JP2012120053A - 撮像装置およびその調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 姿勢検出手段のキャリブレーションを行う際に、撮像装置自身の傾きは調整誤差となるが、撮像装置自身の傾きを制御することは困難である。そこで、本発明の目的は、姿勢検出手段のキャリブレーションを行う際に、撮像装置自身の傾き値を検出する方法を提案することである。
【解決手段】 姿勢検出センサを有するカメラのキャリブレーションを行う際に、カメラをヨー方向に回転し、０度位置と１８０度位置にカメラがある時の姿勢検出センサの値を検出する。この際に、０度位置での姿勢検出手段の出力と、１８０度位置での姿勢検出手段の出力とから、装置の水平軸に対する傾き角と姿勢検出手段の装置に対する傾き角を算出し、姿勢判断手段は、この傾き角を姿勢検出に用いるための正確な補正値を得る。
【選択図】 図３

Description

本発明は、姿勢検出手段を有する撮像装置に関するものである。

近年のデジタルカメラをはじめとする撮像装置は、撮像装置の姿勢、特に撮影光軸周りの方向（ロール方向）の傾きを検出するセンサを搭載したものが普及するようになった。このような姿勢を検出する機能を有する撮像装置は、工場で組み立てを行う際に、取り付け誤差などの影響により、撮像素子と姿勢検出センサとの間に相対的な傾き角が生じる。姿勢検出手段が精度良く画像を水平合わせるために傾き角をキャンセルするキャリブレーションを行う必要がある。

これに対して、撮影画像から撮像素子のロール角を検出し、撮像装置の姿勢検出センサにより検出した角度との相対角を補正する方法が特許文献１に開示されている。

特開２００９−３３５００号公報

しかしながら、特許文献１では、姿勢検出センサの取り付け誤差を考慮した制御方法は開示されておらず、補正時に姿勢検出センサの取り付け誤差が調整誤差として残ってしまう。特に、ユーザがキャリブレーションを行うことを想定した場合、撮像装置自身の姿勢を制御することはより困難であり、精度の良いキャリブレーションを行うことができない。

そこで、本発明の目的は、姿勢検出手段のキャリブレーションを行う際に、撮像装置自身の傾き値を検出し、精度の良いキャリブレーションを行うことができる装置もしくは方法を提案することである。

上記目的を達成するために本発明は、装置の光軸回りの傾きを検出する姿勢検出手段と、前記姿勢検出手段の出力を用いて、前記姿勢検出手段の前記装置に対する傾き角を算出する算出手段と、前記装置の水平軸に対する傾き角を判断する姿勢判断手段と、前記装置がヨー方向に回転したときの回転角度を判別する回転角度判別手段とを有し、前記回転角度判別手段は、前記装置がヨー方向に１回転したときのある位置と前記ある位置から１８０度回転した位置を判別し、前記算出手段は、前記ある位置での前記姿勢検出手段の出力と、前記ある位置から１８０度回転した位置での前記姿勢検出手段の出力とから、前記装置の水平軸に対する傾き角と前記姿勢検出手段の前記装置に対する傾き角を算出し、前記姿勢判断手段は、前記装置の水平軸に対する傾き角を、前記装置の姿勢として用いることを特徴とする。

本発明によれば、姿勢検出手段のキャリブレーションを行う際に、撮像装置自身の傾き値を検出し、精度の良いキャリブレーションを行うことができる。

本発明の実施例における撮像装置１００の構成を示すブロック図である。 回転角度判別手段１４１によるヨー方向の回転角度の判別方法を示した図である。 撮像装置１００の水平軸に対する傾き角θｐを算出する方法を示した図である。 本実施例における姿勢検出センサ１３０の撮像装置１００に対する傾きθｓの調整方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図１〜４を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明を実施した撮像装置としてのデジタルカメラ（撮像装置１００とする）の構成を示すブロック図である。

撮像部１５０は撮像素子を含み、撮像光学系であるレンズユニット３００より結像された被写体の光学像を電気信号に変換する。

システム制御部１０１は撮像装置１００全体を制御する。Ａ／Ｄ変換部１０２は、撮像部１５０のアナログ信号出力をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号は、メモリ制御部１０５及びシステム制御部１０１により制御され、メモリ１０４に格納される。

