JP2012019319A - 撮像装置、オートフォーカス制御方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 オートフォーカス制御の合焦領域の解像度を高くすることができるとともに、オートフォーカス制御時に合焦領域以外の領域の撮像を続けることのできる撮像装置を提供する。
【解決手段】 撮像装置１では、二次元的に配列された複数の画素を有する撮像素子２から得られた映像信号に基づいて、複数の画素で構成される全画素領域に含まれる一部の画素領域を合焦領域としたオートフォーカス制御が行われる。この場合、オートフォーカス制御の合焦領域が、全画素領域に含まれる合焦領域以外の他の画素領域に比べて高解像度の映像信号を出力する高解像度領域に設定される。また、この撮像装置１では、合焦領域の映像信号とともに、他の画素領域の映像信号が出力される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オートフォーカス制御機能を備えた撮像装置に関するものである。

デジタルカメラは、通常、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの表示部を有している。そして、このＬＣＤにおいては、本撮影前のプレビュー用となるライブビュー画像が、所定の時間間隔で更新されて表示される。このようなプレビュー画像の表示は、デジタルカメラの撮影時において、被写体の撮影状況を把握するために非常に有用である。

従来から、オートフォーカス制御機能を備えたデジタルカメラが知られており、デジタルカメラのオートフォーカス制御方式としては、デジタルカメラの撮像素子からの画像のコントラスト等の合焦用評価値（ＡＦ評価値）を使用するものが提案されている。この方式では、合焦用評価値が最も大きくなるレンズ位置を合焦状態のレンズ位置として特定する合焦制御が行われる。

そして、従来、このようなオートフォーカス制御の高速化を図ることが期待されていた。そこで、オートフォーカス制御の高速化を図るために、オートフォーカス制御時には、合焦領域の画像の解像度を低くして、合焦領域以外の領域（他の領域）では画像の取得をしない電子カメラが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２３７４７号公報

しかしながら、従来の電子カメラにおいては、オートフォーカス制御時に、合焦領域で高解像度の画像を得ることができないという問題があった。また、オートフォーカス制御時に、他の領域（合焦領域以外の領域）の画像を取得できないため、その領域（他の領域）で画像に変化が起きた場合に、その変化に対応することができないという問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、オートフォーカス制御の合焦領域の解像度を高くすることができるとともに、オートフォーカス制御時に合焦領域以外の領域の撮像を続けることのできる撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、二次元的に配列された複数の画素を有する撮像手段と、前記撮像手段から得られた映像信号に基づいて、前記複数の画素で構成される全画素領域に含まれる一部の画素領域を合焦領域としたオートフォーカス制御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の合焦領域を、前記全画素領域に含まれる前記合焦領域以外の他の画素領域に比べて高解像度の映像信号を出力する高解像度領域に設定する高解像度領域設定手段と、前記合焦領域の映像信号とともに、前記他の画素領域の映像信号を出力する映像信号出力手段と、を備えた構成を有している。

この構成により、撮像手段で撮影された画像の一部である合焦領域（オートフォーカス制御の合焦領域）の解像度を高くすることができる。つまり、合焦対象（合焦しようとする撮影対象）を撮像する領域で、高解像度の画像を得ることができる。また、オートフォーカス制御時にも、合焦領域以外の領域（他の領域）の撮像を続けることができる。したがって、オートフォーカス制御時に他の領域で起きている画像の変化にも対応することが可能になる。

また、本発明の撮像装置では、前記高解像度領域設定手段は、前記全画素領域における画素行を単位として、前記高解像度領域を設定する構成を有している。

この構成により、画素行を単位として高解像度領域が設定される。例えば、高解像度領域（合焦領域）では全画素行の映像信号が出力され、その他の領域では所定の比率で間引かれた画素行の映像信号が出力される。これにより、全画素領域で全画素行の映像信号が出力される場合に比べて、映像信号の出力に要する時間を短縮することができるとともに、出力される映像信号のデータ量を小さくすることができ、フレームレートを高くすることができる。

また、本発明の撮像装置では、前記高解像度領域設定手段は、前記全画素領域における前記合焦領域の位置が変化したときに、変化した前記合焦領域の位置に応じて前記高解像度領域を設定する構成を有している。

この構成により、全画素領域のなかで合焦領域の位置が変化したときには、その合焦領域の位置の変化に追従するように高解像度領域が設定される。したがって、合焦領域の位置の変化にも適切に対応することが可能になる。

本発明のオートフォーカス制御方法は、二次元的に配列された複数の画素を有する撮像手段から得られた映像信号に基づいて、前記複数の画素で構成される全画素領域に含まれる一部の画素領域を合焦領域としたオートフォーカス制御を行うことと、前記オートフォーカス制御の合焦領域を、前記全画素領域に含まれる前記合焦領域以外の他の画素領域に比べて高解像度の映像信号を出力する高解像度領域に設定することと、前記合焦領域の映像信号とともに、前記他の画素領域の映像信号を出力することと、を含んでいる。

