CN104125393B - 摄像装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摄像装置及其控制方法。该摄像装置包括：抖动检测单元，用于检测抖动；图像稳定单元，用于校正图像的抖动；摆动检测单元，用于基于所述抖动检测单元的检测结果检测是否正在执行摆动操作；速度设置单元，用于设置所述摆动操作的目标速度；计算单元，用于基于所述速度设置单元设置的目标速度以及所述抖动检测单元检测到的抖动的速度，计算所述图像稳定单元的校正量；以及控制单元，用于在所述摆动检测单元检测到正在执行所述摆动操作的情况下，基于所述计算单元计算出的校正量控制所述图像稳定单元的移动。

Description

摄像装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种通过在考虑摆动(panning，水平面上的移动或旋转)操作的情况下执行图像稳定来实现接近预定速度的平稳摆动的技术。
背景技术
在运动图像拍摄中，平稳的摆动操作经常为摄影技术所需要。但是，当利用手持照相机执行摄像时或者当使用三角架执行手动摆动时，很难以预定速度移动手，并且很难执行接近预定速度的平稳摆动。
近年来，校正由照相机抖动导致的图像模糊成为摄像装置(例如摄像机)在拍摄运动图像时的不可或缺的功能。关于与摆动操作相关的图像稳定，提出了许多技术，例如校正与摆动方向垂直的图像模糊的方法(例如，日本特开2006-115322号公报)。
根据上述传统技术的图像稳定方法能够校正与摆动方向垂直的图像模糊，但是不能校正与摆动方向相同的方向(水平方向)上的图像模糊。因此，针对用户的摆动操作，很难实现接近预定速度的平稳的摆动操作。
发明内容
考虑到上述问题而做出了本发明，并且本发明在执行图像稳定的同时实现了接近预定速度的平稳的摆动操作。
根据本发明的第一方面，提供了一种摄像装置，其包括：抖动检测单元，用于检测所述摄像装置的抖动；图像稳定单元，用于校正要拍摄的图像的抖动；摆动检测单元，用于基于所述抖动检测单元的检测结果检测是否正在执行摆动操作；速度设置单元，用于设置所述摆动操作的目标速度；计算单元，用于基于所述目标速度以及检测到的抖动的速度，计算所述图像稳定单元的校正量；以及控制单元，用于在正执行所述摆动操作时，基于所述校正量来控制所述图像稳定单元的移动。
根据本发明的第二方面，还提供了一种摄像装置的控制方法，所述控制方法包括：抖动检测步骤，检测所述摄像装置的抖动；图像稳定步骤，校正要拍摄的图像的抖动；摆动检测步骤，基于所述抖动检测步骤检测是否正在执行摆动操作；速度设置步骤，设置所述摆动操作的目标速度；计算步骤，基于所述目标速度以及检测到的抖动的速度，计算所述图像稳定步骤的校正量；以及控制步骤，在正执行摆动时，基于校正量来控制所述图像稳定步骤。
通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的摄像装置的系统配置的框图。
图2是示出根据第一实施例的预定速度摆动操作的控制处理的流程图。
图3是示出根据第一实施例的预定速度摆动操作中的向量化速度计算的概念图。
图4是示出根据第二实施例的摄像装置的系统配置的框图。
图5是示出根据第三实施例的摄像装置的系统配置的框图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的实施例。
(第一实施例)
图1是示出根据本发明的第一实施例的摄像装置的系统配置的框图。参照图1，变倍透镜组1(变焦透镜)改变焦距并执行变倍。图像稳定透镜组2(移位透镜)通过在与光轴垂直的方向上移动来校正图像模糊(要拍摄的图像的抖动)。焦点调整透镜组3(聚焦透镜)具有焦点调整功能和用于校正由变倍引起的焦平面(focal plane)的移动的所谓的补偿功能。图像传感器4对通过透镜组1、2、3形成的被摄体图像进行光电转换，然后生成图像信号。作为图像传感器4，可以使用例如CCD、CMOS传感器等。照相机信号处理电路5包括模拟信号处理电路和数字信号处理电路。照相机信号处理电路5的模拟信号处理电路通过对由图像传感器4获得的信号执行预定处理来生成模拟摄像信号。例如，模拟信号处理电路包括CDS(相关双采样)电路和AGC(自动增益控制)电路。照相机信号处理电路5的数字信号处理电路利用A/D转换器将模拟摄像信号转换成数字信号，然后生成经过预定信号处理(例如伽马校正处理和白平衡处理)的数字视频信号。
