JP2007249132A - 撮像装置、自動焦点調整方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】 視野内の被写体を認識し、コントラスト方式AFとは異なるAF方式によりフォーカスレンズを移動することによりカメラを被写体の動きに追従して合焦させる撮像装置、被写体認識による自動焦点調整方法、およびプログラムの提供
【解決手段】 被写体61の顔の縦サイズや身長を検出し、CCDの撮像範囲60における被写体の縦方向の高さとレンズ焦点距離fから被写体距離を推計し、この被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動させることにより動画撮像時に被写体61の動きに追従したシャープな映像の撮像を可能とする。
【選択図】 図6
Description
コントラスト方式AFでは、録画中にある程度はフォーカスレンズを動かして走査(スキャン)しなければコントラストピークを検出することができない(つまり、フォーカスレンズを「遠い方」と「近い方」の間を行き来するように常に動かしていないとコントラストピークを検出できないため常にピントが変化する)ので、この合焦方式により撮像した動画を録画し、再生すると、図16に示すように再生画像は、ピントが合う(人物161−1)→ピントがぼける(人物161−2)→ピントが合う(人物161−3)→ピントがぼける(人物1681−4)→、・・・を繰り返す映像となる。
多くのビデオカメラやデジタルカメラではコントラスト方式AFを採用しているため、上述したような映像になるといった課題があった。
これにより、ユーザは動画撮像開始時に大きさをスルー表示される画像中所望の被写体の画像の大きさと同じ大きさになるように指標のサイズを調整するだけでその被写体の動きに追従してその被写体とカメラとの距離を推計し、フォーカスレンズをその推計距離に応じた位置に移動させてピントを合わせることができる。
これにより、所望の被写体と同じサイズの指標のサイズを撮像開始前に検出して記憶しておくことができるので、撮像開始後にその都度被写体のサイズに合わせて指標のサイズを規定する必要がなく撮像素子の撮像範囲における被写体像の高さのみを変数として距離推計を行うことができるので、被写体距離推計の精度が向上する。
これにより、前側被写界深度と後側被写界深度が少し重複した被写界深度テーブルを用いることにより、ピントの急激な変化が生じないので不自然感がなく、コントラスト方式のオートフォーカスにより動画を撮像する際に生じる「ピントがふらふらする」感じをより低減することができる。
これにより、人物の顔を認識し、その人物像の撮像範囲における高さを検出してカメラと被写体人物との推計距離を得てフォーカスレンズを移動させることから、コントラスト方式のオートフォーカスの場合のようにレンズ位置を合焦位置に収斂させるためのレンズ走査を必要としないので動画撮影中にピントがふらつくようなことが生じない
これにより、人物の認識情報を最初に記憶しておけばその都度規定する必要がなく、同一人物の動きに追従してピントを合わせることができる。
これにより、記憶されている身長を用いて距離推計を行って推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動させるので、撮像開始後にその都度身長を規定する必要がなく撮像素子の撮像範囲における人物像の高さのみを変数として距離推計を行なって被写体に追従させて被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動せることができる。また、撮像開始後の被写体距離推計の精度が向上する。
これにより、画像から検出した人物の認識情報が登録されていない場合は人物の身長を取得して記憶してからその身長を用いて距離推計を行って推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動させるので、撮像開始後にその都度身長を規定する必要がなく撮像素子の撮像範囲における人物像の高さのみを変数として距離推計を行なって被写体に追従させて被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動せることができる。また、撮像開始後の被写体距離推計の精度が向上する。
これにより、動画撮像中に被写体人物がカメラに近づきすぎてその全身像がフレーム内に収まらなくなったような場合にも被写体人物との距離を推計できるので、近距離の場合も被写体に追従して合焦させることができる。
これにより、動画撮像中に被写体人物がカメラに近づきすぎてその全身像がフレーム内に収まらなくなったような場合には記憶されている顔のサイズを用いて距離推計を行って推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動させるので、撮像開始後にその都度身長を規定する必要がなく撮像素子の撮像範囲における人物像の顔の高さのみを変数として距離推計を行なって被写体に追従させて被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動せることができる。
