JP2009033500A - 撮像装置とその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】精度良く水平垂直に画像を合わせることが可能な撮像装置とその制御方法を提供する。
【解決手段】デジタルカメラ10をほぼ水平に、チャート20のバツ21aとバツ21bの中心線を重力方向に並行に設置する。デジタルカメラ10のGセンサの出力を取得し、1秒後にチャート20の撮影画像を得る。チャート20の特徴点Aと特徴点Bの座標から絶対垂直に設置のチャート20に対するCCDのロール角θcと、Gセンサのロール角θsを求める。ロール角θcとロール角θsの差から横撮りの相対ロール角θ0を求める。さらに、縦撮り+90度と−90度にそれぞれ設置して相対ロール角θ90、θ270を求め保持する。通常撮影時にGセンサからの検出ロール角θを保持手段の相対ロール角θ0,θ90,θ270を用いて算出し、CCDと加速度センサの相対ばらつきを抑えた検出ロール角θを得る。これを表示するとともに補正し水平垂直に画像を合わせる。
【選択図】図4

Description

本発明は、撮像装置および撮像結果を用いた制御方法に関し、画像の取得時に画像の傾き、撮像装置の傾きを検出し、検出した傾きの情報により、必要に応じた後処理によって画像の傾きを補正し、これにより精度良く水平垂直に画像を合わせることが可能な撮像装置とその制御方法に関するものである。
近年、デジタルカメラにおいては、小型化,軽量化により、種々の場所に携帯して使用できるように構成され、携帯電話等にもデジタルカメラの機能が組み込まれるようになされている。
そして、デジタルカメラにおいては、小型化,軽量化によって、必ずしも安定した姿勢において撮影するとは限らず、人が保持するために撮影時には任意の傾きが画像に生じることになる。
また、デジタルカメラにおいては、意図的に傾けた構図により撮影するような場合もあり、また縦長の構図とするような場合も考えられる。
特許文献1には、前述のユーザの意図を正しく反映して撮像結果の傾きを補正することができる撮像装置が記載されている。また、特許文献2には、分割画像を合成する場合に歪を軽減することで平面画像を入力する撮像装置が記載されている。
また、デジタルカメラに設けられ姿勢の確認に用いる、例えばデジタルカメラの外付けストロボを取り付けるホットシューに差し込める、気泡を利用した水準器も市販されている。
特開2004−343476号公報 特開平11−136575号公報
しかしながら、このような構成の撮像装置において、撮像素子と加速度センサから取得した相対的なロール角が組立時の個体間でばらつくために、精度良く撮影画像を水平垂直に合わせられないという問題があった。また、この精度を上げるため方法についても開示されていない。
また、ホットシューに差し込む水準器の場合には、筐体の水平に対するずれは水準器で矯正できるが、筐体と撮像素子にロール角が生じている場合には矯正不可能である。
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、精度良く水平垂直に画像を合わせることが可能な撮像装置とその制御方法を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載した発明は、撮像素子と、撮像素子からの画像を取得する手段と、加速度センサを有する撮像装置において、撮像素子からの画像を利用して撮像素子のロール角を算出する手段と、加速度センサの出力から加速度センサのロール角を算出する手段とを備え、撮像素子と加速度センサのロール角から求めた相対ロール角により撮像素子のロール角を検出・補正することにより、撮像素子と加速度センサの組立ばらつきを吸収し、導出するロール角を精度良く得ることができる。
また、請求項2に記載した発明は、請求項1の撮像装置において、撮像素子のロール角と加速度センサのロール角から求めた相対ロール角の情報、あるいは相対ロール角を導出可能な変数の情報を保存する保存手段を備えたことにより、撮像素子と加速度センサの組立ばらつきを吸収し、導出するロール角を精度良く得ることができる。
また、請求項3に記載した発明は、請求項2の撮像装置において、保存手段に保存した情報と、加速度センサのロール角を算出する手段により算出したロール角の情報とを比較する比較手段を備えたことにより、撮像素子と加速度センサの組立ばらつきを吸収し、導出するロール角をより精度良く得ることができる。
また、請求項4,5に記載した発明は、請求項2,3の撮像装置において、保存手段に保存した情報は、当該撮像装置の姿勢に対応する複数を保存したこと、さらに、保存手段に保存した当該撮像装置の姿勢に対応する複数の情報を切り替える手段を備えたことにより、姿勢に応じたより最適なパラメータを採用でき、導出するロール角を精度良く得ることができる。
