JP6506517B2 - 画像処理装置及びその制御方法、及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置及びその制御方法に関する。

一般に、デジタルカメラなどの撮像装置において、撮像装置自体の振れを検出して、この振れに起因する画像振れを補正することが行われている。この補正時には、振れ補正装置によって画像振れを補正するように移動可能なレンズ可動体（防振レンズ及びその保持部材）を駆動する。

また、振れ補正装置において振れ検出の際には角速度計や加速度計が用いられることが多い。例えば、角速度計で角度振れを検知し、撮影レンズの一部や撮像素子を動かして像ブレを低減させる防振制御装置が、様々な光学機器に搭載されている。しかし、至近距離での撮影では、角速度計のみでは検出できない振動、つまりカメラの光軸に対して直交する面内での水平方向または垂直方向に加わる、いわゆる平行振れによる画像劣化も無視できない。例えば、被写体に２０ｃｍ程度まで接近したマクロ撮影の場合、積極的に平行振れを検出して補正を行う必要がある。この平行振れを検出するために、主に加速度計が用いられる。

振れ補正装置は、得られた角速度情報及び加速度情報から振れの量及び方向を求めて、画像振れをキャンセルするようにレンズ可動体を駆動する補正位置制御信号を出力する。レンズ可動体を駆動する際には、レンズ可動体の現在位置が可動体位置信号として振れ補正装置にフィードバックされる。そして、振れ補正装置は可動体位置信号に応じた補正位置制御信号を出力するフィードバック制御を行う。

また、動画像としてＬＣＤに被写体像を表示している時に、焦点距離及び被写体距離（撮影倍率）に応じて手振れ補正の動作及び停止を行うことにより、省電力を図ることのできる防振制御装置及び撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。デジタルカメラでは動画像をＬＣＤなどの画面に表示可能であるが、記録される被写体像にとって影響があっても動画像として表示される被写体像には手ぶれが影響しない、すなわちユーザが像ぶれを認識しない場合がある。このような動画像表示の間も手振れ補正を実行した場合、広角側による撮影時において動画像に影響しない手振れであっても手ぶれ補正が実行されてしまい、無駄な電力消費となってしまう。

そこで、特許文献１では、焦点距離が小さい広角側において動画像を表示している間、次のように制御することが提案されている。即ち、手振れによる表示用被写体像の変位量が表示画面の画素ピッチを超えているか否かを判別し、表示用被写体像の像振れをユーザーが認識できない、またはそれほど気にならない程度である場合、手振れ補正機構の抑振率を下げるかまたは動作停止状態にする。一方、表示用被写体像の像振れをユーザーが認識できる場合、手振れ補正機構に動作をさせて抑振率を上げる。また、先に述べたように、マクロ撮影などの被写体が至近距離にあって撮影倍率が大きくなると、角度振れと平行振れの影響が増加するので、広角側であっても被写体距離に応じて手振れ補正機構を動作状態にして抑振効果を高くしている。

特開２０１３−１０４９２１号公報

また、一般に撮像装置で得られる画像データは、四隅を含む周辺で中心と比べて暗くなる傾向にある。特に中心に対して周辺の光量が低下する現象はシェーディングと呼ばれている。この中心に対する周辺部の光量（周辺光量）の低下率が大きい程、画像データの品質が悪化することになる。この周辺光量の低下はレンズが本来有する特性であり、そのため四隅の輝度のバラツキもその特性に起因すると言える。この周辺光量の低下率は、ズーム倍率、即ちズームレンズ位置に応じても変化する。更に、防振レンズが光軸からずれていった時に移動した方向と逆側の領域の光量が低下すると共に、撮像素子の取り付け位置誤差なども光量の低下の要因となる。これらの光量の低下の要因を全て考慮して、表示または記録される画像にシェーディングが影響しないように補正レンズの可動範囲を決める必要があった。

