JP2013113903A

JP2013113903A - 撮像装置及び撮像方法

Info

Publication number: JP2013113903A
Application number: JP2011257644A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Komata; 芳信小俣; Kazuya Kobayashi; 一也小林; Kazumasa Kunugi; 和正功刀; Yukie Hashimoto; 幸恵橋本
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2013-06-10
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: CN103562769B; US20140132824A1; WO2013077073A1; JP5325966B2; US8872963B2; CN103562769A

Abstract

【課題】インターレース方式を用いて撮像素子から読み出された画像信号を用いてコントラストＡＦを行う場合であっても、精度の低下や演算量の大幅な増加なしに、高速かつ高精度のオートフォーカスが可能な撮像装置及び撮像方法を提供すること。
【解決手段】ＡＦ処理部１１７は、撮像素子１０６からインターレース方式で読み出された画像信号から、ＡＦ評価値を算出する。続いて、ＡＦ処理部１１７は、連続する複数フィールドのＡＦ評価値が連続して増減を繰り返す分布であるか否かを判断する。ＡＦ評価値が連続して増減を繰り返す分布である場合に、ＡＦ処理部１１７は、隣接するフィールド間のＡＦ評価値の中間値を算出し、第１の補間演算によって中間値の補間曲線を求めて合焦位置を算出する。また、ＡＦ評価値が連続して増減を繰り返す分布でない場合に、ＡＦ処理部１１７は、連続するフィールドのＡＦ評価値の補間曲線を求めて合焦位置を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インターレース方式で画像信号を読み出す撮像素子を有する撮像装置及びそのような撮像装置を用いた撮像方法に関する。

近年、デジタルカメラは、その普及に目を見張るものがあり、性能も日々進歩している。また、近年のデジタルカメラは、様々な機能を有し、これによって、撮影者は、技量によらずに品質の高い写真を撮影できるようになってきている。オートフォーカス機能も、それら機能の１つである。シャッタチャンスを逃さないためには、オートフォーカス機能の利用時における合焦位置の検出に要する時間をなるべく短くする必要がある。

オートフォーカスの方式は、大別するとアクティブ方式とパッシブ方式とに分類することができる。
アクティブ方式は、カメラから被写体に赤外線等の補助光を照射し、この補助光の被写体からの反射光を検出することによって、カメラから被写体までの距離を測定し、この距離に応じてフォーカスレンズを駆動する方式である。このアクティブ方式は、一部のデジタルビデオカメラ等に用いられている。

パッシブ方式は、撮像レンズを通ってきた被写体からの光束に基づいて測距を行う方式であり、位相差方式とコントラスト方式とに分けられる。位相差方式は、撮像レンズの瞳を一対の領域に分割し、分割された瞳領域を通過する光束が形成する一対の像の相対的な位置変化を検出することによって、合焦位置を検出する方式で、デジタル一眼レフカメラに多く用いられている。コントラスト方式（以下、コントラストＡＦと言う）は、コンパクトデジタルカメラに多く用いられ、フォーカスレンズの位置を光軸方向に沿って移動させながら、撮像素子から画像信号を読み出し、フレーム毎に得られた画像信号からコントラストを評価するためのＡＦ評価値を算出し、このＡＦ評価の最大（ピーク）値を検出し、ＡＦ評価値のピーク値が得られるフォーカスレンズ位置を合焦位置とする方式である。

ここで、コントラストＡＦにおける合焦位置の検出を高速に行うための１つの手法として、撮像素子からの画像信号の読み出しのフレームレートを上げることが考えられる。読み出しのフレームレートを上げるための１つの方式として、インターレース方式がある。インターレース方式とは、１つのフレームを複数（例えばＯｄｄ（奇数）フィールドとＥｖｅｎ（偶数）フィールドの２つ）のフィールドに分け、それぞれのフィールドで撮像素子の異なる画素からの画像信号を読み出す方式である。このようなインターレース方式により、撮像素子からの読み出しのフレームレートを高くすることが可能である。

撮像素子からの画像信号の読み出し方式としてインターレース方式を採用すると、読み出しのフレームレートを上げることはできるものの、ＡＦ精度が低下する。このＡＦ精度の低下について図６を参照して説明する。図６は、２フィールド読み出しの例を示しており、Ｃ１及びＣ３が、Ｏｄｄ（奇数）フィールドのＡＦ評価値を表している。また、Ｃ２及びＣ４が、Ｅｖｅｎ（偶数）フィールドのＡＦ評価値を表している。インターレース方式で画像信号を読み出す場合、ＯｄｄフィールドとＥｖｅｎフィールドとでは、ＡＦ評価値の算出エリアが、空間的に一致しないていない。このため、同じフォーカスレンズ位置であっても、撮影シーンによっては、Ｏｄｄフィールドで算出されるＡＦ評価値とＥｖｅｎフィールドで算出されるＡＦ評価値とで値が異なる可能性がある。

