JP3817566B2 - 撮像装置、撮像方法、撮像プログラム、及び記憶媒体 - Google Patents

撮像装置、撮像方法、撮像プログラム、及び記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、複数の焦点検出領域を有するAF機能を備え、合焦している領域を画面に表示する一眼レフカメラやビデオカメラ等の撮像装置、撮像方法、撮像プログラム、及び記憶媒体に関する。
従来の撮像装置は、外部測距センサを用いて撮影画面内の複数の領域の夫々に表示される被写体の被写体距離を測定し、合焦している被写体以外の被写体が、被写界深度の範囲内に含まれているか否かを判別し、撮影者が被写界深度内に含まれる被写体を視認できるように画面表示する被写界深度表示装置を備える(例えば、特許文献1参照)。
また、現在主流となっているビデオカメラが備えるリアフォーカスレンズシステムは、被写体距離、焦点距離、及びフォーカスレンズが被写体像を合焦することができるフォーカスレンズの位置(以下、「合焦レンズ位置」という)との間に関係を有する。
図9は、被写体距離、焦点距離、及び合焦レンズ位置の関係を示すグラフである。
図9における複数の曲線は、夫々ある特定の被写体距離における焦点距離とフォーカスレンズ位置との関係を示す。
リアフォーカスレンズシステムは、ズームレンズがズーミング動作をするとき、フォーカスレンズをズームレンズの焦点距離に対応する曲線に従って移動させることにより合焦状態を保つ。
さらに、従来の撮像装置は、撮影画面内に複数の焦点検出領域を設定し、各焦点検出領域において焦点検出を行って、合焦レンズ位置を各領域毎に検出し、最終的に1つの合焦レンズ位置を決定する焦点検出装置を備える(例えば、特許文献2参照)。
特開平05-232371号公報 特公平07-072764号公報
しかしながら、従来の撮像装置において、焦点距離が短いほど被写体距離の違いによって生じる合焦レンズ位置の差は小さくなり、焦点距離が長いほど被写体距離の違いによって生じる合焦レンズ位置の差は大きくなるが(図9)、焦点深度は、焦点距離が短い場合は、焦点距離が長い場合の約半分程である(図10)ので、焦点距離と被写体距離との関係と同様に、焦点距離が短いほど焦点深度が比例的に浅くなるわけではない。
そのため、焦点距離が短いほど、被写体距離の違いによって生じる合焦レンズ位置の差に対する焦点深度の割合が大きくなって、焦点深度内に含まれる被写体距離の範囲は広くなり、焦点距離が長いほど、被写体距離の違いによって生じる合焦レンズ位置の差に対する焦点深度の割合が小さくなって、焦点深度内に含まれる被写体距離の範囲は狭くなる。
ここで、例えば、図11に示すように焦点検出領域である測距枠51a,52a,53aを含む撮影画面において、測距枠52aの領域に主被写体から2m程後ろに他の被写体(図11では柱)が存在する構図で撮影を行う場合に、焦点距離が短いときは、被写体距離の違いによって生じるフォーカスレンズの合焦レンズ位置の差は小さい(図9)ので、全ての測距枠51a,52a,53aの合焦レンズ位置が被写界深度又は焦点深度内に含まれてしまう可能性があり(図12)、もって撮影者は、最も合焦している被写体を判別することができない。
本発明は、撮影者に違和感を与えることなく、合焦状態を視覚的に表示することができる撮像装置、撮像方法、撮像プログラム、及び記憶媒体を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の技術的特徴としては、撮像画面中の複数の測距枠ごとに撮像手段により出力された被写体像の合焦状態を取得して撮像光学系の合焦位置を検出し、前記被写体像に基づいて、前記複数の測距枠に対応するそれぞれの合焦位置の中から前記撮像光学系焦点を合わせるべき合焦位置を選択し、当該選択された前記撮像光学系が焦点を合わせるべき合焦位置に対して前記複数の測距枠のうち所定の焦点深度内に合焦位置がある測距枠を判別し、前記所定の焦点深度内にあると判別された測距枠を表示し、前記撮像光学系の焦点距離が短くなることに応じて前記所定の焦点深度内と判別する合焦度のしきい値を高くすることを特徴とする。
