JP4665718B2 - 撮影装置 - Google Patents

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本発明は、被写界を撮影して撮影画像データを生成する撮影装置に関する。
従来からポートレート撮影や植物等のクローズアップ撮影では、意図的な前景または背景のぼかしによって主要被写体を浮かび上がらせた写真表現が一般的に好まれている。かかる写真表現を行う場合には、被写界深度を非常に浅くするとともに主要被写体にピントを合わせた状態で撮影を行う。ここで、被写界深度はレンズの口径や焦点距離などの光学的要素によって決定される。
一方、一般的な電子カメラの撮像素子の露光面は、いわゆる銀塩カメラの露光面(フイルム)のサイズに比べて著しく小さい。このため、銀塩カメラと同じ画角を得ようとすると、銀塩カメラの撮影レンズの焦点距離に比べてデジタルカメラの撮影レンズの焦点距離は短くなる。また、絞り径の大きな撮影レンズは大型、高価となるため、一般的な電子カメラでは絞り径の小さな撮影レンズが用いられていることが多い。したがって、一般的な電子カメラでは被写界深度が銀塩カメラよりも深くなる傾向があり、上記のようなボケ味を生かした写真表現を苦手とすることが多い。
また、特許文献1には、電子撮像機能とフィルム撮像機能とを併せ持ち、電子撮像手段の遠点をフィルム撮影手段の合焦位置となるように被写体距離を補正して、フィルムカメラと同様に背景がぼけた撮影を行うカメラシステムが開示されている。
特開2002−196228号公報
しかし、上記特許文献1のカメラシステムは、電子撮像とフィルム撮影とで背景のぼけ具合が同様になるように、撮影レンズの遠点をシフトさせるものである。特にフイルム撮影における背景のぼけ量が大きくなった場合には、電子撮像画像の背景をこのぼけ量と同様のぼけ具合とするように焦点状態を変化させると、主要被写体の焦点状態も変化してしまう可能性があった。すなわち、上記特許文献1のカメラシステムでは、レンズ位置の調整のみで背景をぼかすため、上記したカメラシステムの光学特性から背景のぼけ度合いがなお不十分である点で改善の余地があった。
本発明は上記従来技術の課題を解決するためのものであって、その目的は、被写界深度を擬似的に浅くして、背景などのボケ度合いが良好なポートレート撮影調の画像を生成できる電子カメラを提供することである。
発明の一の態様である撮影装置は、光軸方向に移動可能な焦点調節用レンズと、撮影部と、制御部と、ボケ検出部と、画像分割部と、ボケ強調部とを備える。撮影部は、焦点調節用レンズを通過した被写体からの光束を光電変換して画像データを生成する。制御部は、主要被写体が被写界深度の範囲内に収まり、かつ主要被写体が合焦位置から外れる状態に前記焦点調節用レンズのレンズ位置を調整した調整状態において撮影部に画像データを生成させる。ボケ検出部は、調整状態において生成される画像データの画像ボケ度合いを検出する。画像分割部は、調整状態において生成される画像データの画像を、主要被写体が位置する第1領域と主要被写体を含まない第2領域とに区画する。ボケ強調部は、調整状態において生成される画像データの第2領域での画像ボケ度合いの大きさに応じて、画像データの第2領域での画像ボケ度合いを増幅する。
本発明の他の態様である撮影装置は、光軸方向に移動可能な焦点調節用レンズと、撮影部と、制御部と、ボケ検出部と、画像分割部と、ボケ強調部とを備える。撮影部は、焦点調節用レンズを通過した被写体からの光束を光電変換して1以上の画像データを生成する。制御部は、主要被写体に合焦した状態に焦点調節用レンズのレンズ位置を調整した合焦状態、および、主要被写体が合焦位置から外れる状態に焦点調節用レンズのレンズ位置を調整した調整状態において撮影部に画像データを生成させる。ボケ検出部は、調整状態において生成される画像データの画像ボケ度合いを検出する。画像分割部は、調整状態において生成される画像データの画像を、主要被写体が位置する第1領域と主要被写体を含まない第2領域とに区画する。ボケ強調部は、合焦状態において生成される撮影画像データに対して、調整状態において生成される画像データの第2領域での画像ボケ度合いの大きさに応じて、撮影画像データの第2領域での画像ボケ度合いを増幅する。
本発明では、被写界深度を擬似的に浅くして、背景などのボケ度合いが良好なポートレート撮影調の画像を生成することが可能となる。
(第1実施形態の説明)
図1は第1実施形態の電子カメラの構成を示すブロック図である。
電子カメラは、撮影レンズ11と、レンズ駆動部12と、撮像素子13と、A/D変換部14と、バッファメモリ15と、画像処理部16と、圧縮伸長処理部17と、カードI/F18と、レリーズ釦を含む操作部材19と、液晶モニタ20と、発光部21と、CPU22およびデータバス23とを有している。なお、バッファメモリ15、画像処理部16、圧縮伸長処理部17、カードI/F18、液晶モニタ20およびCPU22は、データバス23を介して接続されている。
撮影レンズ11は、ズームレンズ11aと合焦位置調節用のフォーカシングレンズ11bとを含む複数のレンズ群で構成されている。撮影レンズ11の位置はレンズ駆動部12によって光軸方向に駆動調整される。
撮像素子13は、撮影レンズ11を通過した光束を光電変換して被写体像のアナログ画像信号を生成する。なお、撮像素子13は、非レリーズ時(撮影待機時)にも所定間隔毎に被写体を露光してアナログ画像信号(スルー画像信号)を出力する。このスルー画像信号は、高解像度の静止画像を撮影する静止画本撮影動作の前段階の予備動作であるスルー画像撮影動作によって得られる信号である。このスルー画像信号は、それぞれ後述のAF演算およびAE演算やファインダ用画像の生成などに使用される。
