CN101753845B - 摄像设备 - Google Patents

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Abstract

一种摄像设备，包括：抖动检测器，用于检测施加于摄像设备的抖动；滤波器单元，其具有可变的截止频率，用于对抖动检测器的输出进行频带限制；矢量检测器，用于检测摄像面上的运动矢量；第一积分单元，用于对矢量检测器的输出进行积分；抖动校正单元，用于基于滤波器单元的输出和矢量检测器的输出来校正图像抖动；以及控制单元，用于当基于抖动检测器的输出所获得的信号超过预定值或者基于矢量检测器的输出所获得的信号超过预定值时，增大滤波器单元的截止频率。

Description

摄像设备
技术领域
本发明涉及一种摄像机等的摄像设备，该摄像设备具有用于光学校正由照相机抖动所引起的抖动以防止由摄像设备拍摄的图像模糊的功能。
背景技术
在摄像机等的摄像设备中，已在自动曝光(AE)和自动调焦(AF)等许多方面实现了自动化和多功能化，从而可以容易地进行良好的摄像。
近年来，随着摄像设备的小型化和光学系统的高倍率化，施加于摄像设备的抖动已成为使所拍摄图像的质量下降的主要原因。已提出了各种图像稳定(照相机抖动校正)功能来改善由施加于摄像设备的抖动引起的所拍摄图像的图像模糊。将这种图像稳定功能装载在摄像设备上，从而可以容易地进行更好的摄像。
具有图像稳定功能的摄像设备的例子为具有图6所示的结构的照相机。
在具有图像稳定功能的摄像设备200中，角速度传感器201被安装至摄像设备主体，并检测施加于摄像设备200的抖动作为角速度。直流(DC)截止滤波器(cut filter)202滤去从角速度传感器201输出的角速度信号的DC成分，并仅使交流(AC)成分即振动成分通过。
放大器203对已通过DC截止滤波器202的角速度信号进行放大以使其具有适当的灵敏度，并输出放大后的角速度信号。模拟-数字(A/D)转换器204对从放大器203输出的角速度信号进行数字化，并输出数字化后的角速度信号。
中央处理单元(CPU)223例如用作高通滤波器(high passfilter，HPF)205、积分器206、平移/倾斜(pan/tilt)判断单元222、控制滤波器208、脉冲宽度调制单元209、焦距校正单元207和运动矢量处理单元221。
HPF 205具有用于改变任意频带中的截止频率特性的功能，并且滤去从A/D转换器204输出的数字化角速度信号(角速度数据)中所包括的低频成分，并且输出该角速度数据。积分器206具有用于改变任意频带中的频率特性的功能，并且对从HPF205输出的角速度数据进行积分，并且输出积分的结果作为角位移数据。
焦距校正单元207从变焦编码器217获取当前变焦位置信息，根据该信息计算焦距，并且根据与焦距有关的信息和上述角位移数据计算校正光学系统212的驱动量(基于陀螺仪的校正数据(gyro-based correction data))，其中，变焦编码器217用于检测进行变焦和调焦动作的摄像光学系统213的变焦位置。
在使用振动陀螺仪等的角速度传感器201中，角速度检测特性在1Hz或更小的低频率下劣化。因此，在该低频带中，校正误差的影响变得显著。结果，不能充分校正低频带中的未被校正的图像抖动，并且图像质量下降。
摄像设备200还包括除用于检测角速度以外还用于检测所拍摄图像的剩余图像抖动的单元，即运动矢量检测单元220，其中运动矢量检测单元220检测低频带中的剩余图像抖动，并且校正该剩余图像抖动，从而如下所述提高校正性能。
运动矢量检测单元220基于由信号处理单元219生成的视频信号中所包括的亮度信号，根据与由摄像设备200中的图像传感器218获得的所拍摄图像有关的信息来检测图像的运动矢量。信号处理单元219生成符合例如国家电视系统委员会(nationaltelevision system committee，NTSC)格式的视频信号。运动矢量处理单元221将由运动矢量检测单元220检测到的运动矢量转换成校正光学系统212的驱动量(基于矢量的校正数据)。
基于矢量的校正数据是用于校正低频带中的剩余图像抖动的信号。将基于矢量的校正数据与上述基于陀螺仪的校正数据相加得到校正光学系统212的最终驱动量(最终校正数据)，以在从低频带到高频带的整个频带中进行抖动校正。
将最终校正数据和通过在A/D转换器216中对用于检测校正光学系统212的位置的位置检测传感器214的输出进行数字化所获得的值(位置检测数据)之间的差输入至控制滤波器208。脉冲宽度调制单元209将控制滤波器208的输出转换成脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)信号，并且输出该PWM信号。
电动机驱动单元215基于来自脉冲宽度调制单元209的PWM信号，驱动用于移动校正光学系统212的电动机211，并且改变入射在摄像面上的光的光轴，以光学地校正所拍摄图像的图像抖动。
平移/倾斜判断单元222基于从A/D转换器204输出的角速度数据和从积分器206输出的角位移数据判断平移/倾斜，以进行平移控制。更具体地，如果角速度数据等于或大于预定阈值，或者即使角速度数据小于预定阈值但角位移数据(积分的结果)等于或大于预定阈值，则平移/倾斜判断单元222判断为摄像设备200处于平移状态或倾斜状态，以进行平移控制。
在平移控制中，首先使HPF 205的低截止频率向较高频率侧移位。因此，抖动校正对低频没有响应。此外，使积分器206中的积分运算所使用的时间常数在该时间常数的值减小的方向上移位。
因此，抖动校正位置逐渐向移动范围的中心移动，从而从积分器206输出的角位移数据逐渐更接近基准值(在不向摄像设备200施加抖动时可得到的值)。此外，使在运动矢量处理单元221中根据检测到的运动矢量计算基于矢量的校正数据时的增益在该增益的值减小的方向上移位。
