CN102308242A - 摄像装置以及拍摄方法 - Google Patents

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Abstract

摄像装置(1000)包括：摄像元件(110)；透镜(120)；初始对焦位置检测部(130)，检测用于确定初始对焦位置的摄像元件(110)与透镜(120)的位置关系，该初始对焦位置是在从用户接受了曝光开始的指示的时刻的对焦位置；位移模式决定部(140)，决定对焦位置的位移模式，以使曝光时间中的对焦位置，从根据摄像元件(110)与透镜(120)的位置关系确定的初始对焦位置开始，至少通过预先规定的对焦范围的最近端以及最远端各一次后，再次返回到初始对焦位置；以及位移控制部(150)，根据位移模式，使摄像元件(110)以及透镜(120)之中的一方移动，以使得：随着曝光开始，对焦位置从初始对焦位置移动；随着曝光结束，对焦位置再次到达初始对焦位置。

Description

摄像装置以及拍摄方法
技术领域
本发明涉及采用了实现景深扩展的方式的摄像装置中实现快门时滞的缩短的摄像装置以及拍摄方法。
背景技术
一般而言，对于实现景深扩展(以下，称为EDOF)的方式，可以主要示出以下的三个方式。第一方式是指，将所谓相位板的光学元件插入在光学系统，从而使深度方向的模糊均匀。而且，该方式，针对得到的图像，利用预先测定的模糊模式、或通过模拟而计算出的模糊模式，进行图像复原处理。据此，该方式，生成EDOF图像。该方式被称为，Wavefront Coding(以下，称为WFC)(参照非专利文献1)。
第二方式是指，通过设法光圈形状，从而对图像的每个部分区域高精度地进行距离测定。而且，该方式，针对各个部分区域，利用与预先测定的各个距离相对应的模糊模式，进行图像复原处理。据此，该方式，生成EDOF图像。该方式被称为，Coded Aperture(以下，称为CA)(参照非专利文献2)。
第三方式是指，在曝光期间使聚焦透镜或摄像元件变动，从而折叠一律对焦于深度方向的图像(即，与在各个深度使模糊均匀同义)。而且，该方式，针对得到的图像，利用预先测定的模糊模式、或通过模拟而计算出的模糊模式，进行图像复原处理。据此，该方式，生成EDOF图像。该方式被称为，Flexible DOF(以下，称为F-DOF)(参照非专利文献3)。
除了上述的方式以外，还存在以下的方式等：利用透镜的轴上色差来进行深度推定或图像的清晰度检测，并且通过图像处理来生成整体清晰的图像(参照非专利文献4)；以及使用多重聚焦透镜来使深度方向的模糊均匀，利用预先测定的模糊模式、或通过模拟而计算出的模糊模式，进行图像复原处理(参照非专利文献5)。但是，在原理上这样的方式所具有的缺点是，与上述的三个方式相比EDOF效果小。
进而，从前还存在所谓Focal Stack的方式。该方式是指，拍摄对焦位置(焦点位置)不同的多幅图像，从各个图像中提取被认为对焦的区域。而且，该方式，通过合成提取的图像，从而生成EDOF图像。在该方式的情况下，由于需要拍摄多幅图像，因此存在的问题是，需要对拍摄花费时间，以及消耗存储量多。
在所述的三个方式中的第一方式的WFC中，提出了各种各样的种类的相位板。其中，最能够得到EDOF效果的方式有，Cubic Phase Mask(以下，称为CPM)、以及Free-Form Phase Mask(以下，称为FPM)。从复原后的画质(伪影少)的观点来看，FPM被视为有希望(参照非专利文献6)。
但是，WFC共同的缺点是具有这样的性质，即，通过插入相位板，从而导致透镜的光轴外的特性恶化(参照非专利文献7)。具体而言，与来自正面的入射光相比，针对来自正面以外的入射光，不能得到相等的模糊均匀效果。据此，在图像复原时，若以轴上的模糊模式来进行复原处理，则导致复原后的光轴外的画质劣化。
所述的三个方式中的第二方式的CA，通过利用独特的光圈形状，从而提高距离测定精度。根据该方式本身具有的这样的特性，拍摄后的图像以及复原处理后得到的图像的特定频率成分被丢失。也就是说，该方式具有导致画质劣化的缺点。并且，该方式，一般而言，由于与光圈形状无关而与通常的拍摄方法相比光量少，因此对黑暗的地方进行的拍摄不合适。
所述的三个方式中的第三方式的F-DOF是，其中能够得到最良好的画质的方式，EDOF效果也高。并且，由于轴外特性也依赖于透镜特性本身，因此能够容易提高性能。但是，由于即使在曝光中使焦点位置变动，也需要同一被摄体被折叠在同一图像位置上，因此需要利用像方远心透镜，以作为光学上的条件。
对于所述EDOF技术的应用目的，历史最长的是显微镜用途。在本用途的情况下，由于能够踏踏实实地拍摄静物体，因此从前采用了Focal Stack方式。但是，在该方式的情况下，由于如上所述需要劳力和时间，因此与F-DOF方式的想法一起，被公开在几个文献(参照专利文献1至4)。对于在显微镜用途上利用F-DOF的方法，公开在曝光中使作为被摄体的试料方变动的情况、以及使透镜镜筒变动的情况。
