JP3043034B2 - 画像入出力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は画像情報を入出力するための画像入出力装置
に関する。

［従来の技術］ 一般に解像度にすぐれ、かつ倍率および明るさの大き
な画像を光学的に取込むためには、開口の大きな光学素
子を用いた結像光学系が必要である。ところがレンズに
代表される結像用光学素子は、一般に開口が大きくなる
と焦点深度が浅くなる。しかるに顕微鏡，カメラ，内視
鏡等の画像機器を利用する分野においては、得られた画
像が解像度や明るさに優れていることが望ましいのは勿
論であるが、同時に焦点深度の深い画像であることが強
く要求される。

そこで、本出願人の先願に係る特願平01−0440211号
では、合焦点位置の異なる画像を入力し、これらを加え
合わせ、さらに適当な回復処理を施すことにより、解像
度や明るさを損うことなく焦点深度の深い画像を再生す
る方法を提案した。この方法によれば簡便な装置で上述
した所期の目的を達成できる。しかも撮像部から被写体
までの距離を計測する手段と、この手段により計測した
測距デ−タから、焦点の合った物体面の位置を変化させ
る範囲の選択を行なう手段とを設けることによって、よ
り実用的な装置を構成できる利点をもっている。

また本出願人の別の先願に係る特願平01−305276号で
は、対象となる複数の被写体の各々について撮像部と被
写体との間の距離や明るさを計測し、その測定結果から
入力条件を最適化する方法を提案した。この方法によれ
ば任意の被写体の条件について、より好ましい明瞭な処
理画像を再生することができる。

［発明が解決しようとする課題］ 前記した先願の方法は、対象とする被写体の諸条件を
計測することにより、入力条件を最適化する方法である
が、計測する項目や被写体の数が増えるに従って、前処
理が煩雑になり、多くの時間を要する。このため実用上
はかえって不具合が生じる場合がある。

本発明の目的は、解像度や明るさを損うことなく焦点
深度の深い画像を得ることができるのは勿論、操作が極
めて簡便で、入力条件等を短い時間で設定することがで
き、しかも画面内のすべての被写体に焦点の合った画像
を合成することのできる画像入出力装置を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の画
像入出力装置は以下の如く構成されている。

（１）本発明の画像入出力装置は、 合焦点位置の異なる被写体に対しレンズの合焦点位置
を移動させ該被写体を撮像素子で撮像することにより画
像のデータを得る画像入出力装置であって、 入力される画像を複数の領域に分割する領域分割手段
と、前記領域分割手段により分割された領域に対応する
明るさを検出する明るさ検出手段と、前記明るさ検出手
段の検出結果に応じた露光量で撮像が行なわれるように
前記撮像素子を制御するようになされた制御手段と、前
記合焦点位置を移動する事により前記被写体に関する複
数の物体面上での合焦点位置を検出するようになされた
位置検出手段と、前記位置検出手段の検出結果に基づい
て合焦位置を設定する設定手段と、前記設定手段により
設定された合焦位置に基づいて入力される各画像を加え
合わせて一の画像を生成する手段と、を備えたことを特
徴としている。

（２）本発明の画像入出力装置は、前記（１）に記載の
画像入出力装置であって、 前記位置検出手段は、当該画像に関するコントラスト
が所定のコントラストである位置を物体面の合焦位置と
してそれぞれ検出するようになされたものであることを
特徴としている。

（３）本発明の画像入出力装置は、前記（１）に記載の
画像入出力装置であって、 前記位置検出手段は、前記領域分割手段により分割さ
れた領域毎に対応した当該画像のコントラストに基づい
て、複数の物体面の位置をそれぞれ検出するようになさ
れたものであることを特徴としている。

（４）本発明の画像入出力装置は、前記（１）に記載の
画像入出力装置であって、 前記明るさを検出する明るさ検出手段は、画像を複数
に分割したときの各部分画像についての明るさを検出す
る手段であることを特徴としている。

（５）本発明の画像入出力装置は、前記（１）に記載の
画像入出力装置であって、 前記画像を加え合わせ一の画像を生成する手段は、各
物体面の焦点のあった複数の画像を、設定された露光量
で入力すると同時に加え合わせるものであることを特徴
としている。

（６）本発明の画像入出力装置は、前記（１）に記載の
画像入出力装置であって、 前記合焦位置を設定する設定手段は、設定された物体
面の範囲にわたって連続的に焦点面を移動させる手段で
あることを特徴としている。

