JP2011081186A

JP2011081186A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2011081186A
Application number: JP2009233332A
Authority: JP
Inventors: Tsubasa Kasai; 翼笠井
Original assignee: Olympus Imaging Corp
Current assignee: Olympus Imaging Corp
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2011-04-21

Abstract

【課題】オートフォーカス制御が可能な撮像装置において、撮像装置をパンニングする場合であっても、高速なオートフォーカス制御を行なう。
【解決手段】電子カメラ１がパンニングされる前に、第１の被写体についてオートフォーカス動作を行い、合焦した時の撮像素子１０４の撮像した画像を取得して記憶し、第２の被写体へのパンニング時に加速度センサ１２４及び角速度センサ１２６の出力より電子カメラ１の移動量を検出する。そして、パンニング終了後に撮像素子１０４の撮像した画像を取得し、パンニング前の画像とパンニング終了後の画像と、加速度センサ１２４、角速度センサ１２６の出力から求めた電子カメラ１の移動量とに基づいて第２の被写体の距離に関する情報を算出する。そして、算出した第２の被写体の距離に関する情報に基づいてオートフォーカス動作を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は撮像装置であってオートフォーカス制御が可能な撮像装置に関するものである。

従来、撮像装置において、撮像出力信号の被写体像に対応するコントラスト値が極大となるようにフォーカスレンズ位置を制御するコントラストＡＦ方式の技術が開示されている。このようなコントラストＡＦ方式を採用した撮像装置において、パンニングする際に被写体が変更されることによりコントラスト値が大きく変動するので、コントラストＡＦ方式でなされた合焦方向の判定を間違う可能性が高く、間違った方向にフォーカスレンズを移動してコントラストＡＦを実行してしまうことにより、合焦時間が長くなるという問題がある。これに対して、特許文献１では、外部ＡＦユニットやＴＴＬ位相差ＡＦユニットを有するカメラであって、パンニング終了後に、外部ＡＦユニットやＴＴＬ位相差ＡＦユニットの出力である距離に関する情報を参照して、フォーカスレンズを移動すべき方向を判定しコントラストＡＦを行うことによってピント合わせを高速化する技術が記載されている。

特開２００８−４６３５１号公報

しかしながら、外部ＡＦユニットやＴＴＬ位相差ＡＦユニットが必要となるため撮像装置がコストアップするという問題があった。そこで本発明の目的は、コストアップを招くことなく、パンニングして異なる被写体を撮影する際に高速なオートフォーカス動作を行うことが可能な撮像装置を提供することである。

本発明の撮像装置は、被写体を撮像して撮影画像を取得する撮像手段と、被写体に対する合焦位置へフォーカスレンズを制御するオートフォーカス制御手段と、前記オートフォーカス制御手段が第１の被写体についてフォーカスレンズを合焦位置へ制御した後に、第２の被写体に合焦すべく装置本体を移動する際の移動量を検出する移動量検出手段と、を有し、前記撮像手段は、前記フォーカスレンズが前記第１の被写体に対する合焦位置へ制御された時の第１の撮影画像と、前記第２の被写体に合焦すべく装置本体を移動させた後の第２の撮影画像とを取得し、前記オートフォーカス制御手段は、前記第１の撮影画像と前記第２の撮影画像と前記移動量検出手段の出力する移動量とに基づいて前記フォーカスレンズを制御することを特徴とする撮像装置である。

本発明によれば、パンニングして異なる被写体を撮影する際に、高速なオートフォーカス動作を行うことが可能な撮像装置を提供することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る電子カメラのシステム構成例を示すブロック図である。図２は、図１の電子カメラのシステムコントローラにより実行される処理を示すフローチャートである。図３は、図１の電子カメラをパンニングする際の撮影画面と被写体の関係を示す図である。図４は、図１の電子カメラをパンニングする際の、電子カメラと被写体の位置関係を示す図である。図５は、図１の電子カメラをパンニングする際の、電子カメラと被写体の位置関係を示す別の図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。図１には、撮像装置の一例としての電子カメラのシステム構成例を示すブロック図を示す。システムコントローラ１００（以下Ｓｃｎｔ１００と省略して呼ぶ）は電子カメラ１を統括して制御し、その内部はＣＰＵ（不図示）によって制御される複数の機能ブロックから構成され、ＦｌａｓｈＲｏｍ１１６に記録されているプログラムコードに基づき所定の動作を実行する。

