CN101978688B - 摄像设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种摄像设备，其被配置成：将通过发出闪光所获得的被摄体的光学图像转换成电信号以获得与被摄体的拍摄有关的第一图像，将被摄体的同一光学图像转换成电信号以获得第二图像，基于所述第二图像、针对第一图像的各图像区域测量离被摄体的距离，并且基于针对各图像区域所测量出的离被摄体的距离和与被摄体的距离相对应的、预先存储的闪光灯的光分布特性数据，对第一图像进行校正。

Description

摄像设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种通过使用闪光灯来拍摄被摄体的图像的摄像设备及其控制方法。
背景技术
传统上，在数字照相机等的摄像设备中，执行通过使用作为所谓的闪光单元的闪光灯利用闪光照射被摄体、以由此对被摄体摄像的闪光灯拍摄(strobe photographing)。
在闪光灯拍摄时，通常由于闪光灯光分布特性，闪光没有均匀地分布在被摄体上。因此，被摄体可能在其中央处看上去较亮、并且在其外周处看上去较暗，或者被摄体可能在其较近时看上去较亮，并且由于闪光不可到达因而在其较远时看上去较暗。
例如，日本特开平11-331575、日本特开2003-283922和日本特开2005-354167中公开了传统上可利用的与闪光灯拍摄有关的技术。具体地，日本特开平11-331575论述了在墙被设置为背景的肖像拍摄时从被摄体的信息获得作为主被摄体的人物的距离、并且基于闪光灯拍摄时的光分布特性来校正亮度的图像处理技术。日本特开2003-283922论述了在闪光灯拍摄时、基于包括镜头特性的光分布特性来校正图像的技术。日本特开2005-354167论述了在闪光灯拍摄时、基于一些场所的距离测量信息、根据依赖于被摄体距离的光分布特性来校正图像的技术。
然而，日本特开平11-331575、日本特开2003-283922和日本特开2005-354167所论述的传统技术在从通过闪光灯拍摄所拍摄到的图像去除由闪光灯(闪光单元)引起的局部光分布不均匀的方面存在困难。
发明内容
为了解决该问题，本发明提供一种从通过使用闪光单元拍摄到的图像去除由该闪光单元引起的局部光分布不均匀的技术。
根据本发明的一个方面，一种摄像设备，包括：闪光单元，用于向被摄体发出闪光；第一图像获得单元，用于将由光学单元形成的所述被摄体的光学图像转换成电信号，以获得与所述被摄体的拍摄有关的第一图像；第二图像获得单元，用于将所述被摄体的光学图像转换成电信号，以获得用于测量所述被摄体的距离分布的第二图像；距离测量单元，用于基于所述第二图像，针对所述第一图像的各图像区域测量所述被摄体的距离；存储单元，用于存储与所述闪光单元的光分布特性有关的光分布特性数据；以及校正单元，用于基于由所述距离测量单元所测量出的各图像区域的所述被摄体的距离以及与所述被摄体的距离相对应的光分布特性数据，对所述第一图像进行校正。
根据本发明的另一方面，一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括：闪光单元，用于向被摄体发出闪光；以及存储单元，用于存储与所述闪光单元的光分布特性有关的光分布特性数据，所述控制方法包括以下步骤：第一图像获得步骤，用于将由光学单元形成的所述被摄体的光学图像转换成电信号，以获得与所述被摄体的拍摄有关的第一图像；第二图像获得步骤，用于将所述被摄体的光学图像转换成电信号，以获得用于测量所述被摄体的距离分布的第二图像；距离测量步骤，用于基于所述第二图像，针对所述第一图像的各图像区域测量所述被摄体的距离；以及校正步骤，用于基于在所述距离测量步骤中所测量出的各图像区域的所述被摄体的距离以及与所述被摄体的距离相对应的光分布特性数据，对所述第一图像进行校正。
通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的数字照相机(摄像设备)的内部结构的示例的框图。
图2是示出根据本发明实施例的数字照相机(摄像设备)的控制方法中的处理过程的示例的流程图。
图3A、3B和3C是各自示出通常的摄像元件的基本像素阵列的示例的示意图。
图4A和4B是各自示出根据本发明实施例的摄像元件的基本像素阵列的示例的示意图。
图5A和5B是各自示出根据本发明实施例的摄像元件的图像传感器(彩色像素)的像素结构的示例的示意图。
图6A和6B是各自示出根据本发明实施例的摄像元件的图像传感器(彩色像素)的像素结构的示例的示意图。
图7是示出根据本发明实施例的摄像元件的像素阵列的示例的示意图。
图8A和8B是各自示出图7所示的距离测量像素S1的像素结构的示例的示意图。
图9A和9B是各自示出图7所示的距离测量像素S2的像素结构的示例的示意图。
图10A和10B是由根据本发明实施例的摄像元件的失焦状态引起的图像偏离的检测的概念图。
图11是示出根据本发明实施例的摄像元件的像素阵列的变形例的示意图。
图12是示出根据本发明实施例的摄像元件的像素阵列的变形例的示意图。
图13是示出根据本发明实施例的摄像元件的像素阵列的变形例的示意图。
图14是根据本发明实施例的数字照相机(摄像设备)的焦点检测的概念图。
图15是根据本发明实施例的数字照相机(摄像设备)的焦点检测的概念图。
图16是示出根据本发明实施例的从摄像元件的分别包括距离测量像素S1和S2的行组读取的像素信号的状况的示意图。
图17A和17B是各自示出根据本发明实施例的摄像元件的距离测量像素的像素结构的示例的示意图。
图18A和18B是示出根据本发明实施例的摄像元件的距离测量像素S1和S2中的遮光层的示意图。
图19是示出根据本发明实施例的摄像元件的像素阵列的示例的示意图。
图20A和20B是各自示出根据本发明实施例的摄像元件的距离测量像素的示例的示意图。
图21是示出使用根据本发明实施例的数字照相机(摄像设备)的被摄体的闪光灯拍摄的状况的示意图。
图22是示出当执行图21所示的被摄体的闪光灯拍摄时、所拍摄图像的示例的示意图。
图23是示出图21所示的被摄体的闪光灯拍摄中的被摄体距离分布的示例的示意图。
图24A、24B、24C、24D和24E是示出闪光灯光分布特性的示意图。
图25A和25B是各自示出基于变焦位置的闪光灯光分布特性的示例的示意图。
图26是示出闪光灯光分布特性的示例的示意图。
图27是示出图26所示的闪光灯光分布特性的情况下的校正增益的示例的示意图。
图28是示出当执行图21所示的被摄体的拍摄时、所拍摄图像的示例的示意图。
图29是示出图28所示的水平图像部分的被摄体距离分布的示例的示意图。
图30是示出图28所示的水平图像部分中的校正增益的示例的示意图。
图31是示出在对图22所示的所拍摄图像进行了校正处理之后的所拍摄图像的示例的示意图。
图32是示出当光圈开口宽时的聚焦度的示例的示意图。
图33是示出当光圈开口窄时的聚焦度的示例的示意图。
图34是示出针对图28所示的水平图像部分的聚焦度的示例的示意图。
图35是示出图2所示的步骤S6的图像校正处理中的详细处理过程的示例的流程图。
图36是示出图28所示的水平图像部分中的被摄体距离分布的示例的示意图。
图37是示出图28所示的水平图像部分中的聚焦度的示例的示意图。
图38是示出与闪光灯光分布特性中的校正处理有关的菜单设置画面的示例的示意图。
图39是示出与闪光灯光分布特性中的校正处理有关的菜单设置画面的示例的示意图。
图40是示出当在图38和39所示的菜单设置画面上进行了各种设置时、进入图2的流程图的处理的示例的流程图。
具体实施方式
现在将根据附图来详细说明本发明的优选实施例。
下面以将数字照相机用作本发明的摄像设备为例，来说明本发明的实施例。
图1是示出根据本发明实施例的数字照相机(摄像设备)的内部结构的示例的框图。
本实施例的数字照相机100包括光圈101、拍摄透镜102、摄像元件103、A/D转换单元104、显影处理单元105、光瞳分割图像相位差距离测量单元106、透镜控制单元107、曝光控制单元108和光圈控制单元109。本实施例的数字照相机100还包括闪光灯控制单元110、闪光灯111、闪光灯光分布特性存储单元112、校正单元113、操作输入单元114、压缩处理单元115和图像数据存储单元116。校正单元113包括校正增益计算单元113a和校正处理单元113b。
光圈101调整要被引导至数字照相机100中的光的量，并且光圈101的开口直径可以基于拍摄条件而变化。由光圈控制单元109来控制该光圈101。
