JPH11275443A

JPH11275443A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH11275443A
Application number: JP10092671A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Okawara; 裕人大川原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-10-08
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: JP4227213B2

Abstract

(57)【要約】【課題】あらゆるカメラワークで自然な撮影を行うこ
とができる撮像装置を提供する。【解決手段】電子式手ぶれ補正システムでは、算出さ
れた各方向の揺れ角θと光学系の焦点距離ｆとから補正
量の算出を行い、切出し位置を示す目標位置座標（Ｖ
０，Ｈ０）を算出し、ステップＳ４０２で算出された補
正量を最大補正範囲で規格化する処理を行い、算出され
た規格化補正量に基づき手ぶれ補正能力に制限を加える
ための制限量を算出する（ステップＳ４０２〜４０
５）。ここで算出される制限量の特性は、電子ズームの
倍率に応じて変更されるように設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像手段で生成さ
れた撮像信号から該撮像信号が示す画像の一部を設定さ
れた拡大率に電子的に拡大する電子拡大手段を有し、撮
像手段の揺動の大きさに応じて映像信号の生成に関する
補正動作を行うビデオカメラなどの撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学レンズが捕らえた光学像をＣ
ＣＤなどの撮像素子により電気信号に変換して撮像信号
を生成する撮像系を有するビデオカメラなどにおいて
は、一般に、手ぶれ防止機能が搭載されている。この手
ぶれ防止機能は、手ぶれによる映像の乱れを防止する機
能であり、この機能を実現する方式としては、光学式手
ぶれ補正方式と電子式手ぶれ補正方式とがある。

【０００３】光学式手ぶれ補正方式では、撮像素子に入
射される撮像光の光路途中に、光軸変位が可能なプリズ
ムやレンズ部材を配置し、手ぶれに応じて光軸の変位を
行うことによりぶれ補正を行う。この補正方式において
は、手ぶれを検出する手段として振動ジャイロなどの角
速度センサを用いてカメラに直接加わる揺れ成分の検出
を行い、この検出された揺れ成分の積分によりカメラの
角変位を検出する方法が採用されている。

【０００４】これに対し、電子式手ぶれ補正方式は、フ
ィールド間での映像信号の変化からカメラの動き量を算
出し、この算出された動き量を手ぶれ量とする動きベク
トル検出方式と併用される場合が多く、この場合には、
動きベクトル検出用のフィールドメモリの蓄積画像にお
ける動きを除去するように対応する画像を該メモリから
抽出することにより、補正が行われる。また、他の電子
式手ぶれ補正方式として、センサを用いて手ぶれを検出
し、この検出した手ぶれに応じて撮像素子で受光された
画像の一部を切り出す位置を制御し、この位置での画像
の切り出しを行うことにより手ぶれを補正するものがあ
る。

【０００５】電子式手ぶれ補正方式の場合、映像信号に
対して信号処理による補正すなわち電気的な補正を行う
から、補正周期はフィールド周期となり、露光時間中の
手ぶれを除去することはできないが、光学方式手ぶれ補
正方式により小型軽量化することができるというメリッ
トがある。また、撮像素子に高密度の大型のものを用い
て切り出しまたはメモリから抽出される撮影像の解像度
を上げることにより、光学式手ぶれ補正方式に比して不
利であった画質劣化という点も、改良がなされつつあ
る。

【０００６】ところで、ビデオカメラを意図的に動かす
パンニング、チルティングなどのカメラワークを行いな
がら撮影を行う場合がある。これらのカメラワークでの
撮影時には、手ぶれ補正に制限をかけて補正能力を低下
させることにより、この制限された手ぶれ補正範囲の境
界部分にカメラワークによる揺れがくることによって生
じる撮影画像の乱れの防止、および撮影者の意図する方
向への素早い応答を図る手法が本出願人により提案され
ている。

【０００７】この本出願人により提案されている手法に
ついて図７ないし図１０を参照しながら説明する。図７
は従来の撮像装置の構成を示すブロック図、図８は図７
の撮像装置における防振制御システムの処理手順を示す
フローチャート、図９は図７の撮像装置の防振制御シス
テムにおける補正量に対する制限量を成すカットオフ周
波数の特性を示す図、図１０は図７の撮像装置のシフト
レンズ７０４の最大シフト移動量と最大補正値との関係
を表す図である。

【０００８】この従来例として、焦点距離がいずれの焦
点に設定されていも、また焦点距離により補正限界が変
化するような場合であっても、制限量の特性設定を簡単
に行うことが可能な光学式手ぶれ補正機能を有する撮像
装置を例に説明する。

【０００９】この撮像装置は、図７に示すように、イン
ナーフォーカスタイプの構成を有するレンズ群を備え、
該レンズ群は、固定レンズ７０１、ズームレンズ７０
２、絞り７０３、光軸に対し垂直方向に移動可能なシフ
トレンズ７０４およびフォーカスレンズ７０５を有す
る。レンズ群が捕らえた光学像はＣＣＤ（電荷結合素
子）などからなる撮像素子７０６の撮像面に結像され、
撮像素子７０６は撮像面に結像された光学像を電気信号
に変換して出力する。撮像素子７０６からの電気信号は
増幅器７１８で増幅された後にカメラ信号処理回路７１
９に入力され、カメラ信号処理回路７１９は入力された
電気信号を所定規格（例えばＮＴＳＣ）の映像信号に変
換して出力するとともに、映像信号の焦点状態を表す焦
点信号を生成して後述する制御マイコン７１６に出力す
る。

【００１０】レンズ群のズームレンズ７０２による変倍
動作およびフォーカスレンズ７０５による焦点位置調整
動作は、制御マイコン７１６により制御される。具体的
には、ズームレンズ７０２による変倍動作に対する制御
では、押し圧により抵抗値が可変する回転操作タイプの
ズームユニットスイッチ７１７が用いられ、ズームユニ
ットスイッチ７１７からはその回転操作に応じてズーム
レンズ７０２の変倍率を指示する信号が制御マイコン７
１６に出力される。制御マイコン７１６は、ズームユニ
ットスイッチ７１７からの指示信号に基づき指示された
変倍率が得られるようにモータ（Ｍｏ）７０７の駆動命
令をモータドライバ７１２に出力する。この駆動命令を
受けたモータドライバ７１２は、ズームレンズ７０２を
指示された変倍率に応じた光軸方向への位置に移動する
ようにモータ７０７を駆動する。

