JP2008128674A - 角速度較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラに取り付けられた角速度センサの傾きを検出し、さらに角速度センサの出力を較正する。
【解決手段】カメラ１２を回転台１０に載置して回転させ、角速度センサ１４、１６で角速度を検出するとともにＣＺＰチャート２０を撮影する。角速度センサ１４、１６の出力からカメラの動きを点光源の撮像面上での移動軌跡として表し、移動軌跡の傾きと撮影画像のフーリエ変換のゼロクロスラインの傾きとを比較することでイメージセンサに対する角速度センサ１４、１６の相対的傾き角を算出する。
【選択図】図１２

Description

本発明は角速度検出システムを有するカメラにおいて、角速度の検出軸を較正する方法に関する。

ジャイロセンサ等の角速度センサを使用する場合、機器に取り付ける位置や取り付け角度は高精度に調整される必要がある。しかしながら、実際の取り付け工程において量産品の全てにおいて精度を確保することは困難であり、角速度センサの取り付けに傾きが生じ、このために角速度センサ出力が本来出力されるべき値とは異なる場合がある。デジタルカメラにおいては角速度センサは主に手ぶれ防止のために用いられ、角速度センサの出力に応じて光学レンズを駆動する、あるいはイメージセンサを振動させる等の方法で実現されている。そして、高精度で手ぶれを防止するには、角速度センサの出力から手ぶれ時のカメラの動きを正確に把握する必要がある。

下記の特許文献１には、ＣＣＤから出力される画像信号から各フィールドの差分動きベクトルを求め、差分動きベクトルに基づいて角速度ゼロを検出し、その検出結果に基づいてオフセット電圧を設定することが開示されている。

また、特許文献２には、ラインセンサから出力される画像信号に対する点拡がり関数を求め、当該点拡がり関数に基づいてラインセンサの位置ずれを電気的に補正することが開示されている。

特開平５−１４８０１号公報 特開平５−３３６３１３号公報

しかしながら、上記のいずれにおいても、角速度センサの傾きを高精度に較正するには十分ではない。特に、角速度センサを手ぶれ防止に用いる際には、高い精度で傾き較正がなされていることが必要である。また、イメージセンサも傾いている可能性もあるため、イメージセンサの傾きをも考慮して較正を行なう必要もある。

本発明の目的は、カメラに設けられる角速度センサとイメージセンサの傾きとを高精度に検出、算出して、それらを較正することにある。

本発明は、角速度検出システムを有するカメラにおいて、角速度の検出軸を較正する方法であって、前記カメラを基準軸回りに回転させたときの角速度出力に基づいて、カメラの動きを撮像面における点光源の移動軌跡として算出する工程と、前記移動軌跡の傾きを算出する工程と、前記傾きに基づいて前記角速度センサの出力を較正する工程とを有することを特徴とする。

また、本発明は、カメラを左右方向に貫くＸ軸及びカメラを上下方向に貫く前記Ｘ軸に垂直なＹ軸の各軸回りに回転させたときの、前記Ｘ軸回りの角速度及び前記Ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサの出力を取得する工程と、前記カメラを回転中に所定画像を撮影する工程と、前記出力から前記カメラの動きを撮像面上の点光源の移動軌跡として算出する工程と、前記移動軌跡の傾きから前記角速度センサの傾きを算出する工程と、撮影して得られた前記画像から前記カメラのイメージセンサの傾きを算出する工程と、前記イメージセンサの傾きと前記角速度センサの傾きから前記イメージセンサに対する前記角速度センサの相対的傾き角を算出する工程と、前記相対的傾き角に基づいて前記角速度センサの出力を較正する工程と、較正された前記角速度センサの出力から前記イメージセンサ上の点光源の移動軌跡を再算出し、さらに点拡がり関数（ＰＳＦ）を算出する工程とを有することを特徴とする。なお、ＰＳＦとは、移動軌跡をイメージセンサの各ピクセル毎の輝度分布関数として表現したものである。

本発明によれば、カメラに取り付けられた角速度センサとイメージセンサとの傾きを高精度に算出、検出し、また、傾いた角速度センサの出力を較正することで正確な角速度を得ることができる。本発明により角速度を較正すると、例えば撮影時の手ぶれ防止の精度が向上する等の利点がある。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

＜角速度センサの傾き算出＞
本実施形態では、デジタルカメラに角速度センサの一例として取り付けられたジャイロセンサの傾きを、当該デジタルカメラを回転台上に載置し、所定の軸回りにのみ回転させた場合の他軸感度を利用して算出する。例えば、ピッチ（pitch）、ロール（roll）、ヨー（yaw）の各回転軸で回転させるものとする。このとき、回転台がピッチ方向のみに回転した場合、デジタルカメラに取り付けられたピッチ方向の角速度を検出するジャイロセンサのみから出力されるべきであるところ、ジャイロセンサが傾いて取り付けられている場合にはヨー方向の角速度も出現することになる。これが他軸感度であり、この他軸に出現する出力を用いてジャイロセンサの傾きを算出する。

