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JP2019161539A - Imaging device and control method thereof - Google Patents

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JP2019161539A
JP2019161539A JP2018048056A JP2018048056A JP2019161539A JP 2019161539 A JP2019161539 A JP 2019161539A JP 2018048056 A JP2018048056 A JP 2018048056A JP 2018048056 A JP2018048056 A JP 2018048056A JP 2019161539 A JP2019161539 A JP 2019161539A
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JP
Japan
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unit
image
absolute angle
angular velocity
angle value
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JP2018048056A
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Japanese (ja)
Inventor
伸茂 若松
Nobushige Wakamatsu
伸茂 若松
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

To reduce cost and power consumption at startup and also reduce startup time by estimating an absolute angle value of optical means on the basis of shake information.SOLUTION: A lens barrel 102 of an imaging device includes an imaging optical system and an imaging unit 205. The lens barrel 102 is tilted by a rotating unit 104 in a pitch direction, and the lens barrel 102 is panned by a rotating unit 105 in a yaw direction. The control unit 213 estimates an absolute angle value of the rotating unit 105 based on a mounting angle of an angular velocity meter 106 that is mounted to a fixing part 103 of the imaging device, on the basis of output of the angular velocity meter 106 and a motion vector of an imaged image obtained from an image processing unit 206. The control unit 213 calculates a correction amount on the basis of an estimated absolute angle value and the output of the angular velocity meter 106, thereby driving the rotating units 104, 105 and controlling image shake correction by an image deformation unit 208.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、振れ情報に基づく回転機構部の絶対角度値の検出技術に関する。   The present invention relates to a technique for detecting an absolute angle value of a rotation mechanism unit based on shake information.

撮像装置に搭載される像ブレ補正装置は、手振れ等を検出して像ブレ補正部を用いて像面上での画像の像ブレを抑制する。像ブレ補正方法には、レンズや撮像素子を光軸と垂直な平面上で移動させる方法や、撮像光学系と撮像素子を含む鏡筒を回転駆動する方法がある。動画撮影においては、撮像素子が出力する各撮影フレームの画像に発生する種々の像ブレを補正する方法として、撮影画像の画像変形量を算出して、これを打ち消すように画像を変形する電子式補正方法がある。   An image blur correction device mounted on an imaging apparatus detects camera shake or the like and suppresses image blur of an image on an image plane using an image blur correction unit. Image blur correction methods include a method of moving a lens and an image sensor on a plane perpendicular to the optical axis, and a method of rotationally driving a lens barrel including the image pickup optical system and the image sensor. In moving image shooting, as a method of correcting various image blurs that occur in the image of each shooting frame output by the image sensor, an electronic method that calculates the amount of image deformation of the shot image and deforms the image so as to cancel it. There is a correction method.

手振れ等の振動を検出するためには角速度センサ(ジャイロセンサ)が一般的に使用され、検出された角速度に基づいて像ブレ補正部が制御される。また、フレーム間の画像のブレを解析し、動きベクトルを算出する技術がある。画像領域を小さなブロックに分割し、ブロックごとに算出されるローカルな動きベクトルから、全体の動き量を表すグローバルな動きベクトルが算出される。被写体ブレによる手振れ以外の要素を除去可能である。   In order to detect vibration such as camera shake, an angular velocity sensor (gyro sensor) is generally used, and the image blur correction unit is controlled based on the detected angular velocity. There is also a technique for analyzing motion blur between frames and calculating a motion vector. An image region is divided into small blocks, and a global motion vector representing the entire amount of motion is calculated from local motion vectors calculated for each block. Elements other than camera shake due to subject blur can be removed.

特許文献1に開示の装置は、撮像光学系と撮像素子を含む鏡筒を保持する回動部と、鏡筒が少なくとも2軸方向に回動可能なように回動部を保持する本体部と、本体部に配設された3軸方向の回転振動を検出する振動検出部と、を備える。振動検出部による振動検出結果と、本体部と可動部との相対角度から振れ補正の目標値が算出され、目標値に応じて回転部が駆動されて像ブレ補正が行われる。   An apparatus disclosed in Patent Literature 1 includes a rotating unit that holds a lens barrel including an imaging optical system and an imaging element, and a main body unit that holds the rotating unit so that the lens barrel can rotate in at least two axial directions. And a vibration detection unit that detects rotational vibrations in the three-axis directions disposed in the main body unit. A target value for shake correction is calculated from the vibration detection result by the vibration detection unit and the relative angle between the main body part and the movable part, and the rotating part is driven according to the target value to perform image blur correction.

特開2008−116836号公報JP 2008-1116836 A

特許文献1のような、大きな角度変化が可能な回転機構部を用いて像ブレ補正を行う場合、本体部と可動部との正確な相対角度を検出する必要がある。つまり、本体部と可動部との相対角度値(回転部の絶対角度値)に基づいて、振動検出部の取り付け位置での各軸の振動出力を、回転機構部の駆動軸方向への出力に変換する、いわゆる回転軸変換が必要である。   When image blur correction is performed using a rotation mechanism that can change a large angle as in Patent Document 1, it is necessary to detect an accurate relative angle between the main body and the movable part. In other words, based on the relative angle value between the main body and the movable part (the absolute angle value of the rotating part), the vibration output of each axis at the attachment position of the vibration detecting part is output to the drive axis direction of the rotating mechanism part. A so-called rotation axis conversion to be converted is necessary.

回転部が外部から触れられない構成の場合、電源OFF時の回転位置をメモリに記憶しておき、電源ONの直後に回転位置を読み出す方法がある。しかし、回転部が外部から触れられる構成の場合、電源OFFの期間中に回転角度が変化することがあり得る。この場合には電源ONの直後に回転部の絶対角度値の検出が必要である。   In a configuration in which the rotating unit cannot be touched from the outside, there is a method in which the rotational position when the power is turned off is stored in a memory, and the rotational position is read immediately after the power is turned on. However, in the case where the rotating unit is configured to be touched from the outside, the rotation angle may change during the power-off period. In this case, it is necessary to detect the absolute angle value of the rotating part immediately after the power is turned on.

絶対角度値の検出に高分解能なエンコーダを用いる方法は、装置の大型化、消費電力やコストの増加等の問題がある。また、基準位置を検出するセンサを設け、電源投入後に回転機構部を駆動して基準位置を初期化動作で探す方法は、初期化動作による消費電力が増加し、起動時間がかかる。
本発明の目的は、振れ情報に基づいて光学手段の絶対角度値を推定することにより、コストや起動時の消費電力を低減し、起動時間を短縮することである。
The method using a high-resolution encoder for detecting the absolute angle value has problems such as an increase in the size of the apparatus and an increase in power consumption and cost. In addition, a method of providing a sensor for detecting the reference position and driving the rotation mechanism after the power is turned on to search for the reference position by the initialization operation increases power consumption due to the initialization operation and takes a startup time.
An object of the present invention is to estimate the absolute angle value of the optical means based on the shake information, thereby reducing cost and power consumption at startup and shortening startup time.

本発明の実施形態の装置は、撮像光学系を通して被写体を撮像する撮像素子を有する光学手段と、前記光学手段を固定部に対して回転させる回転駆動手段と、前記固定部に取り付けられて、角速度を検出する第1の検出手段と、前記撮像素子の出力から画像の動き量を検出する第2の検出手段と、前記第1および第2の検出手段の出力を用いて、前記第1の検出手段の取り付け角度を基準とした前記光学手段の絶対角度値を推定する推定手段と、前記第1の検出手段の出力と前記推定手段による絶対角度値を用いて前記回転駆動手段の制御を行う制御手段と、を備える。   An apparatus according to an embodiment of the present invention includes an optical unit having an image sensor that images a subject through an imaging optical system, a rotation driving unit that rotates the optical unit with respect to a fixed unit, and an angular velocity attached to the fixed unit. The first detection means using the outputs of the first detection means, the second detection means for detecting the amount of motion of the image from the output of the imaging device, and the outputs of the first and second detection means. Control means for estimating the absolute angle value of the optical means with reference to the mounting angle of the means, and control for controlling the rotation drive means using the output of the first detection means and the absolute angle value by the estimation means Means.

本発明によれば、振れ情報に基づいて光学手段の絶対角度値を推定することにより、コストや起動時の消費電力を低減し、起動時間を短縮することができる。   According to the present invention, by estimating the absolute angle value of the optical means based on the shake information, it is possible to reduce costs and power consumption at startup, and to shorten the startup time.

本実施形態に係る撮像装置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the imaging device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the imaging device which concerns on this embodiment. 本実施形態の絶対角度推定および像ブレ補正処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the absolute angle estimation of this embodiment, and an image blurring correction process. 本実施形態における像ブレ補正制御部のブロック図である。It is a block diagram of an image blur correction control unit in the present embodiment. 本実施形態における画像変形量算出部のブロック図である。It is a block diagram of the image deformation amount calculation part in this embodiment. 本実施形態における像ブレ補正処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the image blurring correction process in this embodiment. 図6に続く処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process following FIG. 本実施形態における回転軸変換の説明図である。It is explanatory drawing of the rotating shaft conversion in this embodiment. 本実施形態における絶対角度推定のブロック図である。It is a block diagram of absolute angle estimation in this embodiment. 本実施形態における画像の動きベクトルの検出範囲を示す図である。It is a figure which shows the detection range of the motion vector of the image in this embodiment.

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラに限らず、携帯電話、監視カメラ、Webカメラ等の撮像装置に適用可能である。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is applicable not only to digital cameras and digital video cameras but also to imaging devices such as mobile phones, surveillance cameras, and web cameras.

図1は、本実施形態に係る撮像装置の構成例を示す模式図である。図1(A)は、撮像装置101の主要な構成部を示す。撮像装置101は、ユーザが操作する電源スイッチ等の操作部材を備える。鏡筒102は、撮像光学系を構成する撮影レンズ群や絞り、撮像素子を備える光学ユニットであり、撮像装置101に取り付けられる。撮像装置101には、鏡筒102を固定部103に対して回転駆動させるための回転機構部が設けられている。角速度計106は撮像装置101の振れを検出する振れ検出部を構成し、撮像装置101の固定部103に実装される。図1(A)では角速度計106を固定部103の側面に取り付けた例を示すが、角速度計106を固定部103内部の回路基板に取り付けてもよい。角速度計106は固定部103への取り付け角度および位置を基準とする振れの角速度検出信号を出力する。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to the present embodiment. FIG. 1A illustrates main components of the imaging device 101. The imaging apparatus 101 includes an operation member such as a power switch operated by a user. The lens barrel 102 is an optical unit including a photographic lens group, an aperture, and an image sensor that constitute an image pickup optical system, and is attached to the image pickup apparatus 101. The imaging apparatus 101 is provided with a rotation mechanism unit for driving the lens barrel 102 to rotate with respect to the fixed unit 103. The angular velocity meter 106 constitutes a shake detection unit that detects the shake of the imaging device 101 and is mounted on the fixed unit 103 of the imaging device 101. Although FIG. 1A shows an example in which the angular velocity meter 106 is attached to the side surface of the fixed portion 103, the angular velocity meter 106 may be attached to a circuit board inside the fixed portion 103. The angular velocity meter 106 outputs a shake angular velocity detection signal based on the angle and position of attachment to the fixed portion 103.