これにより、画像から検出した人物の認識情報が登録されていない場合は人物の顔のサイズを取得して記憶してからその顔のサイズを用いて距離推計を行って推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動させるので、撮像開始後にその都度身長を規定する必要がなく撮像素子の撮像範囲における人物像の高さのみを変数として距離推計を行なって被写体に追従させて被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動せることができる。
これにより、被写体人物が複数の場合でもそのうちの一人の動きに追従してピントを合わせることができる。
これにより、被写体人物が複数であっても略全員のシャープな映像を撮像することができる。
これにより、前側被写界深度と後側被写界深度が少し重複した被写界深度テーブルを用いることにより、ピントの急激な変化が生じないので不自然感がなく、コントラスト方式のオートフォーカスにより動画を撮像する際に生じる「ピントがふらふらする」感じをより低減することができる。
これにより、動画撮像開始時に大きさをスルー表示される画像中所望の被写体の画像の大きさと同じ大きさになるように指標のサイズが調整されるとその被写体の動きに追従してその被写体とカメラとの距離を推計し、フォーカスレンズをその推計距離に応じた位置に移動させるので、コントラスト方式のオートフォーカスの場合のようにレンズ位置を合焦位置に収斂させるためのレンズ走査を必要とせず、動画撮影中にピントがふらつくようなことが生じない。
これにより、人物の顔を認識し、その人物像の撮像範囲における高さを検出してカメラと被写体人物との推計距離を得てフォーカスレンズを移動させることから、コントラスト方式のオートフォーカスの場合のようにレンズ位置を合焦位置に収斂させるためのレンズ走査を必要としないので動画撮影中にピントがふらつくようなことが生じない
これにより、動画撮像開始時に大きさをスルー表示される画像中所望の被写体の画像の大きさと同じ大きさになるように指標のサイズを調整し、その被写体の動きに追従してその被写体とカメラとの距離を推計し、フォーカスレンズをその推計距離に応じた位置に移動させることができるので、動画撮影中にピントがふらつくようなことが生じない。
これにより、人物の顔を認識し、その人物像の撮像範囲における高さを検出してカメラと被写体人物との推計距離を得てフォーカスレンズを移動させることができるので、動画撮影中にピントがふらつくようなことが生じない
図1は、本発明に係る撮像装置の一実施例としてのデジタルカメラの外観を示す図であり、ここでは主として正面(図1(a))及び背面(図1(b))の外観を示す。デジタルカメラ100は、図1(a)に示すように正面側に撮像レンズ(レンズ群)2を有している。また、デジタルカメラ100の背面には図1(b)に示すように、モードダイアル3、液晶モニタ画面4、カーソルキー5、SETキー6、ズームボタン7(Wボタン7−1、Tボタン7−2)、メニューキー10等が設けられている。また、上面にはシャッターキー8、電源ボタン9が設けられている。なお、側部には図示されていないが、パーソナルコンピュータ(以下、パソコン)やモデム等の外部装置とUSBケーブルに接続する場合に用いるUSB端子接続部が設けられている。
また、AF駆動部11−2は図示しないフォーカスレンズ駆動モータを駆動してフォーカスレンズ12−2を移動させる。
そして、上記撮像レンズ2を構成する光学系12の撮像光軸後方に配置された撮像素子であるCCD13が、タイミングジェネレータ(TG)14、垂直ドライバ15によって走査駆動され、一定周期毎に結像した光像に対応する光電変換出力を1フレーム分出力する。
また、高画素数から低画素数にも対応している。例えば、SXGA(1600×1200)、XGA(1024×786)、SVGA(800×600)、VGA(640×480)、QVGA(320×240)等と呼ばれる画素サイズがある。
上記図5のフローチャートに示した例では、ステップS14若しくはステップS18で抽出した人物の輪郭61が図7に示すようにフレーム内に収まらない場合は身長を基にした被写体人物との距離Lを推計できないこととなる。このような場合には顔62の縦サイズを基に距離Lを推計することができる。この場合、認識データベース33は図3(b)に示すように、顔の特徴データ41、顔の縦サイズ42、および身長43を含む認識データからなるものとする。
上記図5のフローチャートに示した例では、被写体人物が1人の場合を例としたが、本発明の被写体認識による自動焦点調整方法は被写体人物が複数の場合にも適用することができる。
図9は被写体人物が複数の場合の自動焦点調整方法の説明図であり、複数の人物のうち最もカメラに近い人に選択的に焦点を合わせる例を示す。図9の例で、人物91、92、93のうちカメラとの距離が2mで最も近い人物92に自動的に焦点を合わせるようにする。具体的には図5のフローチャートのステップS4で複数の顔を抽出した場合は抽出した人数分ステップS5〜S15の処理を繰り返してそれぞれの人物とカメラとの距離を求め、ステップS16で算出された最も短い推計距離lに該当するレンズステップ位置(=レンズアドレス(図4参照))までフォーカスレンズ12−2を移動させてステップS21に進むようにし、ステップS17では上記ステップS16で合焦したカメラに最も近い人物(つまり、モット裳大写しになっている人物)を抽出するようにする。
