JP2007147804A - 動画撮影装置、制御方法および制御プログラム - Google Patents

動画撮影装置、制御方法および制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】動画撮影時において被写体が中央から外れた場合でも、ピントがぼけることなく継続して撮影を行う。
【解決手段】被写体までの距離を測定し、前記被写体までの距離に基づいて、当該被写体に焦点を合わせるべく、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス動作を行うに際し、パーン速度、ティルト速度あるいはロール速度のうち少なくともいずれか一つを回動速度として検出し、検出した回動速度が全て所定の基準速度未満である場合にはオートフォーカスロック動作を行わせる。
【選択図】図3

Description

本発明は、動画撮影装置、制御方法及び制御プログラムに係り、特にオートフォーカス機構を有する動画撮影装置におけるオートフォーカス制御技術に関する。
従来より動画を撮影するディジタルビデオカメラなどの動画撮影装置においては、自動的に被写体との距離を測りレンズの位置を調節して焦点を合わせることができるオートフォーカス機構が知られている(例えば、特許文献1参照)。
オートフォーカス機構は、ユーザがマニュアルで焦点を合わせることなく自動的に焦点が合わせられるため、動画撮影装置の操作を飛躍的に簡略化することができる。
ところで、従来の動画撮影装置においては、レンズが向いている方向に存在する被写体に対し、オートフォーカス機構を動作させて撮影を行うようになっていた。
特開平6−217180号公報
このような従来の動画撮影装置においては、動いている被写体に追尾するために中央測距を用いて撮影を行っている場合、被写体が中央から外れると、背景に焦点を合わせることとなり、いわゆる、ピントのぼけた画像が得られることとなる。
そこで、本発明の目的は、動画撮影時において被写体が中央から外れた場合でも、ピントがぼけることなく継続して撮影を行うことが可能な動画撮影装置、制御方法および制御プログラムを提供することにある。
上記課題を解決するため、動画撮影装置は、被写体までの距離を測定し、前記被写体までの距離に基づいて、当該被写体に焦点を合わせるべく、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス動作を行うオートフォーカス機構部と、パーン速度、ティルト速度あるいはロール速度のうち少なくともいずれか一つを回動速度として検出する回動速度検出部と、検出した回動速度が全て所定の基準速度未満である場合には前記レンズを合焦点位置で保持させるオートフォーカスロック動作を行わせるオートフォーカス制御部と、を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、オートフォーカス機構部は、被写体までの距離を測定し、被写体までの距離に基づいて、当該被写体に焦点を合わせるべく、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス動作を行う。
このオートフォーカス動作に際し、回動速度検出部は、パーン速度、ティルト速度あるいはロール速度のうち少なくともいずれか一つを回動速度として検出し、オートフォーカス制御部は、検出した回動速度が全て所定の基準速度未満である場合にはオートフォーカスロック動作を行わせる。
この場合において、前記オートフォーカス制御部は、検出し回動速度が前記基準速度以上である場合には前記オートフォーカス動作を再度行わせるようにしてもよい。
また、手ぶれ量を検出する手ぶれ量検出部と、前記手ぶれ量が所定の基準手ぶれ量以上である場合には、前記オートフォーカス動作を再度行わせるようにしてもよい。
さらに、前記被写体の当該動画撮影装置に対する相対的な移動に伴って、動体予測制御が必要か否かを判別する動体予測判別部と、前記動体予測制御が必要と判断された場合に前記オートフォーカスロック状態を解除し、前記動体予測制御を行う動体予測制御部と、を備えるようにしてもよい。
