JP2007102061A - 画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな歪曲収差を持つ光学系を用いて撮影する場合でも、より正確に焦点調整を行うことができる画像撮影装置を提供する。
【解決手段】 フォーカスレンズ１は、中央部を拡大し、その周辺部を圧縮する歪曲収差特性を持つ。バイパスフィルター５では、中央部に対応する領域には、第１の周波数までの低周波成分をカットするための第１のフィルター係数が設定され、周辺部に対応する領域には、第１の周波数より高い第２の周波数までの第２の低周波成分をカットするための第２のフィルター係数が設定される。積分器９は、バイパスフィルター５によってフィルター処理された撮像信号を積分して評価値を生成する。分割器８は、積分を実行する領域を積分器９に設定する。積分器９によって生成された評価値に基づき、焦点調節の制御が行われる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動焦点機能を有する画像撮影装置に関する。

ビデオカメラやデジタルカメラなどの画像入力装置において、撮影する被写体までの距離や、画角に占める大きさに合わせてレンズの焦点距離を変更し、拡大縮小を自由に行うズーム機能が広く利用されている。これらのズーム機能は通常、内部のレンズを機械的に動かすことにより実現されている光学ズームと、イメージャから出力される画像の一部を利用し、画素間に新たな画素を補間することで画像を拡大する電子ズームとに大別される。電子ズームは、光学ズームと比較して駆動部分がなく、小型かつ安価に実現できるが、画質的に劣るという課題がある。

このような課題に対して、特許文献１では図１２に示すように、入力画像の周辺部を光学的に圧縮する機能を持つ光学系と、これを受光する主として均一な画素密度の受光素子とを備え、この圧縮による歪みを含んだ該受光素子の受光画像を補正変換する機能を備えることにより、その動作領域において同等の解像度のズーム画像を実現することを特徴とする電子ズーム画像入力方式を提案している。

図１２の被写体画面１Ａ上の望遠画角画面１ＡＳ、中間画角画面１ＡＭ、広角画角画面１ＡＷは、撮像素子の受光面上ではそれぞれ符号１ＢＳ、１ＢＭ、１ＢＷとして示される圧縮画面となる。さらに、この受光面から得られた画像データに対して補正処理を行うことにより、正常画像に変換された補正ズーム画面１Ｃとして、望遠画角画面１ＣＳ、中間画角画面１ＣＭ、広角画角画面１ＣＷが得られる。これにより、解像度が必ずしも一定にはならず、局所的な高低は生じるが、全体としては解像度を落とさずに電子ズーム動作を行うことができる。

ビデオカメラやデジタルカメラなどの画像入力装置において用いられている自動焦点調整に関しては、例えば特許文献２にその方法が提案されている。この提案に係わるブロック図を図１３に示す。フォーカスレンズ１００を介して入射された入射光が、ＣＣＤ素子１０１を通して光電変換され、撮像信号が生成される。ＣＣＤ素子１０１により生成された撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器１０２によりディジタル信号に変換され、信号処理回路１０３に入力される。信号処理回路１０３は、入力された撮像信号にホワイトバランス補正やγ補正などの補正を施し、順次DRAM１０４に書き込む。

処理回路１０５は、DRAM１０４から読み出した撮像信号に色分離処理などの信号処理を施す。記録メディア１０６は、処理回路１０５により信号処理が施された撮像信号を保持する。一方、DRAM１０４に書き込まれた撮像信号はゲート回路１０７にも与えられる。ゲート回路１０７はＣＰＵ１１２からの指示を受け、撮像信号を、複数の独立した領域に分割し、フォーカスエリアを設定する。

ゲート回路１０７によって複数の独立した領域に分割された撮像信号は、輝度信号生成回路１０８によって輝度信号に変換され、HPF１０９およびLPF１１０に与えられる。HPF１０９は、輝度信号より高周波成分を抽出して積分器１１１に与え、積分器１１１は、高周波成分を積分して焦点評価値としてＣＰＵ１１２に与える。LPF１１０は、輝度信号より低周波成分を抽出して積分器１１１に与え、積分器１１１は、低周波成分を積分して輝度データとしてＣＰＵ１１２に与える。ＣＰＵ１１２は、積分器１１１より得られた評価値を元に、フォーカスレンズ１００の位置を移動させるモータ１１３を駆動し、焦点を合わせる。

