JP2011053550A

JP2011053550A - 光学機器

Info

Publication number: JP2011053550A
Application number: JP2009203881A
Authority: JP
Inventors: Minoru Uchiyama; 実内山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
Publication date: 2011-03-17

Abstract

【課題】ＭＦ機能とＡＦ機能を備えた光学機器において、ＡＦ中、マニュアル操作でユーザが指示したフォーカス位置近傍でＡＦを行う制御方法がある。しかし、単純にマニュアル操作の後、ＡＦ動作を行っても所望のフォーカス位置に合わないことがある。
【解決手段】マニュアル操作でユーザが指示したフォーカス操作でＡＦ評価値が減少する領域を自動で削除し、ＡＦする。さらに、増加する顔認識エリアが存在しない場合や、ユーザがフォーカス微調整動作を行っていると判断した場合はＡＦ動作を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学機器のフォーカシング操作において、マニュアルフォーカスリングを回転し操作することにより、顔認識を用いた自動合焦をユーザの意図を反映させるものにする光学機器に関するものである。

オートフォーカス（ＡＦ）技術の従来例として、レンズを介して撮像素子で得られた映像信号の高周波成分の増減を検知して増加する方向に動かすコントラスト方式のＡＦ技術が知られている。しかしながら、フォーカス位置が異なる複数の被写体がある場合、ＡＦ動作は必ずしもユーザが望んだ被写体に合焦してくれるとは限らず、別の被写体に合焦してしまう可能性がある。

特許文献１では、ユーザが好みの被写体に合うように映像信号のエリアを指定しその領域のコントラスト情報を利用してコントラストＡＦを行うようにしたことで複数の被写体があってもユーザの望んだ被写体にＡＦできるようにした技術がある。

また特許文献２では、映像信号から撮影モードによって主被写体の人物の顔を認識し、その認識したエリアを被写体エリアとして指定し、モードによって主被写体を選択するようにして、このエリアの映像信号を用いてＡＦやホワイトバランスを行う技術である。

特許０２５０４４９９号明細書特開２００８−１１２６４号公報

しかしながら特許文献１では、ユーザがＭＦ操作によってフォーカス位置を調整していても、それとは別途ＡＦ領域の指定を行う必要があり、ＭＦ操作と連動していない。

また、特許文献２では、顔認識を行い、モードによって主被写体を自動的に選び出すことができるが、ユーザの意図と異なる被写体の場合の解決方法が示されていない。

上記課題に鑑み、本発明では、ＡＦ動作中にＭＦ動作によりフォーカス位置を決め、そのフォーカス位置に基づき、適切な顔認識されたエリアをＡＦエリアとすることで、ユーザの意図を反映したＡＦ動作を行うフォーカス制御ができるようにし、さらにユーザが人物被写体に合焦させずに撮影を行うこともできる光学機器を提供する。

上記課題に鑑み、本発明は請求項１に記載のとおり、
撮像レンズと、前記撮像レンズによって導かれた光束を取り込み、電気信号に変換する撮影手段と、前記撮影手段によって電気信号に変換された電気映像信号から被写体領域を検出する被写体領域検出手段と、前記撮影手段によって電気信号に変換された電気映像信号の予め決められた領域を指定する固定領域指定手段と、前記電気映像信号におけるＡＦ評価値検出エリアを設定するＡＦ領域設定手段と、前記ＡＦ領域設定手段内で設定された電気映像信号のコントラスト情報からＡＦ評価値を生成するＡＦ評価値生成手段と、前記ＡＦ評価値生成手段の情報をもとに前記撮像レンズの焦点の変更を自動的に行う自動焦点調整手段と、前記撮像レンズの焦点の変更を手動で行える手動焦点調整手段と、前記自動焦点調整手段と前記手動焦点調整手段による焦点調整を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記自動焦点調整手段による焦点調整が設定されている状態で前記手動焦点調整手段によって焦点調整がなされた場合、前記手動焦点調整手段によって指示されたフォーカス位置で、合焦度が低く変化したＡＦ評価値を出力する被写体領域を除外して自動焦点調整手段により焦点調整を行うことを特徴とする。

