JP6543946B2 - ブレ補正装置、カメラ及び電子機器 - Google Patents
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また、本発明の他の一態様は、被写体の像を形成する光学系及び前記被写体の像を撮像する機器の少なくともいずれか一方の振れを検出するセンサと、前記センサの出力信号の基準値を演算する基準値演算部と、前記被写体の像を撮像した画像の動きベクトルを取得する動きベクトル取得部と、前記センサに関する情報を記憶する記憶部と、前記動きベクトルを用いて前記基準値演算部が演算した前記基準値を補正する基準値補正部と、前記基準値補正部により補正された前記基準値が、前記センサに関する情報に基づく範囲を超えるか否かを判定する判定部と、前記判定部の判定結果により、前記被写体の像に基づく画像から、像ブレを補正する制御部と、を有するブレ補正装置である。
また、本発明の別の一態様は、上記ブレ補正装置を有するカメラである。
また、本発明の更に別の一態様は、上記ブレ補正装置を有する電子機器である。
以下、図面等を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態のブレ補正装置を備えるカメラシステム1を模式的に示す断面図である。
カメラシステム1は、デジタル一眼レフカメラ1Aと、このカメラ1Aに対して着脱自在に装着されるレンズ鏡筒1Bとを備えている。
カメラ1Aは、カメラCPU(カメラ制御部)2A、撮像素子3、記録媒体13、カメラ記憶部14、信号処理回路15、AFセンサ16、レリーズスイッチ17、背面液晶18、ミラー19、シャッタ20、及びレンズ鏡筒1Bとの通信用のカメラ側送受信部21を備えている。
撮像素子3は、撮影レンズ(4,5,6)により形成された被写体像を撮像する素子であり、被写体光を露光して電気的な画像信号に変換し、信号処理回路15へ出力する。撮像素子3は、例えばCCD、CMOSなどの素子により構成されている。
カメラ記憶部14は、例えばEEPROMであり、角速度センサ12のゲイン値などの調整値情報、レンズ鏡筒固有の情報等を記憶し、CPU2A又はCPU2Bに出力する。
信号処理回路15は、撮像素子3からの出力を受けて、ノイズ処理やA/D変換等の処理を行う回路である。
レリーズスイッチ17は、カメラシステム1の撮影操作を行う部材であって、シャッタ駆動のタイミング等を操作するスイッチである。
レンズ鏡筒1Bは、ズームレンズ群4、フォーカスレンズ群5、ブレ補正レンズ群(光学素子)6、ズームレンズ群駆動機構7、フォーカスレンズ群駆動機構8、ブレ補正レンズ群駆動機構(光学素子駆動部)9、絞り10、絞り駆動機構11、角速度センサ12、レンズCPU(制御部)2B及びレンズ側送受信部22を備える。
フォーカスレンズ群5は、フォーカスレンズ群駆動機構8により駆動され、光軸方向に移動して、焦点を合わせるレンズ群である。
ブレ補正レンズ群6(光学素子)は、VCM等のブレ補正レンズ群駆動機構9により光学的にブレ補正駆動され、光軸に垂直な面上で可動なレンズ群である。
角速度センサ12は、レンズ鏡筒1Bに生じる振れの角速度を検出するセンサである。
レンズ側送受信部22は、上述したように、カメラ1Aにレンズ鏡筒1Bが装着されると、カメラ側送受信部21と接触し、カメラ1Aとレンズ鏡筒1Bとの送受信が可能なる。
図2は、本実施形態のブレ補正装置100を説明するブロック図である。
ブレ補正装置100は、カメラCPU2A、レンズCPU2B、角速度センサ12、ブレ補正レンズ群駆動機構(レンズ駆動部)9、レンズ位置検出部23、ブレ補正レンズ群6、カメラ側送受信部21及びレンズ側送受信部22を備える。
レンズCPU2Bは、増幅部31と、第1A/D変換部32、第2A/D変換部33、基準値演算部34、基準値補正量演算部35、積分部を内部に含む目標位置演算部36、センタバイアス演算部37、センタバイアス除去部38、駆動量演算部39、基準値判定部44、レンズ記憶部45を備える。
角速度センサ12は、レンズ鏡筒1BのX軸回り(Pitch)、Y軸回り(Yaw)、Z軸回り(Roll)の角速度を検出する振動ジャイロ等のセンサである。
