JP2006163064A - 撮像装置、および合焦位置探索方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 遠隔操作手段を用いてセルフ撮影を行う際に、暗所においても確実にフォーカスレンズの合焦位置を探索する。
【解決手段】 デジタルカメラ２に付属されたリモートコントローラ１６に、レリーズ信号の送信時に発光する光源１９を設ける。ＡＥ／ＡＷＢ検出回路５２による輝度値の積算値の算出結果が、予め設定された閾値よりも小さい場合、ＡＦ検出回路５３は、光源１９からの光を表す画像データに対してフォーカス評価値の算出を行う。ＣＰＵ３３は、フォーカスレンズの位置に対するフォーカス評価値の波形が谷間となる点Ｐ１を合焦位置として、モータドライバ３４を介してレンズモータの動作を制御し、この位置でフォーカスレンズを停止させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、オートフォーカス機能を備えた撮像装置、およびフォーカスレンズの合焦位置を探索する合焦位置探索方法に関する。

撮像装置として、ＣＣＤなどの固体撮像素子で撮像した被写体像をデジタルの画像データに変換し、内蔵メモリやメモリカードなどの記憶媒体に記憶するデジタルカメラが普及している。このようなデジタルカメラには、遠隔位置からセルフ撮影をする際に、レリーズ動作を行わせるためのレリーズ信号を送信するリモートコントローラが付属されているものがある。

上記のようなデジタルカメラでは、リモートコントローラからのレリーズ信号を受けて、画像データから画像の鮮鋭度を表すフォーカス評価値、および被写体像の輝度の積算値を算出して、フォーカスレンズの自動焦点調整や、自動露出調整などの撮影準備処理を行った後に撮影をしているが、焦点調整が困難な状況、例えば夜景をバックにしてセルフ撮影を行った場合などに、焦点調整が適切に行われないという問題があった。

上記問題を解決するために、リモートコントローラから光信号を発信させ、画像データから光信号を表す部分を検出して、検出した光信号を表す画像データの高周波成分に基づいて、合焦位置の探索を行う撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−２８３９１４号公報

ところで、暗所で点光源に対してフォーカスレンズの焦点調整を行った場合、図４に示すように、合焦した場合（図中実線で示す）よりも、ぼけた場合（図中点線で示す）の方が、画像の鮮鋭度が増加するという現象が起こる。これにより、フォーカスレンズの位置に対するフォーカス評価値は、図５に示すように、本来の合焦位置である谷間の点Ｐ１の両側に、ピークＰ２、Ｐ３が存在する波形となる。このため、特許文献１に記載の技術では、本来の合焦位置である点Ｐ１ではなく、焦点のずれた点Ｐ２またはＰ３を合焦位置として撮影してしまうおそれがある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、遠隔操作手段を用いてセルフ撮影を行う際に、暗所においても確実にフォーカスレンズの合焦位置を探索することができる撮像装置、および合焦位置探索方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、フォーカスレンズを含む撮像光学系を透過した被写体像を撮像して画像データを出力する撮像手段と、前記フォーカスレンズの焦点調整を行う焦点調整手段と、前記画像データから画像の鮮鋭度を表すフォーカス評価値を算出する評価値算出手段と、前記画像データから被写体像の輝度の積算値を算出する輝度値算出手段と、前記フォーカス評価値の算出結果を元に、前記焦点調整手段の動作を制御して前記フォーカスレンズの合焦位置を探索する制御手段と、前記撮像手段にレリーズ動作を行わせるためのレリーズ信号を送信する遠隔操作手段とを備えた撮像装置において、前記遠隔操作手段に、前記レリーズ信号の送信時に発光する光源を設けるとともに、前記輝度値算出手段の算出結果が、予め設定された閾値よりも小さい場合に、前記評価値算出手段は、前記光源からの光を表す画像データに対して前記フォーカス評価値の算出を行い、前記制御手段は、前記フォーカスレンズの位置に対する前記フォーカス評価値の波形が谷間となる点を前記合焦位置とすることを特徴とする。

