CN105430256A - 摄像设备和摄像设备的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摄像设备和摄像设备的控制方法。使用从焦点检测像素所获得的信号的相位差检测型的焦点检测的精度得以提高。基于从图像传感器所获得的图像信号来计算摄像光学系统的散焦量(S1108)。另一方面，计算基于图像信号的对比度信息的评价值(S1105)，并且基于该评价值来判断是否考虑过去所计算出的散焦量(S1112)。如果判断为考虑过去所计算出的散焦量，则基于包括过去所计算出的散焦量的多个散焦量来计算最终散焦量(S1114)。

Description

摄像设备和摄像设备的控制方法

技术领域

本发明涉及摄像设备和摄像设备的控制方法，尤其涉及自动焦点检测技术。

背景技术

已知向图像传感器中所配置的像素群的一部分提供特定功能以使用从该图像传感器所获得的信号来实现相位差检测型的自动焦点检测(AF)。例如，日本特开2000-292686公开了如下的图像传感器，其中在该图像传感器中，通过在使受光区域相对于片上微透镜的光轴偏移的情况下配置该受光区域而配置有光瞳分割功能的焦点检测像素按规定间隔配置在像素区域内。利用该图像传感器，可以基于从具有不同的光瞳分割方向的焦点检测像素所获得的一对信号来进行相位差检测型的焦点检测。

另一方面，近来的摄像设备在从图像传感器的像素中读出信号时使用适合这些信号用途的方法。例如，在进行实时取景显示的情况下，由于显示设备的分辨率低于图像传感器中的像素数，因此通过在对多个像素的信号进行相加的情况下读出这些像素、或者在对这多个像素的信号进行间隔剔除的情况下读出这些像素来获得适合显示的像素数的信号。同样在还记录运动图像的情况下，获取到运动图像分辨率的图像。在如实时取景显示的情况那样拍摄并记录运动图像的情况下，不同于记录静止图像的情况，显示的平滑性相比分辨率更加重要，因此期望增加帧频。

然而，如果增加帧频，则每帧的曝光时间变短。由于该原因，特别是对于低亮度被摄体，难以维持使用从焦点检测像素所获得的信号的自动焦点检测的精度。关于该问题，日本特开2008-085738提出了针对多个帧将从焦点检测像素所获得的信号相加并且使用相加后的信号来进行焦点检测的方法。

散焦量与从焦点检测像素所获得的一对信号间的位置差(相位差)之间的关系根据诸如f值等的拍摄条件而改变。因此，在将该位置差转换成散焦量时要使用的系数需要是适合拍摄条件的值。然而，利用日本特开2008-085738所述的、将通过相加而获得的一对图像信号之间的位置差转换成散焦量的结构，即使在对焦点检测像素的信号进行相加的时间段内拍摄条件发生改变的情况下，也将利用一个系数来进行向散焦量的转换。因此，难以获得精确的散焦量。

发明内容

本发明是有鉴于传统技术的上述问题而作出的。本发明提供使用从焦点检测像素所获得的信号的相位差检测型的焦点检测的精度有所提高的摄像设备、以及该摄像设备的控制方法。

根据本发明的方面，提供一种摄像设备，包括：图像传感器，其能够获取在相位差检测型的焦点检测中所要使用的图像信号；第一计算部件，用于基于所述图像信号来计算摄像光学系统的散焦量；第二计算部件，用于计算基于所述图像信号的对比度信息的评价值；判断部件，用于基于所述评价值来判断是否考虑过去所计算出的散焦量；以及第三计算部件，用于在所述判断部件判断为考虑过去所计算出的散焦量的情况下，基于包括过去所计算出的散焦量的多个散焦量来计算最终散焦量，以及在所述判断部件判断为不考虑过去所计算出的散焦量的情况下，基于不包括过去所计算出的散焦量的散焦量来计算所述最终散焦量。

根据本发明的另一方面，提供一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括能够获取在相位差检测型的焦点检测中所要使用的图像信号的图像传感器，所述控制方法包括以下步骤：第一计算步骤，用于基于所述图像信号来计算摄像光学系统的散焦量；第二计算步骤，用于计算基于所述图像信号的对比度信息的评价值；判断步骤，用于基于所述评价值来判断是否考虑过去所计算出的散焦量；以及第三计算步骤，用于在所述判断步骤中判断为考虑过去所计算出的散焦量的情况下，基于包括过去所计算出的散焦量的多个散焦量来计算最终散焦量，以及在所述判断步骤中判断为不考虑过去所计算出的散焦量的情况下，基于不包括过去所计算出的散焦量的散焦量来计算所述最终散焦量。

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是示出用作根据本发明实施例的摄像设备的数字静态照相机的示例性功能结构的图。

