JP2008224899A - 撮像装置及びその制御方法及びプログラム及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】被写界中から人物を検出した場合に、それをオートフォーカスの高速化に応用できるようにする。
【解決手段】撮像光学系１０１により結像された被写体像を光電変換する撮像素子１０３と、フォーカスレンズを撮像光学系の光軸に沿って走査させながら撮像素子で生成される画像信号のコントラストが最大となる合焦位置を検出し、フォーカスレンズを合焦位置に位置決めすることにより合焦動作を行うオートフォーカス部１０２と、被写界から人物の顔を検出する顔検出部１０７と、顔検出部により人物の顔が検出されていて人物の顔が合焦状態になっている第１の状態から、人物の顔が検出されている状態のまま非合焦となる第２の状態に変化した場合に、フォーカスレンズを、第１の状態におけるフォーカスレンズの位置よりも至近側を優先して走査させるようにオートフォーカス部を制御する制御部１１２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置におけるオートフォーカス技術に関するものである。

従来より、主にコンパクトタイプのデジタルカメラでは、被写体にピントを合わせる場合に、コントラスト検出タイプのオートフォーカス（ＡＦ）方式が採用されている。コントラスト検出タイプのＡＦでは、撮像光学系中のフォーカスレンズを至近から無限遠まで走査させて、撮像素子から得られた画像のコントラストが最大となるフォーカスレンズの位置を合焦位置と判断している。このようなコントラスト検出タイプのＡＦでは、フォーカスレンズを至近から無限遠まで走査するため、被写体にピントが合うまでに時間がかかるという問題がある。そのため、従来よりコントラスト検出タイプのＡＦの高速化を図るための提案が種々なされている。

一方、このＡＦの問題とは別に、近年、被写界中から主たる被写体としての人物を検出する方法が提案されている。被写界中から人物を検出すると、検出された人物にフォーカス、露出、ホワイトバランス等を合わせたり、人物を撮影する場合の特殊効果を画像に加えることができるなどの利点がある。

例えば、特許文献１には、測距手段とは別に人物検出手段を備え、人物が検出された場合に被写界深度を浅くするよう制御する技術が開示されている。

また、特許文献２には、主被写体を検出し、その検出結果に応じてフォーカスレンズの走査範囲を広げる技術が開示されている。
特開２００１−２１５４０４号公報 特許第３００２２９３号公報

しかしながら、従来では、上記のような人物の検出結果をコントラスト検出タイプのＡＦの高速化に役立てるような試みはなされていない。

例えば、上記の特許文献１に記載の技術では、人物を検出した場合に被写界深度を浅くしているだけであるので、ＡＦの高速化が図れるわけではない。

また、上記の特許文献２に記載の技術では、フォーカスレンズの走査範囲を広げているため、むしろＡＦは時間がかかる傾向になる。

従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被写界中から人物を検出した場合に、それをオートフォーカスの高速化に応用できるようにすることである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる撮像装置は、撮像光学系により結像された被写体像を光電変換する撮像素子と、前記撮像光学系に備えられたフォーカスレンズを前記撮像光学系の光軸に沿って走査させながら前記撮像素子で生成される画像信号のコントラストが最大となる前記フォーカスレンズの位置である合焦位置を検出し、前記フォーカスレンズを前記合焦位置に位置決めすることにより合焦動作を行うオートフォーカス手段と、被写界から人物の顔を検出する顔検出手段と、前記顔検出手段により人物の顔が検出されていて該人物の顔が合焦状態になっている第１の状態から、前記人物の顔が検出されている状態のまま非合焦となる第２の状態に変化した場合に、前記フォーカスレンズを、前記第１の状態におけるフォーカスレンズの位置よりも至近側を優先して前記光軸に沿って走査させるように前記オートフォーカス手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係わる撮像装置の制御方法は、撮像光学系により結像された被写体像を光電変換する撮像素子と、前記撮像光学系に備えられたフォーカスレンズを前記撮像光学系の光軸に沿って走査させながら前記撮像素子で生成される画像信号のコントラストが最大となる前記フォーカスレンズの位置である合焦位置を検出し、前記フォーカスレンズを前記合焦位置に位置決めすることにより合焦動作を行うオートフォーカス手段と、被写界から人物の顔を検出する顔検出手段と、を備える撮像装置を制御する方法であって、前記顔検出手段により人物の顔が検出されていて該人物の顔が合焦状態になっている第１の状態から、前記人物の顔が検出されている状態のまま非合焦となる第２の状態に変化した場合に、前記フォーカスレンズを、前記第１の状態におけるフォーカスレンズの位置よりも至近側を優先して前記光軸に沿って走査させるように前記オートフォーカス手段を制御する工程を備えることを特徴とする。