さらにまた、前記手ぶれ量検出部は、ジャイロセンサ備え、当該ジャイロセンサが出力した角速度検出信号に基づいて前記手ぶれ量を検出するようにしてもよい。
また、前記回動速度検出部は、ジャイロセンサ備え、当該ジャイロセンサが出力した角速度検出信号に基づいてパーン速度、ティルト速度あるいはロール速度を検出するようにしてもよい。
また、被写体に自動的に焦点を合わせ、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス機構を備えた動画撮影装置の制御方法において、パーン速度、ティルト速度あるいはロール速度のうち少なくともいずれか一つを回動速度として検出する回動速度検出過程と、検出した回動速度が全て所定の基準速度未満である場合には前記レンズを合焦点位置で保持させるオートフォーカスロック動作を行わせるオートフォーカス制御過程と、を備えたことを特徴としている。
また、被写体に自動的に焦点を合わせ、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス機構と、パーン速度、ティルト速度あるいはロール速度のうち少なくともいずれか一つを回動速度として検出する回動速度検出部と、を備えた動画撮影装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムにおいて、前記回動速度を検出させ、検出した回動速度が全て所定の基準速度未満である場合には前記レンズを合焦点位置で保持させるオートフォーカスロック動作を行わせる、ことを特徴としている。
次に本発明の最適な実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施の形態では、電子機器の一態様としての携帯型ディジタルビデオカメラ(以下、単に「ディジタルビデオカメラ」と言う)に本発明を適用した場合について説明する。
図1は、実施形態のディジタルビデオカメラの概要構成ブロック図である。
ディジタルビデオカメラ1は、図1に示すように、制御部10、撮影部20、手ぶれ量検出部30、操作部40、リムーバブルメディア50、I/F部51および映像出力端子52を備えている。
制御部10は、ディジタルビデオカメラ1の各部を制御する制御手段として機能するものであり、各種プログラムの実行や演算処理を行うCPU11と、このCPU11が実行する制御プログラム100や各種データを格納する書換可能なフラッシュROM(以下、単に「ROM」と言う)12と、CPU11の演算結果や各種データを一時的に格納するためのワークエリアとして機能するRAM13と、セルフタイマ撮影などにおいて計時を行うタイマ回路14とを備えている。また、上記ROM12に格納された制御プログラム100にはオートフォーカス補正を実現するための動画表示処理プログラムが含まれている。
この制御プログラム100は例えばCD−ROMやDVD−ROM、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体60に記録して配布することが可能である。さらに、パーソナルコンピュータと本携帯型ビデオカメラ1とを通信可能にケーブル等で接続し、パーソナルコンピュータで読み取られた記録媒体60の制御プログラム100をディジタルビデオカメラ1に出力することで、フラッシュROM12に制御プログラム100を格納することも可能である。
次いで、撮影部20は被写体を動画として撮影するものであり、カメラコントロール回路21、撮影カメラ22、撮影部RAM23および表示パネル24を備えている。カメラコントロール回路21は、制御部10の制御の下、撮影部20の各部を制御するものである。また、撮影カメラ22は、CCDセンサあるいはCMOSイメージセンサで撮像を行い、対応する画像データをカメラコントロール回路21に出力する。この場合において、CCDやCMOSイメージセンサにおいては、光電変換素子が2次元にマトリクス状或いはハニカム状に配置されている。また、撮像カメラ22は、複数の光学レンズを有してなる光学レンズ系、この光学レンズ系を駆動してズーム、フォーカスなどを実現するためのレンズ駆動装置、自動露光を行うために絞り等を実現するための絞り駆動装置、CCDやCMOSイメージセンサにて取得されたアナログ信号をデジタル信号に変換して画像データとして出力するA/D変換回路等を備えて構成されている。
