JP2009020304A - オートフォーカス方法および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 デジタルスチルカメラにおいて、逆光時でも適切にオートフォーカスが実行されるようにする。
【解決手段】 被写体が逆光であるか否かを判別する（ステップ１０２）。逆光ではないときには、オートフォーカスの検出エリアにおける撮像素子の出力信号のレベルあるいは信号成分から被写体に対する合焦点位置を検出する（ステップ１１１、１１２）。逆光のときには、被写体のエッジを包含するように検出エリアを設定し（ステップ１１３）、被写体に対する合焦点位置を検出する（ステップ１１１、１１２）。
【選択図】 図３

Description

この発明は、デジタルカメラなどの撮像装置に適用できるオートフォーカス方法および撮像装置に関する。

デジタルスチルカメラがオートフォーカスを実現する場合、そのオートフォーカスの検出エリアは、例えば図７Ａに示すように選択される。すなわち、図７Ａは、被写体とオートフォーカスの検出エリアとの関係を、それらがデジタルスチルカメラのビューファインダ（電子ファインダ、モニタ画面）に表示された状態で示す。

ここで、符号２７はそのビューファインダを示し、この例においては、ビューファインダ２７に、被写体として人物（その画像）１１が映し出されている場合である。このとき、このカメラのオートフォーカスの検出エリア１２が、例えば長方形の枠１３によりビューファインダ２７に表示される。

そして、撮影時には、図７Ａに示すように、オートフォーカスの検出エリア１２が人物１１の顔に位置するようにカメラを向け、シャッターボタンを半押しする。すると、オートフォーカスが実行されて人物１１の顔に焦点が合い、さらに、シャッターボタンを押し込むと、実際の撮影が行われる。

この場合、オートフォーカスの方法として、コントラスト検出法と呼ばれる方法が一般に採用されている。このコントラスト検出法においては、図８に示すように、フォーカス位置を、例えば、無限遠Ｐ1から最短撮影距離Ｐnまで、所定の間隔で次第に変更していく。そして、このとき、そのフォーカス位置Ｐi（i＝1〜n）ごとに、検出エリア１２におけるすべての画素について、隣接する２つの画素のレベル差を求めるとともに、それらレベル差を検出エリア１２の全体について積算した積算値Ｓiを求める。

すると、焦点がずれているときには、隣接する２つの画素のレベル差は小さいが、合焦点時には、隣接する２つの画素のレベル差は大きくなる。したがって、図８に示すように、積算値Ｓiのレベルは、フォーカス位置により変化するとともに、合焦点位置、図８の場合はフォーカス位置Ｐ5で最大となる。この積算値Ｓiがコントラスト検出信号であり、このコントラスト検出信号が最大となる位置が合焦点位置である。

したがって、シャッターボタンを半押ししたとき、フォーカス位置を例えば無限遠Ｐ1から最短撮影距離Ｐnまで次第に変更するとともに、検出エリア１２から得られるコントラスト検出信号が最大になる位置を、合焦点位置とすればよいことになる。また、必要ならコントラスト検出信号の変化を補間し、その最大となる位置を合焦点位置とすることもできる。

なお、先行技術文献として例えば以下のものがある。
特開平４−３４９７８９号公報

ところが、上述のように、検出エリア１２から得られるコントラスト検出信号に信頼性が得られるのは、対象となる人物１１の顔が例えば順光により十分に明るい場合である。そして、逆光の場合には、図７Ｂにも示すように、人物１１の顔が周囲（背景）に比べて暗くなるので、検出エリア１２から得られるコントラスト検出信号が小さくなってしまうとともに、フォーカス位置の変化に対するコントラスト検出信号のレベル変化も小さくなってしまう。

このため、逆光の場合には、フォーカス位置を正確に検出することができず、結果として、ピントのぼけた画像（写真）となってしまう。

この発明は、このような問題点を解決しようとするものである。

この発明においては、
撮像レンズの撮像した被写体の像を撮像素子に投影して映像信号を得るとともに、上記撮像レンズのフォーカス位置を制御して上記被写体に対して合焦点を得るようにしたオートフォーカス方法において、
上記被写体が逆光であるか否かを判別し、
この判別の結果、上記被写体に対するオートフォーカスの検出エリアを、上記逆光のときと逆光ではないときとで切り換え、
上記逆光のときには、上記撮像素子の出力信号のうち、上記検出エリアにおける上記被写体のエッジから上記被写体に対する合焦点位置を検出する
ようにしたオートフォーカス方法
とするものである。

