CN108540714B - 图像捕获装置和系统、图像捕获装置控制方法及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及图像捕获装置和系统、图像捕获装置控制方法及存储介质。图像捕获装置(1)包括：焦点检测器(21)，其基于经由第二图像捕获器(110)获得的多个视差图像信号来执行焦点检测，第二图像捕获器(110)具有比第一图像捕获器(100)的视角更宽的视角；以及控制器(30，41)，其基于来自焦点检测器(21)的输出信号来执行第一图像捕获器(100)的聚焦控制。

Description

图像捕获装置和系统、图像捕获装置控制方法及存储介质
技术领域
本发明涉及包括多个图像捕获器的图像捕获装置。
背景技术
传统上，使用对比度AF方法的自动聚焦是已知的，其中数码相机在改变焦点位置的同时计算图像的对比度，以获得对比度最大化的焦点位置作为焦点对准(in-focus)位置。使用对比度AF方法的自动聚焦具有高聚焦准确度，但是其处理速度慢。
日本专利特许公开第2013-42379号公开了一种图像捕获装置，该图像捕获装置具有用于与图像捕获光学系统分开地获取物距的单元，以基于从该单元输出的距离信息使成像透镜聚焦，以便增大自动聚焦的速度。日本专利特许公开第2012-49651号公开了一种与望远透镜的成像视野相比使实时取景图像(监测图像)的视野变宽的方法，以从成像视野的外部追踪移动的物体，以便容易地捕获移动的物体的图像。
当使用望远透镜捕获物体(诸如移动的物体)时，由于成像视野狭窄，因此，如果物体在成像视野之外，那么难以在成像视野内再次抓住(找到)物体。即使物体可以在成像视野内被捕获，也难以在那个时刻完成望远透镜的焦点调节。即，当使用望远透镜捕获物体时，难以在成像视野内捕获物体并以高速聚焦在物体上。
日本专利特许公开第2013-42379号中公开的图像捕获设备旨在通过提供用于获取物距的单元来实现高速自动聚焦。但是，仅在主光学系统的视野(成像视野)的范围内获取用于自动聚焦的距离信息。在望远透镜的情况下，一般而言，聚焦透镜相对于物距的变化的移动量增大。因此，即使在物体进入主光学系统的视野后开始自动聚焦，也需要花一些时间来聚焦在物体上。结果，在自动聚焦期间物体再次离开成像视野的可能性高。
日本专利特许公开第2012-49651号通过与望远透镜的成像视野相比而言加宽监测图像的视野来改进对移动的物体的跟随性，但是没有描述对于用望远透镜拍摄时重要的自动聚焦。当在那个时刻自动聚焦没有完成时，即使物体可以在成像视野中被适当地捕获，也获取模糊的图像并且不能说利用望远透镜成功地捕获了移动的物体。
发明内容
本发明提供了能够以高速实现自动聚焦从而容易地捕获移动的物体的图像的图像捕获装置、图像捕获系统、图像捕获装置的方法以及存储介质。
作为本发明的一方面的图像捕获装置包括：焦点检测器，被配置为基于经由第二图像捕获器获得的多个视差图像信号来执行焦点检测，第二图像捕获器具有比第一图像捕获器的视角更宽的视角；以及控制器，被配置为基于来自所述焦点检测器的输出信号来执行第一图像捕获器的聚焦控制。
作为本发明的另一方面的图像捕获系统包括第一图像捕获器、具有比第一图像捕获器的视角更宽的视角的第二图像捕获器以及图像捕获装置。
作为本发明的另一方面的控制图像捕获装置的方法包括以下步骤：基于经由第二图像捕获器获得的多个视差图像信号来执行焦点检测，第二图像捕获器具有比第一图像捕获器的视角更宽的视角；以及基于所述焦点检测的结果来执行第一图像捕获器的聚焦控制。
作为本发明的另一方面的存储介质存储使计算机执行控制图像捕获装置的方法的程序。
通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1A和1B是实施例1中的图像捕获装置的外部视图。
图2是实施例1中的图像捕获装置的框图。
图3是在各个实施例中显示在显示单元上的图像的解释图。
图4是示出实施例1中的图像捕获装置的操作的流程图。
图5A至5C是在各个实施例中显示在显示单元上的图像的解释图。
图6是实施例2中的图像捕获装置的框图。
图7是示出实施例2中的图像捕获装置的操作的流程图。
图8是在各个实施例中计算物距的方法的解释图。
图9是各个实施例中的对应物体搜索处理的解释图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例。
首先，将参考图8描述使用两个图像捕获光学系统来获取物距的方法。图8是计算物距的方法的解释图，并且示出了通过使用具有相同结构的两个图像捕获光学系统CA和CB来捕获存在于成像场景中的一个点处的物体Obj的图像的情形。图像传感器SA和SB分别接收由图像捕获光学系统CA和CB形成的物体图像(光学图像)。图像捕获光学系统CA和CB的入射光瞳的中心分别存在于(-D/2,0)和(D/2,0)处，并且物体Obj存在于(x,z)处。假设图像捕获光学系统CA和CB中的每一个的焦距是f，并且图像传感器SA和SB中物体Obj的坐标分别是a和b，那么满足以下表达式(1)。
