JP2008289032A - Imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置又は被写体の動きによる撮像映像の振れを抑制する防振機能を有する撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus or an imaging apparatus having an image stabilization function that suppresses shake of a captured image due to movement of a subject.
ビデオカメラ等の撮像装置には、いわゆるAE(Auto Expusure:自動露出)機能が搭載されているものが多い。AE機能は、測光センサや映像信号を用いて被写体の明るさ(輝度)情報を測定し、該明るさ情報に基づいて露出値を自動的に決定する機能である。 Many imaging devices such as video cameras are equipped with a so-called AE (Auto Exposure) function. The AE function is a function for measuring brightness (luminance) information of a subject using a photometric sensor or a video signal and automatically determining an exposure value based on the brightness information.
そして、AE機能を搭載した撮像装置では、決定された露出値に応じてアイリス(絞り)機構やゲイン回路を制御する。これにより、被写体の輝度に時間変動が生じても素早く反応し、取得される映像の明るさ変動を小さくすることができる。 In an imaging apparatus equipped with an AE function, an iris (aperture) mechanism and a gain circuit are controlled according to the determined exposure value. This makes it possible to react quickly even if time fluctuations occur in the luminance of the subject, and to reduce the brightness fluctuations of the acquired video.
ただし、著しく低輝度の被写体を撮像する場合には、アイリスが開放状態となり、シャッタ速度が大きく低下する。このように通常のAE範囲を超えるような場合には、上記要素の調節だけでなく、撮像素子又はその後段の信号処理部においてゲインの増幅が行われる。逆に、被写体輝度が高すぎる場合には、ND(Neutral Density)フィルタが挿入される(特許文献1参照)。 However, when imaging a subject with extremely low brightness, the iris is opened, and the shutter speed is greatly reduced. In this way, when the normal AE range is exceeded, not only the adjustment of the above elements but also the gain amplification is performed in the image sensor or the signal processing unit at the subsequent stage. Conversely, when the subject brightness is too high, an ND (Neutral Density) filter is inserted (see Patent Document 1).
また、完全に自動化されたAE機能に加えて、絞り優先動作やシャッタ優先動作を含むプログラムAEもある。さらに、利用シーンを選択することで露出モードを切り替え、好ましい露出プリセット値が設定される、いわゆるモードセレクト機能(シーンセレクト又はイメージセレクト機能とも称される)もある(特許文献2参照)。 In addition to the fully automated AE function, there is also a program AE that includes an aperture priority operation and a shutter priority operation. Furthermore, there is a so-called mode select function (also referred to as a scene select or image select function) in which the exposure mode is switched by selecting a use scene and a preferable exposure preset value is set (see Patent Document 2).
撮像装置に対して速い速度で移動する被写体を捉える機能としては、シャッタ優先AEモードや、モードセレクト機能により選択可能なスポーツモードがある。 As a function of capturing a subject moving at a high speed with respect to the imaging apparatus, there are a shutter priority AE mode and a sports mode that can be selected by a mode selection function.
シャッタ優先AEモードでは、ユーザーが、被写体の動きから、映像の振れを起こさないシャッタ速度を推定する必要がある。シャッタ速度を入力すると、該入力シャッタ速度と測光値とに応じて絞り量が調節され、被写体の輝度変動があっても映像の明るさ変動が抑えられる。 In the shutter priority AE mode, it is necessary for the user to estimate a shutter speed at which no image shake occurs from the movement of the subject. When the shutter speed is input, the aperture amount is adjusted in accordance with the input shutter speed and the photometric value, and the brightness variation of the image can be suppressed even if the luminance of the subject varies.
また、スポーツモードでは、被写体の速い動きを想定した映像の振れを起こさないシャッタ速度が自動設定される。そして、測光値に応じて、設定されたシャッタ速度を維持しつつ、明るさ変動が少ない映像が得られるように定義されたプログラム線図に従って絞り量が調節される。プログラム線図は、測光値に対して選択されるべき絞り量とシャッタ速度の組み合わせを示したパラメータテーブルである。
一方、被写体だけでなく、撮像装置が移動する場合には、急激な明るさ情報の変化に加え、急峻な動き量の変化が発生する。従来の測光値のみを基準とした露出制御機能では、明るさ情報の変化には対応するが、急峻な動き量の変化には十分対応しきれず、映像に振れを生じやすくなる。 On the other hand, when not only the subject but also the imaging apparatus moves, a steep change in the amount of motion occurs in addition to a sharp change in brightness information. The conventional exposure control function based only on the photometric value copes with changes in brightness information, but cannot sufficiently cope with a steep change in the amount of motion and tends to cause a shake in the image.
シャッタ優先モードやスポーツモードといった一定のシャッタ速度を設定する露光モードでは、急峻な動き量の変化に対応するためには、シャッタ速度を非常に高速に設定しなければならない。この場合、実際には撮像装置と被写体の相対移動が緩やかで通常のスポーツモード等でのシャッタ速度に設定すれば十分な明るさの映像が得られる状況であっても、光量不足に陥ることがある。または、ゲイン増幅のためにノイズの多い映像が得られてしまうおそれもある。 In an exposure mode that sets a constant shutter speed, such as a shutter priority mode or a sports mode, the shutter speed must be set very high in order to cope with a steep change in the amount of movement. In this case, the relative movement between the imaging device and the subject is actually slow, and even if the shutter speed is set in the normal sports mode, the light quantity may be insufficient even in a situation where a sufficiently bright image can be obtained. is there. Or there is a risk that a noisy video may be obtained due to gain amplification.
振れやノイズが多い映像や光量不足の映像といった低品質映像は、特に高精細で大型の表示デバイスに表示されて鑑賞される場合にその品質の低さが目立つ。また、取得映像に基づいて防振処理、ダイナミックレンジ処理、超解像処理、フレームレートアップコンバージョン処理、顔認識処理(特開2001−330882号公報参照)等の高度な画像処理を行う場合に、映像品質が低いと該処理を良好に行うことが難しい。 Low quality images, such as images with a lot of vibration and noise, and images with insufficient light intensity, are particularly low when viewed on a large display device with high definition. Also, when performing advanced image processing such as image stabilization processing, dynamic range processing, super-resolution processing, frame rate up-conversion processing, face recognition processing (see JP 2001-330882 A) based on the acquired video, If the video quality is low, it is difficult to perform the processing satisfactorily.
本発明は、被写体の急激な明るさ変化に加えて、被写体及び撮像装置の相対的な動き量の急峻な変化にも対応でき、振れや明るさ変動の少ない映像を取得するための露出制御を行う撮像装置を提供する。 The present invention can cope with a sudden change in the relative amount of movement of the subject and the imaging apparatus in addition to a sudden change in the brightness of the subject, and performs exposure control for obtaining an image with little shake and brightness fluctuation. An imaging device is provided.
本発明の一側面としての撮像装置は、被写体像を光電変換する撮像素子と、該撮像素子から出力される撮像信号に基づいて映像を生成する映像生成手段と、撮像信号に対するゲイン調整を行うゲイン調整手段と、映像における複数の単位画像及び該撮像装置の動きを検出するセンサのうち少なくとも一方を用いて動き情報を生成する動き情報生成手段と、明るさ情報及び動き情報に基づいて、撮像素子が受ける光量を調節する絞りの絞り値、撮像素子のシャッタ速度及びゲイン調整手段におけるゲインを制御する露出制御手段とを有することを特徴とする。 An imaging apparatus according to one aspect of the present invention includes an imaging device that performs photoelectric conversion on a subject image, video generation means that generates a video based on an imaging signal output from the imaging device, and a gain that performs gain adjustment on the imaging signal. Based on the brightness information and the motion information, an adjustment unit, a motion information generation unit that generates motion information using at least one of a plurality of unit images in the video and a sensor that detects the motion of the imaging device, And an exposure control means for controlling the aperture value of the diaphragm for adjusting the amount of light received by the shutter, the shutter speed of the image sensor, and the gain in the gain adjusting means.