また、請求項11に記載した発明は、撮像素子と、撮像素子からの画像を取得する手段と、加速度センサを有する撮像装置において、撮像素子のロール角を算出する手段と、加速度センサの出力から加速度センサロール角を算出する手段とを備え、撮像素子と加速度センサのロール角から求めた相対ロール角により撮像素子のロール角を検出・補正することにより、撮像素子と加速度センサの組立ばらつきを吸収し、導出するロール角を精度良く得ることができる。
また、請求項6〜10,12に記載した撮像装置の制御方法は、請求項1〜5,11の撮像装置を、工程に分けて記述しロール角を検出・補正する撮像装置の制御方法としたものであり、特徴は、前記請求項1〜5,11の撮像装置と同様である。
本発明によれば、撮像素子と加速度センサの組立ばらつきを吸収し、導出するロール角を精度良く得ることができ、水平垂直に画像を正確に合わせることができるという効果を奏する。
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
図1は本発明の実施形態におけるデジタルカメラの外観を示す(a)は正面図、(b)は背面図、(c)は上面図である。また、図2はデジタルカメラ内部のシステム構成の概要を示すブロック回路図である。
図1(a),(c)に示すように、デジタルカメラ本体の正面,上面には、レリーズスイッチ(レリーズシャッタ)SW1、モードダイヤルスイッチSW2、およびジョグダイヤル1スイッチSW3が配設されている。また、ストロボ発光部1、測距ユニット2、光学ファインダ3、撮影レンズを含む鏡胴ユニット4が設けられている。
図1(b)に示すデジタルカメラの背面には、LCDモニタ5、ジョグダイヤル2スイッチSW4、ズームスイッチ[TELE]SW5、ズームスイッチ[WIDE]SW6、上スイッチSW7、右スイッチSW8、OKスイッチSW9、左スイッチSW10、下スイッチ/マクロスイッチSW11、ディスプレイスイッチSW12、削除スイッチSW13、メニュースイッチSW14、電源スイッチSW15が設けられている。カメラ本体の側面には電池蓋6が設けられている。
デジタルカメラの各部材の機能および作用は公知であるので、その説明は省略することにし、次にカメラの内部のシステム構成を図2に基づき図1を参照しながら説明する。
図2に示すように、104はデジタルスチルカメラプロセッサ(以下、プロセッサという)である。このプロセッサ104は、第1CCD信号処理ブロック1041、第2CCD信号処理ブロック1042、CPUブロック1043、ローカルSRAM1044、USBブロック1045、シリアルブロック1046、JPEG・CODECブロック(JPEG圧縮・伸長を行うブロック)1047、RESIZEブロック(画像データのサイズを補間処理により拡大・縮小するブロック)1048、TV信号表示ブロック(画像データを液晶モニタ・TVなどの外部表示機器に表示させるためのビデオ信号に変換するブロック)1049、メモリカードコントローラブロック(撮影画像データを記録するメモリカードの制御を行うブロック)10410を有している。これらの各ブロックは相互にバスラインで接続されている。
また、プロセッサ104の外部にはRAW−RGB画像データ(ホワイトバランス設定、γ設定が行われた状態の画像データ)、YUV画像データ(輝度データ、色差データ変換が行われた状態の画像データ)、JPEG画像データ(JPEG圧縮された状態の画像データ)を保存するSDRAM103が配置され、このSDRAM103はプロセッサ104にメモリコントローラ(図示せず)、バスラインを介して接続されている。
このSDRAM103は、プロセッサ104で画像データに各種処理を施す際に、画像データを一時的に保存する。保存される画像データは、例えば、CCD101から、F/E−IC102を経由して取り込んで、第1CCD信号処理ブロック1041でホワイトバランス設定、γ設定が行われた状態の「RAW−RGB画像データ」や第2CCD信号制御ブロック1042で輝度データ・色差データ変換が行われた状態の「YUV画像データ」、JPEG・CODECブロック1047で、JPEG圧縮された「JPEG画像データ」などである。
プロセッサ104の外部には、さらに、RAM等の内蔵メモリ(メモリカードスロットにメモリカードが装着されていない場合でも撮影画像データを記憶するためのメモリ)107、制御プログラム,パラメータなどが格納されたROM(図示せず)が設けられ、これらもバスラインによってプロセッサ104に接続されている。