拍摄透镜102具有将被摄体的光学图像引导至摄像元件103的功能，并且包括包含调焦透镜的一个或多个透镜。由透镜控制单元107来控制拍摄透镜102。
摄像元件103包括按二维方式配置在同一平面上的像素。在各像素中，摄像元件103将由拍摄透镜102所引导的被摄体的光学图像(被摄体图像)转换成模拟信号的电信号(图像信号)，以拍摄被摄体的图像。摄像元件103包括例如CCD传感器或CMOS传感器。
A/D转换单元104将从摄像元件103输出的模拟信号的图像信号转换成数字信号的图像信号。
显影处理单元105将从A/D转换单元104输出的图像信号从RGB信号转换成YUV信号，以进行显影处理。
光瞳分割图像相位差距离测量单元106进行基于来自摄像元件103中配置的距离测量像素的像素信号、针对所拍摄图像的各图像区域测量离被摄体的距离的处理。具体地，光瞳分割图像相位差距离测量单元106从A/D转换单元104的输出中提取来自摄像元件103中配置的距离测量像素的像素信号，并且基于光瞳分割图像A和B，获得在视角内拍摄到的图像的被摄体距离分布。
透镜控制单元107根据由光瞳分割图像相位差距离测量单元106获得的距离测量信息，控制拍摄透镜102的调焦透镜。
曝光控制单元108基于从A/D转换单元104输出的图像信号，确定使得能够利用适当曝光进行拍摄的拍摄条件。
光圈控制单元109根据由曝光控制单元108确定的拍摄条件(曝光条件)，控制光圈101。
闪光灯控制单元110根据由曝光控制单元108确定的拍摄条件(曝光条件)，控制闪光灯111。
闪光灯111在闪光灯控制单元110的控制下，在由于曝光不足等而需要时向被摄体发出闪光。
闪光灯光分布特性存储单元112存储以拍摄透镜102的变焦位置和调焦位置、光圈101的光圈值或被摄体距离为特征的、表示闪光灯111的光分布特性的闪光灯光分布特性数据。
校正单元113基于由光瞳分割图像相位差距离测量单元106测量出的所拍摄图像的各图像区域中的被摄体的距离、和闪光灯光分布特性存储单元112中存储的光分布特性数据，进行所拍摄图像的校正处理。
校正单元113的校正增益计算单元113基于拍摄透镜102的变焦位置和调焦位置、在视角内拍摄到的图像的被摄体距离分布、基于光圈101的光圈值的聚焦条件、以及闪光灯光分布特性数据，计算当对所拍摄图像数据进行校正时的增益。
校正单元113的校正处理单元113b基于由校正增益计算单元113a计算出的增益，进行所拍摄图像数据的校正处理。
操作输入单元114将由用户输入的输入信息输入到校正单元113。例如，操作输入单元114包括用于显示菜单设置画面的显示画面，并且经由该菜单设置画面将输入信息输入到校正单元113。
压缩处理单元115进行对由校正单元113校正后的所拍摄图像数据进行压缩的处理。
图像数据存储单元116存储由压缩处理单元115压缩后的图像数据。
图2是示出根据本发明实施例的数字照相机(摄像设备)的控制方法的处理过程的示例的流程图。具体地，图2主要示出与闪光灯拍摄期间的图像校正有关的处理过程。
首先，在步骤S1中，例如，校正单元113基于从操作输入单元114输入的输入信息，判断是否执行闪光灯拍摄。如果判断结果表示不执行闪光灯拍摄(S1/“否”)，则该流程图的处理完成。
另一方面，如果步骤S1的判断结果表示执行闪光灯拍摄(S1/“是”)，则闪光灯111向被摄体发出闪光，以利用拍摄透镜102或摄像元件103来拍摄该被摄体。因而，获得了闪光灯拍摄时被摄体的所拍摄图像数据。然后，处理进入步骤S2。
在步骤S2中，透镜控制单元107检测拍摄透镜102的当前变焦位置和拍摄透镜102的当前调焦位置(调焦透镜位置)。然后，校正单元113的校正增益计算单元113a从透镜控制单元107获得与拍摄透镜102的当前变焦位置有关的变焦位置信息、和与拍摄透镜102的当前调焦位置有关的调焦位置信息(调焦透镜位置信息)。
在步骤S3中，曝光控制单元108从光圈控制单元109获得与由光圈控制单元109检测到的光圈101的当前光圈值有关的光圈值信息。校正增益计算单元113a从曝光控制单元108获得与光圈101的当前光圈值有关的光圈值信息。
在步骤S4中，校正增益计算单元113a获得与由光瞳分割图像相位差距离测量单元106测量出的被摄体距离分布有关的被摄体距离分布信息。以下说明由光瞳分割图像相位差距离测量单元106获得的被摄体距离分布信息。
在步骤S5中，校正增益计算单元113a基于在步骤S2～S4中获得的不同类型的信息、和闪光灯光分布特性存储单元112中存储的闪光灯光分布特性数据，计算图像校正增益。以下详细说明闪光灯光分布特性数据和由校正增益计算单元113a计算图像校正增益的方法。
在步骤S6中，校正单元113的校正处理单元113b进行通过使用由校正增益计算单元113a计算出的图像校正增益来校正通过步骤S1的闪光灯拍摄获得的所拍摄图像数据的处理。以下详细说明校正处理单元113b的校正处理。
随后，由压缩处理单元115对由校正单元113校正后的所拍摄图像数据进行压缩，以存储在图像数据存储单元116中。然后，该流程图的处理完成。
图2所示的步骤S7和S8使得能够在后面所述的条件下，插入针对是否从步骤S1进入步骤S2的判断处理。以下参考图40来详细说明图2所示的步骤S7～S9。
利用摄像元件103中配置的距离测量像素的相位差AF
接着，说明根据本实施例的相位差系统的自动调焦(相位差AF)。首先，参考图3A～3C以及图4A和4B，说明作为相位差AF的基础的摄像元件103的像素阵列。
图3A～3C是各自示出通常的摄像元件的基本像素阵列的示例的示意图。图4A和4B是各自示出根据本发明实施例的摄像元件103的基本像素阵列的示例的示意图。
首先，说明图3A～3C所示的通常的摄像元件的基本像素阵列。图3A～3C各自示出基本单位为2个像素×2个像素的区域传感器的基本单位部中包括的彩色阵列。图3A示出以下被称为纯色拜尔阵列(Bayer array)的所谓的拜尔阵列。图3B示出以下被称为互补色拜尔阵列的、将拜耳阵列应用于互补色滤波器的例子。图3C示出以下被称为具有G的互补色阵列的、具有G的3个互补色滤波器。
作为通常已知的基本像素阵列，除了图3A～3C所示的基本像素阵列以外，例如，存在经常用作为视频动画照相机用的摄像元件的、单位为2个像素×4个像素的互补色交错格阵列。作为其它通常已知的基本像素阵列，例如，存在2个像素×8个像素的互补色交错格阵列(参见日本特开平09-46715)。2个像素×4个像素和2个像素×8个像素的彩色像素阵列作为用于处理运动图像(进行隔行扫描的视频)的区域传感器，更加有利。作为用于处理静止图像的照相机，2个像素×2个像素的阵列在可以简化信号处理、并且可以获得高质量图像方面，更加有利。以下说明将2个像素×2个像素设置为基本单位的区域传感器。然而，该配置可以应用于具有2个像素×4个像素和2个像素×8个像素的彩色像素阵列的区域传感器。
接着，参考图4A和4B，说明本实施例的摄像元件103的基本像素阵列。图4A示出纯色拜尔阵列的情况下的像素阵列，而图4B示出互补色拜尔阵列或具有G的互补色阵列的情况下的像素阵列。
在图4A和4B中，“S”部分是用于读取与针对AF的距离测量有关的测光数据的功能传感器单元(距离测量像素)。在本实施例的摄像元件103中，在摄像元件103自身中包括与AF传感器等同的距离测量像素，并且通过读取来自摄像元件103的信号来执行数字照相机的针对AF的距离测量。通过该配置，本实施例使得能够进行高度精确的AF。无需配置任何其它的AF传感器，并且因此可以提供紧凑型且低成本的数字照相机。
接着，说明根据本实施例的、用于检测AF距离测量用的测光数据的像素(距离测量像素)和包括该距离测量像素的摄像元件103。
作为具有大量像素的数字静止照相机用的摄像元件，主要使用行间型CCD或全帧型CCD。行间型CCD经常用于等于或小于2/3英寸的光学系统的低成本照相机，而全帧型CCD经常用于等于或大于1英寸的光学系统的高成本照相机。这些类型之间的最大差异在于，在行间型CCD的情况下，即使光入射摄像元件也可以读取信号电荷，而在全帧型CCD的情况下，除非摄像元件前方所配置的机械快门关闭，否则不能读取信号电荷。
本发明的发明人已经通过提出包括用于存储位于全帧型CCD的图像区域和水平CCD之间的几条线的电荷的存储单元的结构的改进了的全帧型CCD，提供了解决方案。本发明的发明人已经提供了基于改进了的全帧型CCD的、机械快门的打开状态下的AF的部分读取驱动方法。另外，本发明的发明人已经提供了在行间型CCD的情况下、以高速仅部分读取AF所需的图像数据的一部分的方法(针对除所需部分以外的信号电荷的高速清除方法)。
