JP3250245B2 - 防振カメラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、防振カメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】テレビ・カメラ、電子スチル・カメラ、
ビデオ・カメラ、工業用画像計測機器などの映像入力機
器が広く普及しているが、このような映像入力機器を使
用する上で問題になるのが、カメラぶれである。カメラ
ぶれは撮影画像の品位を低下させるだけでなく、自動焦
点調節等の制御系を誤動作させたりする。

【０００３】カメラぶれの補正装置は、カメラぶれを検
出するぶれ検出手段と、当該ぶれ検出手段により検出さ
れたぶれ量及び方向に従い画像を補正する補正手段とか
なる。ぶれ検出手段には、加速度センサや角速度センサ
により物理的に検出する方法と、撮影画像信号を信号処
理して動きベクトルを検出する電子的方法とがある。ま
た、ぶれ補正手段としては、可変頂角プリズムにより光
学的に補正する方法と、画像メモリを使いその読み出し
範囲を選択する電子的方法がある。

【０００４】電子的にカメラぶれを検出し、光学的に補
正する撮像装置は、例えば、昭和６１年特許出願公開第
２６９５７２号に記載されている。その概略構成ブロッ
ク図を図２に示す。

【０００５】１０は撮影光軸をピッチ及びヨー方向に変
更自在な可変頂角プリズムであり、被写体からの光線は
可変頂角プリズム１０及びズーム・レンズ１２を介して
ＣＣＤ撮像素子１４の光電変換面に入射する。撮像素子
１４は被写体の光学像を電気信号に変換し、プロセス回
路１６が撮像素子１４の出力をビデオ信号に変換する。

【０００６】動きベクトル検出回路１８はプロセス回路
１６の出力信号を、現画面と前画面とで比較し、被写体
（又はカメラ）の動き量及び方向、即ち動きベクトルを
検出する。制御回路２０は、動きベクトル検出回路１８
により検出された動きベクトルを所定係数の下でコンボ
リューション演算し、画像の動きを補償する可変頂角プ
リズム１０の駆動信号を生成してアクチュエータ２２に
供給する。アクチュエータ２２は制御回路２０からの駆
動信号に従い可変頂角プリズム１０を駆動する。これに
より、可変頂角プリズム１０は、カメラぶれによる画像
のぶれを補償又は相殺するように、撮影光軸をピッチ及
びヨー方向にシフトする。

【０００７】ＣＣＤ撮像素子１４は、露光時間及び周期
を変更自在であり、例えば高速移動物体を撮影するとき
には、１／１，０００秒などの高速シャッタ・モードに
し、また、低照度下でも充分なＳ／Ｎを得られるように
露光周期をフィールド周期以上にする長時間露光モード
にする。撮像素子１４の露光時間及び露光周期は、タイ
ミング制御回路２４からの制御信号により制御されてい
る。露光時間及び周期は、操作スイッチ２６のような手
段により選択できる。即ち、操作スイッチ２６により撮
像素子１４の動作モードを指定すると、タイミング制御
回路２４がその指定に応じて撮像素子１４を駆動する。

【０００８】フィールド周期を越える長時間露光モード
の場合でも、プロセス回路１６は標準のフィールド周期
のビデオ信号を出力しなければならない。このため、タ
イミング制御回路２４の出力はプロセス回路１６にも供
給されており、長時間露光モードでは、プロセス回路１
６は、撮像素子１４の露光の間、同じ画面のビデオ信号
を繰り返し出力する。

【０００９】上述のカメラぶれ補正系は、フィードバッ
ク構成であり、フィードバック・ループの各要素、即
ち、可変頂角プリズム１０、ズーム・レンズ１２、撮像
素子１４、プロセス回路１６、動きベクトル検出回路１
８、制御回路２０及びアクチュエータ２２の、画面内物
体位置Ｘｏに対する応答特性が、カメラの防振特性を決
定する。また、この系は、撮像素子１４の出力サイクル
（通常は、垂直周波数の６０Ｈｚ）をサンプリング周波
数とする離散時間系である。

【００１０】ここで、撮像素子１４及びプロセス回路１
６と、動きベクトル検出回路１８での応答特性、特にそ
の無駄時間成分に注目する。撮像素子１４は、通常モー
ドでは、受光面に結像する被写体像の電荷信号を１フィ
ールド期間蓄積し、次のフィールド期間に出力する。動
きベクトル検出回路１８は、撮像素子１４からの電荷読
み出し（又は、プロセス回路１６から出力されるビデオ
信号の画像部分の始まり）に同期して検出動作を開始
し、垂直ブランキング期間に検出結果を出力する。

