JP2015028547A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水準器が搭載された撮像装置を用いて手持ち撮影を行う場合において、手ブレやパン動作が加わると水準器が誤作動してしまうため、その情報を撮影者が使わないようにすること。
【解決手段】揺れを検出する角速度検出手段と、外的な加速度がカメラに加えられたことを検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段により検出された加速度からカメラの姿勢を検出する姿勢検出手段と、前記姿勢検出手段から得られるカメラの姿勢情報を報知する姿勢情報報知手段と、前記姿勢検出手段から得られるカメラの姿勢情報の信頼度を判断する信頼度判定手段を有し、前記信頼度判定手段がカメラの姿勢情報の信頼度が低いと判断した場合には、前記姿勢情報報知手段による報知内容を変更する報知内容変更手段を有することを特徴とする撮像装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、角速度検出手段と加速度検出手段を有する撮像装置において、その撮像装置の姿勢検出に関するものである。

近年ではカメラで撮影を行うとき、その構図を水平に保ちたい場合に、撮影者に今から撮影する画像の水平度を知らせるための手段として、水準器機能を搭載した撮像装置が提案されている。特許文献１では、この水準器機能を実現するために、加速度検出部から重力を検出し、その情報からカメラの傾き角を算出する方法を開示している。また検出された姿勢情報を元に、撮影時にカメラが傾いていると判断された場合には、画像を補正方向にトリミングして水平な画像に補正する方法を開示されている。

特開２００６−１２９３９１号公報

しかしながら、前述のような加速度検出部を用いてカメラへの重力のかかり方を検出し水準器に用いる方法では、電車などの乗り物に乗っていたり、流し撮りなどでカメラ自体を動かしたりすると、その動きの加速度まで検出してしまい、水平検出を間違えてしまう。

三脚を使用しての撮影においても三脚台を振ってパンさせたときの撮影においては、手ブレやパン揺れの影響により正しく水平が維持できない場合がある。

加速度検出部は加速度の変化に応じて出力が変化するため、手ブレのようなスカラと方向が変化する揺れ、もしくは一定速度であっても停止を含むため方向の変化を伴うパン動作等により、重力以外の成分を加速度検出部は検出することになる。そのため手ブレ、パン動作によって水準器は正しい水平度を判定できない場合がある。

そこで本発明の目的は、水準器をもつ撮像装置において、手ブレやパン動作が加わった場合であっても、精度の高い水平度の判定を行うことができることを可能にした撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、
揺れを検出する角速度検出手段と、
外的な加速度がカメラに加えられたことを検出する加速度検出手段と、
前記加速度検出手段により検出された加速度からカメラの姿勢を検出する姿勢検出手段と、
前記姿勢検出手段から得られるカメラの姿勢情報を報知する姿勢情報報知手段と、
前記姿勢検出手段から得られるカメラの姿勢情報の信頼度を判断する信頼度判定手段を有し、
前記信頼度判定手段がカメラの姿勢情報の信頼度が低いと判断した場合には、前記姿勢情報報知手段による報知内容を変更する報知内容変更手段を有する
ことを特徴とする。

本発明によれば、加速度検出部により水平度を判定する手段を備えた撮像装置において、その撮像装置に加わる手ブレやパン動作等による加速度の変化を伴う揺れの影響により水準器の誤判定があった時に、そのことを撮影者に知らせることで、誤った情報を元に撮影してしまうことを防ぐ。

水平判定部のブロック図 カメラ全体のブロック図 カメラへの力のかかり方 実施例を説明したフローチャート

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図２は実施の形態の一例である撮像装置を説明するためのブロック図である。２０１は１群レンズであり、光軸方向に位置を変更することが可能な変倍を行うズームレンズである。（以下ズームレンズ）２０９はズーム駆動制御部であり、ズームレンズを駆動制御する。２０２はシャッタ・絞りユニットである。２１０はシャッタ・絞りユニット駆動制御部であり、シャッタ・絞りユニット２０２を駆動制御する。２０３は２群レンズであり、光軸に対して略垂直な平面での位置を変更することが可能な、振れ補正光学系としてのシフトレンズである。（以下シフトレンズ）２１１はシフトレンズ駆動制御部であり、シフトレンズを駆動制御する。

２０４は３群レンズであり、光軸方向に位置を変更することが可能なピント調整を行うフォーカスレンズである。（以下フォーカスレンズ）２１２はフォーカス駆動制御部であり、フォーカスレンズを駆動制御する。２０５は撮像素子であり、各レンズ群を通ってきた光像を電気信号に変換する。２０６は撮像信号処理部であり、撮像素子２０５から出力された電気信号を映像信号に変換処理する。２０７は映像信号処理部であり、撮像信号処理部４０６から出力された映像信号を用途に応じて加工する。２０８は表示部であり、映像信号処理部４０７から出力された信号に基づいて、必要に応じて画像表示を行う。

