JP4045829B2 - 撮像装置及びその自動合焦方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、コントラスト方式の自動合焦機能を有するデジタルカメラ等の撮像装置及びその撮像装置で行なう自動合焦方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、パーソナルコンピュータの普及に伴い、銀塩フィルムに代えて、不揮発性の半導体メモリを封入したメモリカードにデジタルデータの状態で画像を記録するデジタルスチルカメラ(以下「デジタルカメラ」と称する)が広く一般に普及している。
【0003】
この種のデジタルカメラでは、ほぼ全ての機種が自動合焦機能を有しており、そのうち多くのものが、専用の発光/受光素子などを必要としないパッシブ型のコントラスト方式を採用している。
【0004】
このコントラスト方式の自動合焦においては、CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)などの撮像素子から自動合焦を行なう領域の画像データを取出し、水平方向のみ、もしくは水平及び垂直両方向に対してハイパスフィルタ処理を施して空間周波数の高周波成分を抽出し、その絶対値を加算したものをAF(自動合焦)の評価値とするものである。
【0005】
合焦動作を行なうフォーカシングレンズが正確に合焦位置にある場合に上述したAF評価値が最大となるので、フォーカスレンズを1画面分の画像データを得るフィールド毎に移動させながら上記AF評価値を比較することで所定のフォーカス範囲を走査し、最後にその最大値が得られる位置にフォーカスレンズを移動させて、一連の自動合焦動作を終了することとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撮影しようとする被写体像が全体に暗い場合や、きれいな人肌や壁などの一様なものである場合には、合焦している位置としていない位置とのコントラストの差が小さく、正確な合焦判断ができない場合がある。
【0007】
特に近年は、撮像素子であるCCDの高画素化が進むにつれて画素サイズが縮小されることでCCD自体のS/N比が悪化し、また高倍率ズームの要望等により光学レンズが小型化されることでF値が大きくなり、明るさが不足する可能性が高くなるなど、自動合焦の判断を行なうための情報の質が悪化してしまうことが避けられない場合も多々あり得るもので、これらが自動合焦の精度低下を招いている。
【0008】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低照度下などの環境に左右されず、常に正確な合焦を得ることが可能な撮像装置及びその自動合焦方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、合焦位置を可変して画像を撮影する撮影手段と、この撮影手段で得た画像の輝度信号からヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、このヒストグラム作成手段で作成したヒストグラムに基づいて有効な輝度範囲を算出する算出手段と、この算出手段で得た輝度範囲に適応したガンマ補正特性を設定するガンマ設定手段と、このガンマ設定手段で設定したガンマ補正特性に基づいて上記撮影手段で得る画像信号の高周波成分の増減により上記撮像手段の合焦位置を得るコントラスト自動合焦手段とを具備したことを特徴とする。
【0010】
このような構成とすれば、低照度下などの環境であっても一時的に画像のコントラストを向上させることで常に正確な合焦を得ることが可能となる。
【0011】
請求項2記載の発明は、上記請求項1記載の発明において、上記算出手段は、ヒストグラムを複数の輝度範囲ブロックに分割し、各輝度範囲ブロックに属する画素数が全画素数に対する所定の割合を越えているか否かによりその輝度範囲ブロックが有効か否かを判断し、有効と判断した全輝度範囲ブロックにより有効な輝度範囲を算出することを特徴とする。
【0012】
このような構成とすれば、上記請求項1記載の発明の作用に加えて、ヒストグラムに関する演算処理を簡易化し、自動合焦に要する時間を短縮することができる。
【0013】
