JP4640080B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、デジタルカメラに関し、特にあおり補正機能を有するデジタルカメラに関する。 The present invention relates to a digital camera, and more particularly to a digital camera having a tilt correction function.
デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラは広く普及しており、各種展示会におけるプレゼンテーションや、各種発表会の舞台をデジタルカメラで撮影する光景が普通に見られるようになっている。 Digital still cameras and digital video cameras are widely used, and it is now possible to see the scenes of presentations at various exhibitions and the scenes of various presentations taken with digital cameras.
このような場面で被写体を正面から撮影できることはまれであり、多くの場合、被写体に対して斜めの位置からの撮影を強いられることになる。すると、正面から撮影すれば長方形に写るはずのスクリーンや舞台が台形に歪んで写り、遠い側の出演者はより近い側の出演者より小さく写ってしまう。 In such a scene, it is rare that the subject can be photographed from the front, and in many cases, the subject is forced to shoot from an oblique position. Then, if you shoot from the front, the screen or stage that should be in a rectangular shape is distorted into a trapezoid, and the far-off performer appears smaller than the closer performer.
図3はあおり角と像の大きさの関係を説明する図である。図3において、30は撮像素子、31は撮像面、32は光軸、33は被写体面、34乃至36は被写体、37は被写体35の像、38は被写体36の像である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the tilt angle and the image size. In FIG. 3, 30 is an image sensor, 31 is an imaging surface, 32 is an optical axis, 33 is a subject surface, 34 to 36 are subjects, 37 is an image of the
図3において撮像素子は30の位置にあり、撮像素子を含む平面が撮像面31である。光軸32は撮像素子の中心を通り、撮像面31に対して鉛直な直線である。被写体面33はプレゼンテーション等におけるスクリーンを想定したものであり、ここでは被写体面33が撮像面31に対してあおり角θだけ傾いている場合を考える。被写体面33の上に同じ大きさの被写体34乃至36が並んでいる時に、撮像素子30に写像される像の大きさは撮像面31から各被写体までの距離に逆比例する。光軸上の被写体35までの距離をR、光軸を基準として撮像素子30から被写体35を見込む角度をα、撮像面31から被写体35までの距離をLとすると、
L=R+R×tanα×tanθ=R×(1+tanα×tanθ)
となり、被写体35までの距離Rは被写体34までの距離Lの(L÷R)=(1+tanα×tanθ)倍の距離にあるので、被写体35の像37の大きさは被写体34の像の(1+tanα×tanθ)分の1になる。光軸に対して被写体34の反対側にある被写体36を見込む角度をβ、撮像面31から被写体36までの距離をMとすると、
R=M+M×tanβ×tanθ=M×(1+tanβ×tanθ)
となり、被写体36までの距離Mは被写体34までの距離Rの(1+tanβ×tanθ)分の1になるので、被写体36の像38の大きさは被写体34の(1+tanα×tanθ)倍になる。その結果、被写体35と被写体36が長方形であるスクリーンの左右の辺であったとすると、その像は左側の辺の長さが右側の辺の(1+tanα×tanθ)×(1+tanβ×tanθ)倍である台形として写る。
In FIG. 3, the image sensor is located at 30, and a plane including the image sensor is the
L = R + R × tan α × tan θ = R × (1 + tan α × tan θ)
Since the distance R to the
R = M + M × tan β × tan θ = M × (1 + tan β × tan θ)
Thus, since the distance M to the
このような不都合を緩和するため、長方形の被写体が長方形に写るよう補正する「あおり補正」機能を備えたデジタルカメラが提案されており、最近の従来例として特開2003−283916を紹介する。図4は特許文献1に記載のデジタルカメラの構成を簡略化して図示したブロック図である。図4において10は撮像回路、11はメインメモリ、13は制御回路、14は画像処理回路、15はあおり補正回路、18は表示回路、19は操作回路、20は補正量計算回路である。