ROMに格納する制御プログラムは、デジタルカメラの電源スイッチSW15をオンすると、プロセッサ104のメインメモリ(図示せず)にロードされ、プロセッサ104はその制御プログラムに従って各部の動作制御を行うとともに、制御データ、パラメータ等を内蔵メモリ107等に一時的に保存させる。
鏡胴ユニット4は、ズームレンズ41aを有するズーム光学系41、フォーカスレンズ42aを有するフォーカス光学系42、絞り43aを有する絞りユニット43、メカニカルシャッタ44aを有するメカニカルシャッタユニット44からなるレンズ鏡筒を備えている。なお、ズームレンズ41a、フォーカスレンズ42aおよび絞り43aは撮影光学系を構成している。また、撮影光学系の光軸をZ軸とするとともに、このZ軸に直交する平面をX-Y平面とする。
ズーム光学系41、フォーカス光学系42、絞りユニット43、メカニカルシャッタユニット44は、ズームモータ41b、フォーカスモータ42b、絞りモータ43b、メカニカルシャッタモータ44bによってそれぞれ駆動されるようになっている。
この鏡胴ユニット4の各モータはモータドライバ45によって駆動され、モータドライバ45はプロセッサ104のCPUブロック1043によって制御される。
また、鏡胴ユニット4の各レンズ系により光学画像を光電変換する固体撮像素子であるCCD101に被写体像が結像され、CCD101は被写体像を画像信号に変換してF/E−IC102に画像信号を出力する。F/E−IC102は画像ノイズ除去用のため相関二重サンプリングを行うCDS1021、利得調整用のAGC1022、アナログデジタル変換を行うA/D変換部1023から構成されている。すなわち、F/E−IC102はその画像信号に所定の処理を施し、アナログ画像信号をデジタル信号に変換してプロセッサ104の第1CCD信号処理ブロック1041に向けてこのデジタル信号を出力する。
これらの信号制御処理は、プロセッサ104の第1CCD信号処理ブロック1041から出力されるVD(垂直同期)−HD(水平同期)信号によりTG1024を介して行われる。そのTG1024はそのVD−HD信号に基づき駆動タイミング信号を生成する。
また、プロセッサ104は、CCD101よりF/E―IC102の出力データにホワイトバランス設定やγ設定を行うため、第1CCD信号制御ブロック1041により、垂直同期信号、水平同期信号を供給し、第2CCD信号制御ブロック104により、フィルタリング処理として輝度データ・色差データへの変換を行う。また、CPUブロック1043は、装置各部の動作を制御し、制御に必要なデータ等をローカルSRAM1044に一時的に保存する。
CPUブロック1043は、さらに、ストロボ回路114を制御することによってストロボ発光部1から照明光を発光させる。これに加えて、CPUブロック1043は、測距ユニット2も制御する。
CPUブロック1043は、プロセッサ104のサブCPU109に接続され、サブCPU109は操作スイッチSW1〜SW15からなる操作キーユニットに接続されている。この操作キーユニット(SW1〜SW15)は、ユーザが操作するキー回路であり、また、サブCPU109は、ROM・RAMをワンチップに内蔵したCPUであり、操作キーユニット(SW1〜SW15)などの出力信号をユーザの操作情報として、CPUブロック1043に出力する。
USBブロック1045はパソコン等の外部機器とUSBコネクタ(図示せず)に接続されUSB通信を行い、また、シリアルブロック1046はシリアルドライバ回路(図示しない)を介して外部機器とRS−232Cコネクタ等に接続され、シリアル通信を行う。TV信号表示ブロック1049は、LCDドライバ108を介してLCDモニタ5に接続されるとともに、ビデオAMP(TV信号表示ブロック1049から出力されたビデオ信号を75Ωインピーダンスに変換するためのAMP(アンプリファイア))109を介してビデオジャック(カメラをTVなどの外部表示機器に接続するためのジャック)110に接続されている。メモリカードコントローラブロック10410はメモリカードスロット(図示せず)のカード接点に接続されている。
LCDドライバ108はLCDモニタ5を駆動するとともに、TV信号表示ブロック1049から出力されたビデオ信号をLCDモニタ5に表示させる信号に変換する役割を果たす。LCDモニタ5は撮影前の被写体の状態監視するため、また撮影画像を確認するため、メモリカードまたは内蔵メモリ107に記録された画像データを表示するために用いられる。
また、加速度センサ111は前述した各部を構成したプリント基板(PCB)上のいずれかに実装され(図3参照)、2軸X,Yと温度Tのデータを出力する。そのデータからデジタルカメラの傾き(ロール角)を例えばCPUブロック1043により演算し、LCDモニタ5等に表示する。
