JP2923102B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は撮像装置に係り、とくに
手振れ等の振動により発生する映像の振動を抑圧するこ
とのできる固体撮像素子等を用いた小型軽量のビデオカ
メラに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のビデオカメラは小形軽量化が進ん
でいるため撮影時に手振れが生じやすくなっている。と
くにズ−ムレンズの高倍率化により上記手振れの影響が
大きくなっており、このため、このような手振れによら
ず常に安定な映像信号を出力することのできる機能が要
望されている。特公開平１−５３９５７号公報には上記
手振れによって生じる映像の振動を抑圧方法の一例が開
示されている。

【０００３】すなわち、ビデオカメラの角速度を検出
し、この角速度信号に応じててレンズあるいは固体撮像
素子等を機械的に移動させたり、また、固体撮像素子の
画像領域から切り出す画像の位置を変化させたり、ある
いは映像信号をメモリに一旦記憶してからその読み出し
時に画像の出力範囲を制御して、上記手振れによって生
じる映像の振動を補償するようにしている。さらに、上
記角速度センサ−の温度特性が悪いため、角速度より導
かれる固体撮像装置の振動角に誤差が生じるので、制御
系に低域カットフィルタを挿入して温度ドリフトの存在
する低域周波数成分を削除するダンピングモ−ドを設定
するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、上記低域カットフィルタ−がパンニングやチルティ
ング撮影時に必要な低域周波数成分も除去してしまうの
で、これらの画像制御時には、上記低域カットフィルタ
−の特性を手動により切替たり、あるいは上記画像制御
動作を自動的に検出して切替たりする必要が生じ、その
結果、回路が複雑化し、操作性が低下するという問題が
あった。本発明の目的は、上記問題点を解決した画像振
動補正装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、角速度信号を出力する角速度センサと、
該角速度センサから出力される角速度信号から直流成分
信号を減算する減算器と、該減算器から得られる角速度
信号を積分して角度信号を出力する積分回路と、上記減
算器から得られる角速度信号の直流成分又は上記積分回
路から出力される角度信号の直流成分についての基準直
流成分信号に対する極性を判定する極性判定回路と、該
極性判定回路から出力される極性に応じて増加または減
少させた上記直流成分信号を発生させて上記減算器に印
加する直流成分信号発生器とを備え、上記角速度センサ
から出力される角速度信号に含まれる直流成分を上記減
算器によって除去することにより上記積分回路から手振
れに対応する角度信号を抽出し、この角度信号により撮
像装置の画像の振れを補正制御することを特徴とする撮
像装置である。また、本発明は、角速度センサから出力
される角速度信号について該角速度信号の直流レベルを
直流成分信号発生器から印加される直流成分信号に応じ
て制御する増幅器を備えたことを特徴とする。 また、本
発明は、積分回路から抽出される角度信号を撮像装置の
１フィールド周期毎、または複数フィールド周期毎に出
力して撮像装置の画像の振れを補正制御することを特徴
とする。即ち、極性判定回路から出力される極性に応じ
て増加または減少させた直流成分信号を直流成分信号発
生器から発生させて減算器または増幅器に印加する動作
を、撮像装置の１フィールド周期毎、または複数フィー
ルド周期毎に行なうことを特徴とする。

【０００６】さらに、上記の動作を少なくとも垂直方向
と水平方向について行なうようにする。さらに、上記垂
直方向と水平方向の各積分回路の出力信号より、垂直お
よび水平方向の撮像範囲を指定する信号を生成するよう
にする。さらに、ラインメモリを介して固体撮像素子の
出力を取り出すようにし、上記垂直方向の積分回路の出
力信号または上記垂直方向撮像範囲指定信号により上記
固体撮像素子を垂直走査範囲を制御し、上記水平方向の
積分回路の出力信号または上記水平方向撮像範囲指定信
号により上記ラインメモリの水平走査範囲を制御するよ
うにする。

