JP4348068B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体を撮像するための画像検出用センサと、その画像検出用センサの受光面上に前記被写体の像を結像するためのレンズと、前記被写体，前記画像検出用センサ及び前記レンズ間の相対的な位置関係を変化させる焦点調整用の位置調整装置と、前記画像検出用センサの検出情報に基づいて、撮影画像の合焦状態を検出する合焦状態検出装置とが設けられた撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる撮像装置は、イメージセンサあるいはラインセンサ等の画像検出用センサにて被写体を撮像する場合において、画像検出用センサによる検出画像データ自体によって、撮像した画像の合焦状態すなわちピントの状態を検出してピント合わせのための情報の得る形式の撮像装置である。
画像検出用センサにて検出した２次元画像データから、前記合焦状態についての情報を得るための手法としては、例えば特許文献１及び特許文献２に記載のように画像のコントラストに着目する手法が考えられている。
具体的には、レンズ等の相対的な位置関係を変化させてピントの調整動作をしたときの、隣接する画素の画像データの差分の絶対値の積算値の変動を求めることによって（特許文献１）、あるいは、隣接する画素の画像データの差分の二乗値の積算値の変動を求めることによって（特許文献２）、前記合焦状態を検出する手法である。
又、特許文献２には、更に、画像データのヒストグラムの変動から前記合焦状態を検出する手法を併用する技術の記載もある。
【特許文献１】
特開２０００−２７８４９０号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９２６８７号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の隣接画素にのみ着目したコントラストによって前記合焦状態を検出する手法では、被写体の状態やノイズによって誤差が生じ易く、正確な合焦状態の検出が困難な場合もある。
又、画像データのヒストグラムによって合焦状態を検出する手法では、合焦状態を検出するための演算処理量が増大してしまう不都合がある。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、処理の複雑化を可及的に回避しながら、正確に合焦状態を検出できるようにする点にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記請求項１記載の構成を備えることにより、被写体を撮像するための画像検出用センサと、その画像検出用センサの受光面上に前記被写体の像を結像するためのレンズと、前記被写体，前記画像検出用センサ及び前記レンズ間の相対的な位置関係を変化させる焦点調整用の位置調整装置と、前記画像検出用センサの検出情報に基づいて撮影画像の合焦状態を検出する合焦状態検出装置とが設けられた撮像装置において、前記合焦状態検出装置は、前記画像検出用センサにて検出された画像において、起点とする画素位置における画像データの変化量と、前記起点とする画素位置からの距離が異なる複数の比較対象画素位置の夫々における画像データの変化量との差に基づいて前記合焦状態を検出するように構成され、前記合焦状態検出装置は、前記起点とする画素位置についての前記変化量と前記比較対象画素位置についての前記変化量の夫々との差の絶対値に、各絶対値毎に個別に設定した設定係数を乗じた値の総和値に基づいて前記合焦状態を検出するように構成されている。
【０００５】
すなわち、被写体を画像検出用センサにて撮像した画像データのデータ値は、１つの画像中の個々の被撮影物の存在によって上下に変動し、その上下の変動の間隔は様々である。
そこで、撮像された画像の画像データにおいて、起点とする画素位置とその起点とする画素からの距離が異なる複数の比較対象画素位置とを定めて、それら各画素位置について画像データの変化量を求め、前記起点とする画素位置についての前記変化量と前記比較対象画素位置についての前記変化量の夫々との差に基づいて合焦状態を検出するのである。
【０００６】
