JP3039669B2 - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業条の利用分野) 本発明は、テレビカメラ,電子カメラ,及び工業用画
像計測機器等の撮像装置、特に防振や被写体自動追尾等
の機能を有する撮像光学装置に関するものである。
(従来の技術) 従来より、上記のような撮像光学装置におけるパンニ
ング操作は、たとえば『National Techical Report Vo
l.34,No.6,Dec.1988』に記載されているように、上記撮
像光学装置に撮像光学装置本体の垂直方向の角速度を求
めるための角速度センサ、及び水平方向の角速度を求め
る角速度センサをそれぞれ設け、撮像光学装置の垂直,
水平成分の角速度を力学的に検出し、これらの振幅,周
波数,その一方向への継続時間等からパンニングが行わ
れているか否かの判定を行っている。
(発明の解決しようとする問題点) しかしながら、この種の従来例では、撮像光学装置本
体の角速度を検出するために、垂直方向の角速度を求め
るためのセンサ、及び水平方向の角速度を求めるための
センサの少なくとも2個のセンサをそれぞれ独立して必
要とするため、その取り付けスペース、各センサの駆動
制御に係る回路部品等を必要とし、撮像光学装置の小型
化、軽量化、ローコスト化が損なわれる等の問題点を有
しているものであつた。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、以上の事情に鑑みなされたもので、撮像信
号から画像の動きベクトルを検出する動きベクトル検出
手段と、前記動きベクトル検出手段により方向及び大き
さがほぼ同じ動きベクトルが所定回数連続して検出され
た場合には、パンニングと判定する判定手段とを有する
撮像装置とするものである。
(作用) これにより、高精度なパンニング判定を、小型、軽
量、ローロストな構成で達成できる撮像装置を提供でき
る。
(実施例) 以下、本発明における撮像装置を各図を参照しながら
その一実施例について詳述する。
第1図は本発明を適用した画像ぶれ補正装置を組み込
んだビデオ・カメラの構成ブロツク図を示す。
同図において、10は被写体、12は光軸方向を変化し得
る可変頂角プリズムで、例えば互いに平行に配された平
板上のガラス板間に、シリコン等を充填してその周囲を
シールしたもので、平板平板ガラス板の角度を変化させ
ることによつて光軸方向を変化させ、画像のぶれを補正
することができるように構成されている。14は撮影レン
ズ系、16はたとえば2次元CCDからなる撮像素子、18は
撮像素子16の出力画像信号にガンマ補正、ブランキング
処理、同期信号の付加などの処理を行う信号処理回路で
あり、出力端子20からはたとえばNTSC規格の標準テレビ
ジヨン信号が出力される。またその出力中、Yは輝度信
号、H.SYNCは水平同期信号、V.SYNCは垂直同期信号であ
る。
22は信号処理回路18より出力された輝度信号Yを所定
時間遅延する遅延回路であり、たとえばFIFO(first−i
n first−out)型のフィールド・メモリからなる。24は
走査中の映像信号を画面上に設定された所定のブロツク
に分割するためのゲート・パルスを発生するブロツク分
割パルス発生回路、26,28は輝度信号Yをブロツク分割
パルス発生信号24の出力パルスに従い、画面上に設定さ
れている分割領域に対応して分割する分割回路である。
すなわち分割回路26,28は入力の輝度信号を画面上に設
定したブロツク毎にまとめて出力し、具体的には、ブロ
ツク分割パルス発生回路24の出力パルスにより開閉制御
されるゲート回路と、当該ゲート回路の通過信号を記憶
するメモリとからなる。
30は現在の画面の信号と、遅延回路22から出力された
所定時間前の画面の信号とを比較し、画面上を分割した
ブロツク毎に動きベクトルを求める動きベクトル検出回
路、32は画面中の防振しようとする領域を前記画面上に
設定された最小ブロツク単位で決定するための領域設定
回路、38は領域設定回路32で設定された防振しようとす
る領域内に存在する動きベクトルからパンニング操作の
判断をする判定回路、34は領域設定回路32及び判定回路
38における信号処理に消費される時間分だけ遅延させて
タイミングをとるための遅延回路、36a,36bはそれぞれ
領域設定回路32、判定回路38の出力に応じて信号をON,O
FFするアナログスイツチである。すなわちアナログスイ
ツチ36aは領域設定回路32で設定された画面上の領域内
に対応する動きベクトル情報のみを通過させるべく信号
ラインをON,OFFするスイツチ、36bは判定回路38の出力
に応じてON,OFFされ、パンニング操作が行われていると
判定されたときにはOFF、手ぶれであると判定されたと
