JP4714561B2 - 撮像装置および撮像方法 - Google Patents
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かかる技術は特許文献1のオートフォーカス装置、特許文献2の自動焦点検出装置に開示されている。特許文献1の開示では、暗い場合にはAF評価値を取得するエリアを大きくするようにしているが、不用意にAFエリアを拡大してしまうことによって、背景の影響を受けてしまい被写体に合焦しないという問題がある。
特許文献2の開示も同様に、暗い場合にAF評価値を取得するエリアを大きくするものであるが、周囲が明るく、かつ被写体が低コントラストのような環境においての考慮がなされておらず、この問題を改善する方法が望まれていた。
また、デジタルスチルカメラ等の電子撮像装置には、一般的に自動的に焦点を合わせるオートフォーカス(以下AF)装置が搭載されている。その方法として特許文献3に記載されている山登りAF制御が広く用いられている。
この山登りAF制御とは、1フィールドまたは1フレーム毎に得られた映像信号から高周波成分または近接画素の輝度差の積分値を求め、これを、合焦度合いを示すAF評価値とする制御である。
合焦状態にあるときは被写体のエッジ部分がはっきりしているためAF評価値は大きくなり、非合焦状態のときはAF評価値が小さくなる。AF動作実行時はレンズを移動させながらこのAF評価値を順次取得していき、AF評価値が最も大きくなったところを合焦点として、レンズを停止する。
デジタルスチルカメラのごときスチル画像を撮像する撮像装置では、一般的にビデオカメラ等の動画を撮影する撮影装置に比べ、厳密な合焦が要求される。このため、撮影動作のたびにAF動作を行うか、記録モードにおいて常に合焦動作を繰り返し行っている。
また、マクロモードのような近接撮影時に関しては、カメラと被写体との距離が近いため、カメラが影となってしまうことがあり、被写体のコントラストを損なってしまうため、合焦できないという問題もある。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、被写体と周囲の測光結果に基づき、AF評価値を取得するエリアを可変にすることにより、低コントラストや、暗時のようなAF評価値の山が低くなる、またはノイズによって複数の山が出現してしまうような環境においても合焦可能である撮像装置及び撮像方法を提案することにある。
被写体像を含む被写体エリアである画像データのコントラストを、フォーカスレンズを光軸方向に移動させながら検知することにより焦点を検知する自動焦点検知工程と、前記被写体像を複数の測光エリアに分割し、その分割した各測光エリアの評価値を得ることにより測光を行う測光工程と、前記複数の測光エリアの1つを被写体像を含む選定エリアとして選定するエリア位置選定工程と、被写体エリアの大きさを設定する被写体エリア設定工程と、少なくとも通常撮影モード及びマクロ撮影モードを選択できる撮影モード選択工程と、を備え、撮影レンズを通過してきた被写体及び被写体周辺からの光を受光して画像データを得る撮像方法において、前記被写体エリア設定工程は、前記撮影モード選択工程においてマクロ撮影モードが選択された場合に、前記測光手段で得られた各測光エリアの評価値のうち、前記エリア位置選定工程により選定された選定エリアと前記選定エリア周辺の測光エリアとの評価値を比較して、前記選定された選定エリアよりも評価値が大きい前記選定エリア周辺の測光エリアを抽出し、前記抽出された測光エリアに基づいて、前記選定エリアである測光エリアよりも評価値が大きい方向に対してのみ被写体エリアを大きく設定することを特徴とする。
最初に本実施形態のデジタルスチルカメラの動作概要を説明する。先ず、図1乃至図3を参照して、操作キーユニット(SW1〜SW13)について説明する。デジタルカメラ3の操作キーユニットにおいては、SW1はレリーズシャッタボタン、SW2はモードダイアルスイッチ、SW3hズームスイッチ(WIDE)、SW4はズームスイッチ(TELE)を示している。
また操作キーユニットにおいては、SW5はセルフタイマ/削除スイッチ、SW6はメニュースイッチ、SW7は上/ストロボスイッチ、SW8は右スイッチ、SW9はディスプレイスイッチ、SW10は下/マクロスイッチ、SW11は左/画像確認スイッチ、SW12はOKスイッチ、そしてSW13は電源スイッチを示している。