更に、光学レンズ群の構成によっては焦点調整を行うフォーカスレンズの位置によっても光量の低下が生じることがある。例えば、フォーカスレンズ群の機構がインナーフォーカス方式だった場合、至近距離でのマクロ撮影時に合焦のためにフォーカスレンズ位置が前玉側に移動することで実効焦点距離が短くなり、周辺光量が低下することがある。

そのため、特許文献１に記載されているように、各ズームレンズ位置毎に補正レンズの可動範囲を決めている場合に、光学レンズ群の構成によってはマクロ撮影時に周辺の光量の低下が目立ってしまうという問題があった。また、マクロ撮影時の可動範囲に合わせてしまうと通常撮影領域時の可動範囲が狭くなってしまい、歩き撮りなどの大きな振れに対して補正効果が十分に出せないという問題があった。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、防振効果を活かしながら、シェーディングによる画質の大幅な劣化を防ぐことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、撮像光学系の焦点距離を取得する第１の取得手段と、被写体距離を取得する第２の取得手段と、前記焦点距離と前記被写体距離とに基づいて、振れを補正する補正手段の可動範囲を設定する設定手段と、振れを検出して振れ信号を出力する振れ検出手段からの前記振れ信号に基づいて、前記設定手段により設定された前記可動範囲内で、前記振れを補正するための補正量を算出する算出手段と、を有し、前記設定手段は、前記被写体距離が所定値以下の場合の前記補正手段の可動範囲を、前記被写体距離が前記所定値よりも大きい場合の前記補正手段の可動範囲よりも狭くする。

本発明によれば、防振効果を活かしながら、シェーディングによる画質の大幅な劣化を防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置のブロック図。 実施形態に係る補正レンズの振れ補正角度に対する周辺光量を示す図。 実施形態に係る補正レンズの動きと、光量落ちする位置との関係を表した図。 実施形態に係る被写体距離と補正レンズの可動範囲の関係を示す図。 本実施形態に係る補正レンズの可動範囲の設定手順を示すフローチャート。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する

図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の機能構成例を示すブロック図である。本実施形態において、撮像装置はデジタルスチルカメラを想定しているが、動画撮影機能を有していてもよい。

図１において、ズームユニット１０１は、撮像光学系を構成する撮影レンズの一部であり、レンズの倍率を変更するズームレンズを含んでいる。ズーム駆動制御部１０２は、カメラシステム制御部１１８の制御に従ってズームユニット１０１の駆動を制御する。補正レンズ１０３は、撮影レンズの光軸に対して直交する方向に移動可能に構成され、防振制御部１０４によりその駆動が制御される。なお、防振制御部１０４は、撮像装置に発生する角度振れを検出する角速度センサと、光軸に直交する平面内の平行振れを検出する加速度センサとを含んでいる。

絞り・シャッタユニット１０５は、絞り機能を有するメカニカルシャッタである。絞り・シャッタ駆動制御部１０６は、カメラシステム制御部１１８の制御に従って絞り・シャッタユニット１０５を駆動する。フォーカスレンズ１０７は撮影レンズの一部であり、撮影レンズの光軸に沿って位置が変更可能であるように構成される。フォーカス駆動制御部１０８は、カメラシステム制御部１１８の制御に従ってフォーカスレンズ１０７を駆動する。本実施形態ではフォーカスレンズ１０７はインナーフォーカス方式の構成とする。

撮像部１０９は、撮影レンズを介して入射した光学像を、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子を用いて画素単位の電気信号に変換する。撮像信号処理部１１０は、撮像部１０９から出力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換、相関二重サンプリング、ガンマ補正、ホワイトバランス補正、色補間処理等を行い、映像信号に変換する。映像信号処理部１１１は、撮像信号処理部１１０から出力された映像信号を、用途に応じて加工する。具体的には、映像信号処理部１１１は、表示用の映像を生成したり、記録用に符号化処理やデータファイル化を行ったりする。

