JP4598901B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮像装置であるビデオカメラ等では、高倍率のズームレンズが採用されており、民生用の分野においても１０倍以上の倍率が一般化している。
【０００３】
ズーム比の拡大に伴い長焦点側の焦点距離が大きな数値になってくると、長焦点側では手振れ等によるビデオカメラの振れが撮影される画像に与える影響が大きくなり、主被写体が画面内で見苦しく動いてしまう。
【０００４】
そこで、この分野では手振れの影響を取り除く振れ補正機能の実用化が行われてた。この振れ補正機能は、振れ成分を検出する振れ検出手段と、この振れ検出手段の検出結果に応じて振れを補正する振れ補正手段とを少なくとも含んでいる。
【０００５】
このうち振れ検出手段としては、連続するフィールド間またはフレーム間の画像を比較し、画像の動きを検出する電子的な検出方法や、角速度センサー、角加速度センサー等を用いて、ビデオカメラの動きを直接測定する方法が挙げられる。
【０００６】
一方、振れ補正手段としては、光学的に撮影光軸の角度を振れが除去される方向に調整する光学的振れ補正手段の他に、得られた画像の中から実際に記録する範囲（切り出し範囲）を電子的に選択する、いわゆる電子式振れ補正手段等が挙げられる。
【０００７】
この電子式振れ補正手段による振れ補正機能では、撮像された画像をメモリーに保存し、その一部を切り出し拡大する方式や、放送方式で必要とする標準の撮像素子に比べて画素数の多い撮像素子を用いて、振れが除去される位置から放送方式標準サイズを切り出す方式等がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例にあっては、振れ補正機能が停止している状態から振れ補正を開始するとき、補正量が比較的大きな値となっているタイミングで始めてしまうと、撮影像が大きく動いてしまい撮影者や撮影像に違和感与えてしまうという問題点があった。
【０００９】
これを防止するために、振れ信号の帯域を、例えばＨＰＦ（高域通過フィルタ）を用い、その遮断周波数を十分に高く設定することにより制限しておき、振れ補正を開始してから徐々に遮断周波数を下げて行く方法が考えられる。しかし、この方法では振れ補正を要求されてから実際に振れ補正効果が現れるまでに時間がかかってしまうという問題点があった。
【００１０】
本発明は上述した従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、振れ補正開始時に撮影者及び撮影像に違和感を与えずに、撮影者が振れ補正を要求（選択）してから実際に振れ補正効果が現れるまでに要する時間を短縮することができる撮像装置を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の撮像装置は、撮像装置に作用する角変位を検出する角変位検出手段と、前記角変位検出手段の検出結果に応じて撮影像の振れを補正する振れ補正手段と、前記振れ補正手段を動作させるか否かを選択する選択手段と、前記選択手段によって前記振れ補正手段を動作させることが選択されたときには、前記振れ補正手段の動作を開始する前に、前記角変位検出手段によって前記角変位を検出するとともに、前記角変位検出手段によって検出される前記角変位がしきい値より低いかどうかを判定し、前記角変位がしきい値より低いと判定される場合に、前記振れ補正手段の動作を開始するように制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づき説明する。
【００３８】
図１は、本発明の一実施の形態に係る撮像装置（ビデオカメラ）の構成を示すブロック図であり、同図において、１０１は第１のレンズ群で、集光のための固定レンズ群である。１０２は第２のレンズ群で、変倍のために光軸方向に移動可能な変倍レンズ群である。１０３は光量を調整するための絞り、１０４は第３のレンズ群で、固定レンズ群である。１０５は第４のレンズ群で、変倍レンズ群１０２の動きで移動した結像位置を補正する機能と焦点調節を行う機能とを兼ね備えた補正レンズ群であり、光軸方向に移動可能となっている。これらのレンズ群１０１，１０２，１０４，１０５により構成されるレンズユニットによって、最終的に撮像センサーの結像面上に可変倍率の被写体像が結像される。
