CN101025540A - 摄像设备 - Google Patents

Abstract

一种摄像设备包括：计算单元，用于将传感器单元检测到的抖动转换成抖动消除量；校正/驱动单元，用于使用抖动消除量在垂直于光轴的平面内驱动校正单元，并校正形成在摄像单元上的图像模糊；变焦位置检测单元，用于检测变焦镜头的当前变焦位置；以及中心点改变单元，用于根据在变焦范围的任一端或在两端之间的任意位置设置的变焦位置来改变作为校正单元的可移动中心的中心点。这使得能够设置可以实现最佳图像可视性和图像模糊校正而与变焦状态无关的校正单元的位置。

Description

摄像设备

技术领域

本发明一般涉及一种摄像设备，尤其涉及对具有图像模糊校正功能和变焦位置改变功能的摄像设备的改进。

背景技术

一般地，摄像设备获取具有周边的图像数据，该周边的四个角比图像中心暗一些。特别地，周边的光量比中心的光亮低的现象称为暗影(shading)。当光量从中心到周边的减少率增大时，或者当四个角形成更加不对称的暗影时，也就是说，当它们的亮度变化增加时，图像数据的质量降低。镜头表现出固有的对光量的减少程度。这一特性引起亮度的变化。如果镜头是变焦镜头，则光量的减少程度也根据焦距即变焦位置发生改变。

例如，广角端可能在镜头周边表现出光量的最高减少率，而远摄端可能会表现出非常低的减少率(参见图3A)。由于安装镜头的镜筒的机械误差或松动可能引起周边处光量的相当高的减少率，从而引起四个角的亮度变化加大(参见图3B)。

采用图像模糊校正功能结构的设备可以用作用于降低图像四个角处亮度变化的技术(参见日本特开2004-40298号公报)。

随着近年来摄像设备的高倍率化及小型化，产生了安装对摄像设备的照相机抖动引起的图像模糊进行校正的功能的需求。事实上，具有这种功能的摄像设备的数量在不断增加。图像模糊校正机构包括：主要用于检测抖动例如摄像设备的照相机抖动的传感器装置，用于将获得的抖动量转换为抖动消除量的计算装置，以及用于去除图像模糊的校正镜头等校正装置(在后文中称为偏移镜头)。偏移镜头在垂直于摄像光轴的平面内工作，以去除形成在图像传感器上的图像模糊。

通过调节位于周边光量具有最高减少率的变焦位置处的偏移镜头的中心点，在整个变焦区域内四个角的亮度变化能够降低到预定的水平内。调节后的中心点可能不同于偏移镜头的机械驱动范围的中心。

假设所使用的镜头具有在镜头周边的光量减少率最高的广角端以及减少率非常低的远摄端，并且在广角端对四个角的亮度变化进行调节的位置作为在整个变焦区域内固定的中心点。随着对四个角的亮度变化进行调节的中心点与机械驱动范围的中心点之间的偏移的增加，当向远摄端进行变焦驱动时视角的变化增加，这是因为视角的中心最初必须是机械驱动范围的中心点。特别地，在远摄端的变焦位置发生相当大的视角变化。这导致根据变焦位置图像数据具有照像者不想要的视角(当变焦驱动时具有视角误差)。而且，在变焦驱动时活动图像的可视性受损。

偏移镜头更宽的动态驱动范围对于图像模糊校正是有利的。这是因为当同时检测到照相机抖动和突然的大抖动时，偏移镜头的更宽的驱动范围减少了控制时的特性变化量。这允许进行高速、精确的图像模糊校正。更宽的初始驱动动态范围也有利于保证控制范围足够大，以减少由于温度变化引起的偏移镜头的中心点的变化。因为这个原因，当偏移镜头的中心点作为机械驱动范围的中心时，图像模糊校正变得最佳。然而，当偏移镜头的中心点作为整个变焦区域的亮度中心时，最佳的图像模糊校正控制有时失败。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够设置校正单元的中心点的摄像设备，其可以得到最佳的图像可视性和图像模糊校正而与变焦状态无关。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种摄像设备，该摄像设备包括：用于检测抖动的传感器装置；计算装置，用于将传感器装置检测到的抖动转换成抖动消除量；校正/驱动装置，用于使用抖动消除量在垂直于光轴的平面内驱动校正装置，并校正形成在摄像装置上的图像模糊；以及变焦位置检测装置，用于检测变焦镜头的当前变焦位置，该摄像设备还包括用于根据在变焦范围的任意一端或两端之间的任意位置设置的变焦位置来改变作为校正装置的可移动中心的中心点的中心点改变装置。

