JP4487811B2 - 撮影装置 - Google Patents

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Description

本発明は、撮影ぶれ(手ぶれ)や被写体ぶれ(動体ぶれ)の補正機能を有する撮影装置に関するものである。
一般的なスチルカメラ、ビデオカメラに装備されている手ぶれ補正機能は、撮影機器本体に装備されているスイッチやGUIにより、ユーザの意思によりオン/オフ(ON/OFF)する必要がある。
この場合、ユーザが手ぶれ補正機能をオン(ON)することを忘れてしまうと、場合によっては手ぶれが発生してしまい、良好な撮影結果が得られない。
また、一般に手ぶれ補正機能をオン(ON)にすると、消費電力が大きくなり、撮影可能枚数や時間が短くなってしまう。
これら課題に対し、特許文献1に開示されている「電子カメラ、画像撮影装置および手ぶれ補正機能制御方法」においては、マニュアルフォーカス時のみ、常に手ぶれ補正をオン(ON)にし、オートフォーカスモード時では、シャッタボタンを半押しにした場合のみ手ぶれ補正をオン(ON)にすることで改善している。
また、スチルカメラ、ビデオカメラにおいては、撮影シーンに応じた撮影モードが実装されている。
これら撮影モードには、速い動きの被写体を想定した「スポーツモード」や風景などを撮影するための「風景モード」などがある。
しかしながら、これらのモードは、撮影シーンに応じてユーザが設定する必要があり、たとえば、ユーザが設定した風景モードの状態で動きの速い自動車などを撮影した場合、被写体ぶれが発生してしまい、良好な撮影結果が得られない。
これらの課題に対し、特許文献2に開示されている「カメラ」においては、振動検出手段によりカメラの振動が検出された場合、露出量を調整したり、警告を与えるなどにより、良好な撮影を実現している。
特開2002−131799号公報 特開2004−12977号公報
第1の特許文献に記載されているカメラにおいては、ある特定の場面では有用な方法であるが、シャッタ速度が十分速く、手ぶれが発生しにくい場合や、カメラの扱いに慣れていて、もともと手ぶれが少ない撮影者などが使用しても常に手ぶれ補正機能がオン(ON)となってしまう。
特許文献2に記載されているカメラにおいては、カメラ本体の振動による手ぶれについては有用であるが、シャッタ速度が遅い状態で、動作速度の速い被写体を撮影した際に発生する被写体ぶれについては対策できない。
本発明は、状況に応じて自動的に手ぶれ補正機能をON/OFFできる撮影装置を提供することにある。
また、本発明は、撮影される被写体の動きに応じて、自動的に撮影モードを切換えることが可能な撮影装置を提供することにある。
本発明の第1の発明の撮影装置は、被写体の動きを、一定の間隔で撮影された複数の撮影画像から検出する動きベクトル検出部と、制御部と、シャッタを含み、被写体を撮像し撮像画像信号を出力する撮像部と、を有し、上記制御部は、上記撮像部が撮像する画像に対して手ぶれ補正を行うように設定されている場合に、上記動きベクトル検出部が検出した動きベクトルの方向、移動量について分散を取り、最も数の多い動きベクトルの移動速度を基にシャッタ速度を算出し、統計的に算出された平均的手ぶれ量を基に求められた、平均的手ぶれ量に対する手ぶれ補正の必要がないシャッタ速度である平均シャッタ速度と上記算出したシャッタ速度とを比較して、上記算出したシャッタ速度が平均シャッタ速度未満である場合には上記撮像部のシャッタ速度を上記算出したシャッタ速度に設定し、上記算出したシャッタ速度が平均シャッタ速度以上である場合には上記撮像部のシャッタ速度を上記算出したシャッタ速度に設定しない
本発明によれば、ユーザはカメラの設定を気にすることなく、手ぶれ、被写体ぶれの発生を抑えた撮影結果を得ることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。
本実施形態では、主に手ぶれや被写体ぶれを防止することを目的とした場合について説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本実施形態に係る撮影装置を示す構成図である。
本撮影装置1は、図1に示すように、カメラモジュール10、画像メモリ20、動きベクトル検出部30、制御部としての露出制御部40、ストロボ50、報知部としての表示部60、画像保存部70、および記憶部80を、主構成要素として有している。
