JP2010054587A - 焦点検出装置、およびカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】人物の顔に精度高くピントを合わせること。
【解決手段】制御装置１０４は、光学系による像を撮像して得られる画像内から人物の顔を含む顔領域と該顔領域における人物の目の位置とを検出し、光学系からの光束を受光して受光信号を生成し、受光信号に基づいて光学系の焦点調節状態を検出し、検出した顔領域の画像内における大きさと目の位置とに基づいて、受光信号の受光手段における範囲を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、焦点検出装置、およびカメラに関する。

撮像した画像信号から人物の顔を検出し、検出した顔の目を中心とする所定範囲の領域をＡＦエリアとして設定するオートフォーカス装置が知られている（例えば、特許文献１）。

２００７−６５２９０号公報

しかしながら、従来のオートフォーカス装置では、被写体の状況に応じては精度良く焦点調節できない可能性があった。

本発明による焦点検出装置は、光学系による像を撮像して得られる画像内から人物の顔を含む顔領域と該顔領域における人物の目の位置とを検出する顔検出手段と、光学系からの光束を受光して受光信号を生成する受光手段と、受光信号に基づいて、光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、顔検出手段により検出された顔領域の画像内における大きさと目の位置とに基づいて、焦点検出手段で用いる受光信号の、受光手段における範囲を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。
本発明では、決定手段は、受光手段における範囲を顔領域の大きさに比例させるようにしてもよい。
決定手段は、顔領域の大きさが所定の大きさ以上となった場合には、受光手段における範囲の大きさを固定するようにしてもよい。
決定手段は、顔領域の大きさが所定の大きさ以下となった場合には、受光手段における範囲の大きさを固定するようにしてもよい。
設定手段は、人物の左右の目のうち、画像の周縁部に近い方の目の位置に対応する受光手段上の位置を基準として、範囲を設定するようにしてもよい。
設定手段は、人物の左右の目のそれぞれに対応する受光信号に基づいて検出される焦点調節状態のうち、至近を示す方の目の位置に対応する受光手段上の位置を基準として、範囲を設定するようにしてもよい。
設定手段は、顔検出手段によって顔領域が検出されない場合には、受光手段上のあらかじめ定められた位置に対して範囲を設定するようにしてもよい。
顔検出手段は、繰り返し得られる画像から顔領域を検出するものであり、設定手段は、顔検出手段によって顔領域が検出されない場合には、過去の最新の顔領域の検出結果に基づいて、受光手段における範囲を決定するようにしてもよい。
顔検出手段は、受光手段で得られた受光信号に基づく画像から顔領域と目の位置を検出するようにしてもよい。
本発明による撮像装置は、上記焦点検出装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、精度良く被写体の顔にピントを合わせることができる。

図１は、本実施の形態におけるカメラの一実施の形態の構成を示すブロック図である。カメラ１００は、操作部材１０１と、レンズ１０２と、撮像素子１０３と、制御装置１０４と、メモリカードスロット１０５と、モニタ１０６とを備えている。操作部材１０１は、使用者によって操作される種々の操作ボタンを含んでいる。例えば、操作部材１０１には、電源ボタン、レリーズボタン、ズームボタン、十字ボタン、決定ボタン、再生ボタン、および削除ボタンなどを含んでいる。

レンズ１０２は、複数の光学レンズから構成されるが、図１では代表して１枚のレンズで表している。また、レンズ１０２を構成するレンズには、後述するＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ／自動焦点調整）のためのＡＦレンズが含まれる。撮像素子１０３は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサーであり、レンズ１０２からの光束を受光して受光信号を生成する。そして、生成した受光信号（画像信号）を制御装置１０４へ出力する。