根据本发明的第二方面，提供一种镜头可拆卸的摄像设备，该摄像设备包括：用于检测抖动的传感器装置；校正/驱动装置，用于根据传感器装置检测到的抖动在垂直于光轴的平面内驱动校正装置，并校正形成在摄像装置上的图像模糊；以及变焦位置检测装置，用于检测变焦镜头的当前变焦位置，该摄像设备还包括用于根据在一个变焦端、另一个变焦端或者这两端之间的任意位置处设置的变焦位置来改变作为校正装置的可移动中心的中心点的改变指定装置。

通过以下(参考附图)对典型实施例的说明，本发明的其它特征将显而易见。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的摄像设备的电路结构的框图；

图2是示出图1中所示的摄像设备主体部分的电路结构的框图；

图3A和图3B是分别示出根据本发明实施例的周边光量减少的图；

图4A和图4B是示出根据本发明实施例的亮度中心和机械中心计算方法的图；

图5是示出根据本发明实施例在变焦驱动时偏移镜头的驱动的图；

图6是示出根据本发明实施例用于依据变焦位置改变偏移镜头的中心的操作的流程图；

图7是示出当变焦位置处于图6中的步骤S609中的广角端和远摄端之间的中间范围时的操作的流程图；

图8是示出用于在图6和图7中的静止图像模式和运动图像模式之间在广角端和远摄端之间的中间范围内切换插值方式的操作的流程图。

具体实施方式

以下将描述实施本发明的最佳模式。

图1是示出根据本发明实施例的摄像设备的电路结构的框图。图1中，附图标记10表示作为照相镜头保护装置的屏障；附图标记50表示用于控制屏障10的操作的屏障控制器；附图标记12表示快门；附图标记48表示用于控制快门12的开/关的快门控制器；附图标记14表示用于从形成在图像传感器22(后面将描述)上的图像中去除图像模糊的偏移镜头；附图标记46表示用于控制偏移镜头14的驱动的防抖动控制器；附图标记16表示光圈；附图标记44表示用于控制光圈16的曝光控制器；附图标记18表示变焦镜头；附图标记42表示用于控制变焦镜头18以改变变焦放大倍率的变焦控制器；附图标记20表示聚焦镜头；附图标记40表示用于控制聚焦镜头20以执行聚焦的聚焦控制器；附图标记22表示用于将光学图像转换成电信号的图像传感器。

定时发生器24向图像传感器22、D/A转换器28和A/D转换器26提供时钟信号。图像存储器控制器34控制A/D转换器26、D/A转换器28、图像处理器32和图像显示存储单元36。图像处理器32对来自A/D转换器26的数据或来自图像存储器控制器34的数据执行预定的像素插值处理或颜色转换处理。

来自A/D转换器26的数据通过图像处理器32和图像存储器控制器3 4或直接通过图像存储器控制器34写入图像显示存储单元36。图像显示单元30经由D/A转换器28显示写在图像显示存储单元36中的显示图像数据。然后使用图像显示单元30显示所拍摄的图像数据使得实现电子取景器功能成为可能。

照相机***控制器38控制聚焦控制器40、变焦控制器42、曝光控制器44、快门控制器48和屏障控制器50。存储器60具有足够大的存储容量，以存储预定数量的静止图像或预定时间段的运动图像。存储器60也可用作照相机***控制器38的工作区域。电源58包含电池检测电路和DC-DC转换器，以切换要被电连接的模块。更具体地说，电源58包括切换电路以检测电池是否存在、电池类型和剩余电量。基于检测结果和来自照相机***控制器38的指令，电源58控制DC-DC转换器，以在预定时间段内向包括记录介质的单元施加必要的电压。

接口(I/F)54用作与存储器卡和硬盘等记录介质的接口。记录单元56经接口54访问照相机***控制器38。操作单元52包含触摸板和各种按钮，如曝光补偿按钮、变焦按钮、菜单按钮、菜单移动按钮、近摄(macro)按扭、重放图像移动按钮、闪光设置按钮、单拍/连拍/自拍切换按钮、多窗口重放画面改变按钮和所拍摄的图像质量选择按钮。

