CN102377941B - 图像稳定控制设备及其控制方法、光学设备和摄像设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像稳定控制设备及其控制方法、光学设备和摄像设备。图像稳定控制设备具有补偿构件，所述图像稳定控制设备包括：第一检测单元和第二检测单元分别检测所述图像稳定控制设备中的转动抖动和平移抖动；转动抖动量计算单元基于所述第一检测单元的输出，求出转动抖动量；校正值计算单元基于来自所述第一检测单元和第二检测单元的输出计算校正值；抑制单元基于来自所述第一检测单元和/或所述第二检测单元的输出的大小抑制所述校正值；平移抖动量计算单元使用所述第一检测单元的输出和所计算出的校正值，计算平移抖动量；以及驱动单元基于所述转动抖动量和所述平移抖动量驱动所述补偿构件；基于抑制后的校正值来计算所述校正值。

Description

图像稳定控制设备及其控制方法、光学设备和摄像设备

技术领域

本发明涉及一种补偿由诸如手抖动等的抖动所引起的图像模糊(图像劣化)的图像稳定控制设备，而且涉及用于这类图像稳定控制设备的控制方法、光学设备和摄像设备。

背景技术

当前，设置有如下图像稳定控制设备的照相机已成为商业产品，该图像稳定控制设备用于防止由手抖动所引起的图像模糊，并且配置有例如抖动补偿单元、驱动单元和抖动检测单元，结果，由用户导致的拍摄错误正在减少。

而且，作为有用的图像模糊补偿技术，在各种类型的光学设备中采用图像稳定控制设备，其中，图像稳定控制设备使用角速度传感器检测转动抖动，并且通过移动部分透镜或图像传感器等，抑制图像传感器面上的图像模糊。

然而，当在近距离拍摄和以高倍率拍摄等时，不能忽视由所谓的“平移抖动”导致的图像劣化，其中，“平移抖动”发生在相对于照相机光轴的平行方向或垂直方向上，并且不能单独通过角速度传感器检测到。例如，在下面的情况下必须积极检测并补偿平移抖动：如微距拍摄那样距被摄体约20cm来拍摄图像的情况、以及在照相机距被摄体约1m远时摄像光学系统的焦距很长(例如，400mm)的情况等。

日本特开平7-225405号公报公开了这样一种技术：设置检测加速度的加速度传感器，通过由加速度传感器获得的加速度的二阶积分求出平移抖动，并且基于平移抖动和分开的角速度传感器的输出来驱动抖动补偿单元。

然而，检测平移抖动所使用的加速度传感器的输出易受诸如来自干扰的噪声和温度变化等的环境变化的影响，并且由于这些不稳定因素通过进行二阶积分而增强，所以存在难以实现高精度的平移抖动补偿的问题。

此外，日本特开2010-25962号公报公开了将平移抖动作为在转动的中心位于远离照相机的位置时的转动抖动进行处理。对于该方法，设置角速度传感器和加速度传感器，并且通过基于来自这些传感器的输出来求出使用转动抖动的转动半径的补偿值和角度，进行抖动补偿；以此求出被限制在不易受干扰影响的频带的转动中心。这样做使得可以减少上述加速度传感器中的不稳定因素。

对于使用转动抖动的转动半径来进行平移抖动补偿的方法，需要精确求出转动半径，因此，在使用加速度传感器和角速度传感器计算转动半径的情况下，这些传感器的检测精度十分重要。然而，在传感器噪声的影响大的情况下，难以求出精确的转动半径，这又使得难以实现想要的平移抖动补偿效果。在传感器噪声与加速度传感器的输出的比特别高的情况下，存在下面的风险：转动半径可能被错误估计，平移抖动的补偿量将增大，而且稳定性能因过校正而变差。

一般而言，不管加速度的量如何，传感器噪声的量都是恒定的，因而在平移抖动大的情况下，或者换句话说，在加速度传感器输出高的值的情况下，传感器噪声对转动半径的估计的影响很小，而且可以求出平移抖动的精确补偿量。然而，在平移抖动十分小的情况下，或者换句话说，在加速度传感器输出低的值的情况下，传感器噪声对转动半径的估计的影响明显，因此难以求出平移抖动的精确补偿量。换句话说，平移抖动的检测精度因由不同拍摄位置等所导致的不稳定性量的差异而有所不同，或者换句话说，发生了稳定效果的差异。

此外，存在下面的状况：用户在通过跟踪被摄体来对他或她想要拍摄的被摄体进行取景的同时进行拍摄操作的状况、以及用户在调整因手抖动而发生的视角的偏移的同时进行拍摄操作的状况等。在诸如这些状况等的情况下，除因用户无意的手抖动所导致的平移抖动以外，还发生由用户有意移动照相机而导致的平移抖动。如果此时进行使用转动抖动的转动半径的平移抖动补偿，则由于在平摇操作或俯仰操作期间转动半径具有很高的值，导致在紧接着平摇操作或俯仰操作之后的拍摄期间可能错误地估计转动半径。具体地，存在下面的状况：在紧接着平摇操作或俯仰操作之后的拍摄期间所使用的平移抖动的过补偿量对抖动补偿的稳定效果具有负面影响。

发明内容

考虑到上述情况做出了本发明，并且本发明使得能够使用尺寸小且可移动性强的图像稳定控制设备对平移抖动进行高度精确的抖动补偿。

根据本发明，提供一种图像稳定控制设备，其包括补偿构件，所述图像稳定控制设备包括：第一检测单元，其检测转动抖动；第二检测单元，其使用不同于所述第一检测单元的方法检测所述图像稳定控制设备中的平移抖动；转动抖动量计算单元，其基于所述第一检测单元的输出求出转动抖动量；校正值计算单元，其基于来自所述第一检测单元和所述第二检测单元的输出，计算校正值；抑制单元，其基于来自所述第一检测单元和所述第二检测单元中至少一个的输出的大小，抑制所述校正值；平移抖动量计算单元，其使用所述第一检测单元的输出和抑制后的校正值，计算平移抖动量；以及驱动单元，其基于所述转动抖动量和所述平移抖动量来驱动所述补偿构件。