また、本発明は、フォーカスレンズを含む撮像光学系を透過した被写体像を撮像して得られた画像データから、画像の鮮鋭度を表すフォーカス評価値、および被写体像の輝度の積算値を算出して、前記フォーカス評価値の算出結果を元に、前記フォーカスレンズの合焦位置を探索する合焦位置探索方法であって、前記積算値の算出結果が、予め設定された閾値よりも小さい場合に、レリーズ動作を行わせるためのレリーズ信号を送信する遠隔操作手段に設けられた光源から発せられた光を表す画像データに対して前記フォーカス評価値の算出を行い、前記フォーカスレンズの位置に対する前記フォーカス評価値の波形が谷間となる点を前記合焦位置とすることを特徴とする。

本発明の撮像装置、および合焦位置探索方法によれば、輝度値算出手段の算出結果が、予め設定された閾値よりも小さい場合に、フォーカス評価値を算出する評価値算出手段で、遠隔操作手段の光源からの光を表す画像データに対してフォーカス評価値の算出を行い、フォーカスレンズの合焦位置を探索する制御手段により、フォーカスレンズの位置に対するフォーカス評価値の波形が谷間となる点を合焦位置とするので、焦点のずれた点を合焦位置として撮影してしまうおそれがない。したがって、遠隔操作手段を用いてセルフ撮影を行う際に、暗所においても確実にフォーカスレンズの合焦位置を探索することができる。

図１および図２において、本発明を適用したデジタルカメラ２の前面には、撮像レンズ１０を保持するレンズ鏡胴１１が組み込まれている。デジタルカメラ２の上面には、レリーズボタン１２、電源スイッチ１３、およびモードダイヤル１４が設けられており、側面には、メモリカード５０（図３参照）が着脱自在に装填されるメモリカードスロットを覆う蓋１５が設けられている。

デジタルカメラ２には、遠隔位置からセルフ撮影をする際に、レリーズ動作を行わせるためのレリーズ信号を送信するリモートコントローラ１６が付属されている。リモートコントローラ１６は、レリーズ信号を送信する際に押圧操作される押しボタン１７と、レリーズ信号を送信する送信部１８と、レリーズ信号の送信時に発光する光源１９とを備えている。送信部１８から送信されたレリーズ信号は、レンズ鏡胴１１の上部に設けられた受信部２０で受信される。光源１９は、電球やＬＥＤなどの点光源からなり、押しボタン１７の押圧操作に連動して、後述する自動焦点調整を行うために必要十分な時間（数秒）点灯する。なお、レリーズ信号の信号形態としては、例えば、赤外線や電波などが用いられる。

デジタルカメラ２の背面には、電子ビューファインダを構成するファインダ接眼窓２１、液晶表示器（ＬＣＤ）２２、および操作部２３が設けられている。ＬＣＤ２２は、撮影した画像やいわゆるスルー画像、各種メニュー画面を表示する。操作部２３は、撮像レンズ１０のズームレンズをワイド側、テレ側に変倍するズーム操作ボタン２４や、ＬＣＤ２２にメニュー画面を表示させる際や、選択内容を決定する際に操作されるメニューボタン２５、およびメニュー画面内でカーソルを移動させる十字キー２６などから構成される。

デジタルカメラ２では、静止画撮影を行う静止画撮影モード、動画撮影を行う動画撮影モード、撮影した画像をＬＣＤ２２に表示する再生モード、および各種設定を行う設定モードが選択可能となっている。これらのモードの切り替えは、モードダイヤル１４を回動操作させることで行われる。なお、動画撮影モードでは、動画の撮影とともに、図示しないマイクロホンを介して周囲の音声が収録される。

また、デジタルカメラ２では、リモートコントローラ１６を用いて、遠隔位置からセルフ撮影を行うセルフ撮影モードが設けられている。このセルフ撮影モードは、操作部２３を操作することにより設定される。

