JP4400322B2 - ブレ補正装置、およびカメラシステム - Google Patents
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Description
この種の従来技術では、まず、カメラ(撮影レンズも含む)の振動を角速度センサによって検出する。カメラは、この角速度に基づいて、被写体像の像移動を打ち消すために必要なブレ補正光学系の位置(以下『目標駆動位置』という)を決定し、ブレ補正光学系をこの目標駆動位置に追従させる。
ところで、光学的ブレ補正では、角速度センサのセンサ出力に含まれるDCオフセットやドリフトが問題となる。被写体像の像面ブレを正確に追跡するには、角速度センサのセンサ出力から、これらの余分な成分を除かなければならない。
そこで、角速度センサの使用時の出力から、DCオフセットやドリフトを分離抽出する方法が従来実施されていた。
このように推定されるDCオフセットおよびドリフトを、センサ出力の基準値として、センサ出力から除去(減算)することにより、真の振動成分を求めることができる。
この誤差の混入した振動成分を打ち消すようにブレ補正を行った場合、誤差分によって像面がドリフト移動したり、振動を生じるようになる。
以上説明した理由から、光学的ブレ補正の防振性能は、センサ出力の基準値を如何に正確に求めるかにかかっている。
ところで、特許文献1および特許文献2に開示される関連技術では、画像動き信号を、光学系の目標駆動位置にフィードバックしている(これは、基準値に画像動き信号をフィートバックする本発明とは、フィードバック経路の構成が大きく異なる)。
このような特許文献1および特許文献2の制御方式を、電子スチルカメラに適用する場合、次のような問題[1][2]が具体的に生じる。
電子スチルカメラでは、サンプル間隔の粗い画像動き信号を扱うため、この種の外延予測では、非連続な補間誤差がビデオカメラよりも大きくなる。この補間誤差は、目標駆動位置の制御誤差にそのまま反映されるため、防振性能が著しく低下する。
なお補足として、特許文献1および特許文献2では、画像動き信号のフィードバック経路にハイパスフィルタを設けている。そのため、ドリフトやオフセットに相当する低域成分は、このハイパスフィルタによってカットされる。そのため、特許文献1および特許文献2では、低域のドリフトやオフセットを現実的に修正することは不可能である。
一般に、画像動き信号は、前後の撮影画像における画像相関から、画像間の変位を検出することによって求める。
ところが、撮像画像が暗すぎたり、逆に明る過ぎるなどの条件の元では、画像動き信号のフィートバックによって、防振性能が著しく低下してしまうなどのケースが見られた。
そこで、本発明の目的は、上述した問題点に鑑みて、撮像画像の明るさが大きく変化しても、安定確実な防振性能を得られるブレ補正装置を提供することを目的とする。
請求項1の発明は、カメラの撮像部における被写体像の像面ブレを補正するブレ補正装置であって、下記のブレ補正機構、振動検出部、基準値生成部、目標駆動位置演算部、および駆動部を備える。
ブレ補正機構は、撮像部と被写体像を形成する光束との相対位置を変更する。
振動検出部は、カメラの振動を検出して振動検出信号を出力する。
基準値生成部は、振動検出信号に基づいて、振動検出信号の基準値(振動のない静止状態における振動検出部の出力)を推定する。
目標駆動位置演算部は、振動検出信号と、推定された基準値との差から、像面ブレの原因となる振動成分を求め、振動成分に基づいてブレ補正機構の目標駆動位置を求める。
駆動部はブレ補正機構を目標駆動位置に追従制御する。
このような構成において、基準値生成部は、フィードバック経路と、ゲイン変更部とを備える。
このフィードバック経路では、カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を情報取得し、画像動き信号を基準値にフィードバックして、基準値を修正する。
一方、ゲイン変更部は、撮像部の入射光量に応じて、フィードバック経路における画像動き信号のフィードバックゲインを変更する。
