JP4656706B2 - Imaging device and focal length conversion device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像装置およびその撮像光学系に関する焦点距離換算装置に関し、特に画像ぼかしの機能を有した撮像装置および焦点距離換算装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ビデオカメラなどの撮像装置は従来より広く利用されており、近年主として静止画を撮像記録する電子スチルカメラも特にデジタルカメラとして普及するに至っている。
【0003】
ところで、電子撮像装置が使用する撮像素子のイメージエリアは銀塩フィルムの代表的フレームフォーマットであるライカ版(ダブルフレーム)は勿論、ハーフサイズ(シングルフレーム)やAPS(Advanced Photo System)に比しても極めて小さいのが通例である。これは、半導体製造歩留まり向上の要請から生じる必然的状況である。そして、撮像光学系の縦倍率は横倍率の2乗に比例するため、同画角における被写界深度は、他の条件が同じ時にはイメージエリアサイズが小さければ小さいほど深くなる。このため、電子撮像装置によって得られた画像は、銀塩カメラによって得られた画像に比して極めてパンフォーカス的印象の画像になり、いわゆるポートレート撮影等には不向きとなり易い問題があった。
【0004】
この問題に対処するために、画像処理技術を利用することが考えられる。即ち、フィルムカメラにおけるポートレート撮影は中望遠レンズを使用し人物に対して背景を大きくぼかすことによって達成されると考えれば、被写体領域によって異なる処理を行って背景だけをぼかすことができれば、フィルムカメラ類似のポートレート効果を持つ画像が得られる可能性がある。このような技術として本出願人は、操作者が領域指定した「背景領域」に対して所定のローパスフィルタ処理を施す方法を既に提案している(特開平10−20392号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術は、「背景領域」に対してローパスフィルタ処理を施すものであるから、
(1)主要被写体はぼけない
(2)背景には一律なぼけが与えられる
ものである。
【0006】
しかし、現実の写真撮影におけるぼけはこのようなものではない。即ち、主要被写体も、また背景もそれぞれ(一般には)立体的な構造を有したものであり、それ自体が奥行きに応じて連続的に生じるぼけを伴うものである。例えば、ポートレート撮影における人物のアップを考えると、瞳(又は睫毛)にピントが合って、頬の輪郭部は浅い被写界深度によってややぼけるようになっていることによって、よりリアルな(写実的な)効果が得られるものである。
【0007】
従って、上記従来技術を単純に適用すると、現実の画像のぼけと、上記(1)(2)のような処理上の特徴との乖離が目立ち、たとえて言えば人物写真と背景写真を看板状にして舞台に立てた如き「書き割り的画像」、或いはいかにも切り貼りで作った如き「コラージュ的画像」のような不自然さを有した画像となってしまうという問題点があった。
【0008】
また、言うまでも無く主要被写体領域と背景領域とを個別に認識する必要があるため、このための特段の手段を必要とする上、もしも誤認識が発生した場合には例えば主要被写体に対して背景相当の大ぼけが発生するなど画質が破綻してしまう、という極めて大きな問題を含むものであった。
【0009】
なお、これに対して何らかの方法で被写体の距離分布を別途測定し、これに応じて各被写体部分の距離ずれに応じて(距離ずれが大きいほどより大きなぼけを生じるように)画像処理するなどの方法で、被写体各部までの距離に応じて生じるぼけ、すなわち現実の被写界において奥行きに応じて連続的に生じるぼけをシミュレーションする方法も考え得るが、被写体の各部分を充分な分解能で瞬時に測距することが極めて困難であり、また画像処理によって光学系によるぼけと完全に等価な画像を得ることも同じく困難であるため、実用性が低いものであった。
【0010】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、現実の被写体を所定の撮像系(例えば銀塩カメラ)で撮影した時と同等のぼけ特性を有した撮像を実現することにあり、より具体的には、光学系と撮像素子からなる撮像系の奥行ぼけ特性が所望の特性と同等になる撮影条件を容易に得ることが可能な撮像装置および焦点距離換算装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明は、撮像レンズと撮像素子からなる撮像系を具備した撮像装置であって、想定撮像系の光学系の焦点距離である第1の焦点距離f1と前記撮像レンズの光学系の撮影時の焦点距離である第2の焦点距離f2の間の換算を行なうに際し、該換算は前記想定撮像系の奥行ぼけ特性と前記撮像装置の撮像系の奥行ぼけ特性とが等価となる等奥行ぼけ条件に基づいて前記換算を行なう換算手段を有し、前記等奥行ぼけ条件は、前記想定撮像系の撮像画面サイズである第1の画面サイズw1および前記撮像装置の撮像系の撮像画面サイズである第2の画面サイズw2に基づく、次式
f1 /w1=f2 /w2
であることを特徴とする。
【0012】
このように、本撮像装置では、等画角の画像を得ることを目的に焦点距離を決めるのではなく、焦点距離そのものを等奥行ぼけ条件に基づいて換算して求める構成としており、これにより、任意の想定光学系(撮像系)に対して、これと等価な奥行ぼけ特性(被写界深度特性)の撮影画像を得ることができる。
【0013】
等奥行ぼけ条件としては、前記想定撮像系の撮像画面サイズである第1の画面サイズw1および前記当該撮像装置の撮像系の撮像画面サイズである第2の画面サイズw2に基づく、次式、f1/w1=f2/w2を用いることが好ましい。すなわち、想定撮像系の光学系の焦点距離である第1の焦点距離f1を用いた場合と等価な奥行ぼけ特性(被写界深度特性)が得られる第2の焦点距離f2を求める場合には、第2の焦点距離f2は、f1・(w2/w1)1/2で与えられる。
【0014】
また、前記撮像レンズは焦点距離が可変に構成されたものである場合には、前記第1の焦点距離f1を指定する入力手段と、前記換算手段によって求められた第2の焦点距離f2の値に前記撮像レンズの焦点距離を設定する焦点距離設定手段とを設けることが望ましい。これにより、撮像レンズの焦点距離を等奥行ぼけ特性が得られる状態に自動的に調整することが可能となる。また、焦点距離設定手段の代わりに、換算手段によって求められた第2の焦点距離f2の値を表示する手段を設けることにより、撮影者が手動で撮像レンズの焦点距離を表示値に調整するような構成を用いることもできる。
【0015】
また、撮像レンズは焦点距離が可変に構成されたものである場合には、前記第2の焦点距離f2である前記撮像レンズの焦点距離を認識する認識手段と、この認識手段の認識した第2の焦点距離f2の値に基づいて前記換算手段によって求められた第1の焦点距離f1の値を表示する表示手段とを設けてもよい。これにより、自動又は手動で設定されている現在の撮像レンズの焦点距離で得られる撮像画像の奥行ぼけ特性が、想定撮像光学系におけるどの焦点距離に対応するものであるかを撮影者に提示することが可能となる。
【0016】
また、本発明によれば、想定撮像系の光学系の焦点距離である第1の焦点距離f1と、使用撮像系の光学系の焦点距離である第2の焦点距離f2の間の換算を行なう換算手段を有し、該換算手段は前記想定撮像系の奥行ぼけ特性と前記使用撮像系の奥行ぼけ特性とが等価となる等奥行ぼけ条件に基づいて前記換算を行なうように構成された焦点距離換算装置が提供される。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係わるデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
【0018】
図中101は各種レンズからなる可変焦点のズームレンズ系、102はレンズ系101をズーム駆動するためのレンズ駆動機構、103はレンズ系101の絞りおよびシャッタを含む露出制御機構、104はフィルタ、105は色フィルタを内蔵したCCDカラー撮像素子、106は撮像素子105を駆動するためのCCDドライバ、107はA/D変換器等を含むプリプロセス回路、108は色信号生成処理,マトリックス変換処理,その他各種のデジタル処理を行うためのデジタルプロセス回路、109はカードインターフェース、110は撮影画像を記録するためのメモリカード、111はLCD画像表示系を示している。
【0019】
また、図中の112は各部を統括的に制御するためのシステムコントローラ(CPU)、113は各種SWからなる操作スイッチ系、114は操作状態及びモード状態等を表示するための操作表示系、115はレンズ駆動機構102を制御するためのレンズドライバ、116は発光手段としてのストロボ、117は露出制御機構103およびストロボ116を制御するための露出制御ドライバ、118は各種設定情報等を記憶するための不揮発性メモリ(EEPROM)を示している。
【0020】
CCD撮像素子105としては、例えば2/3インチサイズまたは1/2インチサイズのものなどが用いられる。
【0021】
本実施形態のデジタルカメラにおいては、システムコントローラ112が全ての制御を統括的に行っており、露出制御機構103に含まれるシャッタ装置と、CCDドライバ106によるCCD撮像素子105の駆動を制御して露光(電荷蓄積)及び信号の読み出しを行い、それをプリプロセス回路107を介してデジタルプロセス回路108に取込んで、各種信号処理を施した後にカードインターフェース109を介してメモリカード110に記録するようになっている。
【0022】
