JP2014048620A5

JP2014048620A5 -

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Publication number: JP2014048620A5
Application number: JP2012193955A
Authority: JP
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2015-10-15

Description

ところが、特許文献１に記載の手法を、低照度環境において適用すると、信号強度が極小である色の信号に対して、極めて大きなホワイトバランス係数を乗算することになる。この結果、元の信号に重畳されたノイズ成分が不要に増幅されてしまい、画像の劣化の原因となってしまう。

上記の目的を達成するため、本発明による焦点調節装置は、被写体像の合焦状態を調節するための焦点光学系を有する撮像光学系と、前記撮像光学系を介して前記被写体像を受け、前記被写体像が複数色のカラーフィルタによって色分離された各色信号に応じた画像信号を出力する撮像素子とを有する撮像装置で用いられる焦点調節装置であって、前記各色信号についてその信号強度を検出する信号強度検出手段と、前記信号強度検出手段で検出された各色信号の信号強度の全てが所定の閾値以上であると、前記各色信号の信号強度に応じた係数を各色信号に乗じて輝度信号を生成し、前記各色信号の信号強度の少なくとも１つが前記所定の閾値未満であると、所定の定数係数を前記各色信号に乗じて前記輝度信号を生成する輝度信号生成手段と、前記輝度信号から所定の周波数成分を特定周波数成分として抽出し、該特定周波数成分に応じてＡＦ評価値を算出するＡＦ評価値算出手段と、前記焦点光学系を光軸に沿って駆動制御しつつ、前記ＡＦ評価値が極大となる前記焦点光学系の位置を極大位置として検出して、前記極大位置から前記各色信号の信号強度に応じた前記撮像光学系の特性によって定まる所定量ずらした位置を合焦位置として、前記合焦位置に前記焦点光学系を駆動制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明による制御方法は、被写体像の合焦状態を調節するための焦点光学系を有する撮像光学系と、前記撮像光学系を介して前記被写体像を受け、前記被写体像が複数色のカラーフィルタによって色分離された各色信号に応じた画像信号を出力する撮像素子とを有する撮像装置で用いられる焦点調節装置の制御方法であって、前記各色信号についてその信号強度を検出する信号強度検出ステップと、前記信号強度検出ステップで検出された各色信号の信号強度の全てが所定の閾値以上であると、前記各色信号の信号強度に応じた係数を各色信号に乗じて輝度信号を生成し、前記各色信号の信号強度の少なくとも１つが前記所定の閾値未満であると、所定の定数係数を前記各色信号に乗じて前記輝度信号を生成する輝度信号生成ステップと、前記輝度信号から所定の周波数成分を特定周波数成分として抽出し、該特定周波数成分に応じてＡＦ評価値を算出するＡＦ評価値算出ステップと、前記焦点光学系を光軸に沿って駆動制御しつつ、前記ＡＦ評価値が極大となる前記焦点光学系の位置を極大位置として検出して、前記極大位置から前記各色信号の信号強度に応じた前記撮像光学系の特性によって定まる所定量ずらした位置を合焦位置として、前記合焦位置に前記焦点光学系を駆動制御する制御ステップと、を有することを特徴とする。

本発明による制御プログラムは、被写体像の合焦状態を調節するための焦点光学系を有する撮像光学系と、前記撮像光学系を介して前記被写体像を受け、前記被写体像が複数色のカラーフィルタによって色分離された各色信号に応じた画像信号を出力する撮像素子とを有する撮像装置の焦点調節装置で会用いられる制御プログラムでであって、前記焦点調節装置が備えるコンピュータに、前記各色信号についてその信号強度を検出する信号強度検出ステップと、前記信号強度検出ステップで検出された各色信号の信号強度の全てが所定の閾値以上であると、前記各色信号の信号強度に応じた係数を各色信号に乗じて輝度信号を生成し、前記各色信号の信号強度の少なくとも１つが前記所定の閾値未満であると、所定の定数係数を前記各色信号に乗じて前記輝度信号を生成する輝度信号生成ステップと、前記輝度信号から所定の周波数成分を特定周波数成分として抽出し、該特定周波数成分に応じてＡＦ評価値を算出するＡＦ評価値算出ステップと、前記焦点光学系を光軸に沿って駆動制御しつつ、前記ＡＦ評価値が極大となる前記焦点光学系の位置を極大位置として検出して、前記極大位置から前記各色信号の信号強度に応じた前記撮像光学系の特性によって定まる所定量ずらした位置を合焦位置として、前記合焦位置に前記焦点光学系を駆動制御する制御ステップと、を実行させることを特徴とする。

