WO2006043315A1 - 撮像装置および撮像装置を備えた携帯機器 - Google Patents

撮像装置および撮像装置を備えた携帯機器 Download PDF

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Tatsuhiko Mizushima
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Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting the amount of camera shake or image blur for detecting and correcting camera shake or image blur in a portable device equipped with an electronic camera such as a digital still camera or a cellular phone. .
  • Technology related to camera shake correction mainly includes camera shake amount measurement means for detecting the direction and amount of camera shake (camera shake information) and camera shake information detected by the camera shake amount measurement means. It consists of two parts: a correction means that eliminates the blur component from the captured image. There are several known methods for correcting camera shake.
  • Patent Document 1 there is a means for detecting the presence or absence of camera shake using a distance measuring sensor.
  • an optical sensor for measuring the distance to the subject is provided independently of the main image sensor, and the presence or absence of camera shake is detected using the output of the distance measuring sensor.
  • the optical sensor that this technology uses as a camera shake sensor is originally intended for distance measurement, and is a one-dimensional line sensor that is not a two-dimensional image sensor that can measure the direction and amount of camera shake. It is possible to detect the presence or absence of camera shake with a line sensor. Information on the direction and amount of camera shake necessary for camera shake correction cannot be obtained. For this reason, a camera system that uses this technology can only realize a camera shake warning function that detects the presence of camera shake and notifies the user of the occurrence of camera shake, and realizes a camera shake correction mechanism that eliminates camera shake. I can't!
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 describe camera shake measurement means for detecting the amount of camera shake using information on a plurality of continuous images (frames) output from the main image sensor. . Since the camera shake amount measuring means of this method uses the video signal output from the main image sensor, it is higher than the frame frequency of the main image sensor, and it is impossible to detect frequency camera shake. Usually, the frame frequency of the image sensor is about 30Hz, and the vibration component generated when holding a portable device with one hand includes a frequency component up to about 100Hz. For this reason, it is impossible to detect camera shake of a portable device using this method.
  • the above-mentioned patent documents are also intended for applications where high-frequency vibration components do not occur unlike fixed cameras or surveillance cameras that are not intended for portable cameras.
  • Patent Document 4 describes a camera shake amount measuring means for detecting a camera shake amount using an angular velocity sensor. With this method, it is possible to measure the amount of camera shake in the direction in which the angular velocity sensor is arranged, and it is also possible to deal with high-frequency vibration frequency components.
  • the vibration that is greatly involved in blurring of the captured image in normal shooting is a shake in the direction of rotating the optical axis of the imaging means.
  • the vibration around the x-axis is Equipped with two angular velocity sensors that detect rotation around the y axis, it is possible to detect the amount of camera shake efficiently against camera shake in the direction of rotating the optical axis. Since the principle is mechanical, which uses the inertia of a rotating object, it is difficult to achieve both miniaturization and high precision.
  • the two angular velocity sensors can only detect the rotation of the optical axis of the camera, For example, if the camera shake is measured in such a way that the camera moves parallel to the direction perpendicular to the optical axis, the number of angular velocity sensors increases, or a separate acceleration sensor that detects linear acceleration is provided. It ’s complicated. Furthermore, camera shake can be detected when the camera itself moves and vibrates, but effective detection cannot be performed for image blurring when the subject moves.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-344890
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-015515
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-209735
  • Patent Document 4 JP 2002-207232 A
  • An imaging apparatus includes an optical system in which light from a subject is incident, a first imaging device that receives light of subject power through the optical system and outputs an image of the subject, A second image sensor for receiving a light of subject power via the optical system and outputting a plurality of images while outputting the first image sensor power; and the second image sensor A plurality of image forces taken by a blur amount extraction means for calculating a blur amount by correlating two consecutive images, and an image force blur component output from the first image sensor using the calculated blur amount. And a blur component removing means for removing.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to accurately detect the amount and direction of not only the rotation of the optical axis but also the blurring component such as parallel movement, thereby reducing the size.
  • An object of the present invention is to provide an imaging device that is easy to operate and a portable device equipped with the imaging device. Means for solving the problem
  • An imaging apparatus includes an optical system in which light from a subject is incident, a first imaging device that receives light of subject power through the optical system and outputs an image of the subject, A second image sensor for receiving a light of subject power via the optical system and outputting a plurality of images while outputting the first image sensor power; and the second image sensor A plurality of image forces taken by a blur amount extraction means for calculating a blur amount by correlating two consecutive images, and an image force blur component output from the first image sensor using the calculated blur amount. Removal And a blur component removing means to be removed.
  • An imaging apparatus includes an optical system in which light from a subject is incident, a first imaging device that receives light of subject power through the optical system and outputs an image of the subject, A second image sensor for receiving a light of subject power via the optical system and outputting a plurality of images while outputting the first image sensor power; and the second image sensor A plurality of image forces taken by a blur amount extraction means for calculating a blur amount by correlating two consecutive images, and an image force blur component output from the first image sensor using the calculated blur amount. It is possible to obtain an imaging apparatus having a camera shake correction function that is easy to downsize with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of extracting camera shake according to the present invention.