图2是用于更详细地解释例如防抖动控制器46和照相机***控制器38之间的关系的框图。在图2中，角速度检测器(后文中称为陀螺)104检测角速度数据，并以电压形式将其输出。用于角速度检测的A/D转换器106将陀螺104输出的数据转换成数字数据。积分器108对角速度数据进行积分，以将其转换成角度数据。抖动消除量计算单元110将与抖动角数据相反的方向设置为抖动消除数据，并根据其驱动范围改变偏移镜头14的特性。偏移镜头位置控制器118接收从抖动消除量计算单元110输出的数据。

图3A的上图和图3B是分别用于解释镜头的光量作为到镜头中心的距离的函数的图。横坐标代表到镜头中心的距离(单位：mm)。纵坐标代表光量，即，当中心点的光量被定义为“100”时在周边位置的光量比。图3A的下图是与图3A的上图相关联地二维表示图像数据从中心点到周边位置的距离(单位：mm)的图。

回到图2，偏移镜头中心点改变单元112将与变焦位置相对应的中心点的改变输出到偏移镜头位置控制器118。偏移镜头位置检测器120检测偏移镜头14的位置并将其以电压形式输出。A/D转换器122将从偏移镜头位置检测器120输出的数据转换成数字数据。

偏移镜头位置控制器118进行反馈控制，使得在抖动消除量和偏移镜头位置探测器120检测到的位置数据之间的差变得接近于“0”。偏移镜头的D/A转换器116最后将驱动偏移镜头14的信号转换成模拟数据，并将其输出到偏移镜头驱动器114。一旦接收到驱动信号，偏移镜头驱动器114就以相应的量驱动偏移镜头14。

预定位置计算单元100或者预先获取预定位置，或者当使得镜头周边的光量在预定范围内均匀时通过作为中心点(亮度中心)对其进行计算来获取预定位置，或者当镜头驱动限制范围用预定误差范围等分时通过作为中心点(机械中心)对其进行计算来获取预定位置。

现在说明亮度中心计算。预定位置计算单元100从图1所示的图像存储器控制器34获取图像数据周边的亮度。当四个角在亮度上有变化时，预定位置计算单元100向偏移镜头位置控制器118输出偏移镜头移动命令，以在变化校正方向上驱动偏移镜头14。预定位置计算单元100重复该处理过程，直到周边的亮度变化收敛到预定范围内。然后，计算出的偏移镜头14的中心点(其表示可移动的中心点)作为亮度中心(参见图4A)。

现在说明机械中心计算。预定位置计算单元100向偏移镜头位置控制器118输出偏移镜头移动命令，以在机械驱动范围平面上驱动偏移镜头14到水平和垂直方向上的界限。在驱动范围的界限点之间的中间点作为机械中心。计算出的偏移镜头14的中心点作为机械中心(见图4B)。

使用变焦位置指定偏移镜头的中心点的单元102根据变焦位置向偏移镜头中心点改变单元112输出(由预定位置计算单元100获取的)预定位置(中心点)。使用变焦位置指定偏移镜头的中心点的单元102还用来计算偏移镜头14在广角端和远摄端之间的中间范围内的中心点。例如，假设两个变焦位置是广角端和远摄端，并且广角端比远摄端在周边的光亮上有更高的减少率。在这种情况下，偏移镜头14的中心点用作广角端的亮度中心和远摄端的机械中心。在广角端和远摄端之间的中间范围内，在这两点之间进行线性插值、焦距插值或者是它们的组合。同样地，假设远摄端比广角端有更高的周边光量减少率。在这种情况下，偏移镜头14的中心点作为远摄端的亮度中心和广角端的机械中心。在中间范围内，在这两点之间进行线性插值、焦距插值或者是它们的组合。

组合线性插值和焦距插值的方式是指用于在中间范围内执行线性插值和在预定的中间子范围内执行焦距插值的方式，或者指用于在中间范围执行焦距插值和在预定的中间子范围内执行线性插值的方式。例如，在偏移镜头14移动小量的中间子范围内执行焦距插值，而在偏移镜头14移动大量的中间子范围内执行线性插值(见图5)。

