JP6031366B2 - Imaging vibration control device - Google Patents
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Description
本発明は、撮影時の被写体像のぶれを抑制する撮像制振装置に関する。 The present invention relates to an imaging damping device that suppresses blurring of a subject image during shooting.
従来、撮影時の手ぶれ等の振動の影響を補正する技術として、画像処理によって撮像(撮影された映像)内に写る被写体像のぶれを補正する技術や、撮影時に機械的に振動を抑制する技術等があった。特に、機械的に振動を抑制する技術は、光が撮像素子上で蓄積されてから撮像が読み出されるまでの処理の前に、振動の抑制を行うため、ビデオカメラのみならず、スチルカメラにも有効であり、なおかつ、ディジタルカメラのみならず、銀塩カメラにも有効である。 Conventionally, as a technique for correcting the influence of vibration such as camera shake during shooting, a technique for correcting blur of a subject image captured in an imaged (captured image) by image processing, or a technique for suppressing vibration mechanically during shooting Etc. In particular, the technology that suppresses vibration mechanically suppresses vibration before processing from when light is accumulated on the image sensor until the image is read out. It is effective and not only for digital cameras but also for silver halide cameras.
この機械的に振動を抑制する技術の一例として、例えば、以下の(a)〜(d)の技術がある。
(a)付加装置を用いる技術。
この技術は、回転モーメントを有する物体を回転させることによって、ジャイロ剛性を利用してカメラ全体の振動を制御する技術である。
(b)架台を用いる技術(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
この技術は、支持体(撮影者等)とカメラとの間を非剛性的に連結することによって、支持体(撮影者等)の細かな振動がカメラに伝わらないようにする技術である。
(c)光学系の一部(レンズやプリズム等)を移動又は回転させる技術。
この技術は、振動に応じて光学系の一部(レンズやプリズム等)を移動又は回転させることによって、振動を相殺する技術である。
(d)撮像素子を移動させる技術(例えば、特許文献3参照)。
この技術は、振動に応じて撮像素子を移動させることによって、振動を相殺する技術である。この技術は、例えば、動画像における撮像時刻の異なる2つのフレーム間での被写体像の動きベクトルの水平成分値及び垂直成分値をそれぞれ「uc」及び「vc」とする場合に、撮像素子の変位制御量を(uc,vc)に設定し、その変位制御量(uc,vc)分だけ、撮像素子を当該撮像素子の撮像面に沿って水平方向及び垂直方向に移動させるものである。これによって、この技術は、被写界に対する撮像素子の光学的な位置を変化させている。以下、被写界に対する撮像素子の光学的な位置を変化させる動作を「変位」と称する。また、ここでは、この撮像素子を移動させる技術に係る装置を「従来の撮像制振装置」として説明する。
As an example of the technique for suppressing vibration mechanically, there are the following techniques (a) to (d), for example.
(A) Technology using an additional device.
This technology is a technology for controlling the vibration of the entire camera using gyro rigidity by rotating an object having a rotational moment.
(B) Technology using a gantry (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
This technique is a technique for preventing fine vibrations of a support (such as a photographer) from being transmitted to the camera by non-rigidly connecting the support (such as a photographer) and the camera.
(C) A technique for moving or rotating a part of the optical system (lens, prism, etc.).
This technique is a technique for canceling vibration by moving or rotating a part of an optical system (such as a lens or a prism) according to vibration.
(D) Technology for moving the image sensor (see, for example, Patent Document 3).
This technique is a technique for canceling vibration by moving an image sensor in response to vibration. In this technique, for example, when the horizontal component value and the vertical component value of a motion vector of a subject image between two frames having different imaging times in a moving image are set to “uc” and “vc”, respectively, The control amount is set to (uc, vc), and the image pickup device is moved in the horizontal direction and the vertical direction along the image pickup surface of the image pickup device by the displacement control amount (uc, vc). Thereby, this technique changes the optical position of the image sensor with respect to the object scene. Hereinafter, the operation of changing the optical position of the image sensor with respect to the scene is referred to as “displacement”. Here, an apparatus related to a technique for moving the image sensor will be described as a “conventional image damping device”.
従来の撮像制振装置は、単一フレーム内の露光時間内における被写体像のぶれを最小化することや、複数フレーム間での被写体像の動揺を抑制することを目的としている。なお、「単一フレーム内の露光時間内における被写体像のぶれを最小化すること」とは、例えば、60Hzで作動する電子シャッタを用いる場合に、1/60秒以内の被写体像の動きをキャンセルして、被写体像のぶれを最小化することを意味している。また、「複数フレーム間での被写体像の動揺を抑制すること」とは、被写体像が所定のフレーム間(例えば、5フレーム間)で連続して動かないようにすることを意味している。 A conventional imaging vibration control device aims to minimize blurring of a subject image within an exposure time within a single frame and to suppress shaking of the subject image between a plurality of frames. Note that “minimizing blurring of the subject image within the exposure time within a single frame” means, for example, canceling the motion of the subject image within 1/60 seconds when using an electronic shutter operating at 60 Hz. This means that the blurring of the subject image is minimized. Further, “suppressing the sway of the subject image between a plurality of frames” means that the subject image is not continuously moved between predetermined frames (for example, between five frames).
このような従来の撮像制振装置は、振動の影響の補正を行わない場合(振動を抑制しない場合)よりも、動画像における各フレーム間での被写体像の移動量を小さくすることができる。 Such a conventional imaging vibration damping device can reduce the amount of movement of the subject image between the frames in the moving image, compared to the case where the effect of vibration is not corrected (when the vibration is not suppressed).
しかしながら、従来の撮像制振装置は、電子シャッタの開口時間(例えば、1/60秒)以内の被写体像の動きをキャンセルして、被写体像のぶれを最小化した場合に、特に被写体の動きが大きなときには、上下方向又は左右方向に0.5画素を超える動き補正が行われることがある。 However, the conventional imaging damping device cancels the movement of the subject image within the opening time (for example, 1/60 seconds) of the electronic shutter and minimizes the blurring of the subject image. When it is large, motion correction exceeding 0.5 pixels may be performed in the vertical direction or the horizontal direction.
この点について説明を補足すると、従来の撮像制振装置は、撮像素子の位置変位を画素の単位格子領域の範囲からはみ出させないようにすることを意図した構成になっておらず、単純に結像を撮像素子上で静止させるだけの構成になっている。そのため、従来の撮像制振装置は、単位格子領域を逸脱した補正を行い得る。その結果、従来の撮像制振装置は、この補正を動画像に適用した場合に、不自然な映像(例えば、本来動いているはずの被写体が静止し続けている映像や、被写体が補正許容量を超えた瞬間に本来の動きとは異なる方向に大きく移動する映像等)が、取得されてしまうことがある。ここで、「画素の単位格子領域」とは、撮像素子を形成する各単位セル(画素)の中心点が移動し得る領域を意味している。 To supplement this explanation, the conventional image damping device is not designed to prevent the position displacement of the image sensor from protruding from the range of the unit cell region of the pixel, and simply forms an image. Is configured to be stationary on the image sensor. Therefore, the conventional imaging vibration control device can perform correction that deviates from the unit cell area. As a result, when this correction is applied to a moving image, a conventional imaging vibration suppression device has an unnatural image (for example, an image in which a subject that should have been moving is still stationary, or the subject has an allowable correction amount. In such a case, a video that moves greatly in a direction different from the original motion) may be acquired at the moment of exceeding. Here, the “pixel unit cell region” means a region where the center point of each unit cell (pixel) forming the image sensor can move.
カメラは、被写体像の小数画素単位の移動があると(つまり、結像がフレーム間で画素単位ではない移動を行うと)、映像の圧縮符号化を行う際の動き補償予測処理において、非整数画素の動き補償を行うための補間フィルタの影響が生じ、その影響分だけ、動き補償残差が余分に生ずるため、符号化効率(レート歪み特性)が低下する。 When the subject image moves in units of decimal pixels (that is, when the image formation moves in units of pixels not between pixels), the camera performs non-integer in motion compensation prediction processing when performing video compression coding The influence of the interpolation filter for performing the pixel motion compensation is generated, and an extra motion compensation residual is generated by that amount, so that the coding efficiency (rate distortion characteristic) is lowered.
その結果、従来の撮像制振装置は、例えば、画質が劣化したり、ビットレートが増加したりする等の不具合が発生する場合がある、という問題点があった。
また、従来の撮像制振装置は、演出上の理由等で意図された被写体像の動揺までをも過剰に相殺してしまう恐れがある、という問題点もあった。
As a result, the conventional imaging vibration control device has a problem that, for example, problems such as deterioration of image quality and increase of the bit rate may occur.
In addition, the conventional imaging vibration damping device has a problem that it may excessively cancel even the shake of the subject image intended for production reasons.
本発明は、前記した問題点を解決するためになされたものであり、映像の圧縮符号化効率を改善して、画質の向上やビットレートの増加の抑制等を実現するとともに、演出上の理由等で意図された被写体像の動揺までをも過剰に相殺してしまうことを防止する撮像制振装置を提供することを主な課題とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and improves the compression encoding efficiency of the video to improve the image quality, suppress the increase in the bit rate, etc. It is a main object to provide an image pickup vibration damping device that prevents excessive cancellation of even a subject image shake intended by the above.
前記課題を解決するため、本発明は、撮像制振装置であって、映像を撮影する撮像素子と、被写界に対する前記撮像素子の光学的な位置の変位を発生(実行)させるための変位部と、前記変位部を制御する制御部とを有し、前記制御部は、変位量推定部と、変位制御部とを備える構成とする。なお、前記変位部は、前記変位を発生させるための構成として、例えば、撮像素子の位置を光学系に対して物理的に移動させる構成や、撮像素子に対して光軸を曲げる構成等を備える構成にするとよい。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is an image pickup vibration damping device, which is an image pickup device that takes an image, and a displacement that generates (executes) a displacement of an optical position of the image pickup device with respect to an object scene. And a control unit that controls the displacement unit, and the control unit includes a displacement amount estimation unit and a displacement control unit. In addition, the said displacement part is equipped with the structure which moves the position of an image pick-up element physically with respect to an optical system, the structure which bends an optical axis with respect to an image pick-up element, etc. as a structure for generating the said displacement, for example. It is good to have a configuration.
係る構成により、撮像制振装置は、被写界に対する撮像素子の位置変位が画素の単位格子領域の範囲からはみ出さないように、変位を発生させる。 With this configuration, the imaging vibration control device generates a displacement so that the positional displacement of the imaging element with respect to the object field does not protrude from the range of the unit cell region of the pixel.
そのために、この撮像制振装置の変位量推定部は、変位を発生させなかった場合に生じる結像の動きベクトルの推定値を推定動きベクトルとし、撮像時刻の異なる2つのフレーム間の撮像素子上の結像の移動量をマッチングして画素の単位格子領域のサイズより細かい精度で当該推定動きベクトルを算出する構成になっている。また、この撮像制振装置の変位制御部は、変位を発生させた結果得られる結像の動きベクトルを変位結果ベクトルとし、変位量推定部によって算出された推定動きベクトルから、変位結果ベクトルの値が隣接する2つの画素の中心点同士を結ぶことによって得られるベクトル値集合の中のいずれかのベクトル値もしくはゼロベクトル値と一致する値となる変位制御量を算出し、変位制御量を変位部に出力する構成になっている。 For this purpose, the displacement amount estimation unit of the imaging vibration control device uses an estimated motion vector estimation value that is generated when no displacement is generated as an estimated motion vector, and is applied to an imaging element between two frames at different imaging times. The estimated motion vector is calculated with an accuracy finer than the size of the unit lattice area of the pixel by matching the moving amounts of the image formation. In addition, the displacement control unit of the imaging vibration control device uses the motion vector of the imaging obtained as a result of generating the displacement as a displacement result vector, and calculates the value of the displacement result vector from the estimated motion vector calculated by the displacement estimation unit. Calculates a displacement control amount that matches a vector value or zero vector value in a vector value set obtained by connecting the center points of two adjacent pixels, and sets the displacement control amount as a displacement unit. Is configured to output.
