JP4094253B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子カメラ(デジタルスチルカメラ)などの撮像装置に係わり、特にぶれ補正機能を備えた撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子カメラ等の撮像装置における静止画撮像に関して、長時間撮像を行う場合の手ぶれや被写体の動きによって、像にぶれを生じることは広く知られている。この像の「ぶれ」は、1次元(曲線状も含む)の像ぼけであるため「ぼけ」と称される場合もあるが、本明細書においては「ぶれ」と表現することとする。像ぶれは、流し取りなど撮影術に積極的に応用される場合もあるが、通常は画質の劣化と見なされ、これを防止することが必須となっている。その代表的方法の一つは、三脚等を用いてカメラを安定に固定することであり、他の一つは短時間露出(高速シャッタ)の使用であるが、何れも状況が許さないと適用できず、手持ちの低照度撮影には適用不可能である。
【0003】
このような場合でも利用可能な技術として、例えば特開平10−336510号公報記載のものがある。即ち、撮像面に対する被写体像の相対的な動きを事前に検出し、その情報を基に撮像時において結像画像をシフトさせる光学系(「光学系+撮像素子」として捕らえれば撮像ブロック)を駆動し、撮像面に対して被写体像を相対的に静止させるものである。また、この公開公報には公知の従来技術として、特に動画を対象とした「手ぶれ補正制御手段」についても記載があり、補正手段として光学式(上記のような結像画像をシフトさせる光学系を用いるもの)と電子式(メモリや撮像素子駆動によって、全撮像可能領域から抜き出す画枠を移動させるもの)が挙げられている。また、「手ぶれ検出方法」としても、画像処理で被写体の移動量と方向を検出する動きベクトル検出と、角速度センサによってカメラ本体の揺れを直接検出する角速度検出とが挙げられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公開公報における指摘を待つまでもなく、従来の動画を対象とした手ぶれ補正技術では、静止画撮像における長時間撮影の一画像中の像ぶれを解消することはできない。そして、上記公開公報開示の技術に関しては、以下の2つの問題点を有するものである。即ち、
(1) 結像画像をシフトさせる特殊な光学系(撮像ブロック)が必要であるから、装置の形状・消費電力・コストの増大を来たし、更に特殊光学系の採用による結像性能の低下が生じる。
(2) 撮像に先立つ事前情報に基づいて補正を行うから、像の動きに変化があった場合は誤補正となり、却って画質が劣化してしまう。
【0005】
また、本出願人による特願2000−213894号では、所定値よりも長い露光時間が設定された場合に、露光時間が所定値以下になるように複数回の連続した露光時間に分割して露光する手法を提示している。そして、この分割された露光時間として、一般的な撮影者がカメラを手持ち撮影した場合を想定し、撮影動作に伴う手ぶれによって生じる記録画像の像ぶれが、許容限界以下に収まるような限界の値に設定している。しかしながら、手ぶれの大きさと時間の関係は一様ではないため、全ての撮影者に対してぶれのない画像を提供しようとすると、上記分割する露出時間の値をかなり短い値に設定する必要があった。この場合、繰り返し露光される画像信号を記憶するメモリの容量が増大したり、動き補償の演算などに長時間を要するという問題があった。
【0006】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、簡単な構成により必要最小限の演算量でぶれのない画像を得ることが可能な撮像装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
(構成)
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【0008】
即ち本発明は、電子カメラなどの撮像装置において、撮影レンズによって結像された被写体像を光電変換し電気信号に変換する撮像素子と、露光開始からの装置本体のぶれ量を検出するためのぶれ量検出手段と、該ぶれ量検出手段による露光開始からのぶれ量が所定量に達すると前記撮像素子の画像信号を読み出すという露光動作を、当初の露光動作の露光開始からの露光時間が所定の時間に達するまで繰り返し行う露光制御手段と、前記読み出された複数の画像信号の相互の位置ずれを補正する補正手段と、該補正手段により補正された画像信号の対応する画素同士の画像信号を加算する加算手段と、を有することを特徴とする。