本発明によれば、被写界中から人物を検出した場合に、それをオートフォーカスの高速化に応用することが可能となる。

以下、本発明の好適な一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の撮像装置の一実施形態であるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。

デジタルカメラ１００は、入射した光を撮像素子１０３上に結像させる撮像光学系１０１と、撮像光学系の絞り、ズーム、フォーカス等を制御するための光学系制御部１０２と、結像された被写体像を光電変換するＣＣＤ等の撮像素子１０３とを備える。また、撮像素子１０３を駆動するための撮像系制御部１０４と、撮像素子１０３の出力にクランプ、ゲインをかける等の処理を行うアナログ信号処理部１０５も備える。また、アナログ信号処理部１０５から出力されたアナログの画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１０６と、Ａ／Ｄ変換器１０６から出力されたデジタル信号から出力画像を生成するデジタル信号処理部１０７も備える。また、デジタル信号処理部１０７において出力画像を生成する際に一時的に画像データを格納する内部記憶部１０８と、生成した画像データを最終的に保存するための外部記憶装置とのインターフェース（Ｉ／Ｆ）部１０９も備える。さらに、生成された画像を表示する電子ビューファインダとしても機能する画像表示部１１０も備える。なお、上記の各構成要素は、制御部１１２により制御される。

図２は本実施形態におけるオートフォーカス（ＡＦ）動作の流れを説明する図である。

まず、撮像素子１０３により得られたフレーム画像をデジタル信号処理部１０７に入力し（ステップＳ２０１）、顔検出を行なう（ステップＳ２０２）。デジタル信号処理部１０７に含まれる顔検出回路は、顔の目、口等の特徴から顔である信頼性の程度を示す値としての信頼度を出力する。顔検出とともにバンドパスフィルタを経由した（ステップＳ２０３）フレーム画像をデジタル信号処理部１０７に含まれるＡＦ評価値算出回路に入力し（ステップＳ２０４）、ＡＦ評価値を出力する。ＡＦ評価値とは、フレーム画像のコントラストの高さを示す値である。算出されたＡＦ評価値は、内部記憶部１０８内のＡＦ評価値記憶部に記憶しておき（ステップＳ２０５）、次のＡＦ動作時に使用する。顔検出の信頼度と現在のＡＦ評価値及び記憶していた直前のＡＦ評価値の３つのパラメータを用いて、デジタル信号処理部１０７内の演算部にてＡＦ状態を判定し、次の動作を決定する。ＡＦ動作としては主として撮像光学系１０１内のフォーカスレンズの通常スキャン（ステップＳ２０７）、ウォブリング（ステップＳ２０８）、監視（ステップＳ２０９）の３つの動作がある。

なお、通常スキャンとは、撮像光学系１０１内のフォーカスレンズを撮像光学系１０１の光軸に沿って至近から無限遠まで走査して、コントラストの最大値を検出する動作である。そしてフォーカスレンズはコントラストの最大値に対応するフォーカスレンズの位置に位置決めされて合焦動作が行われる。また、ウォブリングとは、ある限定された走査範囲でフォーカスレンズを動かして、合焦させるためにはフォーカスレンズを至近側と無限遠側のどちらに動かすべきかを判定する動作である。監視とは、フォーカスレンズを動かさずに、フレーム画像のコントラストの変化を監視する動作である。

図３は本実施形態のＡＦ動作で、フォーカスレンズの駆動方向を予測可能なシーンを説明する図である。

図３（ａ）はデジタルカメラ１００で被写体３０２を撮影している様子を横から見た図である。図３（ｂ）は図３（ａ）に対応したＡＦ評価値の変化を示すグラフであり、横軸がフォーカスレンズ位置、縦軸がＡＦ評価値である。図３（ａ）の被写体が動く前の状態、つまり被写体が止まっている状態では、被写体はデジタルカメラ１００の方向を向いているため、顔検出が可能でありかつ合焦している。その後被写体が動くことを考えた場合、人物がデジタルカメラ１００の方向を向いている場合、人物が後ずさりする可能性は少なく、人物はカメラに近づく方向か横方向に動く可能性が高い。カメラに近づく場合は図３（ａ）の矢印で示す方向に動くため、顔が検出されたまま非合焦になる。図３（ｂ）の矢印も同じであり、ＡＦ評価値のピークは至近側に寄ってくるため、フォーカスレンズの位置は至近側に動かす必要がある。

