JPH02170681A - カメラの画振れ補正装置 - 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、−眼レフカメラや電子カメラ
等の、特に、搬像時の手撮れや自動車や船舶の振動等に
よる１伽れを防止する−撮れ補正装置に関する。

〔従来の技術〕

最近、携帯用のＶＴＲ一体＆カメラが普及し、歩行中や
運行している乗物上などでの撮影では、カメラ本体に振
動が伝達して１像の掘れ、すなわち画振れが生じる。ま
た、三脚等を使用しないで手持ちで撮影する場合におい
ても、ズーム比が６〜８倍以上のズームレンズを備えた
カメラの場合には、望遠撮影時、手撮れによる画振れが
目立ち、役に立つ画像は得られない。

このような画振れを防止する手段としては、従来、ジャ
イロを利用してカメラが常に重力方向に固定されるよう
にする方式や、カメラが取シ付けられた電動雲台を加速
度センチや角速度センサによって検出された加速度、角
速度に応じて駆動する方式が提案されている。しかし、
この方式は、カメラ筐体全体をモータにより駆動してい
る之め、防邊装置を含めたカメラ全体が重くなシ、かつ
その形状が大きくなるという欠点がｌ）、ＶＴＲ−体型
ビデオカメラ等の携帯用のカメラに適用することは難し
かった。

かかる問題点を解消する装置として、例えば、特開昭６
１−２４０７７９号公報に記載のように、カメラのピッ
チング及びヨーイング方向の角速度を検出し、これら検
出結果を各々の方向の７クチエエータにフィードバック
することによ）、カメラの撮動を防止するようにした装
置や、「テレビジラン学会技術報告」１１巻、Ａ３、昭
和６２年５月、ｐｐ。

４５−４８に記載されているように、業務用としてのテ
レビジ目ン信号送信装置であるが、映像信号により１邊
れ量、すなわち動きベクトル（画像全体の平行移動ｔ）
を検出して１畿れを補正するようにした装置も提案され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記特開昭６１−２４０７７９号公報に記載
の方式は、レンズ系全体をジンバル機構で２軸方向に懸
架し、レンズ系に取シ付けた角速度センナによりカメラ
の２方向の儀れを検出し、これら検出結果によってアク
チュエータをｌ動じてレンズ系の動きが０となるように
サーボをかける方式であ夛、このため、レンズ系周シの
形状が大きくかつ重量が増加する。また、このレンズ系
は、常に重心位置近傍で支持される構造であるため、ズ
ームレンズを移動させるときに重心位置が変化しないよ
うに錘を動かす事により補正している。従って、重心位
置のａＭｉ整がかなシ困難であり、構造が複雑となる。

また、上記の「テレビジ目ン学会技術報告」に記載され
る画像信号により動きベクトルを検出して［１１ｉｉ撮
れを補正する装置においては、ｍ嶽れの補正は＠　ｉｌ
！！位置の平行移動により行なわれるが、そのままの画
像幅であると移動によって画像の端が欠けるため、入力
画像を拡大し、その中の一部分の画枠で切シ出して出力
１１！ＩＩＩ象としてこの出力ｍ＋ｉを用いて１ＩＩＬ
ｌ振れ補正を行なっている。従って、入力＠像の範囲内
でしかｌＩ！１ｌｔｉれ補正できず、画振れ補正範囲が
狭いという問題があるし、また、入力１１１ｉ１１象を
かなシ拡大すると、解像度が劣化する問題がめっ九。

本発明の目的は、かかる問題点ｆ、解消し、補正する光
学系を小形、軽量化して、なおかつ補正するｍ像範囲も
大きく取れるようにしたカメラの１振れ補正装置を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する几めに、本発明は、撮像素子から出
力される映像信号の連続するフレーム間について画面金
体の揺れを示す動きベクトルを検出手段と、該動きベク
トルの量に応じて該撮像素子を該撮像レンズの光軸に垂
直な面に沿って変位させる移動手段とを設ける。