撮像素子１０４はＣＣＤ、或はＣＭＯＳ等のイメージセンサで構成され、撮影レンズ１０２によって形成された被写体像を光電変換して画像信号を生成する。撮像素子ＩＦ（インターフェース）回路１０６は撮像素子１０４を駆動すると共に撮像素子１０４が出力する画像信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータとしてＳｃｎｔ１００へ出力する。Ｓｃｎｔ１００はこのデジタルデータに所定の画像処理を施して画像データを生成する。

表示回路１０８はモニタ１１０を駆動して画像データを表示する回路である。モニタ１１０は液晶パネル、有機ＥＬパネル等の表示素子から構成され、画像データの表示のほかにアイコン、文字データ等の情報の表示も行なわれる。本電子カメラ１では、撮影モード時には、撮像素子１０４による被写体の撮像動作が所定の周期で繰り返し行われ、撮像された被写体画像がライブビュー画像としてモニタ１１０に逐次表示される。

メモリカード１１２は不揮発性メモリから構成された記憶媒体であってスロット（不図示）よってカメラに着脱可能に保持され、撮影された画像データが格納される。ＳＤＲＡＭ１１４は、撮像素子１０４から得られたデジタルデータの一時記憶、このデータを画像処理する際に必要なワークメモリとして用いられる。

ＦｌａｓｈＲｏｍ１１６は不揮発性の半導体メモリから構成され、Ｓｃｎｔ１００が動作するために必要なプログラムコードの記録、画像データの記録（メモリカード１１２が装着されていない場合）、制御パラメータの記録に使用される。ＵＳB(Universal Serial Bus)端子１１８は電子カメラ１と外部機器（例えばパーソナルコンピュータ）との通信に利用される。この端子を利用することで外部機器は通信することで、メモリカード１１２に記憶された画像データの読出し、ＦｌａｓｈＲｏｍ１１６に記憶されたプログラムコード、制御パラメータの書き換え、画像データの読出しも可能となる。

カメラ操作スイッチ１２２は、電子カメラ１の動作を指示するためにユーザによって操作されるスイッチ（ＳＷ）であって、ダイヤルＳＷ、アップダウンＳＷ、レリーズＳＷ、電源ＳＷ、タッチＳＷ等から構成される。レリーズＳＷは、半押しと全押しの２段階の操作ＳＷを有し、半押しでオートフォーカス動作、全押しで撮像・記録動作を指示する。

電子カメラ１の動作に必要な電力は二次電池１３２から供給される。二次電池１３２としては充電可能なニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等が用いられる。電源回路１３０は二次電池１３２の出力を、電子カメラ１を構成する電子回路の電源ラインへ、その回路の動作に適した電圧に変換して出力する。カメラ操作スイッチ１２２の一つである電源ＳＷがＯＮすると電源回路１３０を制御して電子カメラ１の動作に必要な電力を供給する。

ＡＦ制御回路１２０は、前記撮影レンズ１０２の一部をなすフォーカスレンズを光軸方向に移動させながら撮像素子１０４から出力される撮像信号による被写体画像のコントラスト値等のＡＦ評価値を取得し、ＡＦ表価値が最も大きくなるピーク位置（合焦位置）にフォーカスレンズを移動させることによりピント合わせを行う。被写体画像よりＡＦ評価値を取得するためのＡＦエリアは、撮影画面の中央に設けられている。

加速度センサ１２４は、ｘ，ｙの２軸方向の加速度を、電子カメラ１の動きを示す動き情報として個別に検出する本発明の移動量検出手段であって、加速度センサ１２４の検出信号はＳｃｎｔ００へ送られる。なお、加速度センサ１２４は、ｘ軸が電子カメラ１本体の左右方向に、またｙ軸が電子カメラ１本体の上下方向にそれぞれ一致するよう電子カメラ１の内部に配置されている。

