CN102025914A - 摄像设备及其测距方法 - Google Patents
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Abstract
一种摄像设备及其测距方法。所述摄像设备包括：第一检测单元，用于在不通过摄像光学系统的情况下，在多个区域的每一个中检测与被摄体距离相对应的信息；第二检测单元，用于检测被摄体图像数据中的特定被摄体区域的大小和位置；以及控制器，用于基于与被摄体距离相对应的信息，进行所述摄像光学系统的调焦控制。所述控制器基于所述特定被摄体区域的大小以及与所述摄像光学系统的焦距有关的信息，获取与到特定被摄体的距离有关的特定被摄体距离信息，并且基于所述特定被摄体距离信息和所述特定被摄体区域的位置，从所述多个区域中选择检测到要在所述调焦控制时使用的与被摄体距离相对应的信息的区域。
Description
技术领域
本发明涉及一种设置有位于摄像光学系统外部的测距传感器的摄像设备。
背景技术
诸如数字照相机等摄像设备所配备的一些自动调焦功能通过检测由摄像光学系统形成的两个光学被摄体图像的相位差或通过检测利用光学被摄体图像的光电转换所生成的图像数据的高频成分，来检测该摄像光学系统的焦点状态。不同于上述内部焦点检测系统的其它一些自动调焦功能是如下的外部测距系统，这些外部测距系统通过使用设置在摄像光学系统外部的测距传感器(下文中称之为“外部测距传感器”)，即在不通过摄像光学系统的情况下，测量被摄体距离。
在该外部测距系统中，在摄像光学系统的视野和外部测距传感器的视野之间产生视差(parallax)。该视差使由外部测距传感器进行测距(被摄体距离测量)的测距区域相对于摄像光学系统的视野中所设置的测距区域偏移，这可能引起不精确的测距。
为了解决上述问题，日本特开2008-26804号公报公开了能够使外部测距传感器的测距区域与摄像光学系统的视野中的测距区域一致的外部测距摄像设备。
此外，日本特开2007-263926号公报公开了配置有能够通过图像处理检测图像数据中人物的面部的面部检测功能的外部测距摄像设备。在该外部测距摄像设备中，还可以基于图像数据中检测到的面部的大小来估计从摄像设备到作为主被摄体的人物的距离。
然而，摄像光学系统的视野和外部测距传感器的视野的视差根据被摄体距离和摄像光学系统的焦距而变化。因此，为了对检测到的面部快速获得高精度的对焦状态，配置有面部检测功能的外部测距摄像设备需要考虑依赖于被摄体距离和焦距的像差的变化。
发明内容
本发明提供一种能够对特定被摄体快速获得高精度的对焦状态的外部测距摄像设备。
作为本发明的一个方面，本发明提供一种摄像设备，其被配置为对由摄像光学系统所形成的光学被摄体图像进行光电转换以生成被摄体图像数据。所述摄像设备包括：第一检测单元，其被配置为在不通过所述摄像光学系统的情况下，在多个区域的每一个中检测与被摄体距离相对应的信息；第二检测单元，其被配置为检测所述被摄体图像数据中的特定被摄体区域的大小和位置，所述特定被摄体区域是所述被摄体图像数据中与特定被摄体相对应的部分；以及控制器，其被配置为基于由所述第一检测单元检测到的与被摄体距离相对应的信息，进行所述摄像光学系统的调焦控制。所述控制器被配置为：基于由所述第二检测单元检测到的所述特定被摄体区域的大小以及与所述摄像光学系统的焦距有关的信息，获取与从所述摄像设备到所述特定被摄体的距离有关的特定被摄体距离信息，并且基于所述特定被摄体距离信息以及由所述第二检测单元检测到的所述特定被摄体区域的位置，从所述多个区域中选择检测到要在所述调焦控制时使用的与被摄体距离相对应的信息的区域。
作为本发明的另一方面，本发明提供一种摄像设备的测距方法，所述摄像设备被配置为：对由摄像光学系统所形成的光学被摄体图像进行光电转换以生成被摄体图像数据，在不通过所述摄像光学系统的情况下在多个区域的每一个中检测与被摄体距离相对应的信息，并且基于检测到的与被摄体距离相对应的信息进行所述摄像光学系统的调焦控制。所述测距方法包括以下步骤：检测所述被摄体图像数据中的特定被摄体区域的大小和位置，所述特定被摄体区域是所述被摄体图像数据中与特定被摄体相对应的部分；基于检测到的所述特定被摄体区域的大小以及与所述摄像光学系统的焦距有关的信息，获取与从所述摄像设备到所述特定被摄体的距离有关的特定被摄体距离信息；以及基于所述特定被摄体距离信息和检测到的所述特定被摄体区域的位置，从所述多个区域中选择检测到要在所述调焦控制时使用的与被摄体距离相对应的信息的区域。
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示出作为本发明实施例的摄像设备中的AF方法的概念。
图2是示出实施例的摄像设备的系统结构的框图。
图3示出配置在实施例的摄像设备中的外部测距传感器的结构。