図１に、ジャイロセンサの傾きを検出する場合の基本構成を示す。回転台１０上にカメラ１２及びジャイロセンサ１４、１６、１８が載置される。ジャイロセンサ１４はカメラ１２のヨー方向の角速度を検出し、ジャイロセンサ１６はピッチ方向の角速度を検出し、ジャイロセンサ１８はロール方向の角速度を検出する。また、図では説明を分かり易くするためにカメラ１２と各ジャイロセンサ１４、１６、１８とは別個に示されているが、ジャイロセンサ１４、１６、１８がカメラ１２内に装着されていてもよいのは言うまでもない。図１では、回転台１０が回転することでカメラ１２及び各ジャイロセンサ１４、１６、１８がヨー方向、すなわち矢印１００方向に回転する。図２に、図１においてカメラ１２及びジャイロセンサ１４、１６、１８を９０度回転させて回転台１０上に載置した状態を示す。この状態では、回転台１０が回転することでカメラ１２及びジャイロセンサ１４、１６、１８はピッチ方向に回転する。

図３に、図１に示す構成のうちジャイロセンサ１４が傾いている場合の角速度ベクトルの成分を示す。ヨー方向の角速度を検出するジャイロセンサ１４の検出軸がθｙａｗだけ傾いている場合、本来検出されるべき角速度ω_Ｙは、ω_Ｙｃｏｓθｙａｗとして検出されることになる。また、図４に、図２に示す構成のうちジャイロセンサ１４が傾いている場合の角速度ベクトルの成分を示す。ヨー方向の角速度を検出するジャイロセンサ１４の検出軸がθｙａｗだけ傾いている場合、本来検出されるはずのない角速度ω_Ｘのうち、ω_Ｘｓｉｎθｙａｗが検出されることになる。

図５に、図３及び図４の角速度ベクトルを合わせて示す。ω_Ｘ及びω_Ｙが作用する場合のジャイロセンサ１４の出力ωｙａｗは、
ωｙａｗ＝ω_Ｙｃｏｓθｙａｗ＋ω_Ｘｓｉｎθｙａｗ

また、図６に、ピッチ方向の角速度を検出するジャイロセンサ１６の検出軸がθｐｉｔｃｈだけ傾いている場合に、ω_Ｘ及びω_Ｙが作用する場合のジャイロセンサ１６の出力ωｐｉｔｃｈは、
ωｐｉｔｃｈ＝ω_Ｙｓｉｎθｐｉｔｃｈ＋ω_Ｘｃｏｓθｐｉｔｃｈ
となる。上記の式より、
ω_Ｘ＝（−ωｙａｗｓｉｎθｐｉｔｃｈ＋ωｐｉｔｃｈｃｏｓθｙａｗ）／ｃｏｓ（θ ｙａｗ＋θｐｉｔｃｈ）、及び
ω_Ｙ＝（ωｙａｗｃｏｓθｐｉｔｃｈ−ωｐｉｔｃｈｓｉｎθｙａｗ）／ｃｏｓ（θｙ ａｗ＋θｐｉｔｃｈ）
が得られる。ω_Ｘ及びω_Ｙは、ジャイロセンサ１４及びジャイロセンサ１６に傾きがなく正確に取り付けられている場合に得られる真の角速度である。ωｙａｗ及びωｐｉｔｃｈは測定値であり、ジャイロセンサ１４、１６の出力である。したがって、θｙａｗ及びθｐｉｔｃｈが得られれば、ωｙａｗ及びωｐｉｔｃｈからω_Ｘ及びω_Ｙが得られることになる。そして、θｙａｗ及びθｐｉｔｃｈは、ジャイロセンサ１４、１６の出力から得られる、カメラの動きを撮像面での点光源の移動軌跡として表したデータから算出することができる。

