、演算装置３００が、紐長初期値Ｌ０と位置センサ１００で計測された紐長変化量ΔＬとの和を紐方向での紐全長Ｌとして求め、求めた紐方向での紐全長Ｌを３次元方向成分に分解することで、撮影カメラ９００の位置を示す３次元座標を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動する計測対象に結ばれた紐状体の紐長変化量及び紐方向に基づいて、計測対象の位置データを算出する位置計測装置及び位置計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
番組制作や映画制作において、撮影カメラが動きながら撮影した映像に、ＣＧや別の映像を合成することが広く行われている。この合成に際して、撮影カメラがどのように動いたか、つまり、撮影カメラの位置や姿勢を示すカメラデータが必要になる。
【０００３】
従来から、カメラデータを計測する手法として、バーチャルスタジオで活用しているＶＲ用ペデスタル（例えば、非特許文献１）や、三脚に載せて使用する構造のＤＧＳ（データ・ギャザリング・システム）が知られている。例えば、非特許文献１に記載の技術は、ロボットカメラを取り付ける雲台に特殊な細工を施すことで、ロボットカメラの動きや姿勢をカメラデータとして計測するものである。より具体的には、パン、チルト、ロール等の回転軸の回転角を検出するためのエンコーダが雲台に取り付けられており、ロボットカメラが動いたことによって変化する回転角の変化から、カメラデータを計測する。
【０００４】
この他、番組制作や映画制作以外の分野でも、位置や姿勢を計測することは行われている。例えば、ゲーム機のリモコン操作器（コントローラ）は、ゲーム機本体に非接触でありながら、内蔵された加速度センサやジャイロセンサを用いて、その位置や姿勢を検出して、ゲーム操作を可能としている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「スタジオ番組用移動ロボットカメラの開発」、津田他、映像情報メディア学会誌、Vol.62、No.1、pp.84〜91(2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非特許文献１に記載の技術では、専用の大型装置（雲台）が必要になると共に、車輪部の構造や原点座標の設定の制約から、屋外のような平坦でない場所での使用が極めて困難である。
また、従来のＤＧＳは、屋外で使用可能であるが、非特許文献１に記載の技術と同様、専用の大型装置を使用しなければならず、重く、機動性が悪いという欠点がある。
さらに、ゲーム機のリモコン操作器は、加速度センサやジャイロセンサに無視できないレベルの経時ドリフトやノイズが存在するため、その位置を高い精度で検出することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、機動性に優れ、平坦でない場所でも、高い精度で位置データを計測できる位置計測装置及び位置計測システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した課題に鑑みて、本願第１発明に係る位置計測装置は、所定の場所に配置され、移動する計測対象に結ばれた紐状体の紐長変化量と紐状体の紐方向とを計測する紐計測手段と、紐計測手段で計測された紐長変化量及び紐方向に基づいて、計測対象の位置データを算出する位置データ算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、位置計測装置は、紐計測手段が、紐状体で一定の張力が保たれるように、計測対象に結ばれた紐状体の巻き取り及び巻き出しを行う巻取・巻出機構と、巻取・巻出機構によって張力が保たれた紐状体について、計測対象の移動に伴う紐長変化量を計測する紐長変化量計測部と、巻取・巻出機構によって張力が保たれた紐状体について、紐方向を計測する紐方向計測部と、を備える。
【００１０】
また、位置計測装置は、位置データ算出手段が、予め設定された紐長初期値と紐計測手段で計測された紐長変化量との和を紐方向での紐全長として求め、求めた紐方向での紐全長を３次元方向成分に分解することで、３次元座標系で計測対象の位置データを算出す
る位置データ算出部、を備える。
【００１１】
つまり、位置計測装置は、紐状体が計測対象に結ばれ、計測対象の移動に伴って紐状体が巻き取り又は巻き出しされるため、計測対象の移動距離が紐長変化量に正確に反映される。そして、位置計測装置は、専用の大型装置を必要とせず、計測対象に紐計測手段を装着する必要もない。さらに、位置計測装置は、平坦でない場所に紐計測手段を配置して、位置データを計測できる。
【００１２】
また、本願第２発明に係る位置計測装置は、巻取・巻出機構が、紐状体の張力を保つ定張力ばねと、紐状体の巻き取り及び巻き出しを行うプーリと、を備え、紐長変化量計測部が、プーリの回転量を計測する回転量計測部と、予め設定されたプーリの円周に回転量計測部で計測されたプーリの回転量を乗じることで、紐長変化量を算出する紐長変化量算出部と、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、プーリの回転量が紐長変化量に比例するため、より正確な紐長変化量を算出することができる。
【００１３】
また、本願第３発明に係る位置計測装置は、紐状体が、等間隔で長手方向にパターンが形成されており、紐長変化量計測部が、紐状体の巻き取り及び巻き出しに伴うパターンの反転変化を検出するパターン検出部と、パターン検出部で検出されたパターンの反転変化によって、紐長変化量を算出する紐長変化量算出部と、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、紐状体から直接、パターンの反転変化を検出するため、より正確な紐長変化量を算出することができる
【００１４】
また、本願第４発明に係る位置計測装置は、計測対象に結ばれた紐状体が水平となる高さで紐計測手段を支持する支持機構に搭載されたことを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、計測対象に結ばれた紐状体が水平なので、この計測対象が水平から引っ張られて、高い場所や低い場所から計測対象が引っ張られることを防止できる。
【００１５】
また、本願第５発明に係る位置計測装置は、紐計測手段が、所定の方位を検出する方位検出部と、紐方向計測部で計測された紐方向を、方位検出部で検出された方位を基準とした方向に変換する紐方向変換部と、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、北緯などの方位を基準として、計測対象の位置データを計測することができる。
【００１６】
また、本願第６発明に係る位置計測装置は、紐状体が紐長変化量及び紐方向を伝送する信号線であり、紐計測手段が、信号線を介して、紐長変化量及び紐方向を位置データ算出手段に送信する送信部、を備え、位置データ算出手段が、計測対象に装着されると共に、信号線を介して、紐計測手段から長変化量及び紐方向を受信する受信部、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、紐長変化量及び紐方向を伝送する信号ケーブルを省略することができる。
【００１７】
また、本願第７発明に係る位置計測装置は、予め設定された配置規則に従って、複数の紐計測手段が配置され、複数の紐計測手段が、それぞれ、同一の計測対象に結ばれた紐状体の紐長変化量を計測することを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、例えば、第１の紐計測手段を計測対象の進行方向の後方に配置し、第２の紐計測手段をその進行方向に直交する注目方向に配置するという配置規則に従って、第１，第２の紐計測手段を配置する。この場合、位置計測装置は、進行方向に対して計測対象が横ずれを起こしても、この横ずれ方向（注目方向）に第２の紐計測手段が配置されているので、この横ずれに起因する誤差を低減することができる。
【００１８】
また、本願第８発明に係る位置計測装置は、位置データ算出手段が、パン方向、チルト方向及びヨー方向で計測対象の向きを示す姿勢データを計測する姿勢データ計測部、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、計測対象の位置データに加えて、姿勢データも計測することができる。
【００１９】
また、本願第９発明に係る位置計測装置は、位置データ算出手段が、計測対象としての撮影カメラに装着され、位置データ算出部が、撮影カメラが撮影した撮影映像の同期信号が入力され、入力された同期信号に同期させて計測対象の位置データを算出し、姿勢データ計測部が、同期信号が入力され、入力された同期信号に同期させて計測対象の姿勢データを計測することを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、撮影カメラが撮影映像を撮影したタイミングに同期させて、撮影カメラの位置データ及び姿勢データをカメラデータとして計測することができる。
【００２０】
また、本願第１０発明に係る位置計測装置は、位置データ算出手段が、撮影カメラが備えるズームレンズのリング回転量を計測するエンコーダと、リング回転量と撮影カメラの画角とを対応付けた撮影画角テーブルが予め設定され、撮影画角テーブルを参照して、エンコーダが計測したリング回転量から撮影カメラの画角を算出する画角算出部と、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、カメラデータに撮影カメラの画角を付加することができる。
【００２１】
また、本願第１１発明に係る位置計測システムは、本願第１発明から本願第１０発明までの何れかに係る位置計測装置と、計測対象としての撮影カメラと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
本願第１，１１発明によれば、紐状体が計測対象に結ばれ、計測対象の移動に伴って紐状体が巻き取り又は巻き出しされるため、計測対象の移動距離が紐長変化量に正確に反映され、計測対象の位置データを高い精度で計測することができる。さらに、本願第１，１１発明によれば、専用の大型装置を必要とせず、計測対象に紐計測手段を装着する必要もなく、機動性に優れる。さらに、本願第１，１１発明によれば、平坦でない場所に紐計測手段を配置して、位置データを計測することができる。
【００２３】
本願第２，１１発明によれば、プーリの回転量が紐長変化量に比例するため、より正確な紐長変化量を算出して、計測対象の位置データをより高い精度で計測することができる。
本願第３，１１発明によれば、紐状体から直接、パターンの反転変化を検出するため、正確な紐長変化量を算出して、計測対象の位置データをより高い精度で計測することができる。
本願第４，１１発明によれば、計測対象が水平に引っ張られるため、高い場所や低い場所から計測対象が引っ張られることを防止して、計測対象の姿勢を安定させて、計測対象の位置データをより高い精度で計測することができる。
【００２４】
本願第５，１１発明によれば、北緯などの方位を基準として、計測対象の位置データを計測することができる。
本願第６，１１発明によれば、紐長変化量及び紐方向を伝送する信号ケーブルを省略できるため、位置計測装置が簡易な構成となり、機動性により優れる。
本願第７，１１発明によれば、位置データの計測誤差を低減することができる。
【００２５】
本願第８，１１発明によれば、計測対象の位置データに加えて、姿勢データも計測することができる。
本願第９，１１発明によれば、撮影カメラが撮影映像を撮影したタイミングに同期させて、カメラデータを計測するため、撮影映像とカメラデータとの時間軸が一致して、映像加工処理を効率的に行うことができる。
本願第１０，１１発明によれば、カメラデータに撮影カメラの画角が付加されるので、映像加工処理をより効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係るカメラデータ計測システムの概略図であり、（ｂ）は撮影カメラの移動方向及び回転方向を説明する説明図である。
【図２】（ａ）は筐体上部の断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は筐体下部の断面図である。
【図３】（ａ）は位置センサ（筐体上部）の仰角を説明する説明図であり、（ｂ）は位置センサ（筐体下部）の旋回角を説明する説明図である。
【図４】図２の位置センサにおいて、各手段の信号入出力を図示したブロック図である。
【図５】図２の位置センサにおける計測データの伝送を説明する説明図であり、（ａ）は紐状体２００を信号線として兼用するときの図であり、（ｂ）は有線ネットワークを用いるときの図であり、（ｃ）は無線ネットワークを用いるときの図である。
【図６】図１の演算装置の構造を示す図である。
【図７】図６の演算装置において、各手段の信号入出力を図示したブロック図である。
【図８】図４の位置センサの動作を示すフローチャートである。
【図９】図７の演算装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るカメラデータ計測装置において、フォトデテクタを説明する説明図である。
【図１１】図１０の位置センサにおいて、各手段の信号入出力を図示したブロック図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るカメラデータ計測装置において、位置センサの上面図である。
【図１３】図１２の位置センサにおいて、各手段の信号入出力を図示したブロック図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係るカメラデータ計測装置の概略図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係るカメラデータ計測装置において、演算装置に固定された支持具を説明する説明図である。
【図１６】本発明の第５実施形態に係るカメラデータ計測装置において、位置センサでの信号入出力を図示したブロック図である。
【図１７】本発明の第６実施形態に係るカメラデータ計測装置の概略図である。
【図１８】本発明の第７実施形態において、エンコーダを説明する説明図である。
【図１９】図１８の演算装置において、各手段の信号入出力を図示したブロック図である。
【図２０】本発明の第８実施形態に係るカメラデータ計測装置の概略図である。
【図２１】図２０のカメラデータ計測装置において、位置センサの配置例を説明する説明図である。
【図２２】本発明の変形例１に係る位置計測装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する手段には同一の符号を付し、説明を省略した。
【００２８】
（第１実施形態）
［カメラデータ計測システムの概略］
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るカメラデータ計測システム（位置計測システム）Ｓｙｓの概略について説明する。
図１（ａ）に示すように、カメラデータ計測システムＳｙｓは、カメラデータ計測装置（位置計測装置）１と、計測対象としての撮影カメラ９００とを備える。
このカメラデータ計測装置１は、位置センサ（紐計測手段）１００と、紐状体２００と、演算装置（位置データ算出手段）３００とを備える。
【００２９】
位置センサ１００は、紐状体２００の紐長変化量ΔＬと紐方向（仰角α、旋回角β）とを計測するものである。この位置センサ１００は、撮影カメラ９００が移動する床や地面において、位置データの計測基準となる所定の場所に配置される。そして、位置センサ１００は、計測した紐長変化量ΔＬ及び紐方向を演算装置３００に送信する。
【００３０】
紐状体２００は、糸、ロープ、ワイヤ、信号ケーブル等の紐状素材である。この紐状体２００は、一方の端が撮影カメラ９００（正確には撮影カメラ９００に装着された演算装置３００）に結ばれ、他方の端が位置センサ１００に接続される。そして、紐状体２００は、位置センサ１００の巻取・巻出機構１１０（図２）によって、常に張力が保たれると共に、撮影カメラ９００の移動に伴って、巻き取り及び巻き出しが行われる。
【００３１】
演算装置３００は、位置センサ１００から紐長変化量ΔＬ及び紐方向が入力され、この紐長変化量ΔＬ及び紐方向に基づいて、撮影カメラ９００の位置データを計測（算出）するものである。この演算装置３００は、撮影カメラ９００の後部に装着、固定される。また、演算装置３００は、姿勢データ計測部３１０（図７）によって、撮影カメラ９００の姿勢データを計測し、この姿勢データと位置データとをカメラデータとして出力する。
【００３２】