根据本发明，提供一种图像稳定控制设备的控制方法，所述图像稳定控制设备包括补偿构件，所述控制方法包括以下步骤：第一检测步骤，用于检测所述图像稳定控制设备中的转动抖动；第二检测步骤，用于使用不同于所述第一检测步骤的方法检测所述图像稳定控制设备中的平移抖动；转动抖动量计算步骤，用于基于所述第一检测步骤的结果求出转动抖动量；校正值计算步骤，用于基于所述第一检测步骤和所述第二检测步骤的结果，计算校正值；抑制步骤，用于基于所述第一检测步骤和所述第二检测步骤中至少一个的结果的大小，抑制所述校正值；平移抖动量计算步骤，用于使用所述第一检测步骤的结果和抑制后的校正值，计算平移抖动量；以及驱动步骤，用于基于所述转动抖动量和所述平移抖动量来驱动所述补偿构件。

此外，根据本发明，提供一种光学设备，包括：如上所述的图像稳定控制设备；以及释放开关，其指示拍摄准备操作和拍摄操作；其中，所述抑制单元包括：第一上限值计算单元，其基于来自所述第一检测单元和所述第二检测单元中至少一个的输出的大小，计算第一上限值；以及第二上限值计算单元，其基于来自所述第一检测单元和所述第二检测单元中至少一个的输出的大小，计算大于所述第一上限值的第二上限值，其中，所述校正值计算单元包括：第一校正值计算单元，其基于所述第一检测单元和所述第二检测单元的输出，计算上限是所述第一上限值的第一校正值；第二校正值计算单元，其基于所述第一检测单元和所述第二检测单元的输出，计算上限是所述第二上限值的第二校正值；以及选择单元，其选择是使用所述第一校正值还是所述第二校正值，其中，在通过所述释放开关指示了所述拍摄准备操作的情况下，所述选择单元选择所述第一校正值；在通过所述释放开关指示了所述拍摄操作的情况下，所述选择单元选择所述第二校正值。

而且，根据本发明，提供一种包括如上所述的图像稳定控制设备的摄像设备。

通过以下(参考附图)对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图，示出本发明的实施例，并与说明书一起用来解释本发明的原理。

图1是示出具备根据本发明实施例的图像稳定控制设备的照相机从上面看时的功能结构的概略图；

图2是示出具备根据本发明实施例的图像稳定控制设备的照相机从侧面看时的功能结构的概略图；

图3是示出根据第一实施例的图像稳定控制设备的框图；

图4是示出根据第一实施例的抖动的转动中心的说明图；

图5是详细示出图3中示出的比较器和补偿上限值计算单元的结构的框图；

图6是详细示出图5中示出的抖动状态判断单元的结构的框图；

图7A是示出放大器601和加速度传感器BPF单元307的输出的例子的图；

图7B是示出加法器602和绝对值处理单元603的输出的例子的图；

图7C是示出LPF 604的输出的例子的图；

图8是示出根据第一实施例的抖动状态与转动半径的上限值之间的关系的图；

图9是详细示出图5中示出的信号整流单元的结构的框图；

图10是示出根据变形例的图像稳定控制设备的框图；

图11是详细示出根据第二实施例的比较器和补偿上限值计算单元的结构的框图；

图12是示出根据第二实施例的抖动状态与转动半径的上限值之间的关系的图；

图13是详细示出根据第三实施例的比较器和补偿上限值计算单元的结构的框图；

图14是详细示出根据第五实施例的比较器和补偿上限值计算单元的结构的框图；以及

图15是示出根据第六实施例的图像稳定控制设备的框图。

具体实施方式

将参考附图详细说明本发明的典型实施例。

第一实施例

图1和2是分别示出具备根据本发明第一实施例的图像稳定控制设备的照相机101从上面看和从侧面看时的功能结构的概略图。照相机101中设置的稳定系统对相对于光轴102以箭头103p和103y所表示的抖动(以下称为“转动抖动”)和相对于光轴102以箭头104p和104y所表示的抖动(以下称为“平移抖动”)进行补偿。

在照相机101中，附图标记105表示释放开关，而且附图标记106表示照相机CPU。附图标记107表示图像传感器，而且附图标记108p和108y分别表示检测以箭头108pa和108ya所表示的转动抖动的角速度传感器。同时，附图标记109p和109y分别表示使用不同于角速度传感器108p和108y的方法来检测以箭头109pa和109ya所表示的平移抖动的加速度传感器。附图标记110表示抖动补偿单元，其中，抖动补偿单元110沿着箭头110p和110y的方向自由驱动抖动补偿透镜111，以此补偿转动抖动和平移抖动。注意，将角速度传感器108p和108y的输出、以及加速度传感器109p和109y的输出输入至照相机CPU 106中。然后，驱动器112基于这些输出来补偿抖动。

注意，在第一实施例中，使用所谓的“光学稳定”来补偿抖动，在该“光学稳定”中，基于计算出的补偿量，沿着与光轴垂直的平面移动抖动补偿透镜111。然而，抖动补偿方法不限于光学稳定，并且作为代替可以使用以下方法：通过沿着与光轴垂直的平面移动图像传感器来进行稳定的方法、或者采用电子稳定的方法等，其中，电子稳定通过从图像传感器所输出的各帧裁切图像、并且改变裁切图像的位置来降低抖动的影响。还可以相互组合来使用这些方法。换句话说，这类方法中的任一个都可应用于本发明，只要该方法能够基于所计算出的补偿量减轻或消除所拍摄的图像的模糊即可。

图3是示出根据第一实施例的图像稳定控制设备的框图。图3仅示出针对在照相机的垂直方向(即纵摇方向或者图2中箭头103p和104p所表示的方向)上所发生的抖动的结构。然而，针对在照相机的水平方向(即横摆方向或者图1中箭头103y和104y所表示的方向)上所发生的抖动，同样设置类似结构。由于这些结构大体相同，所以附图中仅示出用于纵摇方向的结构，而且基于此给出下面的说明。

