JPH0687581B2 - ビデオカメラにおける画像安定化装置 - Google Patents

ビデオカメラにおける画像安定化装置

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JPH0687581B2
JPH0687581B2 JP63304837A JP30483788A JPH0687581B2 JP H0687581 B2 JPH0687581 B2 JP H0687581B2 JP 63304837 A JP63304837 A JP 63304837A JP 30483788 A JP30483788 A JP 30483788A JP H0687581 B2 JPH0687581 B2 JP H0687581B2
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JP
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image
video camera
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shake
signal
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敏夫 堀
憲治 古橋
信 脇田
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川重岐阜エンジニアリング株式会社
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【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53-64175
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61-264326
号公報、特開昭62-18874号公報、特開昭62-18876号公
報、特開昭62-261283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、構成部品が多く、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1を示
す。このビデオカメラ1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に与えられた該モニタ部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3,500,
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1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1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z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)・Δθ ・・・・(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33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24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、横方向
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32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、33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1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。
(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はラブ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と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。 1……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……スイッチ回路、 13、14……フィルタ回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。
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