CN102449548A - 摄像设备 - Google Patents

Abstract

一种摄像设备，包括：图像传感器，其包括图像形成像素和焦点检测像素，各个图像形成像素生成图像生成用的信号，各个焦点检测像素生成相位差检测用的信号；读出部件，用于读出图像传感器的各个像素的信号；焦点检测部件，用于利用来自焦点检测像素的相位差检测用的信号，通过相位差检测方法来检测焦点；以及切换部件，用于在读出部件在间隔剔除之后读出图像传感器的像素的信号的情况与读出部件在不间隔剔除时读出图像传感器的像素的信号的情况之间，切换要用于焦点检测部件进行的焦点检测的焦点检测像素的组合。

Description

摄像设备

技术领域

本发明涉及用于拍摄被摄体图像的摄像设备，更特别地，涉及用于基于来自图像传感器中所配置的焦点检测像素的信号来检测焦点的摄像设备。

背景技术

传统上，例如，日本专利3592147提出了包括在图像传感器的图像形成像素中离散配置的焦点检测像素的摄像设备。根据日本专利3592147，图像传感器的一部分包括两种类型的多个焦点检测像素(相位差检测像素)。图5是示出包括配置在特定行上的焦点检测像素的图像传感器的像素配置的例子的图。参考图5，R、G和B分别表示在光入射面上配置有红色、绿色和蓝色滤波器的像素。S1和S2表示具有相对于光轴中心对称的视场以获得不同光学特性的焦点检测像素。如图5所示，在图像传感器上，将焦点检测像素配置在具有R、G和B颜色滤波器的像素之间，以获得彩色图像信号。

图6示出第一焦点检测像素S1的结构。参考图6，第一焦点检测像素具有配置在顶部的微透镜501。平滑层502构成用于形成微透镜的平面。遮光层503具有从像素的光电转换区域的中心偏移至一侧(偏心)的开口部。遮光层503具有用于限制入射光的光圈的效果。附图标记504表示光电转换元件。

图7示出第二焦点检测像素S2的结构。图7与图6的区别在于：将遮光层603的开口部设置得与第一焦点检测像素的遮光层503的开口部相对于光轴中心对称。注意，如同图6中那样，附图标记601表示微透镜；602表示平滑层；并且604表示光电转换元件。

在图5中，随着像素的数量增加，包括第一焦点检测像素S1的行和包括第二焦点检测像素S2的行形成适当的图像。如果被摄体光经由摄像光学系统在像素上聚焦，则包括第一焦点检测像素S1的行的图像信号与包括第二焦点检测像素S2的行的图像信号一致。如果被摄体光散焦，则在包括第一焦点检测像素S1的行的图像信号与包括第二焦点检测像素S2的行的图像信号之间生成相位差。当光朝向照相机前方散焦时所生成的相位偏移的方向与当光朝向照相机后方散焦时所生成的相位偏移的方向相反。当从第一焦点检测像素S1和第二焦点检测像素S2察看时，摄像光学系统看起来像是相对于光学中心对称地分割光瞳。

图8A和8B是用于说明散焦所引起的图像的相位偏移的示意图。参考图8A和8B，使第一焦点检测像素S1和第二焦点检测像素S2抽象地接近，并且分别用点A和B表示S1和S2。为了帮助理解，未示出摄像用的R、G和B像素，从而仅如上述那样配置焦点检测像素。来自被摄体的特定点的光可以分割为经由与点A相对应的光瞳入射至点A的光束ΦLa和经由与点B相对应的光瞳入射至点B的光束ΦLb。两个光束来自同一点。因而，如果摄像光学系统的焦点位于图像传感器上，则光束到达单一微透镜的一个点，如图8A所示。然而，如果焦点向近侧移动例如距离x，则光束以光入射角的改变量彼此偏移，如图8B所示。如果焦点向远侧移动距离x，则光束在相反方向偏移。

由于这些原因，因而如果摄像光学系统处于聚焦，则由点A的阵列所形成的图像信号和由点B的阵列所形成的图像信号彼此一致。否则，图像信号偏移。日本专利3592147所说明的摄像设备基于上述原理检测焦点。

然而，当拍摄静止图像时，包括焦点检测像素的图像传感器会丢失与焦点检测像素的位置相对应的像素数据。如果利用焦点检测像素所获得的信号作为静止图像用的图像信号，则由于视场不同、因而丢失了周边像素信号的连续性，并且图像看起来有缺陷。

