JP2009038421A - 画揺れ補正装置、撮像装置および画揺れ補正装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、撮像装置に高い周波数の振動が加わった場合に、画揺れ補正によって誤動作が発生するのを回避できる画揺れ補正装置を提供することを目的とする。
【解決手段】撮像装置に加わる揺れを検出するための角速度センサと、角速度センサの出力信号に基づいて、画揺れ補正を行なう画揺れ補正手段とを備えた画揺れ補正装置において、角速度センサの出力信号から所定の第１周波数を超える周波数成分を抽出するフィルタ、および上記フィルタの出力信号が所定の閾値を超えている場合には、画揺れ補正手段による画揺れ補正動作を停止させる手段を備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、画揺れ補正装置、撮像装置および画揺れ補正装置の制御方法に関する。

監視カメラとして、監視カメラを電柱やポール等に取り付けた場合に画揺れが発生するので、画揺れを軽減させるための画揺れ補正機能を備えたものが既に開発されている。監視カメラの画揺れ補正は、ムービーやデジタルスチルカメラの手ぶれ補正と同様に、撮影画像を一旦フレームメモリに格納し、監視カメラの揺れに応じて、フレームメモリからの画像の切り出し位置を制御することにより行なわれている。

監視カメラでは、ムービーやデジタルスチルカメラの手ぶれ補正ではほとんど配慮する必要がなかった、エンジンやモータなどの動力源を起因とした機械的な揺れ（振動）についても十分配慮する必要がある。手ぶれ補正や画揺れ補正の補正対象となる揺れは、１０Ｈｚ程度の周波数の揺れであるが、前述の機械的な揺れは、数十から数百Ｈｚ程度の高い周波数の揺れとなる。

画揺れ補正や手ぶれ補正では、一般的にジャイロセンサが画揺れを検出するためのセンサとして用いられているが、これはコリオリ力を利用した角速度センサであり、カメラの揺れを角速度として検出し、角速度に比例した信号を出力する。このため、揺れ（振動）の周波数が高い場合には、たとえ振幅としては小さな振動であっても、角速度としては大きくなるため、ジャイロセンサの出力信号の振幅は大きくなる。

そこで、ジャイロセンサの出力信号のうちの低周波数成分をローパスフィルタによって抽出し、抽出した低周波数成分に基づいて画揺れ補正を行なうようにしている。しかしながら、画揺れ補正では、補正動作の応答性を重視して、ローパスフィルタ部分での遅延を避けるために、ローパスフィルタとしては通常は１次のＲＣローパスフィルタが用いられている。ローパスフィルタとして１次のＲＣローパスフィルタを用いた場合には、そのカットオフ特性がなだらかであるため、カットオフ周波数よりも高い周波数成分もある程度通過してしまう。したがって、監視カメラに高い周波数の振動が加わると、ジャイロセンサの出力が飽和して、ジャイロセンサの出力がローパスフィルタをも通過することから、このような場合に画揺れ補正を行なうと予期しない誤動作が発生し、画揺れ補正によって得られた画像が非常にみずらい画像となることがある。
特開平８−１８６７６０号公報 特開２００６−２３６３１号公報

この発明は、撮像装置に高い周波数の振動が加わった場合に、画揺れ補正によって誤動作が発生するのを回避できる画揺れ補正装置、撮像装置および画揺れ補正装置の制御方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、撮像装置に加わる揺れを検出するための角速度センサと、角速度センサの出力信号に基づいて、画揺れ補正を行なう画揺れ補正手段とを備えた画揺れ補正装置において、角速度センサの出力信号から所定の第１周波数を超える周波数成分を抽出するフィルタ、および上記フィルタの出力信号が所定の閾値を超えている場合には、画揺れ補正手段による画揺れ補正動作を停止させる手段を備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、撮像装置に加わる揺れを検出するための角速度センサ、角速度センサの出力から低周波数成分を抽出するためのフィルタであって、かつ所定の第１周波数以下である所定の第２周波数をカットオフ周波数とする第１フィルタ、第１フィルタの出力信号に基づいて、画揺れ補正を行なう画揺れ補正手段、角速度センサの出力から上記第１周波数を超える周波数成分を抽出する第２フィルタ、および第２フィルタの出力信号が所定の閾値を超えている場合には、画揺れ補正手段による画揺れ補正動作を停止させる手段を備えていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１乃至２に記載の画揺れ補正装置において、角速度センサがジャイロセンサであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に記載の画揺れ補正装置において、第１周波数が１６Ｈｚ〜２０Ｈｚの範囲内の周波数であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の画揺れ補正装置において、第１フィルタが１次のＲＣローパスフィルタで構成されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、撮像装置において、請求項１乃至５に記載の画揺れ補正装置を備えていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、撮像装置に加わる揺れを検出するための角速度センサと、角速度センサの出力信号に基づいて、画揺れ補正を行なう画揺れ補正手段とを備えた画揺れ補正装置の制御方法において、角速度センサの出力信号から所定の第１周波数を超える周波数成分を抽出する第１ステップ、および第１ステップで抽出された周波数成分が所定の閾値を超えている場合には、画揺れ補正手段による画揺れ補正動作を停止させる第２ステップを備えていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、撮像装置に加わる揺れを検出するための角速度センサ、角速度センサの出力から低周波数成分を抽出するためのフィルタであって、かつ所定の第１周波数以下である所定の第２周波数をカットオフ周波数とするフィルタおよび上記フィルタの出力信号に基づいて、画揺れ補正を行なう画揺れ補正手段を備えた画揺れ補正装置の制御方法において、角速度センサの出力から上記第１周波数を超える周波数成分を抽出する第１ステップ、および第１ステップで抽出された周波数成分が所定の閾値を超えている場合には、画揺れ補正手段による画揺れ補正動作を停止させる第２ステップを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、撮像装置に高い周波数の振動が加わった場合に、画揺れ補正によって誤動作が発生するのを回避できるようになる。

