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JP2017011440A - 像ブレ補正装置、制御方法、光学機器及び撮像装置 - Google Patents

像ブレ補正装置、制御方法、光学機器及び撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】撮影方向変更操作時における像ブレ補正量の制御に応じた適切なシェーディング補正を実行する制御装置を提供する。
【解決手段】カメラシステム制御部118を備える光学機器を設ける。カメラシステム制御部118は、振れ検出信号に基づいて、像ブレ補正レンズ103を用いて像ブレを補正する。また、カメラシステム制御部118は、シェーディング補正の中心位置を決定する。具体的には、カメラシステム制御部118は、撮影方向変更操作に応じた像ブレ補正量の制御の状態に応じて、シェーディング補正の中心位置の決定方法を変更する。
【選択図】図1

Description

本発明は、像ブレ補正装置、制御方法、光学機器及び撮像装置に関する。
装置自体の振れを検出して、この振れに起因する画像のブレ(像ブレ)を補正する像ブレ補正装置を備えたデジタルカメラ等の撮像装置が提案されている。像ブレの補正時には、像ブレ補正装置は、レンズ可動体(防振レンズ及びその保持部材)または撮像素子といった補正手段を駆動する。
振れの検出の際には角速度計が用いられることが多い。例えば、像ブレ補正装置は、角速度計で角度振れを検知し、得られた角速度に対して積分を行って振れ量を算出し、この振れ量に基づいて画像ブレをキャンセルするように補正手段を駆動するための制御信号を出力する。補正手段の現在位置は、位置信号として像ブレ補正装置にフィードバックされ、像ブレ補正装置は、位置信号に応じた制御信号を出力するフィードバック制御を実行する。
一方、像ブレ補正に合わせて周辺光量落ちの補正(シェーディング補正)を行う撮像装置が提案されている。この撮像装置は、シェーディング補正の中心位置を像ブレ補正位置に合わせることで、周辺の光量落ちを緩和させる。像ブレ補正位置は、補正手段の駆動により画角がずれたところの位置である。特許文献1は、像ブレ補正のために光軸に垂直な面に沿って撮像素子(Charge Coupled Device:CCD)を駆動するデジタルカメラを開示している。デジタルカメラは、CCDの有効画素領域を構成する各画素について、CCDの駆動後に撮影レンズのイメージサークルの外に位置することとなる画素の輝度情報を補正係数によって補正する。また、特許文献2は、撮像素子の露光期間中に検出される、補正レンズの位置情報から、手振れ補正レンズの移動に伴う撮像画面の周辺光量落ちの補正量を決定する撮像装置を開示している。
特開2006−42320号公報 特開2009−145629号公報
パンニング動作やチルティング動作のように、ユーザが撮影方向変更操作を行った場合を想定する。この操作によって大きな振れが発生すると、像ブレ補正装置が、振れの角速度を示す信号の低周波域を減衰させるHPFや、角速度を角度に変換する積分LPFのカットオフ周波数を上げて、像ブレ補正量を小さくする制御(パン制御)を行うことが考えられる。しかし、パン制御を行った場合に、像ブレ補正位置にシェーディング補正の中心位置を合わせてシェーディング補正を行うと、実際の振れとシェーディングの補正に位相のずれが生じて、画像に違和感が生じてしまう。
本発明は、撮影方向変更操作時における像ブレ補正量の制御に応じた適切なシェーディング補正を実行する制御装置の提供を目的とする。
本発明の一実施形態の制御装置は、振れ検出信号に基づいて像ブレを補正する制御手段と、シェーディング補正の中心位置を決定する決定手段とを備える。前記決定手段は、撮影方向変更操作に応じた像ブレ補正量の制御の状態に応じて、前記シェーディング補正の中心位置の決定方法を変更する。
本発明の制御装置によれば、撮影方向変更操作時における像ブレ補正量の制御に応じた適切なシェーディング補正を実行することができる。