図７Ａに、図１の構成において、回転台１０を回転させた場合のジャイロセンサ１４の出力ωｙａｗの時間変化を示す。また、図７Ｂに、同じ条件で回転させた場合のジャイロセンサ１６の出力ωｐｉｔｃｈの時間変化を示す。上記の式
ωｙａｗ＝ω_Ｙｃｏｓθｙａｗ＋ω_Ｘｓｉｎθｙａｗ
ωｐｉｔｃｈ＝ω_Ｙｓｉｎθｐｉｔｃｈ＋ω_Ｘｃｏｓθｐｉｔｃｈ
において、ω_Ｘ＝０とすることに対応するから、
ωｙａｗ＝ω_Ｙ（ｔ）ｃｏｓθｙａｗ
ωｐｉｔｃｈ＝ω_Ｙ（ｔ）ｓｉｎθｐｉｔｃｈ
である。仮に、θｙａｗ＝５ｄｅｇ程度であるとしてもｃｏｓθｙａｗ＝０．９９６１であるためｃｏｓθｙａｗは１に近似できる。すると、
ωｙａｗ＝ω_Ｙ（ｔ）
ωｐｉｔｃｈ＝ω_Ｙ（ｔ）ｓｉｎθｐｉｔｃｈ
となる。傾きがない理想状態ではωｐｉｔｃｈは０であるが、傾きがあると図７Ｂのようにωｐｉｔｃｈにｓｉｎθｐｉｔｃｈに起因する波形変化が出現する。サンプリング周波数ｆｓでωｙａｗ及びωｐｉｔｃｈをサンプリングする場合、１／ｆｓであるサンプリング時間Δｔｓ当たりの角度変化量Δθｘ及びΔθｙは、
Δθｘ＝ωｙａｗ・Δｔｓ＝ω_Ｙ（ｋ）・Δｔｓ
Δθｙ＝ωｐｉｔｃｈ・Δｔｓ＝ω_Ｙ（ｋ）・Δｔｓ・ｓｉｎθｐｉｔｃｈ
となる。ｋはサンプリング点である。サンプリングを行った時間全体では、回転角度の時間変化は以下のようになる。すなわち、
θｘ＝Δｔｓ・Σω_Ｙ（ｋ）
θｙ＝Δｔｓ・ｓｉｎθｐｉｔｃｈ・Σω_Ｙ（ｋ）
となる。カメラの動きを点光源の撮像面上における移動量として表すと、移動量Ｘ、Ｙは、カメラ１２の焦点距離ｆと角度変位の積で算出されるから、
Ｘ（ｋ）＝ｆ・Δｔｓ・Σω_Ｙ（ｋ）
Ｙ（ｋ）＝ｆ・Δｔｓ・ｓｉｎθｐｉｔｃｈ・Σω_Ｙ（ｋ）
となる。図７Ｃに、以上のようにして算出された点光源の軌跡（Ｘ，Ｙ）を示す。ジャイロセンサ１６の傾きθｐｉｔｃｈは、
ｓｉｎθｐｉｔｃｈ＝Ｙ（ｋ）／Ｘ（ｋ）
で与えられるから、図７Ｃに示す軌跡の傾きＫを算出すればジャイロセンサ１６の傾きを得ることができる。図７Ｃに示す軌跡の傾きは、例えば図７Ｃに示す軌跡を最小２乗法で線形近似して算出する。一般に、θｐｉｔｃｈ＜＜１と考えられるから、ｓｉｎθｐｉｔｃｈ＝θｐｉｔｃｈであり、結局θｐｉｔｃｈ＝Ｋとなる。

図８Ａに、図２の構成において、回転台１０を回転させた場合のジャイロセンサ１４の出力ωｙａｗの時間変化を示す。また、図８Ｂに、同じ条件で回転させた場合のジャイロセンサ１６の出力ωｐｉｔｃｈの時間変化を示す。さらに、図８Ｃに、撮像面上での点光源の軌跡を示す。図７Ｃの場合と同様に、点光源の軌跡の傾きＬを算出すればジャイロセンサ１４の傾きθｙａｗを得ることができる。すなわち、θｙａｗ＝Ｌが得られる。

以上のようにしてθｙａｗ、θｐｉｔｃｈが得られると、式
ω_Ｘ＝（−ωｙａｗｓｉｎθｐｉｔｃｈ＋ωｐｉｔｃｈｃｏｓθｙａｗ）／ｃｏｓ（θ ｙａｗ＋θｐｉｔｃｈ）
ω_Ｙ＝（ωｙａｗｃｏｓθｐｉｔｃｈ−ωｐｉｔｃｈｓｉｎθｙａｗ）／ｃｏｓ（θｙ ａｗ＋θｐｉｔｃｈ）
により２方向の傾きθｐｉｔｃｈ、θｙａｗが較正された、本来出力されるべき回転台の回転部に対しての角速度ω_Ｘ、ω_Ｙが求まる。ω_Ｘ、ω_Ｙを用いて、ジャイロセンサの傾きの影響を排除した点光源の軌跡を取得できる。

図９Ａ〜図９Ｃに、図７Ｃの点光源の軌跡の傾きＫを用いてジャイロセンサ１４、１６の出力を較正した場合のジャイロセンサ１４、１６の時間変化及び点光源の軌跡を示す。図９Ｂはジャイロセンサ１６の時間変化であり、傾きｓｉｎθｐｉｔｃｈが除去されてほぼ０となる。また、図９Ｃは点光源の軌跡であり、傾きはほぼゼロである。

