图像抖动校正设备及其控制方法、光学装置以及摄像装置.pdf

本发明提供一种图像抖动校正设备及其控制方法、光学装置以及摄像装置。所述摄像装置进行反馈控制，使得抖动校正透镜的位置收敛至目标位置。LPF及减法单元将抖动信号划分为低频及高频分量。加法单元合成高频LPF和低频LPF的输出，并且输出目标位置。平移/倾斜确定单元由所述抖动信号来确定平移速度。如果平移是快速的，则控制低频和高频的目标位置收敛至0，并且在结束确定时，高频的目标位置的计算在低频的目标位置的计算之前开始。如果平移是缓慢的，则仅控制低频的目标位置收敛至0。平移/倾斜确定单元依据是在手持摄影中还是处于静止状态，来改变检测的确定条件。

权利要求书1.  一种图像抖动校正设备，其用于通过校正单元的驱动来校正图像抖动，该图像抖动校正设备包括：划分单元，其被构造为将由抖动检测单元输出的检测信号划分为多个频率分量；以及控制单元，其被构造为在根据所述检测信号确定了平移或倾斜的情况下，检测平移或倾斜的速度，以分别针对所划分的多个频率分量，基于所检测出的速度，来改变滤波器计算的各截止频率或者通过所述滤波器计算而计算出的各中间值，并且合成通过进行所述滤波器计算而获得的信号，以生成所述校正单元的控制信号。2.  根据权利要求1所述的图像抖动校正设备，其中，所述划分单元将所述检测信号划分为低频分量和高频分量，并且，其中，所述控制单元包括：确定单元，其被构造为确定平移或倾斜的速度；第一低通滤波器，其具有可变的滤波器计算收敛时间常数，同时对所述高频分量进行积分；第二低通滤波器，其具有可变滤波器计算的收敛时间常数，同时对所述低频分量进行积分；以及合成单元，其被构造为将所述第一低通滤波器的输出信号和所述第二低通滤波器的输出信号相加，并且输出所述校正单元的目标位置的控制信号，所述第一低通滤波器和所述第二低通滤波器的所述截止频率或所述中间值通过所述确定单元确定的平移或倾斜的速度来改变。3.  根据权利要求2所述的图像抖动校正设备，其中，所述划分单元包括：第三低通滤波器，其用于提取所述低频分量；以及减法单元，其被构造为从所述检测信号中减去由所述第三低通滤波器提取的所述低频分量，并且输出所述高频分量。4.  根据权利要求3所述图像抖动校正设备，其中，所述确定单元将平移或倾斜的速度与阈值进行比较，并且依据该速度是否大于所述阈值 来改变所述滤波器计算。5.  根据权利要求4所述的图像抖动校正设备，其中，在平移或倾斜的速度大于所述阈值的情况下，所述控制单元使根据所述校正单元的低频的目标位置及高频的目标位置收敛，并且在停止平移或倾斜的情况下，在计算该低频的目标位置之前计算该高频的目标位置。6.  根据权利要求4所述的图像抖动校正设备，其中，在平移或倾斜的速度等于或小于所述阈值的情况下，所述控制单元使根据所述校正单元的低频的目标位置收敛，并且不控制根据所述校正单元的高频的目标位置的收敛。7.  根据权利要求4所述的图像抖动校正设备，该图像抖动校正设备还包括：状态确定单元，其被构造为基于所述检测信号来确定装置是否处于静止状态，其中，所述控制单元通过所述状态确定单元的输出，来改变平移或倾斜的确定条件。8.  根据权利要求7所述的图像抖动校正设备，其中，在所述状态确定单元确定装置在抖动方向的至少围绕第一轴的方向上处于静止状态，并且在围绕与所述第一轴不同的第二轴的方向上不处于静止状态的情况下，所述控制单元确定装置在围绕所述第二轴的方向上处于平移或倾斜状态，从而使根据所述校正单元的低频的目标位置收敛。9.  一种光学装置，所述光学装置包括根据权利要求1所述的图像抖动校正设备。10.  一种摄像装置，所述摄像装置包括根据权利要求1所述的图像抖动校正设备。11.  根据权利要求10所述的摄像装置，其中，所述校正单元是在与摄影光学系统的光轴不同的方向上能够移动的校正透镜，所述摄像装置还包括：位置控制单元，其被构造为获得所述抖动检测单元的所述检测信号，以确定所述校正透镜的目标位置，并进行用于使所述校正透镜的位置收敛至该目标位置的反馈控制。12.  根据权利要求11所述的摄像装置，所述摄像装置还包括：三脚架确定单元，其被构造为获得所述抖动检测单元的所述检测信号，并且确定所述摄像装置是否处于被配设于三脚架上的静止状态，其中，在所述三脚架确定单元确定所述摄像装置在俯仰方向及偏转方向上未处于静止状态的情况下，所述控制单元限制所述滤波器计算的输入。13.  一种控制方法，其用于由图像抖动校正设备利用校正单元的驱动来校正图像抖动，该控制方法包括以下步骤：通过划分单元，将由抖动检测单元输出的检测信号划分为多个频率分量；在控制单元获得所述检测信号并且确定了平移或倾斜的情况下，通过控制单元，检测平移或倾斜的速度，以分别针对所划分的多个频率分量，基于所检测出的速度，来改变滤波器计算的各截止频率或者通过所述滤波器计算而计算出的各中间值；以及通过所述控制单元，对进行了所述滤波器计算的信号的进行合成，并且生成所述校正单元的控制信号。

说明书图像抖动校正设备及其控制方法、光学装置以及摄像装置
技术领域
本发明涉及一种用于校正光学装置或摄像装置等中的图像抖动的技术。
背景技术
由于在拍摄图像时握持照相机主体的用户的手的抖动，可能在由诸如数字照相机等的摄像装置拍摄的图像上产生图像抖动。因此，已经有一些装置具有如下的功能，即检测施加于照相机主机的振动，以校正被摄体图像的图像抖动。在这种技术中，已知有光学图像抖动校正处理及电子图像抖动校正处理。光学图像抖动校正处理利用角速度传感器等来检测照相机主体的抖动，以移动摄影光学系统中的光学部件(校正透镜)，从而改变摄影光学系统中的光轴的方向。由此，在摄像元件的光接收面中聚焦的图像能够被移动，以校正抖动。此外，电子图像抖动校正处理是通过对拍摄的图像进行图像处理来人工地校正图像抖动的处理。