图4示出配置在实施例的摄像设备中的外部测距传感器的配置。
图5示出配置在实施例的摄像设备中的摄像光学系统的视野和外部测距传感器的视野之间的视差。
图6示出实施例的摄像设备中各被摄体距离处的像差。
图7是示出实施例的摄像设备中进行的AF处理的流程图。
图8是示出当没有检测到面部时实施例的摄像设备中进行的测距方法的流程图。
图9示出实施例的摄像设备中在外部测距区域和摄像视野的中央区域之间的重叠。
图10是示出实施例的摄像设备中交比(cross ratio)根据被摄体距离的变化的图。
图11示出表示本发明的实施例1中进行的测距方法的流程图。
图12示出实施例1的摄像设备中在各被摄体距离处的面部和外部测距区域之间的重叠。
图13示出人物和照相机之间的距离。
图14示出在各被摄体距离处如何拍摄面部。
图15示出实施例1的摄像设备中在各被摄体距离处的面部区域和外部测距区域之间的重叠。
图16是说明本发明的实施例2的流程图。
图17示出实施例2中面部在摄像面的面内方向上的移动。
图18示出实施例2中面部在摄像面的面内方向上的移动和外部测距区域之间的关系。
图19示出实施例2中面部在光轴方向上的移动。
图20示出实施例2中包括在光轴方向上移动的面部的摄像视野。
图21示出实施例2中面部在光轴方向上的移动和外部测距区域之间的关系。
图22示出实施例3中同时选择多个外部测距区域的情况。
图23示出实施例中的外部测距传感器的结构。
图24示出实施例中在外部测距传感器中设置新的外部测距区域的情况。
具体实施方式
下文中将参考附图来说明本发明的典型实施例。
首先，在说明本发明的具体实施例之前，将对这些实施例通用的事项进行说明。
图1示意性示出实施例中采用的AF(auto-focus，自动调焦)方法。在步骤S101中，该方法使直接测距AF单元进行作为外部测距的测距操作(下文中称之为“直接测距”)。直接测距AF单元使用将在后面说明的外部测距传感器来进行用于获取与被摄体距离有关的信息的直接测距。外部测距传感器具有多个测距区域，并且能够在多个测距区域的每一个中进行测距操作。此外，外部测距传感器设置在实施例的照相机(摄像设备)的摄像光学系统外部，由此在不通过摄像光学系统的情况下进行测距操作。
与被摄体距离有关的信息可以是直接表示被摄体距离的信息或者可以是表示与被摄体距离相对应的其它值的信息(例如，可以是形成在外部测距传感器上的两个图像的相位差)。直接测距AF单元输出表示与被摄体距离有关的信息的信号P(X)(X表示测距区域的编号)。这种使用通过直接测距获得的信号P(X)的AF被称为“直接测距AF”。下文中，信号P(X)被称为“被摄体距离信号P(X)”。
在步骤S102中，该方法检测作为通过使用设置在照相机中的摄像元件所生成的图像信号(或被摄体图像数据)的一部分的特定被摄体区域，以输出表示检测到的数据的信号。下文中，表示检测到的数据的信号被称为“检测数据信号”。特定被摄体区域是包括作为主被摄体的人物的面部的图像部分。面部是特定被摄体，并且下文中，特定被摄体区域被称为“面部区域”。
在步骤S109中，该方法基于被摄体距离信号P(X)以及与面部区域有关的表示面部区域的大小和位置的信息，在设置在外部测距传感器中的多个测距区域中选择一个或多个测距区域，并将该被摄体距离信号P(X)提供给开关(S107)。
此外，在步骤S109中，该方法将与是否可以针对面部区域有效地选择测距区域有关的信息发送至AF方法选择步骤(S106)。
在步骤S103中，为了进行摄像信号AF(还被称为“TV-AF”或“对比度AF”)，该方法根据图像信号的高频成分生成AF评价值FV。在步骤S104中，该方法通过使用AF评价值FV来进行所谓的爬山操作(hill climbing operation)，以搜索摄像光学系统所包括的调焦透镜的对焦位置(对焦点)。在步骤S103所包括的步骤S105中，该方法检测作为表示调焦透镜的位置相对于对焦点的接近程度的指标的对焦度IFA，然后将该对焦度IFA发送至AF方法选择步骤(S106)。
在步骤S106中，该方法根据与对焦度IFA有关的信息和与是否可以选择面部区域有关的信息来切换开关(S107)，从而从直接测距AF和摄像信号AF中选择所使用的AF方法。在步骤S108中，该方法根据通过所选择的AF方法获得的结果来驱动调焦透镜，从而对作为对焦对象被摄体的面部实现对焦状态。
实施例1
图2示出作为本发明第一实施例(实施例1)的诸如摄像机和数字照相机等的照相机(摄像设备)的结构。该照相机的结构与后面所述的第二实施例(实施例2)的照相机的结构相同。
照相机中的各个单元经由总线260相互连接，并且受主CPU251的控制。
作为摄像光学系统的镜头单元201在光轴方向上按从被摄体侧到摄像面侧的顺序依次包括固定前透镜202、变焦透镜211、光圈203、以及固定第三透镜221和调焦透镜231。来自被摄体的光穿过镜头单元201以在摄像元件241上形成光学被摄体图像。摄像元件241对该光学被摄体图像进行光电转换，以输出电信号。