撮影カメラ９００は、テレビ番組等の撮影映像を撮影するカメラであり、カメラマン（不図示）が肩に載せて撮影を行う一般的な肩載式のカメラである。つまり、カメラマンは、撮影カメラ９００を肩に載せた状態で、床や地面を前後左右に移動しながら撮影を行う。また、カメラマンが撮影ポジションを変えるため、撮影カメラ９００を上下に移動させることもある。
【００３３】
この場合、撮影カメラ９００の位置が変わることによって、撮影カメラ９００の方向や紐長が変化する。つまり、紐状体２００の紐方向は、位置センサ１００を基準とした、撮影カメラ９００の方向を示すことになる。さらに、紐状体２００の紐長変化量ΔＬは、撮影カメラ９００が移動した距離を示すことになる。従って、カメラデータ計測装置１は、この紐長変化量ΔＬ及び紐方向に基づいて、撮影カメラ９００の位置データを計測することができる。
【００３４】
図１（ｂ）に示すように、ｘ軸を左右方向とし、ｙ軸を上下方向とし、ｚ軸を前後方向とする。また、ｙ軸が回転軸となる回転方向θをパン方向とし、ｘ軸が回転軸となる回転方向φをチルト方向とし、ｚ軸が回転軸となる回転方向Ψをヨー方向とする。
【００３５】
［位置センサ］
＜位置センサの構造＞
図２を参照して、位置センサ１００の構造を説明した後、図４を参照して、位置センサ１００の信号処理を説明する。
図２に示すように、位置センサ１００は、巻取・巻出機構１１０と、紐長変化量計測部１２０と、紐方向計測部１３０と、計測データ送信部（送信部）１４０とを備える。
なお、図２では、紐長変化量算出部１２３及び計測データ送信部１４０を省略した。
【００３６】
位置センサ１００は、筐体１９０の内部にほとんどの手段が収納されている。
この筐体１９０は、仰角方向（チルト方向）に回転可能な筐体上部１９０Ａと、筐体上部１９０Ａ及び筐体下部１９０Ｃを連結する連結部１９０Ｂと、旋回方向（パン方向）に回転可能な筐体下部１９０Ｃとで構成される。
【００３７】
筐体上部１９０Ａは、連結部１９０Ｂに挟み込まれるように、仰角方向に回転自在に支持される。また、筐体上部１９０Ａは、紐状体２００を出し入れするために、側方に突出したノズル１９５と、底面に貫通孔１９７とが形成される。
連結部１９０Ｂは、対向した２枚の平板部材が、筐体下部１９０Ｃの天面外側に固定されたものである。また、連結部１９０Ｂは、軸受１９２ａを同軸に形成し、この軸受１９２ａに挿入された軸１９３ａにより、筐体上部１９０Ａを支持する。
【００３８】
筐体下部１９０Ｃは、側面上部に軸受１９２ｂが同軸で形成され、この軸受１９２ｂに軸１９３ｂが挿入される。
また、筐体下部１９０Ｃは、底面に軸受１９２ｃが形成され、この軸受１９２ｃに軸１９３ｃが挿入される。この軸１９３ｃは、下端部の軸径を広くして、ベース１９１に接続される。このようにして、筐体下部１９０Ｃは、軸１９３ｃにより、旋回方向に回転自在に支持される。
さらに、筐体下部１９０Ｃは、この軸１９３ｂと平行になるように、側面下部に支持棒１９４が形成される。
ベース１９１は、位置センサ１００を配置するときに、床や地面に接する土台部分である。
【００３９】
巻取・巻出機構１１０は、紐状体２００で一定の張力が保たれるように、紐状体２００の巻き取り及び巻き出しを行うものであり、定張力ばね１１１と、第１プーリ１１２と、第２プーリ１１３とを備える。
定張力ばね１１１は、筐体下部１９０Ｃに収納され、両端が軸１９３ｃと支持棒１９４とにそれぞれ接続される。また、定張力ばね１１１は、軸１９３ｃを介して、第２プーリ１１３を巻き取り方向に回転させようとする。このようにして、紐状体２００は、一定の張力が保たれる。
【００４０】
第１プーリ１１２は、筐体上部１９０Ａに収納され、軸１９３ａによって仰角方向に回転自在に支持される。また、第１プーリ１１２は、貫通孔１９７から垂直に引き込まれる紐状体２００を、ノズル１９５から引き出されるように誘導する。
第２プーリ１１３は、筐体下部１９０Ｃに収納され、第１プーリ１１２と上下で並ぶように軸１９３ｂに支持される。ここで、第２プーリ１１３は、紐長変化量ΔＬの計算誤差を低減するため、紐状体２００を１重巻きにすることが好ましい。
このようにして、紐状体２００は、第１プーリ１１２を介して、第２プーリ１１３に巻き取り、巻き出しされる。
【００４１】
紐長変化量計測部１２０は、巻取・巻出機構１１０によって張力が保たれた紐状体２００について、撮影カメラ９００の移動に伴う紐長変化量ΔＬを計測するものであり、回転量エンコーダ（回転量計測部）１２１と、紐長変化量算出部１２３とを備える。
回転量エンコーダ１２１は、筐体下部１９０Ｃに収納され、第２プーリ１１３と同軸で軸１９３ｂに支持される。そして、回転量エンコーダ１２１は、軸１９３ｂを介して、第２プーリ１１３の回転量（回転角）ωを計測する。この回転量ωは、例えば、第２プーリ１１３が巻き出し方向に回転していれば正（＋）の値となり、巻き取り方向に回転していれば負（−）の値となる。
なお、紐長変化量算出部１２３の詳細は、後記する。
【００４２】
紐方向計測部１３０は、巻取・巻出機構１１０によって張力が保たれた紐状体２００について紐方向を計測するものであり、仰角エンコーダ１３１と、旋回角エンコーダ１３３とを備える。
仰角エンコーダ１３１は、第１プーリ１１２と同軸で連結部１９０Ｂに固定され、軸１９３ａの一端が接続される。そして、仰角エンコーダ１３１は、軸１９３ａを介して、位置センサ１００（筐体上部１９０Ａ）の仰角αを紐方向として計測する。
旋回角エンコーダ１３３は、筐体下部１９０Ｃの下部内側に突出した固定板１９６に下向きで固定され、軸１９３ｃの一端が接続される。そして、旋回角エンコーダ１３３は、軸１９３ｃを介して、位置センサ１００（筐体下部１９０Ｃ）の旋回角βを紐方向として計測する。
【００４３】
ここで、図３を参照して、紐方向について説明する。
例えば、図３（ａ）に示すように、撮影カメラ９００が低い位置にあり、紐状体２００が水平であったとする（仰角α＝０°）。そして、撮影カメラ９００が高い位置に移動すると、撮影カメラ９００が紐状体２００をｙ軸方向に引っ張ることで、筐体上部１９０Ａは、紐状体２００と同じ向きになるまで仰角方向に回転する。このとき、仰角エンコーダ１３１は、水平面に対する筐体上部１９０Ａの仰角αを、紐方向として計測する。つまり、仰角αは、設置面（床や地面）に対する紐状体２００のチルト角である。
【００４４】
例えば、図３（ｂ）に示すように、撮影カメラ９００が正面を向いており、紐状体２００がｚ軸に平行であったとする（旋回角β＝０°）。そして、撮影カメラ９００が左右に移動すると、撮影カメラ９００が紐状体２００をｘ軸方向に引っ張ることで、筐体下部１９０Ｃは、紐状体２００と同じ向きになるまで旋回方向に回転する。このとき、旋回角エンコーダ１３３は、前後方向に対する筐体下部１９０Ｃの旋回角βを、紐方向として計測する。つまり、旋回角βは、前後方向（ｚ軸）に対する紐状体２００のパン角である。
【００４５】
＜位置センサの信号処理＞
図４を参照して、位置センサ１００の信号処理について説明する（適宜図１，図２参照）。
なお、図４では、信号を入出力しない巻取・巻出機構１１０等の一部手段を省略した。
【００４６】
紐長変化量算出部１２３は、回転量エンコーダ１２１で計測された第２プーリ１１３の回転量ωが入力される。そして、紐長変化量算出部１２３は、下記の式（１）に示すように、予め設定された第２プーリ１１３の円周２πｒに、入力された第２プーリ１１３の回転量ωを乗じることで、紐状体２００の紐長変化量ΔＬを算出する。その後、紐長変化量算出部１２３は、算出した紐長変化量ΔＬを計測データ送信部１４０に出力する。
ΔＬ＝２πｒ×ω ・・・式（１）
なお、ｒは第２プーリ１１３の半径であり、πは円周率である。
【００４７】
前記したように、第２プーリ１１３が紐状体２００を１重巻きしているため、紐状体２００の重なりに伴って、円周が増大することがない。従って、紐長変化量算出部１２３は、高い精度で紐長変化量ΔＬを算出することができる。
【００４８】
紐方向計測部１３０は、仰角エンコーダ１３１で計測された紐方向（仰角α）と、旋回角エンコーダ１３３で計測された紐方向（旋回角β）とを、計測データ送信部１４０に出力する。
【００４９】
計測データ送信部１４０は、紐長変化量計測部１２０から紐長変化量ΔＬが入力され、紐方向計測部１３０から紐方向（仰角α及び旋回角β）が入力される。そして、計測データ送信部１４０は、入力された紐長変化量ΔＬと、仰角αと、旋回角βとを計測データとして、演算装置３００に送信するものである。この計測データ送信部１４０は、一般的なネットワークインタフェースで実現できるため、詳細な説明を省略する。
【００５０】
ここで、計測データの伝送方法について、３つの具体例を説明する。
図５（ａ）に示すように、カメラデータ計測装置１は、紐状体２００を、計測データを伝送する信号線と兼用してもよい。つまり、計測データ送信部１４０は、紐状体２００を介して、計測データを演算装置３００に送信する。この手法によれば、カメラデータ計測装置１は、計測データを伝送するための信号ケーブルを省略できるので、カメラデータ計測装置１が簡易な構成となり、撮影時の機動性により優れる。
【００５１】
また、図５（ｂ）に示すように、カメラデータ計測装置１は、有線ネットワークによって計測データを伝送してもよい。つまり、計測データ送信部１４０は、ＮＷケーブル２１０を介して、計測データを演算装置３００に送信する。
さらに、図５（ｃ）に示すように、計測データ送信部１４０は、無線ネットワーク（無線ＮＷ）２２０によって、計測データを演算装置３００に送信してもよい。
【００５２】
なお、図５（ａ）のように、紐状体２００を信号線として兼用する場合、カメラデータ計測装置１は、紐状体２００を演算装置３００に結ぶ必要がある。この場合、撮影カメラ９００が移動すると、この撮影カメラ９００に演算装置３００が固定されているので、演算装置３００が、撮影カメラ９００と同じ距離だけ移動する。従って、カメラデータ計測装置１は、紐状体２００を演算装置３００又は撮影カメラ９００の何れに結んでも紐長変化量ΔＬが同じ値になり、正確な計測データを得ることができる。
すなわち、請求項に記載の「計測対象に結ばれた紐状体」とは、撮影カメラ９００に結ばれた紐状体２００、又は、この撮影カメラ９００に固定された演算装置３００に結ばれた紐状体２００の意味である。
【００５３】
［演算装置の構成］
図６，図７を参照して、図１の演算装置３００の構成について説明する。
図６に示すように、演算装置３００は、ジャイロセンサ３２０と、加速度センサ３３０と、計測データ受信部３４０（受信部、図７）と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３５０とを備える。
【００５４】
演算装置３００は、基板３９０の上段にジャイロセンサ３２０と加速度センサ３３０とが配置され、基板３９０の下段にＣＰＵ３５０が配置される。また、演算装置３００は、ジャイロセンサ３２０及び加速度センサ３３０とＣＰＵ３５０との間で信号を入出力できるように、図示を省略した回路が形成される。そして、演算装置３００は、前記した各手段が配置された基板３９０を、箱型の筐体３９１に収納する。
【００５５】
図７に示すように、姿勢データ計測部３１０は、パン方向、チルト方向及びヨー方向で撮影カメラ９００の向きを示す姿勢データを計測するものであり、ジャイロセンサ３２０と、加速度センサ３３０とで構成される。
ジャイロセンサ３２０は、パン方向ジャイロセンサ３２１と、チルト方向ジャイロセンサ３２３と、ヨー方向ジャイロセンサ３２５とで構成される。
パン方向ジャイロセンサ３２１は、演算装置３００及びこの演算装置３００が装着された撮影カメラ９００について、パン方向の角速度を計測するものである。
チルト方向ジャイロセンサ３２３は、演算装置３００及び撮影カメラ９００について、チルト方向の角速度を計測するものである。
ヨー方向ジャイロセンサ３２５は、演算装置３００及び撮影カメラ９００について、ヨー方向の角速度を計測するものである。
そして、ジャイロセンサ３２０は、計測したパン方向、チルト方向及びヨー方向の角速度を速度データとしてＣＰＵ３５０に出力する。
【００５６】
加速度センサ３３０は、左右方向加速度センサ３３１と、上下方向加速度センサ３３３と、前後方向加速度センサ３３５とで構成される。
左右方向加速度センサ３３１は、演算装置３００及びこの演算装置３００が装着された撮影カメラ９００について、左右方向（ｘ軸方向）の加速度を計測するものである。
上下方向加速度センサ３３３は、演算装置３００及び撮影カメラ９００について、上下方向（ｙ軸方向）の加速度を計測するものである。
前後方向加速度センサ３３５は、演算装置３００及び撮影カメラ９００について、前後方向（ｚ軸方向）の加速度を計測するものである。
そして、加速度センサ３３０は、計測した左右方向、上下方向及び前後方向の加速度を加速度データとしてＣＰＵ３５０に出力する。
【００５７】
なお、ジャイロセンサ３２０及び加速度センサ３３０は、一般的なＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）慣性センサを利用できるため、詳細な説明を省略する。このＭＥＭＳ慣性センサは、コンパクトに集積可能であり、演算装置３００の小型化に寄与する。
【００５８】
計測データ受信部３４０は、位置センサ１００から、紐長変化量ΔＬと、仰角αと、旋回角βとを計測データとして受信するものである。ここで、計測データ受信部３４０は、図４の計測データ送信部１４０と同様の手法で、計測データを受信する。そして、計測データ受信部３４０は、受信した計測データをＣＰＵ３５０に出力する。この計測データ受信部３４０は、一般的なネットワークインタフェースで実現できるため、詳細な説明を省略する。
【００５９】
ＣＰＵ３５０は、演算装置３００での各種演算を行うものであり、位置データ算出部３５１と、姿勢データ算出部３５３とを備える。ここで、ＣＰＵ３５０は、ジャイロセンサ３２０から速度データが入力され、加速度センサ３３０から加速度データが入力され、計測データ受信部３４０から計測データが入力される。
【００６０】
位置データ算出部３５１は、撮影カメラ９００の位置データを算出するものである。ここで、紐状体２００の紐全長Ｌとすると、３次元座標系での撮影カメラ９００の位置データ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）は、下記の式（２）で計算することができる。
（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）＝（Ｌ・ｃｏｓα・ｓｉｎβ，Ｌ・ｓｉｎα，
Ｌ・ｃｏｓα・ｃｏｓβ） ・・・式（２）
【００６１】
すなわち、位置データ算出部３５１は、予め設定された紐長初期値Ｌ０と、紐長変化量ΔＬとの和を紐方向での紐全長Ｌとして求める。そして、位置データ算出部３５１は、式（２）に示すように、紐方向での紐全長Ｌを３次元方向成分に分解することで、位置データ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）を算出する。
【００６２】
ここで、撮影カメラ９００と位置センサ１００との距離が、例えば、１メートル離れた状態（つまり、紐状体２００の一部が巻き出された状態）で、位置データの計測を開始することがある。この場合、位置データ算出部３５１は、位置データの計測開始時点において、巻き出されていた紐状体２００の紐長である紐長初期値Ｌ０を、予め設定する。
【００６３】
姿勢データ算出部３５３は、ジャイロセンサ３２０からの速度データと加速度センサ３３０からの加速度データとから、撮影カメラ９００の向きを示す姿勢データを算出するものである。ここで、加速度データにより撮影カメラ９００がどちらの方向に移動しようとしたか分かる。従って、姿勢データ算出部３５３は、例えば、加速度センサ３３０からの加速度データに、ジャイロセンサ３２０からの速度データに相乗しているクロストーク分を補正して積分処理を行う。このようにして、姿勢データ算出部３５３は、パン方向、チルト方向及びヨー方向について、撮影カメラ９００の姿勢データ（Ｐθ，Ｐφ，ＰΨ）を算出する。
【００６４】
その後、ＣＰＵ３５０は、位置データ算出部３５１が算出した位置データと、姿勢データ算出部３５３が算出した姿勢データとを、カメラデータとして出力する。
なお、速度データ及び加速度データから姿勢データを算出する方法は、ＭＥＭＳ慣性センサの実装に依存する一般的な処理のため、詳細な説明を省略する。
【００６５】
［位置センサの動作］
図８を参照して、図４の位置センサ１００の動作について説明する（適宜図４参照）。
位置センサ１００は、仰角エンコーダ１３１によって、位置センサ１００（筐体上部１９０Ａ）の仰角αを紐方向として計測する（ステップＳ１）。
【００６６】
位置センサ１００は、旋回角エンコーダ１３３によって、位置センサ１００（筐体下部１９０Ｃ）の旋回角βを紐方向として計測する（ステップＳ２）。