图5是二维地解释用于校正的偏移镜头14的移动量作为变焦位置的函数的图。横坐标代表与事先确定的在广角端和远摄端之间的每个预定再分点相对应的变焦位置。纵坐标代表用于校正的偏移镜头14的移动量。这就使得在根据变焦位置将视角偏差减少到最小的同时提高运动图像的可视性成为可能。操作单元52获取摄像设备的当前模式信息。这允许切换到用于在静止图像模式执行线性插值和在运动图像模式将焦距插值和线性插值相组合的方式。在变焦速度降低的运动图像模式中，记录单元56能够保持比在静止图像模式中更多的运动图像。因为该原因以及其它原因，特别重视运动图像模式的可视性的方式也是可适用的。

将参照图6中的流程图对在远摄端和广角端之间任意设置的变焦位置处的偏移镜头14的中心点的改变进行说明。

抖动消除量计算单元110事先计算抖动消除量(X_cancel，Y_cancel)。预定位置计算单元100事先根据变焦位置计算第一预定位置(Xl，Yl)和第二预定位置(Xm，Ym)。在以下说明中，两个变焦位置是广角端和远摄端，第一和第二预定位置分别是亮度中心或机械中心。

在图6的步骤S601中，开始根据变焦位置改变偏移镜头的中心点的处理。该改变处理是在预定时间段内采样的处理的一部分。在步骤S602中，预定位置计算单元100根据预定变焦位置获取亮度中心(Xl，Yl)。在步骤S603中，预定位置计算单元100根据预定变焦位置获取机械中心(Xm，Ym)。在步骤S604中，变焦控制器42获取当前采样中的变焦位置Z(N)(N是中间范围点)。

在步骤S605中，判断当前采样中的变焦位置Z(N)相对于前面的采样中的变焦位置Zo是否已改变。如果结果显示变焦位置已经改变，则处理前进到步骤S606，以开始设置偏移镜头的中心点(Xs，Ys)。如果结果显示变焦位置没有改变，则不开始设置偏移镜头中心点(Xs，Ys)。

下面的说明用于变焦位置已经改变的情形。假设广角端在镜头周边具有最高的光量减少率。在步骤S607中，当变焦位置是远摄端时，偏移镜头中心点(Xs，Ys)被设置成机械中心(Xm，Ym)。在步骤S608中，当变焦位置是广角端时，偏移镜头中心点(Xs，Ys)被设置成亮度中心(Xl，Yl)。在步骤S609中，当变焦位置是中间范围点时，(例如通过后面所述的插值)设置偏移镜头中心点(Xs，Ys)。

相反，假设由于镜头特性远摄端在镜头周边具有最高的光量减少率。在步骤S607中，当变焦位置是远摄端时，偏移镜头中心点(Xs，Ys)被设置成亮度中心(Xl，Yl)。在步骤S608中，当变焦位置是广角端时，偏移镜头中心点(Xs，Ys)被设置成机械中心(Xm，Ym)。在步骤S 609中，当变焦位置是中间范围点时，(例如通过后面所述的插值)设置偏移镜头中心点(Xs，Ys)。

在步骤S610中，先前采样中的变焦位置Zo更新到当前采样中的变焦位置Z(N)。在步骤S611中，偏移镜头中心点(Xs，Ys)的设置结束。到此为止的过程是由使用变焦位置指定偏移镜头中心点的单元102执行的。在步骤S612中，将偏移镜头中心点(Xs，Ys)与抖动消除量(X_cancel，Y_cancel)相加，以计算最终的抖动消除量。

图7是示出当变焦位置是图6中步骤S609中的中间范围点时，通过预定的插值方式改变偏移镜头14的中心点的操作的流程图。

在步骤S701中，判断变焦位置Z(N)是中间范围点时的插值方式。如果插值方式是线性插值，则处理前进到步骤S702，将当前变焦点N与将整个变焦区域的中心点的总移动量|(Xm，Ym)-(Xl，Yl)|被“变焦点的总数-1”均分所得的量相乘的结果设置为中间区域的中心点的移动量。如果插值方式是焦距插值，则处理前进到步骤S703，将“(当前焦距)-(广角端焦距)”与从远摄端到广角端的焦距的比率设置为作为在整个变焦区域的总移动量|(Xm，Ym)-(Xl，Yl)|的函数的中间范围点的移动量。

在步骤S704中判断是否在中间子范围进行插值。如果结果显示要执行中间子范围的插值，则处理前进到步骤S705，设置计时器以计算出比当前控制采样短得多的时间。在步骤S706中，执行中间子范围的插值。该插值方法对线性插值采用与步骤S702中相同的等式，对焦距插值采用与步骤S703中相同的等式。在完成中间子范围的插值之后，在步骤707中计时器停止。

