JP3985280B2

JP3985280B2 - ビデオカメラとビデオカメラにおける手振れ補正信号のゲイン調整方法

Info

Publication number: JP3985280B2
Application number: JP30913696A
Authority: JP
Inventors: 紀彦野口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: JPH10150595A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、業務用ビデオカメラなどに適用して好適な手振れ補正機能を搭載したビデオカメラと、このビデオカメラにおける手振れ補正信号のゲイン調整方法に関する。詳しくは、映像信号の動きベクトルに基づいて生成されたキャリブレーション信号（校正信号）で手振れセンサからの検出出力を補正することによって、手振れセンサの温度変動や経年変化などによる手振れ補正の残留成分をできるだけ少なくできるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
手振れ補正機能を搭載したビデオカメラが知られている。図４はその一例を示すビデオカメラ１０の要部の具体例であって、被写体像は光学系１２を介して撮像素子であるこの例ではＣＣＤ２次元センサ１４に結像されて撮像信号が得られる。撮像信号は信号処理用のプロセッサ１６において映像信号となされる。
【０００３】
カメラ本体には手振れセンサ１８が取り付けられ、これより得られる振れ検出出力が手振れ補正信号生成手段２０に供給されて、所定の手振れ補正信号が生成され、この手振れ補正信号が手振れ補正手段２２に供給される。このループによって手振れ補正手段２２の光軸が変更されて手振れがあっても安定した画像が得られるようになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した手振れ補正系は工場出荷段階で手振れによる画面の振れが静止する（ゼロになる）ように手振れ補正信号が調整される。ところが、ビデオカメラはどのような環境条件下で使用されるか分からない。酷暑や厳寒の地で使用される場合もある。
【０００５】
この手振れ補正系に設けられた手振れセンサ１８は環境温度の変化や経年変化によって、手振れセンサ１８の検出特性が変化するので、同じ手振れ量であってもその検出出力の値が相違する場合がある。これによって補正誤差が発生するので、その誤差に応じた手振れ補正による残留成分は必然的に許容しなければならない。これは手振れ補正系がオープンループであるからである。この残留成分は手振れセンサ１８以外の回路定数の変動によっても発生するが、以下ではこれらを含めて取り扱うものとする。
【０００６】
手振れ補正装置を業務用としても使用する場合には、通常の状態での手振れが少ないだけに、手振れセンサ１８の検出特性の変動に伴う残留成分が手振れ補正の許容範囲を超えてしまうおそれがある。特に上述したように常温下での製造およびサービスラインで調整した手振れ補正装置を、極寒地や酷暑地で使用する場合には、手振れ補正の許容範囲を超える可能性が高い。これでは業務用としての要求を満たすことができない。
【０００７】
そこで、この発明はこのような従来の課題を解決したものであって、キャリブレーション機能を付加することによって使用温度や手振れセンサの経年変化などによっても、手振れ補正精度が低下しないようにして手振れの残留成分をできるだけ少なくするようにしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、この発明に係るビデオカメラは、被写体を撮像して得た撮像信号に基づいて動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、上記動きベクトルに基づいてキャリブレーション信号を生成するキャリブレーション信号生成手段と、上記キャリブレーション信号を記憶するメモリ手段と、上記メモリ手段に記憶されているキャリブレーション信号に基づいて調整されたゲインで、手振れセンサからの検出出力に対してゲインコントロールするゲインコントロール手段と、上記ゲインコントロール手段でゲインコントロールされた手振れセンサからの検出出力が供給され、手振れ補正信号を生成する手振れ補正信号生成手段とで構成され、上記動きベクトルが規定値となるように上記キャリブレーション信号に基づいて上記ゲインコントロール手段のゲインが調整されるようになされたものである。