本発明によれば、撮影者に違和感を与ることなく合焦状態を表示することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述する。
図1は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を概略的に示すブロック図である。
図1において、撮像装置としてのデジタルビデオカメラシステム100は、被写体側から、固定されている第1固定レンズ群101と、変倍を行う変倍レンズ群(ズームレンズ)102と、絞り103と、固定されている第2固定レンズ群104と、焦点調節機能及び変倍による焦点面の移動を補正するコンペンセータレンズ機能を兼ね備えたレンズ群(フォーカスレンズ)105と、撮影面を有し、撮影面上に結像された光学的な被写体像を光電変換して映像信号として出力する撮像素子としてのCCD106と、CCD106の出力を増幅する二重相関サンプリング(CDS)自動ゲイン制御回路(AGC)107と、CDSAGC107からの出力信号を後述する記録装置109及びモニタ装置115に対応した信号に変換するカメラ信号処理回路108と、カメラ信号処理回路108によって変換された信号を記録する記録装置109と、カメラ信号処理回路108によって変換された信号を表示するモニタ装置110とを備える。記録装置109は、動画や静止画を記録し、記録媒体としての磁気テープや半導体メモリから成る。
図1のビデオカメラは、さらに、ズームレンズ102を駆動するズーム駆動源110と、フォーカスレンズ105を駆動するフォーカシング駆動源111と、CDSAGC回路107で増幅された映像信号から合焦のために最適な信号を取り出す範囲である測距枠を設定するAFゲート112と、焦点検出に用いられる高周波成分、低周波成分及び輝度差成分(映像信号の輝度レベルの最大値と最小値の差分)を抽出するAF信号処理回路112と、ズーム駆動源110、フォーカシング駆動源111、AF信号処理回路113、カメラ信号処理回路108、及び記録装置109、に夫々接続されたカメラ/AFマイコン113と、カメラ/AFマイコン114に接続されたズームスイッチ116及びレリーズボタン117とを備える。
AFゲート111は、その大きさが可変であり、また複数設けられることもある。
カメラ/AFマイコン114は、AF信号処理回路113の出力信号に基づいてフォーカスレンズ105を制御すると共に、ズームスイッチ116の操作情報を読み込んでズーム制御を行い、また、カメラ信号処理回路108の出力信号を制御する等を行う。カメラ/AFマイコン114は、AF信号処理回路113の出力信号レベルが最大となるように、フォーカスレンズ105を移動させることにより、自動焦点調節を行っている。この方法は、従来のビデオカメラのオートフォーカス(AF)で用いられているTV−AF方式であり、被写体像をCCD106等により光電変換して得られた映像信号から、バンドパスフィルタにより被写体像の鮮鋭度を示す高周波成分をAF評価値として抽出し、抽出されたAF評価値が最大となるフォーカスレンズ105の位置(以下、「フォーカスレンズ位置」という)を検知するようにフォーカスレンズ105を駆動制御する。図2に示すように、フォーカスレンズ位置とAF評価値との間には関係があり、AF評価値が最大となるフォーカスレンズ位置が合焦位置となる。
図3は、図1のデジタルビデオカメラシステム100によって実行される合焦枠表示処理の手順を示すフローチャートである。
図3の処理は、カメラ/AFマイコン114によって実行される。
図3において、レリーズボタン117が押下されると(ステップS201でYES)、焦点距離を検出し(ステップS202)、フォーカスレンズ105を走査してピントサーチを行って、各測距枠毎にフォーカスレンズ位置とAF評価値との対応関係を求め(ステップS203)(図2)、各測距枠毎に求められた対応関係を用いて、各測距枠ごとにAF評価値が最大となるフォーカスレンズ位置である合焦レンズ位置を検出した後(ステップS204)、現在の焦点深度を算出する(ステップS205)。