而且，周知的是，在以曝光后的图像复原处理为前提的情况下，若控制变动方法，以总是使图像的模糊均匀，则能够适用使用了单一的模糊模式的图像复原处理方法，因此合理的(参照专利文献5)。为此，在要变动的对象是摄像元件的情况下，需要以等速度来变动它。并且，在使聚焦透镜变动的情况下，也需要进行与摄像面以等速度变动相当的焦点位移(参照非专利文献3)。对于变动模式，周知的是，可以是从远方对焦端位置到近方对焦端位置，或与此相反。
对于EDOF技术的其他的应用目的，可以示出近些年搭载在移动电话等中的相机。通过将EDOF技术利用于该相机，从而能够实现该相机的小型化。也就是说，这是因为，根据EDOF效果，不具有自动聚焦机构，也能够得到全焦点图像(对焦于所有的被摄体的图像)的缘故。
从本应用目的的观点来看，由于需要使聚焦透镜或摄像元件变动的机构，因此不采用所述方式中的F-DOF本身，而采用WFC或使用了轴上色差的方式等。
进而，对于另一个应用目的，可以考虑通常的数字静态相机。对于这样的数字静态相机的近年的倾向，需要进一步简单且失败少的拍摄。EDOF技术，可以期待全焦点图像的效果，即可以期待从对焦失败解放的效果。
对于本应用目的要求，由于高画质、EDOF效果大、能够任意地变更EDOF范围、应用通常的自动聚焦机构就能够实现(不准备特别的光学系统即可)、以及容易切换EDOF拍摄与通常拍摄等，因此所述方式中最佳方式是F-DOF。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：(西德国)专利第2301800号说明书(德国专利：申请1973/1/15)
专利文献2：(日本)特公平5-27084号公报
专利文献3：(日本)专利第3191928号公报
专利文献4：(美国)专利申请公开第2008/0013941号说明书
专利文献5：(日本)专利第3084130号公报
(非专利文献)
非专利文献1：E.R.Dowski and W.T.Cathey，“Extended depth of fieldthrough wave-front coding”，Applied Optics，Vol.34，No.11，P.1859-1866(1995)
非专利文献2：A.Levin，R.Fergus，F.Durand and W.T.Freeman，“Image andDepth from a Conventional Camera with a Coded Aperture”，ACM Transactionson Graphics，Vol.26，No.3，Article 70，70-1-70-9(2007)
非专利文献3：H.Nagahara，S.Kuthirummal，C.Zhou and S.Nayar，“FlexibleDepth of Field Photography”，European Conference on Computer Vision(ECCV)，Oct.16th，Morning Session2：Computational Photography(2008)
非专利文献4：C.Tisse，H.P.Nguyen，R.Tesieres，M.Pyanet andF.Guichard，“Extended Depth-of-field(EDOF)using sharpness transport acrosscolour channels”，Optical Engineering+Applications，Part of SPIEOptics+Photonics，Sessionl--Imaging in the Optical Design Process：Depth ofField(2008)
非专利文献5：W.Chi and N.George，“Computational imaging with thelogarithmic asphere：theory”，Optical Society ofAmerica，Vol.20，No.12，December(2003)
非专利文献6：Y.Takahashi and S.Komatsu，“Optimized free-form phasemask for extension of depth of field in wavefront-coded imaging”，OpticalSociety of America，Optics Letters，Vol.33，No.13，July 1，(2008)
非专利文献7：高桥康久，尾花亮，小松进一，「ウエイブフロント·コ一デイング用最适化位相板-轴外の被写界深度扩张效果-」，Optics &Photonics Japan 2007(日本光学会年度学术演讲会)，预稿集，P.464-465(27pC2)，(2007)
发明的概要
发明要解决的问题
如此，在数字静态相机的用途上，存在各种各样的EDOF方式，其中，F-DOF方式有希望。于是，利用图13以及图14说明，实现F-DOF所需要的结构。