【0009】
また本発明は、電子カメラなどの撮像装置において、撮影レンズによって結像された被写体像を光電変換し電気信号に変換する撮像素子と、該撮像素子の適正露光を得るために必要な露光時間を演算する露光時間演算手段と、該露光時間演算手段により演算された露光時間が所定の時間より長時間であると判断したとき、前記撮影レンズの絞り開口の大きさを大きくする絞り制御手段と、前記露光時間内に露光と画像信号の読み出しを繰り返し行う露光制御手段と、前記読み出された複数の画像信号の相互の位置ずれを補正する補正手段と、該補正手段により補正された画像信号の対応する画素同士の画像信号を加算する加算手段と、を有することを特徴とする。
【0011】
(作用)
本発明によれば、露光開始からの装置本体のぶれ量を検出するためのぶれ量検出手段を設け、このぶれ量検出手段による露光開始からのぶれ量が所定量に達したことを検知して撮像素子の画像信号を読み出すという動作を、当初の露光開始からの露光時間が所定の時間に達するまで繰り返し行い、この繰り返し読み出された画像信号を加算することにより一つの画像信号を得ている。ここで、分割した各々の画像信号同士にはぶれに伴う位置ずれがあるが、これは補正手段により補正することができ、従って加算して得られる画像信号においてぶれを許容範囲内に収めることができる。
【0012】
即ち、ぶれが大きい一つの画像信号を得る代わりに、ぶれが少ない複数の画像信号を得てこれらをずれ補正して加算することにより、ぶれが少ない一つの画像信号を得ることができる。そしてこの場合、特殊な光学系を要することはなく、像の動きに変化があった場合にも対応できる。しかも、ぶれ量検出手段によるぶれ量に基づいて分割する露出時間の値を定めているため、該露出時間の値を比較的長い値にすることができ、メモリ容量の増大や動き補償の演算などを最小限に抑えることができる。従って、簡単な構成により必要最小限の演算量でぶれのない画像を得ることが可能となる。
【0013】
また、低輝度の被写体においては露光時間が長くなる。この場合、撮像素子に蓄積される電荷が少なくなるため、あとで複数回の露光動作により読み出された画像信号を加算しS/Nの向上は図れるにしても、読み出しや加算処理に伴う誤差が伴うために全体としてのS/Nは期待よりも低いものである。そこで、露光時間が所定より長くなると予測した場合は、絞りの開口の大きさを大きくし、撮像素子の電荷蓄積量をなるべく大きくすることにより、ぶれのないしかもS/Nの良好な画像を得ることが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【0015】
図1は、本発明の一実施形態に係わる電子カメラの回路構成を示すブロック図である。
【0016】
図中の12は被写体像を撮像するためのCCDイメージセンサ、14は相関二重サンプリング回路(CDS)、16はゲインコントロールアンプ(AMP)、18はA/D変換器、20はタイミングジェネレータ(TG)、22はシグナルジェネレータ(SG)、24はCPU、26は情報処理部、28はDRAM、30は圧縮伸張回路、32は記録媒体、34は液晶表示部、36はインターフェース部、38はレンズ駆動系、40はレンズ、42は絞り駆動系、44は絞り、50,51は角速度センサ、52,53はA/D変換器を示している。
【0017】
CCDイメージセンサ12は、例えば100万を越える画素を有するインターライン型のCCDイメージセンサであり、線順次走査による全画素読み出しに適したベイヤー配列の色フィルタを有している。そして、TG20から供給される転送パルスに従って駆動される。CDS14は、TG20から供給されるサンプルホールドパルスに従って駆動される。TG20は、SG22で生成される同期信号に従って互いに同期して駆動する。
【0018】
情報処理部26は、A/D変換器18から供給される画素信号を処理して画像を形成する。DRAM28は情報処理部26から供給される画像データを一時的に記憶し、圧縮伸張回路30はDRAM28に記憶されている画像データを圧縮し、記録媒体32は圧縮伸張回路30から供給される圧縮された画像データを記録する。また、圧縮伸張回路30は記録媒体32に記録されている圧縮された画像データを伸張し、DRAM28は圧縮伸張回路30から供給される伸張された画像データを一時的に記録する。
