JP2009186914A - 焦点検出装置および焦点調節装置ならびに撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被写体を正確に追尾して焦点調節することができる焦点検出装置および焦点調節装置ならびに撮像装置を提供する。
【解決手段】光学系２１を介して撮像された撮像画像から対象とする像に相当する基準画像に対応する画像の位置を繰り返し認識する画像追尾手段１４と、前記画像追尾手段によって認識された前記画像の位置に関して前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段１５と、前記焦点検出手段によって検出された前記焦点調節状態に基づく焦点調節動作を起動する起動手段１５と、前記起動手段による起動後の前記焦点検出手段による前記焦点調節状態の検出が不能である場合に、前記画像追尾手段の動作を禁止する制御手段１５と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、焦点検出装置および焦点調節装置ならびに撮像装置に関するものである。

テンプレートマッチングによる画像認識を利用して、移動する被写体の画像上の位置を追尾し、この追尾位置において被写体にピントを合わせるオートフォーカス手法が知られている（特許文献１）。

特開２００１−１１９６２２号公報

しかしながら、従来の手法では、被写体のコントラストが低かったり低輝度被写体であったりすると、焦点検出が不能になることがあり、初期段階でこのような画像データをテンプレート画像として設定すると、被写体を正確に追尾できないという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、被写体を正確に追尾して焦点調節することができる焦点検出装置および焦点調節装置ならびに撮像装置を提供することである。

本発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。なお、本発明の実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、この符号は本発明の理解を容易にするためだけのものであって本発明を限定する趣旨ではない。

［１］本発明に係る焦点検出装置は、光学系（２１）を介して撮像された撮像画像から対象とする像に相当する基準画像に対応する画像の位置を繰り返し認識する画像追尾手段（１４）と、
前記画像追尾手段によって認識された前記画像の位置に関して前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段（１５）と、
前記焦点検出手段によって検出された前記焦点調節状態に基づく焦点調節動作を起動する起動手段（１５）と、
前記起動手段による起動後の前記焦点検出手段による前記焦点調節状態の検出が不能である場合に、前記画像追尾手段の動作を禁止する制御手段（１５）と、を備えたことを特徴とする。

上記発明に係る焦点検出装置において、前記画像追尾手段は、前記撮像画像の少なくとも一部を前記基準画像として設定し、前記制御手段は、前記焦点調節状態の検出が不能である場合に、前記基準画像の設定を禁止するように構成することができる。

また上記発明に係る焦点検出装置において、前記画像追尾手段によって認識された前記画像の位置を表示するとともに、当該画像の位置の表示とは異なる表示形態で、前記画像追尾手段の動作が禁止されたことを表示する表示手段（１８）を備えるように構成することができる。

また上記発明に係る焦点検出装置において、前記制御手段は、前記起動手段による前記焦点調節動作の動作が解除された場合に、前記画像追尾手段の動作の禁止を解除するように構成することができる。

［２］本発明に係る焦点調節装置は、上記発明に係る焦点検出装置と、
前記起動手段に応答して前記焦点調節状態に基づいて前記光学系を焦点調節する焦点調節手段（２６）と、を備えたことを特徴とする。

上記発明に係る焦点調節装置において、前記制御手段は、前記画像追尾手段の動作を禁止する場合は、前記焦点調節手段による焦点調節動作も禁止するように構成することができる。

［３］本発明は、上記発明に係る焦点調節装置を備えたことを特徴とする撮像装置（１）として具現化することができる。

本発明によれば、被写体を正確に追尾して焦点調節することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１を示すブロック図である。

本例のデジタルカメラ１は、撮影レンズ２１と絞り２２を備えている。

撮影レンズ２１は１枚または複数枚のレンズで構成され、固定焦点距離のレンズまたはズームレンズのような可変焦点距離のレンズを用いることができる。撮影レンズ２１には、当該撮影レンズ２１を通過した被写体像が撮像素子１１の撮像面上に結像するように焦点位置を調節するフォーカスレンズが含まれている。このフォーカスレンズは、カメラ側の至近端から被写体側の無限端までの間を撮像素子１１の光軸Ｌに沿って移動可能に設けられ、不図示のエンコーダによりその位置が検出されつつ、レンズ駆動部２３によりその位置が調節される。