画像上での距離と画像データの関係を示す図３によって具体的に説明する。
ある方向での距離と画像データとの関係が曲線Ｐである場合において、前記起点とする画素位置が点Ａであり、比較対象画素位置とする点のうちの一つが点Ｂであるときに、点Ａの画素についての画像データの変化量をａ（図３では正の値となる）で表し、点Ｂの画素についての周辺の画素との画像データの変化量をｂ（図３では負の値となる）で表す。点Ａ，Ｂ共に、間隔「Δｄ」に対する変化量をとっており、「ａ／Δｄ」，「ｂ／Δｄ」は、夫々、点Ａ，Ｂにおける曲線Ｐの接線の傾きに相当している。
画像上での距離と画像データとの関係が、焦点が合っていくにつれて曲線Ｐから破線で示す曲線Ｑのように変化してコントラストが大となると、点Ａ，Ｂにおける変化量は、夫々「ａ’」，「ｂ’」に変化して、これらの変化量の差も「ａ−ｂ」から「ａ’−ｂ’」へ大きく変化する。
つまり、このように変化量の差をとることによって、起点とする画素位置と比較対象画素位置とが被写体中の被撮影物の輪郭部分に位置したときに、大きな状態変化として検出することができ、Ｓ／Ｎ比を向上できることになる。
【０００７】
この点Ａと点Ｂとの間隔は、被写体中の被撮影物に依存するので、点Ｂを複数点設定して上記変化量の差を評価するのである。
もって、基本的にはコントラストの変動による合焦状態の評価手法をとって処理の複雑化の回避を図りながら、被写体中の被撮影物を合焦状態の評価に積極的に利用して、正確に合焦状態を検出できるものとなった。
尚、前記変化量を求める際の方向性は、起点とする画素位置についてのものと前記比較対象画素位置についてのものとが同一直線上に乗る必要は必ずしもなく、それらの変化量の差が合焦状態の変化に伴って変化する方向性であれば足りる。
更に、前記起点とする画素位置についての前記変化量と前記比較対象画素位置についての前記変化量の夫々との差に基づいて前記合焦状態を評価するについては、前記変化量の差の変動を各比較対象画素位置毎に個別に監視することも考えられるが、前記起点とする画素位置についての前記変化量と前記比較対象画素位置についての前記変化量の夫々との差の絶対値に、各絶対値に対して個別に設定した設定係数を乗じた値の総和値に基づいて前記合焦状態を検出することで、前記総和値のみで合焦状態の検出を行えるので、処理が一層簡素化されるものとなる。
しかも、前記各絶対値に対して個別の重み付けを設定係数にて設定することで、被写体の実状を前記総和値に反映させることが可能となり、より的確な合焦状態の評価が可能となる。
【０００９】
又、上記請求項２記載の構成を備えることにより、前記合焦状態検出装置は、前記複数の比較対象画素位置を、前記起点とする画素位置を含む設定直線上に設定するように構成されている。
すなわち、前記起点とする画素位置に対して複数の前記比較対象画素位置を設定するについては、前記起点とする画素位置を含む任意の曲線上に設定することも可能であるが、上記のように前記起点とする画素位置を含む設定直線上に設定することで、被写体中の被撮影物による画像データの変化を、前記起点とする画素位置に対して的確に捉えることができる。
【００１０】
又、上記請求項３記載の構成を備えることにより、前記合焦状態検出装置は、前記起点とする画素位置を複数個設定するように構成されている。
すなわち、前記起点とする画素位置のとりかたによっては、焦点調整時に前記変化量の差の変動が十分ではなく合焦状態の変化を的確に検出できない場合もあり得る。
そこで、前記起点とする画素位置を複数個設定することで、より一層確実に合焦状態を検出できるものとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の撮像装置を写真フィルム読取装置に備えた場合の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態で例示する写真フィルム読取装置ＦＳは、図１に示すように露光・現像装置ＥＰと共に、いわゆるデジタルミニラボ機として知られている写真プリントシステムＤＰを構成するものである。
