CN102104734A

CN102104734A - 摄像设备及其控制方法

Info

Publication number: CN102104734A
Application number: CN2010106152048A
Authority: CN
Inventors: 川西敦也
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2030-12-22
Also published as: JP2011133528A; US20110149133A1; JP5495773B2; US8488048B2; CN102104734B

Abstract

本发明涉及一种摄像设备及其控制方法。该摄像设备包括：摄像单元，其包括二维排列的光电转换元件，所述摄像单元用于对在摄像面上所形成的被摄体图像进行光电转换并输出图像信号；检测器，用于基于通过移动调焦透镜所获得的图像信号来检测焦点信号；以及控制器，用于基于所述焦点信号判别对焦方向，并提供控制以使得能够沿所述对焦方向移动所述调焦透镜，其中，所述控制器在移动所述调焦透镜时，选择在同步信号中发生的多个中断时刻之一，并在所选择出的中断时刻处开始移动所述调焦透镜。

Description

摄像设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及数字照相机和数字摄像机等的摄像设备中的调焦(控制方法)。

背景技术

已知有针对摄像设备的对比度检测方法的自动调焦(TV-AF)。在该TV-AF中，调焦透镜在焦点检测区域的图像信号的累积期间可能停止。然而，在累积时间段短的情况下，诸如使用高速快门时，尽管正在累积焦点检测区域的图像信号，然而调焦透镜很可能移动并且无法适当地找到对焦方向。因此，日本特开(JP)2006-47954号公报设置了调焦透镜的移动开始时刻，以使得焦点检测区域的曝光时间段的中间时刻能够与停止时间段的中间时刻一致。

然而，JP 2006-47954号公报所公开的控制是复杂的，并且增加了成本，因此存在更为简单地设置调焦透镜的移动开始时刻的需求。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种摄像设备包括：摄像单元，其包括二维排列的光电转换元件，所述摄像单元用于对在摄像面上所形成的被摄体图像进行光电转换并输出图像信号；检测器，用于基于通过移动调焦透镜所获得的图像信号来检测焦点信号；以及控制器，用于基于所述焦点信号判别对焦方向，并提供控制以使得能够沿所述对焦方向移动所述调焦透镜。所述控制器在移动所述调焦透镜时，选择在同步信号中发生的多个中断时刻之一，并在所选择出的中断时刻处开始移动所述调焦透镜。

根据本发明的另一方面，一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括包含二维排列的光电转换元件的摄像单元，所述摄像单元用于对在摄像面上所形成的被摄体图像进行光电转换并输出图像信号，所述控制方法包括以下步骤：基于通过移动调焦透镜所获得的图像信号来检测焦点信号；基于所述焦点信号来判别对焦方向；以及提供步骤，其提供控制，以使得能够沿所述对焦方向移动所述调焦透镜，其中，所述提供步骤在移动所述调焦透镜时，选择在同步信号中发生的多个中断时刻之一，并在所选择出的中断时刻处开始移动所述调焦透镜。

通过以下参考附图对典型实施例的详细说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的摄像机(摄像设备)的框图。

图2是用于说明图1所示的微计算机的AF动作的流程图。

图3是图2所示的S202的详细流程图。

图4是用于说明图3所示的S228或S235的驱动时刻的流程图。

图5A和5B是根据第一实施例的用于说明摄像画面的曝光时间段和调焦透镜的驱动时间段之间的关系的图。

图6是示出在摆动(wobbling)中调焦透镜的位置的时间变化的图。

图7是根据本发明第二实施例的摄像机(摄像设备)的框图。

图8A和8B是根据第二实施例的用于说明摄像画面的曝光时间段和调焦透镜的驱动时间段之间的关系的图。

具体实施方式

下面将参考附图详细说明本发明的实施例。

第一典型实施例

图1是本实施例的数字摄像机(摄像设备)的框图。虽然本实施例的摄像机与摄像镜头一体化，但是摄像镜头可以是可更换的。在此情况下，将由稍后说明的微计算机116生成的控制信号发送至摄像镜头中的镜头计算机，以经由镜头计算机控制调焦透镜的驱动。另外，本实施例可应用于显微镜和数字静止照相机等的各种摄像设备。