Figure BDA0001586414440000031
在表达式(1)中，b-a是当从不同视点对相同物体成像时成像平面上的位置偏差，即，视差。如果可以获取视差b-a(视差量)，那么，通过将视差b-a、各个图像捕获光学系统CA和CB的焦距f以及基线长度D代入表达式(1)，就能够计算物距z(即，从图像捕获光学系统的入射光瞳的中心到物体Obj的距离)。
随后，参考图9，将描述用于从通过使用两个图像捕获光学系统获取的两个图像获取视差量的对应物体搜索处理。图9是对应物体搜索处理的解释图，并且示出了从不同视点捕获的图像IMG1和IMG2。图像坐标(X,Y)以图9中所示的像素组的中心作为原点来定义，水平方向是X轴，并且垂直方向是Y轴。位于图像坐标(X,Y)处的图像IMG1的像素值假设为F1(X,Y)，并且图像IMG2的像素值假设为F2(X,Y)。与图像IMG1中的任意坐标(X,Y)对应的图像IMG2的像素可以通过搜索与图像IMG1在坐标(X,Y)处的像素值F1(X,Y)最相似的图像IMG2的像素值来获得。在下面的描述中，图像上的对应点和对应像素具有相同的含义。
在图9中所示的图像IMG1和IMG2上由垂直线指示的像素P1和P2对应于在其上记录来自同一物体的光的对应像素(对应点)。但是，寻找与任意像素最相似的像素通常是困难的，因此，也可以通过使用较接近图像坐标(X,Y)的像素、通过称为块匹配方法的方法来搜索相似的像素。
例如，将描述当块尺寸为3时的块匹配处理。在图像IMG1中的任意坐标(X,Y)处的像素(目标像素)以及位于目标像素旁边的坐标(X-1,Y)和(X+1,Y)处的两个像素这总共三个像素的像素值分别是F1(X,Y)、F1(X-1,Y)和F1(X+1,Y)。关于这三个像素，图像IMG2中在X方向上从坐标(X,Y)偏移k的像素的像素值分别是F2(X+k,Y)、F2(X+k-1,Y)和F2(X+k+1,Y)。在这个时候，位于图像IMG1中的坐标(X,Y)处的目标像素与位于图像IMG2中的坐标(X+k,Y)处的像素之间的相似度(相似的程度)E由以下表达式(2)定义。
Figure BDA0001586414440000051
在表达式(2)中依次改变值k的同时计算相似度E，并且给出最小相似度E的坐标(X+k,Y)是与图像IMG1的目标像素对应的图像IMG2的像素的坐标。在这个实施例中，虽然相似度E是在仅沿X方向依次改变坐标的同时计算的，但是相似度E也可以在沿Y方向或者沿X方向和Y方向两者依次改变坐标的同时计算。通过执行这种对应物体搜索处理，能够获取两个图像中的每一个中的对应点(对应像素)的坐标，并且计算作为它们之间的差异量的视差量。
如上所述，能够通过在通过使用两个图像捕获光学系统获取的两个图像中执行对应物体搜索处理来计算视差量，并且基于视差量来计算物距。根据图像捕获光学系统确定视差量与作为像平面移动量的散焦量之间的关系。因此，能够基于视差量来计算散焦量。然后，基于散焦量，可以获得透镜的延伸量，以移动透镜来聚焦(相位差AF)。
当执行对应物体搜索处理时，优选要使用的两个图像是聚焦且清晰的图像。换句话说，当要捕获两个图像中的每一个时，物体在图像捕获光学系统的景深内是优选的。这是因为，当物体模糊时，与真实对应点不同的不正确的点被计算为对应点，结果可能计算出错误的物距。
随后，将描述物距的计算准确度。当物距为s、两个图像捕获光学系统之间的基线长度(base length)为D并且两个图像捕获光学系统中的每一个的焦距为f时，物距分辨率Δz可以由以下表达式(3)表示。
Figure BDA0001586414440000052
在表达式(3)中，r是视差分辨率，并且通过对应物体搜索处理获取的视差量包括最大±r的误差。物距分辨率Δz是计算物距时的最大误差量，这意味着，当获得位于距离s处的物体的距离时，计算的物距包括最大±Δz的误差。换句话说，物距分辨率Δz越小，物距的计算准确度越高。具体而言，当物距s小(即，当物体在附近)、基线长度D增大、焦距f增大或视差分辨率r减小时，物距的计算准确度增加。
各个实施例的图像捕获装置(图像捕获系统)包括第一图像捕获器(主图像捕获器)和第二图像捕获器(子图像捕获器)。主图像捕获器包括一个图像捕获光学系统和一个图像传感器，并且它是用于捕获图像的主图像捕获器。子图像捕获器包括两个图像捕获光学系统，并且它通过使用所述图像捕获光学系统来获取上面描述的物距。图像捕获装置基于通过使用子图像捕获器获取的物距信息来使主图像捕获器聚焦。子图像捕获器中的两个图像捕获光学系统中的每一个的视角大于主图像捕获器中的图像捕获光学系统的视角，并且能够通过使用子图像捕获器在主图像捕获器的整个视角上获取物距。因此，图像捕获装置可以获取在主图像捕获器的视角内的任意物体的距离，以将主图像捕获器聚焦在该物体上。如果上述物距分辨率Δz小于主图像捕获器的图像捕获光学系统的景深，那么图像捕获装置可以通过使用由子图像捕获器获取的物体信息以高准确度使主图像捕获器聚焦。由此，描述了由本发明的图像捕获装置执行的聚焦方法的概况。在下文中，将在各个实施例中详细描述图像捕获装置(图像捕获系统)。
