JP2006208443A - オートフォーカス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特定の撮影対象に対して合焦するように自動焦点調整を行う。
【解決手段】オートフォーカス装置１０は、撮像素子１１、顔位置検出回路１３、領域設定回路１４、コントラスト検出回路１５、合焦回路１６、及びモータ１７を有する。撮像素子１１で生成した画像信号をデジタル信号処理回路２２において所定の処理を行い、この処理された画像データに基づいて、顔位置検出回路１３により画像の中の顔面領域を検出し、領域設定回路１４によって顔面領域を検出領域に設定する。コントラスト検出回路１５は画像データに基づいて検出領域のコントラスト値を検出し、合焦回路１６はコントラスト値を記憶する。合焦回路１６はモータ１７を駆動してフォーカスレンズ２１_fを光軸方向に移動し、フォーカスレンズ２１_fの移動の前後のコントラスト値を比較して、合焦している否かか判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮影対象である被写体像を自動的に合焦させるオートフォーカス装置に関する。

最近のカメラにおいては、従来手動で行われていた作業を自動化させたものが知られている。特に、焦点距離調整については測距センサにより測定した被写体までの距離や画像を構成する画素のコントラスト等に基づいて焦点距離調整を行うことが知られている。

ところで、撮影する画像には撮影目的の被写体とともに風景や背景等が含まれる。焦点距離調整のための測距や、画素のコントラスト測定を風景や背景等に対して行うと、撮影の主目的である被写体に対して焦点距離調整が行われない。焦点距離調整のためには、焦点距離調整の対象とする焦点検出点が撮影目的の被写体と重なることが必要である。

そこで、画像の中で複数の焦点検出点についての焦点検出装置の出力に基づいて、中央重視、近点優先などのアルゴリズムによって撮影目的の被写体と重なる焦点検出点を決定し、決定した焦点検出点に対して合焦するように焦点距離調整を行うカメラが開示されている（特許文献１）。

しかし、焦点検出点が必ずしも撮影者の撮影目的である被写体と重なるとは限らず、撮影目的である被写体像のぶれた写真が撮影されることがあった。
特開２００３−３４４８９１号公報

従って、本発明では、撮影者が望む撮影目的である被写体、特に人に対して合焦するように焦点距離調整を行い得るオートフォーカス装置の提供を目的とする。

本発明のオートフォーカス装置は、撮像面に形成された画像に相当する画像信号を生成する画像信号生成手段と、画像信号に基づいて撮像面を構成する複数の領域の中から画像の中で撮影対象となる被写体像を形成する光を受光する領域である第１領域を検出する被写体認識手段と、複数の領域の中から選択される検出領域において受光される光に対応した画像の一部である部分画像におけるピントズレ量を検出するピントズレ検出手段と、第１領域を検出領域として設定する自動設定手段とを備えることを特徴としている。

また、撮像面において部分画像を合焦させるためのレンズを光軸に沿って移動させるレンズ駆動手段と、ピントズレ検出手段により検出されたピントズレ量に基づいて部分画像を撮像面において合焦させるようにレンズ駆動手段を駆動させる合焦手段とを備えることが好ましい。或いは、撮像面において部分画像を合焦させるために撮像面を光軸に沿って移動させる撮像面駆動手段と、ピントズレ検出手段により検出されたピントズレ量に基づいて部分画像を撮像面において合焦させるように撮像面駆動手段を駆動させる合焦手段とを備えることが好ましい。

また、ピントズレ量は部分画像の合焦の度合いに応じて増加する合焦度であり、合焦手段は検出領域の合焦度が最大となるまでレンズ駆動手段を駆動してレンズを移動させることが好ましい。さらに、合焦度はコントラスト値であることが好ましい。

または、ピントズレ量は部分画像の合焦の度合いに応じて減少する非合焦度であり、合焦手段は検出領域の非合焦度が最小となるまでレンズ駆動手段を駆動してレンズを移動させることが好ましい。さらに非合焦度は自己相関係数であることが好ましい。

または、ピントズレ量はピントズレ量を検出したときのレンズの位置と部分画像を合焦させるレンズの位置との差であるレンズズレ量であり、合焦手段はレンズズレ量を補正するようにレンズ駆動手段を駆動してレンズを移動させることが好ましい。

また、初期設定領域を検出領域として設定する固定モード、或いは検出領域を手動入力により設定する手動モードに切替えることにより、自動選択手段をＯＦＦにするＡＦモード切替手段を備えることが好ましい。