そして、エンコーダで検出されたフォーカスレンズの現在位置情報は、レンズ駆動制御部２６を介してカメラ制御部１５へ送信される一方で、カメラ制御部１５はこの情報を参照しつつフォーカスレンズの焦点調節位置を演算し、レンズ駆動制御部２６を介してレンズ駆動部２３にレンズ駆動信号を送信する。オートフォーカスの制御手順は後述する。

絞り２２は、撮影レンズ２１を通過して撮像素子１１に至る光束の光量を制限するとともにボケ量を調整するために、光軸Ｌを中心にした開口径を調節する。たとえば自動露出モードにおいては、撮像素子１１に至る光束に基づいて目標とする開口径を演算し、演算された開口径に相当する絞り駆動信号を、カメラ制御部１５から絞り駆動制御部２５を介して絞り駆動部２４へ送信さすることにより、絞り２２による開口径の調節が行われる。また、開口径の調節は、カメラ１に設けられた操作部１９をマニュアル操作することによっても行われ、操作部１９で設定された開口径がカメラ制御部１５から絞り駆動制御部２５を介して絞り駆動部２４に入力される。

本例のデジタルカメラ１は、撮像素子１１と、Ａ／Ｄ変換部１２と、メモリ制御部１３と、画像処理部１４と、カメラ制御部１５と、メモリ１６とを備えている。

撮像素子１１は、カメラボディの被写体からの光軸Ｌ上であって、撮影レンズ２１の予定焦点面となる位置に固定されている。撮像素子１１は、複数の光電変換素子が二次元に配列されたものであって、二次元ＣＣＤイメージセンサ、ＭＯＳセンサまたはＣＩＤなどで構成することができる。この撮像素子１１で光電変換されたアナログ画像信号は、図示しないアナログ信号処理部においてクランプ処理およびゲイン処理が施されたのち、Ａ／Ｄ変換部１２によってデジタル画像信号に変換され、画像処理部１４およびメモリ制御部１３へ出力される。

画像処理部１４は、Ａ／Ｄ変換部１２から出力されたデジタル画像信号またはメモリ制御部１３から出力されたデジタル画像信号に対して画素補間処理や色変換処理を施すとともに、撮像した画像情報を用いてＡＥ（自動露光調節）評価値、ＡＦ(自動焦点調節)評価値およびＡＷＢ（自動ホワイトバランス調節）評価値の算出処理を含む演算処理を実行する。また、画像処理部１４は、ＴＴＬ方式のオートホワイトバランス処理を実行する。

本例の画像処理部１４はテンプレートマッチング回路を含み、撮像した画像信号から、メモリ１６に記憶されたテンプレート画像と最も相関が高い画像を抽出してその座標を演算し、被写体像の追尾動作を行う。この追尾動作については後述する。

カメラ制御部１５は、画像処理部１４の演算結果に基づいて、絞り駆動制御部２５およびレンズ駆動制御部２６に対する制御を実行する。ここでは、ＴＴＬ（Through the Lens）方式のオートフォーカス処理、自動露出処理、ストロボプリ発光処理を実行する。また、追尾動作の禁止および許可ならびに焦点検出動作の禁止および許可も制御する。これについては後述する。

メモリ制御部１３は、Ａ／Ｄ変換部１２、画像処理部１４、メモリ１６およびＤ／Ａ変換部１７を制御する。そして、Ａ／Ｄ変換部１２で変換された撮影画像のデジタル画像信号は、画像処理部１４およびメモリ制御部１３を介してメモリ１６に書き込まれる。なお、Ａ／Ｄ変換部１２で変換された撮影画像のデジタル画像信号を、直接メモリ制御部１３を介してメモリ１６に書き込むこともできる。