本発明の第１の実施形態による焦点調節装置を備える撮像装置の一例を示すブロック図である。図１に示す撮像装置で行われるフォーカスレンズの合焦位置を検出する際の処理（合焦位置検出処理）を説明するためのフローチャートである。図１に示す撮像素子を説明するための図であり、（ａ）は画素配列を示す図、（ｂ）は基本ブロック単位を示す図である。横軸を色評価値Ｃｘとし縦軸を色評価値Ｃｙとした際の色空間を示す図である。図１に示す信号強度検出部および輝度信号処理部で行われる処理を説明するためのフローチャートである。フォーカスレンズを駆動制御しつつＢＰＦを用いてＡＦ評価値を取得した際のフォーカスレンズ位置とＡＦ評価値との関係の一例を示す図である。被写体の空間周波数および色成分とＢＰ補正量との関係の一例を示す図である。本発明の第２の実施形態による焦点調節装置を備える撮像装置の一例を示すブロック図である。図８に示す信号強度検出部および輝度信号処理部で行われる処理を説明するためのフローチャートである。

ＡＦ制御部１０８は、ＡＦ評価値および各色の信号強度に応じて設定された信号増幅係数に対応するピント補正量（ＢＰ補正量）を参照して、合焦状態となるフォーカスレンズ１０２の位置（合焦位置）を求める。そして、ＡＦ制御部１０８は当該合焦位置に基づいてフォーカスレンズ１０２を光軸に沿って駆動制御する。

ＣＰＵ１０４はシャッタボタンが半押し（ＳＷ１ＯＮ）されたか否かを判定する（ステップＳ１０１）、ＳＷ１がＯＦＦであると（ステップＳ１０１において、ＮＯ）、ＣＰＵ１０４は待機する。一方、ユーザが撮影を開始するため、シャッタボタンを半押しすると（ステップＳ１０１において、ＹＥＳ）、ＣＰＵ１０４は合焦位置検出処理を開始する。

まず、フォーカスレンズ１０２が位置Ｐ１にある際に、撮像光学系１０１による結像状態において得られる画素信号に応じて、ＣＰＵ１０４はＡＦ評価値を算出する（ステップＳ１０２）。つまり、ＡＦ評価値演算処理部１０７は、フォーカスレンズ１０２が位置Ｐ１にある際の画素信号から得られる輝度信号から特定周波数成分を抽出してＡＦ評価値を得る（このＡＦ評価値をＡＦ評価値Ｐ１とする）。

ｎ＝Ｍであると（ステップＳ１０７において、ＹＥＳ）、ＡＦ制御部１０８はＡＦ評価値Ｐｎに基づいて所定のピーク値が存在するか否かを判定する（ステップＳ１０９）。所定のピーク値があると判定すると（ステップＳ１０９において、ＹＥＳ）、ＡＦ制御部１０８はＡＦ評価値が極大値となる位置Ｐｐを求めて、位置ＰｐにＢＰ補正量を加えて位置Ｐｆを得る。そして、ＡＦ制御部１０８はフォォーカスレンズ１０２を位置Ｐｆに駆動制御する（ステップＳ１１０）。なお、位置Ｐｐを算出する際には、既知の内挿計算が用いられる。

その後、ＣＰＵ１０４は本撮影指示であるシャッタボタンの全押し（ＳＷ２ＯＮ）が行われたか否かを判定する（ステップＳ１１１）、ＳＷ２がＯＦＦであると（ステップＳ１１１において、ＮＯ）、ＣＰＵ１０４は待機する。

図３は、図１に示す撮像素子１０３を説明するための図である。そして、図３（ａ）は画素配列を示す図であり、（ｂ）は基本ブロック単位を示す図である。

信号強度検出部１０５は、これら基本ブロック単位（以下基本ブロットもいう）の各々について次の式（１）〜式（３）に基づいて色評価値Ｃｘ、Ｃｙ、およびＹｉを算出する。ただしＲ、Ｇ１、Ｇ２、およびＢは各画素における出力を表す。

まず、信号強度検出部１０５は色毎の画素信号強度の平均値ＩＲ、ＩＧ１、ＩＧ２、およびＩＢの全てが被写体の低輝度を規定する閾値Ｉｔｈよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２０１）。平均値ＩＲ、ＩＧ１、ＩＧ２、およびＩＢの全てが閾値Ｉｔｈよりも小さいと（閾値未満であると：ステップＳ２０１において、ＹＥＳ）、信号強度検出部１０５は全てのホワイトバランス係数を呼出して、所定の定数係数であるＡｖｅＷＢ（各色のホワイトバランス係数の平均値）に置換する。ここで、ＡｖｅＷＢは、ホワイトバランス係数ｋＷＢ＿Ｒ、ｋＷＢ＿Ｇ１、ｋＷＢ＿Ｇ２、およびｋＷＢ＿Ｂの平均値である。