第1A/D変換部32は、増幅部31の出力をA/D変換する。
基準値演算部34は、角速度センサ12から得られた振動検出信号(第1A/D変換部32の出力)の基準値を演算する。角速度の基準値とは、例えば、カメラシステム1(カメラ1A、レンズ鏡筒1B)が静止しているときに角速度センサ12から出力される振動検出信号である。基準値演算部34は、例えば、角速度センサ12の出力から所定の高周波成分を低減するローパスフィルタの出力に基づいて基準値を求めることができる。
そして、基準値演算部34において演算された基準値を、第1A/D変換部32の出力から減算部43において減算する。
目標位置演算部36は、減算部43において基準値が減算された後の角速度センサ12の出力を基に、ブレ補正レンズ群6の目標位置を演算する。
そして、ブレ補正レンズ群6の目標位置から、算出したバイアス量を減算することによりブレ補正レンズ群6の制御位置を算出する。
このようにセンタリングバイアス処理を行うことで、ブレ補正レンズ群6がハードリミットに衝突することを有効に防止することができ、さらには、撮影画像の見栄えを向上させることができる。
信号処理部40は、撮像素子3により生成された画像信号について、所定の処理を行なう。
具体的には、動きベクトル演算部41は、撮像素子3により撮像された連続する2つのフレーム画像データに含まれる輝度情報を比較することで、像の動き方向及び動き量を検出し、第1動きベクトルを演算する。なお、第1動きベクトルは、例えば、ある第1時刻に撮像されたフレーム画像データと、第1時刻よりも後の第2時刻に撮像されたフレーム画像データとを比較することで演算することができ、撮像された連続する2つのフレーム画像データに含まれる輝度情報を比較することで演算するものには限定されない。
基準値のリミット範囲は、例えば、角速度センサ12の製造メーカが設定するものであり、基準値のリミット範囲は、EEPROM等であるレンズ記憶部45に記憶されている。基準値のリミット範囲は、例えば、角速度センサごとに保証されている最大振れ幅(振れ幅の範囲の最大値及び最大値、又は絶対値)である。例えば、角速度センサ12は、角速度センサの基準値が基準値リミット範囲を超えることがないように設計されている。リミット範囲は、例えば出荷時において±1dpsである。
また減算部(基準値補正部)42は、基準値演算部34の出力が、基準値のリミット範囲の範囲外の場合、基準値演算部34の出力から、基準値補正量演算部35により求めた基準値補正量の減算を行わない。
次に、カメラ側送受信部21とレンズ側送受信部22との間で送受信される情報について説明する。
カメラ側送受信部21よりレンズ側送受信部22に送られる情報は、例えば、動きベクトル情報やカメラ情報である。
また、カメラ1Aが動画撮影中の場合、カメラ側送受信部21が動きベクトル情報を送信しても、レンズ側送受信部22がカメラ側送受信部21から動きベクトル情報を受信しないものであってもよい。また、背面液晶18での画像や文字の表示中、カメラ側送受信部21が動きベクトル情報を送信しても、レンズ側送受信部22がカメラ側送受信部21からの動きベクトル情報を受信しないものであってもよい。
例えば、カメラ側送受信部21は、カメラ1Aが動画撮影中の場合や、背面液晶18での画像や文字の表示中の場合等に、カメラ情報(動画撮影中であることを示す情報や、表示部にメニューを表示中であることを示す情報)をレンズ側送受信部22に送信することができる。レンズ側送受信部22がカメラ情報に基づいてカメラ1Aの状態を判断し、動きベクトル情報を受信しないものであってもよい。
この演算方法は、レンズCPU2Bで決定され、レンズ側送受信部22、カメラ側送受信部21を介してカメラCPU2Aの動きベクトル演算部41に指示される。
第1の例では、フレーム間隔を長くするために、例えばn−3番目のフレームの画像と、その2つ先のn−1番目のフレームの画像とから動きベクトルを演算する。そして、n−2番目のフレームの画像と、その2つ先のn番目のフレームの画像とから、次の動きベクトルを演算する。