【００１１】カメラぶれによる画像の動きが平均的に撮
像素子１４での電荷蓄積期間の中心で生じているとする
と、これら撮像素子１４、プロセス回路１６及び動きベ
クトル検出回路１８からなる箇所で、１．５フィールド
期間の無駄時間が生じていることになる。なお、プロセ
ス回路１６での時間遅延は無視した。この無駄時間はサ
ンプリング周波数に対して無視できないほど長く、この
値の変動は防振性能に大きく影響する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ＣＣＤ
撮像素子では、露光時間及び露光周期を外部制御できる
が、防振制御系の特性は、通常の撮影時に、カメラぶ
れ、例えば手振れを効果的に抑制できるように設定され
ている。図３は、防振特性の周波数特性を示す。縦軸は
利得、横軸は周波数である。カメラの手振れは１Ｈｚ近
辺に強いスペクトル成分を具備するので、通常の撮影に
対しては、符号３０で示す特性のように１Ｈｚ近辺を集
中的に抑制するように、制御回路２０を設定してある。

【００１３】しかし、制御回路２０のこの設定条件で、
撮像素子１４を高速シャッタ・モードで動作させると、
全体の特性は、符号３２で示すように周波数の高い方に
シフトする。また、長時間露光モードで動作させると、
全体の特性は、符号３４で示すように周波数の低い方に
シフトする。いずれも、肝心の１Ｈｚ付近での抑制能力
が低下する。

【００１４】本発明は、このような問題点を解決する防
振カメラを提示することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る防振カメラ
は、露光時間及び周期を変更自在な撮像手段と、当該撮
像手段の出力により撮影画像の画像振れを補正する振れ
補正手段と、当該撮像手段の露光時間及び周期に応じて
当該振れ補正手段の制御パラメータを変更する手段とを
具備すること特徴とする。

【００１６】

【作用】上記手段により、設定された露光時間及び周期
に応じて、防振制御特性を適切に変更調節するので、高
速シャッタや低照度下での長時間露光などの撮影条件で
も、適切な防振性能を得ることができる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。

【００１８】図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロ
ック図を示す。図２と同じ構成要素には同じ符号を付し
てある。３６は制御回路２０に代わる制御回路であっ
て、ディジタル・シグナル・プロセッサ（所謂、ＤＳ
Ｐ）などのプログラマブル演算素子からなり、コンボリ
ューション演算の係数を外部設定できるようになってい
る。３８は、操作スイッチ２６の選択に従い制御回路３
６の係数を設定する演算回路である。

【００１９】制御回路３６は、下記式のコンボリューシ
ョン演算を実行する。

【００２０】ｙn＝Σｂiｘn-i＋Σａjｙn-j 但し、ｘは動きベクトル（即ち、動きベクトル検出回路
１８の出力）、ｙは制御回路３６の出力、添え字のｎは
現在時刻、ｎ−１，ｎ−２，・・・は１サンプル前、２
サンプル前・・・を示す。ａj，ｂiは制御パラメータで
あり、ｉは０乃至ｍ、ｊは１乃至ｍである。

【００２１】演算回路３６は、撮像素子１４の動作モー
ドに応じて、制御回路３６における制御パラメータａ
j，ｂiを調整する。制御パラメータａj，ｂiの算出方法
を以下に説明する。

【００２２】通常の動作モード、高速シャッタ・モード
及び長時間露光モードにおける撮像素子１４の露光と動
きベクトル検出回路１８における検出動作のタイミング
を、それぞれ図４、図５及び図６に示す。

【００２３】通常の動作モードでは、図４に示すよう
に、フィールド＃（ｎ＋１）のビデオ信号は、フィール
ド＃の露光による信号である。先に説明したように、カ
メラ振れから動きベクトル検出までの時間（ループ内の
無駄時間）は、平均で１．５フィールド期間になる。

【００２４】高速シャッタ・モードでは、図５に示すよ
うに、露光は極く短時間であり、１フィールド期間のほ
とんどが非露光期間（斜線部分）になる。高速シャッタ
・モードでは、一般に各フィールド期間の前部に非露光
期間を、フィールド期間の後部に露光期間を設けてい
る。このときも、フィールド＃（ｎ＋１）のビデオ信号
は、フィールド＃ｎの露光により生成される。このと
き、カメラ振れから動きベクトル検出までの時間（ルー
プ内の無駄時間）は、約１フィールド期間になる。

【００２５】長時間露光モードでは、図６に示すよう
に、例えば２フィールドにわたり撮像素子１４を露光す
る。この場合、フィールド＃（ｎ＋１）のビデオ信号
は、フィールド＃（ｎ−１）とフィールド＃ｎの露光に
より生成され、撮像素子１４は２フィールド期間に１
回、画像信号を出力する。つまり、システムのサンプリ
ング周波数は半分（３０Ｈｚ）になり、無駄時間は２フ
ィールド期間になる。プロセス回路１６はフィールド＃
ｎでは、フィールド＃（ｎ−１）と同じビデオ信号を出
力する。動きベクトル検出回路１８は１フィールドおき
の画面間で動きベクトルを検出する。

【００２６】このように、ループ内に変動する時間要素
を持ち、特定の周波数成分を抑圧したい系で、その制御
パラメータを決定する方法として、以下の方法が有効で
ある。図７は、図１に示す制御ループの等価回路であ
る。４０は、撮像素子１４における画像サンプリングの
表わすサンプラである。４２は、撮像素子１４、プロセ
ス回路１６及び動きベクトル検出回路１８による応答特
性であり、時間遅れを含む。４４は制御回路３６の応答
特性である。４６は離散時間系を連続時間系に接続する
ための０次ホールド回路、４８は、アクチュエータ２２
及び可変頂角プリズム４８の応答特性である。

