JP4677748B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1,2では、像ブレの軌跡から得られる点像関数から、逆フィルタを求める。この逆フィルタを撮像画像に施すことによって、撮像画像の像ブレを修復する(以下、このブレ修復の方式を『演算修復方式』という)。
そこで、本発明は、この『演算修復方式』と『合成修復方式』を適切に切り換える撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の撮像装置は、撮像部、演算修復部、合成修復部、露光期間判定部、および選択制御部を備える。
この撮像部は、予め設定された露光期間にわたって被写体像を光電変換し、画像データを生成する。
演算修復部は、露光期間中の像ブレを表す点像関数の逆フィルタを画像データに施して、像ブレを修復する。
合成修復部は、露光期間を分割した複数回の撮像動作を撮像部に実施させ、得られた複数コマの分割画像データを位置合わせして合成することにより、画像データの像ブレを修復する。
露光期間判定部は、露光期間を、予め定められた閾値によって判定する。
選択制御部は、露光期間が閾値未満の場合には演算修復部によるブレ修復を実行し、露光期間が閾値以上の場合には合成修復部によるブレ修復を実行する。
なお好ましくは、露光期間判定部は、『撮像部の画像読み出しにかかる転送期間』に『合成補正部の分割露光回数』を乗じた乗算結果を閾値に使用して、上記の露光期間の判定を行う。
本発明の別の撮像装置は、撮像部、演算修復部、合成修復部、露光期間判定部、および選択制御部を備える。
撮像部は、予め設定された露光期間にわたって被写体像を光電変換し、画像データを生成する。
演算修復部は、露光期間中の像ブレを表す点像関数の逆フィルタを画像データに施して、像ブレを修復する。
合成修復部は、露光期間を分割した複数回の撮像動作を撮像部に実施させ、得られた複数コマの分割画像データを位置合わせして合成することにより、画像データの像ブレを修復する。
露光期間判定部は、合成修復部による複数回の分割露光に所要する総撮影期間と露光期間との差を予め定められた閾値によって判定する。
選択制御部は、露光期間判定部によって差が閾値以上と判定された場合には、演算修復部によるブレ修復を実行し、差が閾値未満と判定された場合には、合成修復部によるブレ修復を実行する。
一般に、露光期間が短いほど像ブレは小さくなり、細かな画像情報(空間周波数の高域成分)の消失は少なくなる。この場合に演算修復方式を選択すれば、残存する高域成分に逆フィルタを作用させることで、ブレによって減衰した画像情報の信号レベルや空間位相を適切に復元することができる。したがって、露光期間が短いほど、演算修復方式のブレ修復は成功率が高くなる。
例えば、露光期間1/50秒を複数回に分けて露光する合間に、転送期間400m秒を3回実施した場合、総撮影期間は1.2秒ほどかかる。この場合、露光期間1/50秒の設定に対して総撮影期間が1.2秒ほどかかるなど、露光期間と総撮影期間とに明らかな差異が生じ、ユーザーに違和感を与えてしまう。このような理由からも、露光期間が短い場合、合成修復方式のブレ修復は適さない。
逆に、露光期間が長くなると、演算修復方式の像ブレが大きくなり、細かな画像情報(高域成分など)が大量に消滅してしまう。そのため、演算修復方式では、点像関数の逆フィルタを作成することが難しくなる。また、無理に作成した逆フィルタを適用しても、せいぜい中域成分までしか復元は出来ず、かえって高域成分のノイズを増幅してしまうおそれが生じる。そのため、露光期間が長くなるほど、演算修復方式のブレ修復は成功率が低くなる。
上述した考察に基づいて、請求項1の撮像装置では、露光期間と閾値との比較結果に基づいてブレ修復の方式を次のように選択する。
まず、露光期間が閾値よりも短い場合、演算修復方式によるブレ修復を選択する。この場合、露光期間が短いために画像情報の消失や波形の崩れが少なく、演算修復方式によって画像データの復元を適切に実施できる確率が高くなる。