請求項2の発明は、請求項1のブレ補正装置において、ゲイン変更部は、入射光量の分布差(コントラスト)が小さくなるに従って、フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにすることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1のブレ補正装置において、ゲイン変更部は、入射光量が低くなるに従って、フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにすることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1のブレ補正装置において、ゲイン変更部は、入射光量が高くなるに従って、フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにすることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1のブレ補正装置において、ゲイン変更部は、入射光量の時間変化に従って、フィードバックゲインを下げるか、ゼロにすることを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項5のブレ補正装置において、ゲイン変更部は、AF(オートフォーカス)補助光の照射に伴って入射光量が変化する期間は、フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにすることを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項5のブレ補正装置において、ゲイン変更部は、閃光撮影のプリ発光に伴って入射光量が変化する期間は、フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにすることを特徴とする。
請求項8のカメラシステムは、請求項1ないし請求項7のいずれか1項のブレ補正装置と、ブレ補正装置を用いて光学的ブレ補正を実施するカメラとを備えたことを特徴とする。
本発明では、カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を用いて、振動検出信号の基準値を修正する。
一般に、この基準値に誤差があると、振動成分の検出誤差となって撮像画像に残存ブレを生じる。本発明では、この撮像画像の残存ブレを画像動き信号として検出し、この画像動き信号を用いて基準値を修正する。このようなフィードバック作用により、基準値の誤差を抑圧することができる。
特に、本発明がフィードバック先として選んだ基準値は、更新間隔の短い目標駆動位置に比べて、はるかに低域中心の信号である。そのため、サンプリング間隔の粗い画像動き信号をフィードバックしても、制御系に過度な行き過ぎが生じるおそれは少なく、安定かつ適正な制御応答が実現できる。
この知見に基づいて、請求項1のブレ補正装置では、入射光量の情報を取得して、その入射光量に応じて『基準値にフィードバックする画像動き信号のゲイン』を変更する機能を追加している。
このゲイン変更の機能により、入射光量の変化に応じてフィードバックゲインを適正に変更することが容易になった。その結果、入射光量が大きく変化しても、基準値修正の誤差や収束遅れを抑えることに成功し、安定確実な防振性能を得ることが可能になった。
請求項2のブレ補正装置は、入射光量の分布差(コントラスト)が小さくなるに従って、フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにする。
一般に、撮像画像のコントラストが低下するに従って、エッジの明暗が薄くなり、前後コマ間の画像相関を精度よく検出することができなくなる。その結果、コマ間変位の検出精度が低下し、画像動き信号に誤差が生じやすくなる。
さらに、コントラストが顕著に低下して平板な撮像画像(例えば一面青空の画像など)になると、前後コマ間の画像相関を検出すること自体が難しくなり、画像動き信号の信頼性が著しく低下する。
このような状況の画像動き信号を基準値に通常通りにフィードバックすると、基準値に誤差が混入してしまう。この基準値の誤差によって、目標駆動位置の誤差が発生し、ブレ補正の防振性能が低下する。
請求項3のブレ補正装置は、入射光量が低くなるに従って、フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにする。
一般に、入射光量が低くなるに従って、撮像画像のS/Nが低下する。その結果、コマ間変位の検出精度が低下し、画像動き信号に誤差が生じやすくなる。
さらに、入射光量が顕著に低下して暗黒状態の撮像画像になると、前後コマ間の画像相関を検出すること自体が難しくなり、画像動き信号の信頼性が著しく低下する。
このような状況の画像動き信号を基準値に通常通りにフィードバックすると、基準値に誤差が混入してしまう。この基準値の誤差によって、目標駆動位置の誤差が発生し、ブレ補正の防振性能が低下する。
請求項4のブレ補正装置は、入射光量が高くなるに従って、フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにすることを特徴とする。