角速度センサ１２６は、電子カメラ１がヨー（ＹＡＷ）方向、ピッチ（ＰＩＴＣＨ）方向に移動したときの角速度を個別に検出する移動量検出手段であって、角速度センサ１２６の検出信号はＳｃｎｔ１００へ送られる。なお、角速度センサ１２６は、ヨー方向が電子カメラ１本体の左右方向の移動に、ピッチ方向が電子カメラ１本体の上下方向の移動にそれぞれ一致するように電子カメラ１本体の内部に配置されている。

次に、本発明において電子カメラ１をパンニングした後に被写体距離を検出する原理について、図３、図４及び図５に基づいて説明する。なお、本実施例ではパン、チルト及びその複合的な動作を行うことをパンニングと称する。最初に、電子カメラ１をパンニングすることにより、撮影画面（ライブビュー撮影画像）及びオートフォーカスを行う被写体が変化する様子を示す図３に基づいて説明する。図３に示すように、パンニング前の撮影画面（画像α）には第1の被写体aと第２の被写体bが含まれており、撮影画面中央のＡＦエリアＳは被写体aの位置に設定されている。そして、被写体aについてコントラストＡＦを実行して合焦させる。その後、撮影者は電子カメラ１を被写体ｂに向けてパンニングさせ、パンニング後の撮影画面（画像β）として被写体ｂに合焦させるべくＡＦエリアＳ´を被写体ｂの位置に設定する。この時、画像βの内部において、ＡＦエリアＳ´に対応する領域を画像βｂとする。そして、電子カメラ１は被写体ｂについて、後述するように高速にコントラストＡＦを実行する。

図４は、図３に対応して電子カメラ１と被写体a、ｂとのパンニングによる位置関係の変化を示す図である。図４において、図３における説明と同様に、最初に電子カメラ１は被写体aを画面中央のＡＦエリアに位置させてオートフォーカスを実行して合焦させ、次に電子カメラ１をパンニングして被写体ｂに向けてオートフォーカスを行うものとする。電子カメラ１は、被写体aについてオートフォーカスを実行して合焦させた時のライブビュー画像の表示用に取得した撮像素子１０４の画像α（図３）をＳＤＲＡＭ１１４に記憶する。この画像αには、被写体ｂの像も含まれており、撮像素子１０４上の位置Bに対応する位置に写しこまれている。この状態から電子カメラ１を被写体ｂに向けてパンニングして距離Hだけ平行移動して電子カメラ１´に位置させる。なお、図４では電子カメラ１を１次元の平行移動する成分のみを記載しており、実際には図４の平行移動方向に対して垂直方向の平行移動成分や回転移動成分が発生するが、これについては後述する。平行移動する距離Hは加速度センサ１２２の出力により公知の方法にて求めることができる。

電子カメラ１は、被写体ｂについてライブビュー画像の表示用に取得した撮像素子１０４の画像β（図３）を取得する。そして、画像βについて画面中央のＡＦエリアＳ´に対応する画像βbを抽出し、抽出画像βbと一致する領域を、画像αについて探索を行う。画像αにおける抽出画像βbの探索は、公知のパターンマッチング手法や色情報を用いた探索等により実行される。また、画像αと画像βbの像倍率やボケ具合等の条件の違いは、公知の手法にて適宜補正されるものとする。そして、画像α中の画像βbを探索して画像α中の被写体bに対応する位置Bを求め、画面中央のＡＦエリアと位置Bとの距離である像ずれ量Ｘ１を求める。図４において、三角測量の原理に従い、上記像ずれ量Ｘ１を用いて被写体bまでの距離Ｌは、以下に示す式１により算出することができる。