首先将使用图3说明用于求出转动抖动量的过程。将角速度信号从角速度传感器108p输入至CPU 106。角速度信号已输入至HPF积分滤波器301，而且在通过高通滤波器(HPF)截除了DC成分之后，对该结果进行积分，而且将其转换成角度信号。这里，由于手抖动的频带通常在1Hz～10Hz之间，所以HPF具有仅截除不大于例如0.1Hz的频率成分的一阶HPF特性，其中，0.1Hz远在手抖动的频带以下。

将HPF积分滤波器301的输出输入至灵敏度调整单元303中。灵敏度调整单元303基于根据变焦和调焦信息302所求出的倍率和焦距，放大HPF积分滤波器301的输出，结果产生转动抖动补偿目标值(转动抖动量)。因为抖动补偿灵敏度由于诸如镜头的调焦和变焦等的光学信息的变化而改变，所以设置灵敏度调整单元303，其中，抖动补偿灵敏度对应于照相机图像面的抖动量与补偿透镜111的移动量之比。

接着将说明用于求出平移抖动量的过程。将来自角速度传感器108p的角速度信号输入至上述HPF积分滤波器301，而且还将其输入至HPF积分滤波器310；在通过HPF截除了DC成分之后，对该结果进行积分并且将其转换成角度信号。将HPF积分滤波器310的输出输入至增益调整单元311。通过增益调整单元311和HPF积分滤波器310，调整要经过平移抖动补偿的频带内的增益和相位特性。将增益调整单元311的输出输入至输出校正单元312。

在进行上述处理的同时，将来自角速度传感器108p的角速度信号输入至HPF相位调整单元(HPF相位调整滤波器)304，在HPF相位调整单元304中，截除叠加在角速度传感器108p的输出上的DC成分，并且对作为结果的信号进行相位调整。这里所使用的截止频率与后述HPF积分滤波器305的HPF截止频率相一致，并且对其进行调整以使得频率特性匹配。利用角速度传感器带通滤波器(BPF)单元306从HPF相位调整单元304的输出仅提取预定带宽的频率成分。

此外，将加速度传感器109p的输出输入至CPU 106的HPF积分滤波器305，并且在通过HPF截除其DC成分之后，对该结果进行积分并且将其转换成速度信号。如上所述，根据HPF相位调整单元304的HPF频率特性来设置此时的HPF截止频率。利用加速度传感器带通滤波器(BPF)单元307从HPF积分滤波器305的输出仅提取预定带宽的频率成分。

补偿上限值计算单元309基于角速度传感器BPF单元306和加速度传感器BPF单元307的输出来计算补偿上限值。将计算出的补偿上限值与角速度传感器BPF单元306和加速度传感器BPF单元307的输出一起输入至比较器308；然后计算用于校正增益调整单元311的输出的校正值，而且将其输出给输出校正单元312。下面将说明补偿上限值计算单元309计算补偿上限值的方法和比较器308计算校正量的方法。

还将变焦和调焦信息302输入至输出校正单元312，并且根据变焦和调焦信息302计算倍率。然后基于所求出的倍率和来自比较器308的校正量，校正增益调整单元311的输出，结果产生平移抖动补偿目标值(平移抖动量)。

利用加法器313将以上述方式所求出的转动抖动补偿目标值和平移抖动补偿目标值相加在一起，而且将作为结果的和输出给驱动器112。驱动器112基于该和来驱动抖动补偿单元110，而且作为结果补偿根据转动抖动和平移抖动两者所产生的抖动。

接着将说明从比较器308输出的校正值。图4是示出作用于照相机101的转动抖动103p和平移抖动104p的图。这里，将照相机101的拍摄镜头中光学摄像系统的主点处的平移抖动104p的抖动量作为Y，而将转动抖动103p的抖动角度作为θ。然后确定转动中心O，在作为从转动中心O到加速度传感器109p的距离的转动半径为L时，可以通过下面的公式(1)来表示抖动量Y、抖动角度θ和转动半径L之间的关系。

Y＝Lθ  ...(1)

注意，在公式(1)中，通过对加速度传感器109p的输出进行二阶积分，可以求出抖动量Y，而且通过对角速度传感器108p的输出进行一阶积分，可以求出抖动角度θ。此外，可以通过下面的公式(2)表示通过对加速度传感器109p的输出进行一阶积分所求出的速度V、根据角速度传感器108p的输出所求出的角速度ω和转动半径L之间的关系。

V＝Lω  ...(2)

此外，可以通过下面的公式(3)表示根据加速度传感器109p的输出所获得的加速度A、通过对角速度传感器108p的输出进行一阶微分所求出的角加速度ωa和转动半径L之间的关系。

A＝Lωa  ...(3)

可以通过上述公式(1)～(3)中的任一个求出转动半径L。

此外，使用光学摄像系统的主点处的平移抖动的抖动量Y、光学摄像系统的抖动角度θ、以及光学摄像系统的焦距f和倍率β，可以通过下面的公式(4)表示摄像面上发生的抖动δ。

δ＝(1+β)fθ+βY    ...(4)

这里，根据光学摄像系统的变焦和调焦信息302，求出公式(4)右侧的第一项的焦距f。另外，倍率β表示在图像传感器107上形成的被摄体的图像的大小相对于被摄体的实际大小的比，而且还根据光学摄像系统的变焦和调焦信息302求出倍率β。而且，根据对角速度传感器108p的输出的积分结果，可以求出抖动角度θ。因而，如使用图3所述，可以根据这些信息求出转动抖动补偿目标值。

此外，根据作为加速度传感器109p的二阶积分值的抖动量Y和倍率β求出公式(4)右侧的第二项，如使用图3所述，由此可以根据这些信息求出平移抖动补偿目标值。

然而，在第一典型实施例中，使用公式(1)和(4)对通过如下公式(5)表示的抖动δ进行抖动补偿。

δ＝(1+β)fθ+βLθ  ...(5)

换句话说，对于平移抖动，不使用直接从加速度传感器109p所求出的抖动量Y。作为代替，首先，通过公式(1)、公式(2)或公式(3)求出转动半径L，并且使用转动半径L、作为角速度传感器108p的输出的积分结果的抖动角度θ和使用变焦和调焦信息302所获得的倍率β，进行补偿。这里，对于使用抖动角度θ和转动半径L来校正平移抖动的抖动量Y的方法，如前所述，必须以精确方式求出转动半径L。

