(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を撮像し画像信号を出力する撮像手段と、
上記撮像手段の振れを検出する振れ検出手段と、
上記振れ検出手段の検出した振れ信号に基づいて上記画像信号の振れを補正する補正手段と、
上記振れ信号の周波数を検出する振れ周波数検出手段と、
上記検出した振れ周波数が第１のしきい値より小さいとき上記振れ補正手段による補正を制限し、上記振れ周波数が第２のしきい値より大きいとき上記制限を解除する制御手段とを備えた撮像装置。
【請求項２】
上記第２のしきい値は上記第１のしきい値より大きいことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
上記撮像手段は、その撮像面の水平方向及び垂直方向に配される光電変換素子の数を、準拠する放送方式で必要とするイメージサイズ（画素数）よりも多く設けて成り、上記振れ補正手段は、有効像円径内の画素から上記準拠する放送方式で必要とするイメージサイズを選択することにより上記補正を行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
上記振れ補正手段は、光学的に光軸を曲げることにより上記補正を行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
上記撮像手段の撮像面に結像される被写体像を変倍する変倍手段を設け、上記振れ補正手段は、上記撮像手段と変倍手段との間に配されることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項６】
上記振れ補正手段は、可変頂角プリズムであることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項７】
上記振れ補正手段は、シフトレンズであることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項８】
上記制御手段による上記補正の制限とは、上記振れ補正の帯域を制限することであることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項９】
被写体像を撮像し画像信号を出力する撮像処理と、
撮像手段の振れを検出する振れ検出処理と、
上記振れ検出処理で検出した振れ信号に基づいて上記画像信号の振れを補正する補正処理と、
上記振れ信号の周波数を検出する振れ周波数検出処理と、
上記検出した振れ周波数が第１のしきい値より小さいとき上記振れ補正処理による補正を制限し、上記振れ周波数が第２のしきい値より大きいとき上記制限を解除する制御処理とを実行するためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１０】
上記第２のしきい値は上記第１のしきい値より大きいことを特徴とする請求項９記載のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１１】
上記制御処理による上記補正の制限とは、上記振れ補正の帯域を制限するものであることを特徴とする請求項９記載のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ等に用いて良好な手振れ等の振れ補正機能を有する撮像装置及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラ等では、高倍率のズームレンズが採用されており、民生用の分野においてもズーム比１０倍以上が一般化している。このようなズーム比の拡大に伴い、長焦点側の焦点距離が大きな数値になってくると、長焦点側では手振れ等によるカメラの振れが撮影される画像に与える影響が大きくなり、主被写体が画面内で見苦しく動いてしまう。そこでビデオカメラ等の分野では、手振れ等の影響を取り除く振れ補正機能の実用化が行われてきた。
【０００３】
この振れ補正機能は、振れ成分を検出する振れ検出手段と、この検出手段の検出結果に応じて、振れを補正する振れ補正手段を少なくとも含んでいる。このうち振れ検出手段としては、連続するフィールド間、またはフレーム間の画像を比較して画像の動きを検出する電子的な検出方法や、角速度センサ、角加速度センサなどを用いてカメラの動きを直接測定する方法が挙げられる。