本デジタルカメラにおいては、等画角の画像を得ることを目的に焦点距離を決めるという従来の等画角条件によらず、ライカフレームカメラと同等の奥行ぼけ特性(被写界深度特性)が得られるようなレンズ系101の焦点距離を求めてそれを使用する構成である。例えば、操作スイッチ113などから所望のライカフレームカメラの焦点距離が入力されると、これと等奥行ぼけ特性(等被写界深度特性)が得られるような焦点距離にレンズ系101がズーム駆動される。これにより、ライカフレームなどの任意の想定光学系(撮像系)に対して、これと等価な奥行ぼけ特性(被写界深度特性)の撮影画像を得ることができる。
【0023】
このような等奥行ぼけ特性を得るための焦点距離を求めるために、システムコントローラ112には焦点距離換算部112aが設けられている。この焦点距離換算部112aは、ライカフレームカメラなどのような想定撮像系の焦点距離f1とレンズ系101の焦点距離との間の換算を行うものである。この換算は、想定撮像系の奥行ぼけ特性と本デジタルカメラの撮像系の奥行ぼけ特性とが等価となるような等奥行ぼけ条件に基づいて実行される。本実施形態では、
f1/w1=f2/w2
という等奥行ぼけ条件が用いられる。ここで、f1は想定撮像系の焦点距離、f2はレンズ系101の焦点距離、w1は想定撮像系の撮像画面サイズ、w2はCCD撮像素子105の撮像画面サイズである。想定撮像系の光学系の焦点距離である焦点距離f1を用いた場合と等価な奥行ぼけ特性(被写界深度特性)が得られる焦点距離f2を求める場合には、f2は、f1・(w2/w1)1/2で与えられる。
【0024】
(奥行ぼけ特性の定量的解析)
以下、上述の等奥行ぼけ条件の意味を明らかにするために、奥行ぼけ特性について定量的解析を行うこととする。
【0025】
1 奥行きぼけ関数 DOF
以下の解析は全て幾何光学のみ、しかも理想化された条件(無収差薄肉レンズ)の範疇で行なう。言い換えれば理想的結像が得られるための必要条件を仮定して、その時に得られるぼけ特性を取扱う。
【0026】
解析に使う基礎式は次の2式だけである。
【0027】
【数1】

Figure 0004656706
【0028】
ただし、aは被写体距離、bは結像距離、fはレンズの焦点距離、δは錯乱円径、Fはレンズの口径比(Fナンバー)、dは、デフォーカス量=撮像面(予定焦平面)と結像面(合焦平面)とのずれ距離であり、結像面がレンズ(被写体)側にずれた場合を正、逆を負とした。
【0029】
式(1)は「結像公式」と呼ばれているものである。ただし、いわゆる「光学」では一般に被写体側への距離を負と考えるが、本例においては実距離を正としている。
【0030】
式(2)において錯乱円とは、被写体の1点から発せられて、合焦平面においては1点に結像するはずの光が、撮像面がずれたために円盤状に広がったものを称し、その直径が錯乱円径である。すなわちこの錯乱円は、ピントずれによって生じるぼけの定量的表現である。
【0031】
ここで、図2および図3を用いて、式(1),式(2)の意味について説明する。
図2のように、被写体距離aに有る光軸から高さxの被写体アイが結像距離bにて合焦して高さyの倒立像ウエを生じたとする。光軸に平行な光線は焦点カ、キを通るから、△イキアと△クキケおよび△エカウと△オカケのそれぞれの相似関係から
x/(a−f)= y/f
y/(b−f)= x/f
が求まる。この2つの式から比 y/x を消去すれば結像公式(1)が得られる。
なお比y/xは結像倍率であり、記号mで表わされることが多い。上式を変形すれば、
倍率 m = f/(a−f)= b/a
であることも容易に示せる。
【0032】
図3のように、撮像面における錯乱円の大きさはレンズの口径Aに依存する。
▲1▼結像距離が撮像面距離bよりも小さい場合(実合焦点がツの場合)と▲2▼大きい場合(同ツ’の場合)で2通りの場合が生じる。▲1▼△タチツと△テトツまたは▲2▼△タチツ’と△テトツ’の相似関係から、
▲1▼A/(b−d)=δ/d または ▲2▼A/(b+d)=δ/d
となるが、dの符号について、▲1▼の場合を基準にして正、▲2▼の場合は負として扱うことにより、いずれの場合も共通の一つの関係式
A/(b−d)=δ/|d|
とすることができる。この式とF値の定義 F=f/A を用いて上述の錯乱円径の式(2)が得られる。
【0033】
ここで、距離aにおける主要被写体にピントを合わせて撮像する場合の、前後の被写体に対して生じるぼけ=錯乱円径を考える。距離aに対して距離Δaだけ後ろにずれた被写体(前にずれた被写体はΔaが負の場合として含む)の合焦面は、撮像面(これは主要被写体の合焦面に等しい)に対してレンズに近い側にずれて結像するから、ずれ量をΔbとして上記式(1)、(2)に適用すれば、
【0034】
【数2】
Figure 0004656706
【0035】
式(3)をΔbについて解き直して式(4)に代入することよりΔbを消去して、
【0036】
【数3】
Figure 0004656706
【0037】
を得る。ここで、距離ずれΔaを被写体(撮影対象空間)の奥行きを表わすパラメータであると考え、改めて記号Dに書き直し、さらに画面サイズwで割って規格化したものを考える。
【0038】
【数4】
Figure 0004656706
【0039】
画面サイズwによる規格化は、「画面サイズが異なる撮像系においては、物理的に同じ大きさのぼけでも画像において生じる相対的なぼけの大きさが異なる」ため、これを同じ評価尺度で評価するためのものである。判り易く言えば、全画面を同じ大きさの画面に引き伸ばし(同じ大きさのディスプレイにフル画面で表示し)たときのぼけの大きさに相当している。
【0040】
wを撮像画面の対角線長とし、銀塩35mm(ライカフレーム)サイズカメラにおける被写界深度計算のための伝統的な許容錯乱円サイズ33.3μmを考えた時、δ/w=1/1300であるからこれを基準とすると考え易いので、(6)式の1300倍すなわち
【0041】
【数5】
Figure 0004656706
【0042】
を奥行ぼけ関数(Depth Out-focus Function)と名付ける。
【0043】
すなわち、奥行ぼけ関数DOFは、合焦している被写体面に対して奥行Dだけずれた被写体がどの程度ぼけるかを表わす関数であり、値1のとき、伝統的に用いられている許容錯乱円サイズ(ライカフレームカメラにおける33.3μm相当)となる。なお、実用上の被写界深度から写真を見た時、大体ピントが合っているように感じられる範囲については写真の引き延ばし倍率にもよるが、多くの場合これの2倍程度以内、さらに大ぼけと感じるのは4〜5倍程度以上である。
なお、式(7)は近似を含まない厳密解であるが、超マクロ撮影の場合を除けば最後の項は=1であるから通常の場合は次の近似式(7)’を用いても良い。
【0044】
【数6】
Figure 0004656706
【0045】
以下では説明を明快にするため、結論に影響が無い場合は、近似式(7)’を用いる。なお図5乃至図8に示す例示グラフの数値計算は厳密式(7)を用いている。また、(7)、(7)’における係数項
【0046】
【数7】
Figure 0004656706
【0047】
を、奥行きぼけ係数 DOC(Depth Out-focus Coefficient)と名付ける。DOFの式は、撮影距離aが与えられた場合の奥行きぼけの関数形状(対変数D)は同じで、その値は奥行きぼけ係数DOCに比例する(DOCは図5乃至図8のDOFグラフの縦軸方向のスケーリングファクタとなっている)ことを示すものである。
【0048】
ここで、撮像サイズwが異なる系について、画角を等しく保つ条件として、画面サイズに比例した焦点距離が用いられることを考慮し、
画角係数 vc ≡ w/f を定義する。画角係数の意味を理解し易くするため、各画面サイズwについてその焦点距離fと画角係数 vc との関係を図4に示す。例えば、ライカフレームサイズでf=50mmの場合は画角係数 vc =0.87となるが、2/3サイズでこれと等画角の撮像画像を得るための焦点距離はf=12.7mmとなり、1/2サイズではf=9.2mmとなる。また、ライカフレームサイズでf=100mmの場合は画角係数 vc =0.43となるが、2/3サイズでこれと等画角の撮像画像を得るための焦点距離はf=25.4mmとなり、1/2サイズではf=18.5mmとなる。
【0049】
今、等画角条件を適用するためf=w/vcを式(7)’に代入して
【0050】
【数8】
Figure 0004656706
【0051】
を得る。奥行きぼけ係数 DOC =(1/F)・(w/vc)と表現しても良い。
【0052】
等画角条件で撮影する限りvcは定数、また同じ構図で撮影する時は被写体距離aも同じだから、等F値で撮影する限り、奥行きぼけ係数 DOC(従って奥行ぼけ関数DOF(D) )はwに比例することが判る。このためデジタルカメラで撮影した画像は、銀塩カメラのものよりもぼけが小さくなるのである。例えば2/3サイズ(対角長11mm)の場合はwがライカフレームのほぼ1/4なので、ぼけも1/4しか生じない。
【0053】
また、この(8)式から、w/Fが変わらなければDOF(D)は変わらないこと、従って画面サイズが小さい分だけ絞りを開くことが出来れば、(近似項の微差を別にして)同一の奥行ぼけ特性を得ることができることも判る。
【0054】
2.DOFの例示
図5、図6はそれぞれ付記した条件で撮像した場合の奥行ぼけ関数を示したものである。ぼけが画面サイズに比例していること、その結果として、画面サイズが小さくなると深度が深くなること、特に図5のf=50mm相当画角では、ライカフレームではまだかなり深度が浅いのに対して、2/3サイズや1/2サイズではほとんどパンフォーカス状態に近いという極端な結果の相違が生じてしまうこと等が読取れる。
【0055】
3. 等F時の等価ぼけ撮像条件
このような現実に鑑みて、例えば等F値においても同じDOFを得る方法を考える。残念ながら、式(8)を見れば、少なくとも等画角条件vc =constを守る限りこれは不可能である。そこで等画角でなくても良いことにすれば、式(8)において