A/D変換部14は撮像素子13のアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換する。バッファメモリ15は、画像処理部16での画像処理の前工程および後工程でデータを一時的に保存する。
画像処理部16は、デジタル画像信号に画像処理(欠陥画素補正、ガンマ補正、補間、色変換、エッジ強調など)を施して撮影画像データを生成する。また、画像処理部16は、スルー画像信号に基づいてファインダ用画像を順次生成する。さらに、後述の「ボケ強調モード」では、画像処理部16は撮影画像データのボケ強調処理などの各種画像処理を実行する。
圧縮伸長処理部17は解析部および圧縮部を有するASICである(解析部および圧縮部の個別的な図示は省略する)。圧縮伸長処理部17の解析部では、撮影画像データに対して空間周波数の解析を行う。また、圧縮伸長処理部17の圧縮部は、JPEG(Joint Photographic Experts Group)形式による圧縮伸長処理を実行する。なお、後述の「ボケ強調モード」では、撮影画像データのボケ度合いの検出のために、解析部による空間周波数の解析処理が利用される。
なお、解析部がボケ度合い検出のために空間周波数解析を行っている場合には、圧縮部による画像データの圧縮処理は必ずしも必要でない。したがって、この場合には圧縮伸長処理部17の出力するデータは記録媒体24には記録されない構成としてもよい。
記録I/F18には、記録媒体24を接続するためのコネクタが形成されている。記録媒体24は公知の半導体メモリ、小型ハードディスク、DVD等の光ディスクなどで構成される。記録媒体24は、電子カメラに内蔵されるものであっても、外部に設けられるものであってもよい。そして、記録I/F18は、記録媒体24に対する撮影画像データの書き込み/読み込みを制御する。なお、図1では、半導体メモリを内蔵したカード型記録媒体を記録媒体24の例として示す。
操作部材19は入力釦やレリーズ釦などを備えている。操作部材19の入力釦は、例えば、電子カメラの撮影モード(通常撮影モード、ボケ強調モード等)の切り換え入力や、焦点検出エリアの手動入力や、シーンアシスト機能の要否入力などを受け付ける。
ここで、「ボケ強調モード」は画像処理によって前景または背景をぼかして、主要被写体を浮かび上がらせたポートレート撮影調の画像を生成するモードである。
液晶モニタ20は、例えば電子カメラの背面部分に配置される。液晶モニタ20には、撮影画像データの再生画面や電子カメラの各種設定を変更するための設定画面などを表示できる。また、撮影時の液晶モニタ20にはファインダ用画像を動画表示することも可能である。なお、上記のシーンアシスト機能を使用した場合、液晶モニタ20のファインダ動画像には、撮影時における主要被写体の位置決めを補助する構図補助フレームが合成表示される(図6(b)参照)。
発光部21は、例えばキセノン発光管、発光のエネルギを蓄えるメインコンデンサ、閃光を被写体に効率良く照射するための反射傘やレンズ部材、発光制御回路などから構成されている。発光部21は、LED等その他の光源を用いるものであってもよい。
CPU22は、図示しないROMに格納されたシーケンスプログラムに従って電子カメラの各部動作を制御する。また、CPU22はスルー画像信号に基づいて公知のコントラスト方式のAF演算や、公知のAE演算などを実行する。
以下、第1実施形態の電子カメラの「ボケ強調モード」での動作を、図2の流れ図を参照しつつ説明する。
ステップS101:撮影待機時において、CPU22は所定間隔毎に撮像素子13を駆動させる。撮像素子13は画像信号を間引き読み出しで読み出してスルー画像信号を出力する。画像処理部16は、液晶モニタ20に合わせてリサイズ(画素数変換)されたファインダ用画像をスルー画像信号に基づいて生成する。CPU22は液晶モニタ20にファインダ用画像を順次表示する。したがって、ユーザーは液晶モニタ20に動画表示されたファインダ用画像によって被写体のフレーミングを行うことができる。
ステップS102:CPU22はユーザーによってレリーズ釦が押圧されたか否かを判定する。レリーズ釦が押圧された場合(YES側)にはS103に移行する。一方、レリーズ釦が押圧されていない場合(NO側)にはS101に戻って、CPU22は上記動作を繰り返す。
ステップS103:CPU22は、所定のアルゴリズムで焦点検出エリアを選択し、スルー画像信号に基づいてコントラスト検出によるAF演算を実行する。そして、CPU22は、主要被写体が被写界深度の後端に位置するようにフォーカシングレンズ11bのレンズ位置を調整する(図3参照)。このS103では被写界深度の範囲内である主要被写体にはピントが合った状態となるが、背景のボケ度合いは合焦時よりも大きくなる。
具体的には、CPU22は、以下の(1)〜(4)のいずれかの手段でフォーカシングレンズ11bを位置決めする。
(1)まず、CPU22はフォーカシングレンズ11bを一旦合焦位置に移動させる。次に、CPU22はフォーカシングレンズ11bを合焦位置から所定のステップ幅分だけ所定方向に移動させる。その後、CPU22は移動後のレンズ位置で撮像素子13を駆動させてスルー画像信号を取得し、移動後のレンズ位置での焦点評価値を演算する。この焦点評価値は値が高いほど被写体のボケが少なくなる。そして、CPU22は、閾値(被写体のボケの拡がりが許容錯乱円に収まる値)よりも上記の焦点評価値が低いか否かを判定する。焦点評価値が閾値以上の場合、CPU22はフォーカシングレンズ11bをさらに所定方向に移動させて上記動作を繰り返す。一方、焦点評価値が閾値未満の場合、CPU22は前回判定のレンズ位置を被写界深度の後端としてフォーカシングレンズ11bを位置決めする。