レリーズボタン１２は、２段階押しのスイッチとなっている。ＬＣＤ２２による被写体のフレーミングの後に、レリーズボタン１２を軽く押圧（半押し）すると、自動露出調整（ＡＥ）、自動焦点調整（ＡＦ）などの各種撮影準備処理が施される。この状態でレリーズボタン１２をもう１度強く押圧（全押し）すると、撮影準備処理が施された１画面分の撮像信号が画像データに変換された後、後述する画像処理および圧縮処理が施され、メモリカード５０に記憶される。

デジタルカメラ２の電気的構成を示す図３において、撮像レンズ１０には、レンズモータ３０が接続されている。また、絞り３１には、アイリスモータ３２が接続されている。これらのモータ３０、３２はステッピングモータからなり、ＣＰＵ３３に接続されたモータドライバ３４、３５から送信される駆動パルスにより動作制御され、レリーズボタン１２の半押しに伴う撮影準備処理を行う。

レンズモータ３０は、ズーム操作ボタン２４の操作に連動して、撮像レンズ１０のズームレンズをワイド側、あるいはテレ側に移動させる。また、ズームレンズの変倍などに応じて撮像レンズ１０のフォーカスレンズ（図示せず）を移動させ、撮影条件が最適となるように焦点調整を行う。アイリスモータ３２は、絞り３１を動作させ、露出調整を行う。

撮像レンズ１０の背後には、撮像レンズ１０を透過した被写体像が撮像されるＣＣＤ３６が配置されている。ＣＣＤ３６には、ＣＰＵ３３によって制御されるタイミングジェネレータ（ＴＧ）３７が接続され、このＴＧ３７から入力されるタイミング信号（クロックパルス）により、電子シャッタのシャッタ速度が決定される。

ＣＣＤ３６から出力された撮像信号は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）３８に入力され、ＣＣＤ３６の各セルの蓄積電荷量に正確に対応したＲ、Ｇ、Ｂの画像データとして出力される。ＣＤＳ３８から出力された画像データは、増幅器（ＡＭＰ）３９で増幅され、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）４０でデジタルの画像データに変換される。

画像入力コントローラ４１は、バス４２を介してＣＰＵ３３に接続され、ＣＰＵ３３の制御命令に応じて、ＣＣＤ３６、ＣＤＳ３８、ＡＭＰ３９、およびＡ／Ｄ４０を制御する。Ａ／Ｄ４０から出力された画像データは、ＳＤＲＡＭ４３に一時記録される。

画像信号処理回路４４は、ＳＤＲＡＭ４３から画像データを読み出して、階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正処理などの各種画像処理を施し、この画像データを再度ＳＤＲＡＭ４３に記録する。ＹＣ変換処理回路４５は、画像信号処理回路４４で各種処理を施された画像データをＳＤＲＡＭ４３から読み出し、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとに変換する。

ＶＲＡＭ４６は、ＬＣＤ２２にスルー画像を出力するためのメモリであり、画像信号処理回路４４、ＹＣ変換処理回路４５を経た画像データが格納される。ＶＲＡＭ４６には、画像データの書き込みと読み出しを並行して行えるように、２フレーム分のメモリ４６ａ、４６ｂが確保されている。ＶＲＡＭ４６に格納された画像データは、ＬＣＤドライバ４７でアナログのコンポジット信号に変換され、ＬＣＤ２２にスルー画像として表示される。

圧縮伸長処理回路４８は、ＹＣ変換処理回路４５でＹＣ変換された画像データに対して、所定の圧縮形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮を施す。圧縮された画像データは、メディアコントローラ４９を経由してメモリカード５０に記憶される。