下面将说明补偿上限值计算单元309计算补偿上限值的方法和比较器308计算校正量的方法。

图5是示出图3中所示的补偿上限值计算单元309和比较器308的结构的框图。首先，在比较器308中，转动半径计算单元501基于角速度传感器BPF单元306和加速度传感器BPF单元307的输出，通过针对L求解公式(2)，计算转动半径L，这产生了公式(6)。

L＝V/ω  ...(6)

可以根据在预定量的时间(例如，在角速度传感器BPF单元306和加速度传感器BPF单元307的截止频率是5Hz的情况下，设置成约200ms)内速度V和角速度ω的最大振幅峰值之间的比，来计算转动半径L。而且，每一次分别计算出了速度V和角速度ω时，都可以更新转动半径L。此时，通过在时间序列上平均速度V和角速度ω、以及使用低通滤波器(LPF)截除高频成分等，可以计算出已消除在计算转动半径时所发生的高频噪声成分的转动半径。

在进行上述处理的同时，将角速度传感器BPF单元306和加速度传感器BPF单元307的输出输入至补偿上限值计算单元309中的抖动状态判断单元502，并且由限制处理控制单元503生成用于判断转动半径的上限值的抖动状态信号。将使用图6的框图说明抖动状态判断单元502计算抖动状态信号的方法和限制处理控制单元503计算转动半径上限值的方法。

将角速度传感器BPF单元306的输出输入至放大器601，在放大器601，将该输出乘以所设置的系数。将转动半径L的值设置成例如接近实际手抖动转动半径的100mm，获得放大器601的系数k以使得V＝kLω成立，从而将角速度传感器BPF单元306和加速度传感器BPF单元307的输出设置成相同水平。

另外，有一种基于来自角速度传感器和来自加速度传感器的传感器噪声的影响哪个更大来设置该系数的方法。例如，在加速度传感器中由手抖动引起的加速度的噪声的影响大于角速度传感器中的角速度的噪声的影响的情况下，以对角速度传感器的输出进行更大加权的方式设置该系数。这样做使得可以在以最大可能程度消除了传感器噪声影响的情况下判断抖动的存在。

此外，尽管在第一实施例中将角速度传感器BPF单元306的输出乘以系数，但是作为代替，可以将加速度传感器BPF单元307的输出乘以系数。可选地，可以将角速度传感器BPF单元306的输出和加速度传感器BPF单元307的输出均乘以系数。

这里，图7A中的附图标记701表示将角速度传感器BPF单元306的输出乘以系数的放大器601的输出的例子，而图7A中的附图标记702表示加速度传感器BPF单元307的输出的例子。

接着，通过加法器602将角速度传感器BPF单元306的输出乘以系数的放大器601的输出和加速度传感器BPF单元307的输出相加在一起。图7B中的附图标记703表示加法器602的输出的例子。通过绝对值处理单元603将加法器602的输出703转换成绝对值，结果产生图7B中所表示的信号704。通过LPF处理单元604中的低通滤波器(LPF)截除来自绝对值处理单元603的信号704的高频成分，然后输出该结果。这里，将LPF截止频率设置成例如不大于0.5Hz的低截止频率，由此，在LPF处理之后，图7B中示出的信号704变成图7C中示出的信号705。

这里，LPF处理单元604可以使用诸如计算预定时间段的移动平均的方法等的方法。另外，可以使用角速度传感器BPF单元306的输出或加速度传感器BPF单元307的输出来进行抖动判断。在这种情况下，将角速度传感器BPF单元306的输出或加速度传感器BPF单元307的输出输入至绝对值处理单元603，此后，可以以与利用上述方法相同的方式获得LPF处理后的信号。

在诸如图7C中的期间(B)等的手抖动非常大的期间，LPF处理单元604的输出值大，而在诸如图7C中的时期(D)等的手抖动非常小的期间，LPF处理单元604的输出值小。

接着将LPF处理单元604的输出、或者换句话说、抖动状态判断单元502的输出输入至限制处理控制单元503，在限制处理控制单元503，计算设置转动半径的上限值的信号。限制处理控制单元503使用诸如图8中示出的表等的表，计算转动半径的上限值。为了判断LPF处理单元604的输出值的抖动状态，预先设置诸如图7C中示出的Th3、Th2和Th1等的阈值，并且根据LPF处理单元604的输出值落在哪一范围，基于诸如图8中示出的表等的表来设置转动半径的上限值。例如，在LPF处理单元604的输出值是Th1的情况下，将作为限制处理控制单元503的输出的转动半径的上限值设置为Li1。在诸如LPF处理单元604的输出值在Th3和Th2之间等的情况下，将计算Li3和Li2之间的线性插值的结果设置为转动半径的上限值。

接着，将限制处理控制单元503的输出值和转动半径计算单元501的输出值输入至限制处理单元504。然后，如果转动半径计算单元501的输出值大于或等于由限制处理控制单元503所输出的转动半径的上限值，则固定在该上限值。此外，如果转动半径计算单元501的输出值小于转动半径的上限值，则原样输出转动半径计算单元501的输出值。

通过校正信号整流单元505对限制处理控制单元503的输出值进行整流，从而使得在校正信号中不发生突然的阶跃状变化，此后，将作为结果的信号输入至输出校正单元312。

这里，用于整流的第一个方法是下面的方法：使用LPF截除高频成分，而且将这里所使用的LPF截止频率设置为不大于例如0.5Hz的低截止频率。可选地，可代替地采用诸如计算预定时期内的移动平均等的方法。

将参考图9中示出的框图说明第二个方法。将限制处理单元504的输出值输入至减法器901，并且从该输出值减去来自前一周期的校正信号整流单元505的输出值的采样数据。以diff表示减法器901的输出。将输出diff输入至条件比较器903，在条件比较器903中，判断diff是否小于预先设置的预定值。在输出diff小于预定值的情况下，选择作为限制处理单元504的输出值的X1，并且输出X1作为校正信号整流单元505的输出值。