首先，图13是示出在曝光时间中使聚焦透镜发生位移的摄像装置500的结构的方框图。图13所示的摄像装置500包括摄像元件1、透镜2、聚焦透镜20、快门3、聚焦透镜位移控制部4、快门开关指示部5、释放接受部6、聚焦透镜初始位置检测部7、曝光时间决定部8、聚焦透镜位置初始化部18、曝光/焦点位移同步管理部10、图像复原处理部11、PSF存储部12、以及摄像数据记录部13。
在图13所示的摄像装置500中，在释放接受部6从用户接受曝光开始指示的情况下，聚焦透镜初始位置检测部7检测聚焦透镜20的当前的位置(初始位置)。而且，聚焦透镜位移控制部4，使聚焦透镜20移动，以使对焦位置移动到规定的对焦范围的端位置，例如图15所示移动到最近端。在此，在规定的对焦范围之中，以摄像装置500为基准，将与摄像装置500最近的距离作为最近端，将从摄像装置500最远的距离作为最远端。
接着，曝光/焦点位移同步管理部10，在指示聚焦透镜位移控制部4使快门3开关的同时，指示聚焦透镜位移控制部4使聚焦透镜20从最近端向最远端移动。而且，聚焦透镜位移控制部4，如图15所示，使聚焦透镜20移动，以使对焦位置，在曝光结束的同时到达最远端。
图14是示出在曝光期间中使摄像元件1发生位移的摄像装置600的结构的图。图14所示的摄像装置600，取代使所述的聚焦透镜20发生位移的摄像装置500的聚焦透镜位移控制部4、聚焦透镜初始位置检测部7、曝光/焦点位移同步管理部10、以及聚焦透镜位置初始化部18，而包括摄像元件初始位置检测部14、曝光/摄像元件位移同步管理部16、摄像元件位移控制部17、以及摄像元件位置初始化部19。
也就是说，图14所示的摄像装置600，与使聚焦透镜20移动的图13所示的摄像装置500不同，为了使对焦位置发生位移而使摄像元件1移动。对于其他的结构以及工作，由于与图13所示的摄像装置500共同，因此，向对应的构成要素赋予同一符号，并省略详细说明。并且，虽然图中没有示出，但是摄像装置600还具备包含聚焦透镜20的透镜2。
也就是说，采用F-DOF方式的摄像装置500、600，在从按下快门按钮之后到实际开始曝光为止的期间，需要使聚焦透镜20或摄像元件的位置初始化。从快门时滞的缩小的观点来看，与其他的EDOF方式相比，F-DOF非常不利。快门时滞是指，如图16所示，从用户指示曝光开始(即，按下快门按钮)后，到实际开始曝光为止所需要的时间。
快门时滞的详细内容是，在具有自动聚焦机构的摄像机中，其对焦所需要的时间与其他的各种处理所需要的时间(称为释放时滞)的和。并且，对于释放时滞的详细内容，可以示出，在单镜头反光相机等存在镜子的摄像机的情况下，其跳起所需要的时间，并且，根据规定的曝光来收缩光圈叶片的工作所需要的时间等。而且，对于快门时滞，通常需要100毫秒至几秒，对此，释放时滞为10至130毫秒左右，因此自动聚焦所需要的时间非常大。
在F-DOF以外的方式(例如WFC和CA等)的情况下，为了得到全焦点图像而不需要自动聚焦机构本身，因此能够省略对焦所需要的时间。其结果为，能够大幅度地缩小快门时滞。对此，在采用了F-DOF的摄像装置500、600的情况下，如上所述，能够进行全焦点图像的拍摄、通常的自动聚焦拍摄、以及手动聚焦拍摄。与此相反，在曝光中需要，使聚焦透镜20或摄像元件1，从远方对焦端位置移动到近方对焦端位置，或者，从近方对焦端位置移动到远方对焦端位置。因此，在曝光开始之前需要，使聚焦透镜20或摄像元件1移动到初始位置，即移动到远方对焦端位置或近方对焦端位置。
例如，假设以下的状态，即，紧在进行通常的自动聚焦拍摄或手动聚焦拍摄后，对焦于某焦点位置。然后，在想要拍摄全焦点图像的情况下，由于如上所述需要聚焦透镜的初始化，因此不能立刻开始曝光。
一般而言，能够容易推测为，对用户来说，EDOF技术，不仅提供从由全焦点图像的拍摄的对焦失败的解放这价值，还提供快门时滞的大幅度的缩小、即想要拍摄就能够瞬间地开快门这优点，这也成为大的价值之一。然而，在F-DOF方式的情况下存在的问题是，在以往的结构中，由于以如上所述的顺序来进行处理，因此不能得到后者的优点。
而且，在以往的显微镜用途和用于移动电话的小型相机(没有自动聚焦机构)中不存在该问题，而在数字静态相机、或按照其结构的摄像机中才存在该问题。
发明内容
为了解决所述以往的问题，本发明的目的在于提供F-DOF的快门时滞也小的摄像装置以及拍摄方法。
用于解决问题的手段
本发明的方式之一涉及的摄像装置，包括：摄像元件；透镜，使光聚光于所述摄像元件上而成像；初始对焦位置检测部，检测用于确定初始对焦位置的摄像元件与透镜的位置关系，该初始对焦位置是在从用户接受了曝光开始的指示的时刻的对焦位置；位移模式决定部，决定对焦位置的位移模式，以使曝光时间中的对焦位置，从根据所述初始对焦位置检测部检测出的摄像元件与透镜的位置关系确定的初始对焦位置开始，至少通过预先规定的对焦范围的最近端以及最远端各一次后，再次返回到初始对焦位置；以及位移控制部，根据在所述位移模式决定部决定的位移模式，使所述摄像元件以及所述透镜之中的一方移动，以使得：随着曝光开始，对焦位置从初始对焦位置移动；随着曝光结束，对焦位置再次到达初始对焦位置。
