JP2012060371A - 撮像システムおよび画素信号読出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コントラスト検出方式のオートフォーカスを高速に行うとともに視認性の高い合焦確認画像を表示する。
【解決手段】ライブビュー中にオートフォーカス（ＡＦ）開始要求が検出されると（Ｓ１００）、手ブレ量、焦点距離から拡大合焦画像の視認性度合いが算出される（Ｓ１０２）。視認性度合いに応じて合焦に利用する領域（ＣＡＦ領域）の大きさに対応するフレームレートを選択する（Ｓ１０４〜Ｓ１０８）。選択されたフレームレートに切替え（Ｓ１１０）、ＣＡＦ領域のみから画像信号を読出し、コントラストＡＦ（ＣＡＦ）処理を実行する（Ｓ１１２）。合焦後、ＣＡＦ領域の画像をモニタに拡大表示する。
【選択図】図６

Description

本発明は、撮像素子から画像信号を読み出す装置およびその方法に関する。

デジタルカメラのオートフォーカス（ＡＦ）では、コントラスト検出方式が一般的に用いられ、合焦された画像は撮影者が確認するために、カメラのディスプレイに一時的に表示される。しかし、通常カメラに設けられるディスプレイの大きさは、合焦画像全体を表示して合焦状態を確認するには十分な大きさではない。このような問題に対しては、合焦画像内で合焦の程度が最も高い領域をディスプレイに拡大表示し、更にその中で最も合焦しているサブブロックを枠で囲い明示する構成が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００４−２４２０１０号公報

オートフォーカスでは、特に高速な処理が求められ、従来のコントラスト検出方式のオートフォーカスでは、実効画素領域全体を読み出しているため高速な合焦を行うことができない。

本発明は、コントラスト検出方式のオートフォーカスを高速に行うとともに視認性の高い合焦確認画像を表示することを課題としている。

本発明の撮像システムは、撮像素子の有効画素領域の中から合焦に用いる領域を設定する領域設定手段と、有効画素領域のうち領域の画素信号のみを撮像素子から読み出す画素信号読出手段とを備え、領域設定手段が少なくとも焦点距離または手ブレ量の一方に基づいて領域の大きさを設定することを特徴としている。

上記領域は、焦点距離または手ブレ量が大きいほど大きく、画素信号読出手段は、領域の大きさに対応したフレームレートで画素信号を読み出す。また領域設定手段は、焦点距離および手ブレ量の両者に基づいて領域の大きさを設定することが好ましい。更に、上記領域の合焦後の画像はモニタに拡大表示される。

本発明のデジタルカメラは、上記の撮像システムを備えたことを特徴としている。

本発明の画素信号読出し方法は、焦点距離または手ブレ量の少なくとも一方に基づいて撮像素子の有効画素領域の中から合焦に用いる領域の大きさを設定し、有効画素領域のうち上記領域の画素信号のみを撮像素子から読み出すことを特徴としている。

本発明によれば、コントラスト検出方式のオートフォーカスを高速に行うとともに視認性の高い合焦確認画像を表示することができる。

本実施形態のデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 広角レンズでの撮影における撮像素子の実効画素領域（有効画素領域）と、フォーカスポイントの関係を示す図である。 図２の状態において設定されるＣＡＦ領域の一例を示す図である。 望遠レンズでの撮影における被写体と図２のＣＡＦ領域との関係を示す図である。 図４の望遠レンズでの撮影において設定されるＣＡＦ領域の一例を示す図である。 本実施形態の画素信号読出し方法を利用したオートフォーカス処理の手順を示すフローチャートである。 焦点距離とフレームレートの関係を示すグラフである。 手ブレ量とフレームレートの関係を示すグラフである。 焦点距離、手ブレ量、フレームレートの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態であるデジタルカメラの概略的な構成を示すブロック図である。

デジタルカメラ１０は、例えばデジタル一眼レフカメラである。レンズ群１１から入射した光は、絞り１２、カラーフィルタアレイ１３を通して撮像素子１４の撮像面で結像する。撮像素子１４は撮像素子ドライバ１５からの駆動信号に基づいて制御される。撮像素子１４で検出された画像信号は、画像信号処理回路１６へと送られ、従来周知の様々な画像信号処理が施された後、必要に応じてモニタ１７に表示される。

レンズ群１１におけるレンズの位置は、ＡＦ制御部１９により制御され、これによりオートフォーカス処理が実行される。また、絞り１２の開閉は、絞り制御部２０により制御される。なお、撮像素子ドライバ１５、ＡＦ制御部１９、絞り制御部２０は制御部２１からの指令に基づいて制御され、制御部２１は操作部２２からの信号に基づいて、後述するオートフォーカス処理を含む各種所定の処理を実行する。なお、操作部２２には、例えばレリーズスイッチ、ＡＦボタン、各種ダイヤルスイッチ、タッチパネル等が含まれる。