【００１１】フォーカスレンズ７０５による焦点位置調
整動作に対する制御では、制御マイコン７１６がカメラ
信号処理回路７１９からの焦点信号に基づき焦点状態を
検出し、最適な焦点状態が得られるようにモータ（Ｍ
ｏ）７０９の駆動命令をモータドライバ７１０に出力す
る。この駆動命令を受けたモータドライバ７１０は、フ
ォーカスレンズ７０５を最適な焦点状態が得られる光軸
方向への位置に移動するようにモータ７０９を駆動す
る。

【００１２】この撮像装置には、シフトレンズ７０４を
光軸と垂直方向へ駆動させることにより手ぶれ補正を行
う防振制御システムが搭載されている。この防止制御シ
ステムでは、防振スイッチ７２０と、ピッチ角速度セン
サ７２１と、ヨウ角速度センサ７２２とが用いられてい
る。防振スイッチ７２０は、この防止制御システムのオ
ン、オフを指示するスイッチであり、オン動作が行われ
ると、定電圧Ｖに接続されている抵抗７２０ａにより生
じる電圧がオン信号として制御マイコン７１６に入力さ
れる。ピッチ角速度センサ７２１は、カメラ本体のピッ
チ方向の揺れ角速度を検出するセンサからなり、この出
力は増幅器７２３で増幅された後に制御マイコン７１６
のＡ／Ｄコンバータに入力される。ヨウ角速度センサ７
２２は、カメラ本体のヨウ方向の揺れ角速度を検出する
センサからなり、この出力は増幅器７２４で増幅された
後に制御マイコン７１６のＡ／Ｄコンバータに入力され
る。

【００１３】制御マイコン７１６は、入力された各方向
の角速度をそれぞれ積分して角変位に変換し、各方向へ
の角変位すなわち各方向への揺れ角θと光学系（レンズ
群）の焦点距離ｆとに応じて撮像素子７０６上の揺れる
撮影像の移動分（ｆ＊tanθに相当する距離）をゆれる
移動方向とは逆の方向に動かすように、シフトレンズ７
０４を光軸に対して垂直方向に移動させることにより揺
れ補正を行う。このシフトレンズ７０４を移動させる制
御に際して、制御マイコン７１６は、シフトレンズ７０
４の移動位置に対する補正量（シフト目標量）を算出し
て加算器７１５に出力する。

【００１４】加算器７１５は、制御マイコン７１６から
の補正量とともに、エンコーダ７１３からシフトレンズ
７０４の位置信号（光軸と垂直な方向における移動位置
を示す信号）を増幅器７１４を介して取り込み、補正量
とシフトレンズ７０４の位置信号とを比較し、その差を
零にするように駆動信号をモータドライバ７１２に出力
する。モータドライバ７１２は、加算器７１５からの駆
動信号に基づきモータ（Ｍｏ）７１１を駆動してシフト
レンズ７０４の移動位置を制御する。このように、シフ
トレンズ７０４の位置はループ制御され、最終的に補正
量で表される目標位置に一致される。

【００１５】ここで、前記シフトレンズ７０４に対する
補正量は光学系の焦点距離ｆとシフトレンズ７０４の最
大補正限界（シフトレンズ７０４の最大シフト移動量）
とで規格化されており、次の（１）、（２）式に基づき
算出される。

【００１６】ピッチ規格化補正量＝（ピッチ補正量／ピッチ最大シフト限界／２）＊１００（％） …（１）ヨウ規格化補正量＝（ヨウ補正量／ヨウ最大シフト限界／２）＊１００（％） …（２）この規格化補正量は、手ぶれ補正能力に制限を加えるた
めの制限量の算出に用いられ、この制限量は所定の特性
となるように決定される。よって、全ての焦点距離の変
化に対応可能な防振制御システムが構築されていること
になる。

【００１７】次に、防振制御システムにおける制御マイ
コン７１６による補正量および制限量を算出する処理手
順について図８を参照しながら具体的に説明する。この
処理は定周期割込み処理であり、その割込みの起動要因
を、例えば発振クロックを分周してアップまたはダウン
カウント動作しているカウンタが１ｍｓｅｃに相当する
カウント値を計数する毎に発生するように構成すること
ができる。また、各角速度センサ７２１，７２２の出力
は制御マイコン７１６のＡ／Ｄコンバータに取り込まれ
るが、本例では、簡単のため、Ａ／Ｄコンバータの動作
モードがスキャンモードで、常時Ａ／Ｄ動作を繰り返し
ているものとする。

【００１８】割込みの起動要因の発生により処理が開始
されると、まず、ステップＳ８０１において、制御マイ
コン７１６のＡ／Ｄコンバータに取り込まれた各角速度
センサ７２１，７２２の出力をそれぞれＡ／Ｄサンプリ
ングして角速度信号に変換し、この角速度信号に対しカ
ットオフ周波数が固定されているハイパスフィルタ処理
を施す。このフィルタ処理により角速度信号からＤＣ成
分が除去され、ＡＣ成分の角速度信号が得られる。

【００１９】続くステップＳ８０２では、角速度信号に
対して帯域制限処理を施す。このカットオフ周波数は後
述する処理により設定される周波数であり、このカット
オフ周波数を低域から高域まで変化させることにより所
望の帯域制限を行うことが可能である。ここで、パンニ
ングなどのカメラワークが行われている最中には、手ぶ
れ補正能力を低下させるために、カットオフ周波数を上
げるように制御し、通常撮影時には、手ぶれ補正能力
（手ぶれ除去能力）を高めるために、カットオフ周波数
を下げるように制御する。また、補正可能範囲の限界よ
りも大きな揺れを補正しようとして、補正端に衝突した
ときに生じる画面に不自然さを防止するためにも、この
帯域制限処理が有効に作用する。

