JP2016161685A - Af機能を備えた撮影装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コントラスト式AF処理において、精度よく焦点検出する。
【解決手段】デジタルカメラにおいてコントラスト式AF処理を実行するとき、コントラストAF方式において焦点位置を∞〜近接点側へ移動させる場合、最初に検出されたアイエリアのコントラストピークに基づいて合焦位置を判断せず、そのままフォーカシングレンズの移動を継続させる。そして、その次に検出されたアイエリアのコントラストピークが検出されると、そのピーク位置を合焦位置として判断し、焦点調整を行う。
【選択図】図3

Description

本発明は、カメラなどの撮影装置におけるAF処理(焦点検出)に関し、特に、コントラスト方式に基づいたAF処理に関する。
コンパクト型デジタルカメラ、ミラーレス一眼レフ型カメラなどでは、プレビュー撮影時にレリーズボタンを半押しすると、コントラスト方式によってAF処理を行う。AF処理では、レンズを一方向に駆動しながら撮影画像のコントラストを検出し、ピーク位置を判断してレンズを合焦位置に合わせる。
顔検出AFモードを設定すると、撮影画像の中から顔が写し出されているエリアを特定し、その顔検出エリアに対してコントラスト方式によるAF処理を行う。また、瞳検出AFモードを設定すると、撮影画像の中から目を検出し、目に合わせて焦点調整を行う(特許文献1参照)。
そこでは、AF時において撮影画像から目(左右の目)を検出し、写し出されている領域が大きい方の目、すなわち、撮影者(カメラ)に対して距離的に近い方の目に対し、ピントを合わせる。これにより、例えば、カメラに対して顔を傾けた状態で撮影する場合においても、カメラに最も近い顔の表面側に対しピントを合わせ、良好な顔写真を得ることができる。
特開2012−123301号公報
被写体となっている人物の姿勢や動き、あるいは人物の背景、周囲にある被写体などの影響により、瞳を正確に検出することができない状況が生じる。瞳検出が不安定になってサイズを比較検討できない場合、撮影者から見て距離的に近い方の目ではなく遠い方の目にピントを合わせる事態が生じ、顔全体としてはピントずれになってしまう。
したがって、コントラスト方式によるAF処理において、撮影状況に関係なく目の位置で適切にピントを合わせることが求められる。
本発明の焦点検出装置は、撮像素子から読み出される画素信号のコントラスト値に基づき、合焦位置をコントラスト方式に従って検出する合焦位置検出部と、撮影光学系をコントラスト方式に従って駆動し、検出された合焦位置に従って焦点調整を行う焦点調整部とを備え、合焦位置検出部が、撮影画像の中で目の領域を表すアイエリアを対象にしてコントラスト値を算出する。
本発明では、合焦位置検出部が、近接点方向への焦点移動では、2番目以降にコントラスト値のピークが検出されたアイエリアのピーク位置を、合焦位置として検出する。すなわち、少なくとも2つのアイエリアに対して時系列的に異なるタイミングでピークが検出されるような撮影状況の場合、先にピークが検出されたアイエリアが生じてもそのまま焦点移動を継続し、後に検出されるアイエリアのピーク位置を合焦位置として検出する。
例えば、一人の人物を撮影する場合、先にピークが到来するアイエリアのピーク位置ではなく、後にピークが到来するアイエリアのピーク位置を合焦位置として検出すればよい。また、顔エリアなど、他の合焦対象エリアも含めて同時並列的にコントラスト値を算出する場合、2番目以降に対して検出されるアイエリアのピーク位置については、時系列的に見て後からピーク検出の判断がなされたアイエリアのピーク位置を合焦位置とすることができる。
合焦位置検出部は、先にコントラスト値のピークが検出されたアイエリアが生じると、撮影光学系のその後の駆動継続区間を設定することが可能である。この場合、合焦位置検出部は、撮影光学系を保留区間駆動してもAF評価値のピークが検出されない場合、先に検出されたアイエリアのピーク位置を合焦位置として定めることが可能である。一方、合焦位置検出部は、無限遠方向への焦点移動では、先にコントラスト値のピークが検出されたアイエリアのピーク位置を、合焦位置として検出することができる。