また請求項２に記載の通り、
撮像レンズと、前記撮像レンズによって導かれた光束を取り込み、電気信号に変換する撮影手段と、前記撮影手段によって電気信号に変換された電気映像信号から被写体領域を検出する被写体領域検出手段と、前記撮影手段によって電気信号に変換された電気映像信号の予め決められた領域を指定する領域指定手段と、前記電気映像信号におけるＡＦ評価値検出エリアを設定するＡＦ領域設定手段と、前記ＡＦ領域設定手段内で設定された電気映像信号のコントラスト情報からＡＦ評価値を生成するＡＦ評価値生成手段と、前記ＡＦ評価値生成手段の情報をもとに前記撮像レンズの焦点の変更を自動的に行う自動焦点調整手段と、前記撮像レンズの焦点の変更を手動で行える手動焦点調整手段と、前記自動焦点調整手段と前記手動焦点調整手段による焦点調整を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記自動焦点調整手段による焦点調整が設定されている状態で前記手動焦点調整手段によって焦点調整がなされた場合、前記手動焦点調整手段によって指示されたフォーカス位置で、全ての領域でＡＦ評価値の大きさが所定量を満たさない場合には、ＡＦ動作を停止することを特徴とする。

本発明によれば、ＡＦ動作中にＭＦ動作によりフォーカス位置を決め、そのフォーカス位置に基づき、適切な被写体認識されたエリアをＡＦエリアとすることで、ユーザの意図を反映したＡＦ動作を行うフォーカス制御ができるようにするものである。これによりユーザの多岐にわたる撮影状況に対応できるようになる。

実施例におけるカメラシステムのブロック図被写体とＡＦ評価値信号と顔領域と通常領域の関係図実施例のフォーカス操作に関するフローチャート図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を記述する。

図１は本実施例に利用できる光学機器の一例であるレンズ交換式カメラのブロック図である。この撮影システムは大きくレンズユニット１２２とカメラユニット１２３から構成され両ユニットは電気的な接点を持ったマウント部を介して自由に着脱できるようになっている。

外部から入射された光束は、撮像レンズを含む光学系、すなわち第１レンズ１０２、ズームレンズ１０３、絞り１０４、シャッタ１０５、第３レンズ１０６、フォーカスレンズ１０７を通り、ＣＣＤ等の撮像素子１０８上で結像する。撮像素子１０８上で電気信号に変換された電気映像信号は信号処理装置１０９に送られ、信号増幅などの信号処理を経てデジタル映像信号となり、さらに色補正、ホワイトバランスなどの撮像処理が施され、記録処理装置１１０への映像出力が行われる。

また映像信号は信号処理装置１０９から顔認識装置１１２に送られ被写体である人物の顔領域の摘出が行われる。顔領域は、顔領域の大きさ、位置データ、認識信頼性値を生成しカメラマイコン１２０に送られる。またカメラマイコン１２０は顔認識に必要な設定を行う。

また映像信号は信号処理装置１０９からレンズ制御データ演算装置１１７にも送られ、レンズ制御データ演算装置１１７は自動露光、自動焦点、動きベクトルなどのためのレンズ制御に必要な信号（ＡＥ信号、ベクトル信号、ＡＦ評価値信号）を生成する。ＡＥ信号は輝度信号について１画面分もしくは、特定領域分を積分したり、特定領域のピーク値により、その輝度が適正露出状態からどれだけ離れているかを評価する評価値データを作成することで作られる。