また、ビデオカメラにおける手振れ補正信号のゲイン調整方法は、被写体を撮像して得た映像信号に基づいて動きベクトルを検出する動きベクトル検出工程と、上記動きベクトルに基づいてキャリブレーション信号を生成するキャリブレーション信号生成工程と、上記キャリブレーション信号を記憶するメモリ工程と、上記メモリ工程で記憶したキャリブレーション信号に基づいて調整されたゲインで、手振れセンサからの検出出力に対してゲインコントロールするゲインコントロール工程と、上記ゲインコントロール工程でゲインコントロールされた手振れセンサからの検出出力が供給され、手振れ補正信号を生成する手振れ補正信号生成工程とを備え、上記動きベクトルが規定値となるように上記キャリブレーション信号に基づいて上記ゲインコントロール工程のゲインが調整されるようになされたものである。
【０００９】
この発明では手振れ補正機能を働かせた状態で被写体を撮像する。このときの映像信号から動きベクトルが検出される。この動きベクトルが最小となるようなキャリブレーション信号によってゲイン調整手段のゲインが調整される。
【００１０】
キャリブレーション信号の生成は手振れ補正機能が働いた状態で得られると共に、これからビデオカメラを使用する環境の中で生成されるものであるから、周囲温度や手振れセンサの経年変化を加味した状態で動きベクトル、したがってキャリブレーション信号が得られる。そして、キャリブレーション信号が規定値（最終目標値はゼロ）となるようにその手振れセンサからの検出出力のゲインが調整される。
【００１１】
動きベクトルが最小値例えばゼロになれば手振れ補正が正しく機能していることになるので、手振れセンサの検出特性が変動した場合でも、手振れ補正の残留成分を最小値に抑えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
続いて、この発明に係る手振れ補正機能を搭載したビデオカメラの一実施態様を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１はその一例を示すビデオカメラ１０の要部の具体例であって、本例では映像信号をディジタル化して記録再生するディジタルビデオカメラに適用した場合である。
【００１４】
被写体像は光学系１２を介して撮像素子であるこの例ではＣＣＤ２次元センサ１４に結像されて撮像信号が得られる。撮像信号はディジタル信号処理用のプロセッサ１６においてディジタル映像信号となされる。
【００１５】
カメラ本体には手振れセンサ１８が取り付けられる。手振れセンサ１８としてはジャイロセンサや加速度センサ、回転角速度センサなどを使用することができる。
【００１６】
手振れセンサ１８より得られる振れ検出出力（Ｘ軸（水平軸）成分とＹ軸成分（垂直軸）に分けて出力される）Ｓｏが目標値算出手段として機能する手振れ補正信号生成手段４０に供給されて所定の手振れ補正信号が生成され、この手振れ補正信号が手振れ補正手段２２に供給される。手振れ補正信号によって手振れによる画面の動きがゼロになるように生成手段４０での目標値(手振れ補正信号）が算出される。
【００１７】
手振れ補正手段２２としては内部に液体を封入したレンズの角度を調整することによってその光軸を変化させる頂角可変プリズムや、純粋に一対の円筒レンズ（若しくは球面レンズ）をその円筒面が回動自在となるように対向配置し、手振れ量に応じて円筒面を所定量だけ回動させて、プリズムの頂角を可変することによって光軸を調整する頂角可変プリズムなどを使用することができる。
【００１８】