然而，在输出diff大于或等于预定值的情况下，选择X2，而且将其输出作为校正信号整流单元505的输出值。下面说明用于计算X2的方法。在乘法器904中将输出diff乘以作为预先设置的预定值的增益Kd。然后，通过在加法器905中将乘法器904的输出与来自前一周期的校正信号整流单元505的输出值相加，计算X2。这里，将增益Kd设置成小于1的值，而且设置增益Kd以使得在输出diff大于或等于预定值的情况下不会发生转动半径的急剧变化。

如果作为该处理的结果的输出diff是负值，则始终选择X1。因而，校正信号整流单元505的输出值无延迟地在该值减小的方向上移动，但是在输出diff是正值、而且变化量大的情况下，急剧变化受到抑制。

根据上述方法，在转动半径增大的方向上抑制了转动半径的急剧变化，而在转动半径减小的方向上没有抑制转动半径的变化。通过这样，可以防止由于错误地估计转动半径而由过补偿所导致的稳定控制性能的恶化，还可以应对诸如从发生大的抖动的状态突然进入仅发生小的抖动的状态等的情况下的平移抖动状态的变化。

此外，尽管在上述例子中，增益Kd是固定值，但是也存在可以使用例如抖动状态判断单元502使Kd可变的方法。例如，通过根据抖动状态，或者换句话说，根据传感器的检测精度和转动半径的估计精度等，使用诸如图8中示出的表等的表来改变增益Kd，可以进一步防止由于干扰的影响而错误地估计转动半径。

如以上所述，根据第一实施例，基于角速度传感器的输出和加速度传感器的输出来确定抖动状态，对根据抖动状态估计出的转动半径L设置上限值，而且在对上限值进行箝位之后，对转动半径L进行整流处理。通过这样，该设备不易受到传感器噪声的影响，这使得可以防止由于转动半径的错误检测而引起的可控性的降低。而且，由于在抖动大和小时都可以求出适当的平移抖动补偿量，所以可以改善稳定控制效果。

变形例

作为计算角速度传感器BPF单元306中所设置的单个频带中的转动半径的方法，说明了第一实施例的上述方法。然而，还可以使用下面的方法来实现本发明，在该方法中，针对多个频带中的每一个检测转动半径L的变化并且选择转动半径L的变化。在图10示出的框图中，示出针对多个频率中的各个检测并选择转动半径L的变化的方法。对于角速度传感器BPF 1单元1001和加速度传感器BPF 1单元1002、角速度传感器BPF 2单元1003和加速度传感器BPF 2单元1004、以及角速度传感器BPF 3单元1005和加速度传感器BPF 3单元1006，分别设置预定截止频率。例如，设置截止频率2Hz、5Hz和10Hz，分别通过补偿上限值计算单元1010、1011和1012计算补偿上限值，并且求出通过比较器1007、1008和1009整流后的转动半径。然后通过转动半径选择单元1013选择转动半径，然后根据与第一实施例中所述方法相同的方法进行稳定控制。

转动半径选择单元1013可以使用来自比较器1007、1008和1009的转动半径来计算平均值，而且可以使用该平均值作为转动半径。可选地，可以根据各频率的抖动状态来选择具有最大抖动影响的频率的转动半径，并且使用其作为转动半径，或者可以将各频率中的转动半径乘以权重系数并且组合，将其结果作为转动半径。

在根据各频率中的抖动状态来选择具有最大抖动影响的频率中的转动半径的情况下，将图5中示出的抖动状态判断单元502的输出作为各频率的抖动量。通过选择在各频率的抖动量中抖动量值最大的频率的转动半径，可以提取受平移抖动影响最大的频带中的平移抖动。

另一方面，在将各频率中的转动半径乘以权重系数并且组合、将其结果作为转动半径的情况下，将图5中示出的抖动状态判断单元502的输出作为各频率中的抖动量，并且基于抖动量的大小，计算各频率的权重增益。(设置该增益以使得各频率的权重增益的和等于1。)

下面示出针对来自比较器1007、比较器1008和比较器1009各自的转动半径的权重增益计算方法。

权重增益1＝抖动量1(1010内)÷(抖动量1(1010内)+(抖动量2(1011内)+抖动量3(1012内))

权重增益2＝抖动量2(1011内)÷(抖动量1(1010内)+(抖动量2(1011内)+抖动量3(1012内))

权重增益3＝抖动量3(1012内)÷(抖动量1(1010内)+(抖动量2(1011内)+抖动量3(1012内))

在将各频率中的权重增益乘以各频率中的转动半径之后，计算通过将这些结果相加在一起所获得的值作为转动半径。通过这样，可以基于抖动状态提取更适当的平移抖动。

第二实施例

将说明本发明的第二实施例。在第二实施例中，图3中示出的比较器308和补偿上限值计算单元309的结构与第一实施例中参考图5、6和9所述的结构有所不同。下面将参考图11说明根据第二实施例的比较器308和补偿上限值计算单元309。

在第二实施例中，基于表示根据角速度传感器的输出和加速度传感器的输出所确定的抖动状态的抖动状态信号，计算第一补偿上限值和第二补偿上限值的两个模式作为用于确定转动的上限值。因此，与图5相比较，补偿上限值计算单元309具有第一限制处理控制单元1101和第二限制处理控制单元1104。此外，比较器308具有第一限制处理单元1102和第二限制处理单元1105、以及第一校正信号整流单元1103和第二校正信号整流单元1106。而且，比较器308包括校正信号选择单元1107，其中，校正信号选择单元1107用于根据释放开关105的状态，选择第一校正信号整流单元1103或第二校正信号整流单元1106的输出。

这里，第一限制处理单元1102和第二限制处理单元1105的操作、以及第一校正信号整流单元1103和第二校正信号整流单元1106的操作与图5中示出的限制处理单元504和校正信号整流单元505的操作相同。然而，由第一限制处理控制单元1101和第二限制处理控制单元1104所进行的处理不同于由图5所示出的限制处理控制单元503所进行的处理。

