JP2016085242A - 撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被写体の暗部に対するオートフォーカス性能を向上させて画像の品位低下を軽減できる撮影装置を提供すること。【解決手段】光学レンズを通して被写体からの光が結像され、画面内が複数の領域に分割された撮像素子と、その領域を選択する領域選択手段と、選択された前記領域に対応した前記撮像素子の画素情報を読み出す読出し手段と、前記読み出した画素情報を記憶する記憶手段と、前記記憶した画素情報を合成する合成手段と、前記合成された画素情報から被写体の測距を行う測距手段と、を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、撮影装置に関する。

デジタルカメラ等のコントラスト検出方式のオートフォーカスは、低輝度の暗部にある被写体に対してＳ／Ｎの良い評価値が得られず、合焦精度に影響してピンボケ写真となる可能性がある。低輝度下で合焦精度を向上させる方法の一つとして、該当部分を高速に複数回撮影する、いわゆる高速サンプリングカメラによって画素信号を合成、加算する技術がある。高速で複数の画像を取得し、それらを適宜合成する技術が特許文献１に記載されている。

特開２０１０−１５４３９０号公報

特許文献１に記載された技術によると、撮影した画像の変形を補正することはできる。しかしながら、複数枚撮影する際に必要なバッファメモリについては述べられていない。画面全体の画素に対し高速サンプリング撮影を行うと大量のバッファメモリを必要とするが、バッファメモリは高コストの為、製品コストに影響する恐れがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低コストで暗部の被写体に対するオートフォーカス性能を向上できる撮影装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成する為の本発明の一様態による撮影装置は以下の構成を備える。すなわち、撮像光学系を通して被写体からの光が結像される撮像素子と、複数の領域に分割された前記撮像素子の撮像面内の、任意の領域を選択する領域選択手段と、選択された前記領域に対応した前記撮像素子の画素情報を読み出す読出し手段と、前記読み出した画素情報を記憶する記憶手段と、前記記憶した画素情報を合成する合成手段と、前記合成された画素情報から被写体の測距を行う測距手段から構成されることを特徴としている。

これによって、大量のバッファメモリを必要とすることなく、暗部の被写体に精度よく合焦させることができる。

また、上記の撮影装置は、選択された前記領域の大きさによって、前記合成手段が合成する回数を変更する制御手段を備えたことを特徴としている。更に、上記撮影装置は被写体の輝度を検出する輝度検出手段と、前記撮像素子に到達する光量を制限する光量調節手段を備え、前記制御手段は被写体の輝度、前記撮像素子の全画面と前記選択領域の輝度の差、及び前記光量調節手段の調節量に応じて、前記合成手段が合成する回数を変更することを特徴としている。

これによって、様々な撮影シーンに対応して、暗部の被写体に対するオートフォーカス性能を向上させることができる。

また、上記に加えて、被写体が人物、或いは動物など特定の被写体であることを検出する被写体検出手段を備え、この結果に基づき、特定された前記領域に対して画素情報の合成を行うことを特徴としている。これにより、被写体の人物の顔などが暗部にある場合、自動的に精度の良いオートフォーカスが実行できる。

本発明によれば、低コストで暗部の被写体に対するオートフォーカス性能を向上させることが可能となる。

本発明の第１実施形態の撮影装置の要部のブロック図である。 （ａ）には撮影装置で撮影しようとする撮影シーン、（ｂ）にはこの時の液晶モニタに表示される撮影範囲と測距枠の表示、（ｃ）には合成される部分読出しの概念図である。 画像の蓄積時間を表すタイミングチャートである。 本発明の撮影装置の動作のフローチャートで、（ａ）は撮像シーケンス、（ｂ）は（ａ）の中の指定領域評価値取得シーケンスである。 第２の実施形態の撮影装置の要部のブロック図である。 第２の実施形態の動作のフローチャートである。