上記図9に示した例では複数の人物のうち最もカメラに近い人に選択的に焦点を合わせるようにしたが、複数の人物とカメラとの平均的距離に選択的に焦点を合わせるようにしてもよい。例えば、図10に示す人物91、92、93の3人とカメラとの距離をそれぞれ2m、3.3m、4.1mとするとき、カメラとの距離範囲2m〜4.1mができるだけ被写界深度に収まるような位置(=2.7m)に自動的に焦点を合わせるようにする。具体的には、図5のフローチャートのステップS4で複数の顔を抽出した場合は抽出した人数分ステップS5〜S15の処理を繰り返してそれぞれの人物とカメラとの距離を求め、ステップS15でそれらの距離のうちから更にカメラとの距離範囲(最遠距離と最近距離)を取得し、図4に示したような被写界深度対応テーブル(図4の例では被写界深度対応テーブル50)を参照して、カメラとの距離範囲が被写界深度に収まるようなレンズアドレスを求め、ステップS16でそのレンズステップ位置(=レンズアドレス)までフォーカスレンズ12−2を移動させてステップS21に進むようにし、ステップS17〜S25でも同様の動作を繰り返すようにする。このようにすることにより、複数の人物のシャープな映像を撮像することができる。
上記図5のフローチャートでは、CCD13中で被写体人物の大きさが変化するとそれに基づいて推計距離Lを算出し、直ちにステップS20で、算出された推計距離Lに該当するレンズステップ位置(=レンズアドレス)までフォーカスレンズ12−2を移動させるようにしたが、直ちにはフォーカスレンズ12−2の移動を行わず、被写界深度から外れそうになった場合に低速でフォーカスレンズの移動を行うようにしてもよい。また、その制御にある程度のヒステリシス特性を持たせるようにしてもよい。
図11(a)に示すように被写体人物111とカメラとの距離Lが1.8mとすると距離Lは図11(d)に示すように被写界深度2m〜3m内にある。次に、図11(b)に示すようにカメラ視野内の被写体人物111の大きさが変化して距離L=2.8mになると、距離Lは図11(e)に示すように被写界深度2m〜3mの範囲内にあるが被写体人物131の大きさがこのまま変化すると被写界深度をはみ出しそうである。そこで、図11(c)に示すように距離L=2.8mの時点で距離Lを含む次の被写界深度(図11(f)の被写界深度2.5m〜4.4mのレンズステップ位置(=レンズアドレス)までフォーカスレンズ12−2を移動させるようにする。
上記実施形態1およびその各変形例では人物のみを被写体とし、顔や身体を自動認識してその縦方向のサイズを基にCCD13中の被写体人物の縦サイズを求め、それを基に被写体との推計距離Lを算出し、算出された推計距離Lに該当するレンズステップ位置にフォーカスレンズ12−2を移動させるようにしたが、本発明はその一部を変更することにより被写体が人物以外の場合にも適用することができる。
12−1 ズームレンズ
12−2 フォーカスレンズ
13 CCD
21 DRAM
22 制御部
26 LCD
27 データ圧縮・伸張部
29 メディアコントローラ
30 記録メディア
32 認識部
33 認識データベース
34 輪郭抽出部
61 被写体人物
62 顔
100 デジタルカメラ
131 被写体
151 枠
Claims (17)
- 動画を撮像する動画撮像手段と、
前記動画撮像手段によって撮像された動画を記録保存する動画記録手段と、
前記動画撮像手段によって撮像される動画を表示する動画表示制御手段と、
被写体の指標を表示する指標表示手段と、
前記動画表示制御手段によって表示される動画像の中の所望の被写体像のサイズと略同じサイズになるように前記指標のサイズを調整するサイズ調整手段と、
前記動画撮像手段によって動画を撮像する際に動画表示制御手段によって表示される画像の中から前記サイズ調整手段によってサイズが調整された指標像を検出する指標像検出手段と、
前記動画撮像手段によって動画を撮像する際に該動画撮像手段の撮像範囲における前記指標像のサイズを取得する撮像サイズ取得手段と、
前記指標像のサイズを基に被写体距離を推計する被写体距離推計手段と、
前記被写体距離推計手段によって推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動する合焦位置調整制御手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 - 前記サイズ調整後の指標のサイズを取得する指標サイズ取得手段と、
前記被写体距離推計手段は、前記サイズ取得手段によって取得された前記指標のサイズ、焦点距離、前記動画撮像手段の撮像範囲、および該撮像範囲における前記指標像のサイズを基に動画撮像開始直前の被写体距離を推計する第1の被写体距離推計手段と、焦点距離、前記動画撮像手段の撮像範囲、および該撮像範囲における前記指標像のサイズを基に動画撮像開始後の被写体距離を推計する第2の被写体距離推計手段とからなり、
