JP4436442B2

JP4436442B2 - 撮像装置及びカメラユニット及びレンズユニット

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Publication number: JP4436442B2
Application number: JP35096997A
Authority: JP
Inventors: 村上　　順一
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: JPH11187308A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手振れや振動等の振れ補正をする機能を有する撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ等の撮像装置では、手振れや振動等により被写体像がぶれてしまい、見ずらい映像となってしまうことがある。とくに最近では高倍率のレンズが採用され前述のぶれがさらに大きく目立つという問題がある。
【０００３】
そこで、前述の手振れや振動等の振れ補正をするための振れ補正装置が数多く提案され、製品化されている。この中で、光学系による振れ補正方式は、画質の劣化を生じない補正方式であり、一例をあげると、振れ検出手段として角速度センサーを用い、補正手段として可変頂角プリズム（ＶＡＰ）を用いた従来例がある。以下これについて説明する。
【０００４】
図６に可変頂角プリズムを示す。可変頂角プリズムは、２枚の透明板１０１、蛇腹状のフィルム１０２とによって密閉された空間に充填されている高屈折率の透明な液体１０３、及び固定枠１０４により構成されている。１０５は可変頂角プリズムのピッチ（上下）方向回転側の透明板１０１の保持枠、１０６はヨー（左右）方向回転側の透明板１０１の保持枠であり、保持枠１０５が紙面に垂直な軸を回転軸として回動し、保持枠１０６が紙面内上下方向に延びる軸を回転軸として回動する。前記保持枠の回転により可変頂角プリズムは、楔形プリズムと同じ原理により入射光束を偏向する。
【０００５】
次に制御方法について説明する。手振れ、振動等の検出手段として不図示の角速度センサをピッチ方向、ヨー方向に設け、この角速度センサーの出力信号を直流遮断フィルタにより直流成分を遮断して振動成分のみを抽出し、所定量増幅した後、所定のフィルタリングをすることにより、手振れ、及び振動等による振れ量を検出する。この振れ量に相当する前記ＶＡＰの頂角だけＶＡＰを動作させる。
【０００６】
この動作をＶＡＰの２軸（ピッチ、ヨウ）について同時に行うことで、被写体像の２次元におけるぶれを除去するものである。
【０００７】
しかしながら、角速度センサの信号は低周波になるほど感度が鈍くなり、また信号処理により低周波帯域の位相も理想的でなくなることから、低周波帯域の補正性能は劣化してしまう問題があった。
【０００８】
そこで、撮影像からフィールド間の画像の動きベクトル量を検出し、その動き情報を併用しＶＡＰを動作させることにより低周波帯域の補正性能を高めることが考えられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述の通り、角速度センサによる振れ量検出と画像の動きベクトル量検出の検出系ハイブリット化振れ補正の通常補正時補正帯域の拡大は大きなメリットであるが、検出系ハイブリット化振れ補正において撮影者のパン・チルト操作に対する処理及びカメラ固定時の処理に対し同期をとって行う必要がある。各検出結果出力に対しおのおの独立に行った場合、不自然な撮影画となってしまうという問題があるからである。
【００１０】
本発明は、前述の問題点に対し、角速度センサによる振れ量検出結果と画像の動きベクトル量検出結果を併用して画像の振れ補正を行う際に、各検出結果出力に対しパン・チルト処理及びカメラ固定時処理を同期をとって行うことにより、自然な撮影画とすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