２１３はシステム全体を制御する制御部である。２１４はズームスイッチで、ズームレンズを操作するための操作部である。２１５は外部入出力端子部であり、外部との間で通信信号及び映像信号を入出力する。２１６はシャッタレリーズスイッチである。２１７は記憶部であり、映像情報など様々なデータを記憶する。２１８は電源部であり、システム全体に用途に応じて電源を供給する。２１９は加速度検出部であり、カメラに加わる加速度を検出する。２２０は角速度検出部であり、カメラが回転したときにその角速度を検出する。本パテントでは光軸に沿って回転した時（以下、ロールぶれとする）の角速度を検出できるものとする。

次に、上記の構成を持つ撮像装置の動作について説明する。レリーズスイッチ２１６は、押し込み量に応じて第１スイッチ(以下ＳＷ１)および第２スイッチ（以下ＳＷ２）が順に入力されるように構成されている。レリーズスイッチ２１６を約半分押し込んだときにＳＷ１が入力され、シャッタレリーズスイッチを最後まで押し込んだときにＳＷ２が入力される構造となっている。レリーズスイッチ２１６のＳＷ１が入力されると、ＡＵＴＯ ＦＯＣＵＳ機能（以下、ＡＦとする）に基づきフォーカス駆動制御部２１２がフォーカスレンズ２０４を駆動してピント調整を行うとともに、ＡＵＴＯ ＥＸＰＯＳＵＲＥ機能（以下、ＡＥとする）に基づきシャッタ・絞りユニット駆動制御部２１０がシャッタ・絞り２２を駆動して適正な露光量に設定する。

さらにＳＷ２が入力されると、撮像２０５に露光された光像から得られた電気信号を２０６の撮像信号処理部で画像信号に変換し、さらに２０７の映像信号処理部で画像処理した後に、制御部２１３の制御で記憶部２１７に記憶する。ズームスイッチ２１４を撮影者が操作すると、システム全体の制御部４１３を介して指示を受けたズーム駆動制御部２０９がズームレンズ２０１を駆動して、指示されたズーム位置にズームレンズを移動する。

図１は、本発明の実施形態にかかわる水平度の判定を行うための加速度を算出するためのブロック図である。１００は角速度検出部である。角速度検出部は揺れ成分（ただし検出ノイズ成分も含まれる）を検出する。１０１はＡＤ変換であり、角速度検出部１００が検出したアナログデータをデジタルデータに変換する。１０２はＢＰＦであり、バンドパスフィルタ或いは帯域透過フィルタと呼ばれる。一般的に手ブレ成分は１Ｈｚ〜１０Ｈｚである。ＢＰＦ１０２は１Ｈｚより小さい低域周波数と、１０Ｈｚより大きい高域周波数のノイズ成分を透過させずに、必要となる手ブレ周波数帯域の成分を透過させるフィルタである。ここで手ブレ成分の帯域以外の周波数をカットすることで、前述のノイズ成分を除去することができる。

１０３は積分であり、角速度を積分して角度となる。１０４は揺れキャンセル算出部であり、揺れ角度

をキャンセルするための、シフトレンズ３０３を揺れとは逆方向に移動させる。１０５はＰＩＤ制御部であり、シフトレンズ３０３のフィードバック制御を行う。１０６は加速度検出部である。１００は角速度検出部である。加速度検出部はカメラにかかる加速度成分（ただし検出ノイズ成分も含まれる）を検出する。カメラにかかる加速度成分として、まず重力があげられる。他にも、撮影者の手ブレなども加速度として検出される。

１０７はＡＤ変換であり、加速度検出部１０６が検出したアナログデータをデジタルデータに変換する。１０８はＢＰＦである。ＢＰＦ１０８の説明はＢＰＦ１０２と同様である。１０９は姿勢検出部であり、カメラにかかる加速度から姿勢を角度で検出する。検出方法に関しては後述する。１１０は微分器であり、１０９で検出されたカメラの角度を微分することで回転角の変化量を求めている。１１１は水準器信頼度判定部であり、角速度検出部１００から得られるカメラの回転角の変化量と、加速度検出部から得られる回転角の変化量を比較し、水準器としての検出結果の信頼度を判定する。