メモリ１６は、表示部１８に表示する画像信号を記憶する記憶装置であり、この画像信号は、メモリ制御部１３に読み出され、Ｄ／Ａ変換部１７にてアナログ画像信号に変換されたのち表示部１８に出力される。またメモリ１６は、撮像した静止画像や動画像の画像信号を格納するとともに、画像処理部１４およびカメラ制御部１５の作業領域としても用いられる。なお、メモリ１６の記憶容量を充分な大きさとすることで、複数の静止画像を連続して撮影する連写撮影やパノラマ撮影の場合にも高速かつ大量の画像書き込みを行うことができる。

本例のデジタルカメラ１は、Ｄ／Ａ変換部１７、表示部１８、操作部１９およびインターフェース（Ｉ／Ｆ）２０を備えている。

表示部１８は、液晶ディスプレイなどで構成され、撮像素子１１により撮像した画像を逐次表示することで電子ファインダとして機能し、当該表示部１８に表示される被写体を観察しながら撮影操作を行うことができる。また表示部１８には、画像処理部１４やカメラ制御部１５のプログラムの実行に応じた動作状態やメッセージなどが、文字や画像を用いて表示される。この表示は、カメラ制御部１５からの駆動信号により、撮像画像に合成した状態で表示される。

操作部１９は、シャッターレリーズボタンやユーザがカメラの各種動作モードを設定するための入力スイッチを含み、使用者の設定操作によりオートフォーカスモード／マニュアルフォーカスモード等の切換が行えるようになっている。なお、シャッターレリーズボタンのスイッチは、ボタンの半押しでＯＮとなる第１スイッチＳＷ１と、ボタンの全押しでＯＮとなる第２スイッチＳＷ２とを含む。この操作部１９により設定されたシャッターレリーズボタンのスイッチＳＷ１，ＳＷ２および各種モードは、メモリ制御部１３を介してカメラ制御部１５へ送信され、当該カメラ制御部１７０によりカメラ１全体の動作が制御される。

インターフェース２０は、メモリカードやハードディスクなどの記憶媒体に接続するための入出力装置であり、さらに外部コンピュータやプリンタなどの周辺機器との間で画像データおよび管理情報を転送することができる。またインターフェース２０は、ＰＣＭＣＩＡカードやコンパクトフラッシュ（登録商標）カードの規格に準拠したものを用いることができ、この場合は、ＬＡＮカード、モデムカード、ＵＳＢカード、ＩＥＥＥ１３８４カード、Ｐ１２８４カード、ＳＣＳＩカード、ＰＨＳ等の通信カードなどの各種通信カードを接続することができる。

なお本例では、メモリ制御部１３、画像処理部１４、カメラ制御部１５、絞り駆動制御部２５およびレンズ駆動制御部２６をそれぞれ別の構成として説明したが、これらのうちの幾つかまたは全部を一つのマイクロプロセッサで構成することができる。

次に、本実施形態に係るデジタルカメラ１の動作を説明する。

図２は、本例のデジタルカメラ１の全体の動作を示すフローチャートである。ここでは、操作部１９により、自動焦点調節、自動露光調節、自動ホワイトバランス調節の各モードに設定されているものとする。

まず、デジタルカメラ１の電源がオンしたことを確認すると（ステップＳ１）、撮影レンズ２１，レンズ駆動部２３，レンズ駆動制御部２６，絞り２２，絞り駆動部２４、絞り駆動制御部２５，撮像素子１１，メモリ制御部１３，画像処理部１４，カメラ制御部１５，メモリ１６，表示部１８およびインターフェース２０の各種処理のパラメータおよび設定値を初期化する（ステップＳ２）。また、後述する追尾禁止フラグを「許可」にセットする（ステップＳ３）。

次いで、撮像素子１１により撮影した画像信号をＡ／Ｄ変換部１２でデジタル画像信号に変換したのち、画像処理部１４にて所定の処理を施し、メモリ制御部１３を介してメモリ１６に書き込む（ステップＳ４）。また、メモリ１６に書き込まれた画像信号をメモリ制御部１３へ読み出し、Ｄ／Ａ変換部１７によりアナログ画像信号に変換したのち表示部１８へ表示する（ステップＳ５）。