ＣＰＵ１１２がモータ１１３を駆動し、焦点を合わせる方法として、本例では山登り制御方式を用いている。ＣＰＵ１１２は、フォーカスエリアそれぞれの焦点評価値が最大値となる位置のうち、もっとも近方向側で最大値となる位置を合焦位置と判定して、当該位置にフォーカスレンズを移動するように、モータ１１３を駆動する。これは、カメラの撮影時（特にポートレートの場合）、一般に所望の被写体は近くにあり、遠方のものは基本的に背景だからである。このように、複数のフォーカスエリアから求めた焦点評価値の変化を評価して合焦判定を行っているため、様々な状態の被写体に対して的確にピントを合わせることができる。
特開平１０−２３３９５０号公報 特開２００１−２５５４５０号公報

しかし、特許文献１に示された画像入力装置で撮影された画像は、画像の中央部分と周辺部分とで、特性が異なり、中央部では像が拡大されるため低周波成分の多い画像になり、周辺部では像が圧縮されるため高周波成分の多い画像となる。カメラによる撮影時、特にポートレートの場合、前記のように、所望の被写体は近くにあり、また画像の中央部にあることが多い。

しかしながら、特許文献１に示すレンズを用いたカメラ等の画像撮影装置を用いて、特許文献２に示したような、フォーカスレンズの位置を移動する山登り法で焦点調整を行う場合、画像の中央の領域では画像が拡大され、低周波成分が多くなる。したがって、画像にハイパスフィルターをかけた結果を積分して評価値を算出し、レンズを移動して、評価値の変化が山になる位置を検出しようとしても、低周波成分が多いため、山の検出が難しい。中央部で焦点を合わせられない場合、山の検出ができる最近接位置は、後方の背景を含んだ分割領域となるため、背景にしかピントがあわなくなる可能性がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、大きな歪曲収差を持つ光学系を用いて撮影する場合でも、より正確に焦点調整を行うことができる画像撮影装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、中央部を拡大し、その周辺部を圧縮する歪曲収差特性を持つ光学系と、前記光学系を通して得られた光学像を受光し、撮像信号に変換するイメージセンサーと、前記イメージセンサーより出力される撮像信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、ディジタル信号に変換された前記撮像信号の低周波成分をカットするフィルター処理を行うフィルター手段と、前記中央部に対応する領域には、第１の周波数までの低周波成分をカットするための第１のフィルター係数を、前記周辺部に対応する領域には、前記第１の周波数より高い第２の周波数までの第２の低周波成分をカットするための第２のフィルター係数を各々選択し、前記フィルター手段に対して設定するフィルター係数設定手段と、前記フィルター手段によりフィルター処理された前記撮像信号を積分して評価値を生成する積分手段と、画像領域を複数に分割して生成される各分割領域に関する領域情報に基づき、積分を実行する領域を前記積分手段に設定する分割手段と、前記各分割領域に係る前記評価値に基づき、焦点調節の制御を行う制御手段とを有することを特徴とする画像撮影装置である。

また、本発明の画像撮影装置は、前記フィルター手段と前記積分手段とを１ユニットとして、相異なる前記分割領域を対象として前記評価値を生成するための複数のユニットと、各ユニットからの出力を選択して前記制御手段に出力する積分出力切り替え手段とを更に有することを特徴とする。

また、本発明の画像撮影装置において、前記フィルター手段は、更に、前記中央部においては、前記第１の周波数より高い第３の周波数以上の周波数成分もカットするように設定されていることを特徴とする。

また、本発明は、前記フィルター手段は、更に、前記中央部においては、前記第１の周波数より高い第３の周波数以上の周波数成分もカットするように設定されていることを特徴とする。

また、本発明は、中央部を拡大し、その周辺部を圧縮する歪曲収差特性を持つ光学系と、前記光学系を通して得られた光学像を受光し、撮像信号に変換するイメージセンサーと、前記イメージセンサーより出力される撮像信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、ディジタル信号に変換された前記撮像信号の低周波成分をカットするフィルター処理を行うフィルター手段と、前記フィルター手段によりフィルター処理された前記撮像信号を積分して評価値を生成する積分手段と、画像領域を、前記歪曲収差特性に応じた大きさで複数に分割して生成される各分割領域の大きさに関する領域情報に基づき、積分を実行する領域を前記積分手段に設定する分割手段と、各分割領域に係る前記評価値に基づき、焦点調節の制御を行う制御手段とを有することを特徴とする画像撮影装置である。

