JP2009069551A - データ処理装置、およびデータ処理方法、並びにプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入力画像から顔領域を検出し、検出した顔の大きさに基づいて被写体距離を算出して、算出した被写体距離情報に基づいてフォーカス位置を推定し、短いフォーカスレンズ動作範囲を設定し、その設定範囲でレンズを移動させてフォーカス定位置を決定する。本構成により、移動させるレンズ距離が短くなり、高速なフォーカス制御が可能となる。
【選択図】図16
Description
動画撮影処理を実行する撮像装置であり、
撮像装置において入力する入力画像から顔領域を検出する顔検出部と、
顔検出部の検出した顔の顔サイズに基づいて被写体距離を算出し、算出した被写体距離を焦点距離とするフォーカスレンズ位置の前後にフォーカスレンズ動作範囲としてのリミットを設定し、設定リミット内でフォーカスレンズを移動させてフォーカス位置を決定する制御部と、
を有することを特徴とする撮像装置にある。
至近側リミット[Fc_near_new],
望遠側稼動リミット[Fc_far_new]
これらの2点のリミットを設定し、設定リミット内でフォーカスレンズを移動させてフォーカス位置を決定する処理を実行することを特徴とする。
(a)顔の大きさ、
(b)顔の画像中心からの距離、
(c)顔が前回主要被写体として検出されたか否か、
少なくとも上記(a)〜(c)のいずれかの情報を利用したスコアを算出し算出スコアの高い顔をフォーカス目的としての主要顔として選択する処理を実行する構成であることを特徴とする。
動画撮影処理を実行する撮像装置における撮像装置制御方法であり、
顔検出部が、撮像装置において入力する入力画像から顔領域を検出する顔検出ステップと、
制御部が、顔検出部の検出した顔の顔サイズに基づいて被写体距離を算出し、算出した被写体距離を焦点距離とするフォーカスレンズ位置の前後にフォーカスレンズ動作範囲としてのリミットを設定し、設定リミット内でフォーカスレンズを移動させてフォーカス位置を決定する制御ステップと、
を有することを特徴とする撮像装置制御方法にある。
至近側リミット[Fc_near_new],
望遠側稼動リミット[Fc_far_new]
これらの2点のリミットを設定し、設定リミット内でフォーカスレンズを移動させてフォーカス位置を決定する処理を実行するステップであることを特徴とする。
(a)顔の大きさ、
(b)顔の画像中心からの距離、
(c)顔が前回主要被写体として検出されたか否か、
少なくとも上記(a)〜(c)のいずれかの情報を利用したスコアを算出し算出スコアの高い顔をフォーカス目的としての主要顔として選択する処理を実行するステップであることを特徴とする。
動画撮影処理を実行する撮像装置において撮像装置制御処理を実行させるコンピュータ・プログラムであり、
顔検出部に、撮像装置において入力する入力画像から顔領域を検出させる顔検出ステップと、
制御部に、顔検出部の検出した顔の顔サイズに基づいて被写体距離を算出し、算出した被写体距離を焦点距離とするフォーカスレンズ位置の前後にフォーカスレンズ動作範囲としてのリミットを設定し、設定リミット内でフォーカスレンズを移動させてフォーカス位置を決定させる制御ステップと、
を有することを特徴とするコンピュータ・プログラムにある。
上記式における各記号の説明を以下に示す。
人間の顔の大きさ基準値:Wref
撮像素子の幅:Wi
焦点距離:f
撮像画像における人の顔の大きさのピクセル数(撮像素子検出値):Wf
人の顔検出に使用した画像の大きさのピクセル数(撮像素子検出値):Ww
Rf=Df−σn〜Df+σf・・・(式1.2)
として設定される。すなわち、図7に示すようにフォーカスレンズ302の動作範囲(Rf)が設定される。
F検波値=Fh(あるいはFa)−α×全積分値;
F検波値_face=Fh(あるいはFa)−α1×全積分値(画面全体の平均)
−α2×全積分値(顔の存在するエリアのみ)
上記式に含まれるα1およびα2はノイズ成分としてのコアリング値であり、顔を検出した際に滑らかに切り替える。