本発明によれば、被写体の明るさや被写体及び撮像装置の相対的な動き量が急激に変化するような場合でも、振れや明るさ変動が少ない高品質な映像を取得することができる。 According to the present invention, even when the brightness of a subject or the relative amount of movement of a subject and an imaging device changes abruptly, it is possible to acquire a high-quality video with little shake and brightness fluctuation.
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1には、本発明の実施例1である撮像装置としてのビデオカメラの構成を示す。 FIG. 1 shows the configuration of a video camera as an image pickup apparatus that is Embodiment 1 of the present invention.
101はレンズ光学系である。レンズ光学系101は、複数のレンズにより構成され、被写体の光学像を形成する。102はアイリス(絞り)である。アイリス102は、撮像素子103がその受光面にて受ける光量を機械的に調節する光量調節ユニットである。レンズ光学系101及びアイリス102は、撮像光学系を構成する。 Reference numeral 101 denotes a lens optical system. The lens optical system 101 includes a plurality of lenses and forms an optical image of a subject. Reference numeral 102 denotes an iris (aperture). The iris 102 is a light amount adjustment unit that mechanically adjusts the amount of light that the image sensor 103 receives on its light receiving surface. The lens optical system 101 and the iris 102 constitute an imaging optical system.
103は撮像素子である。撮像素子103は、CCDセンサやCMOSセンサにより構成され、レンズ光学系101により形成され、アイリス102によって光量が調節された被写体像を光電変換して撮像信号を生成する。 Reference numeral 103 denotes an image sensor. The image sensor 103 is composed of a CCD sensor or a CMOS sensor, is formed by the lens optical system 101, and photoelectrically converts an object image whose light amount is adjusted by the iris 102 to generate an image signal.
114は露出制御手段の一部を構成するシステム制御部である。システム制御部114は、マイクロコンピュータにより構成され、撮像装置全体を総合的に制御する。 Reference numeral 114 denotes a system control unit that constitutes a part of the exposure control means. The system control unit 114 is configured by a microcomputer, and comprehensively controls the entire imaging apparatus.
104はゲイン調整手段としてのAGC(オートゲインコントロール)部である。AGC部104は、システム制御部114からのゲイン制御信号に応じて、撮像素子103及び後述するカメラ信号処理部のうち少なくとも一方に含まれる増幅器のゲインを変化させることで、撮像素子103で生成される撮像信号に対するゲイン調整を行う。 Reference numeral 104 denotes an AGC (auto gain control) unit as a gain adjusting means. The AGC unit 104 is generated by the imaging device 103 by changing the gain of an amplifier included in at least one of the imaging device 103 and a camera signal processing unit described later in accordance with a gain control signal from the system control unit 114. Gain adjustment is performed on the imaging signal.
105は映像生成手段としてのカメラ信号処理部である。カメラ信号処理部105は、AGC部104からのゲイン調整された撮像信号に対して各種映像処理を行い、映像信号を生成する。映像処理には、例えば、色差/輝度分離、鮮鋭化、ホワイトバランス調整、黒レベル調整及び符号/複合化処理がある。また、上述したように、カメラ信号処理部105が増幅器を有する場合もあり、この場合、カメラ信号処理部105のうち増幅器よりも後段の部分が、映像生成手段に相当する。 Reference numeral 105 denotes a camera signal processing unit as video generation means. The camera signal processing unit 105 performs various video processes on the gain-adjusted imaging signal from the AGC unit 104 to generate a video signal. Video processing includes, for example, color difference / brightness separation, sharpening, white balance adjustment, black level adjustment, and code / combination processing. In addition, as described above, the camera signal processing unit 105 may include an amplifier. In this case, a portion of the camera signal processing unit 105 subsequent to the amplifier corresponds to a video generation unit.
106はワークメモリである。ワークメモリ106は、後述する動きベクトルを演算するために、カメラ信号処理部105により生成された映像のうち任意のフレーム画像を保存する。 Reference numeral 106 denotes a work memory. The work memory 106 stores an arbitrary frame image of the video generated by the camera signal processing unit 105 in order to calculate a motion vector described later.
なお、本実施例では、映像を構成する単位画像をフレーム画像として説明するが、単位画像はフレーム画像を構成するフィールド画像であってもよい。フィールド画像を単位画像とする場合は、基本的には以下の説明中のフレームをフィールド画像と読み替えればよい。 In the present embodiment, the unit image constituting the video is described as a frame image, but the unit image may be a field image constituting the frame image. When a field image is used as a unit image, basically, a frame in the following description may be read as a field image.
107は画像動き検出部である。画像動き検出部107は、ワークメモリ106に保存されたフレーム画像(以下、単にフレームという)と他のフレーム、例えば最新フレーム(カレントフレーム)との間で動きベクトルを算出する。 Reference numeral 107 denotes an image motion detection unit. The image motion detection unit 107 calculates a motion vector between a frame image (hereinafter simply referred to as a frame) stored in the work memory 106 and another frame, for example, the latest frame (current frame).
108は画像動き検出部107とともに動き情報生成手段を構成する動き量算出部である。動き量算出部108は、画像動き検出部107で算出された動きベクトルに基づいて、動き量(動き情報)を算出する。 Reference numeral 108 denotes a motion amount calculation unit that constitutes a motion information generation unit together with the image motion detection unit 107. The motion amount calculation unit 108 calculates a motion amount (motion information) based on the motion vector calculated by the image motion detection unit 107.
109はズーム・フォーカス調整部である。ズーム・フォーカス調整部109は、システム制御部114から供給されるズーム制御信号及びフォーカス制御信号に応じて、それぞれレンズ光学系101に含まれるズームレンズ及びフォーカスレンズを移動させる。また、ズーム・フォーカス調整部109は、レンズ光学系101に内蔵されたズーム及びフォーカスエンコーダ(図示せず)の出力値からズーム量(ズームレンズ位置)やフォーカスレンズ位置を求めてシステム制御部114に送る。 Reference numeral 109 denotes a zoom / focus adjustment unit. The zoom / focus adjustment unit 109 moves the zoom lens and the focus lens included in the lens optical system 101 according to the zoom control signal and the focus control signal supplied from the system control unit 114, respectively. Further, the zoom / focus adjustment unit 109 obtains the zoom amount (zoom lens position) and the focus lens position from the output value of the zoom and focus encoder (not shown) built in the lens optical system 101, and sends it to the system control unit 114. send.
110はアイリス調整部である。アイリス調整部110は、システム制御部114から供給されるアイリス制御信号に応じてアイリス102を駆動し、絞り開口を通過する光量を調節する。 Reference numeral 110 denotes an iris adjustment unit. The iris adjustment unit 110 drives the iris 102 according to the iris control signal supplied from the system control unit 114 and adjusts the amount of light passing through the aperture opening.
111は撮像素子制御部である。撮像素子制御部111は、撮像素子103に対して電荷の蓄積、読み出し及びリセットのタイミングパルスを出力し、撮像素子103の基本的な動作を制御する。また、システム制御部114からのシャッタ速度制御信号に従い、タイミングパルスの出力間隔を制御し、撮像素子103の電荷蓄積時間、すなわち電子シャッタ速度の制御を行う。 Reference numeral 111 denotes an image sensor control unit. The image sensor control unit 111 outputs charge accumulation, readout, and reset timing pulses to the image sensor 103 to control basic operations of the image sensor 103. Further, according to the shutter speed control signal from the system control unit 114, the timing pulse output interval is controlled to control the charge accumulation time of the image sensor 103, that is, the electronic shutter speed.