図1乃至図4に示すように、鏡胴ユニット7は、被写体の光学画像を取り込むズームレンズ7−1a、ズーム駆動モータ7−1bからなるズーム光学系7−1、フォーカスレンズ7−2a、フォーカス駆動モータ7−2bからなるフォーカス光学系7−2、絞り7−3a、絞りモータ7−3bからなる絞りユニット7−3、メカシャッタ7−4a、メカシャッタモータ7−4bからなるメカシャッタユニット7−4、各モータを駆動するモータドライバ7−5を有している。
そして、モータドライバ7−5は、リモコン受光部6の入力や操作キーユニット(SW1〜SW13)の操作入力に基づく、後述するデジタルスチルカメラプロセッサ16内にあるCPUブロック16−3からの駆動指令により駆動制御される。
ROM18には、CPUブロック16−3にて解読可能なコードで記述された制御プログラムや、制御するためのパラメータが格納されている。このデジタルスチルカメラの電源がオン状態になると、前記プログラムは図示してないメインメモリにロードされる。
CPUブロック16−3は、そのプログラムに従って装置各部の動作を制御するとともに、制御に必要なデータ等を一時的にRAM17及び後述するデジタルスチルカメラプロセッサ16内にあるローカルSRAM16−4に保存する。
ROM18として書き換え可能なフラッシュROMを使用することで、制御プログラムや制御するためのパラメータを変更することが可能となり、機能のバージョンアップが容易に行える。
CCD8は光学画像を光電変換するための固体撮像素子である。F/E(フロント/エンド)−IC14は、画像ノイズ除去用相関二重サンプリングを行うCDS14−1、利得調整を行うAGC14−2、デジタル信号変換を行うA/D14−3を有している。
また、F/E−IC14は、CCD1制御(信号処理)ブロック16−1から、垂直同期信号(以下、VDと記す)、水平同期信号(以下、HDと記す)の供給を受け、CPUブロック16−3によって制御されるCCD8、及びF/E−IC14の駆動タイミング信号を発生するTG(タイミング発生器)14−4を有している。
デジタルスチルカメラプロセッサ16は、また、パソコンなどの外部機器とUSB通信を行うUSBブロック16−5、パソコンなどの外部機器とシリアル通信を行うシリアルブロック16−6、JPEG圧縮・伸張を行うJPEG CODEC(ジェイペグ・コーデック)ブロック16−7、画像データのサイズを補間処理により拡大/縮小するリサイズブロック16−8、画像データを液晶モニタやTVなどの外部表示機器に表示するためのビデオ信号に変換するTV信号表示ブロック16−9、撮影された画像データを記録するメモリカードの制御を行うメモリカードコントローラブロック16−10を有している。
SDRAM15は、前述したデジタルスチルカメラプロセッサ16で画像データに各種処理を施す際に、画像データを一時的に保存する。保存される画像データは、例えば、CCD8から、F/E−IC14を経由して取り込んで、CCD1制御ブロック16−1でホワイトバランス設定、ガンマ設定が行われた状態の「RAW−RGB画像データ」、CCD2制御ブロック16−2で輝度データ及び色差データ変換が行われた状態の「YUV画像データ」、又はJPEG CODECブロック16−7で、JPEG圧縮された「JPEG画像データ」などである。
内蔵メモリ29は、前述したメモリカードスロット30にメモリカードが装着されていない場合でも、撮影した画像データを記憶できるようにするためのメモリである。
LCDドライバ25は後述するLCDモニタ28を駆動するドライブ回路であり、TV信号表示ブロック16−9から出力されたビデオ信号を、LCDモニタ28に表示するための信号に変換する機能も有している。
LCDモニタ28は、撮影前に被写体の状態を監視・撮影した画像を確認し、メモリカードや前述した内蔵メモリ29に記録した画像データを表示するなどの役割を実施するためのモニタである。
ビデオAMP26は、TV信号表示ブロック16−9から出力されたビデオ信号を、75Ωインピーダンス変換するためのアンプである。ビデオジャック27はTVなどの外部表示機器と接続するためのジャックである。USBコネクタ31はパソコンなどの外部機器とUSB接続を行うためのコネクタである。
