JP3964315B2 - デジタルカメラ - Google Patents
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- H04N23/673—Focus control based on electronic image sensor signals based on contrast or high frequency components of image signals, e.g. hill climbing method
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ−ＡＦ方式及び測距センサ方式によって自動合焦を行うことが可能なデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラにおける自動合焦には、フォーカスレンズを光軸方向に駆動しながらＣＣＤに蓄積される輝度信号によりコントラストのピーク（合焦位置）を見つけるＣＣＤ−ＡＦ方式と、測距センサによってデジタルカメラから被写体までの距離（被写体距離）の情報を取得し、三角測量法に基づいて被写体距離を求める測距センサ方式とがあり、これらのＣＣＤ−ＡＦ方式と測距センサ方式の両方の自動合焦（ＡＦ）処理を可能とするデジタルカメラが考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＣＣＤ−ＡＦ方式は、ピントが無限遠から最至近まで変化するようにフォーカスレンズを駆動し、コントラストを細かくサンプリングすることによってそのピークを見つけ出す方式であるため、合焦精度が高い反面、合焦位置を検出するまでに時間がかかるという問題があった。特にデジタルカメラの場合は、ユーザーがレリーズボタンを押下してからシャッタがきれるまでのタイムラグが問題であり、そのタイムラグの短縮化が望まれている。
【０００４】
これに対して、測距センサ方式は、被写体距離情報を直接得て、この被写体距離情報に基づいて被写体距離を算出するため、自動合焦処理を高速に行うことができる。
【０００５】
しかしながら、測距センサ方式は、ＣＣＤ−ＡＦ方式に比べて合焦精度が劣るという問題がある。合焦精度は、焦点距離、絞り値、許容錯乱円等の光学要因特性の兼ね合いで決定されるが、デジタルカメラにおいては、例えば許容錯乱円が小さいため測距センサの測距精度では足りない場合が多い。また、合焦精度はズーム位置によっても影響を受け、広角（wide）端と比べて望遠（tele）端の方が合焦精度は劣ることとなる。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、測距センサ方式を使用することによってレリーズタイムラグの短縮化を図りつつ、撮影画像の解像度を向上させることができるデジタルカメラを提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させながら受光面に結像した被写体像のコントラストをサンプリングすることにより合焦位置を求める第１の合焦方式と、被写体までの距離を三角測量法に基づいて測定することにより合焦位置を求める第２の合焦方式とを備え、前記被写体を撮影することにより得られる撮影画像の画像信号のエッジ成分を補正するアパーチャ処理手段が設けられ、前記アパーチャ処理手段は、前記第２の合焦方式が単独で用いられるときに、前記第１の合焦方式が単独で用いられるとき又は前記第１の合焦方式と前記第２の合焦方式とが併用して用いられるときよりも大きいアパーチャゲインを用いることによって前記エッジ成分を強調することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させながら受光面に結像した被写体像のコントラストをサンプリングすることにより合焦位置を求める第１の合焦方式と、被写体までの距離を三角測量法に基づいて測定することにより合焦位置を求める第２の合焦方式とを備え、前記被写体を撮影することにより得られる撮影画像の画像信号のエッジ成分を補正するアパーチャ処理手段が設けられ、前記アパーチャ処理手段は、前記第２の合焦方式が単独で用いられるときに、前記第１の合焦方式が単独で用いられるとき又は前記第１の合焦方式と前記第２の合焦方式とが併用して用いられるときよりも大きいアパーチャリミットを用いることによって前記エッジ成分を強調することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させながら受光面に結像した被写体像のコントラストをサンプリングすることにより合焦位置を求める第１の合焦方式と、被写体までの距離を三角測量法に基づいて測定することにより合焦位置を求める第２の合焦方式とを備え、前記被写体を撮影することにより得られる撮影画像の画像信号の高周波成分を補正するデジタルフィルタ処理手段が設けられ、前記デジタルフィルタ処理手段は、前記第２の合焦方式が単独で用いられるときに、前記第１の合焦方式が単独で用いられるとき又は前記第１の合焦方式と前記第２の合焦方式とが併用して用いられるときよりも前記高周波成分をより強調する特性を有するフィルタ係数を用いることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は、本実施の形態に係るデジタルカメラの構成図である。図１において、１はデジタルカメラを示しており、デジタルカメラ１は、レンズユニット２、絞りシャッタ３、光学系駆動部４、測距センサ５、ＣＣＤ（電荷結合素子）６、ＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路７、Ａ／Ｄ変換器８、画像処理ＩＣ９、タイミングジェネレータ１０、ＣＰＵ１１、プログラム用メモリ１２、電源部１３、ＬＣＤ１４、外部モニタ接続ジャック１５、画像データ記録部１６、操作部１７、ストロボユニット１８、画像データバッファメモリ１９を備えている。