【０００４】
一方、振れ補正手段としては、光学的に撮影光軸の角度を手振れが除去される方向に調整する光学的振れ補正手段の他に、得られた画像の中から実際に記録又は出力する範囲（切り出し範囲）を電子的に選択する、所謂電子式補正手段等が挙げられる。
【０００５】
さて、このような振れ補正機能を搭載しているカメラを三脚に固定して撮影を行う場合、振れ検出手段からのノイズ成分により、本来止まっていなければならない映像がゆらゆらと揺れてしまうことがある。そのため、三脚等安定した場所に設置され固定されたかどうかの振れ判定手段を有し、その判定手段によりカメラが固定されたと判定された場合は、振れ補正の帯域を制限するなどして、ノイズによる映像の揺れを除去する方法が提案されている。
【０００６】
この振れ判定手段では、振れ検出手段により検出される振れ信号の大きさと周波数成分から判定する。まず通常の振れ補正時に振れの周波数が所定のしきい値Ａより低く、かつ振れ信号のレベルが所定のしきい値Ｂより小さい状態が所定時間続いた場合に振れ補正に帯域制限をかけ、不要な動きをカットする。この状態を静止モードと呼ぶことにする。逆に静止モード時に、振れの周波数が所定のしきい値Ａより高く、かつ振れ信号のレベルが所定のしきい値Ｂより大きい時は通常補正に戻る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例では、三脚等に固定された静止モード中に例えばカメラを指で軽くはじくような振れを与えると、簡単に静止モードから抜けてしまい、再び静止モードに入るまでの間、やはり映像がゆらゆらと揺れてしまい、違和感を与えてしまうことがあるという問題があった。
【０００８】
従って、本発明は、静止モード中に不用意に静止モードから抜けてしまうのを防止することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による撮像装置においては、被写体像を撮像し画像信号を出力する撮像手段と、上記撮像手段の振れを検出する振れ検出手段と、上記振れ検出手段の検出した振れ信号に基づいて上記画像信号の振れを補正する補正手段と、上記振れ信号の周波数を検出する振れ周波数検出手段と、上記検出した振れ周波数が第１のしきい値より小さいとき上記振れ補正手段による補正を制限し、上記振れ周波数が第２のしきい値より大きいとき上記制限を解除する制御手段とを設けている。
【００１０】
本発明による記憶媒体においては、被写体像を撮像し画像信号を出力する撮像処理と、上記撮像手段の振れを検出する振れ検出処理と、上記振れ検出処理で検出した振れ信号に基づいて上記画像信号の振れを補正する補正処理と、上記振れ信号の周波数を検出する振れ周波数検出処理と、上記検出した振れ周波数が第１のしきい値より小さいとき上記振れ補正処理による補正を制限し、上記振れ周波数が第２のしきい値より大きいとき上記制限を解除する制御処理とを実行するためのプログラムを記憶している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による撮像装置の実施の形態を示す構成図である。
図１において、１０１は第１のレンズ群であり、集光のための固定レンズ群である。１０２は第２のレンズ群であり、変倍のために光軸方向に移動可能な変倍レンズ群である。１０３は絞り、１０４は第３のレンズ群であり、固定レンズ群である。１０５は第４のレンズ群であり、変倍レンズ群１０２の動きで移動した結像位置を補正する機能と焦点調節を行う機能とを兼ね備えた補正レンズ群で、やはり光軸方向に移動可能となっている。これらのレンズ群によるレンズユニットによって、最終的に撮像センサとしてのＣＣＤ１１１の撮像面上に可変倍率の被写体像が結像される。
【００１２】
１２１はモータ、１２６はモータドライバであり、モータドライバ１２６によりモータ１２１を駆動することにより変倍レンズ群１０２を移動させる。補正レンズ群１０５に関しても同様に、１２５のモータ、１２８のモータドライバにより移動させる。１２３はＩＧメータ、１２７はＩＧドライバである。