(a)大ボケ状態から、高周波検波値の最大ポイントである山の頂点を検出するまでフォーカスレンズを制御する山登りモード400、
(b)コントラスト量の指標である検波値焦点付近で、検波値のハンチングにより高精度に検波値の山を目指して前後運動を繰り返すハンチングモード402、
これらの各モードの切り替え制御が行われ、また、
(c)ハンチング時およびフォーカス頂点近傍時にはレンズを前後にふることで焦点検出方向へ向かうウォブリングモード401、
を適用する。
ウォブリングモード401の実行期間においてピークが一定の範囲内にあり続けた場合には、停止状態にはいり、検波値の変動があるまでAFは待機状態に入る。待機された状態から、復帰する際には、再起動をすると表現される評価モードに入る。
(1)ボケ状態からのAFの速度やボケ状態でも抽出可能な第一の高周波成分Fa、
(2)ピントがあった状態に近い状態でのみ値が得られる第二の高周波成分Fh、
これらの比率である[Fh/Fa]が十分大きく、検波値が照度によって異なるノイズ量に対して十分大きなコントラスト値を持つ事(Fhが十分大きいこと)を持って判定する。
新規フォーカス位置[fc_new]は、現在のフォーカス位置[fc_pos]に、ふらつきづらくするために安定して一方向に進みやすく制御されたフォーカスの進行方向[fc_dir]と、フォーカスのその方向に対して進むべき確からしさや動作モード、検波値の増加量によって制御されたフォーカス速度である[fc_spd]、ウォブリングによるレンズ振動である[fc_wob]を利用した下式、
fc_new=fc_pos+fc_spd×fc_dir(=1or−1)+−fc_wob
となる。
(a)大ボケ状態から、高周波検波値の最大ポイントである山の頂点を検出するまでフォーカスレンズを制御する山登りモード、
(b)コントラスト量の指標である検波値焦点付近で、検波値のハンチングにより高精度に検波値の山を目指して前後運動を繰り返すハンチングモード、
(c)ハンチング時およびフォーカス頂点近傍時にはレンズを前後にふる事で焦点検出方向へ向かうウォブリングモード、
これらのモードの切り替え制御を行う。すなわち、評価値算出部352の算出する評価値に基づいて撮像装置の実行するオートフォーカスモードを決定して、適宜モード切り替えを行う。
(1)ボケ状態からのAFの速度やボケ状態でも抽出可能な第一の高周波成分Fa、
(2)ピントがあった状態に近い状態でのみ値が得られる第二の高周波成分Fh、
これらのFh,Faを検出する検波枠を一致させた場合、顔枠412を設定して実行する検波処理は、グローバルシャッターのCCDを用いた場合には、検波値とフォーカスレンズの実位置と検波値のタイミングを合わせる事でAF処理を正しく行うことが出来るが、CMOSなどのローリングシャッタ方式の撮像素子を用いる場合には、顔の検波枠の中心位置が読み出されるタイミングが、顔の中心位置の検波タイミングとなるので、検波タイミングと検波位置の補正が必要である。
Wob_center_new=Wob_center+{Lface−(Ltop+Lbottom)/2}/(Ltop−Lbottom)×shut_cycle
このように、ウォブリングのタイミングを制御することが好ましい。
画像フレームに含まれる顔が小さい場合は、その顔までの距離は遠く、
画像フレームに含まれる顔が大きい場合は、その顔までの距離が近い、
とするものである。
人間の顔の大きさ基準値:Wref
撮像素子の幅:Wi
焦点距離:f
撮像画像における人の顔の大きさのピクセル数(撮像素子検出値):Wf
人の顔検出に使用した画像の大きさのピクセル数(撮像素子検出値):Ww
Rf=Df−σn〜Df+σf・・・(式1.2)
として設定するという処理が行われる。
Df=Wref×(f/Wi)×(Ww/Wf)
上記式において、顔サイズ(Wref)を1つの標準値として設定することでの誤差を考慮することが必要である。上記式では、人間の顔の大きさ基準値(Wref)は、予め定めた固定値を利用しているが、顔の大きさは、人によって様々であり、ある程度の顔サイズの範囲を考慮してフォーカスレンズの動作範囲(Rf)を決定する構成とすることが好ましい。以下、この処理について説明する。