【００１２】
レンズユニット２は、フォーカスレンズ等を有する。光学系駆動部４は、このレンズユニット２や絞りシャッタ３等の駆動を行い、モニタリングや画像取り込み時に適切な光学条件を設定する。また、後述するＣＣＤ−ＡＦ方式による自動合焦時にフォーカスレンズの駆動を行う。すなわち、光学駆動部４はパルスモータとフォーカスドライバとを含み、フォーカスドライバはＣＰＵ１１からの制御信号に従ってパルスモータを駆動し、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させる。
【００１３】
測距センサ５は、被写体までの距離を例えばパッシブ方式で測距する。この測距センサ５は、左右に並列した２つのレンズと、これらの２つのレンズに対応する左右の２つのフォトセンサアレイとを備えている。この測距センサ５を用いた測距方法を説明すると、測距センサ５の左右のレンズを介して入射した各フォトセンサアレイの被写体像の光量（被写体距離情報）を画像処理ＩＣ９の図示を略す測距情報演算部が積分し、左右のフォトセンサアレイで得られるデータのずれを演算する。これによって測距情報演算部は被写体までの距離（被写体距離）を算出してＣＰＵ１１に出力する。なお、測距センサ５を用いてアクティブ方式で測距を行うこととしてもよい。
【００１４】
なお、上述したように、測距センサ５を使用して合焦位置を検出する場合を測距センサ方式（第２の合焦方式）といい、ＣＣＤ６を使用して合焦位置を検出する場合をＣＣＤ−ＡＦ方式（第１の合焦方式）という。ＣＣＤ−ＡＦ方式では、フォーカスレンズを移動させて、ＣＣＤ６から出力される画像信号に応じた被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）をサンプリングし、ＡＦ評価値のピーク位置を合焦位置とする山登りサーボ方式を採用する。また、ＣＣＤ−ＡＦ方式と測距センサ方式とを併用する場合はハイブリットＡＦ（ＨＢＡＦ）方式という。本実施の形態に係るデジタルカメラ１は、ＨＢＡＦ方式による自動合焦（ＡＦ）処理と測距センサ方式による自動合焦処理との両方が可能であり、ユーザーが後述するオートフォーカスキーによっていずれかを選択することができるようになっている。
【００１５】
ＣＣＤ６は、レンズユニット２を通じて入力された映像を電気信号（アナログ画像データ）に変換する。ＣＤＳ回路７は、そのＣＣＤ型撮像素子に対するノイズ低減化のための回路である。Ａ／Ｄ変換器８は、ＣＣＤ６からのアナログ画像データをデジタル画像データに変換する。すなわち、ＣＰＵ１１からの指示により、ＣＣＤ６の出力信号はＣＤＳ回路７及びＡ／Ｄ変換器８を経て、最適なサンプリング周波数（例えば、ＮＴＳＣ信号のサブキャリア周波数の整数倍）によりデジタル信号に変換される。このデジタル信号が後述する画像処理ＩＣ９に送られる。
【００１６】
タイミングジェネレータ１０は、ＣＣＤ６の駆動や露光時間制御を行うための各種のタイミングパルスを生成するものである。
【００１７】
ＣＰＵ１１は、プログラム用メモリ１２に格納されたプログラムに従って後述の操作部１７等を通じたユーザーからの指示に従いデジタルカメラ１の各種動作を制御する。具体的には、ＣＰＵ１１は、撮影動作、自動露出（ＡＥ）動作、自動ホワイトバランス（ＡＷＢ）調整動作や、ＡＦ動作等の制御を行う。また、カメラ電源はＮｉＣｄ、ニッケル水素又はリチウム電池等の電源部１３からＣＰＵ１１を始めとするデジタルカメラ１の各部に供給される。
【００１８】
ＬＣＤ１４は、撮影により得られるデジタル画像データや、画像データ記録部１６の記録データを伸張処理して得られる画像データ等を表示する。また、デジタルカメラ１は、外部モニタ接続ジャック１５にＴＶ等の外部モニタが接続されることによってその外部モニタにも画像データを表示することができる。
【００１９】
画像データ記録部１６は、例えばＰＣカードインターフェースに着脱可能に接続されたＰＣカード等であり、被写体を撮影して得られた画像データが記録される。
【００２０】
操作部１７は、機能選択や撮影指示、その他の各種設定等をユーザーが行うために使用され、ボタン等により構成されている。具体的には、操作部１７は、撮影指示を与えるためのレリーズキー、ズーム位置（tele〜wide）を設定するためのズームキー、自動合焦の方式（ＨＢＡＦ方式又は測距センサ方式）を設定するためのオートフォーカスキー等を備えている。ＣＰＵ１１は、上記レリーズキーが半押しされると自動合焦動作を実行し、レリーズキーが全押しされると撮影動作を実行する。
【００２１】
ストロボユニット１８は、撮影時に自動で又はユーザーの指示により発光する。
【００２２】
画像処理ＩＣ９は、画像処理部２０と、システム制御部２１と、画像圧縮部２２と、スケーリング処理部２３と、メモリ制御部２４とを備えている。
【００２３】
画像信号処理部２０においては、ＳＲＡＭ等の画像データバッファメモリ１９を介しながら、図２に示すように、Ａ／Ｄ変換器８からデジタル画像データが入力され（入力処理）、このデジタル画像データがＲ・Ｇ・Ｂの各色成分に分離される（Ｒ・Ｇ・Ｂ分離処理）。つぎに、ＷＢ評価値が取得され、Ｒ・Ｇ・Ｂの各画像データが所定の倍率でデジタル的に増幅された後（ＷＢ処理）、Ｒ・Ｇ・Ｂの各画像データのγ変換が行われ（γ処理）、Ｒ・Ｇ・Ｂの各画像データは色差信号（Ｃｒ，Ｃｂ）と輝度信号（Ｙ）とに分離される（Ｙ・Ｃ分離処理）。
【００２４】
色差信号（Ｃｒ，Ｃｂ）には色の位相や彩度の調整等の色信号処理がなされる一方、輝度信号（Ｙ）には後述するエッジ強調処理及びデジタルフィルタ処理がなされ、これらが合成されて出力される（出力処理）。なお、エッジ強調処理及びデジタルフィルタ処理がなされた輝度信号の積分値はＡＦ評価値として取得され（ＡＦ評価値取得処理）、ＣＰＵ１１に出力される。
【００２５】