  • FIG. 3 is an external view of a mobile phone equipped with the imaging device of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a camera system equipped with an image sensor including a camera shake amount measuring unit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the imaging device according to the first embodiment includes a main imaging device 3a and a sub-imaging device 3b, and a main optical system such as a lens such as a lens. 2a and sub optical system 2b.
  • the sub optical system 2b is mounted substantially parallel to the main optical system 2a, and forms incident light 1 from the same subject received by the main optical system 2a on the photoelectric conversion surface of the sub image sensor 3b.
  • the sub-imaging element 3b is used for measuring the amount of camera shake, and does not generate information for directly forming an output image, so its imaging range is that of the main optical system 2a. There is no problem in using an optical system that is set narrower than the range and whose optical performance such as transmitted light amount and resolution is lower than the main optical system 2a.
  • the main image sensor 3a converts light from a subject incident via the main optical system into an electric signal and generates an image signal, but is used for a general digital still camera.
  • the number of pixels is about 300,000 to 8 million pixels, and the exposure time for taking a single image is about several seconds for 1Z1000 seconds. Of these, the effect of camera shake is significant when the exposure time is longer than lZioo seconds.
  • the main image sensor 3a uses the same image sensor as a general digital still camera.
  • the sub image sensor 3b since the sub image sensor 3b only needs to detect the amount of camera shake, for example, a black and white image sensor with about 10,000 pixels is used, and one pixel compared to the main image sensor 3a.
  • the exposure time can be shortened by increasing the light receiving area and increasing the sensitivity. Therefore, it is possible to capture and output more than 2000 images per second, and the sub image sensor 3b can generate a plurality of image signals while the main image sensor 3a exposes and images one image.
  • the imaging condition control means 9 uses the optimum output image signal from the main image sensor 3a. They are automatically controlled to be in a state.
  • the image signal thus obtained is input to the analog signal processing means 4 and subjected to analog signal processing such as gamma processing. Further, the analog image signal is AZD converted by the AZD conversion means 5 and converted into a digital signal. Is converted. This digital image signal is input to the digital image processing means 6, and light quantity adjustment and color adjustment are performed so that an appropriate image signal can be generated. For example, YCbCr format suitable for generating JPEG compressed images is converted into image output according to the purpose.
  • the image signal subjected to the image processing is input to the blur component removing unit 7.
  • the blur component removal means 7 receives a digital image signal that has undergone image processing from the main image sensor 3a, and also has a blur amount vector from which the image force captured by the sub image sensor 3b is extracted from the blur amount extraction means 8. Entered.
  • the blur component removing means 7 performs image restoration using, for example, a Wiener filter based on the magnitude and direction of the input blur amount vector.
  • the Wiener filter is a restoration operator that gives an image that minimizes the mean square error from the original image. Specifically, it is expressed by the following formula and is processing in the frequency space.
  • F (u, v) corrected image
  • G (u, v) degraded image
  • H (u, v) spread function
  • ⁇ constant.
  • the spread function H (u, v) is defined on the basis of the blur amount vector, and an image without the above-mentioned force is generated and output.
  • the output image is stored in a storage medium such as a memory card after being converted into a standard image format such as JPEG even if it is a digital still camera.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the blur amount extracting means 8, showing the output of the sub-imaging device and the blur amount output calculated by taking the correlation from the output. Since the main image pickup device 3a has a large number of pixels, the sensitivity is lower than that of the sub image pickup device and high-quality image pickup is performed, so that the exposure time becomes longer. For this reason, there is a high possibility that an image including blur is output due to the camera or subject moving during the exposure time. Therefore, as shown in FIG. 2, while the exposure to the main imaging element 3a is completed, the sub-imaging element 3b outputs an image a plurality of times and obtains a correlation between the plurality of images as shown in FIG. The amount of blur within the exposure time of element 3a is calculated.
  • the plurality of image data output from the sub image sensor 3b are respectively input to the blur amount extracting means 8.
  • the blur amount extraction means 8 compares and correlates temporally continuous images, extracts how the subject image captured in the sub-imaging element 3b moves, and outputs it as a blur vector. The Specifically, for each pixel of the output image A of the sub-imaging device, the absolute value or square value of the difference from all the pixels of the output image B that is the next image of the output image A is calculated. If the image does not move due to movement of the subject, the above differences should all be zero.
  • the difference calculation result of a pixel and the surrounding pixels are calculated based on the absolute value of the difference calculated for each pixel as described above. Combine with the difference calculation result to calculate how the camera shakes, and calculate the blur vector as shown in blur output A in Fig. 2.
  • the blur amount may be calculated by taking the difference for each pixel column and each row. This reduces accuracy but reduces the amount of computation.
  • the sub-imaging device and the camera shake extraction unit according to the present invention are mounted on an optical mouse that is widely used for operating a personal computer with a semiconductor device having a similar configuration.
  • the image sensor in the optical mouse is a small solid-state image sensor with about 10,000 pixels, which captures and outputs an image of 2000 frames or more per second.