[实施例1]
首先，参考图1A、1B和2，将描述本发明的实施例1中的图像捕获装置(图像捕获系统)1。图1A和1B是图像捕获装置1的外部视图，并且图1A和1B分别示出了俯视图和正视图。图2是图像捕获装置1的框图。
图像捕获装置1包括主要用于捕获物体的图像的主图像捕获器(第一图像捕获器)100和获取物体的距离的子图像捕获器(第二图像捕获器)110。主图像捕获器100包括图像捕获光学系统(第一图像捕获光学系统)101和图像传感器102。图像捕获光学系统101被配置为包括一个或多个透镜、孔径光阑101A和聚焦透镜(聚焦机构)101F，并且它基于来自物体(未示出)的光在图像传感器102上形成图像。图像捕获光学系统101是变倍光学系统，其焦距通过驱动在其中提供的一个或多个透镜而改变。
虽然图像捕获光学系统101被配置为图1A和1B中的图像捕获装置1的一部分，但是它可以是可互换的图像捕获光学系统(诸如单镜头反光相机)。换句话说，这个实施例可以应用于其中包括图像传感器102的图像捕获装置主体和图像捕获光学系统101被一体配置的图像捕获装置或者其中图像捕获光学设备系统101可拆卸(即，图像捕获系统包括图像捕获光学系统101和图像捕获装置主体)的图像捕获装置中的任意一个。
图像传感器102是固态图像传感器(诸如CMOS传感器和CCD传感器)，并且它对经由图像捕获光学系统101形成的光学图像(物体图像)进行光电转换，以输出图像信号(模拟电信号)。图像捕获光学系统101中的孔径光阑101A和聚焦透镜101F的机械驱动由图像捕获控制器40(聚焦控制器41)基于来自系统控制器30的指令(控制)执行。系统控制器30和聚焦控制器41构成控制器。根据设定的孔径值(F数)来控制孔径光阑101A的开口直径。聚焦控制器41根据物距来控制聚焦透镜101F的位置，以执行焦点调节。A/D转换器10将从图像传感器102输出的模拟电信号(图像信号)转换为数字信号。
图像处理器20对从A/D转换器10输出的数字信号执行所谓的显影处理(诸如像素插值处理、辉度信号处理和颜色信号处理)，以生成图像(图像数据)。由图像处理器20生成的图像被记录在图像记录介质60(诸如半导体存储器和光盘)上。另外，由图像处理器20生成的图像可以显示在显示单元70上。信息输入单元50根据用户的操作输入各种信息。信息输入单元50包括信息获取器51和区域选择器52。信息获取器51获取用户输入的图像捕获条件(图像捕获条件信息)。图像捕获条件包括F数、主图像捕获器100的ISO感光度等，但是本发明不限于此。区域选择器52根据用户的操作设置(选择)焦点检测器21的焦点检测区域(AF框)。
子图像捕获器(第二图像捕获器)110包括图像捕获光学系统(第二图像捕获光学系统)111a、图像捕获光学系统(第三图像捕获光学系统)111b以及与图像捕获光学系统111a和111b对应的图像传感器112a和112b。图像捕获光学系统111a和111b中的每一个是定焦图像捕获光学系统，其在图像传感器112a和112b上形成来自物体(未示出)的光的图像。另外，图像捕获光学系统111a和111b分别包括聚焦透镜111aF和111bF。与图像传感器102的情况类似，由图像传感器112a和112b生成的模拟电信号(图像信号)被输出到A/D转换器10，以便被转换为数字信号。
图像处理器20分别生成从图像传感器112a和112b输出的两个图像。这两个图像与由图像捕获光学系统111a和111b形成的物体图像对应，并且它们是彼此具有视差的两个视差图像。类似于主图像捕获器100的情况，可以在显示单元70上显示由图像处理器20生成的图像。虽然在这个实施例中经由图像捕获光学系统(第二图像捕获光学系统)111a获得的图像显示在显示单元70上，但是本发明不限于此。在这个实施例中，子图像捕获器110可以从图像捕获装置1拆卸。在这种情况下，能够从多个图像捕获装置中选择适于图像捕获装置1的主图像捕获器100的子图像捕获器，以附连到图像捕获装置1。
图像处理器20包括焦点检测器(距离计算器)21。焦点检测器21基于由子图像捕获器110生成的两个视差图像(即，从图像传感器112a和112b输出的两个图像信号)来计算物距。焦点检测器21可以计算由用户经由区域选择器52指定的具体区域或具体物体的距离。例如，区域选择器52可以选择由用户选择的具体物体作为焦点检测区域(距离计算区域)，以便总是将具体物体(移动的物体)设置为焦点检测区域。可替代地，能够计算在图像捕获光学系统111a和111b的视角当中彼此重叠的视角区域内的所有物体的距离，以生成指示这些距离的距离图图像作为像素值。虽然在这个实施例中图像捕获装置1包括用于主图像捕获器100和子图像捕获器110的一个A/D转换器10和一个图像处理器20，但是本发明不限于此。例如，可以为主图像捕获器100和子图像捕获器110中的每一个提供专用A/D转换器和专用图像处理器(多个A/D转换器和多个图像处理器)。