因而，在行间型CCD和全帧型CCD(改进型)这两者中，可以在短的时间段内，在无需多次打开/关闭机械快门的情况下读取图像区域中设置的包括距离测量像素的区域的信号电荷。以下说明使用改进了的全帧型CCD的实施例的例子。然而，该例子可以应用于行间型CCD。
在说明距离测量像素之前，说明摄像元件103的图像传感器(彩色像素)。
图5A和5B是各自示出根据本发明实施例的摄像元件103的图像传感器(彩色像素)的像素结构的示例的示意图。图5A示出从顶部观看时摄像元件103的图像传感器的像素的结构，而图5B示出沿着图5A的线I-I’所切割的截面的像素结构、及其电位剖面图。具体地，图5A和5B各自主要示出图像传感器的像素中的光电转换单元。
在图5A和5B中，时钟栅极电极201由例如透光性的多晶硅构成。位于时钟栅极电极201下方的半导体层表面是时钟相位区域。通过离子注入将该时钟相位区域分割成两个区域。一个区域是时钟势垒区域202，并且另一个区域是通过注入离子从而与时钟势垒区域202中的电位相比、设置更高的电位的时钟阱区域203。
虚拟栅极204用于通过在半导体层表面中形成P+层来固定沟道电位，并且所形成的该区域是虚拟相位区域。通过向比P+层深的层注入N型离子，将该虚拟相位区域分割成两个区域。一个区域是虚拟势垒区域205，并且另一个区域是虚拟阱区域206。
绝缘层207由例如氧化膜构成，并且配置在电极和半导体层之间。沟道阻止区域208用于隔离各VCCD的沟道。
尽管图5A和5B未示出，但添加有用于防止在强光入射时、电荷溢出到相邻像素中从而生成伪信号的起晕现象(bloomingphenomenon)的功能。其代表方法是配置有水平溢出漏极的方法。具体地，邻接各VCCD配置包括N+层的漏极，并且在溢出漏极和电荷转移沟道之间配置溢出漏极势垒。换言之，超过溢出漏极势垒的高度的电荷通过漏极被清除。溢出漏极势垒的高度是通过离子注入固定的。然而，在溢出漏极势垒上配置电极(溢出漏极势垒电极)，这使得能够在施加至漏极电极的电压(VOD)的值的控制下，改变该高度。
对于VCCD转移，向时钟栅极电极201添加任意脉冲，并且时钟相位区域的电位相对于虚拟相位区域的电位上下移动，由此朝向水平CCD转移电荷。由图5B的“→○”来表示电荷移动的概念。
已经说明了摄像元件103的图像传感器的像素结构。以上所述的存储单元的像素结构类似。然而，在存储单元的区域中，像素上部被铝遮光，从而消除了防止起晕的需要。因而，省略溢出漏极。H-CCD具有虚拟相位结构，并且时钟相位区域和虚拟相位区域的布局被配置成，可以从VCCD接收电荷并且可以水平地转移这些电荷。
图6A和6B是各自示出根据本发明实施例的摄像元件103的图像传感器(彩色像素)的像素结构的示例的示意图。具体地，图6A和6B示出在图5A和5B所示的像素结构(主要为光电转换单元)的上部中包括彩色滤波器的图像传感器的像素结构。在图6A和6B中，利用相同的附图标记来表示与图5A和5B的组件相同的组件。图6A示出当从顶部观看摄像元件103的图像传感器的像素时的结构，并且图6B示出沿着图6A的线6B-6B所切割的截面的像素的结构。
钝化层209是图5A和5B所示的像素结构中形成的半导体层表面的钝化层。金属层210是在图5A和5B所示的像素结构与滤色器212之间形成的、用于防止混色的金属层(金属遮光层)。金属层210可以包括由与滤色器212的材料相同的材料构成的黑色颜料层。平滑层211用于使滤色器212的表面平滑化。滤色器212包括纯色中的一种颜色或互补色中的一种颜色。钝化层213用于保护滤色器212。
接着，说明在包括全帧型CCD的摄像元件103中配置用于检测AF距离测量数据的像素(距离测量像素)的情况下的像素阵列。
图7是示出根据本发明实施例的摄像元件103的像素阵列的示例的示意图。在图7中，正常的拜尔阵列传感器包括并排排列的具有多个距离测量像素S1的线和具有多个距离测量像素S2的线。
对图7所示的距离测量像素S1和S2的像素结构进行说明。图8A和8B是各自示出图7所示的距离测量像素S1的像素结构的示例的示意图。图8A示出从顶部观看距离测量像素S1时的结构，并且图8B示出沿着图8A的线III-III’所切割的截面的像素结构。在图8A和8B中，利用相同的附图标记来表示与图6A和6B的组件相同的组件。
距离测量像素S1不包括图6A和6B所示的图像传感器(彩色像素)中配置的滤色器212，而包括其最上部中配置的微型透镜216。
在图8A和8B所示的平滑层211上形成遮光层214。遮光层214包括为了在平面上形成微型透镜216所形成的平滑层215。该平滑层215由与图6A和6B所示的图像传感器的钝化层213的材料相同的材料构成，并且通过与钝化层123的工艺相同的工艺形成该平滑层215。距离测量像素S1的典型结构是，在图6A和6B所示的图像传感器中的混色防止遮光金属层210的同一平面上，配置具有相对于像素的光电转换区域的中心在一侧(左侧)上偏离(离心)的开口的遮光层214。
图9A和9B是各自示出图7所示的距离测量像素S2的像素结构的示例的示意图。图9A示出从顶部观看距离测量像素S2时的结构，并且图9B示出沿着图9A所示的线IV-IV’所切割的截面的像素结构。在图9A和9B中，利用相同的附图标记来表示与图8A和8B的组件相同的组件。
在图9A和9B所示的距离测量像素S2中，形成遮光层214，以使得遮光层214可以在从像素中心起、在与图8A和8B所示的距离测量像素S1的方向相反的方向上的相同距离处配置有开口。
在包括不止100万个像素的摄像元件103中，在图7的像素阵列中，在微型透镜216上形成近似光学图像，以使得分别包括距离测量像素S1和S2的行组被看作为几乎相同的线。只要用于在摄像元件103中形成光学图像的拍摄透镜102在摄像元件103上聚焦，来自包括距离测量像素S1的行组的图像信号(像素信号)和来自包括距离测量像素S2的行组的图像信号(像素信号)就彼此一致。如果连接拍摄透镜102的焦点的成像点位于摄像元件103的图像区域之前或之后，则在来自包括距离测量像素S1的行组的图像信号和来自包括距离测量像素S2的行组的图像信号之间产生相位差。在这种情况下，在成像点位于图像区域之前时和成像点位于图像区域之后时之间，相位的偏离方向相反。原理上，该相位差与日本特开平09-43507所述的光瞳分割图像相位差AF相同。换言之，当从距离测量像素S1的光电转换单元观看拍摄透镜102时、以及当从距离测量单元S2的光电转换单元观看拍摄透镜102时，光瞳看上去被围绕光学中心分割成左侧和右侧。
图10A和10B是由根据本发明实施例的摄像元件103的失焦状态引起的图像偏离的检测的概念图。在图10A和10B中，距离测量像素S1和S2彼此一致，并且由点A和B来表示。为了更容易理解，省略彩色像素(图像传感器)。
来自被摄体的特定点的光被分割成通过A的光瞳以入射该点A的光束(ΦLa)和通过B的光瞳以入射该点B的光束(ΦLb)。这两个光束最初是从一个点(被摄体的特定点)发出的。因而，只要拍摄透镜102的聚焦位置位于摄像元件103上，则如图10A所示，光束就到达同一微型透镜216中的一个点。然而，如图10B所示，如果拍摄透镜102的聚焦位置位于摄像元件103之前的距离x处，则相位彼此偏离了2θx。在这种情况下，到达点在相反方向上偏离了距离x。
根据该原理，只要拍摄透镜102聚焦，由A阵列形成的图像(基于光强度的信号线)和由B阵列形成的图像就彼此一致，并且如果拍摄透镜102未聚焦，则相位彼此偏离。
基于该原理，通过使具有开口位置不同的微型透镜216的距离测量像素并入基本像素阵列中，来形成本实施例的摄像元件103。具体地，通过配置用于邻接排列包括具有第一开口的距离测量像素S1的基本像素阵列的行组和包括具有第二开口的距离测量像素S2的基本像素阵列的行组的区域，来形成摄像元件103。根据本实施例，计算来自该区域的分别包括距离测量像素S1和S2的行组的图像信号之间的相位偏离量以进行检测，从而获得拍摄透镜102的失焦量。使数字照相机100的焦点位置移动所获得的失焦量，这使得能够进行自动调焦。
图11、12和13是各自示出根据本发明实施例的摄像元件103的像素阵列的变形例的示意图。图11～13示出相对于图7所示的像素阵列的方式改变了的、排列距离测量像素S1和S2的方式。
在前述例子中，包括用于检测第一相位的距离测量像素S1的行组和包括用于检测第二相位的距离测量像素S2的行组彼此略微偏离。如上所述，该配置在包括不止100万个像素的摄像元件103中未造成实用上的问题。在图11～13的变形例中，使用于检测相位的行组更靠近同一场所。