ＣＰＵ３３には、前述のレリーズボタン１２、受信部２０、操作部２３の他に、ＥＥＰＲＯＭ５１が接続されている。ＥＥＰＲＯＭ５１には、各種制御用のプログラムや設定情報などが記録されている。ＣＰＵ３３は、これらの情報をＥＥＰＲＯＭ５１から作業用メモリであるＳＤＲＡＭ４３に読み出して、各種処理を実行する。

バス４２には、露出量、すなわち電子シャッタのシャッタ速度、および絞り３１の絞り値が撮影に適切か否かを検出するとともに、ホワイトバランスが撮影に適切か否かを検出するＡＥ／ＡＷＢ検出回路５２と、撮像レンズ１０の焦点調整が撮影に適切か否かを検出するＡＦ検出回路５３と、ストロボ装置５４の動作を制御するストロボ制御回路５５とが接続されている。

ＡＥ／ＡＷＢ検出回路５２は、ＹＣ変換処理回路４５でＹＣ変換された画像データの輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとの積算値を元に、露出量、およびホワイトバランスの適否を検出し、この検出結果をＣＰＵ３３に送信する。ＣＰＵ３３は、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路５２から送信された検出結果に基づいて、撮像レンズ１０、絞り３１、およびＣＣＤ３６の動作を制御する。

ＡＦ検出回路５３は、Ａ／Ｄ４０でデジタル化された画像データから画像の鮮鋭度を表すフォーカス評価値を算出し、この算出結果をＣＰＵ３３に送信する。フォーカス評価値は、画像の特定のエリア、例えば、撮影画角の中央部分の画像データに対して、バンドパスフィルタなどで輪郭抽出処理を施し、これにより抽出した輪郭信号、および中央部分の画像データの輝度値を積算することで得られる。ここで、フォーカス評価値が大きいほどその部分の高周波成分が多く、その部分が合焦状態にあることを表している。

ＣＰＵ３３は、レリーズボタン１２の半押しに伴う撮影準備処理時に、そのときのズームレンズの位置からフォーカスレンズの合焦位置の探索範囲を決定し、モータドライバ３４を介してレンズモータ３０の動作を制御して、決定した探索範囲内で、フォーカスレンズを例えば近点側から遠点側に移動させ、そのときＡＦ検出回路５３から順次送信されるフォーカス評価値の大小を比較することで、フォーカス評価値が最大となる位置、つまり合焦位置でフォーカスレンズを停止させる。

セルフ撮影モード下において、リモートコントローラ１６から受信部２０を介してレリーズ信号を受信し、且つＡＥ／ＡＷＢ検出回路５２による輝度の積算値の算出結果が、予め設定された閾値よりも小さい場合、画像信号処理回路４４は、ＳＤＲＡＭ４３から読み出した画像データから、レリーズ信号の送信時にリモートコントローラ１６の光源１９から発せられた光を表す画像データを抽出する。

光源１９から発せられた光を表す画像データの抽出は、具体的には、前フレームと現フレームの画像データの差分をとっておき、光源１９から発せられた光が撮像されているフレームと、されていないフレームの画像データの差分から、光が撮像されている部分を特定し、その部分、あるいはその部分を含む周囲を表す画像データを抽出する。なお、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路５２による輝度の積算値の算出結果が、予め設定された閾値よりも小さい場合とは、焦点調整が困難な状況（暗所など）であることを意味する。

ＡＦ検出回路５３は、画像信号処理回路４４で抽出した光を表す画像データに対してフォーカス評価値の算出を行う。ここで、前述の如く、暗所で点光源に対してフォーカスレンズの焦点調整を行った場合、図４に示すように、合焦した場合（図中実線で示す）よりも、ぼけた場合（図中点線で示す）の方が画像の鮮鋭度が増加するという現象が起こる。このため、フォーカスレンズの位置に対するフォーカス評価値は、図５に示すように、本来の合焦位置である谷間の点Ｐ１の両側に、ピークＰ２、Ｐ３が存在する波形となる。ＣＰＵ３３は、波形が谷間となる点Ｐ１を合焦位置とし、モータドライバ３４を介してレンズモータの動作を制御して、この位置でフォーカスレンズを停止させる。具体的には、図５において、フォーカスレンズを近点側から遠点側に移動させたときに、フォーカス評価値の大小関係が、前回＜今回から前回＞今回となり、再び前回＜今回となった点を合焦位置とする。