ここで、「変位結果ベクトルの値が隣接する2つの画素の中心点同士を結ぶことによって得られるベクトル値集合の中のいずれかのベクトル値もしくはゼロベクトル値と一致する値となる変位制御量」とは、変位結果ベクトルの値が直近の整数値となる変位制御量を意味している。 Here, “displacement control amount in which the value of the displacement result vector becomes a value that coincides with any vector value or zero vector value in the vector value set obtained by connecting the center points of two adjacent pixels” Means a displacement control amount in which the value of the displacement result vector becomes the nearest integer value.
そして、この撮像制振装置は、変位部が変位制御量に基づいて変位を発生させる。このとき、変位結果ベクトルが前記した値に設定されているため、変位結果ベクトルの値が直近の整数値となり、その結果、変位を発生させた後の結像(以下、「変位後の結像」と称する)の位置が画素の単位格子領域の範囲内の位置に設定される。 In the imaging vibration damping device, the displacement unit generates a displacement based on the displacement control amount. At this time, since the displacement result vector is set to the above-described value, the value of the displacement result vector becomes the nearest integer value. As a result, the image after the displacement is generated (hereinafter referred to as “image after displacement”). Is set to a position within the range of the unit cell region of the pixel.
したがって、変位後の結像は、必ず、画素の単位格子領域の範囲内の位置に存在するようになり、画素の単位格子領域の範囲からはみ出さないようになる。つまり、撮影時の各フレーム間の被写体像の全体的な移動量(例えば、撮像素子における所定領域の平均的な動き等)は、画素の単位格子領域のサイズにおいて整数化される。 Accordingly, the image after displacement always exists at a position within the range of the unit cell region of the pixel, and does not protrude from the range of the unit cell region of the pixel. That is, the total amount of movement of the subject image between the frames at the time of shooting (for example, the average movement of the predetermined area in the image sensor, etc.) is made an integer in the size of the unit grid area of the pixel.
そのため、この撮像制振装置は、映像の圧縮符号化を行う際の動き補償予測処理において、補間フィルタの影響分だけ、動き補償残差が余分に生ずることを回避することができる。すなわち、この撮像制振装置は、映像の圧縮符号化を行う際の動き補償予測処理後の予測処理残差を抑制することができる。これにより、この撮像制振装置は、映像の圧縮符号化効率を改善して、画質の向上やビットレートの増加の抑制等を実現するとともに、演出上の理由等で意図された被写体像の動揺までをも過剰に相殺してしまうことを防止することができる。 For this reason, this imaging vibration control device can avoid the occurrence of an extra motion compensation residual due to the influence of the interpolation filter in the motion compensation prediction process when compressing and encoding video. That is, this imaging vibration control device can suppress a prediction process residual after the motion compensation prediction process when performing video compression encoding. As a result, this imaging vibration control device improves the compression encoding efficiency of the video, improves the image quality, suppresses the increase in the bit rate, etc., and also shakes the subject image intended for production reasons. Can be prevented from excessively canceling.
この撮像制振装置の前記変位制御部は、好ましくは、前記推定動きベクトルの水平成分値及び垂直成分値から、当該推定動きベクトルの水平成分値及び垂直成分値のそれぞれに対して前記画素の単位格子領域のサイズにおける小数部分を直近の整数値に向けて桁の繰り上げ演算又は繰り下げ演算を行った水平成分演算値及び垂直成分演算値を減算することによって、前記変位制御量を算出する構成にしてもよい。 Preferably, the displacement control unit of the imaging vibration control device is a unit of the pixel for each of the horizontal component value and the vertical component value of the estimated motion vector from the horizontal component value and the vertical component value of the estimated motion vector. A configuration in which the displacement control amount is calculated by subtracting a horizontal component calculation value and a vertical component calculation value obtained by performing a carry-up operation or a carry-down operation of a digit toward a nearest integer value in a decimal part in the size of the lattice area. Also good.
係る構成によれば、撮像制振装置は、変位結果ベクトルの値が直近の整数値となる変位制御量(すなわち、変位結果ベクトルが変位後の結像の位置を画素の単位格子領域の範囲内の位置に設定する値となる、適正な変位制御量)を算出することができる。 According to such a configuration, the imaging vibration control device detects the displacement control amount at which the value of the displacement result vector becomes the nearest integer value (that is, the position of the imaging after the displacement result vector is within the range of the unit cell region of the pixel). It is possible to calculate an appropriate displacement control amount that is a value set at the position.
また、この撮像制振装置は、好ましくは、さらに、別の撮像素子と、光路を前記撮像素子の方向と前記別の撮像素子の方向とに分岐する分岐部材とを備え、前記変位量推定部は、前記撮像素子上の前記結像の前記推定動きベクトルを「Vc」とし、前記別の撮像素子上の前記結像の動きベクトルを「Vs」とする場合に、前記別の撮像素子によって撮像された2つのフレーム間の映像に基づいて、前記動きベクトルVsを算出し、算出された当該動きベクトルVsに基づいて、前記推定動きベクトルVcを算出する構成にしてもよい。 In addition, the imaging vibration suppression apparatus preferably further includes another imaging element and a branching member that branches an optical path into the direction of the imaging element and the direction of the other imaging element, and the displacement amount estimation unit When the estimated motion vector of the imaging on the image sensor is “Vc” and the motion vector of the image on the other image sensor is “Vs”, the image is captured by the another image sensor. The motion vector Vs may be calculated on the basis of the video between the two frames, and the estimated motion vector Vc may be calculated on the basis of the calculated motion vector Vs.
係る構成によれば、撮像制振装置は、別の撮像素子によって撮像された2つのフレーム間の映像に基づいて、動きベクトルVsを算出し、さらに、算出された動きベクトルVsに基づいて、推定動きベクトルVcを算出することができる。 According to this configuration, the imaging vibration suppression device calculates the motion vector Vs based on the video between two frames captured by another imaging device, and further estimates based on the calculated motion vector Vs. A motion vector Vc can be calculated.
また、この撮像制振装置の前記変位量推定部は、好ましくは、前記撮像素子の撮像フレーム時間間隔、水平画素ピッチ、垂直画素ピッチを、それぞれ、「Tc」、「Pc」、「Qc」とし、前記別の撮像素子の撮像フレーム時間間隔、水平画素ピッチ、垂直画素ピッチを、それぞれ、「Ts」、「Ps」、「Qs」とする場合に、式(1)に基づいて、前記推定動きベクトルVcを算出する構成にしてもよい。
係る構成によれば、撮像制振装置は、式(1)をメモリ等に予め準備しておき、動きベクトルVsに基づいて、推定動きベクトルVcを算出することができる。 According to such a configuration, the imaging vibration damping device can prepare Equation (1) in a memory or the like in advance and calculate the estimated motion vector Vc based on the motion vector Vs.
さらに、この撮像制振装置の前記変位量推定部は、好ましくは、前記撮像素子によって観賞用の映像として用いる現フレームとその直前に撮像されたフレームとの間の前記撮像素子上の前記結像の前記推定動きベクトルを「Vc」とし、前記撮像素子によって現フレームよりも過去の時刻ta,tb(ただし、ta<tb)に撮像された2つのフレーム間の前記撮像素子上の前記結像の動きベクトルを「Vd」とし、時刻taにおける前記変位制御量を「Da」とし、時刻tbにおける前記変位制御量を「Db」とする場合に、式(2)に基づいて、前記推定動きベクトルVcを算出する構成にしてもよい。
係る構成によれば、撮像制振装置は、撮像素子によって観賞用の映像として用いる現フレームとその直前に撮像されたフレームとの間の撮像素子上の結像の推定動きベクトルVcを算出することができる。 According to such a configuration, the imaging vibration control device calculates the estimated motion vector Vc of the imaging on the imaging element between the current frame used as an ornamental image by the imaging element and the frame imaged immediately before the current frame. Can do.
また、この撮像制振装置の前記変位部は、好ましくは、前記撮像素子及び光学系のいずれか一方を物理的に移動させる手段にすることや、或いは、光路上に配置され、かつ、前記撮像素子上の前記結像の位置を光学的に変化させる光路変更素子にしてもよい。 Further, the displacement unit of the imaging vibration damping device is preferably a means for physically moving one of the imaging element and the optical system, or is disposed on an optical path, and the imaging An optical path changing element that optically changes the position of the image formation on the element may be used.
本発明に係る撮像制振装置は、映像の圧縮符号化を行う際の動き補償予測処理後の予測処理残差を抑制することができる。これによって、この撮像制振装置は、映像の圧縮符号化効率を改善して、例えば、画質の向上やビットレートの増加の抑制等を実現することができる。 The imaging vibration control device according to the present invention can suppress a prediction process residual after the motion compensation prediction process when performing video compression encoding. As a result, the imaging vibration damping device can improve the compression encoding efficiency of the video, and can realize, for example, improvement in image quality, suppression of increase in bit rate, and the like.
また、この撮像制振装置は、変位部が前記した変位制御量分だけしか振動の抑制を行わないため、画素の単位格子領域のサイズの倍数の被写体像の動揺を過剰に相殺することがなくなる。その結果、この撮像制振装置は、演出上の理由等で意図された被写体像の動揺までをも過剰に相殺してしまうことを防止することができる。 Further, in this imaging vibration damping device, since the displacement unit suppresses the vibration only by the amount of displacement control described above, it does not excessively cancel the shake of the subject image that is a multiple of the size of the unit cell region of the pixel. . As a result, this imaging vibration control device can prevent excessive cancellation of even the sway of the subject image intended for production reasons.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態(以下、「本実施形態」と称する)につき詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings. Each figure is only schematically shown so that the present invention can be fully understood. Therefore, the present invention is not limited to the illustrated example. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the common component and the same component, and those overlapping description is abbreviate | omitted.
ここでは、被写界に対する撮像素子の光学的な位置を変化させる動作を「変位」と称する。また、変位を発生(実行)させた結果得られる結像を「変位後の結像」と称する。また、撮像素子を形成する各単位セル(画素)の中心点が移動し得る領域を「画素の単位格子領域」と称する。 Here, the operation of changing the optical position of the image sensor with respect to the object scene is referred to as “displacement”. Further, an image formed as a result of generating (executing) displacement is referred to as “image after displacement”. An area in which the center point of each unit cell (pixel) forming the image sensor can move is referred to as a “pixel unit grid area”.
本発明に係る撮像制振装置は、「変位後の結像」が「画素の単位格子領域の範囲」からはみ出さないように(図4(b)参照)、「変位」を発生(実行)させることによって、映像の圧縮符号化効率を改善して、画質の向上やビットレートの増加の抑制等を実現するとともに、演出上の理由等で意図された被写体像の動揺までをも過剰に相殺してしまうことを防止する。 The imaging damping device according to the present invention generates (executes) “displacement” so that “image after displacement” does not protrude from the “range of the unit cell region of the pixel” (see FIG. 4B). This improves video compression and coding efficiency, improves image quality and suppresses the increase in bit rate, etc., and overshoots the subject image shake that was intended for production reasons. To prevent it.
[実施形態1]
<撮像制振装置の構成>
以下、図1を参照して、本実施形態1に係る撮像制振装置1の構成につき説明する。
図1に示すように、本実施形態1に係る撮像制振装置1は、制御部2、レンズ20、2つの撮像素子10,60、変位部40a〜40d、及び、ハーフミラー50を有している。以下、2つの撮像素子10,60を区別する場合に、撮像素子10を「第1撮像素子10」と称し、撮像素子60を「第2撮像素子60」と称する。
[Embodiment 1]
<Configuration of imaging damping device>
Hereinafter, the configuration of the imaging vibration damping device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the imaging vibration damping device 1 according to the first embodiment includes a control unit 2, a
制御部2は、撮像制振装置1の全体の動作を制御する機能手段である。制御部2は、CPUによって構成されており、後記する「変位量推定部70」、及び、後記する「変位制御部80」を備えている。
The control unit 2 is a functional unit that controls the overall operation of the imaging vibration damping device 1. The control unit 2 includes a CPU, and includes a “displacement
レンズ20は、第1撮像素子10上に光を集めて、観賞用の映像を第1撮像素子10上に結像させる光学系である。このレンズ20は、ここでは、凸レンズとしての機能を有しており、レンズ単体でも又は複数のレンズを組み合わせた構成であっても構わない。レンズ20は、図示を省略した筐体に接続されるように構成されている。
The
第1撮像素子10は、レンズ20から取り込んだ被写体等の映像を撮影する素子である。
第2撮像素子60は、結像の全体又はその一部分の動きベクトルの測定値の算出に用いる映像を撮影する素子である。第2撮像素子60は、ここでは、「結像の全体又はその一部分の動きベクトルの測定値」を算出するためのセンサとして用いられる。
The first image sensor 10 is an element that captures an image of a subject or the like captured from the
The
以下、「結像の全体又はその一部分の動きベクトルの測定値」を「測定動きベクトルVs」と称する。また、「結像の全体又はその一部分の動きベクトルの測定値(測定動きベクトルVs)」の算出に用いる映像を「測定用の映像」と称する。 Hereinafter, the “measured value of the motion vector of the entire image or a part thereof” is referred to as “measured motion vector Vs”. In addition, an image used for calculation of “measured value of motion vector of whole or part of image formation (measured motion vector Vs)” is referred to as “measurement image”.