图2是示出图1中的图像传感器的示例性结构的框图。

图3A和3B是示出实施例中的图像传感器内的摄像像素的示例性配置和结构的图。

图4A和4B是示出实施例中的图像传感器内所设置的、用于沿镜头的水平方向(横方向)进行光瞳分割的焦点检测像素的示例性配置和结构的图。

图5A和5B是示出实施例中的图像传感器内所设置的、用于沿镜头的垂直方向(纵方向)进行光瞳分割的焦点检测像素的示例性配置和结构的图。

图6A和6B是示意性示出入射到图像传感器的中央附近的像素上的光束受到摄像光学系统中的位于出射光瞳面的位置的光圈所限制的状态的图。

图7A和7B是示意性示出入射到图像传感器中的具有像高的像素上的光束受到摄像光学系统中的位于出射光瞳面的位置的光圈所限制的状态的图。

图8是示出实施例中的图像传感器内的摄像像素和焦点检测像素的示意性配置的图。

图9是示出实施例中所设置的焦点检测区域的示例性位置的图。

图10是示出实施例中的照相机的整体操作的流程图。

图11A和11B是示出实施例中的自动焦点检测处理的详情的流程图。

图12是示出实施例中的运动图像拍摄处理的详情的流程图。

图13是用于说明实施例中的位置差计算的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图来详细说明本发明的典型实施例。

图1是示出用作根据本发明实施例的示例性摄像设备的数字静态照相机100(以下简称为照相机100)的示例性功能结构的图。

第一透镜组101配置在摄像光学系统(成像光学系统)的前端，并且被保持成可以沿着光轴前后移动。快门102不仅用作用于控制拍摄静止图像时的曝光时间的快门，而且还用作用于通过调节开口直径来调节拍摄时的光量的光圈。配置在快门102的背面(图像传感器侧)的第二透镜组103可以与快门102一体地沿着光轴前后移动，并且连同第一透镜组101一起实现变焦功能。

第三透镜组105是调焦透镜并且可以沿着光轴前后移动。以下将第三透镜组105称为调焦透镜。利用调焦透镜105的位置来调节摄像光学系统的焦点位置。因此，与调焦透镜的位置(例如，脉冲计数位置等)有关的信息是表示摄像光学系统的聚焦状态的信息。可以利用CPU121经由调焦驱动电路126来获取与调焦透镜105的位置有关的信息。光学低通滤波器106配置在图像传感器107的前方，并且减轻所拍摄图像中所产生的伪色和摩尔纹。图像传感器107包括二维CMOS图像传感器及其周边电路。在本实施例中，图像传感器107是如下的二维单板彩色图像传感器，其中在该二维单板彩色图像传感器中，多个受光元件分别沿横方向(即，m个受光元件)和纵方向(即，n个受光元件)二维地排列，并且具有拜尔模式的原色马赛克滤波器以单片形式形成在这些受光元件上。颜色滤波器在各像素中限制入射到受光像素上的透过光的波长。

变焦致动器111根据变焦驱动电路129的控制来使凸轮管(未示出)转动以沿着光轴驱动第一透镜组101和第三透镜组105至少之一，并且实现变焦(变倍)功能。快门致动器112根据快门驱动电路128的控制，来控制快门102的开口直径以调节摄像所用的光量并且控制拍摄静止图像时的曝光时间。

调焦致动器114根据调焦驱动电路126的控制来沿着光轴驱动第三透镜组105。

闪光灯115可以是使用氙气闪光管的闪光照明装置，而且还可以是具有连续发光的LED的照明装置。AF辅助光输出单元116将具有规定开口图案的掩模的图像经由投影透镜投影到被摄体视野，并且提高针对低亮度被摄体和低对比度被摄体的焦点检测能力。

CPU121控制照相机100的整体操作，并且具有图1中未示出的计算单元、ROM、RAM、A/D转换器、D/A转换器和通信接口电路等。CPU121执行图1中未示出的非易失性存储介质(例如，ROM)中所存储的程序，控制照相机100所具有的各种电路，并且实现诸如AF、AE、图像处理和记录等的照相机100的功能。

闪光灯控制电路122与摄像操作同步地控制闪光灯115的点亮。辅助光驱动控制电路123在焦点检测操作时控制AF辅助光输出单元116的点亮。图像传感器驱动电路124控制图像传感器107的操作，并且还对从图像传感器107读出的图像信号进行A/D转换并将由此得到的信号输出至CPU121。图像处理电路125向图像信号应用诸如γ转换、颜色插值和JPEG编码等的图像处理。

调焦驱动电路126根据CPU121的控制来通过驱动调焦致动器114使调焦透镜105沿着光轴移动，并且进行焦点调节。快门驱动电路128驱动快门致动器112以控制快门102的开口直径和开闭时刻。变焦驱动电路129例如根据摄像者通过按下操作开关组132中所包括的变焦操作开关所输入的变焦操作来驱动变焦致动器111。

显示装置131是LCD等，并且显示与照相机100的摄像模式有关的信息、摄像之前的预览图像和摄像之后的确认用图像以及焦点检测时的聚焦状态信息等。操作开关组132包括电源开关、释放(摄像触发)开关、变焦操作开关和摄像模式选择开关等。操作开关组132还包括用于选择在待机状态下的实时取景显示期间是否执行自动焦点检测的调焦开关。存储介质133例如是可拆卸的半导体存储卡，并且记录所拍摄图像。

图2是示出图像传感器107的示例性结构的框图。注意，图2示出说明读出操作所需的最低限度的结构，并且省略了与像素复位有关的结构等。光电转换单元201各自包括光电二极管、像素放大器和复位开关等。以下将光电转换单元201称为PD_mn。这里，m表示X方向上的地址，其中m＝0,1,...,m-1，并且n表示Y方向上的地址，其中n＝0,1,...,n-1。在图像传感器107中，水平(X)方向上的m个光电转换单元201和垂直(Y)方向上的n个光电转换单元201、即总共为m×n个光电转换单元201呈二维配置，而为了简化附图，仅在左上方的光电转换单元PD₀₀附近给出附图标记。

