JPH02150180A - ビデオカメラにおける画像安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ビデオカメラに関する。とくに本発明は、ビ
デオカメラにおける画像安定化装置に関する。

〔従来技術〕

ビデオカメラを手持ちで撮影するとき、手振れがあると
撮影画面が揺れて見にくい画面となる。

また、ビデオカメラを自動車や航空機あるいは船に搭載
して撮影を行うと、それら乗り物の振動または揺れによ
って同様に撮影画面が揺れて見にくくなる。

従来、この問題を解決する手段として、特開昭５３−６
４１７５号公報には、ジンバル機構により支持された方
向ジャイロと垂直ジャイロとからなるジャイロ機構にビ
デオカメラを支持して、これらジャイロの方位維持特性
により、撮影レンズの方向を安定させることが教示され
ている。この構造は船舶等における監視装置に使用され
るためのものであるが、このようなジャイロにより安定
化を図る構造を通常の手持ち式のビデオカメラに適用す
ると、装置が大型になり、かつ重量も嵩むという問題が
あり、しかも安定化が必要でない撮影条件でジャイロを
停止すると、このジャイロが逆にカメラを不安定にする
。

特開昭６１−２９４９７４号公報には、この問題を解決
する手段が提案されている。この提案された構造では、
レンズおよび撮像素子を支持するレンズ鏡胴がジンバル
機構により上下方向および左右方向に回動自在に取り付
けられ、レンズ鏡胴の回動角を検出する角度検出手段に
よりレンズ鏡胴の揺れ角を検出して、その検出結果をジ
ンバル機構の制御に使用することにより画面の揺れを防
止するように構成されている。同様な構造は、特開昭６
１−２６４３２６号公報、特開昭６２−１８８７４号公
報、特開昭６２−１８８７６号公報、特開昭６２−２６
１２８３号公報、特開昭６３−２６１６９号公報などに
も開示されている。これらの公報に開示された公知の構
造では、必要に応じてジンバル機構をロックすることが
できるように構成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の特開昭６１−２９４９７４号公報ほかに記載され
た構造では、レンズ鏡胴の揺れはジンバル機構の変位と
して検出され、その検出結果に基づいてジンバル機構の
位置が電磁手段により修正されるように構成されている
が、このような方式では、構成部品が多（、構造が複雑
になり、装置が全体として大型で重くなる。本発明は、
従来のビデオカメラの画面安定化装置におけるこのよう
な課題を解決することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、本発明においては、撮影レン
ズ手段の焦点距離および揺れ角から画像のずれ量を計算
し、その計算されたずれ量に基づいて画像のずれを補正
するように画像信号の読み出し位置を変更する。すなわ
ち、本発明によるビデオカメラの画像安定化装置は、ビ
デオカメラの揺れ角を検出する揺れ角検出手段と、ビデ
オカメラのレンズ系の焦点距離および前記揺れ角検出手
段の検出した揺れ角から揺れに伴う画像検知器上の画像
のずれ量を計算するずれ量演算手段と、前記ずれ量演算
手段の計算結果に基づいて前記画像のずれが補正される
ように前記画像検知器上における画像信号の読み出し位
置を変更する読み出し位置変更手段とから構成される。

また、本発明の他の態様によるビデオカメラの画像安定
化装置は、撮影レンズ系と、前記レンズ系の光軸上に配
置され２次元的な拡がりを持った感度領域を有する画像
検知器と、前記画像検知器の検知信号を画像信号として
読み出す画像信号読み出し手段とからなるビデオカメラ
において、前記画像信号読み出し手段は前記感度領域よ
り狭い所定範囲の読み出し領域で画像信号を読み出すよ
うに構成され、ビデオカメラの揺れ角を検出する揺れ角
検出手段と、ビデオカメラのレンズ系の焦点距離および
前記揺れ角検出手段の検出した揺れ角から揺れに伴う画
像検知器上の画像のずれ量を計算するずれ量演算手段と
、前記ずれ量演算手段の計算結果に基づいて前記画像の
ずれが補正されるように前記画像検知器上における前記
読み出し領域の位置を変更する読み出し位置変更手段と
を備えたことを特徴とする。