112は測光手段としての測光部である。測光部112は、AGC部104から出力された信号を積分してその平均光量を求めることにより、露出演算のための明るさ情報としての測光値を出力する。すなわち、明るさ情報を生成する。測光部112は、積分時に画像領域に対してマスク処理や重み付け処理を行って、画像全体のうち記録領域を指定したり、画像全体を複数領域に分割して各領域に重み付け積分を行ったりする。 Reference numeral 112 denotes a photometry unit as photometry means. The photometry unit 112 integrates the signal output from the AGC unit 104 to obtain the average light amount, thereby outputting a photometric value as brightness information for exposure calculation. That is, brightness information is generated. The photometry unit 112 performs mask processing and weighting processing on the image area at the time of integration, specifies a recording area in the entire image, or divides the entire image into a plurality of areas and performs weighted integration on each area. .
本実施例では、撮像光学系を通った光を用いて測光を行うTTL(Through The Lens)方式での測光を行うが、撮像光学系を通らない光を用いて測光を行う外部測光方式を採用してもよい。 In this embodiment, TTL (Through The Lens) method is used to perform photometry using light that has passed through the imaging optical system, but an external photometry method that performs photometry using light that does not pass through the imaging optical system is employed. May be.
113はシステム制御部114とともに露出制御手段を構成するAE算出部である。AE算出部113には、動き量算出部108で算出された動き量と測光部112から出力された測光値が入力される。AE算出部113は、該動き量及び測光値に基づいて、アイリス102の絞り値、撮像素子103の電子シャッタ速度(以下、単にシャッタ速度という)及びAGC部104(又はカメラ信号処理部105)でのゲインを制御する。そして、これらの露出制御値をシステム制御部114に出力する。 Reference numeral 113 denotes an AE calculation unit that constitutes an exposure control unit together with the system control unit 114. The AE calculation unit 113 receives the motion amount calculated by the motion amount calculation unit 108 and the photometric value output from the photometry unit 112. The AE calculation unit 113 uses the iris value of the iris 102, the electronic shutter speed (hereinafter simply referred to as the shutter speed) of the image sensor 103, and the AGC unit 104 (or the camera signal processing unit 105) based on the amount of movement and the photometric value. To control the gain. Then, these exposure control values are output to the system control unit 114.
115は操作信号入力部である。操作信号入力部115は、ユーザーが撮像装置の機能選択や各種設定を行うために操作されるボタン類を含む。また、撮像開始/終了ボタンも含む。なお、操作信号入力部115として、タッチパネル式表示素子を用いて、後述する表示部116と統合してもよい。 Reference numeral 115 denotes an operation signal input unit. The operation signal input unit 115 includes buttons that are operated by the user to select functions of the imaging apparatus and perform various settings. It also includes an imaging start / end button. Note that the operation signal input unit 115 may be integrated with a display unit 116 described later using a touch panel display element.
システム制御部114は、操作信号入力部115において選択された露出モードに応じて、後述する不揮発メモリ118から読み込まれたパラメータテーブルに従い、各処理部及び各制御部に対し、それぞれに関連する制御信号や情報を送信する。具体的には、カメラ信号処理部105に対するその特性を制御する制御信号や、画像動き検出部107に対する動き量検出エリアの情報や、AE算出部113に対する測光エリアの情報を送信する。また、システム制御部114は、ズーム・フォーカス調整部109、アイリス調整部110及び撮像素子制御部111に制御信号を出力する。 In accordance with the exposure mode selected by the operation signal input unit 115, the system control unit 114 controls each processing unit and each control unit in accordance with a parameter table read from a nonvolatile memory 118 described later. And send information. Specifically, a control signal for controlling the characteristics of the camera signal processing unit 105, information on the motion amount detection area for the image motion detection unit 107, and information on the photometry area for the AE calculation unit 113 are transmitted. Further, the system control unit 114 outputs control signals to the zoom / focus adjustment unit 109, the iris adjustment unit 110, and the image sensor control unit 111.
116は表示部である。表示部116は、LCD,LED,EL等により構成され、各種動作モードの設定表示や、各種警告表示や、撮像により取得された映像データや、伸長処理された記録済み映像データ等を表示する。 Reference numeral 116 denotes a display unit. The display unit 116 includes an LCD, LED, EL, and the like, and displays various operation mode setting displays, various warning displays, video data acquired by imaging, recorded video data that has been decompressed, and the like.
117は記録部である。記録部117は、半導体メモリ、磁気テープ、光ディスク等の記録媒体に対して映像データ(圧縮データ)を記録したり、該記録媒体から映像データを読み出したりする。 Reference numeral 117 denotes a recording unit. The recording unit 117 records video data (compressed data) on a recording medium such as a semiconductor memory, a magnetic tape, and an optical disk, and reads video data from the recording medium.
118は不揮発メモリである。不揮発メモリ118は、撮像モード項目、及びそれに対応する露出制御用の測光エリア情報等の各種データを記憶する。また、コード線図からなる露出制御要素の基本的な制御指針を表したデータテーブルも記憶する。 Reference numeral 118 denotes a nonvolatile memory. The nonvolatile memory 118 stores various data such as an imaging mode item and exposure control photometric area information corresponding thereto. In addition, a data table representing a basic control guideline of an exposure control element consisting of a code diagram is also stored.
操作信号入力部115においてある撮像モードが選択された場合には、対応する各種データ及び制御指針テーブルが不揮発メモリ118からシステム制御部114により読み込まれる。一般的には、シャッタ優先モード、絞り優先モード、スポーツモードや、風景モードと呼ばれるプログラム露出モードに対応するパラメータテーブルが読み込まれる。 When a certain imaging mode is selected in the operation signal input unit 115, the corresponding various data and control pointer table are read from the nonvolatile memory 118 by the system control unit 114. Generally, a parameter table corresponding to a program exposure mode called a shutter priority mode, an aperture priority mode, a sport mode, or a landscape mode is read.
119は外部I/Fである。システム制御部114は、測光値に基づく露出制御において絞り値、シャッタ速度及びゲインのうち少なくとも1つのパラメータが調整範囲外(制御可能範囲外)である場合に、外部I/F119を介してその旨を通知する情報を外部に出力する。 Reference numeral 119 denotes an external I / F. When at least one of the aperture value, shutter speed, and gain is outside the adjustment range (out of the controllable range) in the exposure control based on the photometric value, the system control unit 114 notifies that via the external I / F 119. Outputs information to notify the outside.
なお、図1には、レンズ一体型のビデオカメラの構成を示したが、レンズ交換型のビデオカメラも本発明の実施例に含まれる。レンズ交換型ビデオカメラの場合には、図1中のレンズ光学系101、アイリス102、ズーム・フォーカス調整部109及びアイリス調整部110が交換レンズに搭載される。 Although FIG. 1 shows the configuration of a lens-integrated video camera, an interchangeable-lens video camera is also included in the embodiment of the present invention. In the case of an interchangeable lens video camera, the lens optical system 101, the iris 102, the zoom / focus adjustment unit 109, and the iris adjustment unit 110 in FIG. 1 are mounted on the interchangeable lens.
図2には、本実施例における露出制御の処理手順を示す。この処理は、不図示のメモリに格納されたコンピュータプログラム(撮像処理プログラム)に従って実行される。以下の説明において、「S」はステップを示す。 FIG. 2 shows a processing procedure of exposure control in the present embodiment. This processing is executed according to a computer program (imaging processing program) stored in a memory (not shown). In the following description, “S” indicates a step.
S201では、システム制御部114は、処理の開始指示(ON)の確認を行う。処理の開始指示が出されていない(OFF)場合には、本処理を終了する。 In step S201, the system control unit 114 confirms a processing start instruction (ON). If the process start instruction has not been issued (OFF), this process ends.
S202では、システム制御部114は、露出モードを確認する。そして、不揮発メモリ118から露出モードに対応した測光値又は動き情報の算出に関連する各種データ、例えば測光エリア情報や動き量算出エリア情報を読み込む。また、上述した制御指針テーブル情報を読み込む。 In S202, the system control unit 114 confirms the exposure mode. Then, various data related to calculation of a photometric value or motion information corresponding to the exposure mode, for example, photometric area information and motion amount calculation area information are read from the nonvolatile memory 118. Further, the above-described control guide table information is read.