In order to alleviate such inconvenience, there has been proposed a digital camera having a “tilt correction” function for correcting a rectangular subject so that it appears in a rectangle, and Japanese Patent Laid-Open No. 2003-283916 is introduced as a recent conventional example. FIG. 4 is a block diagram illustrating a simplified configuration of the digital camera described in
撮像回路11はCCDなどの撮像素子とA/D変換器を備えており、入射光の像をRGB三原色に分解してデジタル化し、RGB形式の画像データとしてメインメモリ11に書き込む。RGB形式の画像データは画像処理回路14で表示に適したYC形式の画像データに変換されて、メインメモリ11に書き戻される。表示回路18はメインメモリ11からYC形式の画像データを読み出してLCDパネル等の画面に表示する。
The
制御回路13は操作回路19を監視しており、あおり補正が指示された時には補正量計算回路20に指示して補正量を求めさせる。補正量計算回路20はメインメモリ11にあるYC形式の画像データを読み出し、画像のエッジを検出して、エッジの傾きを水平または垂直に補正するような補正量を求める。制御回路13は補正量計算回路20が取得した補正量をあおり補正回路15に与える。すると、あおり補正回路15はメインメモリ11から画像データを読み出し、与えられた補正量に従ってあおり補正を施してメインメモリ11に書き戻す。さらに制御回路13は表示回路18にあおり補正後のYCデータを読むよう支持する。この一連の操作の結果としてあおり補正が施された画像が表示される。
しかしながら上記、従来のデジタルカメラはズームして画角を変えたり、パンしてカメラの方向を変えたりすると、あおりを正しく補正できなくなる事がある。 However, when the conventional digital camera is zoomed to change the angle of view or panned to change the direction of the camera, the tilt may not be corrected correctly.
図3において、被写体35が表示装置18の画面の両端に写る被写体であると仮定し、光軸を変えずにズームインした場合と、光軸を左右にパンした場合について考えてみる。
In FIG. 3, assuming that the
光軸を変えずにズームインした場合、前出の補正量、(1+tanα×tanθ)は光軸32を基準に被写体35を見込む角度αに依存しているので、ズームインして視界が狭くなり、画面の端を見込む角度αが小さくなれば、画像の端における補正量(1+tanα×tanθ)は小さくなる。
When zooming in without changing the optical axis, the above-mentioned correction amount (1 + tan α × tan θ) depends on the angle α at which the
光軸を左右にパンした場合、補正量(1+tanα×tanθ)は撮像面31と被写体面33がなす角度、即ちあおり角θに依存しているので、光軸32を左にパンして撮像面31が被写体面33に正対する方向に近づけば、tanθが小さくなるので補正量は小さくなり、逆に右にパンすればtanθが大きくなって補正量は大きくなる。このように視界が変わる時には補正量の更新が必要である。
When the optical axis is panned left and right, the correction amount (1 + tan α × tan θ) depends on the angle formed by the
ところがズームアップするとスクリーンや舞台などの端が視界の外に出てしまい、情報源を失うために補正量計算回路20が補正量を正しく求められなくなる事がある。また、カメラをパンして正対する位置の被写体に向けると、過剰な補正が掛かっているためにかえって歪んだ画像になってしまうことがある。そうした時にカメラをパンする途中で歪曲補正をオフにすることもできるが、オンオフの前後で画像が不連続になるという問題が残る。
However, when zooming up, the edges of the screen, stage, etc. go out of sight, and the correction
本発明の撮像装置は、撮像手段と、あおり補正を含む画像処理を行う画像処理手段と、前記あおり補正の補正量を取得する補正量取得手段と、画像の拡大率を監視する倍率監視手段と、光軸のパン角を監視するパン角監視手段と、前記拡大率および前記パン角に応じて前記補正量を更新する制御手段を有すること特徴とする。 An imaging apparatus according to the present invention includes an imaging unit, an image processing unit that performs image processing including tilt correction, a correction amount acquisition unit that acquires a correction amount of the tilt correction, and a magnification monitoring unit that monitors an image enlargement ratio. And pan angle monitoring means for monitoring the pan angle of the optical axis, and control means for updating the correction amount in accordance with the enlargement ratio and the pan angle.