【００３９】
１１１はＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｅ：撮像素子）で、光を電荷に変換するものである。ＣＣＤ１１１は放送方式（例えばＮＴＳＣ方式）で必要とする標準のＣＣＤに比べて画素数の多いＣＣＤを用いている。１１２はアナログ信号処理回路で、ＣＣＤ１１１により得られた信号に所定の処理を施しアナログ撮像信号を生成するもので、例えばＣＤＳ（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｄｏｕｂｌｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関二重サンプリング回路）、ＡＧＣ（ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｇａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：自動利得制御装置）回路等である。
【００４０】
１１３はＡ／Ｄコンバータで、アナログ撮像信号をデジタル撮像信号に変換するものである。１１４はメモリで、デジタル撮像信号を少なくとも１ライン分記憶することができ、しかも所定の位置（アドレス）から読み出すことが可能である。１１５はデジタル信号処理回路で、最終的な出力映像信号を生成する。なお、メモリ１１４に記憶されるデジタル撮像信号は、Ｈ方向（横方向）に関して標準イメージサイズに比べて画素数が多いままである。デジタル信号処理回路１１５は後述するマイクロコンピュータ１１７からの制御命令に従い、メモリ１１４から読み出す先頭の画素を選択することができ、標準イメージサイズ分だけ読み出すように構成されている。
【００４１】
１１６はＣＣＤ駆動回路で、ＣＣＤ１１１を駆動するものである。ＣＣＤ駆動回路１１６は後述するマイクロコンピュータ１１７からの制御命令に従い、どのラインから最終的に出力するエリアを切り出すかをＶ方向（縦方向）に関して選択することができるように構成されている。
【００４２】
図２は、ＣＣＤ１１１の全画面サイズＩＳと放送方式に準ずる標準イメージサイズＩNの関係を示す図であり、同図において、２０１，２０３，２０４は放送方式に準ずる標準イメージサイズＩN，２０２はＣＣＤ１１１の全画面サイズＩＳを示すものである。例えば、画面を最上ラインからΔｙ１ライン下のラインｙ１から有効とする場合、Δｙ１ラインを高速に読み出し、垂直同期信号に対して標準サイズのＣＣＤを用いた場合と同じタイミングでｙ１＋１ラインから読み出すことができる。
【００４３】
再び図１に戻って、１１７はマイクロコンピュータで、撮像装置全体の制御を行うもので、例えば後述するモータードライバー１２６，１２８を制御する。また、駆動したパルスを常に監視し、基準順位置からの絶対値を表わす変倍レンズ位置データ、補正レンズ位置データをそれぞれ生成する。実際には、例えば全ストロークを１２８０パルスで移動できるとすると、１０パルス毎に等分し、１２８段階の位置データを生成する。
【００４４】
１２１はモーター、１２６はモータードライバーであり、モータードライバー１２６によりモーター１２１を駆動することにより変倍レンズ群１０２を移動させる。補正レンズ群１０５に関しても同様に、モータードライバー１２８によりモーター１２５を駆動させて移動させる。本実施の形態ではモーター１２１，１２５はステッピングモーターを想定しており、基準位置からのパルス数をカウントすることにより絶対位置を検出する。また、その他のアクチュエータを用いる場合は、必要に応じて位置検出センサーが必要である。１２３はアイリスモーター、１２４はアイリスセンサー、１２７はアイリスドライバーであり、アイリスセンサー１２４の検出結果に応じてアイリスドライバー１２７によりアイリスモーター１２３を駆動することにより絞り１０３を調節する。
【００４５】