図11には、撮像領域(全画面)内での動き量算出エリアの設定例を示す。この図では、撮像領域IAの中央部分に動き量算出エリアMAを設定し、このエリアMA内の動きベクトルを重点的に検出して動き量算出に用いる。このような設定を、「中央部分重点エリア設定」という。なお、この動き量算出エリアMAと測光エリアとを同じに設定してもよい。 FIG. 11 shows a setting example of the motion amount calculation area in the imaging area (full screen). In this figure, a motion amount calculation area MA is set in the central portion of the imaging area IA, and motion vectors in this area MA are preferentially detected and used for motion amount calculation. Such a setting is referred to as “central part emphasis area setting”. The movement amount calculation area MA and the photometry area may be set to be the same.
S203では、システム制御部114は、画像動き検出部107及び動き量算出部108に動きベクトル及び動き量の算出を行わせる。具体的には、ワークメモリ106に保存されたフレーム(保存のフレーム)とカメラ信号処理部105から最も新しく出力されたカレントフレーム(保存フレームの直後の隣接フレーム)との間で動きベクトルの算出を行わせる。動きベクトルの算出には、ブロックマッチング、相互相関演算、勾配法等に基づくマッチング処理が用いられる。なお、動きベクトルを算出するために用いられる複数のフレームは、上記のような隣接する2つのフレームではなくてもよい。 In step S <b> 203, the system control unit 114 causes the image motion detection unit 107 and the motion amount calculation unit 108 to calculate a motion vector and a motion amount. Specifically, the motion vector is calculated between the frame stored in the work memory 106 (stored frame) and the current frame output most recently from the camera signal processing unit 105 (adjacent frame immediately after the stored frame). Let it be done. For the calculation of the motion vector, a matching process based on block matching, cross-correlation calculation, gradient method or the like is used. The plurality of frames used for calculating the motion vector may not be two adjacent frames as described above.
図10には、ブロックマッチングの例を示す。ここでは、左側の画像1001を基準画像とし、右側の画像1002を探索画像とする。まず、基準画像1001内でグリッド状に配置された注目点1004のうちいずれかを中心として、所定サイズの部分領域としてのテンプレート1003を設定する。 FIG. 10 shows an example of block matching. Here, the left image 1001 is a reference image, and the right image 1002 is a search image. First, a template 1003 as a partial area of a predetermined size is set around one of the attention points 1004 arranged in a grid in the reference image 1001.
次に、探索画像1002中で任意の探索領域1007を設定し、探索領域1007を順次移動させながらテンプレート1003と最も合致する位置を探索する。具体的には、探索画像1002中の注目画素1005を基準とした領域1006におけるテンプレート1003との類似度を計算する。類似度の指標としては、SSD(Sum of Square Difference)、SAD(Sum of Absolute Difference)、正規相互相関等が用いられる。探索領域1007での各領域1006の類似度を計算した結果、最も類似度の高い領域1006を対応領域とみなす。そして、テンプレート1003と対応領域間で動きベクトルを算出する。オクルージョンがなければ、基準画像1001上で設定した注目点1004の数だけ動きベクトルが算出される。 Next, an arbitrary search area 1007 is set in the search image 1002, and a position that most closely matches the template 1003 is searched while sequentially moving the search area 1007. Specifically, the similarity with the template 1003 in the region 1006 with the target pixel 1005 in the search image 1002 as a reference is calculated. As an index of similarity, SSD (Sum of Square Difference), SAD (Sum of Absolute Difference), normal cross-correlation, or the like is used. As a result of calculating the similarity of each region 1006 in the search region 1007, the region 1006 with the highest similarity is regarded as the corresponding region. Then, a motion vector is calculated between the template 1003 and the corresponding region. If there is no occlusion, motion vectors are calculated for the number of attention points 1004 set on the reference image 1001.
上記マッチング処理によって動き量算出エリアMA内の複数の領域における動きベクトルが算出され、該動きベクトルから動き量が算出される。 By the above matching process, motion vectors in a plurality of regions in the motion amount calculation area MA are calculated, and the motion amount is calculated from the motion vectors.
動き量は、ビデオカメラと被写体との間の相対的な動きによって生じる振れとシャッタ速度との関係を表す指標となる。したがって、動き量としては、該関係に対応する値ならばどのような値を用いてもよいが、本実施例では、例として、露出モードによって設定された動き量算出エリアにおけるフレーム間での最大移動量[pixel/frame]とする。フレーム間での像の移動が大きければ大きなほど、動き量の値が増加する。 The amount of motion is an index that represents the relationship between shake and shutter speed caused by relative motion between the video camera and the subject. Therefore, any value can be used as the amount of motion as long as it corresponds to the relationship. In this embodiment, as an example, the maximum amount between frames in the motion amount calculation area set by the exposure mode is used. The movement amount is [pixel / frame]. The greater the movement of the image between frames, the greater the value of motion.
S204では、システム制御部114は、測光部112に明るさ情報としての測光値を算出させる。測光部112は、AGC部104からの出力信号を取り込み、該出力信号(輝度レベル)を積分する。そして、その積分結果に対応した露出値(測光値)Evを出力する。 In S204, the system control unit 114 causes the photometry unit 112 to calculate a photometry value as brightness information. The photometry unit 112 takes in the output signal from the AGC unit 104 and integrates the output signal (luminance level). Then, an exposure value (photometric value) Ev corresponding to the integration result is output.
測光値に基づく絞り値、シャッタ速度及びゲインの関係の決定には、露出値Evが用いられる。露出値Evは、アペックスシステムとも呼ばれる。Ev=0は、絞り値がF1で、シャッタ速度が1秒で、ゲインが標準(例えば、0dB)のときの適正露出値として定義される。 The exposure value Ev is used to determine the relationship between the aperture value, shutter speed, and gain based on the photometric value. The exposure value Ev is also called an apex system. Ev = 0 is defined as an appropriate exposure value when the aperture value is F1, the shutter speed is 1 second, and the gain is standard (for example, 0 dB).
計算を簡単にするために、絞り値及びシャッタ速度に対してAv及びTvを、ゲインに対してSvを対応させる。Fを絞り値(F値)、Tをシャッタ速度(秒)とすると、以下の関係が成り立つ。 In order to simplify the calculation, Av and Tv are associated with the aperture value and the shutter speed, and Sv is associated with the gain. When F is an aperture value (F value) and T is a shutter speed (seconds), the following relationship is established.
ISOはISO感度を表し、SvはISO感度100を基準とした感度の指標を示す。Svには、Ev=0を定義したときの感度を基準とする増幅率の2を底とするlogを対応させる。この結果、Av値とTv値の和がEv値となる。 ISO represents ISO sensitivity, and Sv represents an index of sensitivity based on ISO sensitivity 100. Sv is associated with a log having an amplification factor of 2 on the basis of sensitivity when Ev = 0 is defined. As a result, the sum of the Av value and the Tv value becomes the Ev value.
また、Av値とFとの関係及びTv値とシャッタ速度Tとの関係をそれぞれ、表1及び表2に示す。 Tables 1 and 2 show the relationship between Av value and F and the relationship between Tv value and shutter speed T, respectively.
露出値と、絞り及びシャッタ速度の関係を示す方法として、図6に示すようなコード線図が用いられる。 A code diagram as shown in FIG. 6 is used as a method for indicating the relationship between the exposure value and the aperture and shutter speed.
図の左側の縦軸が絞り値F、下側の横軸がシャッタ速度Tを表す。各軸上のパラメータ「−」は設定不可能な値である。上側から右側にかけての軸がEv値を表す。 In the drawing, the vertical axis on the left represents the aperture value F, and the horizontal axis on the lower side represents the shutter speed T. The parameter “−” on each axis is a value that cannot be set. The axis from the upper side to the right side represents the Ev value.