この方法によっても、上記と同様に、撮像手段で撮影された画像の一部である合焦領域（オートフォーカス制御の合焦領域）の解像度を高くすることができる。つまり、合焦対象（合焦しようとする撮影対象）を撮像する領域で、高解像度の画像を得ることができる。また、オートフォーカス制御時にも、合焦領域以外の領域（他の領域）の撮像を続けることができる。したがって、オートフォーカス制御時に他の領域で起きている画像の変化にも対応することが可能になる。

本発明のプログラムは、コンピュータに、二次元的に配列された複数の画素を有する撮像手段から得られた映像信号に基づいて、前記複数の画素で構成される全画素領域に含まれる一部の画素領域を合焦領域としたオートフォーカス制御を行う処理と、前記オートフォーカス制御の合焦領域を、前記全画素領域に含まれる前記合焦領域以外の他の画素領域に比べて高解像度の映像信号を出力する高解像度領域に設定する処理と、前記合焦領域の映像信号とともに、前記他の画素領域の映像信号を出力する処理と、を実行させる。

このプログラムによっても、上記と同様に、撮像手段で撮影された画像の一部である合焦領域（オートフォーカス制御の合焦領域）の解像度を高くすることができる。つまり、合焦対象（合焦しようとする撮影対象）を撮像する領域で、高解像度の画像を得ることができる。また、オートフォーカス制御時にも、合焦領域以外の領域（他の領域）の撮像を続けることができる。したがって、オートフォーカス制御時に他の領域で起きている画像の変化にも対応することが可能になる。

本発明は、オートフォーカス制御の合焦領域の解像度を高くすることができるとともに、オートフォーカス制御時に合焦領域以外の領域の撮像を続けることができるという効果を有する撮像装置を提供することができるものである。

本発明の実施の形態における撮像装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態における撮像装置の動作を説明するための説明図 本発明の実施の形態における撮像装置の動作を説明するための説明図

以下、本発明の実施の形態の撮像装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、デジタルカメラ等として用いられる撮像装置の場合を例示する。なお、本実施の形態の撮像装置が有するオートフォーカス制御の機能は、撮像装置のメモリやＨＤＤに格納されているプログラムによって実現されてもよい。

本発明の実施の形態の撮像装置の構成を、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、撮像装置１は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子２と、タイミングジェネレータなどのタイミング信号発生器３と、信号処理回路などの信号処理ユニット４と、ＡＦ評価値演算回路などの合焦評価値演算ユニット５と、映像出力回路などの映像出力部６を備えている。また、この撮像装置１は、光軸上に配置される撮影レンズ７と、撮影レンズ７を駆動するためのレンズ駆動部８と、ＣＰＵなどで構成されるコントロールユニット９と、コントロールユニット９を信号処理ユニット４に接続するための外部接続インターフェース１０を備えている。

撮像素子２は、二次元に配列された複数の画素を有している。この撮像素子２は、被写体像を撮影して電子的な画像信号を生成する撮像手段として機能するものであり、撮影レンズ７によって結像された被写体像を画像信号を光電変換して出力するものである。また、この撮像素子２には、撮像素子上でディジタル信号に変換して映像信号として出力するものもある。

この撮像素子２の駆動方式（読み出しモード）には、全ての画素行の映像信号を読み出す「高解像度モード」と、画素行からある一定の比率をもって間引いて読み出す「低解像度モード」とがある。ここでは、「高解像度モード」に設定された領域を「高解像度領域」とも呼び、「低解像度モード」に設定された領域を「低解像度領域」とも呼ぶ。

タイミング信号発生器３は、信号処理ユニット４から制御情報の入力を受けると、これに基づいて撮像素子２を駆動させるために必要なタイミングを発生し、撮像素子２に出力する。信号処理ユニット４は、撮像素子２から得られた映像信号に所定の信号処理を施すものである。

合焦評価値演算ユニット５は、オートフォーカス制御時に、信号処理ユニット４から出力された映像信号に基づいて、合焦用評価値（ＡＦ評価値）を算出する。ＡＦ評価値の算出には、公知の手法を用いることができる。合焦評価値演算ユニット５で算出されたＡＦ評価値のデータは、信号処理ユニット４に送られる。信号処理ユニット４は、このＡＦ評価値のデータに基づいて、撮影レンズ７のレンズ駆動量を決定し、このレンズ駆動量に基づいて撮影レンズ７が駆動され、オートフォーカス制御が行われる。ここでは、信号処理ユニット４と合焦評価値演算ユニット５が、本発明のフォーカス制御手段に相当する。