位置センサ１００は、回転量エンコーダ１２１によって、第２プーリ１１３の回転量ωを計測する（ステップＳ３）。
【００６７】
位置センサ１００は、紐長変化量算出部１２３によって、前記した式（１）に示すように、第２プーリ１１３の円周にその回転量ωを乗じることで、紐長変化量ΔＬを算出する（ステップＳ４）。
【００６８】
位置センサ１００は、計測データ送信部１４０によって、紐長変化量ΔＬと、仰角αと、旋回角βとを計測データとして、演算装置３００に送信する。つまり、計測データ送信部１４０は、信号線としての紐状体２００、有線ネットワーク、又は、無線ネットワークの何れかによって、計測データを送信する（ステップＳ５）。
【００６９】
［演算装置の動作］
図９を参照して、図７の演算装置３００の動作について説明する（適宜図７参照）。
演算装置３００は、ジャイロセンサ３２０によって、速度データを計測する（ステップＳ１１）。
【００７０】
演算装置３００は、加速度センサ３３０によって、加速度データを計測する（ステップＳ１２）。
演算装置３００は、姿勢データ算出部３５３によって、速度データ及び加速度データから姿勢データを算出する（ステップＳ１３）。
【００７１】
演算装置３００は、計測データ受信部３４０によって、位置センサ１００から、紐長変化量ΔＬと、仰角αと、旋回角βとを計測データとして受信する。つまり、計測データ受信部３４０は、図４の計測データ送信部１４０と同様の手法で、計測データを受信する（ステップＳ１４）。
【００７２】
演算装置３００は、位置データ算出部３５１によって、撮影カメラ９００の位置データを算出する。つまり、位置データ算出部３５１は、紐長初期値Ｌ０と紐長変化量ΔＬとの和を紐方向での紐全長Ｌとして求める。そして、位置データ算出部３５１は、前記した式（２）に示すように、紐方向での紐全長Ｌを３次元方向成分に分解することで、３次元座標系で撮影カメラ９００の位置データを算出する（ステップＳ１５）。
演算装置３００は、ＣＰＵ３５０によって、撮影カメラ９００の位置データと姿勢データとを、カメラデータとして出力する（ステップＳ１６）。
【００７３】
以上のように、本発明の第１実施形態に係るカメラデータ計測装置１は、紐状体２００が撮影カメラ９００に結ばれ、撮影カメラ９００の移動に伴って紐状体２００が巻き取り又は巻き出しされるため、撮影カメラ９００の移動距離が紐長変化量ΔＬに正確に反映され、撮影カメラ９００のカメラデータを高い精度で計測することができる。さらに、カメラデータ計測装置１は、専用の大型装置を必要とせず、撮影カメラ９００に位置センサ１００を装着する必要もなく、撮影カメラ９００の重量増加を最小限に抑えてられるため、撮影時の機動性に優れる。さらに、カメラデータ計測装置１は、床や地面が平坦でない場所にも位置センサ１００を配置できるため、平坦でない場所でもカメラデータを計測することができる。
【００７４】
そして、このカメラデータを用いれば、撮影映像にＣＧや他の映像を合成する、撮影映像の一部に追随して映像効果を加える等の映像加工処理が可能になり、映像表現の幅を拡大することができる。これによって、カメラデータ計測装置１のユーザは、映画のような大スペクタクルな映像をテレビ番組として容易に制作できるようになり、迫力があって分かり易い映像を視聴者に提供することができる。
【００７５】
さらに、個人情報保護の観点からニュース番組等において、映像の一部にぼかしを加えて人物等の判別を困難にする映像加工処理を施す機会も増加している。このような場合、カメラデータ計測装置１のユーザは、その映像加工処理を効率的に行うことができる。
【００７６】
なお、第１実施形態では、撮影カメラ９００の姿勢データを計測するため、位置センサ１００と演算装置３００とを独立させたが、本発明は、これに限定されない。例えば、この姿勢データを計測しない場合、位置センサ１００が位置データ算出部３５１を内蔵してもよい。
【００７７】
（第２実施形態）
［位置センサの構成］
図１０，図１１を参照して、本発明の第２実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｂについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置１Ｂは、位置センサ１００Ｂにおいて、回転量エンコーダ１２１の代わりにフォトデテクタ（パターン検出部）１２５を備える点と、紐長変化量算出部１２３Ｂで紐長変化量ΔＬを求める手法とが第１実施形態と異なる。
なお、図１０では、巻き出し方向及び巻き取り方向をブロック矢印で図示した。
【００７８】
図１０に示すように、紐状体２００Ｂは、その外表面に長手方向（巻き出し方向、巻き取り方向）で、白色、黒色が交互する縞模様が模様パターンとして印刷されている。
紐長変化量計測部１２０Ｂ（図１１）は、後記する紐長変化量算出部１２３Ｂと、フォトデテクタ１２５とを備える。
フォトデテクタ１２５は、紐状体２００Ｂの巻き取り、巻き出しに伴う模様パターンの反転変化を検出するものである。例えば、フォトデテクタ１２５は、発光部１２５ａから検出光を紐状体２００Ｂに向けて照射し、紐状体２００Ｂで反射された検出光を受光部１２５ｂで受光する反射型のフォトデテクタである。このフォトデテクタ１２５は、検出光の照射及び反射が可能であれば、筐体１９０内部の任意場所に配置できる。
【００７９】
ここで、紐状体２００Ｂは、例えば、模様パターンが白色のときに検出光を反射し、黒色のときに検出光を反射しないというように、検出光の照射点における模様パターンに応じて、検出光を反射するか否かが異なる。そして、紐状体２００Ｂが巻き取り、巻き出しされる状況では、検出光の照射点において、模様パターンで白色、黒色が反転変化する。言い換えるなら、検出光の照射点において、模様パターンの反転変化が、紐状体２００Ｂが巻き取り、巻き出しされる状況を表す。従って、フォトデテクタ１２５は、検出光の有無により模様パターンでの色の反転変化を検出して、紐長変化量算出部１２３Ｂに出力する。
【００８０】
図１１の紐長変化量算出部１２３Ｂは、フォトデテクタ１２５から模様パターンの反転変化が入力され、この模様パターンの反転変化によって紐長変化量ΔＬを算出するものである。例えば、紐長変化量算出部１２３Ｂは、紐状体２００Ｂの模様パターンの間隔が予め設定される。そして、紐長変化量算出部１２３Ｂは、この模様パターンの間隔と、フォトデテクタ１２５で検出された模様パターンの反転変化の回数とから、紐状体２００Ｂが巻き取り、巻き出しされた長さが分かるので、紐長変化量ΔＬを算出できる。
【００８１】
ここで、フォトデテクタ１２５単体では、紐状体２００Ｂが巻き取り又は巻き出しされているのかを判定することができない。そこで、カメラデータ計測装置１Ｂは、例えば、第２プーリ１１３の回転方向を検出する回転方向センサ（不図示）を備える。そして、紐長変化量算出部１２３Ｂは、この回転方向センサによって、紐状体２００Ｂが巻き取り又は巻き出しされているかを判定する。その後、紐長変化量算出部１２３Ｂは、紐状体２００Ｂが巻き出しされていれば紐長変化量ΔＬを正（＋）の値とし、紐状体２００Ｂが巻き取りされていれば紐長変化量ΔＬを負（−）の値として、計測データ送信部１４０に出力する。
【００８２】
以上のように、本発明の第２実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｂは、位置センサ１００Ｂが、紐状体２００Ｂから直接、模様パターンの反転変化を検出するため、正確に紐長変化量ΔＬを算出して、カメラデータをより高い精度で計測することができる。
【００８３】
なお、第２実施形態では、紐状体２００Ｂに模様パターンを印刷し、フォトデテクタ１２５で模様パターンの反転変化を検出することとしたが、本発明は、これに限定されない。例えば、本発明は、磁性体である紐状体２００に磁気パターンを記録し、この磁気パターンの反転変化をマグネティックセンサで検出できる。
【００８４】
なお、第２実施形態において、位置センサ１００Ｂの動作は、紐長変化量算出部１２３Ｂでの紐長変化量ΔＬを求める手法以外、図８と同様のため、詳細な説明を省略した。
以後の実施形態においても、第２実施形態と同様、動作の説明を省略する。
【００８５】
（第３実施形態）
［位置センサの構成］
図１２，図１３を参照して、本発明の第３実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｃについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置１Ｃは、位置センサ１００Ｃが、地磁気センサ（方位検出部）１５０と北緯基準旋回角算出部１６０とを備える点が第１実施形態と異なる。
【００８６】
地磁気センサ１５０は、北緯を検出するものである。図１２に示すように、地磁気センサ１５０は、位置センサ１００Ｃが旋回しても地磁気センサ１５０の向きが変わらないように、ベース１９１の周縁部に固定されている。そして、地磁気センサ１５０は、検出した北緯情報を、北緯基準旋回角算出部（紐方向変換部）１６０に出力する。
【００８７】
北緯基準旋回角算出部１６０は、地磁気センサ１５０から北緯情報が入力され、旋回角エンコーダ１３３で計測された紐方向（旋回角β）を、北緯を基準とした北緯基準旋回角β´に変換するものである。そして、北緯基準旋回角算出部１６０は、変換した北緯基準旋回角β´を計測データ送信部１４０に出力する。
【００８８】
以上のように、本発明の第３実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｃは、紐方向（旋回角β）を、北緯を基準とした絶対座標系で表すことができる。これによって、カメラデータ計測装置１Ｃは、位置センサ１００Ｃから見て、撮影カメラ９００が東西南北どの方位にあるかを、ユーザに即座に提示することができる。
【００８９】
第３実施形態では、位置センサ１００Ｃの旋回角が０°となる初期方位β０を予め設定しておき、初期方位β０と北緯基準旋回角β´との差分を式（２）のβに代入すれば、北緯基準旋回角β´から位置データを求めることができる。
【００９０】
（第４実施形態）
［カメラデータ計測装置の構成］
図１４を参照して、本発明の第４実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｄについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置１Ｄは、位置センサ１００が支持機構４００に搭載された点が第１実施形態と異なる。
【００９１】
図１４に示すように、カメラデータ計測装置１Ｄは、位置センサ１００と、紐状体２００と、演算装置３００と、支持機構４００とを備える。
支持機構４００は、スライダ４１０と、ガイド部材４２０と、ガイドベース４３０とを備える。
スライダ４１０は、位置センサ１００を搭載する平板部材であり、ガイド部材４２０に取り付けられる。また、スライダ４１０は、ガイド部材４２０に沿って高さを調整できると共に、所望の高さでガイド部材４２０に固定できる。
ガイド部材４２０は、垂直に伸びた棒状部材であり、下端部がガイドベース４３０に接続される。
ガイドベース４３０は、床や地面に接する土台部分である。
【００９２】
例えば、撮影時、撮影カメラ９００に結ばれた紐状体２００が水平となるように、位置センサ１００が搭載された状態で、スライダ４１０を上下させる。そして、スライダ４１０は、紐状体２００が水平となる状態で、ガイド部材４２０に手動で固定される。
【００９３】
以上のように、本発明の第４実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｄは、撮影カメラ９００が水平に引っ張られるため、撮影カメラ９００が高い場所や低い場所から引っ張られることを防止できる。従って、カメラデータ計測装置１Ｄは、撮影カメラ９００の姿勢を安定させて、カメラデータをより高い精度で計測することができる。さらに、カメラデータ計測装置１Ｄは、カメラマンに対して、高い場所や低い場所から引っ張られる感覚を減少させることができる。
【００９４】
（第５実施形態）
［演算装置の構成］
図１５，図１６を参照して、本発明の第５実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｅについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置１Ｅは、撮影カメラ９００に固定された支持具５００の可動方向によって姿勢データを求める点が第１実施形態と異なる。
【００９５】
図１５に示すように、姿勢データ計測部３１０は、パン方向エンコーダ３６１と、チルト方向エンコーダ３６３とを備える。
パン方向エンコーダ３６１は、後記する円筒部５２０の挟持部に固定され、後記するパン方向軸（不図示）の一端が接続される。そして、パン方向エンコーダ３６１は、このパン方向軸を介して、支持具５００（ジョイント５３０）のパン方向の回転角を計測する。
チルト方向エンコーダ３６３は、後記する円筒部５１０の挟持部に固定され、後記するチルト方向軸（不図示）の一端が接続される。そして、チルト方向エンコーダ３６３は、このチルト方向軸を介して、支持具５００（ジョイント５３０）のチルト方向の回転角を計測する。
【００９６】
支持具５００は、円筒部５１０，５２０と、ジョイント５３０と、固定部材５４０とを備える。
円筒部５１０は、一方の側が円筒状になっており、紐状体２００を円筒内部まで引き込んで固定する。また、円筒部５１０は、他方の側に、正方形状のジョイント５３０を左右から挟むように、２つに分かれて延伸された挟持部が形成される。
される。
円筒部５２０は、一方の側に、ジョイント５３０を上下から挟むように、２つに分かれて延伸された挟持部が形成される。また、円筒部５２０は、他方の側が固定部材５４０に接続される。
ジョイント５３０は、正方形状であって、円筒部５１０の挟持部をｘ軸方向に貫通するチルト方向軸と、円筒部５２０の挟持部をｙ軸方向に貫通するパン方向軸とが形成される。そして、ジョイント５３０は、チルト方向軸及びパン方向軸を介して、円筒部５１０，５２０を結合する。
固定部材５４０は、撮影カメラ９００の後部に固定される部材である。
【００９７】
このようにして、支持具５００は、撮影カメラ９００がパン方向及びチルト方向に向き（姿勢）を変えると、紐状体２００に対してジョイント５３０の角度が変化する。このとき、姿勢データ計測部３１０は、パン方向の回転角とチルト方向の回転角とを計測して、姿勢データとして、ＣＰＵ３５０Ｅに出力する。
【００９８】
図１６のＣＰＵ３５０Ｅは、姿勢データ計測部３１０から姿勢データが入力され、計測データ受信部３４０から計測データが入力される。そして、ＣＰＵ３５０Ｅは、位置データ算出部３５１が位置データを算出し、この位置データと姿勢データとを、カメラデータとして出力する。
【００９９】
以上のように、本発明の第５実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｅは、演算装置３００Ｅが、姿勢データ計測部３１０で計測されたパン方向の回転角とチルト方向の回転角とを、そのまま姿勢データとして出力する。このため、カメラデータ計測装置１Ｅは、演算装置３００Ｅで姿勢データを算出する必要がなく、演算処理量を低減することができる。
【０１００】
なお、第５実施形態では、撮影カメラ９００をヨー方向に故意に回転させて撮影することが少ないため、ヨー方向の姿勢を考慮していない。しかし、本発明は、支持具５００をヨー方向にも可動する構造とし、ヨー方向の回転角を計測するヨー方向エンコーダを支持具５００に固定することで、ヨー方向の姿勢も計測することができる。
【０１０１】
（第６実施形態）
［カメラデータ計測装置の構成］
図１７を参照して、本発明の第６実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｆの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
【０１０２】
カメラデータは、主に、撮影映像の合成に利用されるものである。このため、撮影映像を構成する１枚１枚のフレーム画像ごとに、カメラデータが必要となる。その一方、位置センサ１００、ジャイロセンサ３２０及び加速度センサ３３０は、撮影映像の合成を意識したものでなく、計測データ、速度データ及び加速度データの計測タイミングが、各フレーム画像に同期していないことが多い。そこで、カメラデータ計測装置１Ｆは、映像加工処理を確実に行うため、撮影映像の同期信号（垂直同期信号）ごとに、カメラデータを計測する。
【０１０３】