第2の例では、フレーム間隔をさらに長くするために、例えばn−6番目のフレームの画像と、その4つ先のn−2番目のフレームの画像とから動きベクトルを演算する。
そして、n−5番目のフレームの画像と、その4つ先のn−1番目のフレームの画像とから、次の動きベクトルを演算する。さらに、n−4番目のフレームの画像と、その4つ先のn番目のフレームの画像とから、さらに次の動きベクトルを演算する。
第3の例では、例えばn−4番目のフレームの画像と、その2つ先のn−2番目のフレームの画像とから動きベクトルを演算する。そして、n−3番目のフレームの画像、次はn−2番目のフレームの画像と、その2つ先のn番目のフレームの画像とから、次の動きベクトルを演算する。
このように本実施形態では、ワイド側の場合、動きベクトル演算時のフレーム間隔を長くすることで、動きベクトル検出精度を向上させることができる。
次に、本実施形態のブレ補正装置100の動作の流れについて説明する。
図5は、本実施形態のブレ補正装置100の動作の流れを示したフローチャートである。
基準値演算部34は、角速度センサ12の出力のA/D変換後の信号を基に、演算上の角速度の基準値(ゼロdeg/s相当の値)を算出する。角速度の基準値は、温度特性や、起動直後のドリフト特性等により変化するため、例えば、工場出荷時における角速度センサ12の静止時出力を基準値に用いることはできない。
また、露光中は第1動きベクトルMV1の情報が得られないため、このステップは、露光直前までの実施となる。
基準値減算後の角速度センサ12の出力を積算し、焦点距離、被写体距離、撮影倍率、ブレ補正レンズ特性情報を基に、ブレ補正レンズ群6の目標位置を演算する(S006)。
ブレ補正レンズ群6が可動端へ到達することを防ぐため、センタバイアス処理を行う(S007)。
ブレ補正レンズ群6を目標位置まで駆動させ(S009)、S002へ戻る。
上述のように、第1動きベクトルMV1の情報が更新された場合(S004)、S005へ進む。更新されていない場合は、S006へ進む。
光学ブレ補正の制御周期は、MV1の更新周期に対して十分早い為、MV1が更新されるまでは、通常の防振と同様の演算処理を行う。ここでは、光学ブレ補正の制御周期1[ms]、第1動きベクトルMV1の更新周期:33[ms](=30[fps])とする。第1動きベクトルMV1の演算方法については、公知技術を用いる。
S007にて演算したセンタバイアス成分を、第1動きベクトルMV1と同一スケールに換算する(S012)。
換算方法は、焦点距離、被写体距離、撮影倍率、第1動きベクトルMV1の分解能情報を基に演算する。
Bias_MV=Bias_θ*f1+β/MV_pitch
Bias_MV:センタバイアス成分(動きベクトル同一スケール)
Bias_θ:センタバイアス成分(角度)
f:焦点距離
β:撮影倍率
MV_pitch:MV1ピッチサイズ
最新の第2動きベクトルMV2(n)と1フレーム前の第2動きベクトルMV2(n−1)の差分:MV_diffを取得(S014)。
MV_diffを基に、基準値を補正する量を設定する。基準値は、以下の考えにより、補正量を設定する(S015)。
MV_diff>0:ω0_comp=−ω0_comp_def
MV_diff<0:ω0_comp=+ω0_comp_def
MV_diff=0:ω0_comp=0
ω0_comp :基準値補正量
ω0_comp_def:基準値補正常数
この関係を満たしていれば、算出された動きベクトル情報が正しいと判定し、S017へ進む。
図8は、基準値誤差と、検出される動きベクトル量(バイアス成分除去後)とを表す。動きベクトルは、検出遅れ時間を有する為、遅れて検出されている。ここでは、検出遅れ時間:T1=1フレームとしている。
図9に示すように、基準値誤差成分を動きベクトルにより正確に検出できた場合、基準値誤差を低減することが可能となり、防振性能の向上につながる。
また、図11は、被写体ブレ成分の動きベクトル情報を用いて基準値補正を行った場合の、基準値演算結果である。図11に示すように、被写体ブレ成分等、誤った動きベクトル情報が送られた場合、基準値誤差をかえって増大させてしまうことになる。