以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明する。

図１は、監視カメラの構成の一部を示している。

監視カメラ（撮像装置）は、レンズ１から入力される光信号を電気信号に変換するＣＣＤのような固体撮像素子２を含んでいる。固体撮像素子２からの電気信号はカメラ回路３に入力される。カメラ回路３は、周知のように、サンプルホールド回路を含み、固体撮像素子２からの電気信号をサンプルホールドする。サンプルホールドされた電気信号のレベルがＡＧＣによって調整されるとともに、さらに同期信号付加回路によって同期信号が付加される。このようにして、カメラ回路３は固体撮像素子２からのイメージ信号をアナログビデオ信号に変換する。

カメラ回路３から出力されるアナログビデオ信号は、さらに、Ａ／Ｄ変換器４によってデジタルビデオ信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器４から出力されるデジタルビデオ信号はメモリ制御回路２１により、フレームメモリ５に書き込まれる。

監視カメラ本体には、ジャイロセンサ（角速度センサ）１１ａ、１１ｂが取り付けられている。ジャイロセンサ１１ａ、１１ｂは、画揺れを検出するためのものであり、監視カメラ（固体撮像素子２）の角速度を検出する。一方のジャイロセンサ１１ａは、監視カメラの左右方向（パン方向）の角速度を、他方のジャイロセンサ１１ｂは、監視カメラの上下方向（チルト方向）の角速度を、それぞれ検出する。

一方のジャイロセンサ１１ａの出力信号は、その低周波成分を抽出するためのローパスフィルタ１２ａに送られるとともに、その高周波成分を抽出するためのハイパスフィルタ１３ａにも送られる。ハイパスフィルタ１３ａとしては、所定の第１周波数ｆ１（この例ｆ１＝２０Ｈｚ）より大きな周波数成分を通過させるものが用いられている。ローパスフィルタ１２ａとしては、カットオフ周波数ｆｃが上記所定の第１周波数ｆ１以下の第２周波数ｆ２（この例ではｆ２＝１０Ｈｚ）程度のローパスフィルタが用いられる。ローパスフィルタ１２ａとしては、１次のＲＣローパスフィルタが用いられているため、そのカットオフ特性は図２に示すようになだらかである。図２において、横軸は周波数〔Ｈｚ〕（ＬＯＧスケール）を表し、縦軸はゲイン〔ｄＢ〕を表している。

他方のジャイロセンサ１１ｂの出力信号は、その低周波成分を抽出するためのローパスフィルタ１２ｂに送られるとともに、その高周波成分を抽出するためのハイパスフィルタ１３ｂにも送られる。ローパスフィルタ１２ｂおよびハイパスフィルタ１３ｂの特性は、それぞれローパスフィルタ１２ａおよびハイパスフィルタ１３ａの特性と同様である。各フィルタ１２ａ、１３ａ、１２ｂ、１３ｂを通過した信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器１４ａ、１５ａ、１４ｂ、１５ｂによってデジタル信号に変換された後、マイクロコンピュータ（マイコン）２０に与えられる。

マイクロコンピュータ２０は、原則的には、ローパスフィルタ１２ａ、１２ｂを通過した角速度データ（Ａ／Ｄ変換器１４ａの出力ＳＬａおよびＡ／Ｄ変換器１４ｂの出力ＳＬｂ）に基づいて、監視カメラの動き量（揺れ量）および動き方向（揺れ方向）を示す動きベクトルを検出し、検出した動きベクトルに基づいて画揺れ補正を行なう。画揺れ補正は、検出した動きベクトルに基づいてメモリ制御回路２１を制御することにより、フレームメモリ５内の表示領域の位置（画像切り出し位置）を変えることにより行われる。例えば、監視カメラが右方向に移動たときには、被写体はフレームメモリ内の画像情報として左側に移動する。ここで、監視カメラの動き量分だけ、監視カメラの動きと反対方向に切り出し枠を移動することにより、表示される画像（構図）の変化はなくなり、画揺れが補正される。