前述したように、コントラストＡＦにおいては、ＡＦ評価値のピーク位置を検出する。ここで、フォーカスレンズの駆動速度が高速になると、ＡＦ評価値を取得する間隔も広くなり、真のピーク位置のＡＦ評価値を取得できなくなる可能性が増大する。したがって、真のピーク位置を検出するために、補間演算が必要となる。例えば、図６では、Ｃ３がＡＦ評価値の仮のピーク位置であると判定される。補間演算では、この仮のピーク位置Ｃ３を含む、３点のＡＦ評価値Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を通る補間曲線を算出し、この補間曲線の極大値を求めることにより、ピーク位置が算出される。

ここで、前述したように、ＯｄｄフィールドとＥｖｅｎフィールドとでは、ＡＦ評価値の変化の仕方が大きく異なる可能性があるため、補間演算により、真のピーク位置とは異なったピーク位置が算出されることがある。誤ったピーク位置が算出されると、真の合焦位置とはずれた位置を合焦位置としてフォーカスレンズが駆動されるので、ＡＦ精度が低下する。

このようなインターレース方式を用いた場合のコントラストＡＦにおけるＡＦ精度の低下に対し、特許文献１では、撮像素子から得られる画像信号の高域成分を１フィールド毎に第１のＡＦ評価値として取得して、取得した第１のＡＦ評価値を連続した２フィールド毎に加算した評価値を第２の評価値として演算し、この第２の評価値が最大（極大）になるようにフォーカスレンズの位置を調整するようにしている。

また、特許文献１と類似する提案として、特許文献２では、それぞれのフォーカスレンズ位置において複数フィールドの画像信号を取得し、この複数フィールドの画像信号を合算し、この合算した画像信号からＡＦ評価値を算出してコントラストＡＦを行うようにしている。特許文献２では、合算した画像信号を用いることにより、被写体が低輝度であっても合焦位置の検出が可能となる。

特開平１−２６８３６６号公報特開２００３−１４００３２号公報

しかし、撮影シーンによっては、複数フィールドのＡＦ評価値の加算値を使用しなくても精度の良いオートフォーカスが実現できる場合がある。特許文献１は、撮影シーンによらずに、第２の評価値を演算している。したがって、第２の評価値を演算するために第１のＡＦ評価値を余分に必要とする場合には、第１のＡＦ評価値のみを用いてオートフォーカスを行う場合よりもオートフォーカスに時間がかかる。

また、特許文献２においても撮影シーンによらずに、フィールド間の各ピクセルを合成してからＡＦ評価値を算出するので、演算量が多くなり易い。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、インターレース方式を用いて撮像素子から読み出された画像信号を用いてコントラストＡＦを行う場合であっても、精度の低下や演算量の大幅な増加なしに、オートフォーカスが可能な撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様の撮像装置は、フォーカスレンズを駆動するレンズ駆動部と、前記フォーカスレンズを介して被写体を撮像して画像信号を得る撮像素子と、前記撮像素子で得られた画像信号をインターレース方式で読み出し、該インターレース方式で読み出されたそれぞれのフィールドの画像信号からＡＦ評価値を算出する評価値算出部と、連続する複数の前記ＡＦ評価値が増減を繰り返す分布であるか否かを判断する判断部と、前記複数のＡＦ評価値が増減を繰り返す分布であると判断された場合には、前記複数の隣接するＡＦ評価値の中間値から補間曲線を求めて合焦位置を算出する第１の補間演算を行い、前記ＡＦ評価値が増減を繰り返す分布であると判断された場合には、前記ＡＦ評価値の補間曲線を求めて合焦位置を算出する第２の補間演算を行う合焦位置算出部と、前記レンズ駆動部を制御し、前記合焦位置に前記フォーカスレンズを駆動させる制御部と、を具備することを特徴とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第２の態様の撮像方法は、レンズ駆動部が、フォーカスレンズを駆動し、撮像素子が、前記フォーカスレンズを介して被写体を撮像して画像信号を得て、評価算出部が、前記撮像素子で得られた画像信号をインターレース方式で読み出し、該インターレースで読み出されたそれぞれのフィールドの画像信号からＡＦ評価値を算出し、判断部が、連続する複数の前記ＡＦ評価値が、増減を繰り返す分布であるか否かを判断し、合焦位置算出部が、前記複数のＡＦ評価値が増減を繰り返す分布であると判断された場合には、前記複数の隣接するＡＦ評価値の中間値から補間曲線を求めて合焦位置を算出する第１の補間演算を行い、前記ＡＦ評価値が前記分布でないと判断された場合には、前記ＡＦ評価値の補間曲線を求めて合焦位置を算出する第２の補間演算を行い、制御部が、前記レンズ駆動部を制御し、前記合焦位置に前記フォーカスレンズを駆動させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、インターレース方式を用いて撮像素子から読み出された画像信号を用いてコントラストＡＦを行う場合であっても、精度の低下や演算量の大幅な増加なしに、オートフォーカスが可能な撮像装置及び撮像方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る撮像装置の自動焦点調節（ＡＦ）の動作を抽出して示したフローチャートである。方向判別について説明するための図である。ピーク位置検出処理について示すフローチャートである。ギザギザ形状の判断について説明するための図である。従来のピーク位置検出について説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。ここで、本実施形態における撮像装置は、コントラスト方式のオートフォーカス機能を有する各種の撮像装置が適用可能である。なお、本実施形態では撮像装置の例としてデジタルカメラを用いて説明する。