この発明によれば、逆光時には、オートフォーカスの検出エリアを変更とするとともに、被写体のエッジが最も急峻になる位置をフォーカス位置に設定しているので、逆光時でも、適切なオートフォーカスを行うことができる。

〔１〕 この発明のアウトライン
図１（図１Ａは図７Ａと同じ）は、被写体とオートフォーカスの検出エリアとの関係を、それらがデジタルスチルカメラのビューファインダ（あるいはモニタ画面）に表示された状態で示す。

ここで、符号２７は、そのビューファインダを示し、この例においては、ビューファインダ２７は、ＬＣＤパネルにより構成され、被写体として人物（その画像）１１が映し出されている場合である。このとき、このカメラのオートフォーカスの検出エリア１２が、例えば長方形の枠１３によりビューファインダ２７に表示される。

なお、以下においては、逆光ではない状態、すなわち、人物１１の顔がオートフォーカスが可能な程度に明るい状態を「順光」と呼ぶ。

〔１−１〕 順光の場合
図１Ａは順光の場合における被写体（人物）１１とオートフォーカスの検出エリア１２との関係を示す。この場合には、人物１１の顔が十分に明るいので、オートフォーカスの検出エリア１２はデフォルトのエリアに設定される。そして、撮影時には、図１Ａに示すように、オートフォーカスの検出エリア１２が人物の顔に位置するようにカメラを向け、シャッターボタンを半押しする。

すると、フォーカス位置が例えば無限遠から最短撮影距離まで次第に変更されるとともに、検出エリア１２から得られるコントラスト検出信号が最大になる位置、すなわち、合焦点位置が検出され、その合焦点位置にフォーカス位置が設定される。そこで、さらにシャッターボタンを押し込むと、そのフォーカス位置で実際の撮影が行われる。

〔１−２〕 逆光の場合
図１Ｂは逆行の場合における人物１１とオートフォーカスの検出エリア１２との関係を示す。この場合には、人物１１の顔が暗いので、オートフォーカスの検出エリア１２を示す枠１３は、人物１１の顔の横幅よりも広くされ、これに対応して検出エリア１２も広くされる。

そして、撮影時には、この拡大された検出エリア１２からコントラスト検出信号を取り出してオートフォーカスの動作を行う。このオートフォーカスの動作は〔１−１〕と同じである。すなわち、フォーカス位置が例えば無限遠から最短撮影距離まで次第に変更されるが、図１Ｃに示すように、検出エリア１２から得られる映像信号うち、人物１１の輝度と背景の輝度との変化が最も急峻になるフォーカス位置、つまり、人物１１のエッジが最も急峻になる位置が合焦点位置であり、このとき、コントラスト検出信号は最大値となる。したがって、この人物１１のエッジが最も急峻になる位置がフォーカス位置に設定される。

そこで、さらにシャッターボタンを押し込むと、そのフォーカス位置で実際の撮影が行われる。ただし、この場合、撮影時の露出値は、人物１１の顔、すなわち、例えば図１Ａの検出エリア１２における値とされる。

こうして、この発明においては、逆光時でも、適切なオートフォーカスが行われるとともに、自動露出も行われる。

〔２〕 デジタルスチルカメラの一例
図２は、この発明を適用できるデジタルスチルカメラの一例の系統図を示す。すなわち、符号２０は撮像系を示し、被写体（人物）１１の像が撮像レンズ２１により撮像素子、例えばＣＣＤ撮像素子２２に投影され、ＣＣＤ撮像素子２２からは被写体１１の映像信号Ｓ22が取り出される。そして、この映像信号Ｓ22がアナログ処理回路２３に供給されてＡＧＣ処理やガンマ補正処理などの前処理が行われた映像信号Ｓ23とされ、この映像信号Ｓ23がＡ／Ｄコンバータ回路２４に供給されてデジタル映像信号Ｄ24にＡ／Ｄ変換される。

そして、この映像信号Ｄ24がデジタル処理回路２５に供給されて画質改善のための各種のデジタル補正が行われてからドライブ回路２６に供給されてアナログ映像信号Ｓ26にＤ／Ａ変換されてからモニタ用のビューファインダ２７に供給される。こうして、このとき、撮像レンズ２１が撮像している被写体１１がファインダ２７に動画の状態で表示される。

また、符号３０はシステム制御用のマイクロコンピュータを示し、これは、各種のプログラムを実行するＣＰＵ３１、各種のプログラムが保存されているＲＯＭ３２、ワークエリア用のＲＡＭ３３、このカメラに固有の情報やユーザの設定した情報などを保存しておくための不揮発性メモリ３４などを有する。そして、このマイクロコンピュータ３０には、シャッターボタン３５および各種の操作ボタン３６が接続されている。