これにより使用者は、表示部１８に表示された被写体を観察しながらシャッターレリーズその他の撮影操作を行うことができる。

ステップＳ６において、カメラ制御部１５は、レリーズボタンの半押し（第１スイッチＳＷ１のオン）がされたかどうかを判断し、オンした場合はステップＳ７へ進み、オンでない場合はステップＳ３へ戻ってステップＳ３〜Ｓ６の処理を繰り返す。

レリーズボタンが半押しされて第１スイッチＳＷ１がオンすると、カメラ制御部１５は、電源が投入されてから初めての自動焦点調節か否かを識別するための初回識別フラグを「初回」にセットする（ステップＳ７）。そして、自動焦点調節（ＡＦ）、自動露光調節（ＡＥ）、自動ホワイトバランス調節の各制御を起動する（ステップＳ８）。

図３は、ステップＳ８のＡＦ／ＡＥ／ＡＷＢの各制御のサブルーチンを示すフローチャートである。

まず、撮像素子１１で撮像された電荷信号を読み出し、Ａ／Ｄ変換部１２によりデジタル画像信号に変換したのち画像処理部１４へ出力する。画像処理部１４は、ＴＴＬ方式による所定のＡＦ処理、ＡＥ処理およびＡＷＢ処理を行ってＡＦ評価値、ＡＥ評価値およびＡＷＢ評価値を算出する（ステップＳ８０１）。

カメラ制御部１５は、ステップＳ８０１による演算結果に基づき、ＡＥ評価値が適切であるか否かを判断し（ステップＳ８０２）、適切である場合はステップＳ８０３へ進み、ＡＥ測定データまたはＡＥ設定パラメータをメモリ１６に記憶する。一方、ＡＥ評価値が適切な範囲にない場合はステップＳ８０４へ進み、適切な範囲になるように、絞り駆動制御部２５を介して絞り駆動部２４を駆動し、絞り２２を調節する。

またカメラ制御部１５は、ステップＳ８０１による演算結果およびＡＥ測定データに基づき、ＡＷＢ評価値が適切であるか否かを判断し（ステップＳ８０５）、適切である場合はステップＳ８０６へ進み、ＡＷＢ測定データまたはＡＷＢ設定パラメータをメモリ１６に記憶する。一方、ＡＷＢ評価値が適切な範囲にない場合はステップＳ８０７へ進み、適切な範囲になるように画像処理部１４にて色処理のパラメータを調節する。

ステップＳ８０８において、カメラ制御部１５は、ステップＳ３にて言及した追尾禁止フラグが「禁止」か「許可」の何れであるかを判断し、「許可」である場合はステップＳ８０９へ進み、「禁止」である場合はステップＳ８０９〜Ｓ８１１を行わないでステップＳ８０１へ戻る。初回の処理ではステップＳ３にて追尾禁止フラグが「許可」に設定されているのでステップＳ８０９へ進む。

ステップＳ８０９において、カメラ制御部１５は合焦状態を判定し、合焦状態が所定の範囲にある場合はステップＳ８１０へ進み、ＡＦ測定データまたはＡＦパラメータをメモリ１６に記憶する。合焦状態が所定の範囲にない場合はステップＳ８１１へ進み、合焦状態が所定の範囲になるようにレンズ駆動制御部２６を介してレンズ駆動部２３を駆動する。

図４は、ステップＳ８１１のＡＦ制御のサブルーチンを示すフローチャートである。ここでは、撮像素子１１により撮像した画像信号の鮮鋭度が最大となるレンズ位置をサーチし、この位置へ撮影レンズ２１のフォーカスレンズを駆動する、いわゆるコントラストＡＦを例に挙げて説明する。

ただし、本実施形態ではコントラストＡＦによる自動焦点調節以外にも、撮像素子１１の前面にハーフミラーを設け、撮影レンズ２１の瞳の異なる領域を通過しハーフミラーにより分岐された一対の光束をラインセンサで受光し、これらの結像位置の違いに基づいて合焦位置を検出する瞳分割位相差方式による自動焦点調節を用いることもできる。また、撮像素子１１に対となる焦点検出画素を設け、撮影レンズ２１の瞳の異なる領域を通過した一対の光束の結像位置の違いに基づいて合焦位置を検出する瞳分割位相差方式による自動焦点調節を用いることもできる。