図１に示す撮像装置（デジタルカメラ）は、フォーカスレンズ１０１と、レンズ駆動部１０２と、絞り１０３と、絞り駆動部１０４と、システムコントローラ１０５と、撮像素子１０６と、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路１０７と、増幅回路（ＡＭＰ）１０８と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部１０９と、ユーザインターフェイス（ＵＩ）制御部１１０と、ＵＩ１１１と、バス１１２と、画像処理部１１３と、撮像素子駆動部１１４と、メモリ１１５と、ＡＥ処理部１１６と、ＡＦ処理部１１７と、を有している。また、図１には、示していないが、撮像装置は、画像を表示するための表示部や画像を記録するための記録部を有していても良い。

フォーカスレンズ１０１は、図示しない被写体からの光束を撮像素子１０６に結像させる。このフォーカスレンズ１０１は、光軸方向に駆動自在に構成されている。フォーカスレンズ１０１を駆動することにより、フォーカスレンズ１０１の被写体に対する合焦状態が変化する。ここで、フォーカスレンズ１０１を、ズームレンズ等の他のレンズと組み合わせて用いるようにしても良い。

レンズ駆動部１０２は、モータとモータドライバとを有している。このレンズ駆動部１０２は、システムコントローラ１０５からの指示を受けて、フォーカスレンズ１０１を、その光軸方向に駆動する。

絞り１０３は、開閉自在に構成され、フォーカスレンズ１０１を介して撮像素子１０６に入射する光束を制限する。絞り１０３の径によって、撮像素子１０６の露出量を制御することが可能である。

絞り駆動部１０４は、モータとモータドライバとを有している。絞り駆動部１０４は、システムコントローラ１０５からの指示を受けて、絞り１０３を駆動する。

システムコントローラ１０５は、デジタルカメラの各部の動作を制御する。本実施形態におけるシステムコントローラ１０５は、制御部としての機能を有し、例えばレンズ駆動部１０２を制御することにより、フォーカスレンズ１０１の位置を制御する。この際、システムコントローラ１０５は、ＡＦ処理部１１７から出力されたレンズ位置データに従って、フォーカスレンズ１０１を合焦位置に駆動する。また、システムコントローラ１０５は、絞り駆動部１０４を制御して、絞り１０３の径を制御したり、撮像素子駆動部１１４を制御して、撮像素子１０６からの画像信号の読み出しタイミングを制御したりもする。

撮像素子１０６は、多数の受光素子が画素としてマトリクス状に配置されてなる光電面を有している。また、撮像素子１０６の光電面には、例えばＲＧＢの各色に対応した色フィルタがモザイク状に配置されている。このような構成の撮像素子１０６において、フォーカスレンズ１０１を通過した被写体からの光束は、光電面において電荷に変換される。各画素の露出時間は、撮像素子駆動部１１４から与えられる電子シャッタ駆動信号によって制御される。撮像素子１０６の各画素で得られた電荷は、画像信号として、撮像素子駆動部１１４から与えられる垂直転送クロック信号及び水平転送クロック信号に同期して読み出される。

ＣＤＳ回路１０７は、撮像素子１０６から出力された画像信号における暗電流ノイズを除去するためのＣＤＳ（相関二重サンプリング）を行う。ＡＭＰ１０８は、ＣＤＳ回路１０７から出力された画像信号のゲイン調整を行う。Ａ／Ｄ変換部１０９は、ＡＭＰ１０８から出力されたアナログの画像信号を、デジタルの画像データに変換する。