なお、ＲＯＭ３２は、これに保存されているプログラムの一部として、例えば図３に示すルーチン１００を有する。このルーチン１００の詳細については後述するが、図３においては、この発明に関係する部分だけを抜粋して示している。

そして、マイクロコンピュータ３０から処理回路２３、２５にそれぞれの処理のための制御信号が供給されるとともに、タイミングジェネレータ４１にも所定の制御信号が供給されて各種のタイミング信号が形成され、このタイミング信号がＣＣＤ撮像素子２２に供給されてＣＣＤ撮像素子２２における撮像が実現される。なお、撮像レンズ２１は、オートフォーカス用のドライブモータ４２によりそのフォーカス位置が可変とされるとともに、そのモータ４２にはマイクロコンピュータ３０からドライブ回路４３を通じてオートフォーカス用のドライブ電圧が供給される。

図４は、この発明を適用できるデジタルスチルカメラの外観の一例を示し、図４Ａは斜め前方から見た斜視図、図４Ｂは斜め後方から見た斜視図である。

そして、このカメラは、全体として前後方向に薄い直方体に構成され、その上部にシャッターボタン３５が設けられている。また、このカメラの前面上部には、撮像レンズ２１が配置されているとともに、前面には電源スイッチ兼用のスライド式のレンズカバー５１が設けられている。なお、図４Ａは、そのカバー５１を下方向にスライドさせて電源をオンにするとともに、撮像レンズ２１を露出させた状態である。

また、カメラの後面には、ビューファインダ２７が設けられているとともに、各種の操作ボタン３６が設けられている。

このような構成において、電源がオンの状態では上述のように撮像レンズ２１により撮像された人物（被写体）１１がファインダ２７に動画の状態で表示されている。なお、この状態では、順光および逆光にかかわらず、ファインダ２７には、図１Ａに示すように、標準サイズの検出エリア１２、すなわち、人物１１の顔に囲まれる大きさの検出エリア１２が被写体１１に重畳されて表示されている。

そして、シャッターボタン３５を半押しすると、マイクロコンピュータ３０において、ＣＰＵ３１の処理がルーチン１００のステップ１０１からスタートし、次にステップ１０２において、後述する方法により人物１１の顔が逆光であるか否かが判別され、この判別の結果、逆光ではないときには、処理はステップ１０２からステップ１１１に進み、このステップ１１１において、フォーカス位置のスキャンが行われる。

すなわち、マイクロコンピュータ３０からドライブ回路４３を通じてモータ４２にフォーカス制御用のドライブ電圧が供給され、撮像レンズ２１のフォーカス位置が例えば無限遠から最短撮影距離まで次第に変更される。また、これと同時に、デジタル処理回路２５から出力されるデジタル映像信号Ｄ25がマイクロコンピュータ３０に供給され、映像信号Ｄ25のうち、検出エリア１２からコントラスト検出信号が取り出される。こうして、撮像レンズ２１の各フォーカス位置におけるコントラスト検出信号のレベルがＲＡＭ３３に一時的に記憶される。

続いて、ステップ１１２において、ＲＡＭ３３に記憶されたのコントラスト検出信号のうち、そのコントラスト検出信号のレベルが最大になるフォーカス位置を示す情報が取り出され、この取り出された情報にしたがってモータ４２がドライブされ、コントラスト検出信号が最大になったときのフォーカス位置に、撮像レンズ２１のフォーカス位置が設定される。

したがって、人物１１の顔に対してフォーカスが設定されたことになる。なお、このとき、ビューファインダ２７には、所定のマークが表示され、あるいはその表示色が変更され、合焦したことが撮影者に通知される。

次に、ステップ１２１において、シャッターボタン３５の状態が判別され、半押しされている状態のときには、ステップ１２１が繰り返され、全押しされている状態（半押し状態よりもさらに押し込んだ状態）のときには、処理はステップ１２１からステップ１２２に進む。そして、このステップ１２２において例えば図１Ａに示す検出エリア１２が自動露出の検出エリアとされ、すなわち、人物１１の顔をもとにして露出値が決定され、ステップ１２３において、ステップ１２２で決定された露出値で被写体が撮影される。

この場合、図１に示すように、デジタル処理回路２５から出力されるデジタル映像信号Ｄ25がマイクロコンピュータ３０に供給されて例えばＪＰＥＧ方式によりデータ圧縮された映像信号Ｄ28とされ、この映像信号Ｄ28がデジタル処理回路２５を通じて記録回路２８に供給され、不揮発性の記録メディア、例えばメモリカード２９に記録される。