また、撮影対象が顔であることが好ましく、被写体認識手段が画像において検出される輪郭及び・或いは色に基づいて第１領域を検出することが好ましい。

本発明によれば、カメラの特定の撮影対象となる被写体に対して自動的に焦点距離の調整を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態を適用したオートフォーカス装置を備えたデジタルカメラの内部構成を示すブロック図である。

デジタルカメラ２０は、撮影光学系２１、撮像素子１１、デジタル信号処理回路２２、顔位置検出回路１３（被写体認識手段）、領域設定回路１４（自動設定回路）、コントラスト検出回路１５（ピントズレ検出手段）、及び合焦回路１６によって構成される。

撮影光学系２１は、ズームレンズ（図示せず）やフォーカスレンズ２１_fを含む複数のレンズ群（図示せず）によって構成される。フォーカスレンズ２１_fは、従来公知のヘリコイド機構やラック＆ピニオン機構によって支持され、光軸に沿って移動自在である。フォーカスレンズ２１_fはモータ１７に機械的に接続される。モータ１７は、フォーカスレンズ２１_fを光軸に沿って移動させる。

撮像素子１１は、撮影光学系２１と光学的に接続される。撮像素子１１は、例えばＣＣＤである。撮像素子１１は、Ａ／Ｄコンバータ１２を介してデジタル信号処理回路２２、及びコントラスト検出回路１５に電気的に接続される。被写体像を含む画像が、撮影光学系２１を介して撮像素子１１の撮像面に形成され、画像に相当する画像信号が生成される。

撮像素子１１の撮像面上には、複数の画素（領域）が２次元状に配置されており、画素での受光量に相当する画素情報が各画素において生成される。画像信号は、全画素の画素情報によって構成される。画像信号はＡ／Ｄコンバータ１２でデジタルデータである画像データに変換され、デジタル信号処理回路２２に送られる。

デジタル信号処理回路２２は、画像メモリ２３、ＬＣＤモニタ２４、メモリカードコネクタ２５、及びＵＳＢ２６に電気的に接続される。撮像素子１１から送られた画像データは、作業用のメモリである画像メモリ２３に格納される。画像メモリ２３に格納された画像データは、デジタル信号処理回路２２によって色補完処理やホワイトバランス処理等の所定の処理が行われる。所定の処理が行われた処理画像データはＬＣＤモニタ２４に送られ、被写体像がＬＣＤモニタ２４上に表示される。

また、レリーズボタン（図示せず）の全押しによる撮像動作を実行して、得られた画像データは、メモリカードコネクタ２５と着脱自在に接続されるカード型メモリ３０に格納可能である。或いは、得られた画像データはＵＳＢ２６を介して接続されるパーソナルコンピュータ（図示せず）やプリンタ（図示せず）に出力される。

次に、デジタルカメラ２０に設けられるオートフォーカス装置１０について説明する。オートフォーカス装置１０は、撮像素子１１、顔位置検出回路１３、領域設定回路１４、コントラスト検出回路１５、合焦回路１６、及びモータ１７によって構成される。

顔位置検出回路１３は、デジタル信号処理回路２２に接続される。顔位置検出回路１３には、デジタル信号処理回路２２から処理画像データが送られる。処理画像データに基づいて、顔位置検出回路１３により、撮像面を構成する複数の画素の中から画像において人の顔面の像を形成する光を受光している画素或いは画素の集合である顔面領域（第１領域）が検出される。

なお、顔面領域の検出は、画像全体の中における肌色の検出、画像の中から人の顔における目、鼻、または口などの特徴点の検出、或いは顔の輪郭の抽出等の従来公知の顔面像の認識方法により検出される。検出された顔面領域に相当する顔位置データは、顔位置検出回路１３に電気的に接続される領域設定回路１４に出力される。

領域設定回路１４は、操作ボタン２７にも電気的に接続される。オートフォーカス装置１０の動作は、自動モード、固定モード、及び手動モードのいずれかのモードにおいて実行される。それぞれのモードの切替は操作ボタン２７への入力により行われる。

領域設定回路１４は、コントラスト検出回路１５に接続される。領域設定回路１４から、切替えられたモードに応じた領域を検出領域とするように設定させるための設定信号がコントラスト検出回路１５に出力される。なお、検出領域とは、撮像面を構成する画素の中で、後述するコントラスト値を検出する画素或いは画素の集合である。

自動モードである場合、顔位置データに基づいて顔面領域が検出領域に設定される。なお、予め定められた複数の画素、或いは複数の画素の集合の中から検出領域を設定する場合は、顔面領域内に含まれる画素、或いは画素の集合が検出領域として設定される。