第一限制处理控制单元1101和第二限制处理控制单元1104各自分别通过参考图12中以附图标记1202和1201所表示的表，计算补偿上限值。注意，用于使用这些表1201和1202来确定转动半径的上限值的方法与第一实施例中使用图8所述的方法相同。

这样，从第二限制处理控制单元1104输出的转动半径的上限值大于从第一限制处理控制单元1101输出的转动半径的上限值。因此，第二校正信号整流单元1106的输出是大于或等于第一校正信号整流单元1103的输出的值。将第一校正信号整流单元1103的输出和第二校正信号整流单元1106的输出输入至校正信号选择单元1107，并且根据同时输入的释放开关105的状态，选择这些输出中将要被输入至输出校正单元312中的输出。

在释放开关105处于SW2 ON(即正在指示拍摄操作)的情况下，选择第二校正信号整流单元1106的输出。另一方面，在SW2不是ON的情况下，或者换句话说，在SW1处于ON(即正在指示拍摄准备操作)、或者没有按下释放开关105的状态下，选择第一校正信号整流单元1103的输出。如公式(5)所示，通过将转动半径L乘以抖动角度θ求出平移抖动的抖动量Y，因而在除SW2是ON以外的状态下的控制是减小了平移抖动控制量的稳定控制。然而，可以确保与在SW2是ON时的图像稳定控制设备的驱动器112的驱动范围相同的驱动范围。

此外，在释放开关105的SW2处于ON的情况下，选择第二校正信号整流单元1106的输出，而在释放开关105的SW1处于ON的情况下，选择第一校正信号整流单元1103的输出。而且，在没有按下释放开关105的情况下，可以将校正信号选择单元1107的输出设置成0，以省略平移抖动控制。

如上所述，根据第二实施例，根据释放开关105的状态来选择补偿上限值和校正值(转动半径)，而且切换用于平移抖动的稳定量。因此，在SW1为ON、而且正在进行拍摄准备时，利用减小的平移抖动控制量来进行稳定控制，这使得可以防止由因拍摄准备期间错误地检测到的转动半径所导致的稳定控制的恶化而引起的图像中的干扰。而且，由于在SW1处于ON而且正在进行拍摄准备时减小了平移抖动控制量，所以可以确保在SW2为ON并且正在进行拍摄操作时的驱动范围；这提高了拍摄期间的稳定性能。

第三实施例

接着将说明本发明的第三实施例。在第三实施例中，图3中示出的补偿上限值计算单元309的结构不同于第一实施例和第二实施例中所述的结构。下面将参考图13说明根据第三实施例的补偿上限值计算单元309。

在第三实施例中，基于抖动状态信号以及变焦和调焦信息302来设置用于转动判断的上限值，其中，根据角速度传感器的输出和加速度传感器的输出来判断抖动状态。因此，与图5相比较，限制处理控制单元1301将来自抖动状态判断单元502的输出、以及变焦和调焦信息302作为它的输入。限制处理控制单元1301使用基于变焦和调焦信息302所求出的倍率β。

例如，在倍率β大于预定倍率βth的情况下，或者换句话说，如微距拍摄的情况那样，在平移抖动量已增大的情况下，限制处理控制单元1301参考图12中以附图标记1201所表示的表。另一方面，在倍率β等于或小于倍率βth的情况下，限制处理控制单元1301参考以附图标记1202所表示的表。注意，用于使用这些表1201和1202来确定转动半径的上限值的方法与第一实施例中使用图8所述的方法相同，因而这里省略对其的说明。

通过上述公式(4)和(5)右侧的第二项可以看出，平移抖动量随着倍率β的增大而增大，而平移抖动量随着倍率β的减小而减小。因此，尽管当倍率β高时，如果不积极进行平移抖动补偿，则会出现高度的图像模糊，但是当倍率β低时，即使不积极进行平移抖动补偿，由平移抖动的影响所导致的图像模糊也不明显，足以忽略。

因此，在倍率β高时，设置高的转动半径的上限值，而且在倍率β低时，设置低的转动半径的上限值，这使得可以防止由于错误地检测转动半径而引起的平移抖动的过补偿。

第四实施例

接着将说明本发明的第四实施例。尽管根据第四实施例的比较器308和补偿上限值计算单元309的结构与第三实施例中参考图13所述的相同，但是用于判断转动半径的上限值的方法是不同的。

在焦距f非常大的情况下，视角减小，这导致以下情况的增多：用户在跟踪并对他或她想要拍摄的被摄体进行取景的同时在希望的时刻进行拍摄操作、以及在调整由手抖动所导致的视角的偏移的同时进行拍摄操作等。换句话说，存在因用户无意的手抖动所产生的平移抖动和由用户有意移动照相机所引起的平移抖动，这整体上增大了平移抖动。因而，还影响上述平移抖动补偿方法中的转动半径L的计算。

因此，基于变焦和调焦信息302求出焦距f。然后，在所求出的焦距f大于预定焦距fth、而且存在用户为取景拍摄而有意移动照相机的高度可能性的情况下，将转动半径L的上限值设置成比在焦距f等于或小于焦距fth的情况下的上限值小。通过这样，可以防止稳定性能由于因手抖动所产生的平移抖动的影响所导致的转动半径的错误检测而恶化。

第五实施例

接着将说明本发明的第五实施例。在第五实施例中，图3中示出的补偿上限值计算单元309的结构与第一～第四实施例中所述的不同。下面将参考图14说明根据第五实施例的补偿上限值计算单元309。

在第五实施例中，基于抖动状态信号和平摇/俯仰判断信息来设置转动半径的上限值，其中，基于角速度传感器的输出和加速度传感器的输出来判断抖动状态。因此，与图5相比较，限制处理控制单元1301将来自抖动状态判断单元502的输出和平摇/俯仰判断信息1401作为它的输入。

如果基于平摇/俯仰判断信息1401判断为没有进行平摇/俯仰，则参考图8中的表，而且如第一实施例中一样进行控制。然而，如果基于平摇/俯仰判断信息1401判断为正在进行平摇/俯仰，则在不参考图8中的表的情况下，将转动半径的上限值设置成0并输出。