より具体的には、マイクロコンピュータ２０は、検出した動きベクトルに基づいて画像切り出し位置を示す情報を生成して、メモリ制御回路２１に与える。メモリ制御回路２１は、与えられた画像切り出し位置を示す情報に基づいてフレームメモリ５の読み出し開始アドレスを決定し、そのアドレスからフレームメモリ５に蓄えられたデジタルビデオ信号を読み出す。すなわち、メモリ制御回路２１は、マイクロコンピュータ２０によって生成された画像切り出し位置を示す情報に基づいて、フレームメモリ５内の切り出し枠を移動させる。

メモリ制御回路２１によってフレームメモリ５から読み出されたデジタルビデオ信号は、電子ズーム回路６に送られる。電子ズーム回路６は、フレームメモリ５の大きさに相当するビデオ信号を得るために、フレームメモリ５から読み出されたデジタルビデオ信号に基づいて内挿補間法を用いて画像を拡大する。電子ズーム回路６から出力されるデジタルビデオ信号は、出力端子７に送られる。

さらに、マイクロコンピュータ２０は、ハイパスフィルタ１３ａ、１３ｂを通過した角速度データ（Ａ／Ｄ変換器１５ａの出力ＳＨａおよびＡ／Ｄ変換器１５ｂの出力ＳＨｂ）に基づいて、画揺れ補正を行なうか否かを制御する。つまり、マイクロコンピュータ２０は、画揺れ補正動作のオンオフ制御をも行なう。

図３は、マイクロコンピュータ２０によって実行される画揺れ補正動作のオンオフ制御処理の手順を示している。

まず、画揺れ補正動作を開始させる（ステップＳ１）。これにより、マイクロコンピュータ２０は、ローパスフィルタ１２ａ、１２ｂを通過した角速度データ（Ａ／Ｄ変換器１４ａの出力ＳＬａおよびＡ／Ｄ変換器１４ｂの出力ＳＬｂ）に基づいて動きベクトルを検出し、検出した動きベクトルに基づいて画揺れ補正を行なう。

画揺れ補正動作が行なわれている場合には、第１周波数ｆ１（この例では２０Ｈｚ）より大きな周波数の揺れが監視カメラに加えられているか否かを監視する（ステップＳ２）。

具体的には、ハイパスフィルタ１３ａ、１３ｂを通過した角速度データ（Ａ／Ｄ変換器１５ａの出力ＳＨａおよびＡ／Ｄ変換器１５ｂの出力ＳＨｂ）のうちの少なくとも一方が所定の閾値を超えたか否かを監視する。Ａ／Ｄ変換器１５ａの出力ＳＨａおよびＡ／Ｄ変換器１５ｂの出力ＳＨｂの両方が所定の閾値以下である場合には、画揺れ補正動作を継続させる。

Ａ／Ｄ変換器１５ａの出力ＳＨａおよびＡ／Ｄ変換器１５ｂの出力ＳＨｂのうちの少なくとも一方が所定の閾値を超えたときには、第１周波数ｆ１（この例では２０Ｈｚ）より大きな周波数の揺れが監視カメラに加えられと判断し、画揺れ補正動作を停止させる（ステップＳ３）。

画揺れ補正動作が停止せしめられている場合には、第１周波数ｆ１（この例では２０Ｈｚ）より大きな周波数の揺れが監視カメラに加えられていないか否かを監視する（ステップＳ４）。第１周波数ｆ１（この例では２０Ｈｚ）より大きな周波数の揺れが監視カメラに加えられている場合には、つまり、Ａ／Ｄ変換器１５ａの出力ＳＨａおよびＡ／Ｄ変換器１５ｂの出力ＳＨｂのうちの少なくとも一方が所定の閾値を超えている場合には、画揺れ補正動作の停止状態を維持する。

第１周波数ｆ１（この例では２０Ｈｚ）より大きな周波数の揺れが監視カメラに加えられていない場合には、つまり、Ａ／Ｄ変換器１５ａの出力ＳＨａおよびＡ／Ｄ変換器１５ｂの出力ＳＨｂの両方が所定の閾値以下となった場合には、ステップＳ１に戻り、画揺れ補正動作を開始させる。