ベクトル信号は１画面分もしくは、複数の特定領域分について、１つ前の過去の画像と比較してそれぞれの画面内の被写体がどこに移動したかを計算し、その中で画面全体の移動と判断される動き量を判断し、そのベクトルを生成したものである。ベクトル信号は振れ補正に利用され、また、急激なベクトル信号の変化によって、外部からの振れではなくパンニングが行われたと判断するための情報としても利用される。

ＡＦ評価値信号は輝度信号を複数の特定領域分をレンズ制御データ演算装置１１７内のハイパスフィルターによって摘出された高周波成分の量を積分した１つもしくは複数の周波信号積分値や高周波成分のピーク値をあらわした量を利用することによって生成される。このときカメラマイコン１２０から顔認識された位置、大きさデータからそれぞれの顔認識領域を用いて複数の顔領域として指定することが出来る。そして、映像信号が映像信号のフレーム毎に変わり、その変化に応じて顔認識装置１１２で随時大きさ、位置が更新されるため、顔ＡＦ領域もフレーム毎に自動的に変更されることになる。そのため被写体やカメラが動いても顔領域は自動追尾して変わることになる。

また顔認識領域にも基づかない決められた領域を通常ＡＦ領域としてＡＦ評価領域を複数設定することができる。通常ＡＦ領域は基本的には固定だが必要に応じてマイコンから自由に変更することが出来る。

このようなレンズ制御データはカメラマイコン１２０に送られ、またカメラマイコン１２０からレンズ制御データを作る際のパラメータ設定命令がレンズ制御データ演算装置１１７へ送られる。

一方カメラマイコン１２０はレンズマイコン１１９とは所定の周期で通信しあっており、カメラユニット１２２から１１１のズームＳＷのズーム情報や、ＡＦ、ＡＥ、ベクトル信号などのレンズ制御データや操作情報やカメラの状態を送り、レンズユニット１２２はレンズの状態を送っている。レンズマイコン１１９は、カメラマイコン１２０から受け取った各種レンズ制御データや、レンズユニットにあるＡＦのオン／オフを切り替えるＡＦスイッチ１１８や、フォーカス操作ユニット１０１の操作情報を元に各種部位を動かしている。

フォーカスレンズ１０７はフォーカスレンズ駆動装置１１６、シャッタはシャッタ駆動装置１１５、絞り１０４は絞り駆動装置１１４、ズームレンズ１０３はズームレンズ駆動装置１１３に、それぞれレンズマイコン１１９からの指令で駆動される。フォーカスレンズ駆動装置１１６は自動的に焦点の調整が行われる自動焦点調整（ＡＦ）と外部からのユーザの操作によって手動で焦点が調整される手動焦点調整（ＭＦ）の２通りの方法でレンズマイコン１２９から指令を受ける。このＡＦとＭＦの切り換えはＡＦスイッチ１１８のオン／オフで主に行われる。ＡＦがオンになった状態でＭＦになるなど、特別な場合もあるが、それについては後述する。

ここで被写体とＡＦ評価値信号の関係図を、図２を用いて説明する。図２（ａ）のようにカメラによって遠景に木、中景に女性、近景に親子がいる景色を撮影した場合、撮影画面上は図２（ｃ）の撮影画像のようになる。そのときフォーカス位置を無限から至近まで振ったとき、画面全体をＡＦ評価値領域とした場合、図２（ｂ）のようなＡＦ評価値信号を出力する。ユーザが近景の人を撮影したい場合でも、ＡＦを用いて撮影すると遠景や中景の木や人にあってしまう場合がある。これをユーザがマニュアル操作手段によって変更した場合。

図２（ｂ）のようにＡＦ評価値が綺麗に分かれていれば良いが、実際にはそれぞれの評価値のピークが近づいておりＡＦ評価値信号の山がはっきり分かれていない場合が多い、そのため、ＡＦ動作に迷いが生じたり、少しの被写体の動きでＡＦ動作がユーザの意図には合わない動作をしてしまう。