また、本発明の画像撮影装置は、前記中央部に対応する領域には、第１の周波数までの低周波成分をカットするための第１のフィルター係数を、前記周辺部に対応する領域には、前記第１の周波数より高い第２の周波数までの第２の低周波成分をカットするための第２のフィルター係数を各々選択し、前記フィルター手段に対して設定するフィルター係数設定手段を更に有することを特徴とする。

また、本発明の画像撮影装置は、前記評価値に対し、前記分割領域の大きさに応じて前記評価値を正規化する係数を乗ずる乗算手段を更に有することを特徴とする。

また、本発明の画像撮影装置は、前記フィルター手段と前記積分手段とを１ユニットとして、相異なる前記分割領域を対象として前記評価値を生成するための複数のユニットと、各ユニットからの出力を選択して前記制御手段に出力する積分出力切り替え手段とを更に有することを特徴とする。

また、本発明の画像撮影装置は、前記評価値に対し、前記分割領域の大きさに応じて前記評価値を正規化する係数を乗ずる乗算手段を前記ユニット毎に更に有し、前記積分出力切り替え手段は、前記乗算手段からの出力を各ユニットからの出力とし、選択して前記制御手段に出力することを特徴とする。

また、本発明の画像撮影装置において、前記フィルター手段は、更に、前記中央部においては、前記第１の周波数より高い第３の周波数以上の周波数成分もカットするように設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、中央部では、低周波成分の多い画像に対応して、第１のフィルター係数に設定されたフィルター手段を用いて、より低い周波数領域の信号を抽出することによって、中央部でも、必要な撮像信号のエッジ部分を検出でき、より正確に焦点調整を行うことができるという効果が得られる。また、本発明によれば、積分手段が積分を実行する分割領域の大きさを、光学系の歪曲収差特性に応じた大きさとすることによって、光学系の歪曲収差特性に起因する、各分割領域における周波数成分の偏りが抑えられ、より正確に焦点調整を行うことができるという効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。以下の各図面で同一の構成には同一の符号を付与し、説明を省略する。まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による画像撮影装置の構成を示している。図１のフォーカスレンズ１を用いて、図２（ａ）に示す円状の模様を撮影すると、図２（ｂ）に示すように、中央部は拡大され、周辺部は中心からの距離が大きくなるほど光学的に圧縮されるような大きな歪曲収差を持つ光学像が出力される。フォーカスレンズ１より出力された光学像は、固体撮像素子、例えばＣＣＤなどのイメージセンサー２に入射し、被写体像として撮像面に結像される。イメージセンサー２では、マトリクス状に画素が配列され、さらにカラーフィルターが配置されており、ＣＣＤドライバ１２により駆動制御されることにより、被写体像を電気信号（以下撮像信号と称する）に光電変換する。

イメージセンサー２より出力される撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器３（Ａ／Ｄ変換手段）によりディジタル信号に変換された後、輝度信号生成回路４により輝度信号に変換される。輝度信号生成回路４により生成された輝度信号から、ハイパスフィルター５（フィルター手段）により高周波成分のみが抽出される。ハイパスフィルター５は、例えば図３に示す構成をしており、乗算器の係数K0、a0、a1、b0、b1が、図１の保持器７および切り替え器６を通してＣＰＵ１０より与えられる。

保持器７は、ＣＰＵ１０より与えられるハイパスフィルター５の係数K0、a0、a1、b0、b1として、画が拡大された領域（中央部）で使用する係数（第１の周波数までの低周波成分をカットするための第１のフィルター係数）と、画が圧縮された領域（周辺部）で使用する係数（第１の周波数より高い第２の周波数までの第２の低周波成分をカットするための第２のフィルター係数）の２種類を保持する。切り替え器６は、ＣＰＵ１０からの制御により、保持器７より読み出す係数を切り替え、読み出した係数をハイパスフィルター５に与える。これら切り替え器６、保持器７、およびＣＰＵ１０の一部機能が本発明のフィルター係数設定手段の一実施形態である。