カメラモジュール10は、レンズ11、絞りを調整するアイリス12、シャッタ13、およびCCDやCMOSなどの撮像素子14により構成され、レンズを通した光を、撮像素子により光電変換し、画像データとして画像メモリ20に出力する。
なお、本実施形態の撮像素子14は、アナログ出力を相関二重サンプリング処理(CDS)、アナログ増幅処理、デジタル信号に変換するアナログ/デジタル(A/D)変換処理や、撮像素子に画素読み出しのタイミング信号を供給する処理を行うアナログ処理部を含んで構成されている。
このアナログ処理部は、撮像素子14に一体化せずに、撮像素子14と画像メモリ20との間に設けることも可能である。
画像メモリ20は、カメラモジュール10により光電変換された画像データを蓄積する。
なお、画像メモリ20には撮影時間の異なるN枚の画像を保存する。たとえばここには1/10秒間隔でN枚の画像データを保存する。
動きベクトル検出部30は、画像メモリ20に蓄積されているN枚の画像から動きベクトルの検出を行う。
動きベクトル検出部30における動きベクトルの検出には、いわゆる背景差分法、フレーム間差分法、オプティカルフロー法など、任意好適の手法により求めることが可能である。
露出制御部40は、動きベクトル検出部30において得られた動き量を基に露出やストロボ50の制御を行う。
露出制御部40は、動きベクトルの移動速度を求め、速度に見合った適切なシャッタ速度を設定する。
露出制御部40は、アイリス(絞り値)、シャッタ速度、撮像素子感度などの情報を決定して、カメラモジュール10に設定する。
露出制御部40は、アイリス(絞り値)や撮像素子感度などの情報により露出を決定する。露出制御部40は、適正な露出が得られない場合、ストロボ50の使用可否を決定し、判定の結果、ストロボ50が使用できない場合、表示部60にユーザに手ぶれまたは被写体ぶれが発生するおそれがあることを表示する。露出制御部40は、ストロボ50が使用可能な場合は、ストロボ使用準備を行う。
表示部60は、たとえば液晶表示装置(LCD)などにより構成され、画像メモリ20に保存された画像データに基づく画像を表示し、あるいはユーザに手ぶれまたは被写体ぶれが発生するおそれがあることを警告表示する。
画像保存部70は、画像メモリ20に保存された画像データを記憶部80に格納する。
記憶部80は、たとえばフラッシュメモリやハードディスクにより構成される。
以下に、本実施形態の動きベクトル検出部の動きベクトル検出動作例と、露出制御部における動きベクトル検出結果に基づく露出やストロボの使用などの制御について説明する。
まず、動きベクトル検出の一例として、ブロックマッチングを用いたオプティカルフロー法を図2〜図4に関連付けて説明する。
図2(A),(B)は、画像メモリ20に保存される画像の例を示す図である。
図3は、ブロックマッチングの概念を説明するためのフローチャートである。
図4は、図2(A),(B)の2枚の画像から得られた動きベクトルをあらわす概念図である。
まず、説明の簡略化のために、図1の画像メモリ20には図2(A)、(B)に示すような2枚の画像が保存されているものとする。
図2(A)の符号210は1枚目の画像を、220は2枚目の画像を示している。1枚目の画像210と2枚目の画像220はある一定の間隔(たとえば1/10秒間隔)で撮影されたもので、一枚目の画像210より2枚目の画像220は新しいものである。
各画像210,220は、K×Lブロック(K、Lは1以上の任意の整数)に分割され、それぞれのブロック単位でブロックマッチングされ、動きベクトル検出部30はブロックの相関関係から動きベクトルを抽出する。
オプティカルフロー法では、たとえばブロック内の各画素の色や輝度などを使用して、ブロックマッチングを行うが、本実施形態では輝度のみを使用する。
次に、図3のフローチャートに関連付けてブロックマッチングの概念を説明する。
ステップST1は、画像210上のK×Lブロック分のループの開始点である。
ステップST2は初期化ステップで、後で使用する輝度差分最小値を保存する記憶領域を初期化するもので、初期化値として輝度差分最大値を予め代入し、初期化する。輝度差分最大値は各ブロック内に存在する画素の輝度値の総和より大きい値とすればよい。
ステップST3は,画像220上のK×Lブロック分のループ開始点である。
ステップST4は輝度差分計算ステップで、画像210上のある1ブロックと、画像220上のある1ブロック内の対応する画素の輝度差分絶対値の総和を計算する。
ステップST4の輝度差分計算ステップで計算された結果は、ステップST5で予め記憶されている輝度差分最小値と比較される。
