JP2007158575A - Imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被写界深度を調整することが可能な撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an imaging apparatus capable of adjusting the depth of field.
近年、フィルムを用いたカメラに代わって、撮像素子としてCCDを備えたデジタルスチルカメラが広まりつつある。16mmフィルムや35mmフィルムを用いて撮影を行っていた映画などの映像制作市場においても、撮像素子としてCCDやCMOS等の電子デバイスを備えたデジタルビデオカメラで撮影し、その後の編集や合成などの処理及び、投影まで全てをデジタルで行うデジタルシネマが広がりつつある。 In recent years, digital still cameras equipped with a CCD as an image pickup element are becoming popular in place of cameras using film. Even in the video production market where movies were shot using 16mm film or 35mm film, it was shot with a digital video camera equipped with an electronic device such as a CCD or CMOS as the image sensor, and then processed for editing and composition. And digital cinema that performs everything up to projection digitally is spreading.
ここで、デジタルスチルカメラ等の静止画撮影を目的とするカメラにおいても、また、ビデオカメラ等の動画撮影を目的とするカメラにおいても、芸術的な映像を撮影するため、被写界深度を調整して撮影することが頻繁に行われる。例えば、図11で示すような人物を撮影する場合(ポートレート撮影)には、人物に焦点を合わせて背景が適度にぼけている映像が、人物が浮き立ち芸術的な映像として好まれる。 Here, the depth of field is adjusted in order to shoot artistic images in cameras that are intended for still image shooting such as digital still cameras and cameras that are intended for video shooting such as video cameras. And shooting frequently. For example, when shooting a person as shown in FIG. 11 (portrait shooting), an image that is focused on the person and the background is moderately blurred is preferred as an artistic image with the person floating.
この焦点距離前後の焦点が合う範囲を被写界深度と言い、被写界深度が小さい(浅い)程、より背景がぼけ、人物が浮いたようなポートレート映像を撮影することが出来る。 The in-focus range before and after this focal length is called the depth of field. The smaller the depth of field (the shallower the depth), the more the background can be blurred and the portrait image can be taken.
ここで、被写界深度について図12を用いて説明する。図12において、1はレンズであり、距離Lで焦点が合っている状態(実線)である。しかし、実際には距離Lの被写体だけに焦点が合うのではなく、距離Lの前後の映像にも焦点が合う(破線)。これは、レンズを通して結像した映像のぼけがある一定以上の大きさよりも小さければ、ぼけを検出することが出来ないためである。その大きさを許容錯乱円と言い、撮像素子の大きさで決定されるパラメータである。
Here, the depth of field will be described with reference to FIG. In FIG. 12,
距離Lより後方で焦点の合う範囲を後方被写界深度D1、手前側で焦点の合う範囲を前方被写界深度D2と言い、被写界深度Dは両者の和D1+D2で表される。ここで、後方被写界深度D1と前方被写界深度D2は、レンズの焦点距離をf、Fナンバー(絞り値)をFno、許容錯乱円をδとすると、次式で表される。 The range in focus behind the distance L is called the rear depth of field D1, and the range focused on the near side is called the front depth of field D2. The depth of field D is expressed by the sum D1 + D2. Here, the rear depth of field D1 and the forward depth of field D2 are expressed by the following equations where the focal length of the lens is f, the F number (aperture value) is Fno, and the allowable circle of confusion is δ.
よって、被写界深度は、(数3)のようになる。 Therefore, the depth of field is expressed as (Equation 3).
