JP2008083338A - Ａｆ検波の光学ズーム補正撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＦ検波値によるフォーカス状態を簡単で確実に補正できるようにした新しい撮像装置の実現。
【解決手段】フォーカスレンズ11を移動するオートフォーカス駆動部12と、撮像データからフォーカス状態を示すＡＦ検波値を算出するＡＦ処理部15,16と、撮像データから輝度値を算出する輝度処理部15,16と、算出したＡＦ検波値を、算出した輝度値で補正して補正ＡＦ検波値を算出する補正部15,16と、算出した補正ＡＦ検波値に基づいてオートフォーカス駆動部を制御する制御部16と、を備える。撮像データは、自動露光処理が施されていないデータである。
【選択図】図４

Description

本発明は、デジタルカメラや携帯電話に付いたカメラを含むオートフォーカス機能を有するデジタル撮像装置に関し、特にデジタル撮像装置の合焦位置精度を向上する技術に関する。

近年急速に普及しているデジタルカメラにおいては、高画素化・高機能化が進みカメラが自動的にフォーカスを合わせるオートフォーカス機能の搭載が普及してきている。本発明は、フォーカスレンズの位置を移動させることにより焦点（ピント）位置をずらし、測定ポイント毎の検波値により合焦位置を判定するオートフォーカス技術に関する発明である。

画像の合焦（フォーカス）状態は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子より得られる撮像データをハイパスフィルタに通して高周波成分を抽出し、その成分量で判定するのが一般的であるが、他にも各種の方法があり得る。オートフォーカス方式については、例えば特許文献１及び２などに記載されており、広く知られているのでここでは説明を省略する。本発明は、どのような合焦状態の検出方法にも使用可能であり、ここでは撮像データから算出したフォーカス状態を示す値を、ＡＦ検波値と称することとする。

一般的なオートフォーカス方式では、フォーカスレンズを移動範囲（フォーカス範囲）の最近点（フォーカス範囲の無限端側）から最遠点（フォーカス範囲の近接端側）に向かって所定ピッチで移動し、各点の撮像データからＡＦ検波値を算出し、ＡＦ検波値が最大になる位置をフォーカス位置として、フォーカスレンズをこの位置に移動する。具体的には、フォーカスレンズを最近点から最遠点に向かって移動させ、ＡＦ検波値がピーク値を過ぎて減少を始めるのを検出して、フォーカスレンズをピーク値になる位置に移動する。この方法は、山登り方式と呼ばれる。

図１は、上記の従来方式で、合焦位置を判定する処理を説明する図であり、（Ａ）が測定ポイントにおける焦点距離とＡＦ検波値の測定値を、（Ｂ）が横軸を焦点距離、縦軸を評価値（ＡＦ検波値）とした時のグラフＡである。

この例では、フォーカスレンズをフォーカス範囲の無限端側（５００００ｍｍ）からＡＦ検波値を算出しながら順次フォーカス範囲の近傍側へ移動させ、算出したＡＦ検波値を評価値とする。ＡＦ検波値が最大（ピーク値）になる焦点距離を焦点位置として判定するが、この例ではＰで示す最近傍側である５０ｍｍ位置に一番ピントがあっていると判定し、フォーカスレンズをそこに移動させる。

ＡＦ検波値の算出は、撮像装置が取得する撮像データのうち、所定の範囲（ＡＦ検波枠）内の撮像データを対象として行われるのが一般的である。このような範囲を複数有する場合もあるが、もっとも一般的な範囲は画像の中央部に１個の範囲を有する場合である。

図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、デジタルカメラで撮像したある画像の例であり、参照番号１がＬＣＤなどの画像表示装置の表示枠を示し、２がＡＦ検波枠を示し、人間３が画像の中央に位置する構図である。図２の（Ａ）は、フォーカスレンズを無限端にした場合の画像であり、図２の（Ｂ）はフォーカスレンズを近傍端にした場合の画像である。この場合、光学ズームの影響が出て、（Ｂ）の画像は（Ａ）の画像より拡大（レンズ構成によっては逆に縮小する場合もある）する。拡大の程度はレンズ構成によっては異なる。ＡＦ検波枠２は入力画像にかかわらず一定の大きさであることから、（Ｂ）の画像では、ＡＦ検波枠２内の被写体（人間）が大きくなる。