〔作用〕

画面上での画１象の揺れは、■撮像時の手去れ等による
カメラ振れによるもの、■被写体例えは自動車や人など
が移動したことによるもので生じる。

■の場合の画ＩＩ！揺れでは、画面全体が同一方向に揺
れることになシ、■の場合の画像揺れでは、画面内一部
、すなわち移動する被写体に対する画像が■の動きとは
独立して動くことになる。したがって、映１ｍ’ＩＮ号
により画振れを検出する場合には、上記■、■の動きを
区別して■の場合の画像の揺れを検出する必要がある。

本発明における上記検出手段は、撮像素子の出力映像信
号の連続する２フレーム間の画像を用い一面全体の揺れ
、すなわち■の場合の画像振れを表わす動きベクトルを
検出する。この検出方法としては、画面を複数個のブロ
ックに分割し、各ブロックのマツチング誤差即ちフレー
ム間差分値の大小をその判定基準とする方法がある。す
なわち、フレーム間差が小さい場合にはフレーム間差は
ないとして処理し、フレーム間差が大きい場合には動き
ベクトルを検出するものである。

このようにして各ブロックの動きベクトル全検出して、
上記■、■による画１象揺れを区別する。

その区別方法の一つとして、各ブロックの動きベクトル
の頻度の最も高いものを１［！１画面全面全揺れとして
採用する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例全図面ｆｔ用いて説明する。

第１図は本発明によるカメラの１邊れ補正装置の一実施
例を示す構成図であって、１はビデオカメラのズームレ
ンズ系、２は撮像素子、３はカメラ回路、４ＶｉＡ／Ｄ
変換回路、５はＹ／Ｃ分離回路、６は動きベクトル検出
回路、７は補正制御回路、８は駆動回路、９，１０はス
ライダ、１１は案内ピン、１２．１３はモータ、１４は
保持板、１５は結合部材、１６はマウントである。

同図において、Ｄ＆像素子２はズームレンズ系１全通し
て図示しない被写体ｆ、撮像し、撮１オ素子２の出力１
ｇ号はカメラ回路６で増幅、処理される。

カメラ回路３の出力映１！Ｊ！信号はＡ／Ｄ変換回路４
でディジタル４ｍ号に変換され、Ｙ／Ｃ分離回路５に供
給されてＹ（輝度）信号が分離される。この分離され７
ｔＹ　４ｇ号は動きベクトル検出回路６に供給され、こ
のＹ信号によｐｌ［ＩＩＩ像の動きベクトルが、すなわ
ち画像の口熾れ童と方向が検出される。この検出され九
動きベクトル電に応じて補正制御回路７がｍ動回路８を
介してモータ１２．１５を制御駆動し、動きベクトル童
が０となるように、光学系ま九は熾ＩＸ！素子２にブー
ボをかける。

この実例では、撮１象素子２が２次元的に移動できる構
造をなしている。すなわち、撮像素子２が紙面に垂直方
向に移動可能なスライダ９上に保持され、スライダ９は
スライダ１０上に保持されるとともにこのスライダ１０
に塔載されたモータ１５によって駆動される。このスラ
イダ９はスライダ１０に取ｐ付けた案内ピン１１によっ
て紙面に垂直方向に移動する。スライダ１０はモータ１
２によって矢印方向に移動させる。保持板１４にはモー
タ１２が保持され、かつスライダ１０の移動を案内する
案内ビ／（図示せず）が取り付けられている。この保持
板１４１Ｎ域レンズのマウント１６とが結合部材１５で
結合されている。

次に、動きベクトル検出回路６における動きベクトルの
検出方法について説明する。

＠１家の中で動＠１象の動きベクトルの検出について、
従来より実用的な方法として、マツチング法とグラデイ
エンド法とがある。マツチング法は、動きベクトル全検
出しようとするブロックの画像を直前のフレーム（ある
いはフィールド）上のある位置に重ね合わせ、電なって
いる部分の相関を計算し、少しづつこの位置を変えなが
ら同じ計算を繰り返して相関が最大になる位置を求め、
ブロックの元の位置から求められ九最大相関を与える位
置までの偏位を動きベクトルとする方法である。

