JP3052250B2 - 画像ぶれ補正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、TVカメラ、電子スチル・カメラなどの撮像
装置に防振機能や被写体追尾機能を持たせるための画像
ぶれ補正装置に関する。

［従来の技術］ 画像信号処理によりカメラの振動を防止する構成とし
ては、「画面ゆれ補正装置について」テレビジョン学会
技術報告、Vol.11,No.3,1987及び特開昭61−269572号に
記載された構成が知られている。いずれも、カメラの振
れ角（傾き角）を検出し、画像シフト手段により電子的
又は光学的にカメラの振れ角とは反対方向に画像をシフ
トさせることで、画面の揺れを防止している。当該画像
シフト手段として、前者では、画像メモリの読出しエリ
アを揺れ検出結果に応じてシフトさせる構成を使用し、
後者は、可変頂角プリズムにより光学的に画像シフトさ
せるようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の構成には共通の問題点がある。即ち、
画像シフト手段にはそのシフト量に限界があり、カメラ
角度がその限界を超えるような状態になったときには、
画像の揺れを補正しきれなくなり、出力画像が急に揺れ
るという不快な現象が発生する。

本発明は、このような不快な現象の発生を抑制する画
像ぶれ補正装置を提示することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る画像ぶれ補正装置は、装置本体と被写体
の間の相対的な移動を検出する第１の検出手段（第１図
に示す実施例の動きベクトル検出回路18に対応する。）
と、画像をシフトさせることによって画像の動きを補正
する画像シフト手段（第１図に示す実施例の可変頂角プ
リズム12とアクチュエータ26の部分に対応する。）と、
前記画像シフト手段の移動位置を検出する第２の検出手
段（第１図に示す実施例の偏角検出センサ20に対応す
る。）と、前記第１の検出手段の検出結果に従い、画像
のぶれが少なくなるように前記画像シフト手段を制御す
る第１の制御手段（第１図に示す実施例の可変非線形回
路24及び制御回路28の部分に対応する。）と、前記第２
の検出手段の出力に従い、前記画像シフト手段の画像シ
フト量が前記画像シフト手段による画像シフト範囲の端
部近傍で小さくなるように前記第１の制御手段の入出力
特性を制御する第２の制御手段（第１図に示す実施例の
演算回路22に対応する。）とを備えることを特徴とす
る。

本発明に係る画像ぶれ補正装置はまた、ぶれを検出す
る検出手段（第６図に示す実施例の動きベクトル検出回
路62に対応する。）と、ぶれによる画像の動きを補正す
る補正手段（第６図に示す実施例の画像シフト回路68に
対応する。）と、前記検出手段の出力に応じて前記補正
手段を制御するとともに、前記検出手段の出力に対する
前記補正手段の補正量が前記補正手段の補正範囲の端近
傍で小さくなるように制御する制御手段（第６図に示す
実施例の可変非線形回路70と演算回路72の部分に対応す
る。）とを備えることを特徴とする。

［作用］ 上記制御手段により、画像シフト手段のシフト限界付
近か否かで画像シフト量を調整できる。即ち、シフト限
界に近くなると、シフト量を少なくすることにより、シ
フト限界を超えた場合に急激に画像が画面内で移動する
といった現象が生じにくくなる。従って、画像の不自然
な動きが無くなり、より安定化する。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成ブロック図を示す。
10は被写体、12は可変頂角プリズム、14は撮影レンズ
系、16はCCDなどの撮像素子、18は動きベクトル検出回
路、20は可変頂角プリズム12の偏角を検出する偏角検出
回路、22は、偏角検出回路20で検出された偏角に所定の
演算を行なう演算回路、24は非線形の入出力特性を外部
制御可能な可変非線形回路、26は可変非線形回路24の出
力に応じて可変頂角プリズムを駆動するアクチュエー
タ、28は、動きベクトル検出回路18の出力に応じて、ア
クチュエータ26の制御信号を発生する制御回路である。
演算回路22の出力により可変非線形回路24の非線形特性
を制御し、制御回路28の出力は非線形回路24で非線形処
理されてアクチュエータ26に印加される。

偏角検出回路20には例えば、ポジション検出素子（PS
D）やホール素子などを使用できる。演算回路22は、マ
イクロコンピュータや、オペアンプなどからなるアナロ
グ回路で構成できる。また、可変非線形回路24は、後述
するようにオペアンプとダイオードからなるアナログ回
路で構成してもよいし、マイクロコンピュータを使いソ
フトウェアにより実現してもよい。