そして、ステップ１２３による記録後、処理はステップ１２４に進み、このルーチン１００を終了する。すなわち、１回の撮影を終了する。こうして、順光のときには、〔１−１〕において述べたように、図１Ａに示す検出エリア１２によりオートフォーカスが実行される。

一方、ステップ１０２において、人物１１の顔が逆光のときには、処理はステップ１０２からステップ１１３に進み、このステップ１１３において、検出エリア１２が、例えば図１Ｂに示すように、人物１１の顔を包含する大きさに変更され、その後、処理はステップ１１１に進む。したがって、以後、ステップ１１１、１１２において、図１Ｂに示す検出エリア１２に基づいて上記のようにオートフォーカスが実行され、その後、ステップステップ１２１〜ステップ１２４が実行される。

こうして、逆光のときには、〔１−２〕において述べたように、図１Ｂに示す検出エリア１２によりオートフォーカスが実行される。

なお、ステップステップ１２１において、シャッターボタン３５が押されていない状態のときには、処理はステップ１２１からステップ１２４に進み、このルーチン１００を終了する。したがって、この場合には、撮影は行われない。

こうして、図２〜図４に示すデジタルスチルカメラによれば、逆光時には、図１Ｂに示すように、エリア１２をオートフォーカスの検出エリアとするとともに、人物１１のエッジが最も急峻になる位置をフォーカス位置に設定しているので、逆光時でも、適切なオートフォーカスを行うことができる。

〔３〕 逆光か否かの判別方法の例
ステップ１０２において、人物１１の顔が逆光であるか否かが判別されるが、この判別は、マイクロコンピュータ３０において、例えば以下のように行うことができる。すなわち、図５に示すように、撮影対象となる画面（画面全体）は、暗領域と明領域とに分けることができる。

そこで、マイクロコンピュータ３０に供給されたデジタル映像信号Ｄ25のうち、暗領域の映像信号Ｄ25のレベルの平均値および明領域の映像信号Ｄ25のレベルの平均値をそれぞれ算出する。そして、両方の平均値の差が所定のしきい値を越えている場合は、逆光であると判別し、越えていない場合は、順光である（逆光ではない）と判別する。

なお、暗明領域および暗領域は、映像信号Ｄ25の画素ごとのレベル（輝度レベル）から判別することができ、ある画素のレベルが所定のしきい値未満のときには、暗領域と判別し、そのしきい値以上のときには、明領域と判別することができる。また、暗領域と判別するときのしきい値と、明領域と判別するときのしきい値とを異なる値とすることもできる。

〔４〕 検出エリア１２の他の例
図６は、順光時と逆光時とで検出エリア１２を変更する場合の他の例を示し、この例においては、ビューファインダ２７に、垂直の棒状の被写体１１が表示されている。そして、順光時には、図６Ａに示すように、検出エリア１２がほぼ正方形の枠１３により表示されている。

しかし、逆光時には、図６Ｂに示すように、検出エリア１２は、垂直方向はそのままの長さであるが、水平方向は被写体１１を包含する範囲で短くされる。あるいは、逆光時には、図６Ｃに示すように、検出エリア１２は、垂直方向に長くされるとともに、水平方向は被写体１１を包含する範囲で短くされる。なお、この処理はルーチン１００のステップ１１３において行われる。

したがって、これらの場合も、逆光時、適切に合焦点位置にフォーカスを合わせることができるとともに、被写体１１のエッジをより明確に判別することができるので、より正確なオートフォーカスを実現することができる。

〔５〕 その他
上述において、メモリカード２９は、カメラに内蔵されたメモリであっても、着脱自在であってもよい。そして、どちらの場合も、例えばＵＳＢ接続により外部のパーソナルコンピュータなどに、メモリカード２９の内容を転送して再生（表示）することができ、着脱自在とした場合には、そのメモリカード２９をカメラから取り出してパーソナルコンピュータなどにより再生することもできる。

また、上述において、逆光時、検出エリア１２の大きさを変更する代わりに、被写体１１のエッジを含むように、検出エリア１２の位置を移動させることもできる。さらに、撮像レンズ２２がズームレンズの場合には、オートフォーカスの検出エリア１２の大きさを撮像レンズ２２の写角に連動させることもできる。また、上述においては、デジタル処理回路２５から出力されるデジタル映像信号Ｄ25をマイクロコンピュータ３０によりＪＰＥＧ信号にデータ圧縮したが、専用のＩＣを使用することもできる。