图8是示出在图6和7中静止图像模式和运动图像模式之间切换中间范围内的插值方式的操作流程图。

在步骤S801中，从操作单元52获取当前摄像模式。如果在步骤S605和S606中变焦位置已经改变，则在步骤S802中判定该摄像模式的插值方式。例如，假设在静止图像模式中采用线性插值方式(其使用与步骤S702中相同的等式)。在这种情况下，步骤S704中判定在中间子范围内不进行插值。相反，假设在运动图像模式中采用焦距插值方式(其使用与步骤S703中相同的等式)。在这种情况下，步骤S704中判定在中间子范围内执行线性插值。同样，可以在静止图像模式中采用焦距插值方式而在运动图像模式中采用线性插值方式。为了在中间子范围进行插值，还可以选择焦距插值方式和线性插值方式以及根据镜头特性组合与这两种方式相对应的操作。

根据上述实施例，在偏移镜头14周边具有最高光量减少率的变焦位置(例如，广角位置)处，将其中心点设置成亮度中心(＝当镜头周边的光量在预定的范围内均匀时的中心点)。这使得可以降低周边光量的减少率。在偏移镜头14的周边具有最低的光量减少率的变焦位置(例如，远摄位置)，将其中心点设置成机械中心(＝当镜头驱动限制范围以预定的误差范围等分时的中心点)。这使得可以保证用于减少变焦偏差和图像模糊校正控制的偏移镜头14的全部行程。在中间范围点，预定的插值方式改变偏移镜头14的中心点。以这种方式校正变焦驱动时视角的偏差使得可以获得照像者想要的图像数据，从而提高变焦驱动时的可视性。适当的变焦位置能够保证足够用于最佳图像模糊校正的偏移镜头14的驱动范围。

代替上述实施例的校正镜头，校正装置可以是在垂直于光轴的平面内移动以校正图像模糊的图像传感器。

本发明也可应用于摄像设备，例如，镜头可拆卸的数字单镜头反射式照相机。在这种情况下，本发明的所有组成部件可以附加到镜头上，或者可以将改变指令装置100、102或112附加到摄像设备的主体上。

尽管参照典型实施例对本发明进行了描述，但是应该理解本发明不局限于所公开的典型实施例。所附的权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有修改和等同结构和功能。

Claims (6)

1.一种摄像设备，包括：

用于检测抖动的传感器装置；

计算装置，用于将所述传感器装置检测到的抖动转换成抖动消除量；

校正/驱动装置，用于在垂直于光轴的平面内使用所述抖动消除量来驱动校正装置，校正形成在摄像装置上的图像的模糊；以及

变焦位置检测装置，用于检测变焦镜头的当前变焦位置，

所述摄像设备还包括：

中心点改变装置，用于根据在变焦范围的任一端或两端之间的任意位置设置的变焦位置来改变用作所述校正装置的可移动中心的中心点。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于：

在所述变焦范围的任一端，所述校正装置被设置在当使周边光量均匀时的第一中心点；

在所述变焦范围的另一端，所述校正装置被设置在位于驱动限制范围的中心的第二中心点；

在任意设置的变焦位置，所述校正装置被设置在通过在所述第一中心点和所述第二中心点之间进行插值而计算出的中心点。

3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述变焦范围的一端是广角端，另一端是远摄端。

4.根据权利要求2所述的摄像设备，其特征在于，所述插值计算表示在两点之间的线性插值计算、在两点之间的焦距插值计算或者所述线性插值和所述焦距插值的组合。

5.根据权利要求4所述的摄像设备，其特征在于，根据设置的是静止图像拍摄模式还是运动图像拍摄模式来选择所述线性插值计算和所述焦距插值计算中的一个。

6.一种镜头可拆卸的摄像设备，该摄像设备包括：

用于检测抖动的传感器装置；

校正/驱动装置，用于根据所述传感器装置检测到的抖动在垂直于光轴的平面内驱动校正装置，校正形成在摄像装置上的图像的模糊，以及

变焦位置检测装置，用于检测变焦镜头的当前变焦位置，

所述摄像设备包括：

改变指定装置，用于根据在一个变焦端、另一个变焦端或者所述一个变焦端与所述另一个变焦端之间的任意位置处设置的变焦位置来改变用作所述校正装置的可移动中心的中心点。

Images