开关202由垂直扫描电路208进行控制，并且以行为单位选择光电转换单元PD_mn的输出。

线存储器203通常包括电容器，并且临时存储垂直扫描电路208所选择的一行的光电转换单元的输出。

开关204根据信号HRST的控制来将水平输出线209重置为规定的电位VHRST。

开关205(H₀～H_m-1)连接至线存储器203和水平输出线。通过水平扫描电路206顺次接通开关205，将线存储器203中所存储的光电转换单元PD_mn的针对各行的输出读出至水平输出线209，并且经由输出放大器207输出作为信号VOUT。

输入至水平扫描电路206的信号PHST是水平扫描电路的数据输入，并且PH1和PH2是移位时钟输入。在PH1＝H的情况下设置数据，并且利用PH2锁存数据。可以通过输入移位时钟作为PH1和PH2来使PHST顺次移位并且顺次接通开关205(H₀～H_m-1)。信号SKIP是用于使得在间隔剔除读出时对设置进行配置的控制输入。通过将信号SKIP设置为H电平来按规定间隔跳过开关205的扫描，并且以行为单位进行间隔剔除读出。

垂直扫描电路208可以通过顺次输出控制信号V₀～V_n-1来选择性地接通和断开各光电转换单元PD_mn的开关202。与水平扫描电路206相同，利用数据输入PVST、移位时钟PV1和PV2以及间隔剔除读出设置信号SKIP来控制控制信号V₀～V_n-1。垂直扫描电路208的操作与水平扫描电路206的操作相同，因此将省略针对这些操作的说明。

像素结构

图3A～5B是示出摄像像素和焦点检测像素的示例性结构的图。本实施例中的图像传感器107采用拜尔模式的像素配置，其中在该像素配置中，将2行×2列的四个像素视为一个单位，配置具有G(绿色)光谱灵敏度的像素作为两个对角像素，并且配置具有R(红色)光谱灵敏度的像素和具有B(蓝色)光谱灵敏度的像素作为其它两个像素。该拜尔模式的像素群中的一些像素是焦点检测像素。因此，本实施例中的图像传感器107可以获取相位差检测型的焦点检测中要使用的图像信号。焦点检测像素离散地配置。

图3A示出2行×2列的摄像像素的平面图。如上所述，在拜尔模式中，沿对角方向配置两个G像素，并且配置R像素和B像素作为其它两个像素。在图像传感器107的整体上重复该2行×2列的排列。

图3B是示出图3A的A-A截面和来自摄像光学系统的光路的图。

ML表示配置在各像素的最前面的片上微透镜，CF_R表示R(红色)颜色滤波器，并且CF_G表示G(绿色)颜色滤波器。PD是像素的光电转换单元201的示意图，并且CL表示用于形成传输图像传感器107内的各种信号的信号线的互连层。TL是示出摄像光学系统的示意图。

这里，摄像像素中的片上微透镜ML和光电转换单元PD被配置成尽可能有效地对穿过摄像光学系统TL的光束进行光电转换。换句话说，摄像光学系统TL的出射光瞳EP和光电转换单元PD经由微透镜ML处于共轭关系，并且光电转换单元PD的有效面积被设计成大。尽管图3B示出入射到R像素上的光束，但G像素和B(蓝色)像素也具有相同的结构。因此，与各个RGB摄像像素相对应的出射光瞳EP具有大直径，并且作为高效地接收来自被摄体的光束的结果而使图像信号的S/N比提高。

图4A和4B示出本实施例中的用于沿摄像光学系统的水平方向(横方向)进行光瞳分割的焦点检测像素的示例性配置和结构。这里，水平方向(横方向)例如表示图像传感器的长边方向。

图4A是包括焦点检测像素对的2行×2列的像素的平面图。在获得记录或显示所用的图像信号的情况下，使用G像素来获取亮度信息的主成分。由于人类因其图像识别特性而对亮度信息敏感，因此如果G像素存在缺陷，则有可能感知到图像质量的劣化。另一方面，除绿色以外的颜色的像素即R像素和B像素是获取颜色信息(色差信息)的像素，并且由于人类因其图像识别特性而对颜色信息不敏感，因此即使在用于获取颜色信息的像素中发生一些缺陷，也不太可能感知到图像质量的劣化。在本实施例中，在2行×2列的像素中，留下G像素作为摄像像素，并且在R像素和B像素的位置处配置焦点检测像素对即S_HA和S_HB。

图4B是示出图4A的A-A截面(即，焦点检测像素对的截面)和来自摄像光学系统的光路的图。

微透镜ML和光电转换单元PD具有与图3B所示的摄像像素的结构相同的结构。在本实施例中，由于没有使用焦点检测像素的信号作为图像信号，因此代替颜色分离所用的颜色滤波器而配置无色透明的滤波器CF_W(白色)。此外，为了在各像素中进行光瞳分割，使互连层CL的开口部相对于微透镜ML的中心线沿一个方向偏心。也就是说，构成焦点检测像素对的焦点检测像素S_HA和焦点检测像素S_HB的开口沿不同的方向偏心。