図２（ｄ）は撮影画像に対する、領域をあらわした物である。２０１、２０２，２０３は顔認識装置１１２で認識された顔領域であり、２０４は通常領域である。

これらの領域をレンズ制御データ演算装置１１７にて、それぞれの領域の大きさの位置を設定することによってＡＦ評価値信号を生成することが出来る。そしてこれら評価値に所定の加算率をかけた値を足し合わせることで全体のＡＦ評価値信号を生成する。ある領域の加算率が正得であれば、その領域に比重を置いたＡＦ評価になり、負になれば、その被写体にはＡＦを行わないようになる。

ここで図３のフローチャートを用いて、本実施例においての制御の流れを説明する。図３（ａ）はメイン処理である。まずＡＦスイッチ１１８がＡＦオンの状態かオフの状態か検知する処理Ｓ３０２を行い、オフの場合は、Ｓ３０１へ移り、オンの場合はＳ３０３に移る。

次にＳ３０３ではフォーカスリング操作があるかどうか検知し、ある場合は、Ｓ３０４に移る。ない場合は、Ｓ４１０の処理に移る。Ｓ３０４ではＡＦ合焦ＦｌａｇをＦａｌｓｅに設定し非合焦状態にし、次の処理Ｓ３０５で、操作されたフォーカスリング操作量、速度の記憶を行う。そして次に設定されているＡＦ領域のＡＦ評価値信号をフォーカス位置ごとに記録しておく。この記録するデータ量が多すぎる場合には、ＡＦ評価値信号の極大極小になるフォーカス位置だけのデータでもよい。次にＳ３０７でフォーカスリング操作位置にしたがいフォーカス移動を行う。Ｓ３０８ではフォーカスリング操作が操作量もしくは、速度が予め決められた値よりも低いかどうか判断し、低い場合は、Ｓ３０９に移る。大きい場合はＳ３１０に移る。マニュアル操作において指示されたフォーカス位置から所定の範囲内に被写体が発見できない場合は、ユーザがわざとピントの合っていない場所にピントを合わせたいという場合が想定される。これによりユーザの意図を推測するという効果を奏する。そのために、Ｓ３０９ではＡＦ合焦Ｆｌａｇをオンにして合焦状態であるとすることで、後のＡＦ動作を行わないようにする。これによってわざとピントの合っていない場所へフォーカス位置を置きたいというユーザの意図を汲み取りながらＡＦ動作とＭＦ操作を両立させている。

Ｓ３１０ではＳ３０５で記憶したフォーカス位置ごとのＡＦ評価値信号データに基づいてユーザのマニュアル操作によって指定されたフォーカス位置にもっとも最適だと思われるＡＦ領域を選択し、適切なＡＦ評価値を生成する処理Ｓ３１０に移る。

Ｓ３１０で適切なＡＦ評価値を生成した後は、Ｓ３１１のＡＦ処理に移り、不図示の各種カメラレンズ制御処理が終わった後に次回またＳ３０２の処理に戻ることになる。

次に図３（ｂ）に示すサブルーチンであるＳ３１０のＡＦ評価値を生成について説明する。最初にＳ３１１で顔認識装置１１２を使って顔を認識する。次にＳ３１２では顔認識によって指定された映像領域をレンズ制御データ演算装置１１７に設定することで顔領域でのＡＦ評価値を生成させる。次のＳ３１３では予め決められた映像領域をレンズ制御データ演算装置１１７に設定することで顔領域でのＡＦ評価値を生成させる。一般的にこの領域はユーザが被写体を撮影する時に画面の中心にあわせることが多いため、映像信号の中心部分を含んだ領域に予め設定されている。また、予備としてその中心領域と左右と上にも同様の固定領域を配置する事がある。ただし、中心以外の領域は余り被写体が入ることが少ないため、加算率を下げた値にされている。