分割器８（分割手段）は、ＣＰＵ１０からの制御により、ハイパスフィルター５より出力される撮像信号を、予め設定された領域情報に基づいて、例えば図４に示すように5×5の領域に分割する制御信号を生成する。この分割器８によって、積分を実行する各分割領域が積分器９に設定される。ハイパスフィルター５により高周波成分のみが抽出された輝度信号は、分割器８の制御に従い、積分器９（積分手段）により分割領域毎に積分され、ＣＰＵ１０により焦点調整用の評価値として読み出される。ＣＰＵ１０は、読み出した評価値に基づいて、山登り制御方法などを用いてフォーカスレンズ１の位置を決定し、モータ１１を制御する。これらＣＰＵ１０の一部機能およびモータ１１が本発明の制御手段の一実施形態である。

図５に、ハイパスフィルター５のカットオフ周波数と、積分器９により得られる評価値とを示す。図５（ａ）は、カットオフ周波数が低いハイパスフィルターの特性を表している。図５（ｂ）は、低周波成分の多い画像において、各分割領域で得られる評価値の、フォーカスレンズ１の位置毎の変化を表している。図５（ｃ）は、カットオフ周波数が高いハイパスフィルターの特性を表している。図５（ｄ）は、高周波成分の多い画像において、各分割領域で得られる評価値の、フォーカスレンズ１の位置毎の変化を表している。

本実施形態で用いている、大きな歪曲収差を持つレンズ（フォーカスレンズ１）を用い、カメラなどで撮影を行った場合、画像の中央部では、像が拡大されることにより低周波成分が多くなる。また、画像の周縁方向へ向かうに従い、像が圧縮されることにより高周波成分が多くなる。同じ特性を持つハイパスフィルターを１画面全体にかけ、焦点調節を行おうとする場合、画像の中央部においては低周波成分が多いため、図５（ｂ）に示すように、レンズ位置を移動しても評価値の変化は比較的緩やかであり、山の検出が難しい。

また、画像の周辺部においては高周波成分が多いため、図５（ｄ）に示すように、レンズ位置を移動すると評価値は急峻な変化をし、容易に山の検出を行うことができる。したがって、画像の中央部と周辺部で異なる特性を持つハイパスフィルターをかける必要がある。

すなわち、画像の中央部においては、山の検出を容易に行えるようにするため、図５（ａ）に示すような、カットオフ周波数の低いハイパスフィルターを用い、画像の周辺部においては、図５（ｃ）に示すようなカットオフ周波数の高いハイパスフィルターを用いる。ＣＰＵ１０は、フォーカスレンズ１の歪曲収差の影響で像が拡大されてイメージセンサー２に入力される領域においては、低いカットオフ周波数を持つハイパスフィルターの動作をする係数を選ぶように切り替え器６を制御する。また、ＣＰＵ１０は、フォーカスレンズ１の収差の影響で像が圧縮されてイメージセンサー２に入力される領域においては、高いカットオフ周波数を持つハイパスフィルターの動作をする係数を選ぶように切り替え器６を制御する。これにより、低周波成分の多い中央部の領域においても、フォーカスレンズ１の移動による評価値の山を検出できるようになるため、より正確に合焦位置の検出を行うことができる。

上述したように、本実施形態によれば、歪曲収差を持つレンズの影響により中央部が拡大され、周辺部が圧縮される画像が入力される場合に、使用するハイパスフィルターの特性を変更し、中央部では、低周波成分の多い画像に対応して、カットオフ周波数の低い第１のフィルター係数に設定されたハイパスフィルターを用いて、より低い周波数領域の信号を抽出する。これにより中央部でも、必要な撮像信号のエッジ部分を検出でき、容易に合焦位置の検出を行うことができる。したがって、より正確に焦点調整を行うことができる。

次に、本実施形態の変形例を説明する。図６は、本変形例による画像撮影装置の構成を示している。本変形例においては、焦点調整用の評価値を求めるためのハイパスフィルターおよび積分器の組からなるユニットが複数個設けられている。各ハイパスフィルターは異なる特性を持っており、各ハイパスフィルターの出力に対してそれぞれ領域分割および積分処理が行われる。画像の中央部においては、カットオフ周波数の低いハイパスフィルターを通した積分結果が用いられ、画像の周辺部においては、カットオフ周波数の高いハイパスフィルターを通した積分結果が用いられる。