画像処理部１０３は、 前記デジタル信号のデータ或いはメモリ制御部１０５からのデータに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。また、画像処理部１０３は適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）等により画像データを圧縮伸長する回路も備えており、メモリ１０４に格納された画像を読み込んで圧縮或いは伸長処理を行い、処理を終えたデータをメモリ１０４に書き込むことも可能である。また本実施例では、姿勢検出センサ１３０が検出した傾き角度からシステム制御部１０１が補正値を算出し、画像処理部１０３にて補正値を用いて、撮影画像の傾きを補正することも行う。

メモリ１０４は、撮影した静止画像及び動画像、再生用表示のための画像を格納するためのメモリであり、所定枚数の静止画像や動画像を格納するのに十分な記憶量を備えている。なお、メモリ１０４には、システム制御部１０１のワーク用領域を始めとする各種領域を確保されており、各種の演算はメモリ１０４の演算用領域を利用し、システム制御部１０１により実行される。

メモリ制御部１０５は、Ａ／Ｄ変換部１０２、画像処理部１０３、表示部１０８、外部着脱メモリ部１０７とメモリ１０４間のデータの送受を制御する。また、撮像素子から得られた撮像データを複数枚、メモリ１０４に格納しておき、画像処理部１０３によって合成しパノラマ画像として表示することができる。

操作部１０６は、システム制御部１０１の各種の動作指示を入力するための操作手段であり、スイッチやダイアル、タッチパネル、音声認識装置等の単数或いは複数の組み合わせで構成される。たとえばメニュースイッチ、モードダイアル、レリーズスイッチなどがある。そのうちレリーズスイッチは、レリーズボタンの半押し（ＳＷ１）及び全押し（ＳＷ２）で各々ＯＮとなる２段スイッチである。半押し状態ではＡＦ（オートフォーカス）処理などの撮影準備動作の動作開始を指示し、全押し状態では、撮像処理や現像処理を行う。さらに、メモリ１０４から画像データを読み出し、画像処理部１０３でさらに圧縮を行い、外部着脱メモリ部１０７に装着された不図示の記録媒体に画像データを書き込む記録処理という一Ｆ連の処理の動作開始を指示する。なお、外部着脱メモリ部１０７は、着脱可能な記録媒体に画像ファイル記録や読出を行う。

表示部１０８は、たとえば液晶パネルからなり、システム制御部１０１の指示により、メモリ１０４の画像表示データ用領域に格納されたメニュー画面、または外部着脱メモリ部１０７に格納された画像ファイルを表示することが可能である。また、撮像素子から得られた撮像データを逐次リアルタイムにスルー画像表示することで、「ライブビュー」撮影を行うことができる。またバックライト照明によって背面照射されている。

姿勢検出センサ１３０は、本実施例においては２軸の加速度センサ及び検出回路で構成され、撮像装置１００の姿勢、特に撮影光軸回り（ｚ軸回り）の方向（ロール方向）の傾きを検出する。たとえば、正位置での鉛直方向下向き（ｙ軸）と、光軸（ｚ軸）とｙ軸に直交する横方向のｘ軸の２方向について加速度を検出するものとする。

姿勢判断手段１４０は、姿勢検出センサ１３０の出力を元に撮像装置１００の姿勢を判断する。そして、姿勢判断手段１４０にて判断された撮像装置１００の姿勢を、表示部１０８に表示することで、ユーザに撮像装置の水平度を通知することができる。この表示方法としては、たとえば検出した傾きを示す直線を、メモリ１０４に格納された撮影画像の任意の位置に合成し、前述の表示部１０８にスルー画像表示する。回転角度判別手段１４１は、撮像装置１００のｙ軸回りの方向（ヨー方向）の傾き角度を判別する。

カメラ制御部２０１は、シャッター制御部２１１、測光部２０２、測距部２０３との送受通信によりカメラとしての一連の動作を制御する。またカメラ制御部２０１は、レンズユニット３００を制御することも可能である。