シリアルドライバ回路32−1は、パソコンなどの外部機器とシリアル通信を行うために、前述したシリアルブロック16−6の出力信号を電圧変換するための回路である。また、RS−232Cコネクタ32−2はパソコンなどの外部機器とシリアル接続を行うためのコネクタである。
サブLCD9は、例えば、撮影可能枚数など表示するための表示部である。LCDドライバ20は、前述したサブCPU19の出力信号により、前述したサブLCD9を駆動するためのドライブ回路である。
AF LED12は撮影時の合焦状態を表示するためのLEDであり、また、ストロボLED13はストロボ充電状態を表すためのLEDである。なお、このAF LED12とストロボLED13を、メモリカードアクセス中などの別の表示用途に使用しても良い。操作キーユニット(SW1〜SW13)は、ユーザが操作するキー回路であり、リモコン受光部6は、ユーザが操作したリモコン送信機の信号の受信部である。
音声記録ユニット23は、ユーザが音声信号を入力するマイク23−3、入力された音声信号を増幅するマイクAMP23−2、増幅された音声信号を記録する音声記録回路23−3からなっている。
音声再生ユニット24は、音声信号を出力するスピーカ24−3、記録された音声信号をスピーカ24−3から出力できる信号に変換する音声再生回路24−1、及び変換された音声信号を増幅し、かつスピーカ24−3を駆動するためのオーディオAMP24−2からなっている。
さらにCCD8、F/E−IC14、LCDディスプレイ(モニタ)28等の各部に電源を投入して動作を開始させる。各部の電源が投入されると、ファインダモードの動作が開始される。
ファインダモードでは、レンズを通して撮像素子(CCD)8に入射した光は、電気的に変換されてアナログ信号のR、G、BとしてCDS回路14−1、A/D変換器14−3に送られる。
A/D変換でデジタル信号に変換されたそれぞれの信号はデジタル信号処理IC(CCD2信号処理ブロック16−2)内のYUV変換部でYUV信号に変換されて、デジタルスチルカメラプロセッサ16内のメモリコントローラによってフレームメモリ(SDRAM15)に書き込まれる。
このYUV信号はメモリコントローラに読み出されて、表示出力制御部(TV信号表示ブロック16−9)を介してTVやLCDモニタ28へ送られて表示が行われる。この処理が1/30秒間隔で行われ、1/30秒ごとに更新されるファインダモードの表示となる。
AF評価値は、例えば、高周波成分抽出フィルタの出力積分値や、近接画素の輝度差の積分値によって作成される。合焦状態にあるときは、被写体のエッジ部分がはっきりとしているため、高周波成分が一番高くなる。これを利用して、AFによる合焦検知動作時は、それぞれのフォーカスレンズ位置におけるAF評価値を取得して、その極大になる点を合焦位置としてAFを実行する。
また、AE評価値は、デジタルRGB信号を幾つかのエリアに分割しそのエリア内の輝度データを用いる。各エリア内の画素に対して所定の閾値を超えるものを対象画素とし、その輝度値を加算、対象画素数で乗算することによって求められる。各エリアの輝度分布により、適正露光量を算出し、次のフレームの取り込みに対し補正を行う。
合焦範囲が無限から至近までの全領域であった場合、フォーカスレンズ7−2aは至近から無限、または無限から至近までの間の各フォーカス位置を移動し、デジタル信号処理IC(CCD1信号処理ブロック16−1)で作成された各フレーム(=各フォーカス位置)におけるAF評価値を回路が読み出す。各フォーカス位置のAF評価値が極大になる点を合焦位置として、フォーカスレンズ7−2aを合焦位置に移動する。
AF完了後にCCD8から取り出されたアナログRGB信号はデジタルRGB信号に変換され、デジタル信号処理IC(CCD1信号処理ブロック16−1)を介してフレームメモリ(SDRAM15)に格納される。デジタルRGB信号は再度デジタル信号処理回路(CCD2信号処理ブロック16−2)に読み込まれ、YUVデータに変換されて、フレームメモリに書き戻される。
スチル画像撮像時はYUV変換された画像データはデジタルスチルカメラプロセッサ16内の画像圧縮伸張回路(JPEG CODEC(ジェイペグ・コーデック)ブロック16−7)に送られる。画像圧縮伸張回路に送られたYUVデータは圧縮され、フレームメモリ(SDRAM15)に書き戻される。フレームメモリの圧縮データはデジタル信号処理回路を介して読み出され、フレームメモリ(SDRAM15)に格納される。