从角速度传感器等输出的抖动检测信号包括由于诸如手抖等应当被校正的振动导致的信号。此外，抖动检测信号包括由于依据摄影者的目的而对照相机的操作(例如平移操作)导致的信号等。由此，当仅基于抖动检测信号来驱动校正透镜时，对例如在平移(panning)或倾斜操作(以下称为“平移操作等”)期间的大抖动进行图像抖动校正。因此，校正透镜的目标位置可能超出校正透镜的可移动范围。另选地，在平移操作等之后可能发生图像摆动(回摆)，从而使用户对照相机的操作或者图像感到不适。如果角速度传感器的抖动检测信号被确定为是由于平移操作等导致的，则用于校正回摆的处理停止图像抖动校正。校正透镜返回到可移动范围的中心(不具有位移的基准位置)，从而被停止。
在这方面，当在平移操作等结束时发生角速度信号的某些急剧改变时，由于检测信号系统的高通滤波器(HPF)或积分器的残留信号等，抖 动检测信号可能不严格为0，而是渐近接近于0。因此，当图像抖动校正被恢复时，校正透镜因抖动检测信号而被移动很多，从而导致图像的回摆。为了解决该问题，日本特开第2006-113264号公报公开了如下的设备，该设备用于在平移操作等结束时，逐渐地改变角速度的基于信号处理的滤波器的截止频率，由此校正图像抖动。另外，日本特开第2011-118073号公报公开了如下的方法，即通过依赖于角速度的速度控制，来进行校正透镜的驱动，而不使用在导致回摆的角速度的基于信号处理的滤波器中具有极低截止频率的HPF或LPF(积分器)。另外，日本特开第2010-004370号公报公开了如下的设备，该设备用于基于由角速度传感器检测的抖动信号，通过校正透镜来校正抖动，并且基于低频分量的抖动信号，通过电子图像抖动校正来校正抖动。由此，该设备能够针对由于平移操作等导致的大的抖动，确保校正透镜的足够的驱动范围。
然而，日本特开第2006-113264号公报中记载的技术对于紧接在平移操作等之后的图像抖动校正具有弱的效果。另外，在日本特开第2011-118073号公报中记载的技术中，因为在未在进行曝光时通过位置控制来使校正透镜的位置位于中心的操作，致使对于诸如用户身体的摆动等的、抖动检测信号的低通分量，图像抖动校正的效果被削弱。另外，由于该技术不使用HPF，因此，如果角速度传感器的偏移以及温度波动是大的，则校正透镜的位置从可移动范围的中心偏离。如果使用具有小的偏移及温度波动的水晶陀螺仪传感器，则成本可能增加。此外，日本特开第2010-004370号公报中记载的技术在不能进行电子图像抖动校正的情况下，会降低曝光期间的低频的图像抖动校正的性能。
发明内容
本发明提供一种图像抖动校正设备，该图像抖动校正设备使得即使在平移操作等期间发生大的抖动的情况下，也能够成功地校正图像抖动。
根据本实施例，提供了一种图像抖动校正设备，其用于通过校正单元的驱动来校正图像抖动，该图像抖动校正设备包括：划分单元，其被 构造为将由抖动检测单元输出的检测信号划分为多个频率分量；以及控制单元，其被构造为在根据所述检测信号确定了平移或倾斜的情况下，检测平移或倾斜的速度，以基于所检测出的速度，分别针对所划分的多个频率分量，来改变滤波器计算的各截止频率或者通过所述滤波器计算而计算出的各中间值，并且合成通过进行所述滤波器计算而获得的信号，以生成所述校正单元的控制信号。
根据本发明的图像抖动校正设备即使在平移操作等期间发生了大的抖动的情况下，也能够实现良好的图像抖动校正。
通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是例示摄像装置的功能结构的示例的框图。
图2A是例示抖动校正透镜驱动单元的示例性结构的框图。
图2B是例示抖动校正控制单元及透镜位置控制单元的内部的示例性结构的框图。
图3是例示抖动校正机构单元的示例性结构的分解透视图。
图4是例示抖动校正控制单元的内部的示例性结构的框图。
图5是例示抖动校正控制单元的处理的前半部分的流程图。
图6是例示接续图5的、抖动校正控制单元的处理的流程图。
图7是例示用于检测快速平移的示例性处理的流程图。
图8A及图8B是例示用于检测缓慢平移的示例性处理的流程图。
图9是例示用于检测快速平移的确定标志的定时的图。
图10是例示递归数字滤波器的示例性结构的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来描述本发明的优选实施例。本发明能够应用于安装在数字单镜头反射照相机上的可互换镜头、诸如镜头筒等的光 学装置、诸如数字摄像机、监控摄像头或网络摄像头等的摄像装置，以及诸如移动电话或平板电脑终端等的包括摄像装置的电子设备。请注意，本发明并不意图限于以下的实施例，并且仅例示了在本发明的实施中具有一定优势的具体示例。此外，对于解决本发明的问题而言，在以下实施例中描述的特征的所有组合并非始终都是必需的。
图1是例示根据本发明的实施例的摄像装置的功能结构的示例的框图。数字静态照相机被例示作为根据本实施例的摄像装置。然而，也可以使用具有运动图像摄影的功能的照相机。
构成摄影光学系统(聚焦光学系统)的变焦单元101是具有可变倍率的摄影镜头设备的一部分，并且包括用于改变摄影镜头设备的倍率的变焦透镜。变焦驱动控制单元102根据系统控制单元119的控制的指令，来控制变焦单元101的驱动。抖动校正透镜(以下称为“校正透镜”)103是如下的光学部件，其构成充当图像抖动校正部件的摄影光学系统的一部分。校正透镜103是如下的移位透镜，其能够在与摄影光学系统的光轴不同的方向(例如与光轴垂直的方向)上移动。抖动校正透镜驱动控制单元104根据系统控制单元119的控制的指令，来驱动校正透镜103。