w/vc =const
とすれば良いことが判る。従って、画角係数vcを画面サイズwの平方根に比例した値に設定すれば良いことになる。これは例えば、画面サイズがリファレンスの1/4倍の場合は画角係数を(1/4)1/2 = 1/2倍、従って相当(等画角換算)焦点距離は2倍にすれば良いことを意味する。(実焦点距離fは、
/w = w/vc =constから、(1/4)1/2 = 1/2倍となる。)
これを一般式で表すと、f1を想定撮像系の焦点距離、f2をレンズ系101の焦点距離、w1を想定撮像系の撮像画面サイズ、w2をCCD撮像素子105の撮像画面サイズとした場合、等奥行ぼけ条件は、
f1/w1=f2/w2
となる。
【0056】
図7および図8は、図5、図6に対して同絞り条件の下で、焦点距離(画角係数)を1/2にした場合の2/3サイズの奥行ぼけ特性を示したものである。当然ながら、図5、図6のライカフレームと同じ特性が得られている。すなわち、画面全体を同じ写真サイズ(ディスプレイサイズ)に表示したときに観察者が見る奥行きぼけ特性は、リファレンスである銀塩カメラ(ライカフレーム撮像)の場合と完全に同一になると言える。ただしこの場合等画角条件を崩して、狭い画角範囲を撮像しているから、同一の画像が得られる訳では無いことに注意されたい。
次に、本実施形態の具体的な動作制御について説明する。以下では、リファレンスとなる想定撮像系としてライカフレームカメラを使用し、またCCD撮像素子105として2/3インチサイズのものを使用する場合を考える。
【0057】
(第1の例)
まず、図9のフローチャートを参照して、焦点距離の換算制御を用いた第1の動作例について説明する。
まず、システムコントローラ112の制御の下、撮影者による操作スイッチ113の操作により想定撮像系の焦点距離f1の値(例えばf1=50mm)が入力される(ステップS11)。この焦点距離f1の値は焦点距離換算部112aに送られる。焦点距離換算部112aでは、w1とw2の撮像画面サイズ比に従って、等奥行ぼけ特性を得ることが可能なf2の値を算出するための換算処理が行われる(ステップS12)。この場合、撮像画面サイズ比=1/4だから焦点距離比1/2(f2=f1×1/2)としてf2=25mmを得る(参考:等画角条件の場合は焦点距離比1/2(f2=f1×1/2=12.5mm))。
【0058】
レンズ系101の焦点距離(撮像画角)をマニュアル調整する構成またはモードである場合には、焦点距離換算部112aによって求められたf2の値がシステムコントローラ112によって操作表示系114やLCD111などに画面表示される(ステップS13)。撮影者がレンズ系101の焦点距離(撮像画角)をf2に合わせた後に撮像を行うと、画角的にはライカフレームカメラより狭くなるが、奥行ぼけ特性(深度)についてはライカフレームカメラ50mmとほぼ等価な画像が得られる。
【0059】
また、レンズ系101の焦点距離(撮像画角)をズーム駆動によって自動調整する構成またはモードである場合には、システムコントローラ112は、レンズドライバ115およびレンズ駆動回路102を用いてレンズ系101をズーム駆動することにより、レンズ系101の焦点距離を焦点距離換算部112aによって求められたf2に自動設定する(ステップS14)。この場合でも、奥行ぼけ特性(深度)はライカフレームカメラ50mmとほぼ等価な画像が得られる。
【0060】
(第2の例)
次に、図10のフローチャートを参照して、焦点距離の換算制御を用いた第2の動作例について説明する。
本例は、自動又は手動で設定されている現在のレンズ系101の焦点距離を検出し、その設定で得られる撮影画像の奥行ぼけ特性が、ライカフレームカメラにおけるどの焦点距離に対応するものであるかを撮影者に提示するものである。すなわち、まず、撮影時においては、撮影者による数値指定や、手動を含めた公知のT←→W駆動などによって、レンズ系101の焦点距離が所定の値に設定される(ステップS21)。システムコントローラ112は、このようにして自動又は手動で設定されている撮像レンズ系101の現在の焦点距離f2の設定値を認識する(ステップS22)。数値指定でズーム駆動する場合には、撮影者によって入力または指定された数値が現在の焦点距離f2として認識され、また手動を含めたT←→W駆動等の場合には、レンズ駆動回路102やレンズドライバ115などに設けられる公知のズームエンコーダ等にて現在のズーム値が検出され、それが焦点距離f2として認識されることになる。なお、レンズ系101のズーム機構としては、多段切り換え型のものであってもよい。これは上述の第1の例の場合も同じである。
【0061】
次いで、システムコントローラ112は、焦点距離換算部112aを用いて、現在の焦点距離f2に対応するf1の値を求め(ステップS23)、それを操作表示系114やLCD111などに画面表示する(ステップS24)。この場合、現在のf2の2倍の数値がf1として表示されることになる。これによって、ライカフレームカメラでどの焦点距離を用いたときのぼけ特性と同じかが容易に判る。
【0062】
次に、デジタルカメラではなく単体の焦点距離換算装置として実現した場合の動作を、第3および第4の例として説明する。この場合、焦点距離換算装置は、図1の構成から撮像系および記録系などを除外した残りの部位、すなわち入力機構としての操作スイッチ系113、表示機構としての操作表示系114、およびシステムコントローラ112のみで構成することができる。
【0063】
(第3の例)
まず、操作者による操作スイッチ系113の操作により、想定撮像系の撮像画面サイズw1、使用撮像系の撮像画面サイズw2、および想定撮像系の焦点距離f1の値が入力される(ステップS31)。これら入力値は焦点距離換算部112aに送られる。焦点距離換算部112aでは、w1とw2の撮像画面サイズ比に従って、等奥行ぼけ特性を得ることが可能なf2の値を算出するための換算処理が行われ(ステップS32)、これによって求められたf2の値が操作表示系114に表示される(ステップS33)。想定撮像系の撮像画面サイズw1としてはライカフレームの画面サイズがデフォルト値として記憶されており、w1が入力されない場合には、ライカフレームの画面サイズ=w1とした換算が行われる。
【0064】
(第4の例)
本例は、第3の例とは逆に、使用撮像系の焦点距離f2が、想定撮像系でどの焦点距離を用いたときのぼけ特性と同じかを換算する例である。まず、操作者による操作スイッチ系113の操作により、想定撮像系の撮像画面サイズw1、使用撮像系の撮像画面サイズw2、および使用撮像系の焦点距離f2の値が入力される(ステップS34)。これら入力値は焦点距離換算部112aに送られる。焦点距離換算部112aでは、w1とw2の撮像画面サイズ比に従って、f2と等奥行ぼけ特性となるf1の値を算出するための換算処理が行われ(ステップS35)、これによって求められたf1の値が操作表示系114に表示される(ステップS36)。なお、第3の例の場合と同様、想定撮像系の撮像画面サイズw1としてはライカフレームの画面サイズがデフォルト値として記憶されており、w1が入力されない場合には、ライカフレームの画面サイズ=w1とした換算が行われる。
【0065】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本実施形態では、想定撮像系を35ミリ版銀塩フィルムカメラ、また実施形態カメラをデジタルカメラとしたが、上記においてはただ画面サイズの違いのみに基づく考察、処理しか条件にしてないから、本発明の焦点距離の換算処理は、銀塩フィルムと電子撮像系などの方式を問わず、画面サイズが異なる場合のF値が等しい条件下における等奥行きぼけ撮影一般に適用可能であることは明らかである。また実施形態では撮像画面サイズwとして画面の対角長を用いたが、画面アスペクト比(横縦比)が等しい(すなわち画面形状が相似の)撮像系間の換算に際してはもちろんのこと、アスペクト比が異なる撮像系間の換算に際しても、対角長に限らず、水平長(画面巾)、垂直長(画面高)など画面の大きさを代表する任意の1次元量を画面サイズwとして用いて良い。また、スチルカメラ、ムービーカメラの別を問わず適用することができる。
【0066】
また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【0067】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、現実の被写体を所定の撮像系(例えば銀塩カメラ)で撮影した時と同等のぼけ特性を有した撮像を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係わる電子カメラの概略構成を示すブロック図。
【図2】同実施形態に適用される撮像光学系の撮像公式を説明するための図。
【図3】同実施形態に適用される撮像光学系の錯乱円の大きさとデフォーカス量との関係を示す図。
【図4】同実施形態に適用される撮像光学系と想定撮像系それぞれにおける焦点距離と画角係数との関係を示す図。
【図5】同実施形態に適用される撮像光学系と想定撮像系それぞれにおける奥行ぼけ特性を示す第1の図。
【図6】同実施形態に適用される撮像光学系と想定撮像系それぞれにおける奥行ぼけ特性を示す第2の図。
【図7】同実施形態に適用される撮像光学系と想定撮像系それぞれにおける奥行ぼけ特性を示す第3の図。
【図8】同実施形態に適用される撮像光学系と想定撮像系それぞれにおける奥行ぼけ特性を示す第4の図。
【図9】同実施形態の第1の動作例を示すフローチャート。
【図10】同実施形態の第2の動作例を示すフローチャート。
【図11】同実施形態の第3の動作例を示すフローチャート。
【図12】同実施形態の第3の動作例を示すフローチャート。
【符号の説明】
101…レンズ系
102…レンズ駆動機構
103…露出制御機構
104…フィルタ
105…CCDカラー撮像素子
106…CCDドライバ