【0019】
インターフェース部36は、モニタ,パソコン等の外部装置とのデータのやりとりを可能とする端子であり、情報処理部26或いはDRAM28から供給される画像データを外部装置へ出力することを可能とし、或いは場合によっては外部装置から画像データを装置内に取り込むことを可能にする。
【0020】
液晶表示部34は、情報処理部26から供給される画像データ或いはDRAM28から供給される伸張された画像データを表示する。CPU24は、TG20,SG22,レンズ駆動系38,及び絞り駆動系42の制御を行う。具体的には、静止画像の取り込みを指示するトリガー46からの指令に従ってCCDイメージセンサ12の駆動モードの切り換えを行ったり、DRAM28から供給される画像データに基づいてレンズ40を駆動させるオートフォーカス制御や絞り44の開口を変更する制御やCCDイメージセンサ12の露光量の制御などを行う。
【0021】
角速度センサ50は、カメラから被写体を見たとき、左右の方向であるX軸方向を回転中心としてカメラを回転したときの角速度を検出するためのものである。角速度センサ50により検出された角速度を表すアナログ信号は、A/D変換器52により所定の時間間隔でデジタル信号に変換され、該変換されたデジタル信号はCPU24により時間積分される。時間積分されたデジタル信号は、カメラ本体の上記X軸を回転中心とする回転量に相当する。また、角速度センサ50のアナログ出力信号の正又は負により回転方向が判別される。
【0022】
一方、角速度センサ51は、カメラの上下方向をY軸方向としたとき、Y軸方向を回転中心としてカメラを回転したときの角速度を検出するためのものである。この角速度センサ51により検出された角速度を表すアナログ信号は、A/D変換器53により所定の時間間隔でデジタル信号に変換され、該変換されたデジタル信号はCPU24により時間積分される。時間積分されたデジタル信号は、カメラ本体の上記Y軸を回転中心とする回転量に相当する。また、角速度センサ51のアナログ出力信号の正又は負により回転方向が判別される。
【0023】
図2は、本実施形態においてぶれ補正を行うための機能に関する回路構成を示す機能ブロック図である。
【0024】
撮影レンズによって結像された被写体像は、前記撮像素子12により光電変換される。露光開始からのカメラ本体のぶれ量は、前記角速度センサ50,51及びCPU24等から構成されるぶれ量検出回路62により検出される。そして、ぶれ量検出回路62の出力を基に露光量制御回路63では、露光開始からのぶれ量が所定量に達すると撮像素子12から画像信号を読み出すという露光動作を、当初の露光動作の露光開始からの露光時間が所定の時間に達するまで繰り返し行うようになっている。なお、露光量制御回路63は、前記TG20,SG22及びCPU24等から構成されるものである。
【0025】
露光量制御回路63の制御の下に撮像素子12から順次読み出された画像信号は、前記CDS14,AMP16,A/D18,情報処理部26等から構成される信号処理回路64で処理された後に、複数のフレームメモリを備えたメモリ65に記憶される。なお、メモリ65は、前記DRAM28でも良いし、複数画像の一時記憶専用に特別に設けたものであってもよい。
【0026】
一方、ぶれ量検出回路32の出力信号に基づいて補正回路66では、メモリ65に各々記憶された画像信号の相互の位置ずれが補正される。具体的には、各フレーム毎にずれ量に応じてアドレスをシフトさせる、又は各フレーム毎にアドレスをシフトすべき量を設定する。そして、この補正回路66により補正された画像信号の対応する画素同士の画像信号が加算回路67により加算されて、1つの画像信号が得られる。そして、この加算された画像信号が前記記録媒体32に記録されるようになっている。
【0027】
図3及び図4は、本実施形態における全体の動作の流れを説明するためのフローチャートである。
【0028】
S100においてスタートする。この動作は、カメラの電源投入や、図示しない動作開始スイッチを操作することなどにより起動するものとする。S101において、レリーズ操作により第1レリーズスイッチ(図1のSW1)が閉じたかどうかを判断する。SW1が閉じていない場合は、J100に分岐し同様の動作を繰り返す。実際はJ100とS101の動作の間に、表示やその他の図示しないキー入力の状態を検出するなどの動作をするのであるが、本発明とは直接関係ないため簡単のために、図2においてはSW1の状態の検出を繰り返すものとする。