なお、第1撮像素子10と第2撮像素子60とは、同じ種類の素子であってもよいし、異なる種類の素子であってもよい。第2撮像素子60の空間分解能(画素間隔あたりの画角)は、第1撮像素子10よりも細かいことがより好ましい(ただし、この条件は、必須ではない)。
The first image sensor 10 and the
変位部40a〜40dは、前記した「変位(すなわち、被写界に対する第1撮像素子10の光学的な位置を変化させる動作)」を発生(実行)させる手段である。変位部40a〜40dは、第1撮像素子10及び光学系(レンズ20等)のいずれか一方を小数画素単位で物理的に移動させる手段として構成することができる。
The
本実施形態1では、変位部40a〜40dがレンズ20の光軸30に対する第1撮像素子10の位置を小数画素単位で物理的に変化させるアクチュエータによって構成されている場合を想定して説明する。
In the first embodiment, the case where the
具体的には、変位部40a〜40dが第1撮像素子10を第1撮像素子10の撮像面に沿って水平方向及び垂直方向に移動させる構成(すなわち、レンズ20の光軸30に対して垂直に交差する平面内で第1撮像素子10を2次元的に並進させる構成)となっているものとして説明する。
このような変位部40a〜40dとしては、例えば、圧電素子や、サーボモータ、リニアモータ等によって構成することができる。
Specifically, a configuration in which the
なお、図1に示す例では、撮像制振装置1は、4つの変位部40a〜40dが設けられている。しかしながら、変位部の数は、レンズ20の光軸30に対して垂直に交差する平面内で第1撮像素子10を2次元的に並進させることができれば、4つでなくてもよい。
また、本実施形態1では、撮像制振装置1は、変位部40a〜40dによって第1撮像素子10を移動させる構成になっているが、レンズ20等の光学系を移動させる構成にすることも可能である。
In the example illustrated in FIG. 1, the imaging vibration damping device 1 is provided with four
In the first embodiment, the imaging vibration damping device 1 is configured to move the first imaging element 10 using the
ハーフミラー50は、光路を第1撮像素子10の方向と第2撮像素子60の方向とに分岐する分岐部材である。撮像制振装置1は、ハーフミラー50をレンズ20からの光軸30上でレンズ20と第1撮像素子10との間に設けられており、ハーフミラー50によって光路が分岐されることにより、同じ映像が第1撮像素子10上と第2撮像素子60上とに結像されるように構成されている。つまり、ハーフミラー50は、光路を第1撮像素子10の方向と第2撮像素子60の方向とに分岐して、観賞用の被写体の映像を第1撮像素子10に導いて第1撮像素子10上に結像させるとともに、前記した「測定用の映像(すなわち、「測定動きベクトルVs」の算出に用いる映像)」を第2撮像素子60に導いて第2撮像素子60上に結像させるように構成されている。
なお、撮像制振装置1は、ハーフミラー50の代わりに、分岐部材として図示せぬハーフプリズムを用いる構成にしてもよい。
The
The imaging vibration control device 1 may be configured to use a half prism (not shown) as a branch member instead of the
第2撮像素子60で結像された測定用の映像は、図示せぬ記憶部に格納された後、制御部2によって読み出されて、変位部40a〜40dを作動させるための制御量(以下、「変位制御量」と称する)の算出に用いられる。
A measurement image formed by the
制御部2は、ここでは、以下に説明する「変位量推定部70」及び「変位制御部80」を備える構成となっている。
「変位量推定部70」及び「変位制御部80」は、例えば、撮像素子10,60がモノクロ単板の正方格子として構成されており、かつ、開口率が100%の場合に、後記する「変位制御量の算出法」の章で詳細に説明するように、前記した「変位制御量(すなわち、変位部40a〜40dを作動させるための制御量)」を後記する「(uc−round(uc)),(vc−round(vc))」に設定することによって、後記する「変位結果ベクトル」を「(round(uc)),(round(vc))」に設定して、映像の圧縮符号化を行う際の動き補償予測処理を整数画素単位で行えるようにする。
Here, the control unit 2 includes a “displacement
The “displacement
変位量推定部70は、前記した「変位(すなわち、被写界に対する第1撮像素子10の光学的な位置を変化させる動作)」を発生させなかった場合に生じる結像の動きベクトルの推定値(以下、「推定動きベクトルVc」と称する)を小数画素精度で算出する機能手段である。
The displacement
本実施形態1では、変位量推定部70は、まず、第2撮像素子60で撮影された前記した「測定用の映像」に基づいて、前記した「測定動きベクトルVs」を算出し、次に、その測定動きベクトルVsに基づいて、前記した「推定動きベクトルVc」を小数画素精度で算出する。なお、「測定動きベクトルVs」の算出法及び「推定動きベクトルVc」の算出法については、後記する。
In the first embodiment, the displacement
ここで、「小数画素精度」とは、前記した「画素の単位格子領域」のサイズより細かい精度を意味している。なお、「画素の単位格子領域」の具体例については、図3A〜図3Cを用いて後記する。 Here, “decimal pixel accuracy” means an accuracy finer than the size of the “pixel unit cell region”. A specific example of the “pixel unit cell region” will be described later with reference to FIGS. 3A to 3C.
変位制御部80は、変位部40a〜40dを作動させて、前記した「変位(すなわち、被写界に対する第1撮像素子10の光学的な位置を変化させる動作)」を発生させる機能手段である。
The
変位制御部80は、変位量推定部70によって算出された推定動きベクトルVcに基づいて、前記した「変位制御量(すなわち、変位部40a〜40dを作動させるための制御量)」を算出する。
Based on the estimated motion vector Vc calculated by the displacement
このとき、変位制御部80は、その「変位制御量」分だけ前記した「変位」を発生させることによって、撮影時の各フレーム間の被写体像の全体的な移動量(例えば、第1撮像素子10における所定領域の平均的な動き等)が画素の単位格子領域のサイズにおいて整数値となるようにする。
At this time, the
すなわち、このとき、変位制御部80は、変位部40a〜40dが前記した「変位」を発生させた結果得られる、「第1撮像素子10上の結像の全体又はその一部分(例えば、中央付近の領域)」の複数個所又は撮像時刻の異なる複数フレームを画素の単位格子領域のサイズ精度(以下、「画素精度」と称する)で測った場合の「好適な所定の代表値」の小数部分の絶対値が最小となるように、「変位制御量」を算出して、「変位制御量」分だけ前記した「変位」を発生させる。
That is, at this time, the
そのための構成として、本実施形態1では、変位制御部80は、後記する「変位結果ベクトル」の値が隣接する2つの画素の中心点同士を結ぶことによって得られるベクトル値集合の中のいずれかのベクトル値もしくはゼロベクトル値と一致する値となる変位制御量を算出する構成になっている。
As a configuration for this, in the first embodiment, the
ここで、「変位結果ベクトルの値が隣接する2つの画素の中心点同士を結ぶことによって得られるベクトル値集合の中のいずれかのベクトル値もしくはゼロベクトル値と一致する値となる変位制御量」とは、変位結果ベクトルの値が直近の整数値となる変位制御量を意味している。 Here, “displacement control amount in which the value of the displacement result vector becomes a value that coincides with any vector value or zero vector value in the vector value set obtained by connecting the center points of two adjacent pixels” Means a displacement control amount in which the value of the displacement result vector becomes the nearest integer value.
本実施形態1では、「変位結果ベクトルの値が隣接する2つの画素の中心点同士を結ぶことによって得られるベクトル値集合の中のいずれかのベクトル値もしくはゼロベクトル値と一致する値となる変位制御量」は、後記する「変位制御量の算出法」の章で説明する手法が変位制御部80によって実行されることによって、算出される。
In the first embodiment, “displacement in which the value of the displacement result vector becomes a value that coincides with any vector value or zero vector value in the vector value set obtained by connecting the center points of two adjacent pixels. The “control amount” is calculated by the
なお、「好適な所定の代表値」とは、例えば、最頻値や、平均値、中央値、統計値等の中から、運用に応じて、予め任意に定められた好適な値を意味している。「好適な所定の代表値」としては、特に、最頻値が好ましい。なお、「変位制御量」の具体的な算出法については、後記する。 The “preferred predetermined representative value” means, for example, a suitable value arbitrarily determined in advance according to the operation from among the mode value, the average value, the median value, the statistical value, and the like. ing. As the “preferred predetermined representative value”, the mode value is particularly preferable. A specific calculation method of the “displacement control amount” will be described later.
変位制御部80は、「変位制御量」を算出すると、「変位制御量」(厳密には、「変位制御量」分だけ変位部40a〜40dを作動させるための制御信号)を変位部40a〜40dに出力する。これに応答して、変位部40a〜40dは、「変位制御量」分だけ、第1撮像素子10を第1撮像素子10の撮像面に沿って水平方向及び垂直方向に移動させて、前記した「変位」を発生させる。
When the
以下、「変位」を発生させた結果、第1撮像素子10で得られる、変位後の結像の変位前の位置からの動きベクトルを「変位結果ベクトル」と称する。つまり、「変位結果ベクトル」は、前記した「変位」の発生の前と後とにおける、第1撮像素子10によって撮像された映像の一部又は全体の画素単位で測った移動量を意味している。 Hereinafter, a motion vector from the position before displacement of the image after displacement obtained by the first image sensor 10 as a result of generating “displacement” is referred to as “displacement result vector”. In other words, the “displacement result vector” means a movement amount measured in units of pixels of a part or the whole of the image captured by the first image sensor 10 before and after the occurrence of the “displacement”. Yes.
<撮像制振装置の動作>
以下、図1、並びに、図2Aを参照して、撮像制振装置1の動作につき説明する。なお、撮像制振装置1は、図示せぬタイマによって計測された時間に基づいて動作する。また、撮像制振装置1の動作は、図示せぬ記憶部に読み出し自在に予め格納された制御プログラムによって規定されており、制御部2によって実行される。また、各データは、図示せぬ記憶部に読み出し自在に一旦格納されてから、その後の処理を行う所要の構成要素に出力される。以下、これらの点については、情報処理では常套手段であるので、その詳細な説明を省略する。
<Operation of imaging vibration control device>
Hereinafter, the operation of the imaging vibration damping device 1 will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 2A. The imaging vibration control device 1 operates based on the time measured by a timer (not shown). The operation of the imaging vibration control device 1 is defined by a control program stored in advance in a readable manner in a storage unit (not shown), and is executed by the control unit 2. In addition, each data is temporarily stored in a storage unit (not shown) so as to be readable, and then output to a required component for performing subsequent processing. Hereinafter, since these points are conventional means in information processing, detailed description thereof will be omitted.