ＵＩ制御部１１０は、利用者によるユーザインターフェイス（ＵＩ）１１１の入力に応じた入力情報を、システムコントローラ１０５に伝達する。ＵＩ１１１は、シャッターボタン、電源ボタン、ズームボタン、タッチパネル等の、利用者が操作可能に構成された各種のインターフェイスである。例えば、シャッターボタンが半押しされることにより、ＵＩ制御部１１０を介してシステムコントローラ１０５に撮影準備動作開始の指示がなされる。また、シャッターボタンが全押しされることにより、ＵＩ制御部１１０を介してシステムコントローラ１０５に撮影動作開始の指示がなされる。

バス１１２は、デジタルカメラにおいて発生した各種のデータを転送するための転送路である。
画像処理部１１３は、メモリ１１５に書き込まれた画像データに対してカラー化等の画像処理を行う。前述したようなＲＧＢの各色に対応した色フィルタ（原色系ベイヤ配列の色フィルタ）を有する撮像素子１０６の場合、各画素から出力される画像信号は、Ｒ，Ｇ，Ｂの何れかの情報しか有していない。このような画像信号に対応した画像を表示等するためには、カラー化の処理が必要となる。画像処理部１１３は、カラー化の処理として、補間処理によって、単板の画像データから３板の画像データを生成する。３板の画像データとは、各画素が、ＲＧＢの情報を有している画像データである。この他、画像処理部１１３は、カラー化した画像データから輝度信号及び色差信号を生成する処理、さらにはホワイトバランス補正処理、ガンマ補正処理、コントラスト補正処理、輪郭強調処理等も行う。

撮像素子駆動部１１４は、システムコントローラ１０５の制御に従って、撮像素子１０６に、電子シャッタ駆動信号を与える。また、撮像素子駆動部１１４は、読み出し機能も有し、システムコントローラ１０５の制御に従って、撮像素子１０６に、垂直転送クロック信号及び水平転送クロック信号を与える。ここで、本実施形態における撮像素子１０６は、インターレース方式で画像信号を読み出す。例えば、撮像素子１０６からの画像信号の読み出しを２フィールド読み出しとした場合、Ｏｄｄフィールドでは、撮像素子１０６の奇数行の画素からの画像信号が、水平転送クロック信号が与えられる毎に順次読み出される。また、Ｅｖｅｎフィールドでは、撮像素子１０６の偶数行の画素からの画像信号が、水平転送クロック信号が与えられる毎に順次読み出される。なお、本実施形態では撮像素子駆動部１１４が画像信号の読み出しを行う例で説明をしたが、ＡＦ処理部１１７で行っても良い。

メモリ１１５は、Ａ／Ｄ変換部１０９で得られた画像データ、画像処理部１１３で処理された画像データ、ＡＥ処理部１１６及びＡＦ処理部１１７で使用するデータ等を一時的に保存する作業用のメモリである。本実施形態におけるメモリ１１５は、ＡＦ処理部１１７で得られた複数フィールドのＡＦ評価値も保存する。以後の説明においては、メモリ１１５が、少なくとも４フィールド分のＡＦ評価値を保存するものとする。

ＡＥ処理部１１６は、メモリ１１５に書き込まれた画像データから被写体輝度を算出する。ＡＥ処理部１１６は、算出した被写体輝度に従って、撮影パラメータを設定することも行う。撮影パラメータは、絞り１０３の径を設定するための値である絞り値及び撮像素子１０６の露出時間を設定するためのシャッタ速度等の露出条件、ホワイトバランス設定等の画像処理条件が含まれる。

評価値算出部としてのＡＦ処理部１１７は、ＵＩ制御部１１０によって設定されたエリア情報を用いて、画像データからＡＦ評価値を算出する。ＡＦ評価値は、例えば、エリア情報によって示される画像データ中の所定エリア内の高周波成分を積算することによって得られる。また、ＡＦ処理部１１７は、判断部及び合焦位置算出部としての機能も有し、ＡＦ評価値の変化を評価することによって、ＡＦ評価値の真のピーク位置を求めるための補間曲線を算出し、この補間曲線のピーク位置に対応したフォーカスレンズ位置を示すデータ（フォーカス位置データ）を、合焦位置としてシステムコントローラ１０５に伝達することも行う。なお、ＡＦ処理部１１７の一部又は全部の機能をシステムコントローラ１０５等に持たせるようにしても良い。また、前述したとおり、撮像素子１０６からの画像信号の読み出しをＡＦ処理部１１７で行っても良い。

次に、本実施形態に係る撮像装置を用いた撮像方法について説明する。図２に示すフローチャートは、撮像装置の動作フローチャートの内の自動焦点調節（ＡＦ）の動作を抽出して示している。ＡＦの動作以外は、従来の撮像装置の動作を適用することが可能である。