另一方面，除非角速度数据等于或大于预定阈值，或者即使角速度数据小于预定阈值但角位移数据等于或大于预定阈值，否则平移/倾斜判断单元222判断为摄像设备200未处于平移状态或倾斜状态，从而使HPF 205的低截止频率向较低频率侧移位，还使积分器206中的积分运算所使用的时间常数在该时间常数的值增大的方向上移位，并且还使在运动矢量处理单元221中根据检测到的运动矢量计算基于矢量的校正数据时的增益在该增益的值增大的方向上移位。
这使得HPF 205的低截止频率、积分器206中的积分运算所使用的时间常数和运动矢量处理单元221中计算基于矢量的校正数据时的增益返回至它们各自的初始状态，以取消平移控制。
日本特开平11-187308号公报讨论了通过平移/倾斜判断单元222所进行的上述控制，由于能够在抑制低频带中的图像抖动校正的同时进行高频带中的图像抖动校正，因而上述控制作为平移状态或倾斜状态用的抖动校正控制是有效的。然而，在如摄像设备200中那样的传统图像稳定功能中，存在以下问题。
图7A是示出从平移动作(视角改变动作)开始到结束的角速度传感器201的输出的变化的图。在图7A中，平移动作从时刻T 1到时刻T2逐渐加速，从时刻T2到时刻T4以预定速度进行，并且从时刻T4到时刻T5逐渐减速，直至结束。
图7B是示出在上述平移动作期间A/D转换器204的输出(角速度数据)的变化的图。图7C是示出在上述平移动作期间积分器206的输出(角位移数据)的变化的图。
图7B所示的角速度数据的变化是在通过DC截止滤波器202之后角速度传感器201的输出的变化，因而从时刻T2到时刻T4，角速度数据的DC成分被衰减。如图7B的图所示，将发生向对角速度数据的平移控制的转换的阈值设置成Pan_th1。当从时刻T2到时刻T3角速度数据超过Pan_th1时，开始平移控制。
由于DC成分衰减的影响，因而即使在从时刻T3到时刻T4的平移动作期间，也没有判断为正在进行平移动作。T3和T3’可以是时刻T2和时刻T4之间的任意时刻，并且可以随着平移的速度和时间而改变。
如图7C所示，将发生向对角位移数据的平移控制的转换的阈值设置为Pan_th2。当从时刻T2到时刻T3角位移数据超过Pan_th2时，判断为开始平移动作(视角改变动作)，并且开始平移控制。
如上所述，当开始平移控制时，使HPF 205的低截止频率向较高频率侧移位，并且使积分器206中的积分运算所使用的时间常数在该时间常数的值减小的方向上移位。因此，即使从图7B所示的时刻T2到时刻T3角速度数据向着正侧极大地移位，也会抑制角位移数据增大，从而使角位移数据逐渐更接近基准值(在不向摄像设备200施加抖动时可得到的值)。
结果，从时刻T3到时刻T3’，角位移数据逐渐更接近基准值。当角位移数据低于Pan_th2时，判断为终止平移动作(视角改变动作)，并且取消平移控制。
如上所述，当取消平移控制时，使HPF 205的低截止频率向较低频率侧移位，并且使积分器206中的积分运算所使用的时间常数也在该时间常数的值增大的方向上移位。
因此，如图7C所示，如果角位移数据向着正侧移位，角位移数据增大以再次超过Pan_th2，则开始平移控制。从时刻T3到时刻T3’，由此重复进行向平移控制的转换和对平移控制的取消，从而导致所拍摄图像的不自然移动。
如图7B所示，从时刻T3’到时刻T4，角速度数据的DC成分收敛为零。因此，角位移数据变化不大，因而没有判断为正在进行平移动作。
从时刻T4到时刻T5，角速度数据根据在平移动作减速时的角速度传感器201的输出而在负方向上变化。在时刻T4，如上所述，没有判断为正在进行平移动作。因此，将HPF 205的低截止频率设置得较低，并且还将积分器206中的积分运算所使用的时间常数设置得较长。
因此，当角速度数据在负方向上变化时，角速度数据的信号成分没有被衰减。因此，角位移数据在负方向上极大地变化。结果，在终止平移动作之后，尽管用户没有移动摄像设备200，但是所拍摄图像仍会移动。
如上所述，在传统的图像稳定功能中，通过DC截止滤波器202衰减平移动作期间的低频成分，从而即使正在进行平移动作，也取消平移控制。因此，所拍摄图像变成不自然的图像。
发明内容
本发明涉及一种用于提高判断平移的精度并且即使在平移控制期间和完成平移控制之后也减少不必要移动的发生的摄像设备和摄像方法。
根据本发明的第一方面，一种摄像设备，包括：抖动检测器，用于检测施加于所述摄像设备的抖动；滤波器单元，其具有可变的截止频率，用于对所述抖动检测器的输出进行频带限制；矢量检测器，用于检测摄像面上的运动矢量；第一积分单元，用于对所述矢量检测器的输出进行积分；抖动校正单元，用于基于所述滤波器单元的输出和所述矢量检测器的输出来校正图像抖动；以及控制单元，用于当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号超过预定值或者基于所述第一积分单元的输出所获得的信号超过预定值时，增大所述滤波器单元的所述截止频率。
根据本发明的第二方面，一种摄像设备，包括：矢量检测器，用于检测摄像面上的运动矢量；第一积分单元，用于对所述矢量检测器的输出进行积分；抖动检测器，用于检测施加于所述摄像设备的抖动；第二积分单元，其具有可变的时间常数，用于对所述抖动检测器的输出进行积分；抖动校正单元，用于基于所述第二积分单元的输出和所述矢量检测器的输出来校正图像抖动；以及控制单元，用于当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号超过预定值或者基于所述第一积分单元的输出所获得的信号超过预定值时，降低所述第二积分单元的所述时间常数。
