(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配列された光センサから成る撮像素子と、
特定の行範囲および特定の列範囲の領域内に配列された前記光センサからの光検出信号を抽出して映像信号を生成する信号抽出手段と、
前記光センサの行配列方向および列配列方向における前記撮像素子の変位を検出する変位検出手段と、
前記変位検出手段の検出結果にもとづいて前記特定の行範囲および前記特定の列範囲の前記行配列方向および前記列配列方向におけるそれぞれの位置を設定する位置制御手段と、
前記信号抽出手段が生成した前記映像信号をもとに、前記変位検出手段の検出結果にもとづいて、前記行配列方向で隣接する２つの前記光センサに対応する前記映像信号にそれぞれ第１および第２の行補間係数を乗じて加算し、かつ前記列配列方向で隣接する２つの前記光センサに対応する前記映像信号に第１および第２の列補間係数をそれぞれ乗じ加算して映像信号を生成する補間手段と、
１フレーム分の前記映像信号を静止画映像信号として保持する記憶手段と、
を備えた撮像装置において、
前記第１および第２の行補間係数の少なくとも一方と行しきい値とを比較した結果、および前記第１および第２の列補間係数の少なくとも一方と列しきい値とを比較した結果にもとづいて前記記憶手段への前記映像信号の書き込みを制御する静止画制御手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記行しきい値は、前記第１および第２の行補間係数の最大値より小さく互いに値が異なる第１および第２の行しきい値から成り、前記第１の行しきい値は前記第２の行しきい値より小さく、前記静止画制御手段は、前記第１および第２の行補間係数の少なくとも一方の値が前記第１の行しきい値より小さいかまたは前記第２の行しきい値より大きいとき、前記記憶手段に前記映像信号を保持させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記列しきい値は、前記第１および第２の列補間係数の最大値より小さく互いに値が異なる第１および第２の列しきい値から成り、前記第１の列しきい値は前記第２の列しきい値より小さく、前記静止画制御手段は、前記第１および第２の列補間係数の少なくとも一方の値が前記第１の列しきい値より小さいかまたは前記第２の列しきい値より大きいとき、前記記憶手段に前記映像信号を保持させることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１および第２の行補間係数は０以上、１未満の値をとり、前記第１および第２の行補間係数の和は１であることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１および第２の列補間係数は０以上、１未満の値をとり、前記第１および第２の列補間係数の和は１であることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置に関し、特に撮像装置の変位による画像の振れを補正する機能、および静止画の記録機能を備えた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
小型の撮像装置は、装置を手で保持して撮影を行うため手振れによる画像の乱れが生じ易い。そこで、この手振れを補正によって解消すべく従来より種々の方法が検討されている。なかでも、電子的に手振れを補正する方法は、機構的な複雑さを回避でき、安定でかつ動きの早い手振れにも対応できることから、実用化されてその効果を発揮している。
【０００３】
一般に、電子的手振れ補正を行う撮像装置は、マトリクス状に配列された光センサにおいて特定の行範囲および特定の列範囲の領域内に配列された光センサからの光検出信号を抽出して映像信号を生成する信号抽出手段と、光センサの行配列方向および列配列方向行における撮像素子の変位を検出する変位検出手段とを備え、位置制御手段が、変位検出手段の検出結果にもとづいて行範囲および列範囲の行配列方向および列配列方向におけるそれぞれの位置を設定することで手振れ補正を行う構成となっている。
【０００４】