本実施形態の制御装置を備える光学機器の構成を示す図である。 Tele端における像ブレ補正レンズの光軸中心からの像ブレ補正角度に対する四隅の周辺光量を示す図である。 像ブレ補正レンズの移動に伴う光量の低下を説明する図である。 シェーディング補正中心位置とシェーディングの関係を示す図である。 像ブレ補正制御部の構成例を示す図である。 パンニング動作やチルティング動作により振れ量が大きくなった場合にHPFのカットオフ周波数を上げた時の影響を説明する図である。 周波数パン制御の実行時におけるカメラの動きの影響を示す図である。 制御装置の動作を説明するフローチャートである。
図1は、本実施形態の制御装置を備える光学機器の構成を示す図である。
図1に示す光学機器は、撮像装置の一例としてのデジタルスチルカメラである。撮像装置が動画撮影機能を有していてもよい。
図1において、ズームユニット101は、撮像光学系を構成する撮影レンズの一部であり、レンズの倍率を変更するズームレンズを含んでいる。ズーム駆動制御部102は、カメラシステム制御部118の制御に従って、ズームユニット101の駆動を制御する。像ブレ補正レンズ103は、撮影レンズの光軸に対して直交する方向に移動可能に構成される。カメラシステム制御部118の指示にしたがって、像ブレ補正制御部104が像ブレ補正レンズを駆動することで、装置の振れによる像ブレが光学的に補正される。すなわち、カメラシステム制御部118および像ブレ補正制御部104は、振れ検出信号に基づいて像ブレを補正する制御手段として機能する。なお、像ブレ補正制御部104は、撮像装置に発生する角度振れを検出する角速度センサを含んでいる。
絞り・シャッタユニット105は、絞り機能を有するメカニカルシャッタである。絞り・シャッタ駆動制御部106は、カメラシステム制御部118の制御に従って、絞り・シャッタユニット105を駆動する。フォーカスレンズ107は、撮影レンズの一部であり、撮影レンズの光軸に沿って、位置が変更可能であるように構成される。フォーカス駆動制御部108は、カメラシステム制御部118の制御に従って、フォーカスレンズ107を駆動する。
撮像部109は、撮影レンズを介して入射した光学像を、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなどの撮像素子を用いて画素単位の電気信号に変換する。撮像信号処理部110は、撮像部109から出力された電気信号に対して、A/D変換、相関二重サンプリング、ガンマ補正、ホワイトバランス補正、色補間処理等を行い、映像信号に変換する。映像信号処理部111は、撮像信号処理部110から出力された映像信号を、用途に応じて加工する。具体的には、映像信号処理部111は、表示用の映像を生成したり、記録用に符号化処理やデータファイル化を行ったりする。
表示部112は、映像信号処理部111が出力する表示用の映像信号に基づいて、必要に応じて画像表示を行う。電源部113は、撮像装置の全体に、用途に応じて電源を供給する。外部入出力端子部114は、外部装置との間で通信信号及び映像信号を入出力する。記憶部116は、映像情報など様々なデータを記憶する。姿勢検出部117は、撮像装置の姿勢を検出し、映像信号処理部111及び表示部112に姿勢情報を提供する。姿勢検出部117からの姿勢情報により、映像信号処理部111からの映像信号が縦長の映像、横長の映像のいずれを示すかが決定され、表示部112における画像表示方向が決定される。カメラシステム制御部118は、例えば、CPU、ROM、RAMを有し、ROMに記憶された制御プログラムをRAMに展開してCPUで実行することによって撮像装置の各部を制御し、像ブレ補正制御、シェーディング補正等、様々な動作を実現する。カメラシステム制御部118は、シェーディング補正の中心位置を決定する決定手段として機能し、撮影方向変更操作に応じた像ブレ補正量の制御の状態に応じて、シェーディング補正の中心位置の決定方法を変更する。