为解决该问题，日本专利3592147所说明的摄像设备基于周边像素的图像信号、对与焦点检测像素的位置相对应的图像信号进行插值。在如图5所示的图像传感器的像素配置中，在摄像的图像信号中所包括的部分S1和S2中插入来自周边像素的插值数据。参考图5，将摄像用的R、G和B像素排列为拜耳矩阵。利用焦点检测像素S1和S2替换数个G像素。代替由于焦点检测像素S1或S2的存在而丢失的各G像素的数据，根据位于倾斜方向的四个邻接G像素的数据生成合成G像素数据，并且将其用作为丢失的G像素数据。

传统的数字照相机等在液晶显示装置等上以实时取景显示模式显示图像，以使得用户可以不通过察看光学取景器而是通过察看液晶屏幕来确定构图。在实时取景显示模式下，代替读出像素数量持续增加的图像传感器的所有像素的图像信号，对所有像素的信号以预定比率进行间隔剔除，然后读出。当间隔剔除像素信号时，在间隔剔除之后读出的图像数据不总是包括焦点检测像素。这使得不可能通过相位差检测方法来检测焦点。

发明内容

考虑到上述问题作出了本发明，并且本发明使得即使在间隔剔除并且读出像素信号的情况下、也能够通过相位差检测方法进行焦点检测。

根据本发明，提供一种摄像设备，包括：图像传感器，其包括图像形成像素和焦点检测像素，各个所述图像形成像素对经由摄像镜头形成的被摄体图像进行光电转换以生成图像生成用的信号，所述焦点检测像素离散配置在多个所述图像形成像素之间，各个所述焦点检测像素分割所述摄像镜头的光瞳区域并且对来自分割出的光瞳区域的被摄体图像进行光电转换以生成相位差检测用的信号；读出部件，用于读出所述图像传感器的各个像素的信号；焦点检测部件，用于利用来自所述焦点检测像素的相位差检测用的信号，通过相位差检测方法来检测焦点；以及切换部件，用于在所述读出部件在进行间隔剔除之后读出所述图像传感器的像素的信号的情况与所述读出部件在不进行间隔剔除时读出所述图像传感器的像素的信号的情况之间，切换要用于所述焦点检测部件进行的焦点检测的焦点检测像素的组合。

根据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是示出根据本发明的实施例的摄像设备的整体结构的框图；

图2A和2B是示出焦点检测像素的配置的示意图；

图3是示出根据本发明的实施例的摄像设备的操作的流程图；

图4是示出在进行间隔剔除读出和不进行间隔剔除读出的情况下的焦点检测像素选择操作的流程图；

图5是示出包括焦点检测像素的传统图像传感器的像素阵列的图；

图6是示出传统的第一焦点检测像素的结构的图；

图7是示出传统的第二焦点检测像素的结构的图；以及

图8A和8B是用于说明散焦所引起的图像的相位偏移的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图说明本发明的实施例。图1是示出根据本发明的实施例的摄像设备的整体结构的框图。

参考图1，摄像设备100包括用于形成被摄体的图像的镜头(摄像镜头)101、用于控制镜头的焦点位置的镜头控制单元102、以及调整入射光量的光圈103。摄像设备100还包括由CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器构成的用以对被摄体图像进行光电转换的图像传感器104。图像传感器104包括由用于图像生成的像素构成的图像形成像素组105，其中，用于图像生成的像素具有设置在光接收表面上的R、G和B颜色滤波器，并且用于获取摄像用的图像信号。图像传感器104还包括由要用于焦点检测的多组焦点检测像素(相位差检测像素)构成的焦点检测像素组106，焦点检测像素具有相对于光轴对称的光学结构，并且在离散配置的情况下、焦点检测像素存在于多个焦点检测区域中。图像传感器104还包括光瞳分割光学系统107，光瞳分割光学系统107限制入射光，并且以对称分割摄像镜头的光瞳区域的方式使光入射至焦点检测像素组106的焦点检测像素对。

摄像设备100还包括焦点检测单元108，焦点检测单元108基于在焦点检测像素组106中具有相对于光轴对称的光学结构的两个类型的焦点检测像素的相位偏移量，检测焦点。摄像设备100还包括空间频率检测单元109，空间频率检测单元109对在图像形成像素组105中位于焦点检测像素组106附近的多个像素(以下称为邻近像素组)所形成的图像信号的高频成分的强度进行检测。摄像设备100还包括判断切换单元110，判断切换单元110选择像素插值单元112(下文说明)基于利用焦点检测像素组106的焦点检测结果进行插值处理、或者像素插值单元112基于利用空间频率检测单元109的高频成分的强度进行插值处理。