特に、低照度の場合などにおいて、撮像素子１０３の出力である各色信号強度が低下すると、この傾向が顕著になる。また、ＡＦを高速化するためには、撮像素子１０３の読み出しレートを上げてＡＦ評価値を算出する際の画像信号の取得時間を短くする必要がある。そのために、撮像素子１０３の信号読み出しの際に、画素加算処理を行って読み出し画素数を減らし、撮像素子１０３の信号読み出し時間を短くすることがある。

つまり、撮像素子の出力である各色信号の強度差を補完するように強度の低い信号を増幅して、所定の量だけピント位置を補正するようにする。この場合には、光学系の変倍に伴う焦点距離および撮影距離毎に所定のＢＰ補正量を準備すればよい。

ＰＡＦ＝（２×ＰＧＬ＋ＰＢＬ＋ＰＲＬ）÷４（１３）

ＢＰ補正量＝ＰＣａｐｔ−ＰＡＦ＝［２×（ＰＧＨ−ＰＧＬ）＋（ＰＢＨ−ＰＢＬ）＋（ＰＲＨ−ＰＲＬ）］÷４（１５）
式（１５）で示すＢＰ補正量は各色の補正量（ＰＧＨ−ＰＧＬ）、（ＰＢＨ−ＰＢＬ）、および（ＰＲＨ−ＰＲＬ）の加重平均であるので、この量を設計値から計算で求めるか又は製造時に同一のホワイトバランス係数を用いてＡＦ時と撮影時とに相当する場合について結像位置の差を測定して、ＢＰ補正量を求めることができる。

まず、信号強度検出部１０５は測光部１１１によって測定された被写体輝度値ＢＶ１が被写体の低輝度を規定する輝度値の第１の閾値ＢＶｔｈ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３０１）。被写体輝度値ＢＶ１≧第１の閾値ＢＶｔｈ１であると（第１の閾値以上：ステップＳ３０１において、ＮＯ）、信号強度検出部１０５は被写体輝度値ＢＶ１が被写体の低輝度を規定する輝度値の第２の閾値ＢＶｔｈ２よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３０２）。なお、第１の閾値ＢＶｔｈ１＜第２の閾値ＢＶｔｈ２である。

一方、被写体輝度値ＢＶ１＜第１の閾値ＢＶｔｈ１であると判定されると（第１の閾値未満：ステップＳ３０１において、ＹＥＳ）、輝度信号処理部１０６は信号強度検出部１０５で算出された全てのホワイトバランス係数を呼出す。そして、輝度信号処理部１０６はホワイトバランス係数を所定の定数係数であるＡｖｅＷＢに置換する（ステップＳ３０３）。ここで、ＡｖｅＷＢは各色のホワイトバランス係数ｋＷＢ＿Ｒ、ｋＷＢ＿Ｇ１、ｋＷＢ＿Ｇ２、およびｋＷＢ＿Ｂの平均値である。つまり、輝度信号処理部１０６はホワイトバランス（ＷＢ）係数＝平均値とする。

被写体輝度値ＢＶ１＜第２の閾値ＢＶｔｈ２であると（第２の閾値未満：ステップＳ３０３において、ＹＥＳ）、輝度信号処理部１０６は被写体輝度値ＢＶ１に応じて各色のホワイトバランス係数ｋＷＢ＿Ｒ、ｋＷＢ＿Ｇ１、ｋＷＢ＿Ｇ２、およびｋＷＢ＿Ｂとその平均値の中間値を採用する（ステップＳ３０４）。

このように、本発明の第２の実施形態では、測光部１１１による測光結果に応じて、全てのホワイトバランス係数、その平均値、および当該平均値とホワイトバランス係数との中間値のいずれを用いるかを決定する。そして、低照度のため画素信号が微弱である場合には、ホワイトバランス係数を乗算しないようにする。これによって、微弱な画素信号に含まれる暗電流などに起因する定在ノイズおよびショットノイズなどのランダムノイズの成分が増幅されることを防止することができる。