１１２は水準器部であり、水平検出信頼度判定部１１１が、水平検出に対しての信頼度があると判断した場合に水平度を判定する。加速度検出部１０６の出力は撮像装置の水平度の変化により、レベルが変化する。それは水平度が変化すると、加速度検出部１０６が常に検出している重力のかかり方が変化するためである。１１３は周波数判定部であり、角速度検出部１００の波形のカウントを行い揺れの周波数を判定している。

図３は、本発明の実施形態にかかわる、加速度検出部１０６から水平検出を行う算出方法の説明図である。図３はそれぞれ、カメラを正面から見た図であり、カメラの横方向をｘ軸、縦方向をｙ軸、カメラの光軸方向をｚ軸とする。また、加速度検出部１０６で検出可能なｘ軸とｙ軸にかかる加速度をそれぞれａ_ｘ、ａ_ｙとする。カメラの姿勢は、加速度検出部１０６から得られた情報を元に次の式から導く。

図３（ａ）は、カメラに重力以外の外力がかかっていなく、水平な状態を保っている場合の力のかかり方である。ここで重力加速度をｇ、カメラの重さをｍとしたとき、カメラはｙ軸方向にｇ×ｍの力がかかるのみであり、加速度検出部１０６はｘ軸方向は０、ｙ軸方向はｇの加速度を検出する。またカメラは水平状態を保っているため、角速度検出部１００はなにも検出しない。

図３（ｂ）は、カメラに重力以外の外力がかかっていなく、またロール方向にカメラが傾いた場合の力のかかり方である。この時カメラはｘ軸方向、ｙ軸方両方に、ｇ×ｍの力が分解されてかかり、加速度検出部１０６もｘ軸方向、ｙ軸方向両方から合わせてｇとなるような加速度を検出する。またカメラはロール方向に回転しているため、角速度検出部１００はその動きを検出する。

図３（ｃ）は、カメラが水平な状態を保っている状態で、ｘ軸方向に加速度αで外力が加えられたときの力のかかり方である。この時カメラはｘ軸方向にα×ｍ、ｙ軸方向にｇ×ｍの力がかかり、加速度検出部１０６はｘ軸方向にα、ｙ軸方向にｇの加速度をそれぞれ検出する。式（１）よりカメラの姿勢を求めようとすると、実際は水平であるにもかかわらずカメラが傾いていると誤った判断をしてしまう。またカメラは水平状態を保っているため、角速度検出部１００はなにも検出しない。

このように、カメラにかかる力が変化しなければ（例えば常に重力を受けているだけならば）、加速度検出部１０６と角速度検出部１００からそれぞれが検出するカメラの角速度は一致する。しかし、なにか別の力が加わっている場合には、それぞれが検出するカメラの角速度には差分が生じる結果となる。

［実施例１］
以下、図４を参照して、本発明の第１の実施例について説明する。図４は加速度検出部１０６が検出したデータと、角速度検出部１００が検出したデータを比較し、その結果から水準器の信頼度判定を行うときのフローチャートである。なお、角速度検出部１００は縦方向（ＰＩＴＣＨとも呼ばれる）の揺れと横方向（ＹＡＷとも呼ばれる）の揺れの検出が可能であるが、今回は特にロールブレの検出を考える。ステップＳ４０１は、水準器機能の開始を宣言している。

ステップＳ４０２は、角速度検出部１００が検出した揺れ情報であるアナログデータを、ＡＤ変換１０１を経てデジタルデータに変換された値を取得している。ステップＳ４０３は、ステップＳ４０２で取得した揺れデータに対してＢＰＦ１０２を掛ける。ＢＰＦ１０２のカットオフ周波数の初期値は、通常は手ブレ帯域である１Ｈｚ〜１０Ｈｚを透過させるようにしておくが、チューニングにより微調整される。一般的に角速度検出部や加速度検出部は、検出時にホワイトノイズ等を含むため、この後の演算に際してその影響を除去するため必要となる周波数成分のみを透過させるＢＰＦが広く使用される。ここで取得した角速度をＡとする。

ステップＳ４０４は、加速度検出部１０６が検出した情報であるアナログデータを、ＡＤ変換１０７を経てデジタルデータに変換された値を取得している。ステップＳ４０５は、ステップＳ４０４で取得したデータに対してＢＰＦ１０８を掛ける。ここでのＢＰＦ１０８のカットオフ周波数の初期値も基本的にはステップＳ４０３と同様とする。ステップＳ４０６は、ステップ４０３で取得したデータを元に、カメラの姿勢（角度）を算出する。算出は前述式（１）により行う。ステップＳ４０７は、ステップ４０６で算出したカメラの姿勢（角度）を微分器１１０により微分することで、角速度に変換する。ここで算出した角速度をＢとする。