前記合焦位置調整制御手段は、前記第1の被写体距離推計手段によって推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動する第1の合焦位置調整制御手段と、前記第2の被写体距離推計手段によって推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動する第2の合焦位置調整制御手段とからなる、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第2の被写体距離推計手段によって推計された被写体距離を範囲とする被写界深度が複数存在するときに、該被写体距離が増加したか減少したかを判定する距離増減判定手段を備え、
前記第2の合焦位置調整制御手段は、被写体距離が増加した場合には前記複数の被写界深度の後側被写界深度から被写体距離を差し引いた値が最大の被写界深度に対応するレンズアドレスにフォーカスレンズを移動し、被写体距離が減少した場合には、前記被写体距離から前記複数の被写界深度の前側被写界深度を差し引いた値が最大の被写界深度に対応するレンズアドレスにフォーカスレンズを移動することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 - 動画を撮像する動画撮像手段と、
前記動画撮像手段によって撮像された動画を記録保存する動画記録手段と、
前記動画撮像手段によって撮像される動画を表示する動画表示制御手段と、
前記動画撮像手段によって動画を撮像する際に撮像される動画像の中から人物の顔を検出する顔検出手段と、
前記動画撮像手段によって動画を撮像する際に該動画撮像手段の撮像範囲における前記顔を含む人物像の高さを取得する撮像サイズ取得手段と、
前記人物像の高さを基に被写体距離を推計する被写体距離推計手段と、
前記被写体距離推計手段によって推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動する合焦位置調整制御手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 - 人物の顔の認識情報を記憶した認識情報記憶手段を備え、
前記被写体検出手段は、前記認識情報記憶手段に記憶されている人物の顔の認識情報を基に前記顔を検出することを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 - 人物の顔の認識情報と身長を記憶した認識情報記憶手段を備え、
前記被写体距離推計手段は、前記認識情報記憶手段に記憶されている前記顔検出手段によって検出された人物の身長と、焦点距離、前記動画撮像手段の撮像範囲、および該撮像範囲における前記人物像の高さを基に動画撮像開始直前の被写体距離を推計する第1の被写体距離推計手段と、焦点距離、前記動画撮像手段の撮像範囲、および該撮像範囲における前記人物像の高さを基に動画撮像開始後の被写体距離を推計する第2の被写体距離推計手段とからなり、
前記合焦位置調整制御手段は、前記第1の被写体距離推計手段によって推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動する第1の合焦位置調整制御手段と、前記第2の被写体距離推計手段によって推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動する第2の合焦位置調整制御手段とからなる、
ことを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 - 更に、前記認識情報記憶手段に前記動画像中の人物の認識情報が記憶されていないときに該人物の身長を取得する身長取得手段と、前記身長取得手段によって検出された身長と該人物の認識情報を前記認識情報記憶手段に記憶する認識情報記憶制御手段とを備えたことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
- 前記撮像サイズ取得手段によって取得された人物像の高さと前記動画撮像手段の撮像範囲の高さを比較する撮像サイズ比較手段を備え、
前記撮像サイズ比較手段により前記人物像の高さが前記動画撮像手段の撮像範囲を超えると判定されたとき、前記被写体距離推計手段は前記撮像範囲における前記人物像の顔の高さを基に被写体距離を推計することを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 - 人物の顔の認識情報と顔のサイズを記憶した認識情報記憶手段を備え、
前記被写体距離推計手段は、前記認識情報記憶手段に記憶されている前記顔検出手段によって検出された人物の顔のサイズと、焦点距離、前記動画撮像手段の撮像範囲、および該撮像範囲における前記人物の顔の高さを基に動画撮像開始直前の被写体距離を推計する第1の被写体距離推計手段と、焦点距離、前記動画撮像手段の撮像範囲、および該撮像範囲における前記人物の顔の高さを基に動画撮像開始後の被写体距離を推計する第2の被写体距離推計手段とからなり、
前記合焦位置調整制御手段は、前記第1の被写体距離推計手段によって推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動する第1の合焦位置調整制御手段と、前記第2の被写体距離推計手段によって推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動する第2の合焦位置調整制御手段とからなる、