計算された結果が記憶されている輝度差分最小値よりも小さければ、ステップST6で画像210上のブロックの位置と、画像220上のブロックの位置及び、輝度差分最小値を上書き記憶する。
このステップST4からステップST6までの一連の処理を、画像210上の1ブロックに対し、画像220上に存在するK×Lすべてのブロックに対し行われる。
そして、ステップST7のループ終了時には、画像210上の1ブロックに対応した画像220上のブロック位置が得られる。
このようにして、画像210上の各ブロックが、画像220上のどのブロックに移動したかを求めることで動きベクトルを得ることが可能となる。
次に、図4に関連付けて画像210と画像220から得られた動きベクトルについて説明する。
図2(A)に示すトラック211が図2(B)のトラック221の位置に移動しているため、図4の符号231〜236に示すような右向きの動きベクトルが検出されている。
同様に、図2(A)に示す乗用車212が図2(B)の乗用車222の位置に移動しているため、図4の符号237,238に示すような左向きの動きベクトルが検出されている。
図4のトラックに関する動きベクトル231〜236に対して、乗用車に関する動きベクトル237,238は移動量が大きい、すなわち、移動速度が速いことがわかる。
次に、図1の動きベクトル検出部30から得られた動き量をもとに、露出制御部40における露出やストロボの使用などを制御する方法を図5および図6に関連付けて説明する。
図5は、露出制御部40における露出やストロボの使用などを制御する方法を説明するためのフローチャートである。
図6は、全ブロックの移動ベクトルの方向、移動量について分散をとり、最も数の多いベクトルを選択することで手ぶれを防止できることを説明するための図である。
まず、ステップST11で動きベクトル検出部30から最新の画像データの動きベクトルK×L個を取得する。
次に、ステップST12で動きベクトルの移動速度を求める。ここでは説明の簡略化のためK×L個の動きベクトルから最も速いものを選択する。図4の動きベクトル237が最も速い動きベクトルに該当する。
図4の動きベクトル237の場合、1/10秒で3ブロック分移動していることがわかる。たとえば1ブロックあたりの水平画素数が50画素だった場合、1/10秒で150画素移動していることになる。
画像データから移動画素数が求まれば、その速度に見合ったシャッタ速度を求めることができる。
シャッタ速度の求め方は、たとえば1/10秒で150画素移動しているものを1画素未満のズレに抑えるためには1/1500秒以上のシャッタ速度に設定すればよい。
また、たとえば被写体ぶれでは無く、手ぶれの防止を目的とする場合、最も速い動きベクトルを選択するのではなく、たとえば図6のように、全ブロックの移動ベクトルの方向、移動量について分散をとり、最も数の多いベクトルを選択することで手ぶれを防止できる。
本実施形態の場合、動き無しの分布が最も多いので手ぶれは無いと判定できる。
なお、本実施形態での数値は概念の説明であり、説明を簡略化するために実際の数値とは異なる。
次に、ステップST13において、ステップST12で求まったシャッタ速度と、現在設定されているシャッタ速度を比較し、必要に応じて、適切なシャッタ速度を設定する(ST14)。
次に、ステップST15で露出を決定する。この際、すでにシャッタ速度が決められているので、露出を決定する要素としてはアイリス(絞り値)の調整、撮像素子の感度調整のみで露出を決定する必要がある。但し、場合によっては、シャッタ速度を速める方向にのみ調整することを許可してもよい。
ステップST15において適正露出が得られたらステップST19に移行して被写体を撮影する。
ステップST15において、適正露出が得られない場合、ステップST16においてストロボの使用可否を判定する。
判定方法は、たとえばカメラモジュール10から焦点距離の情報を得るなどして、ストロボ光が被写体に十分届くか等を考慮して判定する。
ストロボ判定の結果、ストロボ使用ができない場合、ステップST17にてたとえば表示部60上に手ぶれ警告を表示するなどしてユーザに手ぶれ及び又は被写体ぶれする危険性を通知する。
ストロボ判定の結果、ストロボが使用可能な場合は、ステップST18でストロボ使用準備を行い、ステップST19で被写体を撮影する。
ステップST19における撮影は、たとえば、露出決定部40から得られたアイリス、シャッタ速度、撮像素子感度などの情報をカメラモジュール10に設定し、光電変換された画像を画像メモリ20に保存する。
