JP2012088466A - 防振制御装置、撮像装置、及び防振制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】防振制御装置は、カメラの振れによって生じる像ブレを、振れ補正部110によって補正する。角速度計108yはヨー方向における角度振れを検出し、角速度計108rはロール方向における角度振れを検出する。加速度計109yは水平方向の加速度を検出する。カメラCPU106は、角速度計108yと加速度計109yの出力を用いて、ヨー方向における平行振れの補正に用いる第1の補正量を算出し、角速度計108rと加速度計109yの出力を用いて、ロール方向における平行振れの補正に用いる第2の補正量を算出する。駆動部112は平行振れの補正量に従って振れ補正部110を駆動する。
【選択図】図8
Description
特許文献2には平行振れを、カメラから離れた場所に回転中心がある時の角度振れとみなして求めることが開示されている。
カメラの水平方向における平行振れの検出には、ヨー角度振れ補正用に取り付けられたヨー角速度センサと、カメラの水平方向の加速度を検出する加速度センサが用いられる。両センサによる検出値から水平方向の平行振れ補正量が算出される。しかし、カメラの水平方向の平行振れにおいては、ヨー方向のカメラ回転による平行振れの他に、ロール方向のカメラ回転に伴う平行振れの影響も受け、平行振れに対する補正量を正確に求めることが困難である。特に、ピッチ方向のカメラ回転が殆どなく、ロール方向のカメラ回転による垂直方向の平行振れが大きい場合などは、ピッチ方向の角速度と垂直方向の加速度の検出だけは、垂直方向の平行振れに対する補正量を正確に求めることは難しい。なお、ピッチ方向における平行振れの検出についても同様である。
そこでは本発明の目的は、光学装置に加わる角度振れの影響によって生じる平行振れに対して、光軸まわり方向の振れも考慮して高精度な像ブレ補正を行うことである。
図1乃至3は第1実施形態に係る防振制御装置を具備した光学装置としてカメラの構成例を示す。図1はカメラを上面からみた模式図、図2はカメラを側面からみた模式図、図3はカメラを正面からみた模式図である。図中に1点鎖線で示す軸は、カメラ101の撮影光学系の光軸102を表している。このカメラに搭載される防振システムでは、光軸102に対して矢印103p、103y、103rで示す振れ(以下、角度振れという)、及び矢印104p、104yで示す振れ(以下、平行振れという)に対して像ブレ補正が行われる。なお、符番の添え字のpはピッチ方向を示し、yはヨー方向を示す。なお、ピッチ方向とヨー方向はたがいに直交し、また両方向とも光軸に対して直交しているものとする。また、カメラに加わる角度振れの方向については第1の方向をヨー方向(矢印103y参照)又はピッチ方向(矢印103p参照)とし、第2の方向をロール方向(矢印103r参照)とする。また平行振れの方向はカメラの撮影光学系の光軸に直交する水平方向(矢印104y参照)と垂直又は鉛直方向(矢印104p参照)である。
角速度計108p、108y、108rは、矢印108pa、108ya、108ra回りの角度振れを各々検出する角速度検出手段である。また加速度計109p、109yは、矢印109pa、109yaで示す平行振れを各々検出する加速度検出手段である。角速度計108p、108y、108r、及び加速度計109p、109yの各検出信号は、カメラCPU106に入力される。
なお本実施形態では、カメラCPU106が算出した補正量に基づいて補正レンズ111を光軸に垂直な面内で移動させる、いわゆる光学防振の構成を採用している。補正量に基づく補正方法については光学防振に限らず、他の形態でも構わない。例えば、撮像素子107を光軸に垂直な面内で移動させることで振れ防振を行う方法や、撮像素子が出力する各撮影フレームの切り出し位置を変更することで振れの影響を軽減させる電子防振を用いる方法がある。また、それらを適宜に組み合わせた補正方法を用いてもよい。
図4はカメラ101のピッチング時に生じる角度振れ103pとカメラの垂直方向に生じる平行振れ104pを示した図である。カメラ101の撮影レンズ内、つまり撮影光学系の主点位置における平行振れ104pの大きさをYと記し、角度振れ103pの大きさ、つまり角変位をθと記す。そして、角度振れの回転中心401pを定めた場合の回転半径402pの長さをLと記すと、これは回転中心401pから加速度計109pまでの距離に相当する。また、角速度をω、速度をV、加速度をA、角加速度をωaと記す。このとき、以下の関係式が成り立つ。