【０００７】また、フィ−ルドメモリを介して固体撮像
素子の出力を取り出すようにし、上記垂直方向と水平方
向の各積分回路の出力信号、または上記垂直および水平
方向の撮像範囲指定信号により上記フィ−ルドメモリの
読みだし範囲を制御するようにする。

【０００８】

【作用】上記角速度信号から上記電圧発生器の直流信号
を減算することにより、上記角速度センサ出力に含まれ
る直流オフセットや直流ドリフト成分を除去してカメラ
の手振れに対応する角度信号のみを抽出し、この角度信
号により固体撮像素子の画像振れを補正する。また、上
記角速度信号の直流成分を１フィ−ルドまたは複数フィ
−ルド毎に上記電圧発生器の直流信号により除去する。

【０００９】また、上記垂直方向と水平方向の各積分回
路の出力信号より、垂直および水平方向の画像読みだし
範囲指定信号を生成する。また、垂直方向の積分回路出
力または同画像読みだし範囲指定信号により固体撮像素
子の垂直方向読み出し範囲を制御し、水平方向の積分回
路出力または同画像読みだし範囲指定信号によりライン
メモリの水平走査範囲を制御する。また、上記垂直方向
と水平方向の各積分回路の出力信号、または上記垂直お
よび水平方向の撮像範囲指定信号によりフィ−ルドメモ
リの読みだし範囲を制御するようにする。

【００１０】

【実施例】図１は本発明実施例のブロック図である。図
１において、ビデオカメラのレンズ１を介する映像は固
体撮像素子２（以下、撮像素子と称する）に入力され、
時間軸変換回路３と信号処理回路４を経て映像信号１２
として出力される。なお、撮像素子２は走査パルス生成
回路５を介して稼働領域指定回路１１からの信号により
制御され、同様に時間軸変換回路３も稼働領域指定回路
１１からの信号により制御され、この結果、信号処理回
路４からは画像領域を指定された信号が出力される。可
動領域指定回路１１には、垂直方向の角速度センサ７ｖ
から得られる垂直角度信号ｍｖ₃と水平方向の角速度セ
ンサ７ｈから得られる水平角度信号ｍｈ₃が入力され
る。

【００１１】上記垂直角度信号ｍｖ₃と水平角度信号ｍ
ｈ₃はそれぞれの角速度センサ信号からほぼ同一の回路
を介して生成されるので、以下、垂直角度信号ｍｖ₃の
生成過程のみについて説明する。垂直方向の角速度セン
サ７ｖからの信号ｍｖ₀は増幅器８ｖにより適宜増幅さ
れた後、減算器９ｖ₁により電圧発生器９ｖ₃の出力電圧
ｍｖ₄が減算されてｍｖ₂に変換される。上記ｍｖ₂は積
分回路９ｖ₂により積分されてｍｖ₃に変換され、可動領
域指定回路１１に入力されるとともに電圧判別回路１０
ｖを介して電圧発生器９ｖ₃に戻される。

【００１２】上記ｍｖ₃は角速度信号ｍｖ₀を積分したも
のであるからカメラが振動したことによる角度を表す信
号に相当する。本発明では上記ｍｖ₃より直流成分を除
去して、交流成分のみを取り出して画像の揺れのみを補
正するようにする。電圧判別回路１０ｖは電圧ｍｖ₃の
大きさと極性を判別する。すなわち、角速度センサ７ｖ
と増幅器８ｖ部分に直流オフセットや直流ドリフトがな
い場合の電圧ｍｖ₃の直流電圧レベルをｍｖ₃₀とする
と、電圧判別回路１０ｖは電圧ｍｖ₃とｍｖ₃₀とを比較
し、ｍｖ₃がｍｖ₃₀からの所定範囲を越える場合にはそ
の極性信号を出力し、ｍｖ₃がｍｖ₃₀から所定範囲内に
あるときには出力を発生しない。