［作用］ 上記手段を講じた結果、次のような作用が生じる。

先願（特願平01−044021号）に示した基本的作用に加
えて次のような作用が生じる。撮像素子で入力される画
像が画面上で複数の領域に分割される。そして各々の部
分画像について、例えば所謂コントラスト方式Auto Fo
cusにより画像内の複数の被写体に対する測距が行なわ
れる。また、同時に前記各部分画像の明るさが測光され
ることにより、先願（特願平01−305276号）に示したよ
うな方法で最適な入力条件が設定される。このような前
処理が実行される結果、撮影者にとっての操作が極めて
簡便なものとなり、入力条件等を速やかに設定すること
が可能となる。

［実施例］ （第１実施例） 第１図は本発明の第１実施例の構成を示すブロック図
である。図示の如く、本装置はカメラ100、プロセッサ2
00、それにTVモニタ300の三つの部分から構成されてい
る。本装置においては「前処理」と「本処理」の２段階
の動作が行なわれる。

そこでまず「前処理」に関係する構成について説明す
る。

レンズ101に入力された対象物の像は、撮像素子102の
受光面上に結像される。撮像素子102から出力された画
像信号はA/D変換器103によりディジタル信号に変換さ
れ、コントラスト検出部110に入力される。コントラス
ト検出部110にはバンドパスフィルタ（BPF）111が設け
られており、所定の空間周波数帯域のフィルタリングが
行なわれる。しかるのち、二乗器（X²）112によりパワ
−値に変換され、その出力信号は加算器113に送り込ま
れる。加算器113に送り込まれた上記信号は、加算器113
においてバッファ114に保持されているパワ−値と加算
される。その結果は再びバッファ114に保存される。こ
うしてある所定の区域にわたってBPF111を通った画像信
号のパワ−値が累積加算される。その結果はメモリ115
に転送される。メモリ115に保存されている値は必要に
応じて読み出され、前記加算器113により、前記バッフ
ァ114に記録されている値と加算される。その結果は再
びメモリ115に記録される。

以上のようなコントラスト検出部110の構成により、
画像内の所定領域におけるコントラストの大きさ、つま
りBPF111に設定された通過帯域のパワ−値が計測され、
その結果が前記メモリ115に記録されることになる。な
おこの画像内の各領域におけるコントラスト値は、レン
ズ101の合焦点位置を移動しながら各々数点ほど記録さ
れていく。そして後述するコントラストカ−ブが測定さ
れる。また、同時に対象物の明るさが光量計測回路120
により測定される。それらの結果はCPU130に送られ、
「本処理」時の入力条件、つまりレンズ101の駆動法や
撮像素子102のシャッタ−スピ−ド等が設定される。

次に「本処理」動作について説明する。「本処理」動
作では、「前処理」によって設定された条件に基づき、
画像入力動作が行なわれる。すなわちCPU130にはレンズ
位置センサ141で検出されたレンズの位置情報が入力す
る。そこでCPU130では上記情報をモニタ−しながらレン
ズ駆動部142に指令を送り、レンズ101を設定条件に基づ
いて駆動制御する。

これと同時に撮像素子102は設定されたシャッタ−ス
ピ−ドでシャッタ−動作して画像を入力する。この入力
画像信号はA/D変換器103によりディジタル信号に変換さ
れて、加算器151に入力する。そしてメモリ152との循還
加算動作により同メモリ152に累積加算される。このよ
うにして、合焦点位置が適当に制御されながら、画像が
入力加算される。そして最終的にメモリ152に記録され
た画像信号はインタ−フェ−ス153を介して、プロセッ
サ200に転送される。

プロセッサ200では、インタ−フェ−ス201を介して画
像信号を受け入れる。受け入れた画像信号は画像メモリ
202に記録される。この記録された画像信号は、回復処
理装置203により適当な空間周波数帯域を強調するフィ
ルタリング処理を施される。そして回復処理を施された
画像信号は、D/A変換器204によりアナログビデオ信号に
変換されて、TVモニタ300に送込まれ表示される。なお
プロセッサ200の動作はコントロ−ラ205により制御され
る。

上記の第１実施例においては、「前処理」において入
力画像をいくつかの部分画像に分割し、各々の部分画像
に対してコントラストカ−ブを計測することにより、画
像を入力する際の合焦点位置の範囲を自動的に設定でき
るという作用がある。