請求項3記載の発明は、上記請求項2記載の発明において、上記輝度範囲ブロックの有効判断の基準となる全画素数に対する所定の割合を可変設定する設定手段をさらに具備したことを特徴とする。
【0014】
このような構成とすれば、上記請求項2記載の発明の作用に加えて、一時的に画像のコントラストを向上させる度合いをユーザが任意に設定することができる。
【0015】
請求項4記載の発明は、上記請求項1記載の発明において、上記撮影手段で得た画像中の所定画素位置に対応したヒストグラムを生成することを特徴とする。
【0016】
このような構成とすれば、上記請求項1記載の発明の作用に加えて、画像中の所定のフォーカス範囲を勘案したヒストグラムを作成するため、撮影意図を反映して自動合焦の精度をより向上させることができる。
【0017】
請求項5記載の発明は、合焦位置を可変して画像を撮影する撮影工程と、この撮影工程で得た画像の輝度信号からヒストグラムを作成するヒストグラム作成工程と、このヒストグラム作成工程で作成したヒストグラムに基づいて有効な輝度範囲を算出する算出工程と、この算出工程で得た輝度範囲に適応したガンマ補正特性を設定するガンマ設定工程と、このガンマ設定工程で設定したガンマ補正特性に基づいて上記撮影工程で得る画像信号の高周波成分の増減により上記撮像工程の合焦位置を得るコントラスト自動合焦工程とを有したことを特徴とする。
【0018】
このような方法とすれば、低照度下などの環境であっても一時的に画像のコントラストを向上させることで常に正確な合焦を得ることが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下本発明をコントラスト方式の自動合焦機能を備えたデジタルカメラに適用した場合の実施の一形態について図面を参照して説明する。
【0020】
図1はその回路構成を示すもので、10がデジタルカメラである。このデジタルカメラ10は、記録モードと再生モードとを切換えて設定可能であり、記録モードのモニタリング状態においては、レンズ駆動回路11の駆動により合焦位置が移動されるフォーカスレンズを含む光学レンズ12の撮影光軸後方に配置された撮像素子であるCCD13が、タイミング発生回路14によって走査駆動され、一定周期毎に結像面に結像した光像に対応する光電変換出力を1フレーム分出力する。
【0021】
この光電変換出力は、上記CCD13の結像面上に配設されている例えばベイヤー配列のカラーフィルタに対応したRGBの各原色成分毎のアナログ値の信号の状態でCDS/AD/AGCブロック15へ送出される。
【0022】
CDS/AD/AGCブロック15では、上記タイミング発生回路14からのタイミング信号に基づいてアナログ値の画像信号をサンプルホールドし、A/D変換によりデジタルデータ化した後にRGBの各原色成分毎に適宜ゲイン調整して画像処理回路16へ送出する。
【0023】
画像処理回路16は、後述する回路構成によりコントラスト方式の自動合焦動作を行なう他に、RGBの原色系の画像信号からマトリックス演算により輝度信号Y及び色差信号Cb,Crからなる画像信号を生成し、DMA(DirectMemory Access)制御によりDRAMでなるメモリ17に転送してバッファ記憶させる。
【0024】
このとき画像処理回路16は、上記メモリ17への画像信号の転送終了後に、このメモリ17に転送した画像信号を用いて大幅に画素数を間引いた表示データを作成し、バックライトを有した液晶表示パネルとその駆動回路とでなる液晶モニタ18で表示出力させる。
【0025】
このように液晶モニタ18でその時点での画像がモニタ画像としてリアルタイムに表示されている状態で、記録保存を行ないたいタイミングでユーザがキー入力部19を構成する複数のキー中のシャッタボタンを操作すると、画像処理回路16へのトリガ信号を発生する。
【0026】
画像処理回路16は、このトリガ信号に応じてその時点でCCD13から取込んでいる1フレーム分の輝度及び色差信号のメモリ17へのDMA転送の終了後、直ちにCCD13からのメモリ17への経路を停止し、記録保存の状態に遷移する。
【0027】