ことを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 - 更に、前記認識情報記憶手段に前記動画像中の人物の認識情報が記憶されていないときに該人物の顔のサイズを取得する顔サイズ取得手段と、前記顔サイズ取得手段によって検出された顔のサイズと該人物の認識情報を前記認識情報記憶手段に記憶する認識情報記憶制御手段とを備えたことを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。
- 前記被写体検出手段は、前記動画撮像手段によって動画を撮像する際に撮像される動画像の中から複数の人物像を検出し、
前記撮像サイズ取得手段は、前記被写体検出手段によって検出された複数の人物像のうち被写体距離が最も短い人物像の前記動画撮影手段の撮像範囲における高さを取得し、
前記被写体距離推計手段は、前記被写体距離が最も短い人物像の前記撮像範囲における高さを基に被写体距離を推計することを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 - 前記被写体検出手段は、前記動画撮像手段によって動画を撮像する際に撮像される動画像の中から複数の人物像を検出し、
前記被写体距離推計手段は、前記複数の人物像との被写体距離をそれぞれ推計し、
前記合焦位置調整制御手段は、前記被写体距離推計手段によって推計された各被写体距離の平均値を範囲に含む被写界深度に対応するレンズアドレスにフォーカスレンズを移動することを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。 - 前記第2の被写体距離推計手段によって推計された被写体距離を範囲とする被写界深度が複数存在するときに、該被写体距離が増加したか減少したかを判定する距離増減判定手段を備え、
前記第2の合焦位置調整制御手段は、被写体距離が増加した場合には前記複数の被写界深度の後側被写界深度から被写体距離を差し引いた値が最大の被写界深度に対応するレンズアドレスにフォーカスレンズを移動し、被写体距離が減少した場合には、前記被写体距離から前記複数の被写界深度の前側被写界深度を差し引いた値が最大の被写界深度に対応するレンズアドレスにフォーカスレンズを移動することを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。 - 動画撮像時に撮像される動画を表示する工程と、
被写体の指標を表示する工程と、
表示されている動画像の中の所望の被写体像のサイズと略同じサイズになるように前記指標のサイズを調整する工程と、
動画を撮像する際に表示される動画像の中から、前記サイズ調整済みの指標を検出する工程と、
動画を撮像する際に撮像素子の撮像範囲における前記指標像のサイズを取得する工程と、
前記指標像のサイズを基に被写体距離を推計する工程と、
前記被写体距離推計手段によって推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動する工程と、
を備えたことを特徴とする自動焦点調整方法。 - 動画撮像時に、撮像される動画を表示する工程と、
前記動画を撮像する際に表示される画像の中から人物の顔を検出する工程と、
動画を撮像する際に撮像素子の撮像範囲における前記顔を含む人物の高さを取得する工程と、
前記取得した顔の高さを基に被写体距離を推計する工程と、
前記被写体距離推計手段によって推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動する工程と、
を備えたことを特徴とする自動焦点調整方法。 - コンピュータに、
動画を撮像する機能と、撮像された動画を記録保存する機能と、撮像される動画を表示する機能と、
被写体の指標を表示する機能と、
表示されている動画像の中の所望の被写体像のサイズと略同じサイズになるように前記指標のサイズを調整する機能と、
動画を撮像する際に表示される動画の中からサイズ調整済みの指標像を検出する機能と、
動画を撮像する際に撮像素子の撮像範囲における前記指標像のサイズを取得する機能と、
前記指標像のサイズを基に被写体距離を推計する機能と、
前記被写体距離推計手段によって推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動させる機能と、
を実行させるプログラム。 - コンピュータに、
動画を撮像する機能と、撮像された動画を記録保存する機能と、撮像される動画を表示する機能と、動画を撮像する際に撮像される動画像の中から人物の顔を検出する機能と、
前記動画を撮像する際に撮像素子の撮像範囲における前記顔を含む人物像の高さを取得する機能と、
前記人物像の高さを基に被写体距離を推計する機能と、
前記推計された被写体距離に対応する位置にフォーカスレンズを移動させる機能と、
を実行させるプログラム。
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