JP5407547B2 - Imaging device - Google Patents
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Images
Description
本発明は、撮像装置に関し、実質的なダイナミックレンジを拡大させるために、複数枚の画像を合成する撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus, and more particularly to an imaging apparatus that combines a plurality of images in order to expand a substantial dynamic range.
従来、露光条件の異なる状態で複数回の撮像動作を行い、得られた画像を合成することにより、実質的なダイナミックレンジを拡大させる撮像装置が提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed an imaging apparatus that expands a substantial dynamic range by performing an imaging operation a plurality of times under different exposure conditions and synthesizing the obtained images.
特許文献1は、フレーム間の画像のズレに基づいて、合成可能な領域を注出し、かかる領域の画像を合成して、実質的なダイナミックレンジを拡大させる撮像装置を開示する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 discloses an imaging device that extracts a compositable region based on an image shift between frames and synthesizes images in the region to expand a substantial dynamic range.
しかし、フレーム間の画像のズレは解消されないため、合成可能な領域は、撮像により得られた画像よりも小さくなる。 However, since the image shift between frames is not eliminated, the compositable region is smaller than the image obtained by imaging.
したがって本発明の目的は、フレーム間で画像のズレが無い状態で撮像動作を行う撮像装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus that performs an imaging operation in a state where there is no image shift between frames.
本発明に係る撮像装置は、撮像動作のために、レンズを介して入射した光学像を撮像する撮像素子と、レンズに含まれる可動レンズと撮像素子のいずれか一方を、レンズの光軸に垂直な平面上で、可動レンズ以外のレンズに対して相対的に移動させる移動制御を行う制御部とを備え、撮像動作は、複数回行われ、複数回の撮像動作の少なくとも露光時間開始時点における、被写体の撮像素子の結像面上の位置を一定にするために、複数回の撮像動作のうち、二回目以降の撮像動作の露光時間開始時点の位置と、一回目の撮像動作の露光時間開始時点における位置との差異に基づいて、二回目以降の撮像動作の露光時間開始時点における移動制御が行われる。 An image pickup apparatus according to the present invention includes an image pickup element that picks up an optical image incident through a lens and a movable lens included in the lens or an image pickup element perpendicular to the optical axis of the lens for an image pickup operation. A control unit that performs movement control to move relative to a lens other than the movable lens on a flat surface, and the imaging operation is performed a plurality of times, at least at the start of the exposure time of the plurality of imaging operations, In order to make the position of the subject's image sensor on the imaging surface constant, the position at the start of the exposure time of the second and subsequent imaging operations and the start of the exposure time of the first imaging operation among the multiple imaging operations Based on the difference from the position at the time, movement control at the start of the exposure time of the second and subsequent imaging operations is performed.
撮像装置の保持状態、すなわち、一回目の撮像動作の露光時間開始時点における撮像装置の位置(保持状態)と二回目の撮像動作の露光時間開始時点における撮像装置の位置(保持状態)との差異に応じて、撮像素子(または可動レンズ)を移動させるので、フレーム間でズレの無い状態で、すなわち被写体像の結像面位置を一定に保った状態で、複数回の撮像動作を行う事が出来る。このため、実質的なダイナミックレンジを広げるために行われる、該複数回の撮像動作で得られた画像の合成を、ズレの無い状態で行うことが可能になる。このため、撮像により得られた画像の全範囲を使って合成画像を得ることが可能になる。 Difference between the holding state of the imaging device, that is, the position of the imaging device at the start of the exposure time of the first imaging operation (holding state) and the position of the imaging device at the start of the exposure time of the second imaging operation (holding state) Accordingly, the imaging element (or movable lens) is moved, so that the imaging operation can be performed a plurality of times with no deviation between frames, that is, with the imaging plane position of the subject image kept constant. I can do it. For this reason, it is possible to perform the synthesis of the images obtained by the plurality of imaging operations performed to widen the substantial dynamic range without any deviation. For this reason, it is possible to obtain a composite image using the entire range of the image obtained by imaging.
