JP4535173B2 - 撮像装置及びフォーカス制御方法並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、フォーカスレンズを動かしながら撮像対象のコントラストの変化を測定し、コントラストが最大となる位置にフォーカスレンズを移動させることでピントを合わせる撮像装置及びフォーカス制御方法並びにプログラムに関する。

フォーカス制御の手法として、レンズを介して取得された撮像データのコントラストの高低を判断する方式、すなわち、「画像のコントラストが高い＝ピントが合っている」という考えに基づく合焦制御方式（以下、イメージャＡＦという。）がある。具体的には、特定領域の高周波成分を抽出し、抽出した高周波成分の積分データを生成し、生成した高周波成分積分データに基づいてコントラストの高低を判定する。すなわち、フォーカスレンズを複数の位置へと動かしながら複数枚の画像を取得し、各画像の輝度信号に対しハイパスフィルタ（ＨＰＦ）に代表されるフィルタ処理をすることにより、各画像のコントラスト強度を示す評価値（ＡＦ評価値）を得る。

例えば、あるフォーカス位置でピントが合ったジャスピンとなる被写体が存在する場合、フォーカスレンズ位置に対する評価値は図１５に示すような曲線を描く。この曲線のピーク位置Ｐ_１、すなわち、画像のコントラスト値が最大となる位置がジャスピンである。このような合焦制御方式では、イメージャに写った画像の情報のみをもとに合焦動作を行うことができ、撮像光学系の他に測距光学系を持つ必要がないことから、今般デジタルスチルカメラにおいて広く行われている。

上述のイメージャＡＦを用いたオートフォーカス動作を連続的に行い、過去に得られた時系列の被写体距離情報から次回の測距時の被写体距離を予測し、その周辺を狙ってさらにオートフォーカス動作を行うのが動作追従ＡＦである。つまり、動作追従ＡＦでは、距離の変化する被写体に追従しながらピントを合わせる。動体追従ＡＦにおいて、被写体の速度とその予測精度を考慮しながら、無駄に広い範囲をスキャンしないように、できるだけ狭い範囲をスキャンする場合の範囲の決め方として、例えば、以下の手法がある。

例えば、図１６に示すように、第ｎ回のＡＦが終わったときの予測合焦距離をｘ、予測被写体速度をＶ、被写体速度の予測誤差をｄ、ＡＦとＡＦとの間に掛かるインターバルをＴとすると、第（ｎ＋１）回目のＡＦにおけるフォーカスレンズのスキャン範囲Ｒ_ｎ＋１＝｛Ｎ_ｎ＋１，Ｆ_ｎ＋１｝は、下記の（４）、（５）式のように表せる。
Ｎ_ｎ＋１＝ｘ−（Ｖ＋ｄ）Ｔ （４）
Ｆ_ｎ＋１＝ｘ＋（Ｖ−ｄ）Ｔ （５）
特開平０３−２２９２０９号公報 特開平０１−１４０１９０号公報

ところで、イメージャＡＦにおいて上述したコントラストの強度を表す評価値を得るためには、次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の段階を経る必要がある。すなわち、（ｉ）イメージャが露光され、（ｉｉ）輝度信号が検波器によって検波され、（ｉｉｉ）検波されたデータがソフトウェアから参照できる領域へ転送されるという段階である。

通常、この（ｉ）〜（ｉｉｉ）の処理には、制御周期にして数周期の時間がかかる。そのため、連続してイメージャＡＦを行う動体追従ＡＦでは、１回のスキャンが終わってからすぐに次回のスキャン開始位置へと移動できるわけではない。すなわち、今回の評価値が得られ、合焦位置の計算が終了し、今回の合焦距離が判明するまでは、フォーカスレンズを止めるか所定の位置でスタンバイさせておく必要がある。

上述の（４）、（５）式より、スキャンとスキャンとの間に必要なインターバルＴを小さくすることができれば、各回のＡＦにおける必要なスキャン範囲を小さくすることができ、機器のレスポンス速度を向上させることができると予想される。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、インターバルＴを実質的に短縮することで機器のレスポンス速度を向上させる撮像装置及びフォーカス制御方法並びにプログラムを提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る撮像装置は、フォーカスレンズを所定範囲で駆動させて複数の所定位置での被写体像に基づく画像信号のコントラスト強度を示す評価値を検出し、該評価値から上記フォーカスレンズの合焦位置を演算する合焦動作部と、上記所定範囲で上記フォーカスレンズを駆動させる第１の期間に上記複数の所定位置で得られる第１の評価値と、上記第１の期間経過後から上記合焦動作部により上記第１の評価値に基づく合焦位置が演算されるまでの第２の期間に、上記複数の所定位置の少なくともいずれかで得られる第２の評価値とを取得する検波部と、上記第２の評価値と該第２の評価値の位置に対応する上記第１の評価値とに基づいて、該評価値の変化量を測定する変化量測定部と、上記第１の評価値の分布と上記評価値の変化量とに基づいて、上記第２の期間における被写体の移動量を推定する移動量推定部と、上記フォーカスレンズの駆動開始から次回の合焦位置演算のための上記フォーカスレンズの駆動開始までの繰返し周期における上記合焦位置の変化に基づく第１の被写体推定速度Ｖと、上記被写体の移動量（△ｘ）に基づく第２の被写体推定速度Ｖ _ｎｅｗ とを算出する被写体速度推定部とを備え、上記合焦動作部は、Ｖ×Ｖ _ｎｅｗ ＜０が成立しない場合に、予め設定された第１の閾値Thr１又は第２の閾値Thr２を適用した｜△ｘ｜＜Thr１又は｜Ｖ−Ｖ _ｎｅｗ ｜＜Thr２が成立する場合には、上記フォーカスレンズの駆動範囲を縮小し、Ｖ×Ｖ _ｎｅｗ ＜０が成立しない場合に、｜△ｘ｜＜Thr１又は｜Ｖ−Ｖ _ｎｅｗ ｜＜Thr２が成立しない場合には、上記フォーカスレンズの駆動範囲を変化させないようにする。

