JP2011517252A - 光学装置を安定化させる方法における、またはこれに関する改良 - Google Patents

Abstract

本願は、光学装置において撮影または生成された静止画像または動画像から望まれない動きを除去する方法に関する。この方法は、画像内の望まれない動きを特定するステップと、ゼロ基準点および、動画像または静止画像の中の前記望まれない動きに対抗するために制御を変更できる範囲を有する画像制御手段を提供するステップと、前記制御手段を使って、静止画像または動画像の中の前記望まれない動きを排除するステップと、を含む。画像制御手段における前記基準点への非ゼロ化を監視し、画像制御手段の復元を適用して、光学装置における画像の運動速度に応じた速度で制御手段を付勢して基準点に向かわせ、画像に対する復元による補正の影響を最小限にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置の安定化に関し、特に、テレビもしくはビデオカメラ、光方向付け装置（たとえばレーザ光装置）または照準器に適用される。

本出願人らによる下記特許文献１では、パンおよびチルト動作を減衰させる、テレビ／ビデオカメラ等の光学装置の取付け用ヘッドにおける画像安定化システムが提案されている。ダイナミックセンサとして電子ジャイロスコープをヘッドに取り付けて、ヘッドの実際の動きを検出し、さらに、電子トランスデューサとしてエンコーダを、ヘッドの中のパンおよびチルト動作に関する減衰手段に組み込み、各軸における所期の動きを検出する。カメラ／取付け手段に外部からの力が加わると、カメラは望まれない動きをする可能性がある。ヘッドの実際の動きと所期の動きの差異を利用して、ヘッドの位置、光軸またはカメラ内に画像を記録するための画像システムの１つを補正する。

国際公開第ＷＯ００／３９４９８号パンフレット

上記の装置の問題は、機械的、光学的または画像処理のいずれの方式の補正が採用されるかにかかわらず、画像補正を行う装置内に累積されたオフセットが発生することである

本発明は、光学装置において撮影または生成された静止画像または動画像から望まれない動きを除去する方法を提供するものであり、この方法は、画像の中の望まれない動きを検出するステップと、ゼロ基準点と、動画像または静止画像の中の前記望まれない動きに対抗するために制御を変化させることが可能な範囲を有する画像制御手段を提供するステップと、前記制御手段を使って、静止画像または動画像の中の前記望まれない動きを除去するステップとを含み、この方法はさらに、画像制御手段における基準点への非ゼロ化(non-zeroing)を継続的に監視するステップと、画像制御手段に復元を適用して、光学装置内の画像の運動速度に応じた速度で、制御手段を付勢して基準点に向かわせ、復元による補正が画像に及ぼす影響をできるだけ小さくするステップを含む。

本発明による１つの方法において、望まれない動きは、光学装置中で撮影または生成される実際の画像から判断してもよい。

別の方法では、望まれない動きは、光学装置の実際の動きと光学装置の所期の動きを測定することによって判断してもよく、その差異が、装置内で撮影または生成された画像の望まれない動きの原因となる装置の望まれない動きを表す。

上記の方法のいずれにおいても、復元による補正の速度は、光学装置の動きの速度に応じたものであってもよい。

後者の方法の場合、復元による補正の速度は、光学装置の動きの速度と装置の視野または投射範囲に応じたものであってもよい。

また、上記の方法のいずれにおいても、復元による補正の速度は、画像の主要部分が、その装置が追跡または追従している被写体であれば、低減させてもよい。この方法において、前記画像の主要部分の動きの速度は、画像解析または手作業によって判断し、カメラがある被写体を追跡中であれば、補正をなるべく、またはまったく行わないようにしてもよい。

上記の方法のいずれにおいても、画像が静止または略静止しているとき、累積されたオフセットはすべてメモリに転送され、装置の動きが再開するまで、新たに発生したオフセットだけが利用され、再開したところで、累積されたオフセットがメモリから読み出されて、利用される。

本発明の別の一般的な態様においては、光学装置を１つまたは複数の軸において減衰された状態で旋回運動するように取り付けてもよく、電子トランスデューサで各軸における装置の動きを測定し、各軸において減衰された装置の所期の動きを測定し、各軸における実際の動きと所期の動きとの差が望まれない動きに対応する。