電源ボタンが押し下げされる等してカメラが起動されると、図２のフローチャートの動作が開始される。システムコントローラ１０５は、利用者により、合焦を開始するトリガとして例えばシャッターボタンが半押しされたかを判定している（Ｓ２０１）。Ｓ２０１において、シャッターボタンが半押しされていないと判定した場合に、システムコントローラ１０５は、Ｓ２０１の判定を行いつつ、待機する。この場合、ＡＦ動作は待機状態にある。このＡＦ動作の待機中に、スルー画像表示を行うようにしても良い。

Ｓ２０１において、シャッターボタンが半押しされたと判定した場合に、システムコントローラ１０５は、ＡＥ処理部１１６により、ＡＦ動作に入るための露出条件の設定を行う（Ｓ２０２）。この際、システムコントローラ１０５は、撮像素子１０６を動作させて画像データをメモリ１１５に取り込む。ＡＥ処理部１１６は、メモリ１１５に書き込まれた画像データから、被写体輝度を算出する。そして、ＡＥ処理部１１６は、算出した被写体輝度から、画像データの露出を適正とするような撮像素子１０６の露光時間（シャッタ速度）及び絞り１０３の径（絞り値）等の露出条件を算出し、算出した露出条件を、システムコントローラ１０５に伝達する。また、本実施形態ではメモリ１１５に書き込まれた画像データから被写体輝度を算出しているがＡ／Ｄ変換後の画像データを直接ＡＥ処理部１１６に入力して算出するようにしてもよい。

露出条件を設定した後、システムコントローラ１０５は、レンズ駆動部１０２を制御してフォーカスレンズ１０１の駆動を開始する（Ｓ２０３）。また、システムコントローラ１０５は、撮像素子駆動部１１４を制御して、Ｓ２０２で設定した露出条件で撮像素子１０６の駆動を開始する。ここで、本実施形態では、撮像素子１０６で得られた画像信号を、インターレース方式で読み出す。

フォーカスレンズ１０１及び撮像素子１０６の駆動開始後、システムコントローラ１０５は、１フィールド毎に、ＡＦ処理部１１７によってＡＦ評価値を算出させる（Ｓ２０４）。ＡＦ処理部１１７で算出されたＡＦ評価値は、メモリ１１５に保存される。前述したように、本実施形態においては、現在フィールドを含めて少なくとも４フィールド分のＡＦ評価値がメモリ１１５に保存される。本実施形態ではメモリ１１５に書き込まれた画像データからＡＦ評価値を算出するように構成されているが、Ａ／Ｄ変換後の画像データを直接ＡＦ処理部１１７に入力して算出するようにしてもよい。

次に、システムコントローラ１０５は、ＡＦ処理部１１７により、方向判別が完了したか否かを判定する（Ｓ２０５）。方向判別は、フォーカスレンズの駆動方向が正しいか否か、つまりＡＦ評価値が高くなる方向にフォーカスレンズ１０１を駆動しているか否かを判断するための処理である。
Ｓ２０５において、方向判別が完了していないと判定した場合に、システムコントローラ１０５は、ＡＦ処理部１１７に、方向判別処理を実行させる（Ｓ２０６）。
画像信号をインターレース方式で読み出す場合には、隣接する複数フィールドのＡＦ評価値の加算値によって方向判別を行う。ここでは、２フィールド読み出しの場合を例に説明する。前述したように、２フィールド読み出しは、画像の１フレームをＯｄｄフィールドとＥｖｅｎフィールドの２つのフィールドに分け、Ｏｄｄフィールドでは、撮像素子１０６の奇数行の画素からの画像信号を読み出し、Ｅｖｅｎフィールドでは、撮像素子１０６の偶数行の画素からの画像信号を読み出す読み出し方式である。まず、コントラストＡＦ中においては、図３に示すように、画像データが時系列で取得される。ここで、方向判別を行うフィールド（現在フィールド）の画像データをＦｎとし、このＦｎフィールドの画像データから算出されるＡＦ評価値をＣｎと定義する。２フィールド読み出しの場合は、現在フィールドを含む３フィールドのＡＦ評価値を用いて方向判別を行う。具体的には、これら３フィールドのＡＦ評価値のうち、隣接する２フィールド間のＡＦ評価値の加算値を算出し、これらの加算値の大小関係を比較する。Ｆ_ｎフィールドにおいて得られた加算値をＳ_ｎ、Ｆ_ｎ−１フィールドで得られた加算値をＳ_ｎ−１とすると、Ｓ_ｎ、Ｓ_ｎ−１は、それぞれ以下のように与えられる。
Ｓ_ｎ＝Ｃ_ｎ＋Ｃ_ｎ−１
Ｓ_ｎ−１＝Ｃ_ｎ−１＋Ｃ_ｎ−２
これらの加算値Ｓ_ｎ、Ｓ_ｎ−１の大小関係を比較し、Ｓ_ｎ−１＜Ｓ_ｎの場合には、ＡＦ評価値が増加している、即ちフォーカスレンズ１０１の駆動方向が現在の方向で正しいと判別する。一方、Ｓ_ｎ−１＞Ｓ_ｎの場合には、ＡＦ評価値が減少している、即ちフォーカスレンズ１０１の駆動方向が現在の方向と逆方向であると判別する。この場合、次のフィールドにおいては、フォーカスレンズ１０１の駆動方向を逆転させる。一旦、駆動方向が正しいと判別された後は、それ以後は、方向判別を行わなくとも良い。勿論、フィールド毎に方向判別を行うようにしても良い。