上記第１周波数ｆ１としては、以下の理由により、１６Ｈｚ〜２０Ｈｚの範囲内の周波数に設定することが好ましい。

（１）通常のＮＴＳＣ方式の監視カメラのシャッター速度（露光時間）は１／６０ｓｅｃであり、ＰＡＬ方式の監視カメラのシャッター速度（露光時間）は１／５０ｓｅｃであるため、揺れ（振動）の周波数が１５Ｈｚ程度以上になると、露光時間内においても揺れの影響が大きく現れるので、露光によって得られる画像自体に画像ブレの影響が大きく現れることになる。したがって、揺れ（振動）の周波数が１５Ｈｚ程度以上になると、露光によって得られる画像自体に画像ブレが発生し、画揺れ補正を行なっても補正の効果がなくなる。
（２）監視カメラにおいて画揺れ補正を必要とする理由は、監視カメラを電柱やポール等に取り付けた場合の画揺れを補正するためであり、その場合の揺れの周波数は数Ｈｚ〜１５Ｈｚ程度であること。
（３）エンジンやモータ等の動力源を起因した機械的な振動の周波数は、一般に２０Ｈｚを超えていること。
（４）２０Ｈｚを超えるような振動は、たとえ振動が小さくても、低い周波数での画揺れ補正効果を重視して利得を高めたジャイロセンサの出力を飽和させることがあり、そのような場合に画揺れ補正を行なうと予期しない誤った補正が行なわれてしまうことがあること。

監視カメラの構成の一部を示すブロック図である。 ローパスフィルタ１２ａ、１２ｂの周波数特性を示すグラフである。 マイクロコンピュータ２０によって実行される画揺れ補正動作のオンオフ制御処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 固体撮像素子
３ カメラ回路
４ Ａ／Ｄ変換器
５ フレームメモリ
１１ａ，１１ｂ ジャイロセンサ
１２ａ，１２ｂ ローパスフィルタ
１３ａ，１３ｂ ハイパスフィルタ
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ Ａ／Ｄ変換器
２０ マイクロコンピュータ
２１ メモリ制御回路

Claims (8)

1. 撮像装置に加わる揺れを検出するための角速度センサと、角速度センサの出力信号に基づいて、画揺れ補正を行なう画揺れ補正手段とを備えた画揺れ補正装置において、
   角速度センサの出力信号から所定の第１周波数を超える周波数成分を抽出するフィルタ、および
   上記フィルタの出力信号が所定の閾値を超えている場合には、画揺れ補正手段による画揺れ補正動作を停止させる手段、
   を備えていることを特徴とする画揺れ補正装置。
2. 撮像装置に加わる揺れを検出するための角速度センサ、
   角速度センサの出力から低周波数成分を抽出するためのフィルタであって、かつ所定の第１周波数以下である所定の第２周波数をカットオフ周波数とする第１フィルタ、
   第１フィルタの出力信号に基づいて、画揺れ補正を行なう画揺れ補正手段、
   角速度センサの出力から上記第１周波数を超える周波数成分を抽出する第２フィルタ、および
   第２フィルタの出力信号が所定の閾値を超えている場合には、画揺れ補正手段による画揺れ補正動作を停止させる手段、
   を備えていることを特徴とする画揺れ補正装置。
3. 角速度センサがジャイロセンサであることを特徴とする請求項１乃至２に記載の画揺れ補正装置。
4. 第１周波数が１６Ｈｚ〜２０Ｈｚの範囲内の周波数であることを特徴とする請求項１乃至３に記載の画揺れ補正装置。
5. 第１フィルタが１次のＲＣローパスフィルタで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の画揺れ補正装置。
6. 請求項１乃至５に記載の画揺れ補正装置を備えていることを特徴とする撮像装置。
7. 撮像装置に加わる揺れを検出するための角速度センサと、角速度センサの出力信号に基づいて、画揺れ補正を行なう画揺れ補正手段とを備えた画揺れ補正装置の制御方法において、
   角速度センサの出力信号から所定の第１周波数を超える周波数成分を抽出する第１ステップ、および
   第１ステップで抽出された周波数成分が所定の閾値を超えている場合には、画揺れ補正手段による画揺れ補正動作を停止させる第２ステップ、
   を備えていることを特徴とする画揺れ補正装置の制御方法。
8. 撮像装置に加わる揺れを検出するための角速度センサ、角速度センサの出力から低周波数成分を抽出するためのフィルタであって、かつ所定の第１周波数以下である所定の第２周波数をカットオフ周波数とするフィルタおよび上記フィルタの出力信号に基づいて、画揺れ補正を行なう画揺れ補正手段を備えた画揺れ補正装置の制御方法において、
   角速度センサの出力から上記第１周波数を超える周波数成分を抽出する第１ステップ、および
   第１ステップで抽出された周波数成分が所定の閾値を超えている場合には、画揺れ補正手段による画揺れ補正動作を停止させる第２ステップ、
   を備えていることを特徴とする画揺れ補正装置の制御方法。

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