まず、カメラ制御部１５は、図示しないエンコーダからの位置情報を読み込み、撮影レンズ２１のフォーカスレンズが、合焦位置サーチの初期位置に駆動しているか否かを判断し（ステップＳ８１１Ａ）、初期位置に駆動している場合はステップＳ８１１へ進む。一方、フォーカスレンズが初期位置へ駆動していない場合はステップＳ８１１Ｂへ進み、レンズ駆動制御部２６を介してレンズ駆動部２３を駆動し、フォーカスレンズを初期位置へ駆動する。

フォーカスレンズが初期位置に到達したら（ステップＳ８１１Ｃ）、カメラ制御部１５は、合焦位置サーチが開始したか否かを判断し、開始されていない場合はステップＳ８１１Ｅへ進んで合焦位置サーチを開始する。

合焦位置サーチが開始されたら、カメラ制御部１５は、レンズ駆動制御部２６を介してレンズ駆動部２３に駆動信号を出力し、フォーカスレンズを初期位置から所定のサンプリング間隔で駆動する。そして、各サンプリング位置おけるＡＦ評価値を演算し、ＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズの位置を、たとえば内挿法などの演算方式を用いて求める。

このＡＦ評価値は、たとえば撮像素子１１からの画像出力の高周波成分を、高周波透過フィルタを用いて抽出し、これを積算して焦点電圧を検出することで求めることができる。また、遮断周波数が異なる２つの高周波透過フィルタを用いて高周波成分を抽出し、それぞれを積算して焦点電圧を検出することでも求めることができる。

この内挿法によるＡＦ評価値の最大値の求め方を、図７を参照しながら説明する。図７は本実施形態に係るデジタルカメラ１の合焦判定を説明するためのグラフであり、ここでは３点内挿法を説明する。同図の上図に示した丸印はＡＦ評価値のサンプリング点を示し、たとえばフォーカスレンズの探索範囲に８箇所Ｐ１〜Ｐ８のＡＦ評価値が取得されたものとする。破線で示す曲線はＡＦ評価値のプロファイルを示し、レンズ位置Ｐｘにピークを有する。なお、同図の下図は時間に対するフォーカスレンズ位置の軌跡を示すグラフである。

取得された８個のＡＦ評価値では、ＡＦ評価値Ｐ５が最大となっているが、３点内挿法では、最大のＡＦ評価値Ｐ５とその前後に位置するＡＦ評価値Ｐ４，Ｐ６とを用いてレンズの合焦位置Ｐｘを算出する。まず、最大の点Ｐ５と、３点のうち最小の点Ｐ６とを通る直線Ｌ１を算出する。この直線Ｌ１の傾きをＫとしたとき、傾きが−Ｋで、残りの点Ｐ４を通る直線Ｌ２を算出する。そして、直線Ｌ１と直線Ｌ２との交点のレンズ位置座標を求める。この交点のレンズ位置座標がフォーカスレンズの合焦位置Ｐｘとして求められる。

図４に戻り、以上の合焦位置サーチ（ステップＳ８１１Ｆ）と合焦位置計算（ステップＳ８１１Ｇ〜Ｓ８１１Ｈ）が完了したら、カメラ制御部１５は、ステップＳ８１１Ｈで求められたフォーカスレンズの合焦位置Ｐｘに相当する駆動信号を、レンズ駆動制御部２６を介してレンズ駆動部２３へ出力し、フォーカスレンズを合焦位置Ｐｘに駆動する（ステップＳ８１１ＪおよびＳ８１１Ｋ）。

なお、ステップＳ８１１Ｅにおいて、撮像素子１１の画像出力に高周波成分が充分に含まれない等の理由でＡＦ評価値が算出できない場合は、合焦位置が検出不能である旨をメモリ１６に記憶する。

