JP3671972B2 - Video camera equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、撮像素子を用いたビデオカメラ装置に係り、特に、電子的な手振れ補正機能を有するビデオカメラ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ビデオカメラ装置の普及に伴い、その小型、軽量化のための開発が進んでいる。しかし、小型化が進むにつれて撮影時に手振れが生じ易くなり、撮影した映像を再生した場合、手振れによる画像揺れが目立つようになってきた。
【0003】
そこで、ビデオカメラ装置の手振れ補正手段が種々提案されているが、その1つとして、例えば、IEEE Trans.on CE,Vol.35,No.4,Nov.1989でのM.Oshima,et.al.による「VHS CAMCORDER with ELECTRONIC IMAGE STABILIZER」と題する論文に記載されるように、角速度センサを用いる方式が知られている。この方式は、ビデオカメラ装置に手振れの検出回路を設け、この検出回路の検出結果により、手振れをキャンセルできる量だけ撮像素子や光学レンズを動かすようにしたものである。即ち、手振れによる垂直、水平方向の動き量を検出する手段として2つの角速度センサが用いられており、一方の角速度センサで手振れによる垂直方向の動き量を検出し、他方の角速度センサで同じく水平方向の動き量を検出し、夫々の検出結果によって、手振れによる画像の動きを相殺するように、撮像素子や光学レンズを動かす。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、次のような問題があった。
即ち、図4(a)において、Aを角速度センサの検出軸、V、Hを夫々手振れによる動きの垂直方向成分、水平方向成分とし、検出軸Aに対する動きの垂直方向成分Vの角度がθ、検出軸Aに対する動きの水平方向成分Hの角度がδとすると、角速度センサの検出感度は、図4(b)に示すように、角度θ、δに応じて変化する。従って、例えば垂直方向の動き成分を検出するために取り付けられた角速度センサが、取付け誤差により、水平方向に傾いていたとすると、水平方向にも検出感度を有してしまい、水平方向にのみ手振れが生じた場合でも動きを検出してしまう。このとき、垂直方向に手振れが生じていないにもかかわらず、垂直方向にも手振れがあったとする誤検出を行なってしまい、誤った手振れ補正を行なってしまって画面での映像が垂直方向に揺れることになる。
【0005】
また、角速度センサがその出力ゲインを下げるような位置に取り付けられている場合でも、正確に手振れによる垂直、水平方向の動きの成分量を検出することができない。
【0006】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、任意方向の手振れに対して、画像の揺れを精度良く除くことができるようにしたビデオカメラ装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、撮像素子の互いに異なるの方向の揺れを検出する複数個の揺れ検出器と、該揺れ検出器夫々から出力される揺れ検出信号から画像の水平方向あるいは垂直方向の揺れを算出する揺れ算出回路と、該揺れ算出回路で算出された水平方向あるいは垂直方向の揺れに応じて該撮像素子の出力ビデオ信号の水平方向あるいは垂直方向の時間軸を変換する時間軸変換回路とを備える。
【0008】
【作用】
複数個の揺れ検出器の検出出力は揺れ算出回路でベクトル演算され、真の垂直、水平方向の揺れ成分を表わす揺れ検出信号が生成される。時間軸変換回路はこれら揺れ検出信号に応じて撮像素子の出力ビデオ信号の時間軸を変換し、手振れによる画像の揺れを補正するのであるが、該揺れ検出器の検出軸の方向が、その取付け誤差により、真の垂直、水平方向からずれていても、揺れ算出回路での上記ベクトル演算によってこの取付け誤差の影響が打ち消され、この取付け誤差に影響されない上記揺れ検出信号が得られる。従って、揺れ検出器に取付け誤差があっても、これに影響されず、手振れによる画像の揺れを正確に補正することができる。
【0009】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図1は本発明によるビデオカメラ装置の一実施例を示すブロック図であって、1は光学レンズ、2は撮像素子、3は時間軸変換回路、4は垂直方向揺れ検出器、5は水平方向揺れ検出器、6は揺れ算出回路である。
【0010】
同図において、図示しない被写体からの光は光学レンズ1を通って撮像素子2の受光面に入射し、これにより、この受光面上に被写体像が結像される。撮像素子2はこの被写体像を撮像し、この被写体像に応じた電気信号を出力する。この電気信号は時間軸変換回路3を通って図示しない信号処理回路に供給され、ビデオ信号となる。
【0011】
