JP4876952B2 - 手ぶれ補正装置及びプログラム - Google Patents
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Description
この手ぶれ補正機構にあっては、角速度センサ等によりユーザの手ぶれを常時監視して、その手ぶれ度合いに応じて撮像素子や撮像レンズを高速移動させるためのアクチュエータの駆動量を決定する。
この比例定数は、予め光学系の焦点距離などの各定数や手ぶれ検出部の設置位置等を考慮して所定の調整作業に従って調整されて、固定値として設定される。
撮像レンズと、前記撮像レンズにより結像された被写体の光学像を光電変換して画像情報を出力する撮像素子とを有する撮像手段と、
前記撮像手段による被写体の撮像を指示する操作手段と、
前記操作手段により指示された前記撮像手段による被写体の撮像の際の手ぶれ量を検出する手ぶれ量検出手段と、
前記手ぶれ量検出手段により検出された前記手ぶれ量に応じて手ぶれ補正量を決定する手ぶれ補正量決定手段と、
前記手ぶれ補正量決定手段により決定された前記手ぶれ補正量に基づいて、前記撮像レンズ及び前記撮像素子のうちの何れか一方を他方に対して光軸方向に略直交する方向に移動させて手ぶれを補正する手ぶれ補正手段と、
前記撮像手段による被写体の撮像時及び撮像後に前記撮像素子から出力された2つの画像情報の差分に係る画像差分情報を取得する画像差分情報取得手段と、
前記画像差分情報取得手段により取得された前記画像差分情報に基づいて、前記手ぶれ補正量決定手段が前記手ぶれ補正量を決定するためのPID制御ゲインを修正する手ぶれ補正量修正手段と、
を備えることを特徴としている。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の手ぶれ補正装置において、前記手ぶれ補正量修正手段は、前記画像差分情報が第1の閾値よりも大きい場合に前記手ぶれ補正量の比例ゲインを修正し、前記画像差分情報が前記第1の閾値よりも大きい第2の閾値よりも大きい場合に前記手ぶれ補正量の積分ゲインを修正することを特徴としている。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の手ぶれ補正装置において、前記手ぶれ補正量修正手段は、前記画像差分情報が前記第2の閾値よりも大きい第3の閾値よりも大きい場合に前記手ぶれ補正量の微分ゲインを修正することを特徴としている。
撮像レンズと、前記撮像レンズにより結像された被写体の光学像を光電変換して画像情報を出力する撮像素子とを有する撮像手段と、前記撮像手段による被写体の撮像を指示する操作手段とを備える手ぶれ補正装置に、
前記操作手段により指示された前記撮像手段による被写体の撮像の際の手ぶれ量を検出する機能と、
検出された前記手ぶれ量に応じて手ぶれ補正量を決定する機能と、
決定された前記手ぶれ補正量に基づいて、前記撮像レンズ及び前記撮像素子のうちの何れか一方を他方に対して光軸方向に略直交する方向に移動させて手ぶれを補正する機能と、
前記撮像手段による被写体の撮像時及び撮像後に前記撮像素子から出力された2つの画像情報の差分に係る画像差分情報を取得する機能と、
取得された前記画像差分情報に基づいて、前記手ぶれ補正量を決定するためのPID制御ゲインを修正する機能と、
を実現することを特徴としている。
図1は、本発明を適用した実施形態1の撮像装置100の概略構成を示すブロック図である。
実施形態1の撮像装置(手ぶれ補正装置)100は、例えば、被写体の撮像の際の手ぶれを補正する手ぶれ補正量を画像差分データに基づいて補正するものである。
具体的には、撮像装置100は、例えば、図1に示すように、撮像部1と、表示部2、操作部3と、記録媒体4と、移動量検出部5と、アクチュエータドライバ6と、アクチュエータ7と、位置検出部8と、電源部9と、メモリ10と、手ぶれ補正制御部11と、主制御部12等を備えて構成されている。
撮像レンズ群1aは、フォーカス機能及びズーム機能を有し、複数の撮像レンズ群1aから構成されている。
撮像素子1bは、撮像レンズ群1aにより結像された被写体像を二次元の画像信号に変換するCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor)等から構成されている。
なお、撮像素子1bから出力される画像信号は、図示しない画像信号処理部により所定の画像処理が施された後、主制御部12に対して出力される。