なお、本実施例では、アクチュエータ26の入力がゼロ
のとき、可変頂角プリズム12の偏角はゼロ（平行）であ
るとし、アクチュエータ26には、ゼロ・ボルトを中心に
プラス又はマイナスの電圧を印加するものとする。検出
回路20の出力も同様であるとする。

第１図の構成では基本的動作として、動きベクトル検
出回路18によりカメラの揺れ又はぶれを検出し、制御回
路28がそのカメラ揺れを打ち消すような制御信号を発生
し、当該制御信号が非線形回路24で非線形処理されてア
クチュエータ26に印加される。これにより可変頂角プリ
ズム12の頂角が変更制御される。これにより、揺れの無
い出力画像が得られる。

本実施例では特に、偏角検出回路20、演算回路22、可
変非線形回路24及びアクチュエータ26による可変頂角プ
リズムの制御ループにより、後述する特有の効果が得ら
れる。即ち、偏角検出回路20は可変頂角プリズム12の偏
角に対応する電圧値を出力するので、偏角検出回路20の
出力電圧から可変頂角プリズムの現時点の偏角及びその
限界までの余裕量を知ることができる。そこで、偏角検
出回路20の出力がゼロに近いときには、可変非線形回路
24の入出力特性を通常の線形特性とし、偏角検出回路20
の出力が偏角の限界に近いときに、可変非線形回路24の
入出力特性を非線形にする。可変非線形回路24の入出力
特性をこのように制御する制御信号を形成するように、
演算回路22を構成する。

第２図は可変非線形回路24の入出力特性の一例を示
す。この例では既に可変頂角プリズム12がプラス側に偏
っており、これ以上プラス側に補正すると、偏角の限界
に突き当たる場合を示している。30は可変頂角プリズム
12が平行に近いときの特性、32はわずかに偏っていると
きの特性、34は大きく偏っているときの特性である。可
変頂角プリズム12に偏角がある場合に、動きベクトル検
出回路18の出力が、更に偏角を大きくする方向（偏角の
限界に近づく方向）への駆動を命令するとき、アクチュ
エータ26は弱く駆動され、逆に、偏角を小さくする方向
への駆動が命令されるとくにはアクチュエータ26は強く
駆動される。

このように可変非線形回路24の入出力特性を制御する
ことにより、偏角の限界に突き当たる確率が少なくなっ
た。従って、画像のゆれ補正系のダイナミック・レンジ
を越えると急に画像が揺れ出すという従来例で存在した
現像が発生しにくくなり、常に安定した、不快感の無い
自然な映像を得ることができる。

第３図は可変非線形回路24の回路構成例を示す。第３
図は理想ダイオードにより折れ線特性を持たせた回路で
あり、36,38はバッファ・アンプ、40,42,44,・・・は理
想ダイオード回路である。第４図は第３図の入出力特性
を示す。制御電圧E1,E2,E3,…によって第４図の折れ線
のポイントが決定される。そして、R1,R2,R3,…の値に
よって各ポイント間の傾斜が決定される。即ち、E1,E2,
E3,…,R1,R2,R3,…の値を外部制御することにより、任
意の非線形入力特性を形成できる。

第１図の実施例では、全周波数域で同様な非線形特性
を使用している。第１図の実施例は以下のように改良で
きる。第１図のような構成では、カメラ揺れの最も多い
周波数帯（0.5Hz〜3Hz）において、制御利得が変化す
る。このことは、可変頂角プリズム12が平行に近い状態
のとき、不安定な動作をするか、又は揺れの補正量が不
足するといった問題が生じる。この問題を解決するに
は、第１図の可変非線形回路24の代わりに、第５図の回
路構成を使用すればよい。第５図の回路では、制御回路
28の出力する制御信号の周波数成分に応じて異なる非線
形特性になるようにしている。

第５図において、50はハイパス・フィルタ（HPF）、5
2は入出力特性が線形の直線アンプ、54はローパスフィ
ルタ（LPF）、56は入出力特性を変化できる可変非線形
アンプ、58は加算回路である。HPF50とLPF54は、カメラ
揺れの最も多い周波数帯の下側（例えば、0.5Hz）を境
に交差するカットオフ周波数に設定してある。従って、
0.5Hz以上の周波数の入力信号は直線アンプ52に、0.5Hz
以下の周波数の入力信号は可変非線形アンプ56に印加さ
れる。各アンプ52,56の出力は加算回路58で加算され、
出力される。つまり、カメラ揺れの振動周波数成分のう
ち、防振することの効果が重要な周波数成分では通常の
動作、それ以下の周波数では可変頂角プリズム12を平行
に戻す動作を行なう。

この構成により、上述のように、可変頂角プリズム12
が不安定な動作をしたり、揺れの補正量が不足するとい
った問題が解決する。また、可変頂角プリズム12が限界
角に近づくにつれてその振れ幅が抑えられるので、突き
当たる減少が現象し、常に安定した揺れのない自然な画
像が得られる。

