JP5013852B2 - 画角補正装置及び方法並びに撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、フォーカスレンズの移動に伴う画角変動を補正するための画角補正装置及び画角補正方法に関する。また、それを利用した撮像装置に関する。
フォーカスレンズ及びズームレンズを含む光学系を備えた撮像装置において、フォーカシングによってフォーカスレンズの位置が変化すると、ズームレンズの位置は変化していないにも関わらず、あたかもズーム操作を行ったかのように画角が変動してしまうという現象が知られている。
近年は、撮像装置の小型化及び低コスト化に伴ってレンズの性能劣化が顕著となってきており、特に最至近距離(MOD;Minimum Object Distance)が短くなるように光学系を設計した際、フォーカシングにより焦点距離が変動しそれに伴って画角が変動するという問題が顕著となって、フォーカシング時においてユーザに違和感を覚えさせる。
この問題に鑑み、フォーカシングに伴う画角変動をズームレンズ移動によって排除しようとする技術が提案されている(下記特許文献1〜4参照)。
この技術について簡単に説明する。フォーカスレンズの位置をフォーカス位置と呼び、ズームレンズの位置をズーム位置と呼ぶ。フォーカスレンズの無限端から至近端までの全移動範囲に対して、画角を一定に維持するズーム位置は、図16に示される各曲線によって表される(図中では、便宜上、直線で示している)。同16に示す各曲線を、以下、等画角曲線と呼ぶ。等画角曲線は、フォーカス位置を横軸、ズーム位置を縦軸にとった座標面上において、画角が等しい座標点を結んだ軌跡であり、この座標面上の全ての点は何れかの等画角曲線に属している。尚、図16では、便宜上、等画角曲線を離散的に示している。
図16において、点αは、至近端且つワイド端を示す点であり、点βは、無限端且つテレ端を示す点である。点αは、等画角曲線UA上にあり、点βは、等画角曲線UB上にある。
今、等画角曲線Um上の点Vmにフォーカス位置及びズーム位置が設定されているとする。ここで、フォーカシングによってフォーカス位置が無限端側または至近端側に移動した場合、点Vmを起点として、ズーム位置を等画角曲線Umに沿って図16の矢印WまたはW'で表される方向に移動させる。これにより、フォーカス位置変化に伴う画角変動を排除して画角を一定に保つ。
特開平10−282396号公報 特開2000−235141号公報 特開2001−51181号公報 特開2001−124975号公報
しかしながら、この手法は、等画角曲線UAよりワイド端側の等画角曲線(例えば、等画角曲線UAA)及び等画角曲線UBよりテレ端側の等画角曲線(例えば、等画角曲線UBB)に対して適用することはできない。例えば、等画角曲線UAA上の点VAAにフォーカス位置及びズーム位置が設定されている状態において、フォーカス位置が至近端側に移動した場合、この移動に伴う画角変動を排除するためにはズーム位置をよりワイド端側に移動させる必要がある。ところが、ズーム位置は既に可動範囲の限界に位置しているため、これができず、結果として、フォーカス位置変化に伴う画角変動を補正することができない。
等画角曲線UA及びUBを超えるズーム操作を禁止すれば、フォーカス位置変化に伴う画角変動を常に排除することが可能となるが、そうすると、ズーム位置の移動範囲に制限が加わってしまう。フォーカス位置変化に伴う画角変動を常に排除するべく制限されたズーム位置の移動範囲を、図17の斜線範囲にて示す。
そこで本発明は、ズーム位置の移動範囲に制限を加えることなく、フォーカス位置変化に伴う出力画像の画角変動を抑制することができる画角補正装置及び画角補正方法並びに撮像装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係る画角補正装置は、フォーカスレンズの位置に基づいて電子ズーム倍率を設定する電子ズーム倍率設定手段と、設定した前記電子ズーム倍率にて入力画像に対して電子ズームを行うことにより、前記フォーカスレンズの移動に伴う出力画像の画角変動を抑制する電子ズーム手段と、を備えたことを特徴とする。
これにより、ズーム位置の移動範囲に制限を加えることなく、フォーカス位置変化に伴う出力画像の画角変動を抑制することが可能となる。
具体的には例えば、前記電子ズーム倍率設定手段は、前記フォーカスレンズの位置とズームレンズの位置に基づいて前記電子ズーム倍率を設定する。
また具体的には例えば、前記フォーカスレンズの所定の移動範囲内において、最小の画角が得られる前記フォーカスレンズの位置を第1レンズ位置と呼ぶと共に最大の画角が得られる前記フォーカスレンズの位置を第2レンズ位置と呼んだ場合、前記電子ズーム倍率設定手段は、前記フォーカスレンズの位置が前記第1レンズ位置にあるときに前記電子ズーム倍率を基準倍率に設定し、前記フォーカスレンズの位置が前記第1レンズ位置から前記第2レンズ位置に向かうにつれて前記電子ズーム倍率を前記基準倍率から増大させる。
また具体的には例えば、当該画角補正装置は、オートフォーカス制御の実行時において、前記フォーカスレンズの移動範囲として特定移動範囲を定める移動範囲設定手段を更に備え、前記特定移動範囲内において、最小の画角が得られる前記フォーカスレンズの位置を第3レンズ位置と呼ぶと共に最大の画角が得られる前記フォーカスレンズの位置を第4レンズ位置と呼んだ場合、前記電子ズーム倍率設定手段は、前記オートフォーカス制御の実行時において、前記フォーカスレンズの位置が前記第3レンズ位置にあるときに前記電子ズーム倍率を基準倍率に設定し、前記フォーカスレンズの位置が前記第3レンズ位置から前記第4レンズ位置に向かうにつれて前記電子ズーム倍率を前記基準倍率から増大させる。
また例えば、前記オートフォーカス制御は、合焦レンズ位置を比較的粗く探索する第1オートフォーカス制御と、前記第1オートフォーカス制御の探索結果に基づいて前記合焦レンズ位置を比較的細かく探索する第2オートフォーカス制御と、を含み、前記移動範囲設定手段は、前記第1オートフォーカス制御によって探索された前記合焦レンズ位置を基準とする、前記第2オートフォーカス制御の実行時における前記フォーカスレンズの移動範囲を、前記特定移動範囲とする。