操作部115は、撮像装置にユーザが指示を与えるためのボタンやスイッチなどを有し、押し込み量に応じて、第1スイッチ(SW1)及び第2スイッチ(SW2)が順にオンするように構成されたレリーズボタンを含む。レリーズボタンが約半分押し込まれた場合に、レリーズスイッチSW1がオンし、レリーズボタンが最後まで押し込まれたときにレリーズスイッチSW2がオンする。レリーズスイッチSW1がオンすると、カメラシステム制御部118は、例えば映像信号処理部111が表示部112に出力する表示用の映像信号に基づいて算出されたAF評価値に基づきフォーカス駆動制御部108を制御することにより、自動焦点検出を行う。また、カメラシステム制御部118は、映像信号の輝度情報と、例えば予め定められたプログラム線図に基づいて適切な露光量を得るための絞り値及びシャッタ速度を決定するAE処理を行う。
レリーズスイッチSW2がオンされると、カメラシステム制御部118は、決定した絞り及びシャッタ速度で撮影を行い、撮像部109で得られた画像データを記憶部116に記憶するように各部を制御する。また、レリーズスイッチが押されていない状態でのスルー画表示時も、カメラシステム制御部118は所定の間隔で前述した映像信号の輝度情報とプログラム線図とに基づき、静止画撮影露光に備えて、絞り値及びシャッタ速度の予備決定を行う。
操作部115には、防振モードを選択するための防振スイッチが含まれる。防振スイッチにより防振モードが選択されると、カメラシステム制御部118が、像ブレ補正制御部104に防振動作(像ブレ補正)を指示し、この指示を受けた像ブレ補正制御部104が、防振オフの指示がなされるまで防振動作を行う。また、操作部115には、静止画撮影モードと動画撮影モードとのうちの一方を選択可能な撮影モード選択スイッチが含まれており、選択された撮影モードに適した撮影条件で撮影が行われる。
また、操作部115には、再生モードを選択するための再生モード選択スイッチも含まれており、再生モード時には防振動作を停止する。更に、操作部115には、ズーム変倍の指示を行う変倍スイッチが含まれる。変倍スイッチによりズーム変倍の指示があると、カメラシステム制御部118を介して指示を受けたズーム駆動制御部102がズームユニット101を駆動して、指示されたズーム位置にズームユニット101を移動させる。
図2は、Tele端における像ブレ補正レンズの光軸中心からの像ブレ補正角度に対する四隅の周辺光量を示す。Tele端は、例えば、35mm換算で焦点距離500mmである。光量は像ブレ補正レンズを動かした時に画角の動いた向きとは逆方向の位置の四隅の周辺光量を示す。図3は、像ブレ補正レンズの移動に伴う光量の低下を説明する図である。以下に、像ブレ補正レンズ位置と取得された画像の四隅の光量落ちと像ブレ補正レンズの可動範囲についての詳細を述べる。
図2において、光軸中心に像ブレ補正レンズがある場合の周辺光量を1とした時に、像ブレ補正レンズ位置を光軸中心から動かしていくと、距離が大きくなるにつれて光量が落ちていく。例えば、光軸中心から像ブレ補正レンズが0.5度移動すると光量が0.3となってしまう。そこで、シェーディングを改善するためにシェーディング補正を行い光量を上げる。光軸中心をシェーディング補正の中心とした時に、補正後の光量は0.5まで上がる。シェーディング補正は、シェーディング補正の中心位置から同心円状に補正ゲインが分布しており、また中心位置から離れるほど補正ゲインが強くなるような特性を持つ。
図4は、シェーディング補正中心位置と周辺光量落ち(シェーディング)の関係を説明する図である。
図4(A)は、シェーディング補正中心が光軸中心に固定されている状態を示す。像ブレ補正レンズも光軸中心と同一の位置に固定されている。この時、周辺光量は十分にありシェーディングは発生していない。
図4(B)は、シェーディング補正中心が光軸中心に固定された状態で、像ブレ補正位置が光軸中心からずれている状態を示す。像ブレ補正位置は、像ブレ補正レンズの駆動により画角がずれたところの位置である。像ブレ補正により右側に画角がずれた場合、光軸中心から離れることにより周辺光量が低下し、図4(B)に示されるように、左上下端でシェーディングが発生する。
図4(C)は、シェーディング補正の中心位置を像ブレ補正位置に合わせた状態を示す。シェーディング補正の中心位置を像ブレ補正位置に追従させることにより、左上下端の光量がゲインアップされ、シェーディングが緩和される。このように、像ブレ補正により像ブレ補正レンズが移動するのに合わせてシェーディング補正の中心位置を変化させることによって、周辺の光量落ちを緩和することができる。