光学装置とは、テレビ／ビデオカメラである。

本願による方法の後者の用途では、前記のような補償のための動作は、カメラ、カメラの取付け手段、カメラの光学機器または画像再生に適用してもよい。

他の用途としては、光学装置は光方向付け装置または照準器であってもよい。

以下に、添付の図面を参照しながら、本発明のいくつかの具体的な実施形態について説明する。

パンおよびチルト両方の軸方向の減衰手段を備え、パンおよびチルト軸における減衰手段を通じたカメラの全体的な動きと入力された動きとを測定するための電子トランスデューサを有し、光学機器内の光路を調節することによって生成画像を補正するために、望まれない動きを判定するマイクロプロセッサを有するパン・チルトヘッド上に支持されたテレビ／ビデオカメラの概略側面図である。 カメラを省略した状態のパン・チルトヘッドの平面図である。 カメラ用ＣＣＤアレイであって、画像補正のために、カメラの光軸に関して垂直および水平にＣＣＤアレイを調節するためのモータ付ユニットを備えるＣＣＤアレイの斜視図である。 カメラの画像面に取り付けるためのまた別のＣＣＤアレイであって、画像修正のために光軸に関するアレイの有効部分を調節する制御システムを備えるＣＣＤアレイの図である。

まず、図１と図２を参照すると、光軸１１を有するカメラが概して１０で示されており、このカメラは、レンズ軸１３を有するレンズ系１２と、レンズによってアレイに合焦される画像を撮影し、公知の方法で画像を電子データに変換するためにＣＣＤアレイ１５が取り付けられた画像面１４とを含む。レンズ系は、ＣＣＤアレイ上の像が合焦される位置を変更するために光軸を横方向に調節してカメラの望ましくない動きを補正するための調節装置１６を有する。あるいは、望ましくないカメラの動きを補正する別の方法として、レンズ軸に関してＣＣＤアレイを調節するための後述のような調節可能な取付け手段にＣＣＤアレイのほうを設置してもよい。

カメラは、天板２２と角度の異なる３本の脚２３を有する三脚２１の上に設置された、概して２０で示されるパン・チルトヘッドの上に取り付けられている。パン・チルトヘッドは、その上にカメラが設置されるカメラプレート２４と、三脚の天板２２の上に取り付けられる雲台２５を有する。

パン・チルトヘッドは、カメラのパン動作のために２７で示される縦軸を中心として回転する雲台２５の上に取り付けられた本体２６を有する。雲台上での本体の回転は減衰手段２８（図２参照）によって制御され、電子エンコーダ２９が減衰手段を通じて雲台と本体の間で作用し、雲台に関する本体の回転を測定する。

パン・チルトヘッドのカメラプレート２４は、本体２６の上に取り付けられ、水平軸３０を中心に回転して、カメラのチルト動作を起こさせる。ここでも、減衰手段３１が、本体に関するカメラプレート２４のチルト動作を減衰するために設置され、電子エンコーダ３２が、減衰手段３１を通じた本体に関するカメラプレートの動きを測定する。

たとえば、減衰手段２８，３１は、本出願人らの欧州特許ＥＰ−Ｂ−０８５０３８２号に記載され、図示されたパン・チルトヘッドの、相対的に回転する構成要素上に取り付けられた複数の環状の薄板を含んでいてもよい。

カメラプレート１１の下面には２軸電子ジャイロスコープ４０が取り付けられ、パンおよびチルト軸におけるカメラのすべての動きを、これがカメラの操作者が加えた所期の動きか、あるいは地面から三脚に伝えられる振動や風の動きその他、カメラに対して働き、カメラの予期せぬ動きの原因となるような外部からの力等の意図されていない動きかを問わず、測定する。

パンおよびチルト用のエンコーダとジャイロスコープは、カメラの中のマイクロプロセッサ４５に連結され、マイクロプロセッサは、電子ジャイロスコープによって測定された各軸でのカメラの実際の動きから、パンおよびチルト用のエンコーダによって測定された動きを差し引くことにより、各軸におけるカメラの望まれない動きを計算するようにプログラムされている。減衰装置を通じたパンおよびチルト軸を中心とした取付け手段における動きを測定することにより、カメラの操作者がカメラに加える所期の動きを表す数値が測定されることがわかるであろう。

マイクロプロセッサにより計算された、各軸における実際の動きと所期の動きとの差異は、望まれない動きを表し、マイクロプロセッサからレンズ調整システムに対し、パンおよびチルト軸におけるカメラの望まれない動きを補償するために、レンズ軸を水平および／または垂直に角度調節する信号が供給される。

マイクロプロセッサは、定期的、たとえば１ミリ秒ごとに望まれない運動を計算するようにプログラムされている。

図３は別の発展例を示す図であり、ＣＣＤアレイ１５は、アレイの左右と上下にそれぞれ作用するモータユニット５０，５１のペアによって水平および垂直に移動可能である。モータユニットは、マイクロプロセッサからの信号によって制御される。必要に応じてアレイを横方向または縦方向に移動させることは、カメラにより記録された画像をレンズシステムの調節に合わせて修正する別の方法となる。図４に示される別の構成では、マイクロプロセッサがフォトダイオードのアレイに連結されたユニット５５に接続され、いずれかの時点で動作中の有効領域を制御する。画像の記録に使用中の有効領域をアレイ全体にわたって横または縦方向に調節することにより、望まれないカメラの動きについて、アレイに記録された画像を補正することが可能である。