107…プリプロセス部
108…デジタルプロセス部
109…カードインターフェース
110…メモリカード
111…LCD画像表示系
112…システムコントローラ(CPU)
113…操作スイッチ系
114…操作表示系
115…レンズドライバ
116…ストロボ
117…露出制御ドライバ
118…不揮発性メモリ(EEPROM)
112a…焦点距離換算部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging apparatus and a focal length conversion apparatus related to the imaging optical system, and more particularly to an imaging apparatus and a focal length conversion apparatus having an image blurring function.
[0002]
[Prior art]
Imaging devices such as video cameras have been widely used in the past, and electronic still cameras that mainly capture and record still images have recently become widespread as digital cameras.
[0003]
By the way, the image area of the image sensor used by the electronic imaging device is not only Leica (double frame), which is a typical frame format of silver halide film, but also half size (single frame) or APS (Advanced Photo System). Is usually very small. This is an inevitable situation arising from a demand for improving the semiconductor manufacturing yield. Since the vertical magnification of the imaging optical system is proportional to the square of the horizontal magnification, the depth of field at the same angle of view becomes deeper as the image area size is smaller when other conditions are the same. For this reason, the image obtained by the electronic imaging device has an extremely pan-focus impression image as compared with the image obtained by the silver halide camera, and there is a problem that it is not suitable for so-called portrait photography.
[0004]
In order to cope with this problem, it is conceivable to use an image processing technique. In other words, if it is considered that portrait photography with a film camera is achieved by using a medium telephoto lens and greatly blurring the background of a person, if the background can be blurred by performing different processing depending on the subject area, Images with similar portrait effects may be obtained. As such a technique, the present applicant has already proposed a method of performing a predetermined low-pass filter process on the “background region” designated by the operator (Japanese Patent Laid-Open No. 10-20392).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the above-mentioned conventional technology performs low-pass filter processing on the “background region”,
(1) The main subject is not blurred
(2) The background is uniformly blurred
Is.
[0006]
However, the blur in real photography is not like this. That is, each of the main subject and the background has a (generally) three-dimensional structure, and is itself accompanied by a blur that continuously occurs according to the depth. For example, when considering portrait enhancement, the eyes (or eyelashes) are in focus and the cheek outline is slightly blurred due to the shallow depth of field. Effective).
[0007]
Therefore, when the above prior art is simply applied, the discrepancy between the blur of the actual image and the processing features such as the above (1) and (2) is conspicuous. In other words, there is a problem that the image becomes unnatural such as a “writable image” as set on the stage or a “collage-like image” created by cutting and pasting.
[0008]
Needless to say, since it is necessary to recognize the main subject area and the background area separately, a special means for this purpose is required, and if erroneous recognition occurs, for example, for the main subject This included a very large problem that the image quality would be broken, such as a large background blur.
[0009]
In addition, the distance distribution of the subject is separately measured by some method, and image processing is performed according to the distance deviation of each subject portion accordingly (so that the larger the distance deviation is, the larger the blur is generated). You can also consider a method of simulating the blur that occurs according to the distance to each part of the subject, that is, the blur that continuously occurs according to the depth in the actual scene, but each part of the subject can be instantaneously displayed with sufficient resolution. Since it is extremely difficult to measure the distance, and it is also difficult to obtain an image completely equivalent to the blur caused by the optical system by image processing, the practicality is low.