次に、上記構成を有するデジタルカメラ２の動作について、図６および図７のフローチャートを参照して説明する。まず、デジタルカメラ２で被写体の撮影を行う際には、電源スイッチ１３を操作してデジタルカメラ２の電源を投入し、モードダイヤル１４を操作して静止画撮影モード、あるいは動画撮影モードを選択する。

撮影モード下において、撮像レンズ１０、絞り３１を介して入射した被写体光は、ＣＣＤ３６により光電変換され、ＣＤＳ３８でサンプリングされる。ＣＤＳ３８から出力された画像データは、ＡＭＰ３９で増幅され、Ａ／Ｄ４０でデジタルの画像データに変換される。

デジタル変換された画像データは、画像信号処理回路４４で各種画像処理が施された後、画像入力コントローラ４１を介してＳＤＲＡＭ４３に順次記録される。ＳＤＲＡＭ４３に記録された画像データは、ＹＣ変換処理回路４５に読み出され、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとに変換された後、ＶＲＡＭ４６に格納され、ＬＣＤドライバ４７を介してＬＣＤ２２にスルー画像として表示される。この状態でレリーズボタン１２が半押しされると、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路５２、ＡＦ検出回路５３の検出結果に基づいて、ＣＰＵ３３により各部の動作が制御され、撮影準備処理が施される。

撮影準備処理後、レリーズボタン１２の全押しにより撮影が実行されると、静止画撮影モード下では、そのときＳＤＲＡＭ４３に記録されている画像データが圧縮伸長処理回路４８で圧縮処理され、メディアコントローラ４９を経由してメモリカード５０に記憶される。

一方、動画撮影モード下では、レリーズボタン１２が再度全押しされるまで、一定のフレームレート（例えば３０フレーム／秒）で画像データが記憶される。また、これと同時にマイクロホンを介して周囲の音声が収録される。マイクロホンで収録された音声は、画像データと関連付けられてメモリカード５０に記憶される。

図６に示すように、セルフ撮影モード下において、リモートコントローラ１６では、押しボタン１７が押圧されると、光源１９が点灯されて光が発せられ、レリーズ信号が送信部１８から送信される。そして、所定時間経過後、光源１９が消灯される。

図７において、リモートコントローラ１６から、受信部２０を介してレリーズ信号が受信されると、自動露出調整が行われた後、ＣＰＵ３３により、そのときのズームレンズの位置からフォーカスレンズの合焦位置の探索範囲が決定される。

探索範囲の決定後、ＣＰＵ３３により、モータドライバ３４を介してレンズモータ３０の動作が制御され、決定した探索範囲内で、フォーカスレンズが近点側から遠点側に移動される。このとき、ＡＦ検出回路５３により、Ａ／Ｄ４０でデジタル化された画像データから画像の鮮鋭度を表すフォーカス評価値が算出され、算出結果がＣＰＵ３３に送信される。

ＣＰＵ３３では、ＡＦ検出回路５３から送信されるフォーカス評価値の大小が比較される。ここで、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路５２による輝度の積算値の算出結果が、予め設定された閾値よりも小さい場合は、波形が谷間となる点Ｐ１が合焦位置とされ、ＣＰＵ３３により、モータドライバ３４を介してレンズモータの動作が制御され、この位置でフォーカスレンズが停止され、撮影が行われる。一方、輝度の積算値の算出結果が、予め設定された閾値よりも大きい場合は、通常の自動焦点調整時と同様に、フォーカス評価値が最大となる位置（合焦位置）が探索され、フォーカス評価値を超えたと判断した時点でフォーカスレンズが停止され、フォーカス評価値が最大の位置にフォーカスレンズが移動され、撮影が行われる。