变焦控制电路213根据来自主CPU 251的指令驱动变焦马达212。因而，变焦透镜211沿着光轴方向移动，由此改变镜头单元201的焦距(即，变焦状态)。
由摄像部控制电路243控制摄像元件241的电荷累积操作和信号输出操作。摄像信号处理电路242对从摄像元件241输出的电信号进行各种处理，以生成图像信号TVS。将图像信号TVS输入至AF信号处理电路234以及对应于第二检测单元的面部检测处理电路235。AF信号处理电路234生成上述AF评价值FV和对焦度IFA，以将它们输出至调焦控制电路233。面部检测处理电路235从图像信号(即，从图像数据)搜索上述面部区域，并且如果检测到面部区域，则将上述表示图像数据中面部区域的大小和位置的信息输出至调焦控制电路233。
另一方面，对应于第一检测单元且设置在镜头单元201外部的直接测距AF单元230计算上述作为与被摄体距离有关的信息的被摄体距离信号P(X)，然后将该被摄体距离信号P(X)输出至调焦控制电路233。直接测距AF单元230包括相位差传感器239，相位差传感器239检测通过作为AF透镜的光瞳分割光学系统238而形成在相位差传感器239上的成对的被摄体图像(下文中称之为“两个图像”)。直接测距AF单元230基于这两个图像的相位差量的检测结果来计算被摄体距离信号P(X)，其中该相位差量是通过由相位差传感器239对这两个图像进行光电转换所获得的。
调焦控制电路233基于当选择直接测距AF作为所使用的AF方法时的被摄体距离信号P(X)或基于当选择摄像信号AF作为所使用的AF方法时的AF评价值FV，进行AF处理。具体地，调焦控制电路233控制调焦马达232，从而将调焦透镜231移动至光轴方向上与被摄体距离信号P(X)相对应的位置或者移动至光轴方向上AF评价值FV变为最大值的位置。此外，即使当使用AF方法中的任一AF方法时，也可以基于表示面部区域的大小和位置的信息来选择获得了被摄体距离信号P(X)或AF评价值FV的一个或多个测距区域。调焦控制电路233和主CPU 251构成控制器。
将由摄像信号处理电路242生成的并经由摄像部控制电路243输出至总线260的图像信号临时累积在RAM 254中。在图像压缩/解压缩电路253中对从RAM 254读出的图像信号进行压缩处理，然后将压缩后的图像信号记录在图像记录介质257中。此外，在图像处理电路252中，将从RAM 254读出的图像信号缩小或扩大至适当大小。在监视显示器250上显示适当缩小或扩大后的图像信号。图像信号的显示使得用户可以观察摄像之前的被摄体和所拍摄的图像。
由用户操作操作开关256以输入各种指令。由电源管理电路258管理作为电源的电池259，由此使得能够对整个照相机进行稳定供电。
当启动照相机时，将存储在闪速存储器255中的计算机程序加载至RAM 254的一部分中。主CPU 251根据加载至RAM 254中的计算机程序进行包括AF处理的各种操作。
将参考图3对设置在镜头单元201外部的直接测距AF单元230的结构和测距原理进行说明。图3示出直接测距AF单元230的上视图、正视图和侧视图。
附图标记301表示人物等的被摄体。附图标记304和305分别表示相位差传感器239的左传感器部和右传感器部，其中各传感器部均由排成线的光电转换元件构成。在以下说明中，左传感器部304和右传感器部305分别被称为“左线传感器304”和“右线传感器305”。
来自被摄体301的光穿过形成在AF透镜238中的左透镜部302和右透镜部303，以在左线传感器304和右线传感器305上形成光学被摄体图像(两个图像)。按照如下公式来表示从照相机到被摄体301的距离(被摄体距离)l，更严格地说，是从由AF透镜238、左线传感器304和右线传感器305构成的直接测距AF单元230到被摄体301的距离：
l＝B×f/n
其中，B表示左透镜部302和右透镜部303之间的基线长度，f表示AF透镜238的焦距，并且n表示由左线传感器304检测到的光学被摄体图像相对于由右线传感器305检测到的被摄体图像的相位差。
然后，基于表示为被摄体距离l或相位差n的函数的被摄体距离信号P(X)来计算调焦透镜231的对焦点。
在本实施例中，利用附图标记L、C和R从左侧起将左线传感器304和右线传感器305分别分割为图3所示的多个(本实施例中为3个)测距区域。输出各测距区域的被摄体距离信号P(X)(X可以是L、C和R中的任一个)，以将其输入至调焦控制电路233。
图4示出直接测距AF单元230和镜头单元201当从照相机的正面观看时的配置。当从正面观看时，直接测距AF单元230位于镜头单元201外部的左侧。该配置仅为示例，并且直接测距AF单元230可以位于镜头单元201外部的右侧、斜上侧和斜下侧。