在图1中，附图标记101表示第一固定透镜，并且附图标记102表示被配置为沿光轴方向移动并改变倍率的变倍透镜。附图标记103表示光圈，并且附图标记104表示第二固定透镜。附图标记105表示具有调焦功能和用于校正随着变倍而引起的图像面移动的所谓的补偿器功能这两个功能的调焦透镜。第一固定透镜101、变倍透镜102、光圈103、第二固定透镜104以及调焦透镜105构成了摄像镜头。

附图标记106表示摄像装置(或摄像单元)，该摄像装置包括多个光电转换元件，并用于将图像面上所形成的光学图像(或被摄体图像)光电转换为电信号并将该电信号作为图像信号输出。当摄像装置106包括CMOS图像传感器时，摄像装置106具有多个二维排列的光电转换元件。对二维排列的各光电转换元件顺次进行扫描和曝光，并通过依次扫描来自各光电转换元件的电信号来生成图像信号(卷帘式快门功能)。在配有卷帘式快门功能的摄像装置中，对于同一摄像面中的各行，曝光时刻不相同。尽管本实施例的摄像装置106包括CMOS图像传感器，然而由于本实施例在曝光时间段随着快门速度的不同而变化时仍然是有效的，因此摄像装置可以包括CCD传感器。

附图标记107表示用于对摄像装置106的输出进行采样、增益调整和数字化的CDS/AGC/AD转换器。附图标记108表示用于对来自CDS/AGC/AD转换器107的输出信号进行各种图像处理并生成视频信号的照相机信号处理器。

附图标记109表示用于显示来自照相机信号处理器108的视频信号的诸如LCD等的显示单元。附图标记110表示用于将来自照相机信号处理器108的图像信号记录在半导体存储器等的记录介质中的记录单元。

附图标记111表示用于仅使来自CDS/AGC/AD转换器107的全部像素的输出信号中、来自焦点检测区域的信号通过的AF门。

附图标记112表示用于通过提取高频成分或如下的亮度差成分(作为已通过AF门111的信号的亮度水平的最大值和最小值之间的差)来生成AF评价值信号的信号处理器，其中，该亮度差成分是根据来自通过AF门111的信号的高频成分而生成得到的。信号处理器112用作用于基于通过移动调焦透镜所获得的图像信号来检测焦点信号的检测器。

AF评价值信号表示通过对来自摄像装置106的输出信号进行处理所获得的图像的锐度(对比度值)，并且由于锐度根据摄像光学系统的对焦状态而变化，因此AF评价值信号是用于评价摄像光学系统的对焦状态的焦点信号。

附图标记113表示用于生成垂直同步信号等的多种同步信号的时序发生器，并且对摄像装置106的曝光和读出以及稍后所述的照相机微计算机116提供时序控制。

附图标记114表示包括用于移动变倍透镜102的致动器和驱动器的变倍透镜驱动源。附图标记115表示包括用于移动调焦透镜105的致动器和驱动器的调焦透镜驱动源。变倍透镜驱动源114和调焦透镜驱动源115各自的致动器可以是步进电动机、DC电动机、振荡型电动机或音圈电动机。

微计算机(MC)116用作用于控制摄像机的整体操作并提供基于信号处理器112的输出信号来移动调焦透镜105的TV-AF(调焦)的控制器(处理器)。MC 116包括用于保持稍后所述的比率n％以及时刻C和D的存储器。

在TV-AF中，MC 116进行用以判断对焦方向的摆动，然后进行沿着对焦方向的爬山驱动。在摆动中，MC 116使调焦透镜105沿光轴方向以微小的振幅往复移动，并且沿着表示对比度值的AF评价值增加的方向移动调焦透镜105的往复移动的中心。换言之，MC 116基于焦点信号判断对焦方向，并且控制调焦透镜驱动源115，以使得调焦透镜105能够沿着对焦方向移动。在爬山驱动中，MC 116控制用于驱动调焦透镜105的调焦透镜驱动源115，以使得调焦透镜105能够聚焦于与AF评价值的峰值相对应的对焦位置。