一方、垂直方向揺れ検出器4と水平方向揺れ検出器5が設けられており、撮影中に手振れなどによる揺れが生じたときには、垂直方向揺れ検出器4からはその揺れの垂直方向成分に応じた検出信号Mvが出力され、水平方向揺れ検出器5からはその揺れの水平方向成分に応じた検出信号Mhが出力される。垂直方向揺れ検出器および2から出力された検出信号は、揺れ算出回路6でベクトル演算され、垂直方向の揺れ検出信号MVと水平方向の揺れ検出信号MHとが生成される。このようにこれら揺れ検出信号MV、MHをベクトル演算によって求めると、垂直方向揺れ検出器4や水平方向揺れ検出器5が取付け誤差によってずれた位置に取り付けられていたとしても、これら揺れ検出信号MV、MHは夫々正確に垂直、水平方向の揺れ量を表わすことになる。
【0012】
これら揺れ検出信号MV、MHは時間軸変換回路3に供給される。時間軸変換回路3は、これら揺れ検出信号MV、MHにより、手振れによる画像の揺れを打ち消すように撮像素子2からの電気信号の垂直、水平方向の時間軸を変換する。
【0013】
図2は図1における揺れ算出回路6の一具体例を示すブロック図であって、7は係数発生器、8〜11は乗算器、12、13は加算器である。
同図において、垂直方向揺れ検出器4から出力される検出信号Mvが乗算器8、9に供給され、水平方向揺れ検出器5から出力される検出信号Mhが乗算器10、11に供給される。乗算器8ではこの検出信号Mvに係数発生器7からの係数α1が乗算され、乗算器9では検出信号Mvに係数発生器7からの係数α3が乗算される。また、乗算器10では検出信号Mhに係数発生器7からの係数α2が乗算され、乗算器11では検出信号Mhに係数発生器7からの係数α4が乗算される。
【0014】
ここで、係数発生器7から出力される係数α1は、垂直方向揺れ検出器4(図1)が、取付け誤差によって水平方向に傾いていた結果、垂直方向にだけ揺れが生じても水平方向に揺れが生じたように検出するのを補正するための係数である。係数発生器7から出力される係数α2は、水平方向揺れ検出器5(図1)が、取付け誤差によって垂直方向に傾いていた結果、水平方向にだけ揺れが生じても垂直方向に揺れが生じたように検出するのを補正するための係数である。
【0015】
また、係数発生器7から出力される係数α3、α4は、揺れ検出器4、5が、その取付け誤差によって、これらのゲインを下げるような位置に取り付けられている場合、それを補正するための係数である。
【0016】
乗算き8、11の出力は加算器12で加算され、乗算器9、10の出力は加算器13で加算される。加算器12の出力が上記の垂直方向揺れ検出信号MVであり、加算器13の出力が上記の水平方向揺れ検出信号MHである。従って、これら揺れ検出信号MV、MHは次式で示すベクトル演算によって求められたことになる。
MH=α1・Mv+α4・Mh ……(1)
MV=α3・Mv+α2・Mh ……(2)
このようにして求められた垂直方向揺れ検出信号MVと水平方向揺れ検出信号MHとにより、図1の時間軸変換回路3が撮像素子2からの電気信号の垂直、水平方向の時間軸を変換し、手揺れによる画像の揺れを打ち消す。
【0017】
図3は上記のベクトル演算で揺れ検出器4、5の取付け誤差が除かれることを示す説明図である。
同図において、実際の垂直方向をV、実際の水平方向をHとし、垂直方向揺れ検出器4の検出軸をAV、水平方向揺れ検出器5の検出軸をAHとする。また、垂直方向揺れ検出器4、水平方向揺れ検出器5の取付け誤差により、これら検出軸AV、AHは夫々垂直方向、水平方向からずれているものとする。このような状態で任意方向に揺れMが生じたものとすると、垂直方向揺れ検出器4はこの揺れMの検出軸AVの方向の成分Mvを検出し、水平方向揺れ検出器5はこの揺れMの検出軸AHの方向の成分Mhを検出する。しかし、これら検出軸AV、AHは夫々垂直方向V、水平方向Hに一致していないから、成分Mvは揺れMの垂直方向Vの成分MVではなく、また、成分Mhは揺れMの水平方向Hの成分MHではない。
【0018】
ところで、これら揺れM、成分Mv、成分Mh、揺れMの垂直方向Vの成分MV、水平方向Hの成分MHを絶対値としてそれらの方向を加味したベクトルを想定すると、これらベクトルの演算により、揺れMの垂直方向Vの成分MV、水平方向Hの成分MHを求めることができる。
【0019】
即ち、揺れM、これら成分のベクトルをこれらの符号にダッシュを付けて表わすと、図3から明らかなように、ベクトルM´と各成分のベクトルとの間に、
M´=Mv´+Mh´=MV´+MH´
の関係式が成立するようにすることができる。このためには、上記式(1)、(2)が同時に成立する必要があり、これらが同時に成立するように、図2の係数発生器7が垂直方向揺れ検出器4の検出軸AVの垂直方向Vからのずれ量、水平方向揺れ検出器5の検出軸AHの水平方向Hからのずれ量に夫々応じた係数α1、α2、α3、α4を発生するのである。
【0020】
かかる係数α1、α2、α3、α4は垂直方向揺れ検出器4の検出軸AVの垂直方向Vからのずれ量、水平方向揺れ検出器5の検出軸AHの水平方向Hからのずれ量から求めることができるが、次のような方法によっても求めることができる。
いま、垂直方向VにのみMVの揺れを与えたとし、このときの垂直方向揺れ検出器4の検出出力をMvvとし、水平方向揺れ検出器5の検出出力をMhvとすると、MH=0であるから、上記式(1)、(2)により、
MV=α3・Mvv+α2・Mhv ……(3)
0=α1・Mvv+α4・Mhv ……(4)
が成立し、また、水平方向VにのみMHの揺れを与えたとし、このときの垂直方向揺れ検出器4の検出出力をMvhとし、水平方向揺れ検出器5の検出出力をMhhとすると、MV=0であるから、上記式(1)、(2)により、