[0010]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and the object of the present invention is to capture an image having a blur characteristic equivalent to that obtained when an actual subject is photographed with a predetermined imaging system (for example, a silver salt camera). More specifically, an imaging apparatus capable of easily obtaining an imaging condition in which the depth blur characteristic of an imaging system including an optical system and an imaging element is equivalent to a desired characteristic, and focal length conversion To provide an apparatus.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described problems, the present invention is an imaging apparatus including an imaging system including an imaging lens and an imaging element, and includes a first focal length f1 that is a focal length of an optical system of an assumed imaging system and the imaging. When the conversion between the second focal length f2, which is the focal length at the time of photographing with the optical system of the lens, is performed, the conversion is performed based on the depth blur characteristics of the assumed imaging system and the previous one.RecordingConversion means for performing the conversion based on an equal depth blur condition in which the depth blur characteristic of the imaging system of the image apparatus is equivalentThe equal depth blur condition is based on a first screen size w1 that is an imaging screen size of the assumed imaging system and a second screen size w2 that is an imaging screen size of the imaging system of the imaging device.
  f1 2 / W1 = f2 2 / W2
IsIt is characterized by that.
[0012]
As described above, in the present imaging device, the focal length is not determined for the purpose of obtaining an image with an equal angle of view, but the focal length itself is calculated based on the equal depth blur condition, thereby obtaining For an arbitrary assumed optical system (imaging system), it is possible to obtain a captured image having a depth blur characteristic (depth of field characteristic) equivalent to this.
[0013]
The equal depth blur condition is expressed by the following equation based on the first screen size w1 that is the imaging screen size of the assumed imaging system and the second screen size w2 that is the imaging screen size of the imaging system of the imaging device, f12/ W1 = f22It is preferable to use / w2. That is, when obtaining the second focal length f2 that provides the depth blur characteristic (depth of field characteristic) equivalent to the case where the first focal length f1 that is the focal length of the optical system of the assumed imaging system is used. The second focal length f2 is f1 · (w2 / w1).1/2Given in.
[0014]
Further, when the imaging lens is configured to have a variable focal length, the value of the second focal length f2 obtained by the input means for designating the first focal length f1 and the conversion means. It is desirable to provide a focal length setting means for setting the focal length of the imaging lens. As a result, the focal length of the imaging lens can be automatically adjusted to a state where an equal depth blur characteristic can be obtained. Further, by providing means for displaying the value of the second focal length f2 obtained by the conversion means instead of the focal length setting means, the photographer manually adjusts the focal length of the imaging lens to the display value. Various configurations can also be used.
[0015]
When the imaging lens has a variable focal length, a recognizing unit that recognizes the focal length of the imaging lens that is the second focal length f2, and a second recognized by the recognizing unit. Display means for displaying the value of the first focal length f1 obtained by the conversion means based on the value of the focal length f2. This presents the photographer with which focal length in the assumed imaging optical system the depth blur characteristic of the captured image obtained at the focal length of the current imaging lens set automatically or manually. It becomes possible.
[0016]
Further, according to the present invention, conversion is performed between the first focal length f1 that is the focal length of the optical system of the assumed imaging system and the second focal length f2 that is the focal length of the optical system of the used imaging system. A conversion unit, and the conversion unit is configured to perform the conversion based on an equal depth blur condition in which a depth blur characteristic of the assumed imaging system and a depth blur characteristic of the used imaging system are equivalent to each other. A conversion device is provided.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a digital camera according to an embodiment of the present invention.
[0018]
In the figure, 101 is a variable focus zoom lens system composed of various lenses, 102 is a lens driving mechanism for zoom driving the lens system 101, 103 is an exposure control mechanism including an aperture and a shutter of the lens system 101, 104 is a filter, 105. Is a CCD color image sensor with a built-in color filter, 106 is a CCD driver for driving the image sensor 105, 107 is a preprocess circuit including an A / D converter, 108 is a color signal generation process, matrix conversion process, etc. A digital process circuit for performing various kinds of digital processing, 109 is a card interface, 110 is a memory card for recording a photographed image, and 111 is an LCD image display system.
[0019]
Also, 112 in the figure is a system controller (CPU) 112 for overall control of each part, 113 is an operation switch system composed of various SWs, 114 is an operation display system for displaying operation states and mode states, 115 Is a lens driver for controlling the lens driving mechanism 102, 116 is a strobe as a light emitting means, 117 is an exposure control driver for controlling the exposure control mechanism 103 and the strobe 116, and 118 is for storing various setting information and the like. A non-volatile memory (EEPROM) is shown.
[0020]
As the CCD image sensor 105, for example, a 2/3 inch size or 1/2 inch size is used.
[0021]
In the digital camera of the present embodiment, the system controller 112 performs all the control in an integrated manner, and controls the shutter device included in the exposure control mechanism 103 and the drive of the CCD image sensor 105 by the CCD driver 106 to perform exposure. (Charge accumulation) and signal readout are performed, taken into the digital process circuit 108 via the pre-process circuit 107, subjected to various signal processing, and then recorded on the memory card 110 via the card interface 109. It has become.
[0022]
With this digital camera, the same depth of field (depth of field) characteristic as a Leica frame camera can be obtained, regardless of the conventional equal field angle condition in which the focal length is determined for the purpose of obtaining an image with the same field angle. The focal length of the lens system 101 as described above is obtained and used. For example, when the focal length of a desired Leica frame camera is input from the operation switch 113 or the like, the lens system 101 is zoom-driven to such a focal length that an equal depth blur characteristic (equal depth of field characteristic) can be obtained. The Thereby, it is possible to obtain a captured image having a depth blur characteristic (depth of field characteristic) equivalent to an arbitrary assumed optical system (imaging system) such as a Leica frame.
[0023]
In order to obtain the focal length for obtaining such an equal depth blur characteristic, the system controller 112 is provided with a focal length conversion unit 112a. The focal length conversion unit 112a performs conversion between the focal length f1 of an assumed imaging system such as a Leica frame camera and the focal length of the lens system 101. This conversion is executed based on an equal depth blur condition in which the depth blur characteristic of the assumed imaging system is equivalent to the depth blur characteristic of the imaging system of the digital camera. In this embodiment,
f12/ W1 = f22/ W2
The depth blur condition is used. Here, f1 is the focal length of the assumed imaging system, f2 is the focal length of the lens system 101, w1 is the imaging screen size of the assumed imaging system, and w2 is the imaging screen size of the CCD imaging device 105. When obtaining a focal length f2 at which a depth blur characteristic (depth of field characteristic) equivalent to the case of using the focal length f1 that is the focal length of the optical system of the assumed imaging system is obtained, f2 is expressed as f1 · (w2). / W1)1/2Given in.
[0024]
(Quantitative analysis of depth blur characteristics)
Hereinafter, in order to clarify the meaning of the above-mentioned equal depth blur condition, a quantitative analysis is performed on the depth blur characteristics.
[0025]
1 Depth blur function DOF
All the following analyzes are performed only in geometric optics and in the category of idealized conditions (aberration-thin lens). In other words, assuming the necessary condition for obtaining an ideal image, the blur characteristic obtained at that time is handled.
[0026]
There are only two basic formulas used for analysis.
[0027]
[Expression 1]
Figure 0004656706
[0028]
Where a is the subject distance, b is the imaging distance, f is the focal length of the lens, δ is the diameter of the circle of confusion, F is the aperture ratio (F number) of the lens, and d is the defocus amount = imaging surface (planned focal plane). ) And the imaging plane (focusing plane), and when the imaging plane is shifted to the lens (subject) side, positive and reverse are negative.
[0029]
Equation (1) is called the “imaging formula”. However, in the so-called “optical”, the distance to the subject side is generally considered negative, but in this example, the actual distance is positive.
[0030]
In Formula (2), the circle of confusion refers to a light that is emitted from one point of the subject and that is supposed to be imaged at one point on the in-focus plane spreads in a disk shape because the imaging surface is displaced, Its diameter is the circle of confusion. In other words, this circle of confusion is a quantitative expression of blur caused by defocusing.
[0031]
Here, the meanings of the expressions (1) and (2) will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
As shown in FIG. 2, it is assumed that the subject eye having a height x from the optical axis at the subject distance a is in focus at the imaging distance b to produce an inverted image wafer having a height y. Since the light rays parallel to the optical axis pass through the focal points, △ Ikia and △ Kikike and △ Ekau and △ Okake are similar to each other.
x / (af) = y / f
y / (b−f) = x / f
Is obtained. If the ratio y / x is eliminated from these two equations, the imaging formula (1) is obtained.