构成子图像捕获器110的图像捕获光学系统111a和111b被布置为使得最靠近物体的透镜(即，最靠近物侧的透镜)之间的长度为50mm，并且这个长度对应于子图像捕获器110的基线长度D。图像捕获光学系统111a和111b具有相同的构造并且被平行布置，以便左右对称。即，图像捕获光学系统111a和111b的光轴相对于图像捕获光学系统111a和111b中的每一个中的孔径(孔径光阑)在物侧彼此平行。
构成子图像捕获器110的两个图像捕获光学系统111a和111b具有相同的视角。在望远端处图像捕获光学系统111a和111b中的每一个的视角比构成主图像捕获器100的图像捕获光学系统101的视角更宽。在这个实施例中，在望远端处构成主图像捕获器100的图像捕获光学系统101的焦距按35mm等效焦距为1000mm，并且构成子图像捕获器110的两个图像捕获光学系统111a和111b的焦距按35mm等效焦距为400mm。
参考图3，将描述在主图像捕获器100的图像捕获光学系统101被设置在望远端处的情况下显示单元70的图像显示示例。图3是在显示单元70上显示的图像的解释图，并且它示出了当要捕获物体(鸟)303的图像时显示在显示单元70上的图像。
在图3中，由实线301包围的区域是子图像捕获器110中的图像捕获光学系统111a的成像视野(成像视野的区域)。因此，在显示单元70上，显示经由子图像捕获器110的图像捕获光学系统111a捕获的图像。由虚线302包围的区域指示主图像捕获器100中的成像视野(成像视野的区域)。用户可以通过在显示单元70上显示的虚线302(即，关于主图像捕获器100的成像视野的信息)来确认主图像捕获器100的成像视野。
在图3中，作为拍摄目标的物体(鸟)303不在主图像捕获器100的成像视野的范围内(即，它在主图像捕获器100的成像视野的范围之外)，但是它在子图像捕获器110的成像视野的范围内。因此，在这个实施例中，显示单元70将关于主图像捕获器100的成像视野的信息(虚线302)显示为叠加在经由子图像捕获器110获得的图像上。因此，例如，在望远拍摄期间，用户可以容易地在成像视野中抓住(找到)物体。另外，由于在望远端处子图像捕获器110的视角比主图像捕获器100的视角更宽，因此易于在使用变倍光学系统望远拍摄时抓住(找到)物体。优选地，在望远端处子图像捕获器110具有至少是主图像捕获器100的视角的两倍的视角。因此，通过如上所述将主图像捕获器100与子图像捕获器110之间的焦距比(视角之比)设置为两倍或更大，可以更容易地捕获物体。
在这个实施例中，显示单元70显示用于允许用户识别主图像捕获器100的视野的区域的虚线302作为关于主图像捕获器100的成像视野的信息，但是本发明不限于此。例如，显示单元70可以将经由主图像捕获器100获得的图像显示为与经由子图像捕获器110获得的图像相组合(即，它可以将经由主图像捕获器100获得的图像显示为在由虚线302包围的区域中被组合)。通过执行这种合成显示，用户可以容易地识别由主图像捕获器100捕获的最终图像。
接下来，参考图4和图5A至5C，将描述图像捕获装置1的图像捕获过程。图4是示出图像捕获装置1的操作(图像捕获操作)的流程图。图5A至5C是在显示单元70上显示的图像的解释图。图4的各个步骤主要由图像捕获装置1的各个部分基于来自系统控制器30的命令(指令)执行。
首先，在步骤S101，系统控制器30将用户经由区域选择器52选择的物体设置为目标物体。在这个实施例中，如图5A中所示，当用户触摸在显示单元70上显示的图像上的物体(鸟)303时，由圆形点线304包围的区域被设置为要在显示单元70上显示的目标物体(焦点检测区域)。但是，这个实施例不限于此，并且系统控制器30可以将通过已知的移动物体检测或物体识别技术检测到的物体自动设置为目标物体。因此，在这个实施例中，显示单元70将关于焦点检测器21的焦点检测区域的信息(例如，点线304)显示为叠加在经由子图像捕获器110获得的图像上。
系统控制器30获取用户经由信息获取器51输入的图像捕获条件(图像捕获条件信息)。图像捕获条件包括主图像捕获器100的F数和ISO感光度等，但本发明不限于此。此外，系统控制器30经由图像捕获控制器40控制主图像捕获装置100的孔径光阑101A和图像传感器102，并且它设置所获取的图像捕获条件。
随后，在步骤S102，系统控制器30经由图像捕获控制器40控制子图像捕获器110，以使用子图像捕获器110执行图像捕获，并且因此它获取经由图像捕获光学系统111a和111b获得的两个图像。随后，在步骤S103，通过使用在步骤S102获取的两个图像，焦点检测器21(系统控制器30)计算被设置为目标物体的物体的距离。计算物体的距离所需的关于图像捕获光学系统111a和111b的焦距、基线长度、图像传感器的像素尺寸等的信息存储在存储器80中，并且系统控制器30可以适当地从存储器80接收所述信息。在这个实施例中，如上所述，通过使用上述二维图像来计算物距，或者可以通过使用相位差AF方法来计算物距作为散焦量。