表示部60は、前述保存された画像データをたとえば液晶パネルなどを使用して表示し、ユーザに撮影結果の確認を発する。
また、同時に、画像保存部70は前述保存された画像データをたとえばフラッシュメモリやハードディスクなどのデバイス80にファイル保存する。
以上のように、本第1の実施形態によれば、カメラモジュール10により光電変換された画像データをN枚蓄積する画像メモリ20と、画像メモリ20に蓄積されているN枚の画像から動きベクトルの検出を行う動きベクトル検出部30と、動きベクトル検出部30において得られた動き量を基に露出やストロボ50の制御を行い、動きベクトルの移動速度を求め、速度の見合った適切なシャッタ速度、アイリス(絞り値)、撮像素子感度などにより露出を決定し、適正な露出が得られない場合、ストロボ50の使用可否を決定し、判定の結果、ストロボ50が使用できない場合、表示部60にユーザに手ぶれまた被写体ぶれが発生するおそれがあることを表示し、ストロボ50が使用可能な場合は、ストロボ使用準備を行う露出制御部40と、を有することから以下の効果を得ることができる。
すなわち、動きベクトル検出から得られた被写体の移動速度から適切なシャッタ速度を選択し、必要に応じて露出設定を自動的に変更し撮影することができ、手ぶれや被写体ぶれの発生を抑えた撮影結果を得ることが可能である。
換言すれば、状況に応じて自動的に手ぶれ補正機能をON/OFFできるので、常に手ぶれが抑えられた良好な撮影結果を得ることが可能となり、さらに、必要なときだけに手ぶれ補正機能がオン(ON)されるので消費電力を抑えることができ、撮影可能枚数の増加、撮影時間の長時間化が可能となる。
また、撮影される被写体の動きに応じて、自動的に撮影モードを切換えることが可能となり、撮影シーンに適した良好な撮影結果を得ることが可能となる。
<第2の実施形態>
第1の実施形態では手ぶれを防止するためにシャッタ速度を速くする手段を使っているが、一般的に活用されている光学レンズをアクチュエータにより動かすことで手ぶれを補正する光学手ぶれ補正方法や、画像の切り抜き開始点を移動することにより手ぶれを補正する電子手ぶれ補正方法などを使用してもよい。
手ぶれ補正の一例として、電子手ぶれ補正の概念を図7および図8を用いて説明する。
まず、動きベクトル検出部30から最新画像の動きベクトルを取得する。たとえば、取得した動きベクトルが左方向に6画素分、上方向に3画素分移動していたら、図7(A),(B)に示すように、被写体740は右斜め下の位置に画像メモリ20上に保存されていることとなる。このまま画像メモリ上に記憶されている画像データを画面中央から出力画像サイズ720に合わせて切り取ると、目的の被写体740は画面の右下隅に写ってしまうことになる。そこで画像メモリ20から出力画像を得るときに、読み出し位置を右に6画素、下に3画素ずらした領域730にすることで出力画像750の中央に被写体760がコピーされることになる。
これらの処理のフローチャートを図8に示す。
ステップST21で動きベクトルを取得したあと、ステップST22において、その動き量に応じた画像メモリ20上の読み取り開始アドレスを計算する。
ステップST22で計算したアドレスが撮影画像データ範囲内(図7の710)にある場合はステップST26にて画素を別のメモリ領域(図7の750)にコピーする。
ステップST22で計算したアドレスが撮影画像データ範囲を超えている場合、適切な手ぶれ補正が不可能であると判断し、ステップST24で手ぶれ警告処理を行い、ステップST25でアドレス変換する。
ステップST24の手ぶれ警告処理は、たとえば表示部60上に手ぶれ補正範囲外であることを表示し、ユーザに手ぶれしていることを通知する。
ステップST25のアドレス変換は、アドレス値が撮影画像データ範囲を超えてしまっているため、たとえば、画像データ範囲内のもっとも近い場所の撮影画像データが存在するアドレスに変換する。
ステップST25でアドレス変換した後、ステップST26にて画素を別のメモリ領域(図7の750)にコピーする。
ステップST22からステップST26までの処理を出力画像サイズ分繰り返すことで手ぶれ補正処理が完了する(ステップST27)。
なお、電子手ぶれ補正は画像間の動きベクトルをもとに手ぶれ補正を行っているため動画撮影には有効であるが、静止画撮影には効果が無い。静止画撮影を目的としたスチルカメラの場合、光学手ぶれ補正を行うのが一般的である。
