JP2006215105A

JP2006215105A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2006215105A
Application number: JP2005025372A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sugimoto; 雅彦杉本
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2006-08-17

Abstract

【課題】広角や望遠等、ズーム位置が変化する場合にもコントラストＡＦの信頼性を向上させることができ、ピンぼけ画像の発生率を低減することができる撮像装置を提供することを目的とする
【解決手段】ズームポジション検出部３７は、ズームレンズ１２のズーム位置を検出してＣＰＵ４０に出力する。ＣＰＵ４０は、ズーム位置に応じたカットオフ周波数を有するハイパスフィルタを設定する。ＡＦ検出部４２は、ＣＰＵ４０が設定したハイパスフィルタを用いてＡＦ評価値を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は撮像装置に係り、特にオートフォーカス制御を行なう撮像装置に関するものである。

オートフォーカスカメラやオートフォーカスビデオカメラ等の撮像装置においては、画像信号の高周波成分をハイパスフィルタ（以下「ＨＰＦ」と記載する。）により抽出し、抽出した高周波成分を積算して焦点評価値を算出し、この焦点評価値に基づいてオートフォーカス制御を行なうものが多い。

また、特許文献１には絞り量に応じてＨＰＦを設定するビデオカメラが開示されている。特許文献１に記載のビデオカメラでは、入射光量を調節する絞り機構の絞り量が大きい場合にはカットオフ周波数の高いＨＰＦを設定し、逆に絞り量が小さい場合にはカットオフ周波数の低いＨＰＦを設定して、設定されたＨＰＦにより得られる撮像輝度信号の高域成分レベルが最大になるようにレンズを進退させてオートフォーカス制御を行なうようになっている。
特開平７−１６２７３１号公報

しかしながら、従来の撮像装置のようにオートフォーカス制御に用いるＨＰＦの特性を常に同じにしておくとピントが合わない場合が出てくる。例えば、風景画像ではピントが合っているのに、人物の顔のアップではピントが合わない場合がある。この問題は、広角や望遠等、ズーム位置が異なる場合に顕著に現れる。

また、特許文献１に記載の技術は、低照度に伴い輝度信号の高域成分が小さくなることに鑑み、絞り量に応じてＨＰＦを設定するものであり、ズーム位置の違いによるピント合わせの問題に適用できるものではない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、広角や望遠等、ズーム位置が変化する場合にもコントラストＡＦの信頼性を向上させることができ、ピンぼけ画像の発生率を低減することができる撮像装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る撮像装置は、被写体像をズームレンズを介して撮像素子上に結像させ、該撮像素子より得られる画像信号の高周波成分をハイパスフィルタにより抽出し、該抽出した高周波成分を積分して焦点評価値を算出し、該算出した焦点評価値に基づいて前記ズームレンズの合焦制御を行う撮像装置において、前記ズームレンズのズーム位置を検出する手段と、前記高周波成分の抽出に用いるハイパスフィルタを設定する手段であって、前記検出したズーム位置に応じたカットオフ周波数を有するハイパスフィルタを設定する設定手段と、を備える。

この発明によると、ズーム位置に応じてハイパスフィルタを設定することができる。

また前記設定手段は、前記検出したズーム位置が広角端に近いほどカットオフ周波数に高いハイパスフィルタを設定し、前記検出したズーム位置が望遠端に近いほどカットオフ周波数が低いハイパスフィルタを設定する。

また、前記ハイパスフィルタは一つのデジタルフィルタから構成され、前記設定手段は、前記デジタルフィルタが前記検出したズーム位置に応じたカットオフ周波数を有するように前記デジタルフィルタに対して前記検出したズーム位置に対応したパラメータに出力する。

また、前記設定手段は、複数のズーム位置に対応したパラメータを記憶する記憶手段を含み、前記検出したズーム位置に対応したパラメータを前記記憶手段から読み出して前記デジタルフィルタに出力する。

また、前記設定手段は、複数のズーム位置に対応したカットオフ周波数を記憶する記憶手段と、前記検出したズーム位置に対応したカットオフ周波数を前記記憶手段から読み出し、その読み出したカットオフ周波数に基づいて前記デジタルフィルタに出力するパラメータを算出する演算手段とを含み、前記演算手段によって算出したパラメータを前記デジタルフィルタに出力する。