次に本発明の特徴となる動作を説明する。図5において、画面の中央の十字マーク周辺がAF評価値の取得領域であり、点線で囲まれた部分である(実際のカメラ画面としてはこの点線の領域は表示しないようにしている)。
図1のカメラのレリーズシャッタボタンSW1は2段階のスイッチになっており、半押しで合焦動作を行い、さらに押し込むと記録動作を実行する。この時の合焦動作は、図5の画面に表示された十字マークの位置に基づいてその十字マークを囲むような矩形領域をAF評価値の取得領域として設定しかつ実行している。
図6はエリア位置変更モード画面を示す図である。図7はエリア位置移動画面を示す図である。図8はエリア位置決定画面を示す図である。図9はエリア拡大設定画面を示す図である。
本発明の実施形態ではないが、参考実施形態として、デジタルスチルカメラについて説明する。図5の状態の時に、下/マクロスイッチSW10を押すと、図6のようなエリア位置変更モード画面へ変更される。
ここでエリア位置変更モードは画面上でのAF評価値取得領域を移動することを可能とするモードである。また、エリア枠変更モードはAF評価値取得領域の大きさを変更することを可能とするモードである。
エリア位置変更モード時、図3の上下左右スイッチSW7、SW10、SW11、SW8のいずれかを押すと、画面中心に表示されている十字マークを移動させることができる。画面内の任意の場所に移動させ(図7)、その後OKスイッチボタンSW12(図3)を押すと十字マークがその位置に固定される(図8)。固定した際にAF評価値を取得する領域が再設定される(図9)。
まず、AFエリアの位置を確認する(S1)。確認した後、そのAFエリアに対応する測光エリアを選定する。この実施の形態では、測光エリアを図11のように画面を9つに分割した測光エリアとしている。今、図8の状態であるのならば、図11に示す測光エリア3がAFエリアに対応する測光エリアである。
次に、その選定した測光エリア、すなわち、被写体を含むもしくは被写体に近い測光エリアと被写体周辺の測光エリアの輝度を算出し、AFエリアと周辺の測光エリア輝度差が大きいかどうかを判断する(S2)。選定した測光エリアの輝度値と周辺の測光エリアの輝度値との差が大きい場合はステップS4へ、そうでない場合はステップS3へ進む。
ステップS3へ進んだ場合はその選定した測光エリアと周辺の測光エリアの輝度値が所定の輝度値かどうかを、すなわち、被写体及び周辺の測光エリアの輝度が低いかどうかを判断する。ここで所定の輝度とは、山登りAFが可能な輝度を指し、この実施の形態ではLv3としている。
もし選定測光エリアと周辺の測光エリアが所定の輝度値を下回るのであれば、ステップS4へ進んで、全体AFエリアの拡大処理を行う。そうでなければステップS5へ進んで、山登りAF処理を開始する。
上述したように、ステップS4では図8の点線で示したAFエリアを拡大する処理を行う。実際には、AFエリアを拡大し過ぎると背景側に引っ張られる恐れがあるため、現状では縦・横ともに20%拡大することにする(図9)。ステップS5で山登りAFを開始し、ピーク位置を算出する。
図12はAFエリア設定処理を説明するフローチャートである。図13はAFエリアを示す図である。図14はAFエリア全体を拡大して示す図である。図15は破線で輝度が高い部分を示している分割された測光エリアを示す図である。図16は部分的に拡大されたAFエリアを示す図である。
図1のレリーズシャッタボタンSW1を半押しすると、図12のフローチャートの処理が実行される。まず、AFエリアの位置を確認する(S10)。確認した後、そのAFエリアに対応する測光エリアを選定する。測光エリアは図11に示すとおりで、今、図13に示す状態であるならば、図11の測光エリア5がAFエリアに対応する測光エリアである。
次に、その選定した測光エリアとその周辺の測光エリアの輝度を算出し、AFエリア(被写体)と周辺の測光エリアの輝度差が大きいかどうかを判断する(S11)。選定した測光エリアの輝度値と周辺の測光エリアの輝度値との差が大きい場合はステップS13へ、そうでない場合はステップS12へ進む。