【0029】
S101においてSW1が閉じていると、次にS102において測光を行う。この測光は、CCD撮像素子12から繰り返し出力される画像信号のレベルをモニタすることにより、適正露光を得るための絞りやシャッター速度を演算するためのものである。即ち、CCD撮像素子12から読み出された画像信号はA/D変換回路18でデジタル値に変換され、DRAM28に一時的に記憶される。この記憶された画像信号のうち、全体画像の中の中央付近の所定領域の画像信号がCPU24により読み出され、そのレベルの加算平均値が求められ、その値に基づいて適正露光を得るに必要なシャッター速度や絞り値を計算する。
【0030】
次に、S103において、上記のようにして求められた適正露光を得るに必要なシャッター速度が所定時間tL よりも長時間であると判定された場合は、S104において絞り44の開口を大きくし、CCD撮像素子12に入射する光の強さを大きくする。これは、後述するように手ぶれが発生しない所定の手ぶれ限界露光時間tB で複数回の露光を行う場合、被写体の明るさが暗いと上記手ぶれ限界露光時間tB では十分な画像信号が得られずS/Nが悪くなるが、これを防止するために光量を増やすためである。そして、S105において、前記S102における測光値、及び上記S104で再設定した絞り値を基に、改めて露光時間tE を演算する。なお、S103でシャッター速度がtL 以下の高速のときはJ101に分岐し、S102で求めたシャッター速度そのものが露光時間tE となる。
【0031】
次に、S106において第2レリーズスイッチSW2が閉じているか否かを検出する。SW2が閉じていれば、S107においてぶれの発生するぶれ限界露光時間tB による露光を行った回数を記憶するメモリnに初期値0を入力する。そして、S108で露光を開始する。なお、露光開始はCCD撮像素子12の電荷蓄積部の電荷を排出することにより開始する。これについては周知の技術であるので、ここでは詳述しない。
【0032】
次に、ぶれ検出用の角速度センサ50,51の検出出力に基づき、露光開始からのカメラのX軸,Y軸周りの回転量から、画像の水平方向及び垂直方向の像のぶれ量が演算される。このぶれ量は逐次一定の時間間隔で求められるものであるが、演算の遅れや角速度センサ50,51の応答遅れなどに起因して、演算の結果求められるぶれ量は実際よりも若干遅れる。従って、特開平5−204012号公報等で公知の予測演算を行うことによりこの応答遅れを補償する。そして、S109において、露光開始からのぶれ量が許容限界のぶれ量に達するぶれ限界露光時間tB を求める。
【0033】
次に、S110において、上記S109で求めたぶれ限界露光時間tB と上記S107で初期設定したnとの積ntB と、上記S105で求めた露光時間tE との差(以下この差を「未露光時間」とよぶ。)を求め、この未露光時間が上記ぶれ限界露光時間tB より長いか否かを判定する。未露光時間がぶれ限界露光時間tB よりも長い時間であるときは、次にS111で上記S108からの露光時間がぶれ限界露光時間tB に達しているかどうかを判断し、もし露光が終了しておれば、次にS112で画像信号を読み出し、S113でこの読み出された画像信号を一時的にDRAM28に記憶し、S114でnに1を加えてJ102に分岐する。
【0034】
n回の上記ぶれ限界露光時間tB による露光を行った後、上記S110において上記未露光時間が上記ぶれ限界露光時間tB 以下の短い時間であるときは、S115において露光が終了したかどうかを判断する。露光終了と判断すると、S116において画像信号を読み出し、S117でこの読み出された画像信号を一時的にDRAM28に記憶する。次に、S118において、n回の手ぶれ限界露光時間による露光による画像信号と、最後に手ぶれ限界露光時間以下の露光時間で露光され読み出された画像信号の位置合わせを行う。この位置合わせを行うのは、各々のぶれ限界露光時間で露光し読み出された画像はぶれてはいないものの、各画像は相対的にはぶれ限界以上にぶれている可能性があり、後述する画像信号を加算する前に各画像間の相対的な位置ずれを補正する必要があるからである。この位置合わせは公知の画像処理により行うことも可能であり、また上記角速度センサーの出力により求めた画像のずれ量を用いて行うこともできる。