すなわち、第２図に示し九ように、画面を複数個にブロ
ック分割した場合において、？Ｌ番目のフレームにおけ
る横方向Ａ番目、縦方向を番目のブロックＣＡ、ｔ）の
中画面の基準画素（０，０）番目のフレームにおけるフ
゛ロック（Ａ、ｔ）での（７Ｌ＋１　）　　　・ 任意の画素（ル、７−）の輝度をＳＣＡ、ｔ）（ル１，
４）とすると、これら画素の相関値ｐ（Ａ、ＪＬ）（Ｌ
ｊ）は次のように表わされる。

Ｐ（Ａ、杓（ｂ　、　／　）＝ｌ　Ｓ　（Ｃ２＋　Ｘ　
Ｅ　（ル、　１）−８’＜”４’、　２）（０，０）ｌ
・・　・・・（１） そして谷ブロックより氷め７’Ｃ／Ｊ　（Ａ　、　Ｊ　
）　（Ｌ　。

））から得られる画面金体の相関値Ｐ（Ａ、ｆ）は全ブ
ロックにわたって各偏位ごとに累積加算したもの、すな
わち、 ｐ（ル、／）＝　　ΣΣ　Ｐ（４，上）（ｉ、；）　　
　　　　　　・・・・・・（２）となる。　ｔ’ｃＬ、
ｉ）はＯに近づく程良く重なり、動きベクトルの検出は
ｐ（Ｌ−７）の最小１直を与える偏位（Ｌ、ｉ）を求め
ることになる。

これに対し、第１図における動きベクトル検出回路６に
よる検出方法の一具体例としては、各ブロック毎に動き
ベクトル求め、これによって−像自体が動いたのか、あ
るいは手畿れなとによって１１１１Ｉ像が動い友のか（
すなわち、圓掘れ）を判定できるようにしている。

すなわち、第２図に示すように、画面ｆ　ｍ　Ｘ　ｔＬ
のブロック分けし、この分割され之ブロック毎に動きベ
クトルを検出して全体の動きベクトルを検出スルブロッ
クマツチング法を用いる。

いま、第３図において、カメラ全体の畿れがなくて物体
Ａのみが１フレーム期間に水平方向に■の速さで移動し
、現フレームでにとなったとする。

この第３図に示す状態で第２図の各ブロックの動きベク
トルを検出すると、第４図のように、物体Ａが移動した
ブロックについて矢印方向の動きベクトルが検出され、
他のブロックでは盛で示すように、動きベクトルは０と
なる。これにより、第３図は画面の全体的な揺れがない
場合を示している。

第５図は一齢体の徹れとともに物体Ａが１フレーム期間
に水平方向にＶの速度で移動し次場合を示し、現フレー
ムでは、水平方向にＶの速度で垂直方向にｒの速度で移
動してＡ′となっている。

すなわち、移動している物体Ａｔ−撮影しているときに
手掘れ等が生じた場合である。このときの画面の各ブロ
ックの動きベクトルは第６図に示すようになる。画面全
体の揺れすなわち撮影時の手掘れなどによる画振れ（第
６図には縦方向の揺れのみ図示）と物体の移動による動
きベクトルが混在している。

し次がって、＠振れと物体の移動を区別する１つの方法
として、各ブロックの動きベクトルのうちでＳＫが最も
大きいものを動きベクトルとして採用する。すなわち、
この方法は、各ブロックの動きベクトルの方向と大きさ
の度数分布を求めることによ、り、＋ｍ振れと物体の移
動とを区別するものである。

口撮れと物体の移動を区別する他の方法としては、各ブ
ロックの動きベクトルにおいて、各ブロックの動きの周
波数を求め、その周波数によって識別する方法である。

すなわち、手持ち撮影時の手掘れの周波数は、実測する
と、ヨーイング方向・ピッチング方向ともにほぼ０．５
〜２０Ｈｚの周波数成分をもっている。

これに対し、人などの被写体の動きはほぼＤＣ〜０．５
Ｈｚの周波数成分であり、このことから、カットオフ周
波数を約ＩＨｚとするフィルタでもって手振れなどによ
る画振れと物体の動きとを識別するものである。

以上はマツチング法によるものであり九が、グラデイエ
ンド法は、フレーム間（ま之はフィールド間）の差分と
フィールド内の−１１１の勾配（グラデイエンド）から
動きベクトルを求める方法である。