ステップS15は第1の実施形態のステップS4と同じでAFエリアを全体的に拡大し(図14)、ステップS16へ進む。ステップS13では選定した測光エリアと周辺の測光エリアの輝度差を比較する。
今、測光エリア5(図11)が選定した測光エリアにあたるため、周辺の測光エリアとしては測光エリア1〜4、6〜9が該当する。この測光エリアの中から、選定したエリアよりも輝度値が大きい測光エリア番号を抽出し、ステップS14へ進む。
ステップS14ではステップS13で抽出された測光エリアを読み出し、その測光エリアがある方向にのみAFエリアを拡大する。例えば、図15のように測光エリア6、測光エリア8、測光エリア9が記録されている場合は、AFエリアは右・斜め下・下方向に拡大される(図16)。ステップS16では決定したAFエリアに対して、山登りAFを開始し、ピーク位置を算出する。
上記の第1の及び第2の実施の形態のように、マクロモードのような撮影に対し、被写体の輝度が低いもしくは低コントラストのような山登りAFが苦手とする環境に対しても、輝度の高いほうにAFエリアを拡大することによりピーク位置を算出することが可能となる。また、近接した際に、カメラが影となり合焦しづらい環境においても、AFエリアを拡大することにより改善される。
Claims (4)
- 撮影レンズを通過してきた被写体及び被写体周辺からの光を受光して画像データを得る撮像装置において、
被写体像を含む被写体エリアのコントラストを検知することにより焦点を検知する自動焦点検知手段と、
前記被写体像を複数の測光エリアに分割し、分割した各測光エリアの評価値を得ることにより測光を行う測光手段と、
前記複数の測光エリアの1つを被写体像を含む選定エリアとして選定するエリア位置選定手段と、被写体エリアの大きさを設定する被写体エリア設定手段と、を備え、
前記被写体エリア設定手段は、マクロ撮影モードが選択された場合に前記測光手段で得られた各測光エリアの評価値のうち、前記エリア位置選定手段により選定された選定エリアと前記選定エリア周辺の測光エリアとの評価値を比較して、前記選定された選定エリアよりも評価値が大きい前記選定エリア周辺の測光エリアを抽出し、
前記抽出された測光エリアに基づいて、前記選定エリアである測光エリアよりも評価値が大きい方向に対してのみ被写体エリアを大きく設定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1記載の撮像装置において、前記被写体エリア設定手段は、前記評価値の比較の結果、前記被写体を含む選定エリアである測光エリアの評価値が前記被写体周辺の測光エリアとともに所定の大きさに満たない場合は、前記被写体エリアを大きく設定することを特徴とする撮像装置。
- 被写体像を含む被写体エリアである画像データのコントラストを、フォーカスレンズを光軸方向に移動させながら検知することにより焦点を検知する自動焦点検知工程と、前記被写体像を複数の測光エリアに分割し、その分割した各測光エリアの評価値を得ることにより測光を行う測光工程と、前記複数の測光エリアの1つを被写体像を含む選定エリアとして選定するエリア位置選定工程と、被写体エリアの大きさを設定する被写体エリア設定工程と、少なくとも通常撮影モード及びマクロ撮影モードを選択できる撮影モード選択工程と、を備え、撮影レンズを通過してきた被写体及び被写体周辺からの光を受光して画像データを得る撮像方法において、
前記被写体エリア設定工程は、前記撮影モード選択工程においてマクロ撮影モードが選択された場合に、前記測光手段で得られた各測光エリアの評価値のうち、前記エリア位置選定工程により選定された選定エリアと前記選定エリア周辺の測光エリアとの評価値を比較して、前記選定された選定エリアよりも評価値が大きい前記選定エリア周辺の測光エリアを抽出し、前記抽出された測光エリアに基づいて、前記選定エリアである測光エリアよりも評価値が大きい方向に対してのみ被写体エリアを大きく設定することを特徴とする撮像方法。 - 請求項3記載の撮像方法において、前記被写体エリア設定工程では、前記評価値の比較結果により前記被写体を含むもしくは被写体に近い測光エリアの評価値が前記被写体周辺の測光エリアとともに所定の大きさに満たない場合、前記被写体エリアを大きく設定することを特徴とする撮像方法。
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