また、上式(4)の右辺第2項に関しては、ズーム及びフォーカスの位置情報とそれらにより得られる撮影倍率によりβ値が求まり、加速度計109pの出力の2階積分によってY値が求まる。これらの情報に応じて、平行振れ補正を行うことができる。
カメラにてピッチングのみを想定し、カメラの垂直方向に生じる平行振れ104pについてピッチ方向の角度振れ103pのみの影響を受けている場合、上記の方法で適切な平行振れ補正を行える。しかし、図5に示すように、ピッチ方向の振れの影響による平行振れがなく、ロール方向の振れの影響による平行振れが生じている場合には、ピッチ方向の角度振れが非常に小さい値となる。このとき、上記方法で回転半径の長さLを算出した場合、ピッチ方向の角度振れの検出値は非常に小さいが加速度検出値は大きい値となり、L値が非常に大きくなる。演算したL値で制御を行う場合、加速度検出値とピッチ方向の角度振れとの間に相関がないため、平行振れを適切に算定できていない。誤推定した平行振れの大きさに基づく補正量で防振制御が行われると、制御性能が低下する虞が生じる。
カメラ101の撮影光学系の主点位置における平行振れ104pと、ロール方向の角度振れ103r及びその回転中心501rを定めた場合の回転半径502rの長さがLである。ロール方向の角度振れ103rの大きさをθrと記すとき、このθrと回転半径502rの長さLを用いて、垂直方向の平行振れ補正を行えば、適切な補正効果が得られる。つまり、(5)式に代えて、(6)式にてブレ量δが算出される。
角速度計108yからの角速度信号はカメラCPU106のHPF積分フィルタ801に入力される。HPF積分フィルタ801にて、HPF(高域通過フィルタ)でDC(直流)成分をカットされた信号は積分されて、角度信号に変換される。手振れの周波数帯域はほぼ1乃至10Hzの間であり、HPF積分フィルタ801のHPFは、手振れの周波数帯域から十分離れた周波数成分(例えば0.1Hz以下)を遮断する1次HPF特性を有する。
HPF積分フィルタ801の出力は敏感度調整部803に入力される。敏感度調整部803は、ズーム及びフォーカス情報(位置情報)802と、該情報により求まる撮影倍率に基づいてHPF積分フィルタ801の出力を増幅し、角度振れの補正目標値とする。これは、フォーカスレンズ位置やズームレンズ位置などの光学情報の変化による振れ補正部110の振れ補正ストロークに対し、カメラ像面での振れ補正敏感度が変化するのを補正するためである。敏感度調整部803は、求めた角度振れの補正目標値を加算部819に送る。加算部819は、後述の出力選択部818の出力を敏感度調整部803の出力に加え、像ブレ補正量として駆動部112に出力する。駆動部112が振れ補正部110を駆動することで像ブレ補正が行われる。
角速度計108yの出力はHPF積分フィルタ804に入力され、HPF積分フィルタ804のHPFでDC成分をカットされた後、積分されて角度信号に変換される。HPF積分フィルタ804の出力は利得調整部805に入力される。この利得調整部805とHPF積分フィルタ804により、平行振れ補正を行うべき周波数帯域におけるゲイン及び位相特性を調整している。利得調整部805の出力は後述する出力補正部806により補正され、ヨー方向における平行振れの補正目標値が演算される。出力補正部806の出力は出力選択部818を経て加算部819に送られる。
また、上記処理と並行して、角速度計108yの出力はHPF位相調整部807に入力され、角速度計108yの出力に重畳するDC成分がカットされると共にその信号の位相調整が行われる。ここでのカットオフ周波数は後述するHPF積分フィルタ809のHPFのカットオフ周波数と合わせており、周波数特性が一致するように調整してある。HPF位相調整部807の出力は帯域通過手段である角速度計yBPF(帯域通過フィルタ)部808に送られて、所定帯域の周波数成分が抽出される。
角速度計yBPF部808及び加速度計BPF部810の各出力は、比較部y811に(第1の比較部)入力される。比較部y811は、利得調整部805の出力を補正する補正値(第1の補正係数)を算出し、出力補正部806に出力する。出力補正部806は、ズーム及びフォーカス情報802を用いて撮影倍率を演算し、求めた撮影倍率及び前述した補正係数に基づいて利得調整部805の出力を補正する。これにより、角速度計108y及び加速度計109yの検出結果を用いてヨー方向における平行振れの補正目標値が算出されることになる。