図１０Ａ〜図１０Ｃに、図８Ｃの点光源の軌跡の傾きＬを用いてジャイロセンサ１４、１６の出力を較正した場合のジャイロセンサ１４、１６の時間変化及び点光源の軌跡を示す。図１０Ｃは点光源の軌跡であり、同様に傾きが較正されてほぼ９０度となっている。

図１１に、以上述べた基本処理のフローチャートを示す。まず、カメラ１２を回転台１０に載置し、回転台１０を所定の基準軸回りに回転させて各ジャイロセンサ１４、１６から出力されるデータを取得する（Ｓ１０１）。そして、カメラ１２の焦点距離及び取得データから、カメラ１２の動きを撮像面上の点光源の移動軌跡（Ｘ，Ｙ）として表す。移動軌跡を算出した後、最小２乗法等で移動軌跡を線形近似し(Ｓ１０３)、移動軌跡の傾きを算出する（Ｓ１０４）。そして、算出された傾きに基づいてジャイロセンサ１４、１６の出力を較正する（Ｓ１０５）。

＜イメージセンサの傾き検出＞
ジャイロセンサ１４、１６の傾きは、上記のように撮像面上の点光源の軌跡の傾きとして検出できるが、イメージセンサ自体の取り付け精度が低く、イメージセンサ自体が傾いている場合もある。このような場合には、ジャイロセンサ１４、１６の傾きは絶対座標（鉛直方向あるいは水平方向を基準とする座標）での傾きではなく、イメージセンサに対する相対的な傾き角を求める必要がある。本実施形態では、ジャイロセンサ１４、１６とイメージセンサがともに傾いている場合において、回転するカメラ１２で撮影された全周波数領域の信号を等しく含んだ画像、例えばＣＺＰ（Circular Zone Plate）チャート画像を用いた処理について説明する。

図１２に、イメージセンサの傾きも較正することが可能である実施形態を示す。ジャイロセンサの傾きを較正する実施形態と同様に、カメラ１２を回転台１０の上に載置し、回転台１０をヨー方向に回転させるとともにピッチ方向に回転させる。カメラ１２にはヨー方向の角速度を検出するジャイロセンサ１４及びピッチ方向の角速度を検出するジャイロセンサ１６が設けられ、それぞれ回転台１０の回転に伴うヨー方向の角速度及びピッチ方向の角速度を検出する。図では、一般的な呼称と同様にカメラ１２の上面及び下面を貫く中心軸（Ｙ軸）回りの回転をヨー方向の回転、カメラ１２の右側面及び左側面を貫く中心軸（Ｘ軸）回りの回転をピッチ方向の回転としている。ジャイロセンサ１４、１６で角速度を検出しつつ、カメラ１２でＣＺＰチャート２０を撮影する。回転台１０とＣＺＰチャート２０との距離は任意であるが、ナイキスト周波数が含まれる撮影距離が好ましい。得られた画像は回転によるぶれで劣化した画像である。ジャイロセンサ１４、１６の出力、及び撮影画像（ＲＡＷ画像あるいはＪＰＥＧ圧縮画像）はコンピュータ２２に供給される。コンピュータ２２は、これらのデータを用いてイメージセンサに対するジャイロセンサ１４、１６の傾きを検出し、検出した傾きに基づいてジャイロセンサ１４、１６の出力を較正する。

図１３に、本実施形態の詳細処理フローチャートを示す。まず、カメラ１２を回転台１０の上に載置し、回転台１０を回転させつつＣＺＰチャート２０を撮影する。回転時にジャイロセンサ１４で検出されたヨー方向の角速度ωｙａｗ及びジャイロセンサ１６で検出されたピッチ方向の角速度ωｐｉｔｃｈ、並びに撮影画像はコンピュータ２２に供給される。

コンピュータ２２は、以下の処理を行ってイメージセンサとジャイロセンサ１４、１６の相対的な傾き角を検出する。すなわち、上記の説明とおり、ジャイロセンサ１４、１６の出力ωｙａｗ及びωｐｉｔｃｈ、撮影レンズの焦点距離ｆ及びサンプリング周期Δｔｓを用いてカメラの動きを撮像面上における点光源の移動軌跡（Ｘ，Ｙ）として算出し（Ｓ２０２）、移動軌跡の傾きＹ／Ｘを算出する（Ｓ２０３）。軌跡Ｘに関しては、微少時間Δｔにおける変化角度Δθはω_Ｘ×Δｔであり、変位量ΔｘはｆΔθで与えられ、露出時間中の軌跡ＸはＸ＝ΣｆΔθで算出される。より詳細には、Ｓｅｎ．をジャイロセンサ感度、Ｇａｉｎを検出回路のゲイン、Ｖｏｆｆｓｅｔをジャイロセンサのオフセット電圧、Ｖｏｕｔをジャイロセンサの出力電圧、ｆｓをサンプリング周波数として、
Ｘ＝ｆ／（Ｓｅｎ．×Ｇａｉｎ）・π／１８０／ｆｓ・Σ（Ｖｏｕｔ−Ｖｏｆｆｓｅｔ）
で算出される（軌跡Ｙも同様）。算出された傾きはジャイロセンサ１４、１６の絶対座標に対する傾きに対応する。

