JP2023019114A - Imaging apparatus and imaging apparatus control method - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本発明は、撮像画像に係る画質制御の範囲を拡大させる撮像装置及び撮像装置の制御方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus and a control method for an imaging apparatus that expands the range of image quality control related to a captured image.
デジタルカメラや携帯型通信機器の普及に伴い、画像の撮像が幅広く行われている。画像を個人的に楽しむだけでなく、電磁的媒体を通して広く画像を公開する手段もよく利用され、他者に画像を見せる機会が増えている。そのため、高画質で個性的な画質の画像への欲求が高まっている。 2. Description of the Related Art With the spread of digital cameras and portable communication devices, image capturing is widely performed. In addition to the personal enjoyment of images, means of widely disclosing images through electromagnetic media are often used, and opportunities to show images to others are increasing. Therefore, there is a growing demand for images with high image quality and unique image quality.
画像の特性を示す重要なパラメータのひとつにボケがある。近年広く行われている画像処理による画像へのボケの付加方法では、ボケフィルタをかける画像領域と量に関して推定処理が行われるが、条件によっては処理エラーが発生し、光学的に不自然な画像となる可能性があった。 Blur is one of the important parameters that indicate image characteristics. In the method of adding blur to an image by image processing, which has been widely used in recent years, estimation processing is performed regarding the image area and amount to be filtered, but depending on the conditions, a processing error may occur, resulting in an optically unnatural image. could have become.
特許文献1において、視差情報から距離分布を取得し、距離分布に応じたボケフィルタを画像に対して適用することで、撮像レンズがもつボケ量よりも、大きなボケ量を得る方法が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200002 discloses a method of obtaining a larger amount of blur than that of an imaging lens by obtaining a distance distribution from parallax information and applying a blur filter according to the distance distribution to an image. there is
特許文献1の方法では、距離分布の分解能が低いことで境界部に処理エラーが生じたり、視差情報を取得する角度と被写体の形状の関係によってアーチファクトが発生したりと、正確な距離分布が得られず、光学的に不自然な画像になることがあった。 In the method of Patent Document 1, an accurate distance distribution can be obtained, such as a processing error at the boundary due to the low resolution of the distance distribution and an artifact due to the relationship between the angle at which the parallax information is acquired and the shape of the subject. image, resulting in an optically unnatural image.
上記課題に鑑み、本発明は、撮像画像に対して自然なボケを付加可能な撮像装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of adding natural blurring to a captured image.
上記課題を解決するために、本発明の撮像装置は、レンズを介して被写体を撮像する撮像素子と、レンズの一部をシフトさせる機構と、撮像装置をシフトさせる機構をそなえ、レンズの一部と撮像装置を所定の関係で駆動させつつ撮像した複数の画像を合成した画像を出力する制御を行う手段とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an image pickup apparatus of the present invention includes an image pickup element for picking up an image of a subject through a lens, a mechanism for shifting a part of the lens, and a mechanism for shifting the image pickup apparatus. and means for performing control for outputting an image obtained by synthesizing a plurality of captured images while driving the imaging device in a predetermined relationship.
本発明によれば、撮像画像に対して自然なボケを付加することが可能な撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus capable of adding natural blurring to a captured image.
[第1の実施形態]
以下に、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
[First Embodiment]
Preferred embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the drawings.
図1は瞳の位置とボケの説明図である。図1(A)は撮像素子が被写体101、102を撮像している状態を示しており、レンズ位置が103で撮像素子が105の位置で撮像した場合とレンズ位置が104で撮像素子が106の位置で撮像している状態を上から見た状態を示している。図1(B)は上記の位置で撮像される画像を示している。レンズ位置が103で撮像素子が105の位置で撮像した場合の画像が107、レンズ位置が104で撮像素子が106の位置で撮像した場合の画像が108である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of pupil positions and blurring. FIG. 1A shows a state in which the image sensors are capturing images of
レンズと撮像素子は、被写体101の画面内での位置が変わらないよう、シフトした配置になっている。上記の2つの条件で撮像された画像を加算した画像109においては、被写体101の位置は変わらないのでそのままである。また被写体101と撮像装置からの距離が異なる被写体102は異なる位置で加算され、レンズ位置を103から104の位置に動かしつつ複数枚撮像した画像を加算すると、画像上ではボケることになる。
The lens and the imaging element are arranged in a shifted manner so that the position of the
この状態は、レンズが位置103から104に向かって動かされることで、仮想的な瞳110によって形成された画像が得られていることを意味している。
This state means that the lens has been moved from
図1においては、仮想的な瞳の形成を、1枚のレンズの移動によって説明した。本発明における仮想的な瞳の形成を、図2を用いて示す。被写体201をシフト可能な光学系を備えたレンズで撮像している状態を表している。手振れを抑制する構造として、光学系のうちの一部の光学系をシフトさせる構造は、多くのレンズに採用されている。図2においては、最前面レンズ202よりも撮像素子側の一部の光学系が、203の位置や204の位置にシフト可能な系を図示している。シフト可能な光学系(以下シフト光学系と表す)が203の位置にある場合の瞳を205で示し、シフト光学系の位置が204にある場合の瞳の位置を206で表している。つまり、シフト光学系の移動に伴い、瞳の位置も移動していることを表している。
In FIG. 1, the formation of the virtual pupil was explained by moving one lens. The formation of a virtual pupil in the present invention is shown using FIG. A state in which an
手振れ抑制のための構造は、撮像時の手振れによる撮像面上の像の移動を相殺するように像を移動させることで手振れを抑制する。もし、手振れが起きていない状態でシフト光学系だけを移動させたならば、光学系の移動に伴って像が移動することになる。本発明では、この像の移動を撮像素子の移動によって相殺する。 The structure for suppressing camera shake suppresses camera shake by moving an image so as to offset the movement of the image on the imaging surface due to camera shake during imaging. If only the shift optical system is moved without camera shake, the image will move along with the movement of the optical system. In the present invention, this image movement is offset by movement of the imaging device.