即ち、本実施形態では、人物の顔が検出された場合、即ち人物がカメラの方向を向いている場合には、人物が動くとすればカメラに近づく方向か横方向に動く可能性が高いと判断する。そして、フォーカスが合焦状態から非合焦状態となった場合には、人物がカメラに近づいたと推定して、フォーカスレンズの走査を現在の合焦位置よりも手前優先で行うようにする。このようにすれば、人物が動いて非合焦になった場合でも、フォーカスレンズをその可動範囲の全域にわたって走査する場合よりもオートフォーカスの高速化を図ることができる。

尚、非合焦の判定はＡＦ評価値に閾値を設け、監視しているフォーカスレンズ位置においてＡＦ評価値が閾値より低くなった場合に非合焦と判定する。また、人物が横に動いた場合は画角内であれば顔検出されつつ合焦のままとなり、画角を外れた場合は顔検出できなくなる。

図４は図３で説明した、顔検出結果と合焦状態（ＡＦ評価値）の２つのパラメータの組合せにより決定するＡＦ動作を表にしたものである。なお図４においては、直前の状態は顔が検出され合焦している状態とする。

図３（ａ）の人物が動く前の状態では顔が検出され合焦しているため、ＡＦ動作としてはフォーカスレンズ位置を保持したままフォーカスレンズの位置を動かさない（４０１）。人物が横を向く等の動作により顔が検出されないが合焦している場合もフォーカスレンズを動かす必要がないため、フォーカスレンズの位置をそのままの位置に保持する。図３（ａ）の矢印のように人物がカメラに近づく方向に動いた場合は顔が検出されているが非合焦となり（４０３）、本実施形態に該当するシーンであり、至近側にＡＦ評価値のピークがあると判断する。人物が横に動き画角から外れた場合等、顔が検出されずに非合焦状態になった場合は、通常のＡＦ動作をする必要があるため、フォーカスレンズの動作は全域スキャンとする（４０４）。

図５は本実施形態のＡＦ動作を示すフローチャートである。

まず、直前に顔が検出されていたかを判定し（ステップＳ５０１）、直前に顔が検出されていなかった場合は本フローから抜けて通常の顔検出及びＡＦ動作を行なう。直前に顔が検出されていた場合、非合焦であるか否かを判定する（ステップＳ５０２）。非合焦でない、つまり合焦であると判断した場合は本フローから抜けてフォーカスレンズの位置を保持し続ける。非合焦であると判断された場合は、最新の顔検出結果を参照し（ステップＳ５０３）、顔が検出された場合は至近側に被写体が移動したと推測して至近側優先でＡＦスキャンをする（ステップＳ５０４）。顔が検出されなかった場合は全域ＡＦスキャンをする（ステップＳ５０５）。

以上、本実施形態のＡＦ動作について説明したが、特に図５の至近側優先ＡＦスキャン（ステップＳ５０４）については具体的に以下の例が考えられる。
（１）至近側のみスキャン
（２）至近側を優先してスキャン
（３）現在位置から至近方向に向けてスキャン
（４）至近位置から無限遠方向に向けてスキャン
（１）の至近側のみスキャンは、被写体が至近側に動いたと予想できるため至近側のみＡＦスキャンするものであるが、該当シーンにおいても必ず至近側に被写体が移動するとは限らないため、（２）〜（４）の方法の方がリスクは少ない。（２）は至近側を先にＡＦスキャンするもので、現在のフォーカスレンズ位置より至近側にＡＦ評価値のピークが検出されなかった場合に無限遠側をスキャンするものである。（３）は至近側に移動したと予測しつつも、現在のフォーカスレンズ位置に近い位置にＡＦ評価値ピークがあると予測するものである。そして、フォーカスレンズの移動時間を考慮すると現在位置から至近方向に動かすことがＡＦ評価値ピークを検出するのが早いと考えられることによるものである。（４）はＡＦスキャン時に必ず至近端あるいは無限遠端に移動するという前提があった場合、無限遠端ではなく至近端からスキャンするというものである。