この写真プリントシステムＤＰは、現像処理済みの写真フィルム１（以下、単に「フィルム１」と略称する）の駒画像を写真フィルム読取装置ＦＳにて読取り、写真フィルム読取装置ＦＳにて読み取った駒画像を露光・現像装置ＥＰにおいて印画紙２に露光し且つ現像処理する。
【００１２】
〔写真フィルム読取装置ＦＳの概略構成〕
写真フィルム読取装置ＦＳは、フィルム１を被写体とする撮像装置として構成されており、写真フィルム読取装置ＦＳの筐体内には、図１に概略的に示すように、ハロゲンランプ１０と、光ファイバー束にて構成されるライトガイド１１と、フィルム１の駒画像を撮像するための画像検出用センサＩＳとしてのＣＣＤラインセンサユニット１３と、フィルム１の画像をＣＣＤラインセンサユニット１３の受光面上に結像させるためのレンズ１４と、光路を９０度屈曲させるためのミラー１５と、ＣＣＤラインセンサユニット１３の出力信号を増幅及びＡ／Ｄ変換等する信号処理回路１６と、レンズ１４のピント調整用のモータ１７と、ＣＣＤラインセンサユニット１３の検出情報に基づいて撮影画像の合焦状態（ピント状態）を検出すると共にモータ１７を制御してピント調整する合焦状態検出装置１８とが設けられ、更に、ハロゲンランプ１０とライトガイド１１の光入射端との間には、装置調整用のセットアップフィルタ１９が光路に対して出退可能に配置され、このセットアップフィルタ１９を出退駆動するためにモータ２０が備えられている。
【００１３】
レンズ１４に取付けられたモータ１７は、前記被写体，前記ＣＣＤラインセンサユニット１３及びレンズ１４間の相対的な位置関係を変化させる焦点調整用の位置調整装置ＰＣとして機能する。
写真フィルム読取装置ＦＳの筐体外部には、ライトガイド１１の光出射端の下部に位置する状態で、図示を省略するフィルム搬送機構やフィルムマスク等が備えられてフィルム１を所定の読取り位置に位置させるフィルムマスクユニット１２が着脱自在に備えられている。
ＣＣＤラインセンサユニット１３は、約５０００個のＣＣＤ素子をフィルム１の幅方向に配列したＣＣＤラインセンサを３列に並べて備えており、各ＣＣＤラインセンサの受光面には夫々赤色、緑色、青色のカラーフィルタが形成されて、フィルム１の駒画像を色分解して検出する。
写真フィルム読取装置ＦＳでは、フィルムマスクユニット１２にフィルム１がセットされると、フィルムマスクユニット１２内に内蔵されたフィルム搬送機構にてフィルム１の搬送が開始され、駒画像が順次読み取られて、赤色、緑色、青色毎のデジタル画像データとして露光・現像装置ＥＰに出力されると共に、レンズ１４のピント調整のために、読み取られたフィルム１の駒画像の画像データが信号処理回路１６から合焦状態検出装置１８へ出力される。
【００１４】
〔写真フィルム読取装置ＦＳにおけるピント調整〕
次に、写真フィルム読取装置ＦＳにおけるピント調整について説明する。
このピント調整は、上述のように合焦状態検出装置１８の制御によって実行され、例えば毎日の装置稼働開始時等に定期的に実行される他、フィルムマスクユニット１２を交換したとき、すなわち、スライド用等の各種の寸法のフレームにマウント処理されたフィルムの画像を読み取るためのユニットに交換した時やサイズの異なるフィルムを読み取るためのユニットに交換した時等にも実行される。
【００１５】
ピント調整動作を、合焦状態検出装置１８が実行する図２のフローチャートに基づいて説明する。
合焦状態検出装置１８は、露光・現像装置ＥＰ側からピント調整動作の開始を指示されると、図示を省略するフィルムマスクユニット１２の制御装置に対してフィルム１の搬送移動の開始を指示すると共に、それに伴って信号処理回路１６から入力される画像データを取り込み、更に、その取り込んだ画像データに基づいてコントラスト演算を実行する（ステップ＃１）。
【００１６】
このコントラスト演算は、取り込んだ画像データから合焦状態を示すデータを抽出する処理であり、その基本的な処理は、ＣＣＤラインセンサユニット１３にて検出された画像において、起点とする画素位置における画像データの変化量と、前記起点とする画素位置からの距離が異なる複数の比較対象画素位置の夫々における画像データの変化量との差に基づいて前記合焦状態を検出する処理である。