本実施の形態では、モータ１２１、１２５はステッピングモータを想定しており、基準位置からのパルス数をカウントすることにより絶対位置を検出する。
尚、その他のアクチュエータを用いる場合は、必要に応じて位置検出センサが必要である。
【００１３】
１１１はＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）であり、光を電荷に変換する。ここではＣＣＤ１１１は放送方式（例えばＮＴＳＣ方式）で必要とする標準のＣＣＤに比べて画素数（光電変換素子数）の多いＣＣＤを用いている。１１６はＣＣＤ駆動回路であり、ＣＣＤ１１１を駆動する。ＣＣＤ駆動回路１１６は後述のマイクロコンピュータ１１７からの制御命令に従い、どのラインから最終的に出力するエリアを切り出すかをＶ方向に関して選択することができるように工夫されている。
【００１４】
図３において、３０１はＣＣＤの全イメージサイズＩs 、３０２、３０３、３０４は放送方式に準ずる標準イメージサイズＩN の例である。例えば最上ラインからΔｙ１ライン下のラインｙ１＋１から有効とする場合、Δｙ１ラインを高速に読み出し、垂直同期信号に対し標準サイズのＣＣＤを用いた場合と同じタイミングでｙ１＋１から読み出すことができる。
【００１５】
図１において、１１２はアナログ信号処理部であり、ＣＣＤ１１１で得られた信号に所定の処理を施しアナログ画像信号を生成する。例えばＣＤＳ回路（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｄｏｕｂｌｅ  ｓａｍｐｌｉｎｇ相関二重サンプリング回路）、ＡＧＣ回路等を含んで構成される。１１３はＡ／Ｄコンバータであり、アナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。１１４はメモリであり、デジタル画像信号を少なくとも１ライン分記憶することができ、さらに所定の位置（アドレス）から読み出すことが可能である。１１５はデジタル信号処理部であり、最終的な出力画像信号を生成する。
【００１６】
なお、メモリ１１４に記憶されるデジタル画像信号は、標準イメージサイズに比べて画素数が多いままである。デジタル信号処理部１１５は後述のマイクロコンピュータ１１７からの制御命令に従い、メモリ１１４から読み出す先頭の画素を選択することができ、標準イメージサイズ分だけ読み出すように工夫されている。
【００１７】
１１７はマイクロコンピュータであり、カメラシステム全体の制御を行う。例えばモータトライバ１２６、１２８を制御する。また駆動したパルス数を常に監視し、基準位置からの絶対位置を表す変倍レンズ位置データ、補正レンズ位置データをそれぞれ生成する。例えば全ストロークを１２８０パルスで移動できるとすると、１０パルス毎に等分し、１２８段階の位置データを生成する。１４０はズームキーであり、ユーザが焦点距離を変える時に操作するキーである。マイクロコンピュータ１１７はズームキー１４０の信号を読み込み、それに応じて変倍レンズ１０３を制御する。
【００１８】
１３１は角速度センサであり、カメラの振れ（ＣＣＤ１１１の振れ）の一方向の角速度成分を検出する。１３２はＨＰＦ（高域通過フィルタ）、１３３はアンプ、１３４はＬＰＦ（低域通過フィルタ）であり、これらにより角速度センサ１３１で検出された角速度センサ出力信号に対して所定の周波数制限と増幅が施され、角速度信号を生成する。
【００１９】
１３５は角速度センサであり、やはりカメラの振れの他方向の角速度成分を検出する。１３６はＨＰＦ（高域通過フィルタ）、１３７はアンプ、１３８はＬＰＦ（低域通過フィルタ）であり、上記１３１〜１３４の各部と同等の機能を有する。但し、両者はＣＣＤ１１１の撮像面において互いに直行する成分を検出するように配置されている。具体的には一方が縦（Ｖ）方向、他方が横（Ｈ）方向を検出する。
【００２０】
マイクロコンピュータ１１７はＡ／Ｄコンバータを内蔵しており、２方向の角速度信号はこの内蔵Ａ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換され角速度データとなる。さらに角速度データに所定の信号処理を施し、縦方向、横方向の振れ補正信号を生成する。マイクロコンピュータ１１７は縦方向の振れ補正信号をＣＣＤ駆動回路１１６に、横方向の振れ補正信号をデジタル信号処理部１１５にそれぞれ伝達する。先に述べたようにＣＣＤ駆動回路１１６、デジタル信号処理部１１５はそれぞれ振れ補正信号に応じて切り出す位置を可変する。