しかし、この実際の顔サイズ(横幅L)を[Lreal]を得ることはできないため、予め人の顔のサイズの範囲として、
小さな顔の顔幅を[Lsmall]
大きな顔の顔幅を[Lbig]
とする。なお、本例では、顔サイズとして顔の横幅[L]を用いた例を示すが、縦の高さを用いてもよい。
L(顔幅)/s(距離)=a(撮像素子上の距離)/f(レンズの焦点距離)
すなわち、被写体までの距離[s]は以下の式で表される。
s=f×L/a
上記式によって被写体までの距離[s]が算出される。
この式は、先に図6を参照して説明した式(式1.1)に相当する式である。
小さな顔の顔幅を[Lsmall]
大きな顔の顔幅を[Lbig]
これらの範囲があることを考慮すると、
小さな顔の人である場合の被写体までの距離[s_small]は、
s_small=f×Lsmall/a
大きな顔の人である場合の被写体までの距離[s_big]は、
s_big=f×Lbig/a
となり、被写体までの距離としては、
[s_small]〜[s_big]
これらの範囲を考慮することが必要であると判断される。
s_small<=s_real<=s_big
となる。
距離[s_small]を望遠側のフォーカス予測位置、
距離[s_big]を至近側のフォーカス予測位置、
として設定して、フォーカスレンズの動作範囲を決定することが好ましいことになる。
Fc_near>Fc_farの関係があり、
距離からフォーカス位置を求める関数をFc(s)とすると、
Fc_near>=Fc(s_big)>Fc(s_small)>=Fc_far
となる。
至近側リミット[Fc_near_new],
望遠側稼動リミット[Fc_far_new]
これらの2点は、以下の式によって算出することができる。
Fc_near_new=MAX(MIN(Fc_near,Fc(s_big),Fc_far)
Fc_far_new=MIN(MAX(Fc_far,Fc(s_small)),Fc_near)
至近側リミット[Fc_near_new]〜望遠側稼動リミット[Fc_far_new]
上記範囲をフォーカスレンズの稼動範囲として再設定することで、フォーカス目標として選択された顔に対しての距離推定動画AFが実現される。図14に示すような至近側稼動リミット[Fc_near_new]〜望遠側稼動リミット[Fc_far_new]が設定される。すなわち、小さい顔(10cm程度を暫定で設定)の推定距離で、望遠側リミット[Fc_far_new]を設定し、大きい顔(30cm程度を暫定で設定)の推定距離で、至近側リミット[Fc_near_new]を設定してフォーカスレンズの移動範囲を制限し、これらのリミット範囲でフォーカスレンズを移動させ、リミット付近では、AF動作スピードを落とすといった制御でオートフォーカス処理を実行する。
過焦点距離をH、
レンズの焦点距離をf、
レンズの絞り値をN、
許容錯乱円の直径をc
とすると、その関係は、
H=f2/Nc
となる。
被写体の距離をs、大きな顔Lbigで推定した距離に対して焦点深度分、近づけた位置(Near側)にフォーカスのリミット位置をDn(s)、小さな顔Lsmallで推定した距離に対して焦点深度分、遠ざけた位置(Far側)にリミット位置をDf(s)とすると、
Dn(s)=s(H−f)/(H+s−2f)
Df(s)=s(H−f)/(H−s)
となる。
主要被写体は、例えば、顔の大きさ、顔の中心からの近さ、以前検出対象となったかなどの情報に基づいて選択される。静止画と異なり、小さな顔が主要被写体である機会は少なく、より大きい顔が主要被写体であることが多いため、中央重点AFと併用し、顔が十分大きいもののみ、主要被写体顔として、検波対象として選択する。
顔の優先順位設定スコア[P]を下式に基づいて算出する。
P=[顔の大きさ]×[Wi]+[顔の画像中心からの距離]×[Wj]+[顔が前回主要被写体として検出されたかどうかによる加点:S]
上記式に従って、各顔の優先順位設定スコア[P]を算出する。
Wi,Wjは、
[顔の大きさ]、[顔の画像中心からの距離]に対応する重みパラメータである。
[顔が前回主要被写体として検出されたかどうかによる加点:S]と、[顔の大きさ]に対応する重みパラメータ[Wi]を十分大きくとることで、安定した処理が可能となる。