図２に示すように、ＡＦ検波枠２内に蛍光灯４のような輝度の高い物体が入っていると、この蛍光灯４も光学ズームの影響により大きくなり、高輝度の蛍光灯４のＡＦ検波枠２内に占める割合が増加して、ＡＦ検波値に影響する。従って、ＡＦ検波値のみを評価値として合焦位置を判定すると、近傍側で光学ズームの影響による高輝度物体の拡大現象が大きく出てしまい、本来の被写体の位置よりも近傍側にフォーカス位置があると誤判定してしまう。

特許文献１は、自動露光（ＡＥ）制御された撮像信号（データ）中の輝度信号の高域成分のピーク値（ＡＦ検波値に相当）を検波すると共に、積分回路で輝度信号の高域成分の平均値を検出して、これに所定の係数を乗じて直流レベルを算出して高域成分のピーク値から減じることにより、輝度の影響を低減したオートフォーカス回路を記載している。

また、特許文献２は、輝度値に所定係数の乗じた値とコントラスト値（ＡＦ検波値に相当）との差分値を算出して、差分値がしきい値より大きい時にフォーカスレンズの移動方向及び移動速度を変更するレンズ制御装置を記載している。

特開平８−１５６０１号公報 特開２００５−３３８５１４号公報

上記のように、従来から、ＡＦ検波値への輝度値の影響を低減することが行われてきた。しかし、特許文献１に記載された構成は、ＡＥ制御された撮像信号データを対象としており、特許文献２に記載されるように、ＡＥ制御を行いながらオートフォーカス処理を行うのは演算処理量が大きくなるという問題やAE収束途中の状態でAFを開始した際に被写体の明るさが変化することにより安定したAF検波値を取得することが出来なくなるという問題があり、オートフォーカス処理を行う時にはＡＥ処理を行わないのが一般的であり、特に携帯電話に付いたカメラなど安価なカメラの場合には特許文献１に記載された処理を適用できない。

また、引用文献２に記載された構成では、算出した差分値の変動がかならずしも適切な補正を指示するとは限らないという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するもので、ＡＦ検波値によるフォーカス状態を簡単で確実に補正できるようにした新しい撮像装置の実現を目的とする。

前記課題を解決するために本発明は、フォーカスレンズ駆動による光学ズームの影響が起きたことによるＡＦ検波値のズレを、輝度値の変化率により補正し、補正した値をＡＦ評価値として利用する。

本発明によれば、ＡＦ検波時に検波点毎の輝度も算出しておき、輝度の変化の逆数をＡＦ検波値に係数として乗じて、輝度による上昇を抑える。具体的には、補正ＡＦ検波値は、開始点の輝度値と各点で算出した輝度値との比をＡＦ検波値に乗じた値である。

本発明は、自動露光処理が施されていない撮像データに適用される。

ＡＦ検波値は撮像データ内の所定のオートフォーカス枠内のＡＦ検波値の積算値であり、輝度値はオートフォーカス枠内の輝度値の積算値である。

本発明は、上記の山登り方式に適用することも可能であるが、オートフォーカス範囲の開始点から終了点までフォーカス位置を変えてオートフォーカス範囲のすべてのポイントで撮像データを取得し、この撮像データから補正ＡＦ検波値を算出し、算出した補正ＡＦ検波値がピーク値を示した位置をフォーカス位置と判定し、判定したフォーカス位置にフォーカスレンズを移動するようにしてもよい。

また、撮像データに開始点の輝度値と各点で算出した輝度値との比を乗じて補正撮像データを算出して、補正撮像データからＡＦ検波値を算出して、これを評価値としてもよい。

従来技術のように検波値だけで合焦位置判定を行うと検波値に別要因があった場合に合焦位置を誤判定することがあるが、本発明によれば輝度値を補正係数とすることにより正しく合焦位置を導き出すことが可能となる。しかも、処理が簡単で、容易に行える。

本発明を適用した撮像装置（デジタルカメラ）は、光学ズームによる影響を相殺させたことにより適切な評価値を導き出し、その評価値を用いて合焦位置を判定することにより、従来のように誤判定することなく、正しく被写体の焦点距離を導き出すこと可能となる。