図1に示すように、撮像制振装置1は、前記した通り、レンズ20によって第1撮像素子10上に光を集めて、観賞用の映像を第1撮像素子10上に結像させる。その際に、撮像制振装置1は、ハーフミラー50によって光路を第1撮像素子10の方向と第2撮像素子60の方向とに分岐して、観賞用の映像を第1撮像素子10に導くとともに、前記した「測定用の映像(すなわち、「測定動きベクトルVs」の算出に用いる映像)」を第2撮像素子60に導いて第2撮像素子60上に結像させる。
As shown in FIG. 1, the imaging vibration damping device 1 collects light on the first image sensor 10 by the
第1撮像素子10及び第2撮像素子60は、それぞれ、図2Aに示す「蓄積」タイミングで、撮像素子10,60上に結像された映像を構成する光に対応する電荷を蓄積する。そして、制御部2が、図2Aに示す「読出」タイミングで、撮像素子10,60に蓄積された電荷を電圧信号に変換して映像信号として図示せぬ記憶部に格納し、その後に、図示せぬ記憶部から映像信号を読み出して、映像信号を所定の演算に用いる。
Each of the first image sensor 10 and the
「所定の演算」としては、例えば、制御部2の変位量推定部70による前記した「測定動きベクトルVs」の算出及び前記した「推定動きベクトルVc」の算出、並びに、制御部2の変位制御部80による前記した「変位制御量」の算出等がある。また、「所定の演算」としては、例えば、制御部2の図示せぬ機能手段による映像の圧縮符号化処理やその映像の圧縮符号化処理を行う際の動き補償予測処理等がある。ここでは、変位量推定部70による前記した「測定動きベクトルVs」の算出及び前記した「推定動きベクトルVc」の算出、並びに、変位制御部80による前記した「変位制御量」の算出を重点的に説明する。
As the “predetermined calculation”, for example, the above-described calculation of the “measured motion vector Vs” and the above-mentioned “estimated motion vector Vc” by the displacement
図2Aに示す例では、第1撮像素子10のフレーム時間間隔が「Tc」となっており、また、第2撮像素子60のフレーム時間間隔がTsとなっている。ここで、「フレーム時間間隔」とは、映像の「蓄積」と「読出」とを周期的に行う間隔を意味している。
In the example shown in FIG. 2A, the frame time interval of the first image sensor 10 is “Tc”, and the frame time interval of the
なお、図2Aに示す例では、第1撮像素子10のフレーム時間間隔Tc及び第2撮像素子60のフレーム時間間隔Tsが、ほぼ同じ値に設定されている。しかしながら、図2Bに示すように、第1撮像素子10のフレーム時間間隔Tc及び第2撮像素子60のフレーム時間間隔Tsは、異なる値に設定することができる。
In the example shown in FIG. 2A, the frame time interval Tc of the first image sensor 10 and the frame time interval Ts of the
図2Aに示す例では、フレーム時間間隔Ts,Tcは、それぞれ、各周期の「蓄積」期間の開始時から次の周期の「蓄積」期間の開始時までの間隔となっている。しかしながら、フレーム時間間隔Ts,Tcは、それぞれ、各周期の「蓄積」期間の終了時から次の周期の「蓄積」期間の終了時までの間隔であってもよい。又は、フレーム時間間隔Ts,Tcは、それぞれ、各周期の「読出」期間の開始時から次の周期の「読出」期間の開始時までの間隔、或いは、各周期の「読出」期間の終了時から次の周期の「読出」期間の終了時までの間隔であってもよい。 In the example shown in FIG. 2A, the frame time intervals Ts and Tc are intervals from the start of the “accumulation” period of each cycle to the start of the “accumulation” period of the next cycle. However, the frame time intervals Ts and Tc may be intervals from the end of the “accumulation” period of each cycle to the end of the “accumulation” period of the next cycle. Alternatively, the frame time intervals Ts and Tc are the intervals from the start of the “read” period of each cycle to the start of the “read” period of the next cycle, or the end of the “read” period of each cycle, respectively. To the end of the “read” period of the next cycle.
なお、第2撮像素子60の「蓄積」期間は、第1撮像素子10の「蓄積」期間よりも、短くなっている。これは、第2撮像素子60によって撮影される映像が、前記した「測定用の映像(すなわち、「測定動きベクトルVs」の算出に用いる映像)」であり、観賞用の映像でないため、第1撮像素子10によって撮影される映像よりも低品位で構わないからである。
Note that the “accumulation” period of the
図2Aに示す例では、撮像制振装置1は、撮像時刻の異なるフレームF1,F2,F3,…の「蓄積」タイミングで、第1撮像素子10によって観賞用の映像としての「変位後の結像」を撮影している。 In the example shown in FIG. 2A, the imaging vibration control device 1 performs “accumulation after displacement” as an ornamental image by the first imaging element 10 at the “accumulation” timing of the frames F1, F2, F3,. The "image" is being photographed.
撮像制振装置1は、このような動作を実現するために、第1撮像素子10での「蓄積」タイミングに先行するタイミングで、第2撮像素子60によって撮像時刻の異なる複数フレームの測定用の映像を撮影する。例えば、撮像制振装置1は、フレームF1の「蓄積」タイミングに先行して、フレームfa,fbの「蓄積」タイミングで、第2撮像素子60によって測定用の映像を撮影している。
In order to realize such an operation, the imaging vibration control device 1 is used for measuring a plurality of frames having different imaging times by the
第2撮像素子60によって撮影されたフレームfa,fbの測定用の映像は、第1撮像素子10がフレームF1の観賞用の映像を撮影する際に事前に行われる、前記した「変位」を発生させる変位制御に用いられる。すなわち、フレームfa,fbは、フレームF1用の動きベクトルの推定に用いるフレーム対となる。以下に、その詳細を説明する。
The measurement images of the frames fa and fb photographed by the
撮像制振装置1は、第2撮像素子60でのフレームfbの測定用の映像の「蓄積」期間が終了してから、第1撮像素子60でのフレームF1の観賞用の映像の「蓄積」期間が開始するまでの間に、以下の処理を行う。
The imaging vibration control device 1 performs “accumulation” of the video for viewing the frame F1 on the
例えば、撮像制振装置1は、フレームfa,fbの測定用の映像が第2撮像素子60に蓄積されて図示せぬ記憶部に格納されると、制御部2が、読出時間t1のタイミングで、フレームfa,fbの各測定用の映像を読み出す。
For example, in the imaging vibration damping device 1, when the video for measurement of the frames fa and fb is accumulated in the
次に、算出時間t2のタイミングで、制御部2の変位量推定部70が、まず、フレームfa,fbの各測定用の映像に基づいて、前記した「測定動きベクトルVs」を算出し、次に、その測定動きベクトルVsに基づいて、前記した「推定動きベクトルVc」を算出し、さらに、制御部2の変位制御部80が、「変位制御量」を算出する。なお、「測定動きベクトルVs」の算出法、「推定動きベクトルVc」の算出法、及び、「変位制御量」の算出法については、それぞれ、後記する。
Next, at the timing of the calculation time t2, the displacement
次に、変位制御時間t3のタイミングで、変位制御部80が、算出時間t2で算出された「変位制御量」(厳密には、「変位制御量」分だけ変位部40a〜40dを作動させるための制御信号)を変位部40a〜40dに出力する。
Next, at the timing of the displacement control time t3, the
これにより、変位制御部80が、変位部40a〜40dに、その「変位制御量」分だけ、第1撮像素子10を第1撮像素子10の撮像面に沿って水平方向及び垂直方向に移動させて、前記した「変位」を発生させる変位制御を行う。
Accordingly, the
その結果、第1撮像素子10は、フレームF1の「蓄積」タイミングで、観賞用の映像としての「変位後の結像」を撮影する。 As a result, the first image sensor 10 captures “image formation after displacement” as an ornamental image at the “accumulation” timing of the frame F1.
この後、撮像制振装置1は、フレームF2,F3,…の「蓄積」タイミングに合わせて、同様の動作を繰り返し行う。これにより、第1撮像素子10は、各フレームF2,F3,…の「蓄積」タイミングで、観賞用の映像としての「変位後の結像」を撮影する。 Thereafter, the imaging vibration damping device 1 repeatedly performs the same operation in accordance with the “accumulation” timing of the frames F2, F3,. Thus, the first image sensor 10 captures “image formation after displacement” as an image for viewing at the “accumulation” timing of each frame F2, F3,.
<測定動きベクトルVsの算出法>
以下、図1を参照して、前記した「測定動きベクトルVs」の算出法につき説明する。
図1に示すように、変位量推定部70は、第2撮像素子60によって撮影された測定用の映像の複数個所又は撮像時刻の異なる複数フレーム間の測定用の映像から、前記した「測定動きベクトルVs」を算出する。
<Calculation method of measurement motion vector Vs>
Hereinafter, with reference to FIG. 1, the calculation method of the “measured motion vector Vs” will be described.
As shown in FIG. 1, the
ここでは、変位量推定部70は、第2撮像素子60によって撮影された撮像時刻の異なる複数フレーム間の測定用の映像において、映像の全体又は一部分でブロックマッチングを行うことによって、「測定動きベクトルVs」を算出するものとして説明する。
Here, the displacement
ここで、「第2撮像素子60によって撮影された撮像時刻の異なる複数フレーム」とは、例えば、第1撮像素子10によってこれから撮影しようとする現フレームに先行して、第2撮像素子60によって撮影されたフレーム−1とフレーム−2との2つのフレーム等を意味している。
Here, “a plurality of frames taken by the
なお、「測定動きベクトルVs」の算出精度は、第2撮像素子60によって撮影された2つのフレーム間の測定用の映像のブロックマッチングによって取得されるため、第2撮像素子60の画素ピッチが第1撮像素子10の画素ピッチよりも十分に細かい場合(例えば、0.5倍以下の場合)に、整数画素精度であっても、又は、小数画素精度であっても構わない。
Note that the calculation accuracy of the “measurement motion vector Vs” is obtained by block matching of a measurement image between two frames photographed by the
ただし、「測定動きベクトルVs」の算出精度は、第2撮像素子60の画素ピッチが第1撮像素子10の画素ピッチよりも十分に細かくない場合(例えば、0.5倍よりも大きい場合)に、小数画素精度である必要がある。
However, the calculation accuracy of the “measured motion vector Vs” is when the pixel pitch of the
小数画素精度のブロックマッチングを行う手法としては、例えば、2つのフレームの映像のそれぞれに補間画素を内挿して拡大した映像を生成し、生成した映像同士を比較することによって動きベクトルを求め、これを拡大倍率で除することによって取得する手法がある。 As a technique for performing block matching with sub-pixel accuracy, for example, an enlarged image is generated by interpolating interpolation pixels in each of two frames of video, and a motion vector is obtained by comparing the generated videos. There is a method of obtaining by dividing by a magnification.
又は、小数画素精度のブロックマッチングを行う手法としては、例えば、いわゆる「パラボラフィッティング」と称される手法がある。この「パラボラフィッティング」と称される手法は、2つのフレーム間の映像で相関をとり、相関値が最大値(誤差の最小値)をとる動きベクトルを求め、その動きベクトルを中心とする、例えば水平方向に±1画素以内でかつ垂直方向に±1画素以内の計9点の画素における相関値列(又は誤差値列)の2次曲面を求め、その2次曲面上で最大値(又は最小値)を与える点を求めて、この点を小数画素精度の動きベクトルとみなす手法である。 Alternatively, as a technique for performing block matching with decimal pixel precision, for example, there is a technique called “parabolic fitting”. This method called “parabolic fitting” correlates images between two frames, obtains a motion vector having a maximum correlation value (minimum value of error), and centers on the motion vector. A quadratic surface of a correlation value sequence (or error value sequence) is calculated for a total of nine pixels within ± 1 pixel in the horizontal direction and within ± 1 pixel in the vertical direction, and the maximum value (or minimum) on the quadric surface This is a method in which a point giving a value is obtained and this point is regarded as a motion vector with decimal pixel precision.