表示部１１２は、映像信号処理部１１１が出力する表示用の映像信号に基づいて、必要に応じて画像表示を行う。電源部１１３は、撮像装置の全体に、用途に応じて電力を供給する。外部入出力端子部１１４は、外部装置との間で通信信号及び映像信号を入出力する。記憶部１１６は、映像情報など様々なデータを記憶する。姿勢検出部１１７は、撮像装置の姿勢を検出し、映像信号処理部１１１及び表示部１１２に姿勢情報を提供する。姿勢検出部１１７からの姿勢情報により映像信号処理部１１１からの映像信号が縦長か横長かが決定され、表示部１１２における画像表示方向が決定される。カメラシステム制御部１１８は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有し、ＲＯＭに記憶された制御プログラムをＲＡＭに展開してＣＰＵで実行することによって撮像装置の各部を制御し、後述する様々な動作を含む撮像装置の動作を実現する。

操作部１１５は撮像装置にユーザが指示を与えるためのボタンやスイッチなどを有し、押し込み量に応じて第１スイッチ（ＳＷ１）及び第２スイッチ（ＳＷ２）が順にオンするように構成されたレリーズボタンを含む。レリーズボタンが約半分押し込まれたときにレリーズスイッチＳＷ１がオンし、レリーズボタンが最後まで押し込まれたときにレリーズスイッチＳＷ２がオンする。レリーズスイッチＳＷ１がオンすると、カメラシステム制御部１１８は、例えば映像信号処理部１１１が表示部１１２に出力する表示用の映像信号に基づいて算出されたＡＦ評価値に基づいてフォーカス駆動制御部１０８を制御することにより自動焦点検出を行う。また、カメラシステム制御部１１８は映像信号の輝度情報と、例えば予め定められたプログラム線図に基づいて適切な露光量を得るための絞り値及びシャッタ速度を決定するＡＥ処理を行う。

レリーズスイッチＳＷ２がオンされると、カメラシステム制御部１１８は決定した絞り値及びシャッタ速度で撮影を行い、撮像部１０９で得られた画像データを記憶部１１６に記憶するように各部を制御する。また、レリーズスイッチが押されていない状態でのスルー画表示時も、カメラシステム制御部１１８は所定の間隔で前述した映像信号の輝度情報とプログラム線図とに基づき、静止画撮影露光に備えて、絞り値及びシャッタ速度の予備決定を行う。

操作部１１５には、防振モードを選択するための防振スイッチが含まれる。防振スイッチにより防振モードが選択されると、カメラシステム制御部１１８が防振制御部１０４に防振動作を指示し、これを受けた防振制御部１０４が防振オフの指示がなされるまで防振動作を行う。また、操作部１１５には、静止画撮影モードと動画撮影モードとのうちの一方を選択可能な撮影モード選択スイッチが含まれており、選択された撮影モードに適した撮影条件で撮影が行われる。

また、操作部１１５には再生モードを選択するための再生モード選択スイッチも含まれており、再生モード時には防振動作を停止する。更に、操作部１１５には、ズーム変倍の指示を行う変倍スイッチが含まれる。変倍スイッチによりズーム変倍の指示があると、カメラシステム制御部１１８を介して指示を受けたズーム駆動制御部１０２がズームユニット１０１を駆動して、指示されたズーム位置にズームユニット１０１を移動させる。

次に、補正レンズ１０３の位置と、撮像素子において、光軸から最も遠い位置にある領域、即ち、四隅における光量落ちと、補正レンズ１０３の可動範囲について、詳細に説明する。図２はズームレンズがＷｉｄｅ端にある場合の補正レンズ１０３の光軸中心からの振れ補正角度に対する周辺光量を示す図である。なお、ここでは、四隅の内、補正レンズ１０３を動かした時に、図３に示すように画角の動いた向きとは逆方向の位置の周辺光量を示す。