如图6和7所示，在焦点检测像素组106中，遮光层503和603限制视场。焦点检测像素组106在光入射面上不具有颜色滤波器。因而，焦点检测像素组106的图像信号的电平与由图像形成像素组105中的位于焦点检测像素组106附近的多个像素(下文称为邻近像素组)所形成的图像信号的电平不同。为了使焦点检测像素组106的图像信号的电平与邻近像素组的图像信号的电平更接近，摄像设备100包括用于调整焦点检测像素组106的增益的增益调整单元111。

摄像设备100还包括像素插值单元112，像素插值单元112基于判断切换单元110的判断，通过基于从图像传感器104所获得的图像形成像素组105的图像信号进行插值，生成与焦点检测像素组106的焦点检测像素的位置相对应的图像数据。摄像设备100还包括图像处理单元113，图像处理单元113针对从图像形成像素组105输出的图像信号进行伽玛校正、白平衡调整、重采样和预定图像压缩编码等。摄像设备100还包括用于显示从图像处理单元113所输出的图像数据的显示单元114、以及用于记录图像数据的记录单元115。摄像设备100还包括用于接受操作者的操作输入的操作单元116、以及用于控制整个摄像设备100的照相机控制单元117。注意，照相机控制单元117利用从焦点检测像素组106获得的图像信号的相位差、通过相位差检测方法进行自动调焦。

图2A和2B是示出焦点检测像素的配置的示意图。如图2A所示，当不进行间隔剔除时，利用在R和B像素的位置处的焦点检测像素对进行焦点检测。在此情况下，在R像素的位置处配置的焦点检测像素与S1相对应，并且在B像素的位置处配置的焦点检测像素与S2相对应。焦点检测像素的配置位置不限于此实施例的例子。然而，在此实施例中，假定与焦点检测像素S1和S2相对应的像素分别配置在R和B像素的位置处。如图2B所示，当进行了间隔剔除时，利用在间隔剔除后剩余的R和B像素的位置处最接近的焦点检测像素对来进行焦点检测。在此实施例中，按每三行执行间隔剔除。进行该间隔剔除以使得图像数据包括焦点检测像素。

图3是示出根据此实施例的摄像设备的操作的流程图。当根据操作单元116的操作输入生成了AF指示时，此实施例的摄像设备开始步骤S301。注意，将在假定在AF指示之前提前进行了曝光控制的情况下进行说明。在步骤S301中，当生成了AF指示时，图像传感器104在焦点检测像素组106中累积电荷。当累积已结束时，图像传感器104将焦点检测像素组106的图像信号输出至焦点检测单元108。在输出之后，焦点检测单元108基于焦点检测像素组106中的像素S1和S2的阵列之间的图像偏移量来计算散焦量，并且指示镜头控制单元102根据散焦量移动镜头101的焦点位置。在接收到指示时，镜头控制单元102移动镜头101的焦点位置。图4示出像素对S1和S2的选择。在移动之后，由于被摄体图像的散焦状态改变，因而认为曝光条件改变了。因而，在新的焦点位置处再次进行曝光控制，并且处理进入步骤S302。

这里，将参考图4说明在间隔剔除像素信号并从图像传感器104读出像素信号的情况下、以及在不进行间隔剔除时读出像素信号的情况下选择焦点检测像素S1和S2的方法。在此实施例中，在实时取景模式下进行AF操作，其中，在实时取景模式下，在显示单元114上顺次显示图像传感器104所顺次获得的图像。在实时取景模式下，通常通过间隔剔除图像传感器104的像素，在显示单元114上显示较小数量的像素的图像数据。然而，在某些情况下，在不间隔剔除像素的情况下读出图像传感器104的像素信号。在之后通过处理减少数据量之后，在显示单元114上显示图像数据。由于该原因，在AF处理阶段选择是否间隔剔除像素。通过图4所示的操作选择焦点检测像素对。

在图4的步骤S4000中，判断是否进行间隔剔除。如果不进行间隔剔除，则在步骤S4010中选择针对不间隔剔除的图像的焦点检测像素对(见图2A)。另一方面，如果要进行间隔剔除，则在步骤S4020中，选择针对间隔剔除的图像的焦点检测像素对(见图2B)。针对间隔剔除的图像，进行间隔剔除以使得图像数据包括焦点检测像素。此外，使最接近的像素成对。之后，在步骤S4030中，利用所选择的像素进行相关计算。在步骤S4040中，执行焦点检测处理。