また、本発明に係るフォーカス制御方法は、所定範囲でフォーカスレンズを駆動させる第１の期間に複数の所定位置での被写体像に基づく画像信号のコントラスト強度を示す第１の評価値と、上記第１の期間経過後から上記第１の評価値に基づく合焦位置が上記フォーカスレンズの合焦位置を演算する合焦動作部により演算されるまでの第２の期間に、上記複数の所定位置の少なくともいずれかで得られる第２の評価値とを取得する評価値取得工程と、上記第２の評価値と該第２の評価値の位置に対応する上記第１の評価値とに基づいて、該評価値の変化量を測定する変化量測定工程と、上記第１の評価値の分布と上記評価値の変化量とに基づいて、上記第２の期間における被写体の移動量を推定する移動量推定工程と、上記フォーカスレンズの駆動開始から次回の合焦位置演算のための上記フォーカスレンズの駆動開始までの繰返し周期における上記合焦位置の変化に基づく第１の被写体推定速度Ｖと、上記被写体の移動量（△ｘ）に基づく第２の被写体推定速度Ｖ _ｎｅｗ とを算出する被写体速度推定工程と、上記合焦動作部が、Ｖ×Ｖ _ｎｅｗ ＜０が成立しない場合に、予め設定された第１の閾値Thr１又は第２の閾値Thr２を適用した｜△ｘ｜＜Thr１又は｜Ｖ−Ｖ _ｎｅｗ ｜＜Thr２が成立する場合には、上記フォーカスレンズの駆動範囲を縮小し、Ｖ×Ｖ _ｎｅｗ ＜０が成立しない場合に、｜△ｘ｜＜Thr１又は｜Ｖ−Ｖ _ｎｅｗ ｜＜Thr２が成立しない場合には、上記フォーカスレンズの駆動範囲を変化させないようにする駆動範囲決定工程とを有する。

また、本発明に係るプログラムは、所定範囲でフォーカスレンズを駆動させる第１の期間に複数の所定位置での被写体像に基づく画像信号のコントラスト強度を示す第１の評価値と、上記第１の期間経過後から上記第１の評価値に基づく合焦位置が上記フォーカスレンズの合焦位置を演算する合焦動作部により演算されるまでの第２の期間に、上記複数の所定位置の少なくともいずれかで得られる第２の評価値とを取得する評価値取得工程と、上記第２の評価値と該第２の評価値の位置に対応する上記第１の評価値とに基づいて、該評価値の変化量を測定する変化量測定工程と、上記第１の評価値の分布と上記評価値の変化量とに基づいて、上記第２の期間における被写体の移動量を推定する移動量推定工程と、上記フォーカスレンズの駆動開始から次回の合焦位置演算のための上記フォーカスレンズの駆動開始までの繰返し周期における上記合焦位置の変化に基づく第１の被写体推定速度Ｖと、上記被写体の移動量（△ｘ）に基づく第２の被写体推定速度Ｖ _ｎｅｗ とを算出する被写体速度推定工程と、上記合焦動作部が、Ｖ×Ｖ _ｎｅｗ ＜０が成立しない場合に、予め設定された第１の閾値Thr１又は第２の閾値Thr２を適用した｜△ｘ｜＜Thr１又は｜Ｖ−Ｖ _ｎｅｗ ｜＜Thr２が成立する場合には、上記フォーカスレンズの駆動範囲を縮小し、Ｖ×Ｖ _ｎｅｗ ＜０が成立しない場合に、｜△ｘ｜＜Thr１又は｜Ｖ−Ｖ _ｎｅｗ ｜＜Thr２が成立しない場合には、上記フォーカスレンズの駆動範囲を変化させないようにする駆動範囲決定工程とを有するフォーカス制御方法をコンピュータに実行させるためのものである。