この起点とする画素位置としては、複数の画素位置を設定することが望ましく、例えば、信号処理回路１６から入力される全ての画素をこの起点とする画素位置に設定しても良いが、本実施の形態では、演算処理の簡略化のために画像の縦方向略中央位置における水平方向１ライン分の画素に、前記起点とする画素位置を複数個設定すると共に、それらの起点とする画素位置の夫々に対する複数の比較対象画素位置も前記１ライン分の画素に設定した場合を例示して説明する。
従って、合焦状態検出装置１８は、前記複数の比較対象画素位置を、前記起点とする画素位置を含む設定直線上に設定することになる。
【００１７】
前記水平方向１ライン分の画素の画像データが信号処理回路１６から入力されたとき、それらの画素の画像データを画素の並び順に、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４………とすると、先ず「Ｘ１」の画素を起点とする画素位置とし、「Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４………」の各画素を前記比較対象画素位置とする。つまり、各比較対象画素位置を、起点とする画素位置に対して画素単位で連続的に位置するように設定している。
このとき前記起点とする画素位置での画像データの変化量ΔＸ１を、ΔＸ１＝Ｘ１−Ｘ２、又、各比較対象画素位置での画像データの変化量ΔＸ２，ΔＸ３，ΔＸ４………を、ΔＸ２＝Ｘ２−Ｘ３，ΔＸ３＝Ｘ３−Ｘ４，ΔＸ４＝Ｘ４−Ｘ５………として求め、更に、前記起点とする画素位置についての前記変化量と前記比較対象画素位置についての前記変化量の夫々との差の絶対値に設定係数を乗じた値の総和値Ｓ１を求める。この設定係数（ｐ，ｑ，ｒ，………）は、各絶対値に対して個別に設定したものである。
すなわち、前記総和値Ｓ１は、Ｓ１＝ｐ×｜ΔＸ１−ΔＸ２｜＋ｑ×｜ΔＸ１−ΔＸ３｜＋ｒ×｜ΔＸ１−ΔＸ４｜＋………、となる。
同様にして、「Ｘ２」の画素を起点とする画素位置としたときの前記総和値Ｓ２を、Ｓ２＝ｐ×｜ΔＸ２−ΔＸ３｜＋ｑ×｜ΔＸ２−ΔＸ４｜＋ｒ×｜ΔＸ２−ΔＸ５｜＋………として求め、更に、「Ｘ３」，「Ｘ４」………の画素についても、それらの画素位置を起点とする画素位置に設定して前記総和値を求める。
【００１８】
上述のようにコントラスト演算を行った後、レンズ１４を設定量移動させる動作と移動後の画像データによる上記コントラスト演算とを、前記総和値Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，………が増加傾向から減少傾向に移行してピークが存在することを確認するまで繰り返す（ステップ＃２，＃３，＃４）。
前記前記総和値Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，………のピーク位置が合焦点であるので、レンズ１４の位置をそのピークの現れた位置に戻すべく、レンズの最終的な位置調節を行って（ステップ＃５）、処理を終了する。
尚、ステップ＃１及びステップ＃３でのコントラスト演算において、各絶対値の項（｜ΔＸ１−ΔＸ２｜等）にかかる係数ｐ，ｑ．ｒ………の値は、多数の画像の画像データをフーリエ解析すること等によって、出現する確立の高い周波数成分ほど大きな値となるように予め設定しておくか、あるいは、各係数ｐ，ｑ．ｒ………の値を変更しながら合焦調整を試行し、最も高速に合焦調整を行えた値を、実際の合焦調整に使用する値として予め設定しておくようにすれば良い。
又、各絶対値の項数（換言すると、比較対象画素位置の設定個数）は、ピント調整の処理時間について許容される範囲で、極力大きな項数に設定する。
【００１９】
〔露光・現像装置ＥＰの全体構成〕
露光・現像装置ＥＰは、写真フィルム読取装置ＦＳとは別体で構成されており、筐体内部には、印画紙２に対してレーザビームを走査することにより印画紙２上に露光画像を形成する画像露光ユニット３０と、画像露光ユニット３０にて露光された印画紙２を現像処理する現像処理部３１と、印画紙マガジン３２から引き出されてカッタ３９にて切断された印画紙２を現像処理部３１へ搬送する印画紙搬送系ＰＴとが設けられ、筐体外部には、現像処理部３１から排出された印画紙２をソータ（図示を省略）へ搬送する排出コンベア３３が設けられ、更に、これら各部を制御する露光制御装置３４が筐体内に設けられている。