ビデオカメラの揺れを撮影者が意識的に行うパン操作お
よびチルト操作から区別して、揺れの防止を効果的に行
うために、本発明のさらに他の態様においては、撮影者
が行うカメラの移動操作をカメラの揺れから識別するた
めのフィルタ手段が設けられ、カメラの移動操作が検出
されたとき読み出し位置変更手段の作動が停止させられ
る。また、ビデオカメラがズームレンズ手段を有するば
あいには、ズーム位置を検出する手段を設けて、検出さ
れたズーム位置からレンズの焦点距離を演算し、揺れに
伴う画像のずれの計算にこの焦点距離を使用する。

〔作用〕

本発明においては、ビデオカメラの揺れ角とレンズ系の
焦点距離とから揺れに伴う画像のずれ量を計算し、その
ずれ量が補正されるように、画像検知器上での画像信号
の読み出し位置を変更するので、読み出される画像信号
は揺れによっても変化せず、画像は揺れのないものとな
る。また、フィルタ手段によりカメラの移動操作が検出
されたときには、読み出し位置変更手段の作動が停止さ
れるので、撮影者によるパン操作およびチルト操作に支
障を来すことはない。この読み出し位置変更手段の作動
の停止は、パン操作とチルト操作についてそれぞれ独立
に行なうことができ、パン操作中は縦方向の揺れの補正
を継続し、チルト操作中は横方向の揺れの補正を継続す
ることが可能である。

〔実施例〕

第１図に、本発明の一実施例によるビデオカメラＩを示
す。このビデオカメラｌは、レンズ系２を有し、該レン
ズ系２の光軸上にはＣＣＤ素子からなる画像検知器３が
配置される。第２図に示すように、レンズ系２に入射す
る被写体からの像光線２１は、該レンズ系２によって収
束光線２２となり画像検知器３上に結像する。画像検知
器３の検知素子には、映像の明るさと色に応じた信号が
蓄えられる。第１図に示すように、画像検知器３の背後
には画像信号処理回路４が配置される。この処理回路４
は、垂直転送信号２４と水平転送信号２５を発生して、
定められた速度で画像検知器３の検知素子の信号を垂直
方向および水平方向に転送し、従来公知のフィールド走
査およびフレーム走査による画像検知器３上の画像信号
の読み出しを行う。画像信号処理回路４により読み出さ
れた信号２６は、モニタ部９に与えられて該モニタ部９
上に撮影中の映像を発生する。また、処理回路４により
読み出された画像信号２６は、ビデオレコーダ部１０に
も与えられる。

本発明によるビデオカメラ１には、さらに縦方向揺れ角
検出器６および横方向揺れ角検出器７が設けられている
。これらの揺れ角検出器６．７としては小型のレートジ
ャイロを使用することができ、またジャイロの重量およ
び慣性が望ましくないばあいには、米国特許第３．５０
０．６９１号および同第３．５９７．６７６号に開示さ
れたガス抵抗線式のレートセンサを使用してもよい。こ
れらの検出器は、ビデオカメラ１の揺れによる角速度を
検出するものであるが、その角速度信号を積分すること
により揺れ角信号を得ることができる。第２図に示すよ
うに、揺れ角検出器６．７の出力は、それぞれ縦方向ス
イッチ回路１１および横方向スイッチ回路１２を介して
補正信号処理回路８に接続されている。さらに、揺れ角
検出器６．７の出力は、それぞれチルト用フィルタ１３
およびパン用フィルタ１４に接続されている。このフィ
ルタ１３．１４の出力２７．２８は、それぞれスイッチ
回路１１．１２を制御するために使用される。

図示実施例では、レンズ系２はズームレンズであり、該
レンズ系２にズーム位置センサ５が設けられる。このズ
ーム位置センサ５の出力は補正信号処理回路８に入力さ
れる。

以下、図示実施例の構成の作動を説明する。第３図は画
像検知器３の全体を示す正面図であり、この画像検知器
３は感度領域３１を有する。レンズ系からの光線は、こ
の感度領域に結像する。画像信号処理回路４による読み
出しは、この感度領域より狭い読み出し領域について行
われる。読み出し領域３２は、ビデオカメラｌに揺れが
ないときに読み出しが行われる領域である。カメラに揺
れを生じると、静止時に領域３２にあった画像は画像検
知器３上で領域３２から揺れ方向にたとえば領域３３ま
でずれる。図示実施例のビデオカメラｌでは、このよう
なずれを生じたとき、ずれに対応する領域３３の画像信
号の読み出しが行われる。すなわち、カメラ１の揺れ角
が検知器６．７により検出され、この検知器６．７から
の角度検出信号はスイッチ回路１１．１２を介して補正
信号処理回路８に入力される。処理回路８は、この角度
検出信号から画像検知器３上における画像のずれ量を計
算する。

