JP2010169825A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
フォーカスエリアＦＡ１内の垂直方向のコントラストを検出し、低コントラストであると検出された場合にフォーカスエリアをＦＡ１より垂直方向に長いＦＡ２に変更する撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
撮影領域の光学像を画像信号に変換する撮像手段と、前記撮影領域にフォーカスエリアに指定する指定手段、前記フォーカスエリア内の垂直方向のコントラストを検出する検出手段、および前記検出手段の検出結果に応じて、フォーカスエリアを垂直方向に変更する変更手段を備えることを特徴とする撮像装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、ＡＦ（Automatic Focus）処理によって光学レンズのフォーカス位置を調整する撮像装置に関する。

ＡＦ制御の一手法として、山登りＡＦ制御がある。山登りＡＦ制御とは、画像信号に含まれる輝度信号の高域周波数成分を検出し、この輝度信号の高域周波数成分の積算値（以下、ＡＦ評価値と記載する。）を取得し、この積算値が最大となるフォーカスレンズ位置、即ちピーク位置を探索し、この位置にフォーカスレンズが来るように制御する方法である。ＡＦ評価値の取得は、通常、撮像装置が捉えている撮影領域の画像信号全体に対して行われることは無く、画像信号内にフォーカスエリアを設定し、該フォーカスエリア内でＡＦ評価値を取得する場合が多い。

しかし低コントラスト被写体（例えば、同一色で統一された建物など。）を撮影する場合、ＡＦ評価値は画像の輝度信号の高域周波数成分を積算することによって求められるため、ＡＦ評価値のピークの山が低くなったり、あるいは低コントラストであることによりＡＦ評価値データ中にノイズを生じてしまい、ピークの山が複数出現してしまったりすることがあり、フォーカスレンズの位置を正確に制御できないことがある。

そのため合焦精度を向上させるために、より範囲の広い小領域を設定したいが、小領域を広く設定しすぎてしまうと、逆に高コントラスト被写体を撮影する場合に背景の影響でＡＦ評価値のピークが主要被写体と合焦するフォーカスレンズの位置と一致せず、背景に合焦してしまい後ピンになるなどの問題が生じてしまう。

尚、特許文献１には、点光源を含むような被写体でも確実に合焦位置にレンズを制御できる自動焦点制御方法及び自動焦点制御装置について開示されている。係る発明によると、映像信号の高周波成分レベルを抽出し、この映像信号の高域周波数成分レベルの絶対値を積分してＡＦ評価値を取得すると共に、予め設定されている複数のサーチエリアの内の任意の１エリアで映像信号の輝度レベルを検出し、この映像信号の輝度レベルに相当するＢＲ評価値を取得し、ＢＲ評価値を使ってＡＦ評価値の信頼性を判断し、該信頼性が所定値以下である場合に他のサーチエリアに移って合焦制御を行う。

特開2006-162943

しかしながら、特許文献１の発明は、サーチエリアの範囲を変更する構成は開示されておらず、係る発明をもってしても上記問題を解決することはできない。本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、フォーカスエリア内のコントラストを検出し、該検出結果に応じてフォーカスエリアの範囲を変更する撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る撮像装置は、撮影領域の光学像を画像信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段により変換された画像信号をｎ（ｎは正の整数）個の小領域に分割し、所定のｍ（ｍはｍ≦ｎの正の整数）個の小領域を合焦制御を行うためのフォーカスエリアに設定する設定手段、前記フォーカスエリアのコントラストを検出する検出手段、および前記検出手段の検出結果に応じて、前記フォーカスエリアの範囲を変更する変更手段を備えることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る撮像装置は、請求項１に従属し、前記検出手段は、前記フォーカスエリア内の小領域間の平均輝度の差が所定の閾値以上であれば高コントラストであると判断し、所定の閾値未満であれば低コントラスであると判断し、前記変更手段は、前記検出手段により低コントラストであると判断されたときにフォーカスエリアの範囲を変更することを特徴とする。

本発明の請求項３に係る撮像装置は、請求項２に従属し、前記検出手段は、前記フォーカスエリア内の小領域の垂直方向のコントラストを検出し、低コントラストであると判断した場合に前記フォーカスエリアの範囲を垂直方向に広くすることを特徴とする。