そして例えば、前記第2オートフォーカス制御によって前記合焦レンズ位置が探索された後において、探索された合焦レンズ位置に前記フォーカスレンズを配置した際における前記電子ズーム倍率が前記基準倍率と異なるとき、前記電子ズーム倍率を前記基準倍率とする一方で、それに伴う前記出力画像の画角変動を光学ズームによって抑制する。
これにより、合焦時における解像度低下を抑制することが可能となる。その結果、撮影時の解像度低下を抑制することができる。
また具体的には例えば、前記電子ズーム手段は、前記電子ズーム倍率に従って前記入力画像の一部画像を拡大することにより前記出力画像を得る。
また、上記目的を達成するために本発明に係る撮像装置は、前記フォーカスレンズを含む光学系を有した撮像手段と、上記の何れかに記載の画角補正装置と、を備えた撮像装置であって、前記画角補正装置は、前記撮像手段にて得られた撮影画像を前記入力画像として取り扱って前記出力画像を得ることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために本発明に係る画角補正方法は、フォーカスレンズの位置に基づいて電子ズーム倍率を設定し、設定した前記電子ズーム倍率にて入力画像に対して電子ズームを行うことにより、前記フォーカスレンズの移動に伴う出力画像の画角変動を抑制することを特徴とする。
本発明によれば、ズーム位置の移動範囲に制限を加えることなく、フォーカス位置変化に伴う出力画像の画角変動を抑制することができる画角補正装置及び画角補正方法並びに撮像装置を提供することができる。
本発明の意義ないし効果は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも本発明の一つの実施形態であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。後に第1〜第3実施例を説明するが、まず、各実施例に共通する事項又は各実施例にて参照される事項について説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る撮像装置1の全体ブロック図である。撮像装置1は、例えば、静止画及び動画を撮影可能なデジタルビデオカメラである。但し、撮像装置1は、静止画のみを撮影可能なデジタルスチルカメラであってもよい。
撮像装置1は、撮像部11と、AFE(Analog Front End)12と、映像信号処理部13と、マイク14と、音声信号処理部15と、圧縮処理部16と、内部メモリの一例としてのSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)17と、メモリカード18と、伸張処理部19と、映像出力回路20と、音声出力回路21と、TG(タイミングジェネレータ)22と、CPU(Central Processing Unit)23と、バス24と、バス25と、操作部26と、表示部27と、スピーカ28と、を備えている。操作部26は、録画ボタン26a、シャッタボタン26b及び操作キー26c等を有している。撮像装置1内の各部位は、バス24又は25を介して、各部位間の信号(データ)のやり取りを行う。
まず、撮像装置1及び撮像装置1を構成する各部位の、基本的な機能について説明する。
TG22は、撮像装置1全体における各動作のタイミングを制御するためのタイミング制御信号を生成し、生成したタイミング制御信号を撮像装置1内の各部に与える。具体的には、タイミング制御信号は、撮像部11、映像信号処理部13、音声信号処理部15、圧縮処理部16、伸張処理部19及びCPU23に与えられる。タイミング制御信号は、垂直同期信号Vsyncと水平同期信号Hsyncを含む。
CPU23は、撮像装置1内の各部の動作を統括的に制御する。操作部26は、ユーザによる操作を受け付ける。操作部26に与えられた操作内容は、CPU23に伝達される。SDRAM17は、フレームメモリとして機能する。撮像装置1内の各部は、必要に応じ、信号処理時に一時的に各種のデータ(デジタル信号)をSDRAM17に記録する。
メモリカード18は、外部記録媒体であり、例えば、SD(Secure Digital)メモリカードである。尚、本実施形態では外部記録媒体としてメモリカード18を例示しているが、外部記録媒体を、1または複数のランダムアクセス可能な記録媒体(半導体メモリ、メモリカード、光ディスク、磁気ディスク等)で構成することができる。
図2は、図1の撮像部11の内部構成図である。撮像部11にカラーフィルタなどを用いることにより、撮像装置1は、撮影によってカラー画像を生成可能なように構成されている。
図2の撮像部11は、光学系35と、絞り32と、撮像素子33と、ドライバ34と、位置検出部37と、を有している。光学系35は、ズームレンズ30、フォーカスレンズ31及び補正レンズ36を含む複数枚のレンズを備えて構成される。ズームレンズ30及びフォーカスレンズ31は光軸方向に移動可能であり、補正レンズ36は、光軸に直交する2次元平面上を移動可能なように光学系35内に設置される。
ドライバ34は、CPU23からのズーム制御信号に基づいてズームレンズ30の移動を制御すると共に、CPU23からのフォーカス制御信号に基づいてフォーカスレンズ31の移動を制御する。また、ドライバ34は、CPU23からの絞り制御信号に基づいて絞り32の開度(開口部の大きさ)を制御する。また更に、ドライバ34は、CPU23からの手ぶれ補正制御信号に基づいて、手ぶれに由来する撮像素子33の撮像面上の光学像のぶれがキャンセルされるように、補正レンズ36の位置を制御する。
位置検出部37は、フォトインタラプタ(不図示)等から成り、光学系35におけるズームレンズ30の位置(以下、「ズーム位置」という)及びフォーカスレンズ31の位置(以下、「フォーカス位置」ともいう)を検出して、位置検出信号を出力する。位置検出信号は、検出したズーム位置を表すズーム位置検出信号と検出したフォーカス位置を表すフォーカス位置検出信号とから成る。ズーム位置に応じて撮像部11の光学ズーム倍率が定まる。或る被写体に関し、光学ズーム倍率が増大すれば、撮像素子33上に表れる該被写体の像は増大する。ズーム位置は、操作部26に対する操作によって変更可能である。