具体的には、カメラデータ計測装置１Ｆは、図１７に示すように、撮影カメラ９００から同期信号が入力される。そして、ＣＰＵ３５０Ｆは、位置センサ１００からの計測データと、ジャイロセンサ３２０からの速度データと、加速度センサ３３０からの加速度データとを、同期信号が入力されたタイミングでサンプリングする。そして、ＣＰＵ３５０Ｆは、サンプリングした計測データと速度データと加速度データとを用いて、同期信号ごとにカメラデータを計測する。
なお、同期信号を用いる以外、カメラデータ計測装置１Ｆの各手段は、図４，図７と同様のため、詳細な説明を省略する。
【０１０４】
以上のように、本発明の第６実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｆは、計測したカメラデータが各フレーム画像に同期するため、映像加工処理を効率的に行うことができる。
【０１０５】
なお、第６実施形態では、同期信号ごとにカメラデータを計測する例で説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、カメラデータ計測装置１Ｆは、位置センサ１００、ジャイロセンサ３２０及び加速度センサ３３０の計測周波数を、撮影映像の同期信号よりも十分に速い周波数とする。そして、カメラデータ計測装置１Ｆは、この計測周波数でカメラデータを計測し、各フレーム画像の撮影時間に一致するカメラデータ、又は、この撮影時間に最も近いカメラデータを出力してもよい。
【０１０６】
（第７実施形態）
［カメラデータ計測装置の構成］
図１８，図１９を参照して、本発明の第７実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｇの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置１Ｇは、撮影カメラ９００の撮影画角を算出して、カメラデータに付加する点が、第１実施形態と大きく異なる。
【０１０７】
図１８に示すように、撮影カメラ９００は、回転リング９２０を回転させることで、撮影画角を変更可能なズームレンズ９１０を備える。この撮影カメラ９００は、回転リング９２０にエンコーダ３８０が取り付けられている。
【０１０８】
エンコーダ３８０は、回転リング９２０のリング回転量を計測するものである。このエンコーダ３８０は、ケーブル３８２を介して計測部３７０に接続されており、計測したリング回転量を計測部３７０（図１９のＣＰＵ３５０Ｇ）に出力する。
【０１０９】
図１９に示すように、演算装置３００Ｇは、図４の演算装置３００に画角算出部３５７とエンコーダ３８０とを追加したものである。
ＣＰＵ３５０Ｇは、位置データ算出部３５１と、姿勢データ算出部３５３と、画角算出部３５７とを備える。ここで、ＣＰＵ３５０Ｇは、速度データと、加速度データと、計測データとに加え、エンコーダ３８０からリング回転量が入力される。
【０１１０】
画角算出部３５７は、リング回転量と、撮影カメラ９００の撮影画角とを対応付けた撮影画角テーブルが予め設定され、この撮影画角テーブルを参照して、ＣＰＵ３５０Ｇに入力されたリング回転量から撮影カメラ９００の撮影画角を算出するものである。言い換えるなら、画角算出部３５７は、入力されたリング回転量に対応付けられた撮影カメラ９００の撮影画角を、撮影画角テーブルから読み出すことになる。
【０１１１】
その後、ＣＰＵ３５０Ｇは、画角算出部３５７が算出した撮影画角を、カメラデータに付加して出力する。
以上のように、本発明の第７実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｇは、位置データ及び姿勢データに加えて、撮影画角もカメラデータとして計測することができる。
【０１１２】
なお、第７実施形態において、カメラデータの精度をさらに高くしたい場合、撮影カメラ９００のフォーカスリングにもエンコーダを取り付けて、焦点位置による画角の変化を反映させてもよい。
【０１１３】
なお、第７実施形態では、画角算出部３５７が撮影画角を算出する例で説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、ズームレンズ内に画角を検出するためのエンコーダが内蔵された撮影カメラの場合、本発明は、デジタルデータとして、ズームレンズのコネクター経由で撮影カメラの画角を取得することもできる。
【０１１４】
（第８実施形態）
［カメラデータ計測装置の構成］
図２０を参照して、本発明の第８実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｈについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置１Ｈは、複数の位置センサ１００を備え、各位置センサ１００を予め設定された配置規則に従って配置した点が第１実施形態と異なる。
【０１１５】
第８実施形態では、説明を簡易にするため、カメラデータ計測装置１Ｈが、２個の位置センサ１００１，１００２を備えることとする。この場合、図２０に示すように、カメラデータ計測装置１Ｈは、位置センサ１００１，１００２と撮影カメラ９００とを、それぞれ、紐状体２００１，２００２で結ぶ。そして、位置センサ１００１，１００２は、それぞれ、紐状体２００１，２００２の紐長変化量ΔＬを計測する。
【０１１６】
図２１を参照して、位置センサ１００１，１００２の配置方法の一例について説明する。
図２１の例では、配置規則が、位置センサ１００１を撮影カメラ９００の進行方向（ｚ軸）の後側に配置し、位置センサ１００２を進行方向に直交する注目方向（ｘ軸）に配置されるものとなっている。ここで、進行方向に対して撮影カメラ９００が横ずれを起こした場合を考える。この配置規則に従えば、位置センサ１００２が横ずれ方向（注目方向）に配置されているため、この横ずれによる紐状体２００２の紐長変化量ΔＬを、正確に計測できる。従って、カメラデータ計測装置１Ｈは、位置センサ１００２の計測データからカメラデータを求めることで、横ずれに起因するカメラデータの誤差を低減することができる。
【０１１７】
以上のように、本発明の第８実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｈは、複数の位置センサ１００を備えることで、カメラデータの誤差を減少させ、特に、注目方向のカメラデータを高い精度で計測することができる。
【０１１８】
なお、第８実施形態では、２個の位置センサ１００を進行方向と、進行方向に直交する注目方向とに配置することとしたが、本発明は、これに限定されない。つまり、本発明は、２個以上の位置センサ１００を任意の場所に配置でき、各位置センサ１００で計測された計測データの何れを利用するか又はこれら計測データを組み合わせるか、任意に設定できる。
【０１１９】
なお、第２〜８実施形態では、第１実施形態に係るカメラデータ計測装置１への適用例を説明したが、本発明は、これに限定されない。つまり、第２〜８実施形態の手法は、第１実施形態以外、他の実施形態に係るカメラデータ計測装置に適用することもできる。
【０１２０】
（変形例１）
図２２を参照して、本発明の変形例１に係る位置計測装置２について、第１実施形態と異なる点を説明する。
位置計測装置２は、計測対象を撮影カメラ９００ではなく、ゲーム機器Ｇｍの操作器９３０とした点が第１実施形態と異なる。
【０１２１】
図２２に示すように、ゲーム機器Ｇｍは、各種テレビゲームを実行するものであり、接続されたテレビＴｖにゲーム画面を表示する。また、ゲーム機器Ｇｍは、レバーやボタンが配置された操作器９３０を備えている。ここで、プレイヤが操作器９３０のレバーやボタンを操作すると、その操作信号がゲーム機器Ｇｍに送信される。そして、ゲーム機器Ｇｍでは、この操作信号に応じて、例えば、ゲームキャラクタをゲーム画面内で移動させるといった処理を行う。
【０１２２】
また、プレイヤは、操作器９３０を傾けたり、前後左右上下に大きく動かして、ゲーム操作を行うこともできる。この場合、位置計測装置２は、操作器９３０に内蔵された演算装置３００によって、操作器９３０の姿勢データを計測する。
【０１２３】
具体的には、位置センサ１００は、ゲーム機器Ｇｍの正面に配置され、操作器９３０の計測データを計測して演算装置３００に送信する。
演算装置３００は、受信した計測データから操作器９３０の位置データを算出すると共に、ジャイロセンサ３２０及び加速度センサ３３０によって、操作器９３０の姿勢データを計測する。そして、演算装置３００は、操作器９３０の位置データと姿勢データとを、無線ネットワークを介して、ゲーム機器Ｇｍに送信する。
以上のように、本発明の変形例１に係る位置計測装置２は、高い精度でゲーム操作を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、ＶＦＸ映画等の映画制作や、高度な合成を必要とするドラマ番組、情報番組、迅速なポストプロダクション処理が要求される報道番組等の番組制作に利用することができる。
【０１２５】
また、本発明は、６自由度の慣性センサとして幅広い分野で利用することができる。
例えば、自動車等の交通手段の位置を知るため、ＧＰＳ（Global Positioning System）を基本としたナビゲーションステムが活用されている。このＧＰＳでは、交通手段が衛星から遮られる環境下にあるときは測位が不可能になる。これを補うべく、従来の慣性センサで位置計測を行っているが、その精度向上は難しいのが現状である。そこで、本発明は、自動車等の交通手段を計測対象とすれば、その位置計測を高い精度で行うことができる。
この他、本発明は、各種操作器、身体障害者用の車イスや移動ロボットを計測対象として、これらの位置計測にも利用することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１，１Ｂ〜１Ｈ カメラデータ計測装置（位置計測装置）
２ 位置計測装置
１００，１００Ｂ，１００Ｃ 位置センサ（紐計測手段）
１１０ 巻取・巻出機構
１１１ 定張力ばね
１１２ 第１プーリ
１１３ 第２プーリ
１２０，１２０Ｂ 紐長変化量計測部
１２１ 回転量計測部（回転量エンコーダ）
１２３，１２３Ｂ 紐長変化量算出部
１２５ フォトデテクタ（パターン検出部）
１２５ａ 発光部
１２５ｂ 受光部
１３０ 紐方向計測部
１３１ 仰角エンコーダ
１３３ 旋回角エンコーダ
１４０ 計測データ送信部（送信部）
１５０ 地磁気センサ（方位検出部）
１６０ 北緯基準旋回角算出部（紐方向変換部）
１９０ 筐体
１９０Ａ 筐体上部
１９０Ｂ 連結部
１９０Ｃ 筐体下部
１９１ ベース
１９２ａ，１９２ｂ，１９２ｃ 軸受
１９３ａ，１９３ｂ，１９３ｃ 軸
１９４ 支持棒
１９５ ノズル
１９６ 固定板
２００，２００Ｂ 紐状体
２１０ ＮＷケーブル
２２０ 無線ＮＷ
３００，３００Ｅ〜３００Ｇ 演算装置（位置データ算出手段）
３１０ 姿勢データ計測部
３２０ ジャイロセンサ
３２１ パン方向ジャイロセンサ
３２３ チルト方向ジャイロセンサ
３２５ ヨー方向ジャイロセンサ
３３０ 加速度センサ
３３１ 左右方向加速度センサ
３３３ 上下方向加速度センサ
３３５ 前後方向加速度センサ
３４０ 計測データ受信部（受信部）
３５０，３５０Ｅ〜３５０Ｇ ＣＰＵ
３５１ 位置データ算出部
３５３ 姿勢データ算出部
３６１ パン方向エンコーダ
３６３ チルト方向エンコーダ
３７０ 計測部
３８０ エンコーダ
３９０ 基板
３９１ 筐体
４００ 支持機構
４１０ スライダ
４２０ ガイド部材
４３０ ガイドベース
５００ 支持具
５１０，５２０ 円筒部
５３０ ジョイント
５４０ 固定部材
９００ 撮影カメラ（計測対象）
９１０ ズームレンズ
９２０ 回転リング
９３０ 操作器（計測対象）
Ｓｙｓ カメラデータ計測システム（位置計測システム）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動する計測対象に結ばれた紐状体の紐長変化量及び紐方向に基づいて、計測対象の位置データを算出する位置計測装置及び位置計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
番組制作や映画制作において、撮影カメラが動きながら撮影した映像に、ＣＧや別の映像を合成することが広く行われている。この合成に際して、撮影カメラがどのように動いたか、つまり、撮影カメラの位置や姿勢を示すカメラデータが必要になる。
【０００３】
従来から、カメラデータを計測する手法として、バーチャルスタジオで活用しているＶＲ用ペデスタル（例えば、非特許文献１）や、三脚に載せて使用する構造のＤＧＳ（データ・ギャザリング・システム）が知られている。例えば、非特許文献１に記載の技術は、ロボットカメラを取り付ける雲台に特殊な細工を施すことで、ロボットカメラの動きや姿勢をカメラデータとして計測するものである。より具体的には、パン、チルト、ロール等の回転軸の回転角を検出するためのエンコーダが雲台に取り付けられており、ロボットカメラが動いたことによって変化する回転角の変化から、カメラデータを計測する。
【０００４】
この他、番組制作や映画制作以外の分野でも、位置や姿勢を計測することは行われている。例えば、ゲーム機のリモコン操作器（コントローラ）は、ゲーム機本体に非接触でありながら、内蔵された加速度センサやジャイロセンサを用いて、その位置や姿勢を検出して、ゲーム操作を可能としている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「スタジオ番組用移動ロボットカメラの開発」、津田他、映像情報メディア学会誌、Vol.62、No.1、pp.84〜91(2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非特許文献１に記載の技術では、専用の大型装置（雲台）が必要になると共に、車輪部の構造や原点座標の設定の制約から、屋外のような平坦でない場所での使用が極めて困難である。
また、従来のＤＧＳは、屋外で使用可能であるが、非特許文献１に記載の技術と同様、専用の大型装置を使用しなければならず、重く、機動性が悪いという欠点がある。
さらに、ゲーム機のリモコン操作器は、加速度センサやジャイロセンサに無視できないレベルの経時ドリフトやノイズが存在するため、その位置を高い精度で検出することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、機動性に優れ、平坦でない場所でも、高い精度で位置データを計測できる位置計測装置及び位置計測システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した課題に鑑みて、本願第１発明に係る位置計測装置は、所定の場所に配置され、移動する計測対象に結ばれた紐状体の紐長変化量と紐状体の紐方向とを計測する紐計測手段と、紐計測手段で計測された紐長変化量及び紐方向に基づいて、計測対象の位置データを算出する位置データ算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、位置計測装置は、紐計測手段が、紐状体で一定の張力が保たれるように、計測対象に結ばれた紐状体の巻き取り及び巻き出しを行う巻取・巻出機構と、巻取・巻出機構によって張力が保たれた紐状体について、計測対象の移動に伴う紐長変化量を計測する紐長変化量計測部と、巻取・巻出機構によって張力が保たれた紐状体について、紐方向を計測する紐方向計測部と、を備える。
【００１０】
また、位置計測装置は、位置データ算出手段が、予め設定された紐長初期値と紐計測手段で計測された紐長変化量との和を紐方向での紐全長として求め、求めた紐方向での紐全長を３次元方向成分に分解することで、３次元座標系で計測対象の位置データを算出す
る位置データ算出部、を備える。
【００１１】
つまり、位置計測装置は、紐状体が計測対象に結ばれ、計測対象の移動に伴って紐状体が巻き取り又は巻き出しされるため、計測対象の移動距離が紐長変化量に正確に反映される。そして、位置計測装置は、専用の大型装置を必要とせず、計測対象に紐計測手段を装着する必要もない。さらに、位置計測装置は、平坦でない場所に紐計測手段を配置して、位置データを計測できる。
【００１２】
また、本願第２発明に係る位置計測装置は、巻取・巻出機構が、紐状体の張力を保つ定張力ばねと、紐状体の巻き取り及び巻き出しを行うプーリと、を備え、紐長変化量計測部が、プーリの回転量を計測する回転量計測部と、予め設定されたプーリの円周に回転量計測部で計測されたプーリの回転量を乗じることで、紐長変化量を算出する紐長変化量算出部と、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、プーリの回転量が紐長変化量に比例するため、より正確な紐長変化量を算出することができる。
【００１３】