撮影部RAM23は、画像データを一時的に格納するものである。
また、表示パネル24は撮影された静止画や設定画面等の各種情報を表示するものであり、例えば液晶ディスプレイパネルや有機ELパネル等のフラットディスプレイパネルにより構成されている。
リムーバブルメディア50は撮影時の動画データを格納するものであり、例えばビデオテープ、記録可能な光学ディスク、リムーバルハードディスクにより構成されている。
このような構成の下、撮影カメラ22から出力されたフレームの画像データはカメラコントロール回路21にて所定の画像処理がなされた後、撮影部RAM23に一時的に格納され、また、制御部10を介してリムーバルメディア50に動画データとして順次可能される。そして、撮像部RAM23に格納された画像データは表示パネル24に撮影動画をライブビュー表示する際に用いられ、また、リムーバブルメディア50に格納された動画データは撮影後に撮影動画を表示(再生)する際に用いられる。
図2は、角速度の軸の説明図である。
角速度検出部30は、上記手ぶれ量を検出する手ぶれ量検出手段として機能するものである。具体的には、角速度検出部30は、図2に示すように、フレーム70の高さ方向(以下、X軸と定義する)の移動と、横方向(以下、Y軸と定義する)の移動および奥行き方向(以下、Z軸と定義する)のそれぞれの角速度を個別に検出すべく、図1に示したように、X軸ジャイロセンサ31、Y軸ジャイロセンサ32およびZ軸ジャイロセンサ33の3つのジャイロセンサを有し、それぞれのジャイロセンサ31、32、33が角速度に応じた電圧値の角速度検出信号を制御部10に出力する。
制御部10は、フレーム70のサンプリング周期と同期して各ジャイロセンサ31、32、33の角速度検出信号を取り込み、X軸、Y軸、Z軸のそれぞれについて積算角速度量に対応してパーン速度、ティルト速度およびロール速度(回動速度)並びに手ぶれ量を算出する。
本実施形態においては、ジャイロセンサ31、32、33を用い、所定のサンプリング期間における積分角速度(回動速度)、ひいては、所定のサンプリング期間における、パーン速度Vp、ティルト速度Vt、ロール速度Vr、手ぶれ量θ(X軸方向手ぶれ量θx、Y軸方向手ぶれ量θyおよびZ軸方向手ぶれ量θz)を算出しているが、ジャイロセンサ31、32、33の個体差等によって角速度(rad/秒)がゼロの場合の角速度検出信号の電圧値が異なるため、本実施形態では、本体の電源が投入された後、撮影を開始する前までに、各ジャイロセンサ31、32、33の角速度検出信号をサンプリングして、その平均値をゼロ点電圧値として設定している。このとき、一定時間に亘り複数のゼロ点電圧値を求め、これらのゼロ点電圧値の平均値との差が所定値以下のゼロ点電圧値が一定割合(例えば99%)以上得られた場合に、そのゼロ点電圧値の平均値を実際のゼロ点電圧値として設定する構成としており、これにより本体が停止状態であるときのゼロ点電圧値を設定可能となる。
操作部40は、ユーザによって操作される複数の操作子を有し、例えば電源ボタンや撮影開始/終了等の各種指示を入力するための操作キー等を有している。I/F部51は本スチルカメラ1をパーソナルコンピュータとケーブル等で通信可能に接続するためのインターフェースであり、リムーバルメディア50に格納された画像データをパーソナルコンピュータに出力する際には当該画像データがI/F部51を介してパーソナルコンピュータに出力される。映像出力端子52は、テレビやプロジェクタなどの外部ディスプレイ装置に画像データに対応する映像信号を出力するための端子である。なお、本スチルカメラ1は、上述の構成要素の他にも、音声信号を取り込み記録・再生するためのオーディオ回路や、音声信号を外部スピーカや外部アンプ等に出力するための音声出力端子などを備えている。
次に動作を説明する。
図3は実施形態の処理フローチャートである。
制御部10のCPU11は、操作部40の図示しない撮影ボタンが押されたか否かを判別する(ステップS11)。
ステップS11の判別において、未だ撮影ボタンが押されていない場合には(ステップS11;No)、待機状態となる。