コード線図中の太線グラフは、パラメータテーブルによって設定された露出モードに基づく制御方針に対応し、前述したように露出モードの確認時(S202)に読み込まれる。絞り値及びシャッタ速度は、なるべくグラフ上の値になるように設定される。 The thick line graph in the code diagram corresponds to the control policy based on the exposure mode set by the parameter table, and is read when the exposure mode is confirmed (S202) as described above. The aperture value and the shutter speed are set so as to have values on the graph as much as possible.
図6には、動画撮像における基本露出モードでのグラフを表している。丸囲みの1のポイントで示すように、絞り値が設定可能な最大値(F=22)となるまでは、シャッタ速度T=1/60を可能限り維持する。そして、絞り値が設定可能な最大値となった後はシャッタ速度を上げていく。ゲインについてはグラフ上には現れない。 FIG. 6 shows a graph in the basic exposure mode in moving image capturing. As indicated by a circled point 1, the shutter speed T = 1/60 is maintained as much as possible until the aperture value reaches a maximum value (F = 22) that can be set. After the aperture value reaches the maximum value that can be set, the shutter speed is increased. The gain does not appear on the graph.
Svを+1することは、AvとTvをそれぞれ+1とすることと等価である。例えば、S204において算出された測光値がEv=10であった場合、このコード線図に従うと、F=4、T=1/60となる。ゲインは0dBである。 Setting Sv to +1 is equivalent to setting Av and Tv to +1, respectively. For example, when the photometric value calculated in S204 is Ev = 10, according to this code diagram, F = 4 and T = 1/60. The gain is 0 dB.
図2に戻り、S205では、システム制御部114は、AE算出部113に、Tv,Av,Svを設定させる。AE算出部113は、動き量及び測光値に基づいて、絞り値、シャッタ速度及びゲインに対応するTv,Av,Svの値を算出する。 Returning to FIG. 2, in S205, the system control unit 114 causes the AE calculation unit 113 to set Tv, Av, and Sv. The AE calculator 113 calculates Tv, Av, and Sv values corresponding to the aperture value, shutter speed, and gain based on the amount of motion and the photometric value.
図3には、露出モードに応じて、動き量及び測光値に基づいてTv,Av,Svの値を算出する手順を示す。 FIG. 3 shows a procedure for calculating values of Tv, Av, and Sv based on the motion amount and the photometric value according to the exposure mode.
S301では、AE算出部113は、動き量に基づいてTvminを算出する。Tvminには、映像信号の1フレームの露出時間(1/シャッタ速度)内の動き量が最大動き量の閾値MVmax超えない最大のシャッタ速度Tが割り当てられる。MVmaxには、1/10ピクセル等の値が設定される。MVmaxは、操作信号入力部115における操作によって変更可能である。 In S301, the AE calculation unit 113 calculates Tv min based on the motion amount. The maximum shutter speed T at which the amount of motion within the exposure time (1 / shutter speed) of one frame of the video signal does not exceed the maximum motion amount threshold MV max is assigned to Tv min . A value such as 1/10 pixel is set in MV max . The MV max can be changed by an operation in the operation signal input unit 115.
これにより、例えば図7Aに示すように、露出制御要素のパラメータ空間にシャッタ速度についての利用が不可なパラメータ領域が設定される。図7Aにおいて、左側半分の矩形のハッチング領域が、利用不可なパラメータ領域である。 As a result, for example, as shown in FIG. 7A, a parameter area that cannot be used for the shutter speed is set in the parameter space of the exposure control element. In FIG. 7A, the left half rectangular hatched area is an unusable parameter area.
S302では、AE算出部113は、次のS303での露出制御パラメータの算出に対応する露出モードの確認を行う。そして、露出モードに対応したパラメータテーブルが読み込まれていることを確認する。露出モードに対応したパラメータテーブルではない場合は、不揮発メモリ118からパラメータテーブルが読み込まれる。 In S302, the AE calculation unit 113 checks the exposure mode corresponding to the calculation of the exposure control parameter in the next S303. Then, it is confirmed that the parameter table corresponding to the exposure mode is read. If the parameter table does not correspond to the exposure mode, the parameter table is read from the nonvolatile memory 118.
S303では、露出値EvからTv,Av,Svの値を算出する。制御パラメータの決定は、不揮発メモリ118より読み込まれた制御方針に従う。 In S303, values of Tv, Av, and Sv are calculated from the exposure value Ev. The control parameter is determined according to the control policy read from the nonvolatile memory 118.
S304では、AE算出部113は、シャッタ速度(Tv)が振れを発生させない最低シャッタ速度Tvminを下回らないことを確認する。 In S304, the AE calculation unit 113 confirms that the shutter speed (Tv) does not fall below the minimum shutter speed Tv min that does not cause shake.
制御パラメータTv,Av,Svは、最低シャッタ速度Tvminとは独立に設定される。このため、図7Bに示すように、TvがTvminを上回る場合もあるが、図7Cに示すように、TvがTvminを下回る場合もある。 The control parameters Tv, Av, Sv are set independently of the minimum shutter speed Tv min . For this reason, Tv may exceed Tv min as shown in FIG. 7B, but Tv may fall below Tv min as shown in FIG. 7C.
TvがTvminを上回る場合には、算出された制御パラメータセットをそのまま利用し、下回る場合には、振れを生じさせない最低シャッタ速度Tvminを採用し、他の制御パラメータを調整する。 When Tv exceeds Tv min , the calculated control parameter set is used as it is. When Tv is lower, the minimum shutter speed Tv min that does not cause shake is adopted, and other control parameters are adjusted.
S305では、TvがTvminを下回る場合に、Tv=Tvminとし、シャッタ速度を振れを生じさせないシャッタ速度に設定する。 In S305, when Tv is lower than Tv min , Tv = Tv min is set, and the shutter speed is set to a shutter speed that does not cause shake.
S306では、Tvの置き換えに伴い、AvとSvの補正を行う。例えば、Tvmin=9(1/500秒)の場合には、図7Cに矢印で示すようにAvを調整する。また、絞り優先で絞り値を変更できない場合は、図7Dに矢印で示すようにTvを変化させる。いずれの場合も、ゲイン(Sv)の2段分の増加に相当する。 In S306, Av and Sv are corrected along with the replacement of Tv. For example, when Tv min = 9 (1/500 seconds), Av is adjusted as indicated by an arrow in FIG. 7C. If the aperture value cannot be changed with aperture priority, Tv is changed as shown by the arrow in FIG. 7D. In either case, this corresponds to an increase of two stages of gain (Sv).
Tv値の変化に伴うAv,Sv補正については、コード線図よりも、図8に示すような3次元グラフのほうが分かりやすい。図6、図7C及び図7Dに示したプログラム線図を図8に示す。図8には、測光値が低輝度を示す場合においては、まずゲイン(Sv)を制御し、次に絞り値(Av)を制御し、最後にシャッタ速度(Tv)を制御するという制御方針を示している。 For the Av and Sv correction accompanying the change in the Tv value, the three-dimensional graph as shown in FIG. 8 is easier to understand than the code diagram. The program diagrams shown in FIGS. 6, 7C and 7D are shown in FIG. FIG. 8 shows a control policy in which when the photometric value indicates low luminance, the gain (Sv) is first controlled, the aperture value (Av) is then controlled, and finally the shutter speed (Tv) is controlled. Show.
図9には、最低シャッタ速度Tvminの変動によるAv値及びSv値の再計算方法を示している。 FIG. 9 shows a recalculation method of the Av value and the Sv value due to the change in the minimum shutter speed Tv min .
図中の(0)は、Tvminがより低い、初期状態のパラメータセットが設定されている状態を示す。また、(1)はS301での最低シャッタ速度の計算により、Tvmin=8となり、S304にてシャッタ速度が最低シャッタ速度を下回ることが確認され、S305にてTv=Tvminとして設定された状態である。このままでは露出の式を満たさないため、S306でAv,Svの補正を行う。 (0) in the figure indicates a state in which a parameter set in an initial state where Tv min is lower is set. In (1), Tv min = 8 is obtained by calculation of the minimum shutter speed in S301, and it is confirmed that the shutter speed is lower than the minimum shutter speed in S304, and Tv = Tv min is set in S305. It is. Since the exposure formula is not satisfied as it is, Av and Sv are corrected in S306.