ステップＳ４０８は、角速度検出部１００が検出したデータから算出したカメラの角速度Ａと、加速度検出部１０６が検出したデータから算出したカメラの角速度Ｂとの差分をとる。上述した通り、カメラに加わる外力が変化しない限りはそれぞれの検出結果は一致するが、なにか別の外力が加わっている場合にはそれぞれの検出結果に差分が生じる。

ステップＳ４０９は、Ｓ４０８で差分が生じているかどうかを判断し、水準器機能の信頼度を判定する。前述の通り、一致している場合には水準器機能は信頼できるものであるためＳ４１０にすすむ。それに対し、一致していない場合には水準器機能は信頼できるものでないためＳ４１１にすすむ。ここで、各速度AおよびBが一致するかどうかで信頼度を判断しているが、一致しているとする条件に幅を持たせても良い。すなわち、ある閾値を設け、Ｓ４０８で求めた値が閾値の中に収まっていれば、角速度Ａと角速度Ｂは一致しているとし、水準器機能は信頼できるものであるためＳ４１０にすすむ。それに対し、Ｓ４０９で求めた差分がある閾値をこえているようであれば、角速度Ａと角速度Ｂは一致していないとし、水準器機能は信頼できるものでないためＳ４１１にすすむ。

ステップＳ４１０は、水準器機能が信頼できると判定された場合の処理を行う。例えば、撮影者が撮影の参考にできるようにカメラの角度を表示部２０８に表示する。ステップＳ４１１は、水準器機能が信頼できないと判断された場合の処理を行う。例えば、表示部２０８にエラー文を表示させ、ユーザーが間違った情報をもとに撮影を行わないようにする。

ここで、水準器機能による情報の報知に表示部２０８を用いたが、他にも音や振動、光など、他の方法を用いても良い。また撮影した際には、ステップＳ４０６で算出したカメラの姿勢情報や、ステップＳ４１０で判断した水準器機能の信頼度の情報を画像に負荷しても良い。ステップＳ４１２は、水準器機能の判定終了を宣言している。

以上、撮像装置を例にして説明してきたが、撮像装置のみに限定されるものではなく、本発明は撮像装置を有する携帯機器にも展開できる。

１００ 角速度検出部
１０１と１０７ ＡＤ変換
１０２と１０８ ＢＰＦ
１０３ 積分
１０６ 加速度検出部
１０９ 姿勢検出部
１１０ 微分
１１１ 水準器信頼度判定部
１１２ 水準器

Claims (11)

1. 揺れを検出する角速度検出手段と、
   外的な加速度がカメラに加えられたことを検出する加速度検出手段と、
   前記加速度検出手段により検出された加速度からカメラの姿勢を検出する姿勢検出手段と、
   前記姿勢検出手段から得られるカメラの姿勢情報を報知する姿勢情報報知手段と、
   前記姿勢検出手段から得られるカメラの姿勢情報の信頼度を判断する信頼度判定手段を有し、
   前記信頼度判定手段がカメラの姿勢情報の信頼度が低いと判断した場合には、前記姿勢情報報知手段による報知内容を変更する報知内容変更手段を有する
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記姿勢検出手段からの出力信号に対して微分を行う第一の角速度検出手段と、
   揺れを直接検出する第二の角速度検出手段と、
   前記第一の角速度検出手段からの出力と、前記第二の角速度検出手段からの差分を算出する差分算出手段を有し、
   前記信頼度判定手段は、前記差分算出手段から得られた結果がある範囲内に収まっているかで信頼度を判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記信頼度判定手段がカメラの姿勢情報の信頼度が低いと判断した場合には、
   その直前の情報を前記姿勢情報報知手段により報知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記信頼度判定手段がカメラの姿勢情報の信頼度が低いと判断した場合には、
   前記姿勢検出手段から得られるカメラの姿勢情報とともに、
   前記姿勢情報の信頼度が低いことを前記姿勢情報報知手段により報知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記信頼度判定手段がカメラの姿勢情報の信頼度が低いと判断した場合には、
   カメラの基準の姿勢情報を前記姿勢情報報知手段により報知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記信頼度判定手段がカメラの姿勢情報の信頼度が低いと判断した場合には、
   前記姿勢情報報知手段の動作を停止させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記姿勢情報報知手段とは、表示手段により表示させることで報知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
8. 前記姿勢情報報知手段とは、光発生手段により光を発することで報知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
9. 前記姿勢情報報知手段とは、振動発生手段により振動を発することで報知する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
10. 前記姿勢情報報知手段とは、音発生手段により音を発することで報知する
    ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
11. 前記姿勢情報と前記信頼度判定手段が判断したカメラの姿勢情報の信頼度を画像に記録することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。