システム制御部２１は画像処理全体の制御を行い、エッジ強調処理において用いられる後述する２種類のレベル変換特性を有し、これに基づいて後述するアパーチャコントロール回路２７（図３参照）に制御信号を送る。
【００２６】
画像圧縮部２２は、例えばＪＰＥＧ準拠の画像圧縮・伸長の一過程である直交変換・逆直交変換や、同じくＪＰＥＧ準拠の画像圧縮・伸長の一過程であるハフマン符号化・復号化等を行う。また、スケーリング処理部２３は、例えばＬＣＤ１４の表示サイズに合わせて画像のサイズを調整し、メモリ制御部２４は、例えば画像データを画像データ記録部１６に記録させたり、逆に画像データ記録部１６から画像データを読み込んだりするときの制御を行う。
【００２７】
エッジ強調処理を行うための回路を図３に示す。この回路は、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）２８、遅延回路２９，３０、乗算器３１、合成器３２、アパーチャコントロール回路２７、及び合成器３３から構成される。
【００２８】
まず、ＨＰＦ２８に輝度信号（Ｙ）が入力され、ＨＰＦ２８において輝度信号の高周波成分が抽出される。この抽出された高周波の輝度信号は遅延回路２９及び合成器３２に入力される。遅延回路２９の遅延出力は遅延回路３０に入力されるとともに、入力信号に対して３倍の演算を行う乗算器３１に入力される。合成器３２は、遅延回路２９からの乗算器３１を介したＹ信号から元のＹ信号と遅延回路３０の遅延出力であるＹ信号とを減算する。この合成器３２から出力されたものが輝度信号のエッジ成分となる。
【００２９】
つぎに、合成器３２から出力されたエッジ成分がアパーチャコントロール回路２７に入力され、予め設定されてシステム制御部２１が有しているレベル変換特性に基づいてアパーチャ処理及びコアリング処理が行われる。
【００３０】
すなわち、アパーチャ処理では、輝度信号のエッジ成分に対して、システム制御部２１から供給される制御信号としてのゲインコントロール信号が与えられ、所定のゲイン（アパーチャゲイン）の係数が乗算されることにより所定のリミット（アパーチャリミット）を限度として輝度信号のエッジ成分が強調される。また、コアリング処理では、合成器３２からのエッジ成分のうち、予め設定された所定のコアリング範囲（コアリング）内の成分が除去されることにより、エッジ成分に含まれるノイズ成分が除去される。
【００３１】
ここで、操作部１７のオートフォーカスキーによってＨＢＡＦ方式又は測距センサ方式のどちらが選択されているかによって適用されるレベル変換特性は異なる。図４はシステム制御部２１が有しているレベル変換特性を示す図であり、（ａ）は標準的なエッジ処理用のものであり、（ｂ）は強めのエッジ処理用のものである。図４において、横軸はアパーチャコントロール回路２７に入力されるエッジ成分のレベルを示し、縦軸はアパーチャコントロール回路２７から出力されるエッジ成分のレベルを示している。
【００３２】
図４の（ａ）と（ｂ）とを比較すると明らかなように、ＨＢＡＦ方式に適用されるアパーチャゲインＧａに比べて測距センサ方式に適用されるアパーチャゲインＧｂの方が大きく、また、ＨＢＡＦ方式に適用されるアパーチャリミットＬａに比べて測距センサ方式に適用されるアパーチャリミットＬｂの方が大きい。これに対して、ＨＢＡＦ方式に適用されるコアリングＣａと測距センサ方式に適用されるコアリングＣｂとは同じである。
【００３３】
オートフォーカスキーによってＨＢＡＦ方式が選択されている場合には、図４（ａ）に示す標準的なエッジ処理用のレベル変換特性が適用され、測距センサ方式が選択されている場合には、図４（ｂ）に示す強めのエッジ処理用のレベル変換特性が適用される。具体的には、システム制御部２１が、オートフォーカスキーによっていずれの自動合焦方式が選択されているかの情報をＣＰＵ１１から受けて、この情報に基づいてアパーチャコントロール回路２７に該当するレベル変換特性に応じた制御信号を送る。
【００３４】
アパーチャコントロール回路２７は、アパーチャ処理及びコアリング処理を行った後、輝度信号のエッジ成分を合成器３３に出力する。
【００３５】
合成器３３において、アパーチャコントロール回路２７からのエッジ成分を元の映像信号の輝度信号に対して重畳する（合成器３３によって合成する）ことで、元の映像信号のエッジ成分が強調される。
【００３６】
合成器３３から出力された映像信号の輝度信号は、上述したようにハイパスフィルタ（ＨＰＦ）によってデジタルフィルタ処理がなされる。このハイパスフィルタは、図５の（ａ）で示す標準的なエッジ処理用と図５の（ｂ）で示す強めのエッジ処理用の２種類のフィルタ係数を有し、オートフォーカスキーによっていずれの自動合焦方式が選択されているかの情報に基づいて、異なるフィルタ係数を適用する。すなわち、ハイパスフィルタは、ＨＢＡＦ方式が選択されている場合には、図５（ａ）で示す標準的なエッジ処理用のフィルタ係数を適用し、測距センサ方式が選択されている場合には、図５（ｂ）で示す強めのエッジ処理用のフィルタ係数を適用して、それぞれデジタルフィルタ処理を行う。
【００３７】
この実施の形態に係るデジタルカメラ１では、ＨＢＡＦ方式に適用されるアパーチャゲインＧａに比べて測距センサ方式に適用されるアパーチャゲインＧｂを大きくしたので、映像信号のエッジ成分が強調されて合焦精度による解像度の不足を補うことができる。これにより、画像上においてはエッジ部分が強調されて見掛け上の撮影画像の解像度が向上される。
【００３８】
また、ＨＢＡＦ方式に適用されるアパーチャリミットＬａに比べて測距センサ方式に適用されるアパーチャリミットＬｂを大きくしたので、これによっても映像信号のエッジ成分が強調され、画像上においてはエッジ部分が強調されて見掛け上の撮影画像の解像度が向上される。
【００３９】