根据本发明的第三方面，一种摄像设备，包括：抖动检测器，用于检测施加于所述摄像设备的抖动；矢量检测器，用于检测摄像面上的运动矢量；第一积分单元，用于对所述矢量检测器的输出进行积分；滤波器单元，其具有可变的截止频率，用于对所述抖动检测器的输出进行频带限制；抖动校正单元，用于基于所述滤波器单元的输出和所述矢量检测器的输出来校正图像抖动；以及控制单元，用于当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号大于预定值时，增大所述滤波器单元的所述截止频率；而当基于所述第一积分单元的输出所获得的信号低于预定值时，降低所述滤波器单元的所述截止频率。
根据本发明的第四方面，一种摄像设备，包括：矢量检测器，用于检测摄像面上的运动矢量；第一积分单元，用于对所述矢量检测器的输出进行积分；抖动检测器，用于检测施加于所述摄像设备的抖动；第二积分单元，其具有可变的时间常数，用于对所述抖动检测器的输出进行积分；抖动校正单元，用于基于所述第二积分单元的输出和所述矢量检测器的输出来校正图像抖动；以及控制单元，用于当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号大于预定值时，降低所述第二积分单元的所述时间常数；而当基于所述第一积分单元的输出所获得的信号低于预定值时，增大所述第二积分单元的所述时间常数。
根据本发明的第五方面，一种摄像设备，包括：抖动检测器，用于检测施加于所述摄像设备的抖动；第一计算单元，用于基于所述抖动检测器的输出计算第一抖动校正量；矢量检测器，用于检测摄像面上的运动矢量；第一积分单元，用于对所述矢量检测器的输出进行积分；第二计算单元，用于基于所述矢量检测器的输出计算第二抖动校正量；抖动校正单元，用于基于所述第一抖动校正量和所述第二抖动校正量来校正图像抖动；以及视角改变判断单元，用于检测所述摄像设备的视角改变动作；其中当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号大于预定值或者基于所述第一积分单元的输出所获得的信号大于预定值时，所述视角改变判断单元判断为所述视角改变动作开始，当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号小于预定值并且基于所述第一积分单元的输出所获得的信号小于预定值时，所述视角改变判断单元判断为所述视角改变动作结束。
根据本发明的第六方面，一种摄像设备，包括：抖动检测器，用于检测施加于所述摄像设备的抖动；矢量检测器，用于检测摄像面上的运动矢量；第一积分单元，用于对所述矢量检测器的输出进行积分；第一计算单元，用于基于所述抖动检测器的输出计算第一抖动校正量；第二计算单元，用于基于所述矢量检测器的输出计算第二抖动校正量；抖动校正单元，用于基于所述第一抖动校正量和所述第二抖动校正量来校正图像抖动；以及视角改变判断单元，用于检测所述摄像设备的视角改变动作；其中当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号大于预定值时，所述视角改变判断单元判断为所述视角改变动作开始；而当基于所述第一积分单元的输出所获得的信号小于预定值时，所述视角改变判断单元判断为所述视角改变动作终止。
通过以下参考附图对典型实施例的详细说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。
附图说明
包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的典型实施例、特征和方面，并与说明书一起用来解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明典型实施例的摄像设备的例子的结构的框图；
图2是示出根据本发明典型实施例的运动矢量检测单元的例子的结构的框图；
图3是示出根据本发明第一典型实施例的由平移/倾斜判断单元进行的处理的流程图；
图4A是示出从平移动作开始到结束的角速度传感器的输出的变化的图；图4B是示出在平移动作期间用作A/D转换器的输出的角速度数据随着时间的变化的图；图4C是示出在平移动作期间用作积分器的输出的角位移数据随着时间的变化的图；并且图4D是示出在平移动作期间用作运动矢量积分器的输出的矢量积分数据随着时间的变化的图；
图5是示出根据本发明第二典型实施例的由平移/倾斜判断单元进行的处理的流程图；
图6是示出具有抖动校正功能的传统摄像设备的例子的结构的框图；
图7A是示出从平移动作开始到结束的角速度传感器的输出的变化的图；图7B是示出在平移动作期间A/D转换器的输出(角速度数据)的变化的图；并且图7C是示出在通过DC截止滤波器202之后角速度传感器的输出的变化的图。
具体实施方式
下面参考附图详细说明本发明的各种典型实施例、特征和方面。
图1是示出根据本发明典型实施例的摄像设备(摄像机)的结构的框图。图1所示的摄像设备100与传统摄像设备的不同在于：如图1所示，设置了运动矢量积分器123，并且平移/倾斜判断单元122使用运动矢量积分器123的输出判断平移或倾斜。
下面具体说明构成图1所示的摄像设备100的各单元和各单元的例子的动作。角速度传感器101检测施加于摄像设备100的抖动。例如，角速度传感器101包括使用振动陀螺仪的角速度传感器，并且检测由于照相机抖动等而施加于摄像设备100的抖动作为角速度信号，并将角速度信号馈送至DC截止滤波器102。
DC截止滤波器102滤去来自角速度传感器101的角速度信号中所包括的DC成分，并仅将角速度信号的AC成分即振动成分提供至放大器103。DC截止滤波器102可以是在预定频带中滤去输入信号的高通滤波器(HPF)。