  • a simple plastic lens with a focal length of several millimeters is attached to the sensor, and when the optical mouse is placed on a flat surface, the image of the flat surface is formed on the imaging surface of the sensor.
  • an LED is provided to illuminate the plane that is the subject and secure the illuminance for imaging.
  • the output image signal of the sensor is transmitted to an arithmetic circuit formed on the same semiconductor chip as the sensor itself, and fine irregularities and shadows on the plane imaged by the sensor are extracted, and between the frames of these images.
  • This blur detection algorithm is described in Patent Documents 2 and 3, for example. If such an optical mouse configuration is used, the sub-imaging device 3b and the camera shake amount extraction means 8 of the present invention can be formed on the same chip, so that it operates stably without adjustment and at a low cost. Can be manufactured.
  • FIG. 3 shows an example of the appearance when the imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention is applied to a mobile phone.
  • This is a view from the back of a folded phone with the LCD side housing Only the surfaces of the main image sensor optical system and the sub image sensor optical system are visible on the back of the body.
  • 12 is an LCD side case
  • 13 is a rear LCD screen
  • 14 is a key side case. While the main image sensor captures a single image, the sub-image sensor placed beside it captures multiple images, measures the amount of blur from the image power of the multiple images, and the main image sensor Estimate the blur component contained in the captured image.
  • a separate sub optical system independent of the main optical system is provided.
  • a main camera for still image shooting Since it is equipped with two sub-camera image sensors that take pictures of the user himself when using a videophone, the camera can also be used to extract the amount of hand blur when taking a still image with the main camera. Good.
  • Such sub-cameras may not be accurate when measuring the amount of camera shake because their optical axes are not necessarily in a parallel relationship with the main camera.
  • the camera shake amount detection means and the sub camera can be integrated into one image pickup means, a mobile phone that corrects blurring can be obtained without increasing the size of the apparatus.
  • the first embodiment relates to an image pickup apparatus that removes the blur component by signal processing based on the measured blur amount vector, but in the second embodiment, based on the measured blur amount vector.
  • the lens and sensor are mechanically driven to correct the blur component.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the camera system according to the second embodiment. As shown in the figure, the amount of blur is measured by a plurality of output images from the sub-imaging device 3b as in the first embodiment.
  • the extracted blur amount is input to the optical system driving means 9.
  • the lens and the main image sensor 3a included in the main optical system 2a are moved in two directions ⁇ and ⁇ that are perpendicular to each other in the plane perpendicular to the optical axis Z in accordance with the shake amount vector. This corrects the image blur by decentering the optical axis ⁇ .
  • the optical system dedicated to the sub-imaging device is provided.
  • the light passing through the main optical system 2a also has the same force as the mirror 10 and the mirror 11. It is possible to share the main optical system and the sub optical system by dividing the image by the dividing means and supplying it to the sub image pickup element 3b. During optical zoom, the field of view changes according to the main optical system 2a. [0033] Embodiment 4.
  • the sub-imaging unit is used only for detecting the amount of camera shake.
  • the sub-imaging element may be used for obtaining the optical condition of the subject that is captured by the main imaging unit.
  • the optical conditions include, for example, the brightness or light quantity of the subject, the color temperature of the illumination that illuminates the subject, the image power output by the image sensor, and the TTL distance measurement that measures the distance to the subject.
  • the focal position of the secondary optical system is movable in the same manner as the focal position of the primary optical system, or light passing through the primary optical system is supplied to the secondary imaging device. Therefore, the imaging state on the sub-imaging device needs to change due to the change in the focal position of the main optical system.
  • the lens of the secondary optical system is moved so that the focus position is 20 cm, 30 cm, 50 cm, lm, 3 m, and shooting is performed at each focus position.
  • the lens of the main imaging element is moved to the focus position where the highest contrast image was obtained. Since the sub-imaging device has fewer pixels than the main image sensor, shooting at each focus position can be performed faster than TTL distance measurement using the main image sensor. Time to start can be shortened.
  • a black and white distribution is obtained from one image captured with the sub image sensor, and the distribution is either white or black.
  • the pixel gain of the main image sensor is selected so as not to be biased.
  • the sub-imaging device can shoot at a higher speed with fewer pixels than the main imaging device, so the time required to start exposure for shooting the output image can be shortened.
  • a part with a color filter is provided in a part of the sub-imaging device, and the part is used as a sensor for measuring the color temperature. It is desirable that more light be introduced into the color temperature measurement sensor.
  • the camera cannot determine whether the light is actually yellow or the subject is yellow, and the wrong color temperature. Correction may be performed.
  • the internal CPU is used to distinguish whether the subject is yellow when the light is yellow! As much as possible! A camera installed on a mobile phone is more likely to make a false positive Become.
  • the color temperature measurement sensor should not be provided as part of the sub-imaging device as described above, but should be provided separately.
  • optical conditions described above can be used in combination with camera shake detection, or may be used only by obtaining optical conditions.
  • the imaging device according to the present invention can be used by being mounted on a digital still camera or a mobile phone with a camera function.