この記録保存の状態では、記録する画像データのファイル形式に例えばJPEG(Joint Photograph coding Experts Group)が指定されている場合、画像処理回路16がメモリ17に書込まれている1フレーム分の輝度及び色差信号をY,Cb,Crの各コンポーネント毎に縦8画素×横8画素の基本ブロックと呼称される単位で読出してADCT(Adaptive Discrete Cosine Transform:適応離散コサイン変換)、エントロピ符号化方式であるハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮し、得た符号データを1フレーム分のデータファイルとして、このデジタルカメラ10の記憶媒体として着脱自在に装着される、不揮発性メモリであるフラッシュメモリを用いたメモリカード20に書込む。
【0028】
そして、1フレーム分の輝度及び色差信号の圧縮処理及びメモリカード20への全圧縮データの書込み終了に伴なって、画像処理回路16は再度CCD13からメモリ17への経路を再び起動する。
【0029】
この際、併せて画像処理回路16は、元の画像データの構成画素数を大幅に間引いた画像データを作成し、これをサムネイル画像とも呼称されるプレビュー画像として元の画像データに関連付けてメモリカード20に記憶させる。
【0030】
なお、上記キー入力部19は、上述したシャッタボタンの他に、記録(REC)モードと再生(PLAY)モードとを切換える録/再モード切換えキー、各種メニュー項目を表示させる「メニュー」キー、画像やモードの選択、メニュー選択項目の指定等のために上下左右各方向を指示するカーソルキーや、選択内容を決定するための「Enter」キー等から構成され、それらのキー操作に伴なう信号は直接画像処理回路16へ送出される。
【0031】
上記シャッタボタンは、2段階の押圧操作で動作するものとし、第1段階の押圧操作、所謂「半押し」の状態でAE(自動露出)処理及びAF(自動合焦)処理の各動作が実行されてそれらの値をロックし、さらに第2段階の押圧操作、所謂「全押し」の状態で上記ロックしたAE,AFの各値に基づいた撮像動作が実行されるものとする。
【0032】
また、再生モードでは、画像処理回路16はCCD13からメモリ17への経路を停止し、キー入力部19の画像選択キー等の操作に応じてメモリカード20から特定の1フレーム分の符号データを読出し、記録時の圧縮処理とは逆の伸長処理を行なって元の画像データを得た上で、その画像データから表示データを作成して液晶モニタ18で表示させる。
【0033】
次いで、上記画像処理回路16内に設けられる、主として自動合焦動作を行なう回路の構成について図2を用いて説明する。同図で、原色系のRGBの各画像信号はY生成部21に入力され、このY生成部21は入力された信号によりマトリックス演算を行なうことで輝度信号Yを生成してヒストグラム生成部22及びγテーブル記憶部23へ出力する。
【0034】
ヒストグラム生成部22は、後述するCPU26の制御の下に、Y生成部21から送られてきた1フレーム分の輝度信号からヒストグラムを生成するもので、生成したヒストグラムの内容はCPU26に読出される。
【0035】
γテーブル記憶部23は、多数のγ補正パターンテーブルを予め記憶しており、CPU26に指定されたγ補正パターンテーブルを用いてY生成部21から送られてくる輝度信号をγ補正してハイパスフィルタ(HPF)24へ出力する。
【0036】
このハイパスフィルタ24は、γテーブル記憶部23から送られてきた輝度信号の高周波成分のみを通過させてAF積算記憶部25へ出力する。
【0037】
AF積算記憶部25は、CPU26の制御の下にハイパスフィルタ24から送られてくる輝度信号の高周波成分をAF評価値として積算記憶するもので、CPU26はAF積算記憶部25の記憶内容により、最も高周波成分が多く、従ってAF評価値の高いものを選択判断してそのAF評価値が得られた際の上記レンズ駆動回路11による光学レンズ12の駆動位置を合焦位置であると判断する。
【0038】
次に上記実施の形態の動作について説明する。
図3は、記録モード時のモニタリング状態からシャッタボタンの半押し操作に応じて自動合焦を行なう際の、主としてCPU26による処理内容を例示するものである。
【0039】
同図で、その処理当初には、キー入力部19のシャッタボタンの第1段階の押圧操作、所謂「半押し」がなされるのを待機する(ステップS01)。
【0040】