なお、シャッターボタン3aの所定操作に基づいて出力される操作信号は、図示しない入力回路を介して主制御部12に入力される。
また、アクチュエータ7は、例えば、図2に示すように、ステージ13、固定用バネ14、保持用バネ15、X軸ガイドシャフト16、Y軸ガイドシャフト17等とともに撮像素子駆動機構50を構成している。
X軸アクチュエータ7xは、アクチュエータドライバ6から印加される所定量の電圧に応じてステージ13を、Y軸ガイドシャフト17、右側のY軸ガイドシャフト17を付勢する固定用バネ14並びに左側のY軸ガイドシャフト17に取り付けられた2つの保持用バネ15とともにX軸方向に移動させる。
Y軸アクチュエータ7yは、アクチュエータドライバ6から印加される所定量の電圧に応じてステージ13をY軸方向に移動させる。
これにより、アクチュエータ7は、撮像素子(一方)1bを当該撮像装置100の所定位置に取り付けられた撮像レンズ群(他方)1aに対して光軸方向に略直交するXY方向に移動させる。
作業用メモリは、主制御部12や手ぶれ補正制御部11のCPUによって処理されるデータ等を一時記憶する。
プログラムメモリは、主制御部12や手ぶれ補正制御部11の動作に必要な各種プログラムやデータを記憶するものであり、具体的には、手ぶれ補正量決定プログラム10a、手ぶれ補正プログラム10b、画像差分情報取得プログラム10c、手ぶれ補正量修正プログラム10d等を記憶している。
具体的には、移動量検出部5から出力された電圧値の可変データが手ぶれ補正制御部11のCPUに入力されると、当該CPUは手ぶれ補正量決定プログラム10aを実行して、手ぶれ量を1024階調の補正値として算出した後、算出した補正値からアクチュエータ7の駆動に必要な電流値と通電時間を算出(決定)して取得する。
即ち、手ぶれ補正制御部11のCPUは、手ぶれ補正プログラム10bを実行して、手ぶれ補正量決定処理にて算出されたアクチュエータ7の駆動に必要な電流値と通電時間に基づいてアクチュエータドライバ6に対する制御信号を決定して、アクチュエータドライバ6に出力する。アクチュエータドライバ6は、CPUから出力され入力された制御信号に応じてアクチュエータ7の駆動を制御して、位置検出部8により撮像素子1bの位置を検出しながら当該撮像素子1bを搭載するステージ13をXY方向に移動させる(図3参照)。
ここで、手ぶれ補正制御部11及び撮像素子駆動機構50は、手ぶれ補正手段を構成している。
具体的には、シャッターボタン3aのユーザによる全押し操作に基づいて、主制御部12のCPUは画像差分情報取得プログラム10cを実行して、全押し操作時に撮像素子1bから出力された画像データと全押し操作解除直前に撮像素子1bから出力された画像データを、手ぶれ発生前後に撮像された被写体に係る画像データとして、手ぶれ発生前の画像データに係る撮影可能画素領域Rのうち、「有効画素領域Rb」内の画像と手ぶれ発生後の画像データに係る「有効画素領域Ra」内の画像とを比較して、XY方向それぞれに手ぶれ量(距離)を算出する。これにより、例えば、図4に示すように、差分データX及び差分データYが算出される。
ここで、手ぶれ補正量修正処理にあっては、例えば、PID制御方式が適用されている。即ち、CPUによる手ぶれ補正量修正プログラム10dの実行に基づいて、メモリ10の補正量修正テーブルTを参照して、画像差分情報取得処理にて算出された差分データX及び差分データYと各々対応するPID制御ゲインの「比例ゲインKp」、「積分ゲインTi」及び「微分ゲインTd」の各設定値を取得する。例えば、X軸方向の差分データXが11[μm]の手ぶれ量であった場合、「比例ゲインKp」:1.7、「積分ゲインTi」:1.2、「微分ゲインTd」:保持(設定値を継続する)となる。
そして、X軸方向及びY軸方向の各々について、「比例ゲインKp」、「積分ゲインTi」及び「微分ゲインTd」の各設定値から下記式(1)に従って操作量mを演算して、その値を補正値とする。
X軸方向の差分データXにあっては、例えば、図5(a)に示すように、差分データX[μm]が5よりも小さい値の場合、「比例ゲインKp」:保持、「積分ゲインTi」:保持、「微分ゲインTd」:保持となり、5以上で10よりも小さい値の場合、「比例ゲインKp」:1.5、「積分ゲインTi」:保持、「微分ゲインTd」:保持となり、10以上で15よりも小さい値の場合、「比例ゲインKp」:1.7、「積分ゲインTi」:1.2、「微分ゲインTd」:保持となり、15以上で20よりも小さい値の場合、「比例ゲインKp」:2、「積分ゲインTi」:1.8、「微分ゲインTd」:保持となり、20以上の値の場合、「比例ゲインKp」、「積分ゲインTi」、「微分ゲインTd」はデフォルト値となる。