记录器单元6包括用于将视频信号记录在记录介质(例如存储卡、硬盘、DVD或磁带)中的记录设备、用于输出和显示视频信号的显示设备(例如液晶面板或取景器)以及它们的控制电路。
作为抖动检测机构的组件的角速度检测器11和12例如是诸如振动陀螺仪的角速度传感器。角速度检测器11和12具有不同的检测轴。在本实施例中，角速度检测器Y11检测偏航(yaw)方向上的抖动，角速度检测器P12检测俯仰(pitch)方向上的抖动。放大器13和14对分别从角速度检测器Y(偏航方向)11和角速度检测器P(俯仰方向)12输出并代表摄像时的摄像装置的抖动的角速度信号进行放大，然后输出角速度信号。高通滤波器(HPF)15和16具有能够通过例如改变截止频率(cutoff frequency)来改变频率特性的功能。高通滤波器(HPF)15和16截断包括在由放大器Y13和放大器P14放大的角速度信号中的低频分量，然后输出角速度信号。积分器17和18对从高通滤波器(HPF)15和16输出的角速度信号进行积分，从而获得角偏移量。
作为移动检测单元的摆动检测单元19基于从积分器Y17输出的偏航方向角偏移量(角速度检测器11的检测结果)，将摆动确定为摄像装置在预定方向上的视角移动操作。倾斜检测单元20基于从积分器18输出的俯仰方向角偏移量确定倾斜。摆动速度设置单元21设置偏航方向上的摆动速度。摆动速度设置单元21还基于角速度检测器11的输出结果估计并设置摆动目标速度Vt。另外，摆动速度设置单元21根据角偏移量的时间变化率来计算检测速度V。摆动速度设置单元21还根据检测速度V与摆动目标速度Vt之间的差计算校正速度Vc。倾斜速度设置单元22设置俯仰方向上的倾斜速度。倾斜速度设置单元22与摆动速度设置单元21一样，也估计倾斜目标速度Vt、计算检测速度V并计算校正速度Vc。偏航控制目标值生成单元23基于从积分器Y17输出的角偏移量和从摆动速度设置单元21输出的摆动目标速度计算移位透镜2的校正目标值。俯仰控制目标值生成单元24基于从积分器P18输出的角偏移量和从倾斜速度设置单元22输出的倾斜速度计算移位透镜2的校正目标值。驱动单元31、32是驱动电路，用于基于从控制目标值生成单元23、24获得的校正目标值来驱动移位透镜2。上文描述的摆动检测的时机、目标设置以及检测到的速度的计算可以相继发生或者同时发生。本文提供的描述仅出于说明性的目的。
下文将描述从抖动检测到图像稳定的操作。首先，角速度检测器Y11和角速度检测器P12检测照相机的抖动。控制目标值生成单元23、24获得与角速度检测器Y11和角速度检测器P12针对各个轴的检测方向相匹配的图像稳定目标值。驱动单元31、32根据所述图像稳定目标值分别在偏航和俯仰方向上驱动和控制移位透镜2。这使得能够实现光学图像稳定。
在与透镜组1、2、3的光轴垂直的平面上，角速度检测器Y11和角速度检测器P12的检测轴被布置为互相垂直。这使得能够校正照相机在水平(偏航)方向和竖直(俯仰)方向上的旋转抖动。
偏航控制目标值生成电路23基于来自角速度检测器Y11的抖动信号计算偏航方向上的图像稳定量。偏航驱动电路31在与角速度检测器Y11的检测轴方向相同的校正轴方向上驱动移位透镜2，从而执行偏航方向上的图像稳定。类似地，俯仰控制目标值生成电路24基于来自角速度检测器P12的抖动信号计算俯仰方向上的图像稳定量。俯仰驱动电路32在与角速度检测器P12的检测轴方向相同的校正轴方向上驱动移位透镜2，从而执行俯仰方向上的图像稳定。
下文将描述在水平方向上移动照相机的摆动操作。请注意：可以通过替换偏航轴和俯仰轴，以与摆动等同的方式来处理在竖直方向上移动照相机的倾斜操作。因此，下文将描述摆动操作，而省略对倾斜操作的描述。
图2是示出用于实现预定速度的摆动操作的处理的流程图。以预定周期(例如，角速度传感器的检测周期)重复执行该过程。可以只在图像稳定为ON(开)时执行此操作。