また、本願第３発明に係る位置計測装置は、紐状体が、等間隔で長手方向にパターンが形成されており、紐長変化量計測部が、紐状体の巻き取り及び巻き出しに伴うパターンの反転変化を検出するパターン検出部と、パターン検出部で検出されたパターンの反転変化によって、紐長変化量を算出する紐長変化量算出部と、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、紐状体から直接、パターンの反転変化を検出するため、より正確な紐長変化量を算出することができる
【００１４】
また、本願第４発明に係る位置計測装置は、計測対象に結ばれた紐状体が水平となる高さで紐計測手段を支持する支持機構に搭載されたことを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、計測対象に結ばれた紐状体が水平なので、この計測対象が水平から引っ張られて、高い場所や低い場所から計測対象が引っ張られることを防止できる。
【００１５】
また、本願第５発明に係る位置計測装置は、紐計測手段が、所定の方位を検出する方位検出部と、紐方向計測部で計測された紐方向を、方位検出部で検出された方位を基準とした方向に変換する紐方向変換部と、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、北緯などの方位を基準として、計測対象の位置データを計測することができる。
【００１６】
また、本願第６発明に係る位置計測装置は、紐状体が紐長変化量及び紐方向を伝送する信号線であり、紐計測手段が、信号線を介して、紐長変化量及び紐方向を位置データ算出手段に送信する送信部、を備え、位置データ算出手段が、計測対象に装着されると共に、信号線を介して、紐計測手段から長変化量及び紐方向を受信する受信部、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、紐長変化量及び紐方向を伝送する信号ケーブルを省略することができる。
【００１７】
また、本願第７発明に係る位置計測装置は、予め設定された配置規則に従って、複数の紐計測手段が配置され、複数の紐計測手段が、それぞれ、同一の計測対象に結ばれた紐状体の紐長変化量を計測することを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、例えば、第１の紐計測手段を計測対象の進行方向の後方に配置し、第２の紐計測手段をその進行方向に直交する注目方向に配置するという配置規則に従って、第１，第２の紐計測手段を配置する。この場合、位置計測装置は、進行方向に対して計測対象が横ずれを起こしても、この横ずれ方向（注目方向）に第２の紐計測手段が配置されているので、この横ずれに起因する誤差を低減することができる。
【００１８】
また、本願第８発明に係る位置計測装置は、位置データ算出手段が、パン方向、チルト方向及びヨー方向で計測対象の向きを示す姿勢データを計測する姿勢データ計測部、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、計測対象の位置データに加えて、姿勢データも計測することができる。
【００１９】
また、本願第９発明に係る位置計測装置は、位置データ算出手段が、計測対象としての撮影カメラに装着され、位置データ算出部が、撮影カメラが撮影した撮影映像の同期信号が入力され、入力された同期信号に同期させて計測対象の位置データを算出し、姿勢データ計測部が、同期信号が入力され、入力された同期信号に同期させて計測対象の姿勢データを計測することを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、撮影カメラが撮影映像を撮影したタイミングに同期させて、撮影カメラの位置データ及び姿勢データをカメラデータとして計測することができる。
【００２０】
また、本願第１０発明に係る位置計測装置は、位置データ算出手段が、撮影カメラが備えるズームレンズのリング回転量を計測するエンコーダと、リング回転量と撮影カメラの画角とを対応付けた撮影画角テーブルが予め設定され、撮影画角テーブルを参照して、エンコーダが計測したリング回転量から撮影カメラの画角を算出する画角算出部と、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、位置計測装置は、カメラデータに撮影カメラの画角を付加することができる。
【００２１】
また、本願第１１発明に係る位置計測システムは、本願第１発明から本願第１０発明までの何れかに係る位置計測装置と、計測対象としての撮影カメラと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
本願第１，１１発明によれば、紐状体が計測対象に結ばれ、計測対象の移動に伴って紐状体が巻き取り又は巻き出しされるため、計測対象の移動距離が紐長変化量に正確に反映され、計測対象の位置データを高い精度で計測することができる。さらに、本願第１，１１発明によれば、専用の大型装置を必要とせず、計測対象に紐計測手段を装着する必要もなく、機動性に優れる。さらに、本願第１，１１発明によれば、平坦でない場所に紐計測手段を配置して、位置データを計測することができる。
【００２３】
本願第２，１１発明によれば、プーリの回転量が紐長変化量に比例するため、より正確な紐長変化量を算出して、計測対象の位置データをより高い精度で計測することができる。
本願第３，１１発明によれば、紐状体から直接、パターンの反転変化を検出するため、正確な紐長変化量を算出して、計測対象の位置データをより高い精度で計測することができる。
本願第４，１１発明によれば、計測対象が水平に引っ張られるため、高い場所や低い場所から計測対象が引っ張られることを防止して、計測対象の姿勢を安定させて、計測対象の位置データをより高い精度で計測することができる。
【００２４】
本願第５，１１発明によれば、北緯などの方位を基準として、計測対象の位置データを計測することができる。
本願第６，１１発明によれば、紐長変化量及び紐方向を伝送する信号ケーブルを省略できるため、位置計測装置が簡易な構成となり、機動性により優れる。
本願第７，１１発明によれば、位置データの計測誤差を低減することができる。
【００２５】
本願第８，１１発明によれば、計測対象の位置データに加えて、姿勢データも計測することができる。
本願第９，１１発明によれば、撮影カメラが撮影映像を撮影したタイミングに同期させて、カメラデータを計測するため、撮影映像とカメラデータとの時間軸が一致して、映像加工処理を効率的に行うことができる。
本願第１０，１１発明によれば、カメラデータに撮影カメラの画角が付加されるので、映像加工処理をより効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係るカメラデータ計測システムの概略図であり、（ｂ）は撮影カメラの移動方向及び回転方向を説明する説明図である。
【図２】（ａ）は筐体上部の断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は筐体下部の断面図である。
【図３】（ａ）は位置センサ（筐体上部）の仰角を説明する説明図であり、（ｂ）は位置センサ（筐体下部）の旋回角を説明する説明図である。
【図４】図２の位置センサにおいて、各手段の信号入出力を図示したブロック図である。
【図５】図２の位置センサにおける計測データの伝送を説明する説明図であり、（ａ）は紐状体２００を信号線として兼用するときの図であり、（ｂ）は有線ネットワークを用いるときの図であり、（ｃ）は無線ネットワークを用いるときの図である。
【図６】図１の演算装置の構造を示す図である。
【図７】図６の演算装置において、各手段の信号入出力を図示したブロック図である。
【図８】図４の位置センサの動作を示すフローチャートである。
【図９】図７の演算装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るカメラデータ計測装置において、フォトデテクタを説明する説明図である。
【図１１】図１０の位置センサにおいて、各手段の信号入出力を図示したブロック図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るカメラデータ計測装置において、位置センサの上面図である。
【図１３】図１２の位置センサにおいて、各手段の信号入出力を図示したブロック図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係るカメラデータ計測装置の概略図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係るカメラデータ計測装置において、演算装置に固定された支持具を説明する説明図である。
【図１６】本発明の第５実施形態に係るカメラデータ計測装置において、位置センサでの信号入出力を図示したブロック図である。
【図１７】本発明の第６実施形態に係るカメラデータ計測装置の概略図である。
【図１８】本発明の第７実施形態において、エンコーダを説明する説明図である。
【図１９】図１８の演算装置において、各手段の信号入出力を図示したブロック図である。
【図２０】本発明の第８実施形態に係るカメラデータ計測装置の概略図である。
【図２１】図２０のカメラデータ計測装置において、位置センサの配置例を説明する説明図である。
【図２２】本発明の変形例１に係る位置計測装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する手段には同一の符号を付し、説明を省略した。
【００２８】
（第１実施形態）
［カメラデータ計測システムの概略］
図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るカメラデータ計測システム（位置計測システム）Ｓｙｓの概略について説明する。
図１（ａ）に示すように、カメラデータ計測システムＳｙｓは、カメラデータ計測装置（位置計測装置）１と、計測対象としての撮影カメラ９００とを備える。
このカメラデータ計測装置１は、位置センサ（紐計測手段）１００と、紐状体２００と、演算装置（位置データ算出手段）３００とを備える。
【００２９】
位置センサ１００は、紐状体２００の紐長変化量ΔＬと紐方向（仰角α、旋回角β）とを計測するものである。この位置センサ１００は、撮影カメラ９００が移動する床や地面において、位置データの計測基準となる所定の場所に配置される。そして、位置センサ１００は、計測した紐長変化量ΔＬ及び紐方向を演算装置３００に送信する。
【００３０】
紐状体２００は、糸、ロープ、ワイヤ、信号ケーブル等の紐状素材である。この紐状体２００は、一方の端が撮影カメラ９００（正確には撮影カメラ９００に装着された演算装置３００）に結ばれ、他方の端が位置センサ１００に接続される。そして、紐状体２００は、位置センサ１００の巻取・巻出機構１１０（図２）によって、常に張力が保たれると共に、撮影カメラ９００の移動に伴って、巻き取り及び巻き出しが行われる。
【００３１】
演算装置３００は、位置センサ１００から紐長変化量ΔＬ及び紐方向が入力され、この紐長変化量ΔＬ及び紐方向に基づいて、撮影カメラ９００の位置データを計測（算出）するものである。この演算装置３００は、撮影カメラ９００の後部に装着、固定される。また、演算装置３００は、姿勢データ計測部３１０（図７）によって、撮影カメラ９００の姿勢データを計測し、この姿勢データと位置データとをカメラデータとして出力する。
【００３２】
撮影カメラ９００は、テレビ番組等の撮影映像を撮影するカメラであり、カメラマン（不図示）が肩に載せて撮影を行う一般的な肩載式のカメラである。つまり、カメラマンは、撮影カメラ９００を肩に載せた状態で、床や地面を前後左右に移動しながら撮影を行う。また、カメラマンが撮影ポジションを変えるため、撮影カメラ９００を上下に移動させることもある。
【００３３】
この場合、撮影カメラ９００の位置が変わることによって、撮影カメラ９００の方向や紐長が変化する。つまり、紐状体２００の紐方向は、位置センサ１００を基準とした、撮影カメラ９００の方向を示すことになる。さらに、紐状体２００の紐長変化量ΔＬは、撮影カメラ９００が移動した距離を示すことになる。従って、カメラデータ計測装置１は、この紐長変化量ΔＬ及び紐方向に基づいて、撮影カメラ９００の位置データを計測することができる。
【００３４】
図１（ｂ）に示すように、ｘ軸を左右方向とし、ｙ軸を上下方向とし、ｚ軸を前後方向とする。また、ｙ軸が回転軸となる回転方向θをパン方向とし、ｘ軸が回転軸となる回転方向φをチルト方向とし、ｚ軸が回転軸となる回転方向Ψをヨー方向とする。
【００３５】
［位置センサ］
＜位置センサの構造＞
図２を参照して、位置センサ１００の構造を説明した後、図４を参照して、位置センサ１００の信号処理を説明する。
図２に示すように、位置センサ１００は、巻取・巻出機構１１０と、紐長変化量計測部１２０と、紐方向計測部１３０と、計測データ送信部（送信部）１４０とを備える。
なお、図２では、紐長変化量算出部１２３及び計測データ送信部１４０を省略した。
【００３６】
位置センサ１００は、筐体１９０の内部にほとんどの手段が収納されている。
この筐体１９０は、仰角方向（チルト方向）に回転可能な筐体上部１９０Ａと、筐体上部１９０Ａ及び筐体下部１９０Ｃを連結する連結部１９０Ｂと、旋回方向（パン方向）に回転可能な筐体下部１９０Ｃとで構成される。
【００３７】
筐体上部１９０Ａは、連結部１９０Ｂに挟み込まれるように、仰角方向に回転自在に支持される。また、筐体上部１９０Ａは、紐状体２００を出し入れするために、側方に突出したノズル１９５と、底面に貫通孔１９７とが形成される。
連結部１９０Ｂは、対向した２枚の平板部材が、筐体下部１９０Ｃの天面外側に固定されたものである。また、連結部１９０Ｂは、軸受１９２ａを同軸に形成し、この軸受１９２ａに挿入された軸１９３ａにより、筐体上部１９０Ａを支持する。
【００３８】
筐体下部１９０Ｃは、側面上部に軸受１９２ｂが同軸で形成され、この軸受１９２ｂに軸１９３ｂが挿入される。
また、筐体下部１９０Ｃは、底面に軸受１９２ｃが形成され、この軸受１９２ｃに軸１９３ｃが挿入される。この軸１９３ｃは、下端部の軸径を広くして、ベース１９１に接続される。このようにして、筐体下部１９０Ｃは、軸１９３ｃにより、旋回方向に回転自在に支持される。
さらに、筐体下部１９０Ｃは、この軸１９３ｂと平行になるように、側面下部に支持棒１９４が形成される。
ベース１９１は、位置センサ１００を配置するときに、床や地面に接する土台部分である。
【００３９】
巻取・巻出機構１１０は、紐状体２００で一定の張力が保たれるように、紐状体２００の巻き取り及び巻き出しを行うものであり、定張力ばね１１１と、第１プーリ１１２と、第２プーリ１１３とを備える。
定張力ばね１１１は、筐体下部１９０Ｃに収納され、両端が軸１９３ｃと支持棒１９４とにそれぞれ接続される。また、定張力ばね１１１は、軸１９３ｃを介して、第２プーリ１１３を巻き取り方向に回転させようとする。このようにして、紐状体２００は、一定の張力が保たれる。
【００４０】
第１プーリ１１２は、筐体上部１９０Ａに収納され、軸１９３ａによって仰角方向に回転自在に支持される。また、第１プーリ１１２は、貫通孔１９７から垂直に引き込まれる紐状体２００を、ノズル１９５から引き出されるように誘導する。
第２プーリ１１３は、筐体下部１９０Ｃに収納され、第１プーリ１１２と上下で並ぶように軸１９３ｂに支持される。ここで、第２プーリ１１３は、紐長変化量ΔＬの計算誤差を低減するため、紐状体２００を１重巻きにすることが好ましい。
このようにして、紐状体２００は、第１プーリ１１２を介して、第２プーリ１１３に巻き取り、巻き出しされる。
【００４１】
紐長変化量計測部１２０は、巻取・巻出機構１１０によって張力が保たれた紐状体２００について、撮影カメラ９００の移動に伴う紐長変化量ΔＬを計測するものであり、回転量エンコーダ（回転量計測部）１２１と、紐長変化量算出部１２３とを備える。
回転量エンコーダ１２１は、筐体下部１９０Ｃに収納され、第２プーリ１１３と同軸で軸１９３ｂに支持される。そして、回転量エンコーダ１２１は、軸１９３ｂを介して、第２プーリ１１３の回転量（回転角）ωを計測する。この回転量ωは、例えば、第２プーリ１１３が巻き出し方向に回転していれば正（＋）の値となり、巻き取り方向に回転していれば負（−）の値となる。
なお、紐長変化量算出部１２３の詳細は、後記する。
【００４２】
紐方向計測部１３０は、巻取・巻出機構１１０によって張力が保たれた紐状体２００について紐方向を計測するものであり、仰角エンコーダ１３１と、旋回角エンコーダ１３３とを備える。
仰角エンコーダ１３１は、第１プーリ１１２と同軸で連結部１９０Ｂに固定され、軸１９３ａの一端が接続される。そして、仰角エンコーダ１３１は、軸１９３ａを介して、位置センサ１００（筐体上部１９０Ａ）の仰角αを紐方向として計測する。
