JP2007108093A - 被写体までの距離を測定する装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【目的】比較的簡単に被写体までの距離を算出する。
【構成】カメラDSCの前方の距離Ｄに人物の顔ｈ０がある。顔の幅はＳ０，人物がいる場所の撮像範囲の半分の幅をＷ０，画角をθとすると，tan＝Ｗ０／Ｄが成立する。被写体ｈ０を撮像して得られた被写体像から検出される顔画像の幅をＳ１，被写体像の半分の幅をＷ１とすると，Ｗ１／Ｓ１＝Ｗ０／Ｓ１が成立する。これらの２式からＤ×Ｓ１＝Ｗ１×Ｓ０／tan（θ／２）が成立する。実際の顔の幅Ｓ０はほぼ一定であるから，被写体までの距離Ｄを算出できる。
【選択図】図１

Description

この発明は，被写体までの距離を測定する装置およびその方法に関する。

被写体像を合焦させる自動合焦制御においては，被写体を撮像して被写体像を表す画像データを用いて行うものがある。たとえば，被写体像の中から目の画像を検出し，その目の画像を合焦させる（特許文献１）。このように画像データを用いて合焦制御を行う場合には，被写体までの距離を測定する測距センサなどが不要となるが，画像データを用いて撮像レンズの位置決めを行うから合焦するまでに時間がかかることがある。
特開平５−128156号公報

また，測距センサを用いて被写体までの距離を測定し，得られた距離にもとづいて被写体像が合焦するように撮像レンズを位置決めするものもある（特許文献２）。さらに，顔の画像を検出し，被写体のうち，検出された顔の画像に相当する被写体部分までの距離を，測距センサを用いて測定するものもある。測定された距離にもとづいて合焦制御が行われる（特許文献３）。しかしながら，いずれも測距センサを設けなければならないので，コスト・アップとなってしまう。
特開2001-166198号公報 特開2001-304855号公報

この発明は，測距センサを用いずに被写体までの距離を測定することを目的とする。

第１の発明による被写体までの距離を測定する装置は，被写体を撮像し，被写体像を表す画像データを出力する撮像手段，上記撮像手段から出力された画像データによって表される被写体像から顔画像を検出する顔画像検出手段，上記顔画像検出手段によって検出された顔画像のサイズを算出する顔画像サイズ算出手段，ならびに上記顔画像サイズ算出手段によって算出された顔画像サイズ，上記撮像手段から出力された画像データによって表される被写体像のサイズ，顔の一般的なサイズおよび上記撮像手段によって上記被写体を撮像したときの画角にもとづいて上記被写体までの距離を測定する測距回路を備えていることを特徴とする。

第１の発明は，上記被写体までの距離を測定する装置に適した方法も提供している。すなわち，この方法は，被写体を撮像し，被写体像を表す画像データを得，得られた画像データによって表される被写体像から顔画像を検出し，検出された顔画像のサイズを算出し，算出された顔画像サイズ，得られた画像データによって表される被写体像のサイズ，顔の一般的なサイズおよび上記被写体を撮像したときの画角にもとづいて上記被写体までの距離を測定するものである。

第１の発明によると，被写体が撮像され，被写体像を表す画像データが得られる。被写体像から顔画像が検出され，検出された顔画像のサイズ（大きさ，幅，画素数）が算出される。算出された顔画像のサイズ，被写体像のサイズ，被写体が撮像されたときの画角および実際の顔の一般的なサイズにもとづいて被写体までの距離が測定される。この発明によると，被写体までの距離を測定するまで測距センサが不要となるので，コスト・ダウンを図ることができる。また，得られた被写体までの距離にもとづいて合焦制御を行う場合でも画像データにもとづいて合焦制御を行う場合に比べて迅速に合焦制御を行うことができる。顔の一般的なサイズは，あらかじめ設定されていてもよいし，入力できるようにしてもよい。

上記撮像手段の前方に配置され，上記撮像手段の光軸方向に移動自在な撮像レンズ，および上記測距回路において測定された上記被写体までの距離にもとづいて上記撮像レンズを位置決めする撮像レンズの位置制御手段をさらに備えてもよい。測定された被写体までの距離にもとづいて自動合焦制御を行うことができる。