Ｌ＝（Ｈ＋Ｘ１）・ｆ／Ｘ１・・・式１
なお、Hは電子カメラ１の平行移動量、ｆは撮影レンズ１０２の焦点距離である。

このように、平行移動量Ｈを求め、式１を適用すれば、パンニング後の被写体ｂの距離Lを算出することができ、この距離Lに基づいてフォーカスレンズ位置を制御することにより被写体bに合焦させることができる。

ところで、上記像ずれ量Ｘ１には、実際にはパンニングによって生ずる電子カメラ１の回転移動成分による画像βbの位置変化分が含まれるため、画像α中の画像βbを探索して求められる位置B及び像ずれ量Ｘ１に相当する情報には回転移動成分の像ずれ量が含まれている。この回転移動成分の像ずれ量は誤差となるのでこれを除去して、位置Ｂ及び像ずれ量Ｘ１を求めなければ高精度なオートフォーカスを行うことはできない。

図５に基づいて、この回転移動成分の像ずれ量を検出して除去する方法について説明する。図５では、電子カメラ１に関して、撮影レンズ１０２と撮像素子１０４の撮像面のみ示しており、前述のように最初に被写体aについてオートフォーカスを実行して合焦させ、撮像して画像α（図３）を記憶する。この画像αには被写体ｂの画像も含まれており、撮像素子１０４上の位置B´に対応する画像の位置に写しこまれている。次に、電子カメラ１をパンニングして被写体ｂを画面中央のＡＦエリアＳ´（図３）に位置させた状態を、撮影レンズ１０２´、撮像素子１０４´で示し、パンニングによる回転角をθとする。この時の回転角θは、角速度センサ１２３の出力により公知の方法にて求めることができる。

このような電子カメラ１の回転角θ分の回転によって生ずる被写体ｂに関する位置B´とＡＦエリアＳの中央のＡ点との距離である像ずれ量Ｘ２を、図５に基づいて以下に示す式２により算出することができる。

Ｘ２＝ｆ・tanθ ・・・式２
θは電子カメラ１のパンニング回転角、ｆは撮影レンズ１０２の焦点距離である。

真の平行移動成分に対応する距離Ｘは、画像αにおいて探索された画像βaの位置より算出された像ずれ量Ｘ１から、回転移動成分による像ずれ量Ｘ２を除去したものとなるので、被写体ｂの距離Lを、以下の式３により算出することができる。

Ｌ＝（Ｈ＋（Ｘ１−Ｘ２））・ｆ／（Ｘ１−Ｘ２）・・・式３
なお、上記説明は１次元での平行移動と回転移動の条件で行ったが、２次元での条件であっても２次元の上記２種類の情報を合成することにより、同様に距離Ｌを求めることが可能である。以上が、電子カメラ１をパンニングした後に被写体距離を検出する原理の説明である。

次に、以上説明した構成からなり、上記原理に基づく電子カメラ１の本発明に係る動作について説明する。図２は、撮影モードが設定されているときのＳｃｎｔ１００の処理内容を示すフローチャートである。電子カメラ１の電源ＳＷのオン等の電源投入により動作が開始されると、ステップＳ１００においてシステム起動処理を行い、Ｓｃｎｔ１００に接続された周辺回路の初期設定やメモリの初期設定等を行なう。撮影モードが設定されているとき、電子カメラ１では撮像素子１０４による被写体の撮像動作が所定の周期で繰り返し行われ、撮像された被写体画像がライブビュー画像としてモニタ１１０に逐次表示される。取得されたライブビュー画像は必要に応じてＳＤＲＡＭ１１４に記憶する。

次にステップＳ１０２にて撮影モードか否か判定し、撮影モードであればステップＳ１０４に進み、撮影モードでない場合はステップＳ１３４に進む。ステップＳ１３４では再生モード等の動作モードに応じた処理を行った後にステップＳ１４２に進み、電源がオフされたかチェックする。

