JP2017219786A - 制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 - Google Patents
制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017219786A JP2017219786A JP2016115973A JP2016115973A JP2017219786A JP 2017219786 A JP2017219786 A JP 2017219786A JP 2016115973 A JP2016115973 A JP 2016115973A JP 2016115973 A JP2016115973 A JP 2016115973A JP 2017219786 A JP2017219786 A JP 2017219786A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- defocus
- signal
- frame
- moving
- subject
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Exposure Control For Cameras (AREA)
- Focusing (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Studio Devices (AREA)
Abstract
【課題】撮影者の意図する複数の移動被写体に関して合焦状態を維持しながら動画撮影が可能な制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置(121)は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号および第2信号を取得する取得手段(121a)と、第1信号と第2信号との相関量に基づいて複数の移動被写体のデフォーカス量を算出する算出手段(121b)と、複数の移動被写体のうち所定の移動被写体を基準として所定のデフォーカス領域の範囲内にある移動被写体が被写界深度に含まれるように、フォーカスレンズおよび絞りの少なくとも一方を制御する制御手段(121c)とを有する。
【選択図】図1
【解決手段】制御装置(121)は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号および第2信号を取得する取得手段(121a)と、第1信号と第2信号との相関量に基づいて複数の移動被写体のデフォーカス量を算出する算出手段(121b)と、複数の移動被写体のうち所定の移動被写体を基準として所定のデフォーカス領域の範囲内にある移動被写体が被写界深度に含まれるように、フォーカスレンズおよび絞りの少なくとも一方を制御する制御手段(121c)とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、撮像素子からの出力信号に基づいて自動焦点調節を行う撮像装置に関する。
特許文献1には、静止画撮影の際に複数の被写体が光軸方向に異なる位置に存在する場合、画面内を複数の領域に分割し、複数の領域から得られる複数の被写体を合焦状態とするように焦点位置および絞りを調整する方法が開示されている。
特許文献2には、移動被写体においてパターンマッチングなどにより被写体を追尾しながら被写体の検出領域を追従させ、複数の被写体を合焦状態とするように焦点位置及び絞りを調整する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献1、2に開示された方法では、複数の被写体が光軸方向に異なる速度で移動している場合、焦点検出と撮影タイミングに時間的なずれがある場合に焦点検出から撮影までに被写体が移動してしまう。その結果、撮影者の意図する複数の被写体を合焦状態とすることができないことがある。
また、特許文献1、2に開示された方法を動画撮影に適用した場合、動画撮影で複数の光軸方向に異なる速度で移動する被写体を撮影すると、離れていく被写体や他の被写体に対して遅れる被写体、または静止している被写体は、主被写体でないことが多い。しかし、複数の被写体の全てを合焦状態にし続けてしまい、撮影者が意図する動画撮影を行うことができない。
そこで本発明は、撮影者の意図する複数の移動被写体に関して合焦状態を維持しながら動画撮影が可能な制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供する。
本発明の一側面としての制御装置は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号および第2信号を取得する取得手段と、前記第1信号と前記第2信号との相関量に基づいて複数の移動被写体のデフォーカス量を算出する算出手段と、前記複数の移動被写体のうち所定の移動被写体を基準として所定のデフォーカス領域の範囲内にある移動被写体が被写界深度に含まれるように、フォーカスレンズおよび絞りの少なくとも一方を制御する制御手段とを有する。
本発明の他の側面としての撮像装置は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光する第1光電変換部および第2光電変換部を有する撮像素子と、前記第1光電変換部および前記第2光電変換部からの出力信号のそれぞれに対応する第1信号および第2信号を取得する取得手段と、前記第1信号と前記第2信号との相関量に基づいて複数の移動被写体のデフォーカス量を算出する算出手段と、前記複数の移動被写体のうち所定の移動被写体を基準として所定のデフォーカス領域の範囲内にある移動被写体が被写界深度に含まれるように、フォーカスレンズおよび絞りの少なくとも一方を制御する制御手段とを有する。
本発明の他の側面としての制御方法は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号および第2信号を取得するステップと、前記第1信号と前記第2信号との相関量に基づいて複数の移動被写体のデフォーカス量を算出するステップと、前記複数の移動被写体のうち所定の移動被写体を基準として所定のデフォーカス領域の範囲内にある移動被写体が被写界深度に含まれるように、フォーカスレンズおよび絞りの少なくとも一方を制御するステップとを有する。
本発明の他の側面としてのプログラムは、前記制御方法をコンピュータに実行させる。
本発明の他の側面としての記憶媒体は、前記プログラムを記憶している。
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。