このオートフォーカス制御は、全画素領域に含まれる一部の画素領域を合焦領域として行われる。具体的には、信号処理ユニット４において、対象物認識アルゴリズムを利用して、撮影画像に写っている合焦対象（合焦しようとする撮影対象）を認識し、その合焦対象を含んだ領域を合焦領域（合焦の対象領域）として決定し、その合焦領域に対してオートフォーカス制御が行われる。合焦領域は、例えば、撮影画像に写っている人物の顔の部分である。例えば、合焦対象は、撮影画像に写っている人物の顔であり、合焦領域は、その顔の部分を囲む矩形領域である。

映像出力部６は、映像出力用の映像信号を生成する機能を備えている。この映像出力部６は、オートフォーカス制御時に、全画素領域の中の合焦領域の映像信号とともに、合焦領域以外の領域（他の画素領域）の映像信号を出力する。

撮影レンズ７は、オートフォーカス制御時にレンズ駆動部８によって駆動され、撮像素子２に結像される像の合焦状態を変化させることができるように構成されている。

コントロールユニット９は、オートフォーカス制御時に、信号処理ユニット４から映像出力部６を介して入力された映像信号に基づいて、高解像度領域を設定するための位置情報を算出する。そして、コントロールユニット９から外部接続インターフェース１０を介して信号処理ユニット４に位置情報が送られると、その位置情報に基づいて撮像素子２の「高解像度モード」の領域が設定される。ここでは、コントロールユニット９と信号処理ユニット４が、本発明の高解像度領域設定手段に相当する。

この場合、高解像度領域は、画素行を単位として設定される。したがって、コントロールユニット９によって算出される位置情報は、高解像度領域として設定されるべき画素行の情報である。このコントロールユニット９は、合焦領域（例えば、顔の部分を囲む矩形領域）を含む画素行を高解像度領域として設定する。したがって、合焦領域（例えば、顔の部分を囲む矩形領域）を含む画素行の情報が、位置情報として算出されることになる（図２参照）。また、このコントロールユニット９は、オートフォーカス制御時に、合焦領域の位置が変化したときには、変化した合焦領域の位置に応じて高解像度領域を設定する（図３参照）。合焦領域の位置の変化に追従するオートフォーカス制御（ＡＦ制御）としては、顔認識方式ＡＦや被写体追従ＡＦ、コンティニアスＡＦなどが挙げられる。

なお、本実施の形態では、「高解像度モード」と「低解像度モード」が組み合わせて用いられる。つまり、「高解像度モード」の領域と「低解像度モード」の領域が、コントロールユニット９で算出された位置情報に基づいて、それぞれ別々に設定される。例えば、合焦領域（例えば、顔の部分を囲む矩形領域）を含む画素行が「高解像度モード」の領域として設定され、それ以外の領域を含む画素行が「低解像度モード」の領域として設定される。なお、この場合、高解像度領域と低解像度領域の比率を一定にすることにより、読み出し時間を一定にして、フレームレートを固定にすることができる。

以上のように構成された撮像装置１について、図面を参照してその動作を説明する。

図２および図３は、本実施の形態の撮像装置１の動作を説明するための説明図である。図２には、合焦対象である人物の顔が画像の中央に位置している場合が示されている。この場合、信号処理ユニット４では、対象物認識アルゴリズムを用いて、画像の中央にある人物の顔が合焦対象として認識される。コントロールユニット９では、合焦領域（例えば、顔の部分を囲む矩形領域）を含む画素行の情報が位置情報として算出され、その位置情報に基づいて、信号処理ユニット４では、画像の中央の行の部分が高解像度モードの領域（高解像度領域）として設定され、中央の行以外の部分（上下の行の部分）が低解像度モードの領域（低解像度領域）として設定される。

図３には、合焦対象である人物の顔が画像の中央から画像の上部に移動した場合が示されている。合焦対象が画像の中央から画像の上部に移動したのに伴い、信号処理ユニット４では、画像の上部にある人物の顔が合焦対象として認識される。コントロールユニット９では、移動後の合焦領域（例えば、顔の部分を囲む矩形領域）を含む画素行の情報が位置情報として算出され、その位置情報に基づいて、信号処理ユニット４では、画像の上部の行の部分が高解像度モードの領域（高解像度領域）として設定され、上部の行以外の部分（中央および下部の行の部分）が低解像度モードの領域（低解像度領域）として設定される。

なお、本実施の形態のオートフォーカス制御では、高解像度領域の中の合焦領域の評価値を合焦評価値演算ユニット５で算出し、その結果を信号処理ユニット４へフィードバックする。そして、信号処理ユニット４では、レンズ駆動量を決定し、このレンズ駆動量をレンズ駆動部８へ設定することにより撮像レンズを動作させる。この動作は、合焦評価値演算ユニット５で算出される合焦評価値が最大になるまで続けられる。また、高解像度領域の設定およびオートフォーカス制御は、画像における合焦対象の位置が変化する毎に行なわれる。