一方、ステップＳ１０４にて、Ｓｃｎｔ１００はレリーズＳＷの半押し操作をチェックし、レリーズＳＷが半押しされたら、ステップＳ１０６にてコントラスト検出方式によるオートフォーカスを開始し被写体a（図５）に合焦するまでオートフォーカス処理を継続する。合焦するとフォーカスレンズ位置より被写体距離Ｌ０を算出してＦｌａｓｈＲｏｍ１１６に記憶する。その後、ステップＳ１０８に進み、合焦時または合焦直後に取得したライブビュー画像αをＳＤＲＡＭ１１４に記憶する。なお、撮像素子１０４による被写体の撮像動作を所定の周期で繰り返し行い、撮像した被写体画像をライブビュー画像としてモニタ１１０に逐次表示する処理は、本フローチャートとは別に並行して処理されるものとする。

そして、ステップＳ１１０にて加速度センサ１２２により加速度を検出し、角速度センサ１２３により角速度を検出する。ステップＳ１１２にて、加速度の検出結果に基づく電子カメラ１本体の移動距離を算出し、角速度の検出結果に基づく電子カメラ１本体の移動角度を検出する。ステップＳ１１４にて、電子カメラ１本体の移動距離量及び移動角度量を、それぞれＦｌａｓｈＲｏｍ１１６に予め記憶された判定値と比較してパンニングがあるか判定する。前記判定値はノイズ等による誤検出を避けるために設定されるものである。

ステップＳ１１４においてパンニングありと判定された場合は、ステップＳ１１６に進み、パンニング後のライブビュー画像を取得・記憶し、画面中央のＡＦエリアに対応する被写体像の記憶されたライブビュー画像αの位置を検出する。一方、パンニングなしと判定された場合はステップＳ１３６に進み、レリーズＳＷが全押しされたか否かをチェックする。

次にステップＳ１１８では、上記原理説明に従い、パンニングによる像ずれ量Ｘ１を算出する。ステップＳ１２０にて、回転移動による像ずれ量Ｘ２を算出する。そして、ステップＳ１２２にて、パンニングによる像ずれ量Ｘ１、回転移動による像ずれ量Ｘ２の検出が可能か判定する。これはたとえば、パンニング前に被写体ｂが撮影画面外に位置していたため被写体ｂの像を探索できない場合や、取得画像の画質の低下等により探索の信頼性が小さい場合には検出ができないものと判定する。そして検出できない場合にはステップＳ１３２に進み、無限から至近距離離全域にわたってフォーカスレンズを移動する通常のコントラストＡＦを実行する。

ステップＳ１２２において検出可能な場合は、式３に基づき被写体距離Ｌを算出する。ステップＳ１２３では、パンニング後の被写体ｂの距離LとＦｌａｓｈＲｏｍ１１６に記憶されたパンニング前の被写体ａの距離Ｌ０とを比較し、Ｌ＞Ｌ０の場合はステップS１２８に進み、Ｌ０よりも遠距離側領域に限定してコントラストＡＦを行う。即ち、距離Ｌ０と無限の間に対応してフォーカスレンズを移動させながら、ＡＦ評価値を検出する動作を行う。一方、Ｌ≦Ｌ０場合はステップＳ１３０に進み、Ｌ０よりも近距離側領域に限定してコントラストＡＦを行う。即ち、距離Ｌ０と最至近距離の間に対応してフォーカスレンズを移動させながら、ＡＦ評価値を検出する動作を行う。ステップＳ１２８、Ｓ１３０、Ｓ１３２にて、それぞれの場合においてコントラストＡＦを実行して合焦した後にステップＳ１３６に進み、レリーズＳＷが全押しされたかチェックする。

ステップS１３６にてレリーズＳＷが全押しされていない場合は、ステップS１３８にてレリーズＳＷが半押しされているかチェックする。半押しされている場合は、ステップＳ１１０に戻り上記説明したこれ以降の処理を繰り返す。

一方、ステップS１３６にて、レリーズＳＷが全押しされると、ステップＳ１４０にて撮像・記録動作が行われ、撮像素子１０４により本撮像が行われ画像データに画像処理が実行された後、メモリカード１１２に記録される。その後ステップＳ１４２では電子カメラ１の電源ＳＷ等により電源がオフされたかチェックし、電源がオフされた場合は本フローチャートの処理を終了する。一方、電源がオフされていない場合は、ステップＳ１０２に戻り、これ以降の処理を繰り返し実行する。