附图标记118表示用于提供诸如对摄像画面上的作为AF评价值的对象的焦点检测区域的设置等的各种输入或设置的输入单元(设置单元)。

图2是示出MC 116进行的TV-AF操作(摄像设备的控制方法)的流程图，并且“S”指示图2以及随后附图中的步骤的缩写。

首先，MC 116判断当前模式是否是摆动模式(S201)，若是，则MC 116使调焦透镜105以预定振幅往复移动并且判别对焦状态或对焦位置的方向。此时的振幅是小到以至于无法在画面上识别出调焦透镜105的移动的振幅(S202)。

接着，MC 116判断是否已经判别出对焦(S203)。当判断为没有判别出对焦(S203为“否”)时，MC 116判断是否已经判别出对焦方向(S204)。

当判断为尚未判别出对焦方向(S204为“否”)时，MC 116终止该处理。另一方面，当判断为已经判别出对焦方向(S204为“是”)时，MC 116使该处理进入爬山驱动模式(S205)并使流程返回至S201。

另一方面，当判断为已经判别出对焦(S203为“是”)时，MC116存储对焦点的AF评价值(S206)，使该处理进入用于判断是否再次重复摆动(方向判别)(S216、S217)的再启动判断模式(S207)，并且使流程返回至S201。

另一方面，当判断为当前模式不是摆动模式(S201为“否”)时，MC 116判断当前模式是否是爬山驱动模式(S208)，若是，则进行爬山驱动(S209)。在S209中，类似于JP 2005-121819号公报的图6～7，MC 116沿着AF评价值增加的方向以预定速度根据爬山驱动方法移动调焦透镜105。

接着，MC 116判断调焦透镜105是否越过了AF评价值的峰值(S210)，若没有(S210为“否”)，则使流程返回至S201。

另一方面，当判断为调焦透镜105越过了AF评价值的峰值(S210为“是”)时，MC 116将与AF评价值的峰值相对应的对焦位置设置为调焦透镜105的目标位置(S211)，使该处理进入停止模式(S212)，并使流程返回至S201。

另一方面，当判断为当前模式不是爬山驱动模式(S208为“否”)时，MC 116判断当前模式是否是停止模式(S213)，若是，则判断调焦透镜105是否已经到达AF评价值的峰值位置(S214)。

当判断为调焦透镜105已经到达峰值位置(S214为“是”)时，MC 116使处理进入摆动(对焦判别)模式(S215)，并且使流程返回至S201。另一方面，当判断为调焦透镜105尚未到达峰值位置(S214为“否”)时，MC 116使流程返回至S201。

另一方面，当判断为当前模式不是停止模式(S213为“否”)时，MC 116将S206中所存储的AF评价值与当前AF评价值进行比较，并判断当前AF评价值是否改变了阈值以上(S216)。

当判断为AF评价值并未改变阈值以上(S216为“否”)时，MC116使流程返回至S201。另一方面，当判断为AF评价值改变了阈值以上(S216为“是”)时，MC 116使该处理进入摆动(方向判别)模式(S217)。

因此，在TV-AF中，本实施例通过依次重复再启动判断、摆动、爬山驱动、停止、摆动以及再启动判断来移动调焦透镜105，并且保持对焦状态，以使得AF评价值能够为最大值。

图3是S202中的摆动的详细流程图。在摆动中，使调焦透镜105沿光轴方向进行微小的往复移动，基于此时的AF评价值来检测对焦方向，并且在往复移动的同时，使往复移动的中心向着检测出的对焦方向移动。

作为前提，MC 116根据光圈103和变焦位置等所确定出的焦深来计算往复移动振幅和(往复移动)中心移动振幅。

首先，MC 116判断表示摆动的动作状态的当前模式是否为0(S221)，若是，则对位于近侧的调焦透镜105进行该处理。

首先，MC 116将当前AF评价值存储为无限远侧的AF评价值(S222)。该AF评价值是根据在稍后所述的S230中当调焦透镜105位于无限远侧时从摄像装置106中所累积的电荷所生成的图像信号而获得的。接着，MC 116使模式(编号)增加，并且当模式变为4以上时，将模式复位为0(S241)，并且完成该处理。