特許文献1によれば、35mmフィルムカメラと1/2インチCCDとでは、同じ画角の映像を撮影するために、レンズから3mの被写体に焦点を合わせたとすると、35mmフィルルムカメラの場合は、2.5m〜3.7mの範囲でフォーカスが合い、1/2インチCCDカメラの場合には、1.7m〜9.8mの範囲でフォーカスが合うと報告されている。これは、撮像素子の大きさに起因するものが大きい。
According to
また、被写界深度の浅い映像を撮影するために、一般には、レンズの後にNDフィルタを挿入して撮像素子に入射する光量を減少させ、絞りを開けて(Fナンバーを小さくする)撮影を行うことで、ぼけた映像を撮影するテクニックが用いられる。特許文献2では、被写界深度をビューファインダ上にグラフ表示し、撮影者が被写界深度を容易に確認することが可能なカメラを提供するものである。撮影者は、ビューファインダ上に表示された被写界深度を確認し、NDフィルタや絞りを調整して被写界深度を容易に調整することが可能となる。
しかしながら、上記の従来の構成では、ビューファインダ上に被写界深度を表示することで、撮影者が意図する映像を撮影しやすくする効果はあるものの、撮像素子の大きさで決定される被写界深度の限界を超えた映像を作り出すことは不可能である。 However, in the conventional configuration described above, displaying the depth of field on the viewfinder has an effect of facilitating taking a picture intended by the photographer, but the subject determined by the size of the imaging device is effective. It is impossible to create images that exceed the limits of depth of field.
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、撮像素子の大きさで決定される限界の被写界深度以上に、より被写界深度の浅い映像を撮影することのできる撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides an imaging apparatus capable of capturing an image with a shallower depth of field than the limit of the depth of field determined by the size of the imaging device. The purpose is to do.
本発明の請求項1に記載の発明は、レンズから入射した光情報を電荷に変換する撮像素子部と、前記撮像素子部の複数の領域ごとに被写体と前記撮像素子部の距離を計測する距離センサ部と、レンズのフォーカス制御を行うレンズ制御部と、演算部を備え、前記演算部において、前記距離センサ部からの距離情報と、前記レンズ制御部からのフォーカス距離情報から、前記撮像素子部からの映像信号にローパスフィルタリング処理を行うものであり、浅い被写界深度の映像を実現することができるという作用を有する。
The invention according to
本発明の請求項2に記載の発明は、前記演算部において、前記距離センサ部からの距離情報とフォーカス距離情報の差の絶対値に対応して、前記ローパスフィルタリング処理の特性を変化させるとしたものであり、浅い被写界深度の映像を実現することができるという作用を有する。 According to a second aspect of the present invention, in the calculation unit, the characteristic of the low-pass filtering process is changed in accordance with an absolute value of a difference between distance information from the distance sensor unit and focus distance information. And has an effect that an image with a shallow depth of field can be realized.
本発明の請求項3に記載の発明は、前記演算部において、前記距離センサ部からの距離情報にローパスフィルタリング処理を施すとしたものであり、被写体の境界付近での画像のチラツキを抑制するという作用を有する。 According to a third aspect of the present invention, the arithmetic unit performs low-pass filtering on the distance information from the distance sensor unit, and suppresses flickering of an image near the boundary of the subject. Has an effect.
以上のように本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、撮像素子の大きさによって決定される限界の被写界深度以上に、被写界深度の浅い映像を撮影することができるという優れた効果が得られる。 As described above, the present invention solves the above-described conventional problems, and can capture an image with a shallow depth of field more than the limit depth of field determined by the size of the image sensor. An excellent effect is obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図1から図10を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
(実施の形態1)
図1に本発明の一実施の形態の撮像装置の構成図を示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration diagram of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1において、1はレンズ、2はレンズ1からの入射光をR、G、Bの各波長成分に分光するプリズム群、3はRチャンネル用撮像素子部、4はGチャンネル用撮像素子部、5はBチャンネル用撮像素子部、6は撮像素子部3、4、5からの映像信号をデジタル信号に変換するADコンバータ、7は被写体との距離を計測する距離センサ部、8は距離センサ部7からの距離情報をデジタル信号に変換するADコンバータ、9はレンズ制御や距離センサ制御などを行う制御部、10は演算部である。
In FIG. 1, 1 is a lens, 2 is a prism group that splits incident light from the
レンズ1を通して集光された光は、プリズム群2でR、G、Bに分光され、分光された光は各チャンネル用の撮像素子部3、4、5にそれぞれ送られる。撮像素子部3、4、5では、プリズム群2からの光情報を電荷情報に光電変換し、アナログ映像信号を出力する。
The light collected through the
制御部9は、フォーカス、絞り、ズーム等のレンズ制御を行う。ここで、図2を用いて画角とズームの関係について説明する。画角とは決められたイメージサイズの中に写しこむことが可能な範囲を角度で表したものであり、水平イメージサイズをX、垂直イメージサイズをY、焦点距離をfとすると、水平画角WH、垂直画角WVは次式で表される。 The control unit 9 performs lens control such as focus, aperture, and zoom. Here, the relationship between the angle of view and the zoom will be described with reference to FIG. The angle of view represents the range that can be captured within the determined image size, expressed as an angle. If the horizontal image size is X, the vertical image size is Y, and the focal length is f, the horizontal angle of view. WH and vertical angle of view WV are expressed by the following equations.