図６は、エッジ強調処理（アパーチャ処理及びコアリング処理）によって得られる輝度信号の周波数特性の変化を模式的に示す図であり、（ａ）はＨＢＡＦ方式のエッジ強調処理前の周波数特性、（ｂ）はＨＢＡＦ方式のエッジ強調処理後の周波数特性、（ｃ）は測距センサ方式のエッジ強調処理前の周波数特性、（ｄ）は測距センサ方式のエッジ強調処理後の周波数特性をそれぞれ示す。図６において、実線は周波数分布を示し、点線はＣＣＤ６等ハードウェアにおいて発生するノイズ成分を示している。ＨＢＡＦ方式では合焦精度が高いため、図６の（ａ）に示すように、エッジ強調処理前の周波数特性は高周波まで分布している。これにエッジ強調処理を加えると、（ｂ）に示すように、コアリング処理によってノイズが支配的な高周波の領域がカットされ、かつ、アパーチャ処理によって理想的な周波数分布が得られる。これに対して、測距センサ方式では合焦精度が劣るため、（ｃ）に示すように、（ａ）に比較してエッジ強調処理前の周波数特性は高周波にまで及んでいない。このため、解像度は低下する。これにエッジ強調処理を加えると、（ｄ）に示すように、高周波の領域の周波数特性が持ち上がって、画像上においてはエッジ部分が強調され見掛け上の画像の解像度が向上される。
【００４０】
したがって、測距センサ方式を使用することによってレリーズタイムラグの短縮化を図りつつ、撮影画像の解像度を向上させることができる。
【００４１】
さらに、ＨＢＡＦ方式に適用されるフィルタ係数に比べて測距センサ方式に適用されるフィルタ係数をより高周波成分を強調する特性としたので、これによっても映像信号の高周波成分が強調され、画像上においてはエッジ部分が強調されて見掛け上の撮影画像の解像度が向上される。これによっても、測距センサ方式を使用することによってレリーズタイムラグの短縮化を図りつつ、撮影画像の解像度を向上させることができる。
【００４２】
この点、先行技術と比較すると、例えば特開平９−２９８６８３号公報に記載の発明では、アパーチャゲインを可変としているが、カメラのズーム位置又は絞り径の光学条件に基づいてアパーチャゲインがそれぞれ設定される点が本発明と異なる。また、特開平１１−２９８８４７号公報に記載の発明では、撮影モードによってデジタルフィルタ特性とコアリングとを可変としているが、本発明は、自動合焦方式によってデジタルフィルタ特性等を可変としており、また、コアリングについては一定である。
【００４３】
なお、本発明は上述した形態に限られるものではなく、例えば本実施の形態ではＨＢＡＦ方式の場合に比べて測距センサ方式の場合は、アパーチャゲインを大きくし、またアパーチャリミットを大きくし、かつ、フィルタ係数をより高周波成分を強調する特性としたが、これに限られず、いずれか１つのみであってもよいし、適宜組み合わせることも可能である。
【００４４】
また、本実施の形態ではオートフォーカスキーによってユーザーがＨＢＡＦ方式か測距センサ方式かを選択することとしたが、自動合焦の方式は、例えば撮影条件等によって適宜自動で選択されるものとしてもよい。
【００４５】
また、本実施の形態ではＨＢＡＦ方式か測距センサ方式のいずれかが選択されるものとしたが、これに限られず、例えばＣＣＤ−ＡＦ方式か測距センサ方式かが選択されるものであってもよいし、ＣＣＤ−ＡＦ方式、ＨＢＡＦ方式、測距センサ方式の中のいずれかが選択されるものであってもよい。さらに、ＣＣＤ−ＡＦ方式かＨＢＡＦ方式かが選択されるものであってもよい。
【００４６】
また、画像処理部２０において、ＷＢ評価値をＲ・Ｇ・Ｂの各色成分に分離された後に取得することとしたが、例えばγ変換後に取得することとしてもよい。さらに、ＡＦ評価値をデジタルフィルタ処理の後に求めることとしたが、デジタルフィルタ処理前に行うこととしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、測距センサ方式を使用することによってレリーズタイムラグの短縮化を図りつつ、撮影画像の解像度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るデジタルカメラの概略構成を示す図である。
【図２】図１の画像処理ＩＣの画像処理部における処理の流れを模式的に示した図である。
【図３】エッジ強調処理を行うための回路の概略構成を示す図である。
【図４】エッジ強調処理におけるレベル変換特性を示す図であり、（ａ）はＨＢＡＦ方式に用いられるものであり、（ｂ）は測距センサ方式に用いられるものである。
【図５】デジタルフィルタ処理を行うハイパスフィルタのフィルタ係数を示す図であり、（ａ）はＨＢＡＦ方式に用いられるものであり、（ｂ）は測距センサ方式に用いられるものである。
【図６】エッジ強調処理によって得られる輝度信号の周波数特性の変化を模式的に示す図であり、（ａ）はＨＢＡＦ方式のエッジ強調処理前の周波数特性であり、（ｂ）はＨＢＡＦ方式のエッジ強調処理後の周波数特性であり、（ｃ）は測距センサ方式のエッジ強調処理前の周波数特性であり、（ｄ）は測距センサ方式のエッジ強調処理後の周波数特性である。
【符号の説明】
１ デジタルカメラ
５ 測距センサ
６ ＣＣＤ
９ 画像処理ＩＣ
２０ 画像処理部
２７ アパーチャ回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ−ＡＦ方式及び測距センサ方式によって自動合焦を行うことが可能なデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラにおける自動合焦には、フォーカスレンズを光軸方向に駆動しながらＣＣＤに蓄積される輝度信号によりコントラストのピーク（合焦位置）を見つけるＣＣＤ−ＡＦ方式と、測距センサによってデジタルカメラから被写体までの距離（被写体距離）の情報を取得し、三角測量法に基づいて被写体距離を求める測距センサ方式とがあり、これらのＣＣＤ−ＡＦ方式と測距センサ方式の両方の自動合焦（ＡＦ）処理を可能とするデジタルカメラが考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＣＣＤ−ＡＦ方式は、ピントが無限遠から最至近まで変化するようにフォーカスレンズを駆動し、コントラストを細かくサンプリングすることによってそのピークを見つけ出す方式であるため、合焦精度が高い反面、合焦位置を検出するまでに時間がかかるという問題があった。特にデジタルカメラの場合は、ユーザーがレリーズボタンを押下してからシャッタがきれるまでのタイムラグが問題であり、そのタイムラグの短縮化が望まれている。