フォーカスレンズが合焦位置Ｐｘに達したら（ステップＳ８１１Ｊ）、ステップＳ８１１Ｌへ進み、カメラ制御部１５は、シャッターレリーズボタンの半押（第１スイッチＳＷ１のオン）による初回のＡＦ制御か否かを判断する。２回目以降のＡＦ制御である場合はステップＳ８１１Ａへ戻るが、初回のＡＦ制御である場合はステップＳ８１１Ｍへ進み、カメラ制御部１５は、ステップＳ８１１Ｈで算出した合焦位置が検出不能であったか否かを判断する。

初回のＡＦ制御において合焦位置Ｐｘが検出された場合には、ステップＳ８１１Ｎの処理を行わずにステップＳ８１１Ａへ戻る。したがって、追尾禁止フラグは「許可」のまま維持されることになる。

これに対し、合焦位置Ｐｘが検出されなかった場合には、ステップＳ８１１Ｎへ進んで追尾禁止フラグを「禁止」にセットする。この追尾禁止フラグの「禁止」セットは、図２のステップＳ１４〜Ｓ１５に示すようにシャッターレリーズボタンの半押しが解除（第１スイッチＳＷ１がオフ）されるまで維持され、後述する図５のステップＳ９０３〜Ｓ９０７の追尾動作が行われず、また上述した図３のステップＳ８０９〜Ｓ８１１のＡＦ処理も行われないことになる。

すなわち、初回のＡＦ制御において合焦位置の検出が不能である場合には、テンプレート画像の設定を含む追尾動作を禁止するとともに、ＡＦ制御も禁止する。また、シャッターレリーズボタンの第１スイッチＳＷ１をオフすることにより、これら追尾動作の禁止とＡＦ制御の禁止を解除する。

図２に戻り、初回のＡＦ／ＡＥ／ＡＷＢの各処理を終了したらステップＳ９へ進み、追尾動作を起動する。

図５はステップＳ９の追尾動作のサブルーチンを示すフローチャートである。

本例では、画像処理部１４においてテンプレートマッチングによる画像認識を利用した被写体追尾を実行する。まず、撮像素子１１で撮像された電荷信号を読み出し、Ａ／Ｄ変換部１２によりデジタル画像信号に変換したのち画像処理部１４へ出力する（ステップＳ９０１）。

ステップＳ９０２において、画像処理部１４は、追尾禁止フラグが「禁止」であるか否かを判断し、「禁止」フラグがセットされている場合はステップＳ９０３〜Ｓ９０８の処理を行わず、これに代えてステップＳ９０９にて追尾動作が禁止されていることを使用者に喚起する表示を表示部１８に表示する。たとえば、「追尾禁止」という文字を表示部１８に表示されている被写体画像に合成して表示する。これにより、使用者は、レリーズボタンの半押しを一旦解除することで追尾禁止を解除することができる。なお、追尾動作が禁止された旨の表示は、文字によるものに限定されず、図形の表示、追尾枠の色彩の変更、追尾枠の点滅など、表示部１８に表示される追尾枠とは別の表示形態とすることができる。また、音や音声による喚起とすることもできる。

これに対し、追尾禁止フラグが「許可」フラグである場合はステップＳ９０３へ進み、初回のＡＦ制御か否かを判断する。そして、初回のＡＦ制御の場合はステップＳ９０８へ進み、追尾動作のためのテンプレート画像を生成してメモリ１６に記憶させたのちステップＳ９０１へ戻る。

ここで、テンプレート画像を取得する領域（表示部１８には追尾枠として表示される。）は、レリーズボタンの半押しや、追尾枠設定ボタンを別途設けておくことで設定することができる。ここでは操作部１９の一つである移動ボタンを左右上下に操作して追尾枠を所望位置に移動した状態でレリーズボタンを半押しすることで、表示部１８に表示された観察画面の所望領域をテンプレート画像の取得領域に設定するものとする。つまり、使用者は表示部１８を見ながら、追尾対象にしたい被写体に追尾枠を合わせ、レリーズボタンを半押しすることで、被写体が追尾対象として認識される。

テンプレート画像の取得領域が設定されたら、この領域に相当する撮像素子１１の領域のアナログ画像出力信号を読み出し、これをデジタル信号に変換する。そして、画像処理部１４にて色情報のデジタル信号を画像処理することにより、この領域に対応するテンプレート画像情報を生成する。