図1(B)は、固定部103の基準位置での座標軸と方向の定義を説明する図である。X軸、Y軸、Z軸からなる3次元直交座標において、X軸を中心とする回転方向をピッチ方向とし、Y軸を中心とする回転方向をヨー方向とし、Z軸を中心とする回転方向をロール方向と定義する。角速度計106の取り付け位置、即ち固定部103における基準位置にて、図1(B)で定義される各軸方向の角速度が検出されるものとする。なお明細書中の記載を簡潔にするため、鏡筒102に駆動制御に関するパンニング方向をP方向と略記し、チルティング方向をT方向と略記する。   FIG. 1B is a diagram for explaining the definition of the coordinate axes and directions at the reference position of the fixing unit 103. In 3D Cartesian coordinates consisting of the X, Y, and Z axes, the rotation direction about the X axis is the pitch direction, the rotation direction about the Y axis is the yaw direction, and the rotation direction is about the Z axis Is defined as the roll direction. Assume that the angular velocities in the respective axial directions defined in FIG. 1B are detected at the mounting position of the angular velocity meter 106, that is, the reference position in the fixed portion 103. For the sake of brevity, the panning direction related to drive control is abbreviated as the P direction and the tilting direction is abbreviated as the T direction.

撮像装置101は複数のモータ駆動機構部を備える。第1のモータ駆動機構部104は、鏡筒102を、ピッチ方向に回転させるユニット(以下、チルト回転ユニットという)である。第2のモータ駆動機構部105は、鏡筒102をヨー方向に回転させるユニット(以下、パン回転ユニットという)である。チルト回転ユニット104とパン回転ユニット105によって鏡筒102が回転駆動され、図1(C)および(D)に示すように、撮像装置101の撮像方向、つまり撮像光学系の光軸108の方向が変更される。   The imaging device 101 includes a plurality of motor drive mechanisms. The first motor drive mechanism unit 104 is a unit (hereinafter referred to as a tilt rotation unit) that rotates the lens barrel 102 in the pitch direction. The second motor drive mechanism unit 105 is a unit that rotates the lens barrel 102 in the yaw direction (hereinafter referred to as a pan rotation unit). The lens barrel 102 is rotated by the tilt rotation unit 104 and the pan rotation unit 105, and as shown in FIGS. 1C and 1D, the imaging direction of the imaging apparatus 101, that is, the direction of the optical axis 108 of the imaging optical system is changed. Be changed.

図2は、本実施形態の像ブレ補正機能を有する撮像装置の構成を示すブロック図である。鏡筒102は、変倍を行うズームユニット201と、焦点調節を行うフォーカスユニット203と、撮像部205を備える。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus having an image blur correction function according to the present embodiment. The lens barrel 102 includes a zoom unit 201 that performs zooming, a focus unit 203 that performs focus adjustment, and an imaging unit 205.

ズーム駆動制御部202はズームユニット201を駆動制御する。フォーカス駆動制御部204はフォーカスユニット203を駆動制御する。各制御部202,204は制御部213からの制御指令にしたがって可動レンズの駆動制御を行う。   The zoom drive control unit 202 controls the drive of the zoom unit 201. The focus drive control unit 204 controls the drive of the focus unit 203. Each control unit 202, 204 performs drive control of the movable lens in accordance with a control command from the control unit 213.

撮像部205は撮像素子を備え、撮像光学系を通して入射する光を受光し、光電変換によって電気信号を出力する。撮像部205は撮像素子の受光量に応じた電荷の情報をアナログ画像信号として画像処理部206に出力する。   The imaging unit 205 includes an imaging device, receives light incident through the imaging optical system, and outputs an electrical signal by photoelectric conversion. The imaging unit 205 outputs charge information corresponding to the amount of light received by the imaging element to the image processing unit 206 as an analog image signal.

画像処理部206は撮像部205の出力信号を取得してA/D(アナログ/デジタル)変換を行い、デジタル画像データに対して所定の画像処理を行い、処理後のデジタル画像データを出力する。所定の画像処理とは、歪曲補正やホワイトバランス調整や色補間処理等である。画像処理部206は、撮像時刻の異なる複数の撮像画像データの比較により、被写体の動き量を表す動きベクトルを算出して制御部213に出力する。画像処理部206は、信号を所定の形式に準拠したビデオ信号(映像信号)に変換して画像メモリ207に記憶する。所定の形式とは、JPEG(Joint Photographic Experts Group)形式や、NTSC方式やPAL方式等のフォーマットである。   The image processing unit 206 acquires an output signal of the imaging unit 205, performs A / D (analog / digital) conversion, performs predetermined image processing on the digital image data, and outputs the processed digital image data. The predetermined image processing includes distortion correction, white balance adjustment, color interpolation processing, and the like. The image processing unit 206 calculates a motion vector representing the amount of motion of the subject by comparing a plurality of captured image data having different imaging times, and outputs the motion vector to the control unit 213. The image processing unit 206 converts the signal into a video signal (video signal) conforming to a predetermined format and stores it in the image memory 207. The predetermined format is a JPEG (Joint Photographic Experts Group) format, a format such as the NTSC format or the PAL format.

画像変形部208は、画像メモリ207から画像データを取得し、制御部213が算出した画像変形量に基づいて画像変形処理を行う。画像変形処理後の画像データは画像記録部209に出力され、不揮発性メモリ等の記録媒体に記録される。   The image deformation unit 208 acquires image data from the image memory 207 and performs image deformation processing based on the image deformation amount calculated by the control unit 213. The image data after the image transformation processing is output to the image recording unit 209 and recorded on a recording medium such as a nonvolatile memory.

制御部213はCPU(中央演算処理装置)を備え、撮像システム全体を制御する。鏡筒回転駆動部212は、制御部213の制御指令にしたがって、チルト回転ユニット104およびパン回転ユニット105を駆動する。これにより、鏡筒102はT方向とP方向に駆動される。   The control unit 213 includes a CPU (Central Processing Unit) and controls the entire imaging system. The lens barrel rotation drive unit 212 drives the tilt rotation unit 104 and the pan rotation unit 105 in accordance with a control command from the control unit 213. Thereby, the lens barrel 102 is driven in the T direction and the P direction.

装置揺れ検出部210は、撮像装置101の揺れを検出し、検出信号を制御部213に出力する。撮像装置101には3軸方向の角速度を検出する角速度計(ジャイロセンサ)106が搭載される。操作部211は、ユーザが撮像システムを操作するために、電源ボタンや撮像装置101の設定を変更するボタン等の操作部材を備える。ユーザが電源ボタンをON操作すると、撮像システム全体に電源が供給されて撮像装置101が起動する。   The apparatus shake detection unit 210 detects the shake of the imaging apparatus 101 and outputs a detection signal to the control unit 213. The imaging apparatus 101 is equipped with an angular velocity meter (gyro sensor) 106 that detects angular velocity in three axial directions. The operation unit 211 includes operation members such as a power button and a button for changing settings of the imaging apparatus 101 in order for the user to operate the imaging system. When the user turns on the power button, power is supplied to the entire imaging system and the imaging apparatus 101 is activated.

図3を参照して、本実施形態の処理について説明する。図3は、撮像装置の絶対角度推定処理および像ブレ補正処理を説明するフローチャートである。以下の処理は制御部213の備えるCPUが所定のプログラムを実行することにより実現される。操作部211の電源ボタンがON操作されると、撮像装置101が起動して以下の処理が開始する。   With reference to FIG. 3, the process of this embodiment is demonstrated. FIG. 3 is a flowchart for explaining the absolute angle estimation process and the image blur correction process of the imaging apparatus. The following processing is realized by the CPU included in the control unit 213 executing a predetermined program. When the power button of the operation unit 211 is turned on, the imaging apparatus 101 is activated and the following processing is started.

まずS301において制御部213は、固定部103に設置された角速度計106から、3軸の角速度出力を取得し、画像処理部206により算出された動きベクトルを取得する。次のS302で制御部213は、絶対角度推定が未完了であるか否かを判定する。絶対角度推定が未完了である場合、S303の処理に進み、S303乃至S310の処理にて絶対角度推定処理が行われる。またS302で絶対角度推定が完了している場合、S311に進み、像ブレ補正処理が所定のサンプリング周期で繰り返し実行される。   First, in step S <b> 301, the control unit 213 acquires a triaxial angular velocity output from the angular velocity meter 106 installed in the fixed unit 103 and acquires a motion vector calculated by the image processing unit 206. In next step S302, the control unit 213 determines whether or not the absolute angle estimation is incomplete. When the absolute angle estimation is not completed, the process proceeds to S303, and the absolute angle estimation process is performed in the processes from S303 to S310. When the absolute angle estimation is completed in S302, the process proceeds to S311 and the image blur correction process is repeatedly executed at a predetermined sampling period.

以下では、像ブレ補正処理を説明した後で絶対角度推定処理を説明する。図4は、像ブレ補正におけるP方向およびT方向の回転補正量と、電子式振れ補正量を算出するための構成を示すブロック図である。角速度計106は、角速度検出信号を振れ補正角度算出部502、変換部503、画像変形量算出部509に出力する。   Hereinafter, after describing the image blur correction process, the absolute angle estimation process will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration for calculating rotation correction amounts in the P direction and T direction and electronic shake correction amounts in image blur correction. The angular velocity meter 106 outputs the angular velocity detection signal to the shake correction angle calculation unit 502, the conversion unit 503, and the image deformation amount calculation unit 509.

チルト回転ユニット104とパン回転ユニット105には、エンコーダがそれぞれ設置されており、回転角度が取得される。パンニングおよびチルティング制御に用いられる各ユニットの現在位置情報501は、変換部503と画像変形量算出部509に送られる。   The tilt rotation unit 104 and the pan rotation unit 105 are respectively provided with encoders, and the rotation angle is acquired. Current position information 501 of each unit used for panning and tilting control is sent to the conversion unit 503 and the image deformation amount calculation unit 509.

