CN1050953C - 防止图象抖动的摄象机 - Google Patents

Abstract

本摄象机包括：收集来自被摄象物体的光的透镜；将透镜收集的光变换为电信号的摄象器件；将摄象器件的电信号变换为数字信号的模/数变换电路；将经模/数变换获得的数字信号存储的存储电路；检测摄象机抖动的抖动检测装置；从抖动检测装置的输出信号获得校正量的计算装置；根据计算装置的输出信号校正伴随摄象机体的轻微抖动的图象抖动的校正装置；放大或缩小被摄象物体的可变焦距装置；根据可变焦距装置的变焦变化调节校正装置的控制装置。

Description

防止图象抖动的摄象机

本发明涉及摄象机和视频重显装置，每个装置有手抖动校正功能。

近年来随着摄象机的小型化和重量愈轻，手抖动问题就变得容易发生。因此，现在具有手抖动校正功能的摄象机已投入实际使用。

作为这摄象机的手抖动校正方法，已公布一种方法，其中摄象机的抖动由角速度传感器检测，而根据角速度传感器的输出移动图象存储器中切出(cut-out)位置。

在这种摄象机的手抖动校正方法中角速度传感器的输出由低通滤波器积分，并从角速度被变换为角度，从而获得校正量。根据校准量，移动图象平面。提供有设置低通滤波器输出的校正极限值的限幅器，因此校正量不会超过极限值。

具有图象存储器的摄象机可以放大插入存储在图象存储器中的图象平面。这种功能称为电子变焦。换句话说，在变焦透镜被移动的变焦称为光学变焦。

在这种手抖动校正方法情况中，摄象机的移动由角速度传感器检测，按照图象存储器中切出位置执行校正(例如，欧洲专利申请书公开号0498730)，图象平面的抖动随光学变焦区域中变焦放大系数的增加而增大。因此必须正比于变焦放大系数示加校正量。

另一方面，在电子变焦区域设置校正增益恒定就已足够。这是因为在电子变焦区域，例如在双倍放大的电子变焦时，当有几行的手抖动时，图象存储器中读数位置被移动几行，因此，图象存储器中内容被插入两次和读出。当图象数据被移动几行，和被插入两次和读出，执行了2n行校正。

这种手抖动校正装置具有低通滤波器，将根据由角速度传感器检测的摄象机抖动的角速度转换为角度。因为在电子变焦区域校正增益是恒定的就已足够，这里，在电子变焦区域中低通滤波器的增益设置为与变焦距透镜的可伸缩端的控制中相同。

然而，当增添这种手抖动校正功能时，常规地发生在随动摄象时图象摄象平面变得不自然的问题。也就是说，当随动摄象时在移动的开始时摄象机被突然移动。由于此原因，角速度传感器的积分值迅速增加和突然此值超过校正极限。因此，图象摄象平面变得不自然。

即当执行随动摄象时，从角速度传感器输出的检测信号如图13A所示。检测信号经低通滤波器积分。如图13B所示积分值在时刻t11达到校正极限值LMT。这里，如图13C所示在积分值达到校正极限值LMT的时刻t11时积分值突然被限位于点p11。

另一方面，当电子变焦放大系数上升时，没有从图象存储器中读出的部分加宽了，因此手抖动校正能力固有地增强。然而，常规上，在电子变焦区域中对角速度传感器输出积分的低通滤波器与变焦透镜的可伸缩受到相同方式的控制。因此，即使在手抖动校正能力很高的高电子变焦放大系数的情况下，手抖动校正功能不能有效地使用。