本発明の撮像装置ではズーム倍率の変化や光軸のパン角に応じて補正量を更新するので、正しくあおり補正が出来る、という利点がある。 The image pickup apparatus of the present invention has an advantage that correct tilt correction can be performed because the correction amount is updated according to the change in zoom magnification and the pan angle of the optical axis.
以下、図1乃至3を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図1は本発明によるデジタルスチルカメラの構成を図示するブロック図である。図1において10は撮像回路、11はメインメモリ、13は制御回路、14は画像処理回路、15はあおり補正回路、16は光学ズーム装置、17は手ブレ検出回路、18は表示回路、19は操作回路である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of a digital still camera according to the present invention. In FIG. 1, 10 is an imaging circuit, 11 is a main memory, 13 is a control circuit, 14 is an image processing circuit, 15 is a tilt correction circuit, 16 is an optical zoom device, 17 is a camera shake detection circuit, 18 is a display circuit, and 19 is a display circuit. It is an operation circuit.
撮像回路10は入射光の像をRGB三原色に分解してデジタル化したRGB形式のRAWデータに変換し、メインメモリ11にRAWデータを書き込む。画像処理回路14はメインメモリ11からRAWデータを読み出し、色空間変換を行ってRAWデータをYCデータに変換し、生成したYCデータをメインメモリ11に書き出す。あおり補正回路15はメインメモリ11からYCデータを読み出し、あおり補正を施してからメインメモリ11に書き戻す。表示回路18はLCDパネルを備えており、メインメモリ11から制御回路13の指示に従ってあおり補正前、またはあおり補正後のYCデータを読み出してLCDパネルに画像を表示する。
The
光学ズーム装置16は撮像回路10に生じる像を光学的に拡大または縮小するズームレンズと、光学ズームの倍率を検出するロータリーエンコーダーを備えており、制御回路13に光学ズーム倍率を通知する機能を持つ。手ブレ検出回路17はジャイロセンサーと積分回路を備え、ジャイロセンサーが出力する角度変化量を積分する事によりカメラがパンした角度を算出し、制御回路13に通知する。手ブレ検出回路17の目的は撮像回路10の光軸の角度を追跡する事であるから、撮像回路10と機械的に一体として実装するのが望ましい。
The
操作回路19はスイッチ類を備えた操作パネルであり、撮像装置全体に指示を与えるものである。操作回路19には、特にあおり補正をオンオフするオンオフスイッチと、あおり補正量の自動調整をオンオフする自動調整スイッチと十字キーがある。オンオフスイッチを入れると初期状態では補正量を手動調整する手動モードになっており、十字キーを操作すると左右方向と上下方向のあおり補正量を加減することができる。自動調整スイッチを押すと自動調整モードになり、あおり補正量はカメラの向きによって自動的に加減されるようになる。小型のカメラでは操作回路19が撮像回路10と一体の筐体内にあると操作の際に光軸がぶれる恐れがあるので、できれば操作回路19は撮像回路10を収めた筐体から分離できる構成にするのが望ましい。
The
制御回路13は光学ズーム装置16、手ブレ検出回路17、操作回路19の状態を監視し、操作回路19で与えられる指示に応じて撮像回路10、画像処理回路14、あおり補正回路15、表示回路18などを制御する。また、制御回路13はあおり補正量を算出し、あおり補正回路14に与える役割も持つ。
The
あおり補正回路14はデジタルズーム機能を持つ回路であって、画像内の画素位置に応じて拡大縮小の倍率を連続的に変えられる特徴を持つ。あおり補正回路14に与えるあおり補正量のパラメーターは、前出の補正量の式(1+tanα×tanθ)におけるtanθの値と、画角の半分の値である。画角の半分がωのとき、画像の両端での倍率は画像の中央での倍率の(1+tanω×tanθ)倍と1/(1+tanω×tanθ)倍である。途中の画素位置での倍率は、画像中央から画素位置までの距離がA画素、画像中央から画像の端までの距離がW画素であれば、tanα=(A÷W)×tanωとして倍率を求めればよい。
The