角速度計108rの出力はHPF積分フィルタ812に入力され、HPF積分フィルタ812のHPFでDC成分をカットされた後、積分されて角度信号に変換される。HPF積分フィルタ812の出力は利得調整部813に入力される。この利得調整部813とHPF積分フィルタ812により、平行振れ補正を行うべき周波数帯域におけるゲイン及び位相特性を調整している。利得調整部813の出力は後述する出力補正部814により補正され、ロール方向における平行振れの補正目標値が演算される。
また、上記処理と並行して、角速度計108rの出力はHPF位相調整部815に入力され、角速度計108rの出力に重畳するDC成分がカットされると共にその信号の位相調整が行われる。ここでのカットオフ周波数は上述したHPF積分フィルタ809のHPFのカットオフ周波数と合わせており、周波数特性が一致するように調整してある。HPF位相調整部815の出力は角速度計rBPF部816で所定帯域の周波数成分が抽出される。
出力補正部806、814の各出力は出力選択部818に入力される。出力選択部818は、比較部y811、比較部r817からの出力に応じて、選択した平行振れの補正目標量を加算部819に出力する。加算部819は平行振れ補正目標値と前述した角度振れ補正目標値を加算して、その結果を駆動部112に出力する。こうして、振れ補正部110が駆動部112により駆動され、角度振れと平行振れの両者について像ブレが補正される。
回転半径Lは、(例えば、角速度計yBPF部808及び加速度計BPF部810のカットオフ周波数が5Hzの場合、200ms程度に設定された)所定時間内の速度Vと角速度ωそれぞれの最大振幅のピーク値の比より算出してもよい。更に回転半径Lの更新は速度Vと角速度ωがそれぞれ算出された瞬間毎に行ってもよい。このとき、速度Vと角速度ωをそれぞれ時系列的に平均化したり、ローパスフィルタ(LPF)で高周波成分をカットすることで、回転半径を算出する際の高周波ノイズ成分を除去した回転半径が算出できる。この場合、第1及び第2の補正係数は瞬時値ではなく、回転半径Lの平均値や所定帯域の周波数成分に相当する。
角速度計yBPF部808及び加速度計BPF部810の各出力は、回転半径算出部901に入力される。回転半径算出部901は上式(7)を用いて回転半径の長さLを算出して、上限処理部902に出力する。ここで上限値にクランプされた信号は出力選択部818に送られる。
また、ここで回転半径の値を大きく設定した場合、角速度計yBPF部808と加速度計BPF部810で設定された周波数帯域での平行振れについてはしっかり抑制できる。しかし、これでは該周波数帯域よりも高域の周波数帯域での手振れについても同時にゲインを大きくする結果となり、手振れの高周波帯域における防振性能が過制御となってしまうことが懸念される。静止画撮影の場合には、撮影者は手振れが起こらないように注意してカメラをしっかり持って撮影することが多い。そのときの回転半径値は大きな値にはならない。このことを考慮し、過制御により防振制御性能が低下しないように防ぐために上限処理部902には、角速度計yBPF部808と加速度計BPF部810で設定された周波数帯域に適合する上限値が設定されている。
乗算部903の出力は相関判定部904に送られ、加速度計BPF部810の出力との間で相関判定が行われる。判定結果は出力選択部818に送出される。
また回転中心が複数あって、かつ加速度計109yの検出している振れが、ヨー方向のカメラ回転の影響による振れと、ロール方向のカメラ回転の影響による振れが合成されている場合も、ヨー方向の角速度検出及び加速度検出だけでは充分でない。ロール方向のカメラ回転による影響が大きい場合、角速度計108yと加速度計109yによる検出値を用いて回転半径を正しく演算することはできず、L値が非常に大きい値に推定されてしまうことがある。
・加速度計BPF部810の出力と、角速度計yBPF部808による角速度にヨー方向における回転半径の長さLを乗じた出力との相関。
・加速度計BPF部810の出力と、角速度計rBPF部816による角速度にロール方向における回転半径の長さLを乗じた出力との相関。
相関度の高い方の回転半径を選択して平行振れ補正を行うことにより、平行振れ補正精度を高めることができる。
ヨー方向のカメラ回転による振れとロール方向のカメラ回転による振れについて各々の相関度の算出方法を以下に説明する。なお、ここではヨー方向のカメラ回転による振れの相関度の算出方法を説明するが、ロール方向のカメラ回転による振れの相関度の算出についても比較部r817にて同様に演算される。