在步骤S1001中，角速度检测器Y11检测抖动的角速度。在步骤S1002中，积分器17对抖动的角速度进行积分，从而计算角偏移量。在步骤S1003中，摆动速度设置单元21根据角偏移量的时间变化率计算检测速度V。在步骤S1004中，摆动检测单元19基于角偏移量确定摆动。在步骤S1004中，摆动检测单元19判别角偏移量是否在同一方向上变化。
如果在步骤S1004中摆动检测单元19确定正在执行装置的摆动操作，则处理进行到步骤S1005。如果判断没有正在执行摆动，则处理进行到步骤S1006。在步骤S1005中，摆动速度设置单元21基于角速度检测器Y11的输出结果估计并设置摆动目标速度Vt。在步骤S1006中，摆动目标速度Vt被设置为0。
在步骤S1007中，摆动速度设置单元21根据在步骤S1003中计算出的检测速度V和在步骤S1005中(或者在步骤S1006中)设置的摆动目标速度Vt之间的差，计算校正速度Vc。在步骤S1008中，俯仰控制目标值生成单元23根据在步骤S1007中计算出的校正速度Vc和来自积分器Y17的偏移量/速度值获得校正目标位置，然后校正移位透镜。
图3是示出用于实现预定速度的摆动操作的向量化校正速度的概念图。由虚线表示的向量代表检测速度V。由点划线表示的向量代表用于实现预定速度摆动的目标速度Vt。由实线表示的向量代表校正速度Vc。此时，可以通过等式(1)获得校正速度Vc：
Vc＝Vt-V ...(1)
也就是说，从预定摆动目标速度中减去由传感器检测到的速度，从而获得校正速度。当检测速度V小于目标速度Vt时，在进一步执行摆动的方向上驱动移位透镜2，以便加快移位透镜2的移动。相反，当检测速度V大于目标速度Vt时，在摆动减速的方向上驱动移位透镜2，以便抑制移位透镜2的移动。
下文将描述在步骤S1005中估计摆动目标速度Vt的方法。理想的摆动目标速度Vt是用户期望的视角改变速度的速度。因此，通过获得例如基于由角速度检测器Y11检测到的角速度的角偏移量在预定时间内的平均值，来估计该速度。
作为第一种方法，为了保持预定摆动速度，计算在摆动操作开始之后的预定时间(例如0.5秒)内的移动速度的平均值，然后，将计算出的速度设置为摆动操作期间的目标速度Vt。在摆动操作持续期间，将相同的速度设置为目标速度，从而能够执行预定速度的摆动操作。
作为第二种方法，不仅在开始摆动操作之后，而且还在任何时间都计算预定时间内的平均值，并且周期性地(例如每0.5秒)更新目标速度Vt。在此情况下，即使在用户的摆动操作中发生了速度改变，也能够一直快速地跟随此速度改变，并以预定速度执行平稳的摆动操作。
作为第三种方法，在任何时间都计算预定时间内的平均值，并提供针对目标速度更新的阈值。如果计算出的平均值的变化等于或大于该阈值，则更新目标速度Vt。在第一种方法中，设置固定的目标速度。在第二种方法中，设置可周期性改变的目标速度。但是，在第三种方法中，使用固定目标速度，除非从计算出的平均值获得的速度估计结果发生了较大的变化。只有在发生较大的变化时，才会更新目标速度。按照上述方式，即使在用户的摆动操作中发生了速度变化，基本上也能够执行预定速度的摆动操作，此外，甚至在摆动速度变化较大时也能够执行该操作。请注意：用于计算平均值的预定时间可以是固定时间，或者可以根据摆动速度来改变平均值计算的时间。
下文将描述摆动时的图像稳定控制。当执行摆动时，照相机优选地在其移动方向上以预定速度移动。但是，在与照相机移动的方向(照相机移动方向)垂直的方向上(例如，当照相机在偏航方向上移动时的俯仰方向)，优选地抑制图像模糊。为此，在检测到摆动的方向上(与照相机移动方向平行的方向)，根据摆动目标速度计算校正量。但是，在与检测到摆动的方向垂直的方向上，控制校正，以便尽可能地校正所有检测到的抖动，而不将这些抖动确定为摆动。
如上所述，本实施例所描述的系统基于在摆动(或倾斜)操作时检测到的角偏移量估计摆动目标速度，并利用从目标速度中减去检测速度而获得的校正速度来执行校正，以便视角和观察到的场景以预定速度移动。这使得能够针对用户的手动摆动操作实现接近预定速度的平稳的摆动操作。
(第二实施例)
下文将描述本发明的第二实施例。在第一实施例中，描述了校正摆动的方法，该方法根据检测到的角偏移量的平均值来估计摆动目标速度。在第二实施例中，将说明通过其他方法决定摆动目标速度的示例。