根据所述的结构，在F-DOF方式中，也不需要对对焦位置的初始化花费时间，因此能够实现快门时滞的大幅度的缩小。而且，对于通过最近端以及最远端的顺序，可以优先哪一方。并且，对于通过最近端以及最远端的次数，不仅限于各一次，而可以是多次。但是，优选的是，通过最近端以及最远端的次数一致。
也可以是，该摄像装置还包括曝光时间决定部，该曝光时间决定部，按照拍摄场景决定曝光时间。而且，也可以是，所述位移模式决定部，在所述曝光时间决定部决定的曝光时间越长，就越使表示曝光时间中的所述位移模式执行几次的往返次数增加。据此，即使曝光时间改变，实际上摄像元件或透镜的位移速度也相同，因此，电动机等的驱动装置的负担变小。
也可以是，所述位移模式决定部，决定对焦位置的位移模式，以使曝光时间中的对焦位置，从初始对焦位置开始，依次通过对焦范围的最近端、对焦范围的最远端后，再次返回到初始对焦位置，以作为一个例子。
也可以是，所述位移模式决定部，决定对焦位置的位移模式，以使曝光时间中的对焦位置，从初始对焦位置开始，依次通过对焦范围的最远端、对焦范围的最近端后，再次返回到初始对焦位置，以作为其他的例子。
根据所述的各个结构，能够保证从最近端到最远端之间的一定的曝光量，能够一边具有F-DOF的EDOF效果，一边实现快门时滞的大幅度的缩小。
也可以是，所述位移控制部，通过使所述透镜移动，从而使对焦位置发生位移，以作为一个例子。也可以是，所述位移控制部，通过使所述摄像元件移动，从而使对焦位置发生位移，以作为其他的例子。
如此，作为使对焦位置发生变化的方法的具体例子，可以考虑使透镜移动的方法，和使摄像元件移动的方法。在此，在自动聚焦功能的摄像装置中，通过采用使透镜移动的方法，从而能够将使透镜移动的机构与自动聚焦共享。
也可以是，该摄像装置，还包括：点扩散函数存储部，预先存储复原用点扩散函数；图像复原处理部，针对所述摄像元件所生成的摄像数据，利用所述复原用点扩散函数进行图像复原处理；以及摄像数据记录部，记录所述图像复原处理部所复原的复原图像。
本发明的方式之一涉及的拍摄方法是摄像装置拍摄图像时的拍摄方法，该摄像装置包括摄像元件以及透镜，该透镜使光聚光于所述摄像元件上而成像。具体而言，包括：初始对焦位置检测步骤，检测用于确定初始对焦位置的所述摄像元件与所述透镜的位置关系，该初始对焦位置是在从用户接受了曝光开始的指示的时刻的对焦位置；位移模式决定步骤，决定对焦位置的位移模式，以使曝光时间中的对焦位置，从根据在所述初始对焦位置检测步骤检测出的所述摄像元件与所述透镜的位置关系确定的初始对焦位置开始，至少通过预先规定的对焦范围的最近端以及最远端各一次后，再次返回到初始对焦位置；以及位移控制步骤，根据在所述位移模式决定步骤决定的位移模式，使所述摄像元件以及所述透镜之中的一方移动，以使得：随着曝光开始，使对焦位置从初始对焦位置移动；随着曝光结束，使对焦位置再次到达初始对焦位置。
而且，本发明，除了可以以作为如上所述的摄像装置以及拍摄方法来实现以外，也可以以作为使计算机执行拍摄方法中包含的步骤的程序来实现，还可以以实现摄像装置的功能的一部分的半导体集成电路(LSI)来实现。而且，也可以通过CD-ROM等的非暂时的计算机可读取的记录介质以及互联网等的传输介质来分发程序。
发明效果
根据本发明，通过设法摄像元件或聚焦透镜的曝光中的位移方法，从而能够实现作为F-DOF方式的缺点的快门时滞的大幅度的缩小。
附图说明
图1是示出本发明的实施例1涉及的摄像装置的概要结构的方框图。
图2是示出图1的摄像装置的工作的流程图。
图3是示出本发明的实施例1涉及的摄像装置的详细结构的方框图。
图4是示出本发明的实施例1涉及的摄像装置1的详细结构的方框图。
图5是被摄体距离u与像面侧距离v的位置关系的定义图。
图6是示出被摄体距离u与像面侧距离v的关系的一个例子的图表。
图7是示出聚焦透镜或摄像元件的位移模式的一个例子的图。
图8是示出聚焦透镜或摄像元件的位移模式的一个例子的图。
图9是示出聚焦透镜或摄像元件的位移模式的一个例子的图。
图10是示出聚焦透镜或摄像元件的位移模式的一个例子的图。
图11是示出本发明的实施例2涉及的摄像装置的详细结构的方框图。
图12是示出本发明的实施例2涉及的摄像装置的详细结构的方框图。
图13是以往的摄像装置的方框图。
图14是以往的摄像装置的方框图。
图15是示出以往的聚焦透镜或摄像元件的位移模式的一个例子的图。
图16是快门时滞以及释放时滞的关系的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的各个实施例。
(实施例1)
参照图1至图10说明本发明的实施例1中的摄像装置。