【００２０】
露光制御装置３４には、プリント画像をシミュレートして表示するためのモニタ３５と、操作者がそのモニタ３５に表示されたシミュレート画像を観察して露光条件の補正量を指示入力するための操作卓３６と、ＭＯドライブ装置やＣＤ−Ｒドライブ装置等の外部入出力装置３７とが接続されている。外部入出力装置３７を備えることによって、写真フィルム読取装置ＦＳから入力されたフィルム１の画像データ以外に、ＣＤ−Ｒメディア等の各種の記録媒体に記録された画像データによって写真プリントを作製することができると共に、写真フィルム読取装置ＦＳにて読み取った画像データをそれらの記録媒体に記録保存することができる。
【００２１】
〔露光・現像装置ＥＰの概略動作〕
上述のように合焦調整がなされた状態で写真フィルム読取装置ＦＳにてフィルム１の駒画像が読み取られて、その画像データが露光制御装置３４に入力されると、露光制御装置３４は、その画像データに基づいて写真プリントを作製したときに得られるであろう画像をシミュレート演算により求めてモニタ３５に表示する。
操作者は、モニタ３５に表示されたシミュレート画像を観察して、適宜露光条件の補正入力を操作卓３６から行う。
露光制御装置３４は、操作卓３６から補正入力があると、その指示に基づいて露光条件を補正演算して露光用の画像データを生成し、その画像データに基づいて画像露光ユニット３０を駆動して、画像露光ユニット３０の露光位置を搬送される印画紙２に対して露光作動させ潜像を形成する。
画像露光ユニット３０にて露光処理された印画紙２は、現像処理部３１にて現像処理及び乾燥処理された後、排出コンベア３３上に排出される。
【００２２】
〔別実施形態〕
以下、本発明の別実施形態を列記する。
（１）上記実施の形態では、コントラスト演算において、前記起点とする画素位置及び前記比較対象画素位置を水平の１ライン上に設定する場合を例示しているが、前記起点とする画素位置及び前記比較対象画素位置が存在する直線の角度及び位置は随意に変更可能である。
（２）上記実施の形態では、コントラスト演算において、前記起点とする画素位置を多数設定する場合を例示しているが、例えば、信号処理回路１６から受け取った画像データにおいて、画像データの変化量が設定値以上となる画素位置を特定し、その画像データの変化量が大きい位置を前記起点とする画素位置に設定することで、単一の起点とする画素位置のみによって上記コントラスト演算を行うようにしても良い。
【００２３】
（３）上記実施の形態では、コントラスト演算において、前記総和値（「Ｓ１」等）を、前記起点とする画素位置についての前記変化量と前記比較対象画素位置についての前記変化量の夫々との差の絶対値に設定係数を乗じたものの総和として求めているが、例えば、前記絶対値の２乗に前記設定係数を乗じたものの総和として求めても良い。
（４）上記実施の形態では、写真フィルムの画像を読み取る写真フィルム読取装置ＦＳに本発明の撮像装置を適用した場合を例示しているが、例えば、一般のカメラにも本発明を適用できる。
【００２４】
（５）上記実施の形態では、焦点調整用の位置調整装置ＰＣとしてレンズ１４の位置を移動調整するモータ１７を例示し、焦点調整のためにレンズ１４の位置を変更する場合を例示しているが、焦点調整のために画像検出用センサＩＳの位置あるいはフィルムマスクユニット１２の位置を変更調整するように構成しても良い。
（６）上記実施の形態では、合焦状態検出装置１８がモータ１７を制御することで、いわゆるオートフォーカスを構成しているが、焦点調整自体は手動操作にて行い、合焦状態検出装置１８は検出した合焦状態をモニタ等に表示するように構成しても良い。
【００２５】
（７）上記実施の形態では、コントラスト演算において、前記起点とする画素位置等の各位置での画像データの変化量を求める際に、隣接する画素の画像データとの差分を求めているが、例えば、画像データの変化量を求める対象としている画素位置及び両隣の画素位置の計３点の画像データを直線近似することによって画像データの変化量を求める等しても良く、各画素位置での画像データの変化量の算出手法は種々変更可能である。