上記方法で、ヨー方向のカメラ回転による振れの一致度判定値(第1の判定値)が算出され、同様にロール方向のカメラ回転による振れの一致度判定値(第2の判定値)が算出される。出力選択部818は相関判定部904からの指示に従って、一致度判定値が小さい方の平行振れ補正量を選択する。これにより、撮影直前に選択されている平行振れの補正量を用いて撮影動作中に平行振れ補正が行われる。つまり、ヨー方向のカメラ回転による振れの一致度判定値の方が小さければ、出力補正部806の出力値が平行振れ補正量(第1の補正量)として選択される。またロール方向のカメラ回転による振れの一致度判定値の方が小さければ出力補正部814の出力値が平行振れ補正量(第2の補正量)として選択される。その時々の振れ状態に合った平行振れ補正を行えるので、平行振れの補正精度が高くなる。
水平方向の平行振れがヨー方向のカメラ回転の影響のみを大きく受け、ロール方向のカメラ回転の影響を殆ど受けていない場合、ヨー角速度計108yと加速度計109yを用いて最適な平行振れ補正を行うことができる。また水平方向の平行振れがロール方向のカメラ回転の影響のみを大きく受け、ヨー方向のカメラ回転の影響を殆ど受けていない場合、ロール角速度計108rと加速度計109yを用いて最適な平行振れ補正を行うことができる。同様に垂直方向の平行振れがピッチ方向のカメラ回転の影響のみを大きく受け、ロール方向のカメラ回転の影響を殆ど受けていない場合、ピッチ角速度計108pと加速度計109pを用いて最適な平行振れ補正を行うことができる。また垂直方向の平行振れがロール方向のカメラ回転の影響のみを大きく受け、ピッチ方向のカメラ回転の影響を殆ど受けていない場合、ロール角速度計108rと加速度計109pを用いて最適な平行振れ補正を行うことができる。
よって、第1実施形態では、小型で機動性の高い防振制御装置により、マクロ撮影でも安定した防振、つまり平行振れの高精度な画像ブレ補正を行える。
次に本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態に係るカメラの基本的な構成は第1実施形態の場合と同様である。よって、以下では主として相違点を説明し、第1実施形態と同様の構成要素については既に使用した符号を用いることでそれらの詳細な説明は省略する。なお、このことは後述する他の実施形態でも同様とする。
図11は、第2実施形態に係るカメラに具備される防振制御装置の構成例を示すブロック図である。図11では、カメラの水平方向に生じる振れ(図1及び図2の矢印103y、104yの方向)についての構成だけを示している。同様の構成はカメラの垂直方向に生じる振れ(図1及び図2の矢印103p、104pの方向)にも設けられている。これらは方向の違いを除いて基本的には同じであるため、以下ではカメラの水平方向についての構成だけを説明する。
・第1実施形態では、図8などに示したように、ヨー方向の回転とロール方向の回転の各々で特定周波数にて回転半径長Lを求めた。これに対して第2実施形態では、ヨー方向の回転とロール方向の回転の各々で複数の周波数にて回転半径Lを求め、最適な回転半径長Lを用いて各々の平行振れ補正量を算出する。
・第2実施形態では、ヨー方向とロール方向の回転について各々算出した平行振れ補正量に関して重み付けゲインを乗算し、最終的な平行振れ補正量を求める。この重み付けゲインについては、周波数毎にヨー方向とロール方向の回転のそれぞれの相関度を比較して算出される。
・角速度計yBPF部808→角速度計y第1BPF部1101。
・加速度計BPF部810→加速度計第1BPF部1102。
・比較部y811→比較部y1103。
・比較部r817→比較部r1108。
・角速度計rBPF部816→角速度計r第1BPF部1107。
・加算部819→加算部1112。
・角速度計y第2BPF部1104(入力:807/出力:1106)。
・加速度計第2BPF部1105(入力:809/出力:1106,1110)。
・角速度計r第2BPF部1109(入力:815/出力:1110)。
・比較部y1106(入力:1104,1105/出力:1111)。
・比較部r1110(入力:1105,1109/出力:1111)。
・回転半径選択部1111(入力:1103,1106,1108,1110/出力:806,814)。