この発明では撮像する前に被写体を撮像して得た映像信号から動きベクトルを検出して、手振れセンサ１８の検出出力に対するキャリブレーション（校正）処理が行われる。これは上述したように手振れセンサ１８は温度変化や経年変化によってその検出特性が変化するため検出出力のレベルが当初の値と相違してしまうからである。そのため、図１に示すように信号処理を行うプロセッサ１６の一部の映像信号（ディジタル映像信号）が動きベクトル検出手段７０に供給されて動きベクトルが検出される。
【００１９】
動きベクトルは水平走査方向に対応するＸ軸に関する動きベクトルＳｘと、垂直走査方向に対応するＹ軸に関する動きベクトルＳｙの両者の成分を有する。
【００２０】
これら一対の動きベクトルＳｘ、Ｓｙがキャリブレーション信号生成手段３６に供給される。キャリブレーション信号Ｓｃは手振れセンサ１８からの検出出力Ｓｏをゲイン調整するためのゲイン調整信号として使用される。
【００２１】
すなわち手振れ補正機能を働かせた状態での動きベクトルＳｘ、Ｓｙが目標となる規定値（限りなくゼロに近い値、理想的にはゼロ）となるような手振れ補正信号が得られるように、ゲイン調整用のキャリブレーション信号Ｓｃが動きベクトルＳｘ、Ｓｙから生成される。
【００２２】
そのため、本例では手振れ補正手段４０と手振れセンサ１８との間には検出出力Ｓｏに対するゲイン調整手段（アンプ）３８が設けられ、その出力ゲインがキャリブレーション信号Ｓｃで調整される。すなわち、一対の動きベクトルＳｘ、Ｓｙが限りなくゼロに近づくような手振れ補正信号が得られるように、ゲイン調整アンプ３８のゲインがキャリブレーション信号Ｓｃによって制御される。
【００２３】
ゲイン調整手段３８もＸ軸成分用と、Ｙ軸成分用の２つのゲインアンプが設けられているが、図では省略されている。キャリブレーション信号Ｓｃ自身もＸ軸成分に対するゲイン調整用と、Ｙ軸成分に対するゲイン調整用の２つの信号で構成されている。
【００２４】
キャリブレーション処理は実際に撮像する前に行われ、撮像中はキャリブレーション信号生成処理は行われない。そのため、キャリブレーション信号生成手段３６にはメモリ手段４２が設けられ、撮像前に得られたキャリブレーション信号Ｓｃが保存され、撮像中は保存されたこのキャリブレーション信号Ｓｃに基づいてゲインが制御されることになる。
【００２５】
キャリブレーション信号生成手段３６はキャリブレーション信号生成のための処理を行う制御部（ＣＰＵ）で構成され、またこの生成手段３６にはキャリブレーションスイッチ４４が設けられ、このスイッチ４４がオンされたときだけキャリブレーション信号Ｓｃの生成処理および保存処理が行われる。スイッチ４４はカメラ本体に設けられている。
【００２６】
図２はこの発明で使用できる信号プロセッサ１６と動きベクトル検出手段７０との関係を示す要部の系統図であって、例えば３板式の２次元センサ１４から得られるＲ、Ｇ、Ｂ信号がマトリックス回路５０でマトリックスされて、例えば輝度信号Ｙと一対のクロマ信号Ｃ（Ｃｒ、Ｃｂ）よりなる映像信号に変換される。
【００２７】
この映像信号は図示はしないがディジタル化されたのち、信号圧縮手段として機能するこの例ではＭＰＥＧエンコーダ５２に供給されて、例えば動きを予測した圧縮符号化処理が行われる。圧縮処理された映像信号は、カメラ本体に設けられた記録再生手段（例えばＶＴＲ）５４に供給されて記録される。
【００２８】
再生された映像信号は信号伸長手段５６で伸長されることによって端子５８にコンポーネントの映像信号が得られる。
【００２９】
また、伸長されたこの映像信号若しくはマトリックス後の映像信号（Ｙ、Ｃ）がそれぞれ合成手段に６０に供給されて端子６２よりコンポジットの映像信号が得られるようになされている。
【００３０】
この発明ではこのような信号処理手段としてのプロセッサ１６において、エンコーダ５２より動きベクトルを取り出す。図２はそのための具体例で、本例では動き予測による符号化手段で構成されたＭＰＥＧエンコーダ５２が利用される。
【００３１】
このエンコーダ５２は図３のように端子７２に供給される映像信号がまず動きベクトル検出回路７０に供給されて、メモリ７３にメモリされた前フレームの映像信号を利用して動きベクトルが求められる。この動きベクトルは信号を伸長する際にも使用される。