そして、シャッタボタンが半押しされたと判断した時点で、AE処理として絞り、シャッタスピード、及び上記CDS/AD/AGCブロック15でのゲインコントロール等をそれぞれそのときに設定されているAEモードに従って操作し、輝度信号Yの平均値Yaveが規定値Yrefとなるように合わせる(ステップS02)。
【0041】
次いで、そのAE値をロック状態として画像を得、得られた原色系のRGBの各画像信号を基にY生成部21が1フレーム分の輝度信号Yを生成し、これによりヒストグラム生成部22がヒストグラムを生成する(ステップS03)。
【0042】
図4、図6は共に作成されたヒストグラムを例示するものであり、ここでは輝度信号Yが「0」〜「255」の8ビット、256階調の輝度レベルを持つものとし、これを16のブロックに分割して、輝度レベル「0」〜「15」を第1ブロック、輝度レベル「16」〜「31」を第2ブロックというように、各ブロック毎の輝度レベルの画素数が全画素数に占める割合をパーセント表示したものである。
【0043】
このようなヒストグラムに対してブロック単位でその輝度レベルの画素数が全画素数に占める割合が予め設定した所定値、例えば3[%]以上であるか否かをCPU26が判断する(ステップS04)。
【0044】
ここで、そのブロックの輝度レベルの画素数が全画素数に占める割合が予め設定した所定値以上であると判断した場合には、CPU26はそのブロックに該当するフラグ“1”を内部レジスタに保持する(ステップS05)。
【0045】
反対に、そのブロックの輝度レベルの画素数が全画素数に占める割合が予め設定した所定値未満であると判断した場合には、CPU26はそのブロックに該当するフラグ“0”を内部レジスタに保持する(ステップS06)。
【0046】
こうしてフラグの設定を終えた後、全てのブロックに関して同様の処理を行なったか否かを確認するもので(ステップS07)、まだ他のブロックに関する処理を終えていないと判断した場合には、上記とステップ04に戻って同様の処理を実行する。
【0047】
しかるに、ステップS04,S05またはS06,S07の処理を繰返し実行し、例えば16に分割した全てのブロックに関してそれぞれ対応するフラグの設定を終えると、CPU26はステップS17でこれを判断して、次に上記フラグ“1”を設定したブロックの範囲のみを選択するようなγ補正パターンテーブルをγテーブル記憶部23に対して選択設定する(ステップS08)。
【0048】
例えば上記図4に例示したヒストグラムでは、ほぼ全ブロックに渡って輝度レベルが分散しているものの、ブロックの輝度レベルの画素数が全画素数に占める割合が予め設定した所定値、例えば3[%]に満たないブロックが、輝度レベル「48」〜「63」の第4ブロック、輝度レベル「176」〜「191」の第12ブロック、及び輝度レベル「208」〜「223」の第14ブロックの計3ブロックとなっている。
【0049】
したがって、CPU26は有効と判断した他の全ブロックの範囲が含まれるようにγテーブル記憶部23に対して図5に示すようなγ補正パターンテーブルを選択設定する。
【0050】
また、上記図6に例示したヒストグラムでは、輝度レベル「64」〜「79」の第5ブロックから輝度レベル「208」〜「223」の第14ブロックまでの範囲のみに輝度レベルが偏在しており、且つ輝度レベル「208」〜「223」の第14ブロックはその輝度レベルの画素数が全画素数に占める割合が予め設定した所定値、例えば3[%]に満たないものとなっている。
【0051】
したがって、CPU26は有効であると判断した第5乃至第13ブロックの範囲のみが含まれるようにγテーブル記憶部23に対して図7に示すようなγ補正パターンテーブルを選択設定する。
【0052】
このようにCPU26でγテーブル記憶部23のγ補正パターンテーブルを選択設定した後に、コントラストAF処理を実行させ、レンズ駆動回路11により光学レンズ12を走査駆動して各合焦位置での画像の輝度信号Yをγテーブル記憶部23の選択設定されたγ補正パターンテーブルで補正してから、ハイパスフィルタ24で輝度信号Y中の高周波成分のみを抽出させ、その値を逐次AF積算記憶部25に積算記憶して、最も高周波成分が大きかった時の光学レンズ12の駆動位置を合焦位置として得る(ステップS09)。
【0053】