撮像面上での動きベクトル量を検出する動き検出手段と、装置の振れ量を検出する振れ検出手段と、前記振れ検出手段により検出する振れ量信号から、第１の補正目標値を演算する第１の信号処理手段と、画像の振れを補正する光学式振れ補正手段と、撮影レンズ光学系の焦点距離に応じて変更される補正ゲインと前記振れ検出手段の出力及び前記第１の信号処理手段の出力またはそのどちらか一方の出力信号とに基いて、前記動き検出手段により検出された動きベクトル量に重みづけし第２の補正目標値を演算する第２の信号処理手段とを有し、前記第２の信号処理手段は、前記第１の信号処理手段の出力が所定値以上のときに、パンニング／チルティングと判断し、前記重みづけの量を変更し、前記変更された重みづけの量に基き演算された第２の補正目標値に応じて前記光学式振れ補正手段により画像の振れを補正することを特徴とする撮像装置を特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
＜第１実施例＞
以下、図面を参照し、本発明撮像装置の第１実施例について説明する。
【００２４】
図1は、本発明の実施例の構成を示す図である。図1において、１は例えば振動ジャイロ等の角速度センサからなる角速度検出手段であり、２は角速度検出手段１から出力される角速度信号の直流成分を遮断して交流成分（振動成分）を通過させるＤＣカットフィルタである。このＤＣカットフィルタは、所定の帯域で信号を遮断するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を用いてもよい。
【００２５】
３はＤＣカットフィルタ２より出力された角速度信号を適当な感度に増幅するアンプである。５はアンプ３より出力された角速度信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、制御手段４に入力される。制御手段４は例えばマイクロコンピュータ（ＣＯＭ）によって構成される。６はＡ／Ｄ変換器５の出力の低周波成分を遮断するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）であり、任意の帯域で特性を可変し得る機能を有する。７はＨＰＦ６の出力（角速度信号）を積分して角変位信号を出力する積分器であり、任意の帯域で特性を可変し得る機能を有する。
【００２６】
８は角速度信号及び角変位信号からパンニング、チルティングの判定を行うパンチルト判定回路であり、角速度信号及び角変位信号のレベルによりＨＰＦ６及び積分器７の帯域特性を操作しパンニング、チルティング制御を行う。具体的には、系のカットオフ周波数を高い周波数側にシフトし、低域の画像の動きに対する感度を低下させる。またパンニング、チルティングの検出情報は、積分器７に供給されるとともに、後述の信号処理手段２０へと供給され、補正量を演算する際の補正ゲイン制御の選択に用いられる。
【００２７】
また信号処理手段２０には、撮影レンズ１５より焦点距離情報が、制御手段に接続された記憶手段（ＲＯＭ）より図３に示す補正ゲイン情報が、それぞれ供給されており、後述の各種制御に用いられる。
【００２８】
９は積分器７の出力をアナログ信号に変換して出力するＤ／Ａ変換器であり、後段の画像補正手段１０を駆動制御する駆動回路１１に加算器１２を介し入力される。画像補正手段１０は例えば可変頂角プリズム（ＶＡＰ）であり、アクチュエータ１３として例えばボイスコイルモータを使用し、駆動量すなわち角変位をエンコーダ１４で検出して加算器１２を介し駆動回路１１に入力して駆動量を制御する閉ループ回路を構成している。
【００２９】
ここまで説明した構成により、手振れ及び振動を角速度検出手段１により検出した結果をもとに、画像補正手段１０を制御し、光軸を変位させ振れを光学的に相殺する。画像補正手段１０により変位された光束は撮影レンズ１５を介し撮像素子１６の撮像面上に結像され、カメラ信号処理回路１７により所定の信号処理を施され、ＶＴＲ等の記録装置１８にて記録される。
【００３０】
図１中、１９は動きベクトル抽出手段であり、カメラ信号処理回路１７より得られる映像信号から画像の動きベクトルを検出する。この動きベクトル検出方法自体は、従来より周知のものでよく、たとえば画面内にいくいつかの代表点を設定し、その代表点の画像の位置をフィールド周期で検出し、画像の移動方向を検出するものである。
【００３１】
動きベクトル検出はＮＴＳＣ方式の場合フィールド周期すなわち１／６０ｓｅｃ周期で行われる。動きベクトル抽出手段１９は、光学的にぶれ補正が行われた後の映像信号中の動き成分であるから、前述の角速度検出手段１による振れ量補正のエラー（補正残り）を表しており、これが撮像面上の動きベクトル量として正規化されて制御手段４に入力され、本発明の特徴となる信号処理手段２０で後述する処理がなされ、Ｄ／Ａ変換器２１を介し加算器１２に入力される。これらの構成により動きベクトル信号は光学的振れ補正の補正残りを表す補助情報として前述の画像補正手段１０を含んだ閉ループ回路に入力され、振れ補正動作を行うことになる。