以下に、本発明の各実施形態に係る撮影装置を、添付図面を用いて説明する。

［第１実施形態］
（構成）
以下、図１、図２及び図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る撮影装置の構成について説明する。

図１は撮影装置の構成要素のうち、本発明に関連する要素のみを示すブロック図である。１は撮像光学系であるところのレンズであり、２はシャッタ／絞り手段で、適切な露光時間の間、不図示のシャッタ羽根を開き、レンズ１を通した被写体からの光を撮像素子３に結像させる。

また、不図示の絞り機構の開口の大小により、撮像素子３に到達する光量を調節する。レンズ１は被写体像倍率を撮像素子３に合焦させるフォーカスレンズでもある。撮像素子３はここではＣＭＯＳセンサとする。１１はアクチュエーター及びドライバなどを含み、レンズ１を光軸方向に移動させる駆動手段で、ピントの合った被写体画像を撮像素子３上に結像させる。

制御手段であるところのＣＰＵ４は内部に露光制御手段４０、画像処理手段４１、信号取得手段４２、信号記憶手段４３、領域設定手段４４、領域選択手段４５、画像合成手段４６、評価値算出手段４７、画像記録手段４８、画像再生手段４９、ＡＦ駆動制御手段５０、表示駆動手段５１を備える。

ＣＰＵ４は撮像シーケンスの演算として、全画面の露光時間と指定領域の露光時間から、適切な撮像シーケンスを決定、実行する。また、不図示の測光結果により、被写体の輝度がオートフォーカスが不可能となるような低輝度であるか否か、の判定を行う。

また、コントラストＡＦのアルゴリズムを備え、実行する。アルゴリズムは、レンズ１を移動しながら、被写体の評価値の増減を記憶、演算し、評価値すなわち、コントラストのピークを検出して合焦させる、というものである。

露光制御手段４０はシャッタ／絞り手段２を駆動して不図示のシャッタ羽根の開閉時間を制御する。また、不図示の絞り機構の光量調節の調節量であるところの開口量を変化させて撮像素子３に到達する光量を調節する。シャッタ／絞り手段２と露光制御手段４０は光量調節手段である。

被写体の輝度情報は、撮像素子３に到達した光の光量を信号取得手段４２により得ることができる。すなわち、撮像素子３と信号取得手段４２は輝度検出手段であり、測光手段である。測光手段による測光結果から、撮像素子３の露光時間及び蓄積時間を設定する。ここでは静止画撮影時は被写体の輝度条件及び撮像素子３の感度条件に適した露光時間だけ不図示のシャッタ羽根を開き、撮影を行い、その結果を画像処理手段４１で処理して画像記録手段４８に記録する。動画撮影時において、露光制御手段４０は不図示のシャッタ羽根を開状態に保持し、撮像素子３の不図示の電子シャッタ機能を制御して所定のフレームレート（ここでは１／３０秒）毎に画像を取得及び記録、或いは更新する。

記憶手段であるところの信号記憶手段４３は撮像素子３の画素から読出し手段であるところの信号取得手段４２により、画像信号を読み出して取得した信号を一時的に記憶するバッファメモリである。合成手段であるところの画像合成手段４６は選択された複数の画像を従来技術により位置を合わせて合成し、その結果、それぞれの画像の蓄積時間を合計した時間と同等の露光時間を行った画像となる。評価値算出手段４７は合成した領域内の輝度情報の高周波成分などから評価値を算出する。ＡＦ駆動制御手段５０は、コントラスト検出方式によるアルゴリズムで駆動手段１１により、レンズ１を所定のタイミングと位置へ起動、停止する。

ＣＰＵ４、信号取得手段４２、評価値算出手段４７は測距手段である。

５はタッチパネル機能を有する表示手段であるところの液晶モニタで、表示駆動手段５１により駆動され、撮影の前後にライブビューとして撮影画面の画像や、領域設定手段４４によりオートフォーカスの測距枠に対応した範囲毎に部分読出しを可能とするように設定する。

