专利名称：手动偏差校正装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及由例如便携式视频摄象机装置所采用的装置及方法。
迄今，具有所谓CCD图象传感器的便携式视频摄象机被广泛采用。
便携式视频摄象机装置是小型轻便的。为此，其缺陷是在摄象过程中易受手动偏差的影响。若出现此种手动偏差，以例如变焦放大成象的图象的再生而获取的再生画面就会产生细微的“振荡”，结果使再生画面不清楚特别难看。
作为补偿此类由手动偏差引起的振荡以提供利于观看图象的装置，已知的一种技术是由视频摄象装置中安装的一种手动偏差校正装置补偿手动偏差的。在手动偏差校正装置中对这种手动偏差进行校正的多种校正装置之中，有采用图象处理而实现对手动偏差作校正的方法的，或采用光学处理对手动偏差作校正的方法的这种校正装置。
在利用图象处理对手动偏差作校正的校正装置中，其中有存储器控制系统及CCD驱动控制系统。
存储器控制系统是这样一个系统，如果在其中检测到手动偏差，则以成象一物体获得的图象信号的一部分被提取作为一个图象帧，而先前场的图象帧和当前场的图象帧被移动成为相互寄存。在图象场部分中的图象被放大，以获得校正的范围。如果该图象被扩大，则该再生的图象会在质量上劣变，因为该图象信号是由一个与CCD图象传感器的清晰度不相容的因数所放大的。这种图象质量的劣变随着校正范围的更宽而变得更为显眼。因此，利用本系统的图象质量被降低而校正范围却不能被加宽。但是，采用此系统的校正装置在构成上仅采用IC，因而运用于小型不昂贵的视频摄象机装置所用。
利用上述CCD驱动控制系统，在检测手动偏差之时，是通过改变来自CCD图象传感器在成象-物体时获得的视频信号的读出定时来实现其校正的。利用该系统，由于其补偿范围是通过增加CCD图象传感器的象素数目实现的，因而有必要增加用于校正手动偏差的象素数目，即使是在其中的“振荡”似乎随着具有高放大率成象的物体的情况而被扩大时也是如此。但是，如果是以增加象素的数目来保证由被放大的“振荡”所引起的手动偏差的充分校正，则该CCD成象传感器及其外围电路就会变得庞大而不实用。利用采用了本系统的校正装置，为校正对应于放大的“振荡”的手动偏差的充分的象素数是没有保障的，以致于对应于与放大的振荡相关联的这种手动偏差的再生图象的一部分画面变得不连贯。但是，手动偏差校正能够以通常的成象放大而无任何不方便地被实现。此外，系统只由IC构成，因而适于小型不昂贵的视频摄象装置所用。
在采用光学处理的校正手动偏差的校正装置中有万向摄象系统和动态摄象系统。
万向摄象系统是这样一个系统，如果在其中检测到手动偏差，则镜头单元就作为一个整体在消除该手动偏差方向上移动，以将该偏差校正。利用该系统，清晰度不会劣变，同时能保证更宽的校正范围。然而，由于镜头单元是作为整体而被移动的，故其机构庞大且耗电增加。结果是，采用此系统的校正装置适用于这样的场合，即，哪怕是使体积或多或少地增加仍然是要实现高清晰度的场合。
动态棱镜系统是这样一种系统，即在检测手动偏差时只有镜头单元的一部分是在消除手动偏差的方向上移动以将此种偏差校正。利用此种系统的功耗小且装置易于减小尺寸，且同时不劣变其清晰度并可以实现更宽的补偿范围。如果以此种动态棱镜系统来禁止手动偏差，将不含在再生的图象中产生“振荡”，以使制出的便携型视频摄象机装置实现小型化、轻重量，并且能够实现高的图象质量。