制御装置１０４は、撮像素子１０３から入力された画像信号に基づいて所定の画像形式、例えばＪＰＥＧ形式の画像データ（以下、「本画像データ」と呼ぶ）を生成する。また、制御装置１０４は、生成した画像データに基づいて、表示用の画像データ、例えばサムネイル画像データを生成する。制御装置１０４は、生成した本画像データとサムネイル画像データとを含み、さらにヘッダ情報を付加した画像ファイルを生成してメモリカードスロット１０５へ出力する。本実施の形態では、制御装置による画像ファイルの生成処理、および生成した画像ファイルのメモリカードへの記録処理を撮影処理と呼ぶこととする。

メモリカードスロット１０５は、記憶媒体としてのメモリカードを挿入するためのスロットであり、制御装置１０４から出力された画像ファイルをメモリカードに書き込んで記録する。また、メモリカードスロット１０５は、制御装置１０４からの指示に基づいて、メモリカード内に記憶されている画像ファイルを読み込む。

モニタ１０６は、カメラ１００の背面に搭載された液晶モニタ（背面モニタ）であり、当該モニタ１０６には、メモリカードに記憶されている画像やカメラ１００を設定するための設定メニューなどが表示される。また、制御装置１０４は、使用者によって操作部材１０１が操作されてライブビューの開始が指示されると、撮像素子１０３から時系列で取得した画像の表示用画像データをモニタ１０６に出力する。これによってモニタ１０６にはスルー画が表示される。

制御装置１０４は、ＣＰＵ、メモリ、およびその他の周辺回路により構成され、カメラ１００を制御する。なお、制御装置１０４を構成するメモリには、ＳＤＲＡＭやフラッシュメモリが含まれる。ＳＤＲＡＭは、揮発性のメモリであって、ＣＰＵがプログラム実行時にプログラムを展開するためのワークメモリとして使用されたり、データを一時的に記録するためのバッファメモリとして使用される。また、フラッシュメモリは、不揮発性のメモリであって、制御装置１０４が実行するプログラムのデータや、プログラム実行時に読み込まれる種々のパラメータなどが記録されている。

本実施の形態におけるカメラ１００は、スルー画上で人物の顔を認識し、撮影時には、人物の顔を対象としてＡＦを最適化する顔認識ＡＦ機能を備えている。このために、制御装置１０４は、スルー画の各フレームを対象として公知の顔認識処理を実行して、人物の顔を認識する。そして、制御装置１０４は、認識した人物の顔に基づいて、公知のコントラスト検出方式の焦点調節を行う。本実施の形態では、人物の目にピントが合っていることが望ましいことを加味して、人物の目の位置に焦点評価値を算出するための焦点評価値算出領域を設定する。

具体的には、制御装置１０４は、顔認識処理によって顔領域を特定した場合には、該顔領域に基づいて目の位置を特定し、撮影画面内の目の位置に焦点評価値を算出するための焦点評価値算出領域を設定する。例えば、制御装置１０４は、画像データから目の画像を検出して目の位置を特定する。あるいは、顔全体における目の位置は、多少の個人差はあっても大きな差はないため、あらかじめ顔領域に対する目の推定位置を設定しておく。そして、制御装置１０４は、フレーム内から顔領域を検出した場合には、検出した顔領域内のあらかじめ設定されている推定位置に目があるものと推定することによって目の位置を特定し、撮影画面内の該目の位置に焦点評価値算出領域を設定する。

このとき、制御装置１０４は、図２（ａ）に示すように、顔領域２ａ内に含まれる左右の目のうち、片方の眼の位置に焦点評価値算出領域２ｂを設定する。仮に両目に焦点評価値算出領域２ｂを片面ずつ２つ設定した場合には、顔が斜め横を向いている（正面を向いていない）場合に、カメラ１００から左右の目までの距離が違ってしまい、両目の中間、もしくはカメラ１００からの距離が遠い方の目にピントが合ってしまう可能性がある。これを回避するために、制御装置１０４は、例えば、画像の周縁部に近い方の目の位置に焦点評価値算出領域を設定する。