各比較部での回転半径演算方法は、第1実施形態で説明した方法と同様である。但し、角速度計y第1BPF部1101と加速度計第1BPF部1102と角速度計r第1BPF部1107にて、バンドパスフィルタリングの抽出周波数は同じ周波数に設定されている。また角速度計y第2BPF部1104と加速度計第2BPF部1105と角速度計r第2BPF部1109にて、バンドパスフィルタリングの抽出周波数は同じ周波数に設定される。第1BPF部、第2BPF部ではそれぞれ、手振れの周波数帯域である1乃至10Hz内の周波数(例えば2Hzと10Hz)が設定されている。本例では周波数帯域を2種類としているが、3種類以上の周波数を設定して回転半径を求めてもよい。
図12のフローチャートは回転半径の選択処理例を示す。図中の「Yaw」はヨー方向を表し、「Roll」はロール方向を表す。「BPF1」は第1BPF部を表し、「BPF2」は第2BPF部を表す。
次にS1206で回転半径選択部1111は、YawBPF2の一致度判定値とRollBPF2の一致度判定値を比較する。YawBPF2の一致度判定値がRollBPF2の一致度判定値よりも小さい場合、S1207に進み、YawBPF2の一致度判定値がRollBPF2の一致度判定値以上の場合、S1208に進む。S1207でYawBPF2回転半径としてS1201で算出された値が保持され、RollBPF2回転半径はゼロに設定される。またS1208ではYawBPF2回転半径がゼロに設定され、RollBPF2回転半径としてS1201で算出された値が保持される。
出力補正部806は、回転半径選択部1111からのYaw補正用回転半径を用いて上式(5)の右辺第2項の演算を行う。また出力補正部814は、回転半径選択部1111からのRoll補正用回転半径を用いて上式(6)の右辺第2項の演算を行う。出力補正部806と出力補正部814の各出力は、加算部1112に送られ、角度振れ補正量に加算される。加算部1112の出力は駆動部112に入力され、振れ補正部110が駆動部112により駆動される。これにより角度振れと平行振れの両者に対する像ブレが補正されることになる。
第2実施形態では、第1の振れ検出手段(ピッチ角速度センサ又はヨー角速度センサ)と第3の振れ検出手段(加速度センサ)の検出結果から第1の補正量が算出される。そして第2の振れ検出手段(ロール角速度センサ)と第3の振れ検出手段の検出結果から第2の補正量が算出される。これら平行振れの補正量は、異なる複数の周波数帯域毎に求められる。周波数帯域毎に第1の角度振れに伴う平行振れの影響が大きいか、第2の角度振れに伴う平行振れの影響が大きいかが判定され、周波数帯域毎に平行振れ補正量が設定される。周波数帯域毎に、第1の角度振れを補正する第1の補正係数と第2の角度振れを補正する第2の補正係数が算出される。第1及び第2の補正係数にそれぞれ重み付けゲインを乗算することで、最終的な平行振れ補正量が算出される。これにより、第1の角度振れの影響による平行振れと第2の角度振れの影響による平行振れを同時に抑制することができる。
第2実施形態によれば、平行振れがピッチ方向又はヨー方向のカメラ回転による影響と、ロール方向のカメラ回転による影響を同時に受けている場合でも、最適な平行振れの補正を行える。よって、小型で機動性の高い防振制御装置により、マクロ撮影でも安定した防振、つまり平行振れの高精度な像ブレ補正が実現できる。
次に本発明の第3実施形態を説明する。
図13は、第3実施形態に係る防振制御装置の構成例を示すブロック図である。図13では、カメラの水平方向に生じる振れ(図1及び図2の矢印103y、104yの方向)の構成についてのみを示している。しかし、同様の構成はカメラの垂直方向に生じる振れ(図1及び図2の矢印103p、104pの方向)にも設けられている。これらは方向の違いを除いて基本的には同じ構成であるため、以下ではカメラの水平方向についての構成だけを説明する。
第1実施形態では、図8などで説明したように、ヨー方向とロール方向のカメラ回転に係るそれぞれの回転半径を求め、それらのうち一方の回転半径と角速度により、平行振れ補正量を求めている。これに対して第3実施形態では、ヨー方向とロール方向のうちの一方(例えばヨー方向)のカメラ回転による平行振れをまず求める。加速度計出力からその平行振れの影響による成分が減算され、その減算した信号から他方(例えばロール方向)の回転半径と平行振れ補正量が算出される。よって、ロール方向のカメラ回転の影響による平行振れと、ヨー方向のカメラ回転の影響による平行振れの両方について平行振れ補正量を算出することができる。