Claims

被写体像の合焦状態を調節するための焦点光学系を有する撮像光学系と、前記撮像光学系を介して前記被写体像を受け、前記被写体像が複数色のカラーフィルタによって色分離された各色信号に応じた画像信号を出力する撮像素子とを有する撮像装置で用いられる焦点調節装置であって、
前記各色信号についてその信号強度を検出する信号強度検出手段と、
前記信号強度検出手段で検出された各色信号の信号強度の全てが所定の閾値以上であると、前記各色信号の信号強度に応じた係数を各色信号に乗じて輝度信号を生成し、前記各色信号の信号強度の少なくとも１つが前記所定の閾値未満であると、所定の定数係数を前記各色信号に乗じて前記輝度信号を生成する輝度信号生成手段と、
前記輝度信号から所定の周波数成分を特定周波数成分として抽出し、該特定周波数成分に応じてＡＦ評価値を算出するＡＦ評価値算出手段と、
前記焦点光学系を光軸に沿って駆動制御しつつ、前記ＡＦ評価値が極大となる前記焦点光学系の位置を極大位置として検出して、前記極大位置から前記各色信号の信号強度に応じた前記撮像光学系の特性によって定まる所定量ずらした位置を合焦位置として、前記合焦位置に前記焦点光学系を駆動制御する制御手段と、
を有することを特徴とする焦点調節装置。
さらに、被写体の輝度を検出して測光結果を得る測光手段を備え、
前記輝度信号生成手段は、前記各色信号の信号強度の代わりに、前記測光結果を用いて当該測光結果が示す被写体輝度値が所定の第１の閾値未満であると前記所定の定数係数を前記各色信号に乗じて前記輝度信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
前記輝度信号生成手段は、前記被写体輝度値が前記所定の第１の閾値以上であって、かつ前記被写体輝度値が前記所定の第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上であると、前記各色信号の信号強度に応じた係数を各色信号に乗じて輝度信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の焦点調節装置。
前記輝度信号生成手段は、前記被写体輝度値が前記所定の第１の閾値以上であって、かつ前記被写体輝度値が前記第２の閾値未満であると、前記定数係数と前記各色信号の信号強度に応じた係数との中間値を求めて、該中間値を各色信号に乗じて輝度信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の焦点調節装置。
前記係数は、画像のホワイトバランスの調節に用いられる係数であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
前記各色信号における前記撮像光学系の特性によって定まる所定のずらし量から、前記各色信号の信号強度に応じた前記撮像光学系の特性によって定まる所定量だけずらしたずらし位置を求めて、前記制御手段は前記極大位置から前記焦点光学系を前記ずらし位置だけずらした位置を前記合焦位置とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の焦点調節装置。
被写体像の合焦状態を調節するための焦点光学系を有する撮像光学系と、前記撮像光学系を介して前記被写体像を受け、前記被写体像が複数色のカラーフィルタによって色分離された各色信号に応じた画像信号を出力する撮像素子とを有する撮像装置で用いられる焦点調節装置の制御方法であって、
前記各色信号についてその信号強度を検出する信号強度検出ステップと、
前記信号強度検出ステップで検出された各色信号の信号強度の全てが所定の閾値以上であると、前記各色信号の信号強度に応じた係数を各色信号に乗じて輝度信号を生成し、前記各色信号の信号強度の少なくとも１つが前記所定の閾値未満であると、所定の定数係数を前記各色信号に乗じて前記輝度信号を生成する輝度信号生成ステップと、
前記輝度信号から所定の周波数成分を特定周波数成分として抽出し、該特定周波数成分に応じてＡＦ評価値を算出するＡＦ評価値算出ステップと、
前記焦点光学系を光軸に沿って駆動制御しつつ、前記ＡＦ評価値が極大となる前記焦点光学系の位置を極大位置として検出して、前記極大位置から前記各色信号の信号強度に応じた前記撮像光学系の特性によって定まる所定量ずらした位置を合焦位置として、前記合焦位置に前記焦点光学系を駆動制御する制御ステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
被写体像の合焦状態を調節するための焦点光学系を有する撮像光学系と、前記撮像光学系を介して前記被写体像を受け、前記被写体像が複数色のカラーフィルタによって色分離された各色信号に応じた画像信号を出力する撮像素子とを有する撮像装置の焦点調節装置で会用いられる制御プログラムでであって、
前記焦点調節装置が備えるコンピュータに、
前記各色信号についてその信号強度を検出する信号強度検出ステップと、
前記信号強度検出ステップで検出された各色信号の信号強度の全てが所定の閾値以上であると、前記各色信号の信号強度に応じた係数を各色信号に乗じて輝度信号を生成し、前記各色信号の信号強度の少なくとも１つが前記所定の閾値未満であると、所定の定数係数を前記各色信号に乗じて前記輝度信号を生成する輝度信号生成ステップと、
前記輝度信号から所定の周波数成分を特定周波数成分として抽出し、該特定周波数成分に応じてＡＦ評価値を算出するＡＦ評価値算出ステップと、
前記焦点光学系を光軸に沿って駆動制御しつつ、前記ＡＦ評価値が極大となる前記焦点光学系の位置を極大位置として検出して、前記極大位置から前記各色信号の信号強度に応じた前記撮像光学系の特性によって定まる所定量ずらした位置を合焦位置として、前記合焦位置に前記焦点光学系を駆動制御する制御ステップと、
を実行させることを特徴とする制御プログラム。