直接测距AF单元230和镜头单元201的该配置在直接测距AF单元230的视野和镜头单元201的视野之间产生视差。该视差根据被摄体距离而变化。图5示出根据被摄体距离而变化的直接测距AF单元230的视野和镜头单元201的视野。图6示出被摄体距离和视差之间的关系。
在图5中，附图标记501表示摄像元件241的物理位置，并且附图标记511表示直接测距AF单元230的相位差传感器239的物理位置。附图标记502、503和504表示镜头单元201在相对于光学图像形成在摄像元件241和相位差传感器239上的被摄体的距离分别为近(close)距离、中间(middle)距离和远(far)距离时的视野。下文中，镜头单元201的视野被称为“摄像视野”。换句话说，在摄像元件241上形成摄像视野502、503和504中的光学被摄体图像。
附图标记512、513和514表示直接测距AF单元230在相对于被摄体的距离分别为近距离、中间距离和远距离时的视野。下文中，直接测距AF单元230的视野被称为“测距视野”。在相位差传感器239上形成各测距视野512、513和514中的被摄体的两个图像。近距离、中间距离和远距离例如为1m、3m和100m。
在图6中，附图标记601表示图5所示的摄像视野502、503和504，并且附图标记602表示图5所示的测距视野512、513和514。附图标记(611、612和613)、(621、622和623)以及(631、632和633)分别表示测距视野602中与直接测距AF单元230的3个测距区域L、C和R相对应的视野。下文中，测距视野602中与3个测距区域L、C和R相对应的视野还被称为“测距区域L、C和R”。
在被摄体距离为近距离的情况下，由于视差，因而测距视野602(512)相对于摄像视野601(502)向右偏移。在这种情况下，测距区域L(611)和C(612)与摄像视野601重叠，但测距区域R(613)与摄像视野601几乎不重叠。
在被摄体距离为中间距离的情况下，不产生视差，因此测距视野602(513)相对于摄像视野601(503)位于无偏差位置(unbiased position)处，也就是说，测距视野602(513)的中心与摄像视野601(503)的中心一致。在这种情况下，所有的测距区域L(621)、C(622)和R(623)均与摄像视野601重叠。
在被摄体距离为远距离的情况下，由于视差，因而测距视野602(514)相对于摄像视野601(504)向左偏移。在这种情况下，测距区域R(633)和C(632)与摄像视野601重叠，但测距区域L(631)与摄像视野601几乎不重叠。
在参考图5和6对视差的说明中，将变焦透镜211固定至特定位置处，以固定镜头单元201的焦距即视角。用于改变焦距(视角)的变焦透镜211的移动使摄像视野和测距区域的重叠状态相对于图5和6所示的示例的重叠状态而改变。因此，本实施例的照相机将表示变焦透镜211的各位置处(即，各焦距处)的摄像视野和测距区域的重叠状态的信息存储在闪速存储器255中。
图7的流程图示出本实施例(以及后面说明的实施例2)中的AF处理。主CPU 251和调焦控制电路233主要根据针对AF处理的计算机程序进行AF处理。在以下说明中，主CPU 251和调焦控制电路233被统称为“控制器”。
在步骤S701中开始AF处理之后，在步骤S702中，控制器对表示AF状态的AFMODE设置“1”。
接着，在步骤S703中，控制器使摄像信号处理电路242和AF信号处理电路234分别进行图像信号的生成处理以及AF评价值FV和对焦度IFA的生成处理，并且进行用于根据相位差传感器239的输出计算相位差的处理，从而彼此同步地进行这些处理。
接着，在步骤S 704中，控制器从AF信号处理电路234中获取AF评价值FV和对焦度IFA，并且还从相位差传感器239中获取各个测距区域L、C和R的被摄体距离信号P(L)、P(C)和P(R)。
接着，在步骤S705中，控制器使面部检测处理电路235进行对从摄像信号处理电路242接收到的图像信号中的面部区域的检测处理。在该处理中，面部检测处理电路235判断图像信号中是否存在人物的面部，并且当判断为存在人物的面部时，计算包含人物面部的面部区域在图像信号(图像数据)中的大小和位置。
然后，在步骤S706中，控制器判断在步骤S705中是否已经检测到面部区域。如果已经检测到面部区域，则控制器进入步骤S707，如果没有检测到面部区域，则控制器进入步骤S712。
在步骤S707中，控制器判断在测距区域L、C和R中是否存在针对已经计算出大小和位置的检测到的面部区域进行测距操作(直接测距)的适当的测距区域。如果存在这种适当的测距区域，则控制器向被摄体距离信号P(X)的X设置与适当的测距区域相对应的L、C或R。后面将参考图11来说明该步骤中进行的具体处理。