続くステップS206では、後述する図4の基準レンズ位置検出処理を行い、ステップS204で出力された各測距枠毎の合焦レンズ位置の中から、フォーカスレンズ105が最も主被写体像を合焦することができるフォーカスレンズ位置だと考えられるものを求めると共に当該合焦レンズ位置を基準レンズ位置に設定して、ステップS207の処理に進む。
次に、ステップS206で設定された基準レンズ位置を中心として、フォーカスレンズ105が主被写体像を合焦することができるフォーカスレンズ位置だと判断される位置の範囲(以下、「合焦範囲」という)を、焦点距離に応じて合焦範囲と焦点深度の深さの比率が変えて、合焦表示を行うか否かのためのしきい値を決定し(ステップS207)、各測距枠の合焦レンズ位置と合焦範囲とを比較し(ステップS208)、各測距枠の合焦レンズ位置が合焦範囲に含まれているか否かを判別し(ステップS209)、合焦レンズ位置が合焦範囲に含まれていないときは、当該測距枠を非合焦枠と判定して(ステップS211)、本処理を終了し、合焦レンズ位置が合焦範囲に含まれているときは、当該測距枠を合焦枠と判定し(ステップS210)、撮影者が合焦している領域を視覚的に確認できるようにするために、合焦枠と判別された測距枠と同じ位置及び大きさの枠をモニタ装置115の画面上に表示する合焦表示を行い(ステップS212)(点灯手段)(図4)、本処理を終了する。
ステップS207の処理において、例えば、ズームレンズ102の焦点距離がワイド端(W端)の場合は、合焦範囲は、焦点深度の半分以下に設定され(図5)、焦点距離がテレ端(T端)の場合は、焦点深度と同等に設定され(図6)、ズームレンズ102の焦点距離がW端及びT端間の場合は、合焦範囲は、W端及びT端の場合で設定された合焦範囲内で、焦点距離に対するフォーカスレンズ105の移動量に比例するように設定される。
つまり、焦点距離が短くなるほど合焦範囲の焦点深度に対する比率を小さくし、焦点距離が長くなるほど合焦範囲の焦点深度に対する比率を大きくするので、焦点距離が短いときには、最も合焦している領域を表示し、複数の被写体に対応する複数の測距枠を合焦枠として表示することを防ぐことができる。
ここで、上述の焦点深度は、絞り103が開放状態にあるときに算出される焦点深度を用いる。
また、絞り103の絞り値(F値)が大きくなるほど、焦点深度が深くなるため、合焦範囲内に各領域の合焦レンズ位置が含まれ、撮影者に違和感を与える合焦表示を行うことがあるので、絞り値(F値)に応じて合焦範囲を狭めるようにしてもよい。
このとき、絞り103が開放状態の焦点深度に対して合焦範囲を算出した後、さらに絞り値(F値)に応じて合焦範囲を狭めるようにしても良い。
絞り値(F値)に応じて合焦範囲を狭めるときは、焦点距離に応じて合焦範囲を狭める割合よりも小さい割合で狭める。
また、絞り値(F値)に応じて一律に狭めるのではなく、下限を設けてもよい。
図3の処理によれば、基準レンズ位置を中心として、合焦範囲を、焦点距離に応じて合焦範囲と焦点深度の深さの比率が変えて、合焦表示を行うか否かのためのしきい値を決定し(ステップS207)、合焦レンズ位置が合焦範囲に含まれているときは(ステップS209でYES)、当該測距枠を合焦枠と判定し(ステップS210)、合焦枠と判別された測距枠と同じ位置及び大きさの枠をモニタ装置115の画面上に表示する合焦表示を行う(ステップS212)ので、撮影者に違和感を与ることなく合焦状態を表示することができる。
図7は、図3の合焦枠表示処理の変形例の手順を示すフローチャートである。
図7の処理は、カメラ/AFマイコン114によって実行される。
図7において、図3における各ステップと同じ処理を示すものは、ステップ番号の百の位を3に変更して詳細な説明を省略し、図3のものと異なるものについてのみ以下に説明する。
図7の処理において、ステップS301〜S309は、図2の処理と同じであり、ピントサーチによって焦点検出を行い、複数の測距枠の合焦レンズ位置を求め、各測距枠毎に当該測距枠の合焦レンズ位置が合焦範囲に含まれているか否かを判別する。