Ｓ２０５において、方向判別が完了していると判定した場合、システムコントローラ１０５は、ＡＦ処理部１１７に、ピーク位置検出処理を実行させる（Ｓ２０７）。ピーク検出処理では、Ｓ２０６において判別された駆動方向にフォーカスレンズ１０１を移動させながら、ＡＦ評価値のピーク位置を検出する。ピーク位置検出処理の詳細については後述する。ここで、ピーク位置とは、ＡＦ評価値のピーク値に対応したフォーカスレンズ１０１の位置である。このコントラストＡＦにおいて、ピーク位置を合焦位置と考えることができる。

Ｓ２０６における方向判別処理又はＳ２０７におけるピーク検出処理の後、システムコントローラ１０５は、ピーク位置検出が正常に行われたか否かを判定する（Ｓ２０８）。Ｓ２０８では、ピーク検出処理によってＡＦ評価値のピーク位置が検出されたか否か、及び検出されたピーク位置が必要条件を満たしている否かを判定する。

Ｓ２０８において、ピーク位置が検出されていないと判定した場合又は検出されたピーク位置が必要条件を満たしていないと判定した場合に、システムコントローラ１０５は、処理をＳ２０４に戻す。言い換えれば、ＡＦ評価値のピーク位置を検出するまで、システムコントローラ１０５は、Ｓ２０４〜Ｓ２０８のループ処理を繰り返す。なお、Ｓ２０４〜Ｓ２０８の処理中であってもフォーカスレンズ１０１の駆動は継続されており、ピーク位置が検出されるまで、フィールド毎のＡＦ評価値の算出やピーク位置検出が繰り返される。

また、Ｓ２０８において、ピーク位置を検出したと判定した場合、システムコントローラ１０５は、レンズ駆動部１０２を制御して、ＡＦ処理部１１７から伝達されたピーク位置に対応したフォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１０１を移動させる（Ｓ２０９）。その後、システムコントローラ１０５は、図２のフローチャートの動作を終了させる。これ以後は、利用者のシャッターボタンの全押し操作を受けて撮影動作を実行する。

次に、ピーク位置検出処理の詳細について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。ここでは、２フィールド読み出しのインターレース方式の場合のピーク位置検出処理を説明する。ＡＦ処理部１１７は、現在フィールドを基準として過去３フィールド前までのＡＦ評価値が連続して増減を繰り返す分布であるか否かを判定する（Ｓ３０１）。
連続して増減を繰り返す分布とは、４フィールドのＡＦ評価値Ｃｎ（ｎ＝１，２，３，４）が、図５に示すようにして、フォーカスレンズの位置変化に対して千鳥状に並ぶ（増減を繰り返す）形状のことを言うものとする。ＯｄｄフィールドとＥｖｅｎフィールドとで被写体のコントラストが大きく異なる場合には、ＡＦ評価値が、連続して増減を繰り返す分布になり易い。
ＡＦ評価値が連続して増減を繰り返す分布であるか否かは、ＡＦ評価値の大小関係を比較することによって判定する。具体的には、連続する２つのＡＦ評価値のそれぞれに対し、隣接するＡＦ評価値が共に小さい又は共に大きい関係にあるかを判断し、２つのＡＦ評価値の両方が共に小さい又は共に大きい関係であるか否かを判断することで、ＡＦ評価値が連続して増減を繰り返す分布であるか否かを判断する。より具体的には、以下の何れかの条件を満たすときに、ＡＦ評価値が連続して増減を繰り返す分布であると判定する。
Ｃ１＞Ｃ２かつ、Ｃ２＜Ｃ３かつ、Ｃ３＞Ｃ４
または、
Ｃ１＜Ｃ２かつ、Ｃ２＞Ｃ３かつ、Ｃ３＜Ｃ４