本実施形態においては、図7のステップS016において、動きベクトルにより補正した基準値情報と、角速度センサの基準値リミット範囲とを比較し、補正後の基準値が基準値リミット範囲を超える場合には、得られた動きベクトル情報に誤りがあると判定し、基準値の補正を行わないこととする。
この関係を満たしていれば、算出された動きベクトル情報が正しいと判定し、S017へ進む。この関係を満たしていない場合には、動きベクトル誤検出(被写体ブレ成分等)と判定し、基準値補正処理を行わず、S006へ進む。
本実施形態によると、動きベクトル情報を用いて基準値を補正する際に、角速度センサの基準値リミット範囲を記憶しておき、補正後の基準値が基準値電圧調整範囲内に収まっているか否かの判定部を設ける。
これにより図12に示すように、動きベクトル情報が正しい場合(手ブレ成分検出時)には、基準値誤差を低減させ、動きベクトル誤検出(被写体ブレ成分検出)時においても、基準値誤差の増大を抑制することが可能なブレ補正システムを実現することができる。
基準値がリミット範囲外の場合は、動きベクトル誤検出(被写体ブレ成分検出)時と考えられる。この場合、基準値を補正しないので基準値誤差の増大を抑制することが可能なブレ補正システムを実現することができる。
一方、基準値がリミット範囲内の場合は、動きベクトル情報が正しい場合(手ブレ成分検出時)と考えられる。この場合、基準値を補正するので、基準値誤差を低減させることができる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図13は、第1実施形態のブレ補正装置200のブロック図である。第2実施形態のブレ補正装置200が第1実施形態のブレ補正装置100と異なる点は、基準値判定部44の判定結果に応じて、カメラCPU2A内の信号処理部40で行う電子ブレ補正処理方法が変更される点である。第2実施形態において、第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
そして、レンズ側送受信部22からカメラ側送受信部21を介して信号処理部40にその判定結果が送られる。
信号処理部40は、電子ブレ補正処理部の機能を有しており、その判定結果に応じて、電子ブレ補正を行うかどうか決定する。
電子ブレ補正は、動きベクトル演算部41において演算された動きベクトル量に応じて、撮像素子3に取り込まれた画像の切り取り位置を変えて表示部18に表示する電子式の切り出し防振処理である。
また、補正後の基準値が、基準値リミット範囲を超える場合には、検出した動きベクトルが被写体ブレ成分等、誤検出したと判断し、この場合には電子ブレ補正を実施しない。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態において、第1実施形態又は第2実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
例えば、カメラ1Aの通信バージョンが5であり、レンズ鏡筒1Bの通信バージョンが8である場合、カメラ1Aとレンズ鏡筒1Bとの通信には通信バージョン5が使用される。同様に、カメラ1Aの通信バージョンが7であり、レンズ鏡筒1Bの通信バージョンが2である場合、カメラ1Aとレンズ鏡筒1Bとの通信には通信バージョン2が使用される。
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
(1)上述の実施形態では、レンズ鏡筒がカメラに対して着脱可能な形態について説明したが、これに限定されない。例えば、レンズ鏡筒とカメラとが一体となったいわゆるコンパクトカメラでもよい。また、カメラ内にミラーがある形態について説明したが、これに限定されず、ミラーレス構造のカメラであってもよい。さらに、カメラに限らず、携帯電話、他の携帯情報端末等であってもよい。
なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。
Claims (9)
- 被写体の像を形成する光学系及び前記被写体の像を撮像する機器の少なくともいずれか一方の振れを検出するセンサと、