通常は、入射光量が高くなるに従って、画像動き信号の誤差は少なくなる。しかしながら、入射光量が高くなり過ぎて撮像画像の大半に白飛びが生じると、画像全体のコントラストが低下する。この状態では、エッジの明暗が薄くなり、前後コマ間の画像相関を精度よく検出することができなくなる。その結果、コマ間変位の検出精度が低下し、画像動き信号に誤差が生じやすくなる。
このような状況の画像動き信号を基準値に通常通りにフィードバックすると、基準値に誤差が混入してしまう。この基準値の誤差によって、目標駆動位置の誤差が発生し、ブレ補正の防振性能が低下する。
請求項5のブレ補正装置は、入射光量の時間変化に従って、フィードバックゲインを下げるか、ゼロにする。
例えば、明るさの変化する被写体では、その変化の前後コマ間において正しく画像相関を検出できず、画像動き信号に誤差が生じやすくなる。
このような状況の画像動き信号を基準値に通常通りにフィードバックすると、基準値に誤差が混入してしまう。この基準値の誤差によって、目標駆動位置の誤差が発生し、ブレ補正の防振性能が低下する。
請求項6のブレ補正装置は、AF(オートフォーカス)補助光の照射に伴って入射光量が変化する期間は、フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにする。
低輝度時のAF機能を補助するため、AF補助光を被写体に照射するカメラシステムが知られている。このAF補助光により被写体の明るさが変化すると、その変化の前後コマ間において正しく画像相関を検出できない。そのため、画像動き信号に誤差が生じやすくなる。
このような状況の画像動き信号を基準値に通常通りにフィードバックすると、基準値に誤差が混入してしまう。この基準値の誤差によって、目標駆動位置の誤差が発生し、ブレ補正の防振性能が低下する。
請求項7のブレ補正装置は、閃光撮影のプリ発光に伴って入射光量が変化する期間は、フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにする。
閃光撮影の本発光に先立って、プリ発光を実施するカメラシステムが知られている。このプリ発光により被写体の明るさが変化すると、その変化の前後コマ間において正しく画像相関を検出できない。そのため、画像動き信号に誤差が生じやすくなる。
このような状況の画像動き信号を基準値に通常通りにフィードバックすると、基準値に誤差が混入してしまう。この基準値の誤差によって、目標駆動位置の誤差が発生し、ブレ補正の防振性能が低下する。
請求項8のカメラシステムは、請求項1ないし請求項7のいずれか1項のブレ補正装置を備える。このブレ補正装置は、入射光量の状況に対応して画像動き信号のフィードバックゲインを変更する。その結果、入射光量が大きく変化しても、基準値修正の正確さや収束速さの変化を安定させることに成功した。その結果、一段とブレ防振性能の高いカメラシステムが実現する。
図1は、光学的ブレ補正の機構を有するカメラシステム190(撮影レンズ190aおよびブレ補正装置を含む)を示す図である。なお、実際のカメラシステム190は、水平および垂直の2軸方向について像面ブレを補正する。しかしながら、図1では、説明を簡明にするため、光学的ブレ補正の機構を1軸分のみ記載している。
角速度センサ10は、カメラシステム190の振動を、コリオリ力などにより角速度として検出する。増幅部20は、角速度センサ10の出力を増幅する。なお、センサ出力の高周波ノイズを低減させることを目的として、ローパスフィルタを付加してもよい。A/D変換部30は、増幅部20の出力をデジタルの角速度データに変換する。
目標駆動位置演算部50は、角速度データから基準値を減算することにより、像面ブレの原因となる真の角速度を求める。目標駆動位置演算部50は、この真の角速度を積分することによって、撮影レンズ190aの光軸角度を求める。目標駆動位置演算部50は、この光軸角度に基づいて、目標駆動位置を決定する。この目標駆動位置は、この光軸角度における被写体像の変位を打ち消すブレ補正光学系100の位置である。
ドライバ70は、求めた駆動信号(デジタル信号)に応じて、駆動電流を駆動機構80に流す。
一方、この撮影レンズ190aの像空間には、撮像素子150の撮像面が設けられる。この撮像素子150は、撮像面に形成される被写体像を撮像する。撮像画像は、不図示のモニタ画面に表示される他、動きベクトル検出部160へ出力される。
なお、ゲイン変更部220は、輝度検出部310およびカメラ制御部320から情報を取得して、上述したフィードバックゲインGを変更する。
以下、発明と本実施形態との対応関係について説明する。なお、ここでの対応関係は、参考のために一解釈を例示するものであり、本発明を徒らに限定するものではない。
請求項記載のブレ補正機構は、ブレ補正光学系100に対応する。
請求項記載の振動検出部は、角速度センサ10に対応する。