(2)まず、CPU22は主要被写体が被写界深度の後端より望遠側に位置するようにフォーカシングレンズ11bを一旦大きく移動させる。次に、CPU22はフォーカシングレンズ11bを所定のステップ幅分だけ戻す。CPU22は移動後のレンズ位置で撮像素子13を駆動させてスルー画像信号を取得し、移動後のレンズ位置での焦点評価値を演算する。そして、CPU22は、上記(1)の閾値よりも焦点評価値が低いか否かを判定する。焦点評価値が閾値未満の場合、CPU22はフォーカシングレンズ11bをさらに戻して上記動作を繰り返す。一方、焦点評価値が閾値以上の場合、CPU22は現在のレンズ位置を被写界深度の後端としてフォーカシングレンズ11bを位置決めする。
(3)まず、CPU22は、フォーカシングレンズ11bを一定方向に走査させつつ撮像素子13を駆動させて各レンズ位置での焦点評価値を予め取得する。そして、上記動作の終了後に、CPU22は主要被写体が被写界深度の後端に合致するレンズ位置(焦点評価値が上記(1)の閾値を上回り、かつ焦点評価値が最も閾値に近づくレンズ位置)にフォーカシングレンズ11bを位置決めする。
(4)まず、CPU22はフォーカシングレンズ11bを一旦合焦位置に移動させる。そして、CPU22は、レンズ位置から推定される被写体距離と、許容錯乱円径と、絞り(不図示)のF値と、ズームレンズ11aの焦点距離とに基づいて、公知の演算式で後方被写界深度を近似的に演算する。そして、CPU22は、上記の演算値に基づきフォーカシングレンズ11bの位置を調節する。なお、後方被写界深度の演算値は予めテーブル化してメモリ等に格納しておいてもよい。
ステップS104:レリーズ釦の操作に基づいて、CPU22は撮像素子13を駆動させて被写体像の本撮影動作を行う。そして、画像処理部16はステップS103の後の本撮影動作による画像信号に基づいて本撮影画像データを生成する(図4(b)参照)。この本撮影画像データはバッファメモリ15に一時的に記録される。また、CPU22は撮影情報(焦点検出エリアの位置、シーンアシスト機能の設定情報および顔認識情報など)をバッファメモリ15等に一時的に記録する。
なお、第1実施形態では、CPU22はS104での本撮影終了後にフォーカシングレンズ11bを予め定められた初期位置(例えば、フォーカシングレンズ11bの可動範囲の望遠端または至近端、上記可動範囲の中間位置、あるいは撮影時の主要被写体合焦位置など)に戻す。これにより、次回撮影を迅速に行うことが可能となって、ボケ強調モードでの速写性が向上する。
ステップS105:CPU22は、撮影画像データ(S104)の画面内全領域の画像のボケ度合いを、圧縮伸長処理部17の解析部で解析(空間周波数解析)する。
具体的には、まず、CPU22は本撮影画像を8×8画素程度の画素ブロックに分割する。次に、CPU22の指示によって、圧縮伸長処理部17は撮影画像の各画素ブロックごとにDCT変換(離散コサイン変換)を施して、各空間周波数成分の量を示す係数(DCT係数)を算出する。そして、CPU22は、算出されたDCT係数に基づいて各画素ブロックごとに画像のボケ度合いの情報を生成する。
ここで、圧縮伸長処理部17でのDCT係数と画像のボケ度合いとの相関について簡単に説明する。図5はモノクロ画像における輪郭部分での階調変化を示す図である。図5(a)のように明暗の変化が急峻な場合(輪郭が明確な画像)には、画像データに高域空間周波数成分が多く含まれる。そのため、DCT変換後の各周波数成分に対応するDCT係数は、高い空間周波数まで0でない値を有する。
一方、図5(b)のように明暗の変化がなだらかな場合(輪郭がボケた画像)は、図5(a)の場合と比べて画像データから高域空間周波数成分が少なくなる。このようなボケた画像データをDCT変換した場合には、図5(a)の場合に比較して低い空間周波数成分から係数が0となる。したがって、DCT変換後の各周波数成分に対する係数の分布から画像のボケ度合い(画像における高域空間周波数成分の多さ)を判断することができる。ボケ度合いの値は、例えば所定の空間周波数成分以上のDCT係数値の和で定義される。なお、ボケ度合いが大きくなるほど、画像に含まれる高域空間周波数成分の量は少なくなる。
また、画像に含まれる高域空間周波数成分の量は元の画像の絵柄によっても左右される。そのため、CPU22は画像のボケ度合いの情報として画像の色差および明度などの情報を補助的に使用してもよい。また、上述のDCT変換は一例であり、ウェーブレット変換などのその他の直交変換を用いるものであってもかまわない。
ステップS106:CPU22は、撮影画像において、ボケ度合いの値(S105)が閾値以上である画素ブロックを抽出する。これにより、撮影画像は、ボケ度合いの値が異なる2以上の領域に分割される。この分割は、例えば、所定の空間周波数成分以上のDCT係数値の和(ボケ度合いの値)が所定値以上か否かによって判断することができる。このとき、CPU22は、複数の異なる閾値を適用することで、ボケ度合いの値に応じて撮影画像をさらに段階的に分割するようにしてもよい(図10(b)参照)。
ステップS107:CPU22は、S106で分割された領域から、主要被写体領域(第1領域)と、それ以外の領域(第2領域)とを決定する。ここで、CPU22は、最もボケ度合いが低い領域(高周波成分を多く含んで被写体のコントラストが高い領域)を第1領域に決定する。CPU22は、例えば、係数値が0ではない最も高い空間周波数成分を有する領域、所定の空間周波数の係数値が閾値以上の領域、あるいは、所定の空間周波数以上の係数値の和が閾値以上の領域、を第1領域に決定する。
また、第1領域を決定する補助的な判断基準として、CPU22は、以下の(1)〜(3)のいずれかの方法(あるいは(1)〜(3)の複数の組み合わせ)を用いることもできる。
(1)CPU22は撮影時に選択された焦点検出エリアが位置する領域を第1領域に決定する(図6(a)参照)。主要被写体にピントを合わせて撮影するために、通常は主要被写体の位置する焦点検出エリアを選択してAF動作が行われるからである。
