JPH0411469A

JPH0411469A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH0411469A
Application number: JP2112661A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Sekine; 正慶関根; Jun Tokumitsu; 徳光　純; Toshiaki Kondo; 俊明近藤; Koji Takahashi; 宏爾高橋; Isao Harigaya; 針ケ谷　勲
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-04-29
Filing date: 1990-04-29
Publication date: 1992-01-16
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: JP3253067B2

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、テレビカメラ、電子スチルカメラ、工業用画
像計測機器等に用いる防振機能及び被写体追尾機能を有
する撮像装置に関するものである。

（従来の技術）近年、上記テレビカメラ、電子スチルカメラ、工業用画
像計測機器等を始めとする映像機器の発展は目覚ましく
、多機能化、高性能化がはかられているが、この種の映
像機器を使用する上できわめて大きな問題となるのがカ
メラ振れである。カメラ振れは画像の品位を劣化させる
だけでなく、解像度を大幅に低下させ、さらに自動焦点
調節装置等の制御系を誤動作させる等、多くの問題を生
じるため、そのカメラ振れの補正は撮影を行なう上でき
わめて重要な機能として注目されている。

カメラ振れの補正方法としては、カメラの振動等を角速
度センサ等の外部センサによって物理的に検出する方法
、画像信号中よりカメラ振れに相当する画像の動きを検
出して光学系を補正する方法等、種々のものがあるが、
後者の方法が画像信号から撮影状態を検出することがで
き、特別のセンサ等を必要としないので、今後広く用い
られる方式と考えられる。

このように画像信号からカメラ振れを検出し、その信号
に基づいて光学的に振れを補正する光学撮像装置の例と
しては、たとえば特開昭６１−２６９５７２号ｒ撮像光
学装置Ｊがある。

この装置の構成例の概略図を第２図に示す。

同図において、１０１は可変頂角プリズム、１０２はテ
レビカメラであり、前記「撮像光学装置」におけるカメ
ラ筐体に対して可動自在な画像入力手段となっている。

１０３は動き検出装置、１０６はコントローラ、１０７
はアクチュエータ（例えばモータ、ボイスコイル等）で
ある・この撮像光学装置は装置全体が振動した際、物体の入射
角が変化する。そしてテレビカメラ１０２は物体像を映
像として捕らえるので、画面内での物体値が変化したも
のとなる。

動き検出装置は直前の画面と現在の画面との物体位置の
差を出力するものであり、この信号をコントロールユニ
ット１１０を介して所定の制御情報を演算し、アクチュ
エータ１０７によって、可変頂角プリズム１０１を画像
の動きを振動が無いような安定した画像となる。

またセンサによる振動検出方式によるものでは、「ビデ
オカメラの画像振れ防止技術」（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔ
ｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｐｏｒｔ　ｖｏｌ、３４．Ｎｏ
、６Ｄｅｃ、　１９８８）がある。これは、鏡筒がカメ
ラ本体とジンバル構造により自在に回転し、この鏡筒に
取り付けられた２個の小型ジャイロにより、鏡筒の角速
度を検出し、カメラ本体との相対角度を制御する。その
ため鏡筒は常に一定方向を保ち、振れのない安定した画
像が得られるものである。

（発明の解決しようとする問題点）しかしながら、上述した従来の装置によれば、以下に述
べる制御システム上の問題を生じる。

まず第１の問題点は、カメラ振れの振幅、周波数がその
振れの要因によって異なることである（たとえばカメラ
の操作者の呼吸による振動、歩行による振動、自動車等
の乗物などの振動等がある）。

そしてこれらすべてにおいて防振の効果を得ようとする
と、ループゲインを高（とることになり、システムが不
安定になる（オーバーシュートが増え、共振周波数を持
つ）という相反する問題を生じることである。

第２の問題点は、一般にセンサや動き検出装置は検出誤
差や、非線形性を持っているため、低域での防振効果を
得ようとすると回路の時定数が大きくなり、誤差が積分
されてドリフトが生じるという相反した問題を生じるこ
とである。

第３の問題点は、ステップ状の振動があり、それ以降振
動がない場合、光学的画像振れ補正手段（可変頂角プリ
ズム及び鏡筒）は中立位置からずれた状態のままとなり
、電力を消耗し続けることである。

第４の問題点は、光学的画像振れ補正手段は、補正角に
限界を有するため、防振動作時にこの限界に達すると、
それまで安定していた画像が急激に乱れ、深いな画像と
なる点である。