本発明によれば、撮影者の意図する複数の移動被写体に関して合焦状態を維持しながら動画撮影が可能な制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各実施例において例示される構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。
まず、図1を参照して、本発明の実施例1における撮像装置の概略構成について説明する。図1は、撮像装置100の構成図である。撮像装置100は、撮像素子107を備えた撮像装置本体(カメラ本体)と、撮像装置本体に着脱可能な撮影レンズ(レンズ装置、撮像光学系)とを備えて構成される。ただし本実施例は、これに限定されるものではなく、撮像装置本体と撮影レンズ(撮像光学系)とが一体的に構成された撮像装置にも適用可能である。また撮像装置100は、動画および静止画を記録可能である。
第1レンズ群101は、撮像光学系(結像光学系)の先端に配置されており、光軸OAの方向(光軸方向)に進退可能に保持されている。絞り兼用シャッタ102(絞り)は、その開口径を調節することにより、撮影時の光量調節を行う。また絞り兼用シャッタ102は、静止画撮影の際に露光秒時調節用シャッタとしての機能を有する。第2レンズ群103は、絞り兼用シャッタ102と一体となって光軸方向に進退し、第1レンズ群101の進退動作との連動により、変倍作用(ズーム機能)を実現する。第3レンズ群105(フォーカスレンズ)は、光軸方向に進退することにより、焦点調節(フォーカシング)を行う。光学的ローパスフィルタ106は、撮影画像の偽色やモアレを軽減するための光学素子である。
撮像素子107(撮像手段)は、2次元CMOSフォトセンサとその周辺回路とを備えて構成され、撮像光学系の結像面に配置されている。このような構成により、撮像素子107は、撮像光学系を介して得られた被写体像(光学像)を光電変換して像信号を出力する。本実施例において、第1レンズ群101、絞り兼用シャッタ102、第2レンズ群103、第3レンズ群105、および、光学的ローパスフィルタ106により、撮像光学系(結像光学系)が構成される。
ズームアクチュエータ111は、不図示のカム筒を回動することにより、第1レンズ群101および第2レンズ群103を光軸方向に進退駆動し、変倍操作を行う。絞りシャッタアクチュエータ112は、絞り兼用シャッタ102の開口径を制御して撮影光量を調節するとともに、静止画撮影の際に露光時間制御を行う。フォーカスアクチュエータ114は、第3レンズ群105を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。
CPU121(制御装置)は、カメラ本体の種々の制御を司るカメラCPU(カメラ制御部)であり、演算部、ROM、RAM、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、および、通信インターフェイス回路などを有する。CPU121は、ROMに記憶された所定のプログラムに基づいて、カメラ本体の各種回路を駆動し、AF、撮影、画像処理、および、記録などの一連の動作を実行する。また本実施例において、CPU121は、取得手段121a、算出手段121b、制御手段121c、および、判定手段121dを有する。なお、これらの各部の機能については後述する。
撮像素子駆動回路124は、撮像素子107の撮像動作を制御するとともに、撮像素子107から出力された像信号をA/D変換してCPU121に送信する。画像処理回路125は、撮像素子107から得られた像信号に対して、γ変換、カラー補間、および、JPEG圧縮などの画像処理を行う。
フォーカス駆動回路126は、CPU121により算出される焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ114を駆動制御し、第3レンズ群105を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行う。絞りシャッタ駆動回路128は、CPU121により算出される絞りシャッタアクチュエータ112を駆動制御して、絞り兼用シャッタ102の開口を制御する。ズーム駆動回路129は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ111を駆動する。
表示器131は、LCDなどを備えて構成され、カメラ本体の撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態表示画像などを表示する。操作スイッチ群132は、電源スイッチ、レリーズ(撮影トリガ)スイッチ、ズーム操作スイッチ、および、撮影モード選択スイッチなどにより構成される。フラッシュメモリ133は、カメラ本体に着脱可能な記録手段であり、撮影済み画像を記録する。
次に、図2および図3を参照して、本実施例における撮像素子107の画素配列および画素構造について説明する。図2は、撮像素子107の画素配列を示す図である。図3は、撮像素子107の画素構造を示す図であり、図3(a)は撮像素子107の画素200Gの平面図(+z方向から見た図)、図3(b)は図3(a)中の線a−aの断面図(−y方向から見た図)をそれぞれ示している。
図2は、撮像素子107(2次元CMOSセンサ)の画素配列(撮影画素の配列)を、4列×4行の範囲で示している。本実施例において、各々の撮像画素(画素200R、200G、200B)は、光電変換部201、202(2つの瞳分割用の副画素)を備えて構成されている。このため、図2には、光電変換部の配列が8列×4行の範囲で示されていることになる。
図2に示されるように、2列×2行の画素群200は、画素200R、200G、200Bがベイヤー配列で配置されている。すなわち画素群200のうち、R(赤)の分光感度を有する画素200Rが左上に、G(緑)の分光感度を有する画素200Gが右上と左下に、B(青)の分光感度を有する画素200Bが右下にそれぞれ配置されている。各画素200R、200G、200B(各撮像画素)は、2列×1行に配列された光電変換部201(第1光電変換部、第1副画素)および光電変換部202(第2光電変換部、第2副画素)を備えて構成されている。光電変換部201は、結像光学系の第1瞳領域を通過した光束を受光し光電変換する画素である。光電変換部202は、結像光学系の第2瞳領域を通過した光束を受光して光電変換する画素である。光電変換部201から出力される像信号(第1焦点検出信号)と光電変換部202から出力される像信号(第2焦点検出信号)は互いに視差を有し、位相差検出方式の焦点検出に用いられる。なお、光電変換部201から出力される像信号と光電変換部202から出力される像信号を合成した信号が撮像信号となる。図2に示されるように、撮像素子107は、4列×4行の撮像画素(8列×4行の光電変換部)を面上に多数配置して構成されており、撮像信号および焦点検出信号を出力する。