具体地，由于焦点检测像素S_HA的开口部OP_HA向右侧偏心，因此焦点检测像素S_HA接收穿过位于摄像光学系统TL的左侧的出射光瞳EP_HA的光束。同样，由于焦点检测像素S_HB的开口部OP_HB向左侧偏心，因此焦点检测像素S_HB接收穿过位于摄像光学系统TL的右侧的出射光瞳EP_HB的光束。假定沿水平方向规则地排列的多个焦点检测像素S_HA所获取到的亮度信号各自是图像A信号(第一图像信号)。此外，假定沿水平方向规则地排列的多个焦点检测像素S_HB所获取到的亮度信号各自是图像B信号(第二图像信号)。可以通过检测这些图像A信号和图像B信号的相对位置并将图像位置差乘以转换系数来计算在水平方向上具有亮度分布的被摄体图像的散焦量。

图5A和5B示出本实施例中的用于沿摄像光学系统的垂直方向(纵方向)进行光瞳分割的焦点检测像素的示例性配置和结构。这里，垂直方向(纵方向)例如是与图像传感器的长边方向或水平方向(横方向)垂直的方向。

图5A是包括焦点检测像素的2行×2列的像素的平面图，并且与图4A相同，留下G像素作为摄像像素，并且在R像素和B像素的位置配置焦点检测像素对即S_VC和S_VD。

图5B是示出图5A的A-A截面(即，焦点检测像素对的截面)和来自摄像光学系统的光路的图。

如通过与图4B进行比较发现，除光瞳分割方向是纵方向以外，图5B中的像素具有焦点检测像素的共通结构。也就是说，由于焦点检测像素S_VC的开口部OP_VC偏向垂直下侧，因此焦点检测像素S_VC接收穿过位于透镜TL的上侧的出射光瞳EP_VC的光束。同样，由于焦点检测像素S_VD的开口部OP_VD偏向垂直上侧，因此焦点检测像素S_VD接收穿过位于透镜TL的下侧的出射光瞳EP_VD的光束。

假定沿垂直方向规则地排列的多个焦点检测像素S_VC所获取到的被摄体图像各自是图像信号C。此外，假定沿垂直方向规则地排列的多个焦点检测像素S_VD所获取到的被摄体图像各自是图像信号D。可以通过检测这些图像信号C和图像信号D的相对位置并将图像位置差乘以转换系数来计算在垂直方向上具有亮度分布的被摄体图像的散焦量。

接着，将说明用于获得根据图像位置差计算散焦量所用的转换系数的方法。可以基于摄像光学系统的孔径信息和各焦点检测像素的感光度分布来计算转换系数。图6A～7B各自示意性示出受到摄像光学系统TL的诸如透镜保持架和光圈102等的一些构件所限制的光束入射到图像传感器107上的状态。

图6A和6B示意性示出入射到图像传感器的中央附近的像素上的光束受到摄像光学系统中的位于出射光瞳面601的位置的光圈602所限制的状态。在图6A中，603和604表示图像传感器的位置，并且603表示预期成像面位置。605表示光轴，606表示图像传感器上的光轴位置，607和608表示在光束受到光圈602限制的情况下的入射光束的区域，并且609和610表示在光束没有受到光圈602限制情况下的入射光束的区域。611和612表示针对区域607～608的焦点检测用光束，并且615和616表示焦点检测用光束的重心位置。同样，613和614表示针对区域609～610的焦点检测用光束，并且617和618表示焦点检测用光束的重心位置。630表示位于离图像传感器最近的侧的透镜保持架，并且631表示离被摄体最近的侧的透镜保持架。

图6B是示出从出射光瞳面601入射到图像传感器的中央处的焦点检测像素上的受到限制的光束的重心位置的变化的图。624表示在光束没有受到光圈602限制的情况下、与入射到图像传感器的中央处的像素上的光束的区域609～610相对应的光瞳区域。623表示在光束受到光圈602限制的情况下、与入射到图像传感器的中央处的像素上的光束的区域607～608相对应的光瞳区域。在图6A中，在图像传感器的位置604处，621表示与光瞳区域623相对应的区域，并且622表示与光瞳区域624相对应的区域。

625和626分别表示焦点检测像素S_HA和S_HB的入射角特性(感光度分布)。透过了光瞳区域623和624的光束以感光度分布625和626入射到焦点检测像素S_HA和S_HB上。图6B示出在透过了光瞳区域623之后所入射的焦点检测用光束的重心位置615和616、以及在透过了光瞳区域624之后所入射的焦点检测用光束的重心位置617和618。通过获得这些重心位置，可以获得在焦点检测中要使用的光束受到限制的情况下和在这些光束没有受到限制的情况下的重心间隔。可以通过预先存储焦点检测像素的这些感光度分布信息和摄像光学系统的孔径信息来获得根据图像位置差计算散焦量所用的转换系数。

在图6A中，将散焦量619表示为DEF，并且将从图像传感器位置603到出射光瞳面601的距离620表示为L。此外，将在焦点检测中所使用的光束受到限制的情况下和在这些光束没有受到限制的情况下的重心间隔分别表示为G1(615和616之间的距离)和G2(617和618之间的距离)。此外，假定将在光瞳区域623的情况下的图像位置差表示为PRED1621、将在光瞳区域624的情况下的图像位置差表示为PRED2622、并且将用于将各个图像位置差转换成散焦量的转换系数表示为K1和K2，则可以通过以下的等式来获得散焦量。