随后，在步骤S104，系统控制器30经由聚焦控制器41驱动主图像捕获器100的聚焦透镜101F。在这个时候，系统控制器30基于在步骤S103计算出的目标物体的距离(物距)将图像捕获光学系统101聚焦在目标物体上。在这个实施例中，同时，聚焦控制器41驱动子图像捕获器110的聚焦透镜111aF和111bF，以将子图像捕获器110聚焦在目标物体上。取决于物距的、主图像捕获器100和子图像捕获器110的聚焦透镜101F、111aF、111bF的位置作为表存储在存储器80中，并且可以根据各个图像捕获器的图像捕获信息及物距来适当地确定它们。
图5B示出了步骤S104的状态。系统控制器30基于具有比主图像捕获器100的视角更宽的视角的子图像捕获器110的图像来执行主图像捕获器100和子图像捕获器110中的每一个的聚焦控制。因此，能够在在主图像捕获器100的成像视野中抓住(找到)物体之前聚焦在物体上。因此，能够缩短在物体进入主图像捕获器100的成像视野之后的聚焦控制时间，并且因此可以降低捕获模糊图像的频率。当如这个实施例中那样将主图像捕获器100与子图像捕获器110之间的焦距比(视角之比)设置为两倍或更大时，能够在较早的阶段聚焦在物体上，以增强效果。因而，能够提高使用望远透镜的移动物体的拍摄成功率。
随后，在步骤S105，系统控制器30和焦点检测器21重复执行步骤S103和S104，以使主图像捕获器100的图像捕获光学系统101的焦点对准位置跟随目标物体的距离。即，系统控制器30和焦点检测器21分别重复焦点检测(物距的计算)和聚焦控制，直到主图像捕获器100的图像捕获完成。具体而言，系统控制器30经由图像捕获控制器40将聚焦透镜101F的位置控制为微小地改变，以便执行跟随物体的聚焦。通过这个操作，即使当目标物体在深度方向上移动时，也总是能够将主图像捕获器100的图像捕获光学系统101的焦点调节到物体。
随后，在步骤S106，当目标物体进入主图像捕获器100的成像视野并且用户输入图像捕获指令时，系统控制器30经由图像捕获控制器40控制主图像捕获器100，以执行图像捕获来获取图像。在这个时候获取的图像被存储在图像记录介质60中，并且图像捕获过程结束。在这个实施例中，除了图像之外，也可以将由子图像捕获器110获取的两个图像存储在图像记录介质60中，或者通过使用这两个图像由图像处理器20计算出的距离图图像可以存储在图像记录介质60中。图5C示出了步骤S106的状态。焦点检测器21还可以经由主图像捕获器100根据所述图像输出在背景技术中描述的对比度AF的评估值。基于该评估值，聚焦控制器41可以执行主图像捕获器100的最终聚焦控制。甚至在这种情况下，由于它是从焦点对准状态或与焦点对准状态基本相同的状态开始的后续控制，因此，即使在执行对比度AF时，控制时间也仅略微增加。
[实施例2]
接下来，参考图6，将描述本发明的实施例2中的图像捕获装置(图像捕获系统)2。图6是图像捕获装置2的框图。这个实施例的图像捕获装置2与实施例1的图像捕获装置1的不同之处在于，代替子图像捕获器110，它包括子图像捕获器120。另外，图像捕获装置2与图像捕获装置1的不同之处在于它包括对比度AF门90、相位差AF门92、对比度焦点检测器(焦点检测器)91以及相位差焦点检测器(焦点检测器)93。由于图像捕获装置2的其它配置与图像捕获装置1的配置相同，因此将省略其描述。
子图像捕获器(第二图像捕获器)120包括图像捕获光学系统121a和121b以及图像传感器122。图像捕获光学系统121a和121b中的每一个是定焦图像捕获光学系统，定焦图像捕获光学系统在图像传感器122上形成来自物体(未示出)的光的图像。类似于从图像传感器102输出的模拟电信号处理从图像传感器122输出的模拟电信号。图像处理器20基于从图像传感器122输出的图像信号(经由图像捕获光学系统121a和121b获得的图像信号)生成两个图像。这两个图像对应于由图像捕获光学系统121a和121b形成的物体图像，并且它们是彼此具有视差的两个视差图像。在这个实施例中，子图像捕获器120可以从图像捕获装置2拆卸。在这种情况下，能够从多个子图像捕获器120中选择适于图像捕获装置2的主图像捕获器100的子图像捕获器，以附连到图像捕获装置2。
与实施例1的子图像捕获器110不同，子图像捕获器120仅包括两个图像捕获光学系统121a和121b共用的一个图像传感器122。它经由两个图像捕获光学系统121a和121b在一个图像传感器122上形成图像，以便从图像传感器122输出图像信号。根据这个实施例，由于与实施例1的配置相比，图像传感器的数量减少了，因此成本可以降低。在这个实施例中，在望远端处构成主图像捕获器100的图像捕获光学系统101的焦距按35mm等效焦距为1000mm，而构成子图像捕获器120的两个图像捕获光学系统121a和121b的焦距按35mm等效焦距为400mm。