ステップS11の判別において、撮影ボタンが押された場合には(ステップS11;Yes)、CPU11は、中央測距し(ステップS12)、画面中央に位置する被写体までの相対距離を測定する。
続いてCPU11は、中央測距の結果に基づいてカメラコントロール回路21を制御し、自動焦点(オートフォーカス)制御を行わせ(ステップS13)、撮影を行う(ステップS14)。
ディジタルビデオカメラのオートフォーカス制御方法としては、赤外線方式・超音波方式・位相差検出方式などがあったが、現在では、インナーフォーカスの映像検出方式が採用されている。映像検出方式の基本原理は、撮影した画像の周波数成分を分析し、ピントが合えば、高周波成分が増えることを利用している。
この映像検出方式によれば、中央測距を行う場合、実際にレンズを駆動し、撮影している画像の中心部分の画像の高周波成分がもっとも増加した位置を合焦点としている。
続いてCPU11は、CPU11は、角速度検出部30からの出力信号に基づいて所定のサンプリング期間における積分角速度を検出する。
制御部10における積分角速度の算出について簡単に説明すると、制御部10は上記角速度検出信号に基づいて角速度(rad/秒)を算出し、この角速度(rad/秒)を所定のサンプリング間隔(秒)で積分することで積分角速度Σ(rad/秒)を算出する。実際には、制御部10は、積分角速度として、X軸方向積分角速度Σx、Y軸方向積分角速度ΣyおよびZ軸方向積分角速度Σzを算出する。
続いてCPU11は、X軸方向積分角速度ΣxおよびY軸方向積分角速度Σyに基づいてディジタルビデオカメラの回動動作(パーン動作、ティルト動作あるいはロール動作)における単位時間当たりの回動量が基準回動量を超えたか否かを判別する(ステップS15)。
ここで、パーン動作とは、図2に示したY軸に平行な軸を中心としてディジタルビデオカメラを回動させる動作であり、ティルト動作とは、図2に示したX軸に平行な軸を中心としてディジタルビデオカメラを回動させる動作であり、ロール動作とは、図2に示したZ軸に平行な軸を中心としてディジタルビデオカメラを回動させる動作である。
ステップS15の判別において、ディジタルビデオカメラにおいて、パーン動作、ティルト動作あるいはロール動作の単位時間当たりの回動量が各動作における基準回動量を超えた場合には、ユーザは景色などを撮っているものであると判断して、中央測距し(ステップS16)、画面中央に位置する被写体までの相対距離を測定する。
続いてCPU11は、中央測距の結果に基づいてカメラコントロール回路21を制御し、自動焦点(オートフォーカス)制御を行わせ(ステップS17)、撮影を行う(ステップ
S14)。そして、画像データを撮影部RAM23に一時的に取り込むとともに、制御部10の制御下でリムーバブルメディア50に記録することとなる。
ステップS15の判別において、ディジタルビデオカメラにおいて、パーン動作、ティルト動作あるいはロール動作の単位時間当たりの回動量が各動作における基準回動量未満である場合には、ユーザは被写体を追尾して撮影を行っていると判断して、CPU11は、カメラコントロール回路21を制御し、自動焦点(オートフォーカス)ロック制御を行わせる(ステップS18)。
図4は、オートフォーカスロック状態における撮影状態の説明図である。
具体的には、図4に示すように、被写体OBが図中、左から右側に移動している場合に、途中で中心(中央測距の測定位置)からずれた場合でも、オートフォーカスロック状態にあるため、ピンぼけすることなく撮影を継続することが可能となる。
この場合において、CPU11は、被写体OBの動きを検出し、動体予測制御が必要か否かを判別して、動体予測制御が必要と判断された場合にオートフォーカスロック状態を解除し、動体予測をしつつ、再びオートフォーカス制御を行うこととなる。
続いてCPU11は、算出したX軸方向積分角速度ΣxおよびY軸方向積分角速度Σyに基づいてX軸方向手ぶれ量θx(mm)およびY軸方向手ぶれ量θy(mm)を算出し、X軸方向手ぶれ量θxおよびY軸方向手ぶれ量θyの少なくともいずれか一方が許容値を越えているか否かを判別する(ステップS19)。この場合において、この許容値は、ズーム倍率、シャッタ速度などの撮影条件によって適宜設定されている。