固定モードが選択される場合は、図２に示すように、撮像面ＲＳにおける複数の固定領域ＦＡが検出領域として設定される。なお、固定領域ＦＡは初期設定としてＲＯＭ（図示せず）に記憶される。なお、固定領域ＦＡの撮像面ＲＳにおける配置は、均等に分散されるように予め定められる。

手動モードが選択される場合は、撮影者の入力により検出領域の設定が可能である。操作ボタン２７を操作することにより撮像面における任意の領域が検出領域として設定される。例えば、図３に示すようにＬＣＤ２４に表示されるカーソルＣをＬＣＤ２４上で動かして決定の入力を行うことにより、ＬＣＤ２４において検出領域として決定した領域に撮像面において対応する領域が検出領域として選択される。或いは、初期設定として記憶される複数の固定領域ＦＡの中から、撮影者が選択する構成であってもよい。

コントラスト検出回路１５は、Ａ／Ｄコンバータ１２を介して撮像素子１１に接続される。Ａ／Ｄコンバータ１２において変換されて生成した画像データは、コントラスト検出回路１５にも送られる。

コントラスト検出回路１５においては、画像データに基づいて、検出領域において受光される光に対応する画像の一部（部分画像）のコントラスト値が検出される。なお、検出領域は、前述のように設定信号に基づいて撮像面を構成する画素の中から設定される。

検出領域が単一の画素である場合は、単一の画素を中心として所定の範囲にある周辺の画素とのコントラスト値が求められる。検出領域が複数の画素の集合である場合は、集合を構成する範囲の画素のコントラスト値が求められる。或いは、集合を構成する単一の画素毎のコントラスト値が前述の単一の画素と同様に求められ、全画素で求めたコントラスト値の平均値を検出領域のコントラスト値として使用してもよい。

検出領域のコントラスト値は、合焦回路１６に送られる。合焦回路１６はＲＡＭ（図示せず）を有しており、送られるコントラスト値はＲＡＭに記憶される。合焦回路１６にコントラスト値が送られるとき、合焦回路１６からモータ１７に駆動信号が出力される。

駆動信号に基づいて、モータ１７はフォーカスレンズ２１_fを光軸に沿った一方の方向に所定の移動量で移動させる。フォーカスレンズ２１_fが移動した後に、再び検出領域のコントラスト値が検出され、合焦回路１６に送られる。ＲＡＭに記憶された移動前のコントラスト値と比べてコントラスト値が小さくなった場合は、最初に移動させた方向と逆方向にフォーカスレンズ２１_fを移動させる駆動信号が、合焦回路１６からモータ１７に出力される。

フォーカスレンズ２１_fはコントラスト値が増加する一方の方向に移動させられ、移動後のコントラスト値が検出される。フォーカスレンズ２１_fの移動及びコントラスト値の検出の動作が、移動の前後でコントラスト値が増加から減少に切替わるまで繰返される。

コントラスト値が増加から減少に転じるときにフォーカスレンズ２１_fの移動を止めるように、モータ１７の動作は合焦回路１６に制御される。コントラスト値は合焦の度合いに応じて増加するので、コントラスト値が増加から減少に切替わるときに被写体像を形成する光は撮像面において合焦する。

次に図４、５のフローチャートを用いて、オートフォーカス装置１０において実行されるオートフォーカスの動作について説明する。

オートフォーカス動作は、ステップＳ１００から始まり、駆動方向の設定をリセットする。駆動方向とは、オートフォーカス開始時にフォーカスレンズ２１_fを移動させる方向である。本実施形態においては、駆動方向の設定をリセットすることにより、フォーカスレンズ２１_fのモータ１７による移動方向が被写体側から撮像素子１１側の方向に切替えられる。

次のステップＳ２００において、撮像面を構成する複数の画素の中のいずれかの画素、或いはいずれかの画素の集合を検出領域として設定する。検出領域の設定が終了すると、ステップＳ１０１に進み、検出領域において受光される光に対応した画像の一部のコントラスト値を検出する。

次のステップＳ１０２では、コントラスト値をＲＡＭに記憶してステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、コントラスト値の検出が１回目か否かについて確認する。１回目の検出である場合は、ステップＳ１０４に進み、フォーカスレンズ２１_fを設定された駆動方向に単位移動量だけ移動させるための駆動信号をモータ１７に出力する。なお、単位移動量とは、フォーカスレンズ２１_fを移動させ得る最小の移動量である。