シャッター制御部２１１は、測光部２０２からの測光情報に基づいて、絞り３０３を制御するレンズ制御部３０１と連携しながら、シャッター２１２を制御する。測光部２０２は、撮影レンズ３０２に入射した光線を、絞り３０３、レンズマウント３０４及び２１３、そして不図示の測光用レンズを介して、測光部２０２に入射させることにより、光学像として結像された画像の露出状態を測定することができる。そして、カメラ制御部２０１は測光部２０２の測光結果を用いてＡＥ（自動露出）処理を行うことができる。

測距部２０３は、撮影レンズ３０２に入射した光線を、絞り３０３、レンズマウント３０４及び２１３、そして不図示の測距用ミラーを介して、測距部２０３に入射させることにより、光学像として結像された画像の合焦状態を測定することが出来る。カメラ制御部２０１は、測距部２０３の測距結果を用いてＡＦ（オートフォーカス）処理を行うことができる。

レンズマウント２１３及び３０４は、撮像装置１００とレンズユニット３００と接続するためのインターフェースであり、カメラ制御部２０１及びレンズ制御部３０１を電気的に接続する。撮像装置１００をレンズユニット３００と電気的に接続するコネクタであり、カメラ制御部２０１により制御される。なお、デジタル一眼レフカメラでない場合は、このレンズマウントは必要ない。

レンズユニット３００は、交換レンズタイプのレンズユニットであり、図示されていない被写体の光学像を、撮影レンズ３０２から、絞り３０３、レンズマウント３０４及び２１３、シャッター２１２を介して導き、撮像部１５０上に結像することが出来る。レンズ制御部３０１はレンズユニット３００全体を制御する。

レンズ制御部３０１は、動作用の定数、変数、プログラム等を記憶するメモリやレンズユニット３００固有の番号等の識別情報、管理情報、開放絞り値や最小絞り値、焦点距離等の機能情報、現在や過去の各設定値などを保持する不揮発メモリの機能も備えている。またレンズ制御部３０１は絞り３０３を制御したり、撮影レンズ３０２のフォーカシングを制御したり、撮影レンズ３０２のズーミングを制御する機能も兼ね備えている。

図２は回転角度判別手段１４１によるヨー方向の回転角度の判別方法を示した図である。

撮像装置１００を水平方向（レンズユニット３００の光軸をｚ軸、ｚ軸に直交し、静位置で構えた場合の鉛直方向をｙ軸とした場合、ｙ軸回りの方向であるヨー方向）に３６０度回転させてパノラマ撮影したとする。図２では、例として３枚の撮像画像の合成で３６０度回転を終える画角のレンズの場合のパノラマ撮影した撮像画像を示している。

回転角度判別手段１４１は、このパノラマ画像より、撮像装置１００が水平方向に回転した角度を判別する。回転角度判別手段１４１は、図２の例では、１枚目の左端Ａ点と同じ被写体がＢ点（図２では３枚目の写真の右端）に現れた時、撮像装置１００が水平方向に３６０度回転（１回転）したと判別する。そして、１枚目の中心部のちょうど反対側となる部分を、撮像装置１００が水平方向に１８０度回転した位置と判断する。図２の場合は、２枚目と３枚目の継ぎ目の部分が１８０度回転した位置となる。

このようにして、１８０度以外にも、同様にして撮像装置１００が水平方向に回転した角度を判断するができる。なお、回転角度判別手段は、地磁気センサや角速度センサを搭載するカメラにおいては、それらの出力を元に角度を判別することも出来る。

図３は本実施例に係る撮像装置１００の傾き角の検出方法を示したものである。

まず、姿勢検出センサ１３０が検出する光軸周りの角度は、水平位置から姿勢検出センサ１３０が何度傾いているかである。しかしながら、雲台のような台座において撮影する場合は、取り付けられた台座自体の傾きに加えて、姿勢検出センサ１３０自身がカメラ本体からどの程度傾いて配置されているかという点を考慮しなければならない。
ここで、
姿勢検出センサ１３０の角度＝姿勢検出センサ１３０の水平軸に対する傾き
＝撮像装置１００（台座）の水平軸に対する傾きθｐ＋姿勢検出センサ１３０の撮像装置１００（台座）に対する傾きθｓ
という式が成立する。

