JP2009124597A - 防振画像処理装置及び防振画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像処理装置110は、動き検出センサ104を用いて得られる動き情報に基づいて、撮像により順次生成されるフレーム画像のうち第1のフレーム画像に対する幾何変換処理を行う幾何変換手段1100と、幾何変換処理により得られた幾何変換画像と該幾何変換処理を受けていない第2のフレーム画像間での動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段1101と、動き情報と動きベクトルをそれぞれ用いて、互いに異なる動きに対する防振パラメータを算出する防振パラメータ算出手段1102と、防振パラメータを用いて第2のフレーム画像又はこれよりも後に生成されるフレーム画像に対する変形処理を行って防振画像を生成する防振画像生成手段1103とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、撮像装置において画像処理によって画像振れを抑制する画像処理装置及びその方法に関する。
一方、電子防振方式の1つとして、動画像を構成するフレーム画像間で動きベクトルを検出し、該動きベクトルに基づいて、各フレーム画像における出力領域を変化させることで振れが抑制された動画像を得る方式がある。
さらに、特許文献1には、動き検出センサを用いて得られた動き情報とフレーム画像間で得られた動きベクトルのうち信頼性が高い方を用いて防振動作を行う防振方式が開示されている。
ただし、これらの従来の防振方式は、特に撮像光学系が望遠側に設定された状態で、手振れ等の小さな振れによるカメラの回転角度が画像中に現れる上下左右方向での並進量に近似可能であることから成立している方式である。このため、例えば撮像光学系を広角側に設定して撮影者が歩行しながら撮像を行うような場合において、歩行に伴うショックやカメラの向きの変化等による、手振れに比べて大きく、かつ複雑な動きに対して防振効果を得ることはできない。
大きな振れにも対応可能な防振方法として、非特許文献1には、フレーム画像間で得られた動きベクトルからカメラの水平方向、垂直方向及び光軸周りでの回転を含む3軸周りでの回転情報を推定し、該回転情報を用いて画像の振れを抑制する方法が開示されている。
本発明は、撮像装置の大きく、かつ複雑な動きに伴う画像の振れを良好に抑制できるようにした防振画像処理装置及び防振画像処理方法を提供する。
また、本発明の他の一側面としての防振画像処理方法は、動き検出センサを用いて得られる動き情報に基づいて、撮像により順次生成されるフレーム画像のうち第1のフレーム画像に対する幾何変換処理を行うステップと、幾何変換処理により得られた幾何変換画像と該幾何変換処理を受けていない第2のフレーム画像との間での動きベクトルを検出するステップと、動き情報と動きベクトルをそれぞれ用いて、互いに異なる動きに対する防振パラメータを算出するステップと、防振パラメータを用いて第2のフレーム画像又はこれよりも後に生成されるフレーム画像に対する変形処理を行って防振画像を生成するステップとを有することを特徴とする。
《カメラの構成》
図1には、本発明の実施例1である画像処理装置を備えたカメラ(撮像用機器、撮像装置)1の構成を示している。カメラ1には、デジタルスチルカメラやビデオカメラが含まれる。なお、本実施例及び後述する実施例2では、撮像レンズを一体的に備えたカメラについて説明するが、本発明は、レンズ交換型のカメラにも適用することができる。この場合、後述する動き検出部を交換レンズ(撮像用機器)に搭載してもよい。
被写体から撮像レンズ100を介してカメラ1内に入射した光は、露光制御部材101によって光量が調節されて撮像素子102に到達する。撮像素子102は、被写体像を光電変換する。
103は撮像素子102からのアナログ出力信号をデジタル信号に変換し、該デジタル信号に対して、オートホワイトバランス処理、画素補間処理、色変換処理等の各種画像処理を行うことで動画像を生成する画像生成回路である。ここで、動画像は、所定の周期で順次生成される複数のフレーム画像によって構成されている。撮像素子102と画像生成回路103により撮像系が構成される。
