JP3603387B2 - 手振れ補正装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は例えばハンディタイプのビデオカメラ装置に用いて好適な手振れ補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日において、いわゆるＣＣＤイメージセンサが設けられたハンディタイプのビデオカメラ装置が普及している。
【０００３】
上記ハンディタイプのビデオカメラ装置は、小型且つ軽量であるがゆえに撮像時に手振れを生じやすいという問題がある。上記撮像時に手振れを生じると、例えばズームアップして撮像した画像を再生した際に、該再生画像に細かい“ゆれ”が生じてしまい、再生画像が大変見にくくなってしまう。
【０００４】
上記手振れによる“ゆれ”を補正して、再生画像を見やすくする方法として、ビデオカメラ装置に設けられる手振れ補正装置により手振れを補正する技術が知られている。この手振れ補正装置において、手振れを補正する補正手段には、画像処理によって補正する方法、又は光学的な処理によって補正する方法を採用したものが知られている。
【０００５】
上記画像処理により手振れを補正する補正手段として、メモリ制御方式とＣＣＤ駆動制御方式とが知られている。
【０００６】
上記メモリ制御方式は、手振れを検出すると、被写体の撮像により得られた映像信号の一部を画像枠として取り出し、前フィールドの画像枠と現フィールドの画像枠とを互いに合わせるように動かし、上記両画像枠を互いに一致させるものであり、この画像枠部分の画像を拡大することで補正範囲を確保している。この画像を拡大した場合は、ＣＣＤイメージセンサの解像度以上に映像信号を拡大させるため再生画像の画質を低下させることとなる。この画質の低下は、補正範囲を広くするほど大きくなる。このため、この方式では画質が低下し、かつ補正範囲を広くできない。しかし、この方式を採用した補正手段は、ＩＣのみで構成されるため、小型且つ低価格なビデオカメラ装置用として適している。
【０００７】
上記ＣＣＤ駆動制御方式では、手振れを検出した際に、被写体の撮像により得られる映像信号をＣＣＤイメージセンサから読み出すタイミングを変えて補正を行っている。この方式では、補正範囲が該ＣＣＤイメージセンサの画素数を増加させることで確保されるため、高倍率で撮影された被写体のように“ゆれ”が拡大して見える場合にも手振れ補正を行うためには該画素数を増加させる必要がある。しかし、該拡大された“ゆれ”による手振れ補正を十分に行うように該画素数を増加させるならば、該ＣＣＤイメージセンサ及び該ＣＣＤイメージセンサの周辺回路等が大型、かつ高価となり実用的ではなくなる。このため、実際にこの方式を採用した補正手段では、該拡大された“ゆれ”の手振れを十分に補正するための該画素数が確保されていないため、該拡大された“ゆれ”の手振れを生じる手振れ中の再生画像の画像に不連続となる部分が生じる。しかし、通常の撮影倍率では問題なく手振れ補正が行われ、またＩＣのみで構成されるため、小型且つ低価格なビデオカメラ装置用として適している。
【０００８】
上記光学的処理により手振れを補正する補正手段として、ジンバルメカ方式とアクテブ・プリズム方式とが知られている。
【０００９】
上記ジンバルメカ方式は、手振れを検出すると、手振れをキャンセルする方向にレンズユニット全体を動かして手振れを補正するものである。この方式では、解像度の劣化がなく、補正範囲も比較的広く取れるが、レンズユニット全体を動かすため、メカニズムが大きくなり、消費電力も大きくなる。このため、この方式を採用した補正手段は、多少大型となっても高解像度を得たい場合に適している。
【００１０】