図３は、本発明の第１実施例のオートフォーカス（ＡＦ）カメラ１０の構成を示す図である。図３に示すように、ＡＦカメラ１０は、被写体３からの光を取り込んで画像を投影するレンズ部１１と、レンズ部１１のレンズを移動して被写体との焦点距離を変動させるオートフォーカス駆動部１２と、レンズ部１１により投影された画像を電気信号に変換するセンサ部１３と、センサ部１３からの電気信号をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換するＡ／Ｄ変換部１４と、Ａ／Ｄ変換部１４からのデジタル撮像データを処理する信号処理部１５と、各部の制御を行う制御部１６と、撮像した画像を表示する表示部１７と、カメラの起動／停止、オートフォーカス開始／停止、撮影開始などのユーザインタフェースを備え、その制御信号を制御部に渡す操作部１８と、を有する。

オートフォーカス駆動部１２は、制御部１６からの制御によりレンズを移動することによりセンサ部との距離を変え、ピントの合う被写体距離を変えることができる。センサ部１３は、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳセンサなどを有し、投影された画像に対応するＲＧＢ３色のアナログデータを生成する。信号処理部１５は、Ａ／Ｄ変換部１４からのデジタル画像信号を元にオートフォーカス枠内のＡＦ検波値の積算値および輝度値の積算値を算出する信号処理を行う。制御部１６は、操作部１８からオートフォーカス要求が来た場合、信号処理部１５およびオートフォーカス駆動部１２に対して制御を行い、表示部１７にも画像データを渡す。信号処理部１５及び制御部１６は、１つのコンピュータで実現される。

以上説明した図３のＡＦカメラの構成は従来例と同じであり、本実施例のＡＦカメラは、信号処理部１５及び制御部１６で行うフォーカス位置の検出処理が従来例と異なる。

図４は、第１実施例における合焦位置判定処理を説明する図であり、（Ａ）が測定点（ポイント）における焦点距離、ＡＦ検波値、輝度値及びＡＦ評価値を、（Ｂ）が横軸を焦点距離、縦軸をＡＦ検波値、輝度値及びＡＦ評価値（補正ＡＦ検波値）とした時のグラフであり、ＡがＡＦ検波値のグラフであり、Ｂが輝度値のグラフであり、ＣがＡＦ評価値（補正ＡＦ検波値）のグラフである。図４のＡＦ検波値（グラフＡ）は、図１のＡＦ検波値と同じように変化している。

図４に示すように、ＡＦ検波値は、焦点距離が短くなるに従って増加するが、増加率は徐々に減少する。輝度値は、焦点距離が短くなるに従って増加し、増加率はほぼ一定である。

第１実施例では、開始点における輝度値を基準輝度Ｌ０とし、各点における輝度値をＬ、ＡＦ検波値をＳとすると、ＡＦ評価値（補正ＡＦ検波値）Ｈは次の式で算出される。

Ｈ＝Ｓ×Ｌ０／Ｌ （１）
図４（Ａ）の値の場合には、ＡＦ評価値（補正ＡＦ検波値）Ｈは、図４の（Ｂ）のように変化し、焦点距離が２０００ｍｍの位置で最大値（ピーク値）になる。図１に示した従来例と比較して明らかなように、ＡＦ検波値は同じように変化するが、従来例では焦点距離５０ｍｍの位置が合焦（フォーカス）位置であったが、第１実施例では焦点距離２０００ｍｍの位置がフォーカス位置になった。実際にフォーカス状態を確認したところ、第１実施例の焦点距離２０００ｍｍの位置がフォーカス位置として適当であった。

図５は、第１実施例における合焦（フォーカス）位置の算出処理を示すフローチャートである。

操作部１８からオートフォーカス開始要求が来た際にＡＦ処理が開始される（ステップ１００）。オートフォーカス処理が開始されると、ステップ１０１で、フォーカスレンズを無限端側である測定ポイント１（図４の（Ａ）参照）に移動する。