Ｓ３１３の処理の次に、Ｓ３１４では、Ｓ３０６で保存された各領域のＡＦ評価値信号の結果を見て、各領域の増減を判断し、ＭＦ操作結果によって増えている領域に対しては場合はＳ３１５へ移り、減っている領域に対してはＳ３１６の処理に移る。

Ｓ３１５では、増加している領域に対しては加算率を上げて、Ｓ３１７の処理に移る。Ｓ３１６では減少している領域に対しては、加算率を下げて、Ｓ３１７の処理に移る。Ｓ３１７では各領域のＡＦ評価値をそれぞれの加算率にしたがって加算し、規格化した値を全体のＡＦ評価値信号として生成する。

これによって、ユーザのＭＦ操作を反映したＡＦ評価値信号を生成することが出来る。

次に図４（ｃ）に示すサブルーチンであるＳ３１１のＡＦ処理について説明する。最初にＳ３１８でＡＦ合焦Ｆｌａｇの状態を判別し、合焦状態の場合は、Ｓ３２６に移り、非合焦の場合はＳ３１９に移る。Ｓ３１９ではＡＦ移動方向が分かっているかどうか判断し、分かっていない場合は、Ｓ３２１の処理に移り、分かっている場合はＳ３２０の処理に移る。

Ｓ３２１では、フォーカスレンズ１０７を撮影映像には分からない程度に微小に無限側、至近側に動かす処理を行い、どちらの方向にフォーカスのピークがあるのかどうか探る処理を行う。そして次の処理Ｓ３２２でＳ３２１の結果を受けてＡＦ移動方向を決定する。そしてＳ３１１の一連の処理を抜ける。

一方Ｓ３２０では分かっているＡＦ移動方向に向けてフォーカスレンズ１０７を大きくフォーカスが合焦する方向へ移動させる処理を行う。次にＳ３２３でＡＦ評価値信号が極大になったかどうか判断し、極大になった場合Ｓ３２４でＡＦ合焦Ｆｌａｇを合焦状態にして、Ｓ３２６の処理に移り、極大になっていない場合にはＳ３２５でＦａｌｓｅにし、非合焦状態に設定し、次の処理Ｓ３２６に移る。Ｓ３２６ではＡＦ評価値信号がある決められた値よりも大きく変化したかどうか計算し、もし大きく変化している場合はＳ３２９に移る。もし大きく変化していない場合はＳ３２７に移る。Ｓ３２７ではパンニング移動があったかどうか判断し、もしあった場合にはＳ４２９に移り、ない場合にはＳ３２８に移る。パンニング移動は、前記したベクトル信号から大きく移動があった場合にはカメラがパンもしくはチルド動作されたと判断してパンニング移動があったと判断する信号である。次にＳ３２８ではユーザのズーム操作によって画角が大きく変わったかどうかズームレンズ１０３の位置から判断して、大きく変わっていればＳ３２９の処理に移り、画角が変わっていなければＳ３１１の一連の処理を抜ける。

Ｓ３２９ではＡＦ領域の加算率を最初の状態に戻し、次の処理Ｓ３３０に移る。Ｓ３３０ではＡＦ合焦ＦｌａｇをＦａｌｓｅに設定して、合焦状態を非合焦に設定し、Ｓ３１１の一連の処理を抜ける。

Ｓ３２６〜４３０の一連の処理は、Ｓ３１０とＳ３１２で設定されたＡＦ領域の加算率をリセットする処理である。これはユーザが求める被写体が各種変化によって変化してしまい、設定されたＡＦ領域の加算率が被写体にＡＦさせるために影響を与えるからである。

以上のように、本実施例ではＡＦ動作中にＭＦ動作によりフォーカス位置を決め、さらにその後ＡＦにより焦点調整を行うことができる。これにより、ユーザが望む被写体に合焦させるときにでもより精度の高い合焦を行うことができる。さらに、ユーザが敢えて被写体に合焦させずに撮影を行いたいという場合を検知し、ＡＦ動作を停止させることで、ユーザの多岐にわたる撮影状況に対応できるようになる。