したがって、その時点で元の輝度信号Yの輝度レベルに対応した範囲のみを有効にしてハイパスフィルタ24でその高周波成分を得るようになるため、上記図6で示したように得られる輝度範囲が偏在していた場合でも、得られるコントラストが向上して該高周波成分の絶対値出力を大きくすることができ、より正確な合焦位置を得ることができる。
【0054】
こうして正確なコントラストによる合焦位置を得た後、その合焦位置をロックした上で、CPU26は上記γテーブル記憶部23に対するγ補正パターンテーブルの選択設定を解除する(ステップS10)。
【0055】
この自動合焦後のγ補正パターンテーブルの解除を行なうことで、上記コントラストを得るために一時的に選択設定したγ補正パターンテーブルによって、例えば被写体が人間であればその人肌が極端にザラザラした質感で撮影されてしまう、などといった不自然な描写で後の本撮影が行なわれるのを回避することができる。
【0056】
その後、まだキー入力部19のシャッタボタンの第1段階の押圧操作がなされているのを確認してから(ステップS11)、同シャッタボタンの第2段階の押圧操作、所謂「全押し」がなされるのを待機する(ステップS12)。
【0057】
ここで、シャッタボタンの第1段階の押圧操作が解除された場合、それまでロックしていたAE値と合焦位置のロックを解除して再び上記ステップS01からの処理に戻る。
【0058】
また、AE値と合焦位置とをロックしている状態でシャッタボタンの第2段階の押圧操作がなされた場合には、ステップS12でこれを判断して直ちに撮影を実行し(ステップS13)、得た画像信号をメモリカード20に記録した後に(ステップS14)、再び次の撮影に備えるべく上記ステップS01からの処理に戻る。
【0059】
このように、本来はコントラスト方式の自動合焦では苦手とされている、低照度下や輝度差の小さい一様な被写体像など、コントラストを得にくい被写体像であっても、γ補正パターンテーブルをその輝度範囲に合わせて補正して一時的に画像のコントラストを向上させることで、常に正確な合焦を得ることが可能となる。
【0060】
なお、上記実施の形態では、ヒストグラムを例えば16の輝度範囲ブロックに分割し、各輝度範囲ブロックに属する画素数が全画素数に対する所定の割合を越えているか否かによりその輝度範囲ブロックが有効か否かを判断したが、このブロック分割数をより少ないものとすることで、ヒストグラムに関する演算処理のを簡易化し、γテーブル記憶部23に予め用意しておくγ補正パターンテーブルの数も少なくして、γテーブル記憶部23を容量の小さいもので実現できる。
【0061】
また、上記動作では、上記分割した輝度範囲ブロックの有効判断の基準となる、全画素数に対する所定の割合を、例えば3[%]のように一律に設定するものとして説明したが、カスタムファンクション等によりこの割合をユーザが任意に可変設定できるものとすれば、コントラストAFで一時的に画像のコントラストを向上させる度合いをユーザが自分の好みに応じて任意に設定できるものとなる。
【0062】
さらに、上記実施の形態では、1フレーム分の輝度信号Yからヒストグラムを作成し、その分布範囲に応じて自動合焦を行なうものとしたが、例えばスポットAFであれば、1フレーム中の例えば中心位置を含む所定の範囲とするフォーカス位置を設定し、そのフォーカス位置に属する画素のみでヒストグラムを作成するものとしてもよいし、さらには重点AFであれば、所定のフォーカス位置に属する画素を他の属さない位置の画素に比して重み付け(具体的には画素数をより多くカウント)するようにしてヒストグラムを作成するものとしてもよい。
【0063】
このように画像フレーム中の所定のフォーカス位置を勘案したヒストグラムを作成することで、ユーザの撮影意図を反映して自動合焦の精度をより向上させることができる。
【0064】
その他、本発明は上記実施の形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。
【0065】
さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも1つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも1つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【0066】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、低照度下などの環境であっても一時的に画像のコントラストを向上させることで常に正確な合焦を得ることが可能となる。