なお、テンプレート画像の取得領域は、たとえば撮影画面に対して１／１０〜１／４のサイズの矩形領域とすることができ、矩形の中心は焦点検出領域の中心と一致させることが望ましい。また、焦点検出領域のサイズに応じて取得領域のサイズを変更することもできる。テンプレート画像の取得領域を焦点検出領域に対して若干小さいサイズとすることで、パターンマッチング演算における計算誤差をカバーすることができる。

ステップＳ９０３において初回のＡＦ制御ではない場合は、既にテンプレート画像が設定されているので、メモリ１６に記憶されたテンプレート画像とのマッチング処理を実行し、マッチング位置を所定の時間間隔で算出し、その追尾枠を表示部１８に合成して表示する。

このパターンマッチングは、まず追尾枠を含みこれより広い周辺の所定エリアを設定し、所定時間経過後の周辺エリアに相当する画像情報を撮像素子１１の出力信号に基づいて生成し、先に生成したテンプレート画像情報と比較する。

この比較の際に用いられる画像情報は、撮像素子１１により検出される色情報及び輝度値であり、テンプレート画像情報と周辺画像情報との一致の度合いを類似度として評価するとともに、周辺エリアに他に一致するエリアが存在したかどうかといった可能性の有無を信頼度として評価する。

そして、周辺エリアの画像情報とテンプレート画像情報とのマッチング処理を実行し（ステップＳ９０５）、マッチングする場合は、周辺エリアの画像情報のうちマッチングするエリアの二次元座標を演算して求め、ステップＳ９０１へ戻る。

なお、マッチングしない場合はステップＳ９０６へ進み、連続して所定回数以上マッチングしなかったか否かを判断する。そして、マッチングしなかった回数が所定回数に達した場合は、これ以上マッチング演算を繰り返しても追尾対象がヒットする可能性は低いので、ステップ９０７へ進んでテンプレート画像を更新する。

図２に戻り、次のステップＳ１０において、画像処理部１４は、ステップＳ９による追尾動作を所定の時間間隔で実行し、それぞれ求められたテンプレート画像にマッチングする画像領域の二次元座標に基づいて表示部１８に表示される追尾枠の位置も順次更新する。

図６はステップＳ１０のサブルーチンを示すフローチャートである。まず、画像処理部１４は、追尾禁止フラグが「禁止」であるか否かを判断し（ステップＳ１００１）、「禁止」フラグがセットされている場合はステップＳ１００２〜Ｓ１００３の追尾枠更新処理を行わず、これに代えてステップＳ１００４にて追尾動作が禁止されていることを使用者に喚起する表示を表示部１８に表示する。この表示は上述したステップＳ９０９と同じ、たとえば、「追尾禁止」という文字を表示部１８に表示されている被写体画像に合成して表示する。これにより、使用者は、レリーズボタンの半押しを一旦解除することで追尾禁止を解除することができる。

これに対し、追尾禁止フラグが「許可」フラグである場合はステップＳ１００２へ進み、所定時間後の追尾枠を表示部１８に合成して表示する。さらに、この追尾枠の更新にともない、焦点検出領域も当該追尾枠に基づいて更新する（ステップＳ１００３）。

以上のようにしてテンプレート画像に合致する位置を順次追尾し、この追尾枠に含まれる所定の焦点検出領域に合焦させることで、使用者が設定した追尾対象たる被写体に対し、連続して合焦させることができる。

図２に戻り、ステップＳ１１において、カメラ制御部１５はリレーズボタンが全押しされて第２スイッチＳＷ２がオンされたかどうかを判断し、全押しされた場合はステップＳ１２へ進んで、撮像素子１１により画像信号を取り込み、Ａ／Ｄ変換部１２によってデジタル画像信号に変換したのち、画像処理部１４にて所定の処理を施し、メモリ制御部１３を介してインターフェース２０へ出力する。これにより、各種媒体に撮影画像を記録することができる（ステップＳ１３）。

ステップＳ１１において、リレーズボタンが全押しされていない場合はステップＳ１４へ進み、リレーズボタンの半押しが維持されているか否かを判断する。そして、リレーズボタンの半押しが維持されて第１スイッチＳＷ１がオンのままである場合はステップＳ８へ戻り、以上の処理を繰り返す。