接着，在步骤S708中，控制器判断在步骤S707中是否已经针对面部区域选择了适当的测距区域。如果已经进行了选择，则控制器进入步骤S709，如果没有进行选择，则控制器进入步骤S712。
在步骤S 709中，控制器将面部AF_FLAG设置为“ON”。面部AF_FLAG表示是进行(ON)还是不进行(OFF)作为使用针对面部区域所选择的测距区域的直接测距AF的“面部高速AF”。
接着，在步骤S710中，控制器判断当前的AF模式是否被设置为不使用“面部高速AF”的“AFMODE＝2”。如果当前的AF模式被设置为“AFMODE＝2”，则在步骤S711中，控制器将AF模式改变为“AFMODE＝1”。如果当前的AF模式未被设置为“AFMODE＝2”，则当前的AF模式是正在通过“面部高速AF”进行调焦控制的“AFMODE＝1”或者是已经通过“面部高速AF”获得了对焦状态的“AFMODE＝3”。在这种情况下，控制器在不改变AF模式的情况下进入步骤S714。在图像信号中存在面部区域并且进行“面部高速AF”的情况下，进行上述处理。
当在步骤S706中判断为不存在面部区域时以及当在步骤S708中针对面部区域未选择到适当的测距区域时，如上所述，控制器进入步骤S712。在步骤S712中，控制器进行以下处理，从而选择位于尽可能接近摄像视野的中央处的测距区域作为进行直接测距的所使用的测距区域。
图8的流程图示出步骤S712中进行的具体处理。图9示出表示摄像视野中设置的中央区域901和测距区域902的重叠度的交比的计算方法。长度a(903)表示测距区域C的宽度，并且长度b(904)表示中央区域901与测距区域C重叠的重叠部分的宽度。按照如下公式表示测距区域C的交比CC(被摄体距离)：
CC(被摄体距离)＝b/a。
可以以与交比CC(被摄体距离)的方式相同的方式来表示测距区域L和R的交比LC(被摄体距离)和RC(被摄体距离)。
图10提供示出交比根据被摄体距离的变化的图。本实施例中的照相机预先存储与该图相对应的参数。该图的横轴表示被摄体距离，并且其纵轴表示交比。测距区域L的交比LC在被摄体距离约为1m处变为最大，测距区域C的交比CC在被摄体距离约为3m处变为最大，并且测距区域R的交比RC在距离约为100m处变为最大。在比1m和3m之间的D1远的被摄体距离处，测距区域C的交比CC比测距区域L的交比LC高，并且在比3m和100m之间的D2远的被摄体距离处，测距区域R的交比RC比测距区域C的交比CC高。
在图8中，在步骤S801中开始处理之后，在步骤S802中，控制器判断与测距区域C的被摄体距离信号P(C)相对应的被摄体距离是否长于D1且短于D2。如果被摄体距离长于D1且短于D2，则控制器进入步骤S805，如果被摄体距离不长于D1或不短于D2，则控制器进入步骤S803。在步骤S805中，控制器选择测距区域C作为所使用的测距区域。这种首先确认与测距区域C的被摄体距离信号P(C)相对应的被摄体距离等同于相比其它测距区域更加优先测距区域C。这是因为：当进行运动图像拍摄时，作为用户的摄像对象的主被摄体通常位于摄像视野(图像框)的中央处。
在步骤S803中，控制器判断与测距区域L的被摄体距离信号P(L)相对应的被摄体距离是否为D1以下。如果被摄体距离为D1以下，则控制器进入步骤S806，如果被摄体距离长于D1，则控制器进入步骤S804。在步骤S806中，控制器选择测距区域L作为所使用的测距区域。
在步骤S804中，控制器判断与测距区域R的信号P(R)相对应的被摄体距离是否为D2以上。如果被摄体距离为D2以上，则控制器进入步骤S807，如果被摄体距离短于D2，则控制器进入步骤S805。在步骤S807中，控制器选择测距区域R作为所使用的测距区域。在步骤S805中，如上所述，控制器选择测距区域C。选择测距区域C等同于相比其它测距区域更加优先测距区域C。本实施例优先被摄体距离约为3m的摄像。
尽管说明了在步骤S803中已经进行了与测距区域L的选择有关的判断之后在步骤S804中进行与测距区域R的选择有关的判断的情况，但可以颠倒这两个判断的顺序。也就是说，可以在步骤S803中已经进行了与测距区域R的选择有关的判断之后，在步骤S804中进行与测距区域L的选择有关的判断。
返回至图7的流程图，控制器在步骤S712中选择测距区域之后，在步骤S713中将面部AF_FLAG设置为“OFF”。然后，控制器进入步骤S714。
在步骤S714中，控制器判断AFMODE的值。如果AFMODE的值为1(AFMODE＝1)，则控制器进入步骤S715以进行直接测距AF，如果AFMODE的值为2(AFMODE＝2)，则控制器进入步骤S720以进行摄像信号AF，如果AFMODE的值为3(AFMODE＝3)，则控制器进入步骤S724。AFMODE＝3的状态表示获得了对焦状态。在步骤S724中，控制器监视AF评价值FV是否变化。如果AF评价值FV变化，则控制器设置AFMODE＝1或AFMODE＝2，以再次进行直接测距AF或摄像信号AF。