本発明によれば、動体にピントを追従させる場合の距離情報のサンプリング周期を短くして被写体の推定速度の更新頻度を上げられるため、スキャン範囲を限定して機器のレスポンス速度を向上させることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の具体的な実施形態について説明する。本発明の具体例として示す撮像装置は、被写体の推定速度の更新頻度を上げることにより、機器のレスポンス速度の向上を図るものである。例えば、図１及び図２に示すように、撮像装置１０は、モードダイヤル１、レリーズボタン２、電源スイッチ３、レンズ４、ストロボ５、液晶パネル６、ズームキー７、及び操作部８を備える。

モードダイヤル１は、撮影用の各モード及び撮影した画像を再生するモードを切り替え可能とするものである。レリーズボタン２は、浅く押し込まれる（第１の押圧位置）ことでオートフォーカス動作を、さらに第１の押圧位置から深く押し込まれる（第２の押圧位置）ことで撮影機能を可能とするトリガ手段を構成する。電源スイッチ３は、カメラ本体の電源オン又は電源オフを切り替える。レンズ４は、例えば、フォーカスレンズやズームレンズからなり光を取り込む。ストロボ５は、例えばキセノン放電管、自動調光用素子等を備えており、後に詳述する制御部１９から供給される制御信号に基づいてストロボ管を発光させ、被写体に対して光を照射する。液晶パネル６は、撮影する画像を使用者に認識可能とする。ズームキー７は、ズームモータを操作して広角及び望遠の撮影画角を切り替える。操作部８は、使用者の意思を撮像装置１０に伝えるためのインターフェースとして機能する。

続いて、撮像装置１０の内部構成例について説明する。例えば、図３に示すように、撮像装置１０は、レンズ１１、撮像素子１２、アナログ信号処理部１３、Ａ／Ｄ変換部１４、デジタル信号処理部１５、表示部１６、記録デバイス１７、顔認識部１８、制御部１９、モータドライバ２０、タイミングジェネレータ２１、フォーカスレンズ駆動モータ２２、ズームレンズ駆動モータ２３、操作部２４、ＦｌａｓｈＲＯＭ２５、プログラムＲＯＭ２６、及びＲＡＭ２７を備える。

レンズ１１に入射される入射光は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）で構成される撮像素子１２に入力され、撮像素子１２より光電変換される。撮像素子１２は、光電変換したデータをアナログ信号処理部１３に入力する。

アナログ信号処理部１３には撮像素子１２により光電変換されたデータが入力され、ノイズ除去等の処理がなされる。アナログ信号処理部１３は、処理後のデータをＡ／Ｄ変換部１４に入力する。

Ａ／Ｄ変換部１４には、アナログ信号処理部１３においてノイズ除去等の処理がなされたデータが入力される。Ａ／Ｄ変換部１４は、アナログ信号処理部１３から入力されたデータをデジタル信号に変換し、デジタル信号処理部１５に供給する。

デジタル信号処理部１５には、Ａ／Ｄ変換部１４からデジタル変換されたデータが供給される。デジタル信号処理部１５は、デジタル変換されたデータに対して種々の信号の加工や補正処理等の信号処理を行い、この信号処理後のデータを表示部１６、記録デバイス１７、及び顔認識部１８に供給する。

表示部１６は、例えば液晶パネル６で構成され、デジタル信号処理部１５から供給されたデータを表示する。また、表示部１６は、撮影の有無に関わらず、レンズを介する画像を表示する。

記録デバイス１７は、例えばフラッシュメモリ等で構成され、デジタル信号処理部１５から供給されたデータを記録する。

顔認識部１８は、例えばデジタル信号処理部１５から入力された画像データの解析を行い、画像データ中の人物の顔を検出する。顔認識部１８は、解析した顔検出情報を制御部１９に供給する。

制御部１９は、例えばＣＰＵで構成され、各部の動作を制御する部位である。制御部１９は、例えば、ＦｌａｓｈＲＯＭ２５に予め格納されたプログラムに従って、後に詳述する動体追従のためのＡＦ処理を実行する。また、制御部１９には、顔認識部１８からの顔情報が供給され、この顔情報に基づいて目的被写体である人物の顔の大きさや位置の変動状態を検出する。

モータドライバ２０は、レンズ１１におけるフォーカスレンズに対応して設定されたフォーカスレンズ駆動モータ２２と、ズームレンズに対応して設定されたズームレンズ駆動モータ２３とを駆動する。

タイミングジェネレータ（ＴＧ）２１は、制御部１９からの制御信号に応じて撮像素子１２の処理タイミングを制御するための制御信号を生成し、撮像素子１２の処理タイミングを制御する。

操作部２４は、例えばカメラ本体９に設けられた撮影モードを設定するためのモードダイヤル１、レリーズボタン２、図示しないズームボタンや各種の操作情報を入力する操作ボタン等を含む操作部である。

ＦｌａｓｈＲＯＭ２５は、例えば、画像データ、各種の補助情報、プログラム等を格納する。プログラムＲＯＭ２６は、例えば、制御部１９が使用するプログラムや演算パラメータ等を格納する。ＲＡＭ２７は、例えば、制御部１９おいて使用するプログラム、その実行において適宜変化するパラメータ等を格納する。