これに対し、リレーズボタンが離されて半押しが解除された場合は、ステップＳ１５へ進み、追尾禁止フラグを「許可」に解除する。

次のステップＳ１６では、表示部１８に追尾禁止マークを表示していた場合にはこれを中止するとともに、ステップＳ１７にて初回ＡＦ識別フラグを「初回」に設定する。

ステップＳ１８では、電源のオンを確認し、オンが維持されている場合はステップＳ３へ戻り、以上の処理を繰り返す。電源がオフのときはカメラの処理を終了する。

以上のように、本実施形態のデジタルカメラ１によれば、カメラ１を起動してから初回のＡＦ制御において合焦位置が検出不能である場合は、テンプレート画像の設定を含む追尾動作を一時的に禁止するので、ピントが合わない状態で撮影することが防止できる。また、追尾動作の禁止に加えてＡＦ制御も禁止するので、意図したもの以外の対象物に合焦することが防止できる。

また、追尾動作を禁止したことを追尾枠の表示とは別に表示部１８へ表示するので、使用者はこれを認識し、リレーズボタンの半押しを解除するなどしてオートフォーカス制御を即座にリセットすることができる。

また、リレーズボタンの半押しを解除することで追尾動作の禁止も解除するので、次にリレーズボタンが半押しされた場合に再び追尾動作を起動することができる。

本発明の実施形態に係るデジタルカメラを示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るデジタルカメラの動作を示すフローチャートである。 図２のステップＳ８のサブルーチンを示すフローチャートである。 図３のステップＳ８１１のサブルーチンを示すフローチャートである。 図２のステップＳ９のサブルーチンを示すフローチャートである。 図２のステップＳ１０のサブルーチンを示すフローチャートである。 図３のステップＳ８１１のＡＦ制御を説明するためのグラフである。

符号の説明

１…デジタルカメラ
１１…撮像素子
１２…Ａ／Ｄ変換部
１３…メモリ制御部
１４…画像処理部
１５…カメラ制御部
１６…メモリ
１７…Ｄ／Ａ変換器
１８…表示部
１９…操作部
２０…インターフェース
２１…撮影レンズ
２２…絞り
２３…レンズ駆動部
２４…絞り駆動部
２５…レンズ駆動制御部
２６…絞り駆動制御部

Claims (7)

1. 光学系を介して撮像された撮像画像から対象とする像に相当する基準画像に対応する画像の位置を繰り返し認識する画像追尾手段と、
   前記画像追尾手段によって認識された前記画像の位置に関して前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
   前記焦点検出手段によって検出された前記焦点調節状態に基づく焦点調節動作を起動する起動手段と、
   前記起動手段による起動後の前記焦点検出手段による前記焦点調節状態の検出が不能である場合に、前記画像追尾手段の動作を禁止する制御手段と、を備えたことを特徴とする焦点検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点検出装置において、
   前記画像追尾手段は、前記撮像画像の少なくとも一部を前記基準画像として設定し、
   前記制御手段は、前記焦点調節状態の検出が不能である場合に、前記基準画像の設定を禁止することを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の焦点検出装置において、
   前記画像追尾手段によって認識された前記画像の位置を表示するとともに、当該画像の位置の表示とは異なる表示形態で、前記画像追尾手段の動作が禁止されたことを表示する表示手段を備えたことを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記制御手段は、前記起動手段による前記焦点調節動作の動作が解除された場合に、前記画像追尾手段の動作の禁止を解除することを特徴とする焦点検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
   前記起動手段に応答して前記焦点調節状態に基づいて前記光学系を焦点調節する焦点調節手段と、を備えたことを特徴とする焦点調節装置。
6. 請求項５に記載の焦点調節装置において、
   前記制御手段は、前記画像追尾手段の動作を禁止する場合は、前記焦点調節手段による焦点調節動作も禁止することを特徴とする焦点調節装置。
7. 請求項６または７に記載の焦点調節装置を備えたことを特徴とする撮像装置。

Images