请注意，可以基于第一实施例中描述的图1中所示的系统配置来实现下述方法。也可以通过基于图2中所示的过程的操作(除了图2中步骤S1005的详细的摆动目标速度决定方法之外)，来实现预定速度的摆动操作。
如第一实施例中所述，理想的摆动目标速度是用户期望的视角改变速度的速度。但是，在使用手持照相机摄像时或者在使用三角架进行手动操作时，用户很难达到期望视角，因此，很难估计用户期望的速度。从其他角度考虑问题，认为在很多情况下，从角速度传感器检测到的角偏移量没有反映用户期望的速度。
另一方面，当假定通过使照相机跟随拍摄移动的被摄体的场景时，用户应当移动照相机，以便被跟随的被摄体适应画面。因此，可以计算图像的运动向量，还可以计算目标速度和校正速度，以便在图像中检测到的被摄体位于画面的中心。
图4是示出本实施例中的用于实现上述处理的系统配置的框图。除了该系统包括运动向量检测电路7以外，系统配置与图1所示的系统配置类似。运动向量检测电路7基于从照相机信号处理电路5输出的视频信号检测帧之间的运动向量。检测到的运动向量被输入到摆动速度设置电路21和倾斜速度设置电路22。速度设置电路21、22基于所输入的运动向量决定摆动和倾斜速度。
如本文所述，本实施例的系统基于在摆动(或倾斜)操作中检测到的运动向量计算摆动(或倾斜)目标速度。然后，该系统利用从目标速度中减去检测速度而获得的校正速度执行校正，以便视角和观察到的场景以预定速度移动。这使得能够针对用户的手动摆动操作实现接近预定速度的平稳的摆动操作。
(第三实施例)
下文将描述本发明的第三实施例。在本实施例中，将说明通过与第一和第二实施例中所描述的方法不同的方法来决定摆动目标速度的示例。
请注意，也可以基于第一实施例中描述的图1中所示的系统配置来实现下述方法。也可以通过基于图2中所示的过程的操作(除了图2中步骤S1005的详细的摆动目标速度决定方法之外)，来实现预定速度的摆动操作。
摆动操作是用户有意地突然从静止状态移动照相机的摄像方法。只有用户知道移动照相机的定时。另外，摆动速度根据用户的意愿而定，因此很难估计。
在本实施例中，预先存储了多个目标速度初始值(例如，高速摆动、中速摆动、低速摆动以及超低速摆动)。紧接在摆动检测之后，一个初始值被设置为目标速度(初始速度设置)。在此之后，在摆动操作的过程中，最初设置的目标速度可以被继续用作固定速度。另外，如第一实施例所描述，可以根据用户操作基于角偏移量的平均值估计目标速度，并连续更新目标速度。
图5是示出本实施例中的用于实现上述处理的系统配置的框图。除了该系统包括初始速度存储电路8以外，该系统配置与图1所示的系统配置类似。初始速度存储电路8预先存储摆动目标速度的初始值。当摆动检测单元19或倾斜检测单元20检测摆动操作或倾斜操作时，存储在初始速度存储电路8中的摆动目标速度的初始值和倾斜目标速度的初始值被读出。然后，摆动速度设置电路21和倾斜速度设置电路22决定目标速度。
另外，可以提供摄像预演模式。可以基于预演模式中的摆动操作预先决定摆动目标速度的初始值，并将该初始值存储在初始速度存储电路8中。在此情况下，当在摄像模式下执行摄像，并检测到摆动时，作为初始值被存储在预演模式中的初始速度就被读出。
如上所述，本实施例的系统将存储在摆动(或倾斜)操作中的目标速度初始值决定为摆动(或倾斜)目标速度。然后，系统利用从目标速度中减去检测速度而获得的校正速度来执行校正，以便画面以预定速度移动。这使得能够针对用户的手动摆动操作实现接近预定速度的平稳的摆动操作。
其他实施例
本发明的实施例还可以通过系统或装置的、用于读出并执行记录在存储介质(例如，非易失性计算机可读存储介质)上的计算机可执行指令以执行本发明的一个或多个上述实施例的功能的计算机来实现，本发明的实施例也可以通过系统或装置的计算机例如通过从存储介质中读出并执行计算机可执行指令以执行本发明的一个或多个上述实施例的功能的方法来实现。该计算机可以包括中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)及其他电路中的一个或多个，也可以包括独立计算机或独立计算机处理器的网络。该计算机可执行指令可以从例如网络或存储介质提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统存储器、光盘(例如压缩盘(CD)、数字化通用盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM)、闪存设备、存储卡等中的一个或多个。