A/D转换器10将从图像传感器102和122输出的模拟电信号(图像信号)转换成数字信号，以供给图像处理器20或对比度AF门90。对比度AF门90向对比度焦点检测器91供给来自A/D转换器10的所有像素输出信号当中仅在由用户经由区域选择器52设置的焦点检测区域(AF框)的范围内的信号。对比度焦点检测器91对于从对比度AF门90供给的图像信号(焦点信号)应用滤波器，以提取高频分量来生成AF评估值。AF评估值被输出到系统控制器30。
相位差AF门92向相位差焦点检测器93供给来自A/D转换器10的所有像素输出信号当中仅由用户经由区域选择器52设置的焦点检测区域(AF框)的信号。相位差焦点检测器93通过相位差方法对从相位差AF门92供给的图像信号(焦点信号)执行焦点检测处理，以计算散焦量。散焦量被输出到系统控制器30。
接下来，参考图7，将描述图像捕获装置2的图像捕获过程。图7是示出图像捕获装置2的操作(图像捕获操作)的流程图。图7中的各个步骤主要由图像捕获装置2的各个单元基于来自系统控制器30的命令(指令)执行。
首先，在步骤S201，系统控制器30将用户经由区域选择器52选择的物体设置为目标物体。在这个实施例中，如图5A中所示，用户通过使用选择按钮(未示出)选择在显示单元70上显示的图像上的物体(鸟)303，使得由圆形点线304包围的区域被设置为要在显示单元70上显示的目标物体(焦点检测区域)。系统控制器30获取由用户经由信息获取器51输入的图像捕获条件(图像捕获条件信息)。图像捕获条件包括主图像捕获器100的F数和ISO感光度等，但是本发明不限于此。此外，系统控制器30经由图像捕获控制器40控制主图像捕获器100的孔径光阑101A和图像传感器102，并设置所获取的图像捕获条件。
随后，在步骤S202，系统控制器30经由图像捕获控制器40控制子图像捕获器120，以通过使用子图像捕获器120来执行图像捕获，并且因此它获取经由图像捕获光学系统121a和121b获得的两个图像。
随后，在步骤S203，系统控制器30经由相位差焦点检测器93通过相位差AF来计算散焦量。更具体而言，系统控制器30将由用户经由区域选择器52指定的区域(物体)确定为焦点检测区域(AF框)。然后，系统控制器30设置(控制)相位差AF门92，使得仅将所确定的焦点检测区域内的图像信号提供给相位差焦点检测器93。
相位差焦点检测器93通过上述对应物体搜索处理来计算散焦量。例如，当多个行用作数据时，可以对每个对应行执行相应的物体搜索处理，以获得所获得的相关值的平均值。另外，在执行对应物体搜索处理之前，可以在垂直方向上对多行的数据进行平均，以创建用于一行的数据来执行对应物体搜索处理。系统控制器30基于焦点检测区域内的图像信号来获取由相位差焦点检测器93计算出的散焦量。
随后，在步骤S204，系统控制器30进行控制，以经由聚焦控制器41驱动主图像捕获器100的聚焦透镜101F。聚焦控制器41基于在步骤S203计算出的关于目标物体的散焦量将图像捕获光学系统101聚焦在目标物体上。在这个实施例中，同时，聚焦控制器41驱动子图像捕获器120的聚焦透镜121aF和121bF，以将子图像捕获器120聚焦在目标物体上。根据散焦量的、主图像捕获器100和子图像捕获器120的聚焦透镜101F、121aF和121bF的位置作为表存储在存储器80中，并且可以根据各个图像捕获器的图像捕获条件及散焦量来适当地确定它们。
图5B示出了步骤S204的状态。系统控制器30基于具有比主图像捕获器100的视角更宽的视角的子图像捕获器120的图像来执行主图像捕获器100和子图像捕获器120中的每一个的聚焦控制。因此，能够在主图像捕获器100的成像视野中抓住(找到)物体之前聚焦在物体上。因此，能够缩短在物体进入主图像捕获器100的成像视野之后的聚焦控制时间，并且因此可以降低捕获模糊图像的频率。当如这个实施例中那样将主图像捕获器100与子图像捕获器120之间的焦距比(视角之比)设置为两倍或更大时，能够在较早的阶段聚焦在物体上，以增强效果。因而，能够提高使用望远透镜的移动物体的拍摄成功率。
随后，在步骤S205，系统控制器30经由图像捕获控制器40控制主图像捕获器100，以执行图像捕获来获取预备图像(pre-image)。图5C示出了步骤S205的状态。如图5C中所示，在这个状态下，目标物体(物体303)位于主图像捕获器100的成像视野(即，由虚线302包围的区域)内，并且主捕获器100通过直到前一阶段的步骤S204的操作基本聚焦在目标物体上。但是，会出现相位差AF无法跟随的轻微相移。一般而言，对比度AF具有比相位差AF更高的聚焦准确度，因此它适于最终的聚焦评估。