DEF＝K1×PRED1＝K2×PRED2

可以通过以下的等式来获得用于将图像位置差转换成散焦量的转换系数K1和K2。

K1＝G1/L

K2＝G2/L

在光轴附近不存在焦点检测位置(AF框)的情况下，由于位于出射光瞳面601以外的位置的光圈的出射光瞳、或者由于即使在F值小于与光圈的出射光瞳相对应的值的情况下也与除摄像光学系统的光圈以外的透镜保持架相对应的出射光瞳，因而产生焦点检测用光束的渐晕(限制)。

图7A和7B示出相对于位于与图像传感器的中央(假定是与光轴相对应的位置)分开的位置的摄像像素、光束受到透镜保持架所限制的状态。在图7A中，向与图6A中的元件相同的元件赋予相同的附图标记。707和708表示在光束受到位于离图像传感器最近的侧的透镜保持架630和位于离被摄体最近的侧的透镜保持架631限制的情况下所入射的光束的区域。711和712表示相对于区域707～708的焦点检测用光束，并且715和716表示这些焦点检测用光束的重心位置。

图7B是示出从出射光瞳面601入射到相对于图像传感器的中央具有像高的位置处的焦点检测像素上的受到限制的光束的重心位置的图。723表示与入射到相对于图像传感器的中央具有像高的像素上的受到限制的光束的区域707～708相对应的光瞳区域。725和726分别表示焦点检测像素S_HA和S_HB的入射角特性(感光度分布)。透过了光瞳区域723的光束以感光度分布725和726入射到焦点检测像素S_HA和S_HB上。由于该原因，可以通过获得透过了光瞳区域723的焦点检测用光束的分布重心715和716，来获得焦点检测中要使用的光束受到透镜保持架限制的情况下的重心间隔。可以通过预先存储焦点检测像素的感光度分布信息和摄像光学系统的孔径信息来获得根据图像位置差计算散焦量所用的转换系数。

在图7A中，将散焦量619表示为DEF，并且将从图像传感器位置603到出射光瞳面601的距离620表示为L。此外，将焦点检测用光束受到透镜保持架630和631限制的情况下的重心间隔表示为G3(715和716之间的距离)，将图像位置差表示为PRED3721，并且将用于将图像位置差转换成散焦量的转换系数表示为K3。在这种情况下，可以通过以下的等式来获得散焦量。

DEF＝K3×PRED3

可以通过以下的等式来获得用于将图像位置差转换成散焦量的转换系数K3。

K3＝G3/L

这里，说明了焦点检测用光束根据焦点检测区域在图像传感器上的位置受到透镜保持架所限制的状态。然而，另外，光束受到限制的图像传感器上的位置还根据伴随有透镜组101、102和103的往复移动操作的变倍操作以及调焦透镜105的位置变化而发生改变。用于将图像位置差转换成散焦量的系数随着光束受到限制的图像传感器上的位置的变化而发生改变。

图8是示出摄像像素和焦点检测像素的示例性配置的图，并且示出图像传感器107所具有的像素群的一部分。在图8中，G表示具有绿色滤波器的像素，R表示具有红色滤波器的像素，并且B表示具有蓝色滤波器的像素。图8中的S_HA和S_HB表示使用图4A和4B所述的、用于检测水平方向上的图像位置差的焦点检测像素群。在图8中，S_HA和S_HB的黑色部分各自表示像素的偏向的开口位置。尽管图8示出仅配置有用于检测水平方向上的图像位置差的焦点检测像素群的示例，但应当注意，可以进一步或可选地配置使用图5A和5B所述的用于检测垂直方向上的图像位置差的焦点检测像素群。

图9示出图像传感器的像素区域中的焦点检测区域的示例性位置。焦点检测区域内的像素配置如图8所示。尽管在本实施例中将一个焦点检测区域设置在像素区域的中央，但可以采用配置有多个焦点检测区域、并且根据各个焦点检测区域中所形成的被摄体图像利用焦点检测像素来生成图像信号的结构。注意，可以将焦点检测区域设置为摄像画面内的区域。

将参考图10～12的流程图来说明该照相机100中的操作。

图10是示出在接通了电源并且要拍摄运动图像的情况下照相机100的操作的流程图。例如，在用户接通操作开关组132中的电源开关时，开始图10的操作。

在步骤S1002中，CPU121执行诸如照相机100内的致动器111、112和114以及图像传感器107的操作的确认以及存储器和执行程序的初始化等的初始化操作。CPU121还执行拍摄准备操作。

在步骤S1004中，CPU121使图像传感器107开始周期性的拍摄操作(运动图像拍摄操作)。然后，CPU121顺次进行通过拍摄而获得的图像信号的读出、图像数据的生成和向显示装置131的显示，由此开始显示装置131的实时取景显示。

在步骤S1005中，CPU121设置(更新)实时取景显示所用的拍摄中的f值。在设置了自动曝光控制(AE)的情况下，CPU121根据基于从图像传感器107读出的图像信号所获得的亮度信息来确定f值以实现适当曝光，并且在所确定的f值不同于当前值的情况下改变该设置。在用户设置了f值的情况下，优先该f值。在改变f值的设置的情况下，CPU121将新的f值的信息发送至快门驱动电路128，并且在拍摄时驱动快门致动器112以改变要实现的光圈的开口直径。