放大器103放大来自DC截止滤波器102的角速度信号(振动成分)，以使其具有最佳灵敏度，并且将放大后的角速度信号馈送至模拟-数字(A/D)转换器104。A/D转换器104对来自放大器103的角速度信号进行数字化，并且将数字化后的角速度信号作为角速度数据馈送至中央处理单元(CPU)125内的高通滤波器(HPF)105。
CPU 125包括提供有A/D转换器104的输出的HPF 105、提供有HPF 105的输出的积分器106、以及提供有运动矢量检测单元120的输出的运动矢量处理单元121和运动矢量积分器123。
CPU 125还包括提供有A/D转换器104、积分器106和运动矢量积分器123各自的输出的平移/倾斜判断单元122。HPF 105、积分器106和运动矢量处理单元121的运算根据平移/倾斜判断单元122的判断结果而改变。
HPF 105具有使其自身的特性在任意频带中可变的功能，并且滤去来自A/D转换器104的角速度数据中所包括的低频成分，并输出高频带中的信号。积分器106具有使其自身的特性在任意频带中可变的功能，并且对从HPF 105输出的角速度数据进行积分，并作为角位移数据输出积分的结果。
摄像光学系统113进行变焦和调焦动作，并且在图像传感器118上形成被摄体图像。变焦编码器117检测摄像光学系统113的变焦位置，并且将变焦位置输出至CPU 125中的焦距校正单元107。焦距校正单元107根据变焦编码器117的输出计算摄像光学系统113的焦距，并且基于该焦距和积分器106的输出，计算校正光学系统112的驱动量(用作第一抖动校正量的基于陀螺仪的校正数据)。
图像传感器118将通过摄像光学系统113形成的被摄体图像转换成电信号，并将该电信号馈送至信号处理单元119。信号处理单元119根据通过图像传感器118所获得的电信号生成符合例如NTSC格式的视频信号，并且将该视频信号馈送至运动矢量检测单元120。
运动矢量检测单元120基于来自信号处理单元119的视频信号中所包括的亮度信号检测运动矢量。运动矢量检测方法的具体例子包括相关方法和块匹配方法。在本发明的典型实施例中，使用块匹配方法作为运动矢量检测单元120用的例子。
块匹配方法是指这样一种方法：首先将输入的图像信号划分成多个适当大小(例如，8像素x8像素)的块，以块为单位计算各像素和前一场或帧的预定范围内的各相应像素之间的差，检索前一场或帧中该差的绝对值的总和最小的块，并且检测该块的相对位移作为该块的运动矢量。
由于例如Onoue Morio等人在“Journal of InformationProcessing Vol.1.17，No.7，pp.634-640，July 1976”中详细说明了块匹配方法中的匹配运算，因而省略对其的详细说明。
图2示出运动矢量检测单元120的结构的例子。例如，滤波器301旨在去除图像信号的高空间频率成分，并且从馈送自信号处理单元119的视频信号中提取用于检测运动矢量的空间频率成分，并且输出该空间频率成分。
二值化单元302使用预定水平作为边界来二值化从滤波器301输出的图像信号，并且将二值化后的图像信号馈送至相关运算单元303和存储单元306中的每一个。存储单元306存储二值化单元302中的前一采样数据，并且将来自二值化单元302的图像信号延迟一个场周期，并将延迟后的图像信号馈送至相关运算单元303。
相关运算单元303进行二值化单元302和存储单元306各自的输出之间的相关运算。更具体地，将来自二值化单元302的图像信号(当前场中的图像信号)和来自存储单元306的图像信号(前一场中的图像信号)馈送至相关运算单元303。
相关运算单元303根据上述块匹配方法，以块为单位进行当前场和前一场之间的相关运算，并且提供相关值(即，将该运算的结果提供至运动矢量检测单元304)。
运动矢量检测单元304根据来自相关运算单元303的相关值分别检测各块的运动矢量。更具体地，运动矢量检测单元304搜索前一场中相关值最小的块，并且检测该块的相对位移作为运动矢量。
运动矢量确定单元305根据分别来自运动矢量检测单元304的各块的运动矢量，确定全体的运动矢量。例如，将各块的运动矢量的中央值或平均值确定为全体的运动矢量。将运动矢量确定单元305的输出提供至CPU 125内的运动矢量处理单元121和运动矢量积分器123。
通过上述结构，运动矢量检测单元120求出以像素为单位的垂直方向和水平方向每一方向上的移动量(即，运动矢量)。运动矢量表示连续拍摄的图像每单位时间的移动量，即所拍摄图像的剩余图像抖动。换句话说，当在角速度传感器101侧用作校正量的基于陀螺仪的校正数据不存在误差时，检测不到所拍摄图像上的运动矢量。
再次参考图1，运动矢量处理单元121使用低通滤波器(LPF)对表示从运动矢量检测单元120输出的运动矢量的数据进行积分，并且计算积分的结果作为表示运动矢量的位移的数据。计算的结果成为校正光学系统112的驱动量(用作第二抖动校正量的基于矢量的校正数据)。
运动矢量积分器123对表示从运动矢量检测单元120输出的运动矢量的数据进行积分，并且将积分后的数据(矢量积分数据)输出至平移/倾斜判断单元122。尽管作为上述积分的方法，存在诸如使用LPF的方法和用于相加每单位时间的运动矢量检测单元120的输出的方法等的各种方法，但是可以使用这些方法中的任一方法。
例如，当用户对摄像设备100进行平移动作或倾斜动作时，平移/倾斜判断单元122判断摄像设备100是否处于平移状态或倾斜状态。平移/倾斜判断单元122基于从A/D转换器104输出的角速度数据、从积分器106输出的角位移数据和从运动矢量积分器123输出的矢量积分数据，判断摄像设备100是否处于平移状态或倾斜状态。