例えば第２図に示すように入力画像を画面160上でＡ
〜Ｅなる５つの領域に分割し、各々の部分画像のコント
ラストを、レンズの合焦点位置を移動しながら測定す
る。

その結果、第３図（ａ）〜（ｅ）に示すようなコント
ラストカ−ブが得られる。第３図において横軸Ｘは合焦
点位置を示し、縦軸Ｙはコントラストを示している。第
３に示すカ−ブにおいてコントラスト値が最大になった
位置が合焦位置と考えられる。従って各部分画像におい
てコントラストカ−ブの最大ピ−クを検出することによ
り測距を行ない、画像内に映っている被写体の距離範囲
を知ることができる。第３図のようなコントラストカ−
ブが得られた場合、焦点の合った物体面がX1,X2,X3の位
置にあると考えられる。したがってこの場合はX1からX3
の距離範囲にわたって合焦させた画像が入力、加算され
るように入力条件が設定される。また、これと同時に各
部分画像の光量が計測され、適正なシャッタ−スピ−ド
が設定される。具体的なレンズ駆動法および露光量（シ
ャッタ−スピ−ド）の設定法については先願である特願
平01−305276号に記述されている通りであるが、ここで
は説明を省略する。

このようにして、画面160内に映っている対象物のす
べての被写体に合焦させながら画像を入力し、かつ加算
することにより、全体的に一様にややぼけた状態の画像
が得られる。

この画像はプロセッサ200において適当な回復処理が
施されることにより、全ての被写体に焦点の合った画像
が得られる。この画像はTVモニタ300に表示される。

かくして第１実施例によれば撮影者が煩雑な「前処
理」操作を行わなくても、撮像範囲に映った全ての被写
体についての入力条件が自動的に設定されることにな
る。

（第２実施例） 第４図は本発明の第２実施例の構成を示すブロック図
である。なお本実施例の装置はカメラ400の他に、第１
実施例と同様にプロセッサおよびTVモニタを備えている
が、プロセッサとTVモニタは第１図と同じなので図示を
省略する。

カメラ400の画像入力光学系には、レンズ401の後方
に、ビ−ムスプリッタ404が設けられている。このビー
ムスプリッタ404は入力光の一部を測光センサ405に送
る。

「前処理」の時において、測光センサ405により対象
物の明るさが測定されると、その測定値はCPU430に送ら
れる。CPU430では、入力した測光値に基づいて「本処
理」の時における撮像素子402のシャッタ−スピ−ドの
設定が行なわれる。

「本処理」ではレンズ駆動部442により無限遠から至
近までレンズ401の合焦点位置を移動させながら撮像素
子402で合焦点位置に対し離散的に画像を入力する。撮
像素子402からの画像信号はA/D変換器403によりディジ
タル信号に変換され、メモリ450に入力すると共に、第
１図のコントラスト検出部110と全く同様に構成された
コントラスト検出部410に入力する。コントラスト検出
部410に入力したディジタル画像信号は、第２図に示し
たような各画像領域Ａ〜Ｅごとのコントラストが計算さ
れる。その結果はCPU430に送られる。CPU430では各部分
画像のコントラスト値が、あらかじめ設定したスレッシ
ョルド値を超えているかどうかを判断する。そして超え
ている場合には、メモリ450に対して読み出し指令信号
を送る。読み出された画像信号は加算器451により、メ
モリ452に記録されている画像信号と加算される。その
結果は再びメモリ451に記録される。なお、初段のメモ
リ450は例えばデュアルポ−トメモリで構成されてお
り、第５図に示すようなタイミングで画像信号の入出力
を行なうものとなっている。

第５図に示すようなからまでの画像信号が次々と
メモリ450に入力されてくるものとする。そして
の画像のコントラストがスレッショルド値を超え、加算
されるものとする。今の画像に着目すると、画像信号
がメモリ450に入力（Write）されるのと同時にコントラ
スト検出部410において各部分画像のコントラストが測
定される。各コントラスト値がスレッショルド値より大
きいか否かの判定は、の画像が入力される直前の垂直
ブラシキング期間VBLの1msec内に行なわれる。そして、
条件が成立すると、メモリ450の読み出しレジスタから
の画像が読み出され（Read）、これと同時に書き込み
レジスタからの画像がメモリ450に書き込まれてい
く。なお、各部分画像のコントラスト値がスレッショル
ド値より小さい場合には、その画像は読み出されず、メ
モリ450の画像は、次の画像に置きかえられる。