首先，参照图1以及图2说明本发明的实施例1涉及的摄像装置1000的结构以及工作。而且，图1是示出摄像装置1000的概要结构的方框图。图2是示出摄像装置1000的工作的流程图。如图1所示，摄像装置1000包括摄像元件110、透镜120、初始对焦位置检测部130、位移模式决定部140、以及位移控制部150。
摄像元件110，将成像后的图像变换为电信号来输出。对于摄像元件110的具体例，没有特别的限制，而可以采用例如CCD(Charge CoupledDevice Image Sensor)、或CMOS(Complementary Metal Oxide SemiconductorImage Sensor)等。
透镜120，使光聚光于摄像元件110上而成像。例如，透镜120，由包含聚焦透镜的多个透镜构成。
初始对焦位置检测部130检测，作为在从用户接受了曝光开始的指示的时刻的摄像装置1000的对焦位置(也称为“焦点位置”。以下相同。)的初始对焦位置(也称为“焦点初始位置”。以下相同。)(S11)。而且，对焦位置，由摄像元件110与透镜120的位置关系(更详细为距离)决定。也就是说，初始对焦位置检测部130，实际上检测用于确定初始对焦位置的摄像元件110与透镜120的位置关系。
位移模式决定部140，决定对焦位置的位移模式，以使曝光时间中的对焦位置，从根据初始对焦位置检测部130检测出的摄像元件110与透镜120的位置关系确定的初始对焦位置开始，至少通过预先规定的对焦范围的最近端以及最远端各一次后，再次返回到初始对焦位置(S12)。
而且，对于在此决定的位移模式，也可以先通过对焦范围的最近端以及最远端的哪一个。也就是说，也可以是如下位移模式，即，曝光时间中的对焦位置，从初始对焦位置开始，依次通过对焦范围的最近端、对焦范围的最远端后，再次返回到初始对焦位置。或者，也可以是如下位移模式，即，曝光时间中的对焦位置，从初始对焦位置开始，依次通过对焦范围的最远端、对焦范围的最近端后，再次返回到初始对焦位置。
进而，位移模式决定部140，决定表示在曝光时间中使位移模式执行几次的往返次数。而且，位移模式决定部140，在后述的曝光时间决定部决定的曝光时间越长，就越使该往返次数增加。例如，在曝光时间为10ms时的往返次数成为一次的情况下，在曝光时间为20ms时，使往返次数成为两次。据此，即使曝光时间改变，实际上摄像元件110或透镜120的位移速度也相同，因此，电动机等的驱动装置的负担变小。
位移控制部150，为了根据位移模式决定部140所决定的位移模式来使对焦位置发生变化，而通过使摄像元件110以及透镜120之中的一方移动，从而使两者之间的距离(相对位置)发生变化(S13)。具体而言，位移控制部150，使摄像元件110以及透镜120之中的一方移动，以使得：随着曝光开始(在曝光开始的同时)，对焦位置从初始对焦位置移动；随着曝光结束(在曝光结束的同时)，对焦位置再次到达初始对焦位置。
而且，“在曝光开始(曝光结束)的同时”是指，不严格要求同时性，而从接收控制信号到驱动装置驱动为止的时滞等的误差是允许的。并且，位移控制部150，可以使摄像元件110移动，来使对焦位置发生位移，也可以使透镜120移动，来使对焦位置发生位移。
图3是示出本发明的实施例1涉及的摄像装置100的详细结构的图。图3所示的摄像装置100包括摄像元件1、透镜2、聚焦透镜20、快门3、聚焦透镜位移控制部4、快门开关指示部5、释放接受部6、聚焦透镜初始位置检测部7、曝光时间决定部8、聚焦透镜位移模式决定部9、曝光/焦点位移同步管理部10、图像复原处理部11、PSF存储部12、以及摄像数据记录部13。
而且，图1的摄像元件110与图3的摄像元件1相对应，透镜120与透镜2相对应，初始对焦位置检测部130与聚焦透镜初始位置检测部7相对应，位移模式决定部140与聚焦透镜位移模式决定部9相对应，位移控制部150与聚焦透镜位移控制部4相对应。
图4是示出本发明的实施例1中的摄像装置200的详细结构的图。对于其结构和作用，除了省略的图像复原处理部11以及PSF存储部12以外，按照图3。与图3所示的摄像装置100相比，摄像装置200的特点是，将通过曝光而得到的图像直接记录到摄像数据记录部13。这试图着，不是在摄像装置200内实现图像复原处理，而在此后的其他的装置例如个人电脑、图像浏览器、或网络服务器等内实现图像复原处理。对于其他的结构，由于与图3的摄像装置100共同，因此，在下面以摄像装置100的结构以及工作为中心来进行说明。
在所述结构的摄像装置100中，在快门3为开状态时，若通过透镜2，被摄体的光学像成像于摄像元件1，则成像后的光学像，由摄像元件1变换为电信号。而且，通常，在使光学像成像时，为了对焦于所希望的被摄体，透镜2由聚焦透镜20以及其他的透镜群构成。并且，聚焦透镜20也可以由多个透镜构成。
在释放接受部6从用户接受曝光开始指示的情况下，聚焦透镜初始位置检测部7检测聚焦透镜20的当前的对焦位置(初始对焦位置)。