また、制御装置１０４は、人物の目の位置に焦点評価値算出領域を設定するに当たっては、図２（ａ）に示すように、顔認識処理によって認識した顔領域の一辺の長さ（顔認識エリア長）２ｃに基づいて、撮影画面内に設定する焦点評価値算出領域の一辺の長さ（評価値算出範囲長）２ｄを決定する。具体的には、制御装置１０４は、原則として、評価値算出範囲長２ｄを顔認識エリア長２ｃに比例させる。例えば、制御装置１０４は、図２（ｃ）に示すように、原則として、評価値算出範囲長２ｄが顔認識エリア長２ｃの１／２となるように焦点評価値算出領域を設定する。

また、評価値算出範囲長２ｄの最大値と最小値とをあらかじめ設定しておき、制御装置１０４は、評価値算出範囲長２ｄを顔認識エリア長２ｃに比例させた結果、評価値算出範囲長２ｄが上記最大値以上になってしまう場合には、評価値算出範囲長２ｄを最大値に固定する。例えば、制御装置１０４は、評価値算出範囲長２ｄを顔認識エリア長２ｃの１／２とすると、設定される焦点評価値算出領域の一辺が評価値算出範囲長２ｄの最大値以上となってしまう場合、すなわち顔認識エリア長２ｃが評価値算出範囲長２ｄの最大値の２倍の長さ以上である場合には、図２（ａ）に示すように、評価値算出範囲長２ｄをあらかじめ設定されている評価値算出範囲長２ｄの最大値に設定する。

一方、評価値算出範囲長２ｄを顔認識エリア長２ｃに比例させた結果、評価値算出範囲長２ｄが上記最小値以下になってしまう場合には、評価値算出範囲長２ｄを最小値に固定する。例えば、制御装置１０４は、評価値算出範囲長２ｄを顔認識エリア長２ｃの１／２とすると、設定される焦点評価値算出領域の一辺が評価値算出範囲長２ｄの最小値以下となってしまう場合、すなわち顔認識エリア長２ｃが評価値算出範囲長２ｄの最小値の２倍の長さ以下である場合には、図２（ｂ）に示すように、評価値算出範囲長２ｄをあらかじめ設定されている評価値算出範囲長２ｄの最小値に設定する。

制御装置１０４は、使用者によって操作部材１０１に含まれるレリーズボタンが半押しされた場合には、設定した焦点評価値算出領域内の撮像素子１０２からの受光信号に基づいて、コントラスト検出方式の焦点調節のために必要な焦点評価値を算出し、算出した焦点評価値に基づいてピント合わせを行う。

このように、人物の目の位置に焦点評価値算出領域を設定して焦点調節を行うことによって、目以外の部分、例えば髪の毛等にピントが合うことにより、目がボケてしまうことを防ぐことができ、精度良く被写体の顔にピントを合わせることができる。また、左右の目のうち、片方の眼の位置に焦点評価値算出領域を設定するようにしたので、顔が斜め横を向いている場合などでも、精度良く目にピントを合わせることができる。

図３は、本実施の形態におけるカメラ１００の処理を示すフローチャートである。図３に示す処理は、使用者によって操作部材１０１が操作されてライブビューの開始が指示されることにより、モニタ１０６へのスルー画の表示が開始されると起動するプログラムとして、制御装置１０４によって実行される。

ステップＳ１０において、制御装置１０４は、焦点評価値算出領域を撮影画面のあらかじめ定められた位置、例えば撮影画面の中央に仮設定して、ステップＳ２０へ進む。この際、焦点評価値算出領域の大きさは、あらかじめ定められた大きさとする。ステップＳ２０では、制御装置１０４は、公知の顔認識処理を実行することによって、スルー画内に存在する人物の顔を認識する。その後、ステップＳ３０へ進み、制御装置１０４は、顔認識処理によって人物の顔を認識したか否かを判断する。ステップＳ３０で肯定判断した場合には、ステップＳ４０へ進む。