図5は、像ブレ補正制御部の構成例を示す図である。
Pitch方向およびYaw方向で同じ構成となるため、片軸のみで説明を行う。ジャイロセンサ201は、角速度データを検出し、電圧として出力する。A/D変換部202は、ジャイロセンサ201が出力したデータをデジタルデータに変換する。ジャイロセンサ201がデジタルジャイロセンサの場合は、A/D変換部202の機能がセンサ内に包含されている。
像ブレ補正制御部104は、A/D変換部202の出力に基づいて、像ブレ補正のための演算をデジタル演算部を備える。デジタル演算部は、ジャイロゲイン203乃至像ブレ補正位置制御部210を備える。
ジャイロゲイン203は、ジャイロの出力ばらつきを揃えるための出力調整を行う。HPF204は、デジタルハイパスフィルタであり、カットオフ周波数以下の低周波ノイズを減衰させる。積分LPF205は、デジタル積分ローパスフィルタであり、角速度データを積分し、角度データに変換する。HPF204および積分LPF205は、像ブレ補正量の算出用のフィルタとして機能する。
周波数パン処理部206は、振れ量や像ブレ補正レンズの位置に応じて、HPF204と積分LPF205のカットオフ周波数を変更する第1の制御(周波数パン制御)を実行することで、像ブレ補正量を制御する。この例では、像ブレ補正量の制御は、パンニング操作時に像ブレ補正量を小さくするパン制御である。オフセットパン処理部207は、振れ量に応じて、積分LPF205の出力または入力にオフセットを加算する第2の制御(オフセットパン制御)を実行することで、像ブレ補正量を制御する。パン処理判定部208は、像ブレ補正量の制御として周波数パン制御またはオフセットパン制御のいずれが実行されているかを判定し、判定結果をカメラシステム制御部118に通知する。また、パン処理判定部208は、周波数パン制御が実行されている場合は、HPF204および積分LPF205のカットオフ周波数が所定値以上かを判定し、判定結果をカメラシステム制御部118に通知する。
周波数パン制御、オフセットパン制御をそれぞれどのような状況で用いるかについて説明する。Wide端側では、主にオフセットパン制御を実行する。振れ量に応じたオフセット値の大きさを自由度高く設定できるからである。また、積分LPF205の出力値(または入力値)にオフセットを加算することにより、像ブレ補正量算出部209の出力値に若干の不連続が生じても画角が広いため目立たないからである。
Tele端側では、画角が狭く、像ブレ補正量算出部の出力値に不連続が生じると目立ってしまうので、連続的に出力値を減衰させることができる周波数パン制御を実行する。オフセットパン制御と周波数パン制御の切り替え点を焦点距離で決めるとした場合、例えば、100mm(35mm換算)以下の場合は、オフセットパン制御、100mmより大きい場合は、周波数パン制御を実行する。像ブレ補正量算出部209は、積分LPF205によって角速度から角度に変換された角度データに基づいて、振れを打ち消すための像ブレ補正量を算出する。
ズーム情報通知部211は、カメラシステム制御部118からズーム情報の通知を受ける。レリーズ情報通知部212は、カメラシステム制御部118からレリーズ(撮影)状態を示す情報(レリーズ情報)の通知を受ける。像ブレ補正量算出部209は、ズーム情報およびレリーズ情報に基づいて、像ブレ補正レンズの駆動範囲など、それらの情報に応じた特性の変更を行い、像ブレ補正量を算出する。像ブレ補正量は、像ブレ補正位置制御部210へ通知される。詳細な説明は省略するが、像ブレ補正位置制御部210は、像ブレ補正レンズの位置を検出して、像ブレ補正量と検出された位置データの差分(偏差)をとり、その偏差が0に近づくようにフィードバック制御を行う。フィードバック制御としては、例えばPID制御が用いられる。最終的に像ブレ補正レンズを駆動する信号が像ブレ補正レンズ駆動ドライバ部(不図示)に通知され、像ブレ補正レンズ103が駆動される。
図6は、パンニング動作やチルティング動作により振れ量が大きくなった場合にHPFのカットオフ周波数を上げた時の影響を説明する図である。