具体的には、シフト光学系が中立状態(シフト量がゼロの状態)から(A)の状態に移動した場合、像は上向きに移動する。撮像素子は、像の移動を相殺するために上に移動するように207の位置に動かし、その状態で撮像される画像209は中立状態で撮像された画像と同じ画角となる。一方、シフト光学系が中立状態から(B)の状態に移動した場合、(A)とは逆に像が下に移動するため、撮像素子を下に208の位置に移動させる。この場合も撮像される画像210は中立状態と同じ画角となる。
Specifically, when the shift optical system moves from the neutral state (where the shift amount is zero) to the state of (A), the image moves upward. The imaging element is moved to the
図1と図2を比較すると、図2におけるシフト光学系の移動が、図1のレンズ移動と類似していることが分かる。被写体201と撮像装置の位置関係は変わらないため、最前面レンズと被写体の位置関係は、(A)(B)で変わらない。一方で、シフト光学系の移動によって瞳は移動していることになる。
A comparison of FIGS. 1 and 2 reveals that the shift optical system movement in FIG. 2 is similar to the lens movement in FIG. Since the positional relationship between the
図3を用いて本発明のボケ量の拡大を説明する。図2において、カメラ全体を動かさなくともシフト光学系を移動させることで、瞳の位置を変化させることができることを示した。 The enlargement of the blur amount according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows that the position of the pupil can be changed by moving the shift optical system without moving the entire camera.
図3(A)において、シフト光学系を301の位置から302の位置に向けて移動させつつ連続撮像する状態を示す。シフト光学系の移動による像の移動を相殺するために、撮像素子も306、307の位置に移動している。シフト光学系を移動しつつ撮像された複数枚画像を加算することで、瞳の領域が仮想的に304の領域まで拡張された画像を得ることができる。この状態は、図3(B)で示すような、瞳径が大きな光学系による瞳308によって光軸上の撮像素子309上に撮像された画像と光学的に等価な関係にある。
FIG. 3A shows a state in which continuous imaging is performed while the shift optical system is moved from
画像の加算は、2次元の数値の配列からなる画像データを加算してもよいし、露光時間中に撮像素子のフォトダイオード上で、電子の状態で加算してもよい。 Image addition may be performed by adding image data consisting of a two-dimensional array of numerical values, or by adding in the state of electrons on the photodiode of the image pickup device during the exposure time.
シフト光学系の移動量と撮像素子の移動量は、以下のように設定する。シフト光学系が移動による像の移動量Soisは、
Sois=f・tanθ 式(1)
fは焦点距離、シフトによる像のθは偏角である。
The amount of movement of the shift optical system and the amount of movement of the imaging device are set as follows. The amount of movement Sois of the image due to movement of the shift optical system is
Sois=f·tan θ Formula (1)
f is the focal length, and .theta. of the shifted image is the deflection angle.
偏角θは、シフト量Scoeの関数であり、
θ=g(Scoe) 式(2)
と書ける。gはレンズによって異なる。
The argument θ is a function of the shift amount Scoe,
θ=g(Scoe) Equation (2)
can be written as g differs depending on the lens.
一方、撮像素子の移動による撮像素子上での像の移動は、撮像素子の移動量Siisそのものであり、シフト光学系の移動による像の移動を撮像素子の移動によって相殺するための関係は、
Siis=Sois
=f・tanθ
=f・tan(g(Scoe)) 式(3)
となる。
On the other hand, the movement of the image on the image sensor due to the movement of the image sensor is the movement amount Siis of the image sensor itself, and the relationship for canceling the movement of the image due to the movement of the shift optical system by the movement of the image sensor is
Siis = Sois
= f tan θ
= f tan (g (Scoe)) Equation (3)
becomes.
事前にシフト光学系の移動量と偏角の関数gを求めておけば、式(3)によって、シフト光学系を所定の量だけ移動させた場合の、適する撮像素子の移動量が求まることになる。 If the movement amount of the shift optical system and the function g of the deflection angle are obtained in advance, the appropriate movement amount of the image sensor when the shift optical system is moved by a predetermined amount can be obtained from equation (3). Become.