(2)シーンアシスト機能を用いて撮影がされている場合には、CPU22は上記の構図補助フレームと重複する領域をもとに第1領域に決定する(図6(b)参照)。構図補助フレーム内に主要被写体が位置していると考えられるからである。
例えば、重複する領域内に肌色などの特定色の領域がある場合には、その領域と連続する領域を第1領域とする。あるいは、構図補助フレームの形状と類似する形状のエッジ(輪郭)が構図補助フレームの近傍に(または一部重複して)存在する場合には、このエッジ内の領域を第1領域とする。なお、構図補助フレームを跨いでいる領域については、例えば、CPU22は構図補助フレーム内に過半数の画素が含まれる領域のみを第1領域に含めるようにしてもよい。
(3)顔等の所定の被写体認識機能を用いて撮影がされている場合には、CPU22は検出された顔等の所定の被写体像が位置する領域を第1領域に決定する(図6(c)参照)。この場合には、人を主要被写体として撮影された可能性が高いからである。ここで、顔認識時に顔の上下方向の情報も取得できる場合には、CPU22は顔の下側に位置する領域も第1領域に含めるようにしてもよい。顔の下側には主要被写体である人物の体が位置する可能性が高いからである。なお、顔が複数検出された場合には、CPU22は最も至近側に位置する顔の領域を主要被写体に認定して第1領域を決定するようにしてもよい。
ステップS108:画像処理部16は、CPU22の指示により、撮影画像データに対してボケ強調処理を施す(図4(c)参照)。このボケ強調処理では、撮影画像の第2領域(S107)の部分に対してボケ強調処理を施す。このボケ強調処理は、点拡がり関数(PSF:Point Spread Function)のフィルタ演算で実行される。
ここで、図7に示すように、画像処理部16は第2領域のボケ度合い(S105)の大きさに応じて第2領域の画像のボケを強調する。すなわち、S105で検出された第2領域のボケ度合いが低い場合には、画像処理部16は図8(a)、図9(a)のような点の拡がりの小さな関数のフィルタを選択し、画像処理による第2領域のボケの強調量を小さくする。一方、S105で検出された第2領域のボケ度合いが高い場合には、画像処理部16は図8(b)、図9(b)のような点の拡がりの大きな関数のフィルタを選択し、画像処理による第2領域のボケの強調量を大きくする。なお、図8(a)(b)では、簡単のため、注目する点に対して一方向の拡がり特性のみを示している。
S108では、CPU22が第2領域全体のボケ度合いの平均値を演算し、画像処理部16は上記の平均値に応じたフィルタで第2領域全体に畳み込み演算をしてもよい。あるいは、S106で複数の閾値を適用して画像を段階的に分割した場合、CPU22は第2領域内で閾値の異なる領域ごとにボケ度合いの平均値を演算し、画像処理部16が各分割領域ごとにそれぞれ異なるフィルタで畳み込み演算をしてもよい。このような処理を行った結果を液晶モニタ20に表示した例を図10に示す。後者の場合(図10(c))には、前者のように第2領域全体に同じフィルタでボケ強調処理をする場合と比べて、より実際の遠近感に近い自然なボケ具合の画像を得ることができる。
また、S108では、操作部材19の入力釦でユーザーが設定したボケ度合いの強調量に応じて、CPU22は第2領域に適用するフィルタを変更する。例えば、図7の例では、CPU22はボケ度合いの強調量を「標準」を基準として決定するが、設定画面等でユーザーが「強」を選択した場合、CPU22は「標準」の場合よりもボケ度合いの強調量がより大きくなるフィルタを第2領域に適用する。一方、ユーザーが「弱」を選択した場合、CPU22は「標準」の場合よりもボケ度合いの強調量がより小さくなるフィルタを第2領域に適用する。これにより、ユーザーの意図するボケ度合いの画像を得ることが可能となる。
ステップS109:画像処理部16は、CPU22の指示により、撮影画像のうちの第1領域の部分に対して公知のコントラスト強調処理(階調補正あるいは高域空間周波数成分の増幅等)を施す。なお、ユーザーの設定変更により、CPU22はS109のコントラスト強調処理を省略することもある。
ステップS110:CPU22は、上記のボケ強調処理後の撮影画像データを記録媒体24に記録して一連の処理を終了する。
以下、第1実施形態の効果を説明する。第1実施形態では、主要被写体が被写界深度の後端に位置する状態で本撮影を行うとともに(S103、S104)、前景または背景に相当する第2領域に対して画像のボケ度合いに応じたボケ強調処理を施す(S108)。
すなわち、第1実施形態では主要被写体像が鮮明と判断される範囲で、かつ第2領域のボケが最大となるレンズ位置で撮影画像を生成し、さらに撮影画像における第2領域のボケを画像処理によって強調する。したがって、上記実施形態では背景のボケが十分に大きく、かつ主要被写体が鮮明なポートレート撮影調の画像を得ることができる。特に上記実施形態では、画像処理後の第2領域のボケ具合は元の撮影画像のボケ度合いに比例するので、実際の遠近感に近い自然なボケ具合の画像を得ることができる。また、空間周波数解析による第1領域と第2領域との分離処理を適切に行うことができるようになる。
この点について、図17をもとに説明する。図17の横軸は合焦位置からのずれ量、縦軸は画像の高域空間周波数成分の量を示している。画像に含まれる高域空間周波数成分の量が合焦位置Pで最大となり、合焦位置からのずれが大きくなるほど、高域空間周波数成分の量の低下具合(すなわちボケ度合い)が大きくなる。
例えば、主要被写体が合焦位置Pに存在し、また、これとZだけ離れた位置に背景被写体が存在する場合、両被写体像の高域空間周波数成分の差は、図17に示すXになる。これに対して、主要被写体像が鮮明であると判断できる範囲内で合焦位置を当初の合焦位置からZ1だけ至近側にずらした場合には、主要被写体像と背景被写体像との高域空間周波数成分の差はYとなり、Xよりも大きくなる(Y>X)。