注意，可以将转动半径的上限值固定成在判断为正在进行平摇/俯仰时的前一个样本的上限值。

下面将说明根据平摇/俯仰判断来改变转动半径的上限值的原因。

在平摇/俯仰期间，计算出较大的转动半径。然而，在平摇/俯仰期间进行拍摄时，诸如在用户有意想要拍摄模糊的图像以捕捉运动模糊等的情况下，不希望对正在有意移动照相机的平摇方向或俯仰方向上的手抖动进行稳定控制。换句话说，由于进行用于使对正在移动照相机的平摇方向或俯仰方向上的手抖动的稳定控制无效的控制，所以不必估计转动抖动半径和进行平移抖动控制。

此外，在紧接着平摇/俯仰之后进行拍摄的情况下，转动半径的错误估计可能是个问题。为了在针对转动半径的估计计算中防止转动半径的估计值的急剧波动和转动半径的错误估计等，通过采用在时间序列上进行平均后的值、设置诸如第一实施例所述的在图9中示出的整流器等的整流器，来估计转动半径。

这里，假定在平摇/俯仰期间所估计的转动半径是500mm，而且紧接在平摇/俯仰之后的拍摄期间的转动半径为100mm。在这种情况下，所估计的转动半径从500mm收敛于100mm需要时间，而且，如果在该值正以这种方式收敛时进行拍摄操作，则所估计的转动半径将大于100mm，这可能导致过补偿，从而使得稳定性能恶化。

因此，在平摇/俯仰期间最好设置低的转动半径的上限值。因此，将平摇/俯仰期间的上限值设置成0，这使得可以防止稳定控制性能因由在紧接平摇/俯仰之后的拍摄期间错误地估计转动半径所产生的过度的平移抖动补偿量而恶化。

第六实施例

接着将说明本发明的第六实施例。第六实施例说明下面的情况：代替加速度传感器109p，使用从图像传感器107在不同时间所获得的多个图像来检测平移抖动量。图15是示出根据第六实施例的图像稳定控制设备的框图。

与图3中示出的结构相比较，图15中示出的结构添加了延迟调整单元1501，而且，代替HPF积分滤波器305和加速度传感器BPF单元307，使用运动矢量提取单元1505和运动矢量BPF单元1507。

通过比较图像传感器107按预定时间间隔所输出的各个图像来检测手抖动和构图的偏移等的方法已广为人知，而且这些方法被用作电子稳定技术或图像合成技术。在本第六实施例中，运动矢量提取单元1505从图像传感器107所输出的图像提取运动矢量，并且针对角速度传感器108p输出角速度信号的定时求出各单位时间的运动矢量。然后，将各单位时间的运动矢量分成纵摇方向上的平移抖动成分和横摆方向上的平移抖动成分。这里，将纵摇方向上的运动矢量输出给运动矢量BPF单元1507，而且仅提取预定带宽中的频率成分。此后，通过比较器308和补偿上限值计算单元309所进行的处理是在第一～第五实施例中所述的处理，因而在此省略对其的说明。

注意，在驱动抖动补偿单元、并且进行了转动抖动补偿的状态下求出了图像传感器107的运动矢量的情况下，图像传感器所输出的各个图像之间的运动矢量与由平移抖动成分所引起的图像偏移相对应。在这种情况下，可以使用灵敏度调整单元和变焦/调焦信息等求出转动抖动补偿目标值，而且可以与平移抖动补偿目标值组合使用以在拍摄期间进行抖动补偿。

注意，在通过比较从图像传感器107输出的图像来检测平移抖动的情况下，进行检测的时刻比从角速度传感器108p获得角速度信号的时刻要晚与处理这些图像所需的时间量相当的时间量。为了调整该延迟而设置延迟调整单元1501，因此可以同时检测转动抖动。

应该注意，本发明不局限于单镜头反光照相机或紧凑型数字照相机中的图像稳定控制设备，而且本发明还可应用于数字摄像机、监控摄像机、web照相机、以及移动电话中的摄像设备等。

另外，可以适当组合上述第一～第六实施例。

尽管参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (16)

1.一种图像稳定控制设备，其包括补偿构件，所述图像稳定控制设备包括：

第一检测单元，其检测转动抖动；

第二检测单元，其使用不同于所述第一检测单元的方法检测所述图像稳定控制设备中的平移抖动；

转动抖动量计算单元，其基于所述第一检测单元的输出求出转动抖动量；

校正值计算单元，其基于来自所述第一检测单元和所述第二检测单元的输出，计算校正值；

抑制单元，其基于来自所述第一检测单元和所述第二检测单元中至少一个的输出的大小，抑制所述校正值；

平移抖动量计算单元，其使用所述第一检测单元的输出和抑制后的校正值，计算平移抖动量；以及

驱动单元，其基于所述转动抖动量和所述平移抖动量来驱动所述补偿构件，

其中，所述抑制单元基于来自所述第一检测单元和所述第二检测单元中至少一个的输出的大小，计算所述校正值的上限值，并且使用所述上限值来抑制所述校正值。

2.根据权利要求1所述的图像稳定控制设备，其特征在于，

所述校正值计算单元通过处理所述第一检测单元和所述第二检测单元的输出中的不同频带的信号来计算多个校正值，

所述抑制单元基于所述第一检测单元和所述第二检测单元中至少一个的输出中的所述不同频带的信号的大小来计算与所述多个校正值分别相对应的多个上限值，并且使用所计算出的所述多个上限值来抑制所述多个校正值，以及