本発明の焦点検出方法は、撮像素子から読み出される画素信号のコントラスト値に基づき、合焦位置をコントラスト方式に従って検出し、撮影光学系をコントラスト方式に従って駆動し、検出された合焦位置に従って焦点調整を行う焦点検出方法であって、撮影画像の中で目の領域を表すアイエリアを対象にしてコントラスト値を算出し、近接点方向への焦点移動では、2番目以降にコントラスト値のピークが検出されたアイエリアのピーク位置を、合焦位置として検出する。
本発明のプログラムは、撮影装置を、撮像素子から読み出される一連の画素信号のコントラスト値に基づき、合焦位置をコントラスト方式に従って検出する合焦位置検出手段と、撮影光学系をコントラスト方式に従って駆動し、検出された合焦位置に従って焦点調整を行う焦点調整手段とを機能させ、撮影画像の中で目の領域を表すアイエリアを対象にしてコントラスト値を算出するように、合焦位置検出手段を機能させ、近接点方向への焦点移動では、2番目にコントラスト値のピークが検出されたアイエリアのピーク位置を、合焦位置として検出するように、合焦位置検出手段として機能させる。
本発明によれば、コントラスト式AF処理において、精度よく焦点検出することができる。
本実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。 コントラスト式AF処理のフローチャートである。 撮影画像における顔エリア、瞳エリアを示した図である。 焦点を無限遠から近接点方向へ移動させた場合の瞳エリア、顔エリアのコントラスト分布を示した図である。 撮影画像および顔エリアの削除範囲を示した図である。 カメラを縦にして撮影した場合の削除範囲を示した図である。 撮影画像および顔エリアの削除範囲を示した図である。 カメラを縦にして撮影した場合の削除領域CFを示した図である。
以下では、図面を参照して本実施形態であるデジタルカメラについて説明する。
図1は、第1の実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。
デジタルカメラ10は、例えばミラーレス型カメラとして構成されており、図示しないレリーズボタン、モードダイヤル、十字ボタンなどに対する操作に従い、撮影動作、記録画像の再生、ユーザによるモード設定などが行われる。
CPUを含むコントローラ30は、露出制御部32、タイミングジェネレータ18、画像信号処理回路40などに制御信号を出力し、レリーズスイッチ37によって検出されるレリーズ操作、モードダイヤルスイッチ42によって検出されるダイヤル操作、ボタンスイッチ44によって検出される十字ボタン操作に基づき、露出制御、撮影/記録動作などカメラ全体の動作制御を行う。カメラ動作制御のプログラムは、図示しない不揮発性メモリに記憶されている。
電源ONによって撮影モード状態になると、被写体からの光が撮影光学系12を通り、被写体像がイメージセンサ14に形成される。イメージセンサ14は、ここではCCD、CMOSセンサなどの撮像素子によって構成されており、R,G,Bなどのカラーエレメントを2次元配列させた色フィルタアレイ14Aが、イメージセンサ14の受光面上に対向配置されている。
撮影モードでは、スルー画像をLCD60に表示するため、画素信号が所定のフレームレートでイメージセンサ14から読み出される。読み出された画素信号は、画像信号処理回路40に送られる。画像信号処理回路40では、ゲイン処理、ホワイトバランス処理、R,G,B変換処理などが画素信号に対して施され、画像信号が生成される。LCDドライバ61は、画像信号に基づいてLCD60を駆動し、これによって、リアルタイムの動画像がスルー画像としてLCD60に表示される。
レリーズボタンが半押しされると、イメージセンサ14から読み出される画素信号に基づいて、コントラスト式AF処理が実行される。レンズ駆動部36は、コントラスト方式に従い、焦点が一方向(∞〜近接点、もしくはその逆)へ移動するように、撮影光学系12に含まれるフォーカスレンズを駆動する。