上記アクテブ・プリズム方式は、手振れを検出すると、手振れをキャンセルする方向にレンズユニットの一部のみを動かして手振れを補正するものである。このため、この方式では、消費電力が小さく、小型化が容易であり、解像度の劣化がなく、補正範囲も比較的広く取れる。このアクテブ・プリズム方式により手振れを防止することで、再生画像に“ゆれ”を生じさせず、高画質で小型且つ軽量なハンディタイプのビデオカメラ装置を実現可能である。
【００１１】
このアクテブ・プリズム方式で用いられるアクテブ・プリズムは、二枚のガラス板を特殊フィルムでできた伸縮自在の蛇腹でつなぎ、そのなかに上記二枚のガラス板とほぼ同一の光学屈折率の液体を注入して形成される。このアクテブ・プリズムは、被写体からビデオカメラ本体へ被写体像を導くためにビデオカメラ本体の前面に設けられた対物レンズから、ＣＣＤイメージセンサに被写体像を導くレンズユニットの上記対物レンズとＣＣＤイメージセンサとの間の位置に設けられて、上記二枚のガラス板の各ガラス板において、ビデオカメラ本体の縦方向又は横方向のいずれかの各異なる方向に対する傾き角（以下、頂角と称する。）を可変させて、手振れを補正するものである。上記注入された液体は、低気圧のもとでは、気泡を生じ手振れ補正を十分に行えない場合もあるが、通常の気圧のもとでは、問題無く使用可能である。
【００１２】
これら手振れを補正する補正手段は、いずれも手振れを検出した際に、手振れの補正を行うものである。この手振れを検出する揺れ量検出手段として、角速度検出方式とが知られている。
【００１３】
上記角速度検出方式は、圧電振動ジャイロ等による角速度センサを用いて、角速度を検出するものであり、機械部品のためＩＣに比べ、大きなスペースを必要とするが、照度条件等で誤動作することもなく、リアルタイムで検出される。このため、この方式を採用した揺れ量検出手段は、手振れ補正を精度良く行うビデオカメラ装置用として適している。
【００１４】
上記ハンディタイプのビデオカメラ装置に用いられる手振れ補正装置は、角速度検出方式によりビデオカメラ本体の揺れに起因した画像の手振れを検出する振れ量検出手段と、該揺れ量検出手段の出力信号に基づき補正信号を生成する補正信号生成手段と、メモリ制御方式、ＣＣＤ駆動制御方式等の画像処理による方法、又はジンバルメカ方式、アクテブ・プリズム方式等の光学的処理方法により該補正信号生成手段で生成された補正信号に基づき手振れを補正する補正手段とを備える。
【００１５】
ところで、ビデオカメラ装置の角度が変化するのは、手振れによる場合の他、パンニング（カメラを左右に振って撮る手法）／チルティング（カメラを上から下、又は下から上に動かして撮る手法）等のカメラ・ワークによる場合がある。上記カメラ・ワークには、一般にゆっくりしたものと素早いものがあり、かつ、該カメラ・ワークの初めと終わりとでは速度変化が大きくなる等から、該カメラ・ワークに起因して０．５Ｈｚ以下及び１５Ｈｚ以上の周波数成分が生成される。
【００１６】
また、このカメラ・ワークの周波数帯域には個人差による幅が存在する。
【００１７】
また、上記手振れの周波数成分は、撮影者が静止体の上でカメラ・ワークを行わずに撮影をする場合には、５〜８Ｈｚである。また、撮影者が動体の上で撮影した場合、例えば車中で撮影した場合には、手振れの主な周波数成分は高周波側の２０〜２５Ｈｚにずれる。また、この手振れの周波数帯域には個人差による幅が存在する。
【００１８】