虽然参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围应当给予最宽的解释，以使其涵盖所有变型、等同结构和功能。

Claims (9)

1.一种摄像装置，其特征在于，所述摄像装置包括：
抖动检测单元，用于检测所述摄像装置的抖动；
图像稳定单元，用于校正要拍摄的图像的抖动；
摆动检测单元，用于基于所述抖动检测单元的检测结果检测是否正在执行摆动操作；
速度设置单元，用于设置所述摆动操作的目标速度；
计算单元，用于基于所述目标速度以及检测到的抖动的速度，计算所述图像稳定单元的校正量；
控制单元，用于在正执行摆动操作时，基于所述校正量来控制所述图像稳定单元的移动；以及
存储单元，用于预先存储多个初始速度，并且
紧接在所述摆动检测单元检测到正在执行所述摆动操作之后，所述速度设置单元将存储在所述存储单元中的所述初始速度中的一个设置为所述摆动操作的目标速度。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述计算单元基于所述目标速度与所述抖动检测单元检测到的抖动的速度之间的差，来计算所述图像稳定单元的校正量，并且
在所述摆动检测单元检测到正在执行所述摆动操作的情况下，所述控制单元基于所述校正量来控制所述图像稳定单元的移动。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述控制单元针对要在与所述摆动操作的视角的移动方向垂直的方向上拍摄的图像的抖动，基于所述抖动检测单元检测到的抖动量，来控制所述图像稳定单元的移动。
4.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，所述抖动包括角向运动，所述抖动检测单元包括角速度检测器，该角速度检测器用于检测所述摄像装置的抖动的角速度。
5.根据权利要求4所述的摄像装置，其中，所述速度设置单元基于根据所述抖动检测单元检测到的角速度而获得的视角的移动速度的平均值，来估计所述摆动操作的目标速度。
6.根据权利要求1所述的摄像装置，还包括运动向量检测单元，该运动向量检测单元用于根据拍摄的图像信号检测图像的运动向量，并且
所述速度设置单元基于所述运动向量检测单元检测到的运动向量计算所述摆动操作的目标速度。
7.根据权利要求1所述的摄像装置，所述摄像装置还包括初始速度设置单元，该初始速度设置单元用于基于预操作计算视角移动操作的目标速度并将该目标速度作为初始速度存储在存储单元中，并且
紧接在所述摆动检测单元检测到正在执行摆动操作之后，所述速度设置单元将所述初始速度设置为所述摆动操作的目标速度。
8.根据权利要求1所述的摄像装置，所述摄像装置还包括显示单元，该显示单元用于显示所述摆动操作的目标速度与所述抖动检测单元检测到的抖动的速度之间的差。
9.一种摄像装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
抖动检测步骤，检测所述摄像装置的抖动；
图像稳定步骤，校正要拍摄的图像的抖动；
摆动检测步骤，基于所述抖动检测步骤检测是否正在执行摆动操作；
速度设置步骤，设置所述摆动操作的目标速度；
计算步骤，基于所述目标速度以及检测到的抖动的速度计算所述图像稳定步骤的校正量；
控制步骤，在正执行所述摆动操作时，基于所述校正量来控制所述图像稳定步骤；以及
存储步骤，预先存储多个初始速度，并且
紧接在所述摆动检测步骤检测到正在执行所述摆动操作之后，在所述速度设置步骤中将所述存储步骤中存储的所述初始速度中的一个设置为所述摆动操作的目标速度。
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