すなわち、ＣＰＵ１０は、フォーカスレンズ１の歪曲収差の影響で像が拡大されてイメージセンサー２に入力される領域においては、低いカットオフ周波数を持つハイパスフィルター（ハイパスフィルター２１または２２）を通した積分器（積分器２３または２４）の積分結果を選ぶように切り替え器２５（積分出力切り替え手段）を制御する。また、ＣＰＵ１０は、フォーカスレンズ１の収差の影響で像が圧縮されてイメージセンサー２に入力される領域においては、高いカットオフ周波数を持つハイパスフィルターを通した積分器の積分結果を選ぶように切り替え器２５を制御する。なお、積分器２３および２４が積分を実行する領域は、分割器８によって設定される。

本変形例によれば、ハイパスフィルターと積分器からなるユニットが複数設けられているため、各分割領域における評価値を並列処理で算出することが可能となるので、より素早く焦点調節を行うことができる。

なお、本実施形態のいずれの場合においても、ハイパスフィルター５に対してさらに、中央部において、第１の周波数より高い第３の周波数以上の周波数成分もカットするように設定してもよい。中央部においては、画像が拡大されて入力されることにより、低周波成分が多く、高周波成分が少ない。そのため、高周波成分をカットしても、評価値への影響は少ない。画像の中央部において、第３の周波数以上の周波数成分をカットする、所謂バンドパスフィルタとして機能するようにハイパスフィルター５が設定されていれば、高周波成分に重畳されるノイズ成分がカットされ、より正確に焦点調整を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図７は、本実施形態による画像撮影装置の構成を示している。ハイパスフィルター５の構成は第１の実施形態と同様に、例えば図３で表され、ＣＰＵ１０より係数K0、a0、a1、b0、b1が与えられる。分割器３１には、ＣＰＵ１０からの制御により、ハイパスフィルター５より出力される撮像信号を、例えば図８（ａ）に示すような5×5の領域に分割する制御信号が、切り替え器３２および保持器３３を通して与えられる。

保持器３３は、分割領域の大きさを決定するための水平方向幅や垂直方向幅といったパラメータ（領域情報）をＣＰＵ１０より与えられ、保持する。切り替え器３２は、ＣＰＵ１０からの制御により、保持器３３より読み出すパラメータを切り替え、読み出した、分割領域の大きさを決定するパラメータを分割器３１に与える。ハイパスフィルター５より高周波成分のみが抽出された輝度信号は、分割器３１の制御に従い、積分器９により分割領域毎に積分され、ＣＰＵ１０により焦点調整用の評価値として読み出される。ＣＰＵ１０は、読み出した評価値に基づいて、山登り制御方法などを用いてフォーカスレンズ１の位置を決定し、モータ１１を制御する。

以下、図８を参照して、円状の模様の画を撮像した場合の画像撮影装置の動作を説明する。図８（ａ）は、本実施形態で行う画面の分割例であり、図２（ａ）に示す画がフォーカスレンズ１に入力された場合に、フォーカスレンズ１より出力された、図２（ｂ）に示す画を分割した結果を示す。この分割の制御が、分割器３１により行われる。図８（ｂ）は、フォーカスレンズ１に入力される画を元に画面を均一に分割した分割例である。図８（ｃ）は、フォーカスレンズ１より出力される画を元に画面全体を均一に分割した分割例である。

本実施形態で用いている大きな歪曲収差を持つレンズ（フォーカスレンズ１）を用い、カメラなどで撮影を行った場合、画像の中央部では画像が拡大され、画像の周縁方向に向かうに従い、画像が圧縮される。１画面全体で均一な大きさの分割領域を用いて焦点調節の評価値を得ようとする場合、下記のように、画面の中央部においては、フォーカスレンズ１に入力される画を元に意図した分割領域の大きさに比べて小さな領域で評価値の取得を行い、画面の周辺部においては、フォーカスレンズ１に入力される画を元に意図した分割領域の大きさに比べて大きな領域で評価値の取得を行うことになる。

例えば、図８（ｂ）に示すフォーカスレンズ１に入力される画を元に画面を均一に分割した例と、図８（ｃ）に示す歪曲収差を持ったフォーカスレンズ１より出力される画を元に画面を均一に分割した例とを比較した場合、図８（ｃ）では図８（ｂ）と比べて、中央部においては、本来意図した領域より小さな領域で評価値の取得を行い、周辺部においては、本来意図した領域より大きな領域で評価値の取得を行うことになる。したがって、分割領域の大きさは、フォーカスレンズ１に入力される、歪曲収差の影響のない撮影画を元に決定する必要がある。