P方向の振れ補正角度算出部502は角速度計106から角速度検出信号を取得し、P方向の振れ角度を算出して加算器505に出力する。加算器505は、操作部211により手動操作で行われるP方向の角度変更指示に対応する目標角度と、振れ補正角度算出部502の出力とを加算して、加算結果を鏡筒回転駆動部212内のパン回転部507に出力する。   The P-direction shake correction angle calculation unit 502 acquires an angular velocity detection signal from the angular velocity meter 106, calculates the P-direction shake angle, and outputs it to the adder 505. The adder 505 adds the target angle corresponding to the angle change instruction in the P direction manually performed by the operation unit 211 and the output of the shake correction angle calculation unit 502, and adds the addition result to the lens barrel rotation driving unit 212. To the pan rotation unit 507.

変換部503は、角速度計106からの角速度検出信号と、現在位置情報501を取得して後述の変換処理を実行する。T方向の振れ補正角度算出部504は変換部503の出力を取得し、T方向の振れ角度を算出して加算器506に出力する。加算器506は、操作部211により手動操作で行われるT方向の角度変更指示に対応する目標角度と、振れ補正角度算出部504の出力とを加算して、加算結果を鏡筒回転駆動部212内のチルト回転部508に出力する。   The conversion unit 503 acquires the angular velocity detection signal from the angular velocity meter 106 and the current position information 501 and executes a conversion process described later. The shake correction angle calculation unit 504 in the T direction acquires the output of the conversion unit 503, calculates the shake angle in the T direction, and outputs it to the adder 506. The adder 506 adds the target angle corresponding to the angle change instruction in the T direction that is manually operated by the operation unit 211 and the output of the shake correction angle calculation unit 504, and adds the addition result to the lens barrel rotation driving unit 212. To the tilt rotation unit 508.

画像変形量算出部509は、角速度計106からの角速度検出信号と、現在位置情報501を取得し、画像変形量を算出して画像変形部208に出力する。図5は、画像変形量算出部509の構成を示すブロック図である。画像変形量算出部509は、現在位置情報501に対する微分器601,602と、回転軸変換部603,604と、減算器605乃至607を備える。画像変形量算出部509は、各減算器の出力から並進補正量、あおり補正量、回転補正量を算出する補正量算出部608乃至612と、画像変形量合成部613を備える。画像変形量合成部613は、各補正量算出部の出力を取得して合成した画像変形量を、画像変形部208に出力する。図4および図5に示す各部が行う処理の詳細については後述する。   The image deformation amount calculation unit 509 acquires the angular velocity detection signal from the angular velocity meter 106 and the current position information 501, calculates the image deformation amount, and outputs the image deformation amount to the image deformation unit 208. FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the image deformation amount calculation unit 509. The image deformation amount calculation unit 509 includes differentiators 601 and 602 for the current position information 501, rotation axis conversion units 603 and 604, and subtractors 605 to 607. The image deformation amount calculation unit 509 includes correction amount calculation units 608 to 612 that calculate a translation correction amount, a tilt correction amount, and a rotation correction amount from the output of each subtractor, and an image deformation amount synthesis unit 613. The image deformation amount synthesizing unit 613 acquires the output of each correction amount calculation unit and outputs the combined image deformation amount to the image deformation unit 208. Details of processing performed by each unit shown in FIGS. 4 and 5 will be described later.

図6および図7は、図3のS311に示す像ブレ補正処理を説明するフローチャートである。像ブレ補正処理が開始すると、まず図6のS401において、固定部103に設置された角速度計106から、3軸の角速度出力を取り込む処理が行われて、S402に進む。S402で鏡筒回転駆動部212は、チルト回転ユニット104とパン回転ユニット105にそれぞれ設置されたエンコーダから、パンニングおよびチルティング制御における現在位置情報501を取得する。現在位置情報501として、チルト回転ユニット104とパン回転ユニット105の現在の角度値が取得される。   6 and 7 are flowcharts for explaining the image blur correction process shown in S311 of FIG. When the image blur correction process is started, first, in S401 of FIG. 6, a process of taking the triaxial angular velocity output from the angular velocity meter 106 installed in the fixed unit 103 is performed, and the process proceeds to S402. In S <b> 402, the lens barrel rotation driving unit 212 acquires current position information 501 in panning and tilting control from encoders installed in the tilt rotation unit 104 and the pan rotation unit 105, respectively. As the current position information 501, current angle values of the tilt rotation unit 104 and the pan rotation unit 105 are acquired.

S403で振れ補正角度算出部502は、ヨー方向の角速度出力からP方向の振れ補正の目標角度を算出する。角速度計106(図1参照)は固定部103に実装されており、パン回転ユニット105の回転軸と、角速度計106のヨー方向の回転軸とは一致している。よって振れ補正角度算出部502は、角速度計106が出力するヨー角速度に対し、ハイパスフィルタ(以下、HPFと記す)で低周波数成分をカットした後に積分処理を行い、角度に変換する。これにより、P方向の振れ補正角度が算出され、パン回転ユニット105の回転駆動によってP方向の振れ補正が行われる。鏡筒回転駆動部212のパン回転部507は、パン回転ユニット105を回転軸に関して回転させる駆動部である。パン回転部507の目標角度を算出するために、S403では角速度計106のヨー角速度出力のみから振れ補正の目標角度が算出された後、S404の処理に進む。   In step S403, the shake correction angle calculation unit 502 calculates a target angle for shake correction in the P direction from the angular velocity output in the yaw direction. The angular velocity meter 106 (see FIG. 1) is mounted on the fixed portion 103, and the rotation axis of the pan rotation unit 105 coincides with the rotation axis of the angular velocity meter 106 in the yaw direction. Therefore, the shake correction angle calculation unit 502 performs integration processing after converting a low frequency component with respect to the yaw angular velocity output from the angular velocity meter 106 with a high-pass filter (hereinafter referred to as HPF), and converts the yaw angular velocity into an angle. Thereby, the shake correction angle in the P direction is calculated, and the shake correction in the P direction is performed by the rotational drive of the pan rotation unit 105. The pan rotation unit 507 of the lens barrel rotation drive unit 212 is a drive unit that rotates the pan rotation unit 105 about the rotation axis. In order to calculate the target angle of the pan rotation unit 507, in S403, the shake correction target angle is calculated only from the yaw angular velocity output of the angular velocity meter 106, and then the process proceeds to S404.

S404では、角速度計106のピッチ方向の角速度出力およびロール方向の角速度出力と、S402で取得された現在位置情報501(P方向の角度情報)に基づいて、振れ補正角度算出部504がT方向の振れ補正の目標角度を算出する。角速度計106が固定部103に実装されているので、パン回転ユニット105の回転角度によって、T方向の振れ補正を行うための補正量が変化する。   In S404, based on the angular velocity output in the pitch direction and the angular velocity output in the roll direction of the angular velocity meter 106, and the current position information 501 (angle information in the P direction) acquired in S402, the shake correction angle calculation unit 504 performs the T direction correction. A target angle for shake correction is calculated. Since the angular velocity meter 106 is mounted on the fixed unit 103, the correction amount for performing shake correction in the T direction varies depending on the rotation angle of the pan rotation unit 105.

図1(A)は、P方向の回転位置が正位置、つまりX軸が光軸108に対して常に垂直方向に位置する場合を示す。この場合、T方向の振れ補正を行うことができるチルト回転ユニット104の軸は、図1(B)のピッチ軸と一致するので、ピッチ方向の角速度出力のみから、T方向の振れ補正目標角度が算出される。また、P方向の回転角度が正位置から90度回転した位置、つまりZ軸が光軸108に対して常に垂直方向に位置する場合を想定する。この場合、チルト回転ユニット104の軸は、図1(B)のロール軸と一致するので、ロール方向の角速度出力のみから、T方向の振れ補正目標角度が算出される。パン回転ユニット105の回転角度に対応する位置が図1(A)に示す正位置と、90度の回転位置との間にある場合、図4の変換部503は回転角度に基づいて、ピッチ方向の角速度出力とロール方向の角速度出力とを合成する。変換部503はチルト回転ユニット104における軸への回転方向変換を行って、T方向の角速度を算出する。具体的には、変換部503内で用いる計算式は、式(1)で表される。   FIG. 1A shows a case where the rotational position in the P direction is the positive position, that is, the X axis is always positioned perpendicular to the optical axis 108. In this case, since the axis of the tilt rotation unit 104 capable of performing the shake correction in the T direction coincides with the pitch axis in FIG. 1B, the shake correction target angle in the T direction is determined from only the angular velocity output in the pitch direction. Calculated. Further, it is assumed that the rotation angle in the P direction is rotated by 90 degrees from the normal position, that is, the Z axis is always located in the vertical direction with respect to the optical axis 108. In this case, since the axis of the tilt rotation unit 104 coincides with the roll axis of FIG. 1B, the shake correction target angle in the T direction is calculated only from the angular velocity output in the roll direction. When the position corresponding to the rotation angle of the pan rotation unit 105 is between the normal position shown in FIG. 1A and the rotation position of 90 degrees, the conversion unit 503 in FIG. 4 determines the pitch direction based on the rotation angle. Are combined with the angular velocity output in the roll direction. The conversion unit 503 performs rotation direction conversion to the axis in the tilt rotation unit 104 and calculates an angular velocity in the T direction. Specifically, the calculation formula used in the conversion unit 503 is expressed by Formula (1).

Figure 2019161539
式(1)中の記号の意味は、以下のとおりである。
Wtl:T方向の角速度
Wx:角速度計106のピッチ方向の角速度
Wz:角速度計106のロール方向の角速度
θpa:P方向の回転角度。
Figure 2019161539
The meanings of the symbols in the formula (1) are as follows.
Wtl: Angular velocity in the T direction Wx: Angular velocity in the pitch direction of the angular velocity meter 106 Wz: Angular velocity in the roll direction of the angular velocity meter 106 θpa: Rotational angle in the P direction.

以上のように算出されたT方向の角速度Wtlは、振れ補正角度算出部504が取得し、T方向の振れ補正目標角度を算出する。つまりT方向の角速度Wtlは、HPFで低周波数成分がカットされた後で積分処理によって角度に変換される。このT方向の振れ補正角度に基づいて、チルト回転部508の回転駆動によって像ブレ補正が行われる。鏡筒回転駆動部212のチルト回転部508は、チルト回転ユニット104を回転軸に関して回転させる駆動部である。   The shake correction angle calculation unit 504 acquires the angular velocity Wtl in the T direction calculated as described above, and calculates the shake correction target angle in the T direction. That is, the angular velocity Wtl in the T direction is converted into an angle by an integration process after the low frequency component is cut by the HPF. Based on the shake correction angle in the T direction, image blur correction is performed by rotational driving of the tilt rotation unit 508. The tilt rotation unit 508 of the lens barrel rotation drive unit 212 is a drive unit that rotates the tilt rotation unit 104 about the rotation axis.