その間、所定の時間間隔でイメージセンサ14から読み出されたR,G,Bの画素信号に基づき、R,G,Bそれぞれに応じた各色のコントラスト値が求められる。そして、R,G,Bのコントラスト値の総和となるAF評価値(以下、コントラスト値とする)が算出される。コントローラ30は、フォーカスレンズの移動過程でコントラストピークを検出し、その時のフォーカスレンズの位置を合焦位置として判断する。そして、レンズ駆動部36によりフォーカスレンズが合焦位置へ移動する。
コントラスト式AF処理による合焦動作とともに、イメージセンサ14から読み出される画素信号に基づいて被写体像の明るさが検出され、露出値が演算される。レリーズボタンが全押しされると、露出制御部32は、図示しないシャッタ、絞り等を駆動することによって露出制御する。これにより、1フレーム分の画素信号がイメージセンサ14から読み出される。画像信号処理回路40は、読み出された画素信号に基づいて静止画像データを生成し、圧縮/非圧縮した状態で画像データをメモリカード46、あるいはROM48に記録する。
図2は、コントラスト式AF処理のフローチャートである。レリーズボタンが半押しされると、AF処理が開始される。
ステップS101では、1フレームもしくは1フィールド分の撮影画像のデータに基づき、撮影画像の中で被写体となっている人物の顔を検出するとともに、顔の中の瞳(目)を検出する。具体的には、撮影画像の中で顔の部分に相当するエリア(以下、顔エリアという)と、目の部分に相当するエリア(以下、アイエリアあるいは瞳エリアという)が撮影画像の中で抽出される。また、抽出された顔、瞳エリアを示すフレームを撮影画像に重ねて表示するように、表示処理が行われる。
顔および瞳の検出方法は、従来公知の方法を適用することが可能であり、例えば、肌色などの割合が多い領域検出、楕円形のエッジ検出などによって顔を検出する。また、瞳検出については、顔エリアの中で明暗が顕著な領域の検出などによって行われる。
図3は、撮影画像における顔エリア、瞳エリアを示した図である。図3では、被写体である人物の視線がカメラのレンズ方向から逸れている状況で撮影した撮影画像IMを示しており、顔エリアFA、両目のアイエリアPA1、PA2が設定されている。以下では、図3の被写体を撮影していることを前提として処理を説明する。
また、顔および瞳エリアの抽出とともに、顔の傾き角度(ローリング)、顔の横揺れ(ヨーイング)も合わせて検出される。顔の傾き角度は、例えば、カメラを水平に構えた状態で撮影したときに人物を撮影すると顔が撮影画像の垂直方向に沿って通常写し出されることを考慮し、撮影画像の顔エリア中心を通る縦方向の線を基準線とし、基準線に対する顔横断線の角度を顔の傾き角度として求めることができる。
顔横断線は、例えば両目の中心と鼻に沿った線などによって規定することが可能である。また、頭の中心軸周りの顔の揺れを表すヨーイング角度についても、従来公知の方式によって求めることができる。
抽出された顔エリア、瞳エリアに対して焦点調整を行うため、焦点を連続的に一方向へ移動させるようにフォーカシングレンズが駆動開始し、それに合わせてイメージセンサ14から読み出される1フレーム分の画素信号に基づいて、顔エリアおよび瞳エリアのコントラスト値が算出される(S103)。なお、焦点移動方向(∞〜近接点もしくは近接点〜∞)は、被写体までの撮影距離、レンズ位置などに基づいて定められる。
焦点が近接点から∞方向へ移動する場合、フォーカシングレンズを駆動している間、所定の時間間隔で読み出される画素信号からコントラスト値が算出される。図3に示すように左目、右目の瞳エリアPA1、PA2が設定された場合、各瞳エリアに対してコントラスト値が別々に算出される。
図4は、焦点を無限遠から近接点方向へ移動させた場合の瞳エリア、顔エリアのコントラスト分布を示した図である。図4では、所定時間間隔(例えば、1フレーム/フィールド期間)で算出される瞳エリア、顔エリアのコントラスト値C1、C2、C3をそれぞれ示しており、それぞれピーク位置を頂点とする山なりの分布曲線PF1、PF2、PF3に沿った値となる。
図3に示すように、被写体の顔Fの向きの関係から、右目P1の方が左目P2よりもデジタルカメラ10から離れた位置にある。したがって、焦点をカメラ側へ移動させる場合、右目の瞳エリアPA1において、最初にコントラストピーク位置が通過する。