以上の構成による上記手振れ補正装置では、撮影者が動体の上でカメラ・ワークを行なった場合等に手振れを生じた場合を考慮して、一般に２〜３０Ｈｚの周波数範囲においてカメラ・ワークによる揺れを補正することなく、かつ手振れによる画像の揺れを打ち消すようなサーボ制御を行って手振れを補正する。このため、ビデオカメラ装置の再生画像は、手振れによる“ゆれ”を生じさせず、見やすい画像となる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ビデオカメラ装置の電源の立ち上げの際には、上記揺れ量検出手段及び補正信号生成手段の動作が定常状態に収束するまである程度の時間を要する。
【００２０】
このため、この定常状態に収束するまでの間に上記補正手段において、実際には“ゆれ”を生じていない画像に対して、上記補正信号生成手段の出力信号に基づいて手振れ補正処理を施して、画像が動いてしまうという問題点を生じている。
【００２１】
本発明はこのような問題に鑑み、電源立ち上げ時の手振れ補正装置の立ち上がり特性等に起因する画像のゆれを防止する手振れ補正装置を提供することを目的とする。
【００２２】
本発明に係る手振れ補正装置は、ビデオカメラ本体の揺れに起因した画像の揺れ量を検出するための揺れ量検出手段と、この揺れ量検出手段の出力信号に基づいて上記画像の揺れを補正するための補正信号を生成する補正信号生成手段と、上記揺れ量検出手段の出力信号の周波数が所定周波数範囲内か否かを検出する周波数検出手段と、上記周波数検出手段で、電源立ち上げ時の立ち上がり特性に起因する所定周波数範囲以外の周波数を検出した際に、上記揺れ量検出手段の出力信号を所定の固定信号に置き換える固定信号設定手段と、上記補正信号生成手段により生成された補正信号に応じて上記画像の揺れを補正する補正手段とを備える。
【００２３】
【作用】
本発明における手振れ補正装置は、周波数検出手段で揺れ量検出手段の出力信号を所定の固定信号に置き換えて、補正信号生成手段で該固定信号に基づきを補正信号を生成する。補正手段では、該補正信号に基づき所定状態に保持される。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明に係る手振れ補正装置の好ましい実施例について図１を参照しながら説明する。本発明に係る手振れ補正装置は、例えばハンディタイプのビデオカメラ装置の手振れ補正用として設けられる。図１に示す手振れ補正装置は、揺れ量検出手段として角速度検出方式を採用し、補正手段としてアクテブ・プリズム方式を採用した場合の手振れ補正装置の一例である。
【００２５】
この図１に示す手振れ補正装置は、揺れ量検出手段１と、この揺れ量検出手段１の検出出力に基づいて補正信号を生成する補正信号生成手段２と、画像の揺れを補正する補正手段３とを備える。
【００２６】
上記揺れ量検出手段１は、圧電振動ジャイロ等により構成される角速度検出方式を採用しており、ビデオカメラ本体の縦方向、横方向に検出面を向けて設けられて、それぞれＹ方向である横揺れ方向（以下、ヨーイング方向と称する。）に起因した角速度を検出する揺れ量検出手段１ｙと、Ｐ方向である横揺れ方向（以下、ピッチング方向と称する。）に起因した角速度を検出する揺れ量検出手段１ｐとを有している。
【００２７】
揺れ量検出手段１ｙ、１ｐには、ヨーイング方向、ピッチング方向の角速度センサ６ｙ、６ｐと、該角速度センサ６ｙ、６ｐの出力信号の高調波成分をカットするフィルター７ｙ、７ｐと、該フィルター７ｙ、７ｐの出力信号を上記補正信号生成手段２の通過帯域周波数より十分高周波であるサンプリング周波数でサンプリングして、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ８ｙ、８ｐとを備える。
【００２８】
上記ヨーイング方向、ピッチング方向の角速度センサ６ｙ、６ｐは、ビデオカメラ本体の上記ヨーイング方向、ピッチング方向の角速度を検出可能に、後述する補正手段３のアクテブ・プリズム２１の近くに配設される。
【００２９】