以上説明したように、ＡＥ／ＡＷＢ検出回路５２による輝度の積算値の算出結果が、予め設定された閾値よりも小さい場合、リモートコントローラ１６の光源１９から発せられる光を表す画像データに対してフォーカス評価値の算出を行い、フォーカスレンズの位置に対するフォーカス評価値の波形が谷間となる点を合焦位置とするので、焦点のずれた点を合焦位置として撮影してしまうおそれがない。したがって、リモートコントローラ１６を用いてセルフ撮影を行う際に、暗所においても確実にフォーカスレンズの合焦位置を探索することができる。

なお、上記実施形態では、ズームレンズを備えたデジタルカメラ２を例示して説明したが、単焦点レンズを用いたものについても、本発明は適用することができる。

上記実施形態では、撮像装置として、デジタルカメラ２を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、他の撮像装置、例えば、カメラ付き携帯電話などにも適用することができる。

本発明を適用したデジタルカメラの正面外観斜視図である。 デジタルカメラの背面外観図である。 デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。 点光源に合焦した場合とぼけた場合の画像の鮮鋭度の相違を説明する説明図である。 暗所で点光源に対してフォーカスレンズの焦点調整を行ったときの、フォーカスレンズの位置に対するフォーカス評価値の変化を示すグラフである。 セルフ撮影モード下におけるリモートコントローラの処理手順を示すフローチャートである。 セルフ撮影モード下におけるデジタルカメラの処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２ デジタルカメラ
１０ 撮像レンズ
１２ レリーズボタン
１６ リモートコントローラ
１９ 光源
２２ 液晶表示器（ＬＣＤ）
３０ レンズモータ
３３ ＣＰＵ
３４ モータドライバ
３６ ＣＣＤ
４４ 画像信号処理回路
５２ ＡＥ／ＡＷＢ検出回路
５３ ＡＦ検出回路

Claims (2)

1. フォーカスレンズを含む撮像光学系を透過した被写体像を撮像して画像データを出力する撮像手段と、前記フォーカスレンズの焦点調整を行う焦点調整手段と、前記画像データから画像の鮮鋭度を表すフォーカス評価値を算出する評価値算出手段と、前記画像データから被写体像の輝度の積算値を算出する輝度値算出手段と、前記フォーカス評価値の算出結果を元に、前記焦点調整手段の動作を制御して前記フォーカスレンズの合焦位置を探索する制御手段と、前記撮像手段にレリーズ動作を行わせるためのレリーズ信号を送信する遠隔操作手段とを備えた撮像装置において、
   前記遠隔操作手段に、前記レリーズ信号の送信時に発光する光源を設けるとともに、
   前記輝度値算出手段の算出結果が、予め設定された閾値よりも小さい場合に、前記評価値算出手段は、前記光源からの光を表す画像データに対して前記フォーカス評価値の算出を行い、
   前記制御手段は、前記フォーカスレンズの位置に対する前記フォーカス評価値の波形が谷間となる点を前記合焦位置とすることを特徴とする撮像装置。
2. フォーカスレンズを含む撮像光学系を透過した被写体像を撮像して得られた画像データから、画像の鮮鋭度を表すフォーカス評価値、および被写体像の輝度の積算値を算出して、前記フォーカス評価値の算出結果を元に、前記フォーカスレンズの合焦位置を探索する合焦位置探索方法であって、
   前記積算値の算出結果が、予め設定された閾値よりも小さい場合に、レリーズ動作を行わせるためのレリーズ信号を送信する遠隔操作手段に設けられた光源から発せられた光を表す画像データに対して前記フォーカス評価値の算出を行い、
   前記フォーカスレンズの位置に対する前記フォーカス評価値の波形が谷間となる点を前記合焦位置とすることを特徴とする合焦位置探索方法。
   

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