続いて、撮像装置１０の具体的な内部構成例について説明する。例えば、図４に示すように、撮像装置１０は、レンズ鏡筒３１、ＣＣＤ３７、画像信号ＤＳＰ（Digital Signal Processor）３８、ＨＰＦ３９、検波器４０、システムコントローラ４１、ズームモータ４２、フォーカスモータ４３、及びリセットセンサ４４を備える。なお、ＣＣＤ３７は、例えば図３に示すＣＣＤ１２に対応するものである。なお、ＨＰＦ３９、検波器４０及びシステムコントローラ４１は、例えば、図３に示す制御部１９に含まれる構成としてもよい。

レンズ鏡筒３１は、その前部から変倍系３２、変倍系３３、フォーカス系３４ａ、フォーカス系３４ｂ（以下、フォーカス系３４ａ及びフォーカス系３４ｂをフォーカスレンズ３４という。）、絞り兼シャッタ３５が順に配置されており、外部からの入射光を通過させる。

ＣＣＤ３７は、レンズ鏡筒３１からの入射光を光電変換により電気信号に変換し、光電変換後の電気信号を画像信号処理用ＤＳＰ３８に供給する。

画像信号処理用ＤＳＰ３８は、例えば、ＣＣＤ３７から供給される電気信号から輝度信号を取り出し、取り出した輝度信号をＨＰＦ３９に供給する。

ＨＰＦ３９は、例えば、画像信号処理用ＤＳＰ３８から供給される輝度信号から高周波成分を検出し、検出した高周波成分を検波器４０に供給する。

検波器４０は、例えば、ＨＰＦ３９から供給される高周波成分に基づいて、ＡＦ処理のための評価値を算出し、算出した評価値をシステムコントローラ４１に供給する。なお、検波器４０は、バンドパスフィルタやＨＰＦ３９により検出された高周波成分を画面単位で積算して評価値とするための積分回路を具備してもよい。

システムコントローラ４１は、例えば、検波器４０から供給される評価値に基づいて、ズームモータ４２やフォーカスモータ４３を駆動させることで、フォーカスレンズ３４を移動させる。すなわち、システムコントローラ４１は、ＡＦ処理を実行する。また、システムコントローラ４１は、リセットセンサ４４からの出力により、変倍系３２、変倍系３３、フォーカスレンズ３４の基準位置を検出する。

また、システムコントローラ４１においては、次の（ｉ）〜（ｉＶ）に示す処理手順でフォーカスレンズ３４の合焦位置を演算する。すなわち、システムコントローラ４１は、（ｉ）スキャンを行う範囲の決定、（ｉｉ）スキャン動作（フォーカスレンズを駆動させて、所定の位置で評価値を取得する）、（ｉｉｉ）評価値が得られるまで、スキャンの終了位置でフォーカスレンズを止めて待つ、（ｉｖ）得られた評価値からコントラストが最大となる位置を検出し、その位置を合焦位置とする。動体追従のためのＡＦでは、撮像装置１０では、この（ｉ）〜（ｉｖ）の処理を繰り返し行いながら、各スキャンＡＦで得られた合焦位置の変化に基づいて、被写体の移動速度を推定する。後に詳述するように、（ｉｉ）は第１の期間であり、（ｉｉｉ）及び（ｉｖ）は第２の期間である。撮像装置１０は、（ｉｉｉ）の最中に得られる評価値を保存して、後に詳述する第２の被写体推定速度Ｖ_ｎｅｗを算出し、被写体速度の予測に利用する。

続いて、動体追従のためのＡＦ処理の一例について、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。例えば、モードダイヤル１により撮像装置１０を動体追従のためのＡＦモードに設定することで処理を開始する。

ステップＳ１では、システムコントローラ４１は、スキャンＡＦ処理を実行する。このスキャンＡＦ処理については、後に詳述する。

ステップＳ２では、システムコントローラ４１は、被写体速度Ｖを予測する。具体的に、システムコントローラ４１は、ステップＳ１のスキャンＡＦ処理で得られたデータ、すなわち、ＡＦとＡＦとの間にかかるインターバル（フォーカスレンズ３４の駆動開始から次回の合焦位置演算のためのフォーカスレンズ３４の駆動開始までの繰返し周期）における合焦位置の変化を利用して被写体速度Ｖを予測する。

ステップＳ３では、システムコントローラ４１は、レリーズボタン２が深押されたか否かを判断する。レリーズボタン２が深押された場合には、ステップＳ４の処理に進み、レリーズボタン２が深押されていない場合には、ステップＳ１の処理に戻り、再度スキャンＡＦ処理を実行する。