ステップS19の判別において、X軸方向手ぶれ量θxおよびY軸方向手ぶれ量θyの少なくともいずれか一方が許容値を越えている場合には(ステップS19;Yes)、オートフォーカス補正処理に移行する(ステップS20)。
図5は、オートフォーカス補正処理の原理説明図である。
図5に示すように、手ぶれがない場合の合焦点位置Pおよび手ぶれが生じた場合の合焦点位置P1との差DFと、ディジタルビデオカメラ11のCCDの手ぶれに起因する移動量DXと、の間には、相関関係がある。従って、ディジタルビデオカメラ11の手ぶれに起因する移動量DXが検出できれば、合焦点位置を位置Pから位置P1に補正することができるはずである。
図6は、Y軸方向におけるオートフォーカス補正処理の説明図である。
図7は、X軸方向におけるオートフォーカス補正処理の説明図である。
オートフォーカス補正処理において、CPU11は、算出したX軸方向手ぶれ量θxおよびY軸方向手ぶれ量θyに基づいてオートフォーカス補正量ΔLを算出する。
具体的には、まず、図6に示すように、Y軸方向手ぶれ量θyに基づいてY軸方向のオートフォーカス補正量ΔLyを次式により算出する。
ΔLy=L−L/cosθy
この結果、Y軸方向についてのみ手ぶれ量を補正した見かけ上の被写体OB1までの距離L1は次式の通りとなる。
L1=L+ΔLy
続いてCPU11は、図7に示すように、X軸方向手ぶれ量θxおよび見かけ上の被写体OB1までの距離L1に基づいてX軸方向のオートフォーカス補正量ΔLxを次式により算出する。
ΔLx=L1−L1/cosθx
これらの結果に基づいて、CPU11は、オートフォーカス補正量ΔLを算出する。
ΔL=ΔLx+ΔLy
そして、CPU11は、カメラコントロール回路21を制御し、オートフォーカス補正量ΔLに基づいて、オートフォーカス補正処理を行わせ、ステップS13で求めた合焦点位置からオートフォーカス補正量ΔLだけずらした位置を新たな合焦点位置とする。そして、補正後の新たな合焦点位置に基づいて撮影を行う(ステップS14)。
そして、画像データを撮影部RAM23に一時的に取り込むとともに、制御部10の制御下でリムーバブルメディア50に記録することとなる。
以上の説明のように、本実施形態によれば、検出したパーン速度、ティルト速度およびロール速度が全て所定の基準速度未満である場合にはオートフォーカスロック動作を行わせるので、被写体が測距対象位置(中央測距における画像中央部)からずれた場合でもピントの合った画像を得ることが可能となる。
以上の説明では、合焦点位置の検出にインナーフォーカスの映像検出方式を用いた場合について説明したが、 オートフォーカス位置の検出方法としては、様々な方法用いることが可能である。すなわち、レーダーと同様の原理で、対象物(被写体)に赤外線・超音波などを照射し、その反射波が戻るまでの時間や照射角度により距離を検出するアクティブ検出法や、位相差検出法などのパッシブ検出法も適用が可能である。
以上の説明では、回動速度としてパーン速度、ティルト速度およびロール速度の全てを検出していたが、パーン速度、ティルト速度あるいはロール速度のうち少なくともいずれか一つを回動速度として検出し、検出した回動速度が全て所定の基準速度未満である場合にはオートフォーカスロック動作を行わせるように構成することも可能である。
以上の説明では、ディジタルビデオカメラについて説明したが、携帯電話に設けられた動画撮影可能なカメラや、PDA一体型動画カメラなど他の動画を撮影可能な電子光学機器に適用が可能である。
以上の説明では、角速度に基づいて回動量、ぶれ量を検出する構成を例示したが、これに限らず、加速度センサを用いて回動量、ぶれ量を検出する構成としても良い。
実施形態のディジタルビデオカメラの概要構成ブロック図である。 角速度の軸の説明図である。 実施形態の処理フローチャートである。 オートフォーカスロック状態における撮影状態の説明図である。 オートフォーカス補正処理の原理説明図である。 Y軸方向におけるオートフォーカス補正処理の説明図である。 X軸方向におけるオートフォーカス補正処理の説明図である。