このように、主要被写体が鮮明であると判断できる範囲(被写界深度)内で合焦位置をずらして、主要被写体像と背景被写体像の空間周波数成分を比較する構成とすれば、領域による高域空間周波数成分の量の違いが大きくなる。そのため、上記の第1領域と第2領域との分離処理が誤りなく行えるようになる。
また、第1実施形態では、検出した画像のボケ度合いに応じてボケ強調処理を行うので、撮影画面中の複数箇所の被写体距離を検出するような必要はない。しかも、第1実施形態では画像のボケ度合いを圧縮伸長処理部で検出するため、周波数解析用の特別な回路やソフトウエアなども不要となる。そのため、上記実施形態では、ほぼ通常の電子カメラの構成で、ボケ具合が好ましいポートレート撮影調の画像を得ることできる点で顕著な効果を有する。
さらに、第1実施形態では、1回のボタン操作で撮影からボケ強調処理までが自動的に行われるので、煩雑な操作を行うことなくポートレート撮影調の画像を容易に得ることができる。
(第2実施形態の説明)
図11は第2実施形態の電子カメラの「ボケ強調モード」での動作を示す流れ図である。ここで、以下の実施形態では電子カメラのブロック図は図1と共通することから図示を省略するとともに、共通の構成には同一符号を付して説明を省略する。なお、図11のS201〜S202は図2のS101〜S102にそれぞれ対応するので重複説明を省略する。
ステップS203:CPU22は、所定のアルゴリズムで焦点検出エリアを選択し、スルー画像信号に基づいてコントラスト検出によるAF演算を実行する。そして、CPU22はフォーカシングレンズ11bを合焦位置に移動させる(図12参照)。なお、ステップS203はステップS202の前段階で実行されるものであってもよい。
ステップS204:CPU22は、フォーカシングレンズ11bが合焦位置にある状態で撮像素子13を駆動させて被写体像を本撮影する。そして、画像処理部16は第1回目撮影の画像信号に基づいて本撮影画像データを生成する。この撮影画像データはバッファメモリ15に一時的に記録される。また、CPU22は撮影情報(焦点検出エリアの位置、シーンアシスト機能の設定情報および顔認識情報など)をバッファメモリ15等に一時的に記録する。
ステップS205:CPU22は、主要被写体像が鮮明であると判断できる被写界深度の後端に位置するようにフォーカシングレンズ11bのレンズ位置を調整する(図12参照)。このS205では被写界深度の範囲内にある主要被写体にはピントが合った状態となるが、背景のボケ度合いは合焦時よりも大きくなる。
ここで、S205でのフォーカシングレンズ11bの位置決めは、上記したS103の(1)〜(4)のいずれかの制御によって行われる。なお、S103の(3)の制御による場合、CPU22は上記のS203の段階で、フォーカシングレンズ11bを一定方向に走査して各レンズ位置での焦点評価値を予め取得するのが好ましい。
ステップS206:CPU22は、S205の状態で撮像素子13を駆動させて被写体像を撮影する。そして、画像処理部16は第2回目撮影の画像信号に基づいて、背景側のボケ度合いの情報を取得するための背景画像データを生成する。この背景画像データの画像解像度(画素数)は、撮影画像データの画像解像度(画素数)よりも低く設定される。また、背景画像データもバッファメモリ15に一時的に記録される。なお、第2実施形態では、CPU22はS206での撮影終了後にフォーカシングレンズ11bを予め定められた初期位置に戻す。
ステップS207:CPU22は、背景画像データ(S206)の画像のボケ度合いをそれぞれ空間周波数解析によって検出する。空間周波数解析については上記のS105と共通するので説明を省略する。
ステップS208:CPU22は、背景画像データ(S206)において、ボケ度合いの値(S207)が閾値以上である画素ブロックを抽出する。これにより、背景画像は、ボケ度合いの値が異なる2以上の領域に分割される。なお、S208でも、上記のS106と同様に複数の異なる閾値を適用してもよい。
ステップS209:CPU22は、背景画像データ(S206)において、S208で分割された領域から、主要被写体の位置する領域(第1領域)と、それ以外の領域(第2領域)とを決定する。第1領域および第2領域の決定の詳細は上記のS107と共通するので説明を省略する。
ステップS210:CPU22は、背景画像データの画像解像度(画素数)を、ステップS204で撮影された本撮影画像データの画像解像度(画素数)に変換し、背景画像データにおける画素ブロックの位置と本撮影画像の各画素との対応関係を求める。これにより、背景画像データでの各画素ブロックのボケ度合いの値(S207)と、背景画像データでの第1領域および第2領域の位置関係(S209)とを本撮影画像データに変換して適用することが可能となる。
ステップS211:画像処理部16は、CPU22の指示により、本撮影画像データに対してボケ強調処理を施す。まず、CPU22は、背景画像データの第2領域の位置情報(S209)に基づいて、本撮影画像データでの第2領域の位置を指定する。次に、画像処理部16は、背景画像データの第2領域のボケ度合いの値(S207)に基づいて、本撮影画像データの第2領域の部分にボケ強調処理を施す。なお、各領域におけるボケ強調処理の詳細は上記のS108と共通するので説明を省略する。
ステップS212:画像処理部16は、CPU22の指示により、本撮影画像のうちの第1領域の部分に対して公知のコントラスト強調処理(階調補正等)を施す。この場合、CPU22は、背景画像データの第1領域の位置情報(S209)に基づいて、本撮影画像データでの第1領域の位置を指定する。なお、ユーザーの設定変更により、CPU22はS212のコントラスト強調処理を省略することもある。