具体地，图11示出位于同一行上的距离测量像素S1和S2的交替配置。图12示出包括距离测量像素S1的行组位于包括距离测量像素S2的行组上方和下方的配置。在这种情况下，通过在分别包括距离测量像素S1和距离测量像素S2的行组之间进行插值，来获得与包括距离测量像素S2的行组等同的包括距离测量像素A1的行组的数据。图13示出图11的变形例，其中，包括位于同一行上的距离测量像素S1和S2的两个行组彼此相邻地配置，并且在这两个行组之间，距离测量像素S1和S2的位置彼此相反。
因而，读取用于生成相位差信号的像素组(包括距离测量像素的行组)、并且仅读取其一部分的驱动方法使得能够进行高速且高度精确的AF。
在针对与在摄像元件103中拍摄到的图像有关的RAW数据(CCD-ROW数据；各像素的直接信息)的图像处理中，对距离测量像素S1和S2进行处理，以通过根据周围的彩色像素进行插值来获得图像。因而，可以实现可以在所拍摄图像的图像质量几乎未劣化的情况下、不仅取出所拍摄图像、而且读取AF用的距离测量数据的摄像元件103。在执行这种插值处理的前提下，在与图4A和4B相同的2个像素×2个像素的基本像素阵列的情况下，利用3个彩色像素和1个距离测量像素，插值处理简单，并且图像劣化不会构成问题。无需说明，即使在2个像素×4个像素的基本像素阵列的情况下，也可应用该配置。在这种情况下，包括距离测量像素S1的行组和包括距离测量像素S2的行组之间的距离比2个像素×2个像素的距离大。
已经说明了摄像元件103是改进了的全帧型CCD的情况。即使当摄像元件103是行间型CCD、帧转移型CCD或X-Y地址型摄像元件时，这也同样适用。
接着，说明本实施例的更多的可改进点。
图14和15是根据本发明实施例的数字照相机(摄像设备)的焦点检测的概念图。为了更容易理解，在同一平面上示出距离测量像素S1和S2。
来自被摄体的特定点的光被分割成通过距离测量像素S1的光瞳以入射距离测量像素S1的光束(L1)、和通过距离测量像素S2的光瞳以入射距离测量像素S2的光束(L2)。当数字照相机100的拍摄透镜102聚焦时，如图14所示，这两个光束会聚于微型透镜216的表面上的一个点。在这种情况下，在距离测量像素S1和S2中对同一光学图像进行曝光。因而，从包括距离测量像素S1的行组读取的图像信号和从包括距离测量像素S2的行组读取的图像信号相同。
另一方面，当数字照相机100的拍摄透镜102失焦时，如图15所示，光束L1和L2在不同于微型透镜216的表面的位置处彼此相交。这里，假定微型透镜126的表面和这两个光束的交点之间的距离、换言之散焦量为x，并且此时发生的、距离测量像素S1的图像和距离测量像素S2的图像之间的偏离量为n。如图15所示，传感器间距为d，两个光瞳的重心之间的距离为Daf，并且从拍摄透镜102的主点到焦点的距离为u。
在这种情况下，通过以下等式(1)来计算散焦量x。
x＝n×d×u/Daf    ...(1)
认为距离u与拍摄透镜102的焦距f几乎相等。因此，通过以下等式(2)来表示等式(1)。
x＝n×d×f/Daf    ...(2)
图16是示出根据本发明实施例的从摄像元件103的分别包括距离测量像素S1和S2的行组读取的图像信号的状况的示意图。例如，图16例示出图15所示的情况。
在从分别包括距离测量像素S1和S2的行组读取的图像信号之间发生图像偏离n×d。在这两个图像信号之间获得偏离量，由此通过等式(2)获得散焦量x。基于所获得的散焦量x使拍摄透镜102移动距离x，这使得能够实现自动调焦。
为了检测这种图像偏离，在入射拍摄透镜102的光中，需要使通过两个不同的光瞳的光束L1和L2彼此分离。根据本实施例，通过在摄像元件103中形成具有光瞳分离功能的距离测量像素S1和S2来执行光瞳分离。
图17A和17B是各自示出根据本发明实施例的摄像元件103的距离测量像素的像素结构的示例的示意图。图17A示出从顶部观看距离测量像素时的结构，并且图17B示出沿着图17A的线17B-17B所切割的截面的像素结构。例如，图17A和17B所示的距离测量像素的像素结构与图9A和9B所示的像素结构相同。
图17B示出微型透镜216、遮光层214和光电转换元件的绝缘层207。光从拍摄透镜102入射微型透镜216。入射光电转换元件的光仅是从由遮光层214所限制的特定方向入射的光束。
图18A和18B是示出根据本发明实施例的摄像元件103的距离测量像素S1和S2中的遮光层214的示意图。图18A示出如图8A和8B所示的距离测量像素S1的遮光层214。图18B示出如图9A和9B所示的距离测量像素S2的遮光层214。
如图18A和18B所示，距离测量像素S1和S2的遮光层214被配置成其开口可以呈左右对称。在这种情况下，开口可以呈上下对称。因而，来自绕光轴对称的两个光瞳位置的光束利用包括距离测量像素S1的行组，对摄像元件103上形成的图像中的一个图像进行光电转换，并且利用包括距离测量像素S2的行组对另一个图像进行光电转换。这样，可以获得光瞳位置不同的两个图像。
图19是示出根据本发明实施例的摄像元件103的像素阵列的示例的示意图。图19示出与图7的像素阵列相同的像素阵列。
图19所示的摄像元件103的彩色像素包括R、G或B的滤色器。在图19中，R表示具有红色滤色器的彩色像素，G表示具有绿色滤色器的彩色像素，并且B表示具有蓝色滤色器的彩色像素。距离测量像素S1和S2不包括滤色器，而是如图17B所示，包括遮光层214和微型透镜216。
为了进行自动调焦操作，从摄像元件103读取包括距离测量像素S1和S2的行组，由此在A/D转换单元104处对从摄像元件103输出的信号进行A/D转换。然后，例如，光瞳分割图像相位差距离测量单元106基于所获得的像素值生成距离测量像素S1和S2的图像，并且计算这两个图像之间的相关性，以获得图像偏离量。透镜控制单元107根据由光瞳分割图像相位差距离测量单元106获得的图像偏离量，使拍摄透镜102移动，以实现自动调焦操作。
为了进行拍摄，首先，在摄像元件103上对被摄体图像进行曝光，以从摄像元件103的所有像素读取信号。在A/D转换单元104处对从摄像元件103读取的图像信号进行A/D转换，以进入显影处理单元105。显影处理单元105丢弃从距离测量像素S1和S2读取的像素值，并且作为代替，根据周围像素生成与距离测量像素S1和S2相对应的像素值，以由此进行插值处理。显影处理单元105通过生成亮度和色差信号来对图像数据进行显影处理。然后，压缩处理单元115对图像数据进行压缩，以将压缩后的图像数据存储在图像数据存储单元116中。
如上所述，根据本发明的实施例，距离测量像素S1和S2不包括滤色器。因而，不能使用所拍摄的图像数据，而是通过使用周围像素来对该部分的像素值进行插值。
可以在基于图像信号的图像数据被取入存储器(例如，图像数据存储单元116)中之后，执行静态图像拍摄期间的插值处理。由于在运动图像拍摄期间或电子取景器中每秒从摄像元件103重复读取约30个图像，因此通过对摄像元件103上的线进行间隔剔除来执行运动图像拍摄期间或电子取景器中的插值处理，以防止处理延迟。
因而，包括距离测量像素S1和S2的线的读取完成。在数字照相机100中，例如，光瞳分割图像相位差距离测量单元106从所读取的线中选择特定的两个线，并且根据距离测量像素S1和S2之间的相位差来计算散焦量。透镜控制单元107基于由光瞳分割图像相位差距离测量单元106获得的散焦量，驱动拍摄透镜102以完成自动调焦操作。
因而，根据本发明的实施例，在间隔剔除模式下读取期间所读取的图像信号不包括距离测量像素的像素信号，并且可以读取包括数量足以生成运动图像的像素的像素信号。
例如，在摄像元件103的水平方向和垂直方向上对光瞳进行正交分割，这使得能够通过检测水平方向和垂直方向这两者上的相位差来提高聚焦精度。以下参考图20A和20B来说明该配置。
图20A和20B是各自示出根据本发明实施例的摄像元件103的距离测量像素的示例的示意图。图20A示出在摄像元件103的水平方向上进行了光瞳分割的距离测量像素(S)。图20B示出在摄像元件103的垂直方向上进行了光瞳分割的距离测量像素(S)。
在整个摄像元件103中以恒定间隔配置与图20A和20B所示的距离测量像素相同的距离测量像素。于是，例如，将摄像元件103的所有像素中的约1％分配至距离测量像素。在数字照相机100的正位置下拍摄到的被摄体的垂直条纹用于利用在水平方向(横向方向)上进行了光瞳分割的距离测量像素来检测相位差(散焦量)。在数字照相机100的正位置下拍摄到的被摄体的水平条纹用于利用在垂直方向(纵向方向)上进行了光瞳分割的距离测量像素来检测相位差(散焦量)。通过使用这些相位差(散焦量)进行调焦，这使得能够进行聚焦状态的高度精确的设置。