【００３２】
動きベクトルの検出と共に、映像信号は減算器７４に供給されて端子７６からの予測信号（予測された前フレームの映像信号であって、その詳細な形成手段は省略する）との減算処理が行われ、その差分の信号が直交変換処理される。この例ではＤＣＴ変換手段７８が使用されてＤＣＴ係数が求められる。
【００３３】
ＤＣＴ係数は量子化手段８０で量子化されると共に、その出力が可変長符号化手段８２に供給されて使用頻度に応じた可変長符号化処理される。可変長符号化された信号は図２に示すＶＴＲ５４で記録される。
【００３４】
このようにＭＰＥＧエンコーダ５２では信号を伸長したり、予測信号を生成するために動きベクトル検出回路７０が設けられているので、この発明ではこの動きベクトル検出回路７０が図１に示す動きベクトル検出手段７０として利用される。つまりこの動きベクトル検出回路７０はＭＰＥＧエンコーダ用として機能する他、キャリブレーション信号生成用としても使用されることになる。したがって端子７０ａに得られる動きベクトル（Ｓｘ、Ｓｙ）が輝度信号生成手段３６にも供給される。
【００３５】
さて、手振れセンサ１８に対するキャリブレーション処理を行うに当たっては実際に撮像する前に、被写体（キャリブレーション用の被写体）を撮像しなければならない。この場合に利用される被写体としては静止している被写体を利用した方が便利である。そして静止しているこの被写体を撮像するときは例えば最大ズーム位置として撮像する。そうすれば、被写体が静止していても僅かに手振れがあると、動きのある被写体として撮像され、そのときの動き量が動きベクトルとして検出されることになる。勿論、キャリブレーション処理を有効に行うため意図的にカメラ本体に対して振動を与えてもよい。
【００３６】
被写体の中心が画面の中心にくるように画角を調整する。手振れ補正系は動作状態にしておく。そうすると、手振れがあるとこの手振れ補正系が動作して手振れ補正手段２２によりその光軸が調整される。環境温度が常温より遥かにずれていたり、手振れセンサ１８に径年変化があると、手振れ補正系が動作しても画面の動きを静止させることができない。この補正誤差が残留成分である。
【００３７】
この残留成分が動きベクトルとなって検出され、キャリブレーション信号生成手段３６ではこの動きベクトル（成分）Ｓｘ、Ｓｙが最小値、可能ならばゼロとなるようなキャリブレーション信号Ｓｃが生成される。このキャリブレーションＳｃでゲイン調整アンプ３８のゲインが調整され、ゲイン調整された検出出力Ｓｏ′に基づいて手振れ補正信号が生成される。したがって手振れ補正による残留成分が大幅に逓減される。
【００３８】
このようにアンプゲインを調整して手振れ補正信号生成手段４０に与える検出出力Ｓｏ′のレベルを動きベクトル成分に応じて制御すれば、同じような手振れを与えたときの手振れセンサ１８から得られる検出出力が、工場出荷時と相違する場合であっても、これを動きベクトル成分に基づいて補完できる。そのため、環境条件の厳しい場所で使用する場合であっても、手振れ補正を有効に機能させることができる。
【００３９】
キャリブレーション信号Ｓｃはメモリ手段４２に保存されているから、同様な環境条件下でビデオカメラ１０を使用するようなときには、あるいは直前に行ったキャリブレーション操作からあまり時間が経過していないようなときには、再度キャリブレーション処理を行うことなく、直接このメモリ手段４２にストアされているキャリブレーション信号Ｓｃを使用することもできる。
【００４０】
上述した実施態様では、手振れ補正系を動作させた状態でキャリブレーション処理を行うようにしたが、手振れ補正系の動作を禁止した状態でキャリブレーション処理を行うこともできる。
【００４１】
この場合には、手振れセンサ１８からの検出出力Ｓｏがキャリブレーション信号生成手段３６にも供給されるようになされると共に、スイッチ４４がオンしたときは手振れ補正系が切断されるように、例えば手振れ補正信号生成手段４０の出力ラインが切断される。
【００４２】