Av,Sv補正においては、(2)に示すように絞り値(Av)を補正する方法と、(3)に示すようにゲイン(Sv)を補正する方法と、(4)に示すように絞り(Av)とゲイン(Sv)の両方を補正する場合との3つの選択肢がある。基本的には、上記3つの選択肢のうち露出モードに応じた制御方針に従った補正方法を選択する。 In the Av and Sv correction, a method of correcting the aperture value (Av) as shown in (2), a method of correcting the gain (Sv) as shown in (3), and an aperture as shown in (4). There are three options for correcting both (Av) and gain (Sv). Basically, a correction method according to the control policy corresponding to the exposure mode is selected from the above three options.
図3に戻って、S307では、AE算出部113は、以上の処理により設定されたTv,Av,Svの値を確定する。 Returning to FIG. 3, in S <b> 307, the AE calculation unit 113 determines the values of Tv, Av, and Sv set by the above processing.
図2に戻って、S206では、システム制御部114は、S205にて算出(設定)されたTv,Av,Svの値が調整範囲(制御可能範囲)内であるか否かを確認する。 Returning to FIG. 2, in S206, the system control unit 114 checks whether the values of Tv, Av, and Sv calculated (set) in S205 are within the adjustment range (controllable range).
また、S2061では、動き量及び測光値に対して、露出制御要素が調整範囲を超えること(制御可能範囲外となること)を通知する情報を表示部116に表示したり、外部I/F119を通して外部に出力したりする。 In step S2061, information indicating that the exposure control element exceeds the adjustment range (out of the controllable range) with respect to the motion amount and the photometric value is displayed on the display unit 116, or through the external I / F 119. Output to the outside.
例えば、本実施例のビデオカメラが車載されている場合に、外部に上記通知情報を出力することで、車の走行速度の低下を促したり、照明の発光を促したりすることが可能となる。これにより、動き量及び測光値の条件が緩和され、露光制御における制御パラメータが調整範囲内となり、良好な露出制御を行えるようになる場合がある。 For example, when the video camera according to the present embodiment is mounted on a vehicle, the notification information is output to the outside, thereby making it possible to promote a decrease in the traveling speed of the vehicle or to promote light emission. As a result, the conditions of the amount of motion and the photometric value are relaxed, and the control parameters in exposure control are within the adjustment range, and it may be possible to perform good exposure control.
S2062では、Tv,Av,Svの再設定を行う。すなわち、上記調整範囲を超えた設定値を調整範囲内の値に設定し直し、露出制御可能な状態にする。 In S2062, Tv, Av, and Sv are reset. That is, the set value that exceeds the adjustment range is reset to a value within the adjustment range, so that the exposure can be controlled.
S207では、シャッタ速度、絞り値及びゲインを制御する。すなわち、設定されたTv,Av,Svに応じて、システム制御部114からシャッタ速度制御信号、絞り制御信号及びゲイン制御信号を出力し、露出制御を行う。 In S207, the shutter speed, aperture value, and gain are controlled. That is, according to the set Tv, Av, Sv, a shutter speed control signal, an aperture control signal, and a gain control signal are output from the system control unit 114 to perform exposure control.
S208では、処理の継続を確認する。継続する際には、S201に戻る。 In S208, it is confirmed whether the process is continued. When continuing, it returns to S201.
以上のように、本実施例では、動き量と測光値とに基づいて露出制御要素であるシャッタ速度、絞り値及びゲインを逐次制御することにより、振れや明るさの変動が少ない高品質な映像を取得することができる。 As described above, in this embodiment, a high-quality image with less fluctuations in shake and brightness is obtained by sequentially controlling the shutter speed, aperture value, and gain, which are exposure control elements, based on the amount of motion and the photometric value. Can be obtained.
以下、本発明の実施例2であるビデオカメラについて、図4を用いて説明する。 A video camera that is Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to FIG.
本実施例では、実施例1における画像動き検出部による画像からの動き量算出の代わりに、動きセンサ(振れセンサ)601及び動きセンサ制御部602を用いて動き量を求める。すなわち、実施例1(図1)では、画像動き検出部107により任意のフレーム間の動きベクトルが抽出され、動き量算出部108にて映像信号の1フレームの露出時間(1/シャッタ速度)内の動きの指標として動き量を算出した。これに対し、本実施例では、該動き量を、動きセンサ601及び動きセンサ制御部602により求める。 In this embodiment, instead of calculating the motion amount from the image by the image motion detection unit in the first embodiment, the motion amount is obtained using the motion sensor (vibration sensor) 601 and the motion sensor control unit 602. That is, in the first embodiment (FIG. 1), a motion vector between arbitrary frames is extracted by the image motion detection unit 107, and within the exposure time (1 / shutter speed) of one frame of the video signal by the motion amount calculation unit 108. The amount of movement was calculated as an index of movement. On the other hand, in this embodiment, the amount of motion is obtained by the motion sensor 601 and the motion sensor control unit 602.
なお、図4において、実施例1と共通する構成要素には、実施例1と同符号を付して説明に代える。また、本実施例での処理の手順は、実施例1で図2及び図3を用いて説明した処理と同じである。 In FIG. 4, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment and are not described. The processing procedure in the present embodiment is the same as the processing described in the first embodiment with reference to FIGS.
動きセンサ601は、加速度センサや角加速度センサにより構成される。動きセンサ601は、図5A及び図5Bに示すように、ビデオカメラの位置及び姿勢の変化を出力する。動きセンサ601から出力される加速度信号又は角速度信号を動きセンサ制御部602にて積分することにより、単位時間当たりの移動量又は角度変化量が算出される。 The motion sensor 601 is configured by an acceleration sensor or an angular acceleration sensor. The motion sensor 601 outputs changes in the position and orientation of the video camera as shown in FIGS. 5A and 5B. By integrating the acceleration signal or angular velocity signal output from the motion sensor 601 by the motion sensor control unit 602, the movement amount or the angle change amount per unit time is calculated.
例えば、図5Aに示すように、ビデオカメラのX,Y,Z軸方向の移動量を、 For example, as shown in FIG. 5A, the amount of movement of the video camera in the X, Y, and Z axis directions is
(mm/frame)
で表し、図5Bに示すようにX,Y,Z軸回りでの角度変化量をα,β,γ(rad/frame)とする。この場合、撮像素子103上での動き量x”,y”(mm)は、フォーカスレンズ位置等から得られる被写体までの距離d[mm]を用いて、
(Mm / frame)
As shown in FIG. 5B, let α, β, γ (rad / frame) be the amount of change in angle about the X, Y, and Z axes. In this case, the movement amount x ″, y ″ (mm) on the image sensor 103 is obtained by using a distance d [mm] from the focus lens position or the like to the subject.
で表される。ただし、nは被写体を面近似した際の外向き法線であり、本実施例では、 It is represented by However, n is an outward normal when the subject is approximated to the surface, and in this embodiment,
とする。 And
回転行列Rは、 The rotation matrix R is
である。べき乗のTは転置を表す。動き量x”,y”を、画素サイズ(mm)で割ることによりピクセル座標単位での動き量が算出できる。 It is. The power T represents transposition. The amount of motion in pixel coordinate units can be calculated by dividing the amount of motion x ″, y ″ by the pixel size (mm).
実施例1にて説明した単位画像(フレーム)からの動き量算出を行う場合は、被写体とビデオカメラ間の相対的な動きが動き量として検出されるため、手振れ等のカメラの動きによる画像の振れに加えて、被写体の動きによる画像の振れも抑制することができる。 When calculating the amount of motion from the unit image (frame) described in the first embodiment, the relative motion between the subject and the video camera is detected as the amount of motion. In addition to shake, image shake due to subject movement can also be suppressed.