被写体からの入射光は、光学系35を構成する各レンズ及び絞り32を介して、撮像素子33に入射する。光学系35を構成する各レンズは、被写体の光学像を撮像素子33上に結像させる。TG22は、上記タイミング制御信号に同期した、撮像素子33を駆動するための駆動パルスを生成し、該駆動パルスを撮像素子33に与える。
撮像素子33は、例えばCCD(Charge Coupled Devices)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等からなる。撮像素子33は、光学系35及び絞り32を介して入射した光学像を光電変換し、該光電変換によって得られた電気信号をAFE12に出力する。より具体的には、撮像素子33は、マトリクス状に二次元配列された複数の画素(受光画素;不図示)を備え、各撮影において、各画素は露光時間に応じた電荷量の信号電荷を蓄える。蓄えた信号電荷の電荷量に比例した大きさを有する各画素からの電気信号は、TG22からの駆動パルスに従って、後段のAFE12に順次出力される。
AFE12は、撮像部11(撮像素子33)から出力されるアナログ信号を増幅し、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。AFE12は、このデジタル信号を、順次、映像信号処理部13に出力する。
映像信号処理部13は、AFE12の出力信号に基づいて、撮像部11によって撮影された画像(以下、「撮影画像」又は「フレーム画像」ともいう)を表す映像信号を生成する。映像信号は、撮影画像の輝度を表す輝度信号Yと、撮影画像の色を表す色差信号U及びVと、から構成される。映像信号処理部13にて生成された映像信号は、圧縮処理部16と映像出力回路20に送られる。
図3に映像信号処理部13の内部ブロック図を示す。映像信号処理部13は、AE評価部41と、AF評価部42、動き検出部43及び電子ズーム処理部44を含む。それらが、映像信号処理部13の外部の検出処理部(不図示)に備えられていると考えても構わない。
AE評価部41は、撮影画像の明るさに応じたAE評価値を算出する。CPU23は、AE評価値に応じて図2のドライバ34を介して絞り32の開度(及び必要に応じてAFE12における信号増幅の増幅度)を調節することにより、受光量(画像の明るさ)を制御する。
AF評価部42は、撮影画像に設けられたAF評価領域(焦点評価領域)内の画像のコントラスト量に応じたAF評価値(焦点評価値)を算出する。CPU23は、AF評価値に応じて上述のフォーカス制御信号を生成することによりフォーカスレンズ31の位置を制御し、これによって、AF評価領域に収まる被写体の光学像を撮像素子33の撮像面上に結像させる。
図4に、AF評価部42の内部ブロック図を示す。AF評価部42は、抽出部51、HPF(ハイパスフィルタ)52及び積算部53を、有して構成される。AF評価部42は、1つの撮影画像について1つのAF評価値(焦点評価値)を算出する。
抽出部51は、撮影画像を表す映像信号から、撮影画像内に定義されたAF評価領域(焦点評価領域)内の輝度信号を抽出する。HPF52は、抽出部51によって抽出された輝度信号中の所定の高域周波数成分を抽出する。
積算部53は、HPF52によって抽出された高域周波数成分の絶対値を積算することにより、AF評価領域内の画像のコントラスト量に応じたAF評価値を求める。撮影画像ごとに算出されたAF評価値は、CPU23に逐次伝達される。AF評価値は、該コントラスト量に概ね比例し、該コントラスト量が増大するにつれて増大する。
CPU23は、逐次与えられるAF評価値を一時記憶し、AF評価値が最大値付近に保たれるように、所謂山登り制御を用いて、ドライバ34を介してフォーカスレンズ31の位置を制御する(図2及び図3参照)。フォーカスレンズ31が移動するに従い、画像のコントラストは変化し、AF評価値も変化する。CPU23は、山登り制御によって、AF評価値が大きくなる方向にフォーカスレンズ31の位置を制御する。この結果、同一の光学像に対する、AF評価領域内の画像のコントラスト量は、最大値付近に保たれる。
動き検出部43は、例えば、公知の画像マッチング法(例えば、ブロックマッチング法や代表点マッチング法)を用いて、隣接するフレーム画像間における画像の動きを検出する。電子ズーム処理部44の機能については後述する。
図1のマイク14は、外部から与えられた音声(音)を、アナログの電気信号に変換して出力する。音声信号処理部15は、マイク14から出力される電気信号(音声アナログ信号)をデジタル信号に変換する。この変換によって得られたデジタル信号は、マイク14に対して入力された音声を表す音声信号として圧縮処理部16に送られる。
圧縮処理部16は、映像信号処理部13からの映像信号を、所定の圧縮方式を用いて圧縮する。動画または静止画撮影時において、圧縮された映像信号はメモリカード18に送られる。また、圧縮処理部16は、音声信号処理部15からの音声信号を、所定の圧縮方式を用いて圧縮する。動画撮影時において、映像信号処理部13からの映像信号と音声信号処理部15からの音声信号は、圧縮処理部16にて時間的に互いに関連付けられつつ圧縮され、圧縮後のそれらはメモリカード18に送られる。
録画ボタン26aは、ユーザが動画(動画像)の撮影の開始及び終了を指示するための押しボタンスイッチであり、シャッタボタン26bは、ユーザが静止画(静止画像)の撮影を指示するための押しボタンスイッチである。
撮像装置1の動作モードには、動画及び静止画の撮影が可能な撮影モードと、メモリカード18に格納された動画または静止画を表示部27に再生表示する再生モードと、が含まれる。操作キー26cに対する操作に応じて、各モード間の遷移は実施される。
撮影モードでは、所定のフレーム周期(例えば、1/60秒)にて順次撮影が行われる。撮影モードにおいて、ユーザが録画ボタン26aを押下すると、CPU23の制御の下、その押下後の各フレームの映像信号及びそれに対応する音声信号が、順次、圧縮処理部16を介してメモリカード18に記録される。再度、録画ボタン26aを押下すると、動画撮影は終了する。つまり、映像信号及び音声信号のメモリカード18への記録は終了し、1つの動画の撮影は完了する。