另一方面，当判断为当前模式不是0(S221为“否”)时，MC116判断当前模式是否为1(S223)，若是，则进行沿无限远方向移动调焦镜头105的处理。

首先，MC 116设置用于驱动调焦透镜105的往复移动振幅和中心移动振幅(S224)。通常，这些振幅被设置处于焦深范围内。

接着，MC 116判断无限远侧的AF评价值是否大于近侧的AF评价值(S225)。

当判断为无限远侧的AF评价值较大(S225为“是”)时，MC116将驱动振幅设置为往复移动振幅和中心移动振幅之和(S226)。另一方面，当判断为近侧的AF评价值较大(S225为“否”)时，MC 116将驱动振幅设置为往复移动振幅(S227)。

接着，MC 116沿无限远方向以S226和S227中确定出的驱动振幅来移动调焦透镜105(S228)。

另一方面，当判断为当前模式不是1(S223为“否”)时，MC116判断当前模式是否为2(S229)，若是，则对位于无限远侧的调焦透镜进行该处理。

首先，MC 116将当前AF评价值存储为近侧的AF评价值(S230)。该AF评价值是根据在S222中当调焦透镜105位于近侧时从摄像装置106中所累积的电荷所生成的图像信号而获得的。接着，MC 116使模式增加，当模式达到4以上时，将该模式复位为0(S241)，并且终止该处理。

另一方面，当判断为当前模式为3而并非2(S229为“否”)时，MC 116进行沿着近方向移动调焦透镜105的处理。

首先，MC 116设置用于驱动调焦透镜105的往复移动振幅和中心移动振幅(S231)。通常，这些振幅被设置处于焦深范围内。接着，MC 116判断近侧的AF评价值是否大于无限远侧的AF评价值(S232)。

当判断为近侧的AF评价值较大(S232为“是”)时，MC 116将驱动振幅设置为往复移动振幅和中心移动振幅之和(S233)。另一方面，当判断为无限远侧的AF评价值较大(S232为“否”)时，MC 116将驱动振幅设置为往复移动振幅(S234)。

接着，MC 116以S233和S234中确定出的振幅，沿着近方向移动调焦透镜(S235)。

在S228和S235之后，MC 116判断是否正在判别对焦方向(S236)。当判断为正在判别对焦方向时(S236为“是”)，MC 116判断是否已经在同一方向上判别出对焦点预定次数(S237)，若否，则使流程进入S241。另一方面，当判断为在同一方向上判别出对焦点预定次数(S237为“是”)时，MC 116判断为已经判别出对焦方向(S238)，并使流程进入S241。

另一方面，当判断为没有正在判别对焦方向(S236为“否”)时，MC 116判断调焦透镜105是否已经在同一区域内往复移动了预定次数(S239)。当判断为调焦透镜105在同一区域内尚未往复移动预定次数(S239为“否”)时，MC 116使流程进入S241。另一方面，当判断为调焦透镜105在同一区域内已经往复移动了预定次数(S239为“是”)时，MC 116判断为已经判别出对焦(S240)，并使流程进入S241。

图4是用于确定在S228中沿无限远方向或在S235中沿近方向驱动调焦透镜105所使用的时刻的流程图。

图5A是示出正常快门速度下的摄像画面的曝光时间段和调焦透镜105的驱动时间段之间的关系的图。图5B是示出高快门速度下的摄像画面的曝光时间段和调焦透镜105的驱动时间段之间的关系的图。