１３１は角速度センサーで、撮像装置の振れの一方向の角速度成分を検出するものである。１３２はＨＰＦ（高域通過フィルタ）、１３３はアンプ、１３４はＬＰＦ（低域通過フィルタ）である。これらＨＰＦ１３２、アンプ１３３及びＬＰＦ１３４により、角速度センサー１３１で検出された角速度センサー検出信号に、所定の周波数制限処理と増幅処理とが施されて角速度信号を生成する。
【００４６】
１３５は角速度センサーで、撮像装置の振れの他方向の角速度成分を検出するものである。１３６はＨＰＦ（高域通過フィルタ）、１３７はアンプ、１３８はＬＰＦ（低域通過フィルタ）である。これらＨＰＦ１３６、アンプ１３７及びＬＰＦ１３８により、角速度センサー１３５で検出された角速度センサー検出信号に、所定の周波数制限処理と増幅処理とが施されて角速度信号を生成する。
【００４７】
但し、角速度センサー１３１と角速度センサー１３５は、撮像面において互いに直交する成分を検出するように配置されている。具体的には、例えば角速度センサー１３１が縦（Ｖ）方向、角速度センサー１３５が横（Ｈ）方向を検出する。
【００４８】
マイクロコンピュータ１１７はＡ／Ｄコンバータを内蔵しており、２方向の角速度信号は、この内蔵されたＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換され角速度データとなる。更に、この角速度データに所定の信号処理を施し、縦方向、横方向の振れ補正信号を生成する。マイクロコンピュータ１１７は縦方向の振れ補正信号をＣＣＤ駆動回路１１６に、横方向の振れ補正信号をデジタル信号処理回路１１５にそれぞれ伝達する。
【００４９】
先に述べたようにＣＣＤ駆動回路１１６及びデジタル信号処理回路１１５は、それぞれ振れ補正信号に応じて切り出す位置を可変する。
【００５０】
この一連の動作により、図２に示すように全イメージサイズＩS２０２から、例えば放送方式に準ずる標準イメージサイズＩN２０３，２０４を切り出すことができ、この結果、手振れ等による撮影像の振れを補正することが可能となる。
【００５１】
再び図１に戻って、１４０は正電源、１４１はプルアップ抵抗、１４２は接続ポイント、１４３は振れ補正オン／オフキー、１４４は負電源である。振れ補正オン／オフキー１４３は、ユーザーが振れ補正機能を使用するか否かを決定するためのキーである。振れ補正オン／オフキー１４３の一端はプルアップ抵抗１４１を介して正電源１４０に、他端は負電源１４４にそれぞれ接続されている。振れ補正オン／オフキー１４３の正電源１４０側（接続ポイント１４２）の出力がマイクロコンピュータ１１７に入力される。この構成により、ユーザーが振れ補正オン／オフキー１４３を操作することにより、マイクロコンピュータ１１７にはＨ（ハイ）レベルまたはＬ（ロー）レベルが読み込まれる。例えばＨレベルを振れ補正オン、Ｌレベルを振れ補正オフとすることにより、マイクロコンピュータ１１７は振れ補正のオン／オフを判断する。
【００５２】
次にマイクロコンピュータ１１７内の角速度データを振れ補正信号に変換する信号処理について図３を用いて説明する。なお、縦方向及び横方向は、それぞれ同じ処理を施すので、ここでは一方向に関してのみ説明する。
【００５３】
まず、処理３０１により角速度データが取り込まれる。次の処理３０２はＨＰＦであり、角速度データから主に直流成分を遮断する。よって遮断周波数は十分に低い。次の処理３０３は可変遮断周波数ＨＰＦであり、遮断周波数を可変できるように工夫されている。この処理３０３はＨＰＦ出力を受け、（低域側の）帯域制限を必要に応じてかける。３０５は遮断周波数テーブル（カットオフテーブル）であり、遮断周波数と定数とが対応付けられてＲＯＭ領域に記憶されている。処理３０６は積分であり、可変遮断周波数ＨＰＦを積分することにより角変位信号を出力する。処理３０８はズームゲインを乗算し補正量を出力する。撮像装置に角変位θだけ振れが加わると、撮像面上での被写体像の移動量Δｘは、焦点距離をｌとすると、下記（１）式が成立する。
【００５４】
Δｘ＝ｌ×ｔａｎθ…（１）