また、撮影者が画面内の被写体や、測距枠をタッチすることで、タッチされた領域が撮影者によって選択されたことを領域選択手段４５としてＣＰＵ４が認識する。

（動作の説明）
次に、図２の模式図、図３の画像の蓄積時間のタイミングチャート及び図４のフローチャートを用いて本発明の撮影装置によって動画撮影を行う際の動作を説明する。図３のグラフは横軸に時間、縦軸は撮影される画像の画面上の各画像の高さを示す。ここでは図２（ａ）に示す状況を被写体として撮影する場合を例として説明する。主被写体である人物は右手にあり、画面左方向に太陽がある為、人物の隣の壁により人物は暗部にある状況である。

図２（ｂ）は液晶モニタ５に表示された図２（ａ）の状況であり、ここでは領域設定手段４４により、画面全体に縦３横３の９ヶ所のオートフォーカスの測距対象領域である長方形の測距枠Ａ１からＡ９が重ねて表示されており、主被写体の人物は画面右列、中段の測距枠Ａ６と重なっている。

各々の測距枠に対応した撮像素子３の画像領域も領域設定手段４３により９分割されてあり、測距枠Ａ６に対応する撮像素子３の領域をＢ６の範囲を破線の枠で示す。ここでは液晶モニタ５に対する画像の表示間隔は１／３０秒とする。

図４（ａ）の撮像シーケンスＳ１０１において、液晶モニタ５のライブビュー表示から、塀の手前の日陰となっている被写体の人物にピントを合わせる為、Ａ６の測距枠部分をタッチすると、これを液晶モニタ５のタッチパネルが指定領域をタッチされたことを検出する（Ｓ１０２）。

次にこのシーンの所定の絞り値では測光手段による全画面測光の結果、露光時間は１／６０秒とする。（Ｓ１０３）次に指定領域の測光の結果、指定領域である測距枠Ａ６を含む、Ｂ６部分のみでは１／４５秒で適正露出となることがわかる（Ｓ１０４）。
ここでＣＰＵ４は指定領域の輝度がオートフォーカスが不可能となる低輝度であることを判断するとする。続いて不図示のシャッタボタンの操作により動画撮影が開始される（Ｓ１０５）と、次に指定領域評価値取得サブルーチンに進む（Ｓ１０６）。

図４（ｂ）に示す指定領域評価値取得のサブルーチン（Ｓ２０１）へ移動して、ここにおける動作を図３（ａ）の蓄積時間のタイミングチャートと、図２（ｃ）における説明の為の模式図により説明する。

指定領域評価値取得サブルーチンにおいてはＳ１０３、Ｓ１０４で得た露光時間から、指定領域の画像を合成する枚数、撮像素子３の画素の蓄積時間をＣＰＵ４が演算する（Ｓ２０２）。

ここでは１フレーム時間をＴ、全画面の読出し時間をＴｆ、指定領域の読出し時間をＴｓ、指定領域の撮影枚数をＮとすると、
Ｔ＝Ｔｆ＋Ｎ＊Ｔｓ
また、ここではＴ＝１／３０秒、ＴｓはＴｆの１／３であり、指定領域の画素を複数回合成した結果は、暗部の被写体に対して適正露出である１／４５秒としたいので、
Ｔｆ＝１／６０秒、Ｔｓ＝１／１８０秒、Ｎ＝３となる。
すなわち、図３（ａ）のタイミングチャートにあるように１／６０秒で全画面の撮影が行われた後、指定領域の撮影は１枚あたり１／１８０秒で、３枚行われる。指定領域は合計４枚が合成されて露光時間は４／１８０秒＝１／４５秒となり、適正露出となった。このシーケンスに従ってまず、全画面の画素の取得として蓄積、読み出しを実行し、バッファメモリである信号記憶手段４３に格納する（Ｓ２０３）。