0=α3・Mvh+α2・Mhh ……(5)
MH=α1・Mvh+α4・Mhh ……(6)
が成立する。従って、式(3)、(5)から係数α2、α3を求めることができて、式(4)、(6)から係数α1、α4を求めることができる。
【0021】
以上述べたように、揺れ検出器が取付け誤差によって傾いて取り付けられていた場合でも、ベクトル演算を用いることによって、かかる揺れ検出器の検出出力を用いて正確な手振れ補正が可能となる。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数個の揺れ検出器から出力される揺れ検出信号をベクトル計算することにより、揺れ検出器に取付け誤差があったとしても、この取付け誤差に影響されない揺れ補正信号を得ることができ、正確に手振れを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるビデオカメラ装置の一実施例を示すブロック図である。
【図2】図1における揺れ算出回路の一具体例を示すブロック図である。
【図3】図1に示した揺れ算出回路のベクトル演算を示す説明図である。
【図4】角速度センサの取付け誤差による検出感度の変化を示す図である。
【符号の説明】
1 光学レンズ
2 撮像素子
3 時間軸変換回路
4 垂直方向揺れ検出器
5 水平方向揺れ検出器
6 揺れ算出回路
7 係数発生器
8〜11 乗算器
12、13 加算器[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a video camera apparatus using an image sensor, and more particularly to a video camera apparatus having an electronic camera shake correction function.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the widespread use of video camera devices, development for reducing the size and weight of the devices has been progressing. However, as miniaturization progresses, camera shake tends to occur during shooting, and when a shot image is played back, image shake due to camera shake has become conspicuous.
[0003]
Therefore, various camera shake correction means for video camera devices have been proposed. One of them is, for example, IEEE Trans. on CE, Vol. 35, no. 4, Nov. M. in 1989. Oshima, et. al. As described in a paper entitled “VHS CAMCORDER with ELECTRONIC IMAGE STABILIZer” by the company, a method using an angular velocity sensor is known. In this method, a camera shake detection circuit is provided in a video camera device, and an image sensor and an optical lens are moved by an amount capable of canceling camera shake based on a detection result of the detection circuit. That is, two angular velocity sensors are used as means for detecting vertical and horizontal movement amounts due to camera shake. One angular velocity sensor detects the vertical movement amount due to camera shake, and the other angular velocity sensor uses the same horizontal direction. The image sensor and the optical lens are moved so that the movement of the image due to camera shake is canceled out according to each detection result.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above prior art has the following problems.