顔ID、顔の幅、顔の推定距離、被写体の重要度(スコア)、主要顔としての登場時間、登場時間、登場頻度、
これらのデータである。
第1アルゴリズムは、主要顔の連続性を重要視する主要被写体追尾アルゴリズムである。
前述の顔の優先順位設定スコア[P]が最も大きな顔を主要被写体として選択し、図15に示すような画像フレーム500が得られている場合、画面全枠501の中央に設定される中央枠502を含む顔枠511のみをフォーカス対象とする顔領域として採用する。中央枠502を含まない顔枠512は採用しない。
第2アルゴリズムは、主要顔としての登場時間を重要視する主要被写体追尾アルゴリズムである。
図15に示す例において、中央枠502に顔枠の一部を含む最も大きな顔を主要被写体として選択する。中央枠502から顔枠の一部が外れるか、あるいはより主要顔として登録された時間が長い顔が中央枠に登場するまで顔の追尾をする。登場した最長時間主要被写体であり続けた顔を追尾する。
第3アルゴリズムは、主要顔を追跡することを中央優先と組み合わせて簡便に行う主要被写体追尾アルゴリズムである。
このアルゴリズムは、単純に、中央優先でのオートフォーカス(AF)を行い、顔が中央枠502内で一定のサイズ以上で登場した際に、顔を追尾し、中央枠により大きい顔が現れた場合には、そちらを顔の追尾対象として認識する。
まず、フローチャートの説明の前に本発明の撮像装置において実行するフォーカス制御の特徴についてまとめて説明する。本発明の撮像装置では、動画撮影フレームから特定の被写体の顔を検出し、その顔に対する焦点合わせを維持するようにフォーカス制御を行う。この処理において、コントラスト強度測定に基づくフォーカスポイントの探索を行うとともに、検出された顔の顔サイズを利用したカメラから顔までの距離の推定情報を適用して、フォーカスレンズの移動範囲に制限(リミット)を設定して高速なフォーカスポイントの決定を可能にしているものである。
顔を見失った場合、
顔の前に別の被写体がさえぎった場合、
顔自体を認識対象とせずにリミットを解除した場合
このような状態が発生した場合である。この際、ピークとして停止した被写体のフォーカスレンズ位置が、顔の距離の推定距離内に入った場合には、再度フォーカスリミットをかける。
移動量平均/顔の検波枠のサイズ<Mv_th
上記式を満足する場合は、顔サイズに基づいて設定したフォーカスリミットを継続して利用するが、上記式を満足しなくなった場合は、フォーカスリミットを解除する、あるいはリミットを緩める処理を行う。
第1アルゴリズム:優先順位設定スコア[P]が最大で、中央枠を含む顔を主要顔として選択、
第2アルゴリズム:中央枠を含む顔を主要顔として選択するという原則+主要顔としての登録時間の長いものを優先的に選択、
第3アルゴリズム:中央優先でのオートフォーカス(AF)を行い、顔が中央枠内で一定のサイズ以上で登場した際、その顔を主要顔として選択、
これらのいずれかのアルゴリズムを実行して主要顔を選択する。
20 中央枠
30 顔枠
100 撮像装置
101 撮影レンズ
102 撮像素子
103 アナログ信号処理部
104 A/D変換部
105 デジタル信号処理部
106 モニタ
107 ビューファインダ(EVF)
108 記録デバイス
109 タイミングジェネレータ(TA)
110 モータドライバ
114 操作部
115 メモリ(EEPROM)
116 メモリ(ROM)
117 メモリ(RAM)
120 制御部
200 顔検出部
201 プリ処理部
202 リサイズ処理部
203 クラス分けおよび画像マッチング処理部
204 特徴量分析および人物属性分析部
205 サイズ、位置安定化処理部
206 同期処理部
301 被写体位置
302 フォーカスレンズ
303 撮像素子
351 検波枠設定部
352 評価値算出部
353 オートフォーカス(AF)モード決定部
354 距離推定部
355 フォーカス方向判定部
356 減速・加速条件判断部
411 画像フレーム
412 顔枠
431 画面全枠
435 中央枠
471 顔認識ON(枠あり)選択部
472 顔認識ON(枠なし)選択部
473 顔認識OFF選択部