【0067】
請求項2記載の発明によれば、上記請求項1記載の発明の効果に加えて、ヒストグラムに関する演算処理を簡易化し、自動合焦に要する時間を短縮することができる。
【0068】
請求項3記載の発明によれば、上記請求項2記載の発明の効果に加えて、一時的に画像のコントラストを向上させる度合いをユーザが任意に設定することができる。
【0069】
請求項4記載の発明によれば、上記請求項1記載の発明の効果に加えて、画像中の所定のフォーカス範囲を勘案したヒストグラムを作成するため、撮影意図を反映して自動合焦の精度をより向上させることができる。
【0070】
請求項5記載の発明によれば、低照度下などの環境であっても一時的に画像のコントラストを向上させることで常に正確な合焦を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係るデジタルスチルカメラ全体の回路構成を示すブロック図。
【図2】図1の画像処理回路内に設けられる詳細な回路構成を示すブロック図。
【図3】同実施の形態に係るシャッタキー操作に伴なう動作の処理内容を示すフローチャート。
【図4】同実施の形態に係る任意画像の輝度分布例を示すヒストグラム。
【図5】図4のヒストグラムに基づいて作成されたガンマ補正テーブルを例示する図。。
【図6】同実施の形態に係る任意画像の輝度分布例を示すヒストグラム。
【図7】図6のヒストグラムに基づいて作成されたガンマ補正テーブルを例示する図。
【符号の説明】
10…デジタルカメラ
11…レンズ駆動回路
12…光学レンズ
13…CCD
14…タイミング発生回路
15…CDS/AD/AGCブロック
16…画像処理回路
17…メモリ
18…液晶モニタ
19…キー入力部
20…メモリカード
21…Y生成部
22…ヒストグラム生成部
23…γテーブル記憶部
24…ハイパスフィルタ(HPF)
25…AF積算記憶部
26…CPU
Claims (5)
- 合焦位置を可変して画像を撮影する撮影手段と、
この撮影手段で得た画像の輝度信号からヒストグラムを作成するヒストグラム作成手段と、
このヒストグラム作成手段で作成したヒストグラムに基づいて有効な輝度範囲を算出する算出手段と、
この算出手段で得た輝度範囲に適応したガンマ補正特性を設定するガンマ設定手段と、
このガンマ設定手段で設定したガンマ補正特性に基づいて上記撮影手段で得る画像信号の高周波成分の増減により上記撮像手段の合焦位置を得るコントラスト自動合焦手段と
を具備したことを特徴とする撮像装置。 - 上記算出手段は、ヒストグラムを複数の輝度範囲ブロックに分割し、各輝度範囲ブロックに属する画素数が全画素数に対する所定の割合を越えているか否かによりその輝度範囲ブロックが有効か否かを判断し、有効と判断した全輝度範囲ブロックにより有効な輝度範囲を算出することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 上記輝度範囲ブロックの有効判断の基準となる全画素数に対する所定の割合を可変設定する設定手段をさらに具備したことを特徴とする請求項2記載の撮像装置。
- 上記ヒストグラム作成手段は、上記撮影手段で得た画像中の所定画素位置に対応したヒストグラムを生成することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 合焦位置を可変して画像を撮影する撮影工程と、
この撮影工程で得た画像の輝度信号からヒストグラムを作成するヒストグラム作成工程と、
このヒストグラム作成工程で作成したヒストグラムに基づいて有効な輝度範囲を算出する算出工程と、
この算出工程で得た輝度範囲に適応したガンマ補正特性を設定するガンマ設定工程と、
このガンマ設定工程で設定したガンマ補正特性に基づいて上記撮影工程で得る画像信号の高周波成分の増減により上記撮像工程の合焦位置を得るコントラスト自動合焦工程と
を有したことを特徴とする撮像装置の自動合焦方法。
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