【００１３】電圧発生器９ｖ₃は、上記電圧判別回路１
０ｖの極性信号が正の場合には出力電圧ｍｖ₄を正方向
に１ステップ増加してその値を保持する。上記極性信号
が負の場合には出力電圧ｍｖ₄を負方向に１ステップ変
化させその値を保持する。上記の各動作は所定のサンプ
リング周期毎に繰り返される。すなわち、減算器９ｖ₁
は上記サンプリング周期毎に上記減算動作を行ない、積
分回路９ｖ₂は各サンプリング周期間の信号ｍｖ₂を積分
し、電圧判別回路は上記ｍｖ₃に対応する極性信号をそ
の都度出力し、電圧発生器９ｖ₃は上記極性信号が発生
する毎にその出力電圧ｍｖ₄を１ステップづつ増加また
は減少させて保持する。

【００１４】この結果、電圧発生器９ｖ₃の出力電圧ｍ
ｖ₄は入力電圧ｍｖ₁に追随して変化する。また、ｍｖ₁
の中の直流成分は上記ｍｖ₄の直流成分により打ち消さ
れるので積分回路１０ｖの出力ｍｖ₃の直流成分は略ゼ
ロに維持されることになる。すなわち、上記ｍｖ₁とｍ
ｖ₄の直流成分は上記１ステップの幅の範囲内で等しく
なるので、両者の差分の積分結果も略ゼロとみなせる程
度に小さくなるのである。また、上記１ステップ幅を小
さくすることにより上記ｍｖ₃の直流成分を任意にゼロ
に近づけることができる。

【００１５】以上の動作により、上記ｍｖ₃の中の交流
成分のみを可動領域指定回路１１に送って画像の交流的
な揺れを補正することができる。この結果、角速度セン
サ７ｖや増幅器８ｖの直流オフセットやその変動分であ
る直流ドリフト等により画像中心が変化することを防止
でき、さらに、減算器９ｖ₁、積分回路９ｖ₂、電圧判別
回路１０ｖや電圧発生器９ｖ₃等の直流オフセットや直
流ドリフト等による画像中心の変化をも同様に防止する
ことができる。また、上記増幅器８ｖの出力ｍｖ₁の直
流オフセットが大きい場合には、積分回路９ｖ₂の出力
ｍｖ₃をゼロに収斂させるまでの時間が長くなるので、
電圧発生器９ｖ₃の出力ｍｖ₁に上記ｍｖ₁の直流オフセ
ット相当分を加えておくようにする。

【００１６】従来装置においては、上記直流成分を除去
するために用いられるハイパスフィルタやそれ以降の回
路の直流成分を除去することができなかった。しかし、
上記本発明では積分回路の出力ｍｖ₃のレベルを十分に
大きくできるので、このような問題を回避できるのであ
る。また、本発明では積分回路９ｖ₂の出力をフィ−ル
ド毎、または１フィ−ルドの整数倍毎に出力する。これ
により、各１フィ−ルド画像の重心のづれをフィ−ルド
毎に修正して読み出すことができる。水平方向におけ
る、角速度センサ７ｈ、増幅器８ｈ、減算器９ｈ₁、積
分回路９ｈ₂、電圧判別回路１０ｈ、電圧発生器９ｈ₃等
の動作も上記垂直方向に置ける動作と同様である。

【００１７】可動領域指定回路１１は上記信号ｍｖ₃よ
り垂直方向の走査領域指定信号Ｍｖを算出し、同様に信
号ｍｈ₃より水平方向の走査領域指定信号Ｍｖを算出す
る。走査パルス生成回路５は上記Ｍｖに応じて垂直方向
の走査パルス６を生成し、撮像素子３の垂直方向走査領
域を変化させて手振れの垂直方向成分を補正する。ま
た、メモリ制御回路３２は上記Ｍｈに応じてメモリ読み
出しアドレス３３を生成し、ラインメモリ３１の読み出
しアドレス３３を変化させて手振れの水平方向成分を補
正する。以上の動作により、信号処理回路４は手振れ等
の振動の影響を受けない映像信号１２を出力することが
できる。