図3(b)に示されるように、本実施例の画素200Gには、画素の受光面側に入射光を集光するためのマイクロレンズ305が設けられている。マイクロレンズ305は、受光面からz軸方向(光軸OAの方向)に所定の距離だけ離れた位置に配置されている。また画素200Gには、x方向にNH分割(2分割)、y方向にNV分割(1分割)された光電変換部301、302(光電変換部)が形成されている。光電変換部301(第1光電変換部)および光電変換部302(第2光電変換部)は、光電変換部201および光電変換部202にそれぞれ対応する。
光電変換部301および光電変換部302は、それぞれ、p型層とn型層との間にイントリンシック層を挟んだpin構造のフォトダイオードとして構成される。必要に応じて、イントリンシック層を省略し、pn接合のフォトダイオードとして構成してもよい。画素200G(各画素)には、マイクロレンズ305と、光電変換部301および光電変換部302との間に、カラーフィルタ306が設けられている。必要に応じて、副画素(光電変換部)ごとにカラーフィルタ306の分光透過率を変えることができ、またはカラーフィルタを省略してもよい。
図3に示されるように、画素200Gに入射した光は、マイクロレンズ305により集光され、カラーフィルタ306で分光された後、光電変換部301、302で受光される。光電変換部301、302においては、受光量に応じて電子とホールとの対が生成され、それらが空乏層で分離された後、負電荷の電子はn型層に蓄積される。一方、ホールは定電圧源(不図示)に接続されたp型層を通じて、撮像素子107の外部へ排出される。光電変換部301、302のn型層に蓄積された電子は、転送ゲートを介して、静電容量部(FD)に転送され、電圧信号に変換される。このように本実施例において、撮像素子107は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光する第1光電変換部および第2光電変換部を有する。また撮像素子107は、1つのマイクロレンズに対して第1光電変換部および第2光電変換部を有し、このようなマイクロレンズが2次元状に配列されている。
次に、図4を参照して、撮像素子107の瞳分割機能について説明する。図4は、撮像素子107の瞳分割機能の説明図であり、1つの画素部における瞳分割の様子を示している。図4は、図3(a)に示される画素構造のa−a断面を+y側から見た断面図、および、結像光学系の射出瞳面を示している。図4では、射出瞳面の座標軸と対応を取るため、断面図のx軸およびy軸を図3のx軸およびy軸に対してそれぞれ反転させている。
図4において、光電変換部201(第1光電変換部)の瞳部分領域501(第1瞳部分領域)は、重心が−x方向に偏心している光電変換部301の受光面と、マイクロレンズ305を介して略共役関係になっている。このため瞳部分領域501は、光電変換部201で受光可能な瞳領域を表している。光電変換部201の瞳部分領域501の重心は、瞳面上で+x側に偏心している。また、光電変換部202(第2光電変換部)の瞳部分領域502(第2瞳部分領域)は、重心が+x方向に偏心している光電変換部302の受光面と、マイクロレンズ305を介して略共役関係になっている。このため瞳部分領域502は、光電変換部202で受光可能な瞳領域を表している。光電変換部202の瞳部分領域502の重心は、瞳面上で−x側に偏心している。瞳領域500は、光電変換部301、302(光電変換部201、202)を全て合わせた際の画素200G全体で受光可能な瞳領域である。図4において、400は結像光学系の射出瞳を示している。
図5は、撮像素子107と瞳分割機能の説明図である。結像光学系の瞳領域のうち互いに異なる瞳部分領域501、502を通過した光束は、撮像素子107の各画素に互いに異なる角度で撮像素子107の撮像面800に入射し、2×1分割された光電変換部201および光電変換部202で受光される。本実施例では、瞳領域が水平方向に2つに瞳分割されている例について説明しているが、これに限定されるものではなく、必要に応じて垂直方向などの他の方向に瞳分割を行ってもよい。
なお本実施例では、光電変換部201(第1光電変換部、第1副画素)および光電変換部202(第2光電変換部、第2副画素)から構成された撮像画素が複数配列されているが、本実施例はこれに限定されるものではない。必要に応じて、撮像画素と焦点検出画素を個別の画素構成とし、撮像画素配列の一部に、焦点検出画素を部分的に(離散的に)配置するように構成してもよい。
本実施例では、撮像素子107の各画素の光電変換部201(第1光電変換部)の受光信号を集めて第1焦点検出信号を生成し、各画素の光電変換部202(第2光電変換部)の受光信号を集めて第2焦点検出信号を生成して焦点検出を行う。また本実施例では、撮像素子107の画素ごとに、第1光電変換部および第2光電変換部の信号を合成することにより、有効画素数Nの解像度の撮像信号(撮像画像)を生成する。
次に、図6を参照して、撮像素子107の光電変換部201から出力される焦点検出信号(第1焦点検出信号)および光電変換部202から出力される焦点検出信号(第2焦点検出信号)のデフォーカス量と像ずれ量との関係について説明する。図6は、デフォーカス量と像ずれ量との関係図である。図6において、撮像素子107は撮像面800に配置されており、図4および図5と同様に、結像光学系の射出瞳が瞳部分領域501、502に2分割されている様子が示されている。
デフォーカス量dは、被写体の結像位置から撮像面800までの距離を|d|として定義される。またデフォーカス量dは、結像位置が撮像面800よりも被写体側にある前ピン状態を負符号(d<0)、結像位置が撮像面800よりも被写体の反対側にある後ピン状態を正符号(d>0)として定義される。被写体の結像位置が撮像面800(合焦位置)にある合焦状態において、デフォーカス量d=0が成立する。図6において、合焦状態(d=0)である被写体801、および、前ピン状態(d<0)である被写体802がそれぞれ示されている。前ピン状態(d<0)および後ピン状態(d>0)を併せて、デフォーカス状態(|d|>0)という。