この状態で、ズームモードで被写体を撮像し、そのときに得られる検出出力Ｓｏの値が動きベクトルの値に等しくなるようにゲイン調整アンプ３８のゲインがキャリブレーション信号Ｓｃによって制御（予測制御）される。検出出力Ｓｏも動きベクトルも何れも画像の動き成分に他ならないからである。こうすることによっても手振れ補正による残留成分を効果的に抑圧できるので、手振れ補正を有効に機能させることができるようになる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、この発明では、キャリブレーション処理を行い、そのとき得られたキャリブレーション信号で手振れセンサの検出出力に対するゲインの調整（校正）を行うようにしたものである。
【００４４】
これによれば、手振れセンサが経年変化などによってその検出特性が変化したようなときでも、あるいは常温以外の温度環境下で使用することによりその検出特性が変化したようなときでも、キャリブレーション処理を行うことによって、検出特性の変動による手振れ補正残留成分を大幅に低減できる。その結果、通常の使用状態での揺れが少ない業務用ビデオカメラであっても手振れ補正残留成分が許容範囲を越えるおそれはない。
【００４５】
キャリブレーション処理に必要な手段は、非常に安価で小規模なものであるから、業務用ビデオカメラのみならず、手振れ補正機能を有した民生用のビデオカメラなどにも適用できる。
【００４６】
またキャリブレーション操作は任意の被写体を撮すだけであるから、非常に簡単な操作であり、キャリブレーション処理時間も短くて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るビデオカメラの一実施態様を示す要部の系統図である。
【図２】プロセッサおよび動きベクトル検出手段の具体例を示す要部の系統図である。
【図３】動きベクトル検出手段一例を示す要部の系統図である。
【図４】従来のビデオカメラの系統図である。
【符号の説明】
１０・・・ビデオカメラ、１４・・・撮像手段、７０・・・動きベクトル検出手段（動きベクトル検出回路）、３６・・・キャリブレーション信号生成手段、３８・・・ゲイン調整手段、１８・・・手振れセンサ、２２・・・手振れ補正手段、４０・・・手振れ補正信号生成手段、５２・・・ＭＰＥＧエンコーダ

Claims

被写体を撮像して得た撮像信号に基づいて動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、
上記動きベクトルに基づいてキャリブレーション信号を生成するキャリブレーション信号生成手段と、
上記キャリブレーション信号を記憶するメモリ手段と、
上記メモリ手段に記憶されているキャリブレーション信号に基づいて調整されたゲインで、手振れセンサからの検出出力に対してゲインコントロールするゲインコントロール手段と、
上記ゲインコントロール手段でゲインコントロールされた手振れセンサからの検出出力が供給され、手振れ補正信号を生成する手振れ補正信号生成手段とで構成され、
上記動きベクトルが規定値となるように上記キャリブレーション信号に基づいて上記ゲインコントロール手段のゲインが調整されるようになされた
ことを特徴とするビデオカメラ。
被写体を撮像して得た映像信号に基づいて動きベクトルを検出する動きベクトル検出工程と、
上記動きベクトルに基づいてキャリブレーション信号を生成するキャリブレーション信号生成工程と、
上記キャリブレーション信号を記憶するメモリ工程と、
上記メモリ工程で記憶したキャリブレーション信号に基づいて調整されたゲインで、手振れセンサからの検出出力に対してゲインコントロールするゲインコントロール工程と、
上記ゲインコントロール工程でゲインコントロールされた手振れセンサからの検出出力が供給され、手振れ補正信号を生成する手振れ補正信号生成工程とを備え、
上記動きベクトルが規定値となるように上記キャリブレーション信号に基づいて上記ゲインコントロール工程のゲインが調整されるようになされた
ことを特徴とするビデオカメラにおける手振れ補正信号のゲイン調整方法。