【００１８】なお、上記Ｍｈも走査パルス生成回路５に
入力するようにして、センサ２の垂直、水平両方向の走
査領域を変えるようにしても同様の効果が得られる。ま
た、ラインメモリ３１を１画面を記憶するフィ−ルドメ
モリにかえ、上記ＭｖとＭｈによりフィ−ルドメモリの
読み出しアドレスを制御するようにしても同様の効果を
得ることができる。

【００１９】図２は上記直流信号の抑圧効果を説明する
図であり、垂直方向の動作を説明している。水平方向に
ついても同様である。同図の４１〜４５の横軸は時間、
縦軸は角速度信号ｍｖ₁と電圧発生器の出力ｍｖ₄等の電
圧軸であり、ｍｖ₁を実線、ｍｖ₄を点線で表している。
同図（ａ）に示す４０，４１，４２は振動がなく直流成
分のみが変化した場合である。 静止状態では４０に示
すように上記ｍｖ₁とｍｖ₄は一致している。温度変動や
電源電圧変動その他の原因によりｍｖ₁が４１のように
変化すると、前記のように積分回路９ｖ₂と電圧判別回
路１０ｖを介するル−プはこの変化を検出して時上記ｍ
ｖ₄を制御してｍｖ₁に追随させ、４２に示すように両者
が一致した所で再び落ち着く。

【００２０】同図（ｂ）の４３，４４，４５は上記直流
成分のみが変化に交流振動が重畳した場合であり、４３
が４１に対応し、４４が４１に、４５が４２に対応して
いる。４３〜４５を通じてｍｖ₁の交流成分は連続的に
印加されているのでｍｖ₄の交流成分もこれに追随して
変化し、直流成分は上記４１の過程を経て変化し、最終
的に両者は４５に示すように完全に一致する。

【００２１】図３は上記図１の信号処理をデジタル化し
た本発明実施例のブロック図である。簡単のため角速度
センサから可変領域指定回路１１までの部分のみを示し
ている。垂直方向の角速度信号ｍｖ₁はＡ／Ｄコンバ−
タ２０ｖによりディジタル信号に変換され、以後の各部
分における動作は信号がデジタル化されている点を除け
ば図３は図１の場合と同様である。ただし、図３におい
ては積分回路９ｖ₂の出力信号ｍｖ₃が電圧判定回路１０
ｖ₁にて符号（極性）判定されたの後、基準電圧シフト
量設定回路１０ｖ₂により電圧発生器９ｖ₃の電圧シフト
量とシフト方向を指定するようになっている。

【００２２】図４は上記図３のディジタル演算回路２１
の動作をマイクロコンピュ−タに行なわせる場合のプロ
グラムのフロ−チャ−トである。ステップ３０１にて角
速度信号ｍｖ₁のディジタル検出信号ｎｖ₁を読み込み、
ステップ３０２にて電圧発生器９ｖ₃の出力ｍｖ₄を読み
込み、ステップ３０３にて、ｎｖ₁とｍｖ₄の差分デ−タ
Δｖを算出する。次いでステップ３０４にて、上記Δｖ
を順次加算することにより積分デ−タｍｖ₃を生成し、
ステップ３０５にて１フィ−ルド期間積分したかどうか
を判定し、Ｎｏなら３０１に戻って上記積分を継続す
る。また、Ｙｅｓならばステップ３０６にて上記積分デ
−タｍｖ₃を出力してｍｖ₃を０にリセットし、次のフィ
−ルド積分を開始する。