ここでは、焦点移動中にコントラスト値が増加から減少に転じ、その減少が3回維持されると、コントラストピークを通過したと判断し、ピーク位置を過去のコントラスト値に基づいて取得する。また、ピーク位置をメモリに保存する(S106、S107)。
さらにステップS107では、継続して焦点移動させる距離間隔を保留区間(駆動継続期間)X0として設定し、そのままフォーカシングレンズを駆動させる(S107)。保留区間X0は、あらかじめ定めた距離間隔に設定される。
焦点をさらに移動させていく中で、左目の瞳エリアPA2におけるコントラストピークが過ぎたとコントラスト値の変化に基づいて判断されると、このピーク位置を合焦位置として検出し、フォーカシングレンズを駆動する(S108、S109)。このとき、顔エリアのコントラスト値の変化も参照しながらピーク位置を判断してもよい。
図4では、最初のコントラストピーク検出から焦点がX(ここでは、焦点継続移動区間という)だけ進んだ時点で、次のコントラストピーク位置が判断されている。左目P2は、右目P1と比べて被写体距離が顔Fに近い。そのため、左目のアイエリアPA2に対してピント合わせが行わると、顔Fの表面付近でピントが合うことになり、被写体に対して適切なピント位置で撮影することが可能となる。なお、焦点継続移動区間Xは、被写体距離、被写界深度、レンズ位置などによって様々である。
一方、被写体の動きや変化といった撮影状況の変化などによって、保留区間分だけ焦点が移動してもコントラストピークが検出されない場合、保存された右目の瞳エリアPA1のピーク位置を合焦位置として定め、焦点調整が行われる(S110、S111)。なお、右目の瞳エリアPA1のピーク位置の代わりに、顔エリアのピーク位置を保存し、それを合焦位置としてもよい。
逆に、焦点を近接点から∞方向へ移動させる場合、最初にコントラストピークが検出されるまでフォーカシングレンズが駆動される。コントラストピークが検出されると、そのコントラストピークが検出されたアイエリアに対してピントを合わせるように、焦点調整が行われる(S103〜S105)。
なお、顔エリア、瞳エリア以外の合焦対象となるエリアについても、撮影画像の中で特定し、並列的にコントラスト値を算出するようにしてもよい。この場合、エリアとして2番、3番目以降にピーク位置が検出されることもあるが、先に検出されたアイエリアのピーク位置ではなく後に検出されたアイエリアのピーク位置を合焦位置として検出すればよい。また、複数人を撮影する場合などにおいては、3番、4番目以降にピーク検出となるアイエリアに対し、時系列的に後で検出されるアイエリアのピーク位置を合焦位置として定めればよい。同時にアイエリアのピークが検出される場合、一方を合焦位置とすればよい。
このように本実施形態によれば、コントラストAF方式において焦点位置を∞〜近接点側へ移動させる場合、最初に検出されたアイエリアのコントラストピークに基づいて合焦位置を判断せず、そのままフォーカシングレンズの移動を継続させる。そして、その次に検出されたアイエリアのコントラストピークが検出されると、そのピーク位置を合焦位置として判断し、焦点調整を行う。
瞳エリアのサイズなどを判定して焦点調整対象となるアイエリアを事前に特定するのではなく、両方のアイエリアに対してコントラスト値を算出し、最初にピークが検出されてもレンズ駆動を継続し、その次にピークが検出されたアイエリアに対してピントを合わせる。これにより、顔全体に対してもピントの合っている良好な画像を得ることができる。また、焦点を逆の方向へ移動させる場合、最初にピークが検出されると、そのピーク位置を合焦位置と判断するため、顔にピントの合う画像を得ることができる。
次に、図5、6を用いて、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態では、顔エリアを対象として焦点検出を実行し、顔エリアの一部を削除する。それ以外の構成については、実質的に第1の実施形態と同じである。
図5は、撮影画像および顔エリアの削除範囲を示した図である。