変位量推定部70は、このようなブロックマッチングを行うことによって、「測定動きベクトルVs」を算出する。なお、「測定動きベクトルVs」は、2つのフレーム間の測定用の映像のブロックマッチングによって取得されるため、ブロックマッチングに用いられる映像の画素の単位格子領域のサイズに影響される。
The displacement
<推定動きベクトルVcの算出法>
以下、図1を参照して、前記した「推定動きベクトルVc」の算出法につき説明する。
図1に示すように、変位量推定部70は、「測定動きベクトルVs」を算出すると、以下のようにして、「測定動きベクトルVs」に基づいて、前記した「推定動きベクトルVc」を小数画素精度で算出する。
<Calculation method of estimated motion vector Vc>
Hereinafter, a method for calculating the “estimated motion vector Vc” will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, when the displacement
変位量推定部70は、第1撮像素子10の撮像フレーム時間間隔を「Tc」とし、第1撮像素子10の水平画素ピッチを「Pc」とし、第1撮像素子10の垂直画素ピッチを「Qc」とし、さらに、第2撮像素子60の撮像フレーム時間間隔を「Ts」とし、第2撮像素子60の水平画素ピッチを「Ps」とし、第2撮像素子60の垂直画素ピッチを「Qs」としたとき、以下の式(1)に基づいて、小数画素精度の「推定動きベクトルVc」を算出することができる。
なお、式(1)は、以下の(a)〜(c)の条件を満たしていると仮定した場合のものである。
(a)第1撮像素子10の水平軸及び垂直軸と第2撮像素子60の水平軸及び垂直軸とがそれぞれ平行となるように、第1撮像素子10と第2撮像素子60とが配置されているという条件。
(b)第2撮像素子60上の結像がハーフミラー50によって鏡像となることが補償済みであるという条件。
(c)第1撮像素子10と第2撮像素子60とがレンズ20の第二光学主点から同一の距離に配置されているという条件。
In addition, Formula (1) is a thing on the assumption that the conditions of the following (a)-(c) are satisfy | filled.
(A) The first image sensor 10 and the
(B) The condition that it has been compensated that the image on the
(C) A condition that the first image sensor 10 and the
<変位制御量の算出法>
以下、図1を参照して、前記した「変位制御量」の算出法につき説明する。
図1に示すように、変位制御部80は、変位量推定部70が「推定動きベクトルVc」を算出すると、以下のようにして、「推定動きベクトルVc」に基づいて、変位制御量(ΔX,ΔY)を算出する。
<Calculation method of displacement control amount>
Hereinafter, the calculation method of the “displacement control amount” will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, when the
本実施形態1では、変位制御部80は、「推定動きベクトルVc(推定結果)」の水平成分値及び垂直成分値から、「推定動きベクトルVc」の水平成分値及び垂直成分値のそれぞれに対して画素の単位格子領域のサイズにおける小数部分を直近の整数値に向けて桁の繰り上げ演算又は繰り下げ演算を行った水平成分演算値及び垂直成分演算値を減算することによって、変位制御量(ΔX,ΔY)を算出する。
In the first embodiment, the
具体的には、変位制御部80は、変位量推定部70によって算出された「推定動きベクトルVc」の水平成分値を「uc」とし、垂直成分値を「vc」としたとき、推定動きベクトルVcに基づいて、以下の式(2)に基づいて、変位制御量(ΔX,ΔY)を算出する。
ここで、round関数は、丸め演算を表している。「丸め演算」は、小数第1位の四捨五入や、IEEE757−2008に定める2種類の最近接丸めのいずれか、0.5を加算するものに対する切り下げ、或いは、0.5を減算したものに対する切り上げを行う演算である。 Here, the round function represents a rounding operation. "Rounding operation" means rounding off to the first decimal place or two types of nearest rounding specified in IEEE 757-2008, rounding down to the one that adds 0.5, rounding up to the one that subtracts 0.5 Is an operation to perform.
このような丸め演算による水平成分演算値round(uc)及び垂直成分演算値round(vc)は、それぞれ、水平成分値uc及び垂直成分値vcよりも大きくなる場合もあれば、水平成分値uc及び垂直成分値vcよりも小さくなる場合もある。 The horizontal component calculation value round (uc) and the vertical component calculation value round (vc) by such rounding calculation may be larger than the horizontal component value uc and the vertical component value vc, respectively, or the horizontal component value uc and In some cases, the vertical component value vc may be smaller.
そして、変位制御量(ΔX,ΔY)は、動きベクトルVc(推定結果)の水平成分値uc及び垂直成分値vcから丸め演算による水平成分演算値round(uc)及び垂直成分演算値round(vc)を減算した値であるため、水平方向及び垂直方向にそれぞれ第1撮像素子10の画素ピッチの0.5倍以内(具体的には、仮に、第1撮像素子10がモノクロ単板の正方格子として構成されており、かつ、開口率が100%の場合に、チェビシェフ距離における半径0.5画素以内)の値となる。 Then, the displacement control amounts (ΔX, ΔY) are calculated from the horizontal component value uc and the vertical component value vc of the motion vector Vc (estimated result) by the rounding calculation, the horizontal component calculated value round (uc) and the vertical component calculated value round (vc). Is subtracted from the pixel pitch of the first image sensor 10 in the horizontal direction and the vertical direction (specifically, the first image sensor 10 is assumed to be a monochromatic single plate square lattice). When the aperture ratio is 100%, the value is within a radius of 0.5 pixels in the Chebyshev distance.
変位部40a〜40dは、変位制御量(ΔX,ΔY)に応じて、水平方向に(uc−round(uc))分だけ、また、垂直方向に(vc−round(vc))分だけ、第1撮像素子10を変位させる。
The
これにより、前記した「変位結果ベクトル(すなわち、変位後の結像の変位前の位置からの動きベクトル)」は、水平成分値が(uc−ΔX)=(uc−(uc−round(uc)))=round(uc)となり、また、垂直成分値が(vc−ΔY)=(vc−(vc−round(vc)))=round(vc)となる。 As a result, the “displacement result vector (that is, the motion vector from the position before displacement of the image after displacement)” has a horizontal component value of (uc−ΔX) = (uc− (uc−round (uc)). )) = Round (uc), and the vertical component value is (vc−ΔY) = (vc− (vc−round (vc))) = round (vc).
つまり、「変位結果ベクトル」は、「推定動きベクトルVc」の水平成分値及び垂直成分値のそれぞれに対して水平成分値及び垂直成分値がそれぞれ画素の単位格子領域のサイズにおける小数部分を直近の整数値に向けて桁の繰り上げ演算又は繰り下げ演算を行った値になる。このように、制御部2の変位制御の結果、映像の圧縮符号化を行う際の動き補償予測処理を整数画素単位で行うことができる。 In other words, the “displacement result vector” has a horizontal component value and a vertical component value corresponding to the horizontal component value and the vertical component value of the “estimated motion vector Vc”, respectively, and the nearest part of the size of the unit cell region of the pixel A value obtained by performing a carry operation or a carry operation for a digit toward an integer value. As described above, as a result of the displacement control by the control unit 2, the motion compensation prediction process when the video is compressed and encoded can be performed in units of integer pixels.
なお、「変位結果ベクトル」は、前記した通り、前記した「変位」の発生の前と後とにおける、第1撮像素子10によって撮像された映像の一部又は全体の画素単位で測った移動量を意味している。「変位結果ベクトル」は、各フレーム間においてほぼ整数値化されるため、小数部分の値が最小の値となる。 As described above, the “displacement result vector” is a movement amount measured in units of pixels of a part or the whole of the image captured by the first image sensor 10 before and after the occurrence of the “displacement”. Means. Since the “displacement result vector” is converted into an integer value between the frames, the value of the decimal part is the minimum value.
撮像制振装置1は、変位後の結像が、必ず、画素の単位格子領域の範囲内の位置に存在して、画素の単位格子領域の範囲からはみ出さないように、「変位」を発生させる。これによって、撮像制振装置1は、撮影時の各フレーム間の被写体像の全体的な移動量(例えば、撮像素子における所定領域の平均的な動き等)を、画素の単位格子領域のサイズにおいて整数化する。 The imaging vibration control device 1 generates “displacement” so that the image after displacement always exists at a position within the range of the unit cell region of the pixel and does not protrude from the range of the unit cell region of the pixel. Let As a result, the imaging vibration control device 1 determines the overall movement amount of the subject image between frames at the time of shooting (for example, the average movement of a predetermined area in the image sensor, etc.) in the size of the unit cell area of the pixel. Convert to integer.
その結果、撮像制振装置1は、映像の圧縮符号化を行う際の動き補償予測処理後の予測処理残差を抑制することができる。そのため、撮像制振装置1は、映像の圧縮符号化効率を改善して、例えば、画質の向上やビットレートの増加の抑制等を実現することができる。 As a result, the imaging vibration control device 1 can suppress a prediction process residual after the motion compensation prediction process when performing video compression encoding. Therefore, the imaging vibration control device 1 can improve the compression encoding efficiency of the video, and can realize, for example, improvement in image quality, suppression of increase in bit rate, and the like.
また、撮像制振装置1は、変位部40a〜40dが変位制御量(ΔX,ΔY)分だけしか振動の抑制を行わないため、画素の単位格子領域のサイズの倍数の被写体像の動揺を過剰に相殺することがなくなる。その結果、撮像制振装置1は、演出上の理由等で意図された被写体像の動揺までをも過剰に相殺してしまうことを防止することができる。
Further, the imaging vibration damping device 1 has excessive vibration of the subject image that is a multiple of the size of the unit cell area of the pixel because the
<画素の単位格子領域の具体例>
以下、図3A〜図3Cを参照して、画素の単位格子領域の具体例につき説明する。「画素の単位格子領域」とは、前記した通り、撮像素子を形成する各単位セル(画素)の中心点が移動し得る領域を意味している。画素の単位格子領域は、撮像素子10,60の構造や仕様によって異なっている。
<Specific Example of Pixel Unit Cell Region>
Hereinafter, a specific example of a unit cell region of a pixel will be described with reference to FIGS. 3A to 3C. The “pixel unit lattice region” means a region where the center point of each unit cell (pixel) forming the image sensor can move as described above. The unit cell region of the pixel differs depending on the structure and specifications of the
図3Aは、モノクロ単板の正方格子として構成されており、かつ、その開口率が100%となっている撮像素子100を形成する単位セル101における画素の単位格子領域の一例を示している。
FIG. 3A shows an example of a unit cell region of pixels in the
図3A中、点線で示す領域の内部が単位セル101における画素の単位格子領域(すなわち、単位セル101の中心点が移動し得る領域)である。なお、図3A中、点線で示す領域は、単位セル101の中心と隣接左上セルの中心との中点、単位セル101の中心と隣接右上セルの中心との中点、単位セル101の中心と隣接右下セルの中心との中点、及び、単位セル101の中心と隣接左下セルの中心との中点を頂点とする正方形状の領域になっている。カメラは、単位セル101を被写界に対して光学的に移動させるが、そのとき、その移動の範囲は、単位セル101の中心点が単位格子領域を逸脱しないように制限される(以下、同様)。
In FIG. 3A, the inside of the region indicated by the dotted line is a unit lattice region of pixels in the unit cell 101 (that is, a region where the center point of the
図3Bは、カラー用の正方格子として構成されている撮像素子200を形成する単位セルにおける画素の単位格子領域の一例を示している。
FIG. 3B shows an example of a unit lattice region of pixels in a unit cell that forms the
図3B(a)は、撮像素子200の構造を示している。図3B(a)に示す例では、撮像素子200は、一点鎖線で示すように、2つの緑(G)用の単位セルと1つの赤(R)用の単位セルと1つの青(B)用の単位セルとからなる4つのセルをカラー用の一ブロックのセルとして用いる構造になっている。
FIG. 3B (a) shows the structure of the
図3B(b)は、このような撮像素子200を形成する緑(G)用の単位セル201Gにおける画素の単位格子領域の一例を示している。図3B(b)中、点線で示す格子の内部の領域が単位セル201Gにおける画素の単位格子領域である。なお、図3B(b)中、点線で示す領域は、単位セル201Gの上、右、下、及び、左の各セルの中心を結んだ正方形状の領域になっている。
FIG. 3B (b) shows an example of the unit cell region of the pixel in the green (G)
図3B(c)は、赤(R)用の単位セル201Rにおける画素の単位格子領域の一例を示している。図3B(c)中、点線で示す格子の内部の領域が単位セル201Rにおける画素の単位格子領域である。なお、図3B(c)中、点線で示す領域は、単位セル201Rの左上、右上、右下、及び、左下の各セルの中心を結んだ正方形状の領域になっている。
FIG. 3B (c) shows an example of the unit cell region of the pixel in the
緑(G)用の単位セル201Gは、カラー用の一ブロックのセルの中にセルが2つ存在するため、画素の単位格子領域が図3B(b)に示すようになる。一方、赤(R)用の単位セル201Rは、カラー用の一ブロックのセルの中にセルが1つしか存在しないため、画素の単位格子領域が図3B(c)に示すようになる。なお、ここでは、図示せぬ青(B)用の単位セルの画素の単位格子領域は、赤(R)用の単位セル201Rと同様になるものとする。ただし、これらの画素の単位格子領域は、撮像素子200の構造や仕様によっては、異なる構成になる場合がある。
Since the
図3Cは、ハニカム格子として構成された撮像素子300を形成する単位セル301における画素の単位格子領域の一例を示している。図3C中、点線で示す格子の内部の領域が単位セル301における画素の単位格子領域である。なお、図3C中、点線で示す領域は、単位セル301の中心と単位セル301に隣接する6つの単位セルの各中心との6つの中点を求め、これら6つの中点を結んだ六角形状の領域になっている。
FIG. 3C shows an example of the unit cell region of the pixel in the
<本発明を適用した場合の変位後の結像の位置>
本発明は、前記した通り、変位後の結像が画素の単位格子領域の範囲からはみ出さないように、「変位」を発生させること(図4(b)参照)によって、映像の圧縮符号化効率を改善して、画質の向上やビットレートの増加の抑制等を実現するとともに、演出上の理由等で意図された被写体像の動揺までをも過剰に相殺してしまうことを防止するものである。
<Position of imaging after displacement when the present invention is applied>
As described above, the present invention generates a “displacement” so that the image after displacement does not protrude from the range of the unit cell region of the pixel (see FIG. 4B). Improves efficiency and realizes improvement of image quality, suppression of increase in bit rate, etc., and also prevents excessive cancellation of even the subject image shake intended for production reasons. is there.