ステップS213:CPU22は、本撮影画像データ(S204)と、ボケ強調処理後の撮影画像データ(S211)とを記録媒体24に記録して一連の処理を終了する。
以下、第2実施形態の効果を説明する。第2実施形態では、合焦位置で本撮影画像データ(S204)を生成し、被写界深度の後端に対応するレンズ位置において低画素数で構成される背景画像データ(S206)を生成する。そして、背景画像データに基づいて本撮影画像データの背景部分にボケ強調処理が施される(S211)。したがって、第2実施形態でも第1実施形態とほぼ同様のポートレート撮影調の画像を得ることができる。
また、第2実施形態では、撮影画像データよりも画像解像度が低く設定された背景画像データを利用して空間周波数解析等を行うので、電子カメラの演算負荷を軽減することができる。さらに、第2実施形態では、1回の撮影で、ボケのない撮影画像データとボケ強調処理後の撮影画像データとを取得することが可能である。
(第3実施形態の説明)
図13は第3実施形態の電子カメラの「ボケ強調モード」での動作を示す流れ図である。なお、第3実施形態は第2実施形態の変形例であって、図13のS301〜S306は図11のS201〜S206にそれぞれ対応し、図13のS314〜S315は図11のS212〜S213にそれぞれ対応するので重複説明を省略する。
ステップS307:CPU22は、主要被写体が被写界深度の前端に位置するようにフォーカシングレンズ11bのレンズ位置を調整する(図14参照)。このS307では被写界深度の範囲内にある主要被写体にはピントが合った状態となるが、前景のボケ度合いは合焦時よりも大きくなる。なお、S307でのフォーカシングレンズ11bの位置決めは、上記したS103の(1)〜(4)のいずれかの制御を被写界深度の前端側に応用して行われる。
例えば、S103の(1)を応用する場合、CPU22はフォーカシングレンズ11bを一旦合焦位置まで戻してから所定のステップ幅分ずつ移動させて焦点評価値を演算する。S103の(2)を応用する場合、CPU22は主要被写体が被写界深度の前端よりも至近側に位置するようにフォーカシングレンズ11bを一旦大きく移動させた後、レンズ位置を所定のステップ幅分ずつ戻して焦点評価値を演算する。S103の(3)を応用する場合、CPU22は予め取得した焦点評価値に基づいて、主要被写体が被写界深度の前端に合致するレンズ位置にフォーカシングレンズ11bを位置決めする。S103の(4)を応用する場合、CPU22は前方被写界深度を近似的に演算し、フォーカシングレンズ11bのレンズ位置を調節する。
ステップS308:CPU22は、S307の状態で撮像素子13を駆動させて被写体像を撮影する。そして、画像処理部16は第3回目撮影の画像信号に基づいて、前景側のボケ度合いの情報を取得するための前景画像データを生成する(図15(c)参照)。この前景画像データの画像解像度(画素数)は、背景画像データ(S306)と同じ画像解像度(画素数)に設定される。また、前景画像データもバッファメモリ15に一時的に記録される。なお、第3実施形態では、CPU22はS308での撮影終了後にフォーカシングレンズ11bを予め定められた初期位置に戻す。
ステップS309:CPU22は、背景画像データ(S306)および前景画像データ(S308)の画像のボケ度合いをそれぞれ空間周波数解析によって検出する。空間周波数解析については上記のS105と共通するので説明を省略する。
ステップS310:CPU22は、背景画像データ(S306)および前景画像データ(S308)の画像において、ボケ度合いの値(S309)が閾値以上である画素ブロックをそれぞれ抽出する。
ステップS311:CPU22は、S310の画素ブロックの抽出結果に基づいて、ステップS304で撮影された本撮影画像の領域分割を実行する。まず、CPU22は背景画像データの抽出領域から「背景用マスク」を生成する(図16(a)参照)。この「背景用マスク」の領域は背景をぼかす部分(第2領域)に対応する。また、CPU22は前景画像データの抽出領域であって、背景画像データの抽出領域と重複しない領域を求めて「前景用マスク」を生成する(図16(b)参照)。この「前景用マスク」の領域は前景をぼかす部分(第2領域)に対応する。なお、「背景用マスク」および「前景用マスク」のいずれにも含まれない部分は、主要被写体が位置する領域(第1領域)に概ね対応することとなる。
ステップS312:CPU22は、背景画像データおよび前景画像データの画像解像度(画素数)を本撮影画像データの画像解像度(画素数)に変換し、上記の画素ブロックの位置と本撮影画像の各画素との対応関係を求める。これにより、背景画像データおよび前景画像データでの各画素ブロックのボケ度合いの値(S309)と、「背景用マスク」および「前景用マスク」(S311)とを本撮影画像データに変換して適用することが可能となる。
ステップS313:画像処理部16は、CPU22の指示により、本撮影画像データに対してボケ強調処理を施す(図16(c)参照)。このS313では、撮影画像データの背景用マスクの対応部分と前景用マスクの対応部分とで、それぞれ別々のボケ強調処理が施される。
まず、背景用マスクの対応部分におけるボケ強調処理を説明する。CPU22は、背景用マスク(S311)に基づいて、本撮影画像データにおいて背景をぼかす部分を指定する。次に、画像処理部16は、背景画像データのボケ度合いの値(S309)に基づいて、本撮影画像データの上記の指定部分(背景部分)にボケ強調処理を施す。