また、前記ハイパスフィルタは、前記ズームレンズのズーム位置ごとにそれぞれカットオフ周波数が異なる複数のハイパスフィルタから構成され、前記設定手段は、前記複数のハイパスフィルタから前記検出したズーム位置に応じたカットオフ周波数を有するようにデジタルフィルタを選択することにより設定する。

本発明によれば、ズーム位置に応じてＨＰＦを設定するため、広角や望遠などズーム位置が変化する場合にもコントラストＡＦの信頼性を向上させることができ、ピンぼけ画像の発生率を低減することができる撮像装置を提供することができる。

以下添付図面に従って本発明に係る撮像装置の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は本発明に係る撮像装置の実施の形態を示すブロック図である。

このデジタルカメラ１０は、撮像した画像をメモリカード５４に記録するもので、カメラ全体の動作は、中央処理装置（ＣＰＵ）４０によって統括制御される。

デジタルカメラ１０には、シャッタボタンと、ズームボタンと、撮影モード又は再生モード等を設定するモードダイヤルとを含む操作部３８が設けられており、この操作部３８での操作に応じた信号はＣＰＵ４０に入力される。

被写体を示す画像光は、ズームレンズ１２、絞り１４を介してＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子１６の受光面に結像される。ズームレンズ１２は、ＣＰＵ４０によって制御されるレンズ駆動部３６によって駆動され、フォーカス制御、ズーム制御等が行われる。ズームボタンが操作され、レンズ駆動部３６がズームレンズ１２を駆動させると、ズームポジション検出部３７がズームレンズ１２のズームポジションを検出し、ＣＰＵ４０に出力する。尚、ズームポジションの検出は、レンズ駆動部３６がズームレンズ１２をズーム駆動させる際のパルス信号をカウントすることによっても行なうことができる。絞り１４は、例えば、５枚の絞り羽根からなり、ＣＰＵ４０によって制御される絞り駆動部３４によって駆動され、例えば、絞り値Ｆ2.8 〜Ｆ11まで１ＡV刻みで５段階に絞り制御される。

ＣＰＵ４０は、絞り駆動部３４を介して絞り１４を制御するとともに、撮像素子制御部３２を介して撮像素子１６での電荷蓄積時間（シャッタスピード）制御を行う。またＣＰＵ４０は、ＥＥＰＲＯＭ５６に予め記録されたズーム位置に対応したパラメータやズーム位置に対応したカットオフ周波数を読み出して、これらのパラメータやカットオフ周波数に基づき、後述するＡＦ検出部４２が使用するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）をズームレンズ１２のズームポジションに応じて設定する。

撮像素子１６に蓄積された信号電荷は、撮像素子制御部３２から加えられる読み出し信号に基づいて信号電荷に応じた電圧信号として読み出される。撮像素子１６から読み出された電圧信号は、アナログ信号処理部１８に加えられ、ここで各画素ごとのＲ、Ｇ、Ｂ信号がサンプリングホールドされ、増幅されたのちＡ／Ｄ変換器２０に加えられる。Ａ／Ｄ変換器２０は、順次入力するＲ、Ｇ、Ｂ信号をデジタルのＲ、Ｇ、Ｂ信号に変換して画像入力コントローラ２２に出力する。

デジタル信号処理部２４は、画像入力コントローラ２２を介して入力するデジタルの画像信号に対して、オフセット処理、ホワイトバランス補正及び感度補正を含むゲイン・コントロール処理、ガンマ補正処理、ＹＣ処理等の所定の信号処理を行う。

デジタル信号処理部２４で処理された画像データは、ＶＲＡＭ５０に入力する。ＶＲＡＭ５０には、それぞれが１駒分の画像を表す画像データを記憶するＡ領域とＢ領域とが含まれている。ＶＲＡＭ５０において１駒分の画像を表す画像データがＡ領域とＢ領域とで交互に書き換えられる。ＶＲＡＭ５０のＡ領域及びＢ領域のうち、画像データが書き換えられている方の領域以外の領域から、書き込まれている画像データが読み出される。ＶＲＡＭ５０から読み出された画像データはビデオ・エンコーダ２８においてエンコーディングされ、カメラ背面に設けられているＬＣＤ３０に出力され、これにより被写体像がＬＣＤ３０の表示画面上に表示される。