・出力選択部818が削除され、出力補正部806及び814の出力が加算部1304に入力されること。
・比較部y811が比較部y1305に置き換わり、比較部r817が比較部r1306に置き換わっていること。
・比較部y1305の1サンプリング周期前の出力を取得するために遅延部1301が設けられ、乗算部1302と減算部1303が設けられていること。
角速度計yBPF部808と加速度計BPF部810の各出力は比較部y1305に入力され、ここで回転半径が算出され、出力補正部806に送られる。出力補正部806はズーム及びフォーカス情報802を用いて撮影倍率を演算し、利得調整部805の出力を補正して、ヨー方向の平行振れの補正目標値を算出して加算部1304に出力する。
角速度計yBPF部808の出力は乗算部1302にも送られ、該出力と遅延部1301の出力が乗算される。乗算結果は減算部1303への負入力として送られる。減算部1303には加速度計BPF部810の出力が正入力として送られ、減算結果は比較部r1306に送られる。比較部r1306は減算部1303の減算結果と、角速度計rBPF部816の出力を比較する。比較部r1306が算出した回転半径は出力補正部814に送られる。
比較部y1305の出力はヨー方向における角度振れの回転半径(ヨー回転半径)を示している。遅延部1301は1サンプリング周期前のヨー回転半径を出力する。1サンプリング周期前のヨー回転半径と、角速度計yBPF部808の出力は乗算部1302で乗算され、設定された周波数帯域におけるヨー方向の平行振れ速度が算出される。減算部1303は加速度計BPF部810の出力から乗算部1302の出力を減算し、減算結果を比較部r1306に出力する。減算部1303ではヨー方向の平行振れ速度の影響を除去した平行振れ速度が算出される。
比較部r1306には減算部1303の出力と、角速度計rBPF部816の出力(ロール角速度BPF信号)が入力され、ロール方向における角度振れの回転半径(ロール回転半径)が算出される。出力補正部814はズーム及びフォーカス情報802より撮影倍率を演算し、求めた撮影倍率及び算出したロール回転半径に基づいて利得調整部813の出力を補正する。こうしてロール方向における平行振れの補正目標値が演算されることになる。
出力補正部806及び出力補正部814の各出力は、3入力の加算部1304に送られ、ここで角度振れ補正量と共に加算され、加算結果は駆動部112に送られる。
・回転半径算出部901の出力は遅延部905に入力され、これにより1サンプリング周期前の回転半径が取得されること。
・回転半径算出部901の出力と相関判定部904の出力は、上限処理部1401に入力され、上限処理部1401は上限値にクランプされた信号を出力すること。この上限値は相関判定部904の出力する一致度判定値の大きさに応じて可変設定される。
本例では、特定周波数におけるヨー回転半径とロール回転半径を求める方法について説明した。これに限らず、ヨー方向とロール方向の回転について各々複数の周波数における回転半径を求める方法でもよい。この場合、カメラCPU106は周波数毎に一方の角速度から回転半径を求め、その周波数における角速度と回転半径を乗算した平行振れ速度をその周波数における平行振れ速度から除去する。除去後の平行振れ速度と、その周波数における他方の角速度から、その周波数における他方の回転半径が算出される。
第3実施形態によれば、平行振れがピッチ方向またはヨー方向のカメラ回転の影響と、ロール方向のカメラ回転の影響を同時に受けている場合でも、最適な平行振れ補正を行うことができる。よって、小型で機動性の高い防振制御装置により、マクロ撮影でも安定した防振、つまり平行振れの高精度な像ブレ補正を実現できる。
次に本発明の第4実施形態を説明する。
図15は、本発明の第4実施形態に係る防振制御装置の構成例を示すブロック図である。図15では、カメラの水平方向に生じる振れ(図1及び図2の矢印103y、104yの方向)についての構成だけを示している。しかし、同様の構成はカメラの垂直方向に生じる振れ(図1及び図2の矢印103p、104pの方向)にも設けられている。これらは方向の違いを除いて基本的には同じ構成であるため、以下ではカメラの水平方向についての構成だけを説明する。
本実施形態の特徴は、第3の振れ検出手段が、撮像部(図1、図2の撮像素子107参照)の出力信号から振れを検出することである。つまり、カメラCPU106は、撮像素子107の画像出力を用いて、撮影光学系の主点近傍の平行振れを検出する。