Abstract

　携帯電話あるいはデジタルスチルカメラに搭載する撮像装置において、簡便な構成でブレ補正機能を有する撮像装置を得るものであり、主撮像素子とともに、主撮像素子より画素数が少なく、露光時間が少なくて済む副撮像素子を設け、主撮像素子が１枚の画像を撮像する間に、副撮像素子が複数枚の画像を出力する。そして、連続した各画像間で相関をとることでブレ量を算出するブレ量算出手段、および、この算出したブレ量に基づいてブレ成分を除去するブレ成分除去手段を備えた撮像装置を提供する。

Description

明 細 書
撮像装置および撮像装置を備えた携帯機器
技術分野
[0001] この発明は、デジタルスチルカメラや携帯電話等の電子カメラを搭載した携帯機器 において、手ぶれまたは像ぶれを検出して補正するための、手ぶれ量または像ぶれ 量の検出方法に関するものである。
背景技術
[0002] 近年、固体撮像素子および信号処理回路の進歩により銀塩カメラに迫る画質を実 現する電子カメラ機能力 小型かつ安価に実現でき、ポケットに入るサイズのデジタ ルスチルカメラが実現され、また常時持ち歩く携帯電話にも搭載され、一般の人々に 広く用いられている。これら小型の可搬型機器によって写真を撮影する場合、装置が 片手で操作できるほど小型化、軽量化されたため、手ぶれや像ぶれといった問題が 発生する。
[0003] 従来の一眼レフ型銀塩カメラ、レンズシャッター型銀塩カメラ、高級デジタルスチル カメラでは、主に撮像素子または銀塩フィルムに光が入射する時間をごく短時間に制 限する機械式シャッターを用いて露光時間を短くすることで手ぶれまたは像ぶれの 影響を少なくしている。また、レンズ付きフィルムのような簡易型銀塩カメラ、廉価版デ ジタルスチルカメラでは、主にごく短時間のみ発光するキセノンフラッシュを使用する ことで手ぶれ又は像ぶれを防止している。その他、一部のデジタルスチルカメラや可 搬型ビデオカメラレコーダでは、レンズや撮像素子を機械的に駆動して、手ぶれを打 ち消すように働く手ぶれ補正機能を有するものもある。
[0004] 手ぶれ補正に係る技術は、主に手ぶれの方向と量 (手ぶれ情報）を検出する手ぶ れ量測定手段と、手ぶれ量測定手段が検出した手ぶれ情報に基づき撮像画像にぶ れ成分が含まれないようにする、あるいは撮影画像からブレ成分を除去する補正手 段との二つで構成される。手ぶれ補正につ 、ては 、くつかの方式が公知となって ヽ る。
[0005] 例えば、下記特許文献 1では、測距センサを用いて手ブレの有無を検出する手段が 記載されている。特許文献 1では、被写体までの距離を測定するための光学センサ を主撮像素子とは独立に備え、この測距センサの出力を使用して手ブレの有無を検 出する。しかし、当該技術が手ブレセンサとして使用する光学センサは、もともとが測 距を目的としたものであり、手ぶれの方向と量を測定可能な 2次元イメージセンサで はなぐ 1次元のラインセンサである。ラインセンサでは手ブレの有無を検出することは 可能である力 手ブレ補正に必要なブレの方向と量に関する情報を得ることはできな い。このため、当該技術を用いるカメラシステムでは、手ブレの有無を検出し、ブレの 発生を使用者に通知する手ぶれ警告機能が実現できるのみで、撮影画像のブレを 無くす手ぶれ補正機構を実現することはできな!、。
[0006] また、特許文献 2、および特許文献 3には、主撮像素子が出力する連続した複数画 像 (フレーム）の情報を用いて手ブレの量を検出する手ぶれ測定手段が記載されて いる。この方式の手ぶれ量測定手段は、主撮像素子が出力する映像信号を使用す るために、主撮像素子のフレーム周波数に比して高 、周波数の手ぶれは検出不可 能になる。通常、撮像素子のフレーム周波数は 30Hz程度であり、また可搬型の機器 を片手で持った場合に発生する振動成分は 100Hz程度までの周波数成分を含む。 このため本方式を使用して可搬型機器の手ぶれ検出を行うことは不可能である。上 記の特許文献においても、可搬型機器のカメラを対象としたものではなぐ固定カメラ または監視カメラのように高周波数の振動成分が発生しな 、用途を対象として 、る。
[0007] 特許文献 4には、角速度センサを用いて手ブレ量を検出する手ぶれ量測定手段が 記載されている。この方式では、角速度センサを配置した方向の手ぶれ量の測定が 可能であり、高周波数の振動周波数成分も対応できる。通常の撮影で撮影画像のブ レに大きく関与する振動は、撮像手段の光軸を回転させる方向のブレであり、このた め撮像手段の光軸を z軸とすると、x軸周りの回転と y軸周りの回転を検出する 2つの 角速度センサを備えることにより、光軸を回転させる方向の手ブレに対して効率的な 手ぶれ量検出を行うことができるが、この方式では、角速度センサの動作原理が回転 運動する物体の慣性を利用する機械的なものであるがために、小型化と高精度化の 両立が難しい。