ステップS309の判別の結果、測距枠の合焦レンズ位置が合焦範囲に含まれているときは、当該測距枠を仮合焦枠と判定し(ステップS313)、各仮合焦枠の最大AF評価値を算出して各仮合焦枠の最大AF評価値と後述する所定値とを比較し(ステップS314)、各仮合焦枠の最大AF評価値が所定値よりも大きいか否かを判別し(ステップS315)、各仮合焦枠のAF評価値が所定値よりも大きいときは、当該仮合焦枠を合焦枠と判定し(ステップS309)、撮影者が現在合焦している領域を視覚的に確認できるようにするために、合焦枠と判別された測距枠と同じ位置及び大きさの枠をモニタ装置115の画面上に表示して(ステップS311)、本処理を終了する。
ステップS309の判別の結果、測距枠の合焦レンズ位置が合焦範囲に含まれていないとき、又はステップS315の判別の結果、各仮合焦枠の最大AF評価値が所定値よりも小さいときは、当該測距枠を非合焦枠と判定し(ステップS311)、本処理を終了する。
ステップS315の判別の結果、各仮合焦枠の最大AF評価値が所定値よりも小さいとき、つまり同じ主被写体ではあるが、AF評価値が小さいときは、その領域は、低コントラスト及び低照度によるノイズの影響を受け易い領域であり、検出された合焦レンズ位置の信頼性が低いと考えられるので、その測距枠を合焦枠としてモニタ画面115に表示させても、表示された合焦枠の領域に撮影者が本当に意図した被写体に含まれているとは限らない。また、撮影者が実際にフォーカスレンズ105が被写体に合焦しているか否かを判別するのは難しい。以上から、AF評価値が小さい領域を合焦枠としてモニタ画面115上に表示することは、撮影者に不信感を与えるので、非合焦枠と判定する。
ステップS314において、所定値は、仮合焦枠の中で最も大きいAF評価値のものを、当該AF評価値に所定の比率を掛け合わせることにより算出される。
図7の処理によれば、測距枠の合焦レンズ位置が合焦範囲に含まれているときは(ステップS309でYES)、当該測距枠を仮合焦枠と判断し(ステップS312)、各仮合焦枠の最大AF評価値を算出し(ステップS313)、各仮合焦枠の最大AF評価値が所定値よりも小さいときは、当該測距枠を非合焦枠と判断する(ステップS311)ので、信頼性の低い合焦レンズ位置の検出結果を無視することができ、もって撮影者に違和感を与ることなく合焦状態を正確に表示することができる。
図8は、図3のステップS206及び図7のステップS306の基準レンズ位置算出手順を示すフローチャートである。
図8の処理は、カメラ/AFマイコン114によって実行される。
図8において、画面中央付近を含む領域で焦点検出されたか否かを判別し(ステップS401)(他の判別手段)、画面中央付近を含む領域で焦点検出されたときは(ステップS401)、画面中央付近を含む領域から検出された合焦レンズ位置を基準レンズ位置に設定し(ステップS402)、画面中央付近を含む領域で焦点検出されなかった場合には、その他複数の領域から焦点検出された合焦レンズ位置のうち、最至近の合焦レンズ位置を基準レンズ位置に設定して(ステップS403)本処理を終了する。
複数の領域から焦点検出された合焦レンズ位置のうち、最至近の合焦レンズ位置を優先的に基準レンズ位置に設定する至近優先方式の場合、他の領域の合焦レンズ位置が比較的同じ位置にまとまっているときでも最至近の被写体に合焦し、特に、画角が広いときは、主被写体よりも至近に他の被写体が存在してしまう場合も多くなるので、撮影者が意図しない被写体に対して合焦することがある。一般に、画面中央付近に被写体を配置することが多いので、ステップS401のような判別を行う。
ただし、画面中央付近を含む領域から合焦レンズ位置が検出されなかったときは、主被写体と背景という構図が第2に多く考えられ、この場合は、主被写体が最至近にあることが多いので、最至近にある合焦レンズ位置を基準レンズ位置とする。
図8の処理によれば、画面中央付近を含む領域で焦点検出されたときは(ステップS401)、画面中央付近を含む領域から検出された合焦レンズ位置を基準レンズ位置に設定し(ステップS402)、画面中央付近を含む領域で焦点検出されなかった場合には、その他複数の領域から焦点検出された合焦レンズ位置のうち、最至近の合焦レンズ位置を基準レンズ位置に設定する(ステップS403)ので、構図に合わせて適切な基準レンズ位置を検出することができ、もって撮影者に違和感を与ることなく合焦状態をより正確に表示することができる。