ステップＳ４０では、制御装置１０４は、顔認識処理によって認識した顔領域の大きさ（顔サイズ）と、スルー画内における顔領域の位置（顔位置）を取得して、ステップＳ５０へ進む。ステップＳ５０では、制御装置１０４は、スルー画上に顔領域を示す枠を表示するなどして顔エリアを表示して、ステップＳ６０へ進む。

ステップＳ６０では、制御装置１０４は、ステップＳ４０で取得した顔サイズが所定値以上であるか否か、例えば、図２で上述したように、顔認識エリア長２ｃが評価値算出範囲長２ｄの最大値の２倍の長さ以上であるか否かを判断する。ステップＳ６０で肯定判断した場合には、ステップＳ７０へ進み、制御装置１０４は、焦点評価値算出領域の大きさをあらかじめ設定されている最大値に設定する。例えば、図２（ａ）に示したように、評価値算出範囲長２ｄをあらかじめ設定されている評価値算出範囲長２ｄの最大値に設定する。その後、ステップＳ１１０へ進む。

一方、ステップＳ６０で否定判断した場合には、ステップＳ８０へ進み、制御装置１０４は、ステップＳ４０で取得した顔サイズが所定値以下であるか否か、例えば、図２で上述したように、顔認識エリア長２ｃが評価値算出範囲長２ｄの最小値の２倍の長さ以下であるか否かを判断する。ステップＳ８０で肯定判断した場合には、ステップＳ９０へ進み、制御装置１０４は、焦点評価値算出領域の大きさをあらかじめ設定されている最小値に設定する。例えば、図２（ｂ）に示したように、評価値算出範囲長２ｄをあらかじめ設定されている評価値算出範囲長２ｄの最小値に設定する。その後、ステップＳ１１０へ進む。

これに対して、ステップＳ８０で否定判断した場合には、ステップＳ１００へ進み、制御装置１０４は、焦点評価値算出領域の大きさを顔領域の大きさに比例させる。例えば、図２（ｃ）に示したように、制御装置１０４は、評価値算出範囲長２ｄが顔認識エリア長２ｃの１／２となるように焦点評価値算出領域を設定する。その後、ステップＳ１１０へ進む。

制御装置１０４は、顔領域に基づいて目の位置を特定し、ステップＳ１０で撮影画面の中央に仮設定し、ステップＳ７０、Ｓ９０、またはＳ１００で大きさを設定した焦点評価値算出領域を、ステップＳ１１０で撮影画面内の目の位置にシフトさせる。その後、後述するステップＳ１５０へ進む。

一方、ステップＳ３０で否定判断した場合には、ステップＳ１２０へ進む。ステップＳ１２０では、制御装置１０４は、現在のフレームよりも所定時間内に取得された過去のフレームにおいて、顔認識処理によって顔が検出されていたか否かを判断する。

ステップＳ１２０で肯定判断した場合には、ステップＳ１３０へ進み、制御装置１０４は、顔を検出した過去のフレームのうち、直近のフレームで検出した顔領域に基づいて設定した撮影画面上の位置に、そのときと同一の大きさの焦点評価値算出領域を設定してステップＳ１５０へ進む。これに対して、ステップＳ１２０で否定判断した場合には、ステップＳ１４０へ進み、制御装置１０４は、焦点評価値算出領域を撮影画面のあらかじめ定められた位置、例えば撮影画面の中央に設定してステップＳ１５０へ進む。この際、焦点評価値算出領域の大きさは、あらかじめ定められた大きさとする。

ステップＳ１５０では、制御装置１０４は、使用者によって操作部材１０１に含まれるレリーズボタンが半押しされたか否かを判断する。ステップＳ１５０で否定判断した場合には、後述するステップＳ１９０へ進む。これに対して、ステップＳ１５０で肯定判断した場合には、ステップＳ１６０へ進み、制御装置１０４は、上述した処理で設定した焦点評価値算出領域内の撮像素子１０２からの受光信号に基づいて、コントラスト検出方式の焦点調節のために必要な焦点評価値を算出し、算出した焦点評価値に基づいてピント合わせを行う。その後、ステップＳ１７０へ進む。