ステップＳ１０４の終了後、再びステップＳ２００に戻りステップＳ２００、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３の動作を実行する。ステップＳ１０３においてコントラスト値の検出が２回目以降であることを確認した場合は、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５において、フォーカスレンズ２１_fの移動前と移動後のコントラスト値の比較を行う。

次のステップＳ１０６では、コントラスト値の比較が１回目であるか否かについて確認する。１回目の比較である場合はステップＳ１０７に進み、移動後のコントラスト値が低下するか否かを判断する。移動後のコントラスト値が低下する場合はステップＳ１０８において、駆動方向の設定をリセット時の方向の逆方向、すなわち撮像素子１１側から被写体側の方向に切替える。ステップＳ１０７においてコントラスト値が低下しない場合、或いはステップＳ１０８の動作の終了後、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１０６においてコントラスト値の比較が２回目以降であると判断した場合は、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では移動後のコントラスト値が低下するか否かを判断する。移動後のコントラスト値が低下しない場合はステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、フォーカスレンズ２１_fを設定された駆動方向に単位移動量だけ移動させるための駆動信号をモータ１７に出力する。ステップＳ１１０終了後、再びステップＳ２００に戻る。以後、ステップＳ１０９におけるフォーカスレンズ２１_fの移動後のコントラスト値の低下が確認されるまで、ステップＳ２００、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３、ステップＳ１０５、ステップＳ１０６、ステップＳ１０９、ステップＳ１１０の処理を繰返す。

ステップＳ１０９において、フォーカスレンズ２１_fの移動後のコントラスト値が低下した場合には、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、設定された駆動方向と逆の方向に単位移動量だけフォーカスレンズ２１_fを移動させるための駆動信号をモータ１７に出力する。

次に、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０７における検出領域設定の処理について説明する（図５参照）。

検出領域設定の処理は、まずステップＳ２０１においてオートフォーカス装置の動作モードが自動モード、固定モード、及び手動モードのいずれに設定されているかの確認を行う。

自動モードに設定されている場合は、ステップＳ２０２に進み、処理画像データを取得する。処理画像データを取得すると次にステップＳ２０３において、画像中の顔面領域の検出を行い、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、顔面領域の検出が出来たか否かを判断する。

検出が出来なかった場合は、ステップＳ２０２に戻り、ステップＳ２０４において顔面領域の検出が出来たと判断されるまでステップＳ２０２〜ステップＳ２０４の処理を繰返す。ステップＳ２０４において、顔面領域の検出が出来たと判断した場合はステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０１において固定モードに設定されていると確認した場合は、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、ＲＯＭから固定領域ＦＡのデータを読込み、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０１において手動モードに設定されていると確認した場合は、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、撮影者により手動入力される領域を検出して、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７では、顔面領域、固定領域、或いは手動入力される領域のいずれかを検出領域として設定する。ステップＳ２０７の終了後、検出領域設定の処理を終了する。

以上のように、本実施形態のオートフォーカス装置によれば、フレーム内の中で、撮影対象の被写体である顔に対して自動的に撮影光学系の焦点距離の調整を行うことが可能になる。したがって、撮影対象とする顔がフレーム内のいずれの場所にあっても、自動焦点距離調整を行うことが可能である。特に、被写体がフレーム内で動く場合に困難であった自動焦点距離調整も容易に行われる。

なお、本実施形態においては撮影対象とする被写体を人の顔としているが、輪郭の特徴や色の抽出等の従来公知の画像処理により検出が可能な撮影対象であれば何であってもよく、例えば、動物、自動車、或いは航空機等であってもよい。

また、本実施形態において焦点距離調整を実行するためにコントラスト値を検出する構成であるが、合焦の度合いに応じて増加する量を合焦度として検出してもよい。或いは、例えば自己相関係数等の合焦の度合いに応じて減少する非合焦度を検出して焦点距離調整を行ってもよい。なお、非合焦度を検出して焦点距離調整を行う場合は、非合焦度が減少から増加に切替わるときを合焦している状態としてフォーカスレンズの移動を行わせればよい。

また、本実施形態においてコントラスト値が増加から減少に転じる時までフォーカスレンズの移動を行う構成であるが、フォーカスレンズを複数回移動させながらコントラスト値を測定し、コントラスト値を最大にさせるときのフォーカスレンズの位置に移動させることにより焦点距離調整を行ってもよい。また、前述のように非合焦度を検出して焦点距離調整を行う場合は、フォーカスレンズを複数回移動させながら非合焦度を測定し、非合焦度を最小にさせるときのフォーカスレンズの位置に移動させることにより焦点距離調整を行ってもよい。