【００２３】次いでステップ３０７にて上記ｍｖ₃の符
号判定を行ない、負ならばステップ３０８にてｍｖ₄の
減少分−Δｄを発生し、等しければステップ３０９にて
ｍｖ₄をそのまま残し、正ならばステップ３１０にてｍ
ｖ₄の増加分＋Δｄを発生し、ステップ３１１にてこの
増減分をｍｖ₄に加算する。以上により、図１及び図３
のの動作をマイクロコンピュ−タを用いて行なわせるこ
とができる。

【００２４】図５は本発明の他の実施例のブロック図で
ある。図５においては角速度信号ｍｖ₁の直流成分を増
幅器８ｖの出力直流レベル調整により除去するようにす
る。このため、積分回路９ｖ₂の出力ｍｖ₃を電圧判定回
路１０ｖ₃により判定して得られる極性信号により電圧
発生器９ｖ₃の出力直流電圧ｍｖ₄を制御するようにす
る。なお、上記ｍｖ₃はデジタル化されているので電圧
判定回路１０ｖ₃はデジタル信号ｍｖ₃の直流レベルの極
性を判定することになる。

【００２５】増幅器８ｖは上記ｍｖ₄に応じてその出力
直流レベルを変化させる構成となっており、例えば、増
幅器８ｖの入力にｍｖ₄に比例する直流電圧を印加した
り、あるいは出力段の直流バイアスレベルを上記ｍｖ₄
に応じてシフトさせるようにする。図５の電圧発生器９
ｖ₃₀は固定された直流電圧を発生して上記ｍｖ₁の固定
分を補償する。なお、上記の動作は水平方向についても
同様である。なお、上記本発明の各実施例においては、
積分回路９ｖ₂の直流レベル変動を抑えるため積分回路
９ｖ₂の出力ｍｖ₃の極性を判定して電圧発生器９ｖ₃の
出力を制御するようにしていた。しかし、積分回路９ｖ
₂の入力ｍｖ₂の直流レベルがゼロであれば上記ｍｖ₃の
直流レベルも変動しないので、例えば図５にて点線で示
すように、積分回路９ｖ₂の入力ｍｖ₂の極性を判定して
電圧発生器９ｖ₃の出力を制御するようにしても同様の
効果を得ることができる。この点は水平方向についても
同様である。

【００２６】

【発明の効果】本発明により、上記角速度信号を積分し
て得られる角度信号の直流オフセット分やそのドリフト
分を抑圧して手振れ等による角度変化信号のみを純粋に
抽出することができるので、手振れ等による画像の振動
を良好に抑圧することができる。低域カットフィルタに
より角速度信号の直流オフセット分やそのドリフト分を
除去してから積分する従来方式では、積分回路自身や上
記低域カットフィルタと積分回路間に介在する回路の直
流オフセット分やそのドリフト分を除去できないため、
これらの成分の積分出力により画像位置がシフトすると
いう問題があったが、本発明では積分回路出力の直流分
を自動的に補償するので、上記問題を解決することがで
きる。この結果、従来装置におけるダンピングモ−ドス
イッチを除去することができる。

【００２７】さらに、従来技術における上記低域カット
フィルタ−の特性切替回路も省略できるので回路構成を
簡略化し、操作性を向上することができる。また、本発
明は簡単なマイクロコンピュ−タにより容易に構成でき
るので、設計工数を短縮し、装置の信頼性、経済性等を
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例ブロック図である。

【図２】図１の状態遷移図である

【図３】本発明の他の実施例のブロック図である。

【図４】図３のフロ−チャ−トである。

【図５】本発明の他の実施例のブロック図である。

【符号の説明】

１ レンズ ２ 撮像素子 ３ 時間軸変換回路 ４ 信号処理回路 ５ 走査パルス生成回路 ７ｖ，７ｈ 各角速度センサ ９ｖ₂、９ｈ₂ 各積分回路 ９ｖ₃、９ｈ₃ 各電圧発生器 １０ｖ，１０ｈ 各電圧判別回路 １１ 可変領域指定回路 ２０ｖ，２０ｈ 各Ａ／Ｄ変換器