【００２０】次いで、ステップＳ８０３に進み、帯域制
限された角速度信号に対して積分処理を施し、角変位を
算出する。この算出された角変位がカメラ本体に加わる
揺れ角θに相当する。続くステップＳ８０４では、上記
ステップＳ８０３で算出された揺れ角θと光学系の焦点
距離ｆとから、シフトレンズ７０４に対する補正量（シ
フト目標量）を算出する。ここで、補正量はｆ＊tanθ
で表される。そして、ステップＳ８０５に進み、算出し
た補正量をシフトレンズ７０４の最大補正限界（シフト
レンズ７０４の最大シフト移動量）で規格化する処理を
行う。この処理では、上記（１）、（２）式に基づき規
格化補正量を算出する。

【００２１】次いで、ステップＳ８０６に進み、算出さ
れた規格化補正量に基づき手ぶれ補正能力に制限を加え
るための制限量を算出する。ここで、制限量は、上記ス
テップＳ８０２の帯域制限処理により制御されるカット
オフ周波数に相当する物理量である。この制限量すなわ
ちカットオフ周波数は、図9に示すように、規格化補正
量の２乗の関数として一意に決定される。ここで、図９
の横軸は規格化補正量であり、最大シフト限界の１／２
までシフトして補正する場合に対する、現在の揺れの補
正に必要な補正量の割合を示している。縦軸は制限量の
パラメータである帯域制限のカットオフ周波数を示して
いる。また、補正量に対して制限をかける度合いを閾値
設定による設定ではなく関数的に設定することから、カ
ットオフ周波数を制御してパンニング動作に対応する場
合に、円滑な切替を行うことができる。本例では、最大
カットオフ周波数を６Ｈｚとしているが、これは、主と
なる手ぶれの周波数成分が５Ｈｚ以下であることによる
ものである。さらに、カットオフ周波数は規格化補正量
の２乗の関数として設定されているから、補正量が大き
いほど急峻にカットオフ周波数を上げ、補正量が零近傍
の値である場合には、カットオフ周波数をできる限り低
くして手ぶれ補正能力を高めるように制御することが可
能になる。なお、手ぶれ補正能力が高い範囲（補正量が
零近傍の範囲）をできる限り拡大したいときには、補正
量の２乗としていた次数をさらに増していけばよく、補
正量がより大きくなったときにカットオフ周波数が急峻
に立ち上がるように係数などを設定すればよい。

【００２２】また、最大シフト限界について図１０を参
照しながら説明する。ここで、本図（ａ）は焦点距離の
変化に対し有効像円径が変化する様子、（ｂ）は焦点距
離に対し最大補正範囲（最大シフト限界）が変化する様
子をそれぞれ示している。図１０（ａ）の直線１００１
は、ワイド側からテレ側までの焦点距離に対しシフトレ
ンズ７０４のメカニカル的な最大移動距離を有効像円径
に換算した点を表す直線であり、直線１００２は、ワイ
ド側からテレ側までの焦点距離に対しシフトレンズ７０
４がメカニカル的な最大移動距離までの距離を移動した
際に撮影画面にけられがないことを示している。従っ
て、直線１００２で示される有効像円径の変化に対して
その最大補正範囲は、図１０（ｂ）の直線１００５で表
され、一定になることが分かる。これに対し、図１０
（ａ）の直線１００３は、焦点距離１００４よりテレ側
の焦点距離に対し、直線１００１が示す有効像円径より
大きな像円径が得られるが、焦点距離１００４よりワイ
ド側の焦点距離に対しては、像円径が直線１００１が示
す有効像円径より大きくならない状態を示している。こ
の直線１００３で示される有効像円径の変化に対して
は、図１０（ｂ）の直線１００６が表すように、最大補
正範囲が焦点距離１００４よりワイド側では小さくなる
ことが分かる。

【００２３】一般には、図１０（ａ）の直線１００３で
表されるような有効像円径の変化状態を示す光学系が設
計され、レンズの小型化が図られる場合が多い。この場
合、上述したように、図１０（ｂ）の直線１００６が表
すように、最大補正範囲が焦点距離１００４よりワイド
側で小さくなるように変化するが、補正量は最大補正範
囲で規格化されるから、焦点距離毎に制限特性を変更し
なくても（特性変更パラメタを多数持たくても）、補正
範囲の端との衝突防止と円滑なパンニング動作への移行
と解除とを実現することができる。

【００２４】このように、カットオフ周波数（制限量）
が算出されると、このカットオフ周波数は次回の帯域制
限処理時に設定されることになる。ここで、算出された
カットオフ周波数が大きいときには、カットオフ周波数
以下の手ぶれ周波数の揺れに対し、手ぶれ補正による効
果が減少することになる。

【００２５】次いで、ステップＳ８０７に進み、上記ス
テップＳ８０４で算出された補正量（シフト目標量）を
加算器７１５に対して出力し、本処理を終了する。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来の
撮像装置におけるパンニング制御動作では、最大補正範
囲で規格化された補正量に応じて制御量を決定するか
ら、電子ズームなどによる画面拡大時（例えばレンズの
焦点距離がテレ端に設定されいてる状態で２倍の拡大を
行うとき）には、以下のような問題が生じる。

【００２７】電子ズームによる画面拡大時（例えばレン
ズの焦点距離がテレ端に設定されている状態で２倍の拡
大を行うとき）には、焦点距離をテレ端に設定している
ときと同じぶれ量に対して、画像の動き量が焦点距離を
テレ端に設定している場合の２倍になる。一方、撮影者
が意図的にパンニングする速度は、画面変化がどの画角
でも一定とする傾向があり、２倍の電子ズーム時には、
パンニング速度は焦点距離をテレ端に設定している場合
に比してほぼ１／２となる。ここで、２倍の電子ズーム
時においては最大補正量が焦点距離がテレ端に設定され
ている場合と同じであるから、パンニング時の制限量を
図９に示す制限量特性に基づき算出すると、焦点距離が
テレ端に設定されている場合より２倍速く見えるパンニ
ング動作から制限がかかり始めることになり、最適なパ
ンニング速度（焦点距離をテレ端に設定した場合よりゆ
っくりしたカメラ操作）に対しては、手ぶれ補正が強く
かかり、円滑なパンニング動作、自然なカメラワークに
支障をきたし、自然な撮影を行うことができないことが
ある。