つまり、同じ振れに対する補正量は焦点距離によって変わるので、それぞれの焦点距離に合わせた利得をここでかける。３０９は焦点距離データであり、実際には変倍レンズ群１０２の位置を有限数（例えば０から１２８）で表わしている。３１０はズームゲインテーブルであり、焦点距離データ３０９とズームゲイン３０８とが対応付けられ、ＲＯＭ領域に記憶されている。ズームゲイン３０８は焦点距離データ３０９の利得をズームゲインテーブルから読み出す。３０７は補正０データで、標準イメージサイズＩNを全イメージサイズＩSの中央から切り出すための読み出し位置を表わす。３１１はオン／オフスイッチで、後述するモード制御に従って補正量と補正０データ３０７を選択する。処理３１２により補正量または補正０データ３０７が出力され、縦方向はＣＣＤ駆動回路１１６、横方向はデジタル信号処理回路１１５へ伝達される。処理３０４はモード制御で、振れ補正オン／オフキー１４３に従って可変遮断周波数ＨＰＦ３０３の遮断周波数の決定、積分器の周波数特性、オン／オフスイッチ３１１を制御する。
【００５５】
次にモード制御動作について図４及び図５のフローチャートを用いて説明する。
【００５６】
まず、図４において、ステップＳ４０１で振れ補正オン要求が発生しているか否かを判断する。そして、振れ補正オン要求が発生していると判断された場合は、ステップＳ４０２で角変位（図３の積分３０６の出力）の絶対値がしきい値より低いか否かを判断する。ここでしきい値とは、振れ補正オフからオンへ移行する場合、動画として違和感なくつなぐことができる範囲の値である。
【００５７】
前記ステップＳ４０２において角変位の絶対値がしきい値より低いと判断された場合は、ステップＳ４０４で図３のオン／オフスイッチ３１１を補正０データ３０７から補正量（ズームゲイン３０８の出力）に切り替えて振れ補正を開始した後、本処理動作を終了する。ここからは図１の振れ補正オン／オフキー１４３により振れ補正オフを選択されるまで振れ補正を継続する。
【００５８】
一方、前記ステップＳ４０１において振れ補正オン要求が発生していないと判断された場合は、ステップＳ４０３でオフ移行制御を行った後、本処理動作を終了する。また、前記ステップＳ４０２において角変位の絶対値がしきい値より高いと判断された場合は、前記ステップＳ４０４をスキップして本処理動作を終了する。
【００５９】
次に図４のステップＳ４０３におけるオフ移行制御の詳細を図５に基づき説明する。まず、ステップＳ５０１で補正量０を出力しているか否かを判断する。つまり、既にオフ移行が終了しているか否かの判断である。前記ステップＳ５０１において補正量０を出力していないと判断された場合は、ステップＳ５０２で可変遮断周波数ＨＰＦの遮断周波数ｆｃを１ステップ上げる。次にステップＳ５０３で遮断周波数ｆｃがｆｃstopか否かを判断する。そして、遮断周波数ｆｃがｆｃstopであると判断された場合は、ステップＳ５０４で補正量０に切り替えて出力した後、本処理動作を終了する。また、前記ステップＳ５０３において遮断周波数ｆｃがｆｃstopでないと判断された場合は、前記ステップＳ５０４をスキップして本処理動作を終了する。
【００６０】
一方、前記ステップＳ５０１において補正量０を出力していると判断された場合は、ステップＳ５０５で遮断周波数ｆｃがｆｃonか否かを判断する（このとき既にｆｃ＝ｆｃstopとなっている）。そして、遮断周波数ｆｃがｆｃonでないと判断された場合は、ステップＳ５０６で可変遮断周波数ＨＰＦの遮断周波数ｆｃを１ステップ下げた後、本処理動作を終了する。また、前記ステップＳ５０５において遮断周波数ｆｃがｆｃONであると判断された場合は、前記ステップＳ５０６をスキップして本処理動作を終了する。
【００６１】
このオフ移行制御を簡単に説明すると、可変遮断周波数ＨＰＦの遮断周波数ｆｃを徐々に高くしていき、ｆｃ＝ｆｃstopになったところで補正量を０に切り替える。更に、可変遮断周波数ＨＰＦの遮断周波数ｆｃをｆｃ＝ｆｃonとなるまで徐々に下げていき、次のオン要求に備える。
【００６２】
これら一連の動作は所定周期まで繰り返し実行される。
【００６３】
また、これらの処理は補正量が０近傍のタイミングでオフからオンにつなげることを狙っており、撮影像に違和感をなくすことを目的としている。
【００６４】
ここでは、図３の可変遮断周波数ＨＰＦ３０３の特性を変える場合について説明したが、積分３０６の特性を変えたり、または両者の組み合わせでも良い。更に、モード制御３０４は振れ補正のオン／オフ時に関してのみ説明したが、実際には振れなのか、または撮影者の意図的なパンニングなのかを判断し、それに応じて可変遮断周波数ＨＰＦ３０３の特性を変え、低域成分を制限する等の制御も行う。