前ピン状態(d<0)では、被写体802からの光束のうち、瞳部分領域501(または瞳部分領域502)を通過した光束は、一度、集光する。その後、光束は、光束の重心位置GT1(GT2)を中心とする幅Γ1(Γ2)に広がり、撮像面800でボケた像となる。ボケた像は、撮像素子107に配列された各画素を構成する光電変換部201(光電変換部202)により受光され、第1焦点検出信号(第2焦点検出信号)が生成される。このため、第1焦点検出信号(第2焦点検出信号)は、撮像面800上の重心位置GT1(GT2)に、被写体802が幅Γ1(Γ2)にボケた被写体像として記録される。被写体像のボケ幅Γ1(Γ2)は、デフォーカス量dの大きさ|d|が増加するのに伴い、概ね比例して増加する。同様に、第1焦点検出信号と第2焦点検出信号との間の被写体像の像ずれ量p(=光束の重心位置の差GT1−GT2)の大きさ|p|も、デフォーカス量dの大きさ|d|が増加するのに伴い、概ね、比例して増加する。後ピン状態(d>0)に関しても同様であるが、第1焦点検出信号と第2焦点検出信号と間の被写体像の像ずれ方向が前ピン状態と反対となる。
このように本実施例において、第1焦点検出信号と第2焦点検出信号、または、第1焦点検出信号と第2焦点検出信号とを加算した撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第1焦点検出信号と第2焦点検出信号と間の像ずれ量の大きさは増加する。
次に、本実施例における焦点検出について説明する。本実施例において、CPU121(算出手段121b)は、位相差検出方式の焦点検出により、第1焦点検出信号と第2焦点検出信号とから得られる像ずれ量(相関量)を算出し、像ずれ量に基づいてデフォーカス量を算出する。
まず、図7を参照して、第1焦点検出信号および第2焦点検出信号を取得する撮像素子107上の領域である焦点検出領域について説明する。図7は焦点検出領域の説明図であり、撮像素子107の有効画素領域1000における焦点検出領域と、焦点検出の際に表示器131に表示される焦点検出領域を示す指標とを重ねて示している。
本実施例では、行方向に3つ、列方向に3つの、計9個の焦点検出領域が設定されている。行方向にn番目、列方向にm番目の焦点検出領域をA(n,m)と表し、この焦点検出領域に対応する光電変換部201および光電変換部202の信号を用いて、後述する第1焦点検出および第2焦点検出を行う。同様に、行方向にn番目、列方向にm番目の焦点検出領域の指標をI(n,m)と表す。なお本実施例では、行方向に3つ、列方向に3つの焦点検出領域を設定しているが、これに限定されるものではない。撮像素子107のように有効画素領域1000のうちのいずれの画素からも第1焦点検出信号および第2焦点検出信号が得られる撮像素子においては、焦点検出領域の数、位置、サイズを適宜変更することができる。例えば、撮影者の指定した領域を中心とする所定の範囲を、焦点検出領域として設定してもよい。
次に、図8を参照して、本実施例における位相差検出方式の焦点検出について説明する。位相差検出方式の焦点検出では、第1焦点検出信号と第2焦点検出信号とを相対的にシフトさせて信号の一致度を表す相関量(評価値)を算出し、良好な相関(信号の一致度)が得られるシフト量に基づいて像ずれ量を検出する。撮像信号のデフォーカス量の大きさが増加するのに伴い、第1焦点検出信号と第2焦点検出信号間との像ずれ量の大きさが増加する関係に基づいて、像ずれ量を第1検出デフォーカス量に変換して焦点検出を行う。
図8は、位相差検出方式の焦点検出処理を示すフローチャートである。図8の各ステップは、主にCPU121により、または、CPU121の指令に基づいて撮像素子107または画像処理回路125により実行される。
まずステップS110において、CPU121は、撮像素子107の有効画素領域1000の範囲内において、焦点調節を行うための焦点検出領域を設定する。そしてCPU121(取得手段121a)は、設定した焦点検出領域に対応する光電変換部201(第1光電変換部)の受光信号から第1焦点検出信号(第1信号)を取得する。同様に、CPU121(取得手段121a)は、焦点検出領域内の光電変換部202(第2光電変換部)の受光信号から第2焦点検出信号(第2信号)を取得する。
続いてステップS120において、CPU121は、第1焦点検出信号および第2焦点検出信号のそれぞれに対して、信号データ量を抑制するために列方向に3画素加算処理を行う。またCPU121は、RGB信号を輝度Y信号にするためにベイヤー(RGB)加算処理を行う。
続いてステップS130において、CPU121は、加算処理後の第1焦点検出信号と第2焦点検出信号とを相対的に瞳分割方向にシフトさせるシフト処理を行い、信号の一致度を表す相関量(評価値)を算出する。ここで、加算処理後のk番目の第1焦点検出信号をA(k)、第2焦点検出信号をB(k)、焦点検出領域に対応する番号kの範囲をWとする。シフト処理によるシフト量をs1、シフト量s1のシフト範囲をΓ1とすると、相関量COR(評価値)は、以下の式(1)により算出される。
CPU121は、シフト量s1のシフト処理により、k番目の第1焦点検出信号A(k)と(k−s1)番目の第2焦点検出信号B(k−s1)を対応させて減算し、シフト減算信号を生成する。そしてCPU121は、生成されたシフト減算信号の絶対値を算出し、焦点検出領域に対応する範囲W内で番号kの和を取り、評価値である相関量COR(s1)を算出する。必要に応じて、各行ごとに算出された相関量(評価値)を、シフト量ごとに複数行に渡って加算してもよい。
続いてステップS140において、CPU121は、相関量CORから、サブピクセル演算により、相関量が最小値となる実数値のシフト量を算出して像ずれ量p1を得る。そしてCPU121は、像ずれ量p1に、焦点検出領域の像高、撮像レンズ(結像光学系)のF値、および、射出瞳距離に応じた変換係数Kを掛けて、デフォーカス量(Def)を検出(算出)する。このように本実施例において、CPU121は、位相差検出方式の焦点検出処理により、第1焦点検出信号と第2焦点検出信号に対して画素加算処理を行う。そしてCPU121は、相関量を算出し、算出した相関量に基づいてデフォーカス量を検出する。
次に、図9を参照して、被写体が動体であるか否かを判定する方法(動体判定処理)について説明する。CPU121(判定手段121d)は、焦点検出結果から得られるデフォーカス量に基づいて、焦点検出結果としてのフォーカス位置(焦点位置)を算出する。またCPU121(判定手段121d)は、第1焦点検出信号と第2焦点検出信号とに基づいて、被写体が動体であるか否かを判定する。具体的には、CPU121は、過去の複数のフレームの焦点検出結果(フォーカス位置)が所定量よりも変化し、その変化に連続性がある場合、被写体が動体であると判定する。CPU121は、過去の複数(複数のフレーム)の点に関する焦点検出結果(フォーカス位置)を取得することができない場合、焦点検出結果の連続性を判定することができないため、その被写体は動体でないと判定する。なお、ここでは動体判定処理の一例を示す。焦点検出結果が所定量以上変化し、かつその変化に連続性が得られている限り、他の方法を用いて動体判定を行ってもよい。