以上は、被写体が無限遠にある場合のシフト光学系の移動量と撮像素子の移動量である。被写体と撮像装置の距離が近い場合、シフト光学系の移動によって被写体を見込む角度が変化するため、撮像素子の移動量は、被写体が無限遠での場合の移動量とは変化させることが望ましい。 The above is the amount of movement of the shift optical system and the amount of movement of the imaging device when the subject is at infinity. When the distance between the subject and the imaging device is short, the movement of the shift optical system changes the angle at which the subject is viewed.
図4を用いて、被写体が有限な距離にある場合のシフト光学系の移動量と撮像素子の移動量を説明する。 The amount of movement of the shift optical system and the amount of movement of the imaging element when the subject is at a finite distance will be described with reference to FIG.
図4(A)は被写体201が無限遠にある場合の状態を示している。シフト光学系401が移動することに伴って、光学系の瞳も402の位置に移動する。403は瞳の位置が面内で移動することによって形成される、仮想的な瞳の大きさを表している。被写体201は無限遠にあるので、シフト光学系が移動しても光学系に入射する光線の角度は変化しない。シフト光学系の移動によって、上記式(2)によって偏角θの方向へ移動する。
FIG. 4A shows a state in which the
図4(B)において、被写体201が光学系の主点からdの距離にある場合を示す。シフト光学系の移動に伴って光学系から被写体を見込む角度が変化する。シフト光学系の移動による被写体を見込む角度の変化uは FIG. 4B shows the case where the subject 201 is at a distance d from the principal point of the optical system. The angle at which the subject is viewed from the optical system changes as the shift optical system moves. The change u in the angle at which the subject is viewed due to the movement of the shift optical system is
である。シフト光学系の入射角度がuだけ変化した場合の出射角度の変化は、シフト光学系の角倍率をγとすると、γuとなる。 is. When the incident angle of the shift optical system is changed by u, the change in the output angle is γu, where γ is the angular magnification of the shift optical system.
シフト光学系に垂直に入射した場合の出射角度がθであったものが、被写体距離がdの場合には、γuだけθから変化することになる。シフト光学系の移動方向と偏角が逆方向となるような光学系においては、この変化は撮像素子の必要な移動量を減らす方向に働くので、被写体が距離dにある場合の撮像素子404の必要な移動量Siis2は When the light enters the shift optical system perpendicularly, the exit angle is .theta., but when the object distance is d, it changes from .theta. by .gamma.u. In an optical system in which the movement direction of the shift optical system and the deflection angle are opposite directions, this change works in the direction of reducing the required amount of movement of the image pickup device. The required movement Siis2 is
となる。 becomes.
上記、式(3)または式(5)の関係を保ちつつ、シフト光学系と撮像素子を移動させ、複数枚の画像を撮像する。 A plurality of images are captured by moving the shift optical system and the imaging element while maintaining the relationship of the above formula (3) or formula (5).
以上、光軸をz軸とした場合のシフト光学系と撮像素子の、x方向またはy方向の移動量について説明した。シフト光学系と撮像素子は、上記移動量の関係を保ちつつ、xy平面内を移動する。図5を用いて、xy平面内での移動の位置関係について説明する。 The amount of movement of the shift optical system and the imaging device in the x direction or the y direction when the optical axis is the z axis has been described above. The shift optical system and the imaging element move within the xy plane while maintaining the above-described relationship of the movement amount. The positional relationship of movement within the xy plane will be described with reference to FIG.
図5(a)(b)(c)に、移動方向と像の移動方向が逆となるシフト光学系を用いた場合における、本発明の実施例を光軸に平行なz方向から見た状態を示す。 5(a), 5(b) and 5(c) show the embodiment of the present invention viewed from the z direction parallel to the optical axis when using a shift optical system in which the movement direction and the image movement direction are opposite. indicate.
時刻によって、(a)(b)(c)に示すような、xy平面内のさまざまな位置にシフト光学系と撮像素子は移動する。それぞれの相対関係は、撮像素子の光学系の光軸に対して点対称となる角度に配置される。それぞれの光軸からの距離は、シフト光学系がSois、撮像素子がSiisまたはSiis2である。 Depending on the time, the shift optical system and the imaging device move to various positions within the xy plane as shown in (a), (b), and (c). Each relative relationship is arranged at an angle that is point symmetrical with respect to the optical axis of the optical system of the imaging device. The distance from each optical axis is Sois for the shift optical system, and Siis or Siis2 for the imaging element.
シフト光学系のxy平面内での移動軌跡は、最大シフト可能位置で円周状に動かしてもよいし、半径を変えつつ渦巻状に動かしたり、多角形形状に動かしてもよい。さらに、事前に設定された軌跡だけでなく、撮像者が任意に設定してもよい。 The locus of movement of the shift optical system in the xy plane may be circular at the maximum shiftable position, spiral while changing the radius, or polygonal. Furthermore, the trajectory may be arbitrarily set by the photographer instead of the trajectory set in advance.