S404の次にS405へ進む。S405からS412までの処理は、画像変形による電子式像ブレ補正を行うために、画像変形量算出部509が行う処理である。画像変形量算出部509は、撮像面上の振れ残り角度と、撮像光学系の焦点距離とを用いて画像変形量を算出する。画像変形部208は射影変換等の幾何学変換を用いて画像変形処理を行うことで電子式像ブレ補正を行う。   After S404, the process proceeds to S405. The processing from S405 to S412 is processing performed by the image deformation amount calculation unit 509 in order to perform electronic image blur correction by image deformation. The image deformation amount calculation unit 509 calculates the image deformation amount using the remaining shake angle on the imaging surface and the focal length of the imaging optical system. The image deforming unit 208 performs electronic image blur correction by performing image deformation processing using geometric transformation such as projective transformation.

S405では、固定部103に取り付けられた角速度計106による、3軸の角速度出力に対して、撮像素子を含む鏡筒102上の軸に回転変換した角速度が算出される。図8を参照して具体的に説明する。図8(A)は、撮像装置の固定部103に対する軸の定義を説明する図である。X軸を中心とするピッチ方向の角速度をWxと表記し、Y軸を中心とするヨー方向の角速度をWyと表記する。Z軸を中心とするロール方向の角速度をWzと表記する。   In S405, the angular velocity obtained by rotationally converting the three-axis angular velocity output from the angular velocity meter 106 attached to the fixed unit 103 to the axis on the lens barrel 102 including the image sensor is calculated. This will be specifically described with reference to FIG. FIG. 8A is a diagram illustrating the definition of the axis for the fixed unit 103 of the imaging apparatus. The angular velocity in the pitch direction around the X axis is denoted as Wx, and the angular velocity in the yaw direction around the Y axis is denoted as Wy. The angular velocity in the roll direction around the Z axis is denoted as Wz.

図8(B)は、回転部である鏡筒102に対する軸の定義を説明する図である。X軸、Y軸、Z軸に対してそれぞれ回転された軸をX’、Y’、Z’と表記する。X’軸に対する回転方向の角速度をWx’と表記し、Y’軸に対する回転方向の角速度をWy’と表記する、Z’軸に対する回転方向の角速度をWz’と表記する。また、Y軸をZ軸側に傾けたY’軸の角度をθx、Z軸をX軸側に傾けたZ’軸の角度をθy、X軸をY軸側に傾けたX’軸の角度をθzと表記する。θx、θy、θzはそれぞれ、固定部103と回転部(鏡筒102)との差分の角度を表す。本実施形態ではT方向とP方向の2軸での駆動が行われるので、θzは常にゼロとなる。   FIG. 8B is a diagram for explaining the definition of the axis with respect to the lens barrel 102 which is a rotating part. The axes rotated with respect to the X axis, the Y axis, and the Z axis are denoted as X ′, Y ′, and Z ′, respectively. The angular velocity in the rotational direction with respect to the X ′ axis is denoted as Wx ′, the angular velocity in the rotational direction with respect to the Y ′ axis is denoted as Wy ′, and the angular velocity in the rotational direction with respect to the Z ′ axis is denoted as Wz ′. Also, the angle of the Y ′ axis when the Y axis is tilted toward the Z axis is θx, the angle of the Z ′ axis when the Z axis is tilted toward the X axis is θy, and the angle of the X ′ axis when the X axis is tilted toward the Y axis Is expressed as θz. θx, θy, and θz each represent an angle of difference between the fixed portion 103 and the rotating portion (lens barrel 102). In this embodiment, since driving is performed with two axes in the T direction and the P direction, θz is always zero.

ここで、3次元空間でのX軸、Y軸、Z軸の回りの回転行列は、下記式(2)から(4)で表すことができる。

Figure 2019161539
Here, the rotation matrix around the X-axis, Y-axis, and Z-axis in the three-dimensional space can be expressed by the following equations (2) to (4).
Figure 2019161539

回転軸変換部604は、鏡筒102の回転角度分に応じて、固定部103に配置された角速度計106の出力を、撮像面基準の軸定義による角速度に変換する。固定部103に配置された角速度計106が検出できるのは、X軸回りの角速度Wxと、Y軸回りの角速度Wyと、Z軸回りの角速度Wzである。固定部103の角速度Wを下記式(5)の列ベクトルで表し、回転後の鏡筒102の角速度W’を下記式(6)の列ベクトルで表す。WをW’に変換するために、下記式(7)が用いられる。

Figure 2019161539
The rotation axis conversion unit 604 converts the output of the angular velocity meter 106 disposed in the fixed unit 103 into an angular velocity based on the imaging surface reference axis definition according to the rotation angle of the lens barrel 102. The angular velocity meter 106 arranged in the fixed portion 103 can detect an angular velocity Wx around the X axis, an angular velocity Wy around the Y axis, and an angular velocity Wz around the Z axis. The angular velocity W of the fixed portion 103 is represented by a column vector of the following equation (5), and the angular velocity W ′ of the lens barrel 102 after rotation is represented by a column vector of the following equation (6). In order to convert W to W ′, the following equation (7) is used.
Figure 2019161539

以上の方法により、回転軸変換部604は、固定部103にて検出された3軸の角速度とパンニング角度/チルティング角度から、回転部である鏡筒102の3軸の角速度(PitchIm、YawIm,RollImと記す)に変換する。   With the above method, the rotation axis conversion unit 604 determines the three axis angular velocities (PitchIm, YawIm, RollIm).

次にS406では、P方向とT方向の現在位置情報501の微分処理が実行される。微分器601は現在のチルト角度を微分処理することで、チルト角速度(TiltSpd)を算出する。微分器602は現在のパン角度を微分処理することで、パン角速度(PanSpd)を算出する。S407では、パン角速度とチルト角度とから、鏡筒102の軸におけるメカ補正角速度に変換するために、回転軸変換部603が回転軸の変換を行う。   Next, in S406, differentiation processing of the current position information 501 in the P direction and the T direction is executed. The differentiator 601 calculates a tilt angular velocity (TiltSpd) by differentiating the current tilt angle. The differentiator 602 calculates a pan angular velocity (PanSpd) by differentiating the current pan angle. In step S407, the rotation axis conversion unit 603 converts the rotation axis in order to convert the pan angular velocity and the tilt angle into a mechanical correction angular velocity in the axis of the lens barrel 102.

パン角速度(PanSpd)をWpaと表記し、チルト回転角度をθtlと表記する。撮像面基準の軸定義によるYaw角速度(YawPn)をWyaと表記し、ロール方向の角速度(RollPn)をWrlと表記する。チルト回転角度θtlを考慮して、WpaをWya、Wrlに変換する処理が行われる。このとき、チルト回転軸は、撮像面上のピッチ回転軸と一致するので、ピッチ回転軸は無視してよい。よって、変換式は下記式(8)になる。

Figure 2019161539
The pan angular velocity (PanSpd) is expressed as Wpa, and the tilt rotation angle is expressed as θtl. The Yaw angular velocity (YawPn) based on the imaging surface reference axis definition is expressed as Wya, and the angular velocity in the roll direction (RollPn) is expressed as Wrl. In consideration of the tilt rotation angle θtl, processing for converting Wpa to Wya and Wrl is performed. At this time, since the tilt rotation axis coincides with the pitch rotation axis on the imaging surface, the pitch rotation axis may be ignored. Therefore, the conversion formula is the following formula (8).
Figure 2019161539

次にS408で、チルト回転ユニット104の駆動角速度(PitchTlt)が算出される。T方向の駆動に関して像面上での方向の影響は変わらない(常に縦ブレへの影響)ので、メカ補正ピッチ角速度であるPitchTltとしては、チルト角速度(TiltSpd)がそのまま設定されて、S409へ進む。   Next, in S408, the drive angular velocity (PitchTlt) of the tilt rotation unit 104 is calculated. Since the influence of the direction on the image plane with respect to the driving in the T direction is not changed (always affecting the vertical blur), the tilt angular speed (TiltSpd) is set as it is as PitchTlt which is the mechanical correction pitch angular speed, and the process proceeds to S409. .

S409では、回転軸変換部604の出力(PitchIm、YawIm,RollIm)から、微分器601と回転軸変換部603の各出力が減算される。減算器605は、回転軸変換部604の出力するPitchImから、微分器601の出力するメカ補正角速度PitchTltを減算する。減算器606は、回転軸変換部604の出力するYawImから、回転軸変換部603の出力するメカ補正角速度YawPnを減算する。減算器607は、回転軸変換部604の出力するRollImから、回転軸変換部603の出力するメカ補正角速度RollPnを減算する。減算器605,606,607は、メカ補正残り角速度(PitchErr,YawErr,RollErrと記す)をそれぞれ算出する。   In S409, each output of the differentiator 601 and the rotation axis conversion unit 603 is subtracted from the output (PitchIm, YawIm, RollIm) of the rotation axis conversion unit 604. The subtractor 605 subtracts the mechanical correction angular velocity PitchTlt output from the differentiator 601 from PitchIm output from the rotation axis converter 604. The subtractor 606 subtracts the mechanical correction angular velocity YawPn output from the rotation axis conversion unit 603 from YawIm output from the rotation axis conversion unit 604. The subtractor 607 subtracts the mechanical correction angular velocity RollPn output from the rotation axis conversion unit 603 from RollIm output from the rotation axis conversion unit 604. Subtractors 605, 606, and 607 calculate mechanical correction remaining angular velocities (denoted as PitchErr, YawErr, and RollErr), respectively.

図7のS410では、ピッチ補正残り角速度(PitchErr)と焦点距離に基づいて、縦並進補正量と縦あおり補正量が算出される。縦並進補正量算出部608はPitchErrを取得して、縦並進補正量を算出する。PitchErrはHPFにより、角速度データに含まれる低周波数成分が遮断されることで、高周波数帯域の信号が出力される。撮像光学系の焦点距離fは、ズームユニット201のエンコーダの出力から算出される。HPFの出力は積分器で角度に変換され、さらに焦点距離fを乗算することで縦並進補正量が算出される。縦並進補正量算出部608は算出した縦並進補正量を、画像変形量合成部613に出力する。   In S410 of FIG. 7, the vertical translation correction amount and the vertical tilt correction amount are calculated based on the pitch correction remaining angular velocity (PitchErr) and the focal length. The vertical translation correction amount calculation unit 608 acquires PitchErr and calculates the vertical translation correction amount. PitchErr outputs a signal in a high frequency band by blocking low frequency components included in angular velocity data by HPF. The focal length f of the imaging optical system is calculated from the output of the encoder of the zoom unit 201. The output of the HPF is converted into an angle by an integrator, and the longitudinal translation correction amount is calculated by further multiplying by the focal length f. The vertical translation correction amount calculation unit 608 outputs the calculated vertical translation correction amount to the image deformation amount synthesis unit 613.