また、操作部３８のシャッタボタンの第１段階の押下（半押し）があると、ＡＥ動作及びＡＦ動作が開始する。即ち、Ａ／Ｄ変換器２０から出力される画像データがＡＦ検出部４２並びにＡＥ検出部４４に取り込まれる。ＡＦ検出部４２では、画像データ（例えば、撮像素子１６の中央領域（フォーカス領域）のＧ信号）を使用し、１次元水平方向に連続するＧ信号からハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を介して高周波成分を抽出し、この高周波成分を積算した値（ＡＦ評価値）をＣＰＵ４０に出力する。尚、このＡＦ検出部４２の詳細については後述する。

ＡＥ検出部４４では、画面全体のＧ信号を積算し、又は画面中央部と周辺部とで異なる重みづけをしたＧ信号を積算し、その積算値をＣＰＵ４０に出力する。

ＣＰＵ４０は、ＡＦ検出部４２から入力するＡＦ評価値に基づいてそのＡＦ評価値が最大になるレンズ位置にレンズ駆動部３６を介してズームレンズ１２を移動させるとともに、ＡＥ検出部４４から入力する積算値より被写体の明るさ（撮影Ｅｖ値）を算出し、この撮影Ｅｖ値に基づいて絞り１４の絞り値及び撮像素子１６の電子シャッタ（シャッタスピード）を所定のプログラム線図にしたがって決定し、その決定した絞り値に基づいて絞り駆動部３４を介して絞り１４を制御するとともに、決定したシャッタスピードに基づいて撮像素子制御部３２を介して撮像素子１６での電荷蓄積時間を制御する。

ＡＥ動作及びＡＦ動作が終了し、シャッタボタンの第２段階の押下（全押し）があると、その押下に応答してＡ／Ｄ変換器２０から出力される１駒分の画像データが画像入力コントローラ２２からメモリ(SDRAM) ４８に入力し、一時的に記憶される。

画像データは、メモリ４８から読み出され、デジタル信号処理部２４において輝度データ及び色差データの選択処理（ＹＣ処理）を含む所定の信号処理が行われる。ＹＣ処理された画像データ（ＹＣデータ）は、デジタル信号処理部２４から読み出され、再びメモリ４８に記憶される。続いて、ＹＣデータは圧縮伸長処理部２６に出力され、JPEG (joint photgraphic experts group)などの所定の圧縮処理が実行される。圧縮されたＹＣデータは、再びメモリ４８に出力されて記憶されたのち、メディア・コントローラ５２によって読み出され、メモリカード５４に記録される。

次に、図２及び図３に基づいて上記構成のデジタルカメラ１０のＨＰＦ設定処理方法について説明する。図２は、ＡＦ検出部４２内の処理を示す模式図である。図３は本発明に係るデジタルカメラのＨＰＦ設定処理の流れを示すフローチャートである。

図２に示すように、ＡＦ検出部４２は、ＨＰＦ伝達関数（Ｈ（Ｚ））を備えたＨＰＦ４２ａとＨＰＦ４２ａが抽出した高周波信号を積算処理するデジタル積算処理部４２ｂとを備える。ＨＰＦ伝達関数（Ｈ（Ｚ））にパラメータｓ_Ｏ、ａ_１、ａ_２を与えることによりＨＰＦ伝達関数の振幅特性が決定され、ＨＰＦ４２ａのカットオフ周波数を決定することができる。ＨＰＦ伝達関数の振幅特性の決定については、後述する。

ＡＦ検出部４２に画素毎のＧ信号が順次入力されると、ＨＰＦ４２ａにより所定のカットオフ周波数以上の高周波信号が抽出される。抽出された高周波信号は、デジタル積算処理部４２ｂによりデジタル積算処理される。そして、デジタル積算処理部４２ｂは、その積算値をＡＦ評価値として出力する。