【００３２】
次に、本発明の特徴となる信号処理手段２０における処理動作を図２のフローチャートを用い説明する。
【００３３】
＃０１：電源ＯＮ後、所定のタイミングで繰り返し、信号処理手段２０における処理が開始される。
【００３４】
＃０２：動きベクトル検出手段による画像のベクトル量検出結果を、ベクトル量を表す変数Ｖｉｎに入力する。前述の通りベクトル量Ｖｉｎは、画素単位での垂直方向及び水平方向の移動量である。
【００３５】
＃０３：前記レンズ１５内の不図示のズームレンズ位置検出結果すなわち焦点距離情報を基にベクトル量補正ゲインＧＺを読み込む。ベクトル量補正ゲインＧＺは、１画素だけ画を偏向するために前述の光学的振れ補正手段を動作させる量であり、ズーム位置（焦点距離）で異なる。
【００３６】
図３にズーム位置とベクトル量補正ゲインＧＺの関係をａで示す。補正ゲインが大きいほど補正量は大きくなり、また同じ振れ量ならば、撮影レンズの焦点距離が長いほど、すなわち倍率が大きいほど、撮像面上における動きは大きくなる。
【００３７】
言い換えれば、画像信号中から動きを検出する場合は、同じ振れ量でも、テレ側では動きベクトル量が大きく検出され、ワイド側では小さく検出されるため、ＶＡＰ等の光学式補正手段の補正量も、テレ側では小さく、ワイド側では大きくする必要がある。すなわち補正ゲインＧＮをワイド側では大きく、テレ側では小さくする必要があり、図３ａは、このような特性を定性的に表している。
【００３８】
またズームレンズ位置からベクトル量補正ゲインＧＺを読み込む方法としては、予め各ズーム位置に対するベクトル量補正ゲインＧＺデータをＲＯＭにテーブルで記憶しておき、焦点距離情報にしたがい、対応するベクトル量補正ゲインＧＺを読み出す方法を用いる。またズーム位置・ベクトル量補正ゲインＧＺ特性をたとえば図３中、ｂのように直線で近似し、演算により読み出す方法でも良い。
【００３９】
＃０４：前述のジャイロによって検出される角変位信号が予め設定された所定値以上であるか否かを判断する。所定値以上であれば、装置自体が、一方向に大きく移動しており、パン・チルト状態と判断し＃０６へと移行し、所定値に満たない場合は通常制御状態と判断し＃０５へと進む。
【００４０】
＃０５：通常制御状態と判断し、前述の手ぶれ補正手段を動作させる量Ｖｏｕｔを（１）式により求める。
【００４１】
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ × ＧＺ（１）
【００４２】
＃０６：パン・チルト状態と判断し、前述の手ぶれ補正手段を動作させる量Ｖｏｕｔを（２）式により求める。
【００４３】
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ × ＧＺ／ＧＨ（２）
【００４４】
ＧＨはパン・チルト補正値であり、１以上の数値である。これによりパン・チルト制御時は、通常制御時に比べ、補正ゲインは小さく抑えられ、パンニング、チルティング動作による動きに追従しないように制御する。その特性としては図３中ｃで示すようになる。
【００４５】
＃０７：前述の手ぶれ補正手段を動作させる量Ｖｏｕｔを出力する。
【００４６】
＃０８：本処理を終了する。
【００４７】
以上説明したように、画像の動きベクトル量を併用して画像の補正を行う際に、信号処理手段２０の作用でパン・チルト処理を同期をとって行うことができ、自然な撮影画とすることができる。
【００４８】
本実施例においては光学振れ補正手段として可変頂角プリズムを用いた例を説明したが、撮像光学系の光軸に対し直角方向に移動可能なレンズ群を用いた場合でも同様の効果を得る事ができる。
【００４９】
また本実施例においては信号処理手段２０において、角変位信号を所定値と比較しベクトル量に２通りの補正ゲインＧＮ，ＧＨによる重みづけ演算を行う例を示したが、ジャイロによって検出された角変位信号との比較値を複数個設け、多段階の重みづけ演算を行うか、角速度信号レベルを補正係数として重みづけ演算を行うことにより、より円滑なパン・チルト制御を行うことができる。
【００５０】
＜第２実施例＞
次に図４を用いて、本発明における第２実施例について説明する。本実施例は、上記したような、ぶれ補正システムを交換レンズ式ビデオカメラに適用した場合を示すものである。
【００５１】