采用在动态棱镜系统中的动态棱镜是通过将具有可扩充真空体的两个玻璃镜片互连而构成，其真空体是由特殊的薄膜形成且充有具有实际上与玻璃镜片的光折射率相同的液体。在提供在摄象机单元之前面的物镜之间的中间放置这种动态棱镜用于将来自物体的图象传送到摄象机单元，和在透镜单元中的CCD图象传感器用于把来自物镜的物体图象传送到CCD图象传感器。通过改变摄象机单元的两镜片在各自纵向和横向的称之为顶角的倾角，使手动偏差被校正。
这些手动偏差校正装置是根据对手动偏差所进行的检测而执行手动偏差的校正的。在已知的振荡量检测装置中有运动矢量检测系统和角速度检测系统。
通过提取物体当前场视频信号及存储在半导体存储器中的物体先前场视频信号的差异，运动矢量检测系统检测物体运动量及方向。这种系统具有的缺陷是在低亮度时的误操作产生的趋势。但这种系统采用的振荡量检测装置仅由IC构成，故运用于小型、不昂贵的视频摄象装置。
角速度检测系统是一种利用角速度传感器，例如压电振荡旋转器对角速度进行检测的系统。虽然它需要比IC所需的更大的空间，但由于其采用的机械部件，使角速度能根据实时被检测，而不会有由亮度条件引发的误操作。因而采用该系统的此种手动误差检测系统适用于设计来以高精度对手动误差校正的视频摄象装置。
被采用在上述便携视频摄象装置中的手动偏差校正装置包括，一个振荡量检测单元，用于检测采用了运动矢量检测系统或角速度检测系统的视频摄象单元的振荡所引起的图象的手动偏差；校正信号产生装置，根据振荡量检测装置的输出信号产生一个校正信号；以及校正装置，用于根据由校正信号产生装置产生的校正信号，借助于图象处理的方法(例如存储器控制系统或CCD驱动控制系统)或光学处理方法(如万向机械系统或动态棱镜系统)对手动误差进行校正。
同时，视频摄象装置的角度不仅由手动偏差所改变，还由起因于摄象机工作，即由全景遥拍(摄象机成象期间的一种水平振荡技术)或上下遥摄(即在成象期间上下移动摄象机的技术)所改变。
摄象机工作一般包括慢摄操作，这种工作的结果是产生不高于0.5HZ频率分量。
摄象机工作的频率范围因使用者不同而异。
另一方面，在用户从稳定位置成象而不执行摄象机工作的情况下，手动偏差的频率分量是2-15HZ。如果用户是从移动位置成象，例如从运动小汽车成象，手动偏差的主要频率分量则会移到20-25HZ，即向高频一侧移动。而且，这种手动偏差的频率范围也因人而异。
利用上述的手动偏差校正装置，其中的手动偏差是借助于执行伺服控制而被校正的。这种伺服控制消除了由手动偏差所引起的画面振荡而不对在频率范围2-30HZ内的摄象机的工作所引起的振荡进行校正，以使当用户执行来自运动位置的摄象工作时把此时的手动偏差考虑进去。由于不产生起因于手动偏差的“振荡”，故由视频摄象装置再生的画面是易于观看的。
利用上述的校正信号产生装置，相位和增益的频率特性可被变化地设置。根据振荡量检测装置的输出信号的频率，设置相位和增益的频率特性以对校正信号作最优补偿。
因此，有可能由校正装置根据补偿的校正信号使得手动偏差校正装置实现手动偏差校正。
如果输出信号频率分别不高于5HZ或不低于10HZ，如
图1所示，利用上述校正信号产生装置，则振荡量检测装置的输出信号是相位延迟或相位超前的信号，以分别补偿画面运动的超前和随后的延迟。
这种校正信号产生装置的缺点在于，如果用户从稳定位置成象一个物体，由于是对于5HZ的频率和15HZ的频率一直在执行相位补偿，因而使手动偏差校正装置的校正变得不自然。
此外，如果用户是从汽车上成象，由于相位补偿一直是在15HZ频率附近执行的，因而也使手动偏差校正装置的校正变得不自然。
因而本发明的目的是提供一种手动偏差校正装置，从而即使在过渡响应期内也能自发地执行手动偏差校正。