・加速度計109y、HPF積分フィルタ809、加速度計BPF部810に代えて、画像動き検出部1501y、動きベクトルBPF部1504が設けられていること。
・HPF位相調整部807がHPF積分遅延調整部1502に置き換わっていること。
・HPF位相調整部815がHPF積分遅延調整部1503に置き換わっていること。
撮像素子107が時間経過と共に出力する画像信号を比較することで、手振れや構図のずれを検出する方法は広く知られており、電子防振或いは画像合成技術として活用されている。しかしながら、前述したように回転半径の長さLを求める方法では、静止画を撮影する前の撮影準備状態(動画取得状態)での画像情報を利用して角速度出力の補正が可能である。よって、これまでは動画撮影でしか生かせなかった撮像部の画像出力を、静止画撮影時の平行振れ補正に活用できるので有効である。
画像1601aにおいて、主被写体である花1602aの輪郭部1603aは、コントラストの高い領域である。これを特徴点として定めた場合、特徴点1603aの位置情報及び画像1601bにおける花1602bの輪郭部の画像情報から、特徴点1603aに対応する特徴点1603bを求めることができる。この2つの特徴点を結ぶ動きベクトル1604を水平方向と垂直方向の各成分に分解すると、矢印1604y(水平方向成分)、1604p(垂直方向成分)に示すようになる。この2方向に成分分解した動きベクトルを、画像毎に繋いでゆけば、画像上での振れ変位が求まる。
ヨー方向の角速度計108yの出力は、HPF積分遅延調整部1502に送られて、積分により角速度が角度に変換される。これは、動きベクトルとの間で次元を揃えるためである。その後、角速度計yBPF部808は、角度波形に重畳した低周波のドリフト成分などを除去する。
角速度計yBPF部808及び動きベクトルBPF部1504の各出力は、比較部y811に入力される。比較部y811は利得調整部805の出力を補正する補正値(第1の補正係数)を算出する。出力補正部806はズーム及びフォーカス情報802より撮影倍率を演算し、求めた撮影倍率及び前記補正係数に基づいて利得調整部805の出力を補正する。これによりヨー方向における平行振れの補正目標値が演算されることになる。
出力補正部806と出力補正部814の各出力は出力選択部818に入力され、平行振れの補正目標量が決定される。平行振れの補正目標値と敏感度調整部803からの角度振れの補正目標値は加算部819で加算され、加算結果が駆動部112に出力される。振れ補正部110は駆動部112により駆動され、角度振れと平行振れの両者に対して像ブレ補正が行われることになる。
また本実施形態では、撮像素子107に生じる画像のブレを、第3の振れ検出手段によって検出する。そして第3の振れ検出手段と、第1の振れ検出手段(ピッチ角速度センサ又はヨー角速度センサ)と第2の振れ検出手段(ロール角速度センサ)を用いて、角度振れ補正と平行振れ補正が行われる。よって、専用の加速度計が不要になるので、カメラの小型化、軽量化が実現できる。更に、撮影準備状態の場合にも電子防振を行うことで、角度振れ補正と平行振れ検出を並行して行う。
・カメラの水平方向の平行振れに関しては、ヨー方向の角速度検出手段の出力と、ロール方向の角速度検出手段の出力と、水平方向の加速度検出手段又は画像動き検出手段の出力を用いて水平方向の振れ補正が行われる。
・カメラの垂直方向の平行振れに関しては、ピッチ方向の角速度検出手段の出力と、ロール方向の角速度検出手段の出力と、垂直方向の加速度検出手段又は画像動き検出手段の出力を用いて、垂直方向の振れ補正が行われる。
106 カメラCPU
107 撮像素子
108y,108p 角速度計(第1の振れ検出手段)
108r 角速度計(第2の振れ検出手段)
109y,109p 加速度計(第3の振れ検出手段)
110 振れ補正部
111 補正レンズ
112 駆動部
1501y 画像動き検出部(第3の振れ検出手段)
Claims (9)
- 装置の振れによって生じる像ブレを、振れ補正手段を光軸に対して直交する方向に駆動することで補正する防振制御装置であって、
前記光軸に直交する第1の方向における角度振れを検出する第1の振れ検出手段と、
前記光軸まわりの第2の方向における角度振れを検出する第2の振れ検出手段と、
前記装置に振れが加わった場合の加速度又は振れによる画像の動きを検出する第3の振れ検出手段と、