このようにして、画像内の所定領域の部分画像におけ
るコントラスト値が、設定されたスレッショルド値を超
えるような場合にのみ、その画像が加算されることにな
る。

第６図（ａ）〜（ｆ）は第２実施例の作用を具体的に
示す図である。第６図の（ａ）から（ｅ）までは、第２
図に示すように画像の領域分割Ａ〜Ｅを行ない、各領域
の部分画像についてコントラストカ−ブを測定した結果
を示している。そして、合焦点位置Ｘを離散的に８ヶ所
（1,2…８）設定し、各位置でそれぞれ画像を入力した
とする。図に示すように、２番目の入力画像では（ｅ）
に示す領域Ｅの画像において、又３番目の入力画像では
（ｂ）に示す領域Ｂの画像において、７番目の入力画像
では（ｃ），（ｄ）に示す領域ＣおよびＤの画像におい
て、コントラスト値がスレッショルド値THを超えてい
る。したがって（ｆ）に示すように2,3,7番目の入力画
像が加算対象となる。このようにして、いずれかの部分
画像のコントラストが高い画像だけを選択して、加え合
わせる。こうすることにより、全体的にぼけただけの画
像であってどの部分にも焦点の合っていない画像を加算
対象から除外できる。かくして加算後の画像に回復処理
を施すことにより、一層鮮明で被写界深度の深い画像を
得ることができる。しかも加算画像の選択は自動的に行
なわれる。

かくして第２実施例によればレンズ401の駆動を１回
行なうだけで加算すべき入力画像が自動選択され加算動
作を完了できる。したがって、操作がより簡便になり、
処理を高速に行なうことができる。

（第３実施例） 本発明の第３実施例は、前記第１実施例における動作
条件を改良したものである。従って、ハ−ド的な構成は
第１図と同様である為、図示は省略する。

第１実施例と同様に、第３図のようなコントラストカ
−ブが得られたとする。「本処理」時のレンズ101の合
焦点位置Ｘの駆動範囲を、最も近い被写体位置X1から最
も遠い被写体位置X3までの間に設定し、この範囲にわた
ってレンズ101の合焦点位置を移動させながら画像を積
算入力する。

第７図は、上記画像の積算入力の際のレンズ101の合
焦点位置Ｘと露光時間との関係例を示す図である。撮像
素子102の１フレ−ム時間内にレンズ101の駆動を行な
い、１画像に積算入力するようにしてもよいが、レンズ
101を少し遅く駆動しながら、数フレ−ムに分けて画像
を入力し、これらをディジタル的に加え合わせるように
しても良い。

かくして第３実施例によればレンズ101の駆動法が簡
単になるので、CPU130のプログラミングを含めた装置の
構成がより簡単化する。

（第４実施例） 第１図、第４図に示したように、カメラ100,400とプ
ロセッサ200をオンラインで接続するだけでなく、記録
媒体を用いてオフラインで接続するようにしても良い。

第８図はその一例として本発明を電子カメラに適用し
た第４実施例を示す図である。第８図において500はカ
メラ本体、510は記録媒体、520は読み出し装置、600は
プロセッサ、700はTVモニタである。前記カメラ本体500
は第１実施例に示したカメラの構成と同様の構成を有す
る上、記録媒体510への書き込み装置を有し、積算入力
あるいは入力加算した画像を記録媒体510に記憶する。
記録媒体510としては、フロッピ−ディスク，磁気テ−
プ，光カ−ド，光ディスク，半導体ICカ−ドや強誘電体
メモリ，有機メモリ等が用いられる。この記録媒体510
にはアナログ，ディジタルのいずれかの方法で画像信号
を記録可能である。この記録媒体510に記録された画像
信号は、前記読み出し装置520により読み出され、前記
プロセッサ600内のディジタルメモリに記憶される。前
記プロセッサ600は第１〜第３実施例に示したプロセッ
サの構成と同様の構成を有している。かくして、前記積
算画像もしくは入力・加算画像は、適当な回復処理を施
され、その結果は前記TVモニタ700に表示される。

上記の第４実施例においては、操作する人が被写体を
狙いながら先ずプリ・シャッタ−ボタンを押すと、レン
ズ101は無限遠から至近まで合焦点位置が駆動され、
「前処理」の駆動が行なわれる。次いでメイン・シャッ
タ−ボタンが押されると、今度は至近から無限遠へ向か
ってレンズ101が駆動される。その際に「前処理」によ
り設定された条件に基いて画像入力が行なわれる。カメ
ラ本体500のシャッタ−ボタンを、軽く押さえた際、プ
リ・シャッタ−がオンになり、さらに押し込むことによ
りメイン・シャッタ−がオンになるように構成すれば、
簡単な操作で一連の動作を実行させ得る。