縦あおり補正量算出部609はPitchErrを取得して、縦あおり補正量を算出する。PitchErrはHPFにより、角速度データに含まれる低周波数成分が遮断されることで、高周波数帯域の信号が出力される。HPFの出力は積分器で角度に変換され、さらに焦点距離fで除算することで縦あおり補正量が算出される。縦あおり補正量算出部609は算出した縦あおり補正量を、画像変形量合成部613に出力する。   The vertical tilt correction amount calculation unit 609 acquires PitchErr and calculates the vertical tilt correction amount. PitchErr outputs a signal in a high frequency band by blocking low frequency components included in angular velocity data by HPF. The HPF output is converted into an angle by an integrator, and further divided by the focal length f to calculate a vertical tilt correction amount. The vertical tilt correction amount calculation unit 609 outputs the calculated vertical tilt correction amount to the image deformation amount synthesis unit 613.

縦並進補正量および縦あおり補正量の算出後、S411に進む。S411では、ヨー補正残り角速度(YawErr)と焦点距離に基づいて、横並進補正量と横あおり補正量が算出される。横並進補正量算出部610はYawErrを取得して、横並進補正量を算出する。横あおり補正量算出部611はYawErrを取得して、横あおり補正量を算出する。横並進補正量および横あおり補正量の算出方法については、入力がYawErrであること以外、縦並進補正量および縦あおり補正量の算出方法と同様であるので、それらの詳細な説明を省略する。   After calculating the vertical translation correction amount and the vertical tilt correction amount, the process proceeds to S411. In S411, the lateral translation correction amount and the lateral tilt correction amount are calculated based on the yaw correction remaining angular velocity (YawErr) and the focal length. The lateral translation correction amount calculation unit 610 acquires YawErr and calculates the lateral translation correction amount. The lateral tilt correction amount calculation unit 611 acquires YawErr and calculates the lateral tilt correction amount. Since the calculation method of the horizontal translation correction amount and the horizontal tilt correction amount is the same as the calculation method of the vertical translation correction amount and the vertical tilt correction amount except that the input is YawErr, detailed description thereof will be omitted.

横並進補正量および横あおり補正量の算出後、S412に進む。S412で回転補正量算出部612は、ロール補正残り角速度(RollErr)から回転補正量を算出する。RollErrはHPFにより、角速度データに含まれる低周波数成分が遮断された後、積分器により角度に変換される。回転補正量算出部612は算出した回転補正量を、画像変形量合成部613に出力する。   After calculating the lateral translation correction amount and the lateral tilt correction amount, the process proceeds to S412. In S412, the rotation correction amount calculation unit 612 calculates the rotation correction amount from the roll correction remaining angular velocity (RollErr). RollErr is converted into an angle by an integrator after a low frequency component included in the angular velocity data is cut off by HPF. The rotation correction amount calculation unit 612 outputs the calculated rotation correction amount to the image deformation amount synthesis unit 613.

S413で画像変形量合成部613は、補正量算出部608乃至612の各出力を取得して画像変形量の合成を行う。並進補正量、あおり補正量、回転補正量を合成する演算が行われる。画像変形量合成部613は、算出した射影変換行列の各要素の値を、画像変形部208へ出力する。そしてS414に進み、画像変形部208は、画像変形量合成部613の出力に基づいて画像変形処理を行う。これにより、電子式像ブレ補正が行われ、S415に進む。   In step S413, the image deformation amount combining unit 613 acquires the outputs of the correction amount calculation units 608 to 612 and combines the image deformation amounts. An operation for synthesizing the translation correction amount, the tilt correction amount, and the rotation correction amount is performed. The image deformation amount combining unit 613 outputs the value of each element of the calculated projective transformation matrix to the image deformation unit 208. In step S414, the image deformation unit 208 performs image deformation processing based on the output of the image deformation amount combining unit 613. Thereby, electronic image blur correction is performed, and the process proceeds to S415.

S415で制御部213は、ユーザが操作部211を使用して、手動操作によりP方向またはT方向への角度変更指示を行ったかどうかを判定する。例えば、ユーザは撮像装置101に設けられた専用の操作部材を用いて、目標角度を設定することができる。操作部材として、P方向に関連する右回転および左回転と、T方向に関連する上回転および下回転が可能な操作ボタンが使用される。操作ボタンが押されている操作時間によって、目標角度が設定される。例えば、所定の閾値時間Tが経過する毎に目標角度にα度を加算していく設定方法が挙げられるが、他の設定方法でもよい。または、撮像装置101と相互に通信可能な外部デバイスにおける操作指示によって、撮像装置101へ目標角度が通知されることで目標角度が設定される。   In step S415, the control unit 213 determines whether the user has used the operation unit 211 to instruct an angle change in the P direction or the T direction by manual operation. For example, the user can set the target angle using a dedicated operation member provided in the imaging apparatus 101. As the operation member, an operation button capable of rotating right and left related to the P direction and rotating upward and downward related to the T direction is used. The target angle is set according to the operation time during which the operation button is pressed. For example, there is a setting method in which α degrees is added to the target angle every time a predetermined threshold time T elapses, but other setting methods may be used. Alternatively, the target angle is set by notifying the imaging device 101 of the target angle by an operation instruction in an external device that can communicate with the imaging device 101.

S415にて角度変更指示が行われたと判定された場合、S416に進む。S415にて角度変更指示が行われていないと判定された場合には、目標角度として前回の値が保持された後、S417に進む。S416で制御部213は、手動操作によって設定された目標角度を設定した後、S417に進む。   If it is determined in S415 that an angle change instruction has been issued, the process proceeds to S416. If it is determined in S415 that no angle change instruction has been issued, the previous value is held as the target angle, and the process proceeds to S417. In step S416, the control unit 213 sets the target angle set by manual operation, and then proceeds to step S417.

S417で制御部213は、パンニング制御とチルティング制御に係る最終的な目標角度を算出する。S403、S404でそれぞれ算出されたパン振れ補正目標角度とチルト振れ補正目標角度、およびS416で設定された手動目標角度から、最終的な目標角度が算出される。最終的な目標角度は、鏡筒回転駆動部212のパン回転部507に指示するためのP方向の目標角度、および鏡筒回転駆動部212のチルト回転部508に指示するためのT方向の目標角度である。P方向の目標角度については、振れ補正角度算出部502の出力と、操作部211からのP方向の手動目標角度とを加算器505が加算して算出する。またT方向の目標角度については、振れ補正角度算出部504の出力と、操作部211からのT方向の手動目標角度とを加算器506が加算して算出する。   In S417, the control unit 213 calculates a final target angle related to panning control and tilting control. The final target angle is calculated from the pan shake correction target angle and tilt shake correction target angle calculated in S403 and S404, respectively, and the manual target angle set in S416. The final target angle is a target angle in the P direction for instructing the pan rotation unit 507 of the lens barrel rotation driving unit 212, and a target in the T direction for instructing the tilt rotation unit 508 of the lens barrel rotation driving unit 212. Is an angle. The target angle in the P direction is calculated by the adder 505 adding the output of the shake correction angle calculation unit 502 and the manual target angle in the P direction from the operation unit 211. The target angle in the T direction is calculated by adding the output from the shake correction angle calculation unit 504 and the manual target angle in the T direction from the operation unit 211 by the adder 506.

S418ではパンニングとチルティングの駆動が行われる。S417で算出されたP方向の目標角度、T方向の目標角度はそれぞれ、パン回転部507、チルト回転部508へ出力される。各方向の振れ補正が行われ、サブルーチンを終了する。この処理は所定のサンプリング周期で実行される。   In S418, panning and tilting are driven. The target angle in the P direction and the target angle in the T direction calculated in S417 are output to the pan rotation unit 507 and the tilt rotation unit 508, respectively. The shake correction in each direction is performed, and the subroutine ends. This process is executed at a predetermined sampling period.

固定部103に設けられた角速度計106の出力に基づいて、パン回転部507、チルト回転部508による機械式像ブレ補正(メカ補正)と、撮像面上でのブレ量に基づく電子式像ブレ補正が行われる。各補正を行うためには、正確なチルト絶対角度とパン絶対角度の検出情報(現在位置情報501)が必要である。   Based on the output of the angular velocity meter 106 provided in the fixed unit 103, mechanical image blur correction (mechanical correction) by the pan rotation unit 507 and tilt rotation unit 508, and electronic image blur based on the blur amount on the imaging surface. Correction is performed. In order to perform each correction, accurate tilt absolute angle and pan absolute angle detection information (current position information 501) is required.

例えば、絶対角度検出法には以下の方法がある。
(A)高分解能の検出が可能なエンコーダを用いる方法。
この方法は、サイズや消費電力の増加の他、高価であることが問題である。
(B)フォトインタラプタ等を基準位置に設け、電源投入後にパンニングやチルティングの駆動を行い、基準位置を探す方法。
基準位置の探索は初期化動作として行われ、制御部はフォトインタラプタ等による検出信号を取得し、探索した位置を基準位置として設定する。しかし、この方法では、初期化動作による消費電力の増加や、リセットモーションの動作時間がかかること等が問題である。
For example, the absolute angle detection method includes the following methods.
(A) A method using an encoder capable of high-resolution detection.
This method has a problem that it is expensive in addition to an increase in size and power consumption.
(B) A method in which a photo interrupter or the like is provided at a reference position, and after the power is turned on, panning and tilting are driven to search for the reference position.
The search for the reference position is performed as an initialization operation, and the control unit acquires a detection signal from a photo interrupter or the like, and sets the searched position as the reference position. However, in this method, there are problems such as an increase in power consumption due to the initialization operation and an operation time for the reset motion.