一方、本実施例のように、動きセンサ601を用いる場合には、ビデオカメラの動きのみが検出される。したがって、カメラの動きに起因する画像の振れは抑制することが可能であるが、被写体の動きに起因する画像の振れは抑制することができない。 On the other hand, when the motion sensor 601 is used as in this embodiment, only the motion of the video camera is detected. Accordingly, image blur due to camera movement can be suppressed, but image blur due to subject movement cannot be suppressed.
しかし、動きセンサ601を用いると、映像のサンプリングレートに比べてはるかに高い周波数で動きを検出することができるため、より正確なカメラの位置及び姿勢の変動を逐次モニタリングできるという利点がある。 However, when the motion sensor 601 is used, it is possible to detect a motion at a frequency much higher than the sampling rate of the video, and therefore, there is an advantage that more accurate changes in the position and orientation of the camera can be monitored sequentially.
また、低輝度被写体の画像から動きベクトルを抽出することが困難な場合でも、本実施例では動き量を求めることができる。 Even when it is difficult to extract a motion vector from an image of a low-luminance subject, the amount of motion can be obtained in this embodiment.
次に、本発明の実施例3であるビデオカメラについて、図12を用いて説明する。 Next, a video camera that is Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例では、実施例2のように動きセンサ601及び動きセンサ制御部1302により大まかな動き量を求め、さらに実施例1のように画像からも動き量を算出する。これにより、より高精度でロバストな動き量を求めることができる。 In the present embodiment, a rough motion amount is obtained by the motion sensor 601 and the motion sensor control unit 1302 as in the second embodiment, and the motion amount is also calculated from the image as in the first embodiment. Thereby, a more accurate and robust motion amount can be obtained.
なお、図12において、実施例1と共通する構成要素には、実施例1と同符号を付して説明に代える。本実施例での処理の内容は、実施例1で図2及び図3を用いて説明した処理と同じである。 In FIG. 12, components common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment and are not described. The contents of the processing in the present embodiment are the same as the processing described in the first embodiment with reference to FIGS.
本実施例では、動きセンサ601及び動きセンサ制御部1302に加えて、ワークメモリ106と画像動き検出部1301が動きベクトル算出のために搭載されている。動きセンサ601および動きセンサ制御部1302により出力される動き量を、探索画像における注目点の初期位置として探索領域を設定することで、動きベクトルさらには動き量の算出を、高速かつ高い信頼性で行うことができる。 In this embodiment, in addition to the motion sensor 601 and the motion sensor control unit 1302, the work memory 106 and the image motion detection unit 1301 are mounted for motion vector calculation. By setting the search region using the motion amount output by the motion sensor 601 and the motion sensor control unit 1302 as the initial position of the point of interest in the search image, the motion vector and the motion amount can be calculated at high speed and with high reliability. It can be carried out.
また、動きセンサ601による動き検出と画像動き検出部1301による動き検出とを組み合わせることにより、カメラの動きに起因した画像の振れだけでなく、被写体の動きに起因した画像の振れも抑制することができる。 Further, by combining the motion detection by the motion sensor 601 and the motion detection by the image motion detection unit 1301, not only the image shake due to the camera motion but also the image shake due to the subject motion can be suppressed. it can.
また、被写体が低輝度の場合には、画像動き検出部1301による検出結果を用いずに、動きセンサ601による検出結果を用いて動き量を求めることもできる。これにより、被写体が低輝度の場合でも、良好な映像を得ることができる。 Further, when the subject has low luminance, the amount of motion can be obtained using the detection result by the motion sensor 601 without using the detection result by the image motion detection unit 1301. Thereby, even when the subject has low luminance, a good image can be obtained.
次に、本発明の実施例4であるビデオカメラについて、図13A及び図13Bを用いて説明する。図13Aは、時間の経過とともに図2のS205で設定されるTv,Av,Svの値の例を示す。左からフレーム番号、Tv値、Av値、Sv値、Ev値を示す。フレーム番号112〜113の遷移(すなわち、時間経過)に伴って、シャッタ速度(Tv)が急激に変化しており、これに対応するために、絞り値(Av)が急激に変化している。 Next, a video camera that is Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. 13A and 13B. FIG. 13A shows an example of the values of Tv, Av, Sv set in S205 of FIG. 2 over time. From the left, the frame number, Tv value, Av value, Sv value, and Ev value are shown. The shutter speed (Tv) changes abruptly as the frame numbers 112 to 113 change (that is, the time elapses), and the aperture value (Av) changes abruptly to cope with this.
このような制御を実際に行うと、アイリス102は機械的に駆動されるものであるために追従性が低い。このため、一瞬、画像が暗くなったり明るくなったりするというように短時間で明るさが変動するという現象が起きる。一方、もう1つの露出制御要素であるゲインは、電気的に制御されるため、追従性は高い。 When such control is actually performed, the iris 102 is mechanically driven, so that the followability is low. For this reason, a phenomenon occurs in which the brightness fluctuates in a short time such that an image becomes dark or bright for a moment. On the other hand, the gain, which is another exposure control element, is electrically controlled, so that the followability is high.
そこで、本実施例では、シャッタ速度の急激な変化に伴って絞り値を急激に変化させる必要がある場合には、ゲインも一時的に変動させる。言い換えれば、連続する特定数のフレーム間(単位画像間)、例えば、隣接2フレーム間や連続3フレーム間でシャッタ速度を特定値以上変化させる(例えば、Tv値で2段以上変化させる)場合は、絞り値とともにゲインも変化させる。 Therefore, in this embodiment, when it is necessary to change the aperture value rapidly with a sudden change in the shutter speed, the gain is also temporarily changed. In other words, when the shutter speed is changed by a specific value or more between a specific number of consecutive frames (between unit images), for example, between two adjacent frames or between three consecutive frames (for example, when the Tv value is changed by two or more steps). The gain is changed with the aperture value.
図13Bには、ゲイン(Sv)の調整による明るさ変動を平滑化したときのAv値の変化を示す。図13Bの全体としては、左からフレーム番号、Tv値、Av値、Sv値、Ev値を示す。この図から、ゲイン(Sv)を変化させることによって絞り値(Av)の変化が緩やかになっていることが分かる。 FIG. 13B shows a change in Av value when the brightness variation due to the adjustment of the gain (Sv) is smoothed. As a whole of FIG. 13B, the frame number, Tv value, Av value, Sv value, and Ev value are shown from the left. From this figure, it can be seen that the change in the aperture value (Av) is moderated by changing the gain (Sv).
このように、Avの急激な変化の一部をSvの変化に置き換えることにより、アイリス102の追従性の低さに起因する画像の明るさ変動を抑えることができる。しかも、アイリス102の機械的駆動によるAvの変化をSvの電気的変化に置き換えることにより、ビデオカメラでの音の発生やバッテリの消耗を抑えることができる。 Thus, by replacing a part of the rapid change of Av with the change of Sv, it is possible to suppress the brightness variation of the image due to the low followability of the iris 102. Moreover, by replacing the change in Av due to the mechanical drive of the iris 102 with the electrical change in Sv, it is possible to suppress the generation of sound and battery consumption in the video camera.
次に、本発明の実施例5について説明する。本実施例でも、図2のS203で求められた動き情報とS204で求められた明るさ情報(測光値)とに基づいて、S205でシャッタ速度、絞り値及びゲインを調節する。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. Also in this embodiment, the shutter speed, aperture value, and gain are adjusted in S205 based on the motion information obtained in S203 of FIG. 2 and the brightness information (photometric value) obtained in S204.