さらに、本実施形態は、人物は後ろに進まない事を前提にしているが、必ず前に進むとは断定できないため、リスク回避のために撮影モードと関連付けて、子供を撮影するモードやポートレードモード等のみに使用してもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、顔検出情報をＡＦ動作に関連付けることにより、フォーカスレンズの移動すべき方向を予測でき、ＡＦを高速化することができる。また、その動作を複数の撮影モードから選択された撮影モードに関連付けて制限することにより、予測を外すリスクも低減できる。

（他の実施形態）
また、各実施形態の目的は、次のような方法によっても達成される。すなわち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給する。そして、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、本発明には次のような場合も含まれる。すなわち、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される。

さらに、次のような場合も本発明に含まれる。すなわち、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれる。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される。

本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明した手順に対応するプログラムコードが格納されることになる。

本発明の撮像装置の一実施形態であるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態におけるオートフォーカス（ＡＦ）動作の流れを説明する図である。 フォーカスレンズの駆動方向を予測可能なシーンを説明する図である。 顔検出結果と合焦状態（ＡＦ評価値）の２つのパラメータの組合せにより決定するＡＦ動作を表にした図である。 本発明の一実施形態のＡＦ動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１ 撮像光学系
１０２ 光学系制御部
１０３ 撮像素子
１０４ 撮像系制御部
１０５ アナログ信号処理部
１０６ Ａ／Ｄ変換器
１０７ デジタル信号処理部
１０８ 内部記憶部
１０９ Ｉ／Ｆ部
１１０ 画像表示部
１１２ 制御部

Claims (8)

1. 撮像光学系により結像された被写体像を光電変換する撮像素子と、
   前記撮像光学系に備えられたフォーカスレンズを前記撮像光学系の光軸に沿って走査させながら前記撮像素子で生成される画像信号のコントラストが最大となる前記フォーカスレンズの位置である合焦位置を検出し、前記フォーカスレンズを前記合焦位置に位置決めすることにより合焦動作を行うオートフォーカス手段と、
   被写界から人物の顔を検出する顔検出手段と、
   前記顔検出手段により人物の顔が検出されていて該人物の顔が合焦状態になっている第１の状態から、前記人物の顔が検出されている状態のまま非合焦となる第２の状態に変化した場合に、前記フォーカスレンズを、前記第１の状態におけるフォーカスレンズの位置よりも至近側を優先して前記光軸に沿って走査させるように前記オートフォーカス手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記制御手段は、前記フォーカスレンズを至近側を優先して走査させる場合に、前記フォーカスレンズを、前記第１の状態におけるフォーカスレンズの位置から至近方向に向けて走査させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記制御手段は、前記フォーカスレンズを至近側を優先して走査させる場合に、前記フォーカスレンズを、至近端から無限遠の方向に向けて走査させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記制御手段は、前記フォーカスレンズを至近側を優先して走査させる場合に、前記フォーカスレンズを、前記第１の状態におけるフォーカスレンズの位置よりも至近側の範囲でのみ走査させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記撮像装置は複数の撮影モードを備え、前記制御手段は、前記複数の撮影モードの内から選択された撮影モードに応じて、前記フォーカスレンズを至近側を優先して走査させる動作を制限することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
6. 撮像光学系により結像された被写体像を光電変換する撮像素子と、前記撮像光学系に備えられたフォーカスレンズを前記撮像光学系の光軸に沿って走査させながら前記撮像素子で生成される画像信号のコントラストが最大となる前記フォーカスレンズの位置である合焦位置を検出し、前記フォーカスレンズを前記合焦位置に位置決めすることにより合焦動作を行うオートフォーカス手段と、被写界から人物の顔を検出する顔検出手段と、を備える撮像装置を制御する方法であって、
   前記顔検出手段により人物の顔が検出されていて該人物の顔が合焦状態になっている第１の状態から、前記人物の顔が検出されている状態のまま非合焦となる第２の状態に変化した場合に、前記フォーカスレンズを、前記第１の状態におけるフォーカスレンズの位置よりも至近側を優先して前記光軸に沿って走査させるように前記オートフォーカス手段を制御する工程を備えることを特徴とする撮像装置の制御方法。
7. 請求項６に記載の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
8. 請求項７に記載のプログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

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