本願の請求項４に係る制御方法は、撮影領域の光学像を画像信号に変換する撮像ステップと、前記撮像ステップにより変換された画像信号上にフォーカスエリアを設定する設定ステップ、前記フォーカスエリアのコントラストを検出する検出ステップ、および前記検出ステップの検出結果に応じて、前記フォーカスエリアの範囲を変更する変更ステップを備えることを特徴とする。

本発明によると、フォーカスエリア内のコントラストに応じて、フォーカスエリアの範囲を変更することで、合焦精度が向上する撮像装置を提供することができる。

撮像装置１の概略を示すブロック図である。 撮像装置１が捉えている撮影領域、小領域およびフォーカスエリアを示す図解図である。 通常フォーカスエリアと変更後のフォーカスエリアを示す図解図である。 実施例１におけるコントラスト検出動作を示すフローチャートである。 実施例１における合焦制御動作を示すフローチャートである。 撮像装置１の撮影動作を示すフローチャートである。 実施例１の変形例におけるコントラスト検出動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（撮像装置１構成）
図１は、本発明の一実施例における撮像装置１の概略を示したブロック図である。

撮像装置１は、フォーカスレンズ２、絞り４、被写体の光学像を画像信号に光電変換するＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの撮像素子６を備え、撮像素子６により変換された画像信号に相関二重サンプリング処理を施すＣＤＳ（Correlated Double Sampling）、自動ゲイン制御を施すＡＧＣ（Automatic Gain Control）、Ａ／Ｄ変換を施すＡＤＣ（Analog Digital Conversion）からなるＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤＣ８を備えている。

また撮像装置１は、撮像素子６およびＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤＣ８を制御するドライバ１０、ＣＤＳ／ＡＧＣ／ＡＤＣ８により処理された画像信号にホワイトバランス調整、色分離、およびＹＵＶ変換などの処理を施す信号処理部１２、信号処理部１２により処理が施された画像信号をｎ（ｎは正の整数）個の小領域に分割し、予め設定された位置にあるｍ（ｍ≦ｎ）個の小領域からなる領域をフォーカスエリアに設定するフォーカスエリア設定部１３、フォーカスエリア設定部１３により設定された小領域に含まれる画像信号の輝度信号を抽出すると共にフォーカスエリア内のＡＦ評価値を算出し、後述するＣＰＵ２６に出力するＡＦ評価部１４、並びに、小領域の平均輝度を算出し、該平均輝度を用いてフォーカスエリア内のコントラストを検出する輝度評価部１６を備えている。

また撮像装置１は、画像信号をフレーム単位で一時記録するＳＤＲＡＭ１８、ＳＤＲＡＭ１８に一時記録された画像信号や後述する記録媒体２４に記録されている画像ファイルを表示する表示部２０、シャッタボタン２２ｓを含む操作部２２、シャッタボタン２２ｓの操作に応じてＳＤＲＡＭ１８に一時記録された画像信号を記録するＳＤメモリカードやフラッシュメモリ（共に商標登録）などの記録媒体２４、撮像装置１全体の制御を行うＣＰＵ２６を備えている。

撮像装置１は、「自動的にフォーカスレンズ２の位置を制御することにより、被写体を表す光学像を撮像素子６の撮像面（受光面と呼ぶこともできる。）に結像させる」いわゆるＡＦ（Automatic Focus）機能を備えている。この機能により、理想的には、被写体を表す光学像が結像する点が撮像素子６の撮像面上の点と一致する。

ＡＦ機能は、例えば次のように実現される。図２は撮像装置１により取得された撮影領域の画像信号、フォーカスエリア、および小領域を示している。フォーカスエリア設定部１３は、画像信号Ｐ１よりなされる画面を垂直方向および水平方向の各々について１６分割し、１６×１６の２５６個の小領域を生成する。そして、生成された小領域の各々に座標（ｉ，ｊ）を割り当てる。即ち、各小領域には（１，１）〜（１６，１６）の座標が夫々割り当てられる。以下、座標（ｉ，ｊ）の小領域をＥＡ（ｉ，ｊ）と定義する（例えば、座標（７，８）の小領域はＥＡ（７，８）、座標（１０，１２）の小領域をＥＡ（１０，１２）と記載する。）。