ズームレンズでは、ズーミングにより焦点距離を変化させることで画角を変えることが出来る。図3に焦点距離fと画角のイメージ図を示す。つまり、焦点距離fが大きい場合には画角が小さくなり、逆に焦点距離fが小さい場合には画角が大きくなる。 In a zoom lens, the angle of view can be changed by changing the focal length by zooming. FIG. 3 shows an image diagram of the focal length f and the angle of view. That is, when the focal length f is large, the angle of view becomes small. Conversely, when the focal length f is small, the angle of view becomes large.
制御部9は、レンズ1を制御すると同時にレンズ1に送っている焦点距離fを距離センサ部7に送る。図4を用いて、距離センサ部7の動作を説明する。距離センサ部7の中心点は、レンズ1の中心点Cと同じ点となるようにカメラに取り付けられており、(数4)、(数5)で決定される水平画角WH、垂直画角WVの領域をセンシングする(センシングエリア制御)。つまり、図3で示した映像エリアと全く同じ領域をセンシングすることになる。つまり、焦点距離が小さければより広範囲をセンシングし、焦点距離が大きくなるに連れて、センシングする範囲は狭くなるように制御する。これにより、如何なる倍率であっても、映像領域と同じ範囲の距離を計測することが可能となる。また、距離センサ部7は、CCDの画素ごとに距離を計測する。例えば30万画素のCCDの場合には、30万個の距離データを計測することになる。また、図5に示すような方式で距離を測定しても良い。図5は、撮像素子に距離センサ機能を持たせたものであり、各画素が受光部と距離センサ部から構成され、画素ごとの距離計測が可能となる。
The control unit 9 controls the
図6に示すように、被写体としてレンズから3mの距離に人物が、6mの距離に樹木が、∞に太陽が存在しているとすると、距離センサ部7の出力は、図7に示すように、人物を構成している画素(斜線で示す画素)は3m、樹木の部分は6m、太陽の部分は∞という距離が計測される。 As shown in FIG. 6, if a subject is a person at a distance of 3 m from the lens, a tree is at a distance of 6 m, and the sun is at ∞, the output of the distance sensor unit 7 is as shown in FIG. The distance (pixels indicated by diagonal lines) constituting the person is 3 m, the tree portion is 6 m, and the sun portion is ∞.
また、上記制御部9は、レンズ1から読み取ったフォーカス距離を演算部10に送る。フォーカス距離とは、焦点が合うレンズから被写体の距離のことであり、例えば、図6の場合に人物に焦点が合うようにフォーカスを制御した場合のフォーカス距離は3mとなる。
Further, the control unit 9 sends the focus distance read from the
次に演算部10の処理について図8を用いて説明する。演算部10には、映像信号R、G、B、制御部9からフォーカス距離が、距離センサ部7で計測した画素ごとの計測距離が入力される。ここで、フォーカス距離をL、画素nの計測距離をDnとする。
Next, the process of the calculating
まず、計測距離Dnに対して水平、垂直の二次元ローパスフィルタリング処理を施して、LPDnを得る。これは、被写体の境界付近での高域成分を除去することで、後で選択する、映像信号に施すローパスフィルタリングの特性をある程度段階的に変化させ、境界付近での画像のチラツキを抑制するものである。 First, LPDn is obtained by performing horizontal and vertical two-dimensional low-pass filtering on the measurement distance Dn. This eliminates high-frequency components near the boundary of the subject, thereby changing the characteristics of low-pass filtering applied to the video signal, which will be selected later, to some extent and suppressing flickering of the image near the boundary. It is.