次に、工場でのデジタルカメラにおけるCCDと加速度センサとの相対するロール角の個体間のばらつきをキャリブレーションする方法を説明する。
まず、図4(a)に示すようにデジタルカメラ10とチャート20をセットアップする。デジタルカメラ10をほぼ水平になるように設置し、図4(b)に示すように、チャート20のバツ21aとバツ21bの中心(特徴点)を結ぶ線は重力方向に対して並行になるよう設置する。また、片側のバツ21aの中心点を特徴点Aとし、もう片側のバツ21bの中心点を特徴点Bとする。
デジタルカメラ10の加速度センサ(以下、Gセンサという)の出力を取得し、(このときのX軸Gセンサ出力をX0、Y軸Gセンサ出力をY0、温度出力をT0とする)1秒後にチャート20を撮影し画像を得る。チャート20の特徴点Aの座標((a,b)とする)と特徴点Bの座標((c,d)とする)を画像から読み取り、絶対垂直に設置されているチャート20に対するCCDのロール角θcを求める。
画像のスキャン方法を、図5を参照しながら説明する。バツ21の画像を上側から水平方向に順に輝度データを取得する。スキャンによりバツ21の黒い部分を通過するときに輝度が落ちる。この輝度が所定の閾値を下回った座標と、輝度が所定の閾値を上回った座標の中点をバツ黒帯の中心とする。この水平方向のスキャンにより輝度の変化は、最初2度検出され、さらに特徴点にて1度のみ検出し、その後2度検出することになる。スキャンしたときのバツ21の輝度変化を2度検出する上側と下側スキャンにより、バツ黒帯の中心の計4つが求められる。この4座標をたすきがけにして交点の座標を算出する。これをバツ21の中心(特徴点)とする。
図4(b)に示すチャート20に対するCCDのロール角θcの求め方を説明する。特徴点A(a,b)、特徴点B(c,d)の座標からCCDのロール角θcは、(数1)
となる。
次に、Gセンサの水平に対するロール角θsを求める。GセンサのX軸出力X0、Y軸出力Y0、温度出力T0から(数2)
ここで、G0は重力ゼロ時の出力である。
重力ゼロ時とは、Gセンサのセンサの軸が、重力に対して垂直に向いているときに重力はゼロになり、また、自由落下しているときも重力ゼロになる。ちなみに、センサの軸が、重力に対して並行の場合に出力は1Gになり、45度の場合は、1/√2Gとなる。
また、Gセンサの出力値は、(C×(重力)+重力ゼロ時の出力)で表される(Cは定数)。重力を求めるには、重力ゼロ時の出力を算出して出力値から引き算する必要があり、重力ゼロ時の出力は「2048」近辺を出力するが、Gセンサには温度特性があり、正確に表記すると「G0=2048+0.4×t」で表される。
画像から求めたCCDのロール角θcとGセンサから求めたロール角θsの差を求める。これをθ0(横撮り)とし、CCDとGセンサの相対ロール角となる。相対ロール角θ0を保存手段(例えば、不揮発性メモリ:EEPROM)に保存する。
また、デジタルカメラ10において、縦撮り+90度に設置し前述と同様の方法で相対ロール角θ90を求め、この相対ロール角θ90を保存手段に保存する。さらに、デジタルカメラ10において、縦撮り−90度に設置し前述と同様の方法で相対ロール角θ270を求め、この相対ロール角θ270を保存手段に保存する。
CCDとGセンサの相対ロール角は姿勢によらないが、Gセンサの出力が姿勢により多少変化するので、算出される値はそれぞれ異なる。より精度良く水平度を出すために、頻度が高く使用される横撮りと縦撮り(+90度、−90度)の3姿勢分の相対ロール角を保存しておく。
デジタルカメラをユーザが使用するときの水平度の検出動作について説明する。Gセンサからの出力をX軸出力x,Y軸出力y,温度出力t,重力ゼロでの出力をg(t)、X軸とY軸の重力の比をR、検出ロール角をθとすると、(数3)
となる。0<θ<360の範囲で検出ロール角θは2つの候補が出てきてしまうので、x−g(t)が正負どちらなのかで、この2つのうちどちらなのかを判定し、検出ロール角θを決定する。なお、θ0は保存手段の横撮り相対ロール角である。
また、検出ロール角θが+90度近傍であれば、相対ロール角θ0ではなく、相対ロール角θ90を用いて、(数4)
と、検出ロール角θを再計算する。
同様に検出ロール角θが−90度近傍であれば、相対ロール角θ0ではなく、相対ロール角θ270を用いて、(数5)
と、検出ロール角θを再計算する。
以上のように、決定された検出ロール角θを図1に示すLCDモニタ5に表示するとともに補正する。例えば、検出ロール角θの値が、−0.25<θ<0.25であるときはユーザに報知(例えば、警告音やLEDの点灯/点滅等)せず、それ以外のときには報知することでユーザに水平度を通知する。