また、さらに高精度で手振れ補正を行う撮像装置では、信号抽出手段が生成した映像信号をもとに、変位検出手段の検出結果にもとづいて、行配列方向で隣接する２つの光センサに対応する映像信号にそれぞれ第１および第２の行補間係数をそれぞれ乗じて加算し、かつ行配列方向で隣接する２つの光センサに対応する映像信号に第１および第２の列補間係数をそれぞれ乗じ加算して映像信号を生成する補間手段を備え、隣接する光センサの間隔以下の精度、すなわち１画素以下の精度で手振れ補正を行えるようになっている。
【０００５】
図８は１画素以下の精度で手振れ補正を行うための信号補間法を示す原理説明図である。図８において、位置１０２、１０４は隣接する光センサ、したがって隣接する画素の位置を表している。一方、位置１０６には対応する光センサが存在せず、本来その位置の画素情報を取得することはできない。そこで、位置１０６における画素情報を位置１０２、１０４における画素情報にもとづき補間を行って生成する。
すなわち、位置１０６における画素情報をＱを位置１０２、１０４の画素情報Ｐi-1、Ｐiにより次式により算出する。
【０００６】
【数１】
Ｑ＝（１−ｋ）Ｐi＋ｋＰi-1
ただし、補間係数ｋは不等式０≦ｋ＜１を満たす数であり、位置１０６が位置１０４に近いほど小さい値に設定される。
このような演算を行うことによって実際には光センサが存在しない位置の画素情報も取得でき、したがって１画素以下のピッチで位置を変位させた画像を得ることが可能となり、高精度の手振れ補正を実現できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方式では時に解像度の劣化が大きくなるという問題がある。
図９は高精度手振れ補正を行った場合の解像度の劣化を説明するグラフである。図中、横軸は補間係数ｋ、縦軸は解像度をそれぞれ表し、曲線１０８が解像度の変化を表している。図９に示したように、補間係数ｋの値が０．５のとき解像度はもっとも低く、補間係数が０または１に近いほど解像度は高くなっている。したがって、補間係数ｋが０．５に近い状態で手振れ補正が行われた場合に、解像度が大きく低下することになる。
【０００８】
補間係数ｋが０．５に近くなるのは、図８の例で説明すると、補間によって画素情報を生成すべき位置１０６が、もとの画素の位置１０２、１０４の中間付近となる場合である。このとき補間演算により得られた画素情報には、もとの２つの画素情報が同じ割合で反映され、どちらの画素情報も十分に反映していないことになる。一方、補間係数ｋが０または１に近い値となるのは、位置１０６が位置１０２または位置１０４のいずれかに近い場合であり、このとき補間演算により得られた画素情報には、もとの２つの画素情報、すなわち実際に光センサで検出された画素情報のいずれかが強く反映される。
したがって解像度は、補間係数が０または１に近いときは良好であるが、補間係数が０．５に近いときは著しく劣化する結果となる。
【０００９】
そして、このような解像度の劣化は、動画では比較的目立たないが、静止画とした場合には非常に目立つものとなってしまう。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、手振れ補正に伴って静止画の解像度が劣化することを回避した撮像装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、マトリクス状に配列された光センサから成る撮像素子と、特定の行範囲および特定の列範囲の領域内に配列された前記光センサからの光検出信号を抽出して映像信号を生成する信号抽出手段と、前記光センサの行配列方向および列配列方向における前記撮像素子の変位を検出する変位検出手段と、前記変位検出手段の検出結果にもとづいて前記特定の行範囲および前記特定の列範囲の前記行配列方向および前記列配列方向におけるそれぞれの位置を設定する位置制御手段と、前記信号抽出手段が生成した前記映像信号をもとに、前記変位検出手段の検出結果にもとづいて、前記行配列方向で隣接する２つの前記光センサに対応する前記映像信号にそれぞれ第１および第２の行補間係数を乗じて加算し、かつ前記列配列方向で隣接する２つの前記光センサに対応する前記映像信号に第１および第２の列補間係数をそれぞれ乗じ加算して映像信号を生成する補間手段と、１フレーム分の前記映像信号を静止画映像信号として保持する記憶手段と、を備えた撮像装置において、前記第１および第２の行補間係数の少なくとも一方と行しきい値とを比較した結果、および前記第１および第２の列補間係数の少なくとも一方と列しきい値とを比較した結果にもとづいて前記記憶手段への前記映像信号の書き込みを制御する静止画制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の撮像装置では、静止画制御手段が、第１および第２の行補間係数の少なくとも一方と行しきい値とを比較した結果、および第１および第２の列補間係数の少なくとも一方と列しきい値とを比較した結果にもとづいて記憶手段への映像信号の書き込みを制御する。