次に、前景用マスクの対応部分におけるボケ強調処理を説明する。CPU22は、前景用マスク(S311)に基づいて、本撮影画像データにおいて前景をぼかす部分を指定する。次に、画像処理部16は、前景画像データのボケ度合いの値(S309)に基づいて、本撮影画像データの上記の指定部分(前景部分)にボケ強調処理を施す。なお、各指定部分におけるボケ強調処理の詳細は上記のS108と共通するので説明を省略する。
以下、第3実施形態の効果を説明する。第3実施形態では、被写界深度の後端に対応する背景画像データ(S306)と、被写界深度の前端に対応する前景画像データ(S308)に基づいて、背景用マスクおよび前景用マスクが生成される(S311)。そして、背景用マスクおよび前景用マスクに基づいて、撮影画像データの背景部分および前景部分にそれぞれボケ強調処理が施される(S313)。したがって、第3実施形態では、前景および背景がともに大きくぼけた状態で非常に立体感の高いポートレート撮影調の画像を取得することが可能となる。
また、第3実施形態では、本撮影画像の背景部分は背景画像データに基づいて画像のボケ度合いを強調し、本撮影画像の前景部分は前景画像データに基づいて各々個別に画像のボケ度合いを強調することができる。したがって、実際の遠近感に近い自然なボケ具合の画像を得ることができる。
さらに、第3実施形態でも、背景画像データおよび前景画像データの画像解像度(画素数)は本撮影画像データよりも低く設定されているので、電子カメラの演算負荷を軽減することができる。また、第3実施形態においても、1回の撮影でボケのない撮影画像データとボケ強調処理後の撮影画像データとを取得することが可能である。
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上記の実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような形態であってもよい。
(1)第1実施形態では、被写界深度の後端に対応するレンズ位置で撮影を行う例を示したが、被写界深度の前端に対応するレンズ位置で撮影を行って、主要被写体の前景部分を大きくぼかすようにしてもよい。また、第2実施形態においても、被写界深度の前端に対応するレンズ位置で第2回目の撮影を行って、背景画像データの代わりに前景画像データを生成するようにしてもよい。
(2)本発明において、背景または前景のぼけた画像を撮影するレンズ位置は被写界深度の前端または後端に限定されず、被写界深度の範囲内において合焦位置以外であればどの位置であってもよい。第3実施形態の例で説明すると、主要被写体が被写界深度の前端よりも望遠側(奥)にある状態で前景画像データを撮影してもよい。同様に、主要被写体が被写界深度の後端よりも至近側(手前)にある状態で背景画像データを撮影してもよい。
(3)第3実施形態では撮影画像データの本撮影後に背景画像データおよび前景画像データを撮影する。このため、撮影者の所望のタイミングで撮影された画像に対してボケが付加されることになる。しかし、撮影の手順はこれに限定されるものではない。例えば、最初に前景画像データを撮影し、その後にレンズを移動させて本撮影画像データと背景画像データとを順次撮影してもよい。あるいは、最初に背景画像データを撮影し、その後にレンズを移動させて本撮影画像データと前景画像データとを順次撮影してもよい。これらの場合にはレンズの移動量が少なくなるので、1回の撮影動作の所要時間を短縮することができる。
(4)上記実施形態では1回のボタン操作でAF動作および撮影が行われる例を示したが、レリーズ釦の半押しでコントラスト検出方式のAF動作を行い、AF後のレリーズ釦の全押しで撮影を行うようにしてもよい。また、特に第2実施形態または第3実施形態では、レリーズ釦の半押しの段階でフォーカシングレンズを一定方向に走査させて被写界深度の前端および後端でスルー画像信号を取得し、このスルー画像信号から前景画像データおよび背景画像データを生成するようにしてもよい。
(5)第2実施形態または第3実施形態において、前景画像データおよび背景画像データを本撮影画像データと同じ画像解像度(画素数)で撮影してもよい。この場合には、空間周波数解析などの演算量は増加するが、より自然なボケ具合のポートレート調の撮影画像を得ることができる。また、この場合には、前景画像データおよび背景画像データの解像度(画素数)を本撮影画像データの解像度(画素数)に変換する工程は不要となる。
(6)上記実施形態において、例えば、高速フーリエ変換などの他の公知の空間周波数解析によって画像のボケ度合いを検出するようにしてもよい。
(7)上記実施形態の「ボケ強調モード」では、CPUは不図示の絞りをできるだけ開放側に設定して、撮影時の被写界深度を浅くするようにしてもよい。
第1実施形態の電子カメラの構成を示すブロック図 第1実施形態の電子カメラの「ボケ強調モード」での動作を示す流れ図 第1実施形態の「ボケ強調モード」での焦点調節状態の説明図 合焦状態での撮影画像、第1実施形態での撮影画像およびボケ強調処理後の画像を示す図 モノクロ画像における輪郭部分での階調変化を示す図 「ボケ強調モード」における第1領域の決定方法の説明図 画像のボケ度合いと画像処理によるボケの強調量の相関図 2種類の点拡がり関数のフィルタの特性を示す図 2種類の点拡がり関数のフィルタの特性を3次元的に示す図 第2領域の各部に異なるフィルタを適用する場合の説明図 第2実施形態の電子カメラの「ボケ強調モード」での動作を示す流れ図 第2実施形態の「ボケ強調モード」での焦点調節状態の説明図 第3実施形態の電子カメラの「ボケ強調モード」での動作を示す流れ図 第3実施形態の「ボケ強調モード」での焦点調節状態の説明図 第3実施形態での撮影画像、背景画像、前景画像を示す図 背景用マスク、前景用マスクおよびボケ強調処理後の画像を示す図 撮影距離に対する高域空間周波数成分の量の変化を説明する図
符号の説明
11…撮影レンズ、11b…フォーカシングレンズ、12…レンズ駆動部、13…撮像素子、16…画像処理部、17…圧縮伸長処理部、19…操作部材、22…CPU