図２に示すように、光軸中心に補正レンズ１０３がある場合の周辺光量を１とした時、補正レンズ１０３の位置を光軸中心から動かしていくと、距離が大きくなるにつれて光量が落ちていく。周辺光量の低下率が予め決められた低下率よりも大きい場合のシェーディングの状態は画質として許容できないため、周辺光量の低下率が、予め決められた低下率までを補正レンズ１０３の可動範囲として定める。本実施形態では、光量の低下率が０．５になるところまでを補正レンズ１０３の可動範囲とする。

ここで、被写体距離が通常撮影領域にある場合のグラフ２０１とマクロ撮影領域にある場合のグラフ２０２とで、周辺光量の低下率を比較してみると、同じ光軸中心からの距離ではマクロ撮影領域の周辺光量の低下率がより大きくなっている。これはフォーカスの構成がインナーフォーカス方式の場合、マクロ撮影時にフォーカスレンズが前に繰り出されるとレンズ全体の系の実効焦点距離が短くなり、光線の広がりが大きくなるからである。

本実施形態の例では周辺光量の低下率が、光軸中心に補正レンズ１０３がある場合の半分の０．５となる補正レンズ１０３の可動範囲は、通常撮影領域で２．５度、マクロ撮影領域で１．５度となる。

次に、図４を用いてズームレンズがＷｉｄｅ端にある場合の被写体距離と補正レンズ１０３の可動範囲との関係について説明する。図４において、点線は、被写体距離情報に応じて補正レンズ１０３の可動範囲を変化させず、シェーディングの影響を最も強く受けるマクロ撮影領域に被写体距離がある場合の可動範囲に固定した例を示している。点線に示す例では、光量落ちが大きいマクロ撮影領域に可動範囲を固定するので、被写体距離が通常撮影領域にある場合、実際に許容される可動範囲よりも狭い範囲で設定されてしまい、歩き撮りなどの大きな振れに対する防振効果が低くなってしまう。

これに対し、実線は、被写体距離情報に応じてシェーディングの影響を考慮して、補正レンズ１０３の可動範囲を変える場合の例を示している。

このように、本実施形態では、ズームレンズ位置毎に実線で示すような被写体距離に応じた可動範囲設定テーブルを用意し、ズームレンズ位置及び／または被写体距離が変わる度に可動範囲を変える。ただし、この方法だと頻繁に可動範囲を変更することにもなると共に、各ズームレンズ位置及び各被写体距離毎に可動範囲を記憶するためにメモリを多く使用してしまうことになる。そのため、被写体距離を予め決められた閾値と比較し、被写体距離が、マクロ撮影領域にあるか通常撮影領域にあるかを判定し、マクロ撮影領域の時のみ、可動範囲を狭くしてもよい（一点鎖線）。このようにすることにより、被写体距離毎の可動範囲のテーブル値を用意する必要が無くなり、メモリ使用量を少なくすることができる。なお、上述した閾値は、ズームレンズ位置毎に変えても良いし、ズームレンズ位置に関わらず、同じ値を用いても良い。

このようにズームレンズ位置情報に加えて、被写体距離情報にも応じて補正レンズ１０３の可動範囲を設定することにより、シェーディングの影響を考慮した可動範囲を設定することが可能となる。

次に本実施形態における補正レンズ１０３の可動範囲を変える例として、上述した各ズームレンズ位置において被写体距離がマクロ撮影領域か通常撮影領域かによって可動範囲を変える場合について詳細を説明する。図５は補正レンズ１０３の可動範囲の設定処理を示すフローチャートである。

まず、操作部１１５において防振モードが選択され、防振動作がオン状態になると、Ｓ１０１でズームレンズ位置が変わったかどうかをチェックする。ここでは、現在保持しているズームレンズ位置情報と比較し、ズームレンズ位置が変わっていたらＳ１０２に進み、ズームレンズ位置を取得して保存し、Ｓ１０３に進む。ここでズームレンズ位置情報から焦点距離情報も得られるのだが、この焦点距離は被写体距離を無限遠とした時の値である。一方、Ｓ１０１でズームレンズ位置が変わっていない時はズームレンズ位置情報は更新せず、そのままＳ１０３に進む。