また、撮影モードにおいて、ユーザがシャッタボタン26bを押下すると、静止画の撮影が行われる。具体的には、CPU23の制御の下、その押下後の1つのフレームの映像信号が、静止画を表す映像信号として、圧縮処理部16を介してメモリカード18に記録される。
再生モードにおいて、ユーザが操作キー26cに所定の操作を施すと、メモリカード18に記録された動画または静止画を表す圧縮された映像信号は、伸張処理部19に送られる。伸張処理部19は、受け取った映像信号を伸張して映像出力回路20に送る。また、撮影モードにおいては、通常、録画ボタン26a又はシャッタボタン26bの押下の有無に関わらず、撮像部11による撮影画像の取得及び映像信号処理13による映像信号の生成が逐次行われており、所謂プレビューを行うべく、その映像信号は映像出力回路20に送られる。
映像出力回路20は、与えられたデジタルの映像信号を表示部27で表示可能な形式の映像信号(例えば、アナログの映像信号)に変換して出力する。表示部27は、液晶ディスプレイなどの表示装置であり、映像出力回路20から出力された映像信号に応じた画像を表示する。
また、再生モードにおいて動画を再生する際、メモリカード18に記録された動画に対応する圧縮された音声信号も、伸張処理部19に送られる。伸張処理部19は、受け取った音声信号を伸張して音声出力回路21に送る。音声出力回路21は、与えられたデジタルの音声信号をスピーカ28にて出力可能な形式の音声信号(例えば、アナログの音声信号)に変換してスピーカ28に出力する。スピーカ28は、音声出力回路21からの音声信号を音声(音)として外部に出力する。
ところで、従来の撮像装置と同様、撮像装置1においても、フォーカシングによってフォーカス位置が変化すると、ズーム位置は変化していないにも関わらず、撮影画像についての画角が変動してしまう。これを、単に光学ズームによって排除しようとすると、図17に示したように、ズーム位置の移動範囲に制限が加わってしまう。
そこで、撮像装置1では、電子ズームを利用して、このような制限を排除或いは低減する。以下、この電子ズーム機能の具体的な実施例として、第1〜第3実施例を例示する。各実施例において、この電子ズーム機能を、オートフォーカス制御(以下、「AF制御」という)と関連付けて説明する。或る実施例に記載した事項は、矛盾なき限り、他の実施例に対しても適用可能である。各実施例に記載した内容は、撮影モードにて有効に機能する。
<<第1実施例>>
まず、第1実施例について説明する。図5に、撮像装置1の、電子ズーム制御及びAF制御に関与する部位の一部ブロック図を示す。図5に示される各部位によって電子ズーム制御及びAF制御が実施される。
図5に示すCPU23、AF評価部42及び電子ズーム処理部44は、図1又は図3に示すそれらと同じものである。補正用データ格納部61は、撮像装置1に設けられた図示されないROM(Read Only Memory)にて実現される。
電子ズーム処理部44及びAF評価部42には、入力画像を表す映像信号が与えられる。入力画像は、撮像部11の撮影によって得られた撮影画像の全体画像である。但し、入力画像としての撮影画像の全体画像は、図2の撮像素子33にて定義された有効画素領域内の画素の画素信号から形成されるものとする。
CPU23は、図2の位置検出部37から送られてくる位置検出信号に基づいて、補正用データ格納部61に格納された補正用データから必要なデータを抽出し、このデータを用いて電子ズーム倍率を設定する。設定された電子ズーム倍率は、電子ズーム処理部44に与えられる。また、CPU23は、上述したように、フォーカス位置を制御するためのフォーカス制御信号とズーム位置を制御するためのズーム制御信号とを生成及び出力する。
電子ズーム処理部44は、入力画像の一部画像、すなわち撮影画像の一部画像を切り出し画像として切り出す。そして、この切り出し画像をCPU23によって設定された電子ズーム倍率にて拡大し、この拡大した切り出し画像を出力する。電子ズーム処理部44から出力される画像を、以下、単に「出力画像」と呼ぶ。この出力画像は、図1の表示部27の表示画像として、或いは、メモリカード18に格納される画像として取り扱われる。入力画像から、上記のような出力画像を得る処理は、一般的に電子ズーム(或いは電子ズーム処理)と呼ばれる。
電子ズーム処理部44によって切り出される切り出し画像の画像サイズは、与えられた電子ズーム倍率に応じて設定される。図6(a)〜(c)に、電子ズーム倍率に応じた、各画像間の関係を示す。
図6(a)において、符号101、111及び121は、夫々、電子ズーム倍率が1.30倍である時における、入力画像、出力画像及び切り出し画像を示している。入力画像101と切り出し画像121の中心は一致しており、切り出し画像121の画像サイズは、入力画像101のそれの1/1.30倍とされる。この切り出し画像121の画像サイズを、電子ズームによって1.30倍することにより出力画像111が得られる。
図6(b)において、符号102、112及び122は、夫々、電子ズーム倍率が1.15倍である時における、入力画像、出力画像及び切り出し画像を示している。入力画像102と切り出し画像122の中心は一致しており、切り出し画像122の画像サイズは、入力画像102のそれの1/1.15倍とされる。この切り出し画像122の画像サイズを、電子ズームによって1.15倍することにより出力画像112が得られる。
図6(c)において、符号103及び113は、夫々、電子ズーム倍率が1.00倍である時における、入力画像及び出力画像を示している。電子ズーム倍率が1.00倍である時、入力画像103と出力画像113は同じものとなり、この場合、切り出し画像は定義されない(入力画像と切り出し画像が同じと考えることもできる)。
上述の説明からも理解されるが、出力画像111〜113の画像サイズは一定となる。即ち、電子ズーム倍率の如何に関わらず、電子ズーム処理部44の出力画像の画像サイズは一定である。