【０００４】
これに対して、測距センサ方式は、被写体距離情報を直接得て、この被写体距離情報に基づいて被写体距離を算出するため、自動合焦処理を高速に行うことができる。
【０００５】
しかしながら、測距センサ方式は、ＣＣＤ−ＡＦ方式に比べて合焦精度が劣るという問題がある。合焦精度は、焦点距離、絞り値、許容錯乱円等の光学要因特性の兼ね合いで決定されるが、デジタルカメラにおいては、例えば許容錯乱円が小さいため測距センサの測距精度では足りない場合が多い。また、合焦精度はズーム位置によっても影響を受け、広角（wide）端と比べて望遠（tele）端の方が合焦精度は劣ることとなる。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、測距センサ方式を使用することによってレリーズタイムラグの短縮化を図りつつ、撮影画像の解像度を向上させることができるデジタルカメラを提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させながら受光面に結像した被写体像のコントラストをサンプリングすることにより合焦位置を求める第１の合焦方式と、被写体までの距離を三角測量法に基づいて測定することにより合焦位置を求める第２の合焦方式とを備え、前記被写体を撮影することにより得られる撮影画像の画像信号のエッジ成分を補正するアパーチャ処理手段が設けられ、前記アパーチャ処理手段は、前記第２の合焦方式が単独で用いられるときに、前記第１の合焦方式が単独で用いられるとき又は前記第１の合焦方式と前記第２の合焦方式とが併用して用いられるときよりも大きいアパーチャゲインを用いることによって前記エッジ成分を強調することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させながら受光面に結像した被写体像のコントラストをサンプリングすることにより合焦位置を求める第１の合焦方式と、被写体までの距離を三角測量法に基づいて測定することにより合焦位置を求める第２の合焦方式とを備え、前記被写体を撮影することにより得られる撮影画像の画像信号のエッジ成分を補正するアパーチャ処理手段が設けられ、前記アパーチャ処理手段は、前記第２の合焦方式が単独で用いられるときに、前記第１の合焦方式が単独で用いられるとき又は前記第１の合焦方式と前記第２の合焦方式とが併用して用いられるときよりも大きいアパーチャリミットを用いることによって前記エッジ成分を強調することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させながら受光面に結像した被写体像のコントラストをサンプリングすることにより合焦位置を求める第１の合焦方式と、被写体までの距離を三角測量法に基づいて測定することにより合焦位置を求める第２の合焦方式とを備え、前記被写体を撮影することにより得られる撮影画像の画像信号の高周波成分を補正するデジタルフィルタ処理手段が設けられ、前記デジタルフィルタ処理手段は、前記第２の合焦方式が単独で用いられるときに、前記第１の合焦方式が単独で用いられるとき又は前記第１の合焦方式と前記第２の合焦方式とが併用して用いられるときよりも前記高周波成分をより強調する特性を有するフィルタ係数を用いることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は、本実施の形態に係るデジタルカメラの構成図である。図１において、１はデジタルカメラを示しており、デジタルカメラ１は、レンズユニット２、絞りシャッタ３、光学系駆動部４、測距センサ５、ＣＣＤ（電荷結合素子）６、ＣＤＳ（相関２重サンプリング）回路７、Ａ／Ｄ変換器８、画像処理ＩＣ９、タイミングジェネレータ１０、ＣＰＵ１１、プログラム用メモリ１２、電源部１３、ＬＣＤ１４、外部モニタ接続ジャック１５、画像データ記録部１６、操作部１７、ストロボユニット１８、画像データバッファメモリ１９を備えている。
【００１２】
レンズユニット２は、フォーカスレンズ等を有する。光学系駆動部４は、このレンズユニット２や絞りシャッタ３等の駆動を行い、モニタリングや画像取り込み時に適切な光学条件を設定する。また、後述するＣＣＤ−ＡＦ方式による自動合焦時にフォーカスレンズの駆動を行う。すなわち、光学駆動部４はパルスモータとフォーカスドライバとを含み、フォーカスドライバはＣＰＵ１１からの制御信号に従ってパルスモータを駆動し、フォーカスレンズを光軸に沿って移動させる。
【００１３】
測距センサ５は、被写体までの距離を例えばパッシブ方式で測距する。この測距センサ５は、左右に並列した２つのレンズと、これらの２つのレンズに対応する左右の２つのフォトセンサアレイとを備えている。この測距センサ５を用いた測距方法を説明すると、測距センサ５の左右のレンズを介して入射した各フォトセンサアレイの被写体像の光量（被写体距離情報）を画像処理ＩＣ９の図示を略す測距情報演算部が積分し、左右のフォトセンサアレイで得られるデータのずれを演算する。これによって測距情報演算部は被写体までの距離（被写体距離）を算出してＣＰＵ１１に出力する。なお、測距センサ５を用いてアクティブ方式で測距を行うこととしてもよい。
【００１４】