したがって、解像度の劣化が少ない補間係数により手振れ補正が行われている状態でのみ、静止画用の映像信号を記憶手段に取り込むことができ、手振れ補正に伴って静止画の解像度が劣化することを回避することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
図１は本発明による撮像装置を示すブロック図、図２は図１の撮像装置を構成するマイクロコンピュータの機能を示すブロック図、図３は図１の撮像装置を構成する補間手段を詳しく示すブロック図である。
図１に示したように、本実施の形態例の撮像装置２では、光学レンズ４によって生成された光学映像は固体撮像素子６（ＣＣＤ６）により電気信号に変換され、光検出信号として出力される。固体撮像素子６は多数の光センサをマトリクス状に配列して構成され、各光センサが撮影画像を構成する各画素に対応している。
固体撮像素子６は、各光センサの光検出信号を、光センサの各行ごとに行の配列の順番にしたがって出力し、そして、各行の光センサの光検出信号は、光センサの列方向の配列の順番にしたがって出力する。
【００１５】
固体撮像素子６からの光検出信号は、Ａ／Ｄ変換器８によってディジタル化された後、横軸方向読み出し位置制御手段１０（以下、単に位置制御手段１０ともいう）およびカメラ信号処理回路１２を通じ、映像信号として補間手段１４に供給される。
【００１６】
位置制御手段１０は、１行分の光センサからの光検出信号を、光センサの列配列方向（横軸方向ともいう）での配列の順に記憶するメモリにより構成され、１行分の光センサからの光検出信号はすべてがいったんこのメモリに書き込まれる。そして、後述するマイクロコンピュータ１６（単にマイコン１６ともいう）からの補正値にもとづいて、特定の読み出し開始位置（アドレス）以降の所定範囲のアドレスに書き込まれている光検出信号を順番に読み出して出力する。
【００１７】
固体撮像素子６は上述のように、光センサの各行ごとに行配列方向（縦軸方向ともいう）での配列の順番にしたがって光検出信号を出力するが、縦軸方向読み出し位置制御手段１８（以下、単に位置制御手段１８ともいう）はマイコン１６からの補正値にもとづいて先頭行を設定し、その先頭行から特定の行範囲内に配列されている光センサからの光検出信号を固体撮像素子６に出力させる。
これら位置制御手段１０、１８およびカメラ信号処理回路１２が本発明に係わる信号抽出手段を構成している。
【００１８】
補間手段１４は、図３に示したように、ラインメモリ２０、２２、乗算器２４、２６、２８、３０、加算器３２、３４、遅延回路３６、ならびにシリアルインターフェース３８により構成されている。
カメラ信号処理回路１２からの１行分の映像信号はラインメモリ２０に入力され、ラインメモリ２０の出力Ｐｍは乗算器２４に供給されると共にラインメモリ２２に入力される。そして、ラインメモリ２２の出力Ｐｍ−１は乗算器２６に供給される。
【００１９】
シリアルインターフェース３８にはシリアル通信線４０を通じてマイコン１６から第１および第２の行補間係数４２、４４および第１および第２の列補間係数４６、４８が供給され、シリアルインターフェース３８は、第１および第２の行補間係数４２、４４（ｋ１、１−ｋ１）をそれぞれ乗算器２６、２４に出力し、第１および第２の列補間係数４６、４８（ｋ２、１−ｋ２）は乗算器３０、２８に出力する。
その結果、乗算器２４はラインメモリ２０の出力と第２の行補間係数４４との積を算出し、一方、乗算器２６はラインメモリ２２の出力と第１の行補間係数４２との積を算出する。そして、乗算器２４、２６の出力は加算器３２によって加算され、乗算器２８および遅延回路３６に供給される。
【００２０】