当平移/倾斜判断单元122判断为摄像设备100处于平移状态或倾斜状态时，进行平移控制。摄像设备100的最大特征要求在于平移/倾斜判断单元122基于矢量积分数据判断摄像设备100是否处于平移状态或倾斜状态。下面对其进行详细说明。
加法器/减法器110首先将从焦距校正单元107输出的用作角速度传感器101侧的校正量的基于陀螺仪的校正数据与从运动矢量处理单元121输出的运动矢量检测单元120侧的校正量相加，以获得最终校正数据。计算最终校正数据，作为校正光学系统112的驱动量。
加法器/减法器110从最终校正数据减去通过在A/D转换器116中对用于检测校正光学系统112的位置的位置检测传感器114的输出进行模拟-数字转换以数字化该输出所获得的数据，并且将偏差数据(即，相减的结果)提供至控制滤波器108。控制滤波器108包括用于以预定增益放大输入数据的放大器和相位补偿滤波器。
从加法器/减法器110所提供的偏差数据被提供至控制滤波器108，经过放大器和相位补偿滤波器的信号处理，然后将其输出至脉冲宽度调制单元109。脉冲宽度调制单元109将在通过控制滤波器108之后所提供的数据调制成用于改变脉冲波的占空比的波形(即，脉冲宽度调制(PWM)波形)，并且将PWM波形提供至电动机驱动单元115。
电动机111是用于驱动校正光学系统112的音圈型电动机，并且通过电动机驱动单元115来驱动，以使得校正光学系统112在与光轴基本垂直的方向上移动。位置检测传感器114包括磁体和被设置在与磁体相对的位置处的霍尔传感器(hole sensor)，并且检测校正光学系统112在与光轴基本垂直的方向上的移动量，并通过A/D转换器116将检测结果提供至加法器/减法器110。
这构成了反馈控制系统，该系统使得校正光学系统112在与光轴垂直的方向上的移动量跟随上述最终校正数据。
校正光学系统112是例如移位透镜，并且是能够光学地校正抖动的校正系统，在与光轴基本垂直的方向上移动该校正系统，以使光轴的方向偏转。结果，通过摄像光学系统113，在图像传感器118上形成由施加于摄像设备100的抖动所引起的摄像面上的移动被校正了的被摄体图像。
图像传感器118的输出在信号处理单元119中经过预定信号处理，并且在被提供至运动矢量检测单元120的同时，通过视频输出端子124被提供至记录装置和显示装置。
下面参考附图详细说明作为本典型实施例的例子的由图1所示的摄像设备100中的平移/倾斜判断单元122进行的处理的第一方法。
图3是示出由平移/倾斜判断单元122进行的处理的流程图。在步骤S11，平移/倾斜判断单元122判断从A/D转换器104输出的角速度数据是否等于或大于预定阈值。如果该角速度数据不等于或大于预定阈值(步骤S11为“否”)，则处理进入步骤S12。
在步骤S12，平移/倾斜判断单元122判断从积分器106输出的角位移数据是否等于或大于预定阈值。如果该角位移数据不等于或大于预定阈值(步骤S12为“否”)，则处理进入步骤S 13。
在步骤S13，平移/倾斜判断单元122判断从运动矢量积分器123输出的矢量积分数据是否等于或大于预定阈值。如果该矢量积分数据不等于或大于预定阈值(步骤S13为“否”)，则处理进入步骤S14。
当在步骤S11、S12和S13任一步骤中判断为数据等于或大于预定阈值时，判断为根据本典型实施例的摄像设备100处于平移状态或倾斜状态。当在步骤S11、S12和S13中均判断为数据分别小于阈值时，判断为根据本典型实施例的摄像设备100没有处于平移状态或倾斜状态。
在步骤S14，在判断为本典型实施例的摄像设备100未处于平移状态或倾斜状态之后，平移/倾斜判断单元122判断从摄像设备100被判断为未处于平移状态或倾斜状态时起是否未经过预定时间段。该预定时间段是指从摄像设备100被判断为未处于平移状态或倾斜状态时起经过的时间段，例如图4D所示的T_stable。如果判断为过去了预定时间段或更长时间(步骤S14为“否”)，则处理进入步骤S15。
如果角速度数据等于或大于预定阈值(步骤S11为“是”)，如果角位移数据等于或大于预定阈值(步骤是12为“是”)，或者如果矢量积分数据等于或大于预定阈值(步骤S13为“是”)，则处理进入步骤S16。可选地，即使当数据分别小于预定阈值时(步骤S11～S13为“否”)，如果从摄像设备100被判断为未处于平移状态或倾斜状态时起未经过预定时间段(步骤S14为“是”)，则处理也进入步骤S16。
步骤S16的处理是平移控制过程中的处理。在步骤S16，平移/倾斜判断单元122将HPF 105中的运算所使用的截止频率(向着较高频率侧)设置得高于平移控制之前的截止频率，并且使低频信号的衰减因子大于平移控制之前的低频信号的衰减因子。
平移/倾斜判断单元122使得积分器106中的运算所使用的时间常数小于平移控制之前的时间常数，以使得角位移数据更接近基准值。此外，平移/倾斜判断单元122以零代替从运动矢量检测单元120输出至运动矢量处理单元121的信号，以停止根据基于矢量的校正数据进行的抖动校正。可选地，可以通过用于降低和限制运动矢量处理单元121的增益的方法，进行用于使向运动矢量处理单元121的输入为零的处理。
这使得能够从最终校正数据排除用作平移动作的主要成分的低频带中的角速度数据和矢量数据，从而可以防止将用户进行的平移动作作为抖动而校正。在步骤S16后，结束当前处理。
另一方面，当从作为步骤S11、S12和S13的判断的结果，角速度数据、角位移数据和矢量积分数据全部分别小于阈值时起过去了预定时间段或更长时间时，进行步骤S15的处理。更具体地，当从摄像设备100被判断为未处于平移状态或倾斜状态时起过去了预定时间段或更长时间时，进行步骤S15的处理。