フォーカスレンズ31の無限端から至近端までの全移動範囲に対して、画角を一定に維持するズーム位置は、図7に示される各曲線によって表される(図中では、便宜上、直線で示している)。図7に示す各曲線を、以下、等画角曲線と呼ぶ。等画角曲線は、フォーカス位置を横軸、ズーム位置を縦軸にとった座標面上において、画角が等しい座標点を結んだ軌跡であり、この座標面上の全ての点は何れかの等画角曲線に属している。尚、図7では、便宜上、等画角曲線を離散的に示している。
図7において、点αは、至近端且つワイド端を示す点であり、点βは、無限端且つテレ端を示す点である。点αは、等画角曲線UA上にあり、点βは、等画角曲線UB上にある。
上述したように、フォーカスレンズ31は、図2の光学系35内で光軸方向に移動可能である。至近端及び無限端は、そのフォーカスレンズ31の全移動範囲における両端を表し、フォーカス位置が至近端から無限端に向かうにつれて、ピントの合う被写体と撮像装置1との距離が大きくなる。
上述したように、ズームレンズ30も、図2の光学系35内で光軸方向に移動可能である。ワイド端及びテレ端は、そのズームレンズ30の全移動範囲における両端を表し、ズーム位置がワイド端からテレ端に向かうにつれて、撮像部11の画角(撮影画角)は減少すると共に光学ズーム倍率が増大する。尚、ズーム位置を、便宜上、0〜100の数値にて表す。ワイド端のズーム位置は0であり、テレ端のズーム位置は100である。そして、ズーム位置がワイド端からテレ端に向かうにつれて、ズーム位置を表す数値が増大するものとする。
このような等画角曲線に基づいて作成された補正用データが、補正用データ格納部61に予め格納されている。
図8に、この補正用データを示す。図8の補正用データは、符号130が付されたテーブルデータとなっており、このテーブルデータ130には、ズーム位置とフォーカス位置に応じて設定されるべき電子ズーム倍率が格納されている。CPU23は、位置検出信号にて定まるズーム位置及びフォーカス位置に応じて、このテーブルデータ130から設定すべき電子ズーム倍率を抽出し、抽出した電子ズーム倍率を電子ズーム処理部44に与える。
例えば、ズーム位置が100である時において、フォーカス位置が無限端、中間及び至近端であれば、電子ズーム倍率は、夫々、1.30、1.15及び1.00倍とされ、ズーム位置が90である時において、フォーカス位置が無限端、中間及び至近端であれば、電子ズーム倍率は、夫々、1.28、1.15及び1.00倍とされ、ズーム位置が0である時において、フォーカス位置が無限端、中間及び至近端であれば、電子ズーム倍率は、夫々、1.14、1.07及び1.00倍とされる。
ここで、フォーカス位置の中間とは、無限端と至近端の中間位置を表す。また、図8では、各ズーム位置に対し、無限端、中間及び至近端についての合計3つのデータしか示されていないが、実際には、より多くのデータがテーブルデータ130に格納されている。同様に、ズーム位置の数値も、より細かく設定されている。尚、補正用データのデータ形式は、如何なる形式であってもよく、上記テーブルデータ130を用いた場合と同等の電子ズーム倍率を導くための情報(例えば、関数)が補正用データとされる。
図7からも分かるように、ズーム位置を固定した状態において、フォーカス位置を至近端から無限端に移動させると撮像部11の画角は増大し、フォーカス位置が至近端にある時、撮像部11の画角は最小となり、フォーカス位置が無限端にある時、撮像部11の画角は最大となる。このため、図8に示す如く、各ズーム位置に対して、フォーカス位置が至近端にある時の電子ズーム倍率を1.00倍とし、出力画像の画角が一定となるようにフォーカス位置が無限端に向かうにつれて電子ズーム倍率を大きくする。ズーム位置がテレ端にある時における電子ズーム倍率の設定概念を、図9に示す。
撮像部11の画角とは、撮影画像(即ち、入力画像)についての画角を表し、出力画像の画角とは電子ズームによって異なりうる。入力画像の画角は、出力画像の画角に電子ズーム倍率を乗じた画角となる。
このような電子ズーム処理の意義について説明する。フォーカス位置及びズーム位置が図7の点βに位置している状態において、フォーカスレンズ31を至近端側に移動させる場合を想定する。従来の如く、光学ズームによって、この移動に伴う画角変動を排除しようとしてもズーム位置は既に可動範囲の限界に位置しているため、これができず、結果として、フォーカス位置変化に伴う画角変動を補正することができない。
一方、本実施例によれば、この場合、1.30倍から電子ズーム倍率を減少させる処理が行われ、被写体に変化がなければ、フォーカス位置変化に関わらず出力画像は不変となる。つまり、フォーカスレンズ31の移動に伴う出力画像についての画角変動がなくなる(或いは抑制される)。これは、テレ端だけでなく、ズーム位置の全移動範囲に対しても同様である。このように、電子ズームを利用することにより、ズーム位置の全移動範囲において、フォーカス位置変化に伴う出力画像の画角変動が抑制される。逆に考えれば、従来の如く、ズーム位置の移動範囲に制限を加える必要がなくなる。また、従来の如く、画角変動抑制用にズームレンズを駆動する必要がないため、低消費電力化が図られる。
次に、図10を参照して、第1実施例に係る電子ズーム制御及びAF制御の動作の流れを説明する。図10は、この動作の流れを表すフローチャートである。
まず、ステップS1において、CPU23は、位置検出信号からズーム位置及びフォーカス位置を検出する。続くステップS2において、CPU23は、検出したズーム位置及びフォーカス位置に基づき、補正用データを参照して電子ズーム倍率を設定する。電子ズーム処理部44は、設定された電子ズーム倍率にて入力画像の電子ズームを行って出力画像を生成する。更に続くステップS3において、CPU23は、AF評価部42にて算出されたAF評価値を取得し、ステップS4に移行する。
ステップS4において、CPU23は、所謂山登り制御を用いて合焦レンズ位置を探索し、フォーカス位置が合焦レンズ位置に一致するようにフォーカス位置を調整する(実際には、フォーカス制御信号を出力する)。ステップS4にてフォーカス位置が調整された後、ステップS1に戻る。具体的には、ステップS4では、AF評価値が最大値付近に保たれるようにフォーカス位置を所定量だけ無限端側または至近端側に移動させる。尚、CPU23は、移動量を指定する訳ではないため、上記所定量を正確に把握するには移動前後の位置検出信号を参照する必要がある。また、AF評価値に関する最大値を局所的な最大値(即ち、極大値)と読み替えても良い(他の実施例についても同様)。