画角は光学ズームとデジタルズームの倍率の積によって決まるので、制御回路13は光学ズーム装置16が通知する光学ズームの倍率と、あおり補正回路14に与えるデジタルズームの倍率の積を求めて、これから前記画角の半値ωを計算し、あおり補正回路14に与える。実施例のデジタルカメラでは1倍から3倍までは光学ズームのみ、3倍から12倍までは光学ズームとデジタルズームで所定の倍率を得ており、ズーム倍率が1倍の時の画角は54度、3倍ズームの時は19度、12倍ズームの時は5度である。必要なあおり補正の量はズームの手段によらず画角だけで決まるので、光学ズームとデジタルズームの倍率の積に応じた画角の半値をωとしてあおり補正回路14に与ればよい。
Since the angle of view is determined by the product of the optical zoom and the digital zoom magnification, the
あおり角θの値は、ユーザーが表示回路18を見ながら初期値を設定し、制御回路13が手ブレ検出回路17の出力に応じて更新する。図2はあおり補正量の制御アルゴリズムを示したフローチャートである。制御フローは制御回路13が操作回路19で与えられる指示に従って制御しており、操作回路19においてあおり補正のオンオフスイッチが押されると制御回路13はステップS001以下のフローを開始する。
The user sets an initial value of the tilt angle θ while viewing the
まず、ステップS001においては初期化処理を行う。初期化処理において制御回路13はあおり角θとして0度をあおり補正回路14に設定し、表示回路18にはあおり補正後の画像を表示するよう指示する。この状態ではあおり補正回路14は働いているが、補正量がゼロであるためカメラが捉えたままの画像が表示回路18によって表示される。
制御回路13は操作回路19のスイッチ群を監視しており、ステップS002において操作回路19の十字キーのうち右キーが押されていれば、ステップS003に分岐して0.1度増やしたあおり角θをあおり補正回路14に設定する。そうでない場合は、ステップS004に進み、左キーが押されていればステップS005に分岐して0.1度減らしたあおり角θをあおり補正回路14に設定する。右キーも左キーも押されていなければステップS006に進み、補正量の自動調整をオンオフする自動調整スイッチが押されていなければステップS002に戻る。このステップ002からステップ006までを繰り返すモードが手動調整モードである。
First, in step S001, initialization processing is performed. In the initialization process, the
The
手動調整モードにおいては、左右キーの監視とあおり角θの増減を繰り返すことにより、表示回路18に表示される画像は、右キーを押さえていると右側が段々大きく表示され、左キーを押さえていると左側が段々大きく表示されるようになる。カメラが長方形の被写体を捉えている状態で左右キーを操作し、最初は台形に表示されていた被写体が長方形に見えるように調整すれば、θにあおり角が正しく設定された事になる。ここで自動調整スイッチを押すと、ステップ006からステップ007に分岐して自動調整モードに入る。
In the manual adjustment mode, by repeatedly monitoring the left and right keys and increasing / decreasing the tilt angle θ, the image displayed on the
自動調整モードでは、ステップ007において手ブレ検出回路17が出力する振れ角dをあおり角θに加えた値をあおり補正回路14に設定する。振れ角dは単位時間内のカメラの向きの変化を手ブレ検出回路17が検出したものであり、カメラの向きが変わらない時はd=0である。カメラをパンするとあおり角が変化し、同時に手ブレ検出回路17がカメラの向きの変化量dをとらえるので、ステップ007の処理によって、あおり角θをカメラの向きに追従させることができる。
In the automatic adjustment mode, a value obtained by adding the shake angle d output from the camera
次のステップ008ではあおり補正のオンオフスイッチを監視し、ユーザーの指示があおり補正オンであれば、制御回路13は表示回路18にはあおり補正後の画像を表示するよう指示してステップ007に戻る。このステップ007からステップ008、ステップ009と進んでステップ007に戻るループでは、手ブレ検出回路17が出力する振れ角によってあおり角θを自動的に正しい値に保つことが出来る。
In the next step 008, the on / off switch for tilt correction is monitored. If there is a user instruction and the correction is on, the