また、LPF54及び可変非線形アンプ56のチャンネルを
複数設け、LPF54の代わりに通過帯域の夫々異なるバン
ドパス・フィルタを複数個設けることにより、よりきめ
の細かい処理を行なうことができ、より優れた性能を得
ることができる。

第６図は、電子式に画像をシフトする構成に本発明を
適用した実施例の構成ブロック図を示す。入力端子60に
は、画像揺れのある映像信号が入力する。62は画面内に
おける画像の動き量及びその方向を検出して動きベクト
ルを検出する動きベクトル検出回路、64は動きベクトル
検出回路62によって検出された動きベクトルに応じて、
その動きを補正するための補正ベクトルを種つ発生する
補正ベクトル発生回路、66は入力端子60に入力する映像
信号を拡大する拡大処理回路、68は補正ベクトルに基づ
いて画像をシフトして、画像の揺れを補正する画像シフ
ト回路、70は補正ベクトルに非線形の入出力特性を与
え、且つその非線形特性を可変とした非線形回路、72は
第１図の演算回路22に相当する演算回路、74が揺れ補正
された映像信号の出力端子である。

第６図では、動きベクトル検出回路62が入力端子60の
映像信号から画像情報の変化に基づいて動きベクトルを
検出し、補正ベクトル発生回路64が、当該動きベクトル
検出回路62で検出された画像の動き量に応じた動きベク
トルに従い、これを補正するための画像シフトの大きさ
及び方向を示す補正ベクトルを発生する。画像シフト量
は動きベクトルあるいは補正ベクトルの画面上における
読出しアドレスが画像中心からどれだけ偏移しているか
を示すものである。そして、補正ベクトルは、可変非線
形回路70により非線形変換されて、画像シフト回路68に
印加される。また、演算回路72は可変非線形回路70の出
力から、演算回路22と同様の演算を行なって、可変非線
形回路70の入出力特性を変更する。これにより、画像シ
フト限界点への近接度に応じて、画像シフト量が非線形
抑圧され、限界点近傍で不自然な動きをしないように調
整されることになる。

他方、拡大処理回路66は入力端子60の映像信号を拡大
し、画像シフト回路68が、非線形変換された補正ベクト
ルに従って、拡大処理回路66による拡大画像を画像シフ
トする。これにより、出力端子74から、画像揺れの補正
された映像信号が得られる。

以上ではカメラの揺れを防止する場合を例に説明した
が、注目する移動物体が常に画面中央に来るように当該
移動物体を追尾する場合にも同様に適用できる。

［発明の効果］ 以上の説明から容易に理解できるように、本発明によ
れば、画像シフト量がその補正限界に突き当たる確率を
減少させ、これにより、常に安定した、不快感のない映
像を得ることができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成ブロック図、第２図は
第１図の可変非線形回路24の入出力特性図、第３図は第
１図の可変非線形回路24の回路構成例、第４図は第３図
の回路の入出力特性図、第５図は可変非線形回路24の変
更例、第６図は電子シフト方式での本発明の実施例の構
成ブロック図である。 10:被写体、12:可変頂角プリズム、14:撮影レンズ系、1
6:撮像素子、18:動きベクトル検出回路、20:偏角検出回
路、22:演算回路、24:可変非線形回路、26:アクチュエ
ータ、28:制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 俊明 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 実開 昭61−173842（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】装置本体と被写体の間の相対的な移動を検
   出する第１の検出手段（18）と、 画像をシフトさせることによって画像の動きを補正する
   画像シフト手段（12,26）と、 前記画像シフト手段の移動位置を検出する第２の検出手
   段（20）と、 前記第１の検出手段の検出結果に従い、画像のぶれが少
   なくなるように前記画像シフト手段を制御する第１の制
   御手段（24,28）と、 前記第２の検出手段の出力に従い、前記画像シフト手段
   の画像シフト量が前記画像シフト手段による画像シフト
   範囲の端部近傍で小さくなるように前記第１の制御手段
   の入出力特性を制御する第２の制御手段（22） とを備えることを特徴とする画像ぶれ補正装置。
2. 【請求項２】ぶれを検出する検出手段（62）と、 ぶれによる画像の動きを補正する補正手段（68）と、 前記検出手段の出力に応じて前記補正手段を制御すると
   ともに、前記検出手段の出力に対する前記補正手段の補
   正量が前記補正手段の補正範囲の端近傍で小さくなるよ
   うに制御する制御手段（70,72） とを備えることを特徴とする画像ぶれ補正装置。