前記第1及び第3の振れ検出手段の出力を用いて、前記第1の方向における角度振れに伴う平行振れの補正に用いる第1の補正量を算出し、前記第2及び第3の振れ検出手段の出力を用いて、前記第2の方向における角度振れに伴う平行振れの補正に用いる第2の補正量を算出する制御手段と、
前記制御手段が算出した前記第1及び第2の補正量に従って前記振れ補正手段を駆動する駆動手段を備えることを特徴とする防振制御装置。 - 前記制御手段は、
前記第1及び第3の振れ検出手段の出力を用いて第1の補正係数を演算して該第1の補正係数と前記第1の振れ検出手段の出力を用いて前記第1の補正量を算出し、
前記第2及び第3の振れ検出手段の出力を用いて第2の補正係数を演算して該第2の補正係数と前記第2の振れ検出手段の出力を用いて前記第2の補正量を算出し、
前記第1の振れ検出手段の出力から前記第1の方向における角度振れの補正に用いる補正量を算出し、当該補正量と、前記第1及び第2の補正量を合成して前記駆動手段に出力することを特徴とする請求項1記載の防振制御装置。 - 前記第1の振れ検出手段は、前記装置のピッチ方向又はヨー方向における角速度を検出し、
前記第2の振れ検出手段は、前記装置のロール方向における角速度を検出することを特徴とする請求項1又は2記載の防振制御装置。 - 前記制御手段は、
前記第1の振れ検出手段によって得られる信号と、前記第3の振れ検出手段によって得られる信号を比較して前記第1の補正係数を演算する第1の比較手段と、
前記第2の振れ検出手段によって得られる信号と、前記第3の振れ検出手段によって得られる信号を比較して前記第2の補正係数を演算する第2の比較手段を備えることを特徴とする請求項2記載の防振制御装置。 - 前記第1の比較手段は、前記第1の振れ検出手段によって得られる信号と前記第3の振れ検出手段によって得られる信号との間で相関判定を行って第1の判定値を求め、
前記第2の比較手段は、前記第2の振れ検出手段によって得られる信号と前記第3の振れ検出手段によって得られる信号との間で相関判定を行って第2の判定値を求め、
前記制御手段は、前記第1の判定値の方が前記第2の判定値に比べて相関度が大きい場合、前記第1の補正量を前記駆動手段に出力し、前記第2の判定値の方が前記第1の判定値に比べて相関度が大きい場合、前記第2の補正量を前記駆動手段に出力することを特徴とする請求項4記載の防振制御装置。 - 前記第1の比較手段は、前記第1の振れ検出手段によって得られる信号と前記第3の振れ検出手段によって得られる信号との間で相関判定を行って第1の判定値を求め、
前記第2の比較手段は、前記第2の振れ検出手段によって得られる信号と前記第3の振れ検出手段によって得られる信号との間で相関判定を行って第2の判定値を求め、
前記制御手段は、前記第1の補正係数に対して前記第1及び第2の判定値による重み付け演算を行って得た前記第1の補正量と、前記第2の補正係数に対して前記第1及び第2の判定値による重み付け演算を行って得た前記第2の補正量とを合成して前記駆動手段に出力することを特徴とする請求項4記載の防振制御装置。 - 前記制御手段は、前記第1の補正係数を演算した後、前記第3の振れ検出手段による信号から、前記第1の方向における角度振れに伴う平行振れの成分を除去した信号を生成し、前記第2の振れ検出手段による信号と前記平行振れの成分を除去した信号を用いて前記第2の補正係数を演算することを特徴とする請求項2記載の防振制御装置。
- 撮影光学系を通して得た被写体像を電気信号に変換する撮像素子と、
請求項1ないし7のいずれか1項記載の防振制御装置を具備することを特徴とする撮像装置。 - 装置の振れによって生じる像ブレを、振れ補正手段を光軸に対して直交する方向に駆動することで補正する防振制御方法であって、
前記光軸に直交する第1の方向における角度振れを検出する第1の振れ検出ステップと、
前記光軸まわりの第2の方向における角度振れを検出する第2の振れ検出ステップと、
前記装置に振れが加わった場合の加速度又は振れによる画像の動きを検出する第3の振れ検出ステップと、
前記第1及び第3の振れ検出ステップでの検出結果を用いて、前記第1の方向における角度振れに伴う平行振れの補正に用いる第1の補正量を算出し、前記第2及び第3の振れ検出ステップでの検出結果を用いて、前記第2の方向における角度振れに伴う平行振れの補正に用いる第2の補正量を算出する算出ステップと、
前記算出ステップで算出した前記第1及び第2の補正量に従って前記振れ補正手段を駆動する駆動ステップを有することを特徴とする防振制御方法。
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