【００２７】ブロック４４に示す制御回路３６の応答特
性Ｓ（ｚ）／Ｒ（ｚ）のＲ（ｚ）を２つに分離し、 R(z)=R1(z)R2(z) とする。また、サンプラ４０、ホールド回路４６及びブ
ロック４８を１つにまとめ、 B'(z)/A'(z) =D(z)・Z{Gh0(s)B(s)/A(s)} とすると、防振制御系全体の伝達関数は、 G(z)=E(z)/U(z) 但し、 E(z)=R1(z)R2(z)A'(z) U(z)=R1(z)R2(z)A'(z)+S(z)B'(z) となる。

【００２８】ここで、系の安定条件を満たすように、系
の極、即ちＧ（ｚ）の分母の根を決定する。そして、逆
算から制御回路３６の特性関数Ｓ（ｚ），Ｒ（ｚ）を求
める。例えば、Ｒ１（ｚ）について、予め、 R1(z)=1-rcos(ωcＴ)/z＋(r/z)(r/z) とする。但し、ｒは１未満の係数、ωcは中心周波数、
Ｔはサンプリング周期である。ωcを手振れ周波数と一
致させておくと、この周波数での防振特性を高めること
ができる。

【００２９】演算回路３８は、撮像素子１４の動作モー
ドに従い手振れ周波数毎に上述の演算を行なって、制御
回路３６におけるパラメータを求め、制御回路３６に供
給する。

【００３０】このようにして、本実施例では、通常モー
ド、高速シャッタ・モード及び長時間露光モードのどの
モードでも適切な防振制御を実現できる。図８は、得ら
れた防振特性の周波数特性を示す。縦軸は利得、横軸は
周波数である。６０は通常モードでの特性、６２は高速
シャッタ・モードでの特性、６４は長時間露光モードで
の特性である。いずれの特性もほぼ一致しており、手振
れ周波数を確実に抑制している。なお、図８は、手振れ
周波数が１Ｈｚに集中している場合の例であり、別の周
波数に集中している場合には、その周波数にωcを一致
させて制御パラメータを決定すればよい。

【００３１】図１に示す実施例では、演算回路３８が、
撮像素子１４の動作モードに従い制御回路３６の制御パ
ラメータを決定しているが、演算回路３８における演算
を予め行なって各動作モード毎の制御パラメータを求め
てＲＯＭ等に格納しておき、撮像素子１４の動作モード
の選択（スイッチ２６の出力）に応じて、該当する制御
パラメータを当該ＲＯＭから読み出し制御回路３６に供
給するようにしてもよい。図９は、その変更実施例の構
成ブロック図である。ＲＯＭ６６に、撮像素子１４の各
動作モードに応じた制御回路３６の制御パラメータが格
納されており、スイッチ２６の選択に応じて、該当する
制御パラメータを制御回路３６に出力する。

【００３２】図９の構成では、限定された範囲の制御パ
ラメータしか発生できないが、パラメータ決定のための
演算を行なわなくてよいので、高速且つ低価格になる。

【００３３】可変頂角プリズム１０による光学的なぶれ
補正装置を使用した実施例を説明したが、本発明はぶれ
補正装置の構成自体には限定されない。即ち、本発明
は、撮影画像を一旦画像メモリに格納し、ぶれベクトル
に応じた範囲から画像データを読み出すといった、画像
処理によるぶれ補正装置を使用する防振カメラにも適用
できる。

【００３４】

【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、撮像手段の露光時間及び周期に関
わらず、常に適切な防振特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の概略構成ブロック図であ
る。

【図２】 従来例の構成ブロック図である。

【図３】 従来例の防振特性図である。

【図４】 撮像素子の通常モードでの露光タイミング図
である。

【図５】 撮像素子の高速シャッタ・モードでの露光タ
イミング図である。

【図６】 撮像素子の長時間露光モードでの露光タイミ
ング図である。

【図７】 図１の防振制御系の等価回路である。

【図８】 本実施例の防振特性図である。

【図９】 本発明の変更実施例の構成ブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０：可変頂角プリズム １２：撮影レンズ １４：撮
像素子 １６：プロセス回路 １８：動きベクトル検出
回路 ２０：制御回路 ２２：アクチュエータ ３０：通常モードの防振特性 ３２：高速シャッタ・モ
ードの防振特性 ３４：長時間露光モードの防振特性
３６：制御回路 ３８：演算回路 ６０：通常モードの
防振特性 ６２：高速シャッタ・モードの防振特性 ６
４：長時間露光モードの防振特性 ６６：ＲＯＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−248171（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−352575（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/225 - 5/247

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光時間及び周期を変更自在な撮像手段
   と、当該撮像手段の出力により撮影画像の画像振れを補
   正する振れ補正手段と、当該撮像手段の露光時間及び周
   期に応じて当該振れ補正手段の制御パラメータを変更す
   る手段とを具備すること特徴とする防振カメラ。