That is, in FIG. 4A, A is a detection axis of the angular velocity sensor, V and H are vertical and horizontal components of movement caused by camera shake, and the angle of the vertical component V of movement with respect to the detection axis A is θ, If the angle of the horizontal component H of the motion with respect to the detection axis A is δ, the detection sensitivity of the angular velocity sensor changes according to the angles θ and δ as shown in FIG. Therefore, for example, if an angular velocity sensor attached to detect a vertical motion component is inclined in the horizontal direction due to an attachment error, it has detection sensitivity also in the horizontal direction, and camera shake occurs only in the horizontal direction. Even if it occurs, motion is detected. At this time, although there is no camera shake in the vertical direction, a false detection that there is camera shake in the vertical direction is performed, and an erroneous camera shake correction is performed, and the image on the screen shakes in the vertical direction. It will be.
[0005]
Even when the angular velocity sensor is mounted at a position where the output gain is lowered, it is not possible to accurately detect the amount of vertical and horizontal movement components due to camera shake.
[0006]
An object of the present invention is to provide a video camera device that can eliminate such a problem and can accurately remove the shaking of an image with respect to a camera shake in an arbitrary direction.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of shake detectors for detecting shakes in different directions of an image sensor, and a horizontal direction of an image from shake detection signals output from the shake detectors. A shake calculation circuit for calculating vertical shake, and a time for converting the horizontal or vertical time axis of the output video signal of the image sensor in accordance with the horizontal or vertical shake calculated by the shake calculation circuit An axis conversion circuit.
[0008]
[Action]
The detection outputs of the plurality of shake detectors are vector-calculated by a shake calculation circuit to generate shake detection signals representing true vertical and horizontal shake components. The time axis conversion circuit converts the time axis of the output video signal of the image sensor in accordance with these shake detection signals and corrects the shake of the image due to hand shake. The direction of the detection axis of the shake detector is attached to the time axis conversion circuit. Even if the error is deviated from the true vertical and horizontal directions, the influence of the mounting error is canceled out by the vector calculation in the shake calculation circuit, and the shake detection signal not affected by the mounting error is obtained. Therefore, even if there is an attachment error in the shake detector, it is not affected by this, and the shake of the image due to the shake can be corrected accurately.
[0009]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a video camera apparatus according to the present invention, where 1 is an optical lens, 2 is an image sensor, 3 is a time axis conversion circuit, 4 is a vertical shake detector, and 5 is a horizontal direction. A
[0010]
In the figure, light from a subject (not shown) passes through the optical lens 1 and is incident on the light receiving surface of the
[0011]
On the other hand, a
[0012]
These fluctuation detection signals MV and MH are supplied to the time
[0013]
FIG. 2 is a block diagram showing a specific example of the
In the figure, a detection signal Mv output from the vertical
[0014]
Here, the coefficient α1 output from the
[0015]
The coefficients α3 and α4 output from the
[0016]
The outputs of the
MH = α1 · Mv + α4 · Mh (1)
MV = α3 · Mv + α2 · Mh (2)
Based on the vertical fluctuation detection signal MV and the horizontal fluctuation detection signal MH thus obtained, the time
[0017]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing that the mounting error of the
In the figure, the actual vertical direction is V, the actual horizontal direction is H, the detection axis of the vertical
[0018]
By the way, assuming these vectors, taking the vibration M, the component Mv, the component Mh, the component MV in the vertical direction V of the vibration M, and the component MH in the horizontal direction H into the absolute value, and taking those directions into account, the calculation of these vectors A component MV in the vertical direction V of M and a component MH in the horizontal direction H can be obtained.