同図において前述の図１と同構成部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。前述の実施例との差異はカメラユニット（ＣＵ）及びレンズユニット（ＬＵ）が分離できる所謂交換レンズシステムの構造をとっていることにある。
【００５２】
具体的には一眼レフカメラ等で用いられているバヨネットマウントと称される結合方式などである。また、前述の角速度信号、角変位信号を所定値と比較し、所定値に満たない場合撮像装置は固定されていると判断し、動きベクトル量を０とするものである。
【００５３】
図４中、３１、３２はそれぞれカメラユニットＣＵ、レンズユニットＬＵにある電気的な接点であり、不図示のバヨネットマウントで両ユニットが結合されると電気的に結線される。
【００５４】
第１実施例同様に映像信号から画像の動きベクトルを動きベクトル検出手段１９により検出した結果すなわち動きベクトル量の情報は、カメラユニットＣＵ側通信手段３３及びレンズユニットＬＵ側通信手段によりビデオ信号の垂直同期信号に同期した所定のタイミングで転送される。この通信手段はシリアル通信などの電気的なデータ伝達手段を備える構成のものであれば良く、ＣＵ、ＬＵ備えたにマイクロコンピュータの機能を利用する。
【００５５】
前述の方法でＣＵからＬＵへ転送された動きベクトル量は、制御手段４０の信号処理手段５０で後述する処理がなされ、Ｄ／Ａ変換器２１を介し加算器１２に入力される。これらの構成により動きベクトル信号は振れ補正の補助情報として前述の画像補正手段１０を含んだ閉ループ回路に入力され、振れ補正動作を行うことになる。
【００５６】
本発明の特徴となる制御手段４０の信号処理手段５０の処理動作を図５のフローチャートを用い説明する。
【００５７】
＃４１：電源ＯＮ後、所定のタイミングで繰り返し、制御手段４０の特に信号処理手段５０における処理動作が開始される。
【００５８】
＃４２：画像のベクトル量検出結果をベクトル量Ｖｉｎに入力する。前述の通りベクトル量Ｖｉｎは、画素単位での垂直方向及び水平方向の移動量である。
【００５９】
＃４３：前記撮影レンズ１５内の不図示のズームレンズ位置検出結果すなわち焦点距離を基にベクトル量補正ゲインＧＺを読み込む。この補正ゲインＧＮ及びその読み込み方法を含む本処理は第１実施例＃０３と同一のものであり詳細は省略する。
【００６０】
＃４４：前述の角速度信号が所定値以上であるかを判断する。所定値以上であれば通常手持ち撮影状態と判断し＃４６へ、所定値に満たない場合は＃４５へ進む。
【００６１】
＃４５：前述の角変位信号が所定値以上であるかを判断する。所定値以上であれば通常手持ち撮影状態と判断し＃４６へ、所定値に満たない場合は撮像装置固定状態と判断し＃４７へ進む。
【００６２】
＃４６：前述の手ぶれ補正手段を動作させる量Ｖｏｕｔを（３）式により求める。
【００６３】
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ × ＧＺ（３）
【００６４】
＃４７：前述の手ぶれ補正手段を動作させる量Ｖｏｕｔを（４）式により求める。
【００６５】
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ × ０（４）
【００６６】
撮像装置固定時は、動きベクトル量Ｖｉｎ自体は０でなくても、それは被写体の動きであると判断し、前記振れ検出手段による制御とあわせて振れ補正手段を中心位置に固定し、振れ補正動作を行わないようにするものである。
【００６７】
＃４８：前述の手ぶれ補正手段を動作させる量Ｖｏｕｔを出力する。
【００６８】
＃４９：本処理を終了する。
【００６９】
以上説明したように、カメラユニットＣＵ及びレンズユニットＬＵが分離できる交換レンズシステム構造の撮像装置において、カメラユニットＣＵで画像の動き情報を検出し、レンズユニットＬＵでこの情報を併用して画像の補正を行う際に、制御手段４０の信号処理手段５０の作用により、ジャイロによる物理的検出と、画像信号中より動きを検出する画贈位検出とが混在しても、制御に混乱を来すことがなく、撮像装置固定時の処理を同期をとって行うことができ、自然な撮影画とすることができる。
【００７０】
本実施例においては光学振れ補正手段として可変頂角プリズムを用いた例を説明したが、撮像光学系の光軸に対し直角方向に移動可能なレンズ群を用いた場合でも同様の効果を得ることができる。
【００７１】