このように、露光期間の長短判定に基づいて両方式を切り換えることによって、ブレ修復の成功率を総合的に高めることが可能になる。
さらに、請求項2の撮像装置では、『撮像部の画像読み出しにかかる転送期間』に『合成補正部の分割露光回数』を乗じた乗算結果を閾値に使用する。
合成修復方式を実施する場合、分割露光の回数分だけ画像読み出しを実施する必要がある。上記の乗算結果は、これら読み出し動作の合計時間に相当する。合成修復方式では、露光期間がどんなに短くなっても、これら読み出し動作の合計時間を短縮することはできない。
そこで、請求項2の撮像装置は、露光期間が乗算結果よりも短い場合、演算修復方式を選択する。この選択動作によって、被写体の動きが離散的にぶれるという状況を予測して、演算修復方式に適切に切り換えることが可能になる。
一方、請求項3の撮像装置では、合成修復方式に予想される総撮影期間と、露光期間との差を予め定められた閾値によって判定する。
この差が大きいほど、合成修復方式では、分割露光の空き時間が長くなる。そのため、動きのある被写体は、長い空き時間によって露光が寸断され、被写体の動きの連続性が失われる。この状態で分割画像データを合成すると、動きのある被写体が飛び飛びの位置で重なるため、不自然な画像になる。
また、この演算修復方式への切り換え動作により、合成修復方式において総撮影期間と露光期間とがかけ離れてユーザーに違和感を与えるという状況を予測して、演算修復方式に適切に切り換えることが可能になる。
[第1実施形態の構成説明]
図1は、第1実施形態における撮像装置11の構成を示す図である。
図1において、撮像装置11には、撮影レンズ12が装着される。この撮影レンズ12の像空間には、シャッタ13aおよび撮像素子13の撮像面が配置される。この撮像素子13は、CCD駆動回路16の駆動パルスに従って、画像データを出力する。この画像データは、アナログ信号処理部14およびDSP(デジタル信号処理部)15を介して処理された後、バッファメモリ17に蓄積される。
その他、CPU23によって、AE演算部24、露光期間決定部25、および点像関数演算部28などの機能も実現される。この点像関数演算部28には、HPF部32を介して、角速度センサ33が接続される。
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。
請求項記載の撮像部は、撮像素子13、およびCCD駆動回路16に対応する。
請求項記載の演算修復部は、演算修復部21に対応する。
請求項記載の合成修復部は、合成修復部20に対応する。
請求項記載の露光期間判定部は、ブレ補正方式選択部22の『露光期間を判定する機能』に対応する。
請求項記載の選択制御部は、ブレ補正方式選択部22の『露光期間の判定の結果に応じて、合成修復部20と演算修復部21とを切り換え制御する機能』に対応する。
図2は、第1実施形態の動作を説明する図である。
以下、図2に示すステップ番号に沿って、動作説明を行う。
この状態で、ユーザーがレリーズスイッチ27を半押し操作すると、CPU23はステップS2に動作を移行する。
通常、135(35ミリ撮像面サイズ)判のカメラでは、焦点距離分の1のシャッタ秒時以下に設定することで、手ブレが目立たない写真が撮れると言われている。そこで、ブレ補正方式選択部22は、ズームエンコーダ30から情報取得した撮影レンズ12の焦点距離を、135判の画角相当の焦点距離に換算する。ブレ補正方式選択部22は、露光期間を分割した分割露光期間が、この1/(換算焦点距離)秒以下のブレ安全圏に充分収まるよう、分割露光回数および分割露光期間の組み合わせを決定する。
次に、ブレ補正方式選択部22は、決定した分割露光回数と、撮像素子13の転送期間とを乗じて、閾値th1を算出する。例えば、分割露光回数が4回で、転送期間が200m秒の場合、閾値th1は0.8秒となる。
全押し操作を検出しない場合、CPU23はステップS1に動作を戻す。
一方、全押し操作を検出した場合、CPU23はステップS6に動作を移行する。