撮像素子と加速度センサの組立ばらつきを吸収でき、ロール角を精度良く得ることにより、水平垂直に画像を正確に合わせることができる。
本発明に係る撮像装置とその制御方法は、撮像素子と加速度センサの組立ばらつきを吸収し、導出するロール角を精度良く得ることにより、水平垂直に画像を正確に合わせることができ、小型化,軽量化したデジタルカメラ等の傾き画像を補正する撮像装置として有用である。
本発明の実施形態におけるデジタルカメラの外観を示す(a)は正面図、(b)は背面図、(c)は上面図 デジタルカメラ内部のシステム構成の概要を示すブロック回路図 デジタルカメラ内部の加速度センサの実装例を示す図 (a)はデジタルカメラとチャートの配置図、(b)はチャートを示す図 チャート上のバツのスキャン方法を説明する図
符号の説明
1 ストロボ発光部
2 測距ユニット
3 光学ファインダ
4 鏡胴ユニット
5 LCDモニタ
6 電池蓋
104 プロセッサ
109 サブCPU
108 LCDドライバ
111 加速度センサ
1043 CPUブロック
SW1〜15 操作キー

Claims (12)

  1. 撮像素子と、前記撮像素子からの画像を取得する手段と、加速度センサを有する撮像装置において、前記撮像素子からの画像を利用して前記撮像素子のロール角を算出する手段と、前記加速度センサの出力から加速度センサのロール角を算出する手段とを備え、前記撮像素子と前記加速度センサのロール角から求めた相対ロール角により前記撮像素子のロール角を検出・補正することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記撮像素子のロール角と前記加速度センサのロール角から求めた相対ロール角の情報、あるいは前記相対ロール角を導出可能な変数の情報を保存する保存手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
  3. 前記保存手段に保存した情報と、加速度センサのロール角を算出する手段により算出したロール角の情報とを比較する比較手段を備えたことを特徴とする請求項2記載の撮像装置。
  4. 前記保存手段に保存した情報は、当該撮像装置の姿勢に対応する複数を保存したことを特徴とする請求項2または3記載の撮像装置。
  5. 前記保存手段に保存した当該撮像装置の姿勢に対応する複数の情報を切り替える手段を備えたことを特徴とする請求項4記載の撮像装置。
  6. 撮像素子と、前記撮像素子からの画像を取得する手段と、加速度センサを有する撮像装置の制御方法において、前記撮像素子からの画像を利用して前記撮像素子のロール角を算出する工程と、前記加速度センサの出力から加速度センサのロール角を算出する工程とを備え、前記撮像素子と前記加速度センサのロール角から相対ロール角を求める工程により前記撮像素子のロール角を検出・補正することを特徴とする撮像装置の制御方法。
  7. 前記撮像素子のロール角と前記加速度センサのロール角から相対ロール角を求める工程から得た情報、あるいは前記相対ロール角を導出可能な変数の情報を保存手段に保存する工程を備えたことを特徴とする請求項6記載の撮像装置の制御方法。
  8. 前記保存手段に保存した情報と、加速度センサのロール角を算出する手段により算出したロール角の情報とを比較手段で比較する工程を備えたことを特徴とする請求項7記載の撮像装置の制御方法。
  9. 前記保存手段に保存した情報は、当該撮像装置の姿勢に対応する複数を保存したことを特徴とする請求項7または8記載の撮像装置の制御方法。
  10. 前記保存手段に保存した当該撮像装置の姿勢に対応する複数の情報を切り替え手段により切り替える工程を備えたことを特徴とする請求項9記載の撮像装置の制御方法。
  11. 撮像素子と、前記撮像素子からの画像を取得する手段と、加速度センサを有する撮像装置において、前記撮像素子のロール角を算出する手段と、前記加速度センサの出力から加速度センサのロール角を算出する手段とを備え、前記撮像素子と前記加速度センサのロール角から求めた相対ロール角により前記撮像素子のロール角を検出・補正することを特徴とする撮像装置。
  12. 撮像素子と、前記撮像素子からの画像を取得する手段と、加速度センサを有する撮像装置の制御方法において、前記撮像素子のロール角を算出する工程と、前記加速度センサの出力から加速度センサのロール角を算出する工程とを備え、前記撮像素子と前記加速度センサのロール角から相対ロール角を求める工程により前記撮像素子のロール角を検出・補正することを特徴とする撮像装置の制御方法。
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