顔エリアFAのサイズは、被写体となっている人物の顔サイズに合わせて規定されるが、顔の画像領域と一致しない場合が多い。図5では、顔エリアFAが実際の顔のサイズよりも大きく設定されている。その結果、人物の背景にある被写体N’(ここでは建造物)の一部が顔エリアFAに入り込む。顔エリアに対して焦点検出を行った場合、背景の被写体N’にピントを合わせてしまうことになる。
そのため、顔エリアFAの一部を削除する。通常の撮影(デジタルカメラ10を横向き)では、撮影画像の上下方向に沿って顔が写し出されることが一般的であることから、顔エリアFAのサイドに沿った削除領域CFを削除してエリアを設定する。サイド領域CFの幅はあらかじめ定められている。
一方、カメラの撮影方向によっては、撮影画像において被写体像の向きが撮影画像の垂直方向に沿っていない。その場合、顔の傾きに応じて削除領域CFを変化させる。すなわち、削除領域CFの幅を変える。顔の傾き角度については、ここでは、上述した撮影画像における垂直方向に沿った基準線Lに対する顔横断線N0の角度を求めるが、これ以外の顔の傾き角度検出方法を用いてもよい。
図5では、顔の傾き角度αは0であり、顔横断線N0と撮影画像IMの基準線Lとがほぼ一致しているが、顔横断線N’が図5のように位置する顔の傾き角度αが生じた場合、削除領域CFだけ顔エリアを狭くする。ここでは、傾き角度αが60度まで削除領域CFを設定し、その削除領域CFの幅は一定とする。これにより、左右方向幅の狭い顔エリアFA’が設定される。
一方、デジタルカメラ10を縦にして撮影した場合、被写体となる顔は、撮影画像IM1の横方向に沿って写し出される。そのため、撮影画像IM1の基準線Lに対して顔横断線N0は90度傾く。このような場合、その顔の表示方向に合わせて削除領域CFを定めなければならない。
図6は、デジタルカメラ10を縦に位置決めして撮影した場合の削除範囲を示した図である。削除領域CFは、顔エリアFAの左右方向のサイドに規定される。また、顔の傾き角度αが30度以上になって削除領域CFを設定する。図5、6から明らかなように、傾き角度αが30度から60度の範囲では、顔エリアFAの上下方向および左右方向両方に沿ってサイドに削除領域CFが設定される。
このように第2の実施形態では、顔の傾き角度に応じて顔エリアの一部を削除する。これにより、背景の被写体が顔エリアに含まれるのを防ぐことができる。なお、顔の方無為角度が大きくなるほど、削除領域のサイズ(幅)を小さくするように設定してもよい。
なお、第1の実施形態のように瞳エリアの焦点位置を検出する構成とは関係なく、撮影画像から顔の部分を検出し、顔エリアを対象として焦点検出を行う焦点検出手段において、顔エリアの上下あるいは左右方向に沿った両端部分を部分的に削除する構成にすれば、良好にピント合わせをすることができる。
次に、図7、8を用いて、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、瞳エリアの一部を削除する。それ以外については、実質的に第2の実施形態と同じである。
図7は、撮影画像および顔エリアの削除範囲を示した図である。図8は、カメラを縦にして撮影した場合の削除領域CFを示した図である。
図7では、撮影画像IM1において、瞳エリアPA1、PA2の一部が顔エリアFAから外れている。その結果、瞳エリアPA1を対象にして焦点検出を行った場合、背景の被写体BLにピントを合わせてしまう恐れがある。
これを防ぐため、瞳エリアPA1、PA2の一部を顔エリアFAの上下方向に沿ってフレームからはみだす部分だけ削除する。図7では、顔エリアFAから出ている削除領域CFを設定することによって、新たに瞳エリアPA1’、PA’2が定められている。また、顔の傾き角度に応じて削除領域CFのサイズ(幅)を変更する。一方、デジタルカメラ10を縦にして撮影した場合、顔エリアFAの左右方向に沿ってフレームからはみだす部分を削除する(図8参照)。
ところで、第2の実施形態で示したように顔エリアを部分的に削除した場合、瞳エリアに対して顔エリアが小さくなり、瞳エリアのほとんどが顔エリアに含まれない状態が撮影状況によって生じる。図8では、あらたに設定された顔エリアFA’に対して瞳エリアPA1’、PA2’がフレーム内に実質的に含まれていない。