因此，本发明的目的提供在随动摄象时能防止图象平面不自然移动的摄象机和视频信号重显装置。

本发明的另一目的提供在电子变焦区域校正量可被有效使用和校正能力得以改善的摄象机和视频信号重显装置。

依照本发明的一个方面，所提供的摄象机包括以下部分：

收集来自待摄象物体的光的透镜；

将透镜收集的光转换为电信号的图象摄象器件；

将来自图象摄象器件的电信号变换为数字信号的模/数变换电路；

将通过模/数变换获得的数字信号存储的存储器电路；

检测摄象机抖动的抖动检测装置；

从抖动检测装置的输出信号求得校正量的计算装置；

根据计算装置的输出信号来校正摄象机体的稍微抖动所伴随的图象抖动的校正装置；和

对于计算装置的输出信号将校正量限制在校正极限值内的限幅电路。

依照本发明的另一方面，所提供的视频信号重显装置包括以下部分：

将输入视频信号变换为数字信号的模/数变换电路；

将经模/数变换获得的数字信号存储的存储器电路；

检测由视频信号产生的图象平面抖动的抖动检测装置；

从抖动检测装置的输出信号获得校正量的计算装置；

根据计算装置的输出信号来校正摄象机体的轻微抖动所伴随的图象抖动的校正装置；和

将计算装置的输出信号限制在校正极限值内的限幅电路。

摄象机或视频信号重显装置的抖动被检测和积分，从而获得控制时。在控制中设置极限值的限幅器被设置为非线性限幅器，因而当随动摄象时限制该值突然达到校正极限值和使随动摄象时图象平面自然化。

依照本发明的又一目的，所提供的摄象机包括以下部分：

收集来自被摄象物体的光的透镜；

将透镜收集的光转换为电信号的图象摄象器件；

将图象摄象器件的电信号变换为数字信号的模/数变换电路；

将经模/数变换获得的数字信号存储的存储电路；

检测摄象机抖动的抖动检测装置；

从抖动检测装置的输出信号获得校正量的计算装置；

根据计算装置的输出信号校正摄象机体的轻微抖动所伴随的图象抖动的校正装置；

放大或缩小被摄象物体的变焦装置；和

按照变焦装置的变焦变化调节校正装置的控制装置。

依照本发明的另一目的，所提供的视频信号重显装置包括以下部分：

将输入视频信号变换为数字信号的模/数变换电路；

将经模/数变换获得的数字信号存储的存储电路；

检测由视频信号产生的图象平面抖动的抖动检测装置；

从抖动检测装置的输出信号获得校正量的计算装置；

根据计算装置的输出信号来校正摄象机体的轻微抖动所伴随的图象抖动的校正装置；

放大或缩小被摄象物体的变焦装置；和

按照变焦装置的变焦变化调节校正装置的控制装置。

摄象机或视频信号重显装置的抖动由角速度传感器检测。从检测结果和变焦放大系数计算图象校正量。在此情况，通过使用电子放大倍数改变将角速度变换为角度的低通滤波器系数。这样，在电子变焦区域中校正量可被有效地使用和校正能力得到改善。

依照本发明，通过使用非线性限幅器作为设置控制的极限值的限幅器，防止随动摄象时该值突然达到校正极限值，和使随动摄象时图象平面更为自然。

依照本发明，将角速度变换为角度的低通滤波器系数可以相应于电子变焦放大系数而设置。因此，当电子变焦放大系数增加时，可以获得更大的校正范围，因此手抖动校正能力得到改善。

从以下详细说明并结合附图将能容易地理解本发明的上述和其他目的、特点和优点。

图1是应用本发明的摄象机的整体结构的方块图；

图2是用于说明本发明实施例的示意图；

图3是用于说明本发明实施例的手抖动校正的示意图；

图4A和4B是用于说明本发明实施例的手抖动校正的示意图；

图5A和5b是用于说明本发明实施例的电子变焦的示意图；

图6是本发明实施例的手抖动校正控制器的功能方块图；

图7是表示本发明实施例中非线性限幅器的表格(table)的例子的曲线图；

图8A、8B和8C是用于说明本发明实施例的波形图；

图9A和9B是用于说明本发明实施例的手抖动校正的示意图；

图10是用于说明本发明实施例的低通滤波器的方块图；

图11是用于说明本发明实施例的低通滤波器的方块图；

图12是用于说明本发明实施例的低通滤波器的曲线图；和

图13A、13B和13C是用于说明常规限幅器的滤形图。

下面结合附图说明本发明的实施例。图1表示应用本发明的摄象机的整体结构。图1中通过透镜组1获得的物体影象光经过光圈2在CCD(电荷耦合器件)摄象器件3的光敏表面上形成图象。摄象机按NTSC制记录。然而，为了校正手抖动，CCD摄象件3的行数与PAL制行数相对应，而不是与NTSC制行数相对应。