図11を参照して、ステップS4の動作の具体例を説明する。図11は、横軸をフォーカス位置に、縦軸をAF評価値にとった座標面を表している。
n回目のステップS1及びS3において、図11の座標面上の点200に対応するフォーカス位置及びAF評価値が検出されたとする(nは自然数)。この場合、ステップS4において、フォーカス位置を所定量だけ至近端側に移動させる。この結果、(n+1)回目のステップS1及びS3において、図11の座標面上の点201に対応するフォーカス位置及びAF評価値が検出されたとする。この状態では、未だAF評価値に最大値を与えるフォーカス位置が不明であるため、再度、ステップS4において、フォーカス位置を所定量だけ至近端側に移動させる。
この後、AF評価値に最大値を与えるフォーカス位置が見つかるまで、順次、フォーカス位置を所定量ずつ至近端側に移動させる。この結果、第(n+2)、第(n+3)、第(n+4)及び第(n+5)回目のステップS1及びS3において、夫々、図11の座標面上の点202、203、204及び205に対応するフォーカス位置及びAF評価値が検出されたとする。
フォーカス位置を同一方向に移動させていった場合に、AF評価値が増大していって最大値をとった後、3回連続してAF評価値が減少した場合、CPU23は、その最大値を与えるフォーカス位置が合焦レンズ位置であると判断する。図11に示す例の場合、点202に対応するフォーカス位置が合焦レンズ位置であると判断される。合焦レンズ位置が判明した後は、その合焦レンズ位置の周辺でフォーカス位置の微調整を実行し、AF評価値に最大値付近に保つ。
<<第2実施例>>
次に、第2実施例について説明する。第2実施例においても、図5の一部ブロック図が参照され、図5に示される各部位によって、第2実施例に係る電子ズーム制御及びAF制御が実施される。第1実施例との相違点は、以下の説明から明らかとなる。
図12を参照して、第2実施例に係る電子ズーム制御及びAF制御の動作の流れを説明する。図12は、この動作の流れを表すフローチャートである。
まず、ステップS10及びS11において、CPU23は、位置検出信号よりフォーカス位置を検出すると共にAF評価部42にて算出されたAF評価値を取得する。続くステップS12において、山登り制御に基づきフォーカス位置を所定量だけ無限端側または至近端側に移動させる。ステップS12における1回当たりのフォーカスレンズ31の移動量は比較的大きく、後述するステップS24におけるそれよりも大きい。そして、ステップS13において、概ね合焦しているか否かを判断する。
ステップS12及びS13の処理は、図10のステップS4の処理と類似している。例えば、ステップS12では、フォーカスレンズ31を無限端から至近端側へ比較的大きな移動量分、移動させる。ステップS13では、ステップS11で取得されたAF評価値の内の最大値を見つける処理を行う。
図11を参照して説明したのと同様、フォーカス位置を同一方向(今の例の場合、至近端側)に移動させていった場合に、AF評価値が増大していって最大値をとった後、3回連続してAF評価値が減少した場合、CPU23は、その最大値を与えるフォーカス位置を第1合焦レンズ位置として取り扱う。フォーカスレンズ31を第1合焦レンズ位置に配置すれば、概ね合焦することになる。ステップS13において、ステップS11で取得されたAF評価値の内の最大値が見つかった場合、即ち、第1合焦レンズ位置が見つかった場合、ステップS20に移行し、見つかっていない場合は、ステップS10に戻ってステップS10〜S12の処理を繰り返す。
この第1合焦レンズ位置は、フォーカスレンズ31を粗く移動させることによって特定されるものであるため、第1合焦レンズ位置がAF評価値に真の最大値を与えるとは限らない。即ち、AF評価値に真の最大値を与える真の合焦レンズ位置と、第1合焦レンズ位置と、の間には比較的大きな誤差が含まれうる。
尚、ステップS10〜S13の処理の間において、ズーム位置も検出し、第1実施例と同様、ズーム位置及びフォーカス位置に基づく電子ズーム倍率の設定を行うようにしてもよい。
ステップS13からステップS20に至ると、以後、微小AF制御が行われる。微小AF制御では、第1合焦レンズ位置を概ね中心にしてフォーカス位置を微調整することにより、真の合焦レンズ位置を高精度に探索する。
ステップS20において、CPU23は、第1合焦レンズ位置に基づき、微小AF制御用のフォーカスレンズ31の移動範囲を特定する。ここで特定される移動範囲を微小AF用移動範囲という。
図13を参照して微小AF用移動範囲について説明する。図13において、横軸はフォーカス位置を表し、縦軸はAF評価値を表す。符合210が付された曲線は、或る撮影条件下におけるフォーカス位置とAF評価値の関係を表している。曲線210の如く、或るフォーカス位置においてAF評価値は最大値をとり、そのフォーカス位置が、真の合焦レンズ位置となる。ステップS10〜S13にて探索される第1合焦レンズ位置は、誤差を含むものの、真の合焦レンズ位置に近い。そこで、第1合焦レンズ位置を中心とし、所定の幅を有するフォーカス位置範囲を微小AF用移動範囲として設定する。
図13において、PN及びPFは、微小AF用移動範囲の両端を表す。PNは、微小AF用移動範囲内の最も至近端よりのフォーカス位置を表し、PFは、微小AF用移動範囲内の最も無限端よりのフォーカス位置を表す。尚、図13の曲線211は、微小AF制御時に、真の合焦レンズ位置の周辺でフォーカス位置が変動する様子を表している。
ステップS20の処理の後、ステップS21に移行し、CPU23は、位置検出信号に基づきズーム位置及びフォーカス位置を検出する。そして、続くステップS22において、CPU23は、検出したズーム位置及びフォーカス位置に基づき、図5の補正用データ格納部61に格納された補正用データを参照して電子ズーム倍率を設定する。電子ズーム処理部44は、設定された電子ズーム倍率にて入力画像の電子ズームを行って出力画像を生成する。