なお、上述したように、測距センサ５を使用して合焦位置を検出する場合を測距センサ方式（第２の合焦方式）といい、ＣＣＤ６を使用して合焦位置を検出する場合をＣＣＤ−ＡＦ方式（第１の合焦方式）という。ＣＣＤ−ＡＦ方式では、フォーカスレンズを移動させて、ＣＣＤ６から出力される画像信号に応じた被写体のコントラスト（ＡＦ評価値）をサンプリングし、ＡＦ評価値のピーク位置を合焦位置とする山登りサーボ方式を採用する。また、ＣＣＤ−ＡＦ方式と測距センサ方式とを併用する場合はハイブリットＡＦ（ＨＢＡＦ）方式という。本実施の形態に係るデジタルカメラ１は、ＨＢＡＦ方式による自動合焦（ＡＦ）処理と測距センサ方式による自動合焦処理との両方が可能であり、ユーザーが後述するオートフォーカスキーによっていずれかを選択することができるようになっている。
【００１５】
ＣＣＤ６は、レンズユニット２を通じて入力された映像を電気信号（アナログ画像データ）に変換する。ＣＤＳ回路７は、そのＣＣＤ型撮像素子に対するノイズ低減化のための回路である。Ａ／Ｄ変換器８は、ＣＣＤ６からのアナログ画像データをデジタル画像データに変換する。すなわち、ＣＰＵ１１からの指示により、ＣＣＤ６の出力信号はＣＤＳ回路７及びＡ／Ｄ変換器８を経て、最適なサンプリング周波数（例えば、ＮＴＳＣ信号のサブキャリア周波数の整数倍）によりデジタル信号に変換される。このデジタル信号が後述する画像処理ＩＣ９に送られる。
【００１６】
タイミングジェネレータ１０は、ＣＣＤ６の駆動や露光時間制御を行うための各種のタイミングパルスを生成するものである。
【００１７】
ＣＰＵ１１は、プログラム用メモリ１２に格納されたプログラムに従って後述の操作部１７等を通じたユーザーからの指示に従いデジタルカメラ１の各種動作を制御する。具体的には、ＣＰＵ１１は、撮影動作、自動露出（ＡＥ）動作、自動ホワイトバランス（ＡＷＢ）調整動作や、ＡＦ動作等の制御を行う。また、カメラ電源はＮｉＣｄ、ニッケル水素又はリチウム電池等の電源部１３からＣＰＵ１１を始めとするデジタルカメラ１の各部に供給される。
【００１８】
ＬＣＤ１４は、撮影により得られるデジタル画像データや、画像データ記録部１６の記録データを伸張処理して得られる画像データ等を表示する。また、デジタルカメラ１は、外部モニタ接続ジャック１５にＴＶ等の外部モニタが接続されることによってその外部モニタにも画像データを表示することができる。
【００１９】
画像データ記録部１６は、例えばＰＣカードインターフェースに着脱可能に接続されたＰＣカード等であり、被写体を撮影して得られた画像データが記録される。
【００２０】
操作部１７は、機能選択や撮影指示、その他の各種設定等をユーザーが行うために使用され、ボタン等により構成されている。具体的には、操作部１７は、撮影指示を与えるためのレリーズキー、ズーム位置（tele〜wide）を設定するためのズームキー、自動合焦の方式（ＨＢＡＦ方式又は測距センサ方式）を設定するためのオートフォーカスキー等を備えている。ＣＰＵ１１は、上記レリーズキーが半押しされると自動合焦動作を実行し、レリーズキーが全押しされると撮影動作を実行する。
【００２１】
ストロボユニット１８は、撮影時に自動で又はユーザーの指示により発光する。
【００２２】
画像処理ＩＣ９は、画像処理部２０と、システム制御部２１と、画像圧縮部２２と、スケーリング処理部２３と、メモリ制御部２４とを備えている。
【００２３】
画像信号処理部２０においては、ＳＲＡＭ等の画像データバッファメモリ１９を介しながら、図２に示すように、Ａ／Ｄ変換器８からデジタル画像データが入力され（入力処理）、このデジタル画像データがＲ・Ｇ・Ｂの各色成分に分離される（Ｒ・Ｇ・Ｂ分離処理）。つぎに、ＷＢ評価値が取得され、Ｒ・Ｇ・Ｂの各画像データが所定の倍率でデジタル的に増幅された後（ＷＢ処理）、Ｒ・Ｇ・Ｂの各画像データのγ変換が行われ（γ処理）、Ｒ・Ｇ・Ｂの各画像データは色差信号（Ｃｒ，Ｃｂ）と輝度信号（Ｙ）とに分離される（Ｙ・Ｃ分離処理）。
【００２４】
色差信号（Ｃｒ，Ｃｂ）には色の位相や彩度の調整等の色信号処理がなされる一方、輝度信号（Ｙ）には後述するエッジ強調処理及びデジタルフィルタ処理がなされ、これらが合成されて出力される（出力処理）。なお、エッジ強調処理及びデジタルフィルタ処理がなされた輝度信号の積分値はＡＦ評価値として取得され（ＡＦ評価値取得処理）、ＣＰＵ１１に出力される。
【００２５】
システム制御部２１は画像処理全体の制御を行い、エッジ強調処理において用いられる後述する２種類のレベル変換特性を有し、これに基づいて後述するアパーチャコントロール回路２７（図３参照）に制御信号を送る。
【００２６】
画像圧縮部２２は、例えばＪＰＥＧ準拠の画像圧縮・伸長の一過程である直交変換・逆直交変換や、同じくＪＰＥＧ準拠の画像圧縮・伸長の一過程であるハフマン符号化・復号化等を行う。また、スケーリング処理部２３は、例えばＬＣＤ１４の表示サイズに合わせて画像のサイズを調整し、メモリ制御部２４は、例えば画像データを画像データ記録部１６に記録させたり、逆に画像データ記録部１６から画像データを読み込んだりするときの制御を行う。
【００２７】
エッジ強調処理を行うための回路を図３に示す。この回路は、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）２８、遅延回路２９，３０、乗算器３１、合成器３２、アパーチャコントロール回路２７、及び合成器３３から構成される。
【００２８】
まず、ＨＰＦ２８に輝度信号（Ｙ）が入力され、ＨＰＦ２８において輝度信号の高周波成分が抽出される。この抽出された高周波の輝度信号は遅延回路２９及び合成器３２に入力される。遅延回路２９の遅延出力は遅延回路３０に入力されるとともに、入力信号に対して３倍の演算を行う乗算器３１に入力される。合成器３２は、遅延回路２９からの乗算器３１を介したＹ信号から元のＹ信号と遅延回路３０の遅延出力であるＹ信号とを減算する。この合成器３２から出力されたものが輝度信号のエッジ成分となる。