きにはONとなつて動きベクトルの情報を後述の駆動回路
40へと通過させるスイツチである。
42は可変頂角プリズム12の2枚の平板ガラスの角度を
変化させて頂角を変更させるアクチュエータ、40は動き
ベクトル検出回路30によつて検出された手ぶれ量を表す
出力に応じて当該アクチュエータ42を駆動する駆動回路
である。
これによつて、画像の動きベクトルから検出した手ぶ
れ量に基いて、可変頂角プリズム12の頂角を変更するこ
とにより、当該プリズム12の入射光軸に対する出射光軸
の偏角を制御できる。
次に、第1図に示す撮像装置における実際の手ぶれ検
出及びパンニング検出動作について説明する。
可変頂角プリズム12及び撮影レンズを通過した被写体
像は撮像素子16に入射して光電変換され、画像信号が出
力される。そして信号処理回路18は撮像素子16より出力
された撮像信号に対して上記の信号処理を施し、規格化
された標準テレビジヨン信号に変換する。
信号処理回路18から出力された輝度信号Yは、図示し
ないビデオレコーダあるいはモニタデイスプレイへと供
給されるとともに、直接、分割回路28に印加され、また
遅延回路22により1フィールド期間(約16.7msec)遅延
されて分割回路26に印加される。
分割回路26,28ではブロツク分割パルス発生回路24よ
り出力されるゲートパルスに従い、全画面をm×n個の
ブロツクに分割し、個々のブロツクごとに輝度信号Yを
取り出すことができる。
動きベクトル検出回路30は、画像信号処理によりm×
n個の各ブロツク毎の動きベクトルを求める。
そして画像信号からの動きベクトルの検出は、たとえ
ば画面上の複数箇所を代表点としてその画像の特徴をサ
ンプリングし、且つ、その特徴を時間的に異なるフィー
ルド間で比較し、特徴点の相関の変位からその移動を表
す動きベクトルを求める所謂代表点マッチング法や、画
面をメツシユ状に多くのブロツクに分割し、その各ブロ
ツクごとに、時間的に異なる画像間の濃度差とブロツク
内の空間勾配の関係から動きベクトルを求める時空間勾
配法等によつて算出することができる。
尚、時空間勾配法は、B.K.P,Hornらにより、『アーテ
イフイシヤル・インテリジエンス(Artificial Intelli
gence)17,p185〜p203(1981)』で論じられており、専
用ハードウエアにより実時間処理が可能である。
このようにして求めた画面全体での各ブロツク毎の動
きベクトルをオプテイカル・フローと称する。
動きベクトル検出回路30で求めた動きベクトルは、防
振しようとする領域(以下防振領域と称す)を決定する
防振領域設定回路32で統計処理されて防振領域が設定さ
れる。
そして、防振領域設定回路32で設定された防振領域内
の動きベクトルの時間変化に応じた変位から、パンニン
グ判定回路38で画像の動きが手ぶれによるものかパンニ
ング操作が行われていることによるものかの区別が行わ
れる。
この手順については第2図に示すフローチャートを用
いて後述する。
パンニング判定回路38で、手ぶれによる画像の動きで
あると判断されると、動きベクトル検出回路30より出力
された画像の動き量の情報が駆動回路40に印加され、ア
クチュエータ42は、動きベクトル検出回路30の出力(手
ぶれ量)が少なくなる方向、すなわちカメラの手ぶれに
よる画面の動きが少なくなる方向に可変頂角プリズム12
を駆動し、手ぶれを補正する。
逆にパンニング判定回路38で、パンニング操作による
画像の動きであると判断された場合には、カメラ自体が
移動しているわけであるから、防振動作を行って画像の
動きを補正しては不都合を生じるので、駆動回路40に印
加することを行わず、防振視能の作動を停止する。
第2図は、第1図における動きクトルからのパンニン
グ判断方法(パンニング判定回路38)の動作を示すフロ
ーチャートである。
パンニング判定回路の動作開始後、step1で時間計測
用のカウンタIの初期設定(I=0)が行われ、step2
でカウンタIが所定の閾値thIを越えた場合、撮影者は
パンニング操作を行っていると判断して自動防振機能
(以後AS:Auto stabilizationと略称する)をstep3で停
止させる。具体的には、その判定結果の情報に従ってア
ナログスイツチ36bを開放して駆動回路40への制御情報
の供給を停止する。
step2でカウンタIが閾値thIを越えない場合には、パ
ンニング以外の原因による画像の動きであるとstep4へ
と移行し、防振領域内における動きベクトル=(a,
b)の方向θ=tan-1(b/a)の時間変化Δθと所定の閾
値th0の大小比較を行う。
ここで、Δθ≧th0の場合には、動きベクトルの主た
る構成要素を手ぶれと判断して、step5にてAS機能を作
動させる。具体的には、アナログスイツチ36bをONにし