ステップＳ４では、システムコントローラ４１は、フォーカスレンズ３４を合焦位置へ移動させ、一連のＡＦ処理を終了する。

続いて、図５のステップＳ１におけるスキャンＡＦ処理の一例について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳ１０では、システムコントローラ４１は、被写体の推定速度に基づいてスキャン範囲を決定する。例えば、システムコントローラ４１は、最初のスキャン範囲決定時、すなわち、被写体速度Ｖが予測されていない場合には、予め決められた所定の範囲をスキャン範囲として決定する。また、システムコントローラ４１は、それ以降のスキャン範囲決定の際には、合焦位置の変化に基づいて算出される被写体速度に基づいてスキャン範囲を決定する。

ステップＳ１１では、システムコントローラ４１は、フォーカスレンズ３４を駆動させて所定位置での評価値を取得する。例えば、図７に示すように、システムコントローラ４１は、フォーカスレンズ３４を（ａ）乃至（ｅ）の順に駆動させて（ｅ）の位置でフォーカスレンズ３４を停止させる（第１の期間）。このとき、検波器４０では、各フォーカスレンズ３４位置で評価値（第１の評価値）を取得する。

ステップＳ１２では、システムコントローラ４１は、上述した第１の評価値の到着待ちをしている間、すなわち、第１の期間経過後から第１の評価値に基づく合焦位置が演算されるまでに得られる評価値（第２の評価値）を取得する。この第２の評価値は、複数の第１の評価値が得られた複数の所定位置の少なくともいずれかで得られるものである。例えば、図７に示すように、システムコントローラ４１は、（ａ）乃至（ｅ）の各位置での第１の評価値がすべて得られるまで、スキャンの終了位置である（ｅ）の位置でフォーカスレンズ３４の駆動を停止させる。すなわち、システムコントローラ４１は、フォーカスレンズ３４が停止した位置において検波器４０からの評価値の到着待ちをする。このとき、システムコントローラ４１は、（ｆ）、（ｇ）の位置で得られる第２の評価値をＲＡＭ２７に保存することにより、第２の評価値をステップＳ３での被写体速度の予測に利用する。

被写体が時々刻々と移動している場合には、例えば図８に示すように、評価値のデータ分布形状の凸部（山）は、時間の経過とともにＦａｒ側又はＮｅａｒ側へと移動する。このとき、（ｅ）〜（ｇ）と同一箇所で取得された評価値は、評価値の凸部の移動した方向によってコントラスト強度の増加又は減少の変化（△ｙ）を示す。

ステップＳ１３では、システムコントローラ４１は、合焦位置を決定する。すなわち、システムコントローラ４１は、ステップＳ１２の処理で得られた評価値からコントラストの強度が最大となるフォーカスレンズ３４位置を検出し、この位置を合焦位置として決定する。例えば、図８に示すように、システムコントローラ４１は、第２の評価値とこの第２の評価位置の位置に対応する第１の評価値とに基づいて、フォーカスレンズ３４の停止位置である（ｅ）の位置での評価値の変化量（△ｙ）を測定する。ここで、図９に示すように、フォーカス位置ｘに対する評価値ｙの描く凸部の形状をｙ＝ｆ（ｘ）と表すと、評価値の凸部の頂点の移動量（△ｘ）を下記の（６）で表わすことができる。
△ｘ＝ｘ_１−ｆ^−１（ｙ_２） （６）

また、図１０に示すように、システムコントローラ４１は、第１の評価値のデータ分布形状、すなわち、ｙ＝ｆ（ｘ）を実線で示す線形１次式に近似し、この線形１次式及び第１の評価値と第２の評価値との変化量に基づいて被写体の移動方向を推定するのが好ましい。この場合、後に詳述する被写体速度Ｖを推定する際の精度が高いものではなくなるものの、被写体の移動方向を△ｙの符号のみによって決定することができる。

このようにして、システムコントローラ４１は、第１の評価値待ちをしている最中に得られる第２の評価値を被写体速度Ｖの予測に用いることで、予測合焦距離の推定精度を上げることができる。したがって、撮像装置１０においては、動体追従を行うＡＦにおける被写体の移動速度の予測精度を向上させることが可能となる。

続いて、図６のステップＳ１０におけるスキャン範囲の決定処理の一例について、図１１に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

ステップＳ２０では、システムコントローラ４１は、被写体推定速度Ｖ、被写体推定速度Ｖ_ｎｅｗを算出する。
Ｖ_ｎｅｗ＝（△ｘ）／Ｔ （７）

（７）式において、Ｔは、上述した図６のステップＳ１２における第２の期間、Ｖ_ｎｅｗは、第２の期間における被写体の移動量に基づく被写体の推定速度である。

ステップＳ２１では、システムコントローラ４１は、Ｖ×Ｖ_ｎｅｗ＜０を満たすかどうかを判定する。システムコントローラ４１は、Ｖ×Ｖ_ｎｅｗ＜０を満たす場合には、被写体速度推定に失敗している可能性が高いと判断して、ステップＳ２２の処理に進む。また、Ｖ×Ｖ_ｎｅｗ＜０を満たさない場合には、ステップＳ２３の処理に進む。