利用如上所述的这种距离测量系统，针对各区域获得在视角内拍摄到的图像的被摄体距离分布。以下参考附图来说明该被摄体距离分布。
图21是示出使用本发明实施例的数字照相机(摄像设备)的被摄体的闪光灯拍摄的状况的示意图。
墙2101包括壁挂式时钟2102。第1个人2103站立在墙2101前面。第2个人2104相对于墙2101，站立在第1个人2103前面。在图21中，利用直线来简化第1个人2103和第2个人2104的除了头部以外的身体部位。拍摄范围2105和2106表示视角。图21仅示出数字照相机100的拍摄透镜102和摄像元件103。在摄像元件103中，示出通过拍摄透镜102形成的被摄体图像。
图22是示出当执行图21所示的被摄体的闪光灯拍摄时的所拍摄图像的示例的示意图。图22示出由摄像元件103拍摄到的图像作为例子。在图22中，如同图21的情况一样，利用直线来简化第1个人2103的除了头部以外的身体部位。
图23是示出图21所示的被摄体的闪光灯拍摄时的被摄体距离分布的示例的示意图。视角2301表示所拍摄图像的视角。利用光瞳分割图像相位差距离测量单元106来获得图23的被摄体距离分布。在图21和22中，以简化方式示出第1个人2103的除了头部以外的身体部位。然而，在图23中，不以简化方式例示出身体部位。
在图23中，距离2302表示到墙2101的距离。在图23的例子中，离数字照相机100的距离为303cm。距离2303表示到壁挂式时钟2102的距离。在图23的例子中，离数字照相机100的距离为300cm。
距离2304～2308表示到第1个人2103的距离。在图23的例子中，从数字照相机100到第1个人2103的距离具有200cm～206cm的距离分布。距离2309～2311表示到第2个人2104的距离。在图23的例子中，从数字照相机100到第2个人2104的距离具有100cm～102cm的距离分布。图23示出表示所拍摄图像的水平位置坐标的x轴2312、和表示所拍摄图像的垂直位置坐标的y轴2313。可以由D(x，y)来表示被摄体的被摄体距离分布D。
闪光灯光分布特性的说明
接下来说明本发明实施例的闪光灯光分布特性。
图24A～24E是示出闪光灯光分布特性的示意图。
图24A是示意性示出针对远被摄体和近被摄体的、闪光灯111的光分布与拍摄透镜102和摄像元件103各自之间的关系的立体图。图24B示出针对近被摄体的闪光灯111的闪光的水平光分布特性D1。图24C示出针对近被摄体的闪光灯111的闪光的垂直光分布特性D2。图24D示出针对远被摄体的闪光灯111的闪光的水平光分布特性D3。图24E示出针对远被摄体的闪光灯111的闪光的垂直光分布特性D4。
具体地，图24B和24D示出在从包括图24A所示的闪光灯111的光分布的中心轴27和近被摄体面28a或远被摄体面28b之间的交点的垂直面、到左右方向的范围中的光分布特性。图24C和24E示出在从包括图24A所示的闪光灯111的光分布的中心轴27和近被摄体面28a或远被摄体面28b之间的交点的水平面、到上下方向的范围中的光分布特性。
因而，(当闪光灯111位于拍摄透镜102正上方时，)基于闪光帽111a的光分布特性的图24B和24D所示的、包括光分布的中心轴27和被摄体面之间的交点的垂直面与拍摄透镜102的透镜轴29一致。
然而，如图24A所示，图24C和24E所示的、包括光分布的中心轴27和被摄体面之间的交点的水平面从近被摄体面28a向上偏离，并且从远被摄体面28b向下偏离。
在这种情况下，假定闪光灯111的配置被设计成，闪光灯111的光分布的光轴和拍摄透镜102的光轴在水平方向(照相机左右方向)上可以彼此一致，并且在垂直方向(照相机上下方向)上可以彼此偏离。还假定使闪光灯111的光分布的光轴倾斜，以使得闪光灯111的光分布的光轴和拍摄透镜102的光轴可以在预定距离处在垂直方向上彼此相交。换言之，针对拍摄透镜102的透镜轴29、即摄像元件103的中心，在近被摄体的情况下，如图24C所示光分布特性D2向上移动，并且在远被摄体的情况下，如图24E所示光分布特性D4向下移动。该处理使得能够获得考虑到由作为照相机主透镜的拍摄透镜102和闪光灯111之间的位置差异引起的视差的、高度精确的闪光灯光分布特性。
图25A和25B是各自示出基于变焦位置的闪光灯光分布特性的示例的示意图。图25A示出基于变焦位置的水平闪光灯光分布特性。图25B示出基于变焦位置的垂直闪光灯光分布特性。
在图25A中，纵轴表示闪光灯111的光分布的光量，而横轴表示以闪光灯111的光分布的中心轴27为中心的光扩散范围。图25A所示的光分布特性H示出在光分布的中心轴27的光量a被设置为100％的情况下、水平方向周围的光量衰减度。
在图25A所示的水平方向的光量衰减度中，如由光分布特性H所示，在广角端进行拍摄期间，光量沿着如图25A所示的、从中心光量a的位置到左方向上的h1并到右方向上的h4的曲线衰减。该衰减了的光量反映在摄像元件103w上形成的被摄体图像的亮度上。在远摄端进行拍摄期间，光量沿着如图25A所示的、从中心光量a的位置到左方向上的h2并到右方向上的h3的曲线衰减。该衰减了的光量反映在摄像元件103t上形成的被摄体图像的亮度上。
在图25B中，横轴表示闪光灯111的光分布的光量，而纵轴表示以闪光灯111的光分布的中心轴27为中心的光扩散范围。图25B所示的光分布特性P示出在光分布的中心轴27的光量a被设置为100％的情况下、垂直方向周围的光量衰减度。现在，考虑拍摄透镜102的光轴与摄像元件103的中心和被摄体面的中心一致的情况。在这种情况下，当摄像元件103上形成的被摄体图像的中心光量为100％时，可以计算出摄像元件103上自被摄体图像的中心起在垂直方向上排列的各个像素所接收到的光量。
在图25B所示的垂直方向的光量衰减度中，如由光分布特性P所示，在广角端进行拍摄期间，光量沿着如图25B所示的、从中心光量a的位置到上方向上的p1并到下方向上的p4的曲线衰减。该衰减了的光量反映在摄像元件103w上形成的被摄体图像的亮度上。在远摄端进行拍摄期间，光量沿着如图25B所示的、从中心光量a的位置到上方向上的p2并到下方向上的p3的曲线衰减。该衰减了的光量反映在摄像元件103t上形成的被摄体图像的亮度上。
获得水平方向和垂直方向之间的中间部分的光量的衰减量，作为连接光分布特性H和P的曲线的数据。图25A和25B与光分布特性的扩散范围相关联地示出光量衰减度，并且因而摄像元件103w和103t的大小彼此不同。然而，实际上，摄像元件103w和103t表示同一摄像元件103。
如上所述的基于被摄体距离或变焦位置的闪光灯111的光分布特性被配置成作为与摄像元件103的各像素的位置相对应的校正数据(闪光灯光分布特性数据)的表，并且被预先存储在例如闪光灯光分布特性存储单元112中。因而，根据本发明的实施例，闪光灯光分布特性存储单元112中存储的闪光灯光分布特性数据包含拍摄透镜102的变焦位置。例如，闪光灯光分布特性存储单元112是闪速存储器等的非易失性存储器，并且将闪光灯光分布特性数据预先存储在该预定区域中。
由SY(D，Z，x，y)来表示闪光灯光分布特性数据，其中，D是被摄体距离，Z是拍摄透镜102的变焦位置，x是水平坐标，并且y是垂直坐标。在这种情况下，考虑到闪光灯光分布特性存储单元112的存储容量，当难以将所有的D、Z、x和y的闪光灯光分布特性数据SY配置成表时，例如，可以实现以下处理。具体地，可以采用如下方法：将离散的D、Z、x和y的闪光灯光分布特性数据SY存储在表中，并且通过插值处理从离散的D、Z、x和y中的最近值获得实际的闪光灯光分布特性SY。对于这种情况下的插值处理，可以使用双线性法或双三次法。
插值处理的说明
接下来说明由校正单元113执行的插值处理。
首先，说明没有考虑聚焦状态时的插值处理。
图26是示出闪光灯光分布特性的示例的示意图。
在图26中，闪光灯光分布特性2601和2602表示特定被摄体距离D、变焦位置Z和坐标(x，y)的固定方向的闪光灯光分布特性SY。换言之，闪光灯111的光分布在视角的中心处亮，并且由于照明不充分因而在外周处暗。
图27是示出图26所示的闪光灯光分布特性的情况下的校正增益的示例的示意图。在图27中，校正增益2601’是针对图26的闪光灯光分布特性2601的，并且校正增益2602’是针对图26的闪光灯光分布特性2602的。可以由G(D，Z，x，y)来表示用于校正至适当的亮度的校正增益。在这种情况下，例如，可以将校正增益G(D，Z，x，y)定义为闪光灯光分布特性SY(D，Z，x，y)的倒数。然而，利用校正增益G(D，Z，x，y)来对二维图像区域执行实际的校正处理。