根据本发明，它提供一种成象装置，它包括一个用于检测由该图象装置的振荡所引起的图象振荡的装置；校正信号产生装置，用于根据检测的振荡而产生用于校正图象振荡的校正信号；校正装置，用于根据校正信号对图象的振荡进行校正；以及设定装置，用于响应所检测的振荡的特征而设置校正信号的特征。
根据本发明还提供一种用于校正在图象中的振荡的方法，它包括有如下步骤，对起因于成象装置之偏转的图象的振动进行检测；根据所检测的振荡产生用于校正图象振荡的校正信号；响应被检测振荡的特征，设置校正信号的特征；以及根据已经设置的校正信号的特征对图象振荡进行校正。
图1是传统手动偏差校正装置的相位补偿频响特性曲线；图2是根本发明的手动偏差校正装置框图；图3表示提供在构成手动偏差校正装置的校正信号产生装置中的特性补偿滤波器的补偿特性可变设置的示意图；图4A和4B表示从该手动偏差校正装置的偏差量检测装置送到频率检测装置的典型信号的曲线，其中图4A表示从静止位置拍摄的特性曲线，而图4B表示从移动中的汽车拍摄的特性曲线；图5表示由特征补偿滤波器实现的相位补偿的频响特性曲线；图6是与图5类似的表示由传统手动偏差校正装置实现的相位补偿的曲线。
参考附图来详细地描述本发明的一些优选实施例。本发明的手动偏差校正装置提供来校正由于手动，例如便携式视频摄象装置所引发的偏差的校正。如图2中所示出的手动偏差校正装置是采用角速度检测方法的手动偏差校正装置的一个例子，作为振荡量检测方法并采用动态棱镜系统作为一种校正方法。
手动偏差校正装置如图2所示置于便携式视频摄象装置中，根据本发明，它包括振荡量检测单元1，用于检测由视频摄象单元的偏转所引起的图象的振荡量；以及一个校正信号产生单元2，用于根据振荡量检测单元1的输出信号产生一个校正信号。该手动偏差校正装置还包括校正单元3，用于根据校正信号校正图象信号的振荡，以及一个频率检测单元4，用于检测振荡量检测单元1的输出信号的频率。该手动偏差校正装置还包括特征设置单元5，用于根据频率检测单元4的检测输出设置校正信号产生单元2的特征。
采用包括压电振荡振动陀螺的角速度检测系统的振荡量检测单元1包括有第一角速度传感器和第二角速度传感器。该第一和第二角速度传感器是沿表面方向安装，因而被指向视频摄象单元的横向和纵向，以便分别检测在测滑角和仰角方向上的角速度。
如下面所述的那样，第一和第二角速度传感器是靠近校正单元3的动态棱镜11处放置，以便分别检测在该动态棱镜11的侧滑角和仰角方向的角速度。
具有上述构形的振荡量检测单元1利用该第一和第二角速度传感器在视频摄象单元的侧滑角和仰角方向上检测由于这两个方向上的振荡所引起的振荡的角速度的值，并把输出信号送到校正信号产生单元2。
校正信号产生单元2包括高速滤波器6，用于削去由手动偏差量检测单元1输出的该第一和第二角速度传感器的输出信号的低频分量；积分滤波器7，用于对高通滤波器6所输出的角速度信号进行积分以产生一个角度信号；以及一个特征补偿滤波器8，用于对该角度信号进行补偿。滤波器8具有针对该角度信号的通带中点进行可变设置的增益和相位的可变设置。
高通滤波器6是由动态滤波器，例如三级有源滤波器组成，用于削除不需要频带的低频分量的噪声分量，例如用于测量第一和第二角速度传感器输出信号的测量系统谐振频率。
高通滤波器6消除了低频噪声分量，以便可以从上述的输出信号识别出角速度信号。如此被识别的角速度信号被送到积分滤波器7。
积分滤波器7包括取样A/D转换器，利用远比补偿滤波器8的通带中点要高的取样频率对由该高通滤波器6所识别的角速度信号进行取样，并将取样的角速度信号进行A/D转换；以及一个微计算机，用于计算取样的角速度信号和角速度信号的取样的取样时间的总和。