500 画像フレーム
501 画面全枠
502 中央枠
511,512 顔枠
Claims (19)
- 動画撮影処理を実行する撮像装置であり、
撮像装置において入力する入力画像から顔領域を検出する顔検出部と、
顔検出部の検出した顔の顔サイズに基づいて被写体距離を算出し、算出した被写体距離を焦点距離とするフォーカスレンズ位置の前後にフォーカスレンズ動作範囲としてのリミットを設定し、設定リミット内でフォーカスレンズを移動させてフォーカス位置を決定する制御部と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記制御部は、
算出した被写体距離を焦点距離とするフォーカスレンズ位置の前後にフォーカスレンズ動作範囲としてのリミットを設定し、設定リミット内でフォーカスレンズを移動させて、前記顔検出部において検出された顔を含む顔枠から得られるコントラスト強度に対応する検波値が予め定めた閾値以上となる合焦ポイントの検出処理を実行し、予め設定した設定時間内に合焦ポイントが検出された場合は、その合焦ポイントにフォーカス位置を決定し、予め設定した設定時間内に合焦ポイントが検出されなかった場合は、前記リミットの解除処理を実行する構成であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、
予め規定した顔サイズの上限および下限データに基づいて、前記フォーカスレンズ動作範囲としてのリミットとして、
至近側リミット[Fc_near_new],
望遠側稼動リミット[Fc_far_new]
これらの2点のリミットを設定し、設定リミット内でフォーカスレンズを移動させてフォーカス位置を決定する処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、
前記顔検出部において検出された顔を含む顔枠から得られるコントラスト強度に対応する検波値の測定により、フォーカス位置を決定する構成であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、
前記設定リミット内でフォーカスレンズを移動させてフォーカス位置を決定する処理の実行時のウォブリング処理の実行タイミングを、前記顔検出部において検出された顔を含む顔枠における検波タイミングに応じて制御する処理を行う構成であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、
前記顔検出部において検出された顔の、
(a)顔の大きさ、
(b)顔の画像中心からの距離、
(c)顔が前回主要被写体として検出されたか否か、
少なくとも上記(a)〜(c)のいずれかの情報を利用したスコアを算出し算出スコアの高い顔をフォーカス目的としての主要顔として選択する処理を実行する構成であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、
設定した主要顔の追従を実行し、追従に失敗した場合に、次の主要顔の選択処理を実行する構成であることを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、
前記顔検出部の検出した顔を利用して算出した被写体距離に基づく設定リミット内でのフォーカス制御の実行期間において、
予め設定した閾値以上の画面または顔枠の動きの検出、または、ズーム、パン、チルトいずれかの操作情報の入力を検出した場合、前記リミットの解除、あるいはリミットの緩和処理を行う構成であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、
前記顔検出部の検出した顔の特徴に基づいて人物の属性を判定し、属性に基づいて顔サイズの推定を行い、推定した顔サイズを適用した被写体距離算出を実行することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 動画撮影処理を実行する撮像装置における撮像装置制御方法であり、
顔検出部が、撮像装置において入力する入力画像から顔領域を検出する顔検出ステップと、