遅延回路３６は１画素に相当する時間だけ加算器３２の出力Ｐiを遅延させて乗算器３０に供給し、乗算器３０はこの映像信号Ｐi-1に第１の列補間係数４６を乗じて出力する。一方、乗算器２８は加算器３２の出力に第２の列補間係数４８を乗じて加算器３４に出力し、加算器３４は乗算器２８、３０の出力を加算してメモリ制御手段６２に出力する。
【００２１】
上述のように、ラインメモリ２２にはラインメモリ２０に記憶されていた映像信号が供給され保持されるので、ラインメモリ２０、２２から映像信号を同時に読出すことで、乗算器２４、２６にはそれぞれ、ある行とその行につづく行の映像信号が同時に供給されることになり、したがって加算器３２からは行間の補間処理を行った結果が出力される。
一方、乗算器３０には遅延回路３６により映像信号が１画素相当の時間だけ遅延させて供給されるので、乗算器２８、３０にはそれぞれ、ある画素と、列配列方向でその画素につづく画素の映像信号が同時に供給されることになり、したがって加算器３４からは列間の補間処理を行った結果が出力される。
【００２２】
図１に示した角速度センサ５２、アンプ５４、Ａ／Ｄ変換器５６、ならびにマイコン１６は、光センサの行配列方向および列配列方向における固体撮像素子６の変位を検出する変位検出手段を構成している。角速度センサ５２は例えば圧電素子を用いた振動ジャイロから成り、撮像装置本体に固定されて固体撮像素子６とともに変位する。したがって撮像装置２が手振れにより変位すると、角速度センサ５２は光センサの行配列方向および列配列方向の角速度を検出し、検出結果を表す電気信号を出力する。この電気信号はアンプ５４により増幅された後、Ａ／Ｄ変換器５６によってディジタル化され、マイコン１６に供給される。図２に示したように、マイコン１６による積分手段５８は、Ａ／Ｄ変換器５６から供給された信号が表す角速度を積分することで、行配列方向（縦軸方向）および列配列方向（横軸方向）の変位角度を算出する。
【００２３】
撮像装置２は、図１に示したように、静止画を生成するためのメモリ６０を備え、このメモリ６０には、メモリ制御手段６２による制御のもとで、マイコン１６からの指示により１フレーム分の映像信号が静止画映像信号として記憶される。静止画の映像信号を出力する場合は、このメモリ６０から映像信号が読み出され、出力される。
【００２４】
マイコン１６は上記積分手段５８以外に、図２に示したように、補正値処理手段６４および静止画取込みタイミング作成手段６６を構成している。
補正値処理手段６４は、積分手段５８からの行配列方向および列配列方向の変位角度にもとづいて、まず行配列方向および列配列方向における手振れの補正値を算出する。その後、算出した補正値により、画素単位の補正値６８と、もとの補正値からこの画素単位の補正値６８を減算して得られる１画素未満の補正値を求める。そして、行および列配列方向の１画素未満の補正値から、さらに第１および第２の行補間係数４２、４４および第１および第２の列補間係数４６、４８を算出する。なお、本実施の形態例では、各補間係数は０以上、１未満の値をとり、補正値処理手段６４が算出する第１および第２の行補間係数４２、４４の和、および第１および第２の列補間係数４６、４８の和は共に１である。
【００２５】
算出された行配列方向および列配列方向の画素単位の補正値６８はシリアル通信線４０を通じてそれぞれ位置制御手段１８、１０に出力され、一方、第１および第２の行補間係数４２、４４および第１および第２の行補間係数４６、４８はシリアル通信線４０を通じて補間手段１４に出力される。
そして、行配列方向の画素単位の補正値６８は、位置制御手段１８において、上記先頭行を設定するために用いられ、一方、列配列方向の画素単位の補正値６８は、位置制御手段１０において読み出し開始位置の設定に用いられる。
【００２６】
また、マイコン１６が構成するタイミング作成手段６６は、撮像装置本体に設けられた不図示の静止画取り込みボタンを常時モニタし、ボタンがオンされた場合は静止画の取込みを指示する信号をシリアル信号線を通じてメモリ制御手段６２に送る。ただし、タイミング作成手段６６は、本発明に係わる静止画制御手段としての機能を備え、本実施の形態例では第１の行補間係数４２と行しきい値とを比較した結果、および第１の列補間係数４６と列しきい値とを比較した結果にもとづいてメモリ６０（記憶手段）への映像信号の書き込みを制御すべく上記取り込み指示信号を出力する。