一方、コンピュータ２２は、ＣＺＰチャート撮影画像からイメージセンサの傾きを検出する。すなわち、ＣＺＰチャート撮影画像をフーリエ変換し（Ｓ２０４）、ＣＺＰチャート撮影画像をフーリエ変換したデータのゼロクロスポイントを連結して得られるラインであるゼロクロスライン（図１７等参照）を抽出して該ゼロクロスラインの傾きを算出する（Ｓ２０５）。ＣＺＰチャート撮影画像をフーリエ変換したデータのゼロクロスラインは、イメージセンサが傾いていなければヨー方向の回転に対しては垂直方向（Ｙ方向）に平行となり、ピッチ方向の回転に対しては水平方向（Ｘ方向）に平行となる。しかしながら、イメージセンサがＸ−Ｙ軸に対して傾いて取り付けられている場合、ゼロクロスラインが傾くことになり、傾きの度合いはイメージセンサの傾きに依存する。そこで、Ｓ２０３で算出された傾きとＳ２０５で算出された傾きとを比較することで、イメージセンサに対するジャイロセンサ１４、１６の相対的な傾き角を算出することができる（Ｓ２０６）。両傾きが等しい場合には、イメージセンサとジャイロセンサ１４、１６との間に相対的な傾き角はなく、傾きに起因するジャイロセンサ１４、１６の出力較正を行う必要はない。両傾きが異なる場合には、（移動軌跡の傾き）−（撮影画像をフーリエ変換したデータのゼロクロスラインの傾き）により相対的な傾き角が算出される。例えば、ヨー方向（Ｙ軸回り）の回転ではジャイロセンサ１６の傾きであるθｐｉｔｃｈが移動軌跡から算出され、ＣＺＰチャート撮影画像をフーリエ変換したデータのゼロクロスラインのＹ軸に対する傾きからイメージセンサの傾きθが検出されるから、両者の差分を演算することでイメージセンサに対するジャイロセンサ１６の相対的な傾き角θｙａｗ’が検出される。同様に、ピッチ方向（Ｘ軸回り）の回転ではジャイロセンサ１４の傾きであるθｙａｗが移動軌跡から算出され、ＣＺＰチャート撮影画像をフーリエ変換したデータのゼロクロスラインのＸ軸に対する傾きからイメージセンサの傾きが検出されるから、両者の差分を演算することでイメージセンサに対するジャイロセンサ１４の相対的な傾き角θｐｉｔｃｈ’が検出される。

なお、Ｓ２０５における処理、すなわちＣＺＰチャート撮影画像をフーリエ変換したデータのゼロクロスラインの傾きは、ＣＺＰチャート撮影画像をフーリエ変換し、この結果得られたデータをさらにフーリエ変換することで求めることができる。図２１に、ＣＺＰチャート撮影画像（図２１（Ａ））をフーリエ変換し（図２１（Ｂ））、これをさらにフーリエ変換した（図２１（Ｃ））結果を示す。イメージセンサが傾いているため、本来であれば全周波数領域にわたりコントラストが一定のためゼロクロスラインは傾きが０であるところ、ゼロクロスラインに傾きが生じることになる。ＣＺＰチャート撮影画像をフーリエ変換したデータをさらにフーリエ変換してプロットすると、輝度が０になる点がピークとして現れることになり、これからイメージセンサの傾きθはｔａｎθ＝Δｙ／Δｘとして算出される。イメージセンサの傾きθは、ＣＺＰチャート撮影画像をフーリエ変換したデータをさらにフーリエ変換する以外に、ＣＺＰチャート撮影画像をフーリエ変換した後にハフ変換することによっても求めることができる。この場合、θはハフ変換したデータ上の直線の傾きとして現れる。ハフ変換する方がフーリエ変換するよりも演算量が少ないので好ましい。