例えば、手振れの周期が1Hzである場合、図6(A)のように通常の防振を行っている時のHPFのカットオフ周波数fcが0.1Hzとすると、1Hzでの位相のずれは約5度と小さい。
図6(B)のように、パンニング動作時にカットオフ周波数fcが上がり1Hzとなると、位相のずれは約45度となって大きくなる。さらに、図6(C)のように、カットオフ周波数fcが10Hzまで上がると、位相のずれは約90度となる。
この例では、HPF204のカットオフ周波数を上げる場合について述べたが、積分LPF205のカットオフ周波数を上げる場合にも、同様にカットオフ周波数が大きくなると最適な防振時の位相(−90度)からのずれが大きくなる。このように、パンニング動作時に周波数パン制御によってHPF204および積分LPF205のカットオフ周波数が上がると、実際のカメラの揺れに対して実際の防振の様子は位相ずれが大きくなる。一方、Wide側で行われるオフセットパン制御を実行する場合は、像ブレ補正量を加減算することによりパン制御を行うので、位相のずれは生じない。
図7は、周波数パン制御の実行時におけるカメラの動きの影響を説明する図である。
周波数パン制御時に像ブレ補正位置にシェーディング補正の中心位置を合わせた時のカメラの振れと像ブレ補正およびシェーディング補正の挙動について考える。パン制御が行われず最適な像ブレ補正が行われている時は、カメラが振られていても、振れを打ち消すように像ブレ補正レンズが駆動し、画面上は止まっているように見える。
図7に示すように、周波数パン制御により像ブレ補正量が減衰され位相がずれると、カメラが振られているのと同心円状に光量が増加されているシェーディング補正との位相ずれが目立ち、違和感が出てしまう。このように、周波数パン制御によって位相ずれが生じてしまっている時は、像ブレ補正位置にシェーディング補正の中心位置を追従させずに、光軸中心に合わせてしまうのがよい。ここで、シェーディング補正の中心位置を光学中心に合わせてしまうことにより、周辺光量のシェーディングの補正効果が弱まってしまう。しかし、パン制御により像ブレ補正量が減衰され、光軸中心から離れる距離が小さくなって、シェーディングも小さくなるので、シェーディング補正効果が弱まっていても問題無い。また、この例では、シェーディング補正の中心位置を光学中心に合わせているが、光学中心以外でも四隅の周辺光量が最適になるような位置に合わせて固定してもよい。
図8は、本実施例の制御装置の動作を説明するフローチャートである。
像ブレ補正制御が開始すると、S101において、カメラシステム制御部118が、パン制御の方式を確認し、パン制御が周波数パン制御であるかを判断する。主に焦点距離によってパン制御の方式が決定される。
パン制御が周波数パン制御でなく、オフセットパン制御である場合は、処理がS104に進む。S104において、カメラシステム制御部118が、シェーディング補正の中心位置を像ブレ補正位置に合わせ、処理がS105に進む。パン制御が周波数パン制御である場合は、処理がS102に進む。S102において、カメラシステム制御部118が、HPF204のカットオフ周波数、LPF205のカットオフ周波数が、所定値以上であるかを判断する。この例では、カメラシステム制御部118は、HPF204のカットオフ周波数が2Hz以上、または積分LPF205のカットオフ周波数が2Hz以上かどうかを判断する。カメラシステム制御部118は、HPF204のカットオフ周波数およびLPF205のカットオフ周波数が所定以上であるかを判断してもよいし、HPF204のカットオフ周波数またはLPF205のカットオフ周波数が所定値以上であるかを判断してもよい。
HPF204のカットオフ周波数、LPF205のカットオフ周波数が、所定値未満である場合は、処理がS104に進む。HPF204のカットオフ周波数、LPF205のカットオフ周波数が、所定値以上である場合は、位相のずれが大きいので、カメラの振れとシェーディング補正の動きに違和感が生じてしまう。したがって、この場合は、処理がS103に進み、カメラシステム制御部118は、シェーディング補正の中心位置を光学中心に合わせる。
次に、S105において、カメラシステム制御部118が、像ブレ補正制御が終了であるか(ISオフか)を判断する。ISオフである場合は、シェーディング補正の中心位置の設定を停止する。ISオンである場合は、処理がS101に戻る。