（８）上記実施の形態では、コントラスト演算において、各比較対象画素位置を、起点とする画素位置に対して画素単位で連続的に位置するように設定しているが、各比較対象画素位置が互いに離間するように設定しても良い。
【００２６】
【発明の効果】
上記請求項１記載の構成によれば、撮像された画像の画像データにおいて、起点とする画素位置とその起点とする画素からの距離が異なる複数の比較対象画素位置とを定めて、それら各画素位置について画像データの変化量を求め、前記起点とする画素位置についての前記変化量と前記比較対象画素位置についての前記変化量の夫々との差に基づいて前記合焦状態を検出することで、起点とする画素位置と比較対象画素位置とが被写体中の被撮影物の輪郭部分に位置したときに、大きな状態変化として検出することができ、Ｓ／Ｎ比を向上できることになると共に、前記比較対象画素位置を複数とすることで被写体中の被撮影物の大きさに柔軟に対応することができる。
もって、基本的にはコントラストの変動による合焦状態の評価手法をとって処理の複雑化の回避を図りながら、被写体中の被撮影物を合焦状態の評価に積極的に利用して、正確に合焦状態を検出できるものとなった。
【００２７】
又、前記起点とする画素位置についての前記変化量と前記比較対象画素位置についての前記変化量の夫々との差の絶対値に、各絶対値に対して個別に設定した設定係数を乗じた値の総和値に基づいて前記合焦状態を検出することで、前記総和値のみで合焦状態の検出を行えるので、処理が一層簡素化されるものとなる。
しかも、前記各絶対値に対して個別の重み付けを設定係数にて設定することで、被写体の実状を前記総和値に反映させることが可能となり、より的確な合焦状態の評価が可能となる。
【００２８】
又、上記請求項２記載の構成によれば、前記起点とする画素位置に対して複数の前記比較対象画素位置を設定するについては、前記起点とする画素位置を含む任意の曲線上に設定することも可能であるが、上記のように前記起点とする画素位置を含む設定直線上に設定することで、被写体中の被撮影物による画像データの変化を前記起点とする画素位置に対して的確に捉えることができる。
又、上記請求項３記載の構成によれば、前記起点とする画素位置のとりかたによっては、焦点調整時に前記変化量の差の変動が十分ではなく合焦状態の変化を的確に検出できない場合もあり得るが、前記起点とする画素位置を複数個設定することで、より一層確実に合焦状態を検出できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる写真プリントシステムの概略構成図
【図２】本発明の実施の形態にかかるフローチャート
【図３】本発明の作用を説明するための図
【符号の説明】
ＩＳ 画像検出用センサ
ＰＣ 位置調整装置
１４ レンズ
１８ 合焦状態検出装置

Claims (3)

1. 被写体を撮像するための画像検出用センサと、その画像検出用センサの受光面上に前記被写体の像を結像するためのレンズと、前記被写体，前記画像検出用センサ及び前記レンズ間の相対的な位置関係を変化させる焦点調整用の位置調整装置と、前記画像検出用センサの検出情報に基づいて撮影画像の合焦状態を検出する合焦状態検出装置とが設けられた撮像装置であって、
   前記合焦状態検出装置は、前記画像検出用センサにて検出された画像において、起点とする画素位置における画像データの変化量と、前記起点とする画素位置からの距離が異なる複数の比較対象画素位置の夫々における画像データの変化量との差に基づいて前記合焦状態を検出するように構成され、
   前記合焦状態検出装置は、前記起点とする画素位置についての前記変化量と前記比較対象画素位置についての前記変化量の夫々との差の絶対値に、各絶対値毎に個別に設定した設定係数を乗じた値の総和値に基づいて前記合焦状態を検出するように構成されている撮像装置。
2. 前記合焦状態検出装置は、前記複数の比較対象画素位置を、前記起点とする画素位置を含む設定直線上に設定するように構成されている請求項１記載の撮像装置。
3. 前記合焦状態検出装置は、前記起点とする画素位置を複数個設定するように構成されている請求項１又は２記載の撮像装置。

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