好ましくは、複数回の撮像動作の露光時間中においても、被写体の結像面上の位置を一定にするために、一回目の撮像動作の露光時間開始時点における位置に基づいて、移動制御が行われる。 Preferably, even during the exposure time of a plurality of imaging operations, movement control is performed based on the position at the start of the exposure time of the first imaging operation in order to make the position of the subject on the imaging plane constant. Is called.
これにより、露光時間中に発生する手ブレを考慮して、被写体の結像面位置を一定に保つことが可能になる。 Accordingly, it is possible to keep the imaging plane position of the subject constant in consideration of camera shake occurring during the exposure time.
また、好ましくは、制御部は、複数回の撮像動作で得られた画像を合成して、合成画像を生成する。 Preferably, the control unit generates a composite image by combining images obtained by a plurality of imaging operations.
また、好ましくは、複数回の撮像動作は、露光条件の異なる状態で行われる。 Preferably, the plurality of imaging operations are performed under different exposure conditions.
以上のように本発明によれば、フレーム間で画像のズレが無い状態で撮像動作を行う撮像装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus that performs an imaging operation in a state where there is no image shift between frames.
以下、本実施形態について、図を用いて説明する。撮像装置1は、デジタルカメラであり、操作部11、AF部13、AE部15、絞り17、レンズ19、ミラー21、シャッタ23、CCDなどの撮像素子を含む撮像部25、DSPやCPUなどの信号処理部27、内部メモリ29、フラッシュメモリ31、外部メモリ33、表示部35、検知部37、及び補正部39を備える。
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. The imaging device 1 is a digital camera, and includes an
操作部11は、レリーズボタン、使用モード選択キー、及び補正モード選択キーを有する。
The
操作部11に含まれるレリーズボタン(不図示)を半押しすることにより、測光スイッチがオン状態にされ、AF部13による測距や、AE部15による測光が行われる。測距結果は、AF部13から信号処理部27に出力され、合焦動作に使用される。測光結果は、AE部15から信号処理部27に出力され、露光条件(シャッタ速度や絞り)の算出に使用される。
By pressing a release button (not shown) included in the
また、レリーズボタンを全押しすることにより、レリーズスイッチがオン状態にされ、撮像部23などによる撮像動作が行われる。撮像動作では、所定のタイミングで、絞り17の開閉、ミラー21のアップ/ダウン、シャッタ23の開閉、及び撮像部25の露光が行われる。
Further, when the release button is fully pressed, the release switch is turned on, and an imaging operation by the
操作部11に含まれる使用モード選択キーを操作することにより、第1使用モードと、第2使用モードとが切り替えられる。撮像装置1が第1使用モードにされている場合は、露光条件が異なる状態で連続して複数回の撮像動作が行われ、複数回の撮像動作で得られた複数の画像を合成して、実質的にダイナミックレンジが広い画像を得る。撮像装置1が第2使用モードにされている場合は、通常の撮像動作が行われる。
By operating a use mode selection key included in the