在步骤S15，平移/倾斜判断单元122将HPF 105中的运算所使用的截止频率(向着低频侧)设置得低，使低频信号的衰减因子小，将积分器106中的运算所使用的时间常数设置得长，以增大积分效果，并且还允许从运动矢量检测单元120向运动矢量处理单元121输入信号，以进行根据基于矢量的校正数据进行的抖动校正。因此，结束平移控制。
在从摄像设备100被判断为未处于平移状态或倾斜状态时起过去了预定时间段之后，通过步骤S15的处理，进行直到低频带的抖动校正。因此，在整个频带中都可以实现良好的抖动校正性能。在步骤S15之后，结束当前处理。
在预定定时，例如，对于每一场(在NTSC系统中为60Hz)，重复进行图3所示的步骤S11和随后步骤的处理。
然后参考图4说明使用用作运动矢量积分器123的输出的矢量积分数据判断本典型实施例的摄像设备100是否处于平移状态或倾斜状态的有效性。
图4A、4B、4C和4D分别示出当在本典型实施例的摄像设备100中进行类似于图7A、7B和7C所示的平移动作时如图3的流程图所示的那样进行了处理的信号的状态。
图4A是示出从平移动作开始到结束的角速度传感器101的输出的变化的图。更具体地，图4A是示出在平移动作从时刻T1到时刻T2逐渐加速、从时刻T2到时刻T4以预定速度进行、并且从时刻T4到时刻T5逐渐减速直至结束时角速度传感器101的输出随着时间的变化的图。
图4B是示出在平移动作期间角速度数据(即，A/D转换器104的输出)随着时间的变化的图。图4C是示出在平移动作期间角位移数据(即，积分器106的输出)随着时间的变化的图。图4D是示出在平移动作期间矢量积分数据(即，运动矢量积分器123的输出)随着时间的变化的图。
图4B所示的角速度数据(即，A/D转换器104的输出)的变化是在通过DC截止滤波器102之后角速度传感器101的输出的变化，因而角速度数据的DC成分从时刻T2到时刻T4被衰减。
如图4B的图所示，将在图3所示的步骤S11发生向对角速度数据的平移控制的转换的阈值设置为Pan_th1。当从时刻T2到时刻T3角速度数据超过Pan_th1时，开始平移控制。
然而，由于角速度传感器101的输出通过DC截止滤波器102，因而角速度数据的DC成分被衰减。由于其影响，即使从时刻T3到时刻T4正在进行平移动作，也没有判断为摄像设备100处于平移状态或倾斜状态。
如图4C的图所示，将在图3所示的步骤S12发生向对角位移数据的平移控制的转换的阈值设置为Pan_th2。当从时刻T2到时刻T3角位移数据超过Pan_th2时，判断为开始平移动作(视角改变动作)，并且开始平移控制。
当开始平移控制时，使HPF 105的低截止频率向较高频率侧移位，并且使积分器106中的积分运算所使用的时间常数在该时间常数的值减小的方向上移位。因此，即使从图4B所示的时刻T2到时刻T3角速度数据向着正侧极大地移位，也会抑制角位移数据增大，以使角位移数据逐渐更接近基准值。
在本典型实施例中，基准值是指在不向摄像设备100施加抖动时可得到的角位移数据的值。结果，从时刻T3到时刻T3’，角位移数据逐渐更接近基准值。角位移数据小于Pan_th2，因而判断为终止平移动作(视角改变动作)。因此，即使在平移动作期间，也没有判断为摄像设备100处于平移状态或倾斜状态。
在本发明典型实施例的摄像设备100中，还使用矢量积分数据来判断摄像设备100是否处于平移状态或倾斜状态。如上所述，图4D是示出在平移动作期间矢量积分数据的变化的图。从时刻T2到时刻T3，角速度数据超过Pan_th1，并且角位移数据超过Pan_th2，因而开始平移控制。
此时，如上所述，使HPF 105的低截止频率向较高频率侧移位，并且使积分器106中的积分运算所使用的时间常数在该时间常数的值减小的方向上移位。因此，低频信号的衰减因子增大，从而角位移数据更接近基准值。结果，低频带中的剩余图像抖动增大，并且矢量积分数据(即，运动矢量检测单元120和运动矢量积分器123的输出)也增大。
因此，在根据本发明典型实施例的摄像设备100中，如图4D的图所示，将在图3所示的步骤S13中发生向对矢量积分数据的平移控制的转换的阈值设置为Pan_th3。从时刻T2到时刻T3，矢量积分数据超过Pan_th3。此后，在从时刻T4到时刻T5直到终止平移动作为止所经过的时间段内，由图像传感器118形成的图像持续移动。
因此，矢量积分数据始终大于Pan_th3，从而判断为摄像设备100处于平移状态或倾斜状态。因此，从时刻T3到时刻T3’，同样可以保持平移控制。如图4C所示，角位移数据更接近基准值。
从时刻T4到时刻T5，由于在平移动作减速时角速度传感器101的输出，导致角速度数据在负方向上变化。如图4D所示，将图3所示的步骤S14中的预定时间段设置为T_stable，以覆盖图4B所示的角速度数据在负方向上变化的时间段，并且在该时间段内没有取消平移控制。
这使得能够衰减当角速度数据在负方向上变化时的低频信号成分，从而如图4C所示，可以抑制角位移数据的变化。
因此判断为在从时刻T4到时刻T5直到终止平移动作为止经过的时间段内正在进行平移动作。因此，可以正确地判断出平移动作的终止。在终止平移动作的从时刻T4到时刻T6的时间段内，可以抑制由于角速度数据的变化而引起角位移数据的变化。
将参考附图详细说明由作为本典型实施例的例子的图1所示的摄像设备100中的平移/倾斜判断单元122进行的处理的第二方法。
图5是示出由平移/倾斜判断单元122进行的处理的流程的流程图。在步骤S21，平移/倾斜判断单元122判断摄像设备100当前是否正在进行平移控制。
如果判断为当前没有正在进行平移控制(步骤S21为“否”)，则处理进入步骤S22。在步骤S22，平移/倾斜判断单元122判断从A/D转换器104输出的角速度数据是否等于或大于预定阈值。如果该角速度数据不等于或大于预定阈值(步骤S22为“否”)，则处理进入步骤S23。在步骤S23，平移/倾斜判断单元122判断从积分器106输出的角位移数据是否等于或大于预定阈值。如果该角位移数据不等于或大于预定阈值(步骤S23为“否”)，则处理进入步骤S26。