积分滤波器7对从高通滤波器6送出的角速度信号及其取样时间的积的总和进行积分，以便产生由视频摄象单元的偏转所引起的在侧滑角和仰角方向上的振荡的角信号。该在侧滑角和仰角方向上的角度信号送到特征补偿滤波器8。
特征补偿滤波器8是数字滤波器构成的一个带通滤波器。其传输函数θo由下式(1)表示θo=K3*1-K2*Z-11-K1*Z-1----(1)]]>其中K1和K2表示振荡量检测单元1的第一和第二角速度传感器的输出方传到校正信号产生单元2的特征补偿滤波器8的输出方的传输所引发的相位补偿；Z-1表示相位延迟的运算符，而K3表示特征补偿滤波器8的增益补偿值。
利用该特征补偿滤波器8，补偿值K1、K2和K3可根据频率检测单元4的检测输出由特征设置单元5可变地设置。如若补偿值K1、K2和K3被改变，则显然从公式(1)可见，其传输函数θo的频率特性被改变。因而使进入特性补偿滤波器8的角度信号的频带中点频率及由特征补偿滤波器8输出的校正信号的频率特性随之改变。
校正信号的频率特性可由特性补偿滤波器8经特性设置单元5所改变。
利用上述的校正信号产生单元2，由手动偏差量检测单元1发出的第一和第二角速度传感器的输出信号被高通滤波器6所滤波，以给出与噪声无关的角速度信号。这些角速度信号由积分滤波器7所积分，以给出角度信号，并将其经过特征补偿滤波器8，以给出校正信号。利用校正信号产生单元2，可变地设置特征补偿滤波器8的补偿值K1、K2和K3，以便对于由特征补偿滤波器8产生的校正信号增益的相位补偿特性及频率特性进行可变设置。这些校正信号从校正信号产生单元2送到校正单元3。
采用动态棱镜系统的校正单元3包括动态棱镜11、用于检测动态棱镜11的顶角信号的棱镜顶角传感器12和用于可变地驱动动态棱镜11的顶角的棱镜控制器13。
动态棱镜11是由两个可扩展的玻璃片组成，这两个玻璃片是由特殊的薄膜以及具有实际与该两个玻璃片的光折射系数相同的光折射系数一种液体所形成。这两个玻璃片的安装要使其所形成的顶角相对于该视频摄象单元的纵向与横向而言是可变地设置的。
动态棱镜11是安装在CCD图象传感器的成象单元的前侧的透镜中，在该CCD图象传感器上，经物镜使物体成象在该传感器上。
借助于在消除手动偏差的方向上改变动态棱镜11的玻璃片的顶角，可消除手动偏差，以使得成象在CCD图象传感器上的物体的图象没有由手动偏差所引发的“振荡”。
该顶角传感器12包括第一和第二臂，直立于与视频摄象单元的纵向和横向相平行的动态棱镜11的两个玻璃片的两个侧边上；还包括第一和第二光传感器，用于检测在侧滑角和仰角方向上的第一和第二臂的顶角。
动态棱镜11的玻璃片的顶角是由棱镜顶角传感器12所测量的。
棱镜控制器13包括第一和第二驱动线圈，分别与直立地设置在玻璃片侧边上的第一和第二臂相啮合，用于沿侧滑角和仰角方向驱动该动态棱镜11的两个玻璃片；和一个驱动控制单元，用于根据棱镜顶角传感器12的第一和第二光传感器的输出信号与来自校正信号产生单元2的校正信号的比较结果来控制该第一和第二驱动线圈的驱动电压。
棱镜控制器13利用驱动控制器控制第一和第二驱动线圈的驱动电压，以使得由校正信号产生单元2根据由视频摄象单元的手动偏差在侧滑角和仰角方向上所产生的角信号而产生的校正信号，在由所说第一和第二角速度传感器所传感的同时，由一个比较器与由第一和第二光传感器所传感的动态棱镜11的两个玻璃片的侧滑方向及仰角方向的顶角相比较，以便在消除手动偏差的方向上驱动两个玻璃片的顶角。