本発明においては、撮像される複数の画像間で、被写体の位置が変化しないように動作させる。しかしながら、動作の誤差や生じた場合、画像加算時に位置をずらして合成(加算)することで、所望の出力画像を得ることができる。その際、合成後の画像において基準領域(被写体をメインとして含む領域。面積の一番大きい領域など)より合成された画像数(合成数)が少ない領域が発生することになる。合成数の少ない領域をトリミングによって取り除いてもよいし、合成数が少ない状態のままで出力画像を生成してもよいし、合成数が少ない(異なる)領域にローパスフィルタ処理を行ってもよい。 In the present invention, the operation is performed so that the position of the subject does not change between a plurality of captured images. However, if an error occurs in operation, a desired output image can be obtained by synthesizing (adding) the images by shifting the positions during image addition. In this case, an area in which the number of synthesized images (the number of synthesized images) is smaller than that of a reference area (an area mainly including a subject, such as an area having the largest area) is generated in the image after synthesis. A region with a small number of composites may be removed by trimming, an output image may be generated with a small number of composites, or a low-pass filter may be applied to a region with a small (different) number of composites.
撮像された複数の画像の中では、例えば人物が目をつぶってしまった場合のように、不適切な画像が取得される可能性もある。これらの画像を認識して、加算対象からのぞくことで、出力画像の品質を高めることができる。 Among a plurality of captured images, an inappropriate image may be acquired, for example, when a person closes his or her eyes. By recognizing these images and excluding them from addition targets, the quality of the output image can be improved.
図5(d)は本実施形態に係る撮像装置500の構成例を示すブロック図である。まずカメラ筐体部501の構成を説明する。被写体からの光束は、レンズ部502の撮像光学系3を介して、撮像素子6に撮像面上に結像され受光する。撮像光学系3は前述のシフト光学系を含み、駆動部14にはシフト光学系を光軸と異なる方向(例えば垂直な方向)にシフトするための駆動機構も含まれる。本実施形態では、駆動部14はシステム制御部5によって駆動制御されるが、駆動部14そのものに駆動制御回路が備わっていてもよい。
FIG. 5D is a block diagram showing a configuration example of an
撮像素子6の表面にはマイクロレンズが格子状に配置されている。多数のマイクロレンズはマイクロレンズアレイ20を構成しており、瞳分割手段として機能する。各マイクロレンズに対応する複数の光電変換部による信号を取得し、信号間の相関演算を行うことによって被写体の距離に関連する情報(距離情報)が得られる。例えば、撮像画像内の被写体の距離情報の分布を表す距離画像がある。距離画像の情報は、各画素の示す値が当該画素に対応する撮像画像の領域に存在する被写体の距離情報を表す2次元の情報である。また被写体の奥行き方向の深さを表す深度情報の例として像ずれ量マップ、デフォーカス量マップがある。像ずれ量マップは視点の異なる複数の視点画像から算出され、デフォーカス量マップは像ずれ量に所定の変換係数を乗算して算出される。デフォーカス量を被写体の距離情報に換算した距離マップは撮像装置から被写体までの距離分布を表す。
Microlenses are arranged in a grid pattern on the surface of the imaging device 6 . A large number of microlenses constitute a
本実施例では撮像面位相差検出方式に基づく被写体距離の計測例を示すが、位相差検出用AF(自動焦点調節)センサを用いる方式やTOF(Time of Flight)方式等によって被写体の距離情報を取得することができる。 In this embodiment, an example of subject distance measurement based on the imaging plane phase difference detection method is shown. can be obtained.
また撮像素子6の出力からは、焦点調節用の評価量や露光量を表す信号が得られるので、これらの信号に基づいて撮像光学系3のAF制御およびAE(自動露出)制御が可能である。 In addition, since the output of the imaging device 6 provides signals representing the evaluation amount for focus adjustment and the exposure amount, AF control and AE (automatic exposure) control of the imaging optical system 3 are possible based on these signals. .