【００２８】また、画角が望遠側になるほど制限を小さ
な揺れ量からかけるようにする提案（特開平９−５１４
６６号公報）がなされているが、望遠領域を閾値で分け
ており、電子ズーム動作のように画面が滑らかに拡大さ
れていく場合には、制限を変更する領域の境界で、画面
に乱れを生じる場合がある。また、同一領域内では同じ
ように制限特性で制御することになるから、ある画角で
は最適化さているが、他の画角では、パンニング動作の
自然さを欠くような場合がある。

【００２９】本発明の目的は、あらゆるカメラワークで
自然な撮影を行うことができる撮像装置を提供すること
にある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
光学像を電気信号に変換して画像信号を生成する撮像手
段と、前記撮像手段で生成された前記画像信号から該画
像信号が示す画像の一部を設定された拡大率に電子的に
拡大する電子拡大手段と、前記撮像手段の揺動の大きさ
を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された
揺動の大きさに応じて前記画像信号の生成に関する補正
動作を行う補正手段と、前記補正手段の前記補正動作に
用いられる補正量を算出する補正量算出手段と、前記算
出された補正量に応じて前記補正手段の前記補正動作に
制限をかける制限手段と、前記補正量の変化に応じて、
前記制限手段による前記補正動作の制限に関する制限量
を所定の特性となるように決定する制限量決定手段と、
前記電子拡大手段に設定された前記拡大率に応じて前記
所定の特性を変更する特性変更手段とを設けたことを特
徴とする。

【００３１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の撮
像装置において、前記特性変更手段は、前記電子拡大手
段に設定された前記拡大率に応じて前記所定の特性を線
形的に変化させることを特徴とする。

【００３２】請求項３記載の発明は、請求項１記載の撮
像装置において、前記所定の特性は、前記補正量の正の
整数乗を変数とする関数で表されることを特徴とする。

【００３３】請求項４記載の発明は、光学像を電気信号
に変換して画像信号を生成する撮像手段と、前記撮像手
段で生成された前記画像信号から該画像信号が示す画像
の一部を設定された拡大率に電子的に拡大する電子拡大
手段と、前記撮像手段の揺動の大きさを検出する検出手
段と、前記検出手段により検出された揺動の大きさに応
じて前記画像信号の生成に関する補正動作を行う補正手
段と、前記補正手段の前記補正動作に用いられる補正量
を、前記撮像手段の焦点距離と前記補正手段の最大補正
範囲とで規格化しながら決定する補正量決定手段と、前
記決定された補正量に応じて前記補正動作に制限をかけ
る制限手段と、前記決定された補正量に応じて、前記制
限手段による前記補正動作の制限に関する制限量を所定
の特性となるように決定する制限量決定手段と、前記電
子拡大手段に設定された前記拡大率に応じて前記所定の
特性を変更する特性変更手段とを設けたことを特徴とす
る。

【００３４】請求項５記載の発明は、請求項４記載の撮
像装置において、前記特性変更手段は、前記電子拡大手
段に設定された前記拡大率に応じて前記所定の特性を線
形的に変化させることを特徴とする。

【００３５】請求項６記載の発明は、請求項４記載の撮
像装置において、前記所定の特性は、前記補正量の正の
整数乗を変数とする関数で表されることを特徴とする。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図を参照しながら説明する。

【００３７】図１は本発明の撮像装置の実施の一形態の
構成を示すブロック図、図２は図１の撮像装置の撮像素
子からの画像抽出状態を示す図である。

【００３８】撮像装置は、図１に示すように、インナー
フォーカスタイプの構成を有するレンズ群を備え、該レ
ンズ群は、第１の固定レンズ１０１、ズームレンズ１０
２、絞り１０３、第２の固定レンズ１０４およびフォー
カスレンズ１０５を有する。レンズ群が捕らえた光学像
はＣＣＤからなる撮像素子１０６の撮像面に結像され、
撮像素子１０６は撮像面に結像された光学像を電気信号
に変換して出力する。撮像素子１０６からの電気信号は
増幅器１０７で増幅された後にカメラ信号処理回路１０
８に入力され、カメラ信号処理回路１０８は入力された
電気信号を所定規格（例えばＮＴＳＣ）の映像信号に変
換して出力するとともに、映像信号の焦点状態を表す焦
点信号（ＡＦ信号）を生成して後述する防振制御部１１
５に出力する。

【００３９】レンズ群のズームレンズ１０２による変倍
動作およびフォーカスレンズ１０５による焦点位置調整
動作は、防振制御部１１５により制御される。具体的に
は、ズームレンズ１０２による変倍動作に対する制御で
は、押し圧により抵抗値が可変する回転操作タイプのズ
ームユニットスイッチ１１８が用いられ、ズームユニッ
トスイッチ１１８からはその回転操作に応じて変倍率を
指示する信号が防振制御部１１５に出力される。防振制
御部１１５は、ズームユニットスイッチ１１８からの指
示信号に基づき指示された変倍率が得られるようにモー
タ（Ｍｏ）１１９の駆動命令をモータドライバ１２０に
出力する。この駆動命令を受けたモータドライバ１２０
は、ズームレンズ１０２を指示された変倍率に応じた光
軸方向への位置に移動するようにモータ１１９を駆動す
る。

【００４０】また、電子ズーム機能が搭載され、ズーム
レンズ１０２がテレ端位置に到達して光学的に最大の変
倍が行われた状態からは、電子ズーム機能によりさらに
画面拡大を行うことが可能である。この電子ズーム機能
による画面拡大において、垂直方向への拡大に関しては
ＣＣＤ駆動回路１１６が拡大率に合せて間引き処理を行
い（例えば拡大率が２倍ならインターレーズ走査で電荷
転送を１ライン毎に行う）、カメラ信号処理回路１０８
で、電荷の存在したラインのみをラインメモリ１１３に
書き込むことにより行われる。水平方向への拡大は、ラ
インメモリ１１３に格納された画像データの読出し周期
を拡大率に合せて間引くことにより行われる（例えば拡
大率が２倍の場合、１倍の場合の２倍のクロック周期で
読出し画素の更新が行われる）。ラインメモリ１１３へ
の画像データの書込み、読出し動作はメモリ制御回路１
１４により制御され、メモリ制御回路１１４は、防振制
御部１１５により制御される。