第４図は、焦点距離ｆのレンズ系２にΔθの下向きの揺
れを生じたときの画像検知器３上における画像のずれ量
ΔＸを示す。画像のずれ量ΔＸとレンズ系２の焦点距離
ｆ、および揺れ角Δθの関係は、近似的に次式で表され
る。

Δｘ＝ｆ・Δθ　・・・・　（１） なお、ズームレンズのばあいには、焦点距離ｆはズーム
位置２に対して次式で示す関数関係で表される。

ｆ＝Ｆ（ｚ）　　・・・・・・　（２）式（１）　（２
）から次の関係が得られる。

Δｘ　＝　Ｆ　（ｚ）　・八〇　・・・・　（３）第２
図において、補正信号処理回路８にはズーム位置検知器
５の出力が与えられており、処理回路８は式（３）に基
づく演算を行い、画像検知器３上での画像のずれ量ΔＸ
を計算する。同様に、横方向の揺れを生じたときには、
処理回路８は横方向の画像のずれ量Δｙを計算する。

画像のずれ量ΔＸ、Δｙが計算されると、処理回路８は
この信号を処理回路４に出力する。処理回路４は補正信
号処理回路８からの信号に基づき垂直転送信号２４およ
び水平転送信号２５を出力して、ずれ量に応じた領域３
３の画像信号の読み出しを行わせる。画像検知器３は、
縦横に並んだ多数の検知素子からなり、各検知素子には
それぞれ番地が与えられており、前述の垂直転送信号２
４および水平転送信号２５によりこの検知素子の番地の
呼び出しを行う。縦と横の読み出し幅を予め指定してお
き、ずれ量に応じて読み出し開始点を指定することによ
り、所要の領域の画像信号を読み出すことができる。す
なわち、第３図において、読み出し幅は常に縦方向には
ｘ、＠方向にはｙとし、揺れがないときには領域３２の
左上端に読み出し開始点を指定することにより、領域３
２の読み出しが可能になる。また、読み出し開始点を、
この位置から縦方向にΔＸ、横方向にΔｙだけずらせる
ことにより、領域３３の読み出しが行われる。

第３図において、感度領域３１と読み出し領域３２．３
３との面積関係は、予想される揺れに基づくずれ量ΔＸ
、Δｙの最大値により決定すればよい。しかし、実際の
揺れが予想より大きいときには、読み出し領域３３が感
度領域３１からはみ出ることになる。そして、この状態
で補正を継続すると画像の一部に欠けを生じることにな
る。これを避けるために、予想されるずれ量ΔＸ、Δｙ
の最大値に相当する限界読み出し領域３４を定めて、読
み出し領域が感度領域３１からはみ出す条件では常にこ
の限界読み出し領域３４で読み出しを行うようにする。

撮影者がビデオカメラ１を縦方向にチルト操作したり横
方向にパン操作したりすると、その操作はフィルタ回路
１３．１４により揺れと識別される。これを縦方向のチ
ルト操作について説明すると、揺れ角検出器６の出力波
形は、ビデオカメラ１の揺れに対しては第５図に示すよ
うに比較的周波数の高い信号となる。これに対して、ビ
デオカメラｌのチルト操作に対応する出力波形は、第６
図に示すように比較的変化のない信号となる。ここで、
フィルタ回路１３の伝達関数Ｇ、（ｓ）を次式で表され
るように定める。

Ｇｔ　（ｓ）　＝　〔１／　（ＴＳ　＋　１）　）　’
　”（４）ここに、Ｔはフィルタ回路の時定数、ｎはフ
ィルタ回路の次数、Ｓはラプラス演算素子である。この
伝達関数の周波数特性は第７図に示すようになる。ここ
で、第７図に示すように１／２πＴの値をチルト操作の
信号波形の周波数より高く、揺れの信号波形の周波数よ
り低く選ぶことにより、フィルタ回路１３からはチルト
信号２７のみを出力させることが可能になる。このチル
ト信号２７は第２図に示すようにスイッチ回路１１に与
えられて該スイッチ回路１１を遮断し、補正信号処理回
路８への縦方向の揺れに対応する信号の入力を停止させ
る。横方向のパン操作が与えられたときのフィルタ回路
１４およびスイッチ回路１２の作動も全く同様である。