【００２９】
つぎに、合成器３２から出力されたエッジ成分がアパーチャコントロール回路２７に入力され、予め設定されてシステム制御部２１が有しているレベル変換特性に基づいてアパーチャ処理及びコアリング処理が行われる。
【００３０】
すなわち、アパーチャ処理では、輝度信号のエッジ成分に対して、システム制御部２１から供給される制御信号としてのゲインコントロール信号が与えられ、所定のゲイン（アパーチャゲイン）の係数が乗算されることにより所定のリミット（アパーチャリミット）を限度として輝度信号のエッジ成分が強調される。また、コアリング処理では、合成器３２からのエッジ成分のうち、予め設定された所定のコアリング範囲（コアリング）内の成分が除去されることにより、エッジ成分に含まれるノイズ成分が除去される。
【００３１】
ここで、操作部１７のオートフォーカスキーによってＨＢＡＦ方式又は測距センサ方式のどちらが選択されているかによって適用されるレベル変換特性は異なる。図４はシステム制御部２１が有しているレベル変換特性を示す図であり、（ａ）は標準的なエッジ処理用のものであり、（ｂ）は強めのエッジ処理用のものである。図４において、横軸はアパーチャコントロール回路２７に入力されるエッジ成分のレベルを示し、縦軸はアパーチャコントロール回路２７から出力されるエッジ成分のレベルを示している。
【００３２】
図４の（ａ）と（ｂ）とを比較すると明らかなように、ＨＢＡＦ方式に適用されるアパーチャゲインＧａに比べて測距センサ方式に適用されるアパーチャゲインＧｂの方が大きく、また、ＨＢＡＦ方式に適用されるアパーチャリミットＬａに比べて測距センサ方式に適用されるアパーチャリミットＬｂの方が大きい。これに対して、ＨＢＡＦ方式に適用されるコアリングＣａと測距センサ方式に適用されるコアリングＣｂとは同じである。
【００３３】
オートフォーカスキーによってＨＢＡＦ方式が選択されている場合には、図４（ａ）に示す標準的なエッジ処理用のレベル変換特性が適用され、測距センサ方式が選択されている場合には、図４（ｂ）に示す強めのエッジ処理用のレベル変換特性が適用される。具体的には、システム制御部２１が、オートフォーカスキーによっていずれの自動合焦方式が選択されているかの情報をＣＰＵ１１から受けて、この情報に基づいてアパーチャコントロール回路２７に該当するレベル変換特性に応じた制御信号を送る。
【００３４】
アパーチャコントロール回路２７は、アパーチャ処理及びコアリング処理を行った後、輝度信号のエッジ成分を合成器３３に出力する。
【００３５】
合成器３３において、アパーチャコントロール回路２７からのエッジ成分を元の映像信号の輝度信号に対して重畳する（合成器３３によって合成する）ことで、元の映像信号のエッジ成分が強調される。
【００３６】
合成器３３から出力された映像信号の輝度信号は、上述したようにハイパスフィルタ（ＨＰＦ）によってデジタルフィルタ処理がなされる。このハイパスフィルタは、図５の（ａ）で示す標準的なエッジ処理用と図５の（ｂ）で示す強めのエッジ処理用の２種類のフィルタ係数を有し、オートフォーカスキーによっていずれの自動合焦方式が選択されているかの情報に基づいて、異なるフィルタ係数を適用する。すなわち、ハイパスフィルタは、ＨＢＡＦ方式が選択されている場合には、図５（ａ）で示す標準的なエッジ処理用のフィルタ係数を適用し、測距センサ方式が選択されている場合には、図５（ｂ）で示す強めのエッジ処理用のフィルタ係数を適用して、それぞれデジタルフィルタ処理を行う。
【００３７】
この実施の形態に係るデジタルカメラ１では、ＨＢＡＦ方式に適用されるアパーチャゲインＧａに比べて測距センサ方式に適用されるアパーチャゲインＧｂを大きくしたので、映像信号のエッジ成分が強調されて合焦精度による解像度の不足を補うことができる。これにより、画像上においてはエッジ部分が強調されて見掛け上の撮影画像の解像度が向上される。
【００３８】
また、ＨＢＡＦ方式に適用されるアパーチャリミットＬａに比べて測距センサ方式に適用されるアパーチャリミットＬｂを大きくしたので、これによっても映像信号のエッジ成分が強調され、画像上においてはエッジ部分が強調されて見掛け上の撮影画像の解像度が向上される。
【００３９】
図６は、エッジ強調処理（アパーチャ処理及びコアリング処理）によって得られる輝度信号の周波数特性の変化を模式的に示す図であり、（ａ）はＨＢＡＦ方式のエッジ強調処理前の周波数特性、（ｂ）はＨＢＡＦ方式のエッジ強調処理後の周波数特性、（ｃ）は測距センサ方式のエッジ強調処理前の周波数特性、（ｄ）は測距センサ方式のエッジ強調処理後の周波数特性をそれぞれ示す。図６において、実線は周波数分布を示し、点線はＣＣＤ６等ハードウェアにおいて発生するノイズ成分を示している。ＨＢＡＦ方式では合焦精度が高いため、図６の（ａ）に示すように、エッジ強調処理前の周波数特性は高周波まで分布している。これにエッジ強調処理を加えると、（ｂ）に示すように、コアリング処理によってノイズが支配的な高周波の領域がカットされ、かつ、アパーチャ処理によって理想的な周波数分布が得られる。これに対して、測距センサ方式では合焦精度が劣るため、（ｃ）に示すように、（ａ）に比較してエッジ強調処理前の周波数特性は高周波にまで及んでいない。このため、解像度は低下する。これにエッジ強調処理を加えると、（ｄ）に示すように、高周波の領域の周波数特性が持ち上がって、画像上においてはエッジ部分が強調され見掛け上の画像の解像度が向上される。
【００４０】
したがって、測距センサ方式を使用することによってレリーズタイムラグの短縮化を図りつつ、撮影画像の解像度を向上させることができる。
【００４１】
さらに、ＨＢＡＦ方式に適用されるフィルタ係数に比べて測距センサ方式に適用されるフィルタ係数をより高周波成分を強調する特性としたので、これによっても映像信号の高周波成分が強調され、画像上においてはエッジ部分が強調されて見掛け上の撮影画像の解像度が向上される。これによっても、測距センサ方式を使用することによってレリーズタイムラグの短縮化を図りつつ、撮影画像の解像度を向上させることができる。