根据来自计时发生电路5的计时信号，CCD摄象器件3受驱动器4的驱动。同步信号从同步信号发生电路6加到计时发生电路5上。从手抖动校正控制器20的输出供给计时发生电路5。按照在摄象机垂直方向的抖动，高速转移时钟在垂直消隐周期内加在CCD摄象器件3上。

CCD摄象器件3的输出通过取样和保持电路7和AGC电路8加在A/D变换器9上。摄象信号被A/D变换器9变换为数字信号。A/D变换器9的输出加到信号处理电路10上，也加在光学检测器11上。

信号处理电路10执行必需的摄象机信号处理，从CCD摄象器件3的摄象信号形成与NTSC制对应的亮度信号和色度信号，信号处理电路10的输出加在图象存储器14上。

提供光学检测器11是为了获得诸如曝光控制、聚焦控制、白平衡控制等的光学控制所需要的信息。窗口由光学检测器11设置，检测窗口中光量强度。光量强度被送至摄象机控制器13。

摄象机控制器13按照光量强度控制AGC电路增益和光圈2的开口程度。由此执行自动曝光控制。在光学检测器11设置有窗口，检测窗口中摄象信号的边缘分量强度。边缘分量强度送至摄象机控制器13。摄象机控制器13控制透镜组1中聚焦透镜的位置，因而使边缘分量最大。由此执行自动聚焦调节。

光学检测器11的窗口位置由窗口产生电路12在水平方向可移动的。按照手抖动校正量改变窗口位置。

提供图象存储器14用于执行电子变焦，也用于执行大抖动的手抖动校正。图象存储器14的输出送至电子放大电路15。电子放大电路15通过移动一行的读数位置来执行摄象机水平方向的手抖动校正。一行或不到一行的垂直方向的手抖动也是由电子放大电路15校正的。

电子放大电路15的输出送至A/D变换器16。A/D变换器16输出模拟视频信号。模拟视频信号从输出端17输出。

摄象机的抖动由纵摇摆角速度传感器21A和左右摇摆角速度传感器21B检测。即，垂直方向的抖动由纵摇摆角速度传感器21A检测。纵摇摆角速度传感器21A的输出通过放大器22A送至A/D变换器23A。A/D变换器23A的输出送至手抖动校正控制器20。左右摇摆角速度传感器21B的输出通过放大器22B送至A/D变换器23B。A/D变换器23B的输出送至手抖动校正控制器20。

手抖动校正控制器20根据纵摇角连度传感器21A检测的垂直方向抖动，使CCD摄象器件3高速传感电荷，因而执行垂直方向的手抖动校正。根据左右摇摆角速度传感器21B检测的水来方向抖动执行水平方向的移位操作。由此执行水平方向的手抖动校正。

如图2所示，依照本发明实施例，具有PAL制行数的，例如有效行数为582行的器件用作CCD摄象器件3。另一方面，NTSC制的有效行数为494行。因此，在CCD摄象器件3的图象平面上582有效行中494行被使用。正如图2的阴影区域所示，其他行的输出未被使用。通过改变起始位置ST可以在垂直方向移动图象平面。因此，通过移动起始位置ST。从而消除图象平面在垂直方向的抖动，就可以执行垂直方向的手抖动校正。

因此，当在具有与PAL制行数相同行数的CCD摄象器件3中与NTSC制行数相同的行上电荷以通常速度传输，而其余行上电荷以高速传输时，例如如图3所示，圆形物体A1被显示为垂直方向加长的圆形物体A2。

如图4A所示，一行的信号S1被取出存入行存储器，如图4B所示当变化时基时该信号被读出。这样，所显示图象的宽高比被校正，也就是图象平面在水平方向被放大。按照摄象机水平方向的抖动，偏移行存储器中读数位置，因而使水平方向手抖动校正能被执行。

在应用本发明的摄象机中，通过移动可变焦距透镜，可以执行光学变焦摄象，通过使用图象存储器14，也可以执行电子变焦摄象。即假定如图5A所示的摄象平面已被存入图象存储器14，通过切出区域B1所示的部分和放大地插入切出部分，图象平面如图5B所示在尺寸上放大一倍。