The ratio y / x is the imaging magnification and is often represented by the symbol m. If you transform the above equation,
Magnification m = f / (af) = b / a
It can be shown easily.
[0032]
As shown in FIG. 3, the size of the circle of confusion on the imaging surface depends on the aperture A of the lens.
(1) There are two cases where the imaging distance is smaller than the imaging surface distance b (when the actual focal point is tsu) and (2) when it is larger (when it is the same). From (1) △ Tatsutsu and △ Tetsutsu or (2) △ Tachitsu 'and △ Tetsutsu'
(1) A / (b−d) = δ / d or (2) A / (b + d) = δ / d
However, the sign of d is treated as positive on the basis of the case of (1), and negative in the case of (2), so that one common relational expression is used in both cases.
A / (b−d) = δ / | d |
It can be. Using this formula and the definition of the F value, F = f / A, the above-described formula (2) of the circle of confusion is obtained.
[0033]
Here, a blur = a circle of confusion that occurs with respect to the front and rear subjects when the main subject at the distance a is focused and imaged is considered. The focal plane of the subject shifted backward by the distance Δa with respect to the distance a (the subject shifted forward is included when Δa is negative) is the imaging plane (which is equal to the focal plane of the main subject). Therefore, if the deviation amount is Δb and applied to the above equations (1) and (2),
[0034]
[Expression 2]
Figure 0004656706
[0035]
By solving Equation (3) for Δb and substituting into Equation (4), Δb is eliminated,
[0036]
[Equation 3]
Figure 0004656706
[0037]
Get. Here, it is considered that the distance deviation Δa is a parameter representing the depth of the subject (photographing target space), rewritten to the symbol D, and further divided by the screen size w to be normalized.
[0038]
[Expression 4]
Figure 0004656706
[0039]
The standardization by the screen size w is “in an imaging system with different screen sizes, even if the blur is physically the same size, the relative blur generated in the image is different”, so this is evaluated with the same evaluation scale. Is for. To be easy to understand, this corresponds to the size of the blur when the entire screen is stretched to the same size (displayed on the same size display in full screen).
[0040]
When w is a diagonal length of the imaging screen and a traditional allowable circle of confusion circle size of 33.3 μm for depth of field calculation in a silver salt 35 mm (Leica frame) size camera is considered, δ / w = 1/1300 Since it is easy to think based on this, it is 1300 times the equation (6).
[0041]
[Equation 5]
Figure 0004656706
[0042]
Is called the Depth Out-focus Function.
[0043]
That is, the depth blur function DOF is a function representing how much the subject shifted by the depth D with respect to the focused subject surface is blurred. Size (equivalent to 33.3 μm in a Leica frame camera). Note that when viewing a photograph from a practical depth of field, the range that appears to be roughly in focus depends on the enlargement magnification of the photograph, but in many cases is within about twice this, or even larger. It feels blurry about 4 to 5 times or more.
Equation (7) is an exact solution that does not include approximation. However, except for the case of super macro photography, the last term is = 1, so in the normal case, the following approximation equation (7) ′ may be used. good.
[0044]
[Formula 6]
Figure 0004656706
[0045]
For the sake of clarity, the approximate expression (7) 'is used when the conclusion is not affected. The numerical calculation of the exemplary graphs shown in FIGS. 5 to 8 uses the exact formula (7). Also, the coefficient terms in (7) and (7) '
[0046]
[Expression 7]
Figure 0004656706
[0047]
Is called the depth blur coefficient DOC (Depth Out-focus Coefficient). In the DOF equation, the function shape (versus variable D) of the depth blur when the shooting distance a is given is the same, and its value is proportional to the depth blur coefficient DOC (DOC is the DOF graph of FIGS. 5 to 8). This is a scaling factor in the vertical axis direction).
[0048]
Here, for systems with different imaging sizes w, considering that the focal length proportional to the screen size is used as a condition for keeping the angle of view equal,
Define the angle of view coefficient vc ≡ w / f. In order to facilitate understanding of the meaning of the view angle coefficient, FIG. 4 shows the relationship between the focal length f and the view angle coefficient vc for each screen size w. For example, when the Leica frame size is f = 50 mm, the angle of view coefficient is vc = 0.87, but the focal length for obtaining a captured image with the same angle of view as 2/3 size is f = 12.7 mm. In the 1/2 size, f = 9.2 mm. In addition, when the Leica frame size is f = 100 mm, the angle of view coefficient vc = 0.43, but with the 2/3 size, the focal length for obtaining a captured image with the same angle of view is f = 25.4 mm. In the 1/2 size, f = 18.5 mm.
[0049]
Now, in order to apply the equal angle of view condition, substituting f = w / vc into equation (7) '
[0050]
[Equation 8]
Figure 0004656706
[0051]
Get. Depth blur coefficient DOC = (1 / F) ・ (w / vc2).
[0052]
Since vc is a constant as long as shooting is performed with the same angle of view, and the subject distance a is the same when shooting with the same composition, the depth blur coefficient DOC (and therefore the depth blur function DOF (D)) is as long as shooting with the same F value. It can be seen that it is proportional to w. For this reason, an image taken with a digital camera is less blurred than that of a silver halide camera. For example, in the case of 2/3 size (diagonal length of 11 mm), w is almost ¼ of the Leica frame, so that only ¼ blur occurs.
[0053]
Also, from this equation (8), if w / F does not change, DOF (D) will not change. Therefore, if the aperture can be opened as much as the screen size is small (apart from the slight difference of approximate terms). It can also be seen that the same depth blur characteristics can be obtained.
[0054]
2. Illustration of DOF
FIG. 5 and FIG. 6 show the depth blurring function when imaging is performed under the conditions described above. The blur is proportional to the screen size. As a result, the depth becomes deeper as the screen size becomes smaller. In particular, at the angle of view corresponding to f = 50 mm in FIG. It can be read that there is an extreme difference in results that the 2/3 size or 1/2 size is almost close to the pan focus state.
[0055]
3. Equivalent blur imaging conditions at equal F
In view of such a reality, for example, consider a method of obtaining the same DOF even with an equal F value. Unfortunately, looking at equation (8), this is not possible as long as at least the equal field angle condition vc = const is maintained. Therefore, if it is not necessary to have an equal angle of view, in equation (8)
w / vc2  = Const
It turns out that Accordingly, the angle of view coefficient vc may be set to a value proportional to the square root of the screen size w. For example, if the screen size is 1/4 times the reference, the angle of view coefficient is (1/4)1/2   = 1/2 times, so that the equivalent (equivalent angle of view conversion) focal length should be doubled. (The actual focal length f is
f2/ W = w / vc2 = From const, (1/4)1/2   = 1/2 times. )
When this is expressed by a general formula, when f1 is the focal length of the assumed imaging system, f2 is the focal length of the lens system 101, w1 is the imaging screen size of the assumed imaging system, and w2 is the imaging screen size of the CCD imaging device 105, The depth blur condition is
f12/ W1 = f22/ W2
It becomes.
[0056]
7 and 8 show the depth blur characteristics of 2/3 size when the focal length (field angle coefficient) is halved under the same aperture condition as in FIGS. is there. Naturally, the same characteristics as those of the Leica frames of FIGS. 5 and 6 are obtained. That is, it can be said that the depth blur characteristic seen by the observer when the entire screen is displayed in the same photo size (display size) is completely the same as that in the case of the silver halide camera (Leica frame imaging) as a reference. However, in this case, it should be noted that the same image is not obtained because the narrow field angle range is captured by breaking the equal field angle condition.
Next, specific operation control of this embodiment will be described. In the following, a case where a Leica frame camera is used as an assumed imaging system serving as a reference and a 2/3 inch size CCD imaging device 105 is used will be considered.
[0057]
(First example)
First, a first operation example using focal length conversion control will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, under the control of the system controller 112, the value of the focal length f1 of the assumed imaging system (for example, f1 = 50 mm) is input by the operation of the operation switch 113 by the photographer (step S11). The value of the focal length f1 is sent to the focal length conversion unit 112a. In the focal length conversion unit 112a, a conversion process is performed to calculate the value of f2 capable of obtaining equal depth blur characteristics according to the imaging screen size ratio of w1 and w2 (step S12). In this case, since the imaging screen size ratio is 1/4, f2 = 25 mm is obtained as the focal length ratio 1/2 (f2 = f1 × 1/2) (reference: the focal length ratio 1/2 (in the case of the equal field angle condition) f2 = f1 × 1/2 = 12.5 mm)).