光圈快门单元105包括具有光圈功能的机械快门。光圈快门驱动控制单元106根据系统控制单元119的控制的指令，来驱动光圈快门单元105。聚焦单元107是摄影镜头的一部分，并且包括聚焦透镜，该聚焦透镜能够沿摄影镜头的光轴来改变自身的位置。聚焦驱动控制单元108根据系统控制单元119的控制的指令来驱动聚焦单元107，以进行焦点调节操作。
摄像单元109包括诸如CCD(电荷耦合器件)图像传感器及CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器等的摄像元件。摄像元件将由摄影光学系统形成的光学图像，光电转换为以像素为单位的电信号。摄像信号处理单元110对由摄像单元109输出的电信号，进行A(模拟)/D(数字)转换、相关二重采样、伽马校正、白平衡校正及颜色插值处理等，以将由摄像单元109输出的电信号转换为视频信号。视频信号处理 单元111依据用途，来处理从摄像信号处理单元110输出的视频信号。具体而言，视频信号处理单元111生成用于显示的视频信号，并且进行用于记录的编码处理及数据归档。
显示单元112基于视频信号处理单元111输出的用于显示的视频信号，根据需要显示图像。电源单元115依据用途来对整个摄像装置提供电源。外部输入及输出端子单元116用来在外部输入及输出端子单元116与外部设备之间，输入及输出通信信号及视频信号。操作单元117在用户操作摄像装置时被使用，并且包括用来向摄像装置提供指令的按钮或开关等。存储单元118存储诸如视频信息等的各种数据。用于控制照相机系统的系统控制单元119包括CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)及RAM(随机存取存储器)等。控制单元119将存储在ROM中的控制程序展开至RAM，以在CPU中执行指令。由此，摄像装置的各单元能够被控制，以实现如下所述的各种操作。
操作单元117包括释放开关，该释放开关被配置为依据释放按钮的按下量，依次使第一开关(称为SW1)和第二开关(称为SW2)接通(ON)。当释放按钮被半按下时，SW1接通，并且当释放按钮被全按下时，SW2接通。当SW1接通时，系统控制单元119基于AF(自动聚焦)评价值来控制聚焦驱动控制单元108，以调节焦点。例如，基于由视频信号处理单元111输出到显示单元112的用于显示的视频信号，来生成AF评价值。
系统控制单元119获得关于视频信号的亮度的信息，并且进行AE(自动曝光)处理，例如，基于预定的程序图，来确定用来获得适当曝光量的光圈值及快门速度。当SW2接通时，系统控制单元119以确定的光圈及快门速度进行摄影，并且控制由摄像单元109获得的图像数据以将该数据存储至存储单元118等。
操作单元117包括用于选择图像抖动校正模式的图像抖动校正开关。如果通过图像抖动校正开关的操作而选择了图像抖动校正模式，则系统控制单元119向抖动校正透镜驱动控制单元104，提供抖动校正操作的指令。被指示的抖动校正透镜驱动控制单元104继续抖动校正的操作，直 到发出了“图像抖动校正OFF(关)”的指令为止。另外，操作单元117包括模式选择开关，该模式选择开关用于选择静止图像摄影模式或运动图像摄影模式等。操作单元117能够改变在各选择的摄影模式下抖动校正透镜驱动控制单元104的操作条件。操作单元117还包括用于选择播放模式的播放模式选择开关，并且在播放模式下停止抖动校正的操作。操作单元117包括倍率改变开关，该倍率改变开关用于进行改变变焦倍率的指示。当通过倍率改变开关的操作进行了改变变焦倍率的指示时，经由系统控制单元119接收到该指示的变焦驱动控制单元102驱动变焦单元101，以将变焦透镜移动到指示的位置，从而使倍率变化。
接下来，将参照图2A来描述抖动校正透镜驱动控制单元104的结构。图2A是例示抖动校正透镜驱动单元104的功能结构的示例的框图。抖动检测单元包括第一抖动传感器201及第二抖动传感器202，以检测多个方向上的各抖动。
第一抖动传感器201是例如角速度传感器，并且在自然姿态(图像的纵向方向与水平方向紧密匹配的基准姿态)下检测与摄像装置垂直的方向(俯仰方向)上的抖动。第一抖动传感器201将抖动检测信号输出到第一抖动校正控制单元203。第二抖动传感器202是例如角速度传感器，并且在自然姿态下检测与摄像装置平行的方向(偏转方向)上的抖动。第二抖动传感器202将抖动检测信号输出到第二抖动校正控制单元204。
第一抖动校正控制单元203及第二抖动校正控制单元204分别确定校正透镜103在俯仰方向和偏转方向上的目标位置，以输出关于目标位置的校正位置控制信号，从而控制校正透镜103的驱动。第一抖动校正控制单元203将校正位置控制信号输出到第一透镜位置控制单元205，并且，第二抖动校正控制单元204将校正位置控制信号输出到第二透镜位置控制单元206。
第一透镜位置控制单元205通过反馈控制，来进行包括例如致动器的第一驱动单元207的驱动控制。基于来自第一抖动校正控制单元203的俯仰方向上的校正位置控制信号，以及如后所述的位置检测信号，来 执行该反馈控制。另外，第二透镜位置控制单元206通过反馈控制，来进行包括致动器的第二驱动单元208的驱动控制。基于来自第二抖动校正控制单元204的偏转方向上的校正位置控制信号，以及如后所述的位置检测信号，来执行该反馈控制。
校正透镜103的位置检测单元包括第一霍尔(Hall)元件209及第二霍尔元件210，以获得与两个方向相对应的位置信息。第一霍尔元件209检测校正透镜103在俯仰方向上的位置，以将检测出的位置信息输出到第一透镜位置控制单元205。此外，第二霍尔元件210检测校正透镜103在偏转方向上的位置，以将检测出的位置信息输出到第二透镜位置控制单元206。