ステップＳ２２では、システムコントローラ４１は、被写体推定速度の誤差を示すパラメータｄのデフォルト値に係数１０を掛ける。すなわち、システムコントローラ４１は、被写体推定速度の信頼度が低いと判断してスキャン範囲を拡大する。例えば、図１２に示すように、システムコントローラ４１は、算出した被写体推定速度の信頼度が低いと判断した場合には、スキャン範囲の拡大をすることでサンプリング数を増やす。すなわち、図１２に示す（ｈ）から（ｍ）の範囲を次回の合焦位置検出のためのスキャン範囲とする。

ステップＳ２３では、システムコントローラ４１は、｜△ｘ｜＜Thr１を満たしていかどうかを判定する。具体的には、被写体が動いていないと見なせるだけの評価値変分の絶対値の上限である第１の閾値（Thr１）を定めておき、｜△ｘ｜＜Thr１を満たしている場合には、被写体推定速度Ｖがより大きな値を示していても、スキャン範囲を削減してレスポンスを優先する。換言すると、被写体の移動量（△ｘ）の変化量が所定の閾値以下である場合には、被写体のスキャン範囲を現在の大きさよりも縮小する。システムコントローラ４１は、｜△ｘ｜＜Thr１を満たしている場合にはステップＳ２４の処理に進み、満たしていない場合にはステップＳ２５の処理に進む。

加えて、ステップＳ２３では、システムコントローラ４１は、｜Ｖ−Ｖ_ｎｅｗ｜＜Thr２を満たしているかどうかを判定する。具体的には、システムコントローラ４１は、被写体推定速度が正しいと判定するための第２の閾値（Thr２）を定めておき、ＶとＶ_ｎｅｗとが同じ傾向を示した場合、次回のスキャンＡＦ範囲を狭く絞って機器のレスポンスを優先する。つまり、システムコントローラ４１は、｜Ｖ−Ｖ_ｎｅｗ｜＜Thr２を満たす場合にも、次回のスキャンＡＦ範囲を狭く絞る。システムコントローラ４１は、｜Ｖ−Ｖ_ｎｅｗ｜＜Thr２を満たしている場合にはステップＳ２４の処理に進み、満たしていない場合にはステップＳ２５の処理に進む。

ステップＳ２４では、システムコントローラ４１は、パラメータｄに係数０．５を掛ける。すなわち、システムコントローラ４１は、信頼度が高いと判断して、合焦位置近傍だけに絞ってスキャンＡＦを実行する。例えば、図１３に示すように、システムコントローラ４１は、算出した被写体速度Ｖの信頼度が高いと判断した場合には、次回のスキャン範囲を削減することでサンプリング数を減らす。すなわち、図１３に示す（ｈ）から（ｋ）の範囲を次回の合焦位置検出のためのスキャン範囲とする。

ステップＳ２５では、システムコントローラ４１は、算出した被写体推定速度に基づいて、スキャン範囲Ｒ＝ｘ±（Ｖ＋ｄ）Ｔを決定する。このように、システムコントローラ４１は、パラメータｄと被写体予測位置ｘとを用いて次回のスキャン範囲を決定することで、被写体を亡失してしまう確率を抑えることができる。すなわち、システムコントローラ４１は、信頼性の高い被写体推定速度が得られたときは狭い範囲をスキャンしてレスポンス向上を図り、信頼性の低い被写体推定速度しか得られなかった場合には、広い範囲をスキャンすることで被写体を亡失してしまう確率を抑えることができる。

以上のように、撮像装置１０によれば、距離情報のサンプリング周期を短くすることで被写体推定速度の更新頻度を上げられるため、スキャン範囲を限定することができ、機器のレスポンス速度を向上させることができる。すなわち、評価値の到着待ち時間は、往々にしてハードウェアの性能に起因するが、撮像装置１０においては、露光から評価値取得までの待ち時間を解消することができる。したがって、撮像装置１０においては、ＡＦとＡＦとの間にかかるインターバルＴを実質的に小さくすることができる。このインターバルＴは、例えば図１２や図１３に示す例では、（ａ）から（ｈ）までの期間である。また、撮像装置１０によれば、単位時間あたりの距離情報のサンプリング回数が上がるため、被写体距離の推定精度を上げることができ、動体追従を行うＡＦの被写体速度の予測精度を向上させることができる。

なお、上述した例では、フォーカスレンズ３４をサーチ終了位置で停止するものとして説明したが、これ以外の異なる位置でフォーカスレンズ３４を停止させるようにしてもよい。また、フォーカスレンズ３４を駆動させながら測距してフォーカスの移動量を考慮しながら被写体速度の推定に用いてもよい。