如果该角速度数据等于或大于预定阈值(步骤S22为“是”)，或者如果该角位移数据等于或大于预定阈值(步骤S23为“是”)，则处理进入步骤S27。
如果判断为当前正在进行平移控制(步骤S21为“是”)，则处理进入步骤S24。在步骤S24，平移/倾斜判断单元122判断从运动矢量积分器123输出的矢量积分数据是否等于或大于预定阈值。如果该矢量积分数据不等于或大于预定阈值(步骤S24为“否”)，则处理进入步骤S25。
在步骤S25，平移/倾斜判断单元122判断从在步骤S24所示的处理中矢量积分数据不等于或大于预定阈值，即判断为摄像设备100未处于平移状态或倾斜状态时起是否未过去预定时间段。如果判断为过去了预定时间段或更长时间(步骤S25为“否”)，则处理进入步骤S26。该预定时间段是指从判断为摄像设备100未处于平移状态或倾斜状态时起过去的时间段，例如图4D所示的T_stable。
如果该矢量积分数据等于或大于预定阈值(步骤S24为“是”)，或者如果没有过去预定时间段(步骤S25为“是”)，则平移/倾斜判断单元122判断为正在进行平移控制。然后，处理进入步骤S27。
在步骤S27，平移/倾斜判断单元122使HPF 105中的运算所使用的截止频率比平移控制之前的截止频率高预定值，使低频信号的衰减因子大于平移控制之前的衰减因子，并且使积分器106中的运算所使用的时间常数比平移控制之前的时间常数小预定值，以使角位移数据更接近基准值。
此外，平移/倾斜判断单元122以零代替从运动矢量检测单元120馈送至运动矢量处理单元121的信号，以停止根据基于矢量的校正数据进行的抖动校正。可选地，可以通过用于降低和限制运动矢量处理单元121的增益的方法，进行用于使向运动矢量处理单元121的输入为零的处理。在步骤S27之后，结束当前处理。
通过步骤S27的处理，在平移控制期间停止根据基于矢量的校正数据进行的抖动校正，该抖动校正执行用于增大基于陀螺仪的校正数据的低频信号的衰减因子的功能，并且校正低频带中的剩余图像抖动。这使得能够从校正对象排除用作平移动作的主要成分的低频带中的角速度数据和矢量数据。
另一方面，当作为步骤S24和步骤S25中的判断的结果，从矢量积分数据小于阈值并且摄像设备100被判断为未处于平移状态或倾斜状态时起过去了预定时间段或更长时间时，进行步骤S26中的处理。
在步骤S26，平移/倾斜判断单元122将HPF 105中的运算所使用的截止频率设置得低，使低频信号的衰减因子小，将积分器106中的运算所使用的时间常数设置得长，以增大积分效果，并且还允许从运动矢量检测单元120向运动矢量处理单元121输入信号，以进行根据基于矢量的校正数据进行的抖动校正。因此，结束平移控制。
在平移控制期间从摄像设备100被判断为未处于平移状态或倾斜状态时起过去了预定时间段之后，通过步骤S26的处理，进行直到低频带的抖动校正。因此，在整个频带中可以实现良好的抖动校正性能。在步骤S26之后，结束当前处理。
在预定定时，例如，对于每一场(在NTSC系统中为60Hz)，重复进行图5所示的步骤S21和随后步骤的处理。
将说明图3和图5中用于判断摄像设备100是否处于平移状态或倾斜状态的各方法之间的不同。在图3所示的处理中，使用全部角速度数据、角位移数据和矢量积分数据来判断向平移状态或倾斜状态的转换和平移状态或倾斜状态的终止。
另一方面，在图5所示的处理中，使用角速度数据和角位移数据来判断向平移状态或倾斜状态的转换，并且使用矢量积分数据来判断平移状态或倾斜状态的终止。
即使使用用于基于图5的流程图判断摄像设备100是否处于平移状态或倾斜状态的方法，在平移动作期间角速度数据、角位移数据和矢量积分数据随着时间的变化也具有与图4B～4D中所示的波形相同的波形。因此，可以获得与用于基于图3的流程图判断摄像设备100是否处于平移状态或倾斜状态的方法的效果相同的效果。
如上所述，在抖动校正控制中所进行的摄像设备是否处于平移状态或倾斜状态的判断中，与通过处理角速度传感器101的输出所获得的数据一起使用通过处理运动矢量检测单元120的输出所获得的数据。这使得能够更精确地确定从平移状态或倾斜状态的开始到结束的时间段。
步骤S16和步骤S27中的平移控制期间的动作仅是示例性的，且不局限于此。例如，可以使用独立地进行用于使HPF 105中的运算所使用的截止频率高的处理和用于使积分器106中的运算所使用的时间常数小的处理的方法。可选地，可以通过用于减小运动矢量处理单元121的增益的方法来进行用于使向运动矢量处理单元121的输入为零的处理。
尽管作为用于进行抖动校正的部件的例子说明了校正光学系统112(例如，移位透镜)，但是本发明不局限于此。例如，可以使用用于在与光轴垂直的方向上驱动可变角度棱镜(variable angle prism，VAP)或图像传感器的方法。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (13)

1.一种摄像设备，包括：
抖动检测器，用于检测施加于所述摄像设备的抖动；
滤波器单元，其具有可变的截止频率，用于对所述抖动检测器的输出进行频带限制；
矢量检测器，用于检测摄像面上的运动矢量；
第一积分单元，用于对所述矢量检测器的输出进行积分；
抖动校正单元，用于基于所述滤波器单元的输出和所述矢量检测器的输出来校正图像抖动；以及
控制单元，用于当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号超过预定值或者基于所述第一积分单元的输出所获得的信号超过预定值时，增大所述滤波器单元的所述截止频率；而当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号低于预定值并且基于所述第一积分单元的输出所获得的信号低于预定值时，降低所述滤波器单元的所述截止频率。