ここで、撮像装置１００は台座に取り付けられているため、台座の水平軸に対する傾き＝撮像装置１００の水平軸に対する傾き＝θｐとなる。そこで、撮像装置１００の水平軸に対する傾きθｐを求めるために、撮像装置を水平方向に１８０度を回転させた場合の姿勢検出センサ１３０の出力を考える。図３のように、撮像装置１００の背面を見ている状態から、ヨー方向に１８０度を回転させ正面を向かせた状態では、姿勢検出センサ１３０のｘ軸方向の出力は正負逆の同じ値となる（ｙ軸の出力は変化しない）。なお、水平位置に構えた場合は、重力加速度ｇが主にｙ軸方向で検出されるため、ｘ軸方向で検出する。たとえば、水平からθ［ｄｅｇ］傾いた際に、ｘ軸方向はｇ・ｓｉｎθとなり、ｙ軸方向はｇ・ｃｏｓθとなる。この際に、θは微小なので、ｘ軸方向のセンサ出力よりもｙ軸方向のセンサ出力の方が、傾きが変化したときのセンサ出力の値の変動大きく、検出精度が良い。

これにより撮像装置１００の水平軸に対する傾き、すなわち台座の水平軸に対する傾きは、
撮像装置１００の水平軸に対する傾き角θｐ
＝（回転前の検出角度θ１ − １８０度回転後の検出角度θ２）／２
で表される。これにより、姿勢検出センサ１３０の出力とθｐを用いて、姿勢検出センサ１３０の撮像装置１００に対する傾きθｓが求められる。

図４は本実施例における調整方法を表したフローチャートである。撮像装置１００が台座に設置された後に調整モードに設定されると、システム制御部１０１は図４のフローを実行する。

先ず、ステップＳ１１において姿勢検出センサ１３０の出力（θ１）を取得する。そして、ステップＳ１２においてカメラはライブビューモードになる。この際に、表示部１０８に「カメラを３６０度回転させて下さい」のように撮影者にカメラを水平方向に回転さるよう促す表示を行っても良い。

その後、ステップＳ１３において、ユーザによって一回目の回転が行われている間に、ヨー方向に３６０度回転中のパノラマ撮影を行い、３６０度の回転が終了するとパノラマ撮影を終了する。そしてステップＳ１４において、回転角度判別手段１４１は、ステップＳ１３にて撮影した３６０度のパノラマ画像から、撮像装置１００が回転開始した位置（図２の０度の位置）からヨー方向に１８０度回転したところの位置（図２の１８０度の位置）を判別する。以降、この位置を「１８０度の位置」とする。なお、回転開始した位置ではなく任意のある位置と、そのある位置から１８０度回転した位置を取得できれば良い。

ステップＳ１５において、ステップＳ１４で１８０度の位置を検出することができたかどうかを判定する。ステップＳ１４で１８０度の位置を検出することができた場合、ステップＳ１６に進み、１８０度位置をメモリに記憶する。この際に、表示部１０８に「１回目の回転完了」のように回転が終了したことをユーザに知らせても良い。一方でステップＳ１５において、ステップＳ１４で１８０度の位置を検出することができなかった場合、ステップＳ１３に戻り１回目の回転と撮影をやり直す。

次に、ステップＳ１７において、２回目の回転を開始する。この際に、２回目の回転時は１回目の回転に比べて撮像装置１００をゆっくり回転させる。これは、姿勢検出センサ１３０のサンプリング精度をあげるためである。この際、表示部１０８に「カメラをゆっくり回転させて下さい」と表示し、ユーザに１回目よりもゆっくりと回転させるよう指示しても良い。ステップＳ１８において、２回目のパノラマ撮影を行いながら、姿勢検出センサ１３０はセンサ出力を回転中にサンプリングし続け、パノラマ撮影に対応したデータとしてメモリへサンプリングデータを保存する。