かくして第４実施例によれば、電子カメラを操作する
撮影者にとって、煩雑な操作が一切要求されず、しかも
画像内の被写体について全て焦点が合った画像を合成す
ることができる。

なお本発明は上記各実施例に限定されるものではな
い。例えば前記実施例では本発明を一般のカメラおよび
電子カメラに適用した例を示したが、上述したもの以外
にも、例えば光学顕微鏡，内視鏡，複写機など様々光学
機器にも広く適用可能であり、医療，産業，基礎研究，
民生などの広い分野に亙って有用なものである。

［発明の効果］ 本発明は、合焦点位置の異なる被写体に対しレンズの
合焦点位置を移動させ該被写体を撮像素子で撮像するこ
とにより画像のデータを得る画像入出力装置であって、
画面内の分割された領域における部分画像の各被写体ま
での距離および明るさを自動的に計測し、入力および加
算の条件を設定するようにしたものである。したがって
本発明によれば解像度や明るさを損うことなく焦点深度
の深い画像を得ることができるのは勿論、操作が極めて
簡便で、入力条件等を短い時間で設定することができ、
しかも画面内のすべての被写体に焦点の合った画像を合
成することのできる画像入出力装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１実施例を示す図で、第１
図は構成を示すブロック図、第２図および第３図は作用
説明図である。 第４図〜第６図（ａ）〜（ｆ）は本発明の第２実施例を
示す図で、第４図は構成を示すブロック図、第５図およ
び第６図（ａ）〜（ｆ）は作用説明図である。 第７図は本発明の第３実施例を示す図であって、その作
用を説明するための図である。 第８図は本発明の第４実施例を示す概略的構成図であ
る。 100……カメラ、101……レンズ、102……撮像素子、110
……コントラスト検出部、130……CPU、141……レンズ
位置センサ、142……レンズ駆動部、151……加算器、15
2……メモリ、200……プロセッサ、203……回復処理装
置、300……TVモニタ。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】合焦点位置の異なる被写体に対しレンズの
   合焦点位置を移動させ該被写体を撮像素子で撮像するこ
   とにより画像のデータを得る画像入出力装置であって、 入力される画像を複数の領域に分割する領域分割手段
   と、 前記領域分割手段により分割された領域に対応する明る
   さを検出する明るさ検出手段と、 前記明るさ検出手段の検出結果に応じた露光量で撮像が
   行なわれるように前記撮像素子を制御するようになされ
   た制御手段と、 前記合焦点位置を移動することにより前記被写体に関す
   る複数の物体面上での合焦点位置を検出するようになさ
   れた位置検出手段と、 前記位置検出手段の検出結果に基づいて合焦位置を設定
   する設定手段と、 前記設定手段により設定された合焦位置に基づいて入力
   される各画像を加え合わせて一の画像を生成する手段
   と、 を備えたことを特徴とする画像入出力装置。
2. 【請求項２】前記位置検出手段は、当該画像に関するコ
   ントラストが所定のコントラストである位置を物体面の
   合焦位置としてそれぞれ検出するようになされたもので
   あることを特徴とする請求項１に記載の画像入出力装
   置。
3. 【請求項３】前記位置検出手段は、前記領域分割手段に
   より分割された領域毎に対応した当該画像のコントラス
   トに基づいて、複数の物体面の位置をそれぞれ検出する
   ようになされたものであることを特徴とする請求項１に
   記載の画像入出力装置。
4. 【請求項４】前記明るさを検出する明るさ検出手段は、
   画像を複数に分割したときの各部分画像についての明る
   さを検出する手段であることを特徴とする請求項１に記
   載の画像入出力装置。
5. 【請求項５】前記画像を加え合わせ一の画像を生成する
   手段は、各物体面に焦点のあった複数の画像を、設定さ
   れた露光量で入力すると同時に加え合わせるものである
   ことを特徴する請求項１に記載の画像入出力装置。
6. 【請求項６】前記合焦位置を設定する設定手段は、設定
   された物体面の範囲にわたって連続的に焦点面を移動さ
   せる手段であることを特徴とする請求項１に記載の画像
   入出力装置。