露光期間が閾値th1以上の場合、CPU23は、ブレ補正方式として合成修復方式を選択し、ステップS7に動作を移行する。
一方、露光期間が閾値th1未満の場合、CPU23は、ブレ補正方式として演算修復方式を選択し、ステップS8に動作を移行する。
なお、角速度センサ33の検出結果から得たブレ軌跡に基づいて、分割画像データを位置合わせしてもよい。
このような合成修復方式の撮影処理を完了した後、CPU23はステップS9に動作を移行する。
X(t)=β・R・θ(t) ・・・(1)
この像面上のブレX(t)を、点像の画素単位の露光量に換算することにより、画素座標(x,y)における点像関数p(x,y)が得られる。
この点像関数p(x,y)を用いて、元画像o(x,y)とブレ画像z(x,y)との関係を、次の畳み込み積分*で表すことができる。
z(x,y)=o(x,y)*p(x,y) ・・・(2)
上式を周波数変換して、空間周波数(u,v)の領域に変換すると、
Z(u,v)=O(u,v)・P(u,v) ・・・(3)
となる。なお、上式中のZ(u,v)、O(u,v)、P(u,v)は、z(x,y)、o(x,y)、p(x,y)をそれぞれ周波数変換して得たスペクトルである。ちなみに、点像関数p(x,y)を周波数変換して得たP(u,v)については、特に空間周波数伝達関数と呼ばれる。
この(3)式を変形することにより、元画像のスペクトルO(u,v)は次のようになる。
O(u,v)=Z(u,v)/P(u,v) ・・・(4)
すなわち、(4)式中の逆フィルタ1/P(u,v)を確定できれば、元画像Oのスペクトルを復元することができる。
ところで、P(u0,v0)=0となる空間周波数域(u0,v0)が存在すると、
O(u0,v0)=Z(u0,v0)/P(u0,v0)=0/0=不定 ・・・(5)
となる。
これは、P(u,v)によって伝達されない消失スペクトルについては復元できず、かつ、消失成分の周波数域(u0,v0)については逆フィルタ1/Pが無限大となって確定できないことを意味する。
そこで、点像関数演算部28は、(4)式の逆フィルタ1/Pを、予め定められた上限値cで制限したウィナーフィルタで近似し、逆フィルタとする。
ウィナーフィルタ:P(u,v)/[|P(u,v)|2+1/c] ・・(6)
(B5)点像関数演算部28は、得られた逆フィルタ(ウィナーフィルタ)を、ブレ画像のスペクトルZ(u,v)に作用させることにより、元画像のスペクトルを求める。この元画像のスペクトルを逆周波数変換することにより、元画像の近似的な復元(演算によるブレ修復)を行う。
このような演算修復方式の撮影処理を完了した後、CPU23はステップS9に動作を移行する。
第1実施形態では、露光期間(分割露光期間×分割転送回数)が閾値th1(=転送期間×分割転送回数)以上になると、合成修復方式が選択実施される。
この場合、図3に示すように、分割露光期間は転送期間よりも長くなるため、複数回の分割露光はほぼ連続するようになる。そのため、合成後の画像データにおいて、動体被写体の分離は目立たず、良好な合成画像データを得ることができる。
この場合、露光期間は比較的短く、手ブレによる空間周波数成分の消失は少ない。この状態では、空間周波数伝達関数がゼロとなる周波数域は少なく、理想に近い逆フィルタを確定することが可能になる。その結果、演算修復方式による良好なブレ修復効果を得ることができる。
第1実施形態では、図4に示すケースにおいて、合成修復方式に代えて、演算修復方式を実施するため、これらの不具合を回避することができる。
次に、別の実施形態について説明する。
第2実施形態の撮像装置は、第1実施形態の撮像装置11(図1)と同じ構成のため、重複説明を省略する。
図5は、第2実施形態の動作を説明する図である。
以下、図5に示すステップ番号に沿って、動作説明を行う。
次に、ブレ補正方式選択部22は、決定された分割露光回数および分割露光期間に基づいて、分割露光回数分の分割露光にかかる総撮影期間(すなわち、ユーザーが撮影姿勢を維持する期間)を見積もる。