本実施例においては制御手段４０の信号処理手段５０において動きベクトル量の重みづけ演算を行う例を示したが、前述のジャイロによる角速度信号及び角変位信号により撮像装置が固定状態であることを判断した結果を、前述の信号転送手段を用いＣＵへ転送し、前記動きベクトル量抽出手段において動きベクトル量を０としても同様の効果を得ることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明により、角速度センサによる振れ量検出結果と画像の動きベクトル量検出結果を併用して画像の振れ補正を行う際に、角速度センサによる振れ量検出結果を基にパン・チルト状態及びカメラ固定状態を判断し、各検出結果出力に対しパン・チルト処理及びカメラ固定時処理を同期をとって行うことにより、自然な撮影画とすることができ、角速度センサによる振れ量検出手段と画像の動きベクトル量検出手段それぞれの特長を十分に生かすことができ、極めてぶれ補正特性、信頼性、安定性に優れたシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施例における振れ補正装置のブロック図である。
【図２】信号処理手段２０の処理動作を示すフローチャートである。
【図３】ズーム位置−補正係数特性図である。
【図４】本発明第２実施例における振れ補正装置のブロック図である。
【図５】信号処理手段５０の処理動作を示すフローチャートである。
【図６】可変頂角プリズムの構成図である。
【符号の説明】
１ジャイロ
４制御手段（マイクロコンピュータ）
１０光学式振れ補正手段
１１駆動回路
１２加算器
１３アクチュエータ
１４エンコーダ
１６撮像素子
１７カメラ信号処理手段
１９動きベクトル検出手段
２０信号処理手段
２２記憶手段
３３ＣＵ通信手段
３４ＬＵ通信手段
４０制御手段（マイクロコンピュータ）
ＣＵカメラユニット
ＬＵレンズユニット

Claims

撮像面上での動きベクトル量を検出する動き検出手段と、
装置の振れ量を検出する振れ検出手段と、
前記振れ検出手段により検出する振れ量信号から、第１の補正目標値を演算する第１の信号処理手段と、
画像の振れを補正する光学式振れ補正手段と、
撮影レンズ光学系の焦点距離に応じて変更される補正ゲインと前記振れ検出手段の出力及び前記第１の信号処理手段の出力またはそのどちらか一方の出力信号とに基いて、前記動き検出手段により検出された動きベクトル量に重みづけし第２の補正目標値を演算する第２の信号処理手段とを有し、
前記第２の信号処理手段は、前記第１の信号処理手段の出力が所定値以上のときに、パンニング／チルティングと判断し、前記重みづけの量を変更し、前記変更された重みづけの量に基き演算された第２の補正目標値に応じて前記光学式振れ補正手段により画像の振れを補正することを特徴とする撮像装置。
カメラユニットと、カメラユニットに着脱可能なレンズユニットからなり、
前記カメラユニットには、
撮像面上での動きベクトル量を検出する動き検出手段を備え、
前記レンズユニットには、
装置の振れ量を検出する振れ検出手段と、
前記振れ検出手段により検出する振れ量信号から、第１の補正目標値を演算する第１の信号処理手段と、
画像の振れを補正する光学式振れ補正手段と、を備え、
撮影レンズ光学系の焦点距離に応じて変更される補正ゲインと前記振れ検出手段の出力及び前記第１の信号処理手段の出力またはそのどちらか一方の出力信号とに基いて、前記動き検出手段により検出する動きベクトル量信号に重みづけし第２の補正目標値を演算する第２の信号処理手段と、を有し、
前記第２の信号処理手段は、前記第１の信号処理手段の出力が所定値以上のときに、パンニング／チルティングと判断し、前記重みづけの量を変更し、前記変更された重みづけの量に基き演算された第２の補正目標値に応じて前記光学式振れ補正手段により画像の振れを補正することを特徴とする撮像装置。
前記第１の信号処理手段と、前記第２の信号処理手段の出力を加算した信号によって、前記光学式振れ補正手段を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１または２の撮像装置。
前記光学式振れ補正手段は、撮像光学系に直角に配置された頂角の傾きが可変なプリズムであることを特徴とする請求項１または２の撮像装置。
前記光学式振れ補正手段は、撮像光学系の光軸に対し直角方向に移動可能なレンズ群であることを特徴とする請求項１または２の撮像装置。
前記カメラユニットと、前記レンズユニットとの間には、所定の周期で情報を通信する通信手段が配されていることを特徴とする請求項２の撮像装置。
前記撮像装置に用いられる請求項２のカメラユニット。
前記撮像装置に用いられる請求項２のレンズユニット。