ステップS22にて参照される補正用データは、図8に示すテーブルデータ130とは異なる(但し、本質的には両者は同様のものである)。ステップS22にて参照される補正用データは、図7の各等画角曲線を特定するデータであり、例えば、関数またはテーブルデータの形式で表されている。ズーム位置が固定されている状態においてフォーカス位置を変化させていった時に出力画像の画角を一定にするための電子ズーム倍率を、その補正用データから抽出可能である。
ここで、フォーカス位置PNに対する電子ズーム倍率を1.00倍とし、フォーカス位置変化に関わらず出力画像の画角が一定となるように、フォーカス位置がフォーカス位置PFに向かうにつれて電子ズーム倍率を増大させる。微小AF用移動範囲内において、フォーカス位置がフォーカス位置PNにある時、撮像部11の画角は最小となり、フォーカス位置がフォーカス位置PFにある時、撮像部11の画角は最大となるからである。例えば、図14に示す如く、フォーカス位置PNに対する電子ズーム倍率を1.00倍とする一方で、フォーカス位置PFに対する電子ズーム倍率を1.05倍とする。
ステップS22の処理の後、ステップS23において、CPU23は、AF評価値を取得し、続くステップS24において、所謂山登り制御を用いて合焦レンズ位置を高精度に探索し、フォーカス位置が合焦レンズ位置に一致するようにフォーカス位置を微調整する(実際には、フォーカス制御信号を出力する)。ステップS24にてフォーカス位置が微調整された後、ステップS21に戻る。具体的には、ステップS24では、AF評価値が最大値付近に保たれるようにフォーカス位置を所定量だけ無限端側または至近端側に移動させる。
ステップS24における1回当たりのフォーカス位置の移動量は、上述したように、ステップS12のそれよりも小さい。従って、AF評価値に真の最大値を与える真の合焦レンズ位置がより高精度に探索される。
例えば、図11を参照して説明したのと同様、ステップS24にてフォーカス位置を同一方向(今の例の場合、至近端側)に移動させていった場合に、AF評価値が増大していって最大値をとった後、3回連続してAF評価値が減少した場合、CPU23は、その最大値を与えるフォーカス位置を第2合焦レンズ位置として取り扱う。フォーカスレンズ31を第2合焦レンズ位置に配置すれば、高精度に合焦することになる。
本実施例の如く電子ズーム倍率を設定することにより、微小AF制御実行時のフォーカス位置変化に伴う出力画像の画角変動が排除或いは低減される。
<<第3実施例>>
次に、第3実施例について説明する。第3実施例においても、図5の一部ブロック図が参照され、図5に示される各部位によって、第3実施例に係る電子ズーム制御及びAF制御が実施される。第1及び第2実施例との相違点は、以下の説明から明らかとなる。
図15を参照して、第3実施例に係る電子ズーム制御及びAF制御の動作の流れを説明する。図15は、この動作の流れを表すフローチャートである。
第3実施例においては、第2実施例と同様、ステップS10〜S13及びステップS20〜S24の各処理が実施される。但し、ステップS24の処理の後、ステップS30に移行して、合焦しているか否かを判断する。
ステップS20〜S24の処理を介して第2実施例で述べた第2合焦レンズ位置が特定され且つフォーカスレンズ31が第2合焦レンズ位置に配置されている時、合焦していると判断されてステップS30からステップS31に移行し、そうでない時はステップS21に戻る。
ステップS31において、CPU23は、自身が設定している電子ズーム倍率が1.00倍であるか否かを判断する。図13及び図14を参照しても分かるように、ステップS30からステップS31に至った直後において、電子ズーム倍率は、通常1.00倍より大きい(例えば、図14に示す如く、1.02倍)。電子ズーム倍率が1.00倍である場合は、図15の処理を終えるが、そうでない場合はステップS41に移行する。
ステップS41において、CPU23は、位置検出信号に基づきズーム位置及びフォーカス位置を検出する。続いてステップS42において、CPU23は、検出したズーム位置及びフォーカス位置に基づき、図5の補正用データ格納部61に格納された補正用データを参照して画角補正用ズーム位置を決定する。
ステップS42で参照される補正用データは、図7の各等画角曲線を特定するデータであり、例えば、関数またはテーブルデータの形式で表されている。ステップS42にて参照される補正用データは、例えば、ステップS22で参照されるそれと同様のものである。
現在設定されている電子ズーム倍率がZ倍である場合(Z>1)、CPU23は、その補正用データを参照して、現在の光学ズーム倍率をZ倍するためのズーム位置を画角補正用ズーム位置として決定する。
ステップS42の処理の後、ステップS43において、CPU23は、ズームレンズ30が画角補正用ズーム位置に配置されるようにズーム制御信号を出力してズームレンズ30を移動させる。この際、確実にズームレンズ30が画角補正用ズーム位置に配置されるように、逐次、位置検出信号を参照すればよい。
その後、ステップS44において、CPU23は、電子ズーム倍率を1.00倍とする。電子ズーム倍率をZ倍から1.00倍に変更しても、その代わりに光学ズーム倍率がZ倍されるため、出力画像の画角に変化はない(出力画像は変化しない)。ステップS44の処理の後、ステップS31に戻る。
上述の如く、合焦時に電子ズーム倍率を1.00倍に戻し、これに伴う出力画像の画角変動を光学ズームによって補正する。これにより、合焦時の解像度低下をなくすことができる。その結果、撮影時の解像度低下をなくすことができる。
<<変形等>>
上述の実施形態の変形例または注釈事項として、以下に、注釈1〜注釈4を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。
[注釈1]
上述した説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。
[注釈2]
フォーカス位置変化に伴う出力画像の画角変動を電子ズームによって抑制する手法を、AF制御に適用した場合について上述したが、この手法は、手動操作によってフォーカス位置を調整する場合にも適用可能である。