（問題点を解決するための手段）本発明は上述した問題点を解決することを目的としてな
されたもので、その特徴とするところは、カメラの振動
を検出する検出手段と、画像をシフトして前記振動を補
正する補正手段と、前記検出手段の出力に応じて前記補
正手段を駆動制御する制御手段とからなる制御系を備え
、閉ループ周波数特性をノツチフィルタ型に構成すると
ともに、該ノツチフィルタの阻止周波数を可変とした撮
像装置にある。

また本発明の他の特徴は、カメラの振動を検出する検出
手段と、画像をシフトして前記振動を補正する補正手段
と、前記検出手段の出力に応じて前記補正手段を駆動制
御する制御手段とからなる制御系を備え、閉ループ周波
数特性をバンドパスフィルタ型に構成するとともに、該
バンドパスフィルタの通過周波数を可変とした撮像装置
にある。

また本発明の他の特徴は、カメラの振動を検出する検出
手段と、画像をシフトして前記振動を補正する補正手段
と、前記検出手段の出力に応じて前言己補正手段を駆動
制御する制御手段とからなる制御系を備え、閉ループ周
波数特性をノツチフィルタ型に構成するとともに、該ノ
ツチフィルタの阻止周波数を前記検出手段の出力に応じ
て変化させるように構成した撮像装置である。

（作用）これによって、撮像装置の防振を行なうにあたり、防振
制御系の閉ループ周波数特性を決定するノツチフィルタ
の阻止周波数を可変することにより要因の異なる振れに
対して適応的に防振を行なうことができる。

また選択された撮影モードに応じて制御系の周波数特性
を変化させ、閉ループの阻止周波数を画像振れの支配的
な周波数にｍ個させることにより、カメラの使用状態に
力）かわらずカメラの振動を有効に且つ安定に減衰させ
ることができるものである。

（実施例）以下本発明における撮像装置を、各図を参照しながらそ
の一実施例について詳述する。

第１図は、本発明における撮像装置を防振カメラに適用
した場合の構成を示すブロック図である。

同図において１０１は可変頂角プリズムで、例えば２枚
の並行ガラス板間にシリコン系の液体を充填し、その周
囲をシールしたもので、その並行ガラス板間の角度を変
化させることにより光軸の傾きを制御し、カメラのぶれ
による画像の動きを補正するものである。

１０２はテレビカメラ、１０３は画像の動きを検出する
動き検出装置、１０４−１〜１０４−３はフィルタ回路
、１０５はフィルタ回路を選択するセレクタ、１０６は
可変ゲインアンプ、１０７は可変頂角プリズムを駆動す
るアクチュエータ、１０８はモード選択スイッチ、１０
９は本システムを総合的に制御する制御回路としてのマ
イクロコンピュータのＣＰＴＪ、１１１はＤ／Ａコンバ
ータである。

次に同図を用いて本発明の装置の動作を説明する。

ここで、本発明の装置はフィードバック制征システムと
なっており、コントロールユニット］、］　Ｏの周波数
特性によりシステムの応答性を可変することができる。

そこで本装置では１０４のフィルタ回路を少なくとも２
種類以上備え、セレクタ１０５によって適応的に切り換
えて使用するように構成されている。

また可変ゲインアンプ１０６では、選択されているフィ
ルタ回路に対し、システムが安定になるようにゲインが
調整される。使用するモトはモード選択スイッチ１０８
で選択され、ＣＰＬＪ１０９は、あらかじめプログラム
された値を発生し、セレクタ１０５と可変ゲインアンプ
１０６を駆動する。

このように検出した画像の動き量に応じ、モードごとに
異なった周波数特性とゲインのコン）・ローラを通し、
アクチュエータ１０７で可変頂角プリズム１０１を駆動
し、フィードバツりする。これによって、モニタ出力ｅ
　（ｔ）は画像の振動成分が抑制され、振れの補正され
た画像をモニタへと出力することができる。

以下に、フィルタ回路１０４と、可変ゲインアンプ１０
６の設定値について延べ、本発明の装置の具体的な実現
方法について説明する。

ここでフィードバックシステムの応答を考察するにあた
り、画像人力ｕ　（ｔ）を入力とし、ＶＴＲ，モニタ出
力ｅ　（ｔ）を出力とするモデルを考える。

このときのシステムの伝達関数は離散系でＨ（Ｚ）　＝
Ｅ　（ｚ）　／ｌＪ　（ｚ）と表わされる。ただしＥ　
（ｚ）はｅ　（ｔ）のサンプル値のＺ変換、Ｕ　（ｚ）
はｕ　（ｔ）のサンプル値のＺ変換を示すものである。