請求項記載の基準値生成部は、基準値演算部40、ゲイン変更部220および動きベクトル変換部170に対応する。
請求項記載の目標駆動位置演算部は、目標駆動位置演算部50に対応する。
請求項記載の駆動部は、駆動信号演算部60、ドライバ70、駆動機構80、および位置検出部90に対応する。
請求項記載のフィードバック経路は、動きベクトル検出部160、動きベクトル変換部170、ゲイン変更部220を経由して、画像動きベクトルを基準値にフィードバックする経路に対応する。
請求項記載のゲイン変更部は、ゲイン変更部220に対応する。
請求項記載のカメラシステムは、カメラシステム190に対応する。
請求項記載の画像動き信号は、画像動きベクトルの成分に対応する。
図2は、画像動きベクトルの計算処理を示す流れ図である。
以下、図2を参照して、画像動きベクトルの計算処理を説明する。
ここで、現時点がAF補助光の立上がり期間または立下がり期間である場合、ゲイン変更部220はステップS5に動作を移行する。
一方、現時点が、立上がり期間および立下がり期間のいずれでもない場合、ゲイン変更部220はステップS3に動作を移行する。
ここで、現時点がプリ発光期間(プリ発光により入射光量が変化する期間)である場合、ゲイン変更部220はステップS5に動作を移行する。
一方、現時点がプリ発光期間ではない場合、ゲイン変更部220はステップS4に動作を移行する。
ここで、この輝度差の絶対値が予め定められた閾値TH1よりも大きい場合、前後コマにおいて入射光量が大きく変化したため、画像動きベクトルの算出に適さないと判断できる。このような場合、ゲイン変更部220はステップS5に動作を移行する。
一方、それ以外の場合、ゲイン変更部220はステップS6に動作を移行する。
このような更新動作の後、ゲイン変更部220はステップS1に動作を戻す。
この図6の場合、ゲイン変更部220は、撮像画像を、輝度(平均輝度など)によって、低輝度域、中間輝度域、および高輝度域の三つに分類する。
撮像画像が低輝度域に分類される場合、撮像画像の大部分が暗いため、コマ間の画像相関を正確にとることが難しい。その結果、ステップS6で求めた画像動きベクトルには誤差が多く含まれている。そこで、ゲイン変更部220は、フィードバックゲインを無視できる程度に小さな値(ほぼゼロ)に設定する。
一方、撮像画像が中間輝度域に分類される場合、輝度が高くなるほど、画像動きベクトルの信頼性は高くなる。そこで、ゲイン変更部220は、輝度が高いほど、フィードバックゲインGを高く設定する。
さらに、撮像画像が高輝度域に分類される場合、撮像画像の大部分が白側に潰れ、コマ間の画像相関を正確にとることが難しい。その結果、ステップS6で求めた画像動きベクトルには誤差が多く含まれる。そこで、ゲイン変更部220は、フィードバックゲインを無視できる程度に小さな値(ほぼゼロ)に設定する。
この図7の場合、ゲイン変更部220は、撮像画像の輝度分布からコントラストを求める。例えば、最大輝度と最小輝度との差を求めてコントラストとしてもよい。また例えば、輝度ヒストグラムの分散を求めてコントラストとしてもよい。また例えば、近隣画素間の最大レベル差を求めてコントラストとしてもよい。
ゲイン変更部220は、撮像画像を、このコントラストを基準にして、低コントラスト域と、標準コントラスト域とに分類する。
一方、撮像画像が標準コントラスト域に分類される場合、コントラストが高くなるほど、画像動きベクトルの信頼性は高くなる。そこで、ゲイン変更部220は、コントラストが高いほど、フィードバックゲインGを高く設定する。
図3は、光学的ブレ補正の制御動作を示す流れ図である。
次に、この図3を用いて、光学的ブレ補正の制御動作について説明する。
Wo′=Wo−Gv′ ・・・(2)
ただし、Gv′は、フィードバックベクトルGV′のブレ補正方向の成分である。
一般に、修正後の基準値Wo′に誤差が生じると、ブレ補正において撮像画像に残存ブレが生じる。この残存ブレを画像動きベクトルV′として検出し、上式(2)によって基準値にフィードバックすることで、基準値Wo′の誤差は低減する。
基準値Wo′の誤差が低減するに従って、徐々に画像動きベクトルV′も低減する。最終的に画像動きベクトルV′がゼロと見なせるほどに小さくなると、基準値Wo′は、角速度センサ10のドリフト出力やDCオフセットを正確に含んだ値となる。
ところで、光学的ブレ補正では、ブレ補正光学系100の追従性を高めるため、撮像間隔よりも短いサンプリング間隔で、目標駆動位置および基準値の更新を実行する。そのため、毎回の基準値修正のたびに、毎回新しい画像動きベクトルを使用することはできない。そこで、次回の画像動きベクトルを取得するまでの期間、一つの画像動きベクトルV′を繰り返し使用することで、基準値修正を行うことが好ましい。