【００４２】
この点、先行技術と比較すると、例えば特開平９−２９８６８３号公報に記載の発明では、アパーチャゲインを可変としているが、カメラのズーム位置又は絞り径の光学条件に基づいてアパーチャゲインがそれぞれ設定される点が本発明と異なる。また、特開平１１−２９８８４７号公報に記載の発明では、撮影モードによってデジタルフィルタ特性とコアリングとを可変としているが、本発明は、自動合焦方式によってデジタルフィルタ特性等を可変としており、また、コアリングについては一定である。
【００４３】
なお、本発明は上述した形態に限られるものではなく、例えば本実施の形態ではＨＢＡＦ方式の場合に比べて測距センサ方式の場合は、アパーチャゲインを大きくし、またアパーチャリミットを大きくし、かつ、フィルタ係数をより高周波成分を強調する特性としたが、これに限られず、いずれか１つのみであってもよいし、適宜組み合わせることも可能である。
【００４４】
また、本実施の形態ではオートフォーカスキーによってユーザーがＨＢＡＦ方式か測距センサ方式かを選択することとしたが、自動合焦の方式は、例えば撮影条件等によって適宜自動で選択されるものとしてもよい。
【００４５】
また、本実施の形態ではＨＢＡＦ方式か測距センサ方式のいずれかが選択されるものとしたが、これに限られず、例えばＣＣＤ−ＡＦ方式か測距センサ方式かが選択されるものであってもよいし、ＣＣＤ−ＡＦ方式、ＨＢＡＦ方式、測距センサ方式の中のいずれかが選択されるものであってもよい。さらに、ＣＣＤ−ＡＦ方式かＨＢＡＦ方式かが選択されるものであってもよい。
【００４６】
また、画像処理部２０において、ＷＢ評価値をＲ・Ｇ・Ｂの各色成分に分離された後に取得することとしたが、例えばγ変換後に取得することとしてもよい。さらに、ＡＦ評価値をデジタルフィルタ処理の後に求めることとしたが、デジタルフィルタ処理前に行うこととしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、測距センサ方式を使用することによってレリーズタイムラグの短縮化を図りつつ、撮影画像の解像度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るデジタルカメラの概略構成を示す図である。
【図２】図１の画像処理ＩＣの画像処理部における処理の流れを模式的に示した図である。
【図３】エッジ強調処理を行うための回路の概略構成を示す図である。
【図４】エッジ強調処理におけるレベル変換特性を示す図であり、（ａ）はＨＢＡＦ方式に用いられるものであり、（ｂ）は測距センサ方式に用いられるものである。
【図５】デジタルフィルタ処理を行うハイパスフィルタのフィルタ係数を示す図であり、（ａ）はＨＢＡＦ方式に用いられるものであり、（ｂ）は測距センサ方式に用いられるものである。
【図６】エッジ強調処理によって得られる輝度信号の周波数特性の変化を模式的に示す図であり、（ａ）はＨＢＡＦ方式のエッジ強調処理前の周波数特性であり、（ｂ）はＨＢＡＦ方式のエッジ強調処理後の周波数特性であり、（ｃ）は測距センサ方式のエッジ強調処理前の周波数特性であり、（ｄ）は測距センサ方式のエッジ強調処理後の周波数特性である。
【符号の説明】
１ デジタルカメラ
５ 測距センサ
６ ＣＣＤ
９ 画像処理ＩＣ
２０ 画像処理部
２７ アパーチャ回路
Claims (3)
- フォーカスレンズを光軸に沿って移動させながら受光面に結像した被写体像のコントラストをサンプリングすることにより合焦位置を求める第１の合焦方式と、被写体までの距離を三角測量法に基づいて測定することにより合焦位置を求める第２の合焦方式とを備え、
前記被写体を撮影することにより得られる撮影画像の画像信号のエッジ成分を補正するアパーチャ処理手段が設けられ、
前記アパーチャ処理手段は、前記第２の合焦方式が単独で用いられるときに、前記第１の合焦方式が単独で用いられるとき又は前記第１の合焦方式と前記第２の合焦方式とが併用して用いられるときよりも大きいアパーチャゲインを用いることによって前記エッジ成分を強調することを特徴とするデジタルカメラ。 - フォーカスレンズを光軸に沿って移動させながら受光面に結像した被写体像のコントラストをサンプリングすることにより合焦位置を求める第１の合焦方式と、被写体までの距離を三角測量法に基づいて測定することにより合焦位置を求める第２の合焦方式とを備え、
前記被写体を撮影することにより得られる撮影画像の画像信号のエッジ成分を補正するアパーチャ処理手段が設けられ、
前記アパーチャ処理手段は、前記第２の合焦方式が単独で用いられるときに、前記第１の合焦方式が単独で用いられるとき又は前記第１の合焦方式と前記第２の合焦方式とが併用して用いられるときよりも大きいアパーチャリミットを用いることによって前記エッジ成分を強調することを特徴とするデジタルカメラ。 - フォーカスレンズを光軸に沿って移動させながら受光面に結像した被写体像のコントラストをサンプリングすることにより合焦位置を求める第１の合焦方式と、被写体までの距離を三角測量法に基づいて測定することにより合焦位置を求める第２の合焦方式とを備え、
前記被写体を撮影することにより得られる撮影画像の画像信号の高周波成分を補正するデジタルフィルタ処理手段が設けられ、
前記デジタルフィルタ処理手段は、前記第２の合焦方式が単独で用いられるときに、前記第１の合焦方式が単独で用いられるとき又は前記第１の合焦方式と前記第２の合焦方式とが併用して用いられるときよりも前記高周波成分をより強調する特性を有するフィルタ係数を用いることを特徴とするデジタルカメラ。
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