次に図３に基づいて本発明に係るデジタルカメラのＨＰＦ設定処理方法について説明する。

（ステップＳ１）
操作部３８のシャッタボタンの半押しがあると、まず、ＣＰＵ４０は、フォーカス用のＡＥ制御を行う。ＡＥ検出部４４から入力する積算値よりＥｖ値を算出し、このＥｖ値に基づいて絞り１４及び撮像素子１６での電荷蓄積時間（フォーカス露出）を制御する。尚、フォーカス用のＡＥ制御では、より多くの高周波信号を得るために、一般的にはフォーカス露出は撮影露出よりもオーバー露光制御されている場合が多い。続いて、ＣＰＵ４０はＡＦサーチを行う。ＡＦサーチは、至近から無限遠までの焦点調節範囲にわたってズームレンズ１２を移動させ、ズームレンズ１２が所定量移動するごとに算出されるＡＦ評価値をＡＦ検出部４２から取り込む。自動焦点位置は、ＡＦ評価値に基づいてそのＡＦ評価値が最大となるズームレンズ１２のレンズ位置を算出することによって決定する。そして、この決定した自動焦点位置にズームレンズ１２を移動（合焦動作）させることにより自動焦点調節を行う。

（ステップＳ２）
ズームポジション検出部３７が合焦動作後のズームレンズ１２のズームポジションを検出する。ズームポジション検出部３７は、予め図４に示すズームポジションとズーム番号との対応関係を示すテーブルを備えておく。そして、ＡＦ評価値が最大になる位置にレンズ駆動部３６がズームレンズ１２を駆動する際のパルス信号をカウントしたり、ズームレンズ位置を検出したりして得たズームポジションと図４とを比較して、ズームレンズ１２の現在位置に対応したズーム番号信号をＣＰＵ４０に与える。

（ステップＳ３）
ＣＰＵ４０は、ズーム番号信号がＴｅｌｅ端に相当するか否かを判定し、「Ｙ」であればＳ４へ、「Ｎ」であればＳ５に進む。

（ステップＳ４）
Ｓ４では、Ｓ３でズームポジションがＴｅｌｅ端であると判断したため、Ｔｅｌｅ端時に使用するＨＰＦをＣＰＵ４０が設定する。ＣＰＵ４０は、図５に示すように、ズームポジションがＴｅｌｅ端に近づくほどＨＰＦ４２ａのカットオフ周波数を低めに設定し、Ｗｉｄｅ端に近づくほどカットオフ周波数を高めに設定する。そして、[数１]の（２）から（６）式を用いることにより、それぞれのパラメータが算出可能となり、これらのパラメータを[数１]のＨＰＦ伝達関数（2次IIRフィルタ、バタワース特性）（１）に与えることにより、ＨＰＦの振幅特性を調節することにより、所望の周波数特性を実現する。周波数特性の実現方法は、カットオフ周波数を記憶し、パラメータを計算により求めても良いし、予め算出したパラメータを記憶する方法を用いても良い。

なお、式中の文字は、下記の値に対応する。
ω_a ：アナログフィルタのカットオフ角周波数
ω_d ：デジタルフィルタのカットオフ角周波数
f_d ：デジタルフィルタのカットオフ周波数
f_s ：標本化周波数
ω_s ：標本化角周波数
上記［数１］により、サンプリング周波数と希望のカットオフ周波数とからパラメータa₁, a₂, s₀が設計できる。そして、これらのパラメータが求まれば、z = e^jωtを代入し、実部と虚部の2乗和平方根より振幅特性をシミュレートすることができる。

［数１］において、f_sを2000[LW/PH]とした場合に、算出される係数と振幅特性の例を[表1]に示す。［表1］は、(1)式に代入されるHPFの係数の値を示す。

表1の係数を［数１］式に代入して得られるＨＦＰの振幅特性を図６に示す。Ｔｅｌｅ端に対応するＨＰＦ４２ａは、図６におけるｃａｓｅ１の振幅特性を示す。

（ステップＳ５）
ＣＰＵ４０は、ズームポジションがポジション１にあるか否かを判定し、「Ｙ」であればＳ６へ、「Ｎ」であればＳ７へ進む。

（ステップＳ６）
ＣＰＵ４０は、上記の[数１]式のＨＰＦ伝達関数の係数を変化させＨＰＦ４２ａの振幅特性を調整し、図４のズームポジション１に対応するＨＰＦ４２ａを設定する。