次に指定領域の画素の取得として蓄積、読み出しを実行し、信号記憶手段４３に格納する（Ｓ２０４）。

指定領域に関しては必要枚数（ここでは３枚）に至るまで指定領域の部分読出しを繰り返し、同じくバッファメモリである信号記憶手段４３に格納されて、画像取得が完了する（Ｓ２０５）。この時、指定領域として取得する画素数は全画面の約１／９程度であり、この範囲の部分読出しは複数枚撮影しても信号記憶手段４３の格納領域は全画面読出しを複数枚撮影することに比べて大きくない。

次に最初に撮影された全画面画素の指定領域の分と合わせて合計４枚の指定領域の画像を画像合成手段４６により、合成する（Ｓ２０６）。これによって指定領域の露光状態は適正となり、指定領域の評価値演算として、評価値算出手段４７からはノイズの少ない評価値が算出される（Ｓ２０７）。

次に図４（ａ）の撮像シーケンスのＳ１０６に戻る。図示しないコントラスト方式のオートフォーカス（以降、コントラストＡＦ）によって、Ｓ２０７で算出された評価値に基づき、ＡＦ駆動制御手段５０によってフォーカスレンズ１を被写体が合焦する方向に駆動する（Ｓ１０７）。この時算出された評価値は、被写体が暗部にありながら、ノイズの少ない値が得られており、精度の高い演算が行える。このフォーカスレンズ駆動を被写体が合焦するまで繰り返して（Ｓ１０８）、被写体に対する合焦を維持する。撮影が終了すると（Ｓ１０９）、画像記録手段４８及び画像再生手段４９と表示駆動手段５１から液晶モニタ５に画像が再生、メディアに記録保存される（Ｓ１１０）。

次に、被写体の輝度や領域の大きさなどに応じて合成枚数を変更する制御を行うＣＰＵ４の演算結果のシーケンスを、図４（ｂ）、図４（ｃ）にしめす蓄積時間のタイミングチャートにして説明する。

図４（ｂ）は被写体の輝度を変更して全画面の蓄積時間が１／９０秒の場合、指定領域Ｂ６は全画面に続いて１／２７０秒で６枚撮影され、合計７枚合成後は蓄積時間として１／３８．６秒となる。図４（ｃ）は領域Ｂ５とＢ６にまたがるような被写体により、指定領域が大きくなった場合であり、全画面の蓄積時間が１／７０秒で撮影後、Ｂ５とＢ６を合せた指定領域は１／１０５秒で２枚撮影され、合計３枚合成後の指定領域Ｂ５とＢ６は蓄積時間として１／３５秒となる。すなわち、被写体輝度や領域の大きさなどに応じて画像の合成枚数が変更されている。

また、全画面と指定領域のシャッタ速度が異なっていることから、全画面と指定領域の輝度差に応じても合成枚数が変更されることになる。また、被写体輝度が同じ場合、蓄積時間は光量調節手段の調節量であるレンズの絞り値に応じて変わるので、光量調節手段の調節量に応じて合成枚数が変更されることにもなる。いずれの場合も、より少ないバッファメモリの消費に留めながら、部分読出し領域の合成により、被写体の暗部の光量を増加させて適切な評価値を得ることにより、オートフォーカス性能の向上が達成できることになる。

以上説明したように、暗部の被写体などオートフォーカスの不得意なシーンに対して、暗部を指定領域として画像合成を行い、ノイズの少ない評価値により精度の高い合焦結果を得ることが、より少ないバッファメモリを利用して達成できている。すなわち、被写体の暗部に対するオートフォーカス性能を向上させて、ピンボケなどの画像の品位低下を軽減することができた。

また、本実施例ではオートフォーカスの方式としてコントラスト検出による方法を示したが、暗部の被写体に対してノイズの少ない信号が得られるという点では位相差方式によっても同様の効果が得られる。