すなわち、ＣＰＵ１０は、レンズの歪曲収差の影響をなくすために、各分割領域の大きさを決定する水平方向幅や垂直方向幅といったパラメータを保持器３３に保持させ、切り替え器３２は、現在入力されている撮像信号の領域に応じて、保持器３３より保持されているパラメータを読み出し、分割器３１に与える。このように、フォーカスレンズ１に入力される画を元に、図８（ｂ）に示すように領域を分割するため、画像の中央部および周辺部の各分割領域の大きさが、図８（ａ）に示すような大きさとなるように、分割器３１、切り替え器３２、および保持器３３を制御することにより、より正確に合焦位置の検出を行うことができる。上記の分割器３１、切り替え器３２、保持器３３、およびＣＰＵ１０の一部機能が本発明の分割手段の一実施形態である。

上述したように、本実施形態によれば、歪曲収差を持つレンズの影響により中央部が拡大され、周辺部が圧縮される画像が入力される場合に、積分器９に設定する、積分を実行する分割領域の大きさを、レンズの歪曲収差特性に応じた大きさとする。これにより、光学系の歪曲収差特性に起因する、各分割領域における周波数成分の偏りが抑えられ、より正確に焦点調整を行うことができる。

次に、本実施形態の変形例を説明する。図９は、本変形例による画像撮影装置の構成を示している。本変形例においては、さらに乗算器４１が設けられ、各分割領域毎の特性が一定になるような正規化係数を乗算器４１が積分結果に乗じることにより、焦点調整用の評価値が求められる。すなわち、ＣＰＵ１０は、フォーカスレンズ１の歪曲収差の影響をなくすために、各分割領域の大きさに応じて用意した各分割領域の正規化係数を保持器４３に保持させる。切り替え器４２は、現在入力されている撮像信号の領域に応じて、保持器４３より保持されているパラメータを読み出し、乗算器４１に与える。上記の乗算器４１、切り替え器４２、保持器４３、およびＣＰＵ１０の一部機能が本発明の乗算手段の一実施形態である。なお、正規化係数は、分割領域の大きさの違い、すなわち積算する画素数の違いによる見掛けの評価値の違いを是正するもので、等しい画素数の領域に換算する係数であり、分割領域の大きさとは反比例の関係にあるものである。

本変形例によれば、歪曲収差を持つレンズの影響により、中央部が拡大、周辺部が圧縮される画像が入力された場合においても、各分割領域の特性を合わせる乗算器を備えることにより、容易に合焦位置の検出を行うことができる。すなわち、各分割領域で得られた評価値に対して、その評価値に係る分割領域の大きさに応じて評価値を正規化する係数を乗ずることにより、歪曲収差の影響を補正し、より正確な焦点調節を行うことができる。

図１０は、他の変形例による画像撮影装置の構成を示している。本変形例においては、各分割領域毎のハイパスフィルターの特性を変更させることができ、画像の中央部においては、カットオフ周波数の低いハイパスフィルターを用い、画像の周辺部においてはカットオフ周波数の高いハイパスフィルターを用いる。本変形例では、第１の実施形態（図１参照）で説明した切り替え器６および保持器７が設けられている。

すなわち、ＣＰＵ１０は、フォーカスレンズ１の歪曲収差の影響で像が拡大されてイメージセンサー２に入力される領域においては、低いカットオフ周波数を持つハイパスフィルターの動作をする係数を選ぶように切り替え器６を制御する。また、ＣＰＵ１０は、フォーカスレンズ１の収差の影響で像が圧縮されてイメージセンサー２に入力される領域においては、高いカットオフ周波数を持つハイパスフィルターの動作をする係数を選ぶように切り替え器６を制御する。なお、ハイパスフィルター５の各係数は、ＣＰＵ１０から一旦保持器７に格納され、切り替え器６を介してハイパスフィルター５に与えられる。