随后，在步骤S206，系统控制器30经由图像捕获控制器40执行主图像捕获器100的对比度AF。更具体而言，系统控制器30将由用户经由区域选择器52指定的区域确定为焦点检测区域(AF框)。另外，系统控制器30设置对比度AF门90，使得仅将所确定的焦点检测区域内的图像信号供给对比度焦点检测器91。然后，系统控制器30获取由对比度焦点检测器基于焦点检测区域内的图像信号生成的AF评估值。另外，系统控制器30将聚焦透镜101F左右移动微小量并且它再次获取AF评估值(即，通过向左移动获得的AF评估值和通过向右移动获得的AF评估值)。系统控制器30基于通过微小量驱动获得的AF评价值来执行对比度AF。
随后，在步骤S207，系统控制器30经由聚焦控制器41控制主图像捕获器100的聚焦透镜101F，以将聚焦透镜101F移动到AF评估值被最大化的位置。在这种情况下，由于它是从焦点对准状态或与焦点对准状态基本相同的状态开始的后续控制，因此，即使在执行对比度AF时，控制时间也仅略微增加。
随后，在步骤S208，当用户输入图像捕获指令时，系统控制器30经由图像捕获控制器40控制主图像捕获器100，以执行图像捕获来获取图像。在这个时候获取的图像被存储在图像记录介质60中，并且图像捕获过程结束。在这个实施例中，除了通过使用主图像捕获器100获取的图像之外，由子图像捕获器120获取的两个图像也可以存储在图像记录介质60中。由图像处理器20使用经由子图像捕获器120获取的两个图像计算出的距离图图像可以存储在图像记录介质60中。
如上所述，各个实施例的图像捕获装置使用包括两个图像捕获光学系统的子图像捕获器，所述两个图像捕获光学系统分别在望远端处具有比主图像捕获器的视角更宽的视角，使得可以在物体(移动的物体)在成像视野中被找到之前对物体执行自动聚焦(聚焦控制)。因此，能够提高使用望远透镜的移动物体的拍摄成功率。
(其它实施例)
本发明的(一个或多个)实施例还可以通过读出并执行记录在存储介质(其也可以被更完整地称为“非暂态计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个实施例的功能和/或包括用于执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个实施例的功能一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机来实现，以及通过例如从存储介质读出并执行计算机可执行指令以执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个实施例的功能和/或控制一个或多个电路执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个实施例的功能而通过由系统或装置的计算机执行的方法来实现。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包括单独计算机或单独处理器的网络，以读出并执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储装置、光盘(诸如紧凑盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM)、闪存设备、存储卡等。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应当被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有此类修改以及等同的结构和功能。
在各个实施例中，子图像捕获器(第二图像捕获器)包括多个图像捕获光学系统(立体光学系统)，但是本发明不限于此。例如，子图像捕获器包括一个图像捕获光学系统(仅第二图像捕获光学系统)，以及包括第一光电转换器和第二光电转换器的图像传感器，第一光电转换器和第二光电转换器接收通过图像捕获光学系统的彼此不同的光瞳区域的光。具有这种功能的图像传感器可以通过例如包括用于一个微透镜的第一光电转换器和第二光电转换器并且二维布置微透镜来实现。

Claims (20)

1.一种图像捕获装置，其特征在于，包括：
焦点检测器，被配置为基于经由第二图像捕获器获得的多个视差图像信号来执行焦点检测，其中第二图像捕获器具有比第一图像捕获器的视角更宽的视角，并且输出对应于基于经由第二图像捕获器获得的多个视差图像信号的焦点检测的结果的输出信号，并且，所述焦点检测器被配置为基于经由第二图像捕获器获得的所述多个视差图像信号来计算物距或散焦量；以及
控制器，被配置为基于所述输出信号来执行第一图像捕获器的聚焦控制，并且，所述控制器被配置为基于与物距或散焦量相关的输出信号来执行第一图像捕获器的聚焦控制。
2.如权利要求1所述的图像捕获装置，其特征在于，当所述焦点检测器的焦点检测区域在第一图像捕获器的成像视野的范围之外时，所述控制器被配置为基于经由第二图像捕获器获得的所述多个视差图像信号来执行第一图像捕获器的聚焦控制。