ステップ１０２で、ＡＦ検波枠２内のＡＦ検波値を積算して、その測定ポイントにおけるＡＦ検波値を算出する。

ステップ１０３で、同じ測定ポイントでＡＦ検波枠２内の輝度値を積算して、その測定ポイントにおける輝度値も算出する。

ステップ１０４で、前述の式（１）に従ってＡＦ評価値を算出し、測定ポイント毎のメモリに蓄える。

ステップ１０５で、算出したＡＦ評価値を前の数ポイントのＡＦ評価値と比較してピーク値の山判定を行うことにより、合焦位置の検出を行う。もしピーク値であると判定されない時にはステップ１０６に進み、ピーク値であると判定された時にはステップ１０８に進む。

ステップ１０６で、測定ポイントが終了したかを判定し、最大測定ポイント（図２の例では２０ポイント）まで到達していない時にはステップ１０７に進み、到達している時にはステップ１０９に進む。

ステップ１０７で、測定ポイントを＋１ずらすためにレンズ位置移動を実施した後、ステップ１０２に戻り、ステップ１０２から１０７を繰り返す。

ステップ１０５でピーク値であると判定された時には、ステップ１０８で、ステップ１０５の結果に基づきフォーカスレンズを合焦位置へ移動させる。なお、ステップ１０５でピーク値であると判定するには、算出したＡＦ評価値が前の測定ポイントのＡＦ評価値より小さくなっていることが必要であり、最大のＡＦ評価値である前の測定ポイントを合焦位置として、そこへ移動する。

ステップ１０６で、測定ポイントが終了した時には合焦位置が検出されなかったこととなり、ステップ１０９で、非合焦終了処理、すなわちパンフォーカス位置に移動する処理を行う。

ステップ１０８又は１０９の処理を行ってＡＦ処理は終了する。

図６は、第２実施例における合焦位置算出処理を示すフローチャートである。第１実施例では、山登り方式で合焦位置を算出したが、第２実施例では、一旦すべての測定ポイントでのＡＦ評価値（補正ＡＦ検波値）を算出して記憶し、すべての測定ポイントでの測定が終了した後、ＡＦ評価値のピーク位置を算出する。第２実施例は、ＡＦ評価値が単調に変化しない場合に有効である。

オートフォーカス処理が開始されると、ステップ２０１で、フォーカスレンズを無限端側である測定ポイント１に移動する。

ステップ２０２で、ＡＦ検波枠２内のＡＦ検波値を積算して、その測定ポイントにおけるＡＦ検波値を算出する。

ステップ２０３で、同じ測定ポイントでＡＦ検波枠２内の輝度値を積算して、その測定ポイントにおける輝度値も算出する。

ステップ２０４で、前述の式（１）に従ってＡＦ評価値を算出し、測定ポイント毎のメモリに蓄える。

ステップ２０５で、測定ポイントを＋１ずらすためにレンズ位置移動を実施する。

ステップ２０６で、測定ポイントが終了したかを判定し、最大測定ポイントまで到達していない時にはステップ２０２に戻り、到達している時にはステップ２０７に進む。

ステップ２０７で、すべての測定ポイントにおけるＡＦ評価値を比較して、最大になる位置を合焦位置として検出する。

ステップ２０８で、ステップ２０７の結果に基づきフォーカスレンズを合焦位置へ移動させて、ＡＦ処理を終了する。

図７は、第３実施例における合焦位置算出処理を示すフローチャートである。図７に示された第３実施例のステップ３０２から３０４は、第１実施例の合焦位置算出処理のステップ１０２から１０４、又は第２実施例の合焦位置算出処理のステップ２０２から２０４の代わりに行う処理であり、他の処理は第１実施例又は第２実施例と同じである。

第１及び第２実施例では、ＡＦ検波値、開始点（測定ポイント１）における輝度値、及び各点の輝度値から、前述の式（１）に従ってＡＦ評価値（補正ＡＦ検波値）を算出したが、第３実施例では、このＡＦ評価値の算出方法が異なる。

ステップ３０２では、各測定ポイントでの輝度値を算出する。

ステップ３０３では、各測定ポイントで取得した画像データに、開始点（測定ポイント１）における輝度値と各測定ポイントの輝度値の比を乗じて補正画像データを算出する。

ステップ３０４では、補正画像データから従来と同じ方法でＡＦ検波値を算出してこれをＡＦ評価値とする。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は説明した実施例に限定されるものではなく、各種の変形例が可能であるのはいうまでもない。