ただし、絞り値は、光量だけでなく、被写界深度にも関係する。絞り値を小さくする(絞りを開く)と被写界深度が浅くなり、絞り値を大きくする(絞りを閉じる)と被写界深度が深くなる。つまり、絞り値を変化させると、ピントが合う深さ方向の範囲までも変化し、撮像視野の奥行き方向の特定の範囲にピントを合わせたいというユーザーの意図とは異なった映像が得られてしまう場合がある。 However, the aperture value is related not only to the amount of light but also to the depth of field. Decreasing the aperture value (opening the aperture) decreases the depth of field, and increasing the aperture value (closing the aperture) increases the depth of field. In other words, when the aperture value is changed, the range in the depth direction that is in focus also changes, and an image different from the user's intention to focus on a specific range in the depth direction of the imaging field of view can be obtained. There is a case.
従来の露出制御においても、絞り優先モードやシャッタ優先モードと呼ばれる、絞り値及びシャッタ速度のうち一方の指定しかできなかった。つまり、被写界深度の指定又は動きを抑制するための一定のシャッタ速度の指定しかできなかった。 Even in conventional exposure control, only one of an aperture value and a shutter speed, which is called an aperture priority mode or a shutter priority mode, can be specified. In other words, it was only possible to specify a depth of field or a constant shutter speed for suppressing movement.
本実施例では、いわゆる絞り優先・振れ抑制モードと呼べる機能を実現する。実施例1,2,3では露出調整において絞り(アイリス102)を用いたのに対して、本実施例では絞りを固定して露出調整を行う。 In this embodiment, a function called a so-called aperture priority / shake suppression mode is realized. In the first, second, and third embodiments, the iris (iris 102) is used in the exposure adjustment, whereas in this embodiment, the iris is fixed and the exposure is adjusted.
具体的には、操作信号入力部115を通じて、制御方針テーブルとして絞り値を固定したテーブルを指示できるようにする。そして、固定絞り値が入力されると、S205のTv,Av,Svの設定における絞り値が固定される。絞り値を固定した以外は、実施例1〜3における露出制御を行う。 Specifically, a table with a fixed aperture value can be designated as the control policy table through the operation signal input unit 115. When a fixed aperture value is input, the aperture value in the setting of Tv, Av, Sv in S205 is fixed. Except for fixing the aperture value, exposure control in Examples 1 to 3 is performed.
さらに、図3を用いて説明すると、まずS303(露出モード確認)においてパラメータテーブルとして絞り値固定のテーブルを読み込む。そして、S306(Av,Sv補正)では、Av(絞り値)を固定してTv(シャッタ速度)のTvmin(振れを生じさせない最低シャッタ速度)への補正分を、Sv(ゲイン)の制御により補償する。言い換えれば、図9に示した最低シャッタ速度の変動に伴うAv,Svの再計算の選択を、(3)で示すゲイン(Sv)の補正に限定する。 Further, with reference to FIG. 3, first, in S303 (exposure mode confirmation), a table with a fixed aperture value is read as a parameter table. In S306 (Av, Sv correction), Av (aperture value) is fixed and Tv (shutter speed) is corrected to Tv min (minimum shutter speed causing no shake) by controlling Sv (gain). To compensate. In other words, the selection of Av and Sv recalculation accompanying the change in the minimum shutter speed shown in FIG. 9 is limited to the correction of the gain (Sv) shown in (3).
このように、絞り値を固定することにより、撮像者の意図した被写界深度の設定を維持したまま、振れ及び急激な明るさ変動を抑制した映像を得ることできる。 In this way, by fixing the aperture value, it is possible to obtain an image in which shake and rapid brightness fluctuation are suppressed while maintaining the setting of the depth of field intended by the photographer.
図14A及び図14Bには、絞り優先・振れ抑制モードにおける露出制御要素の変化を示す。 14A and 14B show changes in exposure control elements in the aperture priority / shake suppression mode.
図14Aには、図2のS204で算出されたEv値と、それに合わせてプログラム線図より算出されたTv,Av,Svの値をフレームごとに示している。ここでは、S303で算出されるAvが3で、絞り優先であるためにそのAv=3が固定されている場合を示す。 FIG. 14A shows the Ev value calculated in S204 of FIG. 2 and the Tv, Av, and Sv values calculated from the program diagram for each frame. Here, a case is shown in which Av calculated in S303 is 3, and that Av = 3 is fixed because of aperture priority.
一方、図14Bには、シャッタ速度をTvminに変更し、その補正を行った結果を示す。シャッタ速度がTvmin以上であり、絞り優先であるため、ゲイン(Sv)のみを用いて補正を行っている。 On the other hand, FIG. 14B shows the result of changing the shutter speed to Tv min and correcting it. Since the shutter speed is equal to or higher than Tv min and the aperture is given priority, correction is performed using only the gain (Sv).
以上説明したように、上記各実施例によれば、映像信号における複数のフレーム及びビデオカメラの動きを検出する動きセンサのうち少なくとも一方を用いて動き量を表す動き情報を生成する。そして、被写体の明るさ情報と上記動き情報とに基づいて、絞り値、シャッタ速度及びゲインを制御する。このため、急激な明るさ情報の変化に加えて、急峻な動き量の変化にも対応した、振れ及び急激な明るさ変動が少ない高品質な映像を取得可能な撮像装置を実現することができる。 As described above, according to each of the above embodiments, motion information representing the amount of motion is generated using at least one of a plurality of frames in a video signal and a motion sensor that detects motion of a video camera. Then, the aperture value, shutter speed, and gain are controlled based on the brightness information of the subject and the motion information. For this reason, it is possible to realize an imaging device capable of acquiring a high-quality image with less shake and abrupt brightness fluctuations, corresponding to a sudden change in the amount of motion in addition to a sudden change in brightness information. .
なお、上記各実施例は例にすぎず、本発明の実施例はこれらに限定されない。各実施例の様々な変更や変形も可能である。 In addition, each said Example is only an example, The Example of this invention is not limited to these. Various modifications and variations of each embodiment are possible.
101 レンズ光学系
102 アイリス
103 撮像素子
104 AGC部
105 カメラ信号処理部
106 ワークメモリ
107 画像動き検出部
108 動き量算出部
109ズーム・フォーカス調整部
110 アイリス調整部
111 撮像素子制御部
112 測光部
113 AE算出部
114 システム制御部
115 操作信号入力部
116 表示部
118 不揮発メモリ
119 外部I/F
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Lens optical system 102 Iris 103 Image pick-up element 104 AGC part 105 Camera signal processing part 106 Work memory 107 Image motion detection part 108 Motion amount calculation part 109 Zoom / focus adjustment part 110 Iris adjustment part 111 Image sensor control part 112 Photometry part 113 AE Calculation unit 114 System control unit 115 Operation signal input unit 116 Display unit 118 Non-volatile memory 119 External I / F
Claims (4)
該撮像素子から出力される撮像信号に基づいて映像を生成する映像生成手段と、
前記撮像信号に対するゲイン調整を行うゲイン調整手段と、
前記映像を構成する複数の単位画像及び該撮像装置の動きを検出するセンサのうち少なくとも一方を用いて動き情報を生成する動き情報生成手段と、
前記明るさ情報及び前記動き情報に基づいて、前記撮像素子が受ける光量を調節する絞りの絞り値、前記撮像素子のシャッタ速度及び前記ゲイン調整手段におけるゲインを制御する露出制御手段とを有することを特徴とする撮像装置。 An image sensor that photoelectrically converts a subject image;
Video generation means for generating video based on an imaging signal output from the imaging device;
Gain adjusting means for performing gain adjustment on the imaging signal;
Motion information generating means for generating motion information using at least one of a plurality of unit images constituting the video and a sensor for detecting motion of the imaging device;
Exposure control means for controlling the aperture value of the diaphragm for adjusting the amount of light received by the image sensor based on the brightness information and the motion information, the shutter speed of the image sensor, and the gain in the gain adjustment means. An imaging device that is characterized.
4. The exposure control unit according to claim 1, wherein when at least one of the shutter speed, the aperture, and the gain is out of a controllable range, information for notifying the output is output. The imaging device described in 1.
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