接着，说明考虑到所拍摄图像中的被摄体距离分布时的校正处理。
例如，当在图21所示的图片构图中执行伴随有闪光灯111的发光的拍摄时，拍摄到与图22所示的图像类似的图像。在这种情况下，离数字照相机100近的第2个人2104亮，并且离数字照相机100远的第1个人2103比第2个人2104暗，并且离数字照相机100更远的墙2101和时钟2102更暗。被摄体从中心到其外周部变暗。
在如上所述的这种拍摄的情况下，从所拍摄图像中的一个坐标(x，y)到其它坐标，被摄体距离D变化。在这种情况下，从光瞳分割图像相位差距离测量单元106获得的被摄体距离分布D(x，y)变为如以上所述的图23所示。校正增益计算单元113a使用被摄体距离分布D(x，y)，从闪光灯光分布特性存储单元112中存储的闪光灯光分布特性SY(D，Z，x，y)获得针对各被摄体距离的闪光灯光分布特性SY(D(x，y)，Z，x，y)。然后，校正增益计算单元113a基于所获得的闪光灯光分布特性来计算校正增益G(D(x，y)，Z，x，y)。
图28是示出当拍摄到图21所示的被摄体时的所拍摄图像的示例的示意图。图28基于图22所示的所拍摄图像，并且示出所拍摄图像的水平图像部分2801。
图29是示出图28所示的水平图像部分2801的被摄体距离分布的示例的示意图。图29示出对于图28所示的水平图像部分2801的横轴的x坐标的被摄体距离分布D(x，y)。
在图29中，被摄体距离分布2901～2903表示墙2101相对于数字照相机100的距离分布。被摄体距离分布2904表示第1个人2103相对于数字照相机100的距离分布，并且被摄体距离分布2905表示第2个人2104相对于数字照相机100的距离分布。
图30是示出图28所示的水平图像部分2801中的校正增益的示例的示意图。图30所示的校正增益是根据闪光灯光分布特性SY(D(x，y)，Z，x，y)和图29所示的被摄体距离分布D(x，y)获得的校正增益G(D(x，y)，Z，x，y)。
校正增益3001～3003表示应用于墙2101的水平图像部分2801的校正增益。校正增益3004表示应用于第1个人2103的水平图像部分2801的校正增益，并且校正增益3005表示应用于第2个人2104的水平图像部分2801的校正增益。根据图28所示的所拍摄图像的水平图像部分2801的x坐标，通过将水平图像部分2801的图像数据乘以图30所示的各校正增益G(D(x，y)，Z，x，y)来执行校正处理单元113b的校正处理。同样，在校正处理单元113b的校正处理中，对于二维的所拍摄图像(x，y)获得各像素的校正增益G(D(x，y)，Z，x，y)，并且通过将相应的所拍摄图像乘以校正增益G(D(x，y)，Z，x，y)来获得校正图像(x，y)。
图31是示出图22所示的所拍摄图像的校正处理之后的所拍摄图像的示例的示意图。
如上所述，通过使用基于被摄体距离分布D的校正增益G来进行校正处理，这使得即使在图21所示的图片构图下具有图23所示的不均匀距离分布的被摄体的情况下，也能够获得与图31所示的所拍摄图像相同的、亮度均匀且适当的所拍摄图像。
接着，说明考虑到聚焦状态时的校正处理。
校正增益计算单元113a可以根据从透镜控制单元107获得的变焦位置信息Z和调焦位置信息F、以及从曝光控制单元108获得的光圈值信息A，获得聚焦度FL(Z，F，A，D)。在这种情况下，获得在特定聚焦度FL0以上时被判断为处于聚焦状态的被摄体深度Df(Z，F，A，D1)。D表示被摄体距离，并且D1表示聚焦被摄体距离。
图32和33是各自示出聚焦度FL(Z，F，A，D)的示例的示意图。图32示出与图33的情况相比较、光圈101打开的状态。在图32和33中，FL03202和3302表示能够判断为聚焦状态的聚焦度，并且D1(3201，3301)表示聚焦被摄体距离。
在这种情况下，D2(3203，3303)表示前侧的聚焦界限，D3(3204，3304)表示后侧的聚焦界限，并且从D2(3203，3303)到D3(3204，3304)的范围表示能够判断为聚焦状态的被摄体深度Df。在图32的情况下，由于与图33的情况相比较、光圈101打开，因此被摄体深度Df较低。
可以根据以上所述的聚焦度FL(Z，F，A，D)和被摄体距离分布D(x，y)，针对所拍摄图像的坐标(x，y)获得聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))。
图34是示出针对图28所示的水平图像部分2801的聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))的示例的示意图。这里假定照相机聚焦于图21所示的第1个人2103上。
聚焦度3401～3403表示墙2101的聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))。聚焦度3404表示第1个人2103的聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))，并且聚焦度3405表示第2个人2104的聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))。
执行与以上相同的处理使得能够获得所拍摄图像(x，y)的聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))。可以判断被摄体距离分布D(x，y)是否在能够判断为聚焦状态的被摄体深度Df内。换言之，可以将聚焦状态与其它状态区分开。
说明考虑到被摄体距离分布D(x，y)和聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))的校正处理。
图35是示出图2所示的步骤S6的图像校正处理中的详细处理过程的示例的流程图。
首先，在步骤S61中，校正处理单元113b使坐标(x，y)的x和y的值初始化为0。
在步骤S62中，校正处理单元113b判断坐标(x，y)的被摄体距离D(x，y)是否等于或小于预定距离D0。换言之，在步骤S62中，校正处理单元113b判断坐标(x，y)的被摄体距离D(x，y)是否等于或小于预定阈值。如果判断结果示出被摄体距离D(x，y)不等于或小于距离D0，换言之，判断结果示出被摄体距离D(x，y)大于距离D0，则处理在不对所拍摄图像的坐标(x，y)的像素执行校正处理的情况下，进入步骤S65。
另一方面，如果步骤S62中的判断结果示出被摄体距离D(x，y)等于或小于距离D0，则处理进入步骤S63。在步骤S63中，校正处理单元113b判断坐标(x，y)的聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))是否等于或大于能够判断为聚焦状态的FL0。换言之，在步骤S63中，校正处理单元113b判断坐标(x，y)的聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))是否等于或大于预定阈值。如果判断结果示出坐标(x，y)的聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))不等于或大于FL0(换言之，小于FL0)、从而判断为没有设置聚焦状态，则校正处理单元113在不对所拍摄图像的坐标(x，y)的像素执行校正处理的情况下，进入步骤S65。
如果步骤S63中的判断结果示出坐标(x，y)的聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))等于或大于FL0、从而判断为已经设置了聚焦状态，则校正处理单元113b进入步骤S64。在步骤S64中，校正处理单元113b针对所拍摄图像的坐标(x，y)的像素，基于在图2的步骤S5中获得的校正增益G(D(x，y)，Z，x，y)来执行校正处理。
在步骤S65中，校正处理单元113b判断坐标(x，y)是否是所拍摄图像的最末像素。如果判断结果示出坐标(x，y)不是所拍摄图像的最末像素，则校正处理单元113b进入步骤S66。在步骤S66中，校正处理单元113b设置下一坐标(x，y)的x和y的值，以返回至步骤S62。然后，直到所拍摄图像的最末像素的处理为止，校正处理单元113b重复步骤S62～S66。