第２の発明による被写体までの距離を測定する装置は，第１の被写体を撮像し，第１の被写体像を表す第１の画像データを出力する撮像手段，上記撮像手段の前方に配置され，上記第１の光軸方向に移動自在な撮像レンズ，上記撮像手段から出力された第１の画像データにもとづいて上記撮像レンズを位置決めする撮像レンズ位置制御手段，上記撮像レンズ位置制御手段によって位置決めされた上記撮像レンズ位置にもとづいて，上記第１の被写体までの距離を算出する第１の距離算出手段，上記第１の撮像手段から出力された第１の画像データによって表される第１の被写体像から第１の顔画像を検出する第１の顔画像検出手段，上記第１の顔画像検出手段によって検出された第１の顔画像のサイズを算出する第１の顔画像サイズ算出手段，第２の被写体を撮像し，第２の被写体像を表す第２の画像データを出力するように上記撮像手段を制御する撮像制御手段，上記撮像制御手段の制御により上記撮像手段から出力された第２の画像データによって表される第２の被写体像の中から顔の画像を検出する第２の顔画像検出手段，上記第２の顔画像検出手段によって検出された第２の顔画像のサイズを算出する第２の顔画像サイズ算出手段，ならびに上記第１の距離算出手段によって算出された上記第１の被写体までの距離，上記第１の顔画像サイズ算出手段によって算出された第１の顔画像のサイズおよび上記第２の顔画像サイズ算出手段によって算出された第２の顔画像のサイズにもとづいて，上記第２の被写体までの距離を算出する第２の距離算出手段を備えていることを特徴とする。

第２の発明は，上記被写体までの距離を算出する装置に適した方法も提供している。すなわち，この方法は，撮像手段を用いて，第１の被写体を撮像し，第１の被写体像を表す第１の画像データを得，上記撮像手段から出力された第１の画像データにもとづいて，上記撮像手段の前方の配置され，上記第１の撮像手段の光軸方向に移動自在な撮像レンズを位置決めし，位置決めされた上記撮像レンズ位置にもとづいて，上記第１の被写体までの距離を算出し，撮像によって上記撮像手段から得られた第１の画像データによって表される第１の被写体像から第１の顔画像を検出し，検出された第１の顔画像のサイズを算出し，第２の被写体を撮像し，第２の被写体像を表す第２の画像データを出力するように上記撮像手段を制御し，上記撮像手段から出力された第２の画像データによって表される第２の被写体像の中から顔の画像を検出し，上記第２の顔画像検出手段によって検出された第２の顔画像のサイズを算出し，算出された上記第１の被写体までの距離，算出された第１の顔画像のサイズおよび算出された第２の顔画像のサイズにもとづいて，上記第２の被写体までの距離を算出するものである。

第２の発明によると，第１の被写体が撮像されて，第１の被写体像を表す第１の画像データが得られる。第１の画像データによって表される第１の被写体像から第１の顔画像が検出される。検出された第１の顔画像のサイズが算出される。第１の画像データにもとづいて合焦位置に撮像レンズが位置決めされる。位置決めされた撮像レンズの位置から第１の被写体までの距離が算出される。また，第２の被写体が撮像され，第２の被写体像を表す第２の画像データが得られる。第２の画像データによって表される第２の被写体像から第２の顔画像が検出され，第２の顔画像のサイズが算出される。得られた第１の被写体までの距離，第１の顔画像のサイズおよび第２の顔画像のサイズにもとづいて，第２の被写体までの距離が算出される。第２の発明においても測距センサを設けることなく，第２の被写体までの距離が得られる。