旋回角エンコーダ１３３は、筐体下部１９０Ｃの下部内側に突出した固定板１９６に下向きで固定され、軸１９３ｃの一端が接続される。そして、旋回角エンコーダ１３３は、軸１９３ｃを介して、位置センサ１００（筐体下部１９０Ｃ）の旋回角βを紐方向として計測する。
【００４３】
ここで、図３を参照して、紐方向について説明する。
例えば、図３（ａ）に示すように、撮影カメラ９００が低い位置にあり、紐状体２００が水平であったとする（仰角α＝０°）。そして、撮影カメラ９００が高い位置に移動すると、撮影カメラ９００が紐状体２００をｙ軸方向に引っ張ることで、筐体上部１９０Ａは、紐状体２００と同じ向きになるまで仰角方向に回転する。このとき、仰角エンコーダ１３１は、水平面に対する筐体上部１９０Ａの仰角αを、紐方向として計測する。つまり、仰角αは、設置面（床や地面）に対する紐状体２００のチルト角である。
【００４４】
例えば、図３（ｂ）に示すように、撮影カメラ９００が正面を向いており、紐状体２００がｚ軸に平行であったとする（旋回角β＝０°）。そして、撮影カメラ９００が左右に移動すると、撮影カメラ９００が紐状体２００をｘ軸方向に引っ張ることで、筐体下部１９０Ｃは、紐状体２００と同じ向きになるまで旋回方向に回転する。このとき、旋回角エンコーダ１３３は、前後方向に対する筐体下部１９０Ｃの旋回角βを、紐方向として計測する。つまり、旋回角βは、前後方向（ｚ軸）に対する紐状体２００のパン角である。
【００４５】
＜位置センサの信号処理＞
図４を参照して、位置センサ１００の信号処理について説明する（適宜図１，図２参照）。
なお、図４では、信号を入出力しない巻取・巻出機構１１０等の一部手段を省略した。
【００４６】
紐長変化量算出部１２３は、回転量エンコーダ１２１で計測された第２プーリ１１３の回転量ωが入力される。そして、紐長変化量算出部１２３は、下記の式（１）に示すように、予め設定された第２プーリ１１３の円周２πｒに、入力された第２プーリ１１３の回転量ωを乗じることで、紐状体２００の紐長変化量ΔＬを算出する。その後、紐長変化量算出部１２３は、算出した紐長変化量ΔＬを計測データ送信部１４０に出力する。
ΔＬ＝２πｒ×ω ・・・式（１）
なお、ｒは第２プーリ１１３の半径であり、πは円周率である。
【００４７】
前記したように、第２プーリ１１３が紐状体２００を１重巻きしているため、紐状体２００の重なりに伴って、円周が増大することがない。従って、紐長変化量算出部１２３は、高い精度で紐長変化量ΔＬを算出することができる。
【００４８】
紐方向計測部１３０は、仰角エンコーダ１３１で計測された紐方向（仰角α）と、旋回角エンコーダ１３３で計測された紐方向（旋回角β）とを、計測データ送信部１４０に出力する。
【００４９】
計測データ送信部１４０は、紐長変化量計測部１２０から紐長変化量ΔＬが入力され、紐方向計測部１３０から紐方向（仰角α及び旋回角β）が入力される。そして、計測データ送信部１４０は、入力された紐長変化量ΔＬと、仰角αと、旋回角βとを計測データとして、演算装置３００に送信するものである。この計測データ送信部１４０は、一般的なネットワークインタフェースで実現できるため、詳細な説明を省略する。
【００５０】
ここで、計測データの伝送方法について、３つの具体例を説明する。
図５（ａ）に示すように、カメラデータ計測装置１は、紐状体２００を、計測データを伝送する信号線と兼用してもよい。つまり、計測データ送信部１４０は、紐状体２００を介して、計測データを演算装置３００に送信する。この手法によれば、カメラデータ計測装置１は、計測データを伝送するための信号ケーブルを省略できるので、カメラデータ計測装置１が簡易な構成となり、撮影時の機動性により優れる。
【００５１】
また、図５（ｂ）に示すように、カメラデータ計測装置１は、有線ネットワークによって計測データを伝送してもよい。つまり、計測データ送信部１４０は、ＮＷケーブル２１０を介して、計測データを演算装置３００に送信する。
さらに、図５（ｃ）に示すように、計測データ送信部１４０は、無線ネットワーク（無線ＮＷ）２２０によって、計測データを演算装置３００に送信してもよい。
【００５２】
なお、図５（ａ）のように、紐状体２００を信号線として兼用する場合、カメラデータ計測装置１は、紐状体２００を演算装置３００に結ぶ必要がある。この場合、撮影カメラ９００が移動すると、この撮影カメラ９００に演算装置３００が固定されているので、演算装置３００が、撮影カメラ９００と同じ距離だけ移動する。従って、カメラデータ計測装置１は、紐状体２００を演算装置３００又は撮影カメラ９００の何れに結んでも紐長変化量ΔＬが同じ値になり、正確な計測データを得ることができる。
すなわち、請求項に記載の「計測対象に結ばれた紐状体」とは、撮影カメラ９００に結ばれた紐状体２００、又は、この撮影カメラ９００に固定された演算装置３００に結ばれた紐状体２００の意味である。
【００５３】
［演算装置の構成］
図６，図７を参照して、図１の演算装置３００の構成について説明する。
図６に示すように、演算装置３００は、ジャイロセンサ３２０と、加速度センサ３３０と、計測データ受信部３４０（受信部、図７）と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３５０とを備える。
【００５４】
演算装置３００は、基板３９０の上段にジャイロセンサ３２０と加速度センサ３３０とが配置され、基板３９０の下段にＣＰＵ３５０が配置される。また、演算装置３００は、ジャイロセンサ３２０及び加速度センサ３３０とＣＰＵ３５０との間で信号を入出力できるように、図示を省略した回路が形成される。そして、演算装置３００は、前記した各手段が配置された基板３９０を、箱型の筐体３９１に収納する。
【００５５】
図７に示すように、姿勢データ計測部３１０は、パン方向、チルト方向及びヨー方向で撮影カメラ９００の向きを示す姿勢データを計測するものであり、ジャイロセンサ３２０と、加速度センサ３３０とで構成される。
ジャイロセンサ３２０は、パン方向ジャイロセンサ３２１と、チルト方向ジャイロセンサ３２３と、ヨー方向ジャイロセンサ３２５とで構成される。
パン方向ジャイロセンサ３２１は、演算装置３００及びこの演算装置３００が装着された撮影カメラ９００について、パン方向の角速度を計測するものである。
チルト方向ジャイロセンサ３２３は、演算装置３００及び撮影カメラ９００について、チルト方向の角速度を計測するものである。
ヨー方向ジャイロセンサ３２５は、演算装置３００及び撮影カメラ９００について、ヨー方向の角速度を計測するものである。
そして、ジャイロセンサ３２０は、計測したパン方向、チルト方向及びヨー方向の角速度を速度データとしてＣＰＵ３５０に出力する。
【００５６】
加速度センサ３３０は、左右方向加速度センサ３３１と、上下方向加速度センサ３３３と、前後方向加速度センサ３３５とで構成される。
左右方向加速度センサ３３１は、演算装置３００及びこの演算装置３００が装着された撮影カメラ９００について、左右方向（ｘ軸方向）の加速度を計測するものである。
上下方向加速度センサ３３３は、演算装置３００及び撮影カメラ９００について、上下方向（ｙ軸方向）の加速度を計測するものである。
前後方向加速度センサ３３５は、演算装置３００及び撮影カメラ９００について、前後方向（ｚ軸方向）の加速度を計測するものである。
そして、加速度センサ３３０は、計測した左右方向、上下方向及び前後方向の加速度を加速度データとしてＣＰＵ３５０に出力する。
【００５７】
なお、ジャイロセンサ３２０及び加速度センサ３３０は、一般的なＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）慣性センサを利用できるため、詳細な説明を省略する。このＭＥＭＳ慣性センサは、コンパクトに集積可能であり、演算装置３００の小型化に寄与する。
【００５８】
計測データ受信部３４０は、位置センサ１００から、紐長変化量ΔＬと、仰角αと、旋回角βとを計測データとして受信するものである。ここで、計測データ受信部３４０は、図４の計測データ送信部１４０と同様の手法で、計測データを受信する。そして、計測データ受信部３４０は、受信した計測データをＣＰＵ３５０に出力する。この計測データ受信部３４０は、一般的なネットワークインタフェースで実現できるため、詳細な説明を省略する。
【００５９】
ＣＰＵ３５０は、演算装置３００での各種演算を行うものであり、位置データ算出部３５１と、姿勢データ算出部３５３とを備える。ここで、ＣＰＵ３５０は、ジャイロセンサ３２０から速度データが入力され、加速度センサ３３０から加速度データが入力され、計測データ受信部３４０から計測データが入力される。
【００６０】
位置データ算出部３５１は、撮影カメラ９００の位置データを算出するものである。ここで、紐状体２００の紐全長Ｌとすると、３次元座標系での撮影カメラ９００の位置データ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）は、下記の式（２）で計算することができる。
（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）＝（Ｌ・ｃｏｓα・ｓｉｎβ，Ｌ・ｓｉｎα，
Ｌ・ｃｏｓα・ｃｏｓβ） ・・・式（２）
【００６１】
すなわち、位置データ算出部３５１は、予め設定された紐長初期値Ｌ０と、紐長変化量ΔＬとの和を紐方向での紐全長Ｌとして求める。そして、位置データ算出部３５１は、式（２）に示すように、紐方向での紐全長Ｌを３次元方向成分に分解することで、位置データ（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）を算出する。
【００６２】
ここで、撮影カメラ９００と位置センサ１００との距離が、例えば、１メートル離れた状態（つまり、紐状体２００の一部が巻き出された状態）で、位置データの計測を開始することがある。この場合、位置データ算出部３５１は、位置データの計測開始時点において、巻き出されていた紐状体２００の紐長である紐長初期値Ｌ０を、予め設定する。
【００６３】
姿勢データ算出部３５３は、ジャイロセンサ３２０からの速度データと加速度センサ３３０からの加速度データとから、撮影カメラ９００の向きを示す姿勢データを算出するものである。ここで、加速度データにより撮影カメラ９００がどちらの方向に移動しようとしたか分かる。従って、姿勢データ算出部３５３は、例えば、加速度センサ３３０からの加速度データに、ジャイロセンサ３２０からの速度データに相乗しているクロストーク分を補正して積分処理を行う。このようにして、姿勢データ算出部３５３は、パン方向、チルト方向及びヨー方向について、撮影カメラ９００の姿勢データ（Ｐθ，Ｐφ，ＰΨ）を算出する。
【００６４】
その後、ＣＰＵ３５０は、位置データ算出部３５１が算出した位置データと、姿勢データ算出部３５３が算出した姿勢データとを、カメラデータとして出力する。
なお、速度データ及び加速度データから姿勢データを算出する方法は、ＭＥＭＳ慣性センサの実装に依存する一般的な処理のため、詳細な説明を省略する。
【００６５】
［位置センサの動作］
図８を参照して、図４の位置センサ１００の動作について説明する（適宜図４参照）。
位置センサ１００は、仰角エンコーダ１３１によって、位置センサ１００（筐体上部１９０Ａ）の仰角αを紐方向として計測する（ステップＳ１）。
【００６６】
位置センサ１００は、旋回角エンコーダ１３３によって、位置センサ１００（筐体下部１９０Ｃ）の旋回角βを紐方向として計測する（ステップＳ２）。
位置センサ１００は、回転量エンコーダ１２１によって、第２プーリ１１３の回転量ωを計測する（ステップＳ３）。
【００６７】
位置センサ１００は、紐長変化量算出部１２３によって、前記した式（１）に示すように、第２プーリ１１３の円周にその回転量ωを乗じることで、紐長変化量ΔＬを算出する（ステップＳ４）。
【００６８】
位置センサ１００は、計測データ送信部１４０によって、紐長変化量ΔＬと、仰角αと、旋回角βとを計測データとして、演算装置３００に送信する。つまり、計測データ送信部１４０は、信号線としての紐状体２００、有線ネットワーク、又は、無線ネットワークの何れかによって、計測データを送信する（ステップＳ５）。
【００６９】
［演算装置の動作］
図９を参照して、図７の演算装置３００の動作について説明する（適宜図７参照）。
演算装置３００は、ジャイロセンサ３２０によって、速度データを計測する（ステップＳ１１）。
【００７０】
演算装置３００は、加速度センサ３３０によって、加速度データを計測する（ステップＳ１２）。
演算装置３００は、姿勢データ算出部３５３によって、速度データ及び加速度データから姿勢データを算出する（ステップＳ１３）。
【００７１】
演算装置３００は、計測データ受信部３４０によって、位置センサ１００から、紐長変化量ΔＬと、仰角αと、旋回角βとを計測データとして受信する。つまり、計測データ受信部３４０は、図４の計測データ送信部１４０と同様の手法で、計測データを受信する（ステップＳ１４）。
【００７２】
演算装置３００は、位置データ算出部３５１によって、撮影カメラ９００の位置データを算出する。つまり、位置データ算出部３５１は、紐長初期値Ｌ０と紐長変化量ΔＬとの和を紐方向での紐全長Ｌとして求める。そして、位置データ算出部３５１は、前記した式（２）に示すように、紐方向での紐全長Ｌを３次元方向成分に分解することで、３次元座標系で撮影カメラ９００の位置データを算出する（ステップＳ１５）。
演算装置３００は、ＣＰＵ３５０によって、撮影カメラ９００の位置データと姿勢データとを、カメラデータとして出力する（ステップＳ１６）。
【００７３】
以上のように、本発明の第１実施形態に係るカメラデータ計測装置１は、紐状体２００が撮影カメラ９００に結ばれ、撮影カメラ９００の移動に伴って紐状体２００が巻き取り又は巻き出しされるため、撮影カメラ９００の移動距離が紐長変化量ΔＬに正確に反映され、撮影カメラ９００のカメラデータを高い精度で計測することができる。さらに、カメラデータ計測装置１は、専用の大型装置を必要とせず、撮影カメラ９００に位置センサ１００を装着する必要もなく、撮影カメラ９００の重量増加を最小限に抑えてられるため、撮影時の機動性に優れる。さらに、カメラデータ計測装置１は、床や地面が平坦でない場所にも位置センサ１００を配置できるため、平坦でない場所でもカメラデータを計測することができる。
【００７４】
そして、このカメラデータを用いれば、撮影映像にＣＧや他の映像を合成する、撮影映像の一部に追随して映像効果を加える等の映像加工処理が可能になり、映像表現の幅を拡大することができる。これによって、カメラデータ計測装置１のユーザは、映画のような大スペクタクルな映像をテレビ番組として容易に制作できるようになり、迫力があって分かり易い映像を視聴者に提供することができる。
【００７５】
さらに、個人情報保護の観点からニュース番組等において、映像の一部にぼかしを加えて人物等の判別を困難にする映像加工処理を施す機会も増加している。このような場合、カメラデータ計測装置１のユーザは、その映像加工処理を効率的に行うことができる。
【００７６】
なお、第１実施形態では、撮影カメラ９００の姿勢データを計測するため、位置センサ１００と演算装置３００とを独立させたが、本発明は、これに限定されない。例えば、この姿勢データを計測しない場合、位置センサ１００が位置データ算出部３５１を内蔵してもよい。
【００７７】
（第２実施形態）
［位置センサの構成］
図１０，図１１を参照して、本発明の第２実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｂについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置１Ｂは、位置センサ１００Ｂにおいて、回転量エンコーダ１２１の代わりにフォトデテクタ（パターン検出部）１２５を備える点と、紐長変化量算出部１２３Ｂで紐長変化量ΔＬを求める手法とが第１実施形態と異なる。
なお、図１０では、巻き出し方向及び巻き取り方向をブロック矢印で図示した。
【００７８】
図１０に示すように、紐状体２００Ｂは、その外表面に長手方向（巻き出し方向、巻き取り方向）で、白色、黒色が交互する縞模様が模様パターンとして印刷されている。
紐長変化量計測部１２０Ｂ（図１１）は、後記する紐長変化量算出部１２３Ｂと、フォトデテクタ１２５とを備える。
フォトデテクタ１２５は、紐状体２００Ｂの巻き取り、巻き出しに伴う模様パターンの反転変化を検出するものである。例えば、フォトデテクタ１２５は、発光部１２５ａから検出光を紐状体２００Ｂに向けて照射し、紐状体２００Ｂで反射された検出光を受光部１２５ｂで受光する反射型のフォトデテクタである。このフォトデテクタ１２５は、検出光の照射及び反射が可能であれば、筐体１９０内部の任意場所に配置できる。
【００７９】