また、本実施形態のデジタルカメラ１０は、レンズ群１１の焦点距離を検出する焦点距離検出部１８と、カメラ本体の動きを検出して手ブレ量を検出する手ブレ検出部２３を備える。焦点距離検出部１８および手ブレ検出部２３からの信号は制御部２１に入力される。

次に図２〜図５を参照して、本実施形態のＣＡＦ処理における画像信号の読出し動作の概要について説明する。

図２において、領域Ａ１は撮像素子１４の実効画素領域（有効画素領域）に対応し、４つの括弧記号Ｂ１〜Ｂ４で四隅が囲まれる領域はフォーカスポイントを示す。すなわちＣＡＦ処理は、この領域を中心とする画像のコントラストを参照して行われる。

また、本実施形態では、高速なＣＡＦ処理を実現するため、実効画素領域（有効画素領域）Ａ１のうち部分的な画像領域（ＣＡＦ領域）のみを高速フレームレートで撮像素子１４から読み出しＣＡＦ処理を実行する。そして合焦されたＣＡＦ領域の画像をモニタ１７に一定時間拡大表示する。

図３には、図２においてＣＡＦ領域として読み出される領域Ａ２が示される。すなわち、本実施形態では、括弧記号Ｂ１〜Ｂ４で囲まれる領域を中心とする所定の領域Ａ２の画素信号のみが高速フレームレートで撮像素子１４から読み出され、ＡＦ制御部１９と協働してＣＡＦ処理が実行される。なお、図２、３は、ズームレンズの広角（焦点距離が短い）側あるいは広角の単焦点レンズで撮影される場合に対応する。

一方、図４は、図２の画像をズームレンズの望遠（焦点距離が長い）側あるいは望遠の単焦点レンズで撮影する場合に対応する。このときＣＡＦ領域を図３と同じ領域Ａ２に設定し、この領域を同倍率でモニタ１７に拡大表示すると、画角が狭くなった分手ブレによる影響も増幅され、合焦の確認が困難になる。

すなわち、焦点距離が長い場合（望遠側の場合）や手ブレの影響を受ける場合など構図の変動が激しい場合、ＣＡＦ領域が狭いと合焦の確認が困難となる。特に、望遠側では、手ブレの影響が大きいためこの問題は顕著である。

以上のことから、本実施形態では、焦点距離および／または手ブレの程度に応じてフレームレートを制御し、ＣＡＦ領域の大きさを調整し、合焦確認を容易にする。図５は、図４と同じ画角（焦点距離）で被写体が撮影される場合に、焦点距離に合わせてＣＡＦ領域を領域Ａ２よりも広い領域Ａ３に調整した場合を例示する。すなわち、焦点距離が長くおよび／または手ブレ量が大きいほどＣＡＦ領域として広い領域が設定され、フレームレートには低い値が設定される。

次に図６のフローチャートを参照して、制御部２１を中心に実行される本実施形態における高速ＣＡＦ処理の手順について説明する。

図６に示される処理は、モニタにライブビューが表示されているときに実行される。ステップＳ１００においてＡＦ開始要求が検出されると、本実施形態の高速ＣＡＦ処理が開始される。すなわち、ステップＳ１００では、例えばコンティニュアスＡＦモードが選択された状態で、オートフォーカス（ＡＦ）開始要求があったか否かが判断される。なお、本実施形態では、高速ＣＡＦ処理が固定フォーカスポイントを利用したコンティニュアスＡＦモードで使用される場合を例に説明するが、動体追尾式のオートフォーカスにも応用でき、コンティニュアスＡＦモード以外であってもよい。

ステップＳ１０２では、図１の焦点距離検出部１８において検出される焦点距離および手ブレ検出部２３において検出される手ブレ量から、視認性度合いが算出される。なお、視認性度合いは、例えば焦点距離と手ブレ量を独立した２つのパラメータとし、これらの組に、３つのフレームレート（すなわち３つの大きさのＣＡＦ領域）を予め対応させたテーブルを参照することで決定される。

焦点距離が長くかつ／または手ブレ量が大きく、視認性度合いが相対的に低いと判定された場合（合焦の確認が困難な場合）には、ステップＳ１０４において相対的に低いフレームレート（相対的に大きいＣＡＦ領域）が選択され、視認性度合いが相対的に中程度と判定された場合には、ステップＳ１０６において相対的に中間のフレームレート（相対的に中程度の大きさのＣＡＦ領域）が選択される。また、例えば焦点距離が短くかつ／または手ブレ量が小さく、視認性度合いが相対的に高いと判定された場合（合焦の確認が容易な場合）には、ステップＳ１０８において相対的に高いフレームレート（相対的に小さいＣＡＦ領域）が選択される。