そして、ステップＳ１９において、１回目のパノラマ画像から判断した１８０度位置における姿勢検出センサ１３０の出力（θ２）を取得する。本実施例においては２回の回転を行う方法を示しているが、回転角度判別手段の精度及び姿勢検出手段の精度が高い場合、１回の回転で済む場合もある。

ステップＳ２０においては、ステップＳ１９で１８０度位置の姿勢検出センサ１３０の出力（θ２）を取得することができたか否かを判定する。ステップＳ１９で１８０度位置の姿勢検出センサ１３０の出力（θ２）を取得することができた場合、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２０において、ステップＳ１９で１８０度位置の姿勢検出センサ１３０の出力（θ２）を取得することができなかった場合、ステップＳ１７に戻り２回目の回転をやり直す。

ステップＳ２１においては、ステップＳ１９で取得した姿勢検出センサ１３０の出力（θ２）に基づき、撮像装置の水平軸に対する傾きθｐの傾きを得る。そしてステップＳ２２にて、姿勢検出センサ１３０の出力（θ１）と撮像装置の水平軸に対する傾きθｐから姿勢検出センサ１３０の撮像装置１００に対する傾きθｓを算出して補正を行う。具体的には、姿勢検出センサ１３０の出力からθｓだけ差し引いた値（傾き角）を出力して表示するようにする。これによって、調整が完了する。この際に、表示部１０８に「調整完了」の表示をしてユーザに調整が完了したことを知らせても良い。そして、図４のフローを終了する。

１０１ システム制御部
１３０ 姿勢検出センサ
１４０ 姿勢判断手段
１４１ 回転角度判別手段

Claims (5)

1. 装置の光軸回りの傾きを検出する姿勢検出手段と、
   前記姿勢検出手段の出力を用いて、前記姿勢検出手段の前記装置に対する傾き角を算出する算出手段と、
   前記装置の水平軸に対する傾き角を判断する姿勢判断手段と、
   前記装置がヨー方向に回転したときの回転角度を判別する回転角度判別手段とを有し、
   前記回転角度判別手段は、前記装置がヨー方向に１回転したときのある位置と前記ある位置から１８０度回転した位置を判別し、
   前記算出手段は、前記ある位置での前記姿勢検出手段の出力と、前記ある位置から１８０度回転した位置での前記姿勢検出手段の出力とから、前記装置の水平軸に対する傾き角と前記姿勢検出手段の前記装置に対する傾き角を算出し、
   前記姿勢判断手段は、前記装置の水平軸に対する傾き角を、前記装置の姿勢として用いることを特徴とする撮像装置。
2. 前記算出手段は、前記姿勢検出手段の出力から前記姿勢検出手段の前記装置に対する傾き角を引くことによって前記装置の水平軸に対する傾き角を算出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 表示部を更に有し、
   前記算出手段によって算出された前記装置の水平軸に対する傾き角を前記表示部に表示することでユーザに知らせることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記装置がヨー方向に１回転したときはパノラマ撮影を行うことを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の撮像装置。
5. 装置の光軸回りの傾きを検出する姿勢検出手段を有する撮像装置の調整方法であって、
   前記姿勢検出手段によって、装置の光軸回りの傾きを検出する姿勢検出ステップと、
   前記姿勢検出手段の出力を用いて、姿勢検出手段の前記装置に対する傾き角を算出する算出ステップと、
   前記撮像装置の水平軸に対する傾き角を判断する姿勢判断ステップと、
   前記撮像装置がヨー方向に回転したときの回転角度を判別する回転角度判別ステップを有し、
   前記回転角度判別ステップにおいては、前記撮像装置がヨー方向に１回転したときのある位置と前記ある位置から１８０度回転した位置を判別し、
   前記算出ステップにおいては、前記ある位置での前記姿勢検出手段の出力と、前記ある位置から１８０度回転した位置での前記姿勢検出手段の出力とから、前記装置の水平軸に対する傾き角と前記姿勢検出手段の前記撮像装置に対する傾き角を算出し、
   前記姿勢判断ステップにおいては、前記装置の水平軸に対する傾き角を、前記撮像装置の姿勢として用いることを特徴とする撮像装置の調整方法。

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