接下来，将描述由抖动校正透镜驱动控制单元104进行的校正透镜103的驱动控制。第一抖动校正控制单元203及第二抖动校正控制单元204分别获得表示摄像装置在俯仰方向和偏转方向上的抖动的抖动检测信号(角速度信号)。第一抖动校正控制单元203及第二抖动校正控制单元204基于抖动检测信号，来生成用于在俯仰方向和偏转方向上驱动校正透镜103的校正位置控制信号，以将这些信号分别输出到第一透镜位置控制单元205及第二透镜位置控制单元206。
第一霍尔元件209及第二霍尔元件210依据配设在包括校正透镜103的单元中的磁铁的磁场强度，来输出电压信号，作为校正透镜103在俯仰方向和偏转方向上的位置信息。各类型的位置信息分别被输出到第一透镜位置控制单元205及第二透镜位置控制单元206。第一透镜位置控制单元205及第二透镜位置控制单元206分别进行第一驱动单元207和第二驱动单元208的驱动控制。换言之，第一霍尔元件209及第二霍尔元件210的各信号值代表校正透镜103的位置。可以通过如下的方式来实现反馈控制，即，使得各信号值分别收敛至来自第一抖动校正控制单元203及第二抖动校正控制单元204的校正位置控制信号值(代表校正透镜103的目标位置)。请注意，从第一霍尔元件209及第二霍尔元件210输出的位置信号值是可变的。因此，调整第一霍尔元件209及第二霍尔元 件210的输出，使得针对校正位置控制信号，校正透镜103移动到预定的位置。
第一抖动校正控制单元203及第二抖动校正控制单元204分别基于来自第一抖动传感器201及第二抖动传感器202的抖动检测信息，输出用于移动校正透镜103的位置以消除图像抖动的校正位置控制信号。例如，第一抖动校正控制单元203及第二抖动校正控制单元204由具有抖动检测信息的角速度信号或者用于对角速度信号进行滤波处理的信号，生成校正的速度或位置的控制信号。
通过上述操作，如果在摄影时，诸如手抖等的振动被施加于摄像装置，则能够针对一定程度的振动来校正图像抖动。另外，第一抖动校正控制单元203及第二抖动校正控制单元204基于第一抖动传感器201及第二抖动传感器202的检测信息，以及第一霍尔元件209及第二霍尔元件210的输出，来检测摄像装置的抖动状态，从而进行平移(或倾斜)的控制。
接下来，将参照图3来描述抖动校正机构单元。图3是例示具体的抖动校正机构单元的示例性结构的分解透视图。抖动校正机构单元包括校正透镜103、抖动校正透镜驱动控制单元104、光圈快门单元105及光圈快门驱动控制单元106。
基座301是抖动校正机构单元的基座，并且被固定至光圈快门单元105及ND(中性密度)滤波器机构。基座301与两个从动销302以及可移动从动销(未示出)被配设在一起。在基座301的径向方向上向外布置的、凸轮筒(未示出)中的3个凸轮槽被配置为与这些从动销嵌合，并且沿凸轮槽在光轴的方向上前进和返回。
校正透镜103通过铆接爪(未示出)而被支架316保持。透镜盖303包括用于限制穿过校正透镜103的光通量的开口。透镜盖303在侧面包括3个臂单元304。臂单元304包括开口305，并且在配设于支架316的侧面的突起315处的3个位置嵌合，以将透镜盖303一体地保持至支架316。支架316一体地保持磁铁312及313。
支架316通过3个球(ball)307被压焊至基座301，并且被球307滚动支持，以使得支架能够在与光轴垂直的平面中的任意方向上移动。与用于通过导杆来引导支架的结构相比，用于通过球307来保持支架316的结构能够以较小的振幅，实现更为快速的移动。因此，即使在具有高像素数的摄像元件的摄像装置中，本发明也能够以优良的图像抖动校正来提供图像抖动校正。
推力弹簧314的一端被接合至支架316的突起315，并且推力弹簧314的另一端被接合至配设在基座301中的突起(未示出)。推力弹簧314被保持在伸展状态下，并且将支架316推动至基座301。径向弹簧317及318具有防止支架316的转动的作用。树脂制成的绕线管317及318与金属制成的销构造在一起，并且被附着至线圈308及309的端部。柔性印刷电路(FPC)324的焊盘通过焊接等被电连接到绕线管310及311的销，从而形成至线圈308及309的电力供给电路。
第一霍尔元件209及第二霍尔元件210被分别配设在磁铁312及313附近，并且检测由磁铁312及313产生的磁场。第一霍尔元件209及第二霍尔元件210被安装在FPC 324上，以通过FPC 324来供给电力。FPC327形成向光圈快门单元105及ND滤波器驱动单元供给电力的电路。FPC324及327通过突起321而被固定至支架320。
接下来，将参照图2B及图4，来描述第一抖动校正控制单元203及第一透镜位置控制单元205的内部结构。请注意，第二抖动校正控制单元204及第二透镜位置控制单元206具有与第一抖动校正控制单元203及第一透镜位置控制单元205类似的结构，因而将省略重复的描述。
在图2B中，充当抖动检测单元的第一抖动传感器201检测施加于摄像装置的抖动，并且依据抖动而输出抖动信号(角速度信号)。在第一抖动校正控制单元203中处理抖动信号，并且将信号输出到减法单元406。第一抖动校正控制单元203的结构如稍后利用图4所述。
减法单元406从由第一抖动校正控制单元203生成的信号中，减去第一霍尔元件209的位置检测信号，并且将校正透镜的目标位置的信号 输出到透镜位置控制单元407。透镜位置控制单元407包括控制运算器，并且例如通过PID控制器来进行P(比例)控制、I(积分)控制及D(微分)控制的计算。透镜位置控制单元407将校正透镜103的驱动信号输出到第一驱动单元207。针对校正透镜的目标位置，根据由第一霍尔元件209检测出的位置信息的反馈控制，来执行图像抖动校正。