イメージセンサに対するジャイロセンサ１４、１６の相対的な傾き角θｐｉｔｃｈ’、θｙａｗ’を算出した後、この傾き角を用いてジャイロセンサ１４、１６の出力を較正する。具体的には、
ω_Ｘ＝（−ωｙａｗｓｉｎθｐｉｔｃｈ’＋ωｐｉｔｃｈｃｏｓθｙａｗ’）／ｃｏｓ（θｙａｗ’＋θｐｉｔｃｈ’）
ω_Ｙ＝（ωｙａｗｃｏｓθｐｉｔｃｈ’−ωｐｉｔｃｈｓｉｎθｙａｗ’）／ｃｏｓ（θｙａｗ＋θｐｉｔｃｈ’）
を用いてジャイロセンサ１４、１６の出力を較正する（Ｓ２０７）。上述のとおり、θｙａｗ’、θｐｉｔｃｈ’はそれぞれＳ２０６で算出されたイメージセンサに対するジャイロセンサ１４、１６の相対的な傾き角、言い換えればイメージセンサのＸ、Ｙ方向とジャイロセンサ１４、１６の検出軸との傾き角である。ジャイロセンサ１４、１６の出力を較正した後、較正後の出力で再度点光源の移動軌跡を算出する（Ｓ２０８）。そして、移動軌跡に基づいてＰＳＦを算出する（Ｓ２０９）。既述のとおり、ＰＳＦは、移動軌跡をイメージセンサの各ピクセル毎の輝度分布関数として表現したものであり、移動軌跡の領域に応じて行列サイズが決定される。図１５及び図１６に、ＰＳＦの一例を示す。図１５は、回転台１０をヨー方向（Ｙ軸回り）に回転させた場合に得られる点光源の移動軌跡（Ｓ２０７で出力較正した後の移動軌跡）のＰＳＦであり、図１６は、回転台１０をピッチ方向（Ｘ軸回り）に回転させた場合に得られる点光源の移動軌跡（Ｓ２０７で出力較正した後の移動軌跡）のＰＳＦである。各点は、ピクセル位置（Ｘ，Ｙ）における強度を示す。ＰＳＦを算出した後、コンピュータ２２は算出したＰＳＦをさらにフーリエ変換する（Ｓ２１０）。

次に、図１４に示すように、Ｓ２０１で得られたＰＳＦをフーリエ変換したデータのゼロクロスラインと、Ｓ２０２あるいはＳ２０３で得られたＣＺＰチャート撮影画像をフーリエ変換したデータのゼロクロスラインとを比較し、両ゼロクロスラインの間隔が一致するか否かを判定する（Ｓ２１１）。ＣＺＰチャート撮影画像は劣化関数としてのＰＳＦの作用により劣化しており、その劣化の影響は撮影画像の周波数成分の変化として現れる。したがって、もし出力較正された移動軌跡に基づいて算出されたＰＳＦが正しいＰＳＦであるとするならば、ＣＺＰチャート撮影画像をフーリエ変換したデータのゼロクロスラインとＰＳＦをフーリエ変換したデータのゼロクロスラインは一致するはずである。Ｓ２１１の判定の結果、両ゼロクロスラインが一致する（ライン間隔が等しい）場合には、Ｓ２０９で算出したＰＳＦは正しいＰＳＦである、すなわちジャイロ１４、１６の出力較正は正しいものであるとして、ジャイロセンサ１４、１６の相対的な傾き角θｙａｗ’、θｐｉｔｃｈ’を確定する（Ｓ２１２）。確定したθｙａｗ’、θｐｉｔｃｈ’は例えばカメラ１２のＲＯＭに記憶させておき、実際にユーザが画像を撮影する際のジャイロセンサ出力の較正に用いる。

図１７（Ａ）に、カメラ１２をヨー方向に回転させた場合のＣＺＰ撮影画像のフーリエ変換結果を示し、図１７（Ｂ）に、カメラ１２をヨー方向に回転させた場合のジャイロセンサ１４、１６の出力較正前のＰＳＦのフーリエ変換結果を示す。また、両図においてゼロクロスラインを破線で示す。画像データのゼロクロスラインは垂直であるからイメージセンサに傾きがないことがわかる。しかしＰＳＦのフーリエ変換結果では、ゼロクロスラインに捻れが生じており、両ゼロクロスラインが一致していない。ＰＳＦの精度が高い場合にはＣＺＰ撮影画像のフーリエ変換のゼロクロスラインと一致するはずであるから、この捻れはＰＳＦが正しくない、あるいはジャイロセンサ１４、１６が傾いていることを意味する。

図１８（Ａ）に、カメラ１２をピッチ方向に回転させた場合のＣＺＰ撮影画像のフーリエ変換結果を示し、図１８（Ｂ）に、カメラ１２をピッチ方向に回転させた場合のジャイロセンサ１４、１６の出力較正前のＰＳＦのフーリエ変換結果を示す。また、両図においてゼロクロスラインを破線で示す。図１８（Ｂ）に示されるように、ＰＳＦをフーリエ変換したデータのゼロクロスラインに捻れが生じているので較正する必要があることが分かる。