以上の構成による揺れ量検出手段１は、角速度センサ６ｙ、６ｐを用いて、ビデオカメラ本体のヨーイング方向、ピッチング方向の振れに起因した角速度を検出し、この検出出力をＡ／Ｄコンバータ８ｙ、８ｐで、サンプリング周波数毎にＡ／Ｄ変換して、補正信号生成手段２に送出する。
【００３０】
上記補正信号生成手段２は、揺れ量検出手段１ｙ、１ｐから供給されたヨーイング方向、ピッチング方向のデジタルの振れ量に基づく角度信号を生成し、該角度信号を送出する非線形積分器１１ｙ、１１ｐと、所定の固定信号を送出する固定値出力器１２ｙ、１２ｐと、該揺れ量検出手段１ｙ、１ｐの出力信号の周波数を検出する周波数検出器１３ｙ、１３ｐと、該周波数検出器１３ｙ、１３ｐの検出結果に基づいて非線形積分器１１ｙ、１１ｐ又は固定値出力器１２ｙ、１２ｐの出力信号を送出するスイッチ１４ｙ、１４ｐと、該スイッチ１４ｙ、１４ｐの出力信号をＤ／Ａ変換してアナログ角度信号とするＤ／Ａコンバータ１５ｙ、１５ｐと、このＤ／Ａコンバータ１５ｙ、１５ｐから供給されたアナログ角度信号が供給されるミックス回路１６ｙ、１７ｙ、及びミックス回路１６ｐ、１７ｐとを有する。
【００３１】
上記非線形積分器１１ｙ、１１ｐでは、上記揺れ量検出手段１のＡ／Ｄコンバータ８ｙ、８ｐから供給されたデジタルの角速度信号と、この角速度信号のサンプリング時間との積の総和を積分して、ビデオカメラ本体のヨーイング方向、ピッチング方向の振れに起因した角度を演算して、該角度に基づく角度信号をスイッチ１４ｙ、１４ｐに送出する。
【００３２】
上記固定値出力器１２ｙ、１２ｐは、ビデオカメラ本体の揺れの角度がゼロの場合に上記揺れ量検出手段１ｙ、１ｐから出力される固定信号を送出する。この固定値出力器１２ｙ、１２ｐは、上記周波数検出器１３ｙ、１３ｐから上記スイッチ１４ｙ、１４ｐにＬｏｗ信号が供給された際に、該スイッチ１４ｙ、１４ｐに接続されて、上記固定信号を上記Ｄ／Ａコンバータ１５ｙ、１５ｐ送出する。
【００３３】
上記周波数検出器１３ｙ、１３ｐは、ビデオカメラ装置の電源立ち上げ時に揺れ量検出手段１ｙ、１ｐの出力信号の周波数を検出して、該出力信号の周波数が２〜３０Ｈｚの際にＨｉｇｈ信号を送出し、それ以外の際にＬｏｗ信号を送出する。このように、該周波数検出器１３ｙ、１３ｐは、上記揺れ量検出手段１ｙ、１ｐの出力信号の周波数を検出する周波数検出手段として機能する。
【００３４】
上記スイッチ１４ｙ、１４ｐは、周波数検出器１３ｙ、１３ｐからＨｉｇｈ信号が供給された際に非線形積分器１１ｙ、１１ｐの出力信号である角度信号を送出し、該周波数検出器１３ｙ、１３ｐからＬｏｗ信号が供給された際に固定値出力器１２ｙ、１２ｐの出力信号である固定信号を送出する。このように、固定値出力器１２ｙ、１２ｐ及びスイッチ１４ｙ、１４ｐは、固定信号設定手段として機能する。
【００３５】
上記非線形積分器１１ｙ、１１ｐ、固定値出力器１２ｙ、１２ｐ、周波数検出器１３ｙ、１３ｐ及びスイッチ１４ｙ、１４ｐは、マイクロコンピュータ３０により構成される。
【００３６】
上記Ｄ／Ａコンバータ１５ｙ、１５ｐでは、スイッチ１４ｙ、１４ｐから供給された角度信号又は固定信号をＤ／Ａ変換して、ミックス回路１６ｙ、１６ｐに送出する。
【００３７】
上記ミックス回路１６ｙ、１６ｐは、上記Ｄ／Ａコンバータ１５ｙ、１５ｐの出力信号と補正手段３から供給される頂角信号を混合して、混合信号をミックス回路１７ｙ、１７ｐに送出する。
【００３８】
上記ミックス回路１７ｙ、１７ｐは、上記ミックス回路１６ｙ、１６ｐから供給される混合信号と補正手段３から供給される頂角速度信号を混合して補正信号を生成し、該補正信号を補正手段３に送出する。
【００３９】