ステップ008においてあおり補正オフが指示された場合にはステップS010に進み、制御回路13は表示回路18にはあおり補正前の画像を表示するよう指示する。次のステップ011では自動調整スイッチを監視しており、自動調整が指示されていればステップ007に戻ってあおり角θを自動的に更新する。
If the tilt correction is instructed to be turned off in step 008, the process proceeds to step S010, and the
このようにあおり補正のオン・オフの指示に対しては表示回路18が表示する画像を補正前の画像データに変えたり補正後の画像データに変えたりするのみとし、手ブレ検出回路17が出力する振れ角dをあおり角θに加えてあおり補正回路14に設定するあおり角θを更新する動作を表示に関わらず実行し続ける事により、あおり補正を一時的にオフにした後でも、あおり補正がオンに戻せば直ちに正しいあおり補正ができるようになる。
なお、ステップ011において、自動調整オフを指示するとSTOPに進んであおり補正の動作を全て終了する。
As described above, in response to the on / off instruction for the tilt correction, only the image displayed on the
In step 011, when automatic adjustment OFF is instructed, the process proceeds to STOP and all the correction operations are terminated.
このように本発明のデジタルカメラはあおり角の変化に自動的に追従する仕組みを備えているので、撮影の途中でカメラをパンしたりズームインしたりしても正しく補正し続けることが可能であり、一時的にあおり補正をオフしても、オンに戻した時に補正量を再調整する必要が無い。 As described above, since the digital camera of the present invention has a mechanism that automatically follows the change in the tilt angle, it is possible to continue correct correction even if the camera is panned or zoomed in during shooting. Even if tilt correction is temporarily turned off, there is no need to readjust the correction amount when it is turned back on.
なお、上記説明では煩雑を避けるために左右方向のあおりを補正する動作に限って説明したが、上下方向のあおりも発生の原理と補正の方法は同じであり、あおり補正回路14においては上下方向でも倍率を変化させ、手ブレ検出回路17においては上下方向の振れ角も検出し、手動調整モードにおいては上下キーの指示に従って上下方向のあおり角を調整し、自動調整モードにおいては上下方向のあおり角も更新する事により、上下方向のあおりも左右方向のあおりと同様に正しく補正し続けることが可能である。
In the above description, in order to avoid complication, only the operation of correcting the horizontal tilt is described. However, the principle of the vertical tilt and the correction method are the same, and the
本発明は、ズーム倍率の変化や光軸のパン角に応じて補正量を更新することにより、正しくあおり補正ができるので、撮像装置に適用可能である。例えば、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、カメラ機能付き携帯電話端末等に適用可能である。 The present invention can be applied to an imaging apparatus because correct tilt correction can be performed by updating the correction amount according to the change in zoom magnification and the pan angle of the optical axis. For example, the present invention can be applied to a digital still camera, a video camera, a mobile phone terminal with a camera function, and the like.