图5A和5B各自的左侧示出了摄像画面U中所设置的焦点检测区域V。

在图5A和5B各自的右上侧示出了垂直同步信号，并且在垂直同步信号下方示出了摄像装置106对同一摄像画面U中的各行的读出。白色部分表示曝光时间段，并且焦点检测区域V的曝光时间段被特别用阴影线标明。点部分表示用于读出来自摄像装置106的摄像信号的读出时间段。在这之下示出了时序发生器113的中断时刻。在中断时刻下方，类似于稍后所述的图6，示出了调焦透镜105的时间变化，其中在图6中，横轴表示时间，纵轴表示调焦透镜105的位置。平坦部分是用于获得AF评价值以判别对焦方向的停止时间段，并且长短交替虚线表示摆动的开始时刻(开始时间)。

在图4中，MC 116首先获得摄像画面U中所设置的焦点检测区域V的曝光时间段(S251)。更具体地，MC 116获得焦点检测区域V的曝光开始时间和曝光结束时间的信息。在图5A和5B中，从A到B的时间段对应于整个焦点检测区域的曝光时间段，但是，为了简单起见，以焦点检测区域V的最后一行为基准，将曝光时间段设置为从A1到B的B-A1。

接着，MC 116计算与经过了由S251所获得的曝光时间段(B-A1)的预先设置的比率n％相对应的时刻(S252)。由于将曝光时间段设置为从A1到B的时间段，因此时刻C可通过C＝A1+(B-A1)×n/100而获得。由于需要将比率n％设置成使得能够累积判别摆动的对焦方向所需的AF评价值，因此可以满足50＜n＜100的条件。

接着，MC 116选择以现有采样周期发生的中断时刻中与由S252计算得到的时刻C最接近的时刻D(S253)。以现有采样周期发生的中断时刻是由时序发生器113所生成的中断，并且通常被近似设置为垂直同步信号的整数倍。

图5A和5B示出一个垂直同步信号中的十个中断的示例。由于在图5A中第五个中断时刻与时刻C最接近，并且在图5B中第七个中断时刻与时刻C最接近，因此这两个中断时刻被选择为调焦透镜105的驱动时刻D。

接着，MC 116在由S253选择出的时刻D移动调焦透镜105(S254)。因此，即使当如图5A和5B所示快门速度变化并且曝光时间段偏移时，仍然能够设置足以获得判别对焦方向所需的AF评价值的调焦透镜105的驱动时刻。

图6是示出在摆动时调焦透镜105的位置的时间经过的图。图6的上部示出了摆动模式、图像信号的垂直同步信号以及标记。在图6的下部，横轴表示时间，并且纵轴表示调焦透镜105的位置。

MC 116在时间T_A取得针对在标记A的时刻在摄像装置106中累积的电荷的AF评价值EV_A。MC 116在时间T_B取得针对在标记B的时刻在摄像装置106中累积的电荷的AF评价值EV_B。

在时间T_C，MC 116对AF评价值EV_A和AF评价值EV_B进行比较，并且当EV_B较大时移动由点线所示的往复移动中心。以焦深为基准来移动调焦透镜105，并且设置无法在画面上识别出的移动量。

本实施例在摆动时，根据曝光时间段改变调焦透镜105的驱动时刻，但是当摆动的驱动振幅小且调焦透镜可被充分移动至目标位置时，可将驱动时刻设置为常数，而与曝光时间段无关。

因此，本实施例中的MC 116在摆动时，选择多个中断时刻中与在焦点检测区域V的曝光开始之后经过了曝光时间段的设置比率n％的时刻C最接近的中断时刻。然后，MC 116在所选择出的时刻D，开始沿无限远方向或近方向移动调焦透镜105。

因此，本实施例不进行如JP 2006-47954号公报中所公开的t₀的动作那样复杂的动作。代替地，本实施例基于所保持的比率n％和针对与焦点检测区域V相对应的光电转换元件的曝光时间段，选择由时序发生器113所生成的多个中断时刻的其中之一。结果，本实施例可以相对容易地设置摆动的移动开始时刻。

尽管本实施例中的MC 116选择了同步信号中发生的多个中断时刻中最接近时刻C的中断时刻，然而该中断时刻不局限于此，只要所选择出的中断时刻是多个中断时刻的其中之一即可。