再参考图3，在步骤S302中，照相机控制单元117判断是否根据操作单元116的操作输入生成了摄像指示。如果在步骤S301中的AF之后进行了摄像指示用的操作输入，则处理进入步骤S303。如果尚未进行摄像指示用的操作输入，则再次进行步骤S302中的判断。在步骤S303中，在图像传感器104的图像形成像素组105和焦点检测像素组106中累积电荷。当累积已结束时，图像传感器104将图像形成像素组105的图像信号输出至空间频率检测单元109和像素插值单元112，并且将焦点检测像素组106的图像信号输出至焦点检测单元108和增益调整单元111。在输出之后，处理进入步骤S304。

在步骤S304，将像素插值单元112对摄像面上的各测距点进行插值处理要使用的计数器初始化。计数器值n表示相应的测距点。在步骤S304中，代入“1”作为n的初始值，从而首先对第一个测距点进行插值处理。在设置之后，处理进入步骤S3000。

在步骤S3000中，计算在关注像素周围具有相同颜色的周边像素的标准偏差σ。在步骤S3010中，计算具有相同颜色的周边像素的平均值a。在步骤S3020中，基于σ/a确定增益校正率P和插值校正率Q(＝1-P)。P与σ/a成比例(对于0≤P≤1)。当σ小时(＝当空间频率低时)，增益校正率低，并且插值校正率高。反之，当σ大时(＝当空间频率高时)，增益校正率高，并且插值校正率低。此外，当平均值a大时(＝当空间频率低时)，增益校正率低，并且插值校正率高。反之，当平均值a小时(＝当空间频率高时)，增益校正率高，并且插值校正率低。

在步骤S3030中，确定增益校正量Tp。通过将关注像素乘以预定增益量α来获得Tp。在步骤S3040中，确定插值校正量Tq。根据具有相同颜色的周边像素的平均值获得Tq。在步骤S3050中，根据在步骤S3020中所获得的增益校正率P和插值校正率Q，计算Tp×P+Tq×Q作为总校正量。

在步骤S313中，照相机控制单元117判断像素插值单元112是否已对所有测距点执行了插值处理。如果尚未对所有测距点进行插值处理，则在步骤S314中使计数器值n递增1，并且处理返回步骤S3000以对下一个测距点进行上述处理。如果已处理所有测距点，则处理进入步骤S315。

在步骤S315中，图像处理单元113对插值后的图像数据进行伽玛校正、白平衡调整、重采样和预定图像压缩编码。图像处理单元113向显示单元114输出经过了伽玛校正、白平衡调整和显示用的重采样的图像数据。在输出之后，显示单元114显示所输出的图像数据以允许用户确认所拍摄的图像。图像处理单元113还向记录单元115输出经过了伽玛校正、白平衡调整、记录用的重采样和图像压缩编码的图像数据。在输出之后，记录单元115记录所输出的图像数据。利用上述操作，进行间隔剔除以使得图像数据包括焦点检测像素，并且改变要进行相关计算的像素对。这使得即使在间隔剔除图像时，也可以利用适当的像素对进行相关计算和焦点检测处理。

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。

本申请要求于2009年5月25日提交的日本专利申请2009-125849的优先权，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (3)

1.一种摄像设备，包括：

图像传感器，其包括图像形成像素和焦点检测像素，各个所述图像形成像素对经由摄像镜头形成的被摄体图像进行光电转换以生成图像生成用的信号，所述焦点检测像素离散配置在多个所述图像形成像素之间，各个所述焦点检测像素分割所述摄像镜头的光瞳区域并且对来自分割出的光瞳区域的被摄体图像进行光电转换以生成相位差检测用的信号；

读出部件，用于读出所述图像传感器的各个像素的信号；

焦点检测部件，用于利用来自所述焦点检测像素的相位差检测用的信号，通过相位差检测方法来检测焦点；以及

切换部件，用于在所述读出部件在进行间隔剔除之后读出所述图像传感器的像素的信号的情况与所述读出部件在不进行间隔剔除时读出所述图像传感器的像素的信号的情况之间，切换要用于所述焦点检测部件进行的焦点检测的焦点检测像素的组合。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，当在进行间隔剔除之后读出所述图像传感器的像素的信号时，所述读出部件间隔剔除并读出所述图像传感器的像素的信号以使得该信号包括所述焦点检测像素。

3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，当在进行间隔剔除之后读出所述图像传感器的像素的信号时，所述切换部件切换所述焦点检测像素的组合，以使得将在未被剔除的剩余像素中最接近的焦点检测像素的组合用于所述焦点检测部件进行的焦点检测。

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