104はカメラ1の動きを検出する動き検出部(動き検出センサ)であり、ジャイロセンサ(角速度センサ)や加速度センサ等の機械的又は物理的に動きを検出するセンサによって構成されている。動き検出部104は、カメラ1の回転運動を検出し、該回転運動を表す回転情報(動き情報)を生成する。回転運動には、垂直回転であるピッチ、水平回転であるヨー及び撮像レンズ100の光軸周りでの回転が含まれる。ただし、以下の説明では、動き検出部104は、カメラ1のパン及びチルトの2軸周りでの回転を検出するものとする。このことは、後述する実施例2でも同じである。
105は露光制御部材101の動作を制御する露光制御部である。106は撮像レンズ100に含まれるフォーカレンズの動作を制御するAF制御部である。露光制御部105及びAF制御部106は、例えばTTL方式により制御される。
107はカメラ1全体の動作の制御を司るシステム制御回路である。108はシステム制御回路107で行なわれる制御に必要なデータやコンピュータプログラム等を格納するメモリ(ROM)である。109は各種調整値等の情報を記憶する不揮発性メモリ(EEPROM)である。
110は防振回路(防振画像処理装置)であり、画像形成回路103で順次生成されるフレーム画像に対して防振処理を行って、出力画像である防振画像を生成する。
111は画像生成回路103で生成された所定数のフレーム画像を一時的に記憶保持するフレームメモリ1である。112は防振回路110で生成された防振画像を一時的に記憶保持するフレームメモリ2である。113はフレームメモリ111,112に入出力される画像信号を制御するメモリ制御回路である。
114は防振回路110で生成された画像を、不図示のディスプレイや記録媒体に表示又は記録する画像出力部である。
1100は幾何変換回路(幾何変換手段)である。幾何変換回路1100は、画像生成回路103で生成された前フレーム画像(第1のフレーム画像)に対して、動き検出部104で生成されたカメラ1の回転情報に基づいて幾何変換(変形)処理を行う。この幾何変換回路1100によって前フレーム画像を幾何変換処理することで得られる画像を、以下、幾何変換画像という。
1101は動きベクトル検出回路(動きベクトル検出手段)である。動きベクトル検出回路1101は、幾何変換画像と、画像生成回路103で前フレーム画像よりも後に生成された現フレーム画像(第2のフレーム画像)との間での動きベクトルを検出する。動きベクトルの検出方法については後述する。
ここで、現フレーム画像は、フレーム画像の生成周期において前フレーム画像の次に、つまりは連続して生成されたフレーム画像であってもよいし、前フレーム画像と現フレーム画像との間に1又は複数のフレーム画像が存在していてもよい。このことは、後述する実施例2でも同じである。
以下の説明では、現フレーム画像は、フレーム画像に連続して生成されたフレーム画像とする。
1102は防振パラメータ算出回路(防振パラメータ算出手段)である。防振パラメータ算出回路1102は、動きベクトル検出回路1101で検出された動きベクトルの情報から、カメラ1に生じ得る複数種類の動きのうち、動き検出部104で検出された動き(回転運動)以外の動きに対する座標変換パラメータを算出(推定)する。さらに、防振パラメータ算出回路1102は、動き検出部104で得られた回転情報と座標変換パラメータとをそれぞれ用いて、互いに異なる動きに対する防振パラメータを算出する。
1103は防振画像生成回路(防振画像生成手段)であり、防振パラメータ算出回路1102によって算出された防振パラメータを用いてフレーム画像に対する変形処理を行い、防振画像を生成する。ここで、変形処理の対象は、現フレーム画像であってもよいし、現フレーム画像よりも後に生成されるフレーム画像であってもよい。以下の説明では、現フレーム画像に対して変形処理が行われるものとする。