フォーカスエリア設定部１３は、例えば、画像信号Ｐ１の中央付近の８×８の６４個の小領域（ＥＡ（５，５）〜ＥＡ（１２，１２））をフォーカスエリアＦＡ１に設定する。

ＡＦ評価部１４は、フォーカスエリアＦＡ１を構成する各小領域内に含まれる画像信号の輝度成分から所定の高域周波数成分を抽出する。そして、フォーカスエリアＦＡ１内における当該高域周波数成分の１フレーム分の積算値をＡＦ評価値として取得し、ＣＰＵ２６へ出力する。

ＣＰＵ２６は、ＡＦ評価部１４からのＡＦ評価値が最大（ピーク）となるように、ドライバ１０を介してフォーカスレンズ２の位置を調整する。

これにより、撮像装置１は被写体に合焦することが出来る。

撮像装置１は、「フォーカスエリア内のコントラストを検出し、該検出結果に応じてフォーカスエリアの範囲を変更する」変更手段を備えている。

変更手段は、例えば、次のように実現される。図３は、撮像装置１が、撮影モードで起動されたときに最初に設定されるフォーカスエリアＦＡ１とフォーカスエリアが変更された後のフォーカスエリアＦＡ２を示している。フォーカスエリアＦＡ１はＥＡ（５，５）〜ＥＡ（１２，１２）の６４個の小領域で構成されている。

輝度評価部１６は、フォーカスエリアＦＡ１内に含まれる小領域の各々で画像信号の平均輝度を算出し、その平均輝度に基づき、フォーカスエリアＦＡ１内のコントラストを検出する。即ち、フォーカスエリアＦＡ１内の垂直方向の平均輝度差を算出する。具体的には、垂直方向に隣接する各小領域間の平均輝度差の絶対値を算出し、すべてのエリア間で係る値が閾値Ｔｈｒ１未満であれば、低コントラストであると判断し、一箇所でも閾値以上になる部分があれば高コントラストであると判断して、該検出結果をＣＰＵ２６に出力する。

ＣＰＵ２６は、低コントラストであるという検出結果が出力された場合はフォーカスエリアをＦＡ１からＦＡ２に変更する命令をフォーカスエリア設定部１３に出力する。高コントラストであるという検出結果が出力された場合はフォーカスエリアをＦＡ１の状態で維持する。

フォーカスエリア設定部１３は、画像信号Ｐ１以降に取得された画像信号に対するフォーカスエリアをＦＡ１からＦＡ２に変更する。

平均輝度は、各小領域に含まれる各画素が持つ輝度の平均値である。以下、ＥＡ（ｉ，ｊ）で算出された平均輝度をＹ（ｉ，ｊ）と定義する（例えば、ＥＡ（７，８）の平均輝度はＹ（７，８）と記載する。）。

図４は、撮像装置１の輝度評価部１６によるコントラスト検出動作の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１では、フォーカスエリアＦＡ１内に含まれる小領域の各々で平均輝度Ｙ（ｉ，ｊ）を算出し、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、Ｙ（ｉ，ｊ）のｉ座標を５に設定し、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、Ｙ（ｉ，ｊ）のｊ座標を５に設定し、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、Ｙ（ｉ，ｊ）とＹ（ｉ，ｊ＋１）の差分の絶対値が閾値Ｔｈｒ１未満か否かを判定する。Ｙ（ｉ，ｊ）とＹ（ｉ，ｊ＋１）の差分が閾値Ｔｈｒ１未満であれば、ステップＳ１１１に進み、閾値Ｔｈｒ１以上であればステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９では、高コントラストであるという検出結果をＣＰＵ２６に出力する。

ステップＳ１１１では、ｊ座標が１２であるか否かを判定する。ｊ＝１２であればステップＳ１１５に進み、ｊ＝１２でなければステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１３では、現在のｊの値をインクリメントし、ステップＳ１０７に戻る。