例えば、下式をもちいて、この目標駆動位置θ(Tk)の計算が行われる。
C=f・(1+β)2/K ・・・(3)
θ(Tk)=θ(Tk-1)+C・[W(Tk)−Wo′] ・・・(4)
ただし、fは焦点距離、βは撮影倍率、θ(Tk-1)は前回の目標駆動位置、W(Tk)は最新の角速度データ、およびKはブレ補正係数である。なお、ブレ補正係数Kは、下式に基づいて予め実測しておく。
K=(被写体像の変位)/(ブレ補正光学系100の変位)
また、上述した実施形態では、撮像素子150の撮像画像に基づいて画像動きベクトルを生成している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、カメラシステムの分割測光機構や焦点検出機構や測色機構やファインダ機構などで光電変換を行って、撮像画像を生成してもよい。この種の撮像画像から画像動きベクトルを生成することによって、『銀塩カメラ』や『一眼レフタイプの電子カメラ』において本発明を実施することができる。
20 増幅部
40 基準値演算部
50 目標駆動位置演算部
60 駆動信号演算部
70 ドライバ
80 駆動機構
90 位置検出部
100 ブレ補正光学系
120 焦点距離情報
130 撮影倍率情報
140 光学情報
150 撮像素子
160 動きベクトル検出部
170 動きベクトル変換部
190 カメラシステム
190a 撮影レンズ
220 ゲイン変更部
310 輝度検出部
320 カメラ制御部
330 閃光制御部
340 AF補助光発光部
Claims (8)
- カメラの撮像部における被写体像の像面ブレを補正するブレ補正装置であって、
前記撮像部と前記被写体像を形成する光束との相対位置を変更するブレ補正機構と、
前記カメラの振動を検出して振動検出信号を出力する振動検出部と、
前記振動検出信号に基づいて、前記振動検出信号の基準値(前記振動のない静止状態における前記振動検出部の出力)を推定する基準値生成部と、
前記振動検出信号と、推定された前記基準値との差から、前記像面ブレの原因となる振動成分を求め、前記振動成分に基づいて前記ブレ補正機構の目標駆動位置を求める目標駆動位置演算部と、
前記ブレ補正機構を前記目標駆動位置に追従制御する駆動部とを備え、
前記基準値生成部は、
前記カメラの撮像画像を解析して得られる画像動き信号を情報取得し、前記画像動き信号を前記基準値にフィードバックして、前記基準値を修正するフィードバック経路と、
前記撮像部の入射光量に応じて、前記フィードバック経路における前記画像動き信号のフィードバックゲインを変更するゲイン変更部とを備えた
ことを特徴とするブレ補正装置。 - 請求項1に記載のブレ補正装置において、
前記ゲイン変更部は、前記入射光量の分布差(コントラスト)が小さくなるに従って、前記フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにする
ことを特徴とするブレ補正装置。 - 請求項1に記載のブレ補正装置において、
前記ゲイン変更部は、前記入射光量が低くなるに従って、前記フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにする
ことを特徴とするブレ補正装置。 - 請求項1に記載のブレ補正装置において、
前記ゲイン変更部は、前記入射光量が高くなるに従って、前記フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにする
ことを特徴とするブレ補正装置。 - 請求項1に記載のブレ補正装置において、
前記ゲイン変更部は、前記入射光量の時間変化に従って、前記フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにする
ことを特徴とするブレ補正装置。 - 請求項5に記載のブレ補正装置において、
前記ゲイン変更部は、AF(オートフォーカス)補助光の照射に伴って前記入射光量が変化する期間は、前記フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにする
ことを特徴とするブレ補正装置。 - 請求項5に記載のブレ補正装置において、
前記ゲイン変更部は、閃光撮影のプリ発光に伴って前記入射光量が変化する期間は、前記フィードバックゲインを下げるか、またはゼロにする
ことを特徴とするブレ補正装置。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のブレ補正装置と、
前記ブレ補正装置を用いて、光学的ブレ補正を実施するカメラと
を備えたことを特徴とするカメラシステム。
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