図9は、動体判定処理の説明図である。図9において、横軸はフレーム(記録フレーム)、縦軸はフォーカス位置(焦点検出結果)をそれぞれ示す。nは現在のフレーム、n−1、n−2、n−3は過去のフレーム、n+1、n+2は将来のフレームをそれぞれ示す。図9において、現在のフレームnおよび過去のフレームn−1、n−2、n−3において、被写体のフォーカス位置(P(n)、P(n−1)、P(n−2)、P(n−3))が所定量以上変化し続けていると判定することができる。このため判定手段121dは、この被写体が動体であると判定する。
次に、図10を参照して、CPU121により検出された動体に対して、最も近い被写体(最至近の移動被写体)と最も遠い被写体(最遠の移動被写体)との間のデフォーカス領域(被写体間デフォーカス領域)を算出する方法について説明する。現在のフレームにおいて算出されるデフォーカス領域が、前のフレーム(過去のフレーム)において算出されたデフォーカス領域よりも広くなる場合、CPU121は、最も遠い被写体を除外して、再度、デフォーカス領域を算出する。デフォーカス領域の算出は、前のフレームに関するデフォーカス領域の値以下になるまで行われる。これにより、他の被写体から離れていく被写体や静止被写体(動画撮影では主被写体でない場合が多い)を、デフォーカス領域から除外することができる。
図10はデフォーカス領域演算の説明図であり、図10(a)、(b)はそれぞれフレームn−1、nにおける複数の被写体のフォーカス位置を示している。図10(a)、(b)において、横軸は各フレーム中における位置、縦軸は複数の被写体のフォーカス位置をそれぞれ示す。
図10(a)において、d(n−1)は、前のフレームn−1にて得られた複数の被写体のうち最も近い被写体のフォーカス位置と最も遠い被写体のフォーカス位置との間のデフォーカス領域(距離)である。図10(b)において、d(n)aは、現在のフレームnにて得られた複数の被写体のうち最も近い被写体のフォーカス位置と最も遠い被写体のフォーカス位置との間のデフォーカス領域(距離)である。本実施例において、現在のフレームnにおけるデフォーカス領域d(n)aは、前のフレームn−1におけるデフォーカス領域d(n−1)よりも大きい。このため、現在のフレームnにおいて、複数の被写体のうち最も遠い被写体を除外して、再度、デフォーカス領域d(n)bを算出する。
次に、図11を参照して、本実施例における焦点調節処理(フォーカス制御)について説明する。図11は、本実施例における焦点調節処理のフローチャートである。図11の各ステップは、主に、CPU121の指令に基づいて実行される。図11のフローは、フレームごとに繰り返される。
まずステップS210において、CPU121は焦点検出を行う。このときCPU121は、画面内の複数の領域(焦点検出領域)において焦点検出を行い、複数の被写体のデフォーカス量を測定(算出)する。続いてステップS220において、CPU121は、被写体が動体であるか否かを判定する(動体判定)。このときCPU121は、焦点検出結果(フォーカス位置)が連続的に所定量以上変化している場合、その被写体が動体であると判定する。一方、焦点検出結果が連続的に所定量以上変化していない場合、その被写体が動体であると判定しない。CPU121は、このような判定を画面内の複数の領域(焦点検出領域)において行い、複数の被写体の動体判定を行う。
続いてステップS230において、CPU121は、ステップS220にて動体であると判定された複数の被写体に関するデフォーカス領域(被写体間デフォーカス領域)を算出する。デフォーカス領域は、複数の被写体のうち最も近い被写体のフォーカス位置と最も遠い被写体のフォーカス位置との間の距離に相当する。
続いてステップS240において、CPU121は、ステップS230にて算出されたデフォーカス領域の範囲が被写界深度に含まれるように絞り値(F値)を算出し、絞り兼用シャッタ102を制御する(絞り調節を行う)。ここで、ステップS230にて算出されたデフォーカス領域内の複数の被写体のうち、最も遠い被写体のデフォーカス量をDf、最も近い被写体のデフォーカス量をDnとする。また、撮像装置100に対して近い被写体nと遠い被写体fとを両端とする被写界深度をα:βに内分する点を算出する係数をAとする。このとき、最少錯乱円の大きさをΔとすると、絞り値Fは、以下の式(2)のように表される。
F=(Df−Dn)×A/Δ … (2)
(A=α/(α+β)、Δ=35μm)
本実施例では、式(2)で表されるように絞り値Fを制御する(絞り調節を行う)。
(A=α/(α+β)、Δ=35μm)
本実施例では、式(2)で表されるように絞り値Fを制御する(絞り調節を行う)。
続いてステップS250において、CPU121は、ステップS230にて算出されたデフォーカス領域内に設定される焦点位置へのデフォーカス量Dを算出し、デフォーカス量Dに基づいて焦点調節を行う。本実施例において、デフォーカス量Dは、以下の式(3)のように表される。
D=(Df−Dn)×A … (3)
このように本実施例において、制御装置(CPU121)は、取得手段121a、算出手段121b、および、制御手段121cを有する。取得手段121aは、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号(第1焦点検出信号)および第2信号(第2焦点検出信号)を取得する。第1信号および第2信号は、第1光電変換部および第2光電変換部のそれぞれからの出力信号に対応する信号である。算出手段121bは、第1信号と第2信号との相関量に基づいて複数の移動被写体(動体)のデフォーカス量を算出する。制御手段は、複数の移動被写体のうち所定の移動被写体を基準として所定のデフォーカス領域の範囲内にある移動被写体が被写界深度に含まれるように(合焦状態となるように)、フォーカスレンズおよび絞りの少なくとも一方を制御する。所定のデフォーカス領域は、例えば、現在のフレームよりも前のフレームに関して取得されたデフォーカス領域であるが、これに限定されるものではない。
このように本実施例において、制御装置(CPU121)は、取得手段121a、算出手段121b、および、制御手段121cを有する。取得手段121aは、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号(第1焦点検出信号)および第2信号(第2焦点検出信号)を取得する。第1信号および第2信号は、第1光電変換部および第2光電変換部のそれぞれからの出力信号に対応する信号である。算出手段121bは、第1信号と第2信号との相関量に基づいて複数の移動被写体(動体)のデフォーカス量を算出する。制御手段は、複数の移動被写体のうち所定の移動被写体を基準として所定のデフォーカス領域の範囲内にある移動被写体が被写界深度に含まれるように(合焦状態となるように)、フォーカスレンズおよび絞りの少なくとも一方を制御する。所定のデフォーカス領域は、例えば、現在のフレームよりも前のフレームに関して取得されたデフォーカス領域であるが、これに限定されるものではない。