[0008] また、 2つの角速度センサではカメラの光軸の回転が検出できるのみであり、さらに高 度な手ぶれ量測定、例えばカメラが光軸と垂直な方向に平行移動するような手ぶれ の測定を行おうとする場合には角速度センサが増える、あるいは直線的な加速度を 検出する加速度センサを別途備えるなど、煩雑ィ匕してしまう。さらにカメラ自身が移動 、振動する手ブレの検出は行えるが、被写体が動いた場合の像ぶれに対しては、有 効な検出を行うことが不可能である。
[0009] 特許文献 1：特開 2003— 344890号公報
特許文献 2：特開 2004— 015515号公報
特許文献 3：特開 2003— 209735号公報
特許文献 4:特開 2002-207232号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 本発明に係る撮像装置は、被写体からの光が入射する光学系と、前記光学系を介 して被写体力 の光を受光して被写体の画像を出力する第 1の撮像素子と、前記光 学系を介して被写体力 の光を受光して前記第 1の撮像素子力^つの画像を出力す る間に複数の画像を出力する第 2の撮像素子と、前記第 2の撮像素子の撮影した複 数の画像力 連続した 2つの画像の相関をとつてブレ量を算出するブレ量抽出手段 と、前記算出したブレ量を用いて第 1の撮像素子が出力した画像力 ブレ成分を除 去するブレ成分除去手段とを備えるものである。
[0011] 本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、光軸の回転 のみならず平行移動のようなブレ成分も量と方向を正確に検出でき、小型化が容易 な撮像装置および撮像装置を搭載した携帯機器を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段
[0012] 本発明に係る撮像装置は、被写体からの光が入射する光学系と、前記光学系を介 して被写体力 の光を受光して被写体の画像を出力する第 1の撮像素子と、前記光 学系を介して被写体力 の光を受光して前記第 1の撮像素子力^つの画像を出力す る間に複数の画像を出力する第 2の撮像素子と、前記第 2の撮像素子の撮影した複 数の画像力 連続した 2つの画像の相関をとつてブレ量を算出するブレ量抽出手段 と、前記算出したブレ量を用いて第 1の撮像素子が出力した画像力 ブレ成分を除 去するブレ成分除去手段とを備えるものである。
発明の効果
[0013] 本発明に係る撮像装置は、被写体からの光が入射する光学系と、前記光学系を介 して被写体力 の光を受光して被写体の画像を出力する第 1の撮像素子と、前記光 学系を介して被写体力 の光を受光して前記第 1の撮像素子力^つの画像を出力す る間に複数の画像を出力する第 2の撮像素子と、前記第 2の撮像素子の撮影した複 数の画像力 連続した 2つの画像の相関をとつてブレ量を算出するブレ量抽出手段 と、前記算出したブレ量を用いて第 1の撮像素子が出力した画像力 ブレ成分を除 去するブレ成分除去手段とを備え、簡単な構成で小型化が容易な手ぶれ補正機能 を有する撮像装置を得ることができる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の実施の形態 1に係る撮像装置の構成を示す図である。
[図 2]本発明の手ぶれ量抽出の方法を説明する図である。
[図 3]本発明の撮像装置を搭載した携帯電話機の外観図である。
[図 4]本発明の実施の形態 2に係る撮像装置の構成を示す図である。
[図 5]本発明の実施の形態 3に係る撮像装置の構成を示す図である。
符号の説明
[0015] 1 被写体からの入射光、 2a 主光学系、 2b 副光学系、
3a 主撮像素子、 3b 副撮像素子、 4 アナログ処理回路、
5 AZD変換器、 6 デジタル処理回路、 7 ブレ成分除去手段、
8 ブレ量抽出手段、 9 光学系制御駆動手段、 10 ハーフミラー、
11 ミラー、 12 LCD側筐体、 13 背面液晶画面、
14 キー側筐体
発明を実施するための最良の形態
[0016] 図 1は、本発明の実施の形態 1に係る手ぶれ量測定手段を備えた撮像素子を搭載 したカメラシステムの構成図である。図に示したように本実施の形態 1に係る撮像素 子は主撮像素子 3aと副撮像素子 3bとを備え、それに伴!ヽレンズ等カゝらなる主光学系 2aと副光学系 2bとを備えている。副光学系 2bは主光学系 2aと略平行に実装され、 主光学系 2aが受けるのと同じ被写体からの入射光 1を副撮像素子 3bの光電変換面 に結像する。なお、後述するように副撮像素子 3bは手ぶれ量の測定を行うためのも のであり、直接的に出力画像を形成するための情報を生成しないため、その撮像範 囲は主光学系 2aの撮影範囲よりも狭く設定され、透過光量や解像度などの光学性能 も主光学系 2aより低いものを使用して問題ない。