図１９（Ａ）に、カメラ１２をヨー方向に回転させた場合のＣＺＰ撮影画像のフーリエ変換結果を示し、図１９（Ｂ）に、カメラ１２をヨー方向に回転させた場合のジャイロセンサ１４、１６の出力較正後のＰＳＦのフーリエ変換結果を示す。両図においてゼロクロスラインを破線で示す。両ゼロクロスラインの傾きは垂直で幅はほぼ一致し、較正によりＰＳＦが適切化されたことが分かる。

図２０（Ａ）に、カメラ１２をピッチ方向に回転させた場合のＣＺＰ撮影画像のフーリエ変換結果を示し、図２０（Ｂ）に、カメラ１２をピッチ方向に回転させた場合のジャイロセンサ１４、１６の出力較正後のＰＳＦのフーリエ変換結果を示す。両図においてゼロクロスラインを破線で示す。両ゼロクロスラインの傾きは水平で幅はほぼ一致し、こちらも較正によりＰＳＦが適切なものとなったことが分かる。

一方、両ゼロクロスラインの幅が一致しない場合には、演算で算出したＰＳＦが角速度センサとイメージセンサの少なくともいずれかの傾き以外の誤差の影響を受けている可能性があるので、ＰＳＦのフーリエ変換のゼロクロスライン間隔が、実際に測定値として得られた値（真値）であるＣＺＰチャート撮影画像のフーリエ変換のゼロクロスラインに一致するように補正係数を算出する（Ｓ２１３）。両ゼロクロスラインが一致しない原因としては、ジャイロセンサ１４、１６のセンサ感度誤差や検出回路のゲイン誤差、撮像レンズの焦点距離誤差等の誤差が考えられる。両ゼロクロスラインが一致するように補正することは、これらの誤差に起因する影響の総和をまとめて解消することを意味する。補正係数をＣとし、ＰＳＦのフーリエ変換のゼロクロスライン間隔をａ、ＣＺＰチャート撮影画像のフーリエ変換のゼロクロスライン幅をｂとすると、Ｃ＝ｂ／ａにより補正係数Ｃを算出し、カメラ内のＲＯＭ等に記録する。補正係数を記録されたカメラは、カメラの動きを撮像面上の点光源の移動軌跡として算出する（例えば軌跡Ｘを求める）際には、記録されたＣを用いて、
Ｘ＝Ｃ・ｆ／（Ｓｅｎ．×Ｇａｉｎ）・π／１８０／ｆｓ・Σ（Ｖｏｕｔ−Ｖｏｆｆｓｅｔ）
ｆ：撮影レンズの焦点距離
Ｓｅｎ．：センサ感度
Ｇａｉｎ：検出回路ゲイン
ｆｓ：サンプリング周波数
Ｖｏｕｔ：センサ出力
Ｖｏｆｆｓｅｔ：オフセット電圧（別途手段により算出）
という式に従って較正した値を用いて行う。なお、図１９、図２０のデータにおいてはゼロクロスの幅がほぼ一致しているとみなせるので、上記の補正係数Ｃを算出する手順を行う必要はない。

実施形態の基本構成であり、カメラをヨー方向を回転させる場合の構成図である。 実施形態の基本構成であり、カメラをピッチ方向に回転させる場合の構成図である。 ヨー方向（Ｙ軸回り）に回転させたときのジャイロセンサ出力説明図である。 ピッチ方向（Ｘ軸回り）に回転させたときのジャイロセンサ出力説明図である。 ヨー方向及びピッチ方向に回転させたときのヨー方向ジャイロセンサ出力説明図である。 ヨー方向及びピッチ方向に回転させたときのピッチ方向ジャイロセンサ出力説明図である。 ヨー方向回転の場合のヨー方向ジャイロセンサ出力変化図である。 ヨー方向回転の場合のピッチ方向ジャイロセンサ出力変化図である。 ヨー方向回転の場合の撮像面上での点光源の移動軌跡図である。 ピッチ方向回転の場合のヨー方向ジャイロセンサ出力変化図である。 ピッチ方向回転の場合のピッチ方向ジャイロセンサ出力変化図である。 ピッチ方向回転の場合の撮像面上での点光源の移動軌跡図である。 ヨー方向回転の場合の較正後のヨー方向ジャイロセンサ出力変化図である。 ヨー方向回転の場合の較正後のピッチ方向ジャイロセンサ出力変化図である。 ヨー方向回転の場合の較正後の撮像面上での点光源の移動軌跡図である。 ピッチ方向回転の場合の較正後のヨー方向ジャイロセンサ出力変化図である。 ピッチ方向回転の場合の較正後のピッチ方向ジャイロセンサ出力変化図である。 ピッチ方向回転の場合の較正後の撮像面上での点光源の移動軌跡図である。 実施形態の基本フローチャートである。 実施形態の詳細構成図である。 実施形態の詳細フローチャート（その１）である。 実施形態の詳細フローチャート（その２）である。 ヨー方向回転の場合のＰＳＦ説明図である。 ピッチ方向回転の場合のＰＳＦ説明図である。 ヨー方向回転の場合の撮影画像と較正前ＰＳＦのフーリエ変換結果説明図である。 ピッチ方向回転の場合の撮影画像と較正前ＰＳＦのフーリエ変換結果説明図である。 ヨー方向回転の場合の撮影画像と較正後ＰＳＦのフーリエ変換結果説明図である。 ピッチ方向回転の場合の撮影画像と較正後ＰＳＦのフーリエ変換結果説明図である。 ＣＺＰ撮影画像の２回のフーリエ変換説明図である。