手抖动校正控制器20对纵摆角速度传感器21A和左右摇摆角速度传感器21B的输出执行滤波处理，从而计算垂直方向和水平方向的校正量。

图6是手抖动校正控制器20中处理的功能方块图。首先，解释纵向侧的处理。在图6中纵向侧的角速度传感器21A的输出通过放大器22A和A/D变换器23A(图1)送至输入端51A。来自输入端51A的信号经过用于调节总增益的放大电路52A送至高通滤波器53A。高通滤波器53A消除在角速度传感器21A中包括的DC偏移。

高通滤波器53A的输出送至乘法电路54A，用于角速度传感器的变化调节。与变化对应的增益从输入端55A送入乘法电路54A。乘法电路54A的输出送至核化(coring)电路56A，以供去除噪声。核化电路56A的输出送至乘法电路57A。

表(table)58A给予放大电路57A系数。光学可变焦距的位置从端59A给予表58A。当光学变焦放大系数当很大时，手抖动需被加大校正。因此，表58A这样设置系数，使得当可变焦距透镜位于伸出侧时执行更大的校正。

乘法电路57A的输出通过限幅器60A送至低通滤波器61A。低通滤波器61A执行从角速度至角度的变换。正如将在下文详细说明的，低通滤波器61A由IIR滤波器构成。按照从端62A来的电子变焦放大系数设置低通滤波器61A的系数，因而即使在电子变焦区域也能执行有效的校正。

低通滤波器61A的输出送至核化电路63A。核化电路63A的输出送至限幅器64A。限幅器64A的输出经过偏移加法电路69A从输出端71输出，也送至减法电路65A。根据从输出端71输出，对于PAL制的CCD摄象器件3的读数位置被偏移，执行垂直方向的抖动校正。

超过偏移的校正量经过减法电路65A求得。减法电路65A的输出送至加法电路66A。电子变焦控制数据从端67A送至加法电路66A。加法电路66A的输出经过限幅器68A从输出端72输出。根据从输出端72的输出，图象存储器14中读数位置被偏移，执行超过校正范围的垂直方向的手抖动校正。输出端72的输出送至电子放大电路15和执行0.5行或不到的垂直方向的手抖动校正。

现在来解释左右摇摆方向的处理，在左右摇摆方向的处理基本与纵向摇摆方向处理相同。即，左右摇摆方向的角速度传感器21的输出经过放大器22B和A/D变换器23B送至输入端51B。信号从输入端51B经过调节总增益的乘法电路52B送至高通滤波器53B，以供除去直流偏移。

高通滤波器53B的输出送至乘法电路54B，以供角速度传感器的变化调节。与该变化相应的增益输入端55B送至乘法电路54B。乘法电路54B的输出送至核化电路56B，以供去除噪声，核化电路56B的输出送至乘法电路57b。从表(table)58B给予乘法电路57B的系数。光学可变焦距的位置从端59B给予表58B。表58B和乘法电路57B这样地设置系数，使得当可变焦距透镜位于伸出侧时执行更大的校正。

乘法电路57B的输出经过限幅器60B送至低通滤波器61B。低通滤波器61B将角速度变换为角度。电子变焦放大系数从端62B加在低通滤波器61B上。低通滤波器61B的输出送至核化电路63B。核化电路63B的输出送至限幅器64B。限幅器64B的输出经过偏移加法电路69B从输出端73输出，送至加法电路66B。偏移从端70B送至加法电路66B。电子变焦控制数据从端67B送至加法电路69B。加法电路66B的输出经过非线性限幅器68B从输出端74输出。

从输出端73的输出送至窗口形成电路12，光学检测器11的窗口位置根据输出端73的输出而移位。输出端74的输出送至电子放大电路15，电子放大电路15的读数位置根据输出端74的输出而移位，因而水平方向的手抖动校正被执行。

如上所提及的，低通滤波器61A和61B将角速度就变换为角度和求得校正量。为了设置校正量的极限值，提供限幅器64A、68A、64B和68B。这些限幅器中，限幅器68B是非线性限幅器，因而防止在随动摄象平面的不自然。

即，在随动摄象时因为摄象机在移动的开始时迅速移动。角速度传感器的积分值迅速增加和突然超过极限值。因此当使用普通限制器时，积分值在移动摄象开始时从图象平面的状态突然达到校正极限值，使得随动摄象的移动被抑止。这样随动摄象时得到不自然的摄象平面。