この実施例は，被写体までの距離を測定するものである。まず，被写体までの距離を測定する原理を説明する。この実施例では，被写体は人間の顔に限定される。

図１は，被写体とその被写体を撮像しようとするディジタル・スチル・カメラとの関係を示している。

撮像しようとする被写体である人物（顔）ｈ０が，ディジタル・スチル・カメラ（ディジタル・スチル・カメラに限らずディジタル・ムービ・カメラでもよい）DSCの前方の距離Ｄにいるとする。撮像の画角をθ，人物ｈ０がいる位置（ディジタル・スチル・カメラDSCの前方の距離Ｄでの場所）での撮影範囲の幅の１／２をＷ０，被写体である人物ｈ０の顔の幅をＳ０とする。すると，次の式１が成立する。
tan（θ／２）＝Ｗ０／Ｄ・・・式１

図２は，撮像によって得られた被写体像の一例である。

この被写体像Ｉ１は，図１に示す位置関係において被写体である人物ｈ０を，ディジタル・スチル・カメラDSCを用いて撮像して得られたものである。

被写体像Ｉ１の中には，人物ｈ０の画像である人物像ｈ１が含まれている。被写体像Ｉ１について顔検出処理が行われることにより，人物像ｈ１の中の顔画像Ａ１が検出される。検出された顔画像Ａ１の幅（大きさ，画素数）をＳ１とする。また，被写体像Ｉ１の横幅の半分の幅（大きさ，画素数）をＷ１とする。

図２に示す被写体像Ｉ１における顔画像Ａ１の幅Ｓ１および被写体像Ｉ１の横幅の半分の幅Ｗ１と，図１に示す被写体である人物ｈ０の顔の幅Ｓ０および人物ｈ０がいる場所での撮影範囲の幅の１／２の幅Ｗ０との幾何学的な関係から次の式２が成立する。
Ｗ０／Ｓ０＝Ｗ１／Ｓ１・・・式２

式１と式２から，人物ｈ０が実際にいる場所での撮影範囲の幅の１／２の幅Ｗ０を消去して式を整理すると，次の式３が成立する。

Ｄ×Ｓ１＝Ｗ１×Ｓ０／tan（θ／２）・・・式３

式３において，顔画像Ａ１の幅Ｓ１は算出することができ，被写体像Ｉ１の半分の幅Ｗ１は解像度に応じて決定できる。また，人物ｈ０の顔の幅Ｓ０は，人それぞれに関係なく一定値（例えば，15cm程度）と考えられる。さらに，画角θは，撮像レンズに応じて決定される（ズーム・レンズであってもズーム・レンズ位置に応じて決定される）。したがって，式３から被写体までの距離Ｄを算出することができる。

図３は、ディジタル・スチル・カメラDSCの電気的構成を示すブロック図である。

このディジタル・スチル・カメラDSCは，上述したように，被写体が人物の顔の場合に被写体までの距離を測定できるものである。測定された被写体までの距離にもとづいて人物の顔が合焦するように撮像レンズが位置決めされる。

ディジタル・スチル・カメラDSCの全体の動作は，制御回路20によって統括される。この制御回路20には，ＣＰＵ21，ディジタル・スチル・カメラDSCの動作プログラム，所定のデータなどが記憶されているＲＯＭ22およびデータを一時的に記憶するＲＡＭ23が含まれている。

ディジタル・スチル・カメラDSCには，二段ストローク・タイプのシャッタ・レリーズ・ボタンなどのボタン，スイッチが含まれる操作装置５が設けられており，この操作装置５から出力される操作信号は，制御回路20に与えられる。

ＣＣＤ３の前方には絞り２および撮像レンズ１が設けられている。撮像レンズ１の光軸は，ＣＣＤ３の受光面の光軸と一致しており，その光軸方向に移動自在に支持されている。撮像レンズ１の位置は，レンズ駆動回路11によって，被写体像がＣＣＤ３の受光面上に合焦するように制御される。絞り２は，絞り駆動回路12によって適正な露光量となるように絞り値が制御される。被写体が撮像されると，ＣＣＤ３の受光面上に結像した被写体像を表す映像信号が撮像素子制御回路13の制御のもとに出力される。ＣＣＤ３から出力された映像信号は，アナログ信号処理回路４に入力する。これらのレンズ駆動回路11，絞り駆動回路12および撮像素子制御回路13は，制御回路20によって制御される。