以下、図4を参照して、本発明を適用しない場合と本発明を適用した場合との変位後の結像の位置の違いにつき説明する。なお、「本発明を適用する場合」とは、変位後の結像を必ず画素の単位格子領域Rの範囲内に存在させる値(すなわち、変位後の結像を必ず画素の単位格子領域Rの範囲からはみ出させない値)に、「変位制御量」の値を設定することを意味している。また、「本発明を適用しない場合」とは、「変位制御量」の値を、そのような値に設定しないことを意味している。 Hereinafter, with reference to FIG. 4, the difference in image formation position after displacement between the case where the present invention is not applied and the case where the present invention is applied will be described. Note that “when the present invention is applied” is a value that always causes the image after displacement to be within the range of the unit cell region R of the pixel (that is, the image after displacement is always in the unit cell region R of the pixel. This means that the value of “displacement control amount” is set to a value that does not protrude from the range. Further, “when not applying the present invention” means that the value of “displacement control amount” is not set to such a value.
図4(a)は、比較例として、本発明を適用しない場合の変位後の結像の位置の一例を示している。一方、図4(b)は、本実施形態1として、本発明を適用した場合の変位後の結像の位置の一例を示している。なお、図4は、第1撮像素子10がモノクロ単板の正方格子として構成されており、かつ、その開口率が100%となっている場合の例を示している。 FIG. 4A shows an example of the position of the image after displacement when the present invention is not applied as a comparative example. On the other hand, FIG. 4B shows an example of the position of the image after displacement when the present invention is applied as the first embodiment. FIG. 4 shows an example in which the first image sensor 10 is configured as a monochromatic single plate square lattice and the aperture ratio is 100%.
図4(a)に示すように、本発明を適用しない比較例は、変位後の結像が4つの画素上に跨ってのる。つまり、比較例は、変位後の結像が、画素の単位格子領域Rの範囲から小数画素単位ではみ出す状態になる。 As shown in FIG. 4A, in the comparative example to which the present invention is not applied, the image after displacement extends over four pixels. That is, in the comparative example, the image after displacement is in a state of protruding from the range of the unit lattice region R of the pixel in the decimal pixel unit.
このような比較例は、映像の圧縮符号化を行う際の動き補償予測処理時に、画素の単位格子領域Rの範囲からはみ出す領域が存在し、動き補償予測処理において非整数画素の動き補償を行うための補間フィルタの影響が生じ、その影響分だけ動き補償残差が余分に生ずるため、符号化効率(レート歪み特性)が低下する。その結果、比較例は、例えば、画質が劣化したり、ビットレートが増加したりする等の不具合が発生する場合がある。また、比較例は、演出上の理由等で意図された被写体像の動揺までをも過剰に相殺してしまう場合がある。 In such a comparative example, there is a region that protrudes from the range of the unit cell region R of the pixel at the time of motion compensation prediction processing when compressing and encoding video, and motion compensation of non-integer pixels is performed in the motion compensation prediction processing. For this reason, an influence of the interpolation filter is generated, and an extra motion compensation residual is generated by the amount of the influence, so that the encoding efficiency (rate distortion characteristic) is lowered. As a result, in the comparative example, there may be a problem that the image quality is deteriorated or the bit rate is increased. In addition, the comparative example may excessively cancel even the sway of the subject image intended for production reasons.
これに対し、図4(b)に示すように、本発明を適用する本実施形態1は、変位後の結像が単一の画素上にのる。つまり、本実施形態1は、変位後の結像が、画素の単位格子領域Rの範囲から小数画素単位ではみ出さない状態になる。 On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the first embodiment to which the present invention is applied, the image after displacement is placed on a single pixel. That is, in the first embodiment, the image after displacement does not protrude from the range of the unit lattice region R of the pixel in units of decimal pixels.
このような本実施形態1は、映像の圧縮符号化を行う際の動き補償予測処理時に、画素の単位格子領域Rの範囲からはみ出す領域が存在しないため、映像の圧縮符号化を行う際の動き補償予測処理において、補間フィルタの影響分だけ動き補償残差が余分に生ずることを回避することができる。すなわち、本実施形態1は、映像の圧縮符号化を行う際の動き補償予測処理後の予測処理残差を抑制することができる。その結果、本実施形態1は、符号化効率(レート歪み特性)の低下を抑制することができる。これにより、本実施形態1は、映像の圧縮符号化効率を改善して、画質の向上やビットレートの増加の抑制等を実現するとともに、演出上の理由等で意図された被写体像の動揺までをも過剰に相殺してしまうことを防止することができる。 In the first embodiment as described above, there is no region that protrudes from the range of the unit cell region R of the pixel at the time of motion compensation prediction processing when compressing and encoding the image. In the compensation prediction process, it is possible to avoid an extra motion compensation residual due to the influence of the interpolation filter. That is, this Embodiment 1 can suppress the prediction process residual after the motion compensation prediction process at the time of video compression encoding. As a result, Embodiment 1 can suppress a decrease in encoding efficiency (rate distortion characteristics). As a result, the first embodiment improves the compression encoding efficiency of the video, realizes the improvement of the image quality, the suppression of the increase of the bit rate, and the like, and also up to the sway of the subject image intended for the production reason. Can be prevented from being excessively offset.
以上の通り、本実施形態1に係る撮像制振装置1によれば、第1撮像素子10によって撮影される映像の変位後の結像の変位結果ベクトル(すなわち、変位制御を行った結果、第1撮像素子10で撮影される出力映像の被写体像の動きベクトル)が各フレーム間においてほぼ整数値化される。 As described above, according to the imaging vibration damping device 1 according to the first embodiment, the displacement result vector of the image after displacement of the image captured by the first imaging element 10 (that is, as a result of performing displacement control, the first The motion vector of the subject image of the output video imaged by one image sensor 10 is substantially converted to an integer value between the frames.
そのため、撮像制振装置1によれば、カメラが出力映像の圧縮符号化を行う場合に(特に、カメラが、例えば、MPEG−1、MPEG−2、MPEG−4、H.264/MPEG−4 AVC等の、時間相関を利用して映像を圧縮符号化する方式によって出力映像の圧縮符号化を行う場合に)、映像の圧縮符号化効率を改善して、画質の向上やビットレートの増加の抑制等を実現するとともに、演出上の理由等で意図された被写体像の動揺までをも過剰に相殺してしまうことを防止することができる。 Therefore, according to the image pickup vibration control device 1, when the camera performs compression encoding of the output video (in particular, the camera is, for example, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.264 / MPEG-4). When compressing and encoding output video using a method such as AVC that compresses and encodes video using time correlation), the video compression and coding efficiency is improved, image quality is improved, and bit rate is increased. In addition to realizing suppression and the like, it is possible to prevent excessive cancellation of even the sway of the subject image intended for production reasons.
また、撮像制振装置1によれば、第1撮像素子10を水平方向及び垂直方向に±0.5画素以内の範囲だけしか変位させないため、被写体の真の位置と撮影された被写体像の位置との誤差が水平方向及び垂直方向に±0.5画素以内の範囲となり、撮像制振装置1をカメラに付加することに起因する動的な画質劣化を最小限にとどめることができる。 Further, according to the imaging vibration control device 1, the first imaging element 10 is displaced only within a range of ± 0.5 pixels in the horizontal direction and the vertical direction, so that the true position of the subject and the position of the photographed subject image Is within a range of ± 0.5 pixels in the horizontal and vertical directions, and dynamic image quality degradation caused by adding the image pickup vibration control device 1 to the camera can be minimized.
[実施形態2]
次に、本実施形態2に係る撮像制振装置1Bについて説明する。撮像制振装置1Bは、実施形態1に係る撮像制振装置1と比較すると、撮像素子10によって撮影された観賞用の映像を測定用の映像として併用することによって(すなわち、観賞用の映像を測定用の映像としても用いることによって)変位制御量を算出する点で相違している。以下、図5を参照して、本実施形態2に係る撮像制振装置1Bの構成につき説明する。ここでは、本実施形態2に係る「測定動きベクトル(すなわち、結像の全体又はその一部分の動きベクトルの測定値)」を「測定動きベクトルVd」と称する。
[Embodiment 2]
Next, the imaging vibration damping device 1B according to the second embodiment will be described. Compared with the imaging damping device 1 according to the first embodiment, the imaging damping device 1B uses an ornamental video imaged by the imaging element 10 as a measurement video (that is, an ornamental video image). The difference is that the displacement control amount is calculated (by using it as an image for measurement). Hereinafter, the configuration of the imaging vibration damping device 1B according to the second embodiment will be described with reference to FIG. Here, the “measurement motion vector (that is, the measurement value of the motion vector of the entire image or a part thereof)” according to the second embodiment is referred to as “measurement motion vector Vd”.
図5に示すように、本実施形態2に係る撮像制振装置1Bは、実施形態1に係る撮像制振装置1と比較すると、実施形態1に係る撮像制振装置1(図1参照)からハーフミラー50及び第2撮像素子60を除いた構成となっている。
As shown in FIG. 5, the imaging vibration damping device 1 </ b> B according to the second embodiment is different from the imaging vibration damping device 1 according to the first embodiment from the imaging vibration damping device 1 according to the first embodiment (see FIG. 1). The configuration is such that the
また、撮像制振装置1Bは、変位量推定部70Bが、撮像素子10で撮影された観賞用の映像と変位制御部80から出力される変位制御量の値を表す制御信号とを用いて、推定動きベクトルVcを算出する構成になっている。
Further, in the imaging vibration damping device 1B, the displacement
変位量推定部70Bは、撮像素子10によって撮影された撮像時刻の異なる複数フレーム間の鑑賞用の映像において、映像の全体又は一部分でブロックマッチングを行うことによって、「測定動きベクトルVd」を算出する。
The displacement
具体的には、例えば、図6に示すように、変位量推定部70Bは、撮像素子10によってこれから撮影しようとする現フレームに先行して、撮像素子10によって撮影されたフレーム−1Fとフレーム−2Fとの2つのフレーム間の鑑賞用の映像において、映像の全体又は一部分でブロックマッチングを行うことによって、「測定動きベクトルVd」を算出する。
Specifically, for example, as shown in FIG. 6, the displacement
なお、図6に示す例では、撮像制振装置1Bは、フレーム−2F,−1F,F1,F2,…の「蓄積」タイミングで、撮像素子10によって、測定用の映像及び観賞用の映像として併用される「変位後の結像」を撮影している。撮像制振装置1Bは、フレーム−1Fの映像の「蓄積」期間が終了してから、フレームF1の映像の「蓄積」期間が開始するまでの間に、以下の処理を行う。 In the example illustrated in FIG. 6, the imaging vibration control device 1 </ b> B uses the imaging device 10 as a measurement image and an ornamental image at the “accumulation” timing of the frames −2F, −1F, F1, F2,. The "image after displacement" used together is photographed. The imaging vibration control device 1B performs the following processing after the “accumulation” period of the video of the frame -1F ends until the “accumulation” period of the video of the frame F1 starts.