1104は画像データを一時的に記憶保持するメモリ回路であり、1105は防振処理に必要な各種データを記憶する不揮発性メモリである。1106は、防振回路110内の各回路を制御する防振制御回路であり、MPU等で構成される。
次に、カメラ1の動作について、図2のフローチャートを用いて説明する。図2のフローチャートは、被写体を撮像し、出力画像を画像出力部114を通じてディスプレイや記録媒体に表示又は記録されるまでの処理を示す。この動作は、システム制御回路107及び防振制御回路1106によって、コンピュータプログラムに従って実行される。このことは、後述する実施例2でも同じである。
ステップS204では、システム制御回路107は、前フレーム画像がフレームメモリ111に保持されているか否かを確認する。保持されていない場合は、ステップS206にて、防振処理が行われていない現フレーム画像を画像出力部114に出力する。前フレーム画像が保持されている場合は、ステップS205に進む。
防振処理(防振画像処理方法)について、図3のフローチャートを用いて詳しく説明する。
この回転量Rは、動き検出部104が角速度センサで構成されている場合には、角速度センサの出力信号を前フレームと現フレーム間の時間で積分することで得られる。また、動き検出部104が加速度センサで構成されている場合には、加速度センサの出力信号を前フレームと現フレーム間の時間で2回積分することで得られる。いずれの場合も、センサ固有のノイズは補正されているものとする。
なお、動き検出部104による回転情報の生成は、フレーム画像の生成周期(撮像素子102からの信号読み出し周期)と同期して順次行われ、複数の時刻の回転情報がメモリ108に記憶される。
本実施例では、動きベクトルの検出方法及び座標変換パラメータの算出方法として、特開2005−269419号公報にて開示された方法を用いる。ただし、本発明における動きベクトルの検出方法及び座標変換パラメータの算出方法はこれに限られない。
図5において、左側に幾何変換によって変形した幾何変換画像I′(t−1)を示し、右側に現フレーム画像I(t)を示す。また、図5に示した動きベクトルの検出点の配置は例にすぎず、他の配置を採用してもよい。
以上の関係式により、(式3)における局所座標変換パラメータa,b,c,dは以下の(式6)で求めることができる。
図7Bには、図7Aに示した局所座標変化パラメータの頻度分布に対してガウシアン関数をコンボリューションした結果得られた頻度分布を模式的に示す。このガウシアン関数がコンボリューションされた頻度分布で最大となる値をそのグループを代表する座標変換パラメータ、すなわち代表座標変換パラメータとして決定する。
これら一連の処理によって、局所座標変換パラメータの頻度分布を平滑化し、その周辺に分布を持つ値が最大頻度値になりやすくすることで、同心円ごとに正確な代表値を算出する。同様にして、グループごとの代表座標変換パラメータを決定する。
以上説明したように、本実施例では、動き検出部104による回転情報を用いて前フレーム画像を幾何変換して得られた幾何変換画像と現フレーム画像とから、回転情報に対応する動き以外の動きに関する座標変換パラメータを算出する。そして、動き検出部104による回転情報と座標変換パラメータをそれぞれ用いて、互いに異なる動きに対する防振パラメータを算出する。これにより、カメラ1の多くの動きに対応した画像の振れを抑制することができる。この結果、歩行しながらの撮像のようにカメラに大きく、かつ複雑な動きが生じても、良好な防振画像を得ることができる。
≪カメラの構成≫
図8に示すカメラ2において、実施例1(図1)に示したカメラ1と同じ構成要素には、実施例1と同符号を付して説明を省略する。
≪カメラの動作≫
次に、本実施例のカメラ2の動作について説明する。被写体を撮像し、出力画像を画像出力部114を通じてディスプレイや記録媒体に表示又は記録されるまでの基本的な流れは、図2に示した実施例1のカメラ1と同じであるが、防振処理(画像変換処理)が実施例1とは異なる。このため、ここでは、図9及び図10を用いて、本実施例における防振処理を説明する。