【0035】
次に、S119において上記位置合わせされた複数の画像信号を加算し、S120においてこの加算された画像信号を画像圧縮したのち記録媒体32に記録して終了する。
【0036】
このように本実施形態によれば、カメラ本体のぶれ量に応じて露光時間を分割し、分割して得られた複数の画像信号に対し位置ずれを補正し、位置ずれ補正された各画像信号を加算することにより、ぶれの少ない一つの画像信号を得ることができる。そしてこの場合、特殊な光学系を要することはなく、像の動きに変化があった場合にも対応できる。しかも、ぶれ量検出回路62によるぶれ量に基づいて分割する露出時間の値を定めているため、該露出時間の値を比較的長い値にすることができ、メモリ容量の増大や動き補償の演算などを最小限に抑えることができる。また、低輝度の被写体においては絞り開口の大きさを大きくし、ぶれ量が許容限界に達する露光時間での撮像素子の電荷蓄積量をなるべく大きくすることにより、ぶれのないしかもS/Nの良好な画像を得ることが可能となる。
【0037】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【0038】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、露光開始からの装置本体のぶれ量が許容限界以上になった時間で撮像素子の電荷を露光量が適正になるまで繰り返し読み出し、その読み出された画像の位置ずれを補正したのちに加算するようにしているので、簡単な構成により必要最小限の演算量でぶれのない画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係わる電子カメラの回路構成を示すブロック図。
【図2】同実施形態においてぶれ補正を行うための回路構成を示す機能ブロック図。
【図3】同実施形態における全体の動作の流れを説明するためのフローチャート。
【図4】同実施形態における全体の動作の流れを説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
12…CCD撮像素子
14…相関二重サンプリング回路(CDS)
16…ゲインコントロールアンプ(AMP)
18,52,53…A/D変換器
20…タイミングジェネレータ(TG)
22…シグナルジェネレータ(SG)
24…CPU
26…情報処理部
28…DRAM
30…圧縮伸張回路
32…記録媒体
34…液晶表示部
36…インターフェース部
38…レンズ駆動系
40…レンズ
42…絞り駆動系
44…絞り
50,51…角速度センサ
62…ぶれ量検出回路
63…露光量制御回路
64…信号処理回路
65…メモリ
66…補正回路
67…加算回路
Claims (2)
- 撮影レンズによって結像された被写体像を光電変換し電気信号に変換する撮像素子と、
露光開始からの装置本体のぶれ量を検出するためのぶれ量検出手段と、
該ぶれ量検出手段による露光開始からのぶれ量が所定量に達すると前記撮像素子の画像信号を読み出すという露光動作を、当初の露光動作の露光開始からの露光時間が所定の時間に達するまで繰り返し行う露光制御手段と、
前記読み出された複数の画像信号の相互の位置ずれを補正する補正手段と、
該補正手段により補正された画像信号の対応する画素同士の画像信号を加算する加算手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 撮影レンズによって結像された被写体像を光電変換し電気信号に変換する撮像素子と、
該撮像素子の適正露光を得るために必要な露光時間を演算する露光時間演算手段と、
該露光時間演算手段により演算された露光時間が所定の時間より長時間であると判断したとき、前記撮影レンズの絞り開口の大きさを大きくする絞り制御手段と、
前記露光時間内に露光と画像信号の読み出しを繰り返し行う露光制御手段と、
前記読み出された複数の画像信号の相互の位置ずれを補正する補正手段と、
該補正手段により補正された画像信号の対応する画素同士の画像信号を加算する加算手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。
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