[0058]
In the configuration or mode in which the focal length (imaging field angle) of the lens system 101 is manually adjusted, the value f2 obtained by the focal length conversion unit 112a is displayed on the operation display system 114, the LCD 111, or the like by the system controller 112. It is displayed (step S13). When the photographer takes an image after adjusting the focal length (image angle of view) of the lens system 101 to f2, the angle of view becomes narrower than the Leica frame camera, but the depth blur characteristic (depth) is about 50 mm. An image almost equivalent to is obtained.
[0059]
In the configuration or mode in which the focal length (imaging field angle) of the lens system 101 is automatically adjusted by zoom driving, the system controller 112 uses the lens driver 115 and the lens driving circuit 102 to zoom the lens system 101. By driving, the focal length of the lens system 101 is automatically set to f2 obtained by the focal length conversion unit 112a (step S14). Even in this case, an image having a depth blur characteristic (depth) substantially equivalent to that of the Leica frame camera 50 mm can be obtained.
[0060]
(Second example)
Next, a second operation example using focal length conversion control will be described with reference to the flowchart of FIG.
In this example, the focal length of the current lens system 101 set automatically or manually is detected, and the depth blur characteristic of the captured image obtained by the setting corresponds to which focal length in the Leica frame camera. Is presented to the photographer. That is, first, at the time of photographing, the focal length of the lens system 101 is set to a predetermined value by numerical designation by the photographer or known T ← → W drive including manual (step S21). The system controller 112 recognizes the set value of the current focal length f2 of the imaging lens system 101 set automatically or manually in this way (step S22). When zoom driving is performed with numerical designation, the numerical value input or designated by the photographer is recognized as the current focal length f2, and in the case of T ← → W driving including manual operation, the lens driving circuit 102 or A known zoom encoder or the like provided in the lens driver 115 or the like detects the current zoom value and recognizes it as the focal length f2. The zoom mechanism of the lens system 101 may be a multistage switching type. This is the same in the case of the first example described above.
[0061]
Next, the system controller 112 obtains the value of f1 corresponding to the current focal length f2 using the focal length conversion unit 112a (step S23), and displays it on the operation display system 114, the LCD 111, etc. (step S24). ). In this case, a numerical value twice as large as the current f2 is displayed as f1. This makes it easy to determine which focal length is the same as the blur characteristic when using a Leica frame camera.
[0062]
Next, operations when implemented as a single focal length conversion device instead of a digital camera will be described as third and fourth examples. In this case, the focal length conversion device is the remaining part excluding the imaging system and the recording system from the configuration of FIG. 1, that is, the operation switch system 113 as the input mechanism, the operation display system 114 as the display mechanism, and the system controller 112. Can only be configured.
[0063]
(Third example)
First, by the operation of the operation switch system 113 by the operator, values of the imaging screen size w1 of the assumed imaging system, the imaging screen size w2 of the used imaging system, and the focal length f1 of the assumed imaging system are input (step S31). These input values are sent to the focal length conversion unit 112a. In the focal length conversion unit 112a, a conversion process for calculating a value of f2 capable of obtaining an equal depth blur characteristic is performed according to the imaging screen size ratio of w1 and w2 (step S32). The value of f2 is displayed on the operation display system 114 (step S33). As the imaging screen size w1 of the assumed imaging system, the screen size of the Leica frame is stored as a default value, and when w1 is not input, conversion is performed with the screen size of the Leica frame = w1.
[0064]
(Fourth example)
In contrast to the third example, this example is an example in which the focal length f2 of the used imaging system is converted to the same blurring characteristic when the assumed imaging system is used. First, values of the imaging screen size w1 of the assumed imaging system, the imaging screen size w2 of the used imaging system, and the focal length f2 of the used imaging system are input by the operation of the operation switch system 113 by the operator (step S34). These input values are sent to the focal length conversion unit 112a. In the focal length conversion unit 112a, a conversion process is performed to calculate the value of f1 that has the same depth blur characteristic as f2 in accordance with the imaging screen size ratio of w1 and w2 (step S35). The value is displayed on the operation display system 114 (step S36). As in the case of the third example, the Leica frame screen size is stored as a default value as the imaging screen size w1 of the assumed imaging system. When w1 is not input, the Leica frame screen size = w1. Conversion is performed.
[0065]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. In the present embodiment, the assumed imaging system is a 35 mm silver salt film camera, and the embodiment camera is a digital camera. However, in the above, only the consideration and processing based on the difference in screen size are the only conditions. It is clear that the focal length conversion processing of the invention is applicable to general equal-depth blur photography under the same F-number when the screen sizes are different, regardless of the system such as the silver salt film and the electronic imaging system. . In the embodiment, the diagonal length of the screen is used as the imaging screen size w. However, the aspect ratio is naturally used for conversion between imaging systems in which the screen aspect ratio (aspect ratio) is the same (that is, the screen shape is similar). When converting between imaging systems having different sizes, not only the diagonal length but also an arbitrary one-dimensional quantity representing the size of the screen such as a horizontal length (screen width), a vertical length (screen height), etc. is used as the screen size w. good. Further, it can be applied regardless of whether the camera is a still camera or a movie camera.
[0066]
In addition, the present invention can be variously modified without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be obtained as an invention.
[0067]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to realize imaging having a blur characteristic equivalent to that obtained when an actual subject is photographed by a predetermined imaging system (for example, a silver halide camera).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an electronic camera according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining an imaging formula of an imaging optical system applied to the embodiment.
FIG. 3 is a view showing the relationship between the size of a circle of confusion and the defocus amount of the imaging optical system applied to the embodiment.
FIG. 4 is a view showing a relationship between a focal length and an angle of view coefficient in each of an imaging optical system and an assumed imaging system applied to the embodiment.
FIG. 5 is a first diagram showing depth blur characteristics in each of an imaging optical system and an assumed imaging system applied to the embodiment;
FIG. 6 is a second diagram showing depth blur characteristics in each of the imaging optical system and the assumed imaging system applied to the embodiment.
FIG. 7 is a third diagram showing depth blur characteristics in each of the imaging optical system and the assumed imaging system applied to the embodiment.
FIG. 8 is a fourth diagram showing depth blur characteristics in each of the imaging optical system and the assumed imaging system applied to the embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing a first operation example of the embodiment;
FIG. 10 is a flowchart showing a second operation example of the embodiment;
FIG. 11 is a flowchart showing a third operation example of the embodiment;
FIG. 12 is a flowchart showing a third operation example of the embodiment;
[Explanation of symbols]
101 ... Lens system
102: Lens drive mechanism
103. Exposure control mechanism
104 ... Filter
105 ... CCD color image sensor
106 ... CCD driver
107: Pre-processing section
108 ... Digital Process Department
109 ... Card interface
110: Memory card
111 ... LCD image display system
112 ... System controller (CPU)
113 ... Operation switch system
114 ... Operation display system
115 ... Lens driver
116 ... Strobe
117 ... Exposure control driver
118: Non-volatile memory (EEPROM)
112a: Focal length conversion unit

Claims (5)

撮像レンズと撮像素子からなる撮像系を具備した撮像装置であって、想定撮像系の光学系の焦点距離である第1の焦点距離f1と前記撮像レンズの光学系の撮影時の焦点距離である第2の焦点距離f2の間の換算を行なうに際し、該換算は前記想定撮像系の奥行ぼけ特性と前記撮像装置の撮像系の奥行ぼけ特性とが等価となる等奥行ぼけ条件に基づいて前記換算を行なう換算手段を有し、前記等奥行ぼけ条件は、前記想定撮像系の撮像画面サイズである第1の画面サイズw1および前記撮像装置の撮像系の撮像画面サイズである第2の画面サイズw2に基づく、次式
f1 /w1=f2 /w2
であることを特徴とする撮像装置。
An image pickup apparatus including an image pickup system including an image pickup lens and an image pickup element, which is a first focal length f1 that is a focal length of an optical system of an assumed image pickup system and a focal length at the time of shooting of the optical system of the image pickup lens. when performing the conversion between the second focal length f2, the conversion is based on the equal depth blur conditions and depth blur characteristic of the imaging system of the depth blur characteristic before and Symbol imaging device of the assumed image pickup system is equivalent to A conversion means for performing the conversion , wherein the equal depth blur condition is a first screen size w1 that is an imaging screen size of the assumed imaging system and a second screen that is an imaging screen size of the imaging system of the imaging device; Based on size w2
f1 2 / w1 = f2 2 / w2
Imaging device, characterized in that it.