图4是例示第一抖动校正控制单元203的示例性结构的框图。高通滤波器(以下称为“HPF”)是用于从输出自第一抖动传感器201的抖动信号中、去除相对较低频率的偏移分量的数字滤波器，并且能够改变自身的截止频率。在减法单元517中，从去除偏移分量之前的抖动信号中，减去已由HPF 501去除了偏移分量的抖动信号，以提取抖动信号的偏移分量。提取的抖动信号的偏移分量被保持在偏移存储单元502中。
在减法单元518中，从输出自第一抖动传感器201的抖动信号中减去偏移存储单元502的输出，以计算去除了偏移分量的抖动信号。在本实施例中，向偏移存储单元502的输入被预先计算出，然后，在开始控制的同时，停止在偏移存储单元502中保持的偏移值的更新。之后，从抖动信号中去除固定的偏移值，而不使用HPF 501。去除偏移值的抖动信号被输出到减法单元515及低通滤波器(以下称为“LPF”)508。
LPF 508是滤波器计算的收敛时间常数可变的滤波器，并且提取抖动信号的低频分量。另外，减法单元515能够从去除偏移之后的抖动信号中，减去由LPF 508提取的抖动信号的低频分量，以获得抖动信号的高频分量。换言之，在本实施例中，划分单元被配置为将抖动信号划分为低频分量及高频分量。低频分量的抖动信号(以下称为“低频抖动信号”)被从LPF 508输出到减法单元519。
高频分量的抖动信号(以下称为“高频抖动信号”)被从减法单元515输出到高频限制器506。高频抖动信号被高频限制器506限制。换言之，限制信号电平，以防止大于或等于预定值的大抖动信号向高频LPF 507的输入。利用能够改变截止频率的高频LPF 507，对高频限制器506的输出进行积分。用于对高频抖动信号进行积分的高频LPF 507(第一低通滤 波器)具有可变的滤波器计算收敛时间常数。所述积分将角速度信息转换为角度信息，以生成仅提取了高频分量的抖动角度信号。
相反，减法单元519从由LPF 508提取的低频抖动信号中，减去由偏移计算单元514计算的偏移值(第三低通滤波器)。减去偏移之后的低频抖动信号被低频限制器510限制，并进一步利用低频LPF 511进行积分(第二低通滤波器)。低频LPF 511具有可变的截止频率，并且生成仅提取了低频分量的抖动角度信号。用于对低频分量进行积分的低频LPF511具有可变的滤波器计算收敛时间常数。
偏移计算单元514由低频LPF 511的输出来计算偏移值。如果应用在由LPF 508划分的低频抖动信号不发生抖动的状态下的固定偏移分量，则计算用于相减的偏移值，使得偏移分量在低频限制器510的输入端是0。上述处理能够防止由于由低频LPF 511进行积分的低频抖动角度信号的单调增加，而使得校正透镜103被驱动到校正透镜能够被控制的范围之外。高频LPF 507及低频LPF511的各个输出在加法单元520中被相加，以输出结果作为校正透镜的目标位置。
平移/倾斜确定单元504通过利用抖动信号、HPF 501的输出、加法单元520的输出以及三脚架确定单元516的确定结果，来确定是平移还是倾斜状态。平移/倾斜确定单元504在下列情况下确定是平移操作或倾斜操作：
(1)如果摄像装置在被施加了大的抖动时，具有大于预定的确定基准值(阈值)的抖动信号或者在由HPF 501去除偏移之后的抖动信号；
(2)如果校正透镜103的位置离可移动范围的中心位置的间距较预定值更大；以及
(3)如果仅一个轴被确定为处于三脚架状态。
条件(1)的确定将HPF 501的截止频率的值设置为高的。另外，在高频LPF 507及低频LPF 511中，条件(2)的确定将截止频率的值设置为高的。另外，条件(3)的确定使用三脚架确定单元516的确定结果。三脚架确定单元516进行如下的状态确定处理，即确定摄像装置是否处于配设 在诸如三脚架等的支持部件上的静止状态。例如，三脚架确定单元516在预定时段中检测小于或等于预定值的HPF 501的输出信号，来检测照相机被固定至三脚架的状态。此外，三脚架确定单元516在预定时段中检测大于或等于预定值的HPF 501的输出信号，来确定三脚架的解除的状态。
在三脚架状态的检测中，分别确定相对于摄像装置的常规位置的俯仰方向及偏转方向。如果检测出三脚架状态的俯仰方向和偏转方向中的任何一者，则平移/倾斜确定单元504确定是平移操作或倾斜操作。在这种情况下，平移/倾斜确定单元504利用高频限制器506及低频限制器510来限制输入。当进行上述操作时，针对LPF 508、高频LPF 507及低频LPF 511的滤波的中间值，依据条件(1)的确定结果而加上或减去预定值。由此，进行了用于使中间值收敛至0的处理。
图10例示了示出递归型一阶数字滤波器(recursive primary digital filter)的结构的框图。例如，示例性结构包括加法单元ADD1及ADD2、增益单元(乘法单元)a、b、c以及延迟单元(临时存储单元)Z-1。采样次数用n来表示，并且在本次采样时的输入值被设置为X[n]，且在前次采样时的中间值被设置为Z[n-1]。在本次采样时的中间值被设置为Z[n]。输入值X[n]和增益单元a的输出在加法单元ADD1中被相加，以计算中间值Z[n]，并将中间值Z[n]存储在延迟单元Z-1中。
在滤波器计算中作为存储值的中间值通过增益单元b，而被输出到加法单元ADD2。加法单元ADD2把增益单元c的负输出，与增益单元b的输出相加。增益单元c的该输出是将前次的中间值Z[n-1]乘以增益系数的信号的输出。由此，由在本次采样时的中间值Z[n]以及在前次采样时的中间值Z[n-1]，计算出在本次采样时的输出值Y[n]。在本实施例中，用a、b及c来表示确定在数字滤波器的频率下的增益及相位特性的各增益单元的常数(增益系数)。
