JP5263310B2 - Image generation apparatus, imaging apparatus, and image generation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像生成装置、撮像装置および画像生成方法に関する。
The present invention relates to an image generation device, an imaging device, and an image generation method.
一回の撮影で得られたデータから撮影後に任意の距離にある被写体にピントの合った像面の画像を合成する画像合成方法が本願出願人によって出願されている(特許文献1参照)。 The applicant of the present application has applied for an image composition method for compositing an image of a focused image plane onto a subject at an arbitrary distance after photographing from data obtained by one photographing (see Patent Document 1).
上記の画像合成方法では、画像合成の対象とする像面をいかに設定するかについては提案されていなかった。 In the image composition method described above, no proposal has been made as to how to set the image plane to be subjected to image composition.
本発明による画像生成装置は、複数のマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズに対して複数の受光素子を有し、光学系からの光束を前記マイクロレンズを介して受光して複数の受光信号を出力する受光素子アレイと、前記受光信号を用いて前記光学系による像面のずれ量を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された前記像面のずれ量を用いて、前記光学系による結像面からの距離を決定する決定手段と、前記決定手段により決定された前記距離に対応する前記受光信号を用いて、前記決定手段により決定された前記距離にピントが合った画像信号を生成する画像生成手段と、を備えることを特徴とする。
本発明による撮像装置は、上記の画像生成装置を備えることを特徴とする。
本発明による画像生成方法は、光学系からの光束を、複数のマイクロレンズに対して配置された複数の受光素子によって受光することにより複数の受光信号を得て、前記受光信号を得た際の前記光学系による像面のずれ量を検出し、前記検出された前記像面のずれ量を用いて、前記光学系による結像面からの距離を決定し、前記決定された前記距離に対応する前記受光信号を用いて、前記決定された前記距離にピントが合った画像信号を生成することを特徴とする。
An image generation apparatus according to the present invention includes a microlens array in which a plurality of microlenses are arranged, and a plurality of light receiving elements for the plurality of microlenses, and receives a light beam from an optical system via the microlenses. a light receiving element array for outputting a plurality of received light signals, and detecting means for detecting a shift amount of the image plane due to the optical system using the light reception signal, a deviation amount of the image plane detected by the detecting means using Te And determining the distance from the imaging plane by the optical system, and using the received light signal corresponding to the distance determined by the determining means, the distance determined by the determining means is in focus. image generating means for generating a match image signals, characterized in that it comprises a.
Imaging device according to the invention is characterized in that it comprises the above-described image generating apparatus.
In the image generation method according to the present invention, a light beam from an optical system is received by a plurality of light receiving elements arranged with respect to a plurality of microlenses to obtain a plurality of light reception signals, and when the light reception signal is obtained. The amount of deviation of the image plane by the optical system is detected, the distance from the image plane by the optical system is determined using the detected amount of deviation of the image plane, and the distance corresponding to the determined distance is determined. An image signal focused on the determined distance is generated using the received light signal.
本発明によれば、撮影データから撮影後に任意の距離にある被写体にピントの合った像面の画像を合成する際に、画像合成の対象とする像面を迅速に設定することができる。 According to the present invention, when an image of an image plane focused on a subject at an arbitrary distance after shooting is combined from shooting data, an image plane that is an object of image combining can be quickly set.
本発明による画像合成装置および撮像装置の一実施形態である一眼レフ方式のデジタルカメラ(以下、単にカメラという)について、以下に説明する。図1は、カメラの要部構成を示すブロック図である。カメラは、カメラボディとレンズ鏡筒を有しており、カメラボディにレンズ鏡筒が交換可能に装着されている。レンズ鏡筒内には、レンズ光学系1と、レンズ駆動用モータ14が設けられている。レンズ光学系1は、被写体像を結像面に結像させるための光学系であり、焦点調節レンズを含む複数のレンズによって構成される。焦点調節レンズは、レンズ駆動用モータ14の動作により光軸方向に移動可能である。
A single-lens reflex digital camera (hereinafter simply referred to as a camera), which is an embodiment of an image composition device and an imaging device according to the present invention, will be described below. FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of the camera. The camera has a camera body and a lens barrel, and the lens barrel is replaceably attached to the camera body. In the lens barrel, a lens optical system 1 and a
カメラボディの内部には、クイックリターンミラー2、ファインダースクリーン3、ペンタプリズム4、接眼レンズ5、撮像素子6、焦点検出光学系7、センサ