後者の例としては、例えば図１４に示すように、フォーカスレンズ３４をサーチ終了位置で停止させず、サーチ動作終了後すぐにフォーカス動作の始点側へと移動させて、次回のサーチに備えるようにしてもよい。図１４に示す例では、システムコントローラ４１は、フォーカスレンズ３４の停止位置から次回のフォーカス動作開始位置へ戻る途中、すなわち、（ｆ）の位置での評価値を保存する。すなわち、フォーカスレンズ３４を（ｅ）の位置に停めた状態ではなく移動させながら上述した第２の評価値を取得する。この場合、システムコントローラ４１は、今回のフォーカス位置（ｆ）で取得した評価値と、前回のサーチで取得した評価値のうち対応するフォーカス位置（ｃ）での評価値との差分を計算し、差分値を△ｙとする。すなわち、第１の期間にフォーカス位置（ｃ）で取得した評価値と、第２の期間にフォーカス位置（ｆ）で取得した評価値とに基づいて差分値△ｙを計算する。

また、本実施形態では、ｆ（ｘ）を１次式に近似する例として説明したが、装置の性能次第では、高次の近似、例えば２次式、３次式に近似するのが被写体速度の推定精度を向上させる点で好ましい。

また、本実施の形態において説明した一連の処理はハードウェア、ソフトウェア、又は両者の複合構成によって実行することが可能である。ソフトウェアによる処理を実行する場合は、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれたコンピュータ内のメモリにインストールして実行させるか、又は各種処理が実行可能な汎用コンピュータにプログラムをインストールして実行させることが可能である。例えば、プログラムは、記録媒体としてのハードディスクやＲＯＭ（Read only memory）に予め機録しておくことができる。あるいは、プログラムはフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯディスク、ＤＶＤ、磁気ディスク、半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体に、一時的あるいは永続的に格納（記録）しておくことができる。このようなリムーバブル記録媒体は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することができる。なお、プログラムは、上述したようなリムーバブル記録媒体からコンピュータにインストールする他、ダウンロードサイトから、コンピュータに無線転送したり、ＬＡＮ、インターネットといったネットワークを介してコンピュータに有線で転送してもよい。また、コンピュータでは、そのようにして転送されてくるプログラムを受信し、内蔵するハードディスク等の記録媒体にインストールすることができる。また、本実施形態に記載された各種の処理は、時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。

撮像装置の前面側の構成例を示す斜視図である。 撮像装置の背面側の構成例を示す斜視図である。 撮像装置の内部構成例を示すブロック図である。 撮像装置の内部構成例を示すブロック図である。 動作追従ＡＦの処理例を説明するためのフローチャートである。 動作追従ＡＦの処理例を説明するためのフローチャートである。 フォーカスレンズの位置とその位置で得られる評価値との関係を示す図である。 フォーカスレンズの位置とその位置で得られる評価値との関係を示す図である。 評価値の頂点の移動量の変化を説明するための図である。 フォーカスレンズの位置とその位置で得られる評価値との関係を線形１次方程式として適用した例を示す図である。 動作追従ＡＦの処理例を説明するためのフローチャートである。 フォーカスレンズの位置に対する評価値の関係からスキャン範囲を拡大する例を示す図である。 フォーカスレンズの位置に対する評価値の関係からスキャン範囲を縮小する例を示す図である。 フォーカスレンズを移動させながら評価値を取得する例を示す図である。 フォーカスレンズの位置とその位置で得られる評価値との関係を示す図である。 動作追従ＡＦにおけるスキャン範囲の算出方法の一例を説明するための模式図である。

符号の説明

１０ 撮像装置、１１ レンズ、１２ 撮像素子、１３ アナログ信号処理部、１４ Ａ／Ｄ変換部、１５ デジタル信号処理部、１６ 表示部、１７ 記録デバイス、１８ 顔認識部、１９ 制御部、２０ モータドライバ、２１ タイミングジェネレータ、２２ フォーカスレンズ駆動モータ、２３ ズームレンズ駆動モータ、２４ 操作部、２５ ＦｌａｓｈＲＯＭ、２６ プログラムＲＯＭ、２７ ＲＡＭ、３１ レンズ鏡筒、３２ 変倍系、３３ 変倍系、３４ フォーカスレンズ、３５ 絞り兼シャッタ、３７ ＣＣＤ、３８ 画像信号処理用ＤＳＰ、３９ ＨＰＦ、４０ 検波器、４１ システムコントローラ、４２ ズームモータ、４３ フォーカスモータ、４４ リセットセンサ

Claims (5)