このような本発明の実施の形態の撮像装置１によれば、オートフォーカス制御の合焦領域の解像度を高くすることができるとともに、オートフォーカス制御時に合焦領域以外の領域の撮像を続けることができる。

すなわち、本実施の形態では、撮像手段で撮影された画像の一部である合焦領域（オートフォーカス制御の合焦領域）の解像度を高くすることができる。つまり、合焦対象（合焦しようとする撮影対象）を撮像する領域で、高解像度の画像を得ることができる。また、オートフォーカス制御時にも、合焦領域以外の領域（他の領域）の撮像を続けることができる。したがって、オートフォーカス制御時に他の領域で起きている画像の変化にも対応することが可能になる。

また、本実施の形態では、画素行を単位として高解像度領域が設定される。例えば、高解像度領域（合焦領域）では全画素行の映像信号が出力され、その他の領域では所定の比率で間引かれた画素行の映像信号が出力される。これにより、全画素領域で全画素行の映像信号が出力される場合に比べて、映像信号の出力に要する時間を短縮することができるとともに、出力される映像信号のデータ量を小さくすることができ、フレームレートを高くすることができる。

また、本実施の形態では、全画素領域のなかで合焦領域の位置が変化したときには、その合焦領域の位置の変化に追従するように高解像度領域が設定される。したがって、合焦領域の位置の変化にも適切に対応することが可能になる。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

例えば、以上の説明では、合焦領域を１つであるものとして説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、合焦領域は複数設定してもよい。合焦領域に応じて、高解像度領域及び低解像度領域とする範囲を切り替えて設定することにより、より高度な機能を持たせることが可能である。

また、以上の説明では、高解像度領域においては全画素読み出しを行なうものとして説明した。しかし、高解像度領域においても間引き読み出しを行なうことは可能である。この場合、高解像度領域以外の領域、つまり低解像度領域においては、さらに間引きの割合を高くして高解像度との差をつければよい。これにより、上記の実施の形態と比べると合焦領域の解像度は低下するものの、映像信号の情報量が小さくなるため、フレームレートを更に高くすることが可能になる。

以上のように、本発明にかかる撮像装置は、オートフォーカス制御の合焦領域の解像度を高くすることができるとともに、オートフォーカス制御時に合焦領域以外の領域の撮像を続けることができるという効果を有し、デジタルカメラ等として有用である。

１ 撮像装置
２ 撮像素子
３ タイミング信号発生器（タイミングジェネレータ）
４ 信号処理ユニット（信号処理回路）
５ 合焦評価値演算ユニット（ＡＦ評価値演算回路）
６ 映像出力部
７ 撮影レンズ（レンズ）
８ レンズ駆動部
９ コントロールユニット（ＣＰＵ）
１０ 外部接続インターフェース（外部接続ＩＦ）

Claims (5)

1. 二次元的に配列された複数の画素を有する撮像手段と、
   前記撮像手段から得られた映像信号に基づいて、前記複数の画素で構成される全画素領域に含まれる一部の画素領域を合焦領域としたオートフォーカス制御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の合焦領域を、前記全画素領域に含まれる前記合焦領域以外の他の画素領域に比べて高解像度の映像信号を出力する高解像度領域に設定する高解像度領域設定手段と、
   前記合焦領域の映像信号とともに、前記他の画素領域の映像信号を出力する映像信号出力手段と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記高解像度領域設定手段は、前記全画素領域における画素行を単位として、前記高解像度領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記高解像度領域設定手段は、前記全画素領域における前記合焦領域の位置が変化したときに、変化した前記合焦領域の位置に応じて前記高解像度領域を設定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。
4. 二次元的に配列された複数の画素を有する撮像手段から得られた映像信号に基づいて、前記複数の画素で構成される全画素領域に含まれる一部の画素領域を合焦領域としたオートフォーカス制御を行うことと、
   前記オートフォーカス制御の合焦領域を、前記全画素領域に含まれる前記合焦領域以外の他の画素領域に比べて高解像度の映像信号を出力する高解像度領域に設定することと、
   前記合焦領域の映像信号とともに、前記他の画素領域の映像信号を出力することと、
   を含むことを特徴とするオートフォーカス制御方法。
5. コンピュータに、
   二次元的に配列された複数の画素を有する撮像手段から得られた映像信号に基づいて、前記複数の画素で構成される全画素領域に含まれる一部の画素領域を合焦領域としたオートフォーカス制御を行う処理と、
   前記オートフォーカス制御の合焦領域を、前記全画素領域に含まれる前記合焦領域以外の他の画素領域に比べて高解像度の映像信号を出力する高解像度領域に設定する処理と、
   前記合焦領域の映像信号とともに、前記他の画素領域の映像信号を出力する処理と、
   を実行させることを特徴とするプログラム。