[0017] 本発明に係る主撮像素子 3aは、主光学系を介して入射する被写体からの光を電気 信号に変換し、画像信号を生成するが、一般的なデジタルスチルカメラに使用される 撮像素子の場合、画素数は 30万画素から 800万画素程度であり、一枚の画像を撮 影するための露光時間はおおむね 1Z1000秒力も数秒程度である。このうち手ぶれ の影響が顕著になるのは、露光時間が lZioo秒より長くなつた場合である。主撮像 素子 3aは一般的なデジタルスチルカメラと同じ撮像素子を用いる。
[0018] それに対し、副撮像素子 3bは手ぶれ量の検出を行えればよいため、例えば、 1万画 素程度の画素数で白黒の撮像素子を使用し、主撮像素子 3aと比べて 1画素当たりの 受光面積を大きくし、高感度化することで露光時間を短くすることができる。そのため 毎秒 2000枚以上の画像を撮影し出力可能であり、副撮像素子 3bは主撮像素子 3a がー枚の画像を露光し撮影している間に、複数枚の画像信号を生成することが出来 る。
[0019] 被写体からの光 1が主および副光学系 2a、 2bにそれぞれ入力されると、それぞれ主 撮像素子 3aおよび副撮像素子 3bの光電変換面に被写体からの光 1を結像する。主 撮像素子 3aは結像した被写体力 の光 1を電気信号に変換し、 2次元の画像信号を 生成する。その際、露光時間、絞り値、焦点位置など、主光学系 2aや主撮像素子 3a に制御可能な要素が存在する場合、撮影条件制御手段 9は主撮像素子 3aの出力画 像信号が最適な状態となるよう、それらを自動制御する。
[0020] こうして得られた画像信号はアナログ信号処理手段 4に入力されガンマ処理などのァ ナログ信号処理を施され、さらにこのアナログの画像信号は AZD変換手段 5で AZ D変換されてデジタル信号へと変換される。このデジタルの画像信号はデジタル画 像処理手段 6に入力され、適切な画像信号を生成できるよう光量調整や色調整等が 行われ、例えば JPEG圧縮画像を生成するのに適した YCbCrフォーマット等、目的に 応じた画像出力に変換される。
[0021] この画像処理された画像信号は、ブレ成分除去手段 7に入力される。ブレ成分除去 手段 7には、主撮像素子 3aからの画像処理されたデジタル画像信号が入力されると ともに、ブレ量抽出手段 8から副撮像素子 3bの撮像した画像力も抽出されたブレ量 ベクトルが入力される。ブレ成分除去手段 7は入力されたブレ量ベクトルの大きさ、方 向に基づき、例えば、ウイーナフィルタを用いて画像復元を行う。ウイーナフィルタは 元の画像との平均二乗誤差を最小とする画像を与える復元作用素である。具体的に は、以下の式で表され、周波数空間での処理となる。
[0022] [数 1]
Figure imgf000008_0001
[0023] ここで、 F(u,v) :補正画像、 G(u,v) :劣化画像、 H(u,v) :広がり関数、 α :定数であ る。ブレ量ベクトルを基に広がり関数 H (u,v)を定義して上式力もブレの無い画像を生 成し出力する。出力された画像は、例えば、デジタルスチルカメラであれ «JPEG等 の標準画像フォーマットに変換された後にメモリカード等の記憶媒体に保存される。
[0024] なお、画像復元についてはウイーナフィルタの他、最近のデジタル画像処理技術に よって多くのアルゴリズムが提案されている力 当然のことながらそれらを用いて画像 復元を行ってもよい。
[0025] 図 2はブレ量抽出手段 8の動作を説明する図であり、副撮像素子の出力、およびそ の出力から相関を取って算出したブレ量出力を示している。主撮像素子 3aは画素数 が多いため副撮像素子より感度が低ぐまた高画質の撮像を行うため、露光時間が 長くなる。このため、露光時間中にカメラあるいは被写体が動くことで、ブレを含む画 像が出力される可能性が高くなる。そのため、図 2に示した通り、撮影開始力も主撮 像素子 3aへの露光が完了する間、副撮像素子 3bは複数回画像を出力し、この複数 の画像間で相関を取ることにより主撮像素子 3aの露光時間内のブレ量の算出を行う 。この副撮像素子 3bが出力した複数の画像データはそれぞれブレ量抽出手段 8に 入力される。 [0026] ブレ量抽出手段 8では、時間的に連続する画像同士を比較'相関を取り、副撮像素 子 3bに写った被写体像がどのように動いたかを抽出し、ブレ量ベクトルとして出力す る。具体的には、副撮像素子の出力画像 Aの各画素ごとに、出力画像 Aの次の画像 である出力画像 Bの全画素との差分の絶対値または 2乗値を算出する。画像が手ぶ れは被写体の動きなどで移動して 、なければ、上記差分は全て 0になるはずである。 一方、手ぶれなどで被写体の画像が移動している場合は、上記のように画素ごとに 算出した差分の絶対値等をもとに、ある画素の差分算出結果とその周囲の画素につ いての差分算出結果とを併せて、どのようにぶれたのかを計算して、図 2中のブレ量 出力 Aのようにブレ量ベクトルを算出する。