[0019]
That is, when the vibration M and the vector of these components are represented by adding a dash to these codes, as is apparent from FIG. 3, between the vector M ′ and the vector of each component,
M ′ = Mv ′ + Mh ′ = MV ′ + MH ′
The following relational expression can be established. For this purpose, the above formulas (1) and (2) need to be satisfied simultaneously, and the
[0020]
The coefficients α1, α2, α3, and α4 are obtained from the amount of deviation of the detection axis AV of the
Suppose that MV shake is given only in the vertical direction V, and that the detection output of the
MV = α3 · Mvv + α2 · Mhv (3)
0 = α1 · Mvv + α4 · Mhv (4)
If the MH shake is given only in the horizontal direction V, the detection output of the
0 = α3 · Mvh + α2 · Mhh (5)
MH = α1 · Mvh + α4 · Mhh (6)
Is established. Accordingly, the coefficients α2 and α3 can be obtained from the equations (3) and (5), and the coefficients α1 and α4 can be obtained from the equations (4) and (6).
[0021]
As described above, even when the shake detector is attached with an inclination due to an attachment error, accurate camera shake correction can be performed using the detection output of the shake detector by using the vector calculation.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if there is an attachment error in the shake detector by calculating the vector of the shake detection signals output from the plurality of shake detectors, the attachment error is not affected. A shake correction signal can be obtained, and camera shake can be accurately corrected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a video camera device according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a specific example of a shake calculation circuit in FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram showing vector calculation of the shake calculation circuit shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing a change in detection sensitivity due to an attachment error of the angular velocity sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
該撮像素子の揺れを検出する複数の揺れ検出器と、
該複数の揺れ検出器から出力される検出信号を用いて該撮像素子の水平方向の揺れ量と垂直方向の揺れ量の少なくとも一方を算出する揺れ算出回路と、
該水平方向の揺れ量もしくは該垂直方向の揺れ量に応じて、該撮像素子から出力される電気信号の水平方向と垂直方向の少なくとも一方の揺れを補正する変換回路と、
を備え、
前記複数の揺れ検出器はそれぞれ、異なる方向の検出軸を有し、前記撮像素子の揺れの該検出軸方向の成分を検出して出力し、
前記揺れ算出回路は、前記複数の揺れ検出器からの検出信号をベクトル演算して、前記水平方向の揺れ量もしくは前記垂直方向の揺れ量を算出すること、
を特徴とするビデオカメラ装置。An image sensor that converts an image formed by the optical lens into an electrical signal;
A plurality of shake detectors for detecting the shake of the image sensor;
A shake calculation circuit that calculates at least one of a horizontal shake amount and a vertical shake amount of the image sensor using detection signals output from the plurality of shake detectors;
A conversion circuit that corrects at least one of a horizontal direction and a vertical direction of an electric signal output from the imaging device in accordance with the amount of shaking in the horizontal direction or the amount of shaking in the vertical direction;
With
Each of the plurality of shake detectors has a detection axis in a different direction, detects and outputs a component of the shake of the image sensor in the detection axis direction,
The shake calculation circuit performs a vector operation on detection signals from the plurality of shake detectors to calculate the horizontal shake amount or the vertical shake amount.
A video camera device.
前記揺れ算出回路のおけるベクトル演算に用いる所定の係数を前記揺れ算出回路に供給する係数発生器を備えることを特徴とするビデオカメラ装置。In claim 1,
A video camera device comprising: a coefficient generator that supplies a predetermined coefficient used for vector calculation in the shake calculation circuit to the shake calculation circuit.
前記複数の揺れ検出器は2つであり、
該2つの揺れ検出器の検出信号をMh、Mv、撮像素子の揺れM、前記水平方向の揺れ量MH、前記垂直方向の揺れ量MVとしたとき(但し、いずれもベクトルである)、
M=Mh+Mv=MH+MV
がほぼ成立することを特徴とするビデオカメラ装置。In claim 1,
The plurality of shake detectors is two,
When the detection signals of the two shake detectors are Mh, Mv, image sensor shake M, the horizontal shake amount MH, and the vertical shake amount MV (however, both are vectors),
M = Mh + Mv = MH + MV
A video camera device characterized in that
前記揺れ算出回路のおけるベクトル演算に用いる、前記式が成立させるための係数を前記揺れ算出回路に供給する係数発生器を備えることを特徴とするビデオカメラ装置。In claim 3,
A video camera device comprising: a coefficient generator for supplying a coefficient used for vector calculation in the shake calculation circuit to establish the equation to the shake calculation circuit.
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