【００２１】
上記の一連の動作により、図３に示すように全イメージサイズＩs ３０１から、例えば３０２、３０４のように標準イメージサイズＩN を中央からずらして切り出すことができ、この結果手振れ等による振れを補正することが可能となる。
【００２２】
１４３は上記マイクロコンピュータの制御プログラムを格納する本発明による記憶媒体である。制御プログラムとしては、後述する図２、４に示す処理を実行するためのプログラムを含む。この記憶媒体１４３としては、半導体メモリ、光ディスク、光磁気ディスク、磁気媒体等を用いてよい。また、それらをＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード、フロッピディスク、磁気テープ、磁気カード等に構成して用いてよい。
【００２３】
次にマイクロコンピュータ１１７内の角速度データを振れ補正信号に変換する信号処理について図２を用いて説明する。なお、縦方向、横方向はそれぞれ同じ処理を施すので、ここでは一方向に関して説明する。
まず、処理２０１により角速度データが取り込まれる。
処理２０２はＨＰＦ（高域通過フィルタ）であり、角速度データから主に直流成分を遮断する。従って、遮断周波数は十分に低い。処理２１０はＨＰＦ（高域通過フィルタ）であり、２１３は遮断周波数テーブルである。ＨＰＦ２１０は遮断周波数を遮断周波数テーブル２１３より選択することができる。
【００２４】
処理２０３は積分器であり、ＨＰＦ出力を積分することにより角変位信号を出力する。処理２０４はズームゲインを乗算し補正量を出力する。カメラに角変位θだけ振れが加わると焦点距離１と撮像面上での被写体移動量Δｘには、
Δｘ＝１×ｔａｎθ                                    ………（１）
となるので、それぞれの焦点距離に合わせた利得をここで乗算する。２０５は焦点距離データであり、先に述べたように実際には変倍レンズの位置を有限数（例えば０から１２８）で表している。
【００２５】
２０７はズームゲインテーブルであり、焦点距離データとズームゲインが対応付けられ、ＲＯＭ領域に記憶されている。ズームゲイン２０４は焦点距離データ２０５の利得をズームゲインテーブル２０７から読み出す。処理２０６はリミッタであり、ズームゲイン２０４の出力値に制限をかけ、補正量を出力する。２０８はリミッタテーブルであり、焦点距離データとリミッタ値（ずらせる画素数）が対応付けられ、ＲＯＭ領域に記憶されている。リミッタ２０６は焦点距離データ２０５に対応するリミッタ値をリミッタテーブル２０７から読み出し、ズームゲイン２０４の出力とリミッタ値とを比較し、リミッタ値よりも大きい場合にリミッタ値を補正量として出力する。
【００２６】
２１１は振れ周波数検出器であり、ＨＰＦ２０２の出力信号から振れ周波数成分を検出する。振れ周波数検出器２１１は最も大きく検出された周波数データを出力する。２１２は振れ状態判別器であり、ＨＰＦ２０２の出力信号と、振れ周波数検出器２１１からの振れ周波数データとから、振れ状態を判別し、ＨＰＦ２１０の遮断周波数を制御する。本実施の形態では振れ判別器により、補正モードと静止モードのどちらかに切り替わる。補正モードとは通常の振れ補正をするモードであり、静止モードとは三脚等安定した場所に設置された場合に振れ検出系のノイズ等により、本来止まっていなければならない映像がゆらゆらと揺れてしまうのを防止するため、振れ補正の帯域を制限し、ノイズによる映像の揺れを除去するモードである。
【００２７】
静止モードにおいて、振れ補正の帯域を制限するために、ＨＰＦ２１０の遮断周波数を変える。具体的には通常モードでは、ＨＰＦ２１０の遮断周波数を十分に低く設定し、静止モードでは、ノイズが除去されるのに必要な値に設定する。またそれぞれの遮断周波数は予め所定の値になるように設定されている。
【００２８】
次に図４を用いて振れ状態判別器２１２の動作について説明する。