なお、出力画像の各画素ごとに、次の画像の全画素との差分を取る代わりに、画素 列ごとおよび行ごとに差分を取ってブレ量を算出してもよい。これにより精度は落ちる ものの、計算量は少なくて済む。
[0027] なお、本発明に係る副撮像素子および手ぶれ抽出部については、類似の構成の半 導体素子がパーソナルコンピュータの操作用として広く使用されている光学マウスに 搭載されている。光学マウスにおける撮像素子は、 1万画素程度の小規模な固体撮 像素子であり、毎秒 2000フレーム以上の画像を撮影し出力する。センサにはごく簡 単な焦点距離が数 mmのプラスチック製レンズが取り付けられており、光学マウスを平 面上に置いた場合に、その平面の画像をセンサの撮像面に結像する。また、被写体 となる平面を照射し撮像のための照度を確保するための LEDが設けられている。
[0028] センサの出力画像信号は、センサ自身と同一半導体チップ上に形成されている演算 回路に伝達され、センサが撮像した平面上の細かな凹凸や陰影を抽出し、それらの 画像のフレーム間での位置関係を算出することで、マウスと平面の相対的な移動方 向と移動量とを算出する。このブレ量検出アルゴリズムに関しては、例えば、上記特 許文献 2、 3に記載されている。このような光学マウスの構成を用いれば、本発明の副 撮像素子 3bと手ぶれ量抽出手段 8を同一のチップ上に形成することができ、このた め無調整で安定に動作するとともに、安価に製造することができる。
[0029] 図 3は本発明の実施の形態 1に係る撮像装置を携帯電話に適用した場合の外観の 例を示す。二つ折り型の携帯電話を開いた状態で背面から見た図であり、液晶側筐 体の背面に主撮像素子用光学系と副撮像素子用光学系の表面のみが見える。 12 は LCD側筐体、 13は背面液晶画面、 14はキー側筐体である。主撮像素子が 1枚の 画像を撮影する間、すぐ横に配置された副撮像素子が複数枚の画像撮影を行い、こ の複数枚の画像力ゝらブレ量を測定し、主撮像素子が撮影した画像に含まれるブレ成 分を推測する。
[0030] なお、上記の例では主光学系とは独立した別個の副光学系を設ける構成としたが、 近年のテレビ電話機能を搭載した携帯電話機においては、静止画像撮影用のメイン カメラと、 TV電話使用時に使用者自身を撮影するサブカメラの二つのイメージセンサ を搭載しているため、メインカメラにて静止画を撮影する際、サブカメラを用いて手ブ レ量抽出を行う構成としてもよい。このようなサブカメラは、その光軸がメインカメラと略 平行の関係にあるとは限らないため手ぶれ量の測定の際に精度が落ちる可能性が ある。しかし、手ぶれ量検出手段とサブカメラとを一つの撮像手段に統合できるため、 装置を大型化することなくブレの補正を行う携帯電話機を得ることができる。
[0031] 実施の形態 2.
上記実施の形態 1では、測定したブレ量ベクトルを基にして信号処理によりブレ成 分を除去する撮像装置に係るものであつたが、本実施の形態 2では、測定したブレ量 ベクトルに基づいてレンズやセンサを機械的に駆動してブレ成分を補正するものであ る。図 4は本実施の形態 2に係るカメラシステムの構成を示す図である。図に示したと おり、副撮像素子 3bからの複数の出力画像により上記実施の形態 1と同様にブレ量 の測定が行われる。抽出したブレ量は、光学系駆動手段 9に入力される。光学系駆 動手段 9では、主光学系 2aに含まれるレンズや主撮像素子 3aをブレ量ベクトルに合 わせて光軸 Zに対して垂直面内で互いに垂直な 2方向 Χ,Υ方向に移動することで光 軸 Ζを偏心させることで、画像のブレを補正する。
[0032] 実施の形態 3.
上記実施の形態 1、 2では副撮像素子専用の光学系を備える構成となっているが、 図 5に示すように、主光学系 2aを経由する光をノヽーフミラー 10及びミラー 11等力もな る分割手段で分割して副撮像素子 3bへ供給することにより、主光学系と副光学系を 共用することも可能である。光学ズームの際、主光学系 2aに合わせて視野が変わる。 [0033] 実施の形態 4.