ここで、紐状体２００Ｂは、例えば、模様パターンが白色のときに検出光を反射し、黒色のときに検出光を反射しないというように、検出光の照射点における模様パターンに応じて、検出光を反射するか否かが異なる。そして、紐状体２００Ｂが巻き取り、巻き出しされる状況では、検出光の照射点において、模様パターンで白色、黒色が反転変化する。言い換えるなら、検出光の照射点において、模様パターンの反転変化が、紐状体２００Ｂが巻き取り、巻き出しされる状況を表す。従って、フォトデテクタ１２５は、検出光の有無により模様パターンでの色の反転変化を検出して、紐長変化量算出部１２３Ｂに出力する。
【００８０】
図１１の紐長変化量算出部１２３Ｂは、フォトデテクタ１２５から模様パターンの反転変化が入力され、この模様パターンの反転変化によって紐長変化量ΔＬを算出するものである。例えば、紐長変化量算出部１２３Ｂは、紐状体２００Ｂの模様パターンの間隔が予め設定される。そして、紐長変化量算出部１２３Ｂは、この模様パターンの間隔と、フォトデテクタ１２５で検出された模様パターンの反転変化の回数とから、紐状体２００Ｂが巻き取り、巻き出しされた長さが分かるので、紐長変化量ΔＬを算出できる。
【００８１】
ここで、フォトデテクタ１２５単体では、紐状体２００Ｂが巻き取り又は巻き出しされているのかを判定することができない。そこで、カメラデータ計測装置１Ｂは、例えば、第２プーリ１１３の回転方向を検出する回転方向センサ（不図示）を備える。そして、紐長変化量算出部１２３Ｂは、この回転方向センサによって、紐状体２００Ｂが巻き取り又は巻き出しされているかを判定する。その後、紐長変化量算出部１２３Ｂは、紐状体２００Ｂが巻き出しされていれば紐長変化量ΔＬを正（＋）の値とし、紐状体２００Ｂが巻き取りされていれば紐長変化量ΔＬを負（−）の値として、計測データ送信部１４０に出力する。
【００８２】
以上のように、本発明の第２実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｂは、位置センサ１００Ｂが、紐状体２００Ｂから直接、模様パターンの反転変化を検出するため、正確に紐長変化量ΔＬを算出して、カメラデータをより高い精度で計測することができる。
【００８３】
なお、第２実施形態では、紐状体２００Ｂに模様パターンを印刷し、フォトデテクタ１２５で模様パターンの反転変化を検出することとしたが、本発明は、これに限定されない。例えば、本発明は、磁性体である紐状体２００に磁気パターンを記録し、この磁気パターンの反転変化をマグネティックセンサで検出できる。
【００８４】
なお、第２実施形態において、位置センサ１００Ｂの動作は、紐長変化量算出部１２３Ｂでの紐長変化量ΔＬを求める手法以外、図８と同様のため、詳細な説明を省略した。
以後の実施形態においても、第２実施形態と同様、動作の説明を省略する。
【００８５】
（第３実施形態）
［位置センサの構成］
図１２，図１３を参照して、本発明の第３実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｃについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置１Ｃは、位置センサ１００Ｃが、地磁気センサ（方位検出部）１５０と北緯基準旋回角算出部１６０とを備える点が第１実施形態と異なる。
【００８６】
地磁気センサ１５０は、北緯を検出するものである。図１２に示すように、地磁気センサ１５０は、位置センサ１００Ｃが旋回しても地磁気センサ１５０の向きが変わらないように、ベース１９１の周縁部に固定されている。そして、地磁気センサ１５０は、検出した北緯情報を、北緯基準旋回角算出部（紐方向変換部）１６０に出力する。
【００８７】
北緯基準旋回角算出部１６０は、地磁気センサ１５０から北緯情報が入力され、旋回角エンコーダ１３３で計測された紐方向（旋回角β）を、北緯を基準とした北緯基準旋回角β´に変換するものである。そして、北緯基準旋回角算出部１６０は、変換した北緯基準旋回角β´を計測データ送信部１４０に出力する。
【００８８】
以上のように、本発明の第３実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｃは、紐方向（旋回角β）を、北緯を基準とした絶対座標系で表すことができる。これによって、カメラデータ計測装置１Ｃは、位置センサ１００Ｃから見て、撮影カメラ９００が東西南北どの方位にあるかを、ユーザに即座に提示することができる。
【００８９】
第３実施形態では、位置センサ１００Ｃの旋回角が０°となる初期方位β０を予め設定しておき、初期方位β０と北緯基準旋回角β´との差分を式（２）のβに代入すれば、北緯基準旋回角β´から位置データを求めることができる。
【００９０】
（第４実施形態）
［カメラデータ計測装置の構成］
図１４を参照して、本発明の第４実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｄについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置１Ｄは、位置センサ１００が支持機構４００に搭載された点が第１実施形態と異なる。
【００９１】
図１４に示すように、カメラデータ計測装置１Ｄは、位置センサ１００と、紐状体２００と、演算装置３００と、支持機構４００とを備える。
支持機構４００は、スライダ４１０と、ガイド部材４２０と、ガイドベース４３０とを備える。
スライダ４１０は、位置センサ１００を搭載する平板部材であり、ガイド部材４２０に取り付けられる。また、スライダ４１０は、ガイド部材４２０に沿って高さを調整できると共に、所望の高さでガイド部材４２０に固定できる。
ガイド部材４２０は、垂直に伸びた棒状部材であり、下端部がガイドベース４３０に接続される。
ガイドベース４３０は、床や地面に接する土台部分である。
【００９２】
例えば、撮影時、撮影カメラ９００に結ばれた紐状体２００が水平となるように、位置センサ１００が搭載された状態で、スライダ４１０を上下させる。そして、スライダ４１０は、紐状体２００が水平となる状態で、ガイド部材４２０に手動で固定される。
【００９３】
以上のように、本発明の第４実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｄは、撮影カメラ９００が水平に引っ張られるため、撮影カメラ９００が高い場所や低い場所から引っ張られることを防止できる。従って、カメラデータ計測装置１Ｄは、撮影カメラ９００の姿勢を安定させて、カメラデータをより高い精度で計測することができる。さらに、カメラデータ計測装置１Ｄは、カメラマンに対して、高い場所や低い場所から引っ張られる感覚を減少させることができる。
【００９４】
（第５実施形態）
［演算装置の構成］
図１５，図１６を参照して、本発明の第５実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｅについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置１Ｅは、撮影カメラ９００に固定された支持具５００の可動方向によって姿勢データを求める点が第１実施形態と異なる。
【００９５】
図１５に示すように、姿勢データ計測部３１０は、パン方向エンコーダ３６１と、チルト方向エンコーダ３６３とを備える。
パン方向エンコーダ３６１は、後記する円筒部５２０の挟持部に固定され、後記するパン方向軸（不図示）の一端が接続される。そして、パン方向エンコーダ３６１は、このパン方向軸を介して、支持具５００（ジョイント５３０）のパン方向の回転角を計測する。
チルト方向エンコーダ３６３は、後記する円筒部５１０の挟持部に固定され、後記するチルト方向軸（不図示）の一端が接続される。そして、チルト方向エンコーダ３６３は、このチルト方向軸を介して、支持具５００（ジョイント５３０）のチルト方向の回転角を計測する。
【００９６】
支持具５００は、円筒部５１０，５２０と、ジョイント５３０と、固定部材５４０とを備える。
円筒部５１０は、一方の側が円筒状になっており、紐状体２００を円筒内部まで引き込んで固定する。また、円筒部５１０は、他方の側に、正方形状のジョイント５３０を左右から挟むように、２つに分かれて延伸された挟持部が形成される。
される。
円筒部５２０は、一方の側に、ジョイント５３０を上下から挟むように、２つに分かれて延伸された挟持部が形成される。また、円筒部５２０は、他方の側が固定部材５４０に接続される。
ジョイント５３０は、正方形状であって、円筒部５１０の挟持部をｘ軸方向に貫通するチルト方向軸と、円筒部５２０の挟持部をｙ軸方向に貫通するパン方向軸とが形成される。そして、ジョイント５３０は、チルト方向軸及びパン方向軸を介して、円筒部５１０，５２０を結合する。
固定部材５４０は、撮影カメラ９００の後部に固定される部材である。
【００９７】
このようにして、支持具５００は、撮影カメラ９００がパン方向及びチルト方向に向き（姿勢）を変えると、紐状体２００に対してジョイント５３０の角度が変化する。このとき、姿勢データ計測部３１０は、パン方向の回転角とチルト方向の回転角とを計測して、姿勢データとして、ＣＰＵ３５０Ｅに出力する。
【００９８】
図１６のＣＰＵ３５０Ｅは、姿勢データ計測部３１０から姿勢データが入力され、計測データ受信部３４０から計測データが入力される。そして、ＣＰＵ３５０Ｅは、位置データ算出部３５１が位置データを算出し、この位置データと姿勢データとを、カメラデータとして出力する。
【００９９】
以上のように、本発明の第５実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｅは、演算装置３００Ｅが、姿勢データ計測部３１０で計測されたパン方向の回転角とチルト方向の回転角とを、そのまま姿勢データとして出力する。このため、カメラデータ計測装置１Ｅは、演算装置３００Ｅで姿勢データを算出する必要がなく、演算処理量を低減することができる。
【０１００】
なお、第５実施形態では、撮影カメラ９００をヨー方向に故意に回転させて撮影することが少ないため、ヨー方向の姿勢を考慮していない。しかし、本発明は、支持具５００をヨー方向にも可動する構造とし、ヨー方向の回転角を計測するヨー方向エンコーダを支持具５００に固定することで、ヨー方向の姿勢も計測することができる。
【０１０１】
（第６実施形態）
［カメラデータ計測装置の構成］
図１７を参照して、本発明の第６実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｆの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
【０１０２】
カメラデータは、主に、撮影映像の合成に利用されるものである。このため、撮影映像を構成する１枚１枚のフレーム画像ごとに、カメラデータが必要となる。その一方、位置センサ１００、ジャイロセンサ３２０及び加速度センサ３３０は、撮影映像の合成を意識したものでなく、計測データ、速度データ及び加速度データの計測タイミングが、各フレーム画像に同期していないことが多い。そこで、カメラデータ計測装置１Ｆは、映像加工処理を確実に行うため、撮影映像の同期信号（垂直同期信号）ごとに、カメラデータを計測する。
【０１０３】
具体的には、カメラデータ計測装置１Ｆは、図１７に示すように、撮影カメラ９００から同期信号が入力される。そして、ＣＰＵ３５０Ｆは、位置センサ１００からの計測データと、ジャイロセンサ３２０からの速度データと、加速度センサ３３０からの加速度データとを、同期信号が入力されたタイミングでサンプリングする。そして、ＣＰＵ３５０Ｆは、サンプリングした計測データと速度データと加速度データとを用いて、同期信号ごとにカメラデータを計測する。
なお、同期信号を用いる以外、カメラデータ計測装置１Ｆの各手段は、図４，図７と同様のため、詳細な説明を省略する。
【０１０４】
以上のように、本発明の第６実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｆは、計測したカメラデータが各フレーム画像に同期するため、映像加工処理を効率的に行うことができる。
【０１０５】
なお、第６実施形態では、同期信号ごとにカメラデータを計測する例で説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、カメラデータ計測装置１Ｆは、位置センサ１００、ジャイロセンサ３２０及び加速度センサ３３０の計測周波数を、撮影映像の同期信号よりも十分に速い周波数とする。そして、カメラデータ計測装置１Ｆは、この計測周波数でカメラデータを計測し、各フレーム画像の撮影時間に一致するカメラデータ、又は、この撮影時間に最も近いカメラデータを出力してもよい。
【０１０６】
（第７実施形態）
［カメラデータ計測装置の構成］
図１８，図１９を参照して、本発明の第７実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｇの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置１Ｇは、撮影カメラ９００の撮影画角を算出して、カメラデータに付加する点が、第１実施形態と大きく異なる。
【０１０７】
図１８に示すように、撮影カメラ９００は、回転リング９２０を回転させることで、撮影画角を変更可能なズームレンズ９１０を備える。この撮影カメラ９００は、回転リング９２０にエンコーダ３８０が取り付けられている。
【０１０８】
エンコーダ３８０は、回転リング９２０のリング回転量を計測するものである。このエンコーダ３８０は、ケーブル３８２を介して計測部３７０に接続されており、計測したリング回転量を計測部３７０（図１９のＣＰＵ３５０Ｇ）に出力する。
【０１０９】
図１９に示すように、演算装置３００Ｇは、図４の演算装置３００に画角算出部３５７とエンコーダ３８０とを追加したものである。
ＣＰＵ３５０Ｇは、位置データ算出部３５１と、姿勢データ算出部３５３と、画角算出部３５７とを備える。ここで、ＣＰＵ３５０Ｇは、速度データと、加速度データと、計測データとに加え、エンコーダ３８０からリング回転量が入力される。
【０１１０】
画角算出部３５７は、リング回転量と、撮影カメラ９００の撮影画角とを対応付けた撮影画角テーブルが予め設定され、この撮影画角テーブルを参照して、ＣＰＵ３５０Ｇに入力されたリング回転量から撮影カメラ９００の撮影画角を算出するものである。言い換えるなら、画角算出部３５７は、入力されたリング回転量に対応付けられた撮影カメラ９００の撮影画角を、撮影画角テーブルから読み出すことになる。
【０１１１】
その後、ＣＰＵ３５０Ｇは、画角算出部３５７が算出した撮影画角を、カメラデータに付加して出力する。
以上のように、本発明の第７実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｇは、位置データ及び姿勢データに加えて、撮影画角もカメラデータとして計測することができる。
【０１１２】
なお、第７実施形態において、カメラデータの精度をさらに高くしたい場合、撮影カメラ９００のフォーカスリングにもエンコーダを取り付けて、焦点位置による画角の変化を反映させてもよい。
【０１１３】
なお、第７実施形態では、画角算出部３５７が撮影画角を算出する例で説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、ズームレンズ内に画角を検出するためのエンコーダが内蔵された撮影カメラの場合、本発明は、デジタルデータとして、ズームレンズのコネクター経由で撮影カメラの画角を取得することもできる。
【０１１４】
（第８実施形態）
［カメラデータ計測装置の構成］
図２０を参照して、本発明の第８実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｈについて、第１実施形態と異なる点を説明する。
カメラデータ計測装置１Ｈは、複数の位置センサ１００を備え、各位置センサ１００を予め設定された配置規則に従って配置した点が第１実施形態と異なる。
【０１１５】
第８実施形態では、説明を簡易にするため、カメラデータ計測装置１Ｈが、２個の位置センサ１００１，１００２を備えることとする。この場合、図２０に示すように、カメラデータ計測装置１Ｈは、位置センサ１００１，１００２と撮影カメラ９００とを、それぞれ、紐状体２００１，２００２で結ぶ。そして、位置センサ１００１，１００２は、それぞれ、紐状体２００１，２００２の紐長変化量ΔＬを計測する。
【０１１６】
図２１を参照して、位置センサ１００１，１００２の配置方法の一例について説明する。
図２１の例では、配置規則が、位置センサ１００１を撮影カメラ９００の進行方向（ｚ軸）の後側に配置し、位置センサ１００２を進行方向に直交する注目方向（ｘ軸）に配置されるものとなっている。ここで、進行方向に対して撮影カメラ９００が横ずれを起こした場合を考える。この配置規則に従えば、位置センサ１００２が横ずれ方向（注目方向）に配置されているため、この横ずれによる紐状体２００２の紐長変化量ΔＬを、正確に計測できる。従って、カメラデータ計測装置１Ｈは、位置センサ１００２の計測データからカメラデータを求めることで、横ずれに起因するカメラデータの誤差を低減することができる。