由于紧挨在照相机启动之后AFMODE的值为1(AFMODE＝1)，因此控制器从步骤S714进入步骤S715。在步骤S715中，控制器基于来自在步骤S707或步骤S712中选择的测距区域的被摄体距离信号P(X)以及调焦透镜231的当前位置，确定调焦透镜231的驱动方向和驱动速度。具体地，控制器确定驱动方向，以使得调焦透镜231的位置接近与被摄体距离信号P(X)相对应的对焦点，并且确定驱动速度，以使得随着调焦透镜231的当前位置和对焦点之间的距离增大，驱动速度变快。
在步骤S716中，控制器判断调焦透镜231的位置与对焦点是否一致，也就是说，是否获得了对焦状态。如果获得了对焦状态，则控制器进入步骤S717，以判断面部AF_FLAG是否为“ON”。如果面部AF_FLAG为“ON”，则控制器进入步骤S718以设置AFMODE＝3。另一方面，如果面部AF_FLAG为“OFF”，则控制器进入步骤S719以设置AFMODE＝2。这是因为：尽管当设置了不进行面部高速AF的正常AF模式时，控制器在通过直接测距AF获得对焦状态之后进行摄像信号AF，然而控制器在进行面部高速AF时，总是对面部区域进行直接测距AF。
如果在步骤S716中判断为没有获得对焦状态，则控制器进入步骤S730，以根据步骤S715中确定出的驱动方向和驱动速度来驱动调焦马达232。
当在步骤S718或步骤S719中的处理之后进入步骤S730时，控制器停止驱动调焦马达232。
控制器从步骤S730返回至步骤S703，然后与摄像元件241的读取周期同步地重复自步骤S703起的处理。
在步骤S720中，控制器判断在步骤S704中获取的AF评价值FV相对于在前一例程中获取并存储的AF评价值FV是增大还是减小。如果AF评价值FV增大，则控制器进入步骤S730，以按预定速度驱动调焦马达232。如果AF评价值FV减小，则控制器进入步骤S721。
在步骤S721中，控制器反转调焦透镜231的驱动方向。然后，在步骤S722中，控制器判断AF评价值FV是否在到达峰值(最大值)之后减小。如果AF评价值FV尚未到达峰值，则控制器进入步骤S730，以按预定速度驱动调焦马达232。如果AF评价值FV在到达峰值之后减小，则控制器进入步骤S723以设置AFMODE＝3。之后，控制器进入步骤S730以停止驱动调焦马达232，然后返回至步骤S703。
在步骤S724中，控制器驱动调焦马达232，从而使调焦透镜231返回至AF评价值FV增大至峰值的对焦点，之后停止驱动调焦马达232。
接着，在步骤S725中，控制器判断最新的AF评价值FV相对于对焦点处的AF评价值(峰值)FV是否变化。同时，控制器还判断最新的被摄体距离信号P(X)相对于前一被摄体距离信号P(X)是否变化。如果这两者均未变化，则控制器进入步骤S730，以维持调焦马达232的停止状态，然后返回至步骤S703。
另一方面，如果这两者中的至少一个变化，则控制器进入步骤S726，以判断对焦度IFA是否低于阈值IFAth，也就是说，焦点状态是处于过度失焦状态还是处于轻微失焦状态。如果对焦度IFA低于阈值IFAth，这表示焦点状态处于过度失焦状态，则控制器进入步骤S727以设置AFMODE＝1，然后进入步骤S730。这样重新启动直接测距AF。
如果对焦度IFA等于或高于阈值IFAth，这表示焦点状态处于轻微失焦状态，则控制器进入步骤S728，以判断面部AF_FLAG是否为“ON”。如果面部AF_FLAG为“ON”，则控制器进入步骤S727，如果面部AF_FLAG为“OFF”，则控制器进入步骤S729。
在步骤S729中，控制器设置AFMODE＝2，然后进入步骤S730。这样重新启动摄像信号AF。控制器从步骤S730进入步骤S703。
接着，将参考图11的流程图对在步骤S707中进行的测距区域选择处理进行说明。
在步骤S1101中开始测距区域选择处理之后，在步骤S1102中，控制器首先获取由面部检测处理电路235检测到的面部区域的位置(下文中称之为“面部位置”)。
接着，在步骤S1103中，控制器获取由面部检测处理电路235检测到的面部区域的大小。然后，控制器基于所获取的面部区域的大小以及与镜头单元201的当前焦距有关的信息，生成与从照相机到包括在面部区域中的面部(即，到具有该面部的人物)的距离有关的信息。下文中，与从照相机到面部的距离有关的信息被称为“面部距离”。与焦距有关的信息可以是直接表示焦距的信息，或者可以是表示变焦透镜211的位置的信息。
将表示相对于根据镜头单元201的焦距所确定出的摄像视野(视角)的面部区域大小和面部距离之间的关系的分布数据(profile data)预先存储在诸如主CPU 251的内部存储器等的存储器中。从分布数据中读取与相对于摄像视野的面部区域大小相对应的数据使得能够生成面部距离。可以通过使用诸如变量是与焦距和面部区域大小有关的信息的函数表达式等的计算表达式来计算面部距离。