［第２実施形態］
第１実施形態では指定領域を手動操作にて指定する例を示したが、公知である人物の顔検出機能などの被写体検出手段を追加し、輝度検出手段と組合せて「暗部にある顔」を認識し、これに対し、第１実施形態で説明した画像合成、ノイズの少ない評価値算出などを実施することで同様にオートフォーカス性能を向上させることができる。
ここでは第１実施形態に対し、異なる部分のみ、説明する。

（構成）
ＣＰＵ４００の内部には顔検出手段４５０を備える。

（動作の説明）
撮影開始後、測光手段により全画面の測光を行う（Ｓ３０１）。顔検出手段４５０により画面内をサーチし（Ｓ３０３）、人部の顔が無い場合はＮに進み、フラグをｘ＝０とする（Ｓ３０４）。画面内に人物の顔を検出すると、Ｙに進み、顔を含む領域を指定領域として選択し、測光手段により指定領域の測光を行う（Ｓ３０５）。

測光の結果、指定領域がコントラストＡＦが不可能な低輝度である所定の輝度以下であると判定されると（Ｓ３０６）、Ｙに進み、フラグｘ＝１とする（Ｓ３０７）。顔を含む指定領域が明るくコントラストＡＦが可能な輝度であればＮに進み、ｘ＝０とする。（Ｓ３０４）次に不図示のシャッタボタンなどにより動画撮影が開始されると、（Ｓ３０８）フラグｘがゼロであるか判定されて、Ｙであれば不図示の通常の測距枠、例えば画面の中央の部分的な矩形領域に対し、評価値を得てコントラストＡＦを実行する。フラグｘ＝１の場合、Ｎとして第１実施形態と同様に指定領域評価値取得のサブルーチンに入り、指定領域の撮影、画像合成を行って精度の高い評価値を得てコントラストＡＦを実行する。

以下の動作は第１実施形態と同様なので説明を省略する。

以上説明したように、顔検出手段を追加することで、顔検出と同時に輝度検出を行い、「暗部の顔」の場合に、画像合成を行った。よって、第１の実施形態の効果に加えて、人物撮影の場合、自動的に暗部の顔に対して精度の良いオートフォーカスが達成される。ここでも、より少ないバッファメモリを利用して達成できている。

１ レンズ、３ 撮像素子、４ ＣＰＵ、５ 液晶モニタ

Claims (5)

1. 撮像光学系を通して被写体からの光が結像される撮像素子と、複数の領域に分割された前記撮像素子の撮像面内の、任意の領域を選択する領域選択手段と、選択された前記領域に対応した前記撮像素子の画素情報を読み出す読出し手段と、前記読み出した画素情報を記憶する記憶手段と、前記記憶した画素情報を合成する合成手段と、前記合成された画素情報から被写体の測距を行う測距手段から構成されることを特徴とする撮影装置。
2. 選択された前記領域の大きさによって、前記合成手段が合成する回数を変更する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
3. 前記撮影装置は被写体の輝度を検出する輝度検出手段と、前記撮像素子に到達する光量を制限する光量調節手段を備え、前記制御手段は被写体の輝度、前記撮像素子の全画面と前記選択領域の輝度の差、及び前記光量調節手段の調節量に応じて、前記合成手段が合成する回数を変更することを特徴とする請求項２に記載の撮影装置。
4. 被写体が人物、或いは動物の特定の被写体であることを検出する被写体検出手段を備え、この結果に基づき、特定された前記領域に対して画素情報の合成を行うことを特徴とする請求項２に記載の撮影装置。
5. 撮像光学系を通して被写体からの光が結像される撮像素子と、前記撮像素子の画面内は複数の領域に分割されて、任意の領域を選択する領域選択手段と、選択された前記領域に対応した前記撮像素子の画素情報を読み出す読出し手段と、前記読み出した画素情報を記憶する記憶手段と、前記記憶した画素情報を合成する合成手段と、前記合成された画素情報から被写体の測距を行う測距手段から構成され、前記領域選択がされた場合と、前記領域選択がされない場合で、合成する画像の枚数を変更する制御手段を備えたことを特徴とする撮影装置。

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