另一方面，按照本发明实施例，如图7所示，使用使校正量逐渐接近极限值的非线性限幅器。图7表示非线性限制器68B的图表。在图7中横坐标轴表示非线性限幅器68B的输入值，纵坐标轴表示输出值。该输入与低通滤波器61B的输出相对应。

如上所述，依照本实施例，因为使用了非线性限幅器68B，即使当摄象机在随动摄象开始时迅速移动，该值不会突然达到校正限制值，在随动摄象时摄象平面不会不自然。

即，当进行随动摄象时，如图8A所示的检测信号从角速度传感器输出。检测信号经低通滤波器积分。在图8B所示的时刻t1处积分值达到校正极限值。因为非线性限幅器68B的特性是非线性的，如图8C所示P1点处，该值逐渐达到校正极限值LMT。由此在随动摄象时摄象平面不会不自然。

尽管非线性限制器68B的特性可以是固定的，非线性特性也可以根据随动摄象的速度或变焦比向变化。例如，限幅器特性是这样的，使得当随动摄象速度越快或变焦放大系数越大，则设置的达到校正限制值的曲线越平缓。

依照上述实施例只是对于水平方向手抖动校正系统提供非线性限幅器，然而，对于垂直方向的手抖动校正系统也可以提供非线性限幅器。

图9A表示光学变焦区域的图象平面，在这样的光学变焦区域中使用由C1所示的区域的图象。垂直方向的手抖动校正在C2A和C2B所示区域内进行，而水平方向的手抖动校正在C3A和C3b所示区域内进行。在C2A和C2B所示范围内手抖动校正通过CCD摄象器件3读数位置的移位而达到的。在C3A和C3B所示范围内水平方向手抖动校正通过电子放大电路15在水平方向的读数位置的移位而达到的。

图9B表示在电子变焦区域存储在图象存储器14中的图象平面。在这样的电子变焦区域使用由C11所示区域中图象。在垂直方向的手抖动校正通过在C12A和C12B所示范围内移位CCD摄象器件3的读数位置而达到的。在水平方向的手抖动校正在C13A和C13B所示范围内进行的。而且，在图象存储器内产生未被使用的区域C14。这未被使用的区域C14可以被用于手抖动校正。

图10和11表示低通滤波器61A和61B的结构。图10表示在光学变焦区域中结构，图11表示在电子变焦区域中结构，在图10和11表示在电子变焦区域中结构，在图10和11中，来自输入端101的信号送至加法电路102；加法电路102的输出从输出端103输出，并也送至延迟电路104。

在光学变焦区域中如图10所示，延迟电路104输出送至乘法电路105和也送至表(table)107。通过表107读出系数，此系数用于设置乘法电路105。乘法电路105的输出送至加法电路102。

在图11所示的电子变焦区域，延迟电路104的输出送至乘法电路105和也送至衰减器106。电子变焦放大系数(K)从输入端108送至衰减器106。通过表107读出系数，该系数用于设置乘法电路105。乘法电路105的输出送至加法电路102。与摄象机抖动对应的信号送至输入端101。该信号通过加法电路102被加在反馈元件上和被输出，也经由乘法电路105乘以适当倍数和被反馈。

在图10所示的光学可变焦距区域，延迟电路104的输出通过对表107的查阅获得系数。在图11所示的电子可变焦距区域，延迟电路104的输出通过衰减器106送至表107并通过对表107的查阅获得系数。衰减器106的衰减设置为与电子变焦放大系数(K)成反比。

图12表示电子变焦区域中积分值与系数之间关系。在图12中横坐标轴表示积分值，向纵坐标轴表示系数。因为衰减器106的衰减设置为与电子变焦放大系数(K)成反比，当电子变焦放大系数升时，表示积分值和系数之间关系的曲线如M1、M2、M3……这样地变化。因此当电子变焦放大系数增加时，校正范围可被设置为更大。

本发明并不限于摄象机，而也可从类似地运用于具有手抖动校正功能的视频重显装置。即，由于手抖动引起的图象平面的抖动不仅可以在摄象机侧在录象时加以校正，而且也可以在重显装置侧在重显图象时加以校正。即为在重显图象时检测手抖动，根据手抖动量移位图象平面。这样，在重显图象时执行手抖动校正的情况下，可以通过检测重显视频信号的移动矢量来检测手抖动。运用低通滤波器从移动矢量获得实际校正量。