Ｓ３０１において、ＡＦ評価値が、連続して増減を繰り返す分布であると判定した場合、ＡＦ処理部１１７は、４フィールドのＡＦ評価値のうちのそれぞれ隣接する２フィールド間のＡＦ評価値の中間値（平均値）を算出する。図５では、ＡＦ評価値Ｃ１とＣ２の中間値をＭ１、ＡＦ評価値Ｃ２とＣ３の中間値をＭ２、ＡＦ評価値Ｃ３とＣ４の中間値をＭ３として示している。中間値を算出した後、ＡＦ処理部１１７は、中間値３点が「山型」になっているか否かを判定する（Ｓ３０２）。
「山型」形状とは、３フィールドの中間値Ｍｎ（ｎ＝１，２，３）が、図５に示すようにして、フォーカスレンズの位置変化に対して山型に並ぶ（増加、減少となる）形状のことを言うものとする。
中間値の変化が山型の変化であるか否かは、中間値の大小関係を比較することによって判定する。具体的には、以下の条件を満たすときに、中間値の変化が山型の変化であると判定する。
Ｍ１＜Ｍ２かつＭ２＞Ｍ３

Ｓ３０２において、中間値３点が山型であると判定した場合は、中間値３点の間にＡＦ評価値のピーク位置があると判断する。この場合に、ＡＦ処理部１１７は、中間値３点を用いて第１の補間演算を行い、ピーク位置を検出する（Ｓ３０３）。その後、ＡＦ処理部１１７は、ピーク位置検出処理を終了させる。ここで、Ｓ３０３における第１の補間演算としては、例えばラグランジュ補間を用いる。ラグランジュ補間は、与えられた複数の点を通る補間曲線を演算によって求める補間法である。一般に、ｍ次の補間曲線を、ラグランジュ補間によって求めるためには、（ｍ＋１）個の点が必要となる。例えば、３点の場合には、ラグランジュ補間によって、この３点を通る２次の補間曲線が算出される。一般に、ピーク位置の近傍では、ＡＦ評価値の分布をほぼ放物線として近似することができる。このため、補間演算として、ラグランジュ補間を用いることが有効である。

また、Ｓ３０１において、ＡＦ評価値が連続して増減を繰り返す分布でないと判定した場合、ＡＦ処理部１１７は、ＡＦ評価値がピーク位置を超えたか否かを判定する（ステップＳ３０４）。ここでは、ＡＦ評価値の最大値に比べて最も新しいＡＦ評価値（図５の例ではＣ４）が、予め決められた量だけ減少しているか否かを判定する。減少していない場合にはピーク位置を超えていないと判定する。また、減少している場合にはピーク位置を超えていると判定する。

Ｓ３０２において、中間値３点が山型でないと判定した場合、又はＳ３０４において、ＡＦ評価値がピーク位置を超えていないと判定した場合に、ＡＦ処理部１１７は、ピーク位置検出処理を終了させる。この場合には、現在のフォーカスレンズ位置が合焦位置ではないので、次のフォーカスレンズ位置で再びピーク位置検出処理が行われる。

また、Ｓ３０４において、ＡＦ評価値がピーク位置を超えていると判定した場合に、ＡＦ処理部１１７は、４フィールドのＡＦ評価値を用いて第２の補間演算を行い、ピーク位置を検出する（Ｓ３０５）。その後、ＡＦ処理部１１７は、ピーク位置検出処理を終了させる。ここで、Ｓ３０５における第２の補間演算としては、例えば最小二乗法を用いる。最小二乗法を用いた補間は、与えられた複数の点に対する差分二乗和が最小となる補間曲線を演算によって求める補間法である。

以上説明したように、本実施形態においては、インターレース方式で画像信号を読み出してコントラストＡＦを行う場合において、現在フィールドを含む複数の連続するフィールドのＡＦ評価値の分布を判断するようにしている。インターレース方式で画像信号を読み出す場合、フィールド毎にＡＦ評価値の変化の仕方が大きく異なる可能性がある。本実施形態では、このようなＡＦ評価値が連続して増減を繰り返す分布となる状況を判断し、連続して増減を繰り返す分布に適した補間演算を実行するようにしている。具体的には、ＡＦ評価値が連続して増減を繰り返す分布の場合には、隣接するフィールド間のＡＦ評価値の中間値（平均値）を求め、この中間値の補間曲線を求めるようにしている。中間値のピーク位置に対応したレンズ位置にフォーカスレンズ１０１を停止させるようにすれば、１フレームの平均としてのボケ量を最小とすることが可能である。

これにより、インターレースで撮影された画像信号を用いて合焦位置を検出する場合でも、ＡＦ精度が低下することがない。また、補間演算によって真の合焦位置を検出することにより、フォーカスレンズの駆動速度が大きくなってもＡＦ精度が低下することがない。このため、高速のコントラストＡＦを行うことも可能である。
さらに、ＡＦ評価値が連続して増減を繰り返す分布でない場合には、中間値を用いずにピーク位置検出を行うようにしている。このため、常に中間値を用いてピーク位置検出を行う場合よりも、高速のコントラストＡＦを行うことが可能である。