以上説明したように、本実施例の制御装置は、パン制御方式と周波数パンのフィルタのカットオフ周波数の状態によりシェーディング補正の中心位置を設定することで、違和感なく最適なシェーディング補正を行うことができる。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。例えば振れ量に応じて撮像素子を駆動させることによって像ブレ補正を行う場合や、振れ量に応じて画像の切り出し位置を変えることにより電子的に像ブレ補正を行う場合なども同様な対応を行うことができ、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
103 像ブレ補正レンズ
118 カメラシステム制御部

Claims (10)

  1. 振れ検出信号に基づいて像ブレを補正する制御手段と、
    シェーディング補正の中心位置を決定する決定手段とを備え、
    前記決定手段は、撮影方向変更操作に応じた像ブレ補正量の制御の状態に応じて、前記シェーディング補正の中心位置の決定方法を変更する
    ことを特徴とする制御装置。
  2. 前記像ブレ補正量の制御は、前記像ブレ補正量に対してオフセットを加算する第1の制御または前記像ブレ補正量の算出用のフィルタのカットオフ周波数を変更する第2の制御である
    ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記制御手段は、補正手段を用いて光学的に像ブレを補正し、
    前記決定手段は、前記像ブレ補正量の制御として前記第1の制御が実行されている場合は、前記シェーディング補正の中心位置を像ブレ補正位置に追従させる
    ことを特徴とする請求項2に記載の制御装置。
  4. 前記決定手段は、前記像ブレ補正量の制御として前記第2の制御が実行されている場合は、前記シェーディング補正の中心位置を光軸中心に合わせる
    ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の制御装置。
  5. 前記決定手段は、
    前記像ブレ補正量の制御として前記第2の制御が実行されている場合に、前記フィルタのカットオフ周波数が所定値以上であるかを判断し、
    前記フィルタのカットオフ周波数が所定値以上である場合に、前記シェーディング補正の中心位置を光軸中心に合わせる
    ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の制御装置。
  6. 前記制御手段は、補正手段を用いて光学的に像ブレを補正し、
    前記決定手段は、
    前記像ブレ補正量の制御として前記第2の制御が実行されている場合に、前記フィルタのカットオフ周波数が所定値以上であるかを判断し、
    前記フィルタのカットオフ周波数が所定値未満である場合に、前記シェーディング補正の中心位置を前記像ブレ補正位置に追従させる
    ことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の制御装置。
  7. 撮影方向変更操作に応じた像ブレ補正量の制御は、パンニング操作時に像ブレ補正量を小さくするパン制御である
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の制御装置。
  8. 振れ検出信号に基づいて像ブレを補正する制御工程と、
    シェーディング補正の中心位置を決定する決定工程とを有し、
    前記決定工程では、撮影方向変更操作に応じた像ブレ補正量の制御の状態に応じて、前記シェーディング補正の中心位置の決定方法を変更する
    ことを特徴とする制御方法。
  9. 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の制御装置を備える光学機器。
  10. 請求項9に記載の光学機器として機能する撮像装置。
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