与用于将数字滤波器的截止频率改变到高频率侧的方法相比，用于直接减小中间值的方法较少依赖于设置的截止频率的时间常数。因此， 该方法具有如下的优点，即能够控制用于使中间值收敛至0的速度，并且在平移/倾斜处理结束之后，减少与滤波器的输出有关的回摆。即使在大的抖动被施加于摄像装置的情况下，该处理也能够防止校正透镜103进行大于或等于可移动范围的驱动。此外，该处理能够防止由于紧接在平移操作之后的回摆而使得摄影图像不稳定。
如上所述生成的低频及高频的抖动角度信号被合成，以将校正透镜103的目标位置信号输入至透镜位置控制单元407。透镜位置控制单元407基于校正透镜的目标位置以及由霍尔元件209检测的位置信息，通过反馈控制来进行图像抖动校正的操作。
接下来，将描述用于依据摄像装置的平移(或倾斜)的速度或者静止状态来改变用于计算校正透镜的目标位置的方法。在本实施例中，平移/倾斜确定单元504把由摄影者有意进行的平移操作等的动作速度，与阈值进行比较。平移/倾斜确定单元504分别检测由工作速度是快速还是缓慢而区分的情况的两种类型，以依据各情况来改变用于计算低频及高频的图像抖动校正量的处理。
下面，将参照图7的流程图，来描述用于在平移操作的工作速度快的情况下检测平移的方法。平移/倾斜确定单元504进行确定平移的检测的处理，该处理分别对第一轴和第二轴执行恒定周期的同一处理。
首先，当开始用于确定快速平移的处理时(S701)，通过利用抖动信息及确定基准值，来确定摄像装置的姿态是否由于平移等而处于不稳定状态(S702)。如果摄像装置的姿态被确定为处于不稳定状态，则平移/倾斜确定单元504进入到S712，并且进行用于确定平移的检测的处理。此外，如果摄像装置被确定为处于稳定状态，则处理进入到S703。
从用于确定平移的检测的处理开始进行说明，即确定是否设置了第一标志(以下称为“初次平移检测标志”)。初次平移检测标志是如下的标志，其用于防止从用于检测平移的第二标志(以下称为“平移检测标志”)的设置起的多次设置，直到该初次平移检测标志被清除为止。如果未设置初次平移检测标志，则处理进入到S706。另外，如果设置了初次 平移检测标志，则处理进入到S713。在S713中，将高频抖动信号的电平与第三阈值(称为“预定值3”)进行比较。如果高频抖动信号的电平大于或等于预定值3，则处理进入到S712。然而，如果高频抖动信号的电平小于预定值3，则确定未在平移中，处理进入到S706。
在S714中，设置针对高频的快速平移检测标志(第三标志)。接下来，在S715中，设置针对低频的快速平移检测标志(第四标志)，并且在S716中，进一步清除初次平移检测标志。然后，将稳定计数器(stable counter)的值清除为0(S717)。术语“稳定计数器”是用于在预定时段中确定摄像装置的抖动量是否为小的计数器变量，并且在S708中被使用。在S717之后，步骤进入到S706(用于确定针对高频的快速平移标志的清除的处理)。
另一方面，如果在S702中将摄像装置的姿态确定为稳定，则处理进入到S703，并且进行用于确定平移检测的结束的处理。在S703中，将高频抖动信号与第一阈值(称为“预定值1”)进行比较。如果高频抖动信号小于或等于预定值1，则处理进入到S704，然而如果信号超过预定值1，则确定处于平移状态，并且处理进入到S706。
在S704中，确定平移完成，并且清除针对低频的快速平移检测标志。然后，设置初次平移检测标志(S705)，以为重新检测到平移的情况做准备。接下来，在S706中，将高频抖动信号与第二阈值(称为“预定值2”)进行比较。如果高频抖动信号超过预定值2，则确定处于平移状态，并且处理停止快速平移的确定(S711)。
此外，如果高频抖动信号小于或等于预定值2，则由于满足平移停止的条件，所以处理进入到S707。使稳定计数器的值递增1。接下来，将稳定计数器的值与预定值(阈值)进行比较(S708)。如果稳定计数器的值被确定为大于或等于预定值，则处理进入到S709，然而，如果该值小于预定值，则确定未完成平移，并且进入到S711。
如果在S708中，稳定计数器的值大于或等于预定值，则抖动状态被确定为在预定时间内是小的，并且确定平移已完成。在这种情况下，清 除针对高频的快速平移检测标志(S709)，并且对稳定计数器设置预定值(S710)。然后，停止快速平移确定(S711)。
因此，针对校正透镜103中的低频的抖动目标值以及高频的抖动目标值的计算，执行单独的用于检测平移的确定以及用于检测平移的结束的确定。请注意，用于快速倾斜的确定同样如上所述来进行。
图9例示了示出快速平移确定的时序图。在此，例示了高频抖动信号随时间的变化，以及关于针对低频及高频的各平移检测标志的设置及清除的定时。图9例示了如下的示例，即抖动量上升并依次超过预定值1、2及3，然后到达峰值，并逐渐下降。用于进行平移检测的预定值3、用于进行针对低频的平移结束的确定的预定值1以及用于进行针对高频的平移结束的确定的预定值2之间的关系，被设置为“预定值3>预定值2>预定值1”。
在高频抖动信号的抖动量达到预定值3的时点，设置各平移检测标志。换言之，高频的平移确定具有与低频相同的定时。然而，在高频抖动信号的抖动量下降而达到预定值1的时点，清除针对低频的平移检测标志(第四标志)。此外，在高频抖动信号的抖动量下降而达到预定值2的时点，清除针对高频的平移检测标志(第三标志)。在比针对低频早的定时，确定针对高频的平移检测标志中的平移结束的确定。在抖动信号变得足够小的延迟的定时，确定针对低频的平移检测标志。因此，确定针对低频的平移结束的定时与针对高频的不同。