2.一种摄像设备，包括：
矢量检测器，用于检测摄像面上的运动矢量；
第一积分单元，用于对所述矢量检测器的输出进行积分；
抖动检测器，用于检测施加于所述摄像设备的抖动；
第二积分单元，其具有可变的时间常数，用于对所述抖动检测器的输出进行积分；
抖动校正单元，用于基于所述第二积分单元的输出和所述矢量检测器的输出来校正图像抖动；以及
控制单元，用于当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号超过预定值或者基于所述第一积分单元的输出所获得的信号超过预定值时，降低所述第二积分单元的所述时间常数；而当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号低于预定值并且基于所述第一积分单元的输出所获得的信号低于预定值时，使所述二积分单元的所述时间常数比当前时间常数大。
3.一种摄像设备，包括：
抖动检测器，用于检测施加于所述摄像设备的抖动；
矢量检测器，用于检测摄像面上的运动矢量；
第一积分单元，用于对所述矢量检测器的输出进行积分；
滤波器单元，其具有可变的截止频率，用于对所述抖动检测器的输出进行频带限制；
抖动校正单元，用于基于所述滤波器单元的输出和所述矢量检测器的输出来校正图像抖动；以及
控制单元，用于当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号大于预定值时，增大所述滤波器单元的所述截止频率；而当基于所述第一积分单元的输出所获得的信号低于预定值时，降低所述滤波器单元的所述截止频率。
4.一种摄像设备，包括：
矢量检测器，用于检测摄像面上的运动矢量；
第一积分单元，用于对所述矢量检测器的输出进行积分；
抖动检测器，用于检测施加于所述摄像设备的抖动；
第二积分单元，其具有可变的时间常数，用于对所述抖动检测器的输出进行积分；
抖动校正单元，用于基于所述第二积分单元的输出和所述矢量检测器的输出来校正图像抖动；以及
控制单元，用于当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号大于预定值时，降低所述第二积分单元的所述时间常数；而当基于所述第一积分单元的输出所获得的信号低于预定值时，增大所述第二积分单元的所述时间常数。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的摄像设备，其特征在于，所述第一积分单元由低通滤波器构成。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的摄像设备，其特征在于，所述第一积分单元针对各预定时间将所述矢量检测器的输出相加。
7.一种摄像设备，包括：
抖动检测器，用于检测施加于所述摄像设备的抖动；
第一计算单元，用于基于所述抖动检测器的输出计算第一抖动校正量；
矢量检测器，用于检测摄像面上的运动矢量；
第一积分单元，用于对所述矢量检测器的输出进行积分；
第二计算单元，用于基于所述矢量检测器的输出计算第二抖动校正量；
抖动校正单元，用于基于所述第一抖动校正量和所述第二抖动校正量来校正图像抖动；以及
视角改变判断单元，用于检测所述摄像设备的视角改变动作，其中
当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号大于预定值或者基于所述第一积分单元的输出所获得的信号大于预定值时，所述视角改变判断单元判断为所述视角改变动作开始，以及
当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号小于预定值并且基于所述第一积分单元的输出所获得的信号小于预定值时，所述视角改变判断单元判断为所述视角改变动作结束。
8.一种摄像设备，包括：
抖动检测器，用于检测施加于所述摄像设备的抖动；
矢量检测器，用于检测摄像面上的运动矢量；
第一积分单元，用于对所述矢量检测器的输出进行积分；
第一计算单元，用于基于所述抖动检测器的输出计算第一抖动校正量；
第二计算单元，用于基于所述矢量检测器的输出计算第二抖动校正量；
抖动校正单元，用于基于所述第一抖动校正量和所述第二抖动校正量来校正图像抖动；以及
视角改变判断单元，用于检测所述摄像设备的视角改变动作，其中
当基于所述抖动检测器的输出所获得的信号大于预定值时，所述视角改变判断单元判断为所述视角改变动作开始；而当基于所述第一积分单元的输出所获得的信号小于预定值时，所述视角改变判断单元判断为所述视角改变动作终止。
9.根据权利要求7或8所述的摄像设备，其特征在于，所述第一积分单元由低通滤波器构成。
10.根据权利要求7或8所述的摄像设备，其特征在于，所述第一积分单元针对各预定时间将所述矢量检测器的输出相加。
11.根据权利要求7或8所述的摄像设备，其特征在于，所述第一计算单元包括滤波器单元，并且当判断为所述视角改变动作开始时，所述视角改变判断单元增大所述滤波器单元的截止频率。
12.根据权利要求7或8所述的摄像设备，其特征在于，所述第一计算单元包括第二积分单元，并且当判断为所述视角改变动作开始时，所述视角改变判断单元降低所述第二积分单元的时间常数。
13.根据权利要求7或8所述的摄像设备，其特征在于，当判断为所述视角改变动作开始时，所述视角改变判断单元基于所述第二抖动校正量限制图像抖动校正。
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