操作部11に含まれる補正モード選択キーを操作することにより、第1使用モードにおけるズレ補正モードのオンオフ制御が行われる。撮像装置1が第1使用モードで且つズレ補正モードにされている場合は、複数回の撮像動作の露光時間開始時点における、被写体の撮像部25の結像面上の位置を一定にするズレ補正処理が行われ、撮像部25の位置が調整される。撮像装置1が第2使用モードにされている場合、及び第1使用モードにされているがズレ補正モードにされていない場合は、撮像部25は移動範囲の中心に固定される。
By operating a correction mode selection key included in the
信号処理部27は、撮像動作において撮像部25で得られた画像信号について、画像処理を施す。また、信号処理部27は、該画像信号を、画像処理を施さない状態または画像処理を施した状態で、外部メモリ33に記録させる。また、信号処理部27は、画像処理を施して得られた画像を、表示部35に表示させる。
The
また、信号処理部27は、撮像装置1が第1使用モードにされている場合に、露光条件が異なる状態で連続して複数回の撮像動作を行うように各部を制御し、複数回の撮像動作で得られた画像信号について画像処理を施し、画像処理を施して得られた複数の画像の合成し、一枚の合成画像を生成する。特に、撮像装置1がズレ補正モードにされている場合には、複数回の撮像動作の際に、後述する検知部37からの情報に基づいて、補正部39を駆動し、撮像部25の移動制御(ズレ補正処理)を行う。
In addition, when the imaging device 1 is in the first use mode, the
内部メモリ29は、画像処理におけるデータの一時記録に使用される。特に、第1使用モードにおいては、合成に使用する複数の画像を一時記録する。フラッシュメモリ31は、画像処理など撮像装置1における各動作を行うためのプログラムを記録する。特に、ズレ補正処理プログラムや、複数回の撮像動作で得た画像の合成処理プログラムがインストールされる。
The
検知部37は、角速度センサを有し、一定時間(例えば1ms)ごとに、撮像装置1のヨーイングに基づく第1角速度やピッチングに基づく第2角速度を検出し、信号処理部27に出力する。信号処理部27は、これらの角速度を時間積分して、かかる積分時間の移動量(ヨーイングに基づく第1ズレ角度、ピッチングに基づく第2ズレ角度)を算出する。従って、第1、第2ズレ角度は、一定時間ごとに更新される。撮像装置1が第1使用モードで且つズレ補正モードにされている場合には、信号処理部27は、ズレ補正処理において行う複数回の撮像動作のうち、一回目の撮像動作における露光時間開始時点の第1、第2ズレ角度を、それぞれ第1、第2初期値として、内部メモリ29に一時記録させる。
The
補正部39は、信号処理部27によって駆動され、撮像部25を、レンズ19の光軸LXに垂直な平面上を移動させる。補正部39による撮像部25の移動制御は、例えば、電磁力による移動と、ホールセンサによる位置検出とを使ったPID制御で行われる。
The
撮像装置1が第1使用モードで且つズレ補正モードにされている場合には、補正部39は、複数回の撮像動作のうち、一回目の撮像動作における露光時間開始時点に、撮像部25を移動範囲の中心に移動させ、二回目以降の撮像動作における露光時間開始時点に、撮像部25を第1、第2初期値からのズレ量(第1、第2ズレ角度と第1、第2初期値との第1、第2差異)を補正する位置に移動させる(図2参照)。露光時間中は、補正部39は、露光時間開始時点の位置を維持する。これにより、フレーム間で、手ブレなど撮像装置1の保持位置の移動によって生じた被写体像の結像面におけるズレが無くなり、被写体像の結像面位置が一定に保たれる。
When the imaging apparatus 1 is in the first use mode and the deviation correction mode, the
撮像装置1が第1使用モードにされているがズレ補正モードにされていない場合には、補正部39は、複数回の撮像動作のうち、一回目の撮像動作における露光時間開始時点に、撮像部25を移動範囲の中心に移動させ、二回目以降の撮像動作でも、移動範囲の中心への固定を維持する。露光時間中は、補正部39は、露光時間開始時点の位置(移動範囲の中心)を維持する。第2使用モードにおいては、補正部39は、撮像部25を移動範囲の中心に固定する。
When the imaging apparatus 1 is in the first use mode but not in the misalignment correction mode, the
次に、第1使用モードにおける複数回の撮像動作、及び合成処理手順について、図3のフローチャートを用いて説明する。 Next, a plurality of imaging operations in the first use mode and a composition processing procedure will be described with reference to the flowchart of FIG.