以上のように、本実施例においては、第１の被写体ａに対してオートフォーカス制御を行って合焦した後に、電子カメラ１をパンニングして第２の被写体ｂにオートフォーカス制御を行う際に、第１の被写体ａの合焦時のライブビュー画像と、パンニング後の第２の被写体ｂのライブビュー画像と、電子カメラ１の移動量とに基づいて算出されるパンニング後の第２の被写体ｂに関する距離情報に応じてオートフォーカス制御を行う。即ち、第１の被写体ａへのオートフォーカスによる合焦時のライブビュー画像中における、パンニング後のライブビュー画像のうちの測距エリアに関する画像の位置を検出し、この位置と電子カメラ１の移動量とに基づいて第２の被写体に関する距離情報を算出するので、高速なピント合わせが可能となる。

なお、本実施例では、算出したパンニング後の被写体ｂの距離Ｌとパンニング前の被写体ａの距離Ｌ０とを比較して、Ｌ＞Ｌ０の場合はＬ０よりも遠距離側領域に限定してコントラストＡＦを行い、Ｌ≦Ｌ０場合はＬ０よりも近距離側領域に限定してコントラストＡＦを行うが、算出したパンニング後の被写体距離Ｌに対応する位置にフォーカスレンズを移動させて合焦とし、コントラストＡＦを実行しないようにしてもよい。

また、距離Ｌに対応するフォーカスレンズ位置を中心とする所定範囲においてフォーカスレンズを移動しながらＡＦ評価値を取得してコントラストＡＦを行ってもよい。

あるいは、本実施例は静止画撮影用の撮像装置において、ライブビュー表示動作と並行してオートフォーカス制御を行うが、動画撮影可能な撮像装置において、動画撮影動作と並行して電子カメラ本体の移動量に基づくオートフォーカス制御を行ってもよい。

１ … 電子カメラ
１００ … システムコントローラ
１０２ … 撮影レンズ
１０４ … 撮像素子
１０６ … 撮像素子インターフェース回路
１０８ … 表示回路
１１０ … モニタ
１１２ … メモリカード
１１４ … SDRAM
１１６ … Flash Rom
１１８ … USB端子
１２０ … ＡＦ制御回路
１２２ … カメラ操作スイッチ
１２４ … 加速度センサ
１２６ … 角速度センサ
１３０ … 電源回路
１３２ … 二次電池

Claims

被写体を撮像して撮影画像を取得する撮像手段と、
被写体に対する合焦位置へフォーカスレンズを制御してオートフォーカスを行うオートフォーカス制御手段と、
前記オートフォーカス制御手段が第１の被写体についてフォーカスレンズを合焦位置へ制御した後に、第２の被写体に合焦すべく装置本体を移動する際の移動量を検出する移動量検出手段と、
を有し、
前記撮像手段は、前記フォーカスレンズが前記第１の被写体に対する合焦位置へ制御された時の第１の撮影画像と、前記第２の被写体に合焦すべく装置本体を移動させた後の第２の撮影画像とを取得し、前記オートフォーカス制御手段は、前記第１の撮影画像と前記第２の撮影画像と前記移動量検出手段の出力する移動量とに基づいてオートフォーカスを行うことを特徴とする撮像装置。
前記第１の撮影画像において、前記第２の撮影画像のオートフォーカス対象である被写体像を探索する画像探索手段をさらに有し、
前記画像探索手段は、前記第１の撮影画像内において前記第２の撮影画像のオートフォーカス対象である被写体像の位置を求め、前記オートフォーカス制御手段は、前記第２の撮影画像のフォーカス対象である被写体像の位置と前記移動量検出手段の出力とから前記第２の被写体の距離に関する情報を算出してオートフォーカスを行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記移動量検出手段は、加速度検出手段と角速度検出手段とを有し、
前記加速度検出手段の出力に基づく第１の移動量と、前記角速度検出手段の出力に基づく第２の移動量とに基づいて、装置本体の移動量を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。