以上の構成による補正信号生成手段２では、周波数検出器１３ｙ、１３ｐからＬｏｗ信号が送出される時以外は、非線形積分器１１ｙ、１１ｐで揺れ量検出手段１ｙ、１ｐより供給されたヨーイング方向、ピッチング方向のデジタル化された角速度信号を角度信号に変換し、この角度信号をＤ／Ａコンバータ１５ｙ、１５ｐでアナログ信号に変換して、ミックス回路１６ｙ、１６ｐで上記アナログ角度信号と上記補正手段３から供給される頂角位置信号を混合して混合信号を生成し、ミックス回路１７ｙ、１７ｐで該混合信号と該補正手段３から供給される頂角速度信号を混合してヨーイング方向、ピッチング方向の補正信号を生成して、該補正信号を補正手段３に送出する。
【００４０】
また、周波数検出器１３ｙ、１３ｐからＬｏｗ信号が送出される時は、上記固定信号がスイッチ１４ｙ、１４ｐを介して上記固定値出力器１２ｙ、１２ｐからＤ／Ａコンバータ１５ｙ、１５ｐに送出されて、上記ミックス回路１７ｙ、１７ｐでは、該固定信号と補正手段３から供給された頂角信号及び頂角速度信号がミックスされた補正信号を送出する。
【００４１】
上記補正手段３は、アクテブ・プリズム方式を採用しており、被写体像が受像されるＣＣＤイメージセンサの受像部の前面に配設されるアクテブ・プリズム２１と、このアクテブ・プリズム２１のヨーイング方向、ピッチング方向の頂角位置を検出する位置検出部２７ｙ、２７ｐと、頂角の変動速度を検出する速度検出部２８ｙ、２８ｐと、頂角を可変駆動する駆動部２９ｙ、２９ｐとを有する。
【００４２】
上記アクテブ・プリズム２１は、ヨーイング方向、ピッチング方向に回動移動可能なガラス板２２ｙ、２２ｐと、このガラス板２２ｙ、２２ｐを伸縮自在につなぐ特殊フィルムでできた蛇腹２３と、この蛇腹２３でつながれたガラス板２２ｙ、２２ｐの間に注入される該ガラス板２２ｙ、２２ｐとほぼ同一の光学屈折率の液体２４とを備える。
【００４３】
このアクテブ・プリズム２１のガラス板２２ｙ、２２ｐの頂角を、手振れをキャンセルさせる方向に可変させることにより、該アクテブ・プリズム２１を介して、ＣＣＤイメージセンサに受像される被写体像は、手振れがキャンセルされて、“ゆれ”を生じさせない被写体像となる。
【００４４】
上記位置検出部２７ｙ、２７ｐは、アクテブ・プリズム２１のガラス板２２ｙ、２２ｐの側面に位置し、このガラス板２２ｙ、２２ｐのヨーイング方向、ピッチング方向の頂角の位置を検出するフォトセンサにより構成される。
【００４５】
上記速度検出部２８ｙ、２８ｐは、上記位置検出部２７ｙ、２７ｐにより検出される頂角の位置の移動速度を検出することで、アクテブ・プリズム２１のガラス板２２ｙ、２２ｐの頂角の変動速度を検出する。
【００４６】
上記駆動部２９ｙは、ミックス回路１７ｙから供給される補正信号を反転させる反転回路と、この反転された補正信号と該補正信号に基づき、アクテブ・プリズム２１のガラス板２２ｙのヨーイング方向に変位駆動させる駆動回路とを有する。
【００４７】
この駆動部２９ｙでは、ミックス回路１７ｙから供給された補正信号に基づき、上記駆動回路によりアクテブ・プリズム２１のガラス板２２ｙの頂角を手振れをキャンセルする方向に駆動する。
【００４８】
上記駆動部２９ｐは、上記駆動部２９ｙと同様の構成をなして、アクテブ・プリズム２１のガラス板２２ｐの頂角を手振れをキャンセルする方向に駆動する。
【００４９】
以上の構成による補正手段３は、補正信号生成手段２のミックス回路１６ｙ、１６ｐを介してミックス回路１７ｙ、１７ｐから補正信号が供給される。この補正信号が供給された駆動部２９ｙ、２９ｐにおいて、該補正信号に基づいて、手振れがキャンセルされる方向に、ガラス板２２ｙ、２２ｐの頂角が可変されて手振れを補正する。ここで、上記周波数検出器１３ｙ、１３ｐからＬｏｗ信号が送出されている際には、該ミックス回路１７ｙ、１７ｐから上記角度がゼロの際の角度信号である固定信号が供給されて、駆動部２９ｙ、２９ｐの状態は保持される。