いずれの場合も手ぶれの補正には効果があるが、第1の実施形態で示した被写体ぶれには効果が無い。
したがって、これら一般的に活用されている光学手ぶれ補正、または/および電子手ぶれ補正を行った上で被写体ぶれ検出を行うことで、たとえば、動作の遅い物体を撮影する際にはシャッタ速度を遅くしても被写体ぶれや手ぶれが発生しにくいため、アイリスを閉じ、その分シャッタ速度を落として被写界深度の深い撮影を行うようなモードに移行可能である。
<第3の実施形態>
第2の実施形態においては、手ぶれ補正を行うことを前提としているが、たとえば、屋外の明るい場所での撮影などでは、必要十分なシャッタ速度が設定できる場合がほとんどであり、手ぶれ補正機能を使用する必要が無い。
たとえば、複数のユーザからサンプルを取得し、平均的な手ぶれ量を統計的に算出し、第1の実施形態で挙げた移動画素数からのシャッタ速度の算出手段等を使用して、平均的な手ぶれ量を抑えることができるシャッタ速度を求め、このシャッタ速度以上に設定された場合、自動的に手ぶれ補正機能をオフ(OFF)することで消費電力を削減できる。
被写体ぶれの防止を目的としない場合、あるシャッタ速度以上に設定された場合、動きベクトルの検出機能もオフ(OFF)にすることが可能である。
なお、第1〜3の実施形態では動きベクトルによって手ぶれを検出しているが、角速度センサや重力センサなどの外部デバイスを使用して撮影機器本体の動きを検出することで手ぶれ判定を行ってもよい。
この場合、第3の実施形態で説明した通り、角速度センサや重力センサなど、手ぶれ検出手段に使用する外部デバイスの通電を切るなどで更なる低消費電力化が可能となる。
本実施形態に係る撮影装置を示す構成図である。 画像メモリに保存される2枚の画像の例を示す図である。 ブロックマッチングの概念を説明するためのフローチャートである。 図2(A),(B)の2枚の画像から得られた動きベクトルをあらわす概念図である。 露出制御部における露出やストロボの使用などを制御する方法を説明するためのフローチャートである。 全ブロックの移動ベクトルの方向、移動量について分散をとり、最も数の多いベクトルを選択することで手ぶれを防止できることを説明するための図である。 第2の実施形態における画像切り出し例を説明するための図である。 第2の実施形態における手ぶれ補正を説明するためのフローチャートである。
符号の説明
1・・・撮影装置、10・・・カメラモジュール、11・・・レンズ、12・・・アイリス、13・・・シャッタ、14・・・撮像素子、20・・・画像メモリ、30・・・動きベクトル検出部、40・・・露出制御部、50・・・ストロボ、60・・・表示部、70・・・画像保存部、80・・・記憶部。

Claims (2)

  1. 被写体の動きを、一定の間隔で撮影された複数の撮影画像から検出する動きベクトル検出部と、
    制御部と、
    シャッタを含み、被写体を撮像し撮像画像信号を出力する撮像部と、
    を有し、
    上記制御部は、
    上記撮像部が撮像する画像に対して手ぶれ補正を行うように設定されている場合に、
    上記動きベクトル検出部が検出した動きベクトルの方向、移動量について分散を取り、最も数の多い動きベクトルの移動速度を基にシャッタ速度を算出し、
    統計的に算出された平均的手ぶれ量を基に求められた、平均的手ぶれ量に対する手ぶれ補正の必要がないシャッタ速度である平均シャッタ速度と上記算出したシャッタ速度とを比較して、上記算出したシャッタ速度が平均シャッタ速度未満である場合には上記撮像部のシャッタ速度を上記算出したシャッタ速度に設定し、上記算出したシャッタ速度が平均シャッタ速度以上である場合には上記撮像部のシャッタ速度を上記算出したシャッタ速度に設定しない
    撮影装置。
  2. 上記制御部は、
    上記撮像部が撮像する画像に対して被写体ぶれ補正を行うように設定されている場合に、
    上記動きベクトル検出部が検出した動きベクトルのうち、最も移動速度が大きい動きベクトルを選択し、当該動きベクトルの移動速度を基に第2のシャッタ速度を算出し、
    上記算出した第2のシャッタ速度が所定のシャッタ速度未満である場合には上記撮像部のシャッタ速度を上記算出した第2のシャッタ速度に設定し、上記算出した第2のシャッタ速度が上記所定のシャッタ速度未満である場合には上記動きベクトル検出部の動きベクトル検出処理を停止する
    請求項1に記載の撮影装置。
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