第７図は８＠１図における動きベクトル検出回路６の一
具体例を示すブロック図であり、２１はフレームメモリ
、２２は相関器、２５は累積加３！指、２４はブロック
アドレス発生器、２５は判定回路であってこれらが動き
ベクトル検出回路６を構成し、また、第１図に対応する
部分には同一符号をつけている。

同図において、Ｙ／Ｃ分離回路５で分離され九Ｙイｇ号
は、一方ではフレームメモリ２１に前フレームの画像情
報として書込まれ、他方では相関器２２に現フレームの
ｌ［１１１像情報として供給される。フレームメモリ２
１はブロックアドレス発生器２４によｐコントロールさ
れ、分割画面のアドレスデータが与えられると、記憶さ
れた前フレームの画像情報の中で各ブロックのＩａ像情
報が順次読み出されて相関ｔ！！２２へ送られる。相関
＃２２では、時間的に連続スる２つのフレームの＠１家
慣報間の相関が、１ｍ面ｔ−複数個に分割した谷ブロッ
クすべてについて取られる。このために、例えば、２フ
レームの画壇ｆ１ｆ＠間の２乗誤差演算や差分絶対値演
算あるいは相互相関演算等の相関演算が行なわれる。

相関器２２から出力される相関１直は累積加算器２６に
供給され、ブロックアドレス発生命２４からのアドレス
データに従って対応する相関値が累積加算される。そし
て各ブロック画面毎の相関演算と相関値の累積加算が終
わると、累積加算器２５から累積相関イ直が出力され、
この累積相関値に基づいてブロック画面毎に最も相関性
の高い累積相関値の判定が判定回路２５で行なわれる。

判定回路２５は相関性が最も高い相関値の相関性が無効
と判定された場合の累積相関イ直は使用せず、それ以外
の累積相関値及びそれに対応し几偏位から動きベクトル
を算出する。

次に、グラデイエンド法による動きベクトルの検出方法
の他の具体例について説明する。

第８図において、χ＝００ときにｌａＪ像ｔ　（ｓ。

ｙ）がχ＝τに榎＝（α・Ｏ）だけ移動して＝像ｙ（３
ニーα、７−ｂ）になったとする。α、ｂが小さいもの
としてｙＣｘ−ａ−ｙ−ｂ）をテーラ展開し、その第１
次の項をとると、 となる。フレーム間の差信号を、 ｄＣｘ、ｙ）＝ｉＣｘ−ａ、　ン−ｂ）−ｉｃｘ、　ｙ
）とすると、武（３）から、 θ　　　　　　ａ ａ万ｇＣｘ−ｙ）＋ｂ５ｐ＜ｘ、ｙ）＝−ｃｔ　（ｘ、
　ｙ）　　　・−・−＋ａとなる。これは、１ 、ゐをｘ、ｙ方向の基本単位 ベクトルとすると、式（４）は次のように表わされる。

’ａ　　　−ａ （７１−α十”　ｂ　）　’　　（１１−芥＋Ｊ　、％
−）　ｉＣｘ、ｙ）＝−４（”、ｙ）・・・・・・（６
） ここで参はスカラー横である。すなわち、（５）式はｄ
ｉ　、　、、ａｒｔ　ｐ（、Ｚ’、　ｙ　）＝−ｃｌ　
（ｘ、　ｙ　）　　　　　　−−−−’−（６１と書き
表わされる、この（６）式は、スカラー檀の性質より、
幽１家のめる位置における勾配とフレーム間差が分かれ
ば、移動量の勾配方向成分が求められることを示してい
る。

以上述べたような方法で＝振れの動きベクトルを検出し
、この動き量を光学系の一部や撮像素子を移動する機構
にフィードバックすることにより画偏れを補正する。

第９図はｇＩ図における撮像素子２の移動機構を詳細に
示した斜視図であって、２６．２７はギヤ、２８は案内
ピンであり、第１図に対応する部分には同一符号をつけ
ている。