[注釈3]
図1の撮像装置1は、ハードウェア、或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって実現可能である。特に、図5に示される各部位の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって実現可能である(但し、補正用データ格納部61を除く)。ソフトウェアを用いて撮像装置1を構成する場合、ソフトウェアにて実現される部位についてのブロック図は、その部位の機能ブロック図を表すことになる。
また、図5に示される各部位にて実現される機能の全部または一部を、プログラムとして記述し、該プログラムをプログラム実行装置(例えばコンピュータ)上で実行することによって、その機能の全部または一部を実現するようにしてもよい。
[注釈4]
上述の各実施例において、CPU23は、電子ズーム倍率設定手段として機能すると共に微小AF制御時における微小AF用移動範囲(特定移動範囲)を定める移動範囲設定手段としての機能も備える。上述の各実施例において、図5のCPU23と電子ズーム処理部44は、画角補正装置を形成する。この画角補正装置に、図5のAF評価部42及び/又は補正用データ格納部61が含まれていると考えても良い。
本発明の実施形態に係る撮像装置の全体ブロック図である。 図1の撮像部の内部構成図である。 図1の映像信号処理部の内部ブロック図である。 図3のAF評価部の内部ブロック図である。 図1の撮像装置の、電子ズーム制御及びAF制御に関与する部位の一部ブロック図である。 図5の電子ズーム処理部における入力画像と切り出し画像と出力画像の関係を表す図である。 図1の撮像装置における等画角曲線を示す図である。 図5の補正用データ格納部に格納されている補正用データを表す図である。 図5のCPUによる、ズーム位置がテレ端にある時の電子ズーム倍率の設定概念を示す図である。 本発明の第1実施例に係る電子ズーム制御及びAF制御の動作の流れを表すフローチャートである。 図5のCPUによって実現されるAF制御を説明するための図である。 本発明の第2実施例に係る電子ズーム制御及びAF制御の動作の流れを表すフローチャートである。 図5のCPUによって実現される微小AF制御を説明するための図である。 図5のCPUによって実現される微小AF制御と設定される電子ズーム倍率との関係を表す図である。 本発明の第3実施例に係る電子ズーム制御及びAF制御の動作の流れを表すフローチャートである。 従来の撮像装置における等画角曲線を示す図である。 従来の撮像装置に係り、フォーカス位置変化に伴う画角変動を常に排除する代償として制限されることになったズーム位置の移動範囲を表す図である。
符号の説明
1 撮像装置
11 撮像部
13 映像信号処理部
23 CPU
30 ズームレンズ
31 フォーカスレンズ
33 撮像素子
35 光学系
37 位置検出部
42 AF評価部
44 電子ズーム処理部
61 補正用データ格納部

Claims (4)

  1. フォーカスレンズの位置に基づいて電子ズーム倍率を設定する電子ズーム倍率設定手段と、
    設定した前記電子ズーム倍率にて入力画像に対して電子ズームを行うことにより、前記フォーカスレンズの移動に伴う出力画像の画角変動を抑制する電子ズーム手段と、
    光学ズームを行うことにより、前記フォーカスレンズの移動に伴う出力画像の画角変動を抑制する光学ズーム手段と、
    オートフォーカス制御の実行時において、前記フォーカスレンズの移動範囲として特定移動範囲を定める移動範囲設定手段と、
    を備え、
    前記特定移動範囲内において、最小の画角が得られる前記フォーカスレンズの位置を第3レンズ位置とすると共に最大の画角が得られる前記フォーカスレンズの位置を第4レンズ位置とした場合、
    前記電子ズーム倍率設定手段は、前記オートフォーカス制御の実行時において、前記フォーカスレンズの位置が前記第3レンズ位置にあるときに前記電子ズーム倍率を基準倍率に設定し、前記フォーカスレンズの位置が前記第3レンズ位置から前記第4レンズ位置に向かうにつれて前記電子ズーム倍率を前記基準倍率から増大させ、
    前記オートフォーカス制御は、合焦レンズ位置を比較的粗く探索する第1オートフォーカス制御と、前記第1オートフォーカス制御の探索結果に基づいて前記合焦レンズ位置を比較的細かく探索する第2オートフォーカス制御と、を含み、
    前記移動範囲設定手段は、前記第1オートフォーカス制御によって探索された前記合焦レンズ位置を基準とする、前記第2オートフォーカス制御の実行時における前記フォーカスレンズの移動範囲を、前記特定移動範囲とし、
    前記第2オートフォーカス制御によって前記合焦レンズ位置が探索された後において、探索された合焦レンズ位置に前記フォーカスレンズを配置した際における前記電子ズーム倍率が前記基準倍率と異なる場合であって、かつ、ズームレンズが移動可能な範囲に配置されている場合には、前記電子ズーム倍率設定手段は前記電子ズーム倍率を前記基準倍率とする一方で、前記光学ズーム手段はそれに伴う前記出力画像の画角変動を光学ズームによって抑制する
    ことを特徴とする画角補正装置。
  2. 前記電子ズーム倍率設定手段は、前記フォーカスレンズの位置とズームレンズの位置に基づいて前記電子ズーム倍率を設定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の画角補正装置。
  3. 前記電子ズーム手段は、前記電子ズーム倍率に従って前記入力画像の一部画像を拡大することにより前記出力画像を得る
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画角補正装置。
  4. 前記フォーカスレンズを含む光学系を有した撮像手段と、
    請求項1〜請求項3の何れかに記載の画角補正装置と、を備えた撮像装置であって、
    前記画角補正装置は、前記撮像手段にて得られた撮影画像を前記入力画像として取り扱って前記出力画像を得る
    ことを特徴とする撮像装置。
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