另一方面，如果步骤S65中的判断结果示出坐标(x，y)是所拍摄图像的最末像素，则流程图的处理(图2所示的图像校正处理)完成。
图36是示出图28所示的水平图像部分2801的被摄体距离分布的示例的示意图。图36示出针对图28所示的水平图像部分2801的横轴的x轴的被摄体距离分布D(x，y)。在图36中，利用相同的附图标记来表示与图29的组件相同的组件。
在图36所示的被摄体距离分布D(x，y)中，例如，当上述的距离D0为距离3601时，墙2101的距离比距离D0(距离3601)大，直至被摄体距离分布2901～2903。因而，相应的像素不是校正处理的对象。另一方面，第1个人2103的被摄体距离分布2904和第2个人2104的被摄体距离分布2905等于或小于距离D0(距离3601)。因而，相应的像素是校正处理的对象。
如图35的步骤S62所示，例如，通过仅以被摄体距离分布D(x，y)等于或小于D0的像素作为对象进行校正，可以仅校正夜景模式下的拍摄期间对于最近的人物的闪光灯光分布，并且可以将背景建筑物设置在校正的对象外。
图37是示出图28所示的水平图像部分2801的聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))的示例的示意图。
在图37中，聚焦度3701～3703表示水平图像部分2801中的墙2101的聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))。聚焦度3704表示水平图像部分2801中的第1个人2103的聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))，并且聚焦度3705表示水平图像部分2801中的第2个人2104的聚焦度FL(Z，F，A，D(x，y))。例如，这里假定能够判断为聚焦状态的FL0是图37所示的FL0(3706)。
在这种情况下，在步骤S63中，第1个人2103的聚焦度3704小于FL0(3706)(对于墙2101的聚焦度3701～3703也是相同)。因而，相应的像素不是校正处理的对象。另一方面，第2个人2104的聚焦度3705等于或大于FL0(3706)。因而，相应的像素是校正处理的对象。
执行步骤S63的处理使得能够仅对聚焦状态的被摄体执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。通过该处理，所拍摄图像的处于失焦状态的模糊的被摄体图像区域被设置在基于闪光灯光分布特性的校正处理的对象外，并且可以仅对被判断为处于聚焦状态的被摄体图像区域进行校正处理。
接着，说明与基于闪光灯光分布特性的校正处理有关的菜单设置示例。图38和39是各自示出与基于闪光灯光分布特性的校正处理有关的菜单设置画面的示例的示意图。例如，在图1所示的操作输入单元114的显示画面上显示该菜单设置画面，以接收来自操作员(用户)的操作输入。
首先，说明图38的菜单设置画面。
图38示出用于针对各拍摄模式设置是否执行基于闪光灯光分布特性的校正处理的菜单设置画面的示例。换言之，本实施例的数字照相机100被配置成，操作员可以经由操作输入单元114，针对各拍摄模式指定是否校正所拍摄图像。
当选择按钮3801时，校正单元113对于所有的拍摄模式，设置不执行基于闪光灯光分布特性的校正处理(不进行校正)。当选择按钮3801时，利用其它按钮的选择被清除。
当选择按钮3802时，校正单元113对于所有的拍摄模式，设置执行基于闪光灯光分布特性的校正处理(进行校正)。当选择按钮3802时，利用其它按钮的选择被清除。
按钮3803～3806用于对于数字照相机100中能够拍摄的各拍摄模式、设置是否执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。在这种情况下，在例如实际拍摄时，经由操作输入单元114单独设置利用按钮3803～3806所选择的各种拍摄模式。
具体地，当选择按钮3803时，校正单元113设置在数字照相机100的拍摄模式为自动拍摄模式时、执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。当选择按钮3804时，校正单元113设置在数字照相机100的拍摄模式为肖像拍摄模式时、执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。当选择按钮3805时，校正单元113设置在数字照相机100的拍摄模式为夜景拍摄模式时、执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。当选择按钮3806时，校正单元113设置在数字照相机100的拍摄模式为微距拍摄模式时、执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。当在按钮3801或3802的选择状态下选择按钮3803～3806其中之一时，利用所选择的按钮3801或3802的设置被清除。
当选择按钮3807时，校正单元113取消利用各个按钮(3801～3806)所选择的设置。当选择按钮3808时，校正单元113基于当前所选择的状态，设置基于闪光灯光分布特性的校正处理。在这种情况下，校正单元113通过例如将利用图38的菜单设置画面所设置的设置信息存储在其自身的内部存储器(例如，校正增益计算单元113a的内部存储器)中，来设置基于闪光灯光分布特性的校正处理。
在图38的例子中，选择了按钮3804和3806。因此，当进行设置时，在数字照相机100的拍摄模式为肖像拍摄模式和微距拍摄模式的情况下，执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。
以下说明图39的菜单设置画面。
图39示出用于针对拍摄透镜102的各类型、设置是否执行基于闪光灯光分布特性的校正处理的菜单设置画面的示例。利用图39的菜单设置画面的设置在拍摄透镜可拆卸的摄像设备的情况下、或在转换透镜可拆卸的摄像设备的情况下，是有效的。换言之，本实施例的数字照相机100被配置成，操作员可以经由操作输入单元114，针对拍摄透镜102的各类型指定是否校正所拍摄图像。
当选择按钮3901时，校正单元113对于所有的拍摄透镜类型，设置不执行基于闪光灯光分布特性的校正处理(不进行校正)。当选择按钮3901时，利用其它按钮的选择被清除。
当选择按钮3902时，校正单元113对于所有的拍摄透镜类型，设置执行基于闪光灯光分布特性的校正处理(进行校正)。当选择按钮3902时，利用其它按钮的选择被清除。
按钮3903～3906用于对于数字照相机100上装载的拍摄透镜102的各类型、设置是否执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。在这种情况下，在例如在摄像设备上装载拍摄透镜102时，经由操作输入单元114单独设置利用按钮3903～3906选择的各种类型的拍摄透镜102。
具体地，当选择按钮3903时，校正单元113设置在拍摄透镜102的类型为标准透镜时、执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。当选择按钮3904时，校正单元113设置在拍摄透镜102的类型为远摄透镜时、执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。当选择按钮3905时，校正单元113设置在拍摄透镜102的类型为广角透镜时、执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。当选择按钮3906时，校正单元113设置在拍摄透镜102的类型为微距透镜时、执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。当在按钮3901或3902的选择状态下选择按钮3903～3906其中之一时，利用所选择的按钮3901或3902的设置被清除。
当选择按钮3907时，校正单元113清除利用各个按钮(3901～3906)所选择的设置。当选择按钮3908时，校正单元113基于当前所选择的状态，设置基于闪光灯光分布特性的校正处理。在这种情况下，校正单元113通过例如将利用图39的菜单设置画面所设置的设置信息存储在其自身的内部存储器(例如，校正增益计算单元113a的内部存储器)中，来设置基于闪光灯光分布特性的校正处理。