Claims (14)

  1. 光軸方向に移動可能な焦点調節用レンズと、
    前記焦点調節用レンズを通過した被写体からの光束を光電変換して画像データを生成する撮影部と、
    主要被写体が被写界深度の範囲内に収まり、かつ前記主要被写体が合焦位置から外れる状態に前記焦点調節用レンズのレンズ位置を調整した調整状態において前記撮影部に前記画像データを生成させる制御部と、
    前記調整状態において生成される前記画像データの画像ボケ度合いを検出するボケ検出部と、
    前記調整状態において生成される前記画像データの画像を、主要被写体が位置する第1領域と前記主要被写体を含まない第2領域とに区画する画像分割部と、
    前記調整状態において生成される前記画像データの第2領域での画像ボケ度合いの大きさに応じて、前記画像データの第2領域での画像ボケ度合いを増幅するボケ強調部と、
    を備えたことを特徴とする撮影装置。
  2. 光軸方向に移動可能な焦点調節用レンズと
    前記焦点調節用レンズを通過した被写体からの光束を光電変換して1以上の画像データを生成する撮影部と、
    主要被写体に合焦した状態に前記焦点調節用レンズのレンズ位置を調整した合焦状態、および、前記主要被写体が合焦位置から外れる状態に前記焦点調節用レンズのレンズ位置を調整した調整状態において前記撮影部に前記画像データを生成させる制御部と、
    前記調整状態において生成される前記画像データの画像ボケ度合いを検出するボケ検出部と、
    前記調整状態において生成される前記画像データの画像を、主要被写体が位置する第1領域と前記主要被写体を含まない第2領域とに区画する画像分割部と、
    前記合焦状態において生成される撮影画像データに対して、前記調整状態において生成される前記画像データの第2領域での画像ボケ度合いの大きさに応じて、前記撮影画像データの第2領域での画像ボケ度合いを増幅するボケ強調部と、
    を備えたことを特徴とする撮影装置。
  3. 前記調整状態は、前記主要被写体が合焦する位置に対して被写界深度の前端側または後端側に位置する状態に前記レンズ位置が調整された状態であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮影装置。
  4. 前記調整状態は、前記主要被写体が合焦する位置に対して被写界深度の前端側および後端側に位置する状態に前記レンズ位置が調整された状態であることを特徴とする請求項2に記載の撮影装置。
  5. 前記前端側に位置する状態は、前記主要被写体が被写界深度の範囲内に位置する状態であり、
    前記後端側に位置する状態は、前記主要被写体が被写界深度の範囲内に位置する状態であることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の撮影装置。
  6. 前記前端側に位置する状態は、前記主要被写体が被写界深度の前端に位置する状態であり、
    前記後端側に位置する状態は、前記主要被写体が被写界深度の後端に位置する状態であることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の撮影装置。
  7. 前記制御部は、前記焦点調節用レンズのレンズ位置を移動させて前記撮影部の画像出力を解析し、該解析結果に基づいて前記調整状態のレンズ位置を決定することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の撮影装置。
  8. 前記ボケ検出部は、前記撮影画像データよりも解像度が低く設定された画像データを用いて前記画像ボケ度合いを検出することを特徴とする請求項2に記載の撮影装置。
  9. 前記撮影部によって生成された画像データを圧縮する圧縮回路をさらに備え、
    前記ボケ検出部は、前記圧縮回路を用いて、前記画像データの空間周波数成分を算出して前記画像ボケ度合いを検出することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の撮影装置。
  10. 前記画像分割部は、撮影時に選択された焦点検出エリアの位置情報および撮影時に主要被写体の位置決めに使用された構図補助フレームの情報の少なくとも一方に基づいて、前記主要被写体の位置を特定することを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の撮影装置。
  11. 前記第1領域の画像のコントラストを強調するコントラスト強調処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の撮影装置。
  12. ユーザーによる前記画像ボケ度合いの強調量の入力を受け付ける操作部をさらに備え、
    前記ボケ強調部は、前記強調量の入力に基づいて前記画像ボケ度合いの増幅量を変化させることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の撮影装置。
  13. 1回のレリーズ操作によって、前記撮影部での前記画像データの生成処理および前記ボケ強調部での前記画像ボケ度合いの増幅処理が実行されることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の撮影装置。
  14. 前記制御部は、1フレーム分の撮影動作終了後に前記焦点調節用レンズのレンズ位置を所定の初期位置に移動させることを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の撮影装置。
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