在这种视频重显装置中可以以与上述实施例类似的方式使用非线性限幅器。

本发明并不限于摄象机，而也可以应用于具有手抖动校正功能的视频信号重显装置。即由于手抖动引起的图象平面抖动不仅可以在摄象机侧在录象时执行校正，而且也可以在重显装置侧在重显图象时执行校正。即，在重显图象时检测手抖动，而根据手抖动量移位图象平面。这样在重显图象时执行抖动校正的情况下，通过检测重显视频信号的移动矢量来检测手抖动。为了从移动矢量获得实际校正量使用低通滤波器。图象存储器用于执行校正。使用图象存储器可以形成电子放大图象平面。在如上所述的形成电子放大图象平面的情况，通过根据放大系数改变低通滤波器系数，可以获得更宽的校正范围。

Claims (17)

1.一种摄象机，包括：

收集来自被摄象物体的光的透镜装置；

将所述透镜装置收集的光变换为电信号的摄象器件；

将所述摄象器件的电信号变换为数字信号的模/数变换电路；

将所述模/数变换电路产生的数字信号储存起来的存储器电路；

检测所述摄象机抖动的抖动检测装置；

从所述抖动检测装置的输出信号获得校正量并发出光控信号和电控信号的计算装置；

根据所述光控信号校正由摄象机抖动造成的图象抖动到一预定限度的光学校正装置；

设在所述透镜装置内的用于放大或缩小被摄象物体的光学变焦装置；和

放大或缩小由所述模/数变换电路产生的数字信号呈现出的被摄物体并校正超过由所述光控信号确定的所述预定限度的抖动部分的电子变焦装置。

2.依照权利要求1的摄象机，其特征在于：所述光学变焦装置具有透镜，而电子变焦装置通过使用一图象存储器进行电子处理。

3.依照权利要求2的摄象机，其特征在于：所述变焦距装置这样受控制，所述光学变焦装置首先操作，当所述光学变焦装置的变焦量达到其最大值时所述电子变焦装置开始操作。

4.依照权利要求3的摄象机，其特征在于：在所述摄象器件中设置用于预定聚焦调节的窗口，并根据所述变焦装置的变焦变化移动该窗口。

5.依照权利要求4的摄象机，其特征在于：所述图象存储器用于电子变焦和手抖动校正两者。

6.依照权利要求5的摄象机，其特征在于：所述电子变焦通过在所述图象存储器一行中读出位置的移位来执行所述摄象机水平方向的手抖动校正。

7.依照权利要求6的摄象机，其特征在于：所述摄象器件的摄象区域大于实际显示的区域，在水平和垂直方向的手抖动校正是通过在摄象区域中水平和垂直方向的读出位置变化而执行的。

8.依照权利要求7的摄象机，其特征在于：所述抖动检测装置使用角传感器，它检测所述摄象机在水平方向和垂直方向上的抖动。

9.依照权利要求8的摄象机，其特征在于：所述计算装置包括增益调节电路，用于执行从所述角传感器获得的输出信号增益的负调节。

10.依照权利要求9的摄象机，其特征在于：所述增益调节电路包括乘法电路，用于调节所述角传感器的变化。

11.依照权利要求10的摄象机，其特征在于：所述增益调节电路还包括核化(coring)电路，用于消除所述放大电路的输出信号中的噪声。

12.依照权利要求11的摄象机，其特征在于：所述增益调节电路还包括低通滤波器电路，用于将所述核化电路的输出信号的角速度信息变换为角信息。

13.依照权利要求12的摄象机，其特征在于：所述增益调节电路还包括限幅电路，用于限制所述低通滤波器输出信号的幅度。

14.依照权利要求13的摄象机，其特征在于：所述限幅电路执行限制量按输出信号电平变化的非线性处理。

15.依照权利要求14的摄象机，其特征在于：所述限制电路这样受控制，使得限制量按所述摄象机的随动摄象速度而变化。

16.依照权利要求15的摄象机，其特征在于：所述限制电路这样受控制，使得限制量按所述摄象机的变焦量而变化。

17.依照权利要求16的摄象机，其特征在于还包括：

根据所述变焦装置的变焦变化调节所述校正装置的控制装置。

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