て、動きベクトル情報を駆動回路40へと供給し、その動
きの方向,大きさに応じてアクチュエータ42を駆動し、
画像の動きを打ち消す方向に可変頂角プリズム12の頂角
を制御する。
逆にΔθ<th0の場合には、次のstep6へ進み、動きベ
クトル=(a,b)の大きさ の時間変化Δ||と所定の閾値thvの大小比較が行わ
れる。
Δ||≧thvの場合には、step7にてAS機能が作動さ
れる。
またΔ||<thvの場合には、単位時間(16.7mse
c)に同様の動きベクトルが継続したと判断し、step8で
カウンタIが1加算されてstep2へ戻り、以後これを繰
り返す。
すなわち、カウンタIは同方向で、かつほぼ大きさが
一定である動きベクトルの継続時間を表しており、16.7
msec倍することにより実際の時間へ換算することができ
る。
尚、第2図で示したフローチャートは入力画像を分割
してできるブロツク単位に適用しても、各ブロツクで検
出された動きベクトルを統計処理(たとえば平均処理)
した後の総合動きベクトルに対して適用しても良い。
上述の実施例によれば、パンニング操作の検出を動き
ベクトルの継続時間によつて判定する場合について説明
したが、これ以外の方法を取ることができる。
第3図,第4図は本発明の撮像装置におけるパンニン
グ判定回路の他の実施例を示すものであり、動きベクト
ルの加算によつて得られる総合ベクトルの大きさによつ
てパンニング操作の検出を行うようにしたものである。
第3図は、手ぶれや乗り物からの撮影時に検出される
動きベクトル(符号1)を表しており、その方向はラン
ダムに変化する特徴を呈している。
これを時間方向に複数個加算すると、その方向がラン
ダムであるがゆえに、加算された総合的な動きベクトル
2の大きさは抑圧されたものとなる(符号2)。
次に第4図は、パンニング操作時に検出される動きベ
クトル(符号3)を表しており、その方向はカメラの移
動方向に応じて一定である。
従ってこれを時間方向に複数個加算すると、動きベク
トルの大きさが増大されることになる(符号4)。
そこで、上記動きベクトルを時間方向に複数個加算し
てできる新しい動きベクトルの大きさにある閾値を設
け、その閾値を越える場合には、パンニング操作を行っ
ているものと判断するようにすれば、容易にパンニング
操作が行われていることを判別することができる。
ただし、この場合、極端に大きな手ぶれが生じると加
算してできる新しい動きベクトルの大きさを増大させて
しまい、パンニング操作したものと謝った判断を下す場
合が考えられる。
そこで、動きベクトルを加算する一定時間に含まれる
動きベクトルの中に突出したものが含まれている場合に
は、これを加算の対象から除外する等の対策が同時に取
られることが望ましい。
(効果) 以上説明したように、本発明によれば、高精度なパン
ニング判定を、小型、軽量、ローロストな構成で達成で
きる撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明における撮像装置の構成を示すブロツク
図、 第2図は画像信号中より検出した動きベクトルを評価し
て、画像の状態を判定するためのアルゴリズムを示すフ
ローチャート、 第3図,第4図は本発明におけるパンニング判定回路の
他の実施例を説明するための図で、第3図は手ぶれの際
の動きベクトルの時間的変化の様子を示し、第4図はパ
ンニング操作時における動きベクトルの時間的変化の様
子をそれぞれ示すものである。
フロントページの続き (72)発明者 高橋 宏爾 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 針ケ谷 勲 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−111179(JP,A) 特開 平2−75284(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 5/222 - 5/257

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】撮像信号から画像の動きベクトルを検出す
    る動きベクトル検出手段と、前記動きベクトル検出手段
    により方向及び大きさがほぼ同じ動きベクトルが所定回
    数連続して検出された場合には、パンニングと判定する
    判定手段とを有することを特徴とする撮像装置。
  2. 【請求項2】前記動きベクトル検出手段は、撮像信号を
    ブロックに分割して、ブロック単位で前記画像の動きベ
    クトルを検出することを特徴とする請求項1記載の撮像
    装置。
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