前記センサの出力信号の基準値を演算する基準値演算部と、
前記被写体の像を撮像した画像の動きベクトルを取得する動きベクトル取得部と、
前記センサに関する情報を記憶する記憶部と、
前記動きベクトルを用いて前記基準値演算部が演算した前記基準値を補正する基準値補正部と、
前記基準値補正部により補正された前記基準値が、前記センサに関する情報に基づく範囲を超えるか否かを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果により、前記基準値演算部が演算した前記基準値及び前記基準値補正部により補正された前記基準値のいずれか一方と、前記センサの前記出力信号とを用いて像ブレを補正する制御をする制御部と、
を有するブレ補正装置。 - 請求項1に記載のブレ補正装置において、
前記記憶部に記憶される前記センサに関する情報は、前記センサごとに定められた前記基準値の取りうる範囲の情報である、ブレ補正装置。 - 請求項1又は請求項2に記載のブレ補正装置において、
前記制御部は、前記基準値補正部により補正された前記基準値が前記範囲を超えないと判定されると、前記基準値補正部により補正された前記基準値を用いて像ブレを補正する制御をする、ブレ補正装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のブレ補正装置において、
前記制御部は、前記基準値補正部により補正された前記基準値が前記範囲を超えると判定されると、前記基準値演算部が演算した前記基準値を前記基準値補正部により補正することなく用いて像ブレを補正する制御をする、ブレ補正装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のブレ補正装置において、
前記光学系の少なくとも一部であり、前記光学系の光軸に交わる方向に駆動可能なブレ補正レンズと、
前記ブレ補正レンズを駆動する駆動部と、を有し、
前記制御部は、前記判定部の判定結果により、
前記基準値演算部が演算した前記基準値及び前記基準値補正部により補正された前記基準値のいずれか一方と、前記センサの前記出力信号とを用いて前記ブレ補正レンズの目標位置を演算し、前記目標位置を用いて前記駆動部の駆動制御をする、ブレ補正装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のブレ補正装置において、
前記被写体の像を撮像し、前記光学系の光軸と交わる方向に駆動可能な撮像素子と、
前記撮像素子を駆動する撮像素子駆動部と、を有し、
前記制御部は、前記判定部の判定結果に応じて、前記基準値演算部が演算した前記基準値及び前記基準値補正部により補正された前記基準値のいずれか一方と、前記センサの前記出力信号とを用いて前記撮像素子の目標位置を演算し、前記目標位置を用いて前記撮像素子駆動部の駆動制御をする、ブレ補正装置。 - 被写体の像を形成する光学系及び前記被写体の像を撮像する機器の少なくともいずれか一方の振れを検出するセンサと、
前記センサの出力信号の基準値を演算する基準値演算部と、
前記被写体の像を撮像した画像の動きベクトルを取得する動きベクトル取得部と、
前記センサに関する情報を記憶する記憶部と、
前記動きベクトルを用いて前記基準値演算部が演算した前記基準値を補正する基準値補正部と、
前記基準値補正部により補正された前記基準値が、前記センサに関する情報に基づく範囲を超えるか否かを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果により、前記被写体の像に基づく画像から、像ブレを補正する制御部と、
を有するブレ補正装置。 - 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載のブレ補正装置を有するカメラ。
- 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載のブレ補正装置を有する電子機器。
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