ステップＳ１７０では、制御装置１０４は、使用者によって操作部材１０１に含まれるレリーズボタンが全押しされたか否かを判断する。ステップＳ１７０で否定判断した場合には、後述するステップＳ１９０へ進む。これに対して、ステップＳ１７０で肯定判断した場合には、ステップＳ１８０へ進み、制御装置１０４は、上述した撮影処理を実行して、ステップＳ１９０へ進む。

ステップＳ１９０では、制御装置１０４は、使用者によって操作部材１０１が操作されることにより、ライブビューの終了が指示されたか否かを判断する。ステップＳ１９０で否定判断した場合には、ステップＳ２０へ戻って次のフレームに対して上述した各処理を実行する。これに対して、ステップＳ１９０で肯定判断した場合には、処理を終了する。

以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）制御装置１０４は、スルー画の各フレームを対象として顔認識処理を実行して人物の顔を含む顔領域と顔領域における人物の目の位置とを検出し、検出した顔領域の大きさと目の位置とに基づいて焦点評価値算出領域を設定するようにした。これによって、人物の目にピントが合うようにＡＦ処理を行うことができ、精度良く被写体の顔にピントを合わせることができる。

（２）制御装置１０４は、焦点評価値算出領域の大きさを顔領域の大きさに比例させるようにした。これによって、顔領域の大きさに応じて、最適な大きさの焦点評価値算出領域を設定することができる。

（３）制御装置１０４は、顔領域の大きさが所定の大きさ以上となった場合には、焦点評価値算出領域の大きさを最大値に固定するようにした。これによって、焦点評価値算出領域の大きさが大きくなることによる制御装置１０４の処理速度の低下を抑えることができる。

（４）制御装置１０４は、顔領域の大きさが所定の大きさ以下となった場合には、焦点評価値算出領域の大きさを最小値に固定するようにした。これによって、焦点評価値算出領域の大きさが必要以上に小さくなることを防ぐことができ、ピントを合わせの性能の低下を防ぐことができる。

（５）制御装置１０４は、人物の左右の目のうち、画像の周縁部に近い方の目の位置に焦点評価値算出領域を設定するようにした。これによって、顔が斜め横を向いていることにより、カメラ１００から左右の目までの距離が違っている場合であっても、確実に片方の目にピントを合わせることができる。

（６）制御装置１０４は、顔認識処理を行っても顔領域を検出できない場合には、焦点評価値算出領域を撮影画面のあらかじめ定められた位置、例えば撮影画面の中央に設定するようにした。これによって、顔領域が検出できない場合でもＡＦ処理を実行することができる。また、顔認識ＡＦがオンとなっている状態で人物のいないシーン、例えば風景を撮影するときでも、中央でＡＦするので、撮影者はわざわざ顔認識ＡＦをオフに変更することなく、ＡＦする場所を事前に認知することができる。

（７）制御装置１０４は、顔認識処理を行っても顔領域を検出できない場合であっても、現在のフレームよりも所定時間内に取得された過去のフレームにおいて、顔認識処理によって顔が検出されていた場合には、顔を検出した過去のフレームのうち、直近のフレームで検出した顔領域に基づいて設定した撮影画面上の位置に、そのときと同一の大きさの焦点評価値算出領域を設定するようにした。これによって、一瞬、顔領域が検出できない場合でも、過去フレームにおける焦点評価値算出領域を用いてＡＦ処理を実行することができるので、半押ししたときに中央エリアでＡＦしてしまうこともない。