所述图像稳定控制设备还包括选择单元，所述选择单元选择抑制后的所述多个校正值中的一个，并且将所选择的校正值输出给所述平移抖动量计算单元。

3.根据权利要求1所述的图像稳定控制设备，其特征在于，所述图像稳定控制设备是设置有变焦透镜和调焦透镜的光学摄像系统的一部分，所述图像稳定控制设备还包括：

倍率计算单元，其根据所述光学摄像系统中的所述变焦透镜和所述调焦透镜的信息求出倍率，

其中，在所述倍率小于预定倍率的情况下，所述抑制单元减小所述上限值。

4.根据权利要求1所述的图像稳定控制设备，其特征在于，所述图像稳定控制设备是设置有变焦透镜和调焦透镜的光学摄像系统的一部分，所述图像稳定控制设备还包括：

焦距计算单元，其根据所述光学摄像系统中的所述变焦透镜和所述调焦透镜的信息求出焦距，

其中，在所述焦距长于预定焦距的情况下，所述抑制单元减小所述上限值。

5.根据权利要求1所述的图像稳定控制设备，其特征在于，所述图像稳定控制设备是光学摄像系统的一部分，所述图像稳定控制设备还包括：

平摇判断单元，其判断所述光学摄像系统或装配有所述光学摄像系统的设备是否正在进行平摇或俯仰，

其中，当判断为正在进行平摇或俯仰时，所述抑制单元减小所述上限值。

6.根据权利要求1所述的图像稳定控制设备，其特征在于，所述抑制单元包括：

第一计算单元，其基于来自所述第一检测单元和所述第二检测单元中至少一个的输出的大小，计算所述上限值；

第二计算单元，其根据所述校正值计算单元计算出的校正值，计算上限是所述上限值的上限校正值；以及

第三计算单元，其计算通过对所述上限校正值进行整流所获得的整流校正值，

其中，所述抑制单元将所述整流校正值输出给所述平移抖动量计算单元。

7.根据权利要求1所述的图像稳定控制设备，其特征在于，所述第二检测单元是加速度传感器。

8.根据权利要求1所述的图像稳定控制设备，其特征在于，所述第二检测单元是基于来自图像传感器的图像来检测矢量的矢量检测单元。

9.一种光学设备，包括：

根据权利要求1所述的图像稳定控制设备；以及

释放开关，其指示拍摄准备操作和拍摄操作，

其中，所述抑制单元包括：

第一上限值计算单元，其基于来自所述第一检测单元和所述第二检测单元中至少一个的输出的大小，计算第一上限值；以及

第二上限值计算单元，其基于来自所述第一检测单元和所述第二检测单元中至少一个的输出的大小，计算大于所述第一上限值的第二上限值，

其中，所述校正值计算单元包括：

第一校正值计算单元，其基于所述第一检测单元和所述第二检测单元的输出，计算上限是所述第一上限值的第一校正值；

第二校正值计算单元，其基于所述第一检测单元和所述第二检测单元的输出，计算上限是所述第二上限值的第二校正值；以及

选择单元，其选择是使用所述第一校正值还是所述第二校正值，

其中，在通过所述释放开关指示了所述拍摄准备操作的情况下，所述选择单元选择所述第一校正值；在通过所述释放开关指示了所述拍摄操作的情况下，所述选择单元选择所述第二校正值。

10.一种摄像设备，其包括根据权利要求1所述的图像稳定控制设备。

11.一种图像稳定控制设备的控制方法，所述图像稳定控制设备包括补偿构件，所述控制方法包括以下步骤：

第一检测步骤，用于检测所述图像稳定控制设备中的转动抖动；

第二检测步骤，用于使用不同于所述第一检测步骤的方法检测所述图像稳定控制设备中的平移抖动；

转动抖动量计算步骤，用于基于所述第一检测步骤的结果求出转动抖动量；

校正值计算步骤，用于基于所述第一检测步骤和所述第二检测步骤的结果，计算校正值；

抑制步骤，用于基于所述第一检测步骤和所述第二检测步骤中至少一个的结果的大小，抑制所述校正值；

平移抖动量计算步骤，用于使用所述第一检测步骤的结果和抑制后的校正值，计算平移抖动量；以及

驱动步骤，用于基于所述转动抖动量和所述平移抖动量来驱动所述补偿构件，

其中，在所述抑制步骤中，基于在所述第一检测步骤和所述第二检测步骤中至少一个中所检测到的抖动的大小，计算所述校正值的上限值，并且使用所述上限值来抑制所述校正值。

12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，在所述校正值计算步骤中，通过处理在所述第一检测步骤和所述第二检测步骤中所检测到的抖动中的不同频带的信号来计算多个校正值，

在所述抑制步骤中，基于在所述第一检测步骤和所述第二检测步骤中的至少一个中所检测到的抖动中的所述不同频带的信号的大小来计算与所述多个校正值分别相对应的多个上限值，并且使用所述多个上限值来抑制所述多个校正值，以及

所述控制方法还包括选择步骤，所述选择步骤用于选择抑制后的所述多个校正值中的一个，并且在所述平移抖动量计算步骤中使用所选择的校正值。

13.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述图像稳定控制设备是设置有变焦透镜和调焦透镜的光学摄像系统的一部分，并且所述控制方法还包括以下步骤：

倍率计算步骤，用于根据所述光学摄像系统中的所述变焦透镜和所述调焦透镜的信息求出倍率，

其中，在所述抑制步骤中，在所述倍率小于预定倍率的情况下，减小所述上限值。

14.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述图像稳定控制设备是设置有变焦透镜和调焦透镜的光学摄像系统的一部分，并且所述控制方法还包括以下步骤：

焦距计算步骤，用于根据所述光学摄像系统中的所述变焦透镜和所述调焦透镜的信息求出焦距，

其中，在所述抑制步骤中，在所述焦距长于预定焦距的情况下，减小所述上限值。

15.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述图像稳定控制设备是光学摄像系统的一部分，并且所述控制方法还包括以下步骤：

平摇判断步骤，用于判断所述光学摄像系统或装配有所述光学摄像系统的设备是否正在进行平摇或俯仰，

其中，在所述抑制步骤中，当判断为正在进行平摇或俯仰时，减小所述上限值。

16.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述抑制步骤包括以下步骤：

第一计算步骤，用于基于在所述第一检测步骤和所述第二检测步骤中至少一个中所检测到的抖动的大小，计算所述上限值；

第二计算步骤，用于根据在所述校正值计算步骤中计算出的校正值，计算上限是所述上限值的上限校正值；以及

第三计算步骤，用于计算通过对所述上限校正值进行整流所获得的整流校正值，

其中，在所述平移抖动量计算步骤中使用在所述抑制步骤中所计算出的所述整流校正值。