在步骤S1006中，CPU121判断是否接通了操作开关组132中的焦点检测开关(AF开关)，如果没有接通该焦点检测开关则处理进入步骤S1005，并且如果接通了该焦点检测开关则使处理进入步骤S1101中的与自动焦点检测操作有关的子例程。

这里，将使用图11A和11B所示的流程图来说明步骤S1101中的自动焦点检测子例程的详情。

在步骤S1102中，CPU121获取当前帧中的焦点检测区域内的焦点检测像素的信号，生成图像A信号和图像B信号，并且将所生成的信号存储在内部存储器中。CPU121还获取预定的光学信息。示例性的光学信息可以包括：

-摄像光学系统的孔径(例如，f值(或开口直径)以及透镜架的孔径、或者摄像面上的出射光瞳的投影孔径)；

-摄像光学系统的焦距(视角)；

-聚焦距离(调焦透镜位置)；以及

-焦点检测区域的像高(例如，焦点检测区域的中心的像高)。

在后续的步骤S1103中，CPU121从内部存储器读出图像A信号和图像B信号，并且计算对比度信息。该对比度信息可以是图像A信号的对比度信息和图像B信号的对比度信息的平均值。对比度信息是与图像信号的水平有关的信息，并且例如是振幅PB(最大值和最小值之间的差)、最大值、最小值或如以下的等式所表示的锐度(Sharpness)等。

$Sharpness\_sa=\underset{n=0}{\overset{n\max -1}{\Σ}}{(S_{HA\[n\]}-S_{HA\[n+1\]})}^2/\underset{n=0}{\overset{n\max -1}{\Σ}}|S_{HA\[n\]}-S_{HA\[n+1\]}|---\left(1\right)$

$Sharpness\_sb=\underset{n=0}{\overset{n\max -1}{\Σ}}{(S_{HB\[n\]}-S_{HB\[n+1\]})}^2/\underset{n=0}{\overset{n\max -1}{\Σ}}\left|S_{HB\[n\]}-S_{HB\[n+1\]}\right|---\left(2\right)$

Sharpness＝(Sharpness_sa-Sharpness_sb)/2(3)

这里，S_HA[n]和S_HB[n](n＝0,1,2,...,nmax)表示构成图像A信号和图像B信号的焦点检测像素的信号数据。注意，在以下说明中，计算出振幅PB作为对比度信息。

在步骤S1104中，CPU121获取所检测到的散焦量(检测散焦量)的变化量处于预定的指定值内所需的对比度信息的阈值(振幅PB的阈值PBth)。这里，可以通过在预先准备的阈值表中参考与步骤S1102中所获取到的当前帧的拍摄时的光学信息以及步骤S1103中所计算出的对比度信息相匹配的值，来获取振幅PB的阈值PBth。

注意，可以针对光学信息的各组合通过实验获得对比度信息的阈值。例如，可以通过在各种明度环境下拍摄特定图案来改变被摄体的对比度，并且从所拍摄到的图像获取图像A信号和图像B信号以对散焦量进行检测。然后，可以根据检测散焦量的误差处于一定深度内的对比度信息的值来获得阈值。注意，这仅是示例，并且可以利用其它方法来准备阈值。

尽管在考虑到上述各种信息的情况下光学信息的精度最高，但应当注意，仅需使用至少与摄像光学系统的孔径有关的信息和焦点检测区域的像高。由此可以节省准备阈值所用的时间和精力以及该表所需的存储容量。

在步骤S1105中，CPU121通过以下的等式(4)来对检测散焦量的评价值PB_Param进行计算。

PB_Param＝PB/PBth(4)

这里，如果等式(4)的评价值PB_Param大于或等于指定值(这里为1以上)，则检测散焦量的变化量处于指定值内，并且如果评价值PB_Param小于指定值(这里为小于1)，则这意味着检测散焦量的变化量大于指定值。

注意，如上所述，可以使用除焦点检测波形的振幅PB以外的值作为对比度信息来获得相同的评价值(准备相应的阈值)。

在步骤S1106和S1107中，CPU121进行用于计算焦点检测信号(图像A信号和图像B信号)之间的相关量的处理以及所获得的相关量的可靠性的判断。

在步骤S1106中，CPU121根据焦点检测信号(图像A信号和图像B信号)之间的相关量来计算两个图像之间的相对位置差。具体地，CPU121在使两个图像信号其中之一(这里为图像A信号)相对于另一图像信号以像素为单位相对偏移的同时，计算这两个图像信号之间的相关量。

假定构成图像A波形的像素为a₁～a_n、并且构成图像B波形的信号为b₁～b_n(n表示数据数)，则CPU121根据以下的等式(5)来计算相关量Corr(l)。

$Corr\left(l\right)=\underset{k=1}{\overset{n-l-1}{\Σ}}|a_k-b_{k+l}|---\left(5\right)$