【００４１】フォーカスレンズ１０５による焦点位置調
整動作に対する制御では、防振制御部１１５がカメラ信
号処理回路１０８からの焦点信号（ＡＦ信号）に基づき
焦点状態を検出し、最適な焦点状態が得られるようにモ
ータ（Ｍｏ）１２１の駆動命令をモータドライバ１２２
に出力する。この駆動命令を受けたモータドライバ１２
２は、フォーカスレンズ１０５を最適な焦点状態が得ら
れる光軸方向への位置に移動するようにモータ１２１を
駆動する。

【００４２】本撮像装置には、電子式手ぶれ補正システ
ムが塔載されている。この手ぶれ補正システムでは、防
振スイッチ１１７と、ピッチ角速度センサ１０９と、ヨ
ウ角速度センサ１１０とが用いられている。防振スイッ
チ１１７は、この手ぶれ補正システムのオン、オフを指
示するスイッチであり、オン動作が行われると、定電圧
Ｖに接続されている抵抗１１７ａにより生じる電圧がオ
ン信号として防振制御部１１５に入力される。ピッチ角
速度センサ１０９は、カメラ本体のピッチ方向の揺れ角
速度を検出するセンサからなり、この出力は増幅器１１
１で増幅された後に防振制御部１１５のＡ／Ｄコンバー
タに入力される。ヨウ角速度センサ１１０は、カメラ本
体のヨウ方向の揺れ角速度を検出するセンサからなり、
この出力は増幅器１１２で増幅された後に防振制御部１
１５のＡ／Ｄコンバータに入力される。

【００４３】防振制御部１１５は、入力された各方向の
角速度をそれぞれ積分して角変位に変換し、各方向への
角変位すなわち各方向への揺れ角θと光学系（レンズ
群）の焦点距離ｆとに応じて撮像素子１０６上の揺れに
よる画素移動分（ｆ＊tanθに相当する距離）を揺れに
よる移動方向とは逆の方向に動かすことにより揺れ補正
を行う。

【００４４】この手ぶれ補正システムでは、揺れの大き
さに応じて、撮像素子１０６の撮像画面上から抽出する
画像領域を特定するための基準位置を変えることによっ
て、揺れ補正が行われる。具体的には、図２（ａ）に示
すように、撮像素子１０６上の全撮像画面領域２０１に
対して領域２０２が抽出されるとすると、この領域２０
２が図２（ｂ）に示すように全画面２０４として表示さ
れまた記録処理される。この抽出される画面領域２０２
の位置は、揺れに大きさに応じて変更され、その位置変
更は、画面領域２０２の基準位置を成す点２０３の位置
座標（Ｖ０，Ｈ０）を変更することにより行われる。こ
の点２０３の位置変更範囲は、全撮像画面２０１と画面
領域２０２との水平／垂直画素数差（以下、余剰画素と
いう）で決定される。すなわち、点２０３は、手ぶれが
ない場合には予め設定された原点位置に保持され、この
原点位置を基準にして点２０３の位置を手ぶれの大きさ
とその方向とに応じて変更することにより補正が行われ
ることになる。

【００４５】この画面領域２０２の抽出する方法として
は、フィールドメモリを用いて全撮像画面２０２の画像
を一旦記憶し、領域２０２の画像のみを読み出しながら
全撮像画面２０１の大きさになるように拡大処理を行う
ことにより、全画面２０４を得る方法と、領域２０２が
予め所定規格の映像信号に必要な走査線数を満足するよ
うな高密度、高画素タイプのＣＣＤを撮像素子として用
いる方法とがある。

【００４６】しかし、いずれの方法も高価なフィールド
メモリやＣＣＤを必要とするから、本実施の形態では、
汎用のＰＡＬ用ＣＣＤを、ＮＴＳＣ規格のカメラに用い
る構成とする。ＰＡＬ用ＣＣＤは垂直方向の画素密度が
高いから、垂直走査方向に関しては、タイミングジェネ
レータなどのＣＣＤ駆動回路１１６で、ＮＴＳＣ規格に
対して余分になるライン数の範囲内で高速掃出しべきラ
イン数を角変位に応じて変化させれば、垂直の切出し画
像の位置を変化させることが可能になる。また、水平方
向に関しては、ラインメモリ１１３とメモリ制御回路１
１４とにより縦横比分だけ拡大処理を行いながらライン
メモリ１１３への書込み開始画素位置と読出し開始画素
位置との関係を変化させれば、水平方向の画面位置変更
が可能になる。すなわち、本実施の形態では、垂直走査
方向の画素移動は、防振制御部１１５によりＣＣＤ駆動
回路１１６を制御して高速掃出し制御を行うことによ
り、所望の走査領域の抽出を行い、水平走査方向の画素
移動は、ラインメモリ１１３とメモリ制御回路１１４と
により記憶された水平走査画素の読出し位置を揺れ補正
画素移動量に応じて可変しながらかつその縦横比に見合
うだけの拡大処理を行い、その信号をカメラ信号処理回
路１０８に入力して色処理などの所定処理を施すことに
より所定規格（ＮＴＳＣ）の映像信号に変換する。この
ような構成により、安価な電子式手ぶれ補正システムが
提供されることになる。

【００４７】次に、本実施の形態における防振制御部１
１５による電子式手ぶれ補正システムに関する処理手順
について図３ないし図６を参照しながら具体的に説明す
る。図３は図１の撮像装置の電子式手ぶれ補正システム
における揺れ角算出処理を示すフローチャート、図４は
図１の撮像装置の電子式手ぶれ補正システムにおける補
正量算出および制限量算出の処理手順を示すフローチャ
ート、図５は図１の撮像装置の電子式手ぶれ補正システ
ムにおける補正量に対する制限量を成すカットオフ周波
数の特性を示す図、図６は図５のカットオフ周波数の特
性を変更するための特性変更係数と電子ズームの拡大率
との関係を示す図である。