（ステップＳ７乃至Ｓ１１）
以下、Ｓ７ではＣＰＵ４０が、ズームポジションが「ポジション２」にあるか否かを判定し、「ポジション２」であればＳ８において「ポジション２」に合うＨＰＦ４２ａを設定する。ＣＰＵ４０は、順次ズームポジションの検出とそれに対応するＨＰＦ４２ａの設定処理を行い、Ｓ９においてズームポジションが「ポジションＮ―２」にあるかを判定し、ズームポジションが「ポジションＮ―２」にあればＳ１０においてズームポジション「Ｎ―２」に相当するＨＰＦ４２ａを設定する。Ｓ９においてズームポジションが「ポジションＮ―２」にないと判定した場合には、ズームポジションが「Ｗｉｄｅ端」にあると判断し、Ｓ１１において「Ｗ端用ＨＰＦ」を設定する。「Ｗ端用ＨＰＦ」の振幅特性は、図６ではｃａｓｅ５に相当する。

本実施の形態では、ＨＰＦの振幅特性を変えることにより、ズームポジションに応じたＨＰＦを設定したが、各ズームポジションに応じたＨＰＦを複数備え、ＣＰＵ４０が取得したズーム番号信号に応じてＨＰＦを選択して設定するように構成しても良い。

Ｗｉｄｅ端撮影とＴｅｌｅ端撮影とを比較した場合、同じ被写体であっても撮影画像内に存在する細かいパターンは、Ｗｉｄｅ端撮影の方が多いと考えられる。本実施の形態により、Ｔｅｌｅ端側では、カットオフ周波数をＷｉｄｅ端側よりも低く設定できるため、ＡＦ評価値のレベルが大きくなり、ＡＦ評価値のピーク値をより検索しやすくなる。

本発明に係るハイパスフィルタ設定処理が適用されたデジタルカメラの実施の形態を示すブロック図ＡＦ検出部４２内の処理を示す模式図ハイパスフィルタ設定処理の流れを示すフローチャートズームポジションを示すテーブルズームポジション別ＡＦ用ハイパスフィルタ特性を示す模式図ＨＰＦの振幅特性を示す模式図

符号の説明

１０…デジタルカメラ、１２…ズームレンズ、１４…絞り、１６…撮像素子、２４…デジタル信号処理部、３２…撮像素子制御部、３４…絞り駆動部、３６…レンズ駆動部、３７…ズームポジション検出部、３８…操作部、４０…ＣＰＵ、４２…ＡＦ検出部、４４…ＡＥ検出部、４８…メモリ、５６…ＥＥＰＲＯＭ

Claims

被写体像をズームレンズを介して撮像素子上に結像させ、該撮像素子より得られる画像信号の高周波成分をハイパスフィルタにより抽出し、該抽出した高周波成分を積分して焦点評価値を算出し、該算出した焦点評価値に基づいて前記ズームレンズの合焦制御を行う撮像装置において、
前記ズームレンズのズーム位置を検出する手段と、
前記高周波成分の抽出に用いるハイパスフィルタを設定する手段であって、前記検出したズーム位置に応じたカットオフ周波数を有するハイパスフィルタを設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
前記設定手段は、前記検出したズーム位置が広角端に近いほどカットオフ周波数に高いハイパスフィルタを設定し、前記検出したズーム位置が望遠端に近いほどカットオフ周波数が低いハイパスフィルタを設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記ハイパスフィルタは一つのデジタルフィルタから構成され、
前記設定手段は、前記デジタルフィルタが前記検出したズーム位置に応じたカットオフ周波数を有するように前記デジタルフィルタに対して前記検出したズーム位置に対応したパラメータに出力する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記設定手段は、複数のズーム位置に対応したパラメータを記憶する記憶手段を含み、前記検出したズーム位置に対応したパラメータを前記記憶手段から読み出して前記デジタルフィルタに出力する、
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記設定手段は、複数のズーム位置に対応したカットオフ周波数を記憶する記憶手段と、前記検出したズーム位置に対応したカットオフ周波数を前記記憶手段から読み出し、その読み出したカットオフ周波数に基づいて前記デジタルフィルタに出力するパラメータを算出する演算手段とを含み、前記演算手段によって算出したパラメータを前記デジタルフィルタに出力する、
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記ハイパスフィルタは、前記ズームレンズのズーム位置毎にそれぞれカットオフ周波数が異なる複数のハイパスフィルタから構成され、
前記設定手段は、前記複数のハイパスフィルタから前記検出したズーム位置に応じたカットオフ周波数を有するようにデジタルフィルタを選択することにより設定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。