3.如权利要求2所述的图像捕获装置，其特征在于，还包括区域选择器，所述区域选择器被配置为选择焦点检测区域，
其中，当焦点检测区域被区域选择器设置在第一图像捕获器的成像视野的范围之外并且在第二图像捕获器的成像视野内时，所述控制器被配置为基于经由第二图像捕获器获得的所述多个视差图像信号来执行第一图像捕获器的聚焦控制。
4.如权利要求1所述的图像捕获装置，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元被配置为显示经由第二图像捕获器获得的图像。
5.如权利要求4所述的图像捕获装置，其特征在于，所述显示单元被配置为将与第一图像捕获器的成像视野相关的信息显示为叠加在经由第二图像捕获器获得的图像上。
6.如权利要求4所述的图像捕获装置，其特征在于，所述显示单元被配置为将经由第一图像捕获器获得的图像显示为与经由第二图像捕获器获得的图像相组合。
7.如权利要求4所述的图像捕获装置，其特征在于，所述显示单元被配置为将与所述焦点检测器的焦点检测区域相关的信息显示为叠加在经由第二图像捕获器获得的图像上。
8.如权利要求1所述的图像捕获装置，其特征在于，所述控制器被配置为：基于所述输出信号，与第一图像捕获器的聚焦控制一起执行第二图像捕获器的聚焦控制。
9.如权利要求1所述的图像捕获装置，其特征在于，所述焦点检测器和所述控制器被配置为分别重复焦点检测和聚焦控制，直到第一图像捕获器完成图像捕获。
10.一种图像捕获系统，其特征在于，包括：
第一图像捕获器；
第二图像捕获器，具有比第一图像捕获器的视角更宽的视角；
焦点检测器，被配置为基于经由第二图像捕获器获得的多个视差图像信号来执行焦点检测，并且输出对应于基于经由第二图像捕获器获得的多个视差图像信号的焦点检测的结果的输出信号，并且，所述焦点检测器被配置为基于经由第二图像捕获器获得的所述多个视差图像信号来计算物距或散焦量；以及
控制器，被配置为基于所述输出信号来执行第一图像捕获器的聚焦控制，并且，所述控制器被配置为基于与物距或散焦量相关的输出信号来执行第一图像捕获器的聚焦控制。
11.如权利要求10所述的图像捕获系统，其特征在于，第一图像捕获器包括：
第一图像捕获光学系统，包括第一聚焦透镜单元，以及
图像传感器，被配置为对经由第一图像捕获光学系统形成的光学图像进行光电转换。
12.如权利要求11所述的图像捕获系统，
其特征在于，
第一图像捕获光学系统是变倍光学系统，以及
在望远端处第二图像捕获器具有比第一图像捕获器的视角更宽的视角。
13.如权利要求12所述的图像捕获系统，其特征在于，在望远端处第二图像捕获器具有至少是第一图像捕获器的视角两倍宽的视角。
14.如权利要求10所述的图像捕获系统，其特征在于，第二图像捕获器包括第二图像捕获光学系统，第二图像捕获光学系统包括第二聚焦透镜单元。
15.如权利要求14所述的图像捕获系统，其特征在于，第二图像捕获器包括图像传感器，所述图像传感器被配置为接收通过第二图像捕获光学系统的彼此不同的光瞳区域的光。
16.如权利要求14所述的图像捕获系统，其特征在于，第二图像捕获器包括第三图像捕获光学系统，第三图像捕获光学系统包括第三聚焦透镜单元。
17.如权利要求16所述的图像捕获系统，其特征在于，在相对于第二图像捕获光学系统和第三图像捕获光学系统的各个孔径的物侧，第二图像捕获光学系统和第三图像捕获光学系统的光轴彼此平行。
18.如权利要求16或17所述的图像捕获系统，其特征在于，第二图像捕获光学系统和第三图像捕获光学系统中的每一个都是定焦图像捕获光学系统。
19.一种控制图像捕获装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于经由第二图像捕获器获得的多个视差图像信号来执行焦点检测，第二图像捕获器具有比第一图像捕获器的视角更宽的视角；
输出对应于基于经由第二图像捕获器获得的多个视差图像信号的焦点检测的结果的输出信号；
基于经由第二图像捕获器获得的所述多个视差图像信号来计算物距或散焦量；
基于所述输出信号执行第一图像捕获器的聚焦控制；以及
基于与物距或散焦量相关的输出信号来执行第一图像捕获器的聚焦控制。
20.一种存储程序的存储介质，其特征在于，所述程序使得计算机执行包括以下步骤的处理：
基于经由第二图像捕获器获得的多个视差图像信号来执行焦点检测，第二图像捕获器具有比第一图像捕获器的视角更宽的视角；
输出对应于基于经由第二图像捕获器获得的多个视差图像信号的焦点检测的结果的输出信号；
基于经由第二图像捕获器获得的所述多个视差图像信号来计算物距或散焦量；
基于所述输出信号执行第一图像捕获器的聚焦控制；以及
基于与物距或散焦量相关的输出信号来执行第一图像捕获器的聚焦控制。
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