その後、LPDnとフォーカス距離Lの差の絶対値を演算し、その結果により映像信号に施すローパスフィルタリング特性を変化させる。図9に上記絶対値と選択するローパスフィルタの特性の関係図を示す。LPDnとフォーカス距離Lが遠い場合、つまり上記絶対値が大きい場合には、図10のaに示すような、帯域が狭いローパスフィルタ特性を選択し、映像をぼかす効果を大きくする。逆に、LPDnとフォーカス距離Lが近い場合、つまり、上記絶対値が小さい場合には、図10のbに示すように、選択するローパスフィルタの帯域を広くし、ぼかす効果を小さくする。つまり、フォーカス距離に遠い映像ほど、帯域の狭いローパスフィルタ処理が施されるため、フォーカス距離から離れた映像領域は低域成分、つまりぼけた映像となる。 Thereafter, the absolute value of the difference between LPDn and the focus distance L is calculated, and the low-pass filtering characteristic applied to the video signal is changed according to the result. FIG. 9 shows the relationship between the absolute value and the characteristics of the selected low-pass filter. When the LPDn and the focus distance L are long, that is, when the absolute value is large, a low-pass filter characteristic with a narrow band as shown in FIG. 10A is selected to increase the effect of blurring the image. On the contrary, when LPDn and the focus distance L are short, that is, when the absolute value is small, as shown in FIG. 10b, the band of the low-pass filter to be selected is widened to reduce the blurring effect. In other words, since the image farther from the focus distance is subjected to the low-pass filter processing with a narrower band, the image region far from the focus distance becomes a low-frequency component, that is, a blurred image.
処理をまとめると次のようになる。
ステップ1(S1)
映像信号R、G、B、各画素の計測距離Dn、フォーカス距離Lの入力
ステップ2(S2)
各画素の計測距離Dnに対して、水平及び垂直の二次元ローパスフィルタリング処理を施しLPDnを得る。
The process is summarized as follows.
Step 1 (S1)
Input step 2 (S2) of video signals R, G, B, measurement distance Dn of each pixel, and focus distance L
A horizontal and vertical two-dimensional low-pass filtering process is performed on the measurement distance Dn of each pixel to obtain LPDn.
LPDn = LPF(Dn)
LPFは二次元ローパスフィルタリング処理を行う任意の関数である。
ステップ3(S3)
|L−LPDn|を演算し、ローパスフィルタ特性を選択する。
ステップ4(S4)
映像信号R、G、Bに対してローパスフィルタリング処理を施す。
LPDn = LPF (Dn)
LPF is an arbitrary function that performs a two-dimensional low-pass filtering process.
Step 3 (S3)
| L-LPnn | is calculated, and the low-pass filter characteristic is selected.
Step 4 (S4)
Low-pass filtering processing is performed on the video signals R, G, and B.
以上、距離センサ部7で画素ごとの距離を計測し、計測した距離情報とフォーカス距離との差の絶対値に応じて、映像に適応するローパスフィルタの特性を変化させることで、擬似的に被写界深度の浅い映像を得ることが可能となる。 As described above, the distance sensor unit 7 measures the distance for each pixel, and changes the characteristics of the low-pass filter adapted to the image according to the absolute value of the difference between the measured distance information and the focus distance, thereby artificially covering the pixel. An image with a shallow depth of field can be obtained.
本発明にかかる撮像装置は、浅い被写界深度を必要とするカメラ画像処理等の用途として有用である。 The imaging apparatus according to the present invention is useful for applications such as camera image processing that requires a shallow depth of field.
1 レンズ
2 プリズム群
3 Rチャンネル用撮像素子部
4 Gチャンネル用撮像素子部
5 Bチャンネル用撮像素子部
6 ADコンバータ
7 距離センサ部
8 ADコンバータ
9 制御部
10 演算部
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