映像信号は，アナログ信号処理回路４において白バランス調整などの所定のアナログ信号処理が行われる。アナログ信号処理回路４から出力した映像信号は，アナログ／ディジタル変換回路５においてディジタル画像データに変換されてディジタル信号処理回路６および制御回路20に入力する。

この実施例によるディジタル・スチル・カメラDSCでは，上述したように被写体までの距離を測定し，その測定した距離にもとづいて撮像レンズ１を合焦位置に位置決めできるほかに画像データを用いて撮像レンズ１を合焦位置に位置決めすることもできる。このために，制御回路20に入力した画像データから高周波数成分が抽出されることにより合焦データが得られる。得られた合焦データが，画像全体または画像の一部分の領域内において積算されることにより合焦評価値が得られる。得られた合焦評価値にもとづいて，ＣＣＤ３の受光面上に被写体像が合焦するような位置に撮像レンズ１がレンズ駆動回路11によって制御される。

また，画像データはディジタル信号処理回路６においてガンマ補正などの所定のディジタル信号処理が行われる。ディジタル信号処理回路６から出力された画像データはメモリ７を介して表示装置10に与えられる。表示装置10の表示画面上に被写体像が表示される。

ディジタル信号処理回路６から出力された画像データは，顔検出回路14にも入力する。顔検出回路14において，画像データによって表される被写体像の中に含まれる顔の画像が抽出された顔の画像の位置，大きさなどを表すデータは制御回路20に与えられる。顔画像の大きさを利用して，上述のように被写体までの距離が算出される。

シャッタ・レリーズ・ボタンの第一段階の押下があると，撮像レンズ１が合焦位置となるように位置決めされる。シャッタ・レリーズ・ボタンの第二段階の押下があると，上述のようにしてディジタル信号処理回路６から出力された画像データはメモリ７に与えられ，一時的に記憶される。画像データはメモリ７から読み取られ，記録制御回路８によってメモリ・カード９に記録される。

図４は，撮像レンズ１を合焦位置に位置決めする処理手順を示すフローチャートである。

シャッタ・レリーズ・ボタンの第一段階の押下があり，被写体が撮像される（ステップ31）。得られた被写体像の顔画像が検出される（ステップ32）。

顔画像が検出されると（ステップ33でＹＥＳ），その検出された顔画像のサイズ（顔画像の横幅Ｓ１）が算出される（ステップ34）。算出された顔画像のサイズ，被写体像のサイズ，実際の顔の一般的なサイズおよび画角から被写体までの距離が算出される（ステップ35）。算出された被写体までの距離にもとづいて撮像レンズが合焦位置に位置決めされる（ステップ36）。

被写体像から顔画像が検出されなければ（ステップ33でＮＯ），被写体像を表す画像データから撮像レンズが合焦位置に位置決めされる（ステップ37）。

このようにして撮像レンズが合焦位置に位置決めされると，シャッタ・レリーズ・ボタンの第二段階の押下に応じて被写体が撮像され，撮像によって得られた画像データがメモリ・カードに記録されることとなる。

図５から図８は，他の実施例を示すものである。上述した実施例においては実際の顔の一般的なサイズが入力または設定されていたが，この実施例においては，実際の顔の一般的なサイズの入力等が不要となるものである。

図５は，ディジタル・スチル・カメラDSCと被写体との関係を示している。

ディジタル・スチル・カメラDSCの前方の距離ｄに一の被写体である人物（第１の被写体）ｈ２がいて，ディジタル・スチル・カメラDSCの前方の距離Ｄに他の被写体である人物（第２の被写体）ｈ０がいるものとする。一の被写体の人物ｈ２の顔の実際の大きさはＳ２（実細の顔の大きさはほぼ一定と見なしているからＳ２＝Ｓ０である）である。一の被写体の人物ｈ２がいる場所での撮影範囲の幅の半分の幅をＷ２とする。