このような事態を避けるため、顔の傾き角度30度〜60度(図7、8の符号PA参照)においては、削除領域CFを設定せず、瞳エリアは元のサイズのまま焦点検出が行われる。これにより、瞳について確実にピントを合わせることができる。
このように第3の実施形態によれば、瞳エリアをサイドに沿って部分的に狭めてから、焦点検出を行う。第1の実施形態のように瞳エリアの合焦位置を検出することに関係なく、撮影画像の中で目を検出し、サイドに沿って部分的に削除したアイエリアを設定する構成にすることによって、上述した背景に良好なピント合わせをすることができる。
なお、顔のヨーイング、すなわちカメラに対する顔の向いている方向の角度を検出し、その角度に応じて顔エリアおよび/もしくは瞳エリアについて部分的に上下方向あるいは左右方向に沿って削除するようにしてもよい。
なお、デジタルカメラ以外の撮影機能を備えた携帯機器などにも適用可能である。
10 デジタルカメラ
12 撮影光学系
14 イメージセンサ
30 コントローラ(焦点調整部、合焦位置検出部)
PA1、PA2 アイエリア
X 保留区間(駆動継続期間)


Claims (7)

  1. 撮像素子から読み出される画素信号のコントラスト値に基づき、合焦位置をコントラスト方式に従って検出する合焦位置検出部と、
    撮影光学系をコントラスト方式に従って駆動し、検出された合焦位置に従って焦点調整を行う焦点調整部とを備え、
    前記合焦位置検出部が、撮影画像の中で目の領域を表すアイエリアを対象にしてコントラスト値を算出し、
    前記合焦位置検出部が、近接点方向への焦点移動では、2番目以降にコントラスト値のピークが検出されたアイエリアのピーク位置を、合焦位置として検出することを特徴とする焦点検出装置。
  2. 前記合焦位置検出部が、コントラスト値のピークが検出されたアイエリアが出ると、前記撮影光学系のその後の駆動継続区間を設定することを特徴とする請求項1に記載の焦点検出装置。
  3. 前記合焦位置検出部が、前記撮影光学系を駆動継続区間駆動してもAF評価値のピークが検出されない場合、先に検出されたアイエリアのピーク位置を合焦位置として定めることを特徴とする請求項2に記載の焦点検出装置。
  4. 前記合焦位置検出部が、無限遠方向への焦点移動では、先にコントラスト値のピークが検出されたアイエリアのピーク位置を、合焦位置として検出することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の焦点検出装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載された焦点検出装置を備えた撮影装置。
  6. 撮像素子から読み出される画素信号のコントラスト値に基づき、合焦位置をコントラスト方式に従って検出し、
    撮影光学系をコントラスト方式に従って駆動し、検出された合焦位置に従って焦点調整を行う焦点検出方法であって、
    撮影画像の中で目の領域を表すアイエリアを対象にしてコントラスト値を算出し、
    近接点方向への焦点移動では、2番目以降にコントラスト値のピークが検出されたアイエリアのピーク位置を、合焦位置として検出することを特徴とする焦点検出方法。
  7. 撮影装置を、
    撮像素子から読み出される一連の画素信号のコントラスト値に基づき、合焦位置をコントラスト方式に従って検出する合焦位置検出手段と、
    撮影光学系をコントラスト方式に従って駆動し、検出された合焦位置に従って焦点調整を行う焦点調整手段とを機能させ、
    撮影画像の中で目の領域を表すアイエリアを対象にしてコントラスト値を算出するように、前記合焦位置検出手段を機能させ、
    近接点方向への焦点移動では、2番目以降にコントラスト値のピークが検出されたアイエリアのピーク位置を、合焦位置として検出するように、前記合焦位置検出手段として機能させることを特徴とするプログラム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020088557A (ja) * 2018-11-22 2020-06-04 パナソニックIpマネジメント株式会社 肌分析装置

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