なお、図４の処理は所定周期で繰り返し実行される。また処理４０３〜４０６は横方向と縦方向は独立に実行される。
処理４０２により現在静止モードであるか否かの判定をする。
処理４０２により補正モードと判断されると処理４０８に移る。
【００２９】
処理４０８ではＰ、Ｙの角速度Ｓが共に所定のしきい値Ｓe より小であるか否かを判定する。ここでＰ（ピッチ）とは縦方向、Ｙ（ヨー）とは横方向のことである。
処理４０９では、Ｐ、Ｙの振れ周波数ｆが共に所定のしきい値ｆｇ以下であるか否かを判定する。処理４０９で共にｆｇ以下と判断されると処理４１０に移る。
処理４０９ではメモリＣｏｕｎｔの値に１加算し保存する。
処理４１１ではメモリＣｏｕｎｔの値が所定値ｃｈに等しいか否かの判断をする。処理４１１で等しいと判断されると処理４１２に移り、等しくないと判断されると処理４０７で終了する。
【００３０】
処理４１２では、静止モードに移行する。具体的にはＨＰＦ２１０の遮断周波数を静止モード時に設定すべき値に変更する。
処理４０８、４０９で条件を満たさなかった時、及び処理４１２を実行した後に処理４１３に移行する。
処理４１３でメモリＣｏｕｎｔ０を保存し、初期化する。
【００３１】
処理４０２により静止モードと判断されると処理４０３に移る。
処理４０３では角速度Ｓが所定のしきい値Ｓａより小であるか否かを判定する。
処理４０８で大と判断されると処理４０４に移る。
処理４０４では、振れ周波数ｆが所定のしきい値ｆｂより小であるか否かを判定する。
処理４０４でｆｂ以上と判断されると処理４０６に移る。
処理４０６では補正モードに移行する。具体的にはＨＰＦ２１０の遮断周波数を補正モード時に設定すべき値に変更する。
【００３２】
本実施の形態は、しきい値ｆｂとｆｇの値が異なるのが特徴である。これは静止モード中にカメラを指で軽くはじくような振れを与えると、簡単に静止モードから抜けてしまい再び静止モードに入るまでの間、やはり映像がゆらゆらと揺れてしまい、違和感を与えてしまうのを防ぐためである。つまり、しきい値ｆｂをしきい値ｆｇよりも大きな値にすることにより、静止モードに入りやすく、抜けにくくなっている。
【００３３】
尚、本実施の形態ではＨＰＦ２１０の遮断周波数を可変としたが、積分器２０３の特性を可変としても良く、ＨＰＦと積分器の両方の特性を可変としても良い。
また、本実施の形態では、ＣＣＤ１１１からの切り出しによる電子的振れ補正システムを例に説明したが、レンズ群の内、一部のレンズをシフトさせることにより振れ補正をするシステムや、高屈折率の液体を封入したプリズム（可変頂角プリズム（ＶＡＰ））の頂角を可変することにより振れ補正をするシステム等の光学的振れ補正手段の場合にも本発明は有効であることは明らかである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、三脚等に固定された静止モード等の補正を制限するモードに入りやすく、抜けにくくすることができるので、このモード中にカメラを指で軽くはじくような振れを与えると、従来のように簡単に静止モードから抜けてしまい、再び静止モードに入るまでの間、映像がゆらゆらと揺れてしまい違和感を与えてしまうのを有効に防ぐことができ、良好な振れ補正を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像装置の実施の形態を示す構成図である。
【図２】角速度データを振れ補正信号に変換する信号処理を示すブロック図である。
【図３】ＣＣＤの撮像面を示す構成図である。
【図４】振れ状態判別器の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０２  第２のレンズ群（変倍レンズ群）
１１１  ＣＣＤ
１１５  デジタル信号処理部
１１６  ＣＣＤ駆動回路
１１７  マイクロコンピュータ
１３１、１３５  角速度センサ
１４３  記憶媒体
１３２、１３６  ＨＰＦ
３０１  全イメージサイズ
３０２〜３０４  標準イメージサイズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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