撮像制振装置1Bは、制御部2が、読出時間t1のタイミングで、フレーム−2F,−1Fの各映像を読み出す。 In the imaging vibration control device 1B, the control unit 2 reads each video of the frames -2F and -1F at the timing of the read time t1.
次に、算出時間t2のタイミングで、制御部2の変位量推定部70Bが、まず、フレーム−2F,−1Fの各映像に基づいて、前記した「測定動きベクトルVd」を算出し、次に、その測定動きベクトルVdに基づいて、前記した「推定動きベクトルVc」を算出し、さらに、制御部2の変位制御部80が、「変位制御量(ΔX,ΔY)」を算出する。
Next, at the timing of the calculation time t2, the displacement
なお、変位量推定部70Bは、「測定動きベクトルVd」を算出する際に、小数画素精度のブロックマッチングを行う。小数画素精度のブロックマッチングを行う手法は、実施形態1で説明した手法と同様である。
The displacement
ここでは、これら2つのフレームの撮像時刻を時刻taと時刻tb(ただし、ta<tb)として説明する。なお、ここでは、「撮像時刻」は、例えば、蓄積開始時刻若しくは蓄積終了時刻、又は、これらの平均値として定義する。 Here, the imaging time of these two frames will be described as time ta and time tb (where ta <tb). Here, “imaging time” is defined as, for example, accumulation start time or accumulation end time, or an average value thereof.
また、ここでは、時刻taにおいて変位制御部80が変位部40a〜40dに指示した変位制御量をベクトル「Da」とし、また、時刻tbにおいて変位制御部80が変位部40a〜40dに指示した変位制御量をベクトル「Db」として説明する。
Further, here, the displacement control amount instructed by the
このような条件下において、変位量推定部70Bは、例えば、以下の式(3)に基づいて、「推定動きベクトルVc」を小数画素精度で算出する。
変位量推定部70Bは、推定動きベクトルVcを算出すると、算出された推定動きベクトルVcを変位制御部80に出力する。すると、変位制御部80は、算出された推定動きベクトルVcを用いて、前記した式(2)に基づいて、変位制御量(ΔX,ΔY)を算出する。
After calculating the estimated motion vector Vc, the displacement
すなわち、撮像制振装置1Bは、変位制御部80が、「推定動きベクトルVc」の水平成分値uc及び垂直成分値vcから、「推定動きベクトルVc」の水平成分値uc及び垂直成分値vcのそれぞれに対して画素の単位格子領域のサイズにおける小数部分を直近の整数値に向けて桁の繰り上げ演算又は繰り下げ演算を行った水平成分演算値round(uc)及び垂直成分演算値round(vc)を減算することによって、変位制御量(ΔX,ΔY)を算出する。
That is, in the imaging vibration damping device 1B, the
変位制御部80は、変位制御量(ΔX,ΔY)を算出すると、変位制御量(ΔX,ΔY)を変位部40a〜40dに出力する。これに応答して、変位部40a〜40dは、変位制御量(ΔX,ΔY)分だけ、撮像素子10を移動させる。
After calculating the displacement control amount (ΔX, ΔY), the
なお、変位量推定部70Bは、推定動きベクトルVcの代わりに、前記した式(3)に基づいて算出された「推定動きベクトルVc」の時系列に対してフィルタ処理(例えば、直近3時点分の推定動きベクトルVc1,Vc2,Vc3の平均値をとる演算(すなわち、Vcn=(Vc1+Vc2+Vc3)/3)等)を行って、フィルタ処理の結果である推定動きベクトルVcnを算出し、その推定動きベクトルVcnを変位制御部80に出力するようにしても構わない。
The displacement
以上の通り、本実施形態2に係る撮像制振装置1Bによれば、実施形態1に係る撮像制振装置1(図1参照)と同様に、映像の圧縮符号化効率を改善して、画質の向上やビットレートの増加の抑制等を実現するとともに、演出上の理由等で意図された被写体像の動揺までをも過剰に相殺してしまうことを防止することができる。 As described above, according to the imaging damping device 1B according to the second embodiment, as in the imaging damping device 1 according to the first embodiment (see FIG. 1), the compression encoding efficiency of the video is improved and the image quality is improved. Improvement of the image quality, suppression of an increase in the bit rate, and the like, and it is possible to prevent excessive cancellation of even the sway of the subject image intended for production reasons.
また、撮像制振装置1Bによれば、実施形態1に係る撮像制振装置1と同様に、撮像素子10を水平方向及び垂直方向に±0.5画素以内の範囲だけしか変位させないため、被写体の真の位置と撮影された被写体像の位置との誤差が水平方向及び垂直方向に±0.5画素以内の範囲となり、撮像制振装置1Bをカメラに付加することに起因する動的な画質劣化を最小限にとどめることができる。 Further, according to the imaging vibration control device 1B, as in the imaging vibration suppression device 1 according to the first embodiment, the imaging element 10 is displaced only within a range of ± 0.5 pixels in the horizontal direction and the vertical direction. The error between the true position of the image and the position of the photographed subject image is within a range of ± 0.5 pixels in the horizontal and vertical directions, and the dynamic image quality resulting from adding the image pickup vibration control device 1B to the camera Degradation can be minimized.
しかも、撮像制振装置1Bによれば、実施形態1に係る撮像制振装置1(図1参照)からハーフミラー50及び第2撮像素子60を除いた構成になっているため、実施形態1に係る撮像制振装置1よりも装置の小型化を図ることができる。
In addition, according to the imaging vibration damping device 1B, the configuration is obtained by removing the
[実施形態3]
次に、本実施形態3に係る撮像制振装置1Cについて説明する。撮像制振装置1Cは、実施形態1に係る撮像制振装置1と比較すると、変位部40a〜40dを除く代わりに、光学的に光路を変位することができる素子(以下、「光路変更素子」と称する)を用いる点、及び、本実施形態3に係る変位制御部80Cが変位制御量に対応する制御信号を光路変更素子に出力して光路変更素子を作動させる点で相違している。以下、図7を参照して、本実施形態3に係る撮像制振装置1Cの構成につき説明する。
[Embodiment 3]
Next, an imaging vibration damping device 1C according to the third embodiment will be described. Compared with the imaging damping device 1 according to the first embodiment, the imaging damping device 1C is an element that can optically displace the optical path instead of the
図7に示すように、撮像制振装置1Cは、ハーフミラー50と第1撮像素子10との間に、変位部90が配置されている。変位部90は、光学的に光路30を変位することができる光路変更素子によって構成されている。以下、変位部90を「光路変更素子90」と称する。
As illustrated in FIG. 7, in the imaging vibration damping device 1 </ b> C, a
光路変更素子90は、図8に示すように、本実施形態3に係る変位制御部80Cから出力される変位制御量に対応する制御信号に応じて、光路30を、水平方向、垂直方向、及び、斜め方向のいずれか任意の方向に、小数画素精度で多段階に変位させる素子である。光学的変位部90は、入射光の光軸方向と出射光の光軸方向とが平行になるように、出射光を出射する。
As shown in FIG. 8, the optical
係る構成において、本実施形態3に係る撮像制振装置1Cは、実施形態1に係る撮像制振装置1と同様に、変位量推定部70が、「測定動きベクトルVs」及び「推定動きベクトルVc」を算出する。
In such a configuration, in the imaging vibration damping device 1C according to the third embodiment, similarly to the imaging vibration damping device 1 according to the first embodiment, the displacement
すなわち、撮像制振装置1Cは、実施形態1に係る撮像制振装置1と同様に、まず、変位量推定部70が、第2撮像素子60によって撮影された撮像時刻の異なる複数フレーム(例えば、第1撮像素子10によってこれから撮影しようとする現フレームに先行して、第2撮像素子60によって撮影されたフレーム−1とフレーム−2との2つのフレーム)間の測定用の映像において、映像の全体又は一部分でブロックマッチングを行うことによって、「測定動きベクトルVs」を算出する。次に、撮像制振装置1Cは、実施形態1に係る撮像制振装置1と同様に、変位量推定部70が、算出された測定動きベクトルVsを用いて、前記した式(1)に基づいて、「推定動きベクトルVc」を小数画素精度で算出する。
That is, in the imaging vibration damping device 1C, similarly to the imaging vibration damping device 1 according to the first embodiment, first, the displacement
この後、撮像制振装置1Cは、実施形態1に係る撮像制振装置1の変位制御部80と同様に、変位制御部80Cが、変位量推定部70によって算出された推定動きベクトルVcを用いて、前記した式(2)に基づいて、「変位制御量(ΔX,ΔY)」を算出する。
Thereafter, the imaging vibration control device 1C uses the estimated motion vector Vc calculated by the displacement
すなわち、撮像制振装置1Cは、変位制御部80Cが、「推定動きベクトルVc」の水平成分値uc及び垂直成分値vcから、「推定動きベクトルVc」の水平成分値uc及び垂直成分値vcのそれぞれに対して画素の単位格子領域のサイズにおける小数部分を直近の整数値に向けて桁の繰り上げ演算又は繰り下げ演算を行った水平成分演算値round(uc)及び垂直成分演算値round(vc)を減算することによって、変位制御量(ΔX,ΔY)を算出する。
That is, in the imaging vibration damping device 1C, the
変位制御部80Cは、変位制御量(ΔX,ΔY)を算出すると、変位制御量(ΔX,ΔY)に対応する制御信号を生成して、生成した制御信号を光路変更素子90に出力する。このとき、生成される制御信号は、光路変更素子90に対して、実施形態1に係る撮像制振装置1(図1参照)の変位部40a〜40dが第1撮像素子10を変位させた方向とは逆方向で、かつ、同じ大きさ(絶対値)分だけ、光路30を変位させることを指示する内容になっている。
When the
その結果、光路変更素子90は、実施形態1に係る撮像制振装置1(図1参照)の変位部40a〜40dが第1撮像素子10を変位させた方向と逆方向で、かつ、同じ大きさ(絶対値)分だけ、光路30を変位させる。
As a result, the optical
本実施形態3に係る撮像制振装置1Cによれば、実施形態1に係る撮像制振装置1(図1参照)と同様に、映像の圧縮符号化効率を改善して、画質の向上やビットレートの増加の抑制等を実現するとともに、演出上の理由等で意図された被写体像の動揺までをも過剰に相殺してしまうことを防止することができる。 According to the imaging vibration damping device 1C according to the third embodiment, as with the imaging vibration damping device 1 according to the first embodiment (see FIG. 1), the video compression encoding efficiency is improved, the image quality is improved, and the bit rate is improved. It is possible to suppress an increase in rate and the like, and to prevent excessive cancellation of even a subject image shake intended for production reasons.
また、撮像制振装置1Cによれば、実施形態1に係る撮像制振装置1が第1撮像素子10を水平方向及び垂直方向に±0.5画素以内の範囲だけしか変位させない代わりに、光路30を水平方向及び垂直方向に±0.5画素以内の範囲だけしか変位させないため、被写体の真の位置と撮影された被写体像の位置との誤差が水平方向及び垂直方向に±0.5画素以内の範囲となり、撮像制振装置1Cをカメラに付加することに起因する動的な画質劣化を最小限にとどめることができる。 In addition, according to the imaging vibration damping device 1C, the imaging vibration damping device 1 according to the first embodiment displaces the first imaging element 10 only within a range of ± 0.5 pixels in the horizontal direction and the vertical direction, instead of the optical path. 30 is displaced only within a range of ± 0.5 pixels in the horizontal and vertical directions, so that the error between the true position of the subject and the position of the photographed subject image is ± 0.5 pixels in the horizontal and vertical directions. The dynamic image quality degradation caused by adding the imaging vibration control device 1C to the camera can be minimized.