同図において、第１図で先に説明したように、結合部材
１５によって熾１象レンズ１のマウント１６（第１図）
に結合された保持板１４上に、この保持板１４上に植設
され九案内ピン２８によって垂直方向（矢印Ｂ方向）に
移動可能にスライダ１０が取りつけられ、このスライダ
１０上に、このスライダ１０上に植設された案内ビン１
１によって水平方向（矢印Ａ方向）Ｋ移動可能にスライ
ダ９が取９つけられている。このスライダ９上に撮像素
子２が固定されている。

ここで、撮ＩＪｌＩ素子２の撮像面は撮像レンズ１（第
１図〕に垂直であり、矢印人で示す水平走査方向はこの
撮渾面での水平方向、矢印Ｂで示す垂直方向は同じく垂
直走査方向である。

保持板１４にはモータｊ２７ｊ１取シつけられ、このモ
ータ１２の回転軸に取りつけられたギヤ２６がスライダ
１０の一方の側辺に設けられ九シックに噛合している。

ま几、スライダ１０にはモータ１３が取りつけられ、こ
のモータ１３の回転軸に取９つけられたギヤ２７がスラ
イダ９の下辺に設けられ次ラックに噛合している。そこ
で、モータ１２を駆動することにより、スライダ１０が
垂直方向に移動して撮像素子２が垂直方向に変位し、ま
之、モータ１３を駆動することにより、スライダ９が水
平方向に移動して撮像素子２が水平方向に変位する。

なお、スライダ９が垂直方向に、スライダ１０が水平方
向に移動するように構成してもよい。また撮像素子２の
代夛に、光学系の一部を変位するようにし、固定された
撮像素子２での画像が撮れないようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、角度センナやジ
ンバル機構などを不要とし、光学系の一部もしくは撮像
素子を移動させてｌｔｈ撮れを補正するもので６４）、
Ｌかも画振れ補正範囲を広くできるものであって、小型
、軽量で低コストの画振れ補正装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるカメラの画去れ補正装置の一実施
例を示す構成図、第２図は画面のブロック分割図、第３
図は画面での物体画家の移動を示す模式図、第４図は第
６図に示した状態での各画面ブロックの動きベクトルを
示す図、第５図は画面での物体画像の駆動および１ｌ１
１１熾れによる変位を示す図、第６図は第５図に示した
状態での各ｌｌｌＩ面ブロックの動きベクトルを示す図
、第７図は第１図における動きベクトルに検出回路の一
具体例を示すブロック図、第８図は動きベクトルの検出
方法の他の具体例金示す図、第９因は第１囚における熾
諌素子の移動手段の一具体例を示す斜視図である。 １・・・ズームレンズ系、２・・・撮像素子、３・・・
カメラ回路２４・・・Ａ／Ｄ変僕回路、５・・・Ｙ／Ｃ
Ｇ離回路、６・・・動きベクトル検出回路、７・・・補
正制御回路、８・・・駆動回路、９．１０　・・・スラ
イダ、１２．１３・・・モータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被写体を撮像レンズを通して撮像素子で撮像し、映
   像信号を得るようにしたカメラにおいて、該映像信号の
   連続する２フレーム間について画面全体の揺れを示す動
   きベクトルを検出する検出手段と、該動きベクトルの量
   に応じて該撮像素子を該撮像レンズの光軸に垂直な面に
   沿って変位させる移動手段とを設け、該カメラ本体の振
   動による画振れを補正可能に構成したことを特徴とする
   カメラの画振れ補正装置。 ２、請求項１において、前記検出手段は、各フレームの
   画面を複数個にブロック分割し、時間的に連続する前記
   ２フレーム間の相関値を各ブロック毎に算出して該相関
   値とそれに対応する偏位により動きベクトルを算出する
   ことを特徴とするカメラの画振れ補正装置。 ３、請求項２において、前記算出された動きベクトルの
   頻度が最も高い動きベクトル判定し、画面全体の揺れを
   検出することを特徴とするカメラの画振れ補正装置。 ４、請求項２において、前記算出された動きベクトルの
   周波数を判定し、０．５Ｈｚ以上２０Ｈｚ未満の周波数
   成分の信号を画振れ信号とすることを特徴とするカメラ
   の画振れ補正装置。