例えば、図3に示すように、決定された分割露光期間が撮像素子13の転送期間よりも長い場合、総撮影期間は露光期間とほぼ等しくなる。
一方、図4に示すように、分割露光期間が転送期間よりも短い場合、総撮影期間は、分割露光期間+転送期間*(分割露光回数−1)とほぼ等しくなる。
全押し操作を検出しない場合、CPU23はステップS11に動作を戻す。
一方、全押し操作を検出した場合、CPU23はステップS17に動作を移行する。
総撮影期間と露光期間の差が閾値th2未満の場合、CPU23は、ブレ補正方式として合成修復方式を選択し、ステップS18に動作を移行する。
一方、総撮影期間と露光期間の差が閾値th2以上の場合、CPU23は、ブレ補正方式として演算修復方式を選択し、ステップS19に動作を移行する。
第2実施形態では、合成修復方式に予想される総撮影期間と露光期間との差を閾値判定し、差が閾値以上の場合に演算修復方式を選択する。その結果、合成修復方式の総撮影期間が露光期間からかけ離れてユーザーに違和感を与えるといった状況を予測して、演算修復方式に切り換えることができる。
なお、第1実施形態では、露光期間と(転送期間*分割露光回数)との比較結果に基づいて、ブレ修復の方式を選択する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。一般的には、露光期間の閾値判定に基づいて、ブレ修復の方式を選択することが可能である。
例えば、(転送期間と分割露光期間との差)×分割露光回数の値に基づいて、ブレ修復の方式を選択してもよい。
12 撮影レンズ
13 撮像素子
13a シャッタ
14 アナログ信号処理部
15 DSP
16 CCD駆動回路
17 バッファメモリ
20 合成修復部
21 演算修復部
22 ブレ補正方式選択部
23 CPU
24 AE演算部
25 露光期間決定部
26 手ブレ補正モードスイッチ
27 レリーズスイッチ
28 点像関数演算部
30 ズームエンコーダ
31 距離エンコーダ
32 HPF部
33 角速度センサ
Claims (3)
- 予め設定された露光期間にわたって被写体像を光電変換し、画像データを生成する撮像部と、
前記露光期間中の像ブレを表す点像関数の逆フィルタを前記画像データに施して、前記像ブレを修復する演算修復部と、
前記露光期間を分割した複数回の撮像動作を前記撮像部に実施させ、得られた複数コマの分割画像データを位置合わせして合成することにより、前記画像データの像ブレを修復する合成修復部と、
前記露光期間を、予め定められた閾値によって判定する露光期間判定部と、
前記露光期間が前記閾値未満の場合には前記演算修復部によるブレ修復を実行し、前記露光期間が前記閾値以上の場合には前記合成修復部によるブレ修復を実行する選択制御部と
を備えたことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置において、
前記露光期間判定部は、
『前記撮像部の画像読み出しにかかる転送期間』に『前記合成補正部の分割露光回数』を乗じた乗算結果を前記閾値に使用して、前記露光期間の判定を行う
ことを特徴とする撮像装置。 - 予め設定された露光期間にわたって被写体像を光電変換し、画像データを生成する撮像部と、
前記露光期間中の像ブレを表す点像関数の逆フィルタを前記画像データに施して、前記像ブレを修復する演算修復部と、
前記露光期間を分割した複数回の撮像動作を前記撮像部に実施させ、得られた複数コマの分割画像データを位置合わせして合成することにより、前記画像データの像ブレを修復する合成修復部と、
前記合成修復部による前記複数回の分割露光に所要する総撮影期間と前記露光期間との差を予め定められた閾値によって判定する露光期間判定部と、
前記総撮影期間と前記露光期間との差が前記閾値以上の場合には、前記演算修復部によるブレ修復を実行し、前記総撮影期間と前記露光期間との差が前記閾値未満の場合には、前記合成修復部によるブレ修復を実行する選択制御部とを備えたことを特徴とする撮像装置。
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