好ましくは、所定の移動被写体は、複数の移動被写体のうち最至近の移動被写体(制御装置(撮像装置100)に最も近い被写体)である。また好ましくは、制御手段は、所定のデフォーカス領域の範囲内にある移動被写体が被写界深度に含まれるように絞り値(F値)を算出し、算出した絞り値に基づいて絞りを制御する。より好ましくは、制御手段は、第1フレームに関して算出した第1絞り値が第1フレーム(フレームn)よりも前の第2フレーム(フレームn−1)に関して算出した第2絞り値よりも大きい場合、第1フレームの絞り値として第1絞り値を用いる。
好ましくは、制御手段は、複数の移動被写体に関するデフォーカス量のうち最大デフォーカス量が所定のデフォーカス量よりも大きい場合、複数の移動被写体に関するデフォーカス領域を所定のデフォーカス領域の範囲内に制限する。より好ましくは、算出手段は、フレームごとに複数の移動被写体のデフォーカス量を算出する。そして制御手段は、第1フレームにおける最大デフォーカス量が所定のデフォーカス量よりも大きい場合、第1フレームの所定のデフォーカス領域(d(n))を、第2フレームに関して算出されたデフォーカス領域(d(n−1))の範囲内に制限する。
好ましくは、制御手段は、第1フレームにおいて複数の移動被写体を含むように第1デフォーカス領域(d(n)a)を算出する。制御手段は、第1デフォーカス領域が第2フレームにおいて算出された第2デフォーカス領域(d(n−1))よりも広い場合、第1フレームの所定のデフォーカス領域として、第1デフォーカス領域よりも狭い第3デフォーカス領域(d(n)b)を設定する。
本実施例によれば、撮影者の意図する複数の移動する被写体に対して合焦状態を維持し続けた動画撮影をすることができる。
次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例は、実施例1において記録するフレームレートが遅い場合や被写体が高速である場合などにより、焦点検出結果を調節する間に被写体が大きく移動し、撮影者の意図する複数の移動被写体(動体)がデフォーカス領域を超えてしまう可能性を考慮する。本実施例の撮像装置は、このような場合でも、合焦状態を維持し続けることが可能である。本実施例は、焦点調節処理に関して、図11を参照して説明した実施例1の焦点調節処理と異なる。本実施例の他の構成や動作は実施例1と同様であるため、それらの説明は省略する。
図9を参照して、本実施例における動体予測焦点位置演算について説明する。本実施例では、過去の複数の(フレームの)点の焦点検出結果および現在のフレームの焦点検出結果に基づいて、近似曲線などを用いて次のフレームの焦点位置を算出する。図9は、動体予測焦点位置演算の説明図である。図9に示されるように、CPU121(予測手段)は、現在のフレームnにおいて、現在の被写体位置(被写体のフォーカス位置P(n))と過去のフレーム(フレームn−1、n−2、n−3など)の被写体位置とに基づいて、近似曲線9−1を作成する。そしてCPU121は、次のフレームn+1において予測される被写体位置(予測フォーカス位置P(n+1))を算出する。
次に、CPU121(判定手段121d)により検出された複数の被写体(動体)に対して、最も近い被写体と最も遠い被写体との間のデフォーカス領域(被写体間デフォーカス領域)を算出する方法について説明する。CPU121は、検出した複数の被写体のうち、最も近い被写体と最も遠い被写体との間のデフォーカス領域を算出する。このときCPU121は、動体予測焦点位置の演算結果から得られる次のフレームの焦点位置(フォーカス位置)に基づいて、最も近い被写体と最も遠い被写体との間のデフォーカス領域を算出する。
次のフレームn+1に関して予測されるデフォーカス領域が、現在のフレームnに基づいて算出されたデフォーカス領域よりも広くなる場合、CPU121は、複数の被写体のうち最も遠い被写体を除外して、再度、現在のフレームのデフォーカス領域を算出する。デフォーカス領域の算出は、現在のフレームに関するデフォーカス領域の値以下になるまで行われる。これにより、他の被写体から離れていく被写体や静止被写体(動画撮影では主被写体でない場合が多い)を、デフォーカス領域から除外することができる。また、記録するフレームレートが遅い場合や、被写体が高速であって焦点検出結果を調節する間に被写体が大きく移動し、撮影者の意図する複数の移動被写体(動体)がデフォーカス領域を超えてしまう場合でも、合焦状態を維持し続けられることが可能となる。
次に、図12を参照して、本実施例における焦点調節処理(フォーカス制御)について説明する。図12は、本実施例における焦点調節処理のフローチャートである。図12の各ステップは、主に、CPU121の指令に基づいて実行される。図12のフローは、フレームごとに繰り返される。なお、図12のフローチャートは、ステップS320が挿入されている点で、実施例1の図11のフローチャートと異なる。図12のステップS310、S330〜S360は、図11のステップS210〜S250とそれぞれ同様であるため、それらの説明は省略する。
ステップS310にてCPU121が画面内の複数の焦点検出領域において焦点検出を行い、複数のデフォーカス領域を測定(算出)すると、ステップS320に進む。
ステップS320において、CPU121(予測手段)は、第1焦点検出信号と第2焦点検出信号とに基づいて、複数の被写体(動体)の焦点位置(フォーカス位置)を予測する。すなわちCPU121は、前のフレームにて動体と判定された被写体に関する動体予測焦点位置を算出し、次のフレームの焦点位置を動体予測焦点位置として算出する。前のフレームで動体と判定された被写体がない場合、次のフレームの焦点位置を予測することができない。このためCPU121は、ステップS310にて算出された焦点位置を動体予測焦点位置とする。
続いてステップS330において、CPU121は、実施例1と同様に、複数の被写体の動体判定を行う。またステップS340において、CPU121は、複数の被写体の間のデフォーカス領域を算出する。続いてステップS350、S360において、CPU121は、絞り制御およびフォーカス制御を行う。