接下来，将参照图8A及图8B中的流程图，来描述用于检测缓慢平移的方法。在确定平移检测的处理中，分别针对第一轴和第二轴执行恒定周期的相同处理。例如，将围绕第一轴的方向设置为俯仰方向，并且将围绕第二轴的方向设置为偏转方向。
首先，当开始确定缓慢平移的处理时(S801)，使用抖动信息及确定基准值，来确定配设在三脚架上的摄像装置是否处于静止状态(以下称为“配设在三脚架上的状态”)(S802)。除配设在三脚架上的状态之外的状态被称为“非三脚架状态”。如果针对摄像装置的常规位置，摄像装 置的状态被确定为对于第一轴处于配设在三脚架上的状态，并且对于第二轴处于非三脚架状态，则处理进入到S803。然而，如果不满足确定的条件，则处理进入到S807。
在S803中，清除作为第五标志的第一轴的缓慢平移检测标志，并且在S804中，清除当摄像装置被配设在三脚架上时的、作为第六标志的第一轴的缓慢平移检测标志。此外，在S805中，设置作为第七标志的第二轴的缓慢平移检测标志。在S806中，设置当摄像装置被配设在三脚架上时的、作为第八标志的第二轴的缓慢平移检测标志。然后，停止缓慢平移的确定(S825)。
在S807中，确定摄像装置的状态是否对于第二轴处于配设在三脚架上的状态，并且对于第一轴处于非三脚架状态。如果满足确定的条件，则处理进入到S808。然而，如果不满足该条件，则处理进入到S812。在S808中，设置第一轴的缓慢平移检测标志，并且在S809中，设置当摄像装置被配设在三脚架上时的第一轴的缓慢平移检测标志。此外，在S810中，清除第二轴的缓慢平移检测标志，并且在S811中，清除当摄像装置被配设在三脚架上时的第二轴的缓慢平移检测标志，以停止缓慢平移的确定(S825)。
在S802及S807中，如果确定不是一个轴处于配设在三脚架上的状态并且另一轴为平移状态，则平移/倾斜确定单元504确定两轴均处于配设在三脚架上的状态，或是当用户以手握持装置时的摄影状态，并且处理进入到S812。在S812中，将抖动信号的电平与预定值4进行比较，并且确定该电平是否大于或等于预定值4。如果抖动信号的电平大于或等于预定值4，则确定具有缓慢并且被延迟的可能性的平移状态，然后，处理进入到S813。如果电平小于预定值4，则处理进入到S818。
在S813中，用于检测缓慢平移的计数器的值被加1(递增)。接下来，确定用于检测缓慢平移的计数器的值是否大于或等于预定值(阈值)(S814)。如果用于检测缓慢平移的计数器的值小于预定值，则处理停止缓慢平移的确定(S825)。另外，如果用于检测缓慢平移的计数器的值大 于或等于预定值，则处理进入到S815。在这种情况下，在预定时段中接连地确定发生抖动，并且设置缓慢平移检测标志(S815)。对缓慢平移检测计数器设置预定值(S816)。此外，将用于解除缓慢平移检测的计数器的值清除为0(S817)，以为缓慢平移检测标志的清除做准备，然后，停止缓慢平移的确定(S825)。
另一方面，S818确定抖动信号的电平是否小于或等于预定值5。如果不满足确定的条件，则摄像装置的抖动是大的，并且缓慢平移被确定为未停止，然后，处理进入到S825。另外，如果抖动信号的电平小于或等于预定值5，则处理进入到S819。在这种情况下，执行用于解除缓慢平移检测的计数器的递增(S819)。接下来，确定用于解除缓慢平移检测的计数器的值是否大于或等于预定值(S820)。如果不满足确定的条件，则处理进入到S825而被停止。此外，如果满足确定的条件，则在预定时段中接连地将抖动确定为是小的，并且处理进入到S821，以清除缓慢平移检测标志。另外，在S822中，对用于解除缓慢平移检测的计数器设置预定值，以将缓慢平移检测的计数器的值清除为0(S823)。在S824中，清除当摄像装置被配设在三脚架上时的缓慢平移检测标志，以停止用于缓慢平移的确定的处理。
因此，如果在预定时间内接连地检测出大于或等于预定值4的大的抖动信号，则缓慢平移的确定进行标志的设置。另外，如果在预定时间内接连地有抖动信号的状态持续处于小于或等于预定值5的状态，则将标志清除。在平移检测的确定中使用的预定值4和在平移检测的解除的确定中使用的预定值5之间，满足“预定值4>预定值5”的关系。
与用手携持的状态相比，在配设于三脚架上的状态下的平移操作具有更明显的紧接在平移之后的回摆，这是由于在配设于三脚架上的状态下的摄像装置不会处于抖动状态。上述情况可能太晚，以致不能如同用手携持的状态一样，检测通过预定时间的抖动状态确定的、在配设于三脚架上的状态下的平移。因此，如果一个轴处于配设在三脚架上的状态并且在另一轴上进行平移操作，则该情况立即被确定为是缓慢移动。由 此，能够抑制由于在配设于三脚架上的状态下的平移而导致的回摆。请注意，如上所述进行用于检测缓慢倾斜的确定以及缓慢倾斜的检测结束的确定。
接下来，将参照图4、图5及图6，来描述在快速平移及缓慢平移时的低频及高频的抖动校正的计算。以恒定的周期进行用于控制抖动校正的计算。
当处理开始时(S601)，HPF 501从抖动传感器201获得抖动信号(S602)，并且去除抖动信号的低频分量(S603)。接下来，减法单元517从抖动信号中减去HPF 501的输出(S604)，以计算抖动信号中的低通的偏移分量。在S605中，处理确定是否开始防抖动控制(图像抖动校正的控制)。如果防抖动控制在开始之前，则处理进入到S633，并且将在S604中计算的低通的偏移分量的值保持在偏移存储单元502中，以更新值。然后，处理停止。