曝光时间决定部8，决定快门速度(曝光时间)以及光圈值等的拍摄参数。对于曝光时间，例如，像明亮时使曝光时间变短，黑暗时使曝光时间变长等那样，可以按照周围的亮度，由曝光时间决定部8决定，也可以接受用户的指示(拍摄运动快的被摄体、或拍摄风景等)来决定。
聚焦透镜位移模式决定部9，根据由聚焦透镜初始位置检测部7检测的聚焦透镜初始位置信息、以及在曝光时间决定部8决定的曝光时间信息，决定例如图7至图10所示的焦点位移模式。而且，聚焦透镜位移模式决定部9，决定按照该焦点位移模式的聚焦透镜20的位移模式，向曝光/焦点位移同步管理部10通知该位移模式。
曝光/焦点位移同步管理部10，根据该位移模式，对聚焦透镜位移控制部4以及快门开关指示部5进行曝光开始以及曝光结束的同步管理。也就是说，曝光/焦点位移同步管理部10，在向快门开关指示部5发出曝光开始的指示的同时，指示聚焦透镜位移控制部4，根据在聚焦透镜位移模式决定部9决定的位移模式，在曝光时间内使聚焦透镜20发生位移。
快门开关指示部5，在发出曝光开始指示的情况下，立刻进行控制，以使快门3打开。并且，经过规定的曝光时间之后，曝光/焦点位移同步管理部10，指示快门开关指示部5结束曝光。快门开关指示部5，在发出曝光结束指示的情况下，立刻进行控制，以使快门3关闭。并且，聚焦透镜位移控制部4，根据在聚焦透镜位移模式决定部9决定的位移模式，使聚焦透镜20移动，以使得：随着曝光开始，对焦位置从焦点初始位置移动；随着曝光结束，对焦位置再次到达焦点初始位置。
根据上述的顺序，若使被摄体的光学像成像于摄像元件1上，则成像后的光学像，由摄像元件1变换为电信号(图像信号)，图像信号被移向图像复原处理部11。同时，由曝光/焦点位移同步管理部10，向图像复原处理部11通知曝光结束以及进行了由F-DOF的焦点位移方式的拍摄。
图像复原处理部11，接受图像信号后，从PSF存储部12读出用于复原的PSF数据，进行图像复原处理。具体而言，预先通过测定或模拟来求出由焦点位移的模糊模式，PSF存储部12将其保持为PSF数据并且，对于图像复原的方法，周知的是，Wiener Filter(维纳滤波器)、Lucy-Richardson等的各种方法，可以利用哪种方法。而且，图像复原处理部11，将复原后的图像信号作为摄像数据来记录到摄像数据记录部13。
如图5所示，一般而言，若被摄体与透镜2之间的距离为被摄体距离u，透镜2与摄像元件1之间的距离为像面侧距离v，焦点距离为f，则根据透镜的公式，成立公式1的关系。
(算式1)
1 f = 1 u + 1 v ···(公式1)
并且，在存在多个透镜的情况下，考虑透镜主点位置。图6示出f为18[mm]时的被摄体距离u与像面侧距离v的关系，以作为一个例子。若聚焦透镜20发生位移，则作为透镜主点与摄像元件之间的距离的像面侧距离v发生位移。在此，向聚焦透镜20发出位移控制指示，以使焦点位置在摄像元件面以等速来发生位移，这意味着该像面侧距离v的变化速度是一定的。
而且，如图6所示，即使像面侧距离v以等速度来发生位移，也不是作为被摄体侧的焦点面与透镜主点之间的距离的被摄体距离u以等速度来发生位移。并且，图7至10的纵轴是像面侧距离v。也就是说，需要注意的是，曝光时间与被摄体距离u的关系，针对曝光时间与像面侧距离v的关系，大小相反。
也就是说，被摄体距离u侧的最近端以及最远端，针对像面侧的最近端以及最远端，大小相反。
在图7中，使焦点位置从焦点初始位置位移到针对被摄体侧的最近端，到达最近端之后，立刻折返来位移到最远端。到达最远端之后，再次立刻折返来位移到焦点初始位置。原则上使位移时的速度为一定的速度，决定该位移速度，从而在曝光时间决定部8决定的曝光时间内往返一次。
原则上使速度为一定，这是因为，为了以一律的复原用PSF来进行图像复原处理，而需要针对被摄体距离方向而得到均匀的模糊的缘故。为了得到均匀的模糊，而需要使像面侧的位移为一定，来使最近端至最远端的曝光量为一定。
图8示出使图7的位移模式在曝光时间内往返三次的情况。如此，即使往返整数次，也能够使最近端至最远端的曝光量为一定。
图9示出向与图7的位移模式相反的方向发生位移的位移模式的例子。使焦点位置从焦点初始位置位移到针对被摄体侧的最远端，到达最远端之后，立刻折返来位移到最近端。到达最近端之后，再次立刻折返来位移到焦点初始位置。原则上位移时的速度为一定的速度，决定该位移速度，从而在曝光时间决定部8决定的曝光时间内往返一次。如此，即使使最近端以及最远端的顺序相反，也能够使最近端至最远端的曝光量为一定。
图10示出使图9的位移模式在曝光时间内往返三次的情况。如此，即使使相反的位移模式往返整数次，也能够使最近端至最远端的曝光量为一定。
但是，像作为以往的位移模式的图15或作为本申请的实施例1涉及的位移模式的图7至10那样，在以一定的速度来位移的情况下，实际上，严格地说，与中心部的曝光量相比，最近端以及最远端的曝光量不一定。根据一般的透镜具有的散焦模式可知，周知的是，具有以下的模式，即，在对焦位置得到最鲜明的图像，另一方面，在其前后，其距离越大，鲜明度就逐渐降低。