所以有可能以棱镜控制器13来在消除手动偏差的方向上驱动该动态棱镜11的两个玻璃片的顶角。
利用上述的校正单元3，从校正信号产生单元2的特征补偿滤波器8来的校正信号被送到棱镜控制器13。动态棱镜11的两个玻璃片的顶角由棱镜顶角传感器12所检测，以产生输入到棱镜控制器13的顶角信号。因此，送入有校正信号的顶角信号的棱镜控制器13在消除手动偏差的方向上改变两个玻璃片的顶角，以校正手动偏差。
当由振荡量检测单元1所传感时，频率检测单元4通过在时间轴的每一个单元时间段上计数零角速度点来检测该频率。
如果用户从静止位置利用视频摄象装置拍摄，由图4A所示包括叠加在高频(0-15HZ)和小幅度分量之上的大幅度低频(2-5HZ)分量的角速度信号从振荡量检测单元1送到频率检测单元4，在时间轴上的每单位时间段上计数该角速度信号的零幅值点。
如果用户是从车上利用视频摄象装置拍摄，则如图4B所示的由叠加在高频(20-25HZ)及大幅度分量上的低频(2-5HZ)小幅度分量的角速度信号就从振荡量检测单元1送到频率检测单元4，随之在时间轴的每个单位时间段上计数角速度信号的零幅值点。
如果用户是在一稳定位置利用视频摄象设备进行摄象，即由频率检测单元4所检测的角速度信号的频率是2-15HZ，则校正信号产生单元2的特征补偿滤波器8就由特征设置单元5设置，以使相位/频率特性如图5所示。就是说，如果频率是在5-15HZ，则将补偿值K1和K2设置为零，而将补偿值K3设置为1。
在此情形中，补偿滤波器8的特性不随检测角速度信号的频率改变。其原因在于，如果让补偿滤波器8的特性每次随着频率的改变而改变，则会导致图象看起来不自然。
如果用户是从车上利用视频摄象装置拍摄，即由频率检测单元4所检测测的角速度信号的频率是20-25HZ，则校正信号产生单元2的特征补偿滤波器8就由特征设置单元5所设置，以使其特征如图5所示。就是说，如果被测频率是20HZ，则补偿值K1、K2和K3的选择要使得在20HZ附近的相位延迟变为零，如图6(a)所示。如果被测频率是22HZ，则补偿值K1、K2和K3的选择要使得在22HZ附近的相位延时变为零，如图6(b)所示。如果被测频率是25HZ，则补偿值K1、K2和K3的选择要使得在25HZ附近的相位延时变为零，如图6(c)所示。
以此种方式，特征补偿滤波器8的相位/频率特征随着被测角速度信号的频率而变。这样就能不依赖视频摄象振荡的频率而有效补偿相位延迟。
如果被测频率的主要分量被严重地改变，因而使补偿滤波器8的特征随着该主要分量的每次改变而被改变，导致不自然的观看图象。但是，在高频范围内由于相位延迟所引起的效果要比由于补偿滤波器8特征改变所引起的效果明显得多。因此，补偿滤波器8的特征则响应被检测角速度信号的频率而被改变。
作为振荡量的检测方法及其校正方法，根据本发明实施例的手动偏差校正装置分别采用了一个角速度检测系统和一个动态棱镜系统。然而本发明不局限于此实施例。利用根据本发明的手动偏差校正装置，可实现小型轻便的便携式视频摄象装置，其中当由一种检测方法(如运动矢量检测方法或角速度检测方法)检测到手动偏差时，这种手动偏差由一个校正单元利用画面处理方法(如存储器控制方法或CCD驱动控制方法)或一个光学处理方法(如万向机械系统或动态棱镜系统)所校正，使得在再生的的画面中不出现由于手动偏差或抖动的振荡。
利用根据本发明的上述手动偏差校正装置，振荡量检测单元输出信号的频率由频率检测单元所检测，校正信号产生单元的补偿特征则响应该频率检测单元的检测输出而被可变地设置。