[実施形態4]
次に、本実施形態4に係る撮像制振装置1Dについて説明する。撮像制振装置1Dは、実施形態2に係る撮像制振装置1B(図5参照)と比較すると、変位部40a〜40dを除く代わりに、光路変更素子90を用いる点、及び、本実施形態4に係る変位制御部80Cが実施形態3と同様に変位制御量に対応する制御信号を光路変更素子90に出力して光路変更素子90を作動させる点で相違している。以下、図9を参照して、本実施形態4に係る撮像制振装置1Dの構成につき説明する。ここでは、本実施形態4に係る「測定動きベクトル(すなわち、結像の全体又はその一部分の動きベクトルの測定値)」を「測定動きベクトルVd」と称する。
[Embodiment 4]
Next, an imaging vibration damping device 1D according to the fourth embodiment will be described. Compared with the imaging damping device 1B according to the second embodiment (see FIG. 5), the imaging damping device 1D uses an optical
図9に示すように、撮像制振装置1Dは、実施形態3に係る撮像制振装置1Cと同様に、ハーフミラー50と第1撮像素子10との間に、光路変更素子90が配置されている。
As illustrated in FIG. 9, in the imaging vibration damping device 1 </ b> D, an optical
係る構成において、本実施形態4に係る撮像制振装置1Dは、実施形態2に係る撮像制振装置1Bと同様に、変位量推定部70Bが、「測定動きベクトルVd」及び「推定動きベクトルVc」を算出する。
In such a configuration, in the imaging damping device 1D according to the fourth embodiment, similarly to the imaging damping device 1B according to the second embodiment, the displacement
すなわち、撮像制振装置1Dは、実施形態2に係る撮像制振装置1Bと同様に、まず、変位量推定部70Bが、撮像素子10によって撮影された撮像時刻の異なる複数フレーム(例えば、撮像素子10によってこれから撮影しようとする現フレームに先行して、撮像素子10によって撮影されたフレーム−1F(図6参照)とフレーム−2F(図6参照)との2つのフレーム)間の鑑賞用の映像において、映像の全体又は一部分でブロックマッチングを行うことによって、「測定動きベクトルVd」を算出する。次に、撮像制振装置1Dは、実施形態2に係る撮像制振装置1Bと同様に、変位量推定部70Bが、算出された測定動きベクトルVd、時刻taにおける変位制御量を表すベクトルDa、及び、時刻tbにおける変位制御量を表すベクトルDbを用いて、前記した式(3)に基づいて、「推定動きベクトルVc」を小数画素精度で算出する。
That is, in the imaging damping device 1D, similarly to the imaging damping device 1B according to the second embodiment, first, the displacement
この後、撮像制振装置1Dは、実施形態2に係る撮像制振装置1Bと同様に、変位制御部80Cが、変位量推定部70Bによって算出された推定動きベクトルVcを用いて、前記した式(2)に基づいて、「変位制御量(ΔX,ΔY)」を算出する。
Thereafter, in the imaging vibration damping device 1D, similarly to the imaging vibration damping device 1B according to the second embodiment, the
すなわち、撮像制振装置1Dは、変位制御部80Cが、「推定動きベクトルVc」の水平成分値uc及び垂直成分値vcから、「推定動きベクトルVc」の水平成分値uc及び垂直成分値vcのそれぞれに対して画素の単位格子領域のサイズにおける小数部分を直近の整数値に向けて桁の繰り上げ演算又は繰り下げ演算を行った水平成分演算値round(uc)及び垂直成分演算値round(vc)を減算することによって、変位制御量(ΔX,ΔY)を算出する。
That is, in the imaging vibration damping device 1D, the
変位制御部80Cは、変位制御量(ΔX,ΔY)を算出すると、実施形態3と同様に、変位制御量(ΔX,ΔY)に対応する制御信号を生成して、生成した制御信号を光路変更素子90に出力する。このとき、生成される制御信号は、光路変更素子90に対して、実施形態1に係る撮像制振装置1(図1参照)の変位部40a〜40dが第1撮像素子10を変位させた方向とは逆方向で、かつ、同じ大きさ(絶対値)分だけ、光路30を変位させることを指示する内容になっている。
When calculating the displacement control amount (ΔX, ΔY), the
その結果、光路変更素子90は、実施形態3と同様に、実施形態1に係る撮像制振装置1(図1参照)の変位部40a〜40dが第1撮像素子10を変位させた方向と逆方向で、かつ、同じ大きさ(絶対値)分だけ、光路30を変位させる。
As a result, similarly to the third embodiment, the optical
本実施形態4に係る撮像制振装置1Dによれば、実施形態3に係る撮像制振装置1C(図7参照)と同様に、映像の圧縮符号化効率を改善して、画質の向上やビットレートの増加の抑制等を実現するとともに、演出上の理由等で意図された被写体像の動揺までをも過剰に相殺してしまうことを防止することができる。 According to the imaging vibration damping device 1D according to the fourth embodiment, as with the imaging vibration damping device 1C according to the third embodiment (see FIG. 7), the compression encoding efficiency of the video is improved, the image quality is improved, and the bit is improved. It is possible to suppress an increase in rate and the like, and to prevent excessive cancellation of even a subject image shake intended for production reasons.
また、撮像制振装置1Dによれば、実施形態3に係る撮像制振装置1Cと同様に、光路30を水平方向及び垂直方向に±0.5画素以内の範囲だけしか変位させないため、被写体の真の位置と撮影された被写体像の位置との誤差が水平方向及び垂直方向に±0.5画素以内の範囲となり、撮像制振装置1Dをカメラに付加することに起因する動的な画質劣化を最小限にとどめることができる。
Further, according to the imaging vibration control device 1D, as in the imaging vibration suppression device 1C according to the third embodiment, the
しかも、撮像制振装置1Dによれば、実施形態3に係る撮像制振装置1C(図7参照)からハーフミラー50及び第2撮像素子60を除いた構成になっているため、実施形態3に係る撮像制振装置1Cよりも装置の小型化を図ることができる。
Moreover, according to the imaging damping device 1D, the configuration is obtained by removing the
なお、前記した実施形態1〜4では、制御部2,2B,2C,2Dは、それぞれ、図示せぬ記憶部に読み出し自在に予め格納された制御プログラムを実行することによって、前記した「変位量推定部70(又は70B)」及び「変位制御部80(又は80B)」を備える構成になっているものとする。 In the above-described first to fourth embodiments, the control units 2, 2B, 2C, and 2D each execute a control program that is pre-stored in a storage unit (not shown) so as to be readable. It is assumed that the estimation unit 70 (or 70B) "and the" displacement control unit 80 (or 80B) "are provided.
本発明は、前記した実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や変形を行うことができる。
例えば、実施形態1に係る撮像制振装置1(図1参照)及び実施形態3に係る撮像制振装置1C(図7参照)は、光路を分岐する分岐部材としてハーフミラー50を用いる構成になっている。しかしながら、撮像制振装置1,1Cは、ハーフミラー50の代わりに、分岐部材としてハーフプリズムを用いる構成にしてもよい。
また、撮像素子10を、時分割的に動き推定用(第2撮像素子60の代用)と映像出力用とに併用してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, the imaging vibration damping device 1 according to the first embodiment (see FIG. 1) and the imaging vibration damping device 1C according to the third embodiment (see FIG. 7) use a
Further, the image sensor 10 may be used in combination for motion estimation (substitute for the second image sensor 60) and video output in a time division manner.
なお、前記した「変位結果ベクトルの値が隣接する2つの画素の中心点同士を結ぶことによって得られるベクトル値集合の中のいずれかのベクトル値もしくはゼロベクトル値と一致する値となる変位制御量」は、正方格子(図3A及び図3B参照)やハニカム格子(図3C参照)だけでなく、例えば、長方格子や斜方格子、クインカンクス格子等の図示せぬ格子にも適用可能な変位制御量になっている。 It should be noted that the above-described “displacement control amount in which the value of the displacement result vector becomes a value that coincides with any vector value or zero vector value in the vector value set obtained by connecting the center points of two adjacent pixels. Is a displacement applicable not only to a square lattice (see FIGS. 3A and 3B) and a honeycomb lattice (see FIG. 3C) but also to a lattice (not shown) such as a rectangular lattice, an oblique lattice, a quinkanx lattice, etc. Control amount.
1,1B,1C,1D 撮像制振装置
2,2B,2C,2D 制御部
10,60 撮像素子
20 レンズ
30 光軸
40a,40b,40c,40d 変位部(アクチュエータ)
50 ハーフミラー
70,70B 変位量推定部
80,80B 変位制御部
90 変位部(光路変更素子)
1, 1B, 1C, 1D Imaging vibration control device 2, 2B, 2C,
50
Claims (7)
被写界に対する前記撮像素子の光学的な位置の変位を発生させるための変位部と、
前記変位部を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、
前記変位を発生させなかった場合に生じる結像の動きベクトルの推定値を推定動きベクトルとし、撮像時刻の異なる2つのフレーム間の前記撮像素子上の前記結像の移動量をマッチングして、前記撮像素子を構成する画素の単位格子領域のサイズより細かい精度で当該推定動きベクトルを算出する変位量推定部と、
前記変位を発生させた結果得られる結像の動きベクトルを変位結果ベクトルとし、前記変位量推定部によって算出された前記推定動きベクトルから、当該変位結果ベクトルの値が隣接する2つの前記画素の中心点同士を結ぶことによって得られるベクトル値集合の中のいずれかのベクトル値もしくはゼロベクトル値と一致する値となる変位制御量を算出し、当該変位制御量を前記変位部に出力する変位制御部とを備える
ことを特徴とする撮像制振装置。 An image sensor for capturing images;
A displacement part for generating a displacement of the optical position of the image sensor relative to the object field;
A control unit for controlling the displacement unit,
The controller is
An estimated value of an imaging motion vector generated when the displacement is not generated is used as an estimated motion vector, and the moving amount of the imaging on the image sensor between two frames having different imaging times is matched, A displacement amount estimation unit that calculates the estimated motion vector with a finer precision than the size of the unit cell region of the pixels constituting the image sensor;
The imaging motion vector obtained as a result of generating the displacement is defined as a displacement result vector, and the center of the two adjacent pixels whose values of the displacement result vector are adjacent from the estimated motion vector calculated by the displacement amount estimation unit A displacement control unit that calculates a displacement control amount that matches a vector value or zero vector value in a vector value set obtained by connecting points and outputs the displacement control amount to the displacement unit An imaging vibration damping device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像制振装置。 The displacement control unit is configured to determine, from a horizontal component value and a vertical component value of the estimated motion vector, a fractional part in the size of the unit cell region of the pixel for each of the horizontal component value and the vertical component value of the estimated motion vector 2. The imaging according to claim 1, wherein the displacement control amount is calculated by subtracting a horizontal component calculation value and a vertical component calculation value obtained by performing a carry operation or a carry operation of a digit toward an integer value. Damping device.
光路を前記撮像素子の方向と前記別の撮像素子の方向とに分岐する分岐部材とを備え、
前記変位量推定部は、前記撮像素子上の前記結像の前記推定動きベクトルを「Vc」とし、前記別の撮像素子上の前記結像の動きベクトルを「Vs」とする場合に、前記別の撮像素子によって撮像された2つのフレーム間の映像に基づいて、前記動きベクトルVsを算出し、算出された当該動きベクトルVsに基づいて、前記推定動きベクトルVcを算出する
ことを特徴とする請求項2に記載の撮像制振装置。 Furthermore, another image sensor,
A branching member that branches an optical path into the direction of the imaging element and the direction of the other imaging element;
When the estimated motion vector of the imaging on the image sensor is set to “Vc” and the motion vector of the imaging on the other image sensor is set to “Vs”, the displacement amount estimation unit The motion vector Vs is calculated based on an image between two frames imaged by the imaging element, and the estimated motion vector Vc is calculated based on the calculated motion vector Vs. Item 3. The image damping device according to Item 2.
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像制振装置。
ことを特徴とする請求項2に記載の撮像制振装置。
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の撮像制振装置。 The imaging vibration damping device according to claim 1, wherein the displacement unit is a unit that physically moves one of the imaging element and the optical system.
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の撮像制振装置。 6. The optical path changing element according to claim 1, wherein the displacement part is an optical path changing element that is disposed on an optical path and optically changes a position of the image formation on the imaging element. The imaging damping device according to item.
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