本発明は、ＡＦ機能を有する撮像装置であれば、どのようなものにも適用可能である。

従来の合焦位置算出処理を説明する図である。 説明に使用する画像の例を示す図である。 本発明の第１実施例のＡＦカメラの構成を示す図である。 第１実施例の合焦位置算出処理を説明する図である。 第１実施例における合焦位置算出処理を示すフローチャートである。 第２実施例における合焦位置算出処理を示すフローチャートである。 第３実施例における合焦位置算出処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ レンズ部
１２ オートフォーカス駆動部
１３ センサ部
１４ Ａ／Ｄ変換部
１５ 信号処理部
１６ 制御部
１７ 表示部
１８ 操作部

Claims (10)

1. フォーカスレンズを移動するオートフォーカス駆動部と、
   撮像データからフォーカス状態を示すＡＦ検波値を算出するＡＦ処理部と、
   撮像データから輝度値を算出する輝度処理部と、
   算出した前記ＡＦ検波値を、算出した前記輝度値で補正して補正ＡＦ検波値を算出する補正部と、
   算出した前記補正ＡＦ検波値に基づいて前記オートフォーカス駆動部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像データは、自動露光処理が施されていないデータである請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記ＡＦ検波値は、前記撮像データ内の所定のオートフォーカス枠内のＡＦ検波値の積算値である請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記輝度値は、前記オートフォーカス枠内の輝度値の積算値である請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記制御部は、オートフォーカス範囲の一方の端を開始点とし、他方の端を終了点として、前記開始点から前記終了点に向かってフォーカス位置を変えて撮像データを取得し、該撮像データから前記補正ＡＦ検波値を算出し、前記補正ＡＦ検波値がピーク値を示した時にフォーカス位置と判定して、フォーカス位置の変更を停止する請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記制御部は、オートフォーカス範囲の一方の端を開始点とし、他方の端を終了点として、前記開始点から前記終了点までフォーカス位置を変えて撮像データを取得し、該撮像データから前記補正ＡＦ検波値を算出し、算出した前記補正ＡＦ検波値がピーク値を示した位置をフォーカス位置と判定し、判定した前記フォーカス位置に前記フォーカスレンズを移動する請求項１に記載の撮像装置。
7. 前記補正ＡＦ検波値は、前記開始点の輝度値と各点の前記輝度値との比を前記ＡＦ検波値に乗じた値である請求項５又は６に記載の撮像装置。
8. フォーカスレンズを移動するオートフォーカス駆動部と、
   撮像データから輝度値を算出する輝度処理部と、
   前記撮像データを、算出した前記輝度値で補正して補正撮像データを算出する補正部と、
   前記補正撮像データからフォーカス状態を示す補正ＡＦ検波値を算出するＡＦ処理部と、
   算出した前記補正ＡＦ検波値に基づいて前記オートフォーカス駆動部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする撮像装置。
9. 前記制御部は、オートフォーカス範囲の一方の端を開始点とし、他方の端を終了点として、前記開始点から前記終了点に向かってフォーカス位置を変えて撮像データを取得し、該撮像データから前記補正ＡＦ検波値を算出し、前記補正ＡＦ検波値がピーク値を示した時にフォーカス位置と判定して、フォーカス位置の変更を停止し、
   前記補正ＡＦ検波値は、前記輝度値と前記開始点の輝度値の比を前記ＡＦ検波値に乗じた値である請求項８に記載の撮像装置。
10. 前記制御部は、オートフォーカス範囲の一方の端を開始点とし、他方の端を終了点として、前記開始点から前記終了点までフォーカス位置を変えて撮像データを取得し、該撮像データから前記補正ＡＦ検波値を算出し、算出した前記補正ＡＦ検波値がピーク値を示した時にフォーカス位置と判定し、判定した前記フォーカス位置に前記フォーカスレンズを移動し、
    前記補正ＡＦ検波値は、前記輝度値と前記開始点の輝度値の比を前記ＡＦ検波値に乗じた値である請求項８に記載の撮像装置。

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