ステップＳ１１５ではｉ座標が１２であるか否かを判定する。ｉ＝１２であれば、ステップＳ１１９に進み、ｉ＝１２でなければステップＳ１１７に進む。

ステップＳ１１７では、現在のｉの値をインクリメントし、ステップＳ１０５に戻る。

ステップＳ１１９では、低コントラストであるという検出結果をＣＰＵ２６に出力する。

（撮像装置１の合焦制御動作）
図５を参照して、撮像装置１の合焦制御動作について説明する。図５は撮像装置１の合焦制御動作を示すフローチャートである。

撮像装置１の合焦制御は、所謂、「山登りＡＦ処理」と呼ばれる処理方法による制御である。具体的には、ＡＦ評価値はピントが合うほど大きくなることを利用して、フォーカスレンズを駆動させながら、各レンズ位置でＡＦ評価値を算出し、ＡＦ評価値が最大となるレンズ位置を探索する。そして、そのレンズ位置にフォーカスレンズを配置する手法である。

ステップＳ２０１では、フォーカスエリア設定部１３が画像信号を１６×１６個の小領域に分割し、フォーカスエリアをＦＡ１に設定する。フォーカスエリアが設定されるとステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、フォーカスエリアＦＡ１内に含まれる小領域の各々で画像信号の平均輝度を算出し、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、フォーカスエリアＦＡ１内のコントラストが低コントラストであるか否かを検出する。低コントラストであると検出された場合はステップＳ２０７に進み、そうでない場合はステップＳ２０９に進む。

ステップＳ２０７では、フォーカスエリアをＦＡ１からＦＡ２に変更し、ステップＳ２０９に進む。

ステップＳ２０９では、フォーカスエリアがＦＡ１に設定されている場合はＦＡ１内、フォーカスエリアがＦＡ２に設定されている場合はＦＡ２内の画像の輝度信号から高域周波数成分を抽出し、該高域周波数成分からＡＦ評価値を算出し、Ｓ２１１に進む。

ステップＳ２１１では、フォーカスレンズを１ステップ駆動させステップＳ２１３に進む。

ステップＳ２１３では、フォーカスエリアがＦＡ１に設定されている場合はＦＡ１内、ＦＡ２に設定されている場合はＦＡ２内の輝度信号から高域周波数成分を抽出し、該高域周波数成分からＡＦ評価値を算出し、ステップＳ２１５に進む。

ステップＳ２１５では、ＡＦ評価値がピークとなるフォーカスレンズ位置を検出したか否かを判断する。ＡＦ評価値がピークとなるフォーカスレンズ位置を検出した場合は、ステップＳ２１７に進む。そうでない場合はステップＳ２１１に戻る。

ステップＳ２１７では、ＡＦ評価値が最大となるレンズ位置にフォーカスレンズを移動し、合焦制御動作を完了する。

（撮像装置１の撮影動作）
図６を参照して撮像装置１の撮影動作について説明する。図６は撮像装置１の撮影動作を示すフローチャートである。

撮像装置１の電源がオンされ、撮影モードに設定されると、ステップＳ３０１に進む。

ステップＳ３０１では、フォーカスレンズ２、絞り４を通じて撮像素子６が受光した被写体の光学像をフレーム単位で画像信号に変換し、表示部２０に逐次表示する。

ステップＳ３０３では、合焦制御が開始するか否かを判断する。ユーザが操作部２２において合焦制御を行う操作を行うと、合焦制御が開始される。合焦制御を開始する場合は、ステップＳ３０５に進む。そうでない場合はステップＳ３０３を繰り返す。

ステップＳ３０５では、図５のフローチャートに従い合焦制御を行う。合焦制御が完了すると、ステップＳ３０７に進む。

ステップＳ３０７では、撮影を実行するか否かを判断する。ユーザによりシャッタボタン２２ｓが操作されると撮影を実行する。撮影を実行する場合はステップＳ３０９に進む。そうでない場合はステップＳ３０７を繰り返す。

ステップＳ３０９では、撮影した画像の記録を行う。ステップＳ３０７で撮影された画像を所望のファイルフォーマットに圧縮し、記録媒体２４に記録する。

次に、第１の実施例の変形例について説明する。本変形例では、第１の実施例における撮像装置１において、フォーカスエリア内のコントラストの検出動作が異なる。

図７は本変形例におけるコントラストの検出動作を示すフローチャートである。尚、図４と同一の符号を付すステップは、第１の実施例と同一の処理を行うため、その説明は省略する。