図６は，ディジタル・スチル・カメラDSCの前方の距離ｄにいる一の被写体の人物ｈ２を撮像して得られた被写体像の一例である。

被写体像Ｉ３には，一の被写体の人物ｈ２の人物像ｈ３が含まれている。被写体像Ｉ３の顔画像検出処理が行われることにより顔画像Ａ３が検出される。この顔画像Ａ３の大きさ（幅，画素数）をＳ３とする。式３が一定であるから，次の式４が成立する。
Ｄ×Ｓ１＝ｄ×Ｓ３・・・式４

一の被写体ｈ２の被写体像ｈ３が合焦するように，被写体像の高周波数成分にもとづいて撮像レンズが合焦位置に位置決めされると，その位置決めされたから一の被写体ｈ２までの距離ｄを算出することができる。すると，他の被写体像の顔画像の幅Ｓ１および一の被写体像の顔画像の幅Ｓ３は分かるから，算出された距離ｄを用いて式４から，他の被写体ｈ０までの距離Ｄを算出することができる。算出された距離Ｄを用いて他の被写体ｈ０の被写体像ｈ１が合焦するように撮像レンズの位置を位置決めできる。

上述した実施例では，同じ撮像範囲内に一の被写体と他の被写体とが含まれているが必ずしもこれらの２つの被写体が含まれていなくともよい。一の被写体までの距離ｄおよびその被写体を撮像して得られる顔画像の幅Ｓ３を記憶しておくことにより，式４を用いて，他の被写体までの距離Ｄを算出できることは理解されよう。とくに，動画記録モードやシャッタ・レリーズ・ボタンの押下前のいわゆるスルー画を得る場合のように一定周期で複数人の人物を時間的に前後して撮像するときには，一人の人物を撮像して，式４で示す一定値（被写体までの距離にその被写体の顔画像の大きさを乗じたもの）を記憶しておくことにより，二人目以降の人物までの距離を測定できるようになる。

図７および図８は，上述のようにして被写体までの距離を測定する処理手順を示すフローチャートである。

一の被写体が撮像される（ステップ41）。上述のように被写体像を表す画像データから高周波数成分が抽出され，高周波数成分が最大値となるような位置が合焦位置であるとして撮像レンズが位置決めされる（ステップ42）。撮像レンズの合焦位置から一の被写体までの距離が算出される（ステップ43）。この算出は，公知の方法で行うことができるのはいうまでもない。

また，一の被写体像において顔画像の検出処理が行われ（ステップ44），検出された位置の顔画像のサイズが算出される（ステップ45）。

次に他の被写体が撮像され（ステップ46），その他の被写体像から顔画像が検出される（ステップ47）。

他の顔画像が検出されると（ステップ48でＹＥＳ），検出された他の顔画像のサイズが算出される（ステップ49）。

検出された一の顔画像のサイズ，検出された他の顔画像のサイズ，算出された一の被写体までの距離（これらのサイズ，距離は，記憶されているのはいうまでもない）から他の被写体までの距離が式４にもとづいて算出される（ステップ50）。算出された他の被写体までの距離にもとづいて，他の被写体の被写体像が合焦するように撮像レンズが位置決めされる（ステップ51）。このようにしても他の被写体までの距離を算出でき，他の被写体像を合焦させることができる。

他の顔画像が検出されなければ（ステップ48でＮＯ），他の被写体を撮像することにより得られる他の被写体像を表す画像データの高周波数成分にもとづいて，撮像レンズが合焦位置に位置決めされる（ステップ52）。

ディジタル・スチル・カメラと被写体との関係を示している。 被写体像の一例である。 ディジタル・スチル・カメラの電気的構成を示すブロック図である。 撮像レンズを位置決めする処理手順を示すフローチャートである。 ディジタル・スチル・カメラと被写体との関係を示している。 被写体像の一例である。 撮像レンズを位置決めする処理手順を示すフローチャートである。 撮像レンズを位置決めする処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 撮像レンズ
３ ＣＣＤ
11 レンズ駆動回路
14 顔検出回路
20 制御回路
Ｄ 被写体までの距離
ｈ０ 被写体

Claims (5)