如果在S605中，开始防抖动控制，则处理进入到S606。在这种情况下，将在S604中计算的低通的偏移分量的值保持在偏移存储单元502中，并且停止更新。以这种方式，在控制开始时的偏移分量能够被保持为固定值。接下来，减法单元518从抖动信号中，减去存储在偏移存储单元502中的偏移值(S607)，并且保持去除偏移之后的值(S608)。换言之，由于抖动信号的偏移计算被停止，所以在图像抖动校正中，使用未由HPF501去除低通分量的抖动信号。由此，能够抑制由于低截止频率的数字滤波器计算而导致的回摆的操作。
平移/倾斜确定单元504确定摄像装置是在平移中还是倾斜中(S609)。在下文中，将描述平移确定作为示例(具体而言，参照图6至图8B)。如果确定摄像装置在平移中，则处理进入到S611，而如果确定摄像装置未在平移中，则处理进入到S610。
在S611中，平移/倾斜确定单元504从LPF 508的中间值中减去预定值。进行该相减，是为了针对在平移操作期间的大的抖动，抑制LPF 508的中间值的过度增加。然后，LPF 508进行计算(S610)，并且保持计算 值(S612)，以提取抖动量的低频分量。接下来，偏移计算单元514计算偏移量，以使得在低频LPF 511的输入端不产生偏移(S614)。减法单元519从作为LPF 508的输出的、抖动量的低频分量中，减去偏移量(S616)。然后，处理进入到图6中的S617。
接下来，在S617中，平移/抖动确定单元504再次确定摄像装置是否在平移中。如果摄像装置在平移中，则处理进入到S619。如果摄像装置未在平移中，则处理进入到S618。在S619中，低频限制器510将向低频LPF 511的输入限制为不超过或等于预定值。平移/倾斜确定单元504基于校正透镜103的目标位置与驱动中心位置之间的距离，来改变低频LPF511的截止频率，并将该截止频率设置为高的，以便不使校正透镜103位于可移动范围之外(S620)。此外，平移/倾斜确定单元504从低频LPF 511的中间值中减去预定值，并且进行用于抑制中间值的增加的计算(S621)。
在S618中，低频LPF 511进行计算，并保持计算的结果(S622)，并且针对低频的抖动量，来计算校正透镜103的目标位置。接下来，从在去除偏移之后被保持在S608及S612中的抖动量中，减去LPF 508的计算值(S623)，以提取抖动量的高频分量。在S624中，平移/抖动确定504确定摄像装置是否在平移中。如果摄像装置在平移中，则处理进入到S627。如果摄像装置未在平移中，则处理进入到S625。
在S627中，高频限制器506限制向高频LPF 507的输入。平移/倾斜确定单元504基于校正透镜103的目标位置与驱动中心位置之间的距离，将高频LPF 507的截止频率改变到高频侧，以防止校正透镜103位于可移动范围外部(S628)。此外，平移/倾斜确定单元504从高频LPF 507的中间值中减去预定值，以进行用于抑制中间值的增加的计算(S629)。在S625中，高频LPF 507进行计算，并且保持计算的结果(S630)。针对高频的抖动量的校正透镜103的目标位置被计算出。在S631中，加法单元520将针对低频的抖动量的校正透镜103的目标位置，与针对高频的抖动量的校正透镜103的目标位置相加，这两个目标位置分别是在S622和S630中被保持的。因此，计算出校正透镜的最终目标位置，从而 在S632中停止处理。
在校正透镜103的位置遵从以这种方式计算出的目标位置的同时，反馈控制得以执行，从而去除施加于摄像装置的手抖等的影响。以使得受手抖明显影响的频带被包括在高频侧中的方式确定用于按频率划分抖动信号的LPF 508的截止频率。例如，如果抖动信号主要被包括在约3Hz至约5Hz的频率中，则将截止频率设置为小于或等于3Hz。
本实施例将平移(或倾斜)的速度与阈值进行比较，并且分别检测大于阈值的大且快速的平移和小于或等于阈值的缓慢平移，以依据检测的结果来改变滤波器计算中的处理的内容。另外，抖动信号被划分为低频和高频，以针对在两种类型的检测中的各平移的速度条件，分别处理低频的抖动和高频的抖动，从而计算校正透镜的目标位置。如果处理快速平移，则针对低频和高频两者的抖动校正透镜的目标值均被处理而收敛于预定值(例如，0或接近0)。针对低频和高频两者的校正透镜的目标位置均以可移动范围为中心。然后，进行积分计算，以由抖动信号(角速度信号)来计算作为校正透镜的目标位置的抖动角度信号。高频侧的计算比低频侧开始得更快，从而能够使得紧接在平移之后的抖动校正不被执行的时间是短的，并且能够抑制由于平移而导致的回摆。
相反，如果平移速度小于或等于阈值，则仅在校正透镜容易被驱动到可驱动范围之外的低频中，使校正透镜的目标位置收敛至预定值。在这种情况下，不进行使根据校正透镜的高频的目标位置收敛的控制。高频侧的抖动校正的持续，能够抑制平移期间的图像抖动校正的效果的降低。此外，与照相机被配设在三脚架上的静止状态(配设在三脚架上的状态等)的平移相比，在用手携持照相机的摄影期间的平移具有不同的用于确定缓慢平移的方法。因此，上述处理能够在具有明显回摆的配设在三脚架上的状态等中，减少由于平移操作之后的回摆而导致的摄影图像的改变，并且在无不适感的情况下输出图像。
根据本实施例，图像抖动校正设备能够在由于平移操作等而发生大的抖动的情况下，实现优良的图像抖动校正。请注意，在本实施例中， 描述了将抖动检测信号划分为高频分量和低频分量两种类型的分量的示例。然而，本发明也能够适用于将抖动检测信号划分为大于或等于3种的频率分量的结构。
虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应当被赋予最宽的解释，以便涵盖所有这类修改以及等同的结构和功能。
本申请要求2013年12月12日提交的日本专利申请第2013-257050号的优先权，在此，通过引用将该申请的全部内容并入本申请中。