【００５０】
また、アクテブ・プリズム２１のガラス板２２ｙ、２２ｐの頂角の位置と変動速度が、補正手段３の位置検出部２７ｙ、２７ｐと速度検出部２８ｙ、２８ｐで検出されて、補正信号生成手段２のミックス回路１６ｙ、１７ｙ、及びミックス回路１６ｐ、１７ｐに送出される。
【００５１】
以上の構成による手振れ補正装置は、ビデオカメラ装置の電源立ち上げ時に、揺れ量検出手段１の出力信号が手振れ又はカメラ・ワークに起因する周波数範囲の２〜３０Ｈｚ以外である場合に、補正信号信号生成手段２の周波数検出器１４ｙ、１４ｐからＬｏｗ信号が送出され、この際にはスイッチ１４ｙ、１４ｐから角度信号の角度がゼロである固定信号が送出されて、ミックス回路１７ｙ、１７ｐから該角度信号に基づき生成された補正信号を補正手段３に供給する。該補正手段３では、該補正信号に基づき駆動部２９ｙ、２９ｐの状態が保持される。このため、電源立ち上げ時の手振れ補正装置の立ち上がり特性に起因する手振れ補正は行われない。
【００５２】
なお、本実施例においては、揺れ量検出手段として角速度検出方式を用い、補正手段としてアクテブ・プリズム方式を用いた場合の手振れ補正装置の一例を示したが、本発明はこのような方式に限定されるものではなく、本発明の手揺れ補正装置は、角速度検出方式の振れ量等の検出手段により手揺れを検出した際に、メモリ制御方式、ＣＣＤ駆動制御方式等の画像処理による方法、又はジンバルメカ方式、アクテブ・プリズム方式等の光学的処理方法による補正手段により手振れを補正し、再生画像にて揺れによる“ゆれ”を生じさせず、高画質で小型且つ軽量のハンディタイプのビデオカメラ装置を実現することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の手振れ補正装置は、周波数検出手段で、電源を立ち上げたときの立ち上がり特性に起因する所定周波数範囲以外の周波数を検出したときに、揺れ量検出手段の出力信号を所定の固定信号に置き換えて、補正信号生成手段で該固定信号に基づき補正信号を生成する。補正手段では、該補正信号に基づき所定状態に保持される。このため、電源立ち上げ時の手振れ補正装置の立ち上がり特性に起因するような所定周波数以外の周波数が周波数検出手段で検出された際には、補正手段を所定状態に固定して画像のゆれを防止する手振れ補正装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る手振れ補正装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 揺れ量検出手段
２ 補正信号生成手段
３ 補正手段
１２ｙ、１２ｐ 固定値出力器
１３ｙ、１３ｐ 周波数検出器
１４ｙ、１４ｐ スイッチ

Claims (1)

1. ビデオカメラ本体の揺れに起因した画像の揺れ量を検出するための揺れ量検出手段と、
   この揺れ量検出手段の出力信号に基づいて上記画像の揺れを補正するための補正信号を生成する補正信号生成手段と、
   上記揺れ量検出手段の出力信号の周波数が所定周波数範囲内か否かを検出する周波数検出手段と、
   上記周波数検出手段で、電源立ち上げ時の立ち上がり特性に起因する所定周波数範囲以外の周波数を検出した際に、上記揺れ量検出手段の出力信号を所定の固定信号に置き換える固定信号設定手段と、
   上記補正信号生成手段により生成された補正信号に応じて上記画像の揺れを補正する補正手段とを備えてなる手振れ補正装置。

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