本実施形態は、絶対角度検出用のセンサを追加することなく、また、電源投入時に大きなリセットモーションの動作を必要とすることなく、絶対角度値を推定する処理を行う。図9は、P方向の絶対角度値の推定処理を行う構成例を示すブロック図である。図9に示す推定演算部803は、角速度計106の取り付け角度を基準とした鏡筒102の絶対角度値を推定する。鏡筒102はパン回転ユニット105により回転駆動されるため、パン回転ユニット105の絶対角度値を推定してもよい。推定演算部803は、角速度計106の出力と、画像の動きベクトル801と、撮像光学系の焦点距離802と、T方向の絶対角度807の値を取得し、P方向の絶対角度806の値を推定する。推定演算部803は、撮像面上でのブレ角速度を算出する算出部804と、カルマンフィルタ805を有する。カルマンフィルタ805は算出部804の出力とT方向の絶対角度807の値に基づいて、P方向の絶対角度806の推定値を算出する。   In the present embodiment, processing for estimating the absolute angle value is performed without adding an absolute angle detection sensor and without requiring a large reset motion operation when the power is turned on. FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example for performing the process of estimating the absolute angle value in the P direction. The estimation calculation unit 803 shown in FIG. 9 estimates the absolute angle value of the lens barrel 102 based on the mounting angle of the angular velocity meter 106. Since the lens barrel 102 is rotationally driven by the pan rotation unit 105, the absolute angle value of the pan rotation unit 105 may be estimated. The estimation calculation unit 803 obtains the output of the angular velocity meter 106, the image motion vector 801, the focal length 802 of the imaging optical system, and the value of the absolute angle 807 in the T direction, and the value of the absolute angle 806 in the P direction. presume. The estimation calculation unit 803 includes a calculation unit 804 that calculates a blur angular velocity on the imaging surface, and a Kalman filter 805. The Kalman filter 805 calculates an estimated value of the absolute angle 806 in the P direction based on the output of the calculation unit 804 and the value of the absolute angle 807 in the T direction.

ここで、T方向の角度については絶対角度値が検出できる構成を有するものとする。例えば前記(B)の方法が用いられ、起動時にT方向のリセット駆動が行われて基準位置が探索される。多くの場合、チルト角度の可動範囲はパン角度の可動範囲よりも大きくない構成が採用される。例えば、チルト角度が−20度から+90度の範囲であるのに対して、パン角度の可動範囲は、−180度から+180度の範囲である。T方向の可動範囲が狭い分、大きな角度変化のリセット動作を行う必要がないので、初期化動作の消費電力が少なくて済む。また、T方向に駆動される可動部は、P方向に駆動される可動部に比べて質量が大きくないので、駆動時の消費電力が少ないという有利な点もある。   Here, the angle in the T direction has a configuration capable of detecting an absolute angle value. For example, the method (B) is used, and the reference position is searched by performing reset driving in the T direction at the time of activation. In many cases, a configuration is adopted in which the movable range of the tilt angle is not larger than the movable range of the pan angle. For example, while the tilt angle is in the range of −20 degrees to +90 degrees, the movable range of the pan angle is in the range of −180 degrees to +180 degrees. Since the movable range in the T direction is narrow, it is not necessary to perform a reset operation with a large angle change, so that the power consumption of the initialization operation can be reduced. Further, the movable part driven in the T direction has an advantage that the power consumption during driving is small because the mass is not large compared to the movable part driven in the P direction.

T方向に駆動される可動部については、ユーザが外部から触れることができないように、例えばガラス等のカバー部材で覆われる構成とする。絶対角度値の検出では、電源遮断時の絶対角度値がEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の不揮発性メモリの記憶領域に書き込まれて保持される。電源投入時には、記憶領域から絶対角度値を読み込んで使用することで、リセット動作を行わなくても、起動直後に絶対角度値の検出が可能である。   About the movable part driven to a T direction, it is set as the structure covered with cover members, such as glass, so that a user cannot touch from the outside. In the detection of the absolute angle value, the absolute angle value when the power is shut off is written and held in a storage area of a nonvolatile memory such as an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory). When the power is turned on, the absolute angle value is read from the storage area and used, so that the absolute angle value can be detected immediately after startup without performing a reset operation.

一方、P方向に駆動される可動部については、可動範囲を、例えば−180度〜+180度のように大きくした場合、ユーザが触れられない機構的構成にすることは難しい。また電源OFF時に、ユーザが手動操作でパン角度を回転させる可能性や、ユーザが意図せず可動部に触れたために、角度がずれてしまうことも起こりうる。例えば、P方向の駆動にて前記(B)の方法を採用した場合を想定する。この場合、可動範囲が大きいとリセット動作時に大きな角度変更が必要になり、初期化動作に時間がかかる。起動時間や駆動時の消費電力の増加の他、起動ごとに大きなリセットモーションが行われることによる、見栄えへの影響が懸念される。以下に、T方向の絶対角度値を即座に検出可能であって、P方向の絶対角度値を推定する方法について詳説する。   On the other hand, when the movable range of the movable portion driven in the P direction is increased to, for example, −180 degrees to +180 degrees, it is difficult to make a mechanical configuration that the user cannot touch. In addition, when the power is turned off, the user may manually rotate the pan angle, or the angle may be shifted because the user unintentionally touched the movable part. For example, it is assumed that the method (B) is adopted in driving in the P direction. In this case, if the movable range is large, a large angle change is required during the reset operation, and the initialization operation takes time. In addition to the increase in power consumption during start-up and driving, there is a concern about the effect on appearance due to a large reset motion being performed at each start-up. In the following, a method for estimating the absolute angle value in the P direction in which the absolute angle value in the T direction can be detected immediately will be described in detail.

固定部103に設けられた角速度計106の出力である3軸角速度と、可動部である鏡筒(撮像面上)での3軸の角速度との関係は、上記式(7)のように表される。撮像面上でのブレ量に相当する鏡筒102の角速度W’の算出方法について説明する。撮像部205は被写体からの反射光を電気信号に光電変換することで画像信号を取得し、画像信号はデジタル信号に変換される。画像処理部206は、あらかじめ記憶されている過去(例えば1フレーム前)の画像データと現在の画像データ、すなわち連続する2つの画像データを比較することで、画像の相対的なズレ情報から動きベクトルを算出する。   The relationship between the triaxial angular velocity that is the output of the angular velocity meter 106 provided in the fixed portion 103 and the triaxial angular velocity in the lens barrel (on the imaging surface) that is the movable portion is expressed by the above equation (7). Is done. A method of calculating the angular velocity W ′ of the lens barrel 102 corresponding to the blur amount on the imaging surface will be described. The imaging unit 205 acquires an image signal by photoelectrically converting reflected light from the subject into an electric signal, and the image signal is converted into a digital signal. The image processing unit 206 compares the past image data (for example, one frame before) stored in advance with the current image data, that is, two consecutive image data, thereby calculating the motion vector from the relative displacement information of the image. Is calculated.

図9の算出部804は、動きベクトルの出力である像面速度を、下記式(9)により、撮像面上でのブレ角速度に変換する。並進方向の動きベクトルに関して、撮像面における縦方向のブレ速度をVxと表記し、横方向のブレ速度をVyと表記する。VxとVyと撮像光学系の焦点距離fによって、撮像面上でのブレ角速度への換算を行うことができる。

Figure 2019161539
式(9)中のarctan()は逆正接関数である。なお、回転方向におけるWz’のベクトルを検出することも可能であるが、本実施形態では演算負荷を低減するため、並進方向の動きベクトルの検出値のみを用いて、P方向の角度値が推定される。 The calculation unit 804 in FIG. 9 converts the image plane velocity, which is the output of the motion vector, into a blur angular velocity on the imaging surface by the following equation (9). Regarding the motion vector in the translation direction, the vertical blur speed on the imaging surface is denoted as Vx, and the horizontal blur speed is denoted as Vy. Conversion to the blur angular velocity on the imaging surface can be performed by Vx, Vy, and the focal length f of the imaging optical system.
Figure 2019161539
Arctan () in equation (9) is an arctangent function. Although it is possible to detect the vector of Wz ′ in the rotation direction, in this embodiment, in order to reduce the calculation load, the angle value in the P direction is estimated using only the detected motion vector value in the translation direction. Is done.

図10は、撮像画像内で動きベクトルの検出を行う際の検出範囲を例示する図である。撮像画像901の内、範囲902は絶対角度値の推定処理中における動きベクトルの検出範囲を示す。このように、検出範囲902は画像中心付近に制限されており、画像中心部から離れた場所での動きベクトルは使用しない。その理由は、撮像面上におけるロール方向のブレによる影響をできるだけ抑制するためであり、当該ブレの発生に伴う、縦横の並進ブレ出力への、出力誤差の影響を低減することができる。   FIG. 10 is a diagram illustrating a detection range when detecting a motion vector in a captured image. Of the captured image 901, a range 902 indicates a motion vector detection range during the absolute angle value estimation process. Thus, the detection range 902 is limited to the vicinity of the center of the image, and a motion vector at a location away from the center of the image is not used. The reason is to suppress as much as possible the influence of the blur in the roll direction on the imaging surface, and the influence of the output error on the vertical and horizontal translational shake output due to the occurrence of the shake can be reduced.

式(7)から、Wx’とWy’は以下の式となる。

Figure 2019161539
From Expression (7), Wx ′ and Wy ′ are as follows.
Figure 2019161539

上記のとおり、T方向の角度については絶対角度値の検出が可能であるので、sinθxとcosθxは既知である。このことから、式(10)および(11)は式(12)で表すことができる。

Figure 2019161539
As described above, since the absolute angle value can be detected for the angle in the T direction, sin θx and cos θx are known. From this, the expressions (10) and (11) can be expressed by the expression (12).
Figure 2019161539

式(12)から、以下の状態方程式が導出される。

Figure 2019161539
式(13)乃至(16)中のkは離散時間を表す。εは推定パラメータの変動成分を表すシステムノイズパラメータであり、ωは観測ノイズパラメータである。 From equation (12), the following equation of state is derived.
Figure 2019161539
K in the equations (13) to (16) represents discrete time. ε is a system noise parameter representing a fluctuation component of the estimation parameter, and ω is an observation noise parameter.

式(13)乃至(16)より、状態変数として表される推定パラメータである、cosθyとsinθyは、観測量である動きベクトル出力データWx’、Wy’と、チルト角度θxと、角速度出力Wx、Wzから推定できる。推定されたcosθyとsinθyから、P方向の絶対角度であるθyが導出される。   From equations (13) to (16), cos θy and sin θy, which are estimation parameters represented as state variables, are motion vector output data Wx ′ and Wy ′ that are observation quantities, a tilt angle θx, an angular velocity output Wx, It can be estimated from Wz. From the estimated cos θy and sin θy, θy that is an absolute angle in the P direction is derived.