1. フォーカスレンズを所定範囲で駆動させて複数の所定位置での被写体像に基づく画像信号のコントラスト強度を示す評価値を検出し、該評価値から上記フォーカスレンズの合焦位置を演算する合焦動作部と、
   上記所定範囲で上記フォーカスレンズを駆動させる第１の期間に上記複数の所定位置で得られる第１の評価値と、上記第１の期間経過後から上記合焦動作部により上記第１の評価値に基づく合焦位置が演算されるまでの第２の期間に、上記複数の所定位置の少なくともいずれかで得られる第２の評価値とを取得する検波部と、
   上記第２の評価値と該第２の評価値の位置に対応する上記第１の評価値とに基づいて、該評価値の変化量を測定する変化量測定部と、
   上記第１の評価値の分布と上記評価値の変化量とに基づいて、上記第２の期間における被写体の移動量を推定する移動量推定部と、
   上記フォーカスレンズの駆動開始から次回の合焦位置演算のための上記フォーカスレンズの駆動開始までの繰返し周期における上記合焦位置の変化に基づく第１の被写体推定速度Ｖと、上記被写体の移動量（△ｘ）に基づく第２の被写体推定速度Ｖ _ｎｅｗ とを算出する被写体速度推定部とを備え、
   上記合焦動作部は、（１）式が成立しない場合に、予め設定された第１の閾値Thr１又は第２の閾値Thr２を適用した（２）式又は（３）式が成立する場合には、上記フォーカスレンズの駆動範囲を縮小し、
   （１）式が成立しない場合に、（２）式又は（３）式が成立しない場合には、上記フォーカスレンズの駆動範囲を変化させないようにする撮像装置。
   Ｖ×Ｖ _ｎｅｗ ＜０ （１）
   ｜△ｘ｜＜Thr１ （２）
   ｜Ｖ−Ｖ _ｎｅｗ ｜＜Thr２（３）
2. 上記合焦動作部は、上記（１）式が成立する場合には、上記フォーカスレンズの駆動範囲を拡大させる請求項１記載の撮像装置。
3. 上記検波部は、上記第１の期間経過後に上記フォーカスレンズが停止した位置において、上記第２の評価値を取得する請求項１記載の撮像装置。
4. 所定範囲でフォーカスレンズを駆動させる第１の期間に複数の所定位置での被写体像に基づく画像信号のコントラスト強度を示す第１の評価値と、上記第１の期間経過後から上記第１の評価値に基づく合焦位置が上記フォーカスレンズの合焦位置を演算する合焦動作部により演算されるまでの第２の期間に、上記複数の所定位置の少なくともいずれかで得られる第２の評価値とを取得する評価値取得工程と、
   上記第２の評価値と該第２の評価値の位置に対応する上記第１の評価値とに基づいて、該評価値の変化量を測定する変化量測定工程と、
   上記第１の評価値の分布と上記評価値の変化量とに基づいて、上記第２の期間における被写体の移動量を推定する移動量推定工程と、
   上記フォーカスレンズの駆動開始から次回の合焦位置演算のための上記フォーカスレンズの駆動開始までの繰返し周期における上記合焦位置の変化に基づく第１の被写体推定速度Ｖと、上記被写体の移動量（△ｘ）に基づく第２の被写体推定速度Ｖ _ｎｅｗ とを算出する被写体速度推定工程と、
   上記合焦動作部が、（４）式が成立しない場合に、予め設定された第１の閾値Thr１又は第２の閾値Thr２を適用した（５）式又は（６）式が成立する場合には、上記フォーカスレンズの駆動範囲を縮小し、（４）式が成立しない場合に、（５）式又は（６）式が成立しない場合には、上記フォーカスレンズの駆動範囲を変化させないようにする駆動範囲決定工程と
   を有するフォーカス制御方法。
   Ｖ×Ｖ _ｎｅｗ ＜０ （４）
   ｜△ｘ｜＜Thr１ （５）
   ｜Ｖ−Ｖ _ｎｅｗ ｜＜Thr２（６）
5. 所定範囲でフォーカスレンズを駆動させる第１の期間に複数の所定位置での被写体像に基づく画像信号のコントラスト強度を示す第１の評価値と、上記第１の期間経過後から上記第１の評価値に基づく合焦位置が上記フォーカスレンズの合焦位置を演算する合焦動作部により演算されるまでの第２の期間に、上記複数の所定位置の少なくともいずれかで得られる第２の評価値とを取得する評価値取得工程と、
   上記第２の評価値と該第２の評価値の位置に対応する上記第１の評価値とに基づいて、該評価値の変化量を測定する変化量測定工程と、
   上記第１の評価値の分布と上記評価値の変化量とに基づいて、上記第２の期間における被写体の移動量を推定する移動量推定工程と、
   上記フォーカスレンズの駆動開始から次回の合焦位置演算のための上記フォーカスレンズの駆動開始までの繰返し周期における上記合焦位置の変化に基づく第１の被写体推定速度Ｖと、上記被写体の移動量（△ｘ）に基づく第２の被写体推定速度Ｖ _ｎｅｗ とを算出する被写体速度推定工程と、
   上記合焦動作部が、（７）式が成立しない場合に、予め設定された第１の閾値Thr１又は第２の閾値Thr２を適用した（８）式又は（９）式が成立する場合には、上記フォーカスレンズの駆動範囲を縮小し、（７）式が成立しない場合に、（８）式又は（９）式が成立しない場合には、上記フォーカスレンズの駆動範囲を変化させないようにする駆動範囲決定工程と
   を有するフォーカス制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
   Ｖ×Ｖ _ｎｅｗ ＜０ （７）
   ｜△ｘ｜＜Thr１ （８）
   ｜Ｖ−Ｖ _ｎｅｗ ｜＜Thr２（９）

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