望まれないカメラの動きを補正するための別の構成は、本出願人らの国際特許公開ＷＯ００／３９４９８に開示されており、これは、カメラごと移動させるステップを含む。また別の構成が、本出願人らの国際特許公開ＷＯ２００６／１１７５に示されており、この構成では、トランスデューサからの画像および補正情報が別のマイクロプロセッサに供給され、マイクロプロセッサは画像情報を調整して、画像の中に記録された望まれない動きを除去する。これは、画像が記録された直後に行っても、補正された画像情報と補正情報を別に記録して、その後画像を再生するときにだけ画像を調整するのに使用してもよい。

前述のように、トランスデューサや計算のエラー等による累積されたオフセットが、機械、光学または画像処理のいずれの方式を用いるかを問わず、画像補正を行う装置において発生する。修正装置におけるオフセットの累積に対抗するために、継続的に装置をそのニュートラル、基準または基本位置に移動するように付勢する、「ホーミング(homing)」補正を適用することが必要である。

これを、見かけ上の画像の擾乱をなるべく発生させないで実現するために、「ホーミング」補正を適用する速度は、カメラで撮影される画像の速度の関数とする。この例では、適用されるホーミング補正の速度は、パンまたはチルトの速度と、カメラ光学機器の光学視野の関数である。パンおよびチルトの速度は、エンコーダ２９，３２によって測定できる。

画像が静止しているときは、ほとんど、またはまったく補正が行われず、画像が急速に動いているときには、高速の補正も目立つことなく吸収される。

したがって、静止画像または準静止画像の場合、それ以前に累積されたオフセットは、その後の補正のために保存される。制御システムが、画像が静止または準静止かを判断し、累積されたオフセットがあれば、一時的に保存フィールドに転送される。静止画像の場合は、カメラ内の画像を静止状態に保つために、新たに発生したオフセットだけが補正される。カメラの動きが再開されると、制御システムは保存されたオフセットを読み出して、再び、累積されたオフセットに対応する補正を前述のように適用する。

Claims (12)

1. 光学装置において撮影または生成された静止画像または動画像から望まれない動きを除去する方法であって、
   前記画像の中の望まれない動きを検出するステップと、
   ゼロ基準点と、動画像または静止画像の中の前記望まれない動きに対抗するために制御を変化させることが可能な範囲を有する画像制御手段を提供するステップと、
   前記制御手段を使って、静止画像または動画像の中の前記望まれない動きを除去するステップと、
   を含み、
   前記画像制御手段における基準点への非ゼロ化を継続的に監視するステップと、
   前記画像制御手段に復元を適用して、前記光学装置内の前記画像の運動速度に応じた速度で、前記制御手段を付勢して前記基準点に向かわせ、復元による補正が前記画像に及ぼす影響をできるだけ小さくするステップ
   をさらに含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、
   前記望まれない動きは、前記光学装置内で撮影または生成された実際の画像から判断されることを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、
   前記望まれない動き、前記光学装置の実際の動きと前記光学装置の所期の動きを測定することによって判断され、その差異は、前記装置内で撮影または生成される前記画像の望まれない動きの原因となる、前記装置内の望まれない動きであることを特徴とする方法。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の方法であって、
   前記復元による補正の速度は、前記光学装置の動きの速度の関数であることを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、
   前記復元による補正の速度は、前記光学装置の動きの速度と、前記装置の視野または投射領域の関数であることを特徴とする方法。
6. 請求項１から５のいずれかによる方法であって、
   前記復元による補正の速度は、前記画像の主要部分が、前記装置が追跡または追従中の被写体である場合、低減されることを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、
   前記画像の前記主要部分の動きの速度は、画像解析または手作業によって判断されて、前記カメラがある被写体を追跡中であれば、補正をなるべく、またはまったく行わないことを特徴とする方法。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の方法であって、
   前記画像が静止または準静止している場合、累積されているオフセットがあればすべてメモリに転送され、前記装置の動きが再開するまで、新たに発生したオフセットだけが適用され、前記装置の動きが再開したら、前記累積されたオフセットが前記メモリから読み出されて、適用されることを特徴とする方法。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の方法であって、
   前記光学装置は、１つまたは複数の軸において減衰された状態で旋回運動するように取り付けられ、電子トランスデューサが各軸における前記装置の動きを測定し、各軸において減衰された前記装置の所期の動きを測定し、各軸における前記実際の動きと前記所期の動きとの差が前記望まれない動きに対応することを特徴とする方法。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の方法であって、
    前記光学装置はテレビ／ビデオカメラであることを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、
    前記補償のための動きはカメラ、カメラの取付け手段、画像撮影または画像再生に適用されることを特徴とする方法。
12. 請求項１から９のいずれかに記載の方法であって、
    前記光学装置は、光方向付け装置または照準器であることを特徴とする方法。

Images