―変形例―
なお、上述した実施の形態のカメラは、以下のように変形することもできる。
（１）上述した実施の形態では、制御装置１０４は、撮影画面内に設定した焦点評価値算出領域を対象として、公知のコントラスト検出方式の焦点調節を行う例について説明した。しかしながら、撮影画面内に設定した焦点評価値算出領域を対象として、公知の位相差方式の焦点調節を行う場合にも、本発明は適用可能である。

（２）上述した実施の形態では、制御装置１０４は、人物の左右の目のうち、画像の周縁部に近い方の目の位置に焦点評価値算出領域を設定する例について説明した。しかしながら、制御装置１０４は、左右の目のそれぞれの位置に焦点評価値算出領域を仮設定し、これらの焦点評価値算出領域内の撮像素子１０２からの受光信号に基づいて検出される焦点調節状態のうち、至近を示す方の目の位置に設定した焦点評価値算出領域で算出した焦点評価値を用いてＡＦを行うようにしてもよい。

（３）上述した実施の形態では、制御装置１０４は、原則として、評価値算出範囲長２ｄが顔認識エリア長２ｃの１／２となるように焦点評価値算出領域を設定する例について説明した。しかしながら、これに限定されず、制御装置１０４は、例えば、評価値算出範囲長２ｄが顔認識エリア長２ｃの２／５〜３／５の間の長さになるように設定してもよい。

なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。また、上述の実施の形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。

カメラ１００の一実施の形態の構成を示すブロック図である。 焦点評価値算出領域の設定例を示す図である。 カメラ１００の処理を示すフローチャート図である。

符号の説明

１００ カメラ、１０１ 操作部材、１０２ レンズ、１０３ 撮像素子、１０４ 制御装置、１０５ メモリカードスロット、１０６ モニタ

Claims (10)

1. 光学系による像を撮像して得られる画像内から人物の顔を含む顔領域と該顔領域における人物の目の位置とを検出する顔検出手段と、
   前記光学系からの光束を受光して受光信号を生成する受光手段と、
   前記受光信号に基づいて、前記光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、
   前記顔検出手段により検出された前記顔領域の前記画像内における大きさと前記目の位置とに基づいて、前記焦点検出手段で用いる前記受光信号の、前記受光手段における範囲を決定する決定手段とを備える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、
   前記決定手段は、前記受光手段における範囲を前記顔領域の大きさに比例させることを特徴とする焦点検出装置。
3. 請求項２に記載の焦点検出装置において、
   前記決定手段は、前記顔領域の大きさが所定の大きさ以上となった場合には、前記受光手段における範囲の大きさを固定することを特徴とする焦点検出装置。
4. 請求項２または３に記載の焦点検出装置において、
   前記決定手段は、前記顔領域の大きさが所定の大きさ以下となった場合には、前記受光手段における範囲の大きさを固定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において、
   前記設定手段は、人物の左右の目のうち、前記画像の周縁部に近い方の目の位置に対応する前記受光手段上の位置を基準として、前記範囲を設定することを特徴とする焦点検出装置。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記設定手段は、人物の左右の目のそれぞれに対応する前記受光信号に基づいて検出される前記焦点調節状態のうち、至近を示す方の目の位置に対応する前記受光手段上の位置を基準として、前記範囲を設定することを特徴とする焦点検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記設定手段は、前記顔検出手段によって前記顔領域が検出されない場合には、前記受光手段上のあらかじめ定められた位置に対して前記範囲を設定することを特徴とする焦点検出装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記顔検出手段は、繰り返し得られる前記画像から前記顔領域を検出するものであり、
   前記設定手段は、前記顔検出手段によって前記顔領域が検出されない場合には、過去の最新の顔領域の検出結果に基づいて、前記受光手段における範囲を決定することを特徴とする焦点検出装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
   前記顔検出手段は、前記受光手段で得られた前記受光信号に基づく画像から前記顔領域と前記目の位置を検出することを特徴とする焦点検出装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の焦点検出装置を備えたことを特徴とする撮像装置。

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