このように本実施例において、好ましくは、算出手段121bは、フレームごとに複数の移動被写体(動体)のデフォーカス量を算出する。そして制御手段121c(予測手段)は、第1フレーム(フレームn)において取得した焦点位置に基づいて、第1フレームよりも後の第2フレーム(フレームn+1)における複数の移動被写体の予測位置を算出する。また制御手段121cは、予測位置に基づいて、複数の移動被写体を含むように第2フレームにおける第2デフォーカス領域(d(n)a)を算出する。そして制御手段121cは、第2デフォーカス領域が第1フレームの第1デフォーカス領域(d(n−1))よりも広い場合、第2フレームの所定のデフォーカス領域として、第2デフォーカス領域よりも狭い第3デフォーカス領域(d(n)b)を設定する。
本実施例によれば、記録するフレームレートが遅い場合や、被写体が高速で焦点検出結果を調節する間に被写体が大きく移動し、撮影者の意図する複数の移動被写体がデフォーカス領域を超えてしまう場合においても、合焦状態を維持し続けられることが可能である。
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施例の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
本発明は、上述の実施例の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
各実施例によれば、撮影者の意図する複数の移動被写体に関して合焦状態を維持しながら動画撮影が可能な制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
各実施例は、例えば、位相差検出方式の焦点検出(位相差AF)とコントラスト検出方式の焦点検出(コントラストAF)とを組み合わせたハイブリッドAFを行う撮像装置にも適用可能である。このような撮像装置は、状況に応じて、位相差AFまたはコントラストAFを選択的に使用し、または、これらを組み合わせて使用することができる。
121 CPU(制御装置)
121a 取得手段
121b 算出手段
121c 制御手段
121a 取得手段
121b 算出手段
121c 制御手段
Claims (15)
- 撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号および第2信号を取得する取得手段と、
前記第1信号と前記第2信号との相関量に基づいて複数の移動被写体のデフォーカス量を算出する算出手段と、
前記複数の移動被写体のうち所定の移動被写体を基準として所定のデフォーカス領域の範囲内にある移動被写体が被写界深度に含まれるように、フォーカスレンズおよび絞りの少なくとも一方を制御する制御手段と、を有することを特徴とする制御装置。 - 前記所定の移動被写体は、前記複数の移動被写体のうち最至近の移動被写体であることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
- 前記制御手段は、前記所定のデフォーカス領域の範囲内にある前記移動被写体が前記被写界深度に含まれるように絞り値を算出し、該絞り値に基づいて前記絞りを制御することを特徴とする請求項1または2に記載の制御装置。
- 前記制御手段は、第1フレームに関して算出した第1絞り値が該第1フレームよりも前の第2フレームに関して算出した第2絞り値よりも大きい場合、該第1フレームの前記絞り値として該第1絞り値を用いることを特徴とする請求項3に記載の制御装置。
- 前記制御手段は、前記複数の移動被写体に関する前記デフォーカス量のうち最大デフォーカス量が所定のデフォーカス量よりも大きい場合、該複数の移動被写体に関するデフォーカス領域を前記所定のデフォーカス領域の範囲内に制限することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記算出手段は、フレームごとに前記複数の移動被写体の前記デフォーカス量を算出し、
前記制御手段は、第1フレームにおける前記最大デフォーカス量が前記所定のデフォーカス量よりも大きい場合、該第1フレームにおける前記所定のデフォーカス領域を、該第1フレームよりも前の第2フレームに関して算出されたデフォーカス領域の範囲内に制限することを特徴とする請求項5に記載の制御装置。 - 前記第1信号と前記第2信号とに基づいて、被写体が移動被写体であるか否かを判定する判定手段を更に有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記第1信号と前記第2信号とに基づいて、前記複数の移動被写体の焦点位置を予測する予測手段を更に有し、
前記判定手段は、前記予測手段により予測された前記焦点位置に基づいて、前記被写体が前記移動被写体であるか否かを判定することを特徴とする請求項7に記載の制御装置。 - 前記算出手段は、フレームごとに前記複数の移動被写体の前記デフォーカス量を算出し、
前記制御手段は、
第1フレームにおいて前記複数の移動被写体を含むように第1デフォーカス領域を算出し、
前記第1デフォーカス領域が前記第1フレームよりも前の第2フレームにおいて算出された第2デフォーカス領域よりも広い場合、該第1フレームの前記所定のデフォーカス領域として、該第1デフォーカス領域よりも狭い第3デフォーカス領域を設定する、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記算出手段は、フレームごとに前記複数の移動被写体の前記デフォーカス量を算出し、
前記制御手段は、
第1フレームにおいて取得した焦点位置に基づいて、該第1フレームよりも後の第2フレームにおける前記複数の移動被写体の予測位置を算出し、
前記予測位置に基づいて、前記複数の移動被写体を含むように前記第2フレームにおける第2デフォーカス領域を算出し、
前記第2デフォーカス領域が前記第1フレームにおいて算出された第1デフォーカス領域よりも広い場合、前記第2フレームの前記所定のデフォーカス領域として、該第2デフォーカス領域よりも狭い第3デフォーカス領域を設定する、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の制御装置。 - 撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光する第1光電変換部および第2光電変換部を有する撮像素子と、
前記第1光電変換部および前記第2光電変換部からの出力信号のそれぞれに対応する第1信号および第2信号を取得する取得手段と、
前記第1信号と前記第2信号との相関量に基づいて複数の移動被写体のデフォーカス量を算出する算出手段と、
前記複数の移動被写体のうち所定の移動被写体を基準として所定のデフォーカス領域の範囲内にある移動被写体が被写界深度に含まれるように、フォーカスレンズおよび絞りの少なくとも一方を制御する制御手段と、を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像素子は、1つのマイクロレンズに対して前記第1光電変換部および前記第2光電変換部を有し、該マイクロレンズが2次元状に配列されていることを特徴とする請求項11に記載の撮像装置。