テレビカメラ１０２は画像情報を時間的に離散化してい
るので、離散系（デジタルシステム）で取り扱う（ＮＴ
ＳＣ企画の場合、サンプリング周波数は６０Ｈｚまたは
３０Ｈｚと考えればよい）。

ここで本装置の伝達関数Ｈ（ｚ）はノツチフィルタの周
波数特性を有することが望ましい。

これを実現するために、本発明の装置ではフィルタ４１
０４がバンドパスフィルタ特性を有している。

第３図は、第１図のブロック図をさらにモデル化して伝
達関数で表わしたものである。

同図において、３０１はサンプラの、３０２は動き検出
回路の、３０３はコントロールユニットの、３０４はＤ
／Ａコンバータの、３０５はアクチュエータと可変頂角
プリズムのそれぞれ伝達関数を示すものである。

このシステムにおいて、Ｇｈｏ（Ｓ）とＡ（ｓ）、Ｂ　
（ｓ）は連続システムなので、２変換し、且つブロック
３０２と合わせ、とする。これがシステムの制御対象（プラント）である
。

ここで、ブロック３０４の分母Ｒ（ｚ）を２つに分離し
、Ｒ（ｚ）＝Ｒ，（ｚ）　・Ｒｚ　　（ｚ）とすると、防
振カメラ全体の伝達関数Ｈ（ｚ）は、となる。

このとき、ＩＲ＋（ｚ）　　　１−　２γＣ０３（ωｃＴ）ｚ−’＋
　　γ２ｚ−”に設定すれば、ｌ／Ｒ，（ｚ）はバンド
パス特性を持つ。なおγは係数（γ〈１）、ωＣは中心
角周波数、Ｔはサンプリング間隔である。

次にＨ（ｚ）が安定となるように、Ｈ（ｚ）の分母の極
を配置する。これによって、システムは安定し、分子の
Ｒ＋（ｚ）による影響で、ＢＰＦの逆の特性（すなわち
ノツチフィルタ）を得ることができる。

これと同時に、最適なループゲインが定まり可変ゲイン
アンプ１０６の値が決定される。

ここでそれぞれＢＰＦの中心周波数をｆｃ、高域側カッ
トオフ周波数をｆＨ５低域側カットオフ周波数をｆＬと
する。

そしてこれらの構成により、各撮影状況の種類に応じて
、振れの周波数とＢＰＦの周波数特性の関係を、＊手持ち撮影モード（静止）＊ｆｃ　”０．５〜１．０ＨｚｆＨ＝２．０Ｈｚ以上ｆＬ＝０．３Ｈｚ以下＊歩行撮影モード＊ｆ、＝１．０〜２．０Ｈｚｆ、＝３．０Ｈｚ以上ｆ　Ｌ　＝　Ｑ　、　５　Ｈｚ以下＊自動車撮影モード＊ｆｃ＝２．０〜５．０ＨｚｆＨ”５．０Ｈｚ以上ｆＬ＝１．０Ｈｚ以下とすることが考えられる。すなわち撮影状況に応じて支
配的となるカメラ振れの周波数が異なるため、各撮影状
況に応じた振れ補正用制御系の周波数を設定することが
できる。

ｆＣ，ｆ、は本発明の解決しようとする第１の問題点を
、ｆＬは同じ（第２〜第４の問題点をまさに解決するも
のである。

第４図に本発明の装置績の各撮影モードごとの周波数特
性を示す。

４０１は手持ち撮影モード、４０２は歩行撮影モード、
４０３は自動車等の乗物からの撮影モードにおける周波
数特性曲線を示すものである。

以上のように、選択モードによって、フィルタ１０４の
特性を切り換えることにより、支配的な外乱周波数を効
率良（抑制し、モニタ出力ｅ　（ｔ）においては、振動
の抑制された安定で不自然さのない画像を得ることがで
きる。

次に本発明における他の実施例について説明する。

第５図は、本発明における撮像装置の第２の実施例を示
すブロック図を示すものである。

本装置は、前述の第１の実施例の装置におけるモード選
択スイッチ１０８の切り換え操作を自動的に行なうよう
にしたものであり、他の構成については同様である。

具体的には、モード選択スイッチ１０８の代わりにＦ　
Ｆ　Ｔ　（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓｆｏ
ｒｍ）回路を備えている。このＦＦ７回路は、周波数解
析を行なうもので、フィルタカイロ等でも代用すること
ができ、またＣＰＵ１０９のプログラム中にソフトウェ
アによって実現してもよい。