【００４８】まず、揺れ角算出処理について図３を参照
しながら説明する。この処理は定周期割込み処理であ
り、本実施の形態では、フィールド周波数の１０倍すな
わちＮＴＳＣ規格においては６００Ｈｚの周波数周期で
実行される。この周波数は、角速度信号のサンプリング
周波数、角変位の算出周波数に相当する。この処理に対
する割込みの起動要因を、例えば発振クロックを分周し
てアップまたはダウンカウント動作しているカウンタが
１ｍｓｅｃに相当するカウント値を計数する毎に発生す
るように構成することができる。また、各角速度センサ
１０９，１１０の出力は防振制御部１１５のＡ／Ｄコン
バータに取り込まれるが、本例では、簡単のため、Ａ／
Ｄコンバータの動作モードがスキャンモードで、常時Ａ
／Ｄ動作を繰り返しているものとする。

【００４９】割込みの起動要因の発生により揺れ角算出
処理が開始されると、図３に示すように、まず、ステッ
プＳ３０１において、防振制御部１１５のＡ／Ｄコンバ
ータに取り込まれた各角速度センサ１０９，１１０の出
力をそれぞれＡ／Ｄサンプリングして角速度信号に変換
し、この角速度信号に対しカットオフ周波数が固定され
ているハイパスフィルタ処理を施す。このフィルタ処理
により角速度信号からＤＣ成分が除去され、ＡＣ成分の
角速度信号が得られる。

【００５０】続くステップＳ３０２では、角速度信号に
対して帯域制限処理を施す。この帯域制限処理では、カ
ットオフ周波数を可変設定することが可能であり、この
カットオフ周波数を低域から高域まで変化させることに
より所望の帯域制限を行うことが可能である。この設定
されるカットオフ周波数は、後述の図４に示すフローで
決定される周波数であり、パンニングなどのカメラワー
クが行われている最中には、手ぶれ補正能力を低下させ
るために、カットオフ周波数を上げるように制御が行わ
れ、通常撮影時には、手ぶれ補正能力（手ぶれ除去能
力）を高めるために、カットオフ周波数を下げるように
制御が行われる。また、補正可能範囲の限界よりも大き
な揺れを補正しようとして、補正端に衝突したときに生
じる画面に不自然さを防止するためにも、この帯域制限
処理が実行される。

【００５１】そして、ステップＳ３０３に進み、帯域制
限された角速度信号に対して積分処理を施し、角変位を
算出する。この算出された角変位がカメラ本体に加わる
揺れ角θに相当する。

【００５２】次いで、ステップＳ３０４に進み、１フィ
ールド間の揺れ角θの算出回数を表す回数パラメータｍ
を１インクリメントし、続くステップＳ３０５で、回数
パラメータｍが１０に等しいか否かを判定し、回数パラ
メータｍが１０に等しくないときには、１フィールド間
の揺れ角θの算出回数が１０回に達していないと判断し
て本処理を抜ける。これに対し、回数パラメータｍが１
０に等しいときには、１フィールド間の揺れ角θの算出
回数が１０回に達したと判断してステップＳ３０６に進
み、回数パラメータｍを零に初期化して本処理を抜け
る。

【００５３】なお、上記ステップＳ３０１，Ｓ３０２，
Ｓ３０３の一連の処理において、垂直方向の揺れ角の算
出に関しては、ピッチ角速度センサ１０９の出力に基づ
き行われ、水平方向の揺れ角の算出に関しては、ヨウ角
速度センサ１１０の出力に基づき行われる。

【００５４】揺れ角算出処理が所定回数すなわち１０回
実行されると、算出された揺れ角θに応じた補正量、お
よび制限量の算出をするための処理が実行される。この
処理は、揺れ角算出処理が１０回実行されて次のフィー
ルドにおいて開始されるまでの間、すなわち現フィール
ドにおいて、揺れ角算出処理の終了後に実行されること
になる。

【００５５】本処理では、まずステップＳ４０１で上記
回数パラメータｍが零になるまで待機し、回数パラメー
タｍが零になると、揺れ角算出処理が１０回実行されて
終了したと判断してステップＳ４０２に進み、上記ステ
ップＳ３０３で算出された各方向の揺れ角θと光学系の
焦点距離ｆとから、補正量の算出を行う。ここで、補正
量はｆ＊tanθで表される。

【００５６】次いで、ステップＳ４０３に進み、切出し
位置を示す目標位置座標（Ｖ０，Ｈ０）を算出する。こ
の目標位置座標（Ｖ０，Ｈ０）は次の（３）、（４）式
で求められるとともに、ぶれ補正により移動すべき画素
数が得られる。

【００５７】Ｖ０＝垂直の原点位置±ピッチ方向の揺れ角を補正する移動画素数＝垂直の原点位置±（−１）＊ピッチ補正量／垂直画素サイズ …（３）Ｈ０＝水平の原点位置±ヨウ方向の揺れ角を補正する移動画素数＝水平の原点位置±（−１）＊ヨウ補正量／水平画素サイズ …（４）続くステップＳ４０４では、上記ステップＳ４０２で算
出された補正量を最大補正範囲で規格化する処理を行
う。この処理では、次の（５）、（６）式に基づき規格
化補正量を算出する。

【００５８】ピッチ規格化補正量＝（ピッチ補正量／垂直画素サイズ／垂直余剰画素数／２）＊１００（％） …（５）ヨウ規格化補正量＝（ヨウ補正量／水平画素サイズ／水平余剰画素数／２）＊１００（％） …（６）ここで、撮像素子１０６に５８２Ｖ＊７５２ＨのＣＣＤ
を用い、ＮＴＳＣ規格の垂直４８５ラインを切出すとす
ると、縦横比から水平方向の抽出画素は６２７Ｈとな
る。従って、上記余剰画素数は９７Ｖ＊１２５Ｈとな
り、手ぶれの方向に応じて補正方向が正負をとるので、
余剰画素数の１／２で規格化が行われる。