また、本実施形態では検出領域において検出したコントラスト値に基づいて焦点距離調整を行う構成であるが、フレーム内の検出領域に相当する被写体までの距離を測距手段により測定し、測定した距離に応じてフォーカスレンズを移動させる構成であってもよい。

被写体までの距離に応じたフォーカスレンズの位置を予め決めておくことは、可能である。したがって、このような構成によれば、本実施形態のようにフォーカスレンズを移動させるたびにコントラスト値を測定する必要がない。すなわち、被写体像を合焦させるフォーカスレンズの位置と距離測定時の位置の差を補正するようにフォーカスレンズを移動させることによって、焦点距離調整を行うことが出来る。

また、本実施形態ではフォーカスレンズを移動させて焦点距離を調整する構成であるが、撮像素子を光軸に沿って移動させることにより被写体像を撮像面において合焦させることも可能である。

本発明の一実施形態を適用したオートフォーカス装置を備えたデジタルカメラの内部構成を示すブロック図である。 撮像面における固定領域の配列状態を示す図である。 ＬＣＤモニタ上において検出領域を設定するための操作状態を示す図である。 オートフォーカスを実行させる処理を説明するためのフローチャートである。 検出領域の設定の処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ オートフォーカス装置
１１ 撮像素子
１２ Ａ／Ｄコンバータ
１３ 顔位置検出回路
１４ 領域設定回路
１５ コントラスト検出回路
１６ 合焦回路
１７ モータ
２０ デジタルカメラ
２１ 撮影光学系
２１_f フォーカスレンズ
２２ デジタル信号処理回路
２７ 操作ボタン

Claims (11)

1. 撮像面に形成された画像に相当する画像信号を生成する画像信号生成手段と、
   前記画像信号に基づいて、前記撮像面を構成する複数の領域の中から前記画像の中で撮影対象となる被写体像を形成する光を受光する領域である第１領域を検出する被写体認識手段と、
   前記複数の領域の中から選択される検出領域において受光される光に対応した前記画像の一部である部分画像におけるピントズレ量を検出するピントズレ検出手段と、
   前記第１領域を、前記検出領域として設定する自動設定手段とを備える
   ことを特徴とするオートフォーカス装置。
2. 前記撮像面において、前記部分画像を合焦させるためのレンズを光軸に沿って移動させるレンズ駆動手段と、
   前記ピントズレ検出手段により検出されたピントズレ量に基づいて、前記部分画像を前記撮像面において合焦させるように前記レンズ駆動手段を駆動させる合焦手段とを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
3. 前記ピントズレ量は、前記部分画像の合焦の度合いに応じて増加する合焦度であり、
   前記合焦手段は、前記検出領域の合焦度が最大となるまで前記レンズ駆動手段を駆動して前記レンズを移動させる
   ことを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
4. 前記合焦度は、コントラスト値であることを特徴とする請求項３に記載のオートフォーカス装置。
5. 前記ピントズレ量は、前記部分画像の合焦の度合いに応じて減少する非合焦度であり、
   前記合焦手段は、前記検出領域の非合焦度が最小となるまで前記レンズ駆動手段を駆動して前記レンズを移動させる
   ことを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
6. 前記非合焦度は、自己相関係数であることを特徴とする請求項５に記載のオートフォーカス装置。
7. 前記ピントズレ量は、前記ピントズレ量を検出したときの前記レンズの位置と前記部分画像を合焦させる前記レンズの位置との差であるレンズズレ量であり、
   前記合焦手段は、前記レンズズレ量を補正するように前記レンズ駆動手段を駆動して前記レンズを移動させる
   ことを特徴とする請求項２に記載のオートフォーカス装置。
8. 前記撮像面において、前記部分画像を合焦させるために前記撮像面を光軸に沿って移動させる撮像面駆動手段と、
   前記ピントズレ検出手段により検出されたピントズレ量に基づいて、前記部分画像を前記撮像面において合焦させるように前記撮像面駆動手段を駆動させる合焦手段とを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
9. 初期設定領域を前記検出領域として設定する固定モード、或いは前記検出領域を手動入力により設定する手動モードに切替えることにより、前記自動設定手段をＯＦＦにするＡＦモード切替手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
10. 前記撮影対象が顔であることを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
11. 前記被写体認識手段が、前記画像において検出される輪郭及び・或いは色に基づいて第１領域を検出することを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
    
    

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