Y軸方向の差分データYにあっては、例えば、図5(b)に示すように、差分データY[μm]が5よりも小さい値の場合、「比例ゲインKp」:保持、「積分ゲインTi」:保持、「微分ゲインTd」:保持となり、5以上で10よりも小さい値の場合、「比例ゲインKp」:1.7、「積分ゲインTi」:1.1、「微分ゲインTd」:保持となり、10以上で15よりも小さい値の場合、「比例ゲインKp」:1.9、「積分ゲインTi」:1.4、「微分ゲインTd」:保持となり、15以上で20よりも小さい値の場合、「比例ゲインKp」:2.2、「積分ゲインTi」:2、「微分ゲインTd」:1.5となり、20以上の値の場合、「比例ゲインKp」、「積分ゲインTi」、「微分ゲインTd」はデフォルト値となる。
ここで、図6は、手ぶれ補正処理に係る動作の一例を示すシーケンスチャートである。また、図7は、手ぶれ補正処理におけるメイン補正処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。また、図8は、手ぶれ補正処理におけるゲイン設定処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。
メイン補正処理が開始され(ステップS31)、移動量検出部5が、撮像部1による被写体の撮像の際の手ぶれ量を検出すると(ステップS32)、手ぶれの移動量を電圧値の可変データとして手ぶれ補正制御部11に出力する。
その後、CPUは、メモリ10から手ぶれ補正プログラム10bを読み出して実行して、手ぶれ補正量決定処理にて算出された電流値と通電時間に基づいてアクチュエータドライバ6に対する制御信号を決定して、アクチュエータドライバ6に出力する。アクチュエータドライバ6は、CPUから出力され入力された制御信号に応じてアクチュエータ7の駆動を制御して撮像素子1bを搭載するステージ13をXY方向に移動させる(ステップS35)。
そして、CPUは、メモリ10から読み出した所定の判定プログラム(図示略)の実行に基づいて、手ぶれ補正後の予想移動位置と撮像素子1bの移動した位置に係る位置差分データを算出して、撮像素子1bが予想移動位置に移動したか否かを判定する(ステップS37)。ここで、撮像素子1bが予想移動位置に移動していないと判定されると(ステップS37;NO)、CPUは、算出された位置差分データを手ぶれの補正値として設定して(ステップS38)、ステップS34に移行する。
これにより、メイン補正処理を終了する。
手ぶれ補正制御部11にあっては、主制御部12から出力された手ぶれ補正終了コマンドが入力されると(図7参照)、手ぶれ補正制御部11のCPUは、メイン補正処理を終了させる(ステップS8)。
ゲイン設定処理にあっては、手ぶれ補正制御部11のCPUは、メモリ10から手ぶれ補正量修正プログラム10dを読み出して実行して、先ず、画像差分データ通知コマンドに含まれる画像差分データを取得する(ステップS101)。続けて、CPUは、画像差分データ(差分データX及び差分データY)を補正量修正テーブルTのPID制御ゲインの設定値と比較して(ステップS102)、差分データX及び差分データYと各々対応する「比例ゲインKp」、「積分ゲインTi」及び「微分ゲインTd」の各設定値を取得する(ステップS103)。その後、CPUは、取得した設定値をPID制御演算式のゲイン値に設定する(ステップS104)。
これにより、ゲイン設定処理を終了する。
図9は、実施形態2の撮像装置200の概略構成を示すブロック図である。また、図10は、撮像装置200によるゲイン調整処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。
実施形態2の撮像装置200は、PID制御ゲインを移動量検出部5による手ぶれ量の検出回数に応じて調整するゲイン調整処理を行うものである。
なお、実施形態2の撮像装置200、ゲイン調整処理を行う以外の点では、実施形態1におけるものと略同様であり、その詳細な説明については省略するものとする。
手ぶれ量調整プログラム10eは、手ぶれ補正制御部11のCPUを手ぶれ量調整手段として機能させるものである。即ち、手ぶれ量調整プログラム10eは、カウンタ18により取得された手ぶれ量の検出回数に基づいて、移動量検出部5により検出された手ぶれ量を調整する手ぶれ量調整処理に係る機能をCPUに実現させるためのプログラムである。