なお、チルト操作のための縦方向スイッチ回路１１とパ
ン操作のための横方向スイッチ回路１２の切断操作はそ
れぞれ独立に行なわれるので、たとえばパン操作の途中
で縦方向の揺れが発生したときには、この縦方向の揺れ
を補正しながら横方向に移動する画像を得ることができ
る。

以上の説明は、レンズ系２がズームレンズのばあいであ
るが、レンズ系２に固定焦点レンズを使用するばあいに
は、ズーム位置センサ５は不要になる。このばあいには
、補正信号処理回路８は、レンズ系２の焦点距離に基づ
いて前述の演算を行う。

〔効果〕

本発明においては、画像検知器上の感度領域内で、画像
信号読み出し領域を、ビデオカメラの揺れに基づく画像
のずれ量に相当する量だけ変更して画像信号の読み出し
を行うようにしたので、揺れに対する補正を電気信号の
処理のみで行うことが可能になり、補正の遅れがなく確
実に画像のぶれを防止できる。また、撮影者によるカメ
ラ操作にさいしても、揺れの補正を迅速に遮断すること
が可能で、操作も便利になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すビデオカメラの概略
側面図、第２図は、第１図に示すビデオカメラの信号処
理システムを示すブロック図、第３図は、画像検知器に
おける感度領域と読み出し領域の関係を示す正面図、第
４図は、揺れ角と画像のずれとの関係を示す概略図、第
５図は、ビデオカメラの揺れに基づく角速度信号の一例
を示す図表、第６図は、ビデオカメラのチルト操作に基
づく角速度信号の一例を示す図表、第７図は、フィルタ
回路の特性を示す図表である。 ｌ・・・・ビデオカメラ、２・・・・レンズ系、３・・
・・画像検知器、４・・・・画像信号処理回路、６．７
・・・・角度検出器、８・・・・補正信号処理回路１１
．１２・−＠争スイッチ回路、 １３．１４・・・・フィルタ回路 第１図 第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ビデオカメラの揺れ角を検出する揺れ角検出手段
   と、ビデオカメラのレンズ系の焦点距離および前記揺れ
   角検出手段の検出した揺れ角から揺れに伴う画像検知器
   上の画像のずれ量を計算するずれ量演算手段と、前記ず
   れ量演算手段の計算結果に基づいて前記画像のずれが補
   正されるように前記画像検知器上における画像信号の読
   み出し位置を変更する読み出し位置変更手段とからなる
   ビデオカメラにおける画像安定化装置。
2. （２）撮影レンズ系と、前記レンズ系の光軸上に配置さ
   れ２次元的な拡がりを持った感度領域を有する画像検知
   器と、前記画像検知器の検知信号を画像信号として読み
   出す画像信号読み出し手段とからなるビデオカメラにお
   いて、前記画像信号読み出し手段は前記感度領域より狭
   い所定範囲の読み出し領域で画像信号を読み出すように
   構成され、ビデオカメラの揺れ角を検出する揺れ角検出
   手段と、ビデオカメラのレンズ系の焦点距離および前記
   揺れ角検出手段の検出した揺れ角から揺れに伴う画像検
   知器上の画像のずれ量を計算するずれ量演算手段と、前
   記ずれ量演算手段の計算結果に基づいて前記画像のずれ
   が補正されるように前記画像検知器上における前記読み
   出し領域の位置を変更する読み出し位置変更手段とが設
   けられたことを特徴とするビデオカメラにおける画像安
   定化装置。
3. （３）請求項１または２に記載したビデオカメラにおけ
   る画像安定化装置において、撮影者が行うカメラの移動
   操作をカメラの揺れから識別するためのフィルタ手段と
   、前記カメラの移動操作が検出されたとき前記読み出し
   位置変更手段の作動を停止する停止手段とが設けられた
   ビデオカメラにおける画像安定化装置。
4. （４）請求項１ないし３のいずれかに記載したビデオカ
   メラにおける画像安定化装置において、ビデオカメラは
   ズームレンズ手段を有し、前記ズームレンズ手段のズー
   ム位置を検出するズーム位置検出手段と、前記ズーム位
   置検出手段の検出量から前記ズームレンズ手段の焦点距
   離を演算する演算手段が設けられたビデオカメラにおけ
   る画像安定化装置。