10 撮像回路
11 メインメモリ
13 制御回路
14 画像処理回路
15 あおり補正回路
16 光学ズーム装置
17 手ブレ検出回路
18 表示回路
19 操作回路
20 補正量計算回路
30 撮像素子
31 撮像面
32 光軸
33 被写体面
34、35、36 被写体
37、38 被写体の像
DESCRIPTION OF
Claims (9)
あおり補正を含む画像処理を行う画像処理手段と、
前記あおり補正の補正量を取得する補正量取得手段と、
光軸のパン角を監視するパン角監視手段と、
前記パン角に応じて前記補正量を更新する制御手段と、
を有する撮像装置。 Imaging means;
Image processing means for performing image processing including tilt correction;
Correction amount acquisition means for acquiring a correction amount of the tilt correction;
Pan angle monitoring means for monitoring the pan angle of the optical axis;
Control means for updating the correction amount in accordance with the pan angle;
An imaging apparatus having
前記パン角監視手段はジャイロセンサーを備え、電子的角度検出手段によって光軸のパン角を取得する撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 1,
The pan angle monitoring means includes a gyro sensor, and the pan angle of the optical axis is acquired by an electronic angle detection means.
あおり補正を含む画像処理を行う画像処理手段と、
前記あおり補正の補正量を取得する補正量取得手段と、
画像の拡大率を監視する倍率監視手段と、
前記拡大率に応じて前記補正量を更新する制御手段と、
を有する撮像装置。 Imaging means;
Image processing means for performing image processing including tilt correction;
Correction amount acquisition means for acquiring a correction amount of the tilt correction;
Magnification monitoring means for monitoring the magnification of the image;
Control means for updating the correction amount according to the enlargement ratio;
An imaging apparatus having
前記画像の拡大は光学的ズーム手段によって行うものであり、前記倍率監視手段は光学ズームの倍率を取得する撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 3,
The image enlargement is performed by an optical zoom unit, and the magnification monitoring unit acquires an optical zoom magnification.
前記画像の拡大は前記撮像手段が取得した画像の一部を前記画像処理手段によって電子的にズームするものであり、前記倍率監視手段は電子ズームの倍率を取得する撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 3,
The image enlargement is a method in which a part of an image acquired by the imaging unit is electronically zoomed by the image processing unit, and the magnification monitoring unit acquires an electronic zoom magnification.
前記画像の拡大は光学的ズーム手段と電子的ズーム手段の両方によって実現するものであり、前記倍率監視手段は光学ズームの倍率と電子ズームの倍率の積を取得する撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 3,
The image enlargement is realized by both an optical zoom unit and an electronic zoom unit, and the magnification monitoring unit acquires the product of the optical zoom magnification and the electronic zoom magnification.
あおり補正を含む画像処理を行う画像処理手段と、
前記あおり補正の補正量を取得する補正量取得手段と、
画像の拡大率を監視する倍率監視手段と、
光軸のパン角を監視するパン角監視手段と、
前記拡大率および前記パン角に応じて前記補正量を更新する制御手段と、
を有する撮像装置。 Imaging means;
Image processing means for performing image processing including tilt correction;
Correction amount acquisition means for acquiring a correction amount of the tilt correction;
Magnification monitoring means for monitoring the magnification of the image;
Pan angle monitoring means for monitoring the pan angle of the optical axis;
Control means for updating the correction amount according to the enlargement factor and the pan angle;
An imaging apparatus having
あおり補正の実施と停止を指示する指示手段を備え、あおり補正を停止している時も前記制御手段は前記補正量を更新する撮像装置。 The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 7,
An imaging apparatus comprising instruction means for instructing execution and stop of tilt correction, wherein the control means updates the correction amount even when tilt correction is stopped.
補正量の加減を指示する操作手段を備え、
表示手段によってあおり補正を施した画像を表示し、前記操作手段を用いて前記画像の歪みが最小になるよう補正量を加減する手順によって正しい補正量を得る、
請求項1から8のいずれかに記載の撮像装置。 The correction amount acquisition means includes display means for displaying an image;
Provided with operation means for instructing correction amount adjustment,
An image subjected to tilt correction is displayed by the display means, and a correct correction amount is obtained by a procedure for adjusting the correction amount so as to minimize distortion of the image using the operation means.
The imaging device according to claim 1.
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