想定撮像系の光学系の焦点距離である第1の焦点距離f1と、使用撮像系の光学系の焦点距離である第2の焦点距離f2の間の換算を行なう換算手段を有し、該換算手段は前記想定撮像系の奥行ぼけ特性と前記使用撮像系の奥行ぼけ特性とが等価となる等奥行ぼけ条件に基づいて前記換算を行なうように構成され、前記等奥行ぼけ条件は、前記想定撮像系の撮像画面サイズである第1の画面サイズw1および前記使用撮像系の撮像画面サイズである第2の画面サイズw2に基づく、次式
f1 /w1=f2 /w2
であることを特徴とする焦点距離換算装置。
Conversion means for converting between the first focal length f1 which is the focal length of the optical system of the assumed imaging system and the second focal length f2 which is the focal length of the optical system of the used imaging system; The means is configured to perform the conversion based on an equal depth blur condition in which a depth blur characteristic of the assumed imaging system and a depth blur characteristic of the used imaging system are equivalent, and the equal depth blur condition is the assumption imaging blur Based on the first screen size w1 that is the imaging screen size of the system and the second screen size w2 that is the imaging screen size of the used imaging system
f1 2 / w1 = f2 2 / w2
The focal length conversion device characterized by being.
撮像レンズと撮像素子からなる撮像系を具備した撮像装置であって、想定撮像系の光学系の焦点距離である第1の焦点距離f1と前記撮像レンズの光学系の撮影時の焦点距離である第2の焦点距離f2の間の換算を行なうに際し、該換算は前記想定撮像系の奥行ぼけ特性と前記撮像装置の撮像系の奥行ぼけ特性とが等価となる等奥行ぼけ条件に基づいて、かつ前記想定撮像系の撮像画面サイズである第1の画面サイズw1および前記撮像装置の撮像系の撮像画面サイズである第2の画面サイズw2に基づく等画角条件を満たさない場合において前記換算を行なう換算手段を有し、
前記撮像レンズは焦点距離が可変に構成されたものであり、リファレンスとなる前記想定撮像系の光学系の焦点距離である前記第1の焦点距離f1を指定する入力手段と、前記換算手段によって求められた第2の焦点距離f2の値に前記撮像レンズの焦点距離を自動的に設定する焦点距離設定手段とを有したことを特徴とする撮像装置。
An image pickup apparatus including an image pickup system including an image pickup lens and an image pickup element, which is a first focal length f1 that is a focal length of an optical system of an assumed image pickup system and a focal length at the time of shooting of the optical system of the image pickup lens. In performing the conversion between the second focal lengths f2, the conversion is based on an equal depth blur condition in which the depth blur characteristics of the assumed imaging system and the depth blur characteristics of the imaging system of the imaging apparatus are equivalent, and The conversion is performed when an equal angle of view condition based on the first screen size w1 that is the imaging screen size of the assumed imaging system and the second screen size w2 that is the imaging screen size of the imaging system of the imaging apparatus is not satisfied. Having a conversion means,
The imaging lens has a variable focal length, and is obtained by an input unit for designating the first focal length f1, which is a focal length of the optical system of the assumed imaging system serving as a reference, and the conversion unit. An imaging apparatus, comprising: a focal length setting unit that automatically sets a focal length of the imaging lens to the value of the second focal length f2.
撮像レンズと撮像素子からなる撮像系を具備した撮像装置であって、想定撮像系の光学系の焦点距離である第1の焦点距離f1と前記撮像レンズの光学系の撮影時の焦点距離である第2の焦点距離f2の間の換算を行なうに際し、該換算は前記想定撮像系の奥行ぼけ特性と前記撮像装置の撮像系の奥行ぼけ特性とが等価となる等奥行ぼけ条件に基づいて、かつ前記想定撮像系の撮像画面サイズである第1の画面サイズw1および前記撮像装置の撮像系の撮像画面サイズである第2の画面サイズw2に基づく等画角条件を満たさない場合において前記換算を行なう換算手段を有し、
前記撮像レンズは焦点距離が撮影者の手動設定により可変に構成されたものであり、リファレンスとなる前記想定撮像系の光学系の焦点距離である前記第1の焦点距離f1を指定する入力手段と、前記換算手段によって求められた前記撮像レンズの光学系の撮影時の焦点距離としての第2の焦点距離f2の値を表示する表示手段とを有したことを特徴とする撮像装置。
An image pickup apparatus including an image pickup system including an image pickup lens and an image pickup element, which is a first focal length f1 that is a focal length of an optical system of an assumed image pickup system and a focal length at the time of shooting of the optical system of the image pickup lens. In performing the conversion between the second focal lengths f2, the conversion is based on an equal depth blur condition in which the depth blur characteristics of the assumed imaging system and the depth blur characteristics of the imaging system of the imaging apparatus are equivalent, and The conversion is performed when an equal angle of view condition based on the first screen size w1 that is the imaging screen size of the assumed imaging system and the second screen size w2 that is the imaging screen size of the imaging system of the imaging apparatus is not satisfied. Having a conversion means,
The imaging lens has a focal length that is variably set by a manual setting by a photographer , and an input unit that designates the first focal length f1 that is a focal length of an optical system of the assumed imaging system that serves as a reference. An image pickup apparatus comprising: display means for displaying a value of a second focal length f2 as a focal length at the time of photographing of the optical system of the imaging lens obtained by the conversion means.
撮像レンズと撮像素子からなる撮像系を具備した撮像装置であって、想定撮像系の光学系の焦点距離である第1の焦点距離f1と前記撮像レンズの光学系の撮影時の焦点距離である第2の焦点距離f2の間の換算を行なうに際し、該換算は前記想定撮像系の奥行ぼけ特性と前記撮像装置の撮像系の奥行ぼけ特性とが等価となる等奥行ぼけ条件に基づいて、かつ前記想定撮像系の撮像画面サイズである第1の画面サイズw1および前記撮像装置の撮像系の撮像画面サイズである第2の画面サイズw2に基づく等画角条件を満たさない場合において前記換算を行なう換算手段を有し、
前記撮像レンズは焦点距離が可変に構成されたものであり、前記第2の焦点距離f2である前記撮像レンズの自動又は手動で設定されている現在の焦点距離を認識する認識手段と、この認識手段の認識した第2の焦点距離f2の値に基づいて前記換算手段によって求められたリファレンスとなる前記想定撮像系の光学系の焦点距離としての第1の焦点距離f1の値を表示する表示手段とを有したことを特徴とする撮像装置。
An image pickup apparatus including an image pickup system including an image pickup lens and an image pickup element, which is a first focal length f1 that is a focal length of an optical system of an assumed image pickup system and a focal length at the time of shooting of the optical system of the image pickup lens. In performing the conversion between the second focal lengths f2, the conversion is based on an equal depth blur condition in which the depth blur characteristics of the assumed imaging system and the depth blur characteristics of the imaging system of the imaging apparatus are equivalent, and The conversion is performed when an equal angle of view condition based on the first screen size w1 that is the imaging screen size of the assumed imaging system and the second screen size w2 that is the imaging screen size of the imaging system of the imaging apparatus is not satisfied. Having a conversion means,
The imaging lens has a variable focal length, and a recognition means for recognizing a current focal length set automatically or manually of the imaging lens, which is the second focal length f2, and the recognition Display means for displaying the value of the first focal length f1 as the focal length of the optical system of the assumed imaging system, which is a reference obtained by the conversion means based on the value of the second focal length f2 recognized by the means. An imaging device characterized by comprising:
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