在等式(5)中，l表示图像B信号相对于图像A信号的偏移量(整数)，并且在使图像偏移时的数据数局限于(n-l)。如图13所示，在图像A波形和图像B波形之间的相关性最高的情况下，通过等式(5)所计算出的相关量Corr(l)最小。CPU121使用相关量Corr(l)最小的偏移量m(整数)和利用m附近的偏移量所获得的相关量Corr(l)，利用三点插值技术来以小于像素的单位获得相关量Corr(l)最小的偏移量d。

在步骤S1107中，CPU121评价步骤S1106中所获得的图像位置差(偏移量d)的可靠性。在散焦量大的情况下，图像A波形和图像B波形不对称的程度更大(即，图像之间的一致度下降)，因此相关量CorrD变大。相反，散焦量越小，相关量CorrD越低(即，图像之间的一致度增加)。因此，如果与图像位置差相对应的校正量CorrD小于或等于阈值，则可以判断为可靠性高。

在步骤S1108中，CPU121将步骤S1106中所获得的校正后的图像位置差乘以与当前帧的拍摄时的光学信息相匹配的散焦转换系数，由此将该图像位置差转换成检测散焦量DetectDefocus。可以使用相对于f值的基线长度和焦点检测像素的感光度分布信息等来预先准备与光学信息相匹配的散焦转换系数。

在步骤S1109中，CPU121将步骤S1105中所计算出的评价值PB_Param和步骤S1108中所计算出的检测散焦量DetectDefocus存储在内部存储器中。

在步骤S1110及其后续步骤中，进行该检测散焦量的加权相加控制。

在步骤S1110中，CPU121首先将帧相加数m初始化为0，之后在步骤S1111(图11B)中，CPU121使帧相加数m递增。在下一步骤S1112中，CPU121判断在当前帧中所计算出的(即，此时所计算出的)评价值PB_Param[n]是否为1以上。如果PB_Param[n]小于1、即检测散焦量的变化量不在指定值内，则CPU121使处理进入步骤S1113(图11B)。

在步骤S1113中，CPU121将在过去帧中所计算出的评价值PB_Param[n-m]的值与评价值PB_Param[n]相加以更新评价值PB_Param[n]，并且使处理返回至步骤S1111。CPU121重复执行步骤S1111～S1113，直到评价值PB_Param[n]变为1以上为止。因而，基于该评价值来判断是否要考虑过去所计算的散焦量以及要考虑的散焦量的数量。

如果在步骤S1112中判断为评价值PB_Param[n]为1以上，则CPU121使处理进入步骤S1114，并且根据以下的等式(6)，基于m个帧的散焦量来对检测散焦量进行加权相加处理。这里，m表示要相加的帧数。

$Defocus=\frac{\underset{m=0}{\overset{k-1}{\Σ}}(Defocus\[n-m\]\×PBparam\[n-m\])}{\underset{m=0}{\overset{k-1}{\Σ}}(PBparam\[n-m\])}---\left(6\right)$

注意，m＝1的情况是不考虑过去所计算出的散焦量的情况。CPU121将使用相应的评价值进行加权的针对散焦量所要考虑的各个帧中的检测散焦量的总和除以评价值的总和，由此计算出最终散焦量Defocus。

尽管这里在从多个帧的检测散焦量中获得散焦量时使用利用相应的评价值作为权重的加权相加，但可以利用其它方法、诸如通过使用多个帧中的检测散焦量的平均值作为散焦量等来计算散焦量。

在步骤S1115中，CPU121判断步骤S1114中所计算出的散焦量Defocus是否在聚焦范围内或者散焦量Defocus的绝对值是否在指定值内。如果判断为散焦量Defocus不在聚焦范围内，则CPU121使处理进入步骤S1117，使帧编号n递增，之后使处理进入步骤S1118。在步骤S1118中，CPU121将散焦量Defocus发送至调焦驱动电路126，驱动调焦致动器114并驱动调焦透镜105以进行焦点调节，并且结束自动焦点检测处理。

另一方面，如果在步骤S1115中判断为散焦量Defocus在聚焦范围内，则CPU121使处理进入步骤S1116，在显示装置131上进行聚焦显示，并且结束该处理。

返回图10，在步骤S1007中，CPU121判断是否接通了操作开关组132中所包括的运动图像拍摄开始开关，如果没有接通该运动图像拍摄开始开关，则CPU121使处理返回至步骤S1101并且进行针对下一帧的自动焦点检测处理。另一方面，如果接通了该运动图像拍摄开始开关，则CPU121使处理进入步骤S1201，并且进行运动图像拍摄处理。

将使用图12所示的流程图来说明步骤S1201中的运动图像拍摄处理的详情。

在步骤S1202中，CPU121经由图像传感器驱动电路124从图像传感器107读出图像信号，并且将所读取的图像信号存储在内部存储器中。接着，CPU121执行上述的步骤S1101中的焦点检测处理。

在步骤S1203中，CPU121例如基于当前帧的亮度信息来执行自动曝光控制(AE)处理，并且确定下一帧的拍摄条件(光圈、曝光时间和感光度)。在步骤S1204中，CPU121更新内部存储器中所存储的调焦透镜105的位置信息。

在步骤S1205中，CPU121使用周边的摄像像素的信号对步骤S1202中从图像传感器107读出的图像信号中的焦点检测像素的位置处的信号进行插值，之后进行显像处理。在步骤S1206中，CPU121执行用于记录显像处理之后的帧图像的处理。在该记录处理中，还根据需要进行压缩编码处理等。