【００２７】
より詳しく説明すると、上記行しきい値は、第１および第２の行補間係数４２、４４の最大値より小さく互いに値が異なる第１および第２の行しきい値から成り、第１の行しきい値は第２の行しきい値より小さい。また、上記列しきい値は、第１および第２の列補間係数４６、４８の最大値より小さく互いに値が異なる第１および第２の列しきい値から成り、第１の列しきい値は第２の列しきい値より小さい。
そして、例えば第１の行しきい値をｎ、第２の行しきい値を１−ｎとすると、図９に示した解像度のグラフ上に示したように、第１および第２の行しきい値Ｔ１、Ｔ２の値ｎ、１−ｎはそれぞれ０および１に比較的近い値に設定する。第１および第２の列しきい値についても同様である。
【００２８】
タイミング作成手段６６は、図４のフローチャートに示したように、本実施の形態例では第１の行補間係数４２が第１の行しきい値より小さいかまたは第２の行しきい値より大きいとき、すなわち条件が成立したときは（ステップＳ１でＹＥＳ）、行フラグデータをオン（論理”１”）に設定し（ステップＳ２）、条件が成立しないときは（ステップＳ１でＮＯ）、行フラグデータをオフ（論理”０”）に設定する（ステップＳ３）。
また、タイミング作成手段６６は同様にして、本実施の形態例では第１の列補間係数４６が第１の列しきい値より小さいかまたは第２の列しきい値より大きいときは列フラグデータをオン（論理”１”）に設定し、それ以外のときは列フラグデータをオフ（論理”０”）に設定する。
したがって、図９から分るように、行フラグデータおよび列フラグデータがオンとなるのは、解像度の劣化が少ない第１および第２の行補間係数ならびに第１および第２の列補間係数が補正値処理手段６４から出力されている場合である。
【００２９】
次に、このように構成された撮像装置２の動作について説明する。
図５は静止画を取り込む際の撮像装置２の動作を示すフローチャートである。
タイミング作成手段６６は撮像装置本体に設けられた不図示の静止画取り込みボタンを常時モニタしており（ステップＳ４）、また、図４のフローチャートにより説明したように、第１の行補間係数４２および第１の列補間係数４６を常時モニタして上記行フラグデータおよび列フラグデータの設定を行っている。
【００３０】
そして、上記静止画取り込みボタンがオンされた場合は（ステップＳ４でＹＥＳ）、上記行フラグデータおよび列フラグデータが共にオンか否かを判定し（ステップＳ５）、これらのフラグデータが共にオンとなっている場合のみ（ステップＳ５でＹＥＳ）、静止画の取り込みを指示する信号をメモリ制御手段６２に送出する（ステップＳ６）。なお、行フラグデータおよび列フラグデータの値は、補正値処理手段６４が出力する各補間係数によって決り、例えば図６のタイミングチャートに示したように変化している。この例では期間Ｔにおいて両フラグデータが共にオンとなっているので、このタイミングで上記取り込み指示信号がメモリ制御手段６２に出力され。
これによりメモリ制御手段６２は補間手段１４からの１フレーム分の映像信号をメモリ６０に供給して保持させ、メモリ６０に保持された映像信号は必要に応じてメモリ６０から読み出されて、撮像装置２から静止画の映像信号が出力されることになる。
【００３１】
そして、静止画は、行フラグデータおよび列フラグデータが共にオンであって、解像度の劣化が少ない第１および第２の行補間係数ならびに第１および第２の列補間係数が補正値処理手段６４から出力されている場合にのみ、メモリ６０に取り込まれるので、手振れ補正を行っているにもかかわらず、本実施の形態例の撮像装置２では、静止画の解像度の劣化を回避することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態例では、第１の行補間係数および第１の列補間係数としきい値とを比較するとしたが、第２の行補間係数および第２の列補間係数としきい値とを比較したり、さらには、第１および第２の行補間係数および第１および第２の列補間係数としきい値とを比較しても、同様の結果を得ることができる。
また、固体撮像素子６の変位は本実施の形態例では振動ジャイロによる角速度センサ５２を用いて行うとしたが、これ以外にも、種々の振動検出センサを用いたり、あるいは画像処理により動きベクトルを算出するといった手法を用いることも可能である。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施の形態例について説明する。