本変形例によれば、中央部においては、低周波成分の多い画像に対応するようにカットオフ周波数の低い第１のフィルター係数に設定されたハイパスフィルターを用いることにより、より低い周波数領域の信号を抽出し、低周波成分の多い中央部でも、必要な撮像信号のエッジ部分を検出でき、フォーカスレンズ１の移動による評価値の山を検出できるようになる。したがって、より正確に合焦位置の検出および焦点調整を行うことができる。

図１１は、他の変形例による画像撮影装置の構成を示している。本変形例においては、焦点調整用の評価値を求めるハイパスフィルター、積分器、および乗算器の組からなるユニットが複数個設けられている。各ハイパスフィルターは異なる特性を持っており、各ハイパスフィルターの出力に対して、それぞれ領域分割および積分処理が行われる。画像の中央部においては、カットオフ周波数の低いハイパスフィルターを通した積分結果が用いられ、画像の周辺部においては、カットオフ周波数の高いハイパスフィルターを通した積分結果が用いられる。本変形例では、第１の実施形態（図６参照）で説明したハイパスフィルター２１，２２および積分器２３，２４が設けられている。また、各積分器の積分結果に対して、その積分結果に係る分割領域の大きさに応じて積分結果を正規化する係数を乗ずる乗算器５１および５２が設けられている。

ＣＰＵ１０は、フォーカスレンズ１の歪曲収差の影響で像が拡大されてイメージセンサー２に入力される領域においては、低いカットオフ周波数を持つハイパスフィルター（ハイパスフィルター２１または２２）を通した積分器（積分器２３または２４）の積分結果を選ぶように切り替え器２５を制御する。また、ＣＰＵ１０は、フォーカスレンズ１の収差の影響で像が圧縮されてイメージセンサー２に入力される領域においては、高いカットオフ周波数を持つハイパスフィルターを通した積分器の積分結果を選ぶように切り替え器２５を制御する。

なお、積分器２３および２４が積分を実行する領域は、分割器３１によって設定される。また、前述した変形例（図９参照）と同様にＣＰＵ１０は、フォーカスレンズ１の歪曲収差の影響をなくすために、各分割領域の大きさに応じて用意した各分割領域の正規化係数を保持器４３に保持させる。切り替え器４２は、ハイパスフィルター２１が処理した撮像信号の領域に応じて、保持器４３より保持されているパラメータを読み出し、乗算器５１に与えると共に、ハイパスフィルター２２が処理した撮像信号の領域に応じて、保持器４３より保持されているパラメータを読み出し、乗算器５２に与える。

本変形例によれば、ハイパスフィルター、積分器、および乗算器からなるユニットが複数設けられているため、各分割領域における評価値を並列処理で算出することが可能となるので、より素早く焦点調節を行うことができる。また、歪曲収差を持つレンズの影響により、中央部が拡大、周辺部が圧縮される画像が入力された場合においても、各分割領域の特性を合わせる乗算器を備えることにより、容易に合焦位置の検出を行うことができる。すなわち、各分割領域で得られた評価値に対して、その評価値に係る分割領域の大きさに応じて評価値を正規化する係数を乗ずることにより、歪曲収差の影響を補正し、より正確な焦点調節を行うことができる。

なお、本実施形態のいずれの場合においても、ハイパスフィルター５に対してさらに、中央部において、第１の周波数より高い第３の周波数以上の周波数成分もカットするように設定してもよい。前述したように、画像の中央部において、第３の周波数以上の周波数成分をカットする、所謂バンドパスフィルタとして機能するようにハイパスフィルター５が設定されていれば、高周波成分に重畳されるノイズ成分がカットされ、より正確に焦点調整を行うことができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の第１の実施形態による画像撮影装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態による画像撮影装置が備える、大きな歪曲収差を持つレンズの入出力例を示す参考図である。 本発明の第１の実施形態による画像撮影装置が備えるハイパスフィルターの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における画像の領域分割例を示す参考図である。 本発明の第１の実施形態において、ハイパスフィルターのカットオフ周波数と、積分器により得られる評価値とを示す参考図である。 本発明の第１の実施形態による画像撮影装置の変形例の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態による画像撮影装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態による画像撮影装置の動作を説明するための領域分割例を示す参考図である。 本発明の第２の実施形態による画像撮影装置の変形例の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態による画像撮影装置の他の変形例の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態による画像撮影装置の他の変形例の構成を示すブロック図である。 大きな歪曲収差を持つレンズを説明するための参考図である。 従来の画像撮影装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１・・・フォーカスレンズ、２・・・イメージセンサー、３・・・Ａ／Ｄ変換器、４・・・輝度信号生成回路、５，２１，２２・・・ハイパスフィルター、６，２５，３２，４２・・・切り替え器、７，３３，４３・・・保持器、８，３１・・・分割器、９，２３，２４・・・積分器、１０・・・ＣＰＵ、１１・・・モータ、１２・・・ＣＣＤドライバ、４１，５１，５２・・・乗算器