制御部が、顔検出部の検出した顔の顔サイズに基づいて被写体距離を算出し、算出した被写体距離を焦点距離とするフォーカスレンズ位置の前後にフォーカスレンズ動作範囲としてのリミットを設定し、設定リミット内でフォーカスレンズを移動させてフォーカス位置を決定する制御ステップと、
を有することを特徴とする撮像装置制御方法。 - 前記制御ステップは、
算出した被写体距離を焦点距離とするフォーカスレンズ位置の前後にフォーカスレンズ動作範囲としてのリミットを設定し、設定リミット内でフォーカスレンズを移動させて、前記顔検出部において検出された顔を含む顔枠から得られるコントラスト強度に対応する検波値が予め定めた閾値以上となる合焦ポイントの検出処理を実行し、予め設定した設定時間内に合焦ポイントが検出された場合は、その合焦ポイントにフォーカス位置を決定し、予め設定した設定時間内に合焦ポイントが検出されなかった場合は、前記リミットの解除処理を実行するステップであることを特徴とする請求項10に記載の撮像装置制御方法。 - 前記制御ステップは、
予め規定した顔サイズの上限および下限データに基づいて、前記フォーカスレンズ動作範囲としてのリミットとして、
至近側リミット[Fc_near_new],
望遠側稼動リミット[Fc_far_new]
これらの2点のリミットを設定し、設定リミット内でフォーカスレンズを移動させてフォーカス位置を決定する処理を実行するステップであることを特徴とする請求項10に記載の撮像装置制御方法。 - 前記制御ステップは、
前記顔検出部において検出された顔を含む顔枠から得られるコントラスト強度に対応する検波値の測定により、フォーカス位置を決定するステップであることを特徴とする請求項10に記載の撮像装置制御方法。 - 前記制御ステップは、
前記設定リミット内でフォーカスレンズを移動させてフォーカス位置を決定する処理の実行時のウォブリング処理の実行タイミングを、前記顔検出部において検出された顔を含む顔枠における検波タイミングに応じて制御する処理を行うステップであることを特徴とする請求項10に記載の撮像装置制御方法。 - 前記制御ステップは、
前記顔検出部において検出された顔の、
(a)顔の大きさ、
(b)顔の画像中心からの距離、
(c)顔が前回主要被写体として検出されたか否か、
少なくとも上記(a)〜(c)のいずれかの情報を利用したスコアを算出し算出スコアの高い顔をフォーカス目的としての主要顔として選択する処理を実行するステップであることを特徴とする請求項10に記載の撮像装置制御方法。 - 前記制御ステップは、
設定した主要顔の追従を実行し、追従に失敗した場合に、次の主要顔の選択処理を実行するステップであることを特徴とする請求項15に記載の撮像装置制御方法。 - 前記制御ステップは、
前記顔検出部の検出した顔を利用して算出した被写体距離に基づく設定リミット内でのフォーカス制御の実行期間において、
予め設定した閾値以上の画面または顔枠の動きの検出、または、ズーム、パン、チルトいずれかの操作情報の入力を検出した場合、前記リミットの解除、あるいはリミットの緩和処理を行うステップであることを特徴とする請求項10に記載の撮像装置制御方法。 - 前記制御ステップは、
前記顔検出部の検出した顔の特徴に基づいて人物の属性を判定し、属性に基づいて顔サイズの推定を行い、推定した顔サイズを適用した被写体距離算出を実行するステップであることを特徴とする請求項10に記載の撮像装置制御方法。 - 動画撮影処理を実行する撮像装置において撮像装置制御処理を実行させるコンピュータ・プログラムであり、
顔検出部に、撮像装置において入力する入力画像から顔領域を検出させる顔検出ステップと、
制御部に、顔検出部の検出した顔の顔サイズに基づいて被写体距離を算出し、算出した被写体距離を焦点距離とするフォーカスレンズ位置の前後にフォーカスレンズ動作範囲としてのリミットを設定し、設定リミット内でフォーカスレンズを移動させてフォーカス位置を決定させる制御ステップと、
を有することを特徴とするコンピュータ・プログラム。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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