式(16)について、カルマンフィルタ805(図9)を用いてx(k)を推定するフィルタリングステップは、以下の通りである。
・ステップ1:カルマンゲインの算出

Figure 2019161539
For equation (16), the filtering step for estimating x (k) using the Kalman filter 805 (FIG. 9) is as follows.
・ Step 1: Calculation of Kalman gain
Figure 2019161539

・ステップ2:推定パラメータの算出

Figure 2019161539
Step 2: Calculation of estimated parameters
Figure 2019161539

・ステップ3:推定誤差分散の算出

Figure 2019161539
Step 3: Calculation of estimated error variance
Figure 2019161539

上式(17)乃至(19)にて、離散時間kはフィルタリングのステップ数に相当する。Kはカルマンゲイン、Pは推定誤差共分散行列である。σωは観測ノイズ分散(スカラー量)であり、Rεは推定パラメータの変動を考慮したシステムパラメータである。推定誤差共分散行列Pについては、その初期値が適切な設計値として与えられるものとする。あまりにも大きな値を初期値に設定すると、推定結果が発散してしまうので、観測ノイズに応じてチューニングが必要である。 In the above equations (17) to (19), the discrete time k corresponds to the number of filtering steps. K is the Kalman gain, and P is the estimated error covariance matrix. σ ω is the observation noise variance (scalar amount), and R ε is a system parameter that takes into account fluctuations in the estimated parameter. The estimated error covariance matrix P is assumed to have an initial value given as an appropriate design value. If an excessively large value is set as the initial value, the estimation result diverges and tuning is necessary according to the observation noise.

一方、カルマンフィルタ805では、ステップ3の式(19)において推定誤差分散値も同時に計算される。これは、ある時刻jにおける推定結果x(j)がk=0からk=jまででどれだけばらついているかを示す指標となる値であり、その時刻jにおける推定パラメータxの信頼度に相当する値になると考えられる。したがって、起動後に推定誤差分散値が所定の値に落ち着いたときに、P方向の絶対角度値の推定が完了したものと判定される。像ブレ補正のための絶対角度値が設定された後、推定処理によって得られた絶対角度値を基準として、パンニング動作の駆動角度を更新する処理が行われる。   On the other hand, in the Kalman filter 805, the estimated error variance value is also calculated at the same time in the equation (19) in step 3. This is a value serving as an index indicating how much the estimation result x (j) at a certain time j varies from k = 0 to k = j, and corresponds to the reliability of the estimation parameter x at that time j. Value. Therefore, when the estimated error variance value has settled to a predetermined value after activation, it is determined that the estimation of the absolute angle value in the P direction has been completed. After the absolute angle value for image blur correction is set, processing for updating the driving angle of the panning operation is performed with reference to the absolute angle value obtained by the estimation processing.

カルマンフィルタを用いる絶対角度値の推定方法の他には、逐次最小二乗法を用いる推定方法がある。ただし、逐次最小二乗法は観測ノイズやシステムノイズ(推定パラメータ変動成分)を考慮しないため、フィルタリングのロバスト性が低く、またパラメータの変動には適応できない。そのため、実際の設計ではカルマンフィルタを用いることが望ましい。   In addition to the absolute angle value estimation method using a Kalman filter, there is an estimation method using a sequential least square method. However, since the successive least squares method does not consider observation noise or system noise (estimated parameter fluctuation component), the robustness of filtering is low and it cannot be adapted to parameter fluctuation. Therefore, it is desirable to use a Kalman filter in actual design.

また、絶対角度値の推定期間、つまり、推定誤差分散値が所定の閾値以下になり、P方向の絶対角度値の推定が完了したと判定される時点までの間は、パンニングやチルティングの駆動が停止される。その理由は、推定期間中にθyが変動することにより、カルマンフィルタ805の演算が不安定になってしまうことを防止するためである。推定誤差分散値が所定の閾値以下になって、P方向の絶対角度値の推定が完了したと判定された時点で、絶対角度検出のための基準値が設定され、その後にパンニングやチルティングの駆動が許可される。   In addition, during the absolute angle value estimation period, that is, until the time point when the estimated error variance value is equal to or less than a predetermined threshold value and it is determined that the estimation of the absolute angle value in the P direction is completed, the driving of panning and tilting is performed. Is stopped. The reason is to prevent the calculation of the Kalman filter 805 from becoming unstable due to the fluctuation of θy during the estimation period. When it is determined that the estimation of the absolute angle value in the P direction is completed when the estimated error variance value is equal to or less than a predetermined threshold, a reference value for absolute angle detection is set, and then panning or tilting is performed. Driving is allowed.

以上のように、カルマンフィルタ805を用いてP方向の絶対角度806の値を推定可能である。ただし、この推定には、動きベクトルと角速度計の各出力を用いるので、出力がゼロである場合や、実際のブレ量が動きベクトルと角速度計出力の各センサノイズ以下である場合には、正しい推定結果が得られない。そこで、角速度計出力が所定の閾値以上である場合のみ、カルマンフィルタ805によるP方向の絶対角度値の推定処理が行われる。   As described above, the value of the absolute angle 806 in the P direction can be estimated using the Kalman filter 805. However, since this estimation uses each output of the motion vector and angular velocity meter, it is correct if the output is zero or if the actual blur amount is less than each sensor noise of the motion vector and angular velocity meter output. The estimation result cannot be obtained. Therefore, only when the output of the angular velocity meter is equal to or greater than a predetermined threshold, the estimation process of the absolute angle value in the P direction by the Kalman filter 805 is performed.

次に図3のS303乃至S310に示す処理について説明する。上記のとおり、撮像装置のブレ量がある程度大きくないと、絶対角度値の推定を高い精度で行うことができない。S303で制御部213は、角速度計106から出力される角速度値を第1の閾値と比較する。第1の閾値をGs1と表記する。角速度値がGs1以上であるか否かが判定され、Gs1より小さい場合、S301に戻り、絶対角度値の推定処理は行われない。撮像装置の振れが非常に小さい場合には、像ブレ補正を行う必要がないので、絶対角度値の推定は不要である。   Next, the processing shown in S303 to S310 in FIG. 3 will be described. As described above, the absolute angle value cannot be estimated with high accuracy unless the blur amount of the imaging apparatus is large to some extent. In S303, the control unit 213 compares the angular velocity value output from the angular velocity meter 106 with the first threshold value. The first threshold is denoted as Gs1. It is determined whether or not the angular velocity value is equal to or greater than Gs1, and if it is smaller than Gs1, the process returns to S301, and the absolute angle value estimation process is not performed. When the shake of the image pickup apparatus is very small, it is not necessary to perform image blur correction, and thus it is not necessary to estimate the absolute angle value.

S303で角速度値が第1の閾値以上(Gs1以上)である場合、S304の処理に進む。S304で制御部213は、角速度計106から出力される角速度値を、第2の閾値と比較する。第2の閾値をGs2と表記する。Gs2はGs1よりも大きい値であり、動きベクトルが検出可能であるブレ量に基づいて設定される。動きベクトルはフレーム間での画像データの差分から、像面ブレ量として検出されるので、検出可能な最大値が決まっている。また、動きベクトル検出のサンプリングについてもフレームレートに依存することから、無暗に高速にすることはできない。大きなブレ量や高周波振動の場合には、動きベクトルの検出精度が低下する可能性がある。そこで、動きベクトルによる像面ブレ量の検出精度が確保される閾値としてGs2が設定される。角速度値がGs2以下である場合に絶対角度値の推定処理が実行され、Gs2より大きい場合に絶対角度値の推定処理は行われない。   If the angular velocity value is greater than or equal to the first threshold (Gs1 or greater) in S303, the process proceeds to S304. In step S304, the control unit 213 compares the angular velocity value output from the angular velocity meter 106 with a second threshold value. The second threshold is denoted as Gs2. Gs2 is a value larger than Gs1, and is set based on the amount of blur in which the motion vector can be detected. Since the motion vector is detected as an image plane blurring amount from the difference in image data between frames, the maximum value that can be detected is determined. In addition, since the sampling for motion vector detection also depends on the frame rate, it cannot be made dark and fast. In the case of a large amount of shake or high-frequency vibration, the motion vector detection accuracy may be reduced. Therefore, Gs2 is set as a threshold value that ensures the detection accuracy of the image plane blur amount based on the motion vector. When the angular velocity value is equal to or smaller than Gs2, the absolute angle value estimation process is executed. When the angular velocity value is larger than Gs2, the absolute angle value estimation process is not performed.

S304で角速度値が第2の閾値以下(Gs2以下)である場合、S305に進み、角速度値が第2の閾値より大きい場合、S308に進む。S305で制御部213はパンニングおよびチルティングを停止させる。そしてS306では、式(9)乃至(19)を用いて説明したように、絶対角度値の推定処理が実行される。   If the angular velocity value is less than or equal to the second threshold (Gs2 or less) in S304, the process proceeds to S305, and if the angular velocity value is greater than the second threshold, the process proceeds to S308. In step S305, the control unit 213 stops panning and tilting. In step S306, as described using the equations (9) to (19), an absolute angle value estimation process is executed.

S306において動きベクトルが取得できない場合には、絶対角度値の推定処理は実行されない。例えばコントラストの低い被写体が撮像されている場合や、一方向にグラデーションがかかった被写体が撮像されている場合には、動きベクトルの検出精度が十分でない可能性がある。このため、制御部213は動きベクトルの信頼性が低いと判定し、絶対角度値の推定処理を行わない。   When the motion vector cannot be acquired in S306, the absolute angle value estimation process is not executed. For example, when a subject with low contrast is captured, or when a subject with gradation in one direction is captured, the motion vector detection accuracy may not be sufficient. For this reason, the control unit 213 determines that the motion vector has low reliability, and does not perform the absolute angle value estimation process.

S307で制御部213は絶対角度値の推定の完了について判定を行う。推定誤差分散値が所定の閾値以下となり、絶対角度値の推定が完了したと判定された場合、S310に進む。また推定誤差分散値が所定の閾値より大きく、絶対角度値の推定が未完了であると判定された場合、S308に進む。例えば、動きベクトルの信頼性が低い状態が長時間に亘って継続すると、絶対角度値の推定処理が行われない時間が長くなる。そのときには、推定誤差分散値が所定の閾値以下ではなく、絶対角度値の推定は完了していないと判定されるので、S308に進むことになる。   In step S307, the control unit 213 determines whether the absolute angle value has been estimated. When it is determined that the estimated error variance value is equal to or smaller than the predetermined threshold value and the estimation of the absolute angle value is completed, the process proceeds to S310. If it is determined that the estimated error variance value is larger than the predetermined threshold value and the absolute angle value estimation is incomplete, the process proceeds to S308. For example, if the state where the reliability of the motion vector is low continues for a long time, the time during which the absolute angle value estimation process is not performed becomes long. At that time, since it is determined that the estimated error variance value is not less than the predetermined threshold value and the estimation of the absolute angle value is not completed, the process proceeds to S308.