Claims (9)

1. 中央部を拡大し、その周辺部を圧縮する歪曲収差特性を持つ光学系と、
   前記光学系を通して得られた光学像を受光し、撮像信号に変換するイメージセンサーと、
   前記イメージセンサーより出力される撮像信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   ディジタル信号に変換された前記撮像信号の低周波成分をカットするフィルター処理を行うフィルター手段と、
   前記中央部に対応する領域には、第１の周波数までの低周波成分をカットするための第１のフィルター係数を、前記周辺部に対応する領域には、前記第１の周波数より高い第２の周波数までの第２の低周波成分をカットするための第２のフィルター係数を各々選択し、前記フィルター手段に対して設定するフィルター係数設定手段と、
   前記フィルター手段によりフィルター処理された前記撮像信号を積分して評価値を生成する積分手段と、
   画像領域を複数に分割して生成される各分割領域に関する領域情報に基づき、積分を実行する領域を前記積分手段に設定する分割手段と、
   前記各分割領域に係る前記評価値に基づき、焦点調節の制御を行う制御手段と、
   を有することを特徴とする画像撮影装置。
2. 前記フィルター手段と前記積分手段とを１ユニットとして、相異なる前記分割領域を対象として前記評価値を生成するための複数のユニットと、
   各ユニットからの出力を選択して前記制御手段に出力する積分出力切り替え手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項１に記載の画像撮影装置。
3. 前記フィルター手段は、更に、前記中央部においては、前記第１の周波数より高い第３の周波数以上の周波数成分もカットするように設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像撮影装置。
4. 中央部を拡大し、その周辺部を圧縮する歪曲収差特性を持つ光学系と、
   前記光学系を通して得られた光学像を受光し、撮像信号に変換するイメージセンサーと、
   前記イメージセンサーより出力される撮像信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   ディジタル信号に変換された前記撮像信号の低周波成分をカットするフィルター処理を行うフィルター手段と、
   前記フィルター手段によりフィルター処理された前記撮像信号を積分して評価値を生成する積分手段と、
   画像領域を、前記歪曲収差特性に応じた大きさで複数に分割して生成される各分割領域の大きさに関する領域情報に基づき、積分を実行する領域を前記積分手段に設定する分割手段と、
   各分割領域に係る前記評価値に基づき、焦点調節の制御を行う制御手段と、
   を有することを特徴とする画像撮影装置。
5. 前記中央部に対応する領域には、第１の周波数までの低周波成分をカットするための第１のフィルター係数を、前記周辺部に対応する領域には、前記第１の周波数より高い第２の周波数までの第２の低周波成分をカットするための第２のフィルター係数を各々選択し、前記フィルター手段に対して設定するフィルター係数設定手段を更に有することを特徴とする請求項４に記載の画像撮影装置。
6. 前記評価値に対し、前記分割領域の大きさに応じて前記評価値を正規化する係数を乗ずる乗算手段を更に有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の画像撮影装置。
7. 前記フィルター手段と前記積分手段とを１ユニットとして、相異なる前記分割領域を対象として前記評価値を生成するための複数のユニットと、
   各ユニットからの出力を選択して前記制御手段に出力する積分出力切り替え手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の画像撮影装置。
8. 前記評価値に対し、前記分割領域の大きさに応じて前記評価値を正規化する係数を乗ずる乗算手段を前記ユニット毎に更に有し、前記積分出力切り替え手段は、前記乗算手段からの出力を各ユニットからの出力とし、選択して前記制御手段に出力することを特徴とする請求項７に記載の画像撮影装置。
9. 前記フィルター手段は、更に、前記中央部においては、前記第１の周波数より高い第３の周波数以上の周波数成分もカットするように設定されていることを特徴とする請求項４〜請求項８のいずれかの項に記載の画像撮影装置。
   
   

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