由于在最近端以及最远端，位移被中止，因此，不能得到由从没有位移的一侧的散焦模式的、鲜明度的贡献。其结果为，在最近端以及最远端的鲜明度，比在中心部的鲜明度稍微低。为了补偿此，也可以进行控制，以使在最近端以及最远端的位移速度，比在中心部的位移速度低。在此情况下，应该注意，使位移往返整数次的时间，与曝光时间一致。
这样的结构的摄像装置100、200进行如上控制，从而能够保持F-DOF方式具有的高画质性、EDOF效果大、EDOF范围的任意设定性、EDOF拍摄与通常拍摄的切换容易性等，并且，能够实现快门时滞的大幅度的缩小。
(实施例2)
参照图11以及图12说明，本发明的实施例2中的摄像装置。
图11是示出本发明的实施例2中的摄像装置300的详细结构的图。图11所示的摄像装置300包括摄像元件1、快门3、快门开关指示部5、释放接受部6、曝光时间决定部8、图像复原处理部11、PSF存储部12、摄像数据记录部13、摄像元件初始位置检测部14、摄像元件位移模式决定部15、曝光/摄像元件位移同步管理部16、以及摄像元件位移控制部17。
而且，图1的摄像元件110与图11的摄像元件1相对应，透镜120与透镜2相对应，初始对焦位置检测部130与摄像元件初始位置检测部14相对应，位移模式决定部140与摄像元件位移模式决定部15相对应，位移控制部150与摄像元件位移控制部17相对应。并且，虽然图中没有示出，但是摄像装置300还具备包含聚焦透镜20的透镜2。
在所述结构的摄像装置300中，在释放接受部6从用户接受曝光开始指示的情况下，摄像元件初始位置检测部14检测摄像元件1的当前的位置(初始位置)。
曝光时间决定部8，决定快门速度以及光圈值等的拍摄参数。对于曝光时间，例如，像明亮时使曝光时间变短，黑暗时使曝光时间变长等那样，可以按照周围的亮度，由曝光时间决定部8决定，也可以接受用户的指示(拍摄运动快的被摄体、或拍摄风景等)来决定。
曝光/摄像元件位移同步管理部16，指示曝光开始，对摄像元件位移控制部17以及快门开关指示部5进行曝光开始以及曝光结束的同步管理。也就是说，曝光/焦点位移同步管理部10，在向快门开关指示部5发出曝光开始的指示的同时，指示摄像元件位移控制部17，根据在摄像元件位移模式决定部15决定的位移模式，在曝光时间内使摄像元件1发生位移。
而且，将摄像元件1的位移速度设为等速。快门开关指示部5，在发出曝光开始指示的情况下，立刻进行控制，以使快门3打开。并且，经过规定的曝光时间之后，曝光/摄像元件位移同步管理部16，指示快门开关指示部5结束曝光。快门开关指示部5，在发出曝光结束指示的情况下，立刻进行控制，以使快门3关闭。并且，摄像元件位移控制部17，根据在摄像元件位移模式决定部15决定的位移模式，使摄像元件1移动，以使得：随着曝光开始，对焦位置从焦点初始位置移动；随着曝光结束，对焦位置再次到达焦点初始位置。
根据上述的顺序，若使被摄体的光学像成像于摄像元件1上，则成像后的光学像，由摄像元件1变换为电信号(图像信号)，图像信号被移向图像复原处理部11。同时，由曝光/摄像元件位移同步管理部16，向图像复原处理部11通知曝光结束以及进行了由F-DOF的摄像元件位移方式的拍摄。除此以外的结构，按照图3的使聚焦透镜20发生位移的情况。
图12是示出本发明的实施例2中的摄像装置400的详细结构的图。对于摄像装置400的结构和作用，除了省略的图像复原处理部11以及PSF存储部12以外，按照图11。与图11所示的摄像装置300相比，摄像装置400的特点是，将通过曝光而得到的图像直接记录到摄像数据记录部13。这试图着，不是在摄像装置400内实现图像复原处理，而在此后的其他的装置例如个人电脑、图像浏览器、网络服务器等内实现图像复原处理。
摄像元件位移模式决定部15，根据由摄像元件初始位置检测部14检测的摄像元件初始位置、以及在曝光时间决定部8决定的曝光时间信息，决定例如图7至图10所示的焦点位移模式。而且，摄像元件位移模式决定部15，决定按照该焦点位移模式的摄像元件1的位移模式，向曝光/焦点位移同步管理部10通知该位移模式。
而且，在使摄像元件1发生位移的情况下，根据图5明确，若不使透镜2的位置发生位移，则焦点位移模式成为摄像元件1自己的位移模式本身。曝光/摄像元件位移同步管理部16，根据该位移模式，对摄像元件位移控制部17及快门开关指示部5进行曝光开始以及结束的同步管理。
对于摄像元件1的位移模式，按照实施例1所示的图7至图10的模式。与实施例1的结构相比，区别在于摄像元件1本身发生位移，而位移模式是共同的。
这样的结构的摄像装置300、400进行如上控制，从而能够保持F-DOF方式具有的高画质性、EDOF效果大、EDOF范围的任意设定性、EDOF拍摄与通常拍摄的切换容易性等，并且，能够实现快门时滞的大幅度的缩小。
以上，说明了本发明的实施例涉及的摄像装置，但是，本发明不仅限于该实施例。
并且，所述实施例涉及的摄像装置中包含的多个处理部中的至少一部分，被实现为作为集成电路的LSI。可以将它们分别单芯片化，也可以将它们单芯片化，使得包含一部分或全部。