【０１１７】
以上のように、本発明の第８実施形態に係るカメラデータ計測装置１Ｈは、複数の位置センサ１００を備えることで、カメラデータの誤差を減少させ、特に、注目方向のカメラデータを高い精度で計測することができる。
【０１１８】
なお、第８実施形態では、２個の位置センサ１００を進行方向と、進行方向に直交する注目方向とに配置することとしたが、本発明は、これに限定されない。つまり、本発明は、２個以上の位置センサ１００を任意の場所に配置でき、各位置センサ１００で計測された計測データの何れを利用するか又はこれら計測データを組み合わせるか、任意に設定できる。
【０１１９】
なお、第２〜８実施形態では、第１実施形態に係るカメラデータ計測装置１への適用例を説明したが、本発明は、これに限定されない。つまり、第２〜８実施形態の手法は、第１実施形態以外、他の実施形態に係るカメラデータ計測装置に適用することもできる。
【０１２０】
（変形例１）
図２２を参照して、本発明の変形例１に係る位置計測装置２について、第１実施形態と異なる点を説明する。
位置計測装置２は、計測対象を撮影カメラ９００ではなく、ゲーム機器Ｇｍの操作器９３０とした点が第１実施形態と異なる。
【０１２１】
図２２に示すように、ゲーム機器Ｇｍは、各種テレビゲームを実行するものであり、接続されたテレビＴｖにゲーム画面を表示する。また、ゲーム機器Ｇｍは、レバーやボタンが配置された操作器９３０を備えている。ここで、プレイヤが操作器９３０のレバーやボタンを操作すると、その操作信号がゲーム機器Ｇｍに送信される。そして、ゲーム機器Ｇｍでは、この操作信号に応じて、例えば、ゲームキャラクタをゲーム画面内で移動させるといった処理を行う。
【０１２２】
また、プレイヤは、操作器９３０を傾けたり、前後左右上下に大きく動かして、ゲーム操作を行うこともできる。この場合、位置計測装置２は、操作器９３０に内蔵された演算装置３００によって、操作器９３０の姿勢データを計測する。
【０１２３】
具体的には、位置センサ１００は、ゲーム機器Ｇｍの正面に配置され、操作器９３０の計測データを計測して演算装置３００に送信する。
演算装置３００は、受信した計測データから操作器９３０の位置データを算出すると共に、ジャイロセンサ３２０及び加速度センサ３３０によって、操作器９３０の姿勢データを計測する。そして、演算装置３００は、操作器９３０の位置データと姿勢データとを、無線ネットワークを介して、ゲーム機器Ｇｍに送信する。
以上のように、本発明の変形例１に係る位置計測装置２は、高い精度でゲーム操作を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、ＶＦＸ映画等の映画制作や、高度な合成を必要とするドラマ番組、情報番組、迅速なポストプロダクション処理が要求される報道番組等の番組制作に利用することができる。
【０１２５】
また、本発明は、６自由度の慣性センサとして幅広い分野で利用することができる。
例えば、自動車等の交通手段の位置を知るため、ＧＰＳ（Global Positioning System）を基本としたナビゲーションステムが活用されている。このＧＰＳでは、交通手段が衛星から遮られる環境下にあるときは測位が不可能になる。これを補うべく、従来の慣性センサで位置計測を行っているが、その精度向上は難しいのが現状である。そこで、本発明は、自動車等の交通手段を計測対象とすれば、その位置計測を高い精度で行うことができる。
この他、本発明は、各種操作器、身体障害者用の車イスや移動ロボットを計測対象として、これらの位置計測にも利用することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１，１Ｂ〜１Ｈ カメラデータ計測装置（位置計測装置）
２ 位置計測装置
１００，１００Ｂ，１００Ｃ 位置センサ（紐計測手段）
１１０ 巻取・巻出機構
１１１ 定張力ばね
１１２ 第１プーリ
１１３ 第２プーリ
１２０，１２０Ｂ 紐長変化量計測部
１２１ 回転量計測部（回転量エンコーダ）
１２３，１２３Ｂ 紐長変化量算出部
１２５ フォトデテクタ（パターン検出部）
１２５ａ 発光部
１２５ｂ 受光部
１３０ 紐方向計測部
１３１ 仰角エンコーダ
１３３ 旋回角エンコーダ
１４０ 計測データ送信部（送信部）
１５０ 地磁気センサ（方位検出部）
１６０ 北緯基準旋回角算出部（紐方向変換部）
１９０ 筐体
１９０Ａ 筐体上部
１９０Ｂ 連結部
１９０Ｃ 筐体下部
１９１ ベース
１９２ａ，１９２ｂ，１９２ｃ 軸受
１９３ａ，１９３ｂ，１９３ｃ 軸
１９４ 支持棒
１９５ ノズル
１９６ 固定板
２００，２００Ｂ 紐状体
２１０ ＮＷケーブル
２２０ 無線ＮＷ
３００，３００Ｅ〜３００Ｇ 演算装置（位置データ算出手段）
３１０ 姿勢データ計測部
３２０ ジャイロセンサ
３２１ パン方向ジャイロセンサ
３２３ チルト方向ジャイロセンサ
３２５ ヨー方向ジャイロセンサ
３３０ 加速度センサ
３３１ 左右方向加速度センサ
３３３ 上下方向加速度センサ
３３５ 前後方向加速度センサ
３４０ 計測データ受信部（受信部）
３５０，３５０Ｅ〜３５０Ｇ ＣＰＵ
３５１ 位置データ算出部
３５３ 姿勢データ算出部
３６１ パン方向エンコーダ
３６３ チルト方向エンコーダ
３７０ 計測部
３８０ エンコーダ
３９０ 基板
３９１ 筐体
４００ 支持機構
４１０ スライダ
４２０ ガイド部材
４３０ ガイドベース
５００ 支持具
５１０，５２０ 円筒部
５３０ ジョイント
５４０ 固定部材
９００ 撮影カメラ（計測対象）
９１０ ズームレンズ
９２０ 回転リング
９３０ 操作器（計測対象）
Ｓｙｓ カメラデータ計測システム（位置計測システム）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の場所に配置され、移動する計測対象に結ばれた紐状体の紐長変化量と前記紐状体の紐方向とを計測する紐計測手段と、前記紐計測手段で計測された紐長変化量及び紐方向に基づいて、前記計測対象の位置データを算出する位置データ算出手段と、を備える位置計測装置であって、
前記紐計測手段は、
前記紐状体で一定の張力が保たれるように、前記計測対象に結ばれた前記紐状体の巻き取り及び巻き出しを行う巻取・巻出機構と、
前記巻取・巻出機構によって張力が保たれた前記紐状体について、前記計測対象の移動に伴う前記紐長変化量を計測する紐長変化量計測部と、
前記巻取・巻出機構によって張力が保たれた前記紐状体について、前記紐方向を計測する紐方向計測部と、を備え、
前記位置データ算出手段は、
予め設定された紐長初期値と前記紐計測手段で計測された前記紐長変化量との和を前記紐方向での紐全長として求め、求めた前記紐方向での紐全長を３次元方向成分に分解することで、３次元座標系で前記計測対象の位置データを算出する位置データ算出部、を備えることを特徴とする位置計測装置。
【請求項２】
前記巻取・巻出機構は、
前記紐状体の張力を保つ定張力ばねと、
前記紐状体の巻き取り及び巻き出しを行うプーリと、を備え、
前記紐長変化量計測部は、
前記プーリの回転量を計測する回転量計測部と、
予め設定された前記プーリの円周に前記回転量計測部で計測された前記プーリの回転量を乗じることで、前記紐長変化量を算出する紐長変化量算出部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置計測装置。
【請求項３】
前記紐状体は、等間隔で長手方向にパターンが形成されており、
前記紐長変化量計測部は、
前記紐状体の巻き取り及び巻き出しに伴う前記パターンの反転変化を検出するパターン検出部と、
前記パターン検出部で検出された前記パターンの反転変化によって、前記紐長変化量を算出する紐長変化量算出部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置計測装置。
【請求項４】
前記紐計測手段は、前記計測対象に結ばれた前記紐状体が水平となる高さで当該紐計測手段を支持する支持機構に搭載されたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項５】
前記紐計測手段は、
所定の方位を検出する方位検出部と、
前記紐方向計測部で計測された前記紐方向を、前記方位検出部で検出された方位を基準とした方向に変換する紐方向変換部と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項６】
前記紐状体は、前記紐長変化量及び前記紐方向を伝送する信号線であり、
前記紐計測手段は、
前記信号線を介して、前記紐長変化量及び前記紐方向を前記位置データ算出手段に送信する送信部、を備え、
前記位置データ算出手段は、
前記計測対象に装着されると共に、前記信号線を介して、前記紐計測手段から記紐長変化量及び前記紐方向を受信する受信部、を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項７】
予め設定された配置規則に従って、複数の前記紐計測手段が配置され、
前記複数の紐計測手段は、それぞれ、同一の前記計測対象に結ばれた前記紐状体の紐長変化量を計測することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項８】
前記位置データ算出手段は、
パン方向、チルト方向及びヨー方向で前記計測対象の向きを示す姿勢データを計測する姿勢データ計測部、を備えることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項９】
前記位置データ算出手段は、前記計測対象としての撮影カメラに装着され、
前記位置データ算出部は、前記撮影カメラが撮影した撮影映像の同期信号が入力され、入力された前記同期信号に同期させて前記計測対象の位置データを算出し、
前記姿勢データ計測部は、前記同期信号が入力され、入力された前記同期信号に同期させて前記計測対象の姿勢データを計測することを特徴とする請求項８に記載の位置計測装置。
【請求項１０】
前記位置データ算出手段は、
前記撮影カメラが備えるズームレンズのリング回転量を計測するエンコーダと、
前記リング回転量と前記撮影カメラの画角とを対応付けた撮影画角テーブルが予め設定され、当該撮影画角テーブルを参照して、前記エンコーダが計測したリング回転量から前記撮影カメラの画角を算出する画角算出部と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の位置計測装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の位置計測装置と、
前記計測対象としての撮影カメラと、
を備えることを特徴とする位置計測システム。
【請求項１】
所定の場所に配置され、移動する計測対象に結ばれた紐状体の紐長変化量と前記紐状体の紐方向とを計測する紐計測手段と、前記紐計測手段で計測された紐長変化量及び紐方向に基づいて、前記計測対象の位置データを算出する位置データ算出手段と、を備える位置計測装置であって、
前記紐計測手段は、
前記紐状体で一定の張力が保たれるように、前記計測対象に結ばれた前記紐状体の巻き取り及び巻き出しを行う巻取・巻出機構と、
前記巻取・巻出機構によって張力が保たれた前記紐状体について、前記計測対象の移動に伴う前記紐長変化量を計測する紐長変化量計測部と、
前記巻取・巻出機構によって張力が保たれた前記紐状体について、前記紐方向を計測する紐方向計測部と、を備え、
前記位置データ算出手段は、
予め設定された紐長初期値と前記紐計測手段で計測された前記紐長変化量との和を前記紐方向での紐全長として求め、求めた前記紐方向での紐全長を３次元方向成分に分解することで、３次元座標系で前記計測対象の位置データを算出する位置データ算出部、を備えることを特徴とする位置計測装置。
【請求項２】
前記巻取・巻出機構は、
前記紐状体の張力を保つ定張力ばねと、
前記紐状体の巻き取り及び巻き出しを行うプーリと、を備え、
前記紐長変化量計測部は、
前記プーリの回転量を計測する回転量計測部と、
予め設定された前記プーリの円周に前記回転量計測部で計測された前記プーリの回転量を乗じることで、前記紐長変化量を算出する紐長変化量算出部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置計測装置。
【請求項３】
前記紐状体は、等間隔で長手方向にパターンが形成されており、
前記紐長変化量計測部は、
前記紐状体の巻き取り及び巻き出しに伴う前記パターンの反転変化を検出するパターン検出部と、
前記パターン検出部で検出された前記パターンの反転変化によって、前記紐長変化量を算出する紐長変化量算出部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置計測装置。
【請求項４】
前記紐計測手段は、前記計測対象に結ばれた前記紐状体が水平となる高さで当該紐計測手段を支持する支持機構に搭載されたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項５】
前記紐計測手段は、
所定の方位を検出する方位検出部と、
前記紐方向計測部で計測された前記紐方向を、前記方位検出部で検出された方位を基準とした方向に変換する紐方向変換部と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項６】
前記紐状体は、前記紐長変化量及び前記紐方向を伝送する信号線であり、
前記紐計測手段は、
前記信号線を介して、前記紐長変化量及び前記紐方向を前記位置データ算出手段に送信する送信部、を備え、
前記位置データ算出手段は、
前記計測対象に装着されると共に、前記信号線を介して、前記紐計測手段から記紐長変化量及び前記紐方向を受信する受信部、を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項７】
予め設定された配置規則に従って、複数の前記紐計測手段が配置され、
前記複数の紐計測手段は、それぞれ、同一の前記計測対象に結ばれた前記紐状体の紐長変化量を計測することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項８】
前記位置データ算出手段は、
パン方向、チルト方向及びヨー方向で前記計測対象の向きを示す姿勢データを計測する姿勢データ計測部、を備えることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の位置計測装置。
【請求項９】
前記位置データ算出手段は、前記計測対象としての撮影カメラに装着され、
前記位置データ算出部は、前記撮影カメラが撮影した撮影映像の同期信号が入力され、入力された前記同期信号に同期させて前記計測対象の位置データを算出し、
前記姿勢データ計測部は、前記同期信号が入力され、入力された前記同期信号に同期させて前記計測対象の姿勢データを計測することを特徴とする請求項８に記載の位置計測装置。
【請求項１０】
前記位置データ算出手段は、
前記撮影カメラが備えるズームレンズのリング回転量を計測するエンコーダと、
前記リング回転量と前記撮影カメラの画角とを対応付けた撮影画角テーブルが予め設定され、当該撮影画角テーブルを参照して、前記エンコーダが計測したリング回転量から前記撮影カメラの画角を算出する画角算出部と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の位置計測装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の位置計測装置と、
前記計測対象としての撮影カメラと、
を備えることを特徴とする位置計測システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１３−９２４４１（Ｐ２０１３−９２４４１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３４５４８（Ｐ２０１１−２３４５４８）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（５９１０５３９２６）財団法人エヌエイチケイエンジニアリングサービス (169)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（５９１０５３９２６）財団法人エヌエイチケイエンジニアリングサービス (169)
【Ｆターム（参考）】
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