接着，在步骤S1104中，控制器针对存在于与步骤S1103中计算出的面部距离相对应的位置处的面部，计算直接测距AF单元230的测距区域的位置。这是因为：如图12所示，即使当面部存在于摄像视野中的相同位置处时，测距视野与面部重叠的测距区域也根据被摄体距离为近距离(1m)、中间距离(3m)还是远距离(100m)而变化。
图13示出当被摄体距离为近距离(1m)和中间距离(3m)时的摄像的状态。图14示出当被摄体距离为近距离(1m)和中间距离(3m)时的摄像视野。在图14中，附图标记1402和1403表示示出面部区域的框，该框的大小与面部区域的大小相对应。
在相对于摄像视野1401获得面部区域1402的大小的情况下，面部距离被定义为1m。类似地，在相对于摄像视野1401获得面部区域1403的大小的情况下，面部距离被定义为3m。
然后，在步骤S1105中，控制器基于面部距离和面部位置，从3个测距区域L、C和R中选择与面部区域的重叠度最高的一个测距区域。例如，如图15所示，相对于面部距离为1m时的面部区域1402的位置，控制器选择测距区域C。相对于面部距离为3m时的面部区域1403的位置，控制器选择测距区域R。将表示相对于面部距离和面部位置应该选择的测距区域的数据预先存储在诸如主CPU 251的内部存储器等的存储器中。
因而，当完成测距区域的选择时，在步骤S1106中，控制器对X设置所选择的测距区域的L、C或R。
在步骤S1105中选择测距区域所需的与面部区域的重叠度低于预定阈值的情况下，控制器在不通过该处理(步骤S707)选择测距区域的情况下，经由步骤S708进入图7的步骤S712。
当所生成的(拍摄到的)图像中存在面部区域时，本实施例可以对该面部区域选择适当的直接测距AF用的测距区域，由此使得能够对包括在该面部区域中的面部进行高速且高精度的调焦。
实施例2
图16的流程图示出本发明第二实施例(实施例2)中的测距区域选择处理。代替图11所示的测距区域选择处理，在图7的步骤S707中进行该测距区域选择处理。本实施例的照相机的构成元件与实施例1的照相机的构成元件相同，因此利用与实施例1中的附图标记相同的附图标记来表示这些构成元件。
在步骤S1601中开始处理之后，在步骤S1602中，控制器判断包括在图像数据中的面部是否已在摄像面的面内方向上(即，在与摄像元件241的光接收面平行的方向上)或者在光轴方向上(即，在与摄像元件241的光接收面垂直的方向上)移动。可以通过将先前检测到的面部区域的位置和大小与当前检测到的面部区域的位置和大小进行比较，来进行该判断。
具体地，如图17所示，面部区域的位置水平或垂直地变化的情况可被判断为该面部在保持其离照相机的距离的同时已经在摄像面的面内方向上移动。如图19所示，面部区域的大小增大的情况可被判断为该面部已经在光轴方向的接近照相机的方向上移动。面部区域的大小减小的情况可被判断为该面部已经在光轴方向的远离照相机的方向上移动。如果判断为面部已经移动，则控制器进入步骤S1603。
另一方面，如果判断为面部未移动，则控制器进入步骤S1609至步骤S1612。在这些步骤中进行的处理与在实施例1的图11所示的步骤S1102～S1105中进行的处理相同。控制器从步骤S1612进入步骤S1613。
在步骤S1603中，控制器计算面部在摄像面的面内方向上的移动量。图18示出在摄像视野中面部(面部区域)已经从1801移动至1802的情况。在步骤S1603中，控制器计算面部区域1801和面部区域1802之间的距离，作为摄像面的面内方向上的移动量。在这种情况下，如图18的下半部所示，随着面部的移动，适当的测距区域从测距区域C变为测距区域R。
接着，在步骤S1604中，控制器计算面部在光轴方向上的移动量。图20示出面部已经在接近照相机的方向上(即，从中间距离(3m)向近距离(1m))移动且由此面部区域2001已被放大至面部区域2002的情况。在步骤S1604中，控制器计算与面部区域2001相对应的面部距离和与面部区域2002相对应的面部距离之间的差，作为面部在光轴方向上的移动量。可以通过直接测距AF单元230的测距操作获得面部距离，或者可以根据表示相对于摄像视野的面部区域大小与面部距离的关系的分布数据来计算面部距离。
如图21所示，位于摄像视野的中央处的面部移动之前(即，面部距离为中间距离(3m))适合于该面部的测距区域是测距区域C。另一方面，位于摄像视野的中央处的面部移动之后(即，面部距离为近距离(1m))适合于该面部的测距区域是测距区域L。因此，尽管面部在摄像视野中的位置没有变化，但面部距离的变化要求改变所使用的测距区域。