【００５９】次いで、ステップＳ４０５に進み、算出さ
れた規格化補正量に基づき手ぶれ補正能力に制限を加え
るための制限量を算出する。ここで算出される制限量
は、上記ステップＳ３０２の帯域制限処理により制御さ
れるカットオフ周波数に相当する周波数である。この制
限量すなわちカットオフ周波数は、図５に示すように、
規格化補正量の２乗の関数として変化する特性を有す
る。ここで、図５の横軸は規格化補正量を示し、最大補
正限界である余剰画素数の１／２すべてを使用して補正
する場合を１００％としている。縦軸は制限量のパラメ
ータである帯域制限のカットオフ周波数を示している。
このカットオフ周波数は規格化補正量の２乗の関数とし
て変化する特性を有するから、従来例と同様に、揺れ角
が大きくなって補正端に衝突することにより撮影画像が
乱れる現象を防止するためにも、補正比率が最大補正限
界に近いほど、急峻にカットオフ周波数を高くすること
が可能である。

【００６０】本実施の形態では、電子ズームの倍率に応
じて制限量の特性を変更するように設定されている。具
体的には、電子ズームのオフすなわち電子ズームの倍率
が１倍であるときには、図５に示すカットオフ周波数を
表す特性曲線５０１を選択する。これに対し、電子ズー
ムの倍率が２倍であるときには、図５に示すカットオフ
周波数の特性曲線５０２を選択する。この特性曲線５０
２は、｛２＊（規格化補正量）｝の２乗の関数で表わさ
れ、規格化補正量で５０％でカットオフ周波数が最大に
なる特性を有する。このように、電子ズームの拡大率が
１倍から順次大きくなるに従い、小さい規格化補正量で
カットオフ周波数が高くなる特性を示す複数の特性曲線
を電子ズームの拡大率に対応付けて準備し、電子ズーム
の拡大率に応じて対応する特性曲線を選択することによ
り、電子ズームの倍率に応じた制限量特性が変更される
ことになる。なお、本実施の形態では、複数の特性曲線
を予めメモリに記憶して準備することに代えて、各特性
曲線を定義可能な式を準備し、この式を用いてカットオ
フ周波数の特性を電子ズームの倍率に応じて変更するよ
うに設定されている。この各特性曲線を定義するための
式は次の（７）式で表される。

【００６１】変更特性量＝特性変更係数＊電子ズームＯＦＦ時の所定特性 …（７）ただし、所定特性は（規格化補正量）ⁿ（ｎ＝１，２，
３，…）の関数で表されるものとする。また、特性変更
係数は、図６に示すように、電子ズームの拡大率に比例
して線形的に変化する特性を有する係数である。この図
６の例では、特性変更係数が電子ズームの拡大率に対し
て１：１の比の割合で比例するが、これに限定されるも
のではなく、実際には、所定倍の拡大画像の大きさ（光
学ズームの倍率によって変わる）とパンニング時の画面
移動速度とからより自然なカメラワークが可能なように
特性変更係数を表す直線の傾きを決定することが望まし
い。

【００６２】このように、カットオフ周波数（制限量）
が算出されると、このカットオフ周波数は次回の帯域制
限処理時（上記ステップＳ３０２）に設定されることに
なる。ここで、算出されたカットオフ周波数が大きいと
きには、カットオフ周波数以下の手ぶれ周波数の揺れに
対し、手ぶれ補正による効果が減少することになる。

【００６３】次いで、ステップＳ４０６に進み、上記ス
テップＳ４０３で算出された目標位置座標（Ｖ０，Ｈ
０）を切出し位置として指示する命令をＣＣＤ駆動回路
１１６およびメモリ制御回路１１４に出力し、そして次
のフィールドに備えるために、再度上記ステップＳ４０
１に戻り、回数パラメータｍを監視する。

【００６４】以上より、本実施の形態では、補正量に対
する制限量すなわちカットオフ周波数を所定の特性に従
いに変化するように設定し、かつその特性を電子ズーム
機能の拡大率に応じて変更するから、補正量に対し制限
をかける切替が、閾値比較による切替のようにオンオフ
的に変化する不連続な切替にはならず、連続的に変化す
るような切替となる。また、電子ズームによる画面拡大
時の、最適なパンニング速度（焦点距離をテレ端に設定
した場合よりゆっくりしたカメラ操作）に対しても、最
適な制限がかけられる。よって、円滑なパンニング動
作、自然なカメラワークを行うことができ、あらゆるカ
メラワークで自然な撮影を行うことが可能になる。

【００６５】なお、本実施の形態では、ＰＡＬ用ＣＣＤ
１０６とラインメモリと１１３とを用いた構成を示した
が、フィールドメモリを用いて抽出画像の位置を制御す
ることにより補正することも可能であることはいうまで
もない。また、拡大制御を行わずに済む大型または超高
画素タイプのＣＣＤ、または光学式の補正手段を用いて
補正を行うように構成することも可能である。

【００６６】また、本実施の形態では、揺れ検出手段と
して角速度センサを用いているが、これに代えて加速度
センサを用いて揺れを検出するように構成することもで
きる。この場合、防振制御部１１５または外部で余分に
１回分の積分処理が必要である。

【００６７】さらに、本実施の形態では、角速度センサ
の出力を用いて揺れ角を算出するための積分処理をソフ
トウェアにより実行しているが、積分器などのハードウ
ェアを用いて構成することも可能である。

【００６８】さらに、本実施の形態では、補正量に対す
る制限をカットオフ周波数の変更により行っているが、
補正ゲインの変更によって制限を行うことも可能であ
る。

【００６９】さらに、本実施の形態では、電子ズームに
よる画像拡大が光学ズームがテレ端に到達した後に開始
されるととして説明したが、光学ズーム倍率がいずれの
倍率であっても電子的な画面拡大が行われると、同様に
補正量に対する制限をかけるように動作するように設定
することも可能である。特に、瞬時に所定倍率の電子ズ
ームを作動させるいわゆるテレコンやインスタントズー
ム機能を有する場合には、有効に作用する。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の撮
像装置によれば、補正量の変化に応じて、制限手段によ
る補正動作の制限に関する制限量を所定の特性となるよ
うに決定する制限量決定手段と、電子拡大手段に設定さ
れた拡大率に応じて所定の特性を変更する特性変更手段
とを設けたから、電子拡大手段による画面拡大時に最適
な制限がかけられる。よって、円滑なパンニング動作、
自然なカメラワークを行うことができ、あらゆるカメラ
ワークで自然な撮影を行うことができる。