符号の説明

１０ 回転台、１２ カメラ、１４ ジャイロセンサ（ヨー方向）、１６ ジャイロセンサ（ピッチ方向）、１８ ジャイロセンサ（ロール方向）、２０ ＣＺＰチャート、２２ コンピュータ。

Claims (9)

1. 角速度検出システムを有するカメラにおいて、角速度の検出軸を較正する方法であって、
   前記カメラを基準軸回りに回転させたときの角速度出力に基づいて、カメラの動きを撮像面における点光源の移動軌跡として算出する工程と、
   前記移動軌跡の傾きを算出する工程と、
   前記傾きに基づいて前記角速度センサの出力を較正する工程と、
   を有することを特徴とする角速度較正方法。
2. 請求項１記載の方法において、さらに、
   前記角速度出力を較正した後の前記移動軌跡から点拡がり関数（ＰＳＦ）を算出する工程と、
   前記ＰＳＦのフーリエ変換を行う工程と、
   前記ＰＳＦをフーリエ変換したデータのゼロクロスポイントを用いて前記角速度出力較正を検証する工程と、
   を有することを特徴とする角速度較正方法。
3. 請求項２記載の方法において、
   さらに前記カメラを回転させたときに画像を撮影する工程を有し、
   前記検証する工程は、前記カメラを前記基準軸回りに回転させたときに撮影した画像をフーリエ変換したデータのゼロクロスポイントと前記ＰＳＦをフーリエ変換したデータのゼロクロスポイントとを比較することで前記角速度出力較正を検証することを特徴とする角速度較正方法。
4. 請求項１〜３記載の方法において、
   前記較正する工程は、前記移動軌跡の傾きに基づいて前記角速度の検出軸の傾き角を算出し、前記傾き角に基づいて前記角速度出力を較正することを特徴とする角速度較正方法。
5. 請求項１記載の方法において、さらに、
   前記カメラを回転させたときに画像を撮影する工程と、
   を有し、
   前記較正する工程は、前記移動軌跡の傾き及び前記画像を画像解析したデータから得られるイメージセンサの傾きに基づいて前記角速度検出軸の前記イメージセンサに対する相対的傾き角を算出し、前記傾き角に基づいて前記角速度出力を較正することを特徴とする角速度較正方法。
6. 請求項５記載の方法において、
   前記画像解析はフーリエ変換であることを特徴とする角速度較正方法。
7. 請求項６記載の方法において、
   前記画像をフーリエ変換したデータをさらにフーリエ変換したデータからイメージセンサの傾きを求めることを特徴とする角速度較正方法。
8. 請求項６記載の方法において、
   前記画像をフーリエ変換したデータをさらにハフ変換したデータからイメージセンサの傾きを求めることを特徴とする角速度較正方法。
9. カメラを左右方向に貫くＸ軸及びカメラを上下方向に貫く前記Ｘ軸に垂直なＹ軸の各軸回りに回転させたときの、前記Ｘ軸回りの角速度及び前記Ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサの出力を取得する工程と、
   前記カメラを回転中に所定画像を撮影する工程と、
   前記出力から前記カメラの動きを撮像面上の点光源の移動軌跡として算出する工程と、
   前記移動軌跡の傾きから前記角速度センサの傾きを算出する工程と、
   撮影して得られた前記画像から前記カメラのイメージセンサの傾きを算出する工程と、
   前記イメージセンサの傾きと前記角速度センサの傾きから前記イメージセンサに対する前記角速度センサの相対的傾き角を算出する工程と、
   前記相対的傾き角に基づいて前記角速度センサの出力を較正する工程と、
   較正された前記角速度センサの出力から前記イメージセンサ上の点光源の移動軌跡を再算出し、さらにＰＳＦを算出する工程と、
   を有することを特徴とする角速度較正方法。