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】角速度信号を出力する角速度センサと、 該角速度センサから出力される角速度信号から直流成分
   信号を減算する減算器と、 該減算器から得られる角速度信号を積分して角度信号を
   出力する積分回路と、 上記減算器から得られる角速度信号の直流成分又は上記
   積分回路から出力される角度信号の直流成分についての
   基準直流成分信号に対する 極性を判定する極性判定回路
   と、該極性判定回路から出力される極性に応じて増加または
   減少させた上記直流成分信号を発生させて上記減算器に
   印加する直流成分信号発生器とを備え 、上記角速度センサから出力される角速度信号に含まれる
   直流成分を上記減算器によって除去することにより上記
   積分回路から手振れに対応する角度信号を抽出し、この
   角度信号により撮像装置の画像の振れを補正制御する こ
   とを特徴とする撮像装置。
2. 【請求項２】角速度信号を出力する角速度センサと、 該角速度センサから出力される角速度信号について該角
   速度信号の直流レベルを直流成分信号に応じて制御する
   増幅器と、 該増幅器で制御された角速度信号を積分して角度信号を
   出力する積分回路と、 上記増幅器で制御された角速度信号の直流成分又は上記
   積分回路から出力された角度信号の直流成分についての
   基準直流信号に対する極性を判定する極性判定回路と、 該極性判定回路から出力される極性に応じて増加または
   減少させた上記直流成分信号を発生させて上記増幅器に
   印加する直流成分信号発生器とを備え 、上記角速度センサから出力される角速度信号に含まれる
   直流成分を上記増幅器によって除去することにより上記
   積分回路から手振れに対応する角度信号を抽出し、この
   角度信号により撮像装置の画像の振れを補正制御する こ
   とを特徴とする撮像装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、上記積分回路
   から抽出される角度信号を撮像装置の１フィールド周期
   毎、または複数フィールド周期毎に出力して撮像装置の
   画像の振れを補正制御することを特徴とする撮像装置。
4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかにおいて、上
   記角速度センサと上記積分回路と上記極性判定回路と上
   記直流成分信号発生器等で構成される手振れに対応する
   角度信号を抽出する回路を、少なくとも垂直方向と水平
   方向の２系統備えることを特徴とする撮像装置。
5. 【請求項５】請求項４において、上記垂直方向の積分回
   路の出力信号により垂直方向の撮像範囲を指定し、上記
   水平方向の積分回路の出力信号により水平方向の撮像範
   囲を指定する信号を生成する可動領域指定回路を備えた
   ことを特徴とする撮像装置。
6. 【請求項６】請求項４または５において、走査パルス生
   成回路と、ラインメモリと、メモリ制御回路とを備え、
   上記垂直方向の積分回路の出力信号または上記可動領域
   指定回路の垂直方向の撮像範囲指定信号を前記走査パル
   ス生成回路に印加して撮像装置の垂直方向走査パルスを
   生成し、上記水平方向の積分回路の出力信号または上記
   可動領域指定回路の水平方向の撮像範囲指定信号を上記
   メモリ制御回路に印加して上記ラインメモリを制御する
   ようにしたことを特徴とする撮像装置。
7. 【請求項７】請求項４または５において、フィールドメ
   モリと、フィールドメモリ制御回路とを備え、上記垂直
   方向と水平方向の各積分回路の出力信号、または上記可
   動領域指定回路の垂直方向と水平方向の撮像範囲指定信
   号を上記フィールドメモリ制御回路に印加するようにし
   たことを特徴とする撮像装置。
8. 【請求項８】 請求項１または２において、除去する角速
   度信号に含まれる直流成分が、直流オフセット成分また
   は直流ドリフト成分であることを特徴とする撮像装置 。
9. 【請求項９】 請求項４において、上記直流成分信号発生
   器は、撮像装置の１フィールド周期毎、または複数フィ
   ールド周期毎に所定幅の直流成分信号を発生することを
   特徴とする撮像装置 。