Ｓ１０３では被写体距離情報を取得し、その被写体距離情報からマクロ撮影領域か通常撮影領域かを判定する。例えば被写体距離が５０ｃｍ以下（閾値以下）をマクロ撮影領域とする。なお、被写体距離情報の代わりにズームレンズ位置と被写体距離情報から求まる撮影倍率情報を用いても良いし、フォーカスレンズ１０７を駆動させ、合焦させた時のフォーカスレンズ位置情報を用いて判定してもよい。

Ｓ１０３で、マクロ撮影領域ではない（即ち、通常撮影領域）と判定されると、Ｓ１０６に進んで通常撮影領域用の可動範囲の設定を行う。一例として、Ｗｉｄｅ端の場合２．５度とする。そしてＳ１０７で角度ブレ補正を優先する振れ補正制御に切り替える。通常撮影領域ではシフトブレ量が小さくなるので殆どが角度ブレ補正量となる。ただし、歩き撮りなどで大きな振れが生じた場合に、シフトブレ補正量と角度ブレ補正量の合算した補正量が可動範囲を超えたら、そのままの割合でそれぞれの補正量に制限を掛け、合算した補正量が可動範囲内に収まるように設定する。合算した補正量が可動範囲を超えていない場合はそれぞれそのままの補正量を用う。一方、例えば角度振れ補正量が３．０度、シフトブレ補正量が０．３度発生した場合には合算した補正量は３．３度となる。可動範囲が２．５度である場合、３．０：０．３の比率のまま制限を掛け、角度ブレ補正量を２．２７度、シフトブレ補正量を０．２３度、合算補正量を２．５度とする。または角速度補正量とシフトブレ補正量の補正割合を３：２のように角度ブレ補正量を大きくしてもよい。

一方、Ｓ１０３でマクロ撮影領域と判定したら、補正レンズ１０３の可動範囲をマクロ撮影領域用に設定する（Ｓ１０４）。例えばＷｉｄｅ端の場合、１．５度とする。そしてシフトブレ補正を優先する振れ補正制御に切り替える（Ｓ１０５）。ここでシフトブレ補正優先の制御とは、角度ブレ補正量とシフトブレ補正量を合算した値が可動範囲を超えた場合に補正量を制限する際に、シフトブレ補正量の割合を強めたものをいう。これはマクロ撮影時は歩き撮りのような大きな角度振れが生じるような撮影はあまり行わず、ある程度しっかり構えて撮影することが多いので、角度ブレよりもマクロ撮影で発生し易いシフトブレをより防振しようとするものである。

例えば、角度ブレ補正量が１．０度、シフトブレ補正量が１．０度の場合、合算した補正量が２．０度となる。このように可動範囲量を超えてしまった場合には、マクロ撮影領域ではシフトブレ補正の効果を強めるために角度ブレ補正量０．６度、シフトブレ補正量０．９度とする（角度ブレ補正量とシフトブレ補正量の割合は２：３）。また同様に、合算した補正量が１．５度を超えない時はそのままの角度ブレ補正量とシフトブレ補正量を用いて防振する。