在步骤S1603和步骤S1604中由此计算出面部的移动量之后，控制器进入步骤S1605。
在步骤S1605中，控制器预测面部在下次要进行直接测距AF时的位置(下文中称之为“预测移动位置”)。然后，控制器对移动至预测移动位置之后的面部选择适当的测距区域(下一测距区域)。在该选择中，控制器基于图17～21所示的面部的移动计算面部的三维移动速度，以预测面部在下次要进行直接测距AF时的位置，然后基于预测移动位置选择下一测距区域。
接着，在步骤S1606中，控制器判断在步骤S1605中选择出的下一测距区域与当前选择的测距区域是否一致。如果下一测距区域与当前选择的测距区域一致，则控制器进入步骤S1607以维持当前的测距区域，然后进入步骤S1613。另一方面，如果下一测距区域与当前选择的测距区域不一致，则控制器进入步骤S1608。
在步骤S1608中，控制器将所使用的测距区域切换为步骤S1605中计算出的下一测距区域。然后，控制器进入步骤S1613。
在步骤S1613中，控制器结束测距区域选择处理，然后进入图7所示的步骤S708。
本实施例可以对移动的面部顺次选择适当的测距区域，由此使得能够对该移动的面部进行高速且高精度的调焦。
尽管上述实施例已经说明了对面部进行直接测距AF的结构，但可以采用如下结构：仅对移动的面部进行直接测距AF以使得能够进行高速跟随AF，并对静止的面部进行摄像信号AF。
此外，尽管上述实施例已经说明了对一个面部分配一个测距区域的情况，但可以对一个面部分配两个以上的测距区域。存在如图22所示对面部区域2201设置直接测距AF的测距视野2202的情况。在这种情况下，对面部区域2201使用测距视野2202中的测距区域C和R使得能够进行更加高精度的测距。
此外，尽管上述实施例已经说明了单独使用直接测距AF的3个分割的测距区域L、C和R的情况，但可以通过任意组合包括在各个测距区域L、C和R中的像素(光电转换元件)来生成除测距区域L、C和R以外的测距区域。
图23示出被分割成测距区域L、C和R的线传感器2301。各测距区域包括40个像素。当面部区域2401在图24所示的位置处与线传感器2301重叠时，可以通过组合包括在测距区域C中的像素的一部分和包括在测距区域R中的像素的一部分来生成测距区域。这使得能够进行更加高精度的测距。
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、等同结构和功能。
Claims (3)
1.一种摄像设备，其被配置为对由摄像光学系统(201)所形成的光学被摄体图像进行光电转换以生成被摄体图像数据，所述摄像设备包括：
第一检测单元(230)，其被配置为在不通过所述摄像光学系统的情况下，在多个区域的每一个中检测与被摄体距离相对应的信息；
第二检测单元(235)，其被配置为检测所述被摄体图像数据中的特定被摄体区域的大小和位置，所述特定被摄体区域是所述被摄体图像数据中与特定被摄体相对应的部分；以及
控制器(233、251)，其被配置为基于由所述第一检测单元检测到的与被摄体距离相对应的信息，进行所述摄像光学系统的调焦控制，
其中，所述控制器被配置为：基于由所述第二检测单元检测到的所述特定被摄体区域的大小以及与所述摄像光学系统的焦距有关的信息，获取与从所述摄像设备到所述特定被摄体的距离有关的特定被摄体距离信息，并且基于所述特定被摄体距离信息以及由所述第二检测单元检测到的所述特定被摄体区域的位置，从所述多个区域中选择检测到要在所述调焦控制时使用的与被摄体距离相对应的信息的区域。
2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述控制器被配置为：检测所述特定被摄体的移动，以计算所述特定被摄体的预测移动位置，并且对移动至所述预测移动位置之后的所述特定被摄体，选择要在所述调焦控制时使用的区域。
3.一种摄像设备的测距方法，所述摄像设备被配置为：对由摄像光学系统(201)所形成的光学被摄体图像进行光电转换以生成被摄体图像数据，进行用于在不通过所述摄像光学系统的情况下在多个区域的每一个中检测与被摄体距离相对应的信息的检测操作，并且基于检测到的与被摄体距离相对应的信息进行所述摄像光学系统的调焦控制，所述测距方法包括以下步骤：
检测所述被摄体图像数据中的特定被摄体区域的大小和位置，所述特定被摄体区域是所述被摄体图像数据中与特定被摄体相对应的部分；
基于检测到的所述特定被摄体区域的大小以及与所述摄像光学系统的焦距有关的信息，获取与从所述摄像设备到所述特定被摄体的距离有关的特定被摄体距离信息；以及
基于所述特定被摄体距离信息和检测到的所述特定被摄体区域的位置，从所述多个区域中选择检测到要在所述调焦控制时使用的与被摄体距离相对应的信息的区域。
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