因此，当用户从车上拍摄时，校正信号补偿单元的补偿特征响应输出信号的频率而被优化，以自发地进行校正该手动偏差而与成象环境中的改变无关。此外，如果用户是从静止位置成象，可能由于补偿特征的每次改变所产生的图象的不自然的特性，能够通过把校正信号产生装置的补偿特性固定而加以解决。
权利要求
1.一种成象装置包括一个用于检测由该图象装置的振荡所引起的图象振荡的装置；校正信号产生装置，用于根据检测的振荡而产生用于校正图象振荡的校正信号；校正装置，用于根据校正信号对图象的振荡进行校正；以及设定装置，用于响应所检测的振荡的特征而设定校正信号的特征。
2.如权利要求1的成象装置，其中所说的设定装置包括频率检测装置，用于检测被测振荡的频率，以及特征设置装置，用于响应该被测频率而设置校正信号的特征。
3.如权利要求2的成象装置，其中所说的校正信号补偿图象的相移特征。
4.如权利要求3的成象装置，其中所说的特征设定装置响应被测频率设置校正信号的频率特征。
5.如权利要求4的成象装置，其中在检测高频振荡分量的同时，所说的设定装置对应于振荡分量而设定校正信号的特征。
6.如权利要求4的成象装置，其中所说的设定装置响应与汽车拍摄相对应的振荡分量，以设定相应校正信号的频率特征。
7.如权利要求4的成象装置，其中所说的设定装置响应不低于20HZ的频率的振荡分量，以设定相应校正信号的频率特征。
8.如权利要求6的成象装置，其中所说的设定装置对于相应于来自稳定物体拍摄的振荡分量不改变校正信号的频率特征。
9.如权利要求7的成象装置，其中所说的设定装置对于2-20HZ振荡分量不改变校正信号的频率特征。
10.如权利要求4的成象装置，其中所说的校正装置包括动态棱镜。
11.如权利要求4的成象装置，其中所说的检测装置包括一个角速度传感器。
12.一种用于校正图象中的振荡的方法包括以下步骤对于起因于成象装置之偏转的图象的振动进行检测；根据所检测的振荡产生用于校正图象振荡的校正信号；响应被检测振荡的特征，设置校正信号的特征；以及根据已经设定的校正信号的特征对图象振荡进行校正。
13.如权利要求12的校正图象中振荡的方法，其中所说的设定步骤包括有检测被测振荡的频率的步骤。
14.如权利要求13的校正图象中振荡的方法，其中所说的设定步骤包括响应被测频率设定校正信号的频率特征的步骤。
15.如权利要求14的校正图象中振荡的方法，其中所说的校正信号补偿图象的相位特征。
16.如权利要求15的校正图象中振荡的方法，其中所说的设定步骤响应高频振荡分量而设定校正信号的频率特性。
17.如权利要求15的校正图象中振荡的方法，其中响应与来自汽车拍摄的振荡分量而设定校正信号的频率特征。
18.如权利要求15的校正图象中振荡的方法，其中响应不低于20HZ的振荡分量而设定校正信号的频率特征。
19.如权利要求17的校正图象中振荡的方法，其中对于起源于静止物体拍摄的振荡分量，所说的设定步骤不改变校正信号的频率特征。
20.如权利要求18的校正图象中振荡的方法，其中对于2-20HZ的振荡分量，所说的设定步骤不改变校正信号的频率特征。
全文摘要
一种成象装置包括，检测由于图象装置的振荡所引起的图象振荡的单元；根据被测振荡产生用于对该振荡校正的校正信号产生单元；根据该校正信号对图象振荡进行校正的校正单元；及，响应被测振荡之特征而设置校正信号特征的设定单元。
文档编号H04N5/232GK1142155SQ96110368
公开日1997年2月5日 申请日期1996年5月31日 优先权日1995年5月31日
发明者永井润, 佐藤弘一 申请人:索尼公司