画像処理部7は、その内部にA(アナログ)/D(デジタル)変換器、ホワイトバランス回路、ガンマ補正回路、補間演算回路等を有しており、記録用の画像データを生成可能である。また画像処理部7は取得された複数の画像の加算処理を行い、合成画像を生成してメモリ部8に出力する。
The
メモリ部8は記憶部と、画像データ等の記憶に必要な処理回路を備える。メモリ部8は予め定められた方法で画像、動画、音声等のデータの圧縮処理や伸長処理を行う。メモリ部8に記憶された画像データは読み出されて、表示部9または記録再生部10へ出力される。表示部9はLCD(液晶表示装置)等を備え、システム制御部5の制御指令にしたがって画像表示を行う。また、表示部9は画面上に所定のメッセージを表示してユーザに報知する。
The memory unit 8 includes a storage unit and a processing circuit necessary for storing image data and the like. The memory unit 8 performs compression processing and decompression processing of data such as images, moving images, audio, etc. by a predetermined method. The image data stored in the memory section 8 is read out and output to the display section 9 or the recording/
記録再生部10は、システム制御部5の制御指令にしたがって画像データ等を所定の記録媒体に記録し、または記録媒体からデータを読出して再生する処理を行う。所定の記録媒体は、例えばカメラ本体部に装着して使用可能な半導体メモリデバイス等である。
The recording/reproducing
システム制御部5はCPU(中央演算処理装置)を備え、撮像システムの各構成部を制御する中枢部である。システム制御部5は撮像の際のタイミング信号等を生成して各部へ出力し、また、操作指示信号に応動して撮像系、画像処理系、記録再生系の各構成部をそれぞれ制御する。システム制御部5は画像処理部7によって処理された画像データを表示または記録する処理や、出力デバイスを用いて外部装置への送信する処理等を行う。
A
操作検出部11は、操作スイッチやタッチパネル等を用いて行われるユーザの操作を検出し、操作指示信号をシステム制御部5に出力する。例えば、操作検出部11はユーザの撮像操作指示を検出してシステム制御部5に通知する。システム制御部5は、撮像素子6の駆動、画像処理部7の動作、メモリ部8による圧縮処理等を制御し、表示部9の画面に画像や情報を表示する制御を行う。
The operation detection unit 11 detects a user's operation performed using an operation switch, a touch panel, or the like, and outputs an operation instruction signal to the
位置姿勢検出部12は角速度センサや加速度センサ等を備え、撮像装置500の位置および姿勢を検出して検出信号をシステム制御部5に出力する。システム制御部5は検出信号に基づき、公知の方法で撮像装置500の位置情報や移動量、姿勢情報を取得する。
The position/
発光部13は被写体への照明用光源を備え、システム制御部5からの制御信号により発光量が制御される。システム制御部5は必要に応じて発光部13の光源から被写体に向けて照明光を照射する。光源の発光制御の詳細については後述の実施例で説明する。
The
次にレンズ駆動ユニット502の構成を説明する。レンズ部502は、駆動部14と位置検出部15を備える。レンズ部502の撮像光学系3はレンズ群や絞り等の光学部材からなり、図5には光軸4を1点鎖線で示している。
Next, the configuration of the
駆動部14は、システム制御部5からの制御信号にしたがってレンズ部503を図4のr方向、θ方向にそれぞれ駆動する。駆動部14はr方向への駆動機構部とθ方向への駆動機構部により、レンズ部502のシフト動作を行う。各駆動機構部については特定の構成に限定されず、各種の機構を採用可能である。位置検出部15はレンズ部502の位置(図4:r,θ)を検出し、位置検出信号を駆動部14に出力する。駆動部14は位置検出信号と駆動目標信号との偏差を減少させるフィードバック駆動を行う。
The driving section 14 drives the lens section 503 in the r direction and the .theta. direction in FIG. The drive unit 14 shifts the
図6を参照して、本実施形態における撮像装置500の動作を説明する。各ステップは図5のシステム制御部5あるいはシステム制御部5の指示によって各部で実行される。
The operation of the
まず、S601おいてシステム制御部5は、撮像者によるボケ拡大モードの選択を受け付ける。S602においてシステム制御部5は、撮像者による実現希望F値の設定を受け付ける。S603においてシステム制御部5は、撮像者による構図の設定を受け付ける。S604において、システム制御部5は操作検出部11によりシャッターが半押しされたと判断した場合、S605において被写体までの距離が測定され、S606において駆動部14による焦点合わせの駆動が行われる。S607において、撮像光学系3に含まれるシフト光学系の駆動が開始され、S608において撮像素子6のシフト駆動が開始される。S606~S608は同時でもよいし、順序が入れ替わってもよい。S609においてシステム制御部5がシャッターが全押しされたと判断した場合、S610において画像が取得され、システム制御部5が所定の時間に到達したと判断するまで画像取得が繰り返される。所定時間は、求めるボケ画像の滑らかさに関係しており、撮像光学系3のF値が小さいほど、焦点距離が長いほど、また被写体の被写体距離が近いほど、同じ程度の出力画像のボケの滑らかさを求めた場合でも短い時間で実現できる。また所定の時間を長くするほど出力画像のボケを滑らかにできる。所定時間は撮像者が事前に設定してもよいし、システム制御部5が撮像条件から自動的に判断してもよい。カメラが所定時間に到達したと判断した場合、S612においてシフト光学系と撮像素子のシフト駆動が停止される。S613において、撮像された複数枚の画像が位置合わせ加算され、S614において出力される。
First, in S<b>601 , the
以上の通り、本実施形態では、シフト光学系の移動に応じて撮像素子を移動させつつ複数枚の画像を撮像し加算して出力することでボケを生じさせた画像を取得する。本実施形態によれば、通常の撮像をした場合に撮像装置が実現できるボケ量よりも大きなボケ量を、カメラを動かすことなく、画素数を減少させることなく得ることが可能な撮像装置を提供することができる。 As described above, in the present embodiment, a blurred image is obtained by capturing, adding, and outputting a plurality of images while moving the imaging device according to the movement of the shift optical system. According to this embodiment, there is provided an image pickup apparatus that can obtain a blur amount larger than the amount of blur that the image pickup apparatus can achieve in normal image pickup without moving the camera or reducing the number of pixels. can do.