ステップＳ１１０では、撮像素子１４のフレームレートが、ステップＳ１０４〜Ｓ１０８の何れかで選択されたフレームレートに切り替えられる。ステップＳ１１２では、ステップＳ１１０で設定されたフレームレートの下、対応するＣＡＦ領域からのみ画像信号が読み出されＣＡＦ処理が実行される。すなわち、ＡＦ制御部１９（図１参照）と協働して順次撮像されるＣＡＦ領域の画像のコントラストを比較して従来周知のＣＡＦ処理が実行される。また、このとき読み出されたＣＡＦ領域の画像は、例えば順次モニタ１７に拡大表示される。

ステップＳ１１２のＣＡＦ処理が完了するとステップＳ１１４において、合焦されたＣＡＦ領域の画像がモニタ１７（図１参照）に拡大して表示される。なお、拡大表示では、ＣＡＦ領域の画像がモニタ１７上で同じ大きさになるように拡大される。

その後、ステップＳ１１６では、レリーズスイッチがオンされたか否かが判定される。レリーズスイッチがオンされていれば、本処理は終了し、通常の撮像処理が開始される。一方、レリーズスイッチがオンされていなければ、処理はステップＳ１００に戻り、ＣＡＦ開始要求があるまで待機する。

なお、ステップＳ１１４において合焦画像の拡大表示を行った後、所定時間経過後に、通常のスルー画像の表示（全画角表示）に戻し、カメラがパンされる、被写体が移動するなどして画像に大きな変化が検出された場合に、ＡＦ開始要求が再度あったものとして（Ｓ１００）、ステップＳ１０２以下の処理を繰り返す構成とすることもできる。このとき画像の変化の検出には、例えば顔検出やパターン認識などのアルゴリズムが用いられる。また、Ｓ１００〜Ｓ１１６の処理は、例えばレリーズスイッチが半押しされている状態や、専用のＣＡＦボタンが押されている状態において繰り返される。これにより、ＡＦ動作中であることの認識や、合焦画像が確認ができ、更に拡大表示期間外では通常撮影動作によるスルー画像の表示により構図調整も容易に行うことができる。

なお、上記例では、視認性度合いを３段階に分け、これに対応して３つのフレームレート（３つの大きさのＣＡＦ領域）を用意したが、視認性度合いとフレームレート（ＣＡＦ領域の大きさ）の関係を、より細かく設定することもでき、また数式で連続的に対応付けることも可能である。図７〜９には、焦点距離、手ブレ量と、フレームレートの代表的な対応付けがグラフとして描かれる。

図７は、焦点距離とフレームレートの関係を示し、焦点距離が大きくなるとフレームレートはそれに相関して低くなる。図８は、手ブレ量とフレームレートの関係を示し、手ブレ量が大きくなるとフレームレートはそれに相関して低くなる。図９は、焦点距離、手ブレ量をパラメータとしたときの、視認性度合いを示すもので、手ブレ量が同じであれば、焦点距離が長いほどフレームレートが低くなり、焦点距離が同じであれば手ブレ量が大きくなるほどフレームレートが低くなる。

以上のように本実施形態によれば、コントラスト検出方式のオートフォーカスを高速に行うとともに、常に視認性の高い合焦確認画像を表示することができる。

なお、本実施形態では、一眼レフを例に説明を行ったが、本発明が適用されるデジタルカメラは、一眼レフに限定されるものではなく、例えば携帯電話などを含むデジタルカメラ機能を備える様々な装置に適用可能である。また単焦点レンズを用いる場合には、焦点距離は、鏡筒のメモリなどから読み出される。

１０ デジタルカメラ
１１ レンズ群
１２ 絞り
１３ カラーフィルタアレイ
１４ 撮像素子
１５ 撮像素子ドライバ
１６ 画像信号処理回路
１７ モニタ
１８ 焦点距離検出部
１９ ＡＦ制御部
２０ 絞り制御部
２１ 制御部
２２ 操作部
２３ 手ブレ検出部

Claims (7)

1. 撮像素子の有効画素領域の中から合焦に用いる領域を設定する領域設定手段と、
   前記有効画素領域のうち前記領域の画素信号のみを前記撮像素子から読み出す画素信号読出手段とを備え、
   前記領域設定手段が、少なくとも焦点距離または手ブレ量の一方に基づいて前記領域の大きさを設定する
   ことを特徴とする撮像システム。
2. 前記焦点距離または前記手ブレ量が大きいほど、前記領域が大きいことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記画素信号読出手段が、前記領域の大きさに対応したフレームレートで画素信号を読み出すことを特徴とする請求項２に記載の撮像システム。
4. 前記領域設定手段が、前記焦点距離および前記手ブレ量に基づいて前記領域の大きさを設定することを特徴とする請求項２または請求項３の何れか一項に記載の撮像システム。
5. 前記領域の合焦後の画像がモニタに拡大表示されることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載の撮像システム。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の撮像システムを備えたことを特徴とするデジタルカメラ。
7. 焦点距離または手ブレ量の少なくとも一方に基づいて撮像素子の有効画素領域の中から合焦に用いる領域の大きさを設定し、前記有効画素領域のうち前記領域の画素信号のみを前記撮像素子から読み出すことを特徴とする画素信号読出し方法。
   

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