上記実施の形態 1一 3では、副撮像手段を手ぶれ量の検出のみに用いているが、 その他に副撮像素子を主撮像手段が撮影する被写体の光学的条件を得ることに用 いてもよい。光学的条件とは、例えば被写体の明るさ、または光量、被写体を照らす 照明の色温度、撮像素子が出力する画像力 被写体までの距離を測定する TTL測 距などである。
[0034] TTL測距に供する場合、副光学系の焦点位置は、主光学系の焦点位置と同様に可 動にするか、もしくは主光学系を経由する光を副撮像素子へ供給するなどして、主光 学系の焦点位置の変化により副撮像素子への結像状態が変化する必要がある。 TTL測距を副撮像素子で行う場合、例えばユーザがシャッターを押してから、ピント 位置が 20cm、 30cm, 50cm, lm、 3mになるように副光学系のレンズ移動を行い、 各ピント位置で撮影を行って最もコントラストが高い画像が得られたピント位置に主撮 像素子のレンズを移動して撮影を行う。主撮像素子と比べて副撮像素子の方が画素 が少な 1ヽので、主撮像素子で TTL測距を行うより各ピント位置での撮影が高速で行 えるため、出力画像撮影のための露光を開始するまでの時間が短縮できる。
[0035] また、被写体の明るさについては、主撮像素子で出力画像を撮影する前に、副撮像 素子で撮影した 1つの画像から白黒の分布を得て、その分布が白または黒のいずれ かに偏らないような主撮像素子の画素のゲインを選択する。これについても、主撮像 素子と比べて副撮像素子の方が画素が少なぐ撮影が高速で行えるため、出力画像 撮影のための露光を開始するまでの時間が短縮できる。
[0036] 色温度の測定については、例えば、副撮像素子の一部に色フィルタのついた部分を 設け、その部分を色温度測定用のセンサとして用いる。この色温度測定用センサへ はより多くの光が導入されることが望ましい。色温度測定を行う場合、例えば、ユーザ が撮影範囲 、つぱ 、に黄色 、人型を撮影した場合、カメラは光が実際に黄色 、のか それとも被写体が黄色 、のかを判定できず誤った色温度補正を行う場合がある。高 性能のデジタルスチルカメラなどでは、内部の CPUを活用して可能な限り光が黄色 ヽ の力被写体が黄色 、のか区別するようにプログラムされて!/、るが、カメラに使える CPUパワーに限りがある携帯電話に搭載されたカメラでは、より誤判定が起こりやすく なる。そのため、主撮像素子で色温度測定を行うとともに副撮像素子でも色温度測 定を行えば、より多くの情報を収集できるため、誤判定を減らすことができる。なお、 色温度測定用のセンサは上記のように副撮像素子の一部に設けず、独立して設けて ちょい。
[0037] 上記の光学的条件を得ることに用いるのは、手ブレの検出と合わせて行うこともでき るし、光学的条件を得ることのみで用いてもよい。
産業上の利用可能性
[0038] 本発明に係る撮像装置は、デジタルスチルカメラやカメラ機能付き携帯電話機に搭 載して利用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 被写体からの光が入射する光学系と、
前記光学系を介して被写体力 の光を受光して被写体の画像を出力する第 1の撮像 素子と、
前記光学系を介して被写体からの光を受光して前記第 1の撮像素子が 1つの画像を 出力する間に複数の画像を出力する第 2の撮像素子と、
前記第 2の撮像素子の撮影した複数の画像力 連続した 2つの画像の相関をとつ てブレ量を算出するブレ量抽出手段と、
前記算出したブレ量を用いて第 1の撮像素子が出力した画像力 ブレ成分を除去 するブレ成分除去手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
[2] 前記光学系は、前記第 1の撮像素子に光を入射する第 1の光学系と、前記第 2の撮 像素子に光を入射する第 2の光学系とを備えることを特徴とする請求項 1に記載の撮 像装置。
[3] 前記第 2の光学系は、前記第 1の光学系の光軸と略平行な光軸を有していることを特 徴とする請求項 2記載の撮像装置。
[4] 前記光学系は第 1の光学系のみを備え、この第 1の光学系からの光を分割する分割 手段を有し、分割した光を前記第 1および第 2の撮像素子にそれぞれ入射させること を特徴とする請求項 1に記載の撮像装置。
[5] 被写体からの光が入射する光学系と、
前記光学系を介して被写体力 の光を受光して被写体の画像を出力する第 1の撮像 素子と、
前記光学系を介して被写体からの光を受光して前記第 1の撮像素子が 1つの画像を 出力する間に複数の画像を出力する第 2の撮像素子と、
前記第 2の撮像素子の撮影した複数の画像力 連続した 2つの画像の相関をとつ てブレ量を算出するブレ量抽出手段と、
前記算出したブレ量に基づいてブレを除去するように前記光学系を駆動する光学 系制御駆動手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
[6] 前記第 2の撮像素子の一部に色温度測定用のセンサ部を有し、この色温度測定用 センサ部により色温度を測定してから、前記第 1の撮像素子が受光を開始する請求 項 1記載の撮像装置。
[7] 前記第 1および第 2の光学系は、焦点位置を変更する焦点変更手段を有し、複数の 焦点位置で第 2の撮像素子が撮像を行ヽ、この撮像した複数の画像のうち最もコント ラストの高い画像が得られた焦点位置に前記第 1の光学系の焦点を合わせて前記第 1の撮像素子の受光を開始することを特徴とする請求項 2記載の撮像装置。
[8] 前記第 2の撮像素子が撮像を行い、得られた画像の各画素の明るさに基づき、第 1 の撮像素子のゲインを設定して前記第 1の撮像素子の受光を開始することを特徴と する請求項 1記載の撮像装置。
[9] 請求項 1一 8いずれか一項に記載の撮像装置を備えた携帯機器。
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