次に本装置の動作について説明する。

動き検出回路１０３の出力は、本防振撮像装置が、減衰
させることができなかった残留成分である。そこでこの
残留成分をＦＦＴ回路５０１で検出し、その周波数分布
を検出する。そしてこの周波数成分に応じてＣＰＵ１０
９がそのぶれの周波数に応じた適正なモードを判断し、
フィルタを１０４−１〜１０４−３の中から選択する。

すなわち、ＦＦＴ回路５０１とＣＰＵ１０９は動き検出
回路１０３の出力が最も小さくなるように動作する。

このように、本発明の装置によれば、自動的にモード選
択を行なうため、撮影者に特別に操作を行なわせること
な（、安定した自然な画像を得ることができる。

また従来例に示した文献ｒビデオカメラの画振れ防止技
術Ｊでは、撮影モードの判別についても述べられている
が、この方式はカメラ本体の角速度を、ジャイロセンサ
からの信号等から演算し、フィードバックゲインのみを
可変しているだけものであり、本発明のように、映像か
ら動き量を検出し、フィードバックゲインとフィルタの
周波数特性の両方を変化させ、振れの周波数成分自体を
解析して周波数特性自体を切り換え、本質的に振れを補
償するようにしたものとは、構成、作用効果とも根本的
に異なる。

次に本発明における撮像装置の第３の実施例について第
６図を用いて説明する。

本実施例は、選択的にフィルタを切り換えるのではなく
、連続的に特性を変化させることのできるフィルタを用
いた場合を示す。

変更した点は、第１図、第５図のフィルタｌＯ４の代わ
りに、可変デジタルフィルタ６０１を用いている点であ
る。

可変デジタルフィルタとは、いわゆるＤＳＰ（Ｄｅｇｉ
ｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）またはＣ
ＰＵによって構成することが・できる。特性を変化させ
るときは、ソフトウェアによってデジタルフィルタの？
寅算パラメータを変更する。

本装置によれば、さまざまなカメラ振れ周波数に対して
対応することができるようになり、さらに防振の効果も
高まり、より安定な画像を得ることができる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明における撮像装置によれば
、防振テレビカメラ等の防振制御系のフィードバックル
ープの閉ループ周波数特性をノツチフィルタ型となすと
ともに、その阻止周波数を自在に変化させることができ
るように構成したので、撮影状況に応じてカメラ擺れの
振幅の大きい周波数のみを減衰させることができ、安定
した振れのない画像を得ることができる。

また制御系のドリフト特性、消費電力、補正限界角にお
ける急な画面振れ等の特性を改善することができ、自然
で安定な防振装置を実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における撮像装置の第１の実施例を示す
ブロック図、第２図は従来の構成を示すブロック図、第３図は本発明
の第１の実施例の制御系をモデル化して伝達関数で表わ
したブロック図、第４図は第１の実施例の制御系の周波
数特性を示す図、第５図は本発明における撮像装置の第２の実施例を示す
ブロック図、第６図は本発明における撮像装置の第３の実施例を示す
ブロック図である。司度］０角−７°″ノズム

Claims

【特許請求の範囲】

（１）カメラの振動を検出する検出手段と、画像をシフ
トして前記振動を補正する補正手段と、前記検出手段の出力に応じて前記補正手段を駆動制御す
る制御手段とからなる制御系を備え、閉ループ周波数特
性をノッチフィルタ型に構成するとともに、該ノッチフ
ィルタの阻止周波数を可変としたことを特徴とする撮像
装置。
（２）カメラの振動を検出する検出手段と、画像をシフ
トして前記振動を補正する補正手段と、前記検出手段の出力に応じて前記補正手段を駆動制御す
る制御手段とからなる制御系を備え、閉ループ周波数特
性をバンドパスフィルタ型に構成するとともに、該バン
ドパスフィルタの通過周波数を可変としたことを特徴と
する撮像装置。
（３）カメラの振動を検出する検出手段と、画像をシフ
トして前記振動を補正する補正手段と、前記検出手段の出力に応じて前記補正手段を駆動制御す
る制御手段とからなる制御系を備え、閉ループ周波数特
性をノッチフィルタ型に構成するとともに、該ノッチフ
ィルタの阻止周波数を前記検出手段の出力に応じて変化
させるように構成したことを特徴とする撮像装置。