[第2の実施形態]
図7を用いて第2の実施形態を説明する。図7(A)において、シフト光学系がシフト量0の原点位置にある703の場合に、被写体701がシフト光学系を含む光学系702を通して撮像素子上に結像された状態を709に示す。図7(B)において、シフト光学系が704の位置にシフトした場合の、被写体がシフト光学系を含む光学系を通して撮像素子707上の結像される状態を710に示す。シフト光学系の移動による像の移動を相殺するために、撮像素子は、707の位置から708の位置に移動するよう動かす。705、706はそれぞれの場合の瞳の位置を表している。シフト光学系のシフトによって像が図7における下方に移動しているが、シフト光学系がある距離移動した場合の撮像素子上での画像の移動量は、画面内の位置によって異なる。一般にシフト光学系の光学設計においては、シフト光学系による画像の移動量は画面内で差が出ないように設計されているが、レンズによってはその量が無視できない場合がある。そのため、実施例1においてシフト光学系の移動量Soisは、x,yを画面中央からの位置として、以下のように変形される
Sois
=f・tanθ
=f・h(x,y)・tan(g(Scoe)) 式(6)
ただし、Scoeはシフト光学系の移動量であり、x,yは画面中央から被写体までの撮像素子上での距離であり、関数gはシフト光学系の移動に対する画面中央の像の偏角を表す関数であり、関数hは、画面中央からはずれた場所の、画面中央からの偏角の変化量比を表す関数である。
[Second embodiment]
A second embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 7A, 709 shows a state in which an
= f tan θ
= f h (x, y) tan (g (Scoe)) Equation (6)
where Scoe is the amount of movement of the shift optical system, x and y are the distances from the center of the screen to the subject on the imaging device, and function g represents the deflection angle of the image at the center of the screen with respect to the movement of the shift optical system. function, and function h is a function that expresses the ratio of the amount of change in declination from the center of the screen at a location deviated from the center of the screen.
シフト光学系による像の移動量と撮像素子の移動による被写体像の移動量を相殺するために、それぞれを等しくするので、
Siis=f・h(x,y)・tan(g(Scoe)) 式(7)
となる。
In order to offset the amount of movement of the image by the shift optical system and the amount of movement of the subject image by the movement of the imaging device, they are made equal.
Siis=f·h(x, y)·tan(g(Scoe)) Equation (7)
becomes.
図8を参照して、本実施形態に係る撮像装置500の動作を説明する。各ステップは図5のシステム制御部5あるいはシステム制御部5の指示によって各部で実行される。
The operation of the
まず、S801においてシステム制御部5は、撮像者によるボケ拡大モードの選択を受け付ける。S802においてシステム制御部5は、撮像者による実現希望F値の設定を受け付ける。S803においてシステム制御部5は、撮像者による構図の設定を受け付ける。S804において、システム制御部5は操作検出部11によりシャッターが半押しされたと判断した場合、S805において撮像撮像撮像画面内の被写体位置が特定される。被写体位置の特定は、撮像者によって選択されてもよいし、カメラが自動で認識してもよい、測距を行うためのフレーム位置と連動させてもよい。S806においてシステム制御部5は、S805で得られた被写体位置と、事前に用意している画面内における画面中心からの移動量の関数から、撮像面における被写体像のずれ量を算出する。S807において被写体までの距離が測定され、S808において駆動部14によって焦点合わせの駆動が行われる。S805、806の組と、S807、S808の組は、順番が逆であってもよいし、同時でもよい。S809において、シフト光学系の駆動が開始され、S810において撮像素子のシフト駆動がS806で求められたずれ量に応じて開始される。S809~S810は同時でもよいし、順序が入れ替わってもよい。システム制御部5がシャッターが全押しされたと判断した場合、S812において画像が取得され、撮像装置が所定の時間に到達したと判断されるまで画像取得が繰り返される。所定時間は撮像者が事前に設定してもよいし、カメラが撮像条件から自動的に判断してもよい。カメラが所定時間に到達したと判断した場合、S814においてシフト光学系と撮像素子のシフト駆動が停止される。S815において、撮像された複数枚の画像が位置合わせ加算され、S816において出力される。
First, in S<b>801 , the
本実施形態によれば、シフト光学系の移動による像の移動量が画角内で異なるレンズにおいても、通常の撮像で生じるボケ量よりも大きなボケ量を、カメラを動かすことなく得ることが可能な撮像装置を提供することができる。 According to this embodiment, it is possible to obtain an amount of bokeh that is larger than the amount of bokeh that occurs in normal imaging without moving the camera, even with a lens in which the amount of image movement due to the movement of the shift optical system differs within the angle of view. It is possible to provide an imaging device with a
[第3の実施形態]
図9、10を用いて第3の実施形態を説明する。図9において、撮像面上で像が移動可能なシフト量を、シフト光学系を用いた光学防振の場合と、撮像素子自身の移動による撮像素子防振の場合の、焦点距離による像の移動可能量の比較を示している。撮像素子防振では、撮像素子そのものを移動させているので、撮像素子の可能移動量が像の可能移動量であり、図9の実線で示すようにレンズの焦点距離によらず一定である。
[Third embodiment]
A third embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 9, the amount of shift by which the image can move on the imaging plane is the shift amount of the image due to the focal length in the case of optical image stabilization using a shift optical system and in the case of image sensor image stabilization by movement of the image sensor itself. It shows a comparison of possible quantities. Since the image pickup device itself is moved in the image pickup device image stabilization, the possible movement amount of the image pickup device is the possible image movement amount, which is constant regardless of the focal length of the lens as indicated by the solid line in FIG.