在图39的例子中，选择了按钮3903和3905。因此，当进行设置时，在拍摄透镜102的类型是标准型和广角型的情况下，执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。
图38和39所示的拍摄模式和拍摄透镜102的类型仅是例子。与以上所述的本实施例相同，可以应用其它拍摄模式和拍摄透镜102的其它类型。菜单设置画面也仅是例子，并且可以采用利用其它相同的菜单呈现的设置。
图40是示出在利用图38和39所示的菜单设置画面进行各种设置时、进入图2的流程图的处理的示例的流程图。
当存在利用图38和39的菜单设置画面进行的设置时，在图2的步骤S1结束之后，处理进入图40所示的步骤S10。在步骤S10中，校正单元113判断数字照相机100的当前拍摄模式是否是在图38的菜单设置画面上设置为执行基于闪光灯光分布特性的校正处理的拍摄模式。在这种情况下，例如，校正单元113通过读取在图38的菜单设置画面上设置的、并存储在其自身的内部存储器中的设置信息，来进行判断。
如果步骤S10中的判断结果表示数字照相机100的当前拍摄模式不是在图38中设置为执行基于闪光灯光分布特性的校正处理的拍摄模式，则校正单元113进入图2的步骤S9，以完成该处理。
另一方面，如果步骤S10中的判断结果表示数字照相机100的当前拍摄模式是在图38中设置为执行基于闪光灯光分布特性的校正处理的拍摄模式，则校正单元113进入步骤S11。
在步骤S11中，校正单元113判断数字照相机100上当前装载的拍摄透镜102的类型是否是在图39中设置为执行基于闪光灯光分布特性的校正处理的拍摄透镜。在这种情况下，例如，校正单元113通过读取在图39的菜单设置画面上设置的、并存储在其自身的内部存储器中的设置信息，来进行判断。
如果步骤S11中的判断结果表示数字照相机100上当前装载的拍摄透镜102的类型不是在图39中设置为执行基于闪光灯光分布特性的校正处理的拍摄透镜，则校正单元113进入图2的步骤S9，以完成该处理。
另一方面，如果步骤S11中的判断结果表示数字照相机100上当前装载的拍摄透镜102的类型是在图39中设置为执行基于闪光灯光分布特性的校正处理的拍摄透镜，则校正单元113进入图2的步骤S8。然后，在这种情况下，执行进入图2的步骤S2的处理，以执行基于闪光灯光分布特性的校正处理。
已经以可以安装转换透镜或者可以可拆卸地安装拍摄透镜102的摄像设备作为例子，说明了本实施例。在拍摄透镜102固定的摄像设备的情况下，无需进行与图39所示的拍摄透镜的类型有关的设置。在这种情况下，无需进行图40的步骤S11中的处理。
根据本实施例，针对所拍摄图像的各图像区域测量离被摄体的距离，并且反映所测量出的距离以校正所拍摄图像。因而，可以从通过使用闪光灯拍摄到的图像去除由该闪光灯引起的局部照射分布不均匀。换言之，本实施例使得即使对于所拍摄图像的非线性图像区域也能够进行自适应的亮度校正。
通过经由计算机的CPU执行RAM或ROM中存储的程序来实现示出本实施例的数字照相机(摄像设备)100的控制方法的图2、35和40的步骤。该程序和记录有该程序的计算机可读记录介质属于本发明内。
具体地，例如，将程序存储在CD-ROM等的记录介质中，或者经由各种传输介质供给至计算机。作为记录程序的记录介质，除CD-ROM以外，可以使用软盘、硬盘、磁带、磁光盘或非易失性存储卡。作为程序的传输介质，可以使用用于将程序信息作为载波传播以供给该程序的计算机网络(LAN、因特网的WAN或无线电通信网络)系统中的通信介质。作为这种情况下的通信介质，可以利用光纤等的有线线路或无线线路。
本发明不限于通过经由计算机执行所供给的程序来实现本实施例的数字照相机(摄像设备)100的功能的模式。当程序与在计算机中运行的操作系统(OS)或其它应用软件协作、以实现本实施例的数字照相机(摄像设备)100的功能时，该程序属于本发明内。当利用计算机的功能扩展板或功能扩展单元来执行所供给的程序的所有处理操作或其一部分、以实现本实施例的数字照相机(摄像设备)100的功能时，该程序属于本发明内。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改以及等同结构和功能。
本申请要求2008年3月21日提交的日本专利申请2008-074460的优先权，在此通过引用包含其全部内容。

Claims (11)

1.一种摄像设备，包括：
闪光单元，用于向被摄体发出闪光；
第一图像获得单元，用于将由光学单元形成的所述被摄体的光学图像转换成电信号，以获得与所述被摄体的拍摄有关的第一图像；
第二图像获得单元，用于将所述被摄体的光学图像转换成电信号，以获得用于测量所述被摄体的距离分布的第二图像；
光圈，用于调整入射到所述光学单元的光的量；
距离测量单元，用于基于所述第二图像，针对所述第一图像的各图像区域测量所述被摄体的距离；
存储单元，用于存储与所述闪光单元的光分布特性有关的光分布特性数据；以及
校正单元，用于基于与由所述距离测量单元所测量出的各图像区域的所述被摄体的距离相对应的光分布特性数据以及各图像区域的聚焦度，对所述第一图像进行校正，
其中，所述校正单元通过使用所述光学单元的变焦位置和调焦位置以及所述光圈的光圈值，获得针对各图像区域的所述被摄体的距离的聚焦度。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述第二图像获得单元将由所述光学单元进行了光瞳分割的所述被摄体的光学图像转换成电信号，以获得所述第二图像。
3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述第一图像获得单元和所述第二图像获得单元各自包括具有按二维方式配置在同一平面上的像素的摄像元件。
4.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述校正单元通过除所述被摄体的距离以外、还将所述光学单元的变焦位置作为所述光分布特性数据进行考虑，对所述第一图像进行校正。
5.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述校正单元仅校正具有针对各图像区域获得的聚焦度中、等于或大于预定阈值的聚焦度的图像区域。
6.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述校正单元仅校正具有由所述距离测量单元所测量出的各图像区域的所述被摄体的距离中、等于或小于预定阈值的所述被摄体的距离的图像区域。
7.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括输入单元，所述输入单元输入与所述被摄体的拍摄有关的拍摄模式，
其中，所述校正单元根据利用所述输入单元输入的拍摄模式，判断是否对所述第一图像进行校正。
8.根据权利要求7所述的摄像设备，其特征在于，所述输入单元允许操作员针对各拍摄模式指定是否对所述第一图像进行校正。
9.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括输入单元，所述输入单元输入所述光学单元的类型，
其中，所述校正单元根据利用所述输入单元输入的所述光学单元的类型，判断是否对所述第一图像进行校正。
10.根据权利要求9所述的摄像设备，其特征在于，所述输入单元允许操作员针对所述光学单元的各类型指定是否对所述第一图像进行校正。
11.一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括：闪光单元，用于向被摄体发出闪光；以及存储单元，用于存储与所述闪光单元的光分布特性有关的光分布特性数据，
所述控制方法包括以下步骤：
第一图像获得步骤，用于将由光学单元形成的所述被摄体的光学图像转换成电信号，以获得与所述被摄体的拍摄有关的第一图像；
第二图像获得步骤，用于将所述被摄体的光学图像转换成电信号，以获得用于测量所述被摄体的距离分布的第二图像；
调整步骤，用于调整与通过光圈入射到所述光学单元的光的量相对应的光圈值；
距离测量步骤，用于基于所述第二图像，针对所述第一图像的各图像区域测量所述被摄体的距离；以及
校正步骤，用于基于与在所述距离测量步骤中所测量出的各图像区域的所述被摄体的距离相对应的光分布特性数据以及各图像区域的聚焦度，对所述第一图像进行校正，
其中，在所述校正步骤中通过使用所述光学单元的变焦位置和调焦位置以及所述光圈的光圈值，获得针对各图像区域的所述被摄体的距离的聚焦度。
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