ステップＳ４０１では、５≦ｊ≦１２の範囲において小領域の各々で平均輝度Ｙ（ｉ，ｊ）を算出し、その中で最大の平均輝度を持つＭａｘＹ（ｉ，ｊ）および最小の平均輝度を持つＭｉｎＹ（ｉ，ｊ）を探索し、ステップＳ４０３に進む。

ステップＳ４０３にでは、ＭａｘＹ（ｉ，ｊ）とＭｉｎＹ（ｉ，ｊ）の平均輝度差が閾値Ｔｈｒ２未満であるか否かを判定する。ＭａｘＹ（ｉ，ｊ）とＭｉｎＹ（ｉ，ｊ）の平均輝度差が閾値Ｔｈｒ２未満である場合はＳ１１５に進む。そうでない場合はＳ１０９に進む。

本実施例における撮像装置は、フォーカスエリアＦＡ１内の垂直方向のコントラストを検出し、その検出結果に応じてフォーカスエリアの範囲を変更する。そのため、低コントラスト被写体などに対する合焦精度を向上させることができる。

また、本実施例では合焦制御前にフォーカスエリアＦＡ１内のコントラストを検出し、その検出結果に応じてフォーカスエリアを決定するが、合焦に近づくと、実際はフォーカスエリアＦＡ１内のコントラストが大きかったという状況も想定される。そのため、合焦制御中もフォーカスエリアＦＡ１内のコントラストを検出し、同時にフォーカスエリアＦＡ１及びフォーカスエリアＦＡ２に対するＡＦ評価値の算出を平行して行い、両フォーカスエリアのピーク位置をそれぞれ探索しておき、フォーカスエリアＦＡ１内に含まれる被写体が高コントラストであると判断された場合はフォーカスエリアＦＡ１のピーク位置を採用し、フォーカスエリアＦＡ１内に含まれる被写体が低コントラストであると判断された場合はフォーカスエリアＦＡ２のピーク位置を採用するようにしても構わない。

また、フォーカスエリア内の水平方向のコントラストの検出を行い、低コントラストであると判断された場合に、フォーカスエリアを水平方向により広いフォーカスエリアに変更するようにしても構わない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変更及び変形が可能である。

１ 撮像装置１
２ フォーカスレンズ
４ 絞り
６ 撮像素子
８ CDS/AGC/ADC処理部
１０ ドライバ
１２ 信号処理部
１３ フォーカスエリア設定部
１４ ＡＦ評価部
１６ コントラスト評価部
１８ ＳＤＲＡＭ
２０ 表示部
２２ 操作部
２２ｓ シャッタボタン
２４ 記録媒体
２６ ＣＰＵ

Claims (4)

1. 撮影領域の光学像を画像信号に変換する撮像手段と、
   前記撮像手段により変換された画像信号をｎ（ｎは正の整数）個の小領域に分割し、所定のｍ（ｍ≦ｎ）個の小領域を合焦制御を行うためのフォーカスエリアに設定する設定手段、
   前記フォーカスエリア内のコントラストを検出する検出手段、および
   前記検出手段の検出結果に応じて、前記フォーカスエリアの範囲を変更する変更手段を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記検出手段は、前記フォーカスエリア内の小領域間の平均輝度の差が閾値以上であれば高コントラストであると判断し、閾値未満であれば低コントラスであると判断し、
   前記変更手段は、前記検出手段により低コントラストであると判断されたときにフォーカスエリアの範囲を変更することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記検出手段は、前記フォーカスエリア内の小領域の垂直方向のコントラストを検出し、低コントラストであると判断した場合に前記フォーカスエリアの範囲を垂直方向に広くすることを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
4. 撮影領域の光学像を画像信号に変換する撮像ステップと、
   前記撮像ステップにより変換された画像信号をｎ（ｎは正の整数）個の小領域に分割し、所定のｍ（ｍ≦ｎ）個の小領域を合焦制御を行うためのフォーカスエリアに設定する設定ステップ、
   前記フォーカスエリア内のコントラストを検出する検出ステップ、および
   前記検出ステップの検出結果に応じて、前記フォーカスエリアの範囲を変更する変更ステップを備えることを特徴とする撮像制御方法。

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