図9において、ステップS901では、防振制御回路1106は、動き検出部104によって検出されたカメラ2の回転情報を取得するとともに、歪情報メモリ801から撮像レンズ800の歪情報を取得する。回転情報は、実施例1と同様に、前フレーム画像が取得された時刻から現フレーム画像が取得された時刻までの間のカメラの回転量(ピッチ角及びヨー角)Rである。
α=tan−1{(x−x0)/(y−y0)}
である。fdist(r)は多項式で表現されるのが一般的であり、その多項式の係数が歪情報として歪情報メモリ801に格納されている。
なお、歪補正処理に関しては上述した計算式(7)によるものに限られない。例えば、歪補正処理前のフレーム画像中の座標(x,y)に対して表形式で歪補正処理後の座標を与える方式や、光学系の射影方式に基づいた歪補正処理用の数式を用いて行う方式を採用してもよい。
以上説明したように、魚眼光学系等の超広角光学系を用いて撮像を行う場合でも、歪補正処理を行った前フレーム画像及び現フレーム画像を用いて実施例1と同様の防振処理を行うことで、カメラ2の多くの動きに対応した画像の振れを抑制することができる。この結果、広い画角(撮像範囲)で大きく、かつ複雑な動きが生じても、良好な防振画像を得ることができる。 以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
100,800 撮像レンズ
101 露光制御部材
102 撮像素子
103 画像生成回路
104 動き検出部
105 露光制御部
106 AF制御部
107 システム制御回路
110,810 防振回路
Claims (5)
-
動き検出センサを用いて得られる動き情報に基づいて、撮像により順次生成されるフレーム画像のうち第1のフレーム画像に対する幾何変換処理を行う幾何変換手段と、
前記幾何変換処理により得られた幾何変換画像と該幾何変換処理を受けていない第2のフレーム画像との間での動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
前記動き情報と前記動きベクトルをそれぞれ用いて、互いに異なる動きに対する防振パラメータを算出する防振パラメータ算出手段と、
前記防振パラメータを用いて前記第2のフレーム画像又はこれよりも後に生成されたフレーム画像に対する変形処理を行って防振画像を生成する防振画像生成手段とを有することを特徴とする防振画像処理装置。 - 前記防振パラメータ算出手段は、前記動き情報を用いて回転に対する前記防振パラメータを算出し、前記動きベクトルを用いて並進に対する前記防振パラメータを算出することを特徴とする請求項1に記載の防振画像処理装置。
- 前記フレーム画像に含まれる、前記撮像用機器の光学系によって発生する幾何学的歪に対応した画像歪成分を低減する歪低減処理を行う歪低減手段を有し、
前記幾何変換手段は、前記歪低減処理を受けた後の前記第1のフレーム画像に対して前記幾何変換処理を行い、
前記動きベクトル検出手段は、前記歪低減処理と前記幾何変換処理を行った第1のフレーム画像と、前記歪低減処理を行った第2のフレーム画像との間での動きベクトルを検出することを特徴とする請求項1又は2に記載の防振画像処理装置。 - 被写体像を光電変換する撮像素子を用いて撮像を行う撮像系と、
前記撮像系により順次生成されるフレーム画像を処理する請求項1から3のいずれか1つに記載の防振画像処理装置とを有することを特徴とする撮像装置。 -
動き検出センサを用いて得られる動き情報に基づいて、撮像により順次生成されるフレーム画像のうち第1のフレーム画像に対する幾何変換処理を行うステップと、
前記幾何変換処理により得られた幾何変換画像と該幾何変換処理を受けていない第2のフレーム画像との間での動きベクトルを検出するステップと、
前記動き情報と前記動きベクトルをそれぞれ用いて、互いに異なる動きに対する防振パラメータを算出するステップと、
前記防振パラメータを用いて前記第2のフレーム画像又はこれよりも後に生成されるフレーム画像に対する変形処理を行って防振画像を生成するステップとを有することを特徴とする防振画像処理方法。
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