ここで、前述の実施形態においては、２フィールドのインターレース方式で画像信号を読み出す例を示している。しかしながら、本実施形態の技術は、１つのフレームの画像信号を、３フィールド以上に分けて読み出すインターレース方式にも適用可能である。
また、前述の実施形態においては、現在フィールドを含む４フィールドのＡＦ評価値の分布を判断するようにしている。しかしながら、４フィールド以上であれば判断を行うことができる。ただし、補間曲線を求める際には、真のピーク位置の近傍の３点のＡＦ評価値を用いることが望ましい。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。また、前述の各動作フローチャートの説明において、便宜上「まず」、「次に」等を用いて動作を説明しているが、この順で動作を実施することが必須であることを意味するものではない。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

１０１…フォーカスレンズ、１０２…レンズ駆動部、１０３…絞り、１０４…絞り駆動部、１０５…システムコントローラ、１０６…撮像素子、１０７…相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路、１０８…増幅回路（ＡＭＰ）、１０９…アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部、１１０…ユーザインターフェイス（ＵＩ）制御部、１１１…ユーザインターフェイス（ＵＩ）、１１２…バス、１１３…画像処理部、１１４…撮像素子駆動部、１１５…メモリ、１１６…ＡＥ処理部、１１７…ＡＦ処理部

Claims

フォーカスレンズを駆動するレンズ駆動部と、
前記フォーカスレンズを介して被写体を撮像して画像信号を得る撮像素子と、
前記撮像素子で得られた画像信号をインターレース方式で読み出し、該インターレース方式で読み出されたそれぞれのフィールドの画像信号からＡＦ評価値を算出する評価値算出部と、
連続する複数の前記ＡＦ評価値が増減を繰り返す分布であるか否かを判断する判断部と、
前記複数のＡＦ評価値が増減を繰り返す分布であると判断された場合には、前記複数の隣接するＡＦ評価値の中間値から補間曲線を求めて合焦位置を算出する第１の補間演算を行い、前記ＡＦ評価値が増減を繰り返す分布でないと判断された場合には、前記ＡＦ評価値の補間曲線を求めて合焦位置を算出する第２の補間演算を行う合焦位置算出部と、
前記レンズ駆動部を制御し、前記合焦位置に前記フォーカスレンズを駆動させる制御部と、
を具備することを特徴とする撮像装置。
前記判断部は、前記複数の連続する２つのＡＦ評価値のそれぞれに対し、隣接するＡＦ評価値が共に小さい又は共に大きい関係にあるかを判断し、前記２つのＡＦ評価値が共に前記関係であるか否かを判断することで、前記複数のＡＦ評価値が増減を繰り返す分布であるか否かを判断する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記判断部は、連続する複数の前記ＡＦ評価値であるＣ１乃至Ｃ４がＣ１＞Ｃ２かつ、Ｃ２＜Ｃ３かつ、Ｃ３＞Ｃ４、または、Ｃ１＜Ｃ２かつ、Ｃ２＞Ｃ３かつ、Ｃ３＜Ｃ４であるか否かを判断することで、前記複数のＡＦ評価値が増減を繰り返す分布であるか否かを判断する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記合焦位置算出部は、前記複数のＡＦ評価値が増減を繰り返す分布であると判断され、前記中間値の分布形状が山型である場合に、前記第１の補間演算によって前記中間値の補間曲線を求めて合焦位置を算出することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の撮像装置。
前記第１の補間演算は、ラグランジュ補間であり、前記第２の補間演算は、最小二乗法を用いた補間であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の撮像装置。
レンズ駆動部が、フォーカスレンズを駆動し、
撮像素子が、前記フォーカスレンズを介して被写体を撮像して画像信号を得て、
評価値算出部が、前記撮像素子で得られた画像信号をインターレース方式で読み出し、該インターレースで読み出されたそれぞれのフィールドの画像信号からＡＦ評価値を算出し、
判断部が、連続する複数の前記ＡＦ評価値が、増減を繰り返す分布であるか否かを判断し、
合焦位置算出部が、前記複数のＡＦ評価値が増減を繰り返す分布であると判断された場合には、前記複数の隣接するＡＦ評価値の中間値から補間曲線を求めて合焦位置を算出する第１の補間演算を行い、前記ＡＦ評価値が前記分布でないと判断された場合には、前記ＡＦ評価値の補間曲線を求めて合焦位置を算出する第２の補間演算を行い、
制御部が、前記レンズ駆動部を制御し、前記合焦位置に前記フォーカスレンズを駆動させる、
ことを特徴とする撮像方法。