符号の説明
1…ディジタルビデオカメラ、10…制御部(手ぶれ量検出部、オートフォーカス補正部)、11…CPU(オートフォーカス制御部、手ぶれ量検出部、オートフォーカス補正部)、20…撮影部、21…カメラコントロール回路(オートフォーカス機構部)、22…撮影カメラ(オートフォーカス機構部)、24…表示パネル、30…角速度検出部(手ぶれ量検出部)、50…リムーバルメディア、60…記録媒体、70…フレーム。

Claims (8)

  1. 被写体までの距離を測定し、前記被写体までの距離に基づいて、当該被写体に焦点を合わせるべく、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス動作を行うオートフォーカス機構部と、
    パーン速度、ティルト速度あるいはロール速度のうち少なくともいずれか一つを回動速度として検出する回動速度検出部と、
    検出した前記回動速度が全て所定の基準速度未満である場合には前記レンズを合焦点位置で保持させるオートフォーカスロック動作を行わせるオートフォーカス制御部と、
    を備えたことを特徴とする動画撮影装置。
  2. 請求項1記載の動画撮影装置において、
    前記オートフォーカス制御部は、検出した前記回動速度が前記基準速度以上である場合には前記オートフォーカス動作を再度行わせることを特徴とする動画撮影装置。
  3. 請求項1または請求項2記載の動画撮影装置において、
    手ぶれ量を検出する手ぶれ量検出部と、
    前記手ぶれ量が所定の基準手ぶれ量以上である場合には、前記オートフォーカス動作を再度行わせることを特徴とする動画撮影装置。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の動画撮影装置において、
    前記被写体の当該動画撮影装置に対する相対的な移動に伴って、動体予測制御が必要か否かを判別する動体予測判別部と、
    前記動体予測制御が必要と判断された場合に前記オートフォーカスロック状態を解除し、前記動体予測制御を行う動体予測制御部と、
    を備えたことを特徴とする動画撮影装置。
  5. 請求項3記載の動画撮影装置において、
    前記手ぶれ量検出部は、ジャイロセンサ備え、当該ジャイロセンサが出力した角速度検出信号に基づいて前記手ぶれ量を検出することを特徴とする動画撮影装置。
  6. 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の動画撮影装置において、
    前記回動速度検出部は、ジャイロセンサ備え、当該ジャイロセンサが出力した角速度検出信号に基づいてパーン速度、ティルト速度あるいはロール速度を検出することを特徴とする動画撮影装置。
  7. 被写体に自動的に焦点を合わせ、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス機構を備えた動画撮影装置の制御方法において、
    パーン速度、ティルト速度あるいはロール速度のうち少なくともいずれか一つを回動速度として検出する回動速度検出過程と、
    検出した前記回動速度が全て所定の基準速度未満である場合には前記レンズを合焦点位置で保持させるオートフォーカスロック動作を行わせるオートフォーカス制御過程と、
    を備えたことを特徴とする動画撮影装置の制御方法。
  8. 被写体に自動的に焦点を合わせ、レンズを合焦点位置に駆動するオートフォーカス機構と、パーン速度、ティルト速度あるいはロール速度のうち少なくともいずれか一つを回動速度として検出する回動速度検出部と、を備えた動画撮影装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムにおいて、
    前記回動速度を検出させ、
    検出した前記回動速度が全て所定の基準速度未満である場合には前記レンズを合焦点位置で保持させるオートフォーカスロック動作を行わせる、
    ことを特徴とする制御プログラム。

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