図７は第２の実施の形態例の撮像装置の要部を示すブロック図である。図中、図１の同一の要素には同一の符号が付されている。
この撮像装置７０が上記撮像装置２と異なるのは、マイコン１６による静止画取り込みタイミング作成手段６６が削除され、一方、マイコン１６により制御される係数制御手段７２が追加されている点である。
そして補正値処理手段６４が出力する各補間係数４２、４４、４６、４８は係数制御手段７２を通じて補間手段１４に供給され、係数制御手段７２は、メモリ６０に静止画の映像信号が取り込まれるときは、第１および第２の行補間係数４２、４４のいずれか一方、および第１および第２の列補間係数４６、４８のいずれか一方が零に設定される。
【００３４】
マイコン１６は上記静止画取り込みボタンを常時モニタしており、このボタンがオンされた場合は、第１および第２の行補間係数４２、４４のいずれか一方、および第１および第２の列補間係数４６、４８のいずれか一方を零に設定するよう係数制御手段７２に指示を出す。
すなわち、この撮像装置７０では、静止画の映像信号をメモリ６０に取り込む場合には、補間係数は必ず０または１に固定されて、１画素以下の精度での手振れ補正処理が行われないことになるため、静止画の解像度劣化はまったく生じない。
なお、係数制御手段７２は補間係数を切り換えるスイッチ手段などにより構成することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の撮像装置では、静止画制御手段が、第１および第２の行補間係数の少なくとも一方と行しきい値とを比較した結果、および第１および第２の列補間係数の少なくとも一方と列しきい値とを比較した結果にもとづいて記憶手段への映像信号の書き込みを制御する。したがって、解像度の劣化が少ない補間係数により手振れ補正が行われている状態でのみ、静止画用の映像信号を記憶手段に取り込むことができ、手振れ補正に伴って静止画の解像度が劣化することを回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による撮像装置を示すブロック図である。
【図２】図１の撮像装置を構成するマイクロコンピュータの機能を示すブロック図である。
【図３】図１の撮像装置を構成する補間手段を詳しく示すブロック図である。
【図４】補間係数に関するフラグデータの設定処理を示すフローチャートである。
【図５】静止画を取り込む際の撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】フラグデータの変化を示すタイミングチャートである。
【図７】第２の実施の形態例の撮像装置の要部を示すブロック図である。
【図８】１画素以下の精度で手振れ補正を行うための信号補間法を示す原理説明図である。
【図９】高精度手振れ補正を行った場合の解像度の劣化を説明するグラフである。
【符号の説明】
２……撮像装置、４……光学レンズ、６……固体撮像素子（ＣＣＤ）、８……Ａ／Ｄ変換器、１０……横軸方向読み出し位置制御手段（位置制御手段）、１２……カメラ信号処理回路、１４……補間手段、１６……マイクロコンピュータ（マイコン）、１８……縦軸方向読み出し位置制御手段（位置制御手段）、２０……ラインメモリ、２２……ラインメモリ、２４……乗算器、２６……乗算器、２８……乗算器、３０……乗算器、３２……加算器、３４……加算器、３６……遅延回路、３８……シリアルインターフェース、４０……シリアル通信線、４２……第１の行補間係数、４４……第２の行補間係数、４６……第１の列補間係数、４８……第２の列補間係数、５２……角速度センサ、５４……アンプ、５６……Ａ／Ｄ変換器、５８……積分手段、６０……メモリ、６２……メモリ制御手段、６４……補正値処理手段、６６……タイミング作成手段、６８……画素単位の補正値、７０……撮像装置、７２……係数制御手段、１０２……位置、１０４……位置、１０６……位置、１０８……曲線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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