在本实施例中，尽管通过作为MC 116的控制器来开始调焦透镜105的移动，然而在中断时刻开始调焦透镜105的移动就可以了。

第二实施例

当焦点检测区域被配置于中央以外的位置时，本实施例改变调焦透镜105的驱动时刻。图7是摄像设备的框图，并且除了图7所示的摄像设备包括面部检测处理器117以外，图7所示的摄像设备的结构与图1所示的结构相同。

面部检测处理器117对图像信号进行面部检测处理，并且获得诸如摄像画面中的人物面部的大小、位置以及似然性等的被摄体信息，并将所获得的被摄体信息发送至MC 116。基于面部检测处理器117的检测结果，MC 116将信息发送至AF门111，以向包括摄像画面中的面部区域的位置添加焦点检测区域。

面部检测处理可以使用各种方法，例如，基于图像数据的各像素的灰度级颜色提取肤色区域并利用与样本面部的轮廓样板的匹配程度检测面部的方法以及利用所提取的诸如眼、鼻和嘴等的面部特征点的模式识别方法。

图8A和8B是示出摄像画面U的曝光时间段和调焦透镜105的驱动时间段之间的关系的图。图8A示出面部检测处理器117检测到位于摄像画面U的上部的焦点检测区域V。图8B示出面部检测处理器117检测到位于摄像画面U的下部的焦点检测区域V。

由于图8A和8B的焦点检测区域V的位置不同，因此在垂直同步信号中，曝光时刻和读出时刻在图8A和8B之间移位。然而，类似于第一实施例，能够通过进行图4所示的处理来设置调焦透镜105的移动开始时刻。

即使在本实施例中，MC 116在摆动中也选择了多个中断时刻中与在焦点检测区域V的曝光开始之后经过了曝光时间段的设置比率n％的时刻C最接近的中断时刻。MC 116在所选择出的时刻D，开始沿无限远方向或近方向移动调焦透镜105。

在选择中断时刻D时，MC 116以在焦点检测区域V的曝光开始之后经过了曝光时间段的设置比率n％的时刻为基准。换言之，MC 116获得焦点检测区域V的曝光开始时间和曝光结束时间的信息。由于焦点检测区域的位置改变，因此曝光开始时间也不同并且调焦透镜105的移动开始时刻也不同。结果，MC 116能够根据焦点检测区域的位置选择中断时刻。

图2～4所示的流程图能够作为由计算机(处理器)所执行的程序来实现。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局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。

本发明的摄像设备能够应用于拍摄被摄体的应用。

Claims

1.一种摄像设备，包括：

摄像单元，其包括二维排列的光电转换元件，所述摄像单元用于对在摄像面上所形成的被摄体图像进行光电转换并输出图像信号；

检测器，用于基于通过移动调焦透镜所获得的图像信号来检测焦点信号；以及

控制器，用于基于所述焦点信号判别对焦方向，并提供控制以使得能够沿所述对焦方向移动所述调焦透镜，

其中，所述控制器在移动所述调焦透镜时，选择在同步信号中发生的多个中断时刻之一，并在所选择出的中断时刻处开始移动所述调焦透镜。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述摄像单元顺次扫描二维排列的所述光电转换元件，以进行曝光和读出。

3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述控制器根据与焦点检测区域相对应的光电转换元件中的曝光时间段来选择所述多个中断时刻之一。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像设备，其特征在于，所述控制器通过沿光轴方向往复移动所述调焦透镜来判别所述对焦方向，并使往复移动的中心沿所述对焦方向移动。

5.一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括包含二维排列的光电转换元件的摄像单元，所述摄像单元用于对在摄像面上所形成的被摄体图像进行光电转换并输出图像信号，所述控制方法包括以下步骤：

基于通过移动调焦透镜所获得的图像信号来检测焦点信号；

基于所述焦点信号来判别对焦方向；以及

提供步骤，其提供控制，以使得能够沿所述对焦方向移动所述调焦透镜，

其中，所述提供步骤在移动所述调焦透镜时，选择在同步信号中发生的多个中断时刻之一，并在所选择出的中断时刻处开始移动所述调焦透镜。