CPU121使处理进入步骤S1207，并且判断是否给出用以结束运动图像记录的指示。例如，如果在记录运动图像期间按压操作开关组132中所包括的运动图像拍摄开始开关，则CPU121认为该操作是用以结束图像记录的指示，并且结束运动图像记录处理。如果没有给出用以结束运动图像记录的指示，则CPU121使处理返回至步骤S1202，并且执行下一帧的拍摄和图像读出。

变形例

在上述说明中，在步骤S1111～S1113中，判断与连续的多个帧有关的评价值PB_Param的相加值是否为1以上。然而，可以将步骤S1107中所计算出的位置差的可靠性低的过去帧的评价值PB_Param从相加对象中排除。如此，要经过加权相加的检测散焦量的时间连续性可能会丢失，但例如在调焦透镜的移动停止或小的状态下，可以进行更加精确的散焦量检测。

此外，在考虑多个帧的检测散焦量的情况下，能够考虑的检测散焦量可能局限于来自当前帧的规定时间段内(规定帧数内)的检测散焦量。这是因为，如果参考在时间上与当前帧分离的帧的检测散焦量，则在被摄体或调焦透镜位置正在变化的情况下，在加权相加处理之后的散焦量中可能会产生误差。

因而，在本实施例中，在使用图像传感器中所配置的焦点检测像素的信号来进行相位差检测型的焦点检测的情况下，计算出基于当前帧中所获得的焦点检测信号的对比度信息的评价值。然后，基于该评价值来判断是否需要考虑过去的检测散焦量以计算散焦量，并且判断要考虑检测散焦量的帧数。由于该原因，即使在基于当前帧中的焦点检测信号的检测散焦量的变化大的情况下，也可以通过使用适当的帧数的信息计算散焦量来获得精确的散焦量。

此外，在同样使用多个帧的信息的情况下，由于使用检测散焦量，因此即使在包括拍摄条件不同的帧的信息的情况下，散焦量的精度也不会下降。这与以下情况大大不同：在通过针对多个帧相加焦点检测信号来检测散焦量的情况下，在包括拍摄条件不同的帧时散焦量的精度下降。

其它实施例

本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。

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 (12)

1.一种摄像设备，包括：

图像传感器，其能够获取在相位差检测型的焦点检测中所要使用的图像信号；

第一计算部件，用于基于所述图像信号来计算摄像光学系统的散焦量；

第二计算部件，用于计算基于所述图像信号的对比度信息的评价值；

判断部件，用于基于所述评价值来判断是否考虑过去所计算出的散焦量；以及

第三计算部件，用于在所述判断部件判断为考虑过去所计算出的散焦量的情况下，基于包括过去所计算出的散焦量的多个散焦量来计算最终散焦量，以及在所述判断部件判断为不考虑过去所计算出的散焦量的情况下，基于不包括过去所计算出的散焦量的散焦量来计算所述最终散焦量。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，

所述对比度信息是与所述图像信号的水平有关的信息。

3.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，

所述对比度信息是所述图像信号的振幅、最大值、最小值和锐度其中之一。

4.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，

所述评价值表示散焦量的变化是否在预定的指定值内。

5.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，

所述评价值是基于所述对比度信息以及根据所述对比度信息和所述摄像光学系统的信息所确定的阈值的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的摄像设备，其中，

在所述评价值小于指定值的情况下，所述判断部件判断为考虑过去所计算出的散焦量。

7.根据权利要求6所述的摄像设备，其中，

所述判断部件确定所述第三计算部件所要使用的过去所计算出的散焦量的数量，以使得当前所计算出的评价值与过去所计算出的散焦量的计算中所使用的所述图像信号的评价值的总和大于或等于所述指定值。

8.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，

所述第一计算部件将与获取所述图像信号时的所述摄像光学系统的信息相匹配的转换系数应用于所述图像信号的位置差，以计算所述散焦量。

9.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，

所述第一计算部件基于所述图像信号的位置差来计算所述散焦量，以及

所述摄像设备还包括评价部件，所述评价部件用于判断所述位置差的可靠性。

10.根据权利要求9所述的摄像设备，其中，

所述第三计算部件使所述多个散焦量不包括过去所计算出的散焦量中的、将计算散焦量时所使用的所述图像信号的位置差的可靠性判断为低的散焦量。

11.根据权利要求1所述的摄像设备，其中，还包括调节部件，所述调节部件用于根据所述最终散焦量来进行所述摄像光学系统的焦点调节。

12.一种摄像设备的控制方法，所述摄像设备包括能够获取在相位差检测型的焦点检测中所要使用的图像信号的图像传感器，所述控制方法包括以下步骤：

第一计算步骤，用于基于所述图像信号来计算摄像光学系统的散焦量；

第二计算步骤，用于计算基于所述图像信号的对比度信息的评价值；

判断步骤，用于基于所述评价值来判断是否考虑过去所计算出的散焦量；以及

第三计算步骤，用于在所述判断步骤中判断为考虑过去所计算出的散焦量的情况下，基于包括过去所计算出的散焦量的多个散焦量来计算最终散焦量，以及在所述判断步骤中判断为不考虑过去所计算出的散焦量的情况下，基于不包括过去所计算出的散焦量的散焦量来计算所述最终散焦量。