【００７１】請求項２記載の撮像装置によれば、特性変
更手段で、電子拡大手段に設定された拡大率に応じて所
定の特性を線形的に変化させるから、電子拡大手段によ
り滑らかに画面が拡大される場合であっても、円滑に特
性を変更することができ、閾値を設定して制限量を切り
替える制御において発生する閾値前後の境界切替の画面
の乱れ、同一制限量で制御される領域内での画角差によ
るパンニング動作の円滑性の違いをなくすことができ
る。

【００７２】請求項３記載の撮像装置によれば、所定の
特性を、補正量の正の整数乗を変数とする関数で表され
る特性とすることができる。

【００７３】請求項４記載の撮像装置によれば、決定さ
れた補正量に応じて、制限手段による補正動作の制限に
関する制限量を所定の特性となるように決定する制限量
決定手段と、電子拡大手段に設定された拡大率に応じて
所定の特性を変更する特性変更手段とを設けたから、電
子拡大手段による画面拡大時に最適な制限がかけられ
る。よって、円滑なパンニング動作、自然なカメラワー
クを行うことができ、あらゆるカメラワークで自然な撮
影を行うことができる。

【００７４】請求項５記載の撮像装置によれば、特性変
更手段で、電子拡大手段に設定された拡大率に応じて所
定の特性を線形的に変化させるから、電子拡大手段によ
り滑らかに画面が拡大される場合であっても、円滑に特
性を変更することができ、閾値を設定して制限量を切り
替える制御において発生する閾値前後の境界切替の画面
の乱れ、同一制限量で制御される領域内での画角差によ
るパンニング動作の円滑性の違いをなくすことができ
る。

【００７５】請求項６記載の撮像装置によれば、所定の
特性を、補正量の正の整数乗を変数とする関数で表され
る特性とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の実施の一形態の構成を示す
ブロック図である。

【図２】図１の撮像装置の撮像素子からの画像抽出状態
を示す図である。

【図３】図１の撮像装置の電子式手ぶれ補正システムに
おける揺れ角算出処理を示すフローチャートである。

【図４】図１の撮像装置の電子式手ぶれ補正システムに
おける補正量算出および制限量算出の処理手順を示すフ
ローチャートである。

【図５】図１の撮像装置の電子式手ぶれ補正システムに
おける補正量に対する制限量を成すカットオフ周波数の
特性を示す図である。

【図６】図５のカットオフ周波数の特性を変更するため
の特性変更係数と電子ズームの拡大率との関係を示す図
である。

【図７】従来の撮像装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図８】図７の撮像装置における防振制御システムの処
理手順を示すフローチャートである。

【図９】図７の撮像装置の防振制御システムにおける補
正量に対する制限量を成すカットオフ周波数の特性を示
す図である。

【図１０】図７の撮像装置のシフトレンズ７０４の最大
シフト移動量と最大補正値との関係を表す図である。

【符号の説明】

１０２ズームレンズ１０５フォーカスレンズ１０６撮像素子１０８カメラ信号処理回路１０９ピッチ角速度センサ１１０ヨウ角速度センサ１１５防振制御部１１７防振スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学像を電気信号に変換して画像信号を
生成する撮像手段と、前記撮像手段で生成された前記画
像信号から該画像信号が示す画像の一部を設定された拡
大率に電子的に拡大する電子拡大手段と、前記撮像手段
の揺動の大きさを検出する検出手段と、前記検出手段に
より検出された揺動の大きさに応じて前記画像信号の生
成に関する補正動作を行う補正手段と、前記補正手段の
前記補正動作に用いられる補正量を算出する補正量算出
手段と、前記算出された補正量に応じて前記補正手段の
前記補正動作に制限をかける制限手段と、前記補正量の
変化に応じて、前記制限手段による前記補正動作の制限
に関する制限量を所定の特性となるように決定する制限
量決定手段と、前記電子拡大手段に設定された前記拡大
率に応じて前記所定の特性を変更する特性変更手段とを
設けたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記特性変更手段は、前記電子拡大手段
に設定された前記拡大率に応じて前記所定の特性を線形
的に変化させることを特徴とする請求項１記載の撮像装
置。
【請求項３】前記所定の特性は、前記補正量の正の整
数乗を変数とする関数で表されることを特徴とする請求
項１記載の撮像装置。
【請求項４】光学像を電気信号に変換して画像信号を
生成する撮像手段と、前記撮像手段で生成された前記画
像信号から該画像信号が示す画像の一部を設定された拡
大率に電子的に拡大する電子拡大手段と、前記撮像手段
の揺動の大きさを検出する検出手段と、前記検出手段に
より検出された揺動の大きさに応じて前記画像信号の生
成に関する補正動作を行う補正手段と、前記補正手段の
前記補正動作に用いられる補正量を、前記撮像手段の焦
点距離と前記補正手段の最大補正範囲とで規格化しなが
ら決定する補正量決定手段と、前記決定された補正量に
応じて前記補正動作に制限をかける制限手段と、前記決
定された補正量に応じて、前記制限手段による前記補正
動作の制限に関する制限量を所定の特性となるように決
定する制限量決定手段と、前記電子拡大手段に設定され
た前記拡大率に応じて前記所定の特性を変更する特性変
更手段とを設けたことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】前記特性変更手段は、前記電子拡大手段
に設定された前記拡大率に応じて前記所定の特性を線形
的に変化させることを特徴とする請求項４記載の撮像装
置。
【請求項６】前記所定の特性は、前記補正量の正の整
数乗を変数とする関数で表されることを特徴とする請求
項４記載の撮像装置。