具体的には、CPUによる手ぶれ量調整プログラム10eの実行に基づいて、移動量検出部5により検出された複数の電圧値の可変データの積算値をカウンタ18により取得された検出回数により除算して手ぶれ量の平均値を算出する。
手ぶれ補正処理のメイン補正処理(図7参照)のステップS32にて、移動量検出部5により手ぶれ量が検出されて、移動量検出部5から出力された電圧値の可変データが手ぶれ補正制御部11に入力されると、当該手ぶれ補正制御部11のCPUは、ゲイン調整処理を実行する。
ゲイン調整処理にあっては、CPUは、手ぶれの移動量(角速度センサの出力)を電圧値の可変データとして取得した後(ステップS201)、メモリ210の所定領域に記録させる(ステップS202)。
これにより、ゲイン調整処理を終了する。
なお、ステップS203にて、移動量検出部5からの出力値が基準回数以上取得されていないと判定されると(ステップS203;NO)、CPUは、ゲイン調整処理を終了した後、ステップS201にて移動量検出部5により検出された新ゲイン値を設定したPID制御演算式を使用して、手ぶれ量に応じて手ぶれ補正値を算出する。
例えば、上記実施形態1及び2では、撮像レンズ群1aを固定して撮像素子1bをXY方向に移動させるようにしたが、これに限られるものではなく、例えば、撮像素子1bを固定して撮像レンズ群1aを移動させるようにしても良い。
1 撮像部(撮像手段)
1a 撮像レンズ群
1b 撮像素子
3a シャッターボタン(操作手段)
5 移動量検出部(手ぶれ量検出手段)
7 アクチュエータ
11 手ぶれ補正制御部(手ぶれ補正量決定手段、手ぶれ補正手段、手ぶれ補正量修正手段、手ぶれ量調整手段)
12 主制御部(画像差分情報取得手段)
18 カウンタ(検出回数取得手段)
50 撮像素子駆動機構
Claims (4)
- 撮像レンズと、前記撮像レンズにより結像された被写体の光学像を光電変換して画像情報を出力する撮像素子とを有する撮像手段と、
前記撮像手段による被写体の撮像を指示する操作手段と、
前記操作手段により指示された前記撮像手段による被写体の撮像の際の手ぶれ量を検出する手ぶれ量検出手段と、
前記手ぶれ量検出手段により検出された前記手ぶれ量に応じて手ぶれ補正量を決定する手ぶれ補正量決定手段と、
前記手ぶれ補正量決定手段により決定された前記手ぶれ補正量に基づいて、前記撮像レンズ及び前記撮像素子のうちの何れか一方を他方に対して光軸方向に略直交する方向に移動させて手ぶれを補正する手ぶれ補正手段と、
前記撮像手段による被写体の撮像時及び撮像後に前記撮像素子から出力された2つの画像情報の差分に係る画像差分情報を取得する画像差分情報取得手段と、
前記画像差分情報取得手段により取得された前記画像差分情報に基づいて、前記手ぶれ補正量決定手段が前記手ぶれ補正量を決定するためのPID制御ゲインを修正する手ぶれ補正量修正手段と、
を備えることを特徴とする手ぶれ補正装置。 - 前記手ぶれ補正量修正手段は、前記画像差分情報が第1の閾値よりも大きい場合に前記手ぶれ補正量の比例ゲインを修正し、前記画像差分情報が前記第1の閾値よりも大きい第2の閾値よりも大きい場合に前記手ぶれ補正量の積分ゲインを修正することを特徴とする請求項1に記載の手ぶれ補正装置。
- 前記手ぶれ補正量修正手段は、前記画像差分情報が前記第2の閾値よりも大きい第3の閾値よりも大きい場合に前記手ぶれ補正量の微分ゲインを修正することを特徴とする請求項2に記載の手ぶれ補正装置。
- 撮像レンズと、前記撮像レンズにより結像された被写体の光学像を光電変換して画像情報を出力する撮像素子とを有する撮像手段と、前記撮像手段による被写体の撮像を指示する操作手段とを備える手ぶれ補正装置に、
前記操作手段により指示された前記撮像手段による被写体の撮像の際の手ぶれ量を検出する機能と、
検出された前記手ぶれ量に応じて手ぶれ補正量を決定する機能と、
決定された前記手ぶれ補正量に基づいて、前記撮像レンズ及び前記撮像素子のうちの何れか一方を他方に対して光軸方向に略直交する方向に移動させて手ぶれを補正する機能と、
前記撮像手段による被写体の撮像時及び撮像後に前記撮像素子から出力された2つの画像情報の差分に係る画像差分情報を取得する機能と、
取得された前記画像差分情報に基づいて、前記手ぶれ補正量を決定するためのPID制御ゲインを修正する機能と、
を実現することを特徴とするプログラム。
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