さらに、順光時おける検出エリア１２に対して、逆光時における検出エリア１２を人物１１のエッジが含まれる範囲内において狭くすることもできる。また、一眼レフカメラのように、光学ファインダを有する場合には、その光学ファインダに検出エリア１２を示す枠１３を表示することができる。

〔略語の一覧〕
Ａ／Ｄ ：Analog to Digital
ＣＣＤ ：Charge Coupled Device
ＣＰＵ ：Central Processing Unit
Ｄ／Ａ ：Digital to Analog
ＩＣ ：Integrated Circuit
ＪＰＥＧ：Joint Photographic Experts Group
ＬＣＤ ：Liquid Crystal Display
ＲＡＭ ：Random Access Memory
ＲＯＭ ：Read Only Memory
ＵＳＢ ：Universal Serial Bus

この発明を説明するための図である。 この発明の一形態を示す系統図である。 この発明の一形態を示すフローチャートである。 この発明の一形態を示す外観図である。 この発明を説明するための図である。 この発明を説明するための図である。 この発明を説明するための図である。 この発明を説明するための図である。

符号の説明

１１…被写体（人物）、１２…オートフォーカスの検出エリア、２０…撮像系、２１…撮像レンズ、２２…ＣＣＤ撮像素子、２３…アナログ処理回路、２５…デジタル処理回路、２７…ビューファインダ、２８…記録メディア、３０…マイクロコンピュータ、４２…オートフォーカス用のドライブモータ

Claims (6)

1. 撮像レンズの撮像した被写体の像を撮像素子に投影して映像信号を得るとともに、上記撮像レンズのフォーカス位置を制御して上記被写体に対して合焦点を得るようにしたオートフォーカス方法において、
   上記被写体が逆光であるか否かを判別し、
   この判別の結果、上記被写体に対するオートフォーカスの検出エリアを、上記逆光のときと逆光ではないときとで切り換え、
   上記逆光のときには、上記撮像素子の出力信号のうち、上記検出エリアにおける上記被写体のエッジから上記被写体に対する合焦点位置を検出する
   ようにしたオートフォーカス方法。
2. 撮像レンズの撮像した被写体の像を撮像素子に投影して映像信号を得るとともに、上記撮像レンズのフォーカス位置を制御して上記被写体に対して合焦点を得るようにしたオートフォーカス方法において、
   上記被写体が逆光であるか否かを判別し、
   上記逆光ではないときには、上記被写体に対するオートフォーカスの検出エリアを、デフォルトのエリアに設定し、
   上記逆光のときには上記被写体のエッジを包含するエリアに設定を変更するとともに、上記撮像素子の出力信号のうち、上記検出エリアにおける上記被写体のエッジから上記被写体に対する合焦点位置を検出する
   ようにしたオートフォーカス方法。
3. 請求項１あるいは請求項２に記載のオートフォーカス方法において、
   上記逆光時、上記被写体のエッジを包含する検出エリアの大きさあるいは位置を、上記被写体の大きさないし形状にしたがって変更し、
   その変更した検出エリアにより合焦位置を検出する
   ようにしたオートフォーカス方法。
4. 請求項１あるいは請求項２に記載のオートフォーカス方法において、
   上記逆光時、上記被写体のエッジを包含する検出エリアを、上記被写体の大きさないし形状にしたがって、垂直方向あるいは水平方向に長いエリアに設定を変更し、
   その変更した検出エリアにより合焦位置を検出する
   ようにしたオートフォーカス方法。
5. 撮像レンズと、
   この撮像レンズが撮像した被写体の像が投影されて上記被写体の映像信号を出力する撮像素子と、
   上記撮像レンズのフォーカス位置を制御するフォーカス位置制御手段と、
   上記被写体が逆光であるか否かを判別する判別手段と、
   制御回路と
   を有し、
   上記制御回路は、
   上記判別手段の判別結果にしたがって、上記被写体に対するオートフォーカスの検出エリアを、上記逆光ではないときには上記被写体の像に含まれる大きさに制御するとともに、上記逆光のときには上記被写体の像からはみ出す大きさに制御し、
   上記逆光のときには、上記撮像素子の出力信号のうち、上記検出エリアにおける上記被写体のエッジから上記被写体に対する合焦点位置を検出し、
   上記逆光ではないとき、および上記逆光のとき、上記フォーカス位置制御手段により上記撮像レンズのフォーカス位置を上記検出した合焦点位置に設定し、
   この設定したフォーカス位置で露出を行う
   ようにした撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置において、
   上記露出を行うとき、
   上記被写体の像に含まれる大きさのエリアについて露出値を測定し、
   この測定した露出値で撮影を行う
   ようにした撮像装置。

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