なお、複数の領域のうち、合焦レンズ位置が所定の範囲内になるものを合焦領域とするようにし、合焦範囲を焦点深度より狭くすると、焦点距離が長いときは、被写体距離の違いによって生じるフォーカスレンズの合焦レンズ位置の差は大きい(図9)ので、合焦範囲に含まれる各領域の合焦レンズ位置が制限され、主被写体に合焦している領域も、合焦範囲に入らないことがあり(図13)、例えば、同じ被写体を含む3つの領域で焦点検出した場合でも、2つの領域はその範囲内に含まれ合焦領域として画面に表示されるが、他の1つの領域は画面に表示されないこともあり、さらには、常に撮影画面内の1つの領域しか表示されなくなるということも起こることがあり、撮影者に違和感や誤解を与える。
一方、上記実施例のようにすれば、撮影者が意図した被写体に合焦しているか否かを判別することができる。
さらに、ビデオカメラ等に搭載されている液晶パネルやファインダを介する場合、撮影者は、合焦状態を判別することが容易となる。
また、図3のステップS207及び図7のステップS307において、焦点距離に応じて合焦範囲と焦点深度の深さの比率が変えたが、当該比率は、焦点距離に比例するように変えてもよいし、焦点距離に応じてその変化量を変えるようにしてもよい。
また、本発明の目的は、実施形態の機能を実現する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、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUや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ことによっても達成される。
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前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
又、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、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−RW、DVD+RW、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。
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することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、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実施形態の機能が実現される場合も含まれる。
更に、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た後、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い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。
本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図1におけるフォーカスレンズ及びAF評価値の関係を示すグラフである。 図1のデジタルビデオカメラシステムによって実行される合焦枠表示処理の手順を示すフローチャートである。 図3のステップS212における合焦表示を説明する図である。 図3のステップS207における合焦レンズ位置、焦点深度、及び合焦範囲を説明する図であり、焦点距離が短い場合を示す。 図3のステップS207における焦点レンズ位置、焦点深度、及び合焦範囲を説明する図であり、焦点距離が長い場合を示す。 図3の合焦枠表示処理の変形例の手順を示すフローチャートである。 図3のステップS206及び図7のステップS306の基準レンズ位置算出手順を示すフローチャートである。 従来の撮像装置における被写体距離、焦点距離、及び合焦レンズ位置の関係を示すグラフである。 従来の撮像装置における焦点距離及び焦点深度の関係を示すグラフである。 従来の撮像装置における測距枠を説明する図である。 従来の撮像装置における合焦レンズ位置及び焦点深度の関係を説明する図である。 従来の撮像装置における合焦レンズ位置、焦点深度、及び合焦範囲を説明する図である。