S308で制御部213は、所定のカウンタの計数値が閾値に到達したか否かを判定する。この計数値は、絶対角度値の推定が行えない時間に相当する。S308の処理に入った回数が計数され、計数値が所定の閾値になった場合、S309に進む。また、計数値が所定の閾値未満である場合にはS301に戻って処理を続行する。S309では、P方向の角度の基準位置を探索する初期化動作が行われた後、S310に進む。   In step S308, the control unit 213 determines whether the count value of the predetermined counter has reached a threshold value. This count value corresponds to a time during which the absolute angle value cannot be estimated. The number of times of entering the processing of S308 is counted, and when the counted value reaches a predetermined threshold, the process proceeds to S309. If the count value is less than the predetermined threshold value, the process returns to S301 and continues. In S309, after the initialization operation for searching for the reference position of the angle in the P direction is performed, the process proceeds to S310.

S310で制御部213は、絶対角度値の推定を完了したことをフラグ等に設定した後、S301に処理を戻す。次回のS302においては、絶対角度値の推定が完了しているので、S302からS311に進み、その後には像ブレ補正処理が繰り返し実行される。   In S310, the control unit 213 sets the flag or the like that the estimation of the absolute angle value is completed, and then returns the process to S301. In the next S302, since the estimation of the absolute angle value has been completed, the process proceeds from S302 to S311 and thereafter the image blur correction process is repeatedly executed.

本実施形態では、パンニングおよびチルティングの駆動を行う回転機構部を備える撮像装置において、電源投入後に、角速度計の出力と動きベクトルとT方向の絶対角度値を用いてP方向の絶対角度値を推定する。推定された絶対角度値に基づいて像ブレ補正が行われる。これにより、電源投入時に大きなリセットモーションでの初期化動作を常に行う必要はなくなる。コストやサイズ、消費電力を抑制しつつ、絶対角度値を算出し、電源投入時点から即座に像ブレ補正を行うことができる。   In the present embodiment, in an imaging apparatus including a rotation mechanism unit that drives panning and tilting, the absolute angle value in the P direction is calculated using the output of the angular velocity meter, the motion vector, and the absolute angle value in the T direction after the power is turned on. presume. Image blur correction is performed based on the estimated absolute angle value. This eliminates the need to always perform an initialization operation with a large reset motion when the power is turned on. An absolute angle value can be calculated while suppressing cost, size, and power consumption, and image blur correction can be performed immediately after the power is turned on.

また本実施形態では、角速度計により検出される振れ量が所定範囲内であるか否かを判定し、振れ量が所定範囲内である場合に絶対角度値の推定処理を実行する。絶対角度値の推定処理が所定時間以内に完了しない場合には、基準位置を探索する初期化動作によって絶対角度が検出される。動きベクトルの検出が困難であって絶対角度値の推定が難しい場合には、回転機構部の駆動によってリセット位置が検出された後に像ブレ補正が行われる。撮像装置の状態や撮影状況等に応じて、適切な絶対位置検出方法が自動的に選択される。   Further, in the present embodiment, it is determined whether or not the shake amount detected by the angular velocity meter is within a predetermined range, and when the shake amount is within the predetermined range, an absolute angle value estimation process is executed. If the absolute angle value estimation process is not completed within a predetermined time, the absolute angle is detected by the initialization operation for searching for the reference position. When it is difficult to detect the motion vector and it is difficult to estimate the absolute angle value, image blur correction is performed after the reset position is detected by driving the rotation mechanism unit. An appropriate absolute position detection method is automatically selected according to the state of the imaging device, the shooting situation, and the like.

鏡筒の角度変更が可能な撮像装置において、絶対角度値の検出用部品の追加や、モーションの大きなリセット動作を行うことなく、絶対角度値を推定することができる。本実施形態によれば、コスト低減効果、起動時の消費電力の低減効果、起動時間の短縮効果が得られる。   In an imaging device capable of changing the angle of the lens barrel, the absolute angle value can be estimated without adding an absolute angle value detection component or performing a large motion reset operation. According to the present embodiment, a cost reduction effect, a power consumption reduction effect at startup, and a startup time reduction effect can be obtained.

102 鏡筒
104,105 回転ユニット
106 角速度計
206 画像処理部
208 画像変形部
213 制御部

DESCRIPTION OF SYMBOLS 102 Lens barrel 104,105 Rotation unit 106 Angular velocity meter 206 Image processing part 208 Image deformation part 213 Control part

Claims (11)

撮像光学系を通して被写体を撮像する撮像素子を有する光学手段と、
前記光学手段を固定部に対して回転させる回転駆動手段と、
前記固定部に取り付けられて、角速度を検出する第1の検出手段と、
前記撮像素子の出力から画像の動き量を検出する第2の検出手段と、
前記第1および第2の検出手段の出力を用いて、前記第1の検出手段の取り付け角度を基準とした前記光学手段の絶対角度値を推定する推定手段と、
前記第1の検出手段の出力と前記推定手段による絶対角度値を用いて前記回転駆動手段の制御を行う制御手段と、を備える
ことを特徴とする撮像装置。
Optical means having an image sensor for imaging a subject through an imaging optical system;
Rotation driving means for rotating the optical means with respect to the fixed portion;
First detection means attached to the fixed portion for detecting angular velocity;
Second detection means for detecting the amount of motion of the image from the output of the image sensor;
Estimating means for estimating an absolute angle value of the optical means with reference to an attachment angle of the first detecting means, using outputs of the first and second detecting means;
An imaging apparatus comprising: control means for controlling the rotation driving means using an output of the first detection means and an absolute angle value by the estimation means.
前記制御手段は、前記第1の検出手段の出力と前記推定手段による絶対角度値から像ブレ補正の補正量を算出して前記回転駆動手段を制御することにより像ブレ補正を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The control unit performs image blur correction by calculating a correction amount of image blur correction from an output of the first detection unit and an absolute angle value by the estimation unit and controlling the rotation driving unit. The imaging device according to claim 1.
前記制御手段は、前記第1の検出手段の出力と前記推定手段による絶対角度値から像ブレ補正の補正量を算出して画像処理によって像ブレ補正を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
2. The image blur correction according to claim 1, wherein the control unit calculates an image blur correction amount from an output of the first detection unit and an absolute angle value by the estimation unit, and performs image blur correction by image processing. Imaging device.
前記推定手段が絶対角度値の推定を行っている間、前記制御手段は前記回転駆動手段の制御を停止させる
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。
4. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the control unit stops the control of the rotation driving unit while the estimation unit estimates the absolute angle value. 5.
前記回転駆動手段は、前記光学手段の可動部を、複数の回転軸を中心に回転させる複数の駆動手段を備え、
前記推定手段は、前記複数の回転軸のうち、いずれかの回転軸を中心とする絶対角度値を推定する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。
The rotation driving means comprises a plurality of driving means for rotating the movable part of the optical means around a plurality of rotation axes,
The imaging device according to any one of claims 1 to 4, wherein the estimation unit estimates an absolute angle value centered on one of the plurality of rotation axes.
前記駆動手段の基準位置を検出する第3の検出手段をさらに備え、
前記推定手段が絶対角度値の推定を開始した時点から、あらかじめ定められた時間が経過しても前記絶対角度値の推定が終了しない場合、前記制御手段は、前記駆動手段の基準位置を探索する動作を制御し、当該動作にて前記第3の検出手段が前記基準位置を検出して検出信号を前記制御手段に出力する
ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
Further comprising third detection means for detecting a reference position of the drive means;
If the estimation of the absolute angle value does not end even after a predetermined time has elapsed from the time when the estimation unit starts estimating the absolute angle value, the control unit searches for a reference position of the drive unit. The imaging apparatus according to claim 5, wherein an operation is controlled, and the third detection unit detects the reference position in the operation and outputs a detection signal to the control unit.
前記第2の検出手段は、前記推定手段が絶対角度値の推定処理を実行している間、撮像画像の中心部を含む検出範囲での動き量を検出する
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。
The second detection unit detects a motion amount in a detection range including a center portion of a captured image while the estimation unit performs an absolute angle value estimation process. The imaging device according to any one of 6.
前記推定手段はカルマンフィルタまたは逐次最小二乗法により推定処理を行い、推定誤差の分散値が閾値以下になった場合に推定処理を終了する
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。
8. The method according to claim 1, wherein the estimation unit performs an estimation process using a Kalman filter or a sequential least square method, and terminates the estimation process when a variance value of an estimation error is equal to or less than a threshold value. The imaging device described.
前記第3の検出手段は、前記複数の駆動手段のうち、第1の駆動手段の基準位置を検出し、
前記制御手段は前記第1の駆動手段の基準位置を探索する動作を制御し、当該動作にて前記第3の検出手段が前記基準位置を検出し、
前記推定手段は、前記複数の駆動手段のうち、第2の駆動手段の回転軸を中心とする絶対角度値を推定する
ことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
The third detecting means detects a reference position of the first driving means among the plurality of driving means,
The control unit controls an operation of searching for a reference position of the first driving unit, and the third detection unit detects the reference position in the operation,
The imaging apparatus according to claim 6, wherein the estimation unit estimates an absolute angle value centered on a rotation axis of the second drive unit among the plurality of drive units.
前記第1の駆動手段により駆動される可動部の可動範囲は、前記第2の駆動手段により駆動される可動部の可動範囲よりも狭い
ことを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 9, wherein a movable range of the movable part driven by the first driving unit is narrower than a movable range of the movable part driven by the second driving unit.
撮像光学系を通して被写体を撮像する撮像素子を有する光学手段と、前記光学手段を固定部に対して回転させる回転駆動手段を備える撮像装置にて実行される制御方法であって、
前記固定部に取り付けられた第1の検出手段によって角速度を検出し、第2の検出手段によって、前記撮像素子の出力から画像の動き量を検出する工程と、
前記第1および第2の検出手段の出力を用いて、前記第1の検出手段の取り付け角度を基準とした前記光学手段の絶対角度値を推定する工程と、
前記第1の検出手段の出力と前記絶対角度値を用いて前記回転駆動手段の制御を行う工程と、を有する
ことを特徴とする撮像装置の制御方法。
A control method executed by an image pickup apparatus including an optical unit having an image pickup element that picks up an image of a subject through an image pickup optical system, and a rotation driving unit that rotates the optical unit with respect to a fixed unit,
Detecting an angular velocity by a first detection means attached to the fixed portion, and detecting a motion amount of an image from an output of the image sensor by a second detection means;
Using the outputs of the first and second detection means to estimate an absolute angle value of the optical means relative to the mounting angle of the first detection means;
And a step of controlling the rotation driving means using the output of the first detection means and the absolute angle value.
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