【００６５】
本実施の形態では、ＣＣＤ等の撮像素子から切り出す方法について説明したが、光学式の振れ補正システムでも同様に応用するとができることは明確である。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の撮像装置によれば、振れ補正開始時に撮影者及び撮影像に違和感を与えずに、撮影者が振れ補正を要求（選択）してから振れ補正効果が現れるまでに要する時間を短縮することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る撮像装置の放送方式に準ずる標準イメージサイズＩNの一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る撮像装置におけるマイクロコンピュータ内の角速度データを振れ補正信号に変換する信号処理を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る撮像装置のモード制御動作の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態に係る撮像装置のモード制御動作の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０１ 第１のレンズ群（固定レンズ群）
１０２ 第２のレンズ群（変倍レンズ群）
１０３ 絞り
１０４ 第３のレンズ群（固定レンズ群）
１０５ 第４のレンズ群（補正レンズ群）
１１１ ＣＣＤ（撮像素子）
１１２ アナログ信号処理回路
１１３ Ａ／Ｄコンバータ
１１４ メモリ
１１５ デジタル信号処理回路
１１６ ＣＣＤ駆動回路
１１７ マイクロコンピュータ
１２１ モーター
１２３ アイリスモーター
１２４ アイリスセンサー
１２５ モーター
１２６ モータードライバー
１２７ アイリスドライバー
１２８ モータードライバー
１３１ 角速度センサー
１３２ ＨＰＦ（高域通過フィルタ）
１３３ アンプ
１３４ ＬＰＦ（低域通過フィルタ）
１３５ 角速度センサー
１３６ ＨＰＦ（高域通過フィルタ）
１３７ アンプ
１３８ ＬＰＦ（低域通過フィルタ）
１４０ 正電源
１４１ プルアップ抵抗、
１４２ 接続ポイント
１４３ 振れ補正オン／オフキー、
１４４ 負電源

Claims (4)

1. 撮像装置に作用する角変位を検出する角変位検出手段と、
   前記角変位検出手段の検出結果に応じて撮影像の振れを補正する振れ補正手段と、
   前記振れ補正手段を動作させるか否かを選択する選択手段と、
   前記選択手段によって前記振れ補正手段を動作させることが選択されたときには、前記振れ補正手段の動作を開始する前に、前記角変位検出手段によって前記角変位を検出するとともに、前記角変位検出手段によって検出される前記角変位がしきい値より低いかどうかを判定し、前記角変位がしきい値より低いと判定される場合に、前記振れ補正手段の動作を開始するように制御する制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。
2. 光を電荷に変換する光電変換手段を放送方式にて必要とするイメージサイズの画素数よりも多く配置した撮像手段を有し、前記振れ補正手段は、前記撮像手段から放送方式にて必要とするイメージサイズの画素数を選択することにより撮影像の振れを補正することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記角変位検出手段は、少なくとも角速度検出手段と積分手段と通過帯域を可変する可変帯域制限手段とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記角変位検出手段は、撮像面に対して縦方向と横方向の２方向に関してそれぞれ角変位を検出することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

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