1. 被写体を撮像し，被写体像を表す画像データを出力する撮像手段，
   上記撮像手段から出力された画像データによって表される被写体像から顔画像を検出する顔画像検出手段，
   上記顔画像検出手段によって検出された顔画像のサイズを算出する顔画像サイズ算出手段，ならびに
   上記顔画像サイズ算出手段によって算出された顔画像サイズ，上記撮像手段から出力された画像データによって表される被写体像のサイズ，顔の一般的なサイズおよび上記撮像手段によって上記被写体を撮像したときの画角にもとづいて上記被写体までの距離を測定する測距回路，
   を備えた被写体までの距離を測定する装置。
2. 上記撮像手段の前方に配置され，上記撮像手段の光軸方向に移動自在な撮像レンズ，および
   上記測距回路において測定された上記被写体までの距離にもとづいて上記撮像レンズを位置決めする撮像レンズの位置制御手段，
   をさらに備えた請求項１に記載の被写体までの距離を測定する装置。
3. 第１の被写体を撮像し，第１の被写体像を表す第１の画像データを出力する撮像手段，
   上記撮像手段の前方に配置され，上記第１の撮像手段の光軸方向に移動自在な撮像レンズ，
   上記撮像手段から出力された第１の画像データにもとづいて上記撮像レンズを位置決めする撮像レンズ位置制御手段，
   上記撮像レンズ位置制御手段によって位置決めされた上記撮像レンズ位置にもとづいて，上記第１の被写体までの距離を算出する第１の距離算出手段，
   上記第１の撮像手段から出力された第１の画像データによって表される第１の被写体像から第１の顔画像を検出する第１の顔画像検出手段，
   上記第１の顔画像検出手段によって検出された第１の顔画像のサイズを算出する第１の顔画像サイズ算出手段，
   第２の被写体を撮像し，第２の被写体像を表す第２の画像データを出力するように上記撮像手段を制御する撮像制御手段，
   上記撮像制御手段の制御により上記撮像手段から出力された第２の画像データによって表される第２の被写体像の中から顔の画像を検出する第２の顔画像検出手段，
   上記第２の顔画像検出手段によって検出された第２の顔画像のサイズを算出する第２の顔画像サイズ算出手段，ならびに
   上記第１の距離算出手段によって算出された上記第１の被写体までの距離，上記第１の顔画像サイズ算出手段によって算出された第１の顔画像のサイズおよび上記第２の顔画像サイズ算出手段によって算出された第２の顔画像のサイズにもとづいて，上記第２の被写体までの距離を算出する第２の距離算出手段，
   を備えた被写体までの距離を測定する装置。
4. 被写体を撮像し，被写体像を表す画像データを得，
   得られた画像データによって表される被写体像から顔画像を検出し，
   検出された顔画像のサイズを算出し，
   算出された顔画像サイズ，得られた画像データによって表される被写体像のサイズ，顔の一般的なサイズおよび上記被写体を撮像したときの画角にもとづいて上記被写体までの距離を測定する，
   被写体までの距離を測定する方法。
5. 撮像手段を用いて，第１の被写体を撮像し，第１の被写体像を表す第１の画像データを得，
   上記撮像手段から出力された第１の画像データにもとづいて，上記撮像手段の前方の配置され，上記第１の撮像手段の光軸方向に移動自在な撮像レンズを位置決めし，
   位置決めされた上記撮像レンズ位置にもとづいて，上記第１の被写体までの距離を算出し，
   撮像によって上記撮像手段から得られた第１の画像データによって表される第１の被写体像から第１の顔画像を検出し，
   検出された第１の顔画像のサイズを算出し，
   第２の被写体を撮像し，第２の被写体像を表す第２の画像データを出力するように上記撮像手段を制御し，
   上記撮像手段から出力された第２の画像データによって表される第２の被写体像の中から顔の画像を検出し，
   上記第２の顔画像検出手段によって検出された第２の顔画像のサイズを算出し，
   算出された上記第１の被写体までの距離，算出された第１の顔画像のサイズおよび算出された第２の顔画像のサイズにもとづいて，上記第２の被写体までの距離を算出する，
   を備えた被写体までの距離を測定する方法。
   
   

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