一方、光学防振については、レンズ毎に可能シフト量を設定することができる。カメラの角度ぶれ量θの時の像の移動量は、f・tanθとなり、同じぶれ量に対応できるようにするならば、焦点距離が長いほど移動量を大きくする必要がある。そのため、光学防振による像の可能移動量は図9の点線に示すように焦点距離の応じて大きくなるような設計となっている。 On the other hand, for optical vibration reduction, the possible shift amount can be set for each lens. The amount of movement of the image when the amount of angular blurring of the camera is .theta. is f.tan.theta., and if the same amount of blurring is to be handled, the longer the focal length, the larger the amount of movement must be. Therefore, it is designed so that the amount of possible movement of the image due to the optical vibration reduction increases in accordance with the focal length, as indicated by the dotted line in FIG.
光学防振と撮像素子防振の像の可能移動量は、焦点距離が図9の901において逆転する。901より左が撮像素子防振の方が可能シフト量が大きい状態(A)であり
右が光学防振の方が可能シフト量が大きい状態(B)である。
The possible image movement amounts for optical image stabilization and image sensor image stabilization are reversed at the
図10の(A)と(B)において、それらの大小関係を示す。(A)の場合には撮像素子防振側に1001で示す幅だけの余裕があり、(B)の場合には光学防振側に1002で示す幅だけの余裕があることを表している。 In (A) and (B) of FIG. 10, their magnitude relationship is shown. In the case of (A), there is a margin of the width indicated by 1001 on the image pickup device vibration reduction side, and in the case of (B), there is a margin of the width indicated by 1002 on the optical vibration reduction side.
そこで本実施形態においては、それぞれの素子の像の可能移動量のうち、この1001や1002で示す余裕分を手振れ補正に使用し、残りの分をボケ拡大に用いる。 Therefore, in this embodiment, of the possible movement amounts of the images of the respective elements, the margins indicated by 1001 and 1002 are used for camera shake correction, and the remaining portions are used for blur enhancement.
図11を参照して、本実施形態に係る撮像装置500の動作を説明する。各ステップは図5のシステム制御部5あるいはシステム制御部5の指示によって各部で実行される。
The operation of the
まず、S1101においてシステム制御部5は、撮像者によるボケ拡大モードの選択を受け付ける。撮像S1102において、システム制御部5は、撮像レンズのシフト光学系による像の移動量と撮像素子による像の移動量が比較し、小さい方の移動量によってきまる実現可能F値が算出する。S1103において、シフト光学系による像移動量と撮像素子による像の移動量の差分が、手振れ補正機能に割り当てられる量として算出される。S1104において撮像者によって実現希望F値がS1102で得られた実現可能F値の範囲内において設定される。S1105において撮像者によって構図が決定される。S1106において、システム制御部5がシャッターが半押しされたと判断した場合、S1107において被写体までの距離が測定され、S1108において駆動部14により焦点合わせの駆動が行われる。S1109において、駆動部14によりシフト光学系の駆動が開始され、S1110において撮像素子6のシフト駆動が開始される。S1107~S1110は同時でもよいし、順序が入れ替わってもよい。S1111においてシステム制御部5がシャッターが全押しされたと判断した場合、S1112において画像が取得され、システム制御部5が所定の時間に到達したと判断されるまで画像取得が繰り返される。所定時間は撮像者が事前に設定してもよいし、カメラが撮像条件から自動的に判断してもよい。カメラが所定時間に到達したと判断した場合、S1114においてシフト光学系と撮像素子のシフト駆動が停止される。S1115において、撮像された複数枚の画像が位置合わせ加算され、S1116において出力される。
First, in S<b>1101 , the
本実施形態では、手振れ補正を行いつつ、通常の撮像をした場合に撮像装置が実現できるボケ量よりも大きなボケ量を、カメラを動かすことなく、画素数を減少させることなく得ることが可能な撮像装置を提供することができる。 In this embodiment, it is possible to obtain an amount of blur that is larger than the amount of blur that can be achieved by an imaging device when performing normal imaging, without moving the camera and without reducing the number of pixels, while performing camera shake correction. An imaging device can be provided.