- 撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号および第2信号を取得するステップと、
前記第1信号と前記第2信号との相関量に基づいて複数の移動被写体のデフォーカス量を算出するステップと、
前記複数の移動被写体のうち所定の移動被写体を基準として所定のデフォーカス領域の範囲内にある移動被写体が被写界深度に含まれるように、フォーカスレンズおよび絞りの少なくとも一方を制御するステップと、を有することを特徴とする制御方法。 - 撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号および第2信号を取得するステップと、
前記第1信号と前記第2信号との相関量に基づいて複数の移動被写体のデフォーカス量を算出するステップと、
前記複数の移動被写体のうち所定の移動被写体を基準として所定のデフォーカス領域の範囲内にある移動被写体が被写界深度に含まれるように、フォーカスレンズおよび絞りの少なくとも一方を制御するステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 - 請求項14に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016115973A JP2017219786A (ja) | 2016-06-10 | 2016-06-10 | 制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016115973A JP2017219786A (ja) | 2016-06-10 | 2016-06-10 | 制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017219786A true JP2017219786A (ja) | 2017-12-14 |
Family
ID=60657940
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016115973A Pending JP2017219786A (ja) | 2016-06-10 | 2016-06-10 | 制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017219786A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7039326B2 (ja) | 2018-02-26 | 2022-03-22 | オリンパス株式会社 | 焦点調節装置及び焦点調節装置の制御方法 |
-
2016
- 2016-06-10 JP JP2016115973A patent/JP2017219786A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7039326B2 (ja) | 2018-02-26 | 2022-03-22 | オリンパス株式会社 | 焦点調節装置及び焦点調節装置の制御方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5173954B2 (ja) | 画像処理装置及び画像処理方法 | |
JP5028154B2 (ja) | 撮像装置及びその制御方法 | |
JP5183715B2 (ja) | 画像処理装置及び画像処理方法 | |
JP6249825B2 (ja) | 撮像装置、その制御方法、および制御プログラム | |
US9106825B2 (en) | Image capture apparatus, image capture method and storage medium | |
US8902349B2 (en) | Image pickup apparatus | |
JP6381266B2 (ja) | 撮像装置、制御装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 | |
JP6486149B2 (ja) | 画像処理装置、撮像装置、画像処理方法、プログラム、および、記憶媒体 | |
JP6671130B2 (ja) | 撮像素子、撮像装置、焦点検出装置ならびに画像処理装置およびその制御方法 | |
JP7007871B2 (ja) | 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 | |
JP2017158018A (ja) | 画像処理装置およびその制御方法、撮像装置 | |
JP6238578B2 (ja) | 撮像装置およびその制御方法 | |
JP6486041B2 (ja) | 撮像装置およびその制御方法 | |
JP2017032646A (ja) | 撮像装置及びその制御方法 | |
JP2015210285A (ja) | 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 | |
JP2015145970A (ja) | 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体 | |
JP2017219786A (ja) | 制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 | |
JP2017032978A (ja) | 制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 | |
JP6701023B2 (ja) | 撮像装置、画像処理方法、画像処理システム、及び画像処理プログラム | |
JP6671868B2 (ja) | 制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 | |
JP5352003B2 (ja) | 画像処理装置及び画像処理方法 | |
JP2016133595A (ja) | 制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 | |
JP7522571B2 (ja) | 撮像装置及びその制御方法、プログラム、並びに記憶媒体 | |
JP2018026604A (ja) | 撮像装置および撮像装置システム | |
JP6628617B2 (ja) | 画像処理装置及び画像処理方法 |