以上のように、本実施例では、ＡＦ動作中にＭＦ動作によりフォーカス位置を決め、さらにその後ＡＦにより焦点調整を行うことができる。これにより、ユーザが望む被写体に合焦させるときにでもより精度の高い合焦を行うことができるさらに、ユーザが敢えて被写体に合焦させずに撮影を行いたいという場合を検知し、ＡＦ動作を停止させることで、ユーザの多岐にわたる撮影状況に対応できるようになる。

１０１フォーカス操作ユニット
１０８撮像素子
１０９信号処理装置
１１０記録処理装置
１１７レンズ制御データ演算装置
１１８ＡＦスイッチ
１１９レンズマイコン
１２０カメラマイコン
１２１位置センサ
１２２レンズユニット
１２３カメラユニット

Claims

撮像レンズと、
前記撮像レンズによって導かれた光束を取り込み、電気信号に変換する撮影手段と、
前記撮影手段によって電気信号に変換された電気映像信号から被写体領域を検出する被写体領域検出手段と、
前記撮影手段によって電気信号に変換された電気映像信号の予め決められた領域を指定する固定領域指定手段と、
前記電気映像信号におけるＡＦ評価値検出エリアを設定するＡＦ領域設定手段と、
前記ＡＦ領域設定手段内で設定された電気映像信号のコントラスト情報からＡＦ評価値を生成するＡＦ評価値生成手段と、
前記ＡＦ評価値生成手段の情報をもとに前記撮像レンズの焦点の変更を自動的に行う自動焦点調整手段と、
前記撮像レンズの焦点の変更を手動で行える手動焦点調整手段と、
前記自動焦点調整手段と前記手動焦点調整手段による焦点調整を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記自動焦点調整手段による焦点調整が設定されている状態で前記手動焦点調整手段によって焦点調整がなされた場合、
前記手動焦点調整手段によって指示されたフォーカス位置で、ＡＦ評価信号が増加したＡＦ評価値を出力する被写体領域のＡＦ評価値信号で自動焦点調整手段により焦点調整を行うことを特徴とする光学機器。
撮像レンズと、
前記撮像レンズによって導かれた光束を取り込み、電気信号に変換する撮影手段と、
前記撮影手段によって電気信号に変換された電気映像信号から被写体領域を検出する被写体領域検出手段と、
前記撮影手段によって電気信号に変換された電気映像信号の予め決められた領域を指定する領域指定手段と、
前記電気映像信号におけるＡＦ評価値検出エリアを設定するＡＦ領域設定手段と、
前記ＡＦ領域設定手段内で設定された電気映像信号のコントラスト情報からＡＦ評価値を生成するＡＦ評価値生成手段と、
前記ＡＦ評価値生成手段の情報をもとに前記撮像レンズの焦点の変更を自動的に行う自動焦点調整手段と、
前記撮像レンズの焦点の変更を手動で行える手動焦点調整手段と、
前記自動焦点調整手段と前記手動焦点調整手段による焦点調整を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記自動焦点調整手段による焦点調整が設定されている状態で前記手動焦点調整手段によって焦点調整がなされた場合、
前記手動焦点調整手段によって指示されたフォーカス位置で、全ての領域においてＡＦ評価信号が所定量を満たさない場合には、ＡＦ動作を停止することを特徴とする光学機器。
前記制御手段は、前記自動焦点調整手段による焦点調整が設定されている状態で前記手動焦点調整手段によって焦点調整がなされ、さらに前記手動焦点調整手段が所定の速度よりも小さく、または所定の操作量よりも小さく操作された場合には、ＡＦ動作を停止することを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。
前記ＡＦ評価値生成手段は、前記被写体領域検出手段によって検出された領域と固定領域指定手段によって示された領域を所定の比率で加算して、ＡＦ評価値を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の光学機器。