符号の説明
101 第1固定レンズ群
102 ズームレンズユニット
103 絞り
104 第2固定レンズ群
105 フォーカスレンズユニット
106 CCD
107 CDSAGC回路
108 カメラ信号処理回路
109 記録装置
110 ズーム駆動源
111 フォーカシング駆動源
112 AFゲート
113 AF信号処理回路
114 カメラ/AFマイコン
115 モニタ装置
116 ズームスイッチ
117 レリーズボタン

Claims (6)

  1. 撮像画面中の複数の測距枠ごとに撮像手段により出力された被写体像の合焦状態を取得して撮像光学系の合焦位置を検出する焦点検出手段と、
    前記被写体像に基づいて、前記複数の測距枠に対応するそれぞれの合焦位置の中から前記撮像光学系焦点を合わせるべき合焦位置を選択する選択手段と、
    前記選択手段で選択された前記撮像光学系が焦点を合わせるべき合焦位置に対して前記複数の測距枠のうち所定の焦点深度内に合焦位置がある測距枠を判別する判別手段と、
    記判別手段により前記所定の焦点深度内にあると判別された測距枠を表示する表示手段と、
    前記撮像光学系の焦点距離が短くなることに応じて前記判別手段が前記所定の焦点深度内と判別する合焦度のしきい値を高くする変更手段とを有することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記選択手段は、前記撮像画面の中央付近の測距枠で焦点検出が可能な場合には、前記撮像光学系焦点を合わせるべき合焦位置として、前記中央付近の測距枠の合焦位置を選択することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
  3. 前記表示手段は、前記撮像手段により出力された被写体像の合焦状態に基づいて取得された合焦位置の信頼度が所定レベルよりも低い場合には表示を行わないことを特徴とする請求項1又は2記載の撮像装置。
  4. 撮像画面中の複数の測距枠ごとに撮像手段により出力された被写体像の合焦状態を取得して撮像光学系の合焦位置を検出する焦点検出ステップと、
    前記被写体像に基づいて、前記複数の測距枠に対応するそれぞれの合焦位置の中から前記撮像光学系焦点を合わせるべき合焦位置を選択する選択ステップと、
    前記選択ステップで選択された前記撮像光学系が焦点を合わせるべき合焦位置に対して前記複数の測距枠のうち所定の焦点深度内に合焦位置がある測距枠を判別する判別ステップと、
    記判別ステップにより前記所定の焦点深度内にあると判別された測距枠を表示する表示ステップと、
    前記撮像光学系の焦点距離が短くなることに応じて前記判別ステップで前記所定の焦点深度内と判別する合焦度のしきい値を高くする変更ステップとを有することを特徴とする撮像方法。
  5. 撮像画面中の複数の測距枠ごとに撮像手段により出力された被写体像の合焦状態を取得して撮像光学系の合焦位置を検出する焦点検出モジュールと、
    前記被写体像に基づいて、前記複数の測距枠に対応するそれぞれの合焦位置の中から前記撮像光学系焦点を合わせるべき合焦位置を選択する選択モジュールと、
    前記選択された前記撮像光学系が焦点を合わせるべき合焦位置に対して前記複数の測距枠のうち所定の焦点深度内に合焦位置がある測距枠を判別する判別モジュールと、
    前記所定の焦点深度内にあると判別された測距枠を表示する表示モジュールと、
    前記撮像光学系の焦点距離が短くなることに応じて前記所定の焦点深度内と判別する合焦度のしきい値を高くする変更モジュールとをコンピュータに実行させることを特徴とする撮像プログラム。
  6. 請求項記載の撮像プログラムを格納することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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