次に、Ｓ１０８で防振動作がオフに設定されたかどうかを判定し、オンのままであればＳ１０１に戻って振れ補正を続け、オフに設定されると振れ補正を終了する。

上記のように本発明によれば、ズームレンズ位置及び被写体距離に応じて補正レンズ１０３の可動範囲を変えることにより、光学系のシェーディング特性に合わせた最適な可動範囲の設定を行うことができる。これにより、防振効果を活かしながら、シェーディングによる画質の大幅な劣化を防ぐことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば振れ量に応じて撮像素子を駆動させることによって振れ補正を行う場合や、振れ量に応じて画像の切り出し位置を変えることにより電子的に振れ補正を行う場合なども同様な対応を行うことができ、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１０１：ズームユニット、１０２：ズーム駆動制御部、１０３：補正レンズ、１０４：防振制御部、１０７：フォーカスレンズ、１０８：フォーカス駆動制御部、１０９：撮像部、１１８：カメラシステム制御部

Claims (11)

1. 撮像光学系の焦点距離を取得する第１の取得手段と、
   被写体距離を取得する第２の取得手段と、
   前記焦点距離と前記被写体距離とに基づいて、振れを補正する補正手段の可動範囲を設定する設定手段と、
   振れを検出して振れ信号を出力する振れ検出手段からの前記振れ信号に基づいて、前記設定手段により設定された前記可動範囲内で、前記振れを補正するための補正量を算出する算出手段と、を有し、
   前記設定手段は、前記被写体距離が所定値以下の場合の前記補正手段の可動範囲を、前記被写体距離が前記所定値よりも大きい場合の前記補正手段の可動範囲よりも狭くすることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記設定手段は、前記焦点距離及び前記被写体距離に応じて変化する、前記撮像光学系を介して撮像素子に入射する光の周辺光量の低下率が、予め決められた低下率より大きくならないように前記可動範囲を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記設定手段は、前記被写体距離が前記所定値以下の場合に、前記被写体距離が短くなるにつれて、前記可動範囲を狭くすることを特徴とする請求項１または２に記載の画像処理装置。
4. 前記設定手段は、前記焦点距離と前記被写体距離と前記可動範囲との関係を示すテーブルに基づいて、可動範囲を設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像処理装置。
5. 前記補正手段は、前記撮像光学系の光軸と直交する方向に移動可能な補正レンズであって、前記補正レンズを駆動して前記振れを補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
6. 前記補正手段は前記撮像素子であって、前記撮像素子を前記撮像光学系の光軸と直交する方向に駆動して、前記振れを補正することを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
7. 前記補正手段は、撮像素子により前記撮像光学系を介して入射する光から変換して得られた画像の切り出し位置を移動させる手段であって、前記可動範囲は、前記切り出し位置の可動範囲であることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
8. 前記振れ検出手段は、角度振れと光軸に直交する平面内の平行振れを検出し、前記算出手段は、前記角度振れと前記平行振れのそれぞれの補正量を決定すると共に、前記被写体距離に応じて、前記角度振れの補正量と前記平行振れの補正量を合算する割合を変えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像処理装置。
9. 振れを検出して振れ信号を出力する振れ検出手段と、
   撮像光学系を介して入射する光を変換して、画像を構成する画像信号を出力する撮像素子と、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像処理装置と
   を有することを特徴とする撮像装置。
10. 前記撮像素子に光を結像させる撮像光学系をさらに有し、前記撮像光学系は、前記補正手段として、前記撮像光学系の光軸と直交する方向に移動可能な補正レンズを含むことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
11. 第１の取得手段が、撮像光学系の焦点距離を取得する第１の取得工程と、
    第２の取得手段が、被写体距離を取得する第２の取得工程と、
    設定手段が、前記焦点距離と前記被写体距離とに基づいて、振れを補正する補正手段の可動範囲を設定する設定工程と、
    算出手段が、前記振れを検出して振れ信号を出力する振れ検出手段からの前記振れ信号に基づいて、前記設定工程で設定された前記可動範囲内で、前記振れを補正するための補正量を算出する算出工程と、を有し、
    前記設定工程では、前記被写体距離が所定値以下の場合の前記補正手段の可動範囲を、前記被写体距離が前記所定値よりも大きい場合の前記補正手段の可動範囲よりも狭くすることを特徴とする画像処理装置の制御方法。

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