并且，集成电路化不仅限于LSI，而可以以专用电路或通用处理器来实现。也可以利用在制造LSI后能够编程的FPGA(Field Programmable GateArray：现场可编程门阵列)、或可重构LSI内部的电路单元的连接或设定的可重构处理器。
并且，也可以是，通过CPU等的处理器执行程序，从而实现本发明的实施例涉及的摄像装置的功能的一部分。
并且，本发明可以是所述程序，也可以是记录有所述程序的非暂时的计算机可读取的记录介质。并且，当然，能够通过互联网等的传输介质来分发所述程序。
并且，也可以组合所述实施例涉及的摄像装置、以及其变形例的功能中的至少一部分。
并且，在上述利用了的数字都是为了具体说明本发明而示出的例子，本发明不仅限于以例子来示出的数字。
进而，在不脱离本发明的要旨的范围内所进行的本领域的技术人员能够想到的各种变形也包含在本发明的范围内。
工业实用性
本发明涉及的摄像装置以及拍摄方法，通过设法摄像元件或聚焦透镜的曝光中的变动方法，从而能够实现作为F-DOF方式的缺点的快门时滞的大幅度的缩小。
这样的结构，例如有用于民用或工业用摄像装置(数字静态相机)等的领域。
符号说明
1、110摄像元件
2、120透镜
20聚焦透镜
3快门
4聚焦透镜位移控制部
5快门开关指示部
6释放接受部
7聚焦透镜初始位置检测部
8曝光时间决定部
9聚焦透镜位移模式决定部
10曝光/焦点位移同步管理部
11图像复原处理部
12PSF存储部
13摄像数据记录部
14摄像元件初始位置检测部
15摄像元件位移模式决定部
16曝光/摄像元件位移同步管理部
17摄像元件位移控制部
18聚焦透镜位置初始化部
19摄像元件位置初始化部
100、200、300、400、500、600、1000摄像装置
130初始对焦位置检测部
140位移模式决定部
150位移控制部

Claims (8)

1.一种摄像装置，包括：
摄像元件；
透镜，使光聚光于所述摄像元件上而成像；
初始对焦位置检测部，检测用于确定初始对焦位置的所述摄像元件与所述透镜的位置关系，该初始对焦位置是在从用户接受了曝光开始的指示的时刻的对焦位置；
位移模式决定部，决定对焦位置的位移模式，以使曝光时间中的对焦位置，从根据所述初始对焦位置检测部检测出的所述摄像元件与所述透镜的位置关系确定的初始对焦位置开始，至少通过预先规定的对焦范围的最近端以及最远端各一次后，再次返回到初始对焦位置；以及
位移控制部，根据在所述位移模式决定部决定的位移模式，使所述摄像元件以及所述透镜之中的一方移动，以使得：随着曝光开始，对焦位置从初始对焦位置移动；随着曝光结束，对焦位置再次到达初始对焦位置。
2.如权利要求1所述的摄像装置，
该摄像装置还包括曝光时间决定部，该曝光时间决定部，按照拍摄场景决定曝光时间，
所述位移模式决定部，在所述曝光时间决定部决定的曝光时间越长，就越使表示曝光时间中的所述位移模式执行几次的往返次数增加。
3.如权利要求1或2所述的摄像装置，
所述位移模式决定部，决定对焦位置的位移模式，以使曝光时间中的对焦位置，从初始对焦位置开始，依次通过对焦范围的最近端、对焦范围的最远端后，再次返回到初始对焦位置。
4.如权利要求1或2所述的摄像装置，
所述位移模式决定部，决定对焦位置的位移模式，以使曝光时间中的对焦位置，从初始对焦位置开始，依次通过对焦范围的最远端、对焦范围的最近端后，再次返回到初始对焦位置。
5.如权利要求1至4的任一项所述的摄像装置，
所述位移控制部，通过使所述透镜移动，从而使对焦位置发生位移。
6.如权利要求1至4的任一项所述的摄像装置，
所述位移控制部，通过使所述摄像元件移动，从而使对焦位置发生位移。
7.如权利要求1至6的任一项所述的摄像装置，
该摄像装置，还包括：
点扩散函数存储部，预先存储复原用点扩散函数；
图像复原处理部，针对所述摄像元件所生成的摄像数据，利用所述复原用点扩散函数进行图像复原处理；以及
摄像数据记录部，记录所述图像复原处理部所复原的复原图像。
8.一种拍摄方法，该拍摄方法是摄像装置拍摄图像时的拍摄方法，该摄像装置包括摄像元件以及透镜，该透镜使光聚光于所述摄像元件上而成像，
所述拍摄方法包括：
初始对焦位置检测步骤，检测用于确定初始对焦位置的所述摄像元件与所述透镜的位置关系，该初始对焦位置是在从用户接受了曝光开始的指示的时刻的对焦位置；
位移模式决定步骤，决定对焦位置的位移模式，以使曝光时间中的对焦位置，从根据在所述初始对焦位置检测步骤检测出的所述摄像元件与所述透镜的位置关系确定的初始对焦位置开始，至少通过预先规定的对焦范围的最近端以及最远端各一次后，再次返回到初始对焦位置；以及
位移控制步骤，根据在所述位移模式决定步骤决定的位移模式，使所述摄像元件以及所述透镜之中的一方移动，以使得：随着曝光开始，使对焦位置从初始对焦位置移动；随着曝光结束，使对焦位置再次到达初始对焦位置。
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