前記の各実施形態によれば、既存のレンズやカメラの機構を利用して、レンズのボケ量を不自然になることなく拡張することが可能であり、画質制御の自由度の向上に寄与する。 According to each of the above-described embodiments, it is possible to extend the blur amount of the lens without making it look unnatural by using existing lenses and camera mechanisms, which contributes to improving the degree of freedom in image quality control. .
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、各実施形態に示された構成の組み合わせや、種々の変形および変更が可能である。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and combinations of configurations shown in the respective embodiments and various modifications and changes are possible.
(他の実施形態)
本発明の目的は以下のようにしても達成できる。すなわち、前述した各実施形態の機能を実現するための手順が記述されたソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システムまたは装置に供給する。そしてそのシステムまたは装置のコンピュータ(またはCPU、MPU等)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するのである。
(Other embodiments)
The object of the present invention can also be achieved as follows. That is, a storage medium in which software program codes describing procedures for realizing the functions of the above-described embodiments are recorded is supplied to the system or device. Then, the computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus reads and executes the program code stored in the storage medium.
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体およびプログラムは本発明を構成することになる。 In this case, the program code itself read from the storage medium implements the novel functions of the present invention, and the storage medium and program storing the program code constitute the present invention.
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスクなどが挙げられる。また、CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD-R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等も用いることができる。 Storage media for supplying program codes include, for example, flexible disks, hard disks, optical disks, and magneto-optical disks. Also, CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-RW, DVD-R, magnetic tape, non-volatile memory card, ROM, etc. can be used.
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行可能とすることにより、前述した各実施形態の機能が実現される。さらに、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した各実施形態の機能が実現される場合も含まれる。 Moreover, the functions of the above-described embodiments are realized by making the program code read by the computer executable. Furthermore, based on the instructions of the program code, the OS (operating system) running on the computer performs part or all of the actual processing, and the processing realizes the functions of the above-described embodiments. is also included.
更に、以下の場合も含まれる。まず記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPU等が実際の処理の一部または全部を行う。 It also includes the following cases: First, a program code read from a storage medium is written into a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer. After that, based on the instruction of the program code, the CPU or the like provided in the function expansion board or function expansion unit performs part or all of the actual processing.
また、本発明はデジタルカメラのような撮影を主目的とした機器にかぎらず、携帯電話、パーソナルコンピュータ(ラップトップ型、デスクトップ型、タブレット型など)、ゲーム機など、撮像装置を内蔵もしくは外部接続する任意の機器に適用可能である。従って、本明細書における「撮像装置」は、撮像機能を備えた任意の電子機器を包含することが意図されている。 In addition, the present invention is not limited to equipment such as a digital camera whose main purpose is photography, but also includes a mobile phone, a personal computer (laptop type, desktop type, tablet type, etc.), a game machine, etc., which incorporates or is externally connected to an imaging device. applicable to any device that Accordingly, the term "imaging device" in this specification is intended to encompass any electronic device with an imaging function.
101,102,201,701 被写体
103,104,202,702 レンズ
105,106,207,208,306,307,404,502,707,708 撮像素子
203,204,301,302,401,501,703,704 シフト光学系
709,710 撮像素子上での被写体像
101, 102, 201, 701
Claims (10)
前記撮像光学系及び前記撮像素子を光軸と異なる方向に駆動する制御を行う駆動制御手段と、
前記撮像素子および前記駆動制御手段を制御しながら前記撮像素子による撮像を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記シフト光学系の移動方向と前記撮像素子の移動方向を異なる方向に動かしながら露光を行うように前記撮像素子の撮像を制御することを特徴とする撮像装置。 an imaging device that receives a light flux incident through an imaging optical system having a shift optical system that shifts in a direction different from the optical axis;
drive control means for performing control to drive the imaging optical system and the imaging device in a direction different from the optical axis;
and a control means for controlling imaging by the image pickup device while controlling the image pickup device and the drive control means, wherein the control means sets the moving direction of the shift optical system and the moving direction of the image pickup device in different directions. An image pickup apparatus characterized by controlling the image pickup of the image pickup element so as to perform exposure while moving the image pickup device.
前記シフト光学系の移動方向と前記撮像素子の移動方向を異なる方向に動かしながら露光を行うように前記撮像素子の撮像を制御する制御ステップを有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 an imaging device that receives a light flux incident through an imaging optical system having a shift optical system that shifts in a direction different from the optical axis; and drive control means that controls driving of the imaging optical system and the imaging device. A control method for an imaging device comprising:
A control method for an imaging apparatus, comprising a control step of controlling imaging by the imaging device so as to perform exposure while moving the shifting optical system and the imaging device in different directions.
A computer-readable storage medium storing a program for causing a computer to execute each step of the imaging apparatus control method according to claim 8 .
Priority Applications (1)
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