なお、検知部37による第1、第2角速度の検出、及び信号処理部27による第1、第2ズレ角度の算出は、撮像装置1の電源がオン状態にされた時点から、一定時間ごとに、行われている。
The detection of the first and second angular velocities by the
撮像装置1が第1使用モードにされた状態で、レリーズボタンが全押しされると、ステップS11で、信号処理部27は、撮像装置1がズレ補正モードにされているか否かを判断する。ズレ補正モードにされていない場合は、ステップS12に進められ、ズレ補正モードにされている場合は、ステップS16に進められる。
When the release button is fully pressed in a state where the imaging device 1 is in the first use mode, in step S11, the
ステップS12で、信号処理部27は、補正部39を駆動し、撮像部25を移動範囲の中心に移動させ、次の撮像動作の露光時間開始時点までかかる位置に固定する。ステップS13で、信号処理部27は、撮像動作を行うために撮像装置1の各部の制御を行い、撮像動作が行われる。ステップS13の撮像動作で得られた画像は、内部メモリ29に一時記録される。ステップS14で、信号処理部27は、合成画像を得るために設定した複数回の撮像動作が行われたか否かを判断する。なお、本実施形態では、合成画像を得るために設定した撮像動作の回数が2回である例を説明するが、3回以上行われる形態であってもよい。行われた場合は、ステップS15に進められる。行われていない場合は、ステップS11に戻され、次の撮像動作が露光条件を変えて行われる。
In step S12, the
複数枚の画像が得られると、ステップS15で、信号処理部27は、内部メモリ29に一時記録された複数枚の画像を合成し、実質的なダイナミックレンジが広げられた一枚の画像を生成し、外部メモリ33への記録や、表示部35への表示を行う。
When a plurality of images are obtained, in step S15, the
ステップS16で、信号処理部27は、これから行う撮像動作が、合成画像を得るために設定した複数回の撮像動作のうち、一回目の撮像動作であるか否かを判断する。一回目の撮像動作である場合には、ステップS17に進められ、二回目以降の撮像動作である場合には、ステップS18に進められる。
In step S <b> 16, the
ステップS17で、信号処理部27は、補正部39を駆動し、撮像部25を移動範囲の中心に移動させ、次の撮像動作の露光時間開始時点までかかる位置に固定する。また、信号処理部27は、撮像動作における露光時間開始時点の第1、第2ズレ角度を、それぞれ第1、第2初期値として、内部メモリ29に一時記録させる。
In step S <b> 17, the
ステップS18で、信号処理部27は、第1、第2差異(今回の撮像動作における露光時間開始時点の第1、第2ズレ角度と、内部メモリ29に一時記録された第1、第2初期値との差異)を算出する。ステップS19で、信号処理部27は、補正部39が撮像部25を、第1、第2差異に基づいて、ズレを補正する位置に移動させることが出来るか否かを判断する。すなわち、第1、第2差異に基づく撮像部25の移動量が、撮像部25の移動範囲内にあるか否かを判断する。移動させることが出来る場合は、ステップS20に進められ、出来ない場合は、ステップS21に進められる。
In step S <b> 18, the
ステップS20で、信号処理部27は、補正部39を駆動し、撮像部25を、第1、第2差異に基づいて、ズレを補正する位置に移動させ、次の撮像動作の露光時間開始時点までかかる位置に固定する。
In step S20, the
ステップS21で、信号処理部27は、ズレ補正処理を継続出来ない旨の警告を表示部35に表示させ、手順を終了する。
In step S21, the
本実施形態では、撮像装置1の保持状態(第1、第2ズレ角度)、すなわち、一回目の撮像動作の露光時間開始時点における撮像装置1の位置(保持状態)と二回目の撮像動作の露光時間開始時点における撮像装置1の位置(保持状態)との差異(第1、第2差異)に応じて、撮像部25を移動させるので、フレーム間でズレの無い状態で、すなわち被写体像の結像面位置を一定に保った状態で、複数回の撮像動作を行う事が出来る。このため、実質的なダイナミックレンジを広げるために行われる、該複数回の撮像動作で得られた画像の合成を、ズレの無い状態で行うことが可能になる。このため、撮像により得られた画像の全範囲を使って合成画像を得ることが可能になる。
In the present embodiment, the holding state (first and second misalignment angles) of the imaging device 1, that is, the position (holding state) of the imaging device 1 at the start of the exposure time of the first imaging operation and the second imaging operation. Since the
また、撮像部25の移動制御を行っても、複数回の撮像動作の少なくとも露光時間開始時点における、被写体の撮像素子の結像面上の位置を一定にすることが出来ない程度に、第1、第2差異が大きい、すなわち、撮像部25の移動でズレを無くすことが出来ない場合には、ズレの無い合成画像を得ることが出来ないと判断して、撮像動作、及び画像の合成処理を中止する。
Further, even if the movement control of the
なお、手ブレ補正機能を有する静止画の撮像装置において、連続して静止画の撮像を行う場合、撮像部(又は像ブレ補正レンズ)が移動して、露光期間中のブレは補正されるが、撮像動作における露光開始の度に、撮像部は、移動範囲の中心に移動せしめられる(図4参照)。このため、フレーム間で、被写体像の結像面位置を一定に保つことは出来ない。 When a still image capturing device having a camera shake correction function continuously captures still images, the image capturing unit (or image blur correcting lens) moves to correct blur during the exposure period. Every time exposure is started in the imaging operation, the imaging unit is moved to the center of the movement range (see FIG. 4). For this reason, the imaging plane position of the subject image cannot be kept constant between frames.
また、手ブレ補正機能を有する動画の撮像装置において、動画の撮像を行う場合、撮像部は、複数回の撮像動作のうち、一回目の撮像動作における露光時間開始時点に、移動範囲の中心に移動せしめられ、それ以降は、撮像部を第1、第2初期値からのズレ量(第1、第2ズレ角度と第1、第2初期値との第1、第2差異)を少なくする位置に移動せしめられるが、パンニングなど手ブレ補正で対応出来ない大きなブレを考慮した上で、ブレの少ない動画像が得るための調整を行うので、完全にズレ量を0にする位置に移動せしめられる訳では無い(図5参照)。このため、フレーム間で、被写体像の結像面位置を一定に保つことは出来ない。 In addition, in a moving image capturing apparatus having a camera shake correction function, when capturing a moving image, the imaging unit is positioned at the center of the moving range at the start of the exposure time in the first imaging operation among a plurality of imaging operations. After that, the image pickup unit reduces the amount of deviation from the first and second initial values (first and second differences between the first and second deviation angles and the first and second initial values). Although it is adjusted to obtain a moving image with less blurring after taking into account large blurring that cannot be handled by camera shake correction such as panning, it is moved to a position where the deviation amount is completely zero. (See FIG. 5). For this reason, the imaging plane position of the subject image cannot be kept constant between frames.
なお、本実施形態では、検知部37が、ヨーイングに基づく第1ズレ角度、及びピッチングに基づく第2ズレ角度を検知する形態を説明したが、これらに加えて、ローリングに基づく第3ズレ角度を検知する形態であってもよい。この場合は、撮像部25を、レンズ19の光軸LXに垂直な平面上で、回転を含む移動をさせる制御を行って、第1〜第3ズレ角度に基づくズレ補正処理を行う。
In addition, although the
具体的には、信号処理部27は、撮像動作における露光時間開始時点の第1〜第3ズレ角度を、それぞれ第1〜第3初期値として、内部メモリ29に一時記録させる。信号処理部27は、第1〜第3差異(今回の撮像動作における露光時間開始時点の第1〜第3ズレ角度と、内部メモリ29に一時記録された第1〜第3初期値との差異)を算出する。信号処理部27は、補正部39が撮像部25を、第1〜第3差異に基づいて、ズレを補正する位置に移動させることが出来るか否かを判断する。
Specifically, the
移動させることが出来る場合は、信号処理部27は、補正部39を駆動し、撮像部25を、第1〜第3差異に基づいて、ズレを補正する位置に回転を含む移動を行い、次の撮像動作の露光時間開始時点までかかる位置に固定する。移動させることが出来ない場合は、信号処理部27は、ズレ補正処理を継続出来ない旨の警告を表示部35に表示させ、撮像動作、及び画像の合成処理を中止する。
If the signal can be moved, the
なお、第3ズレ角度の検出は、角速度センサによるものであってもよいし、所定方向の重力加速度成分を検出する加速度センサによるものであってもよい。 The third shift angle may be detected by an angular velocity sensor or an acceleration sensor that detects a gravitational acceleration component in a predetermined direction.
また、本実施形態では、撮像部25を移動制御してズレ補正処理を行う形態を説明したが、レンズ19内に設けられた可動レンズを、光軸LXに垂直な平面上で移動制御してズレ補正処理を行う形態であってもよい。但し、この場合には、ローリングに基づくズレは考慮されない。
Further, in the present embodiment, the mode in which the shift correction processing is performed by controlling the movement of the
また、本実施形態では、第1、第2差異に基づいて、二回目以降の露光時間開始時点の撮像部25の位置を制御して、フレーム間の被写体の結像面位置を一定に保つ形態を説明したが、更に露光時間中も一定時間ごとに第1、第2差異を算出し、かかる第1、第2差異に基づいてズレ(手ブレ)を補正するように、撮像部25を移動制御してもよい。これにより、露光時間中に発生する手ブレを考慮して、被写体の結像面位置を一定に保つことが可能になる。
In the present embodiment, the position of the
なお、本実施形態では、露光条件の異なる状態で複数回の撮像動作が行われる形態を説明したが、露光条件が同じ状態で複数回の撮像動作が行われる形態であってもよい。 In the present embodiment, the form in which the imaging operation is performed a plurality of times with different exposure conditions has been described. However, a form in which the imaging operation is performed a plurality of times with the same exposure condition may be employed.
1 撮像装置
11 操作部
13 AF部
15 AE部
17 絞り
19 レンズ
21 ミラー
23 シャッタ
25 撮像部
27 信号処理部
29 内部メモリ
31 フラッシュメモリ
33 外部メモリ
35 表示部
37 検知部
39 補正部
LX レンズの光軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記レンズに含まれる可動レンズと前記撮像素子のいずれか一方を、前記レンズの光軸に垂直な平面上で、前記可動レンズ以外のレンズに対して相対的に移動させる移動制御を行う制御部とを備え、
前記撮像動作は、複数回行われ、
前記複数回の撮像動作の少なくとも露光時間開始時点における、被写体の前記撮像素子の結像面上の位置を一定にするために、前記複数回の撮像動作のうち、二回目以降の撮像動作の露光時間開始時点の位置と、一回目の撮像動作の露光時間開始時点における位置との差異に基づいて、前記二回目以降の撮像動作の露光時間開始時点に前記差異を低減するように前記移動制御が行われることを特徴とする撮像装置。 An imaging device for imaging an optical image incident through a lens for imaging operation;
A control unit that performs movement control for moving either one of the movable lens included in the lens and the imaging element relative to a lens other than the movable lens on a plane perpendicular to the optical axis of the lens; With
The imaging operation is performed a plurality of times,
In order to make the position of the subject on the imaging surface of the imaging device constant at least at the start of the exposure time of the plurality of imaging operations, exposure of the second and subsequent imaging operations among the plurality of imaging operations is performed. Based on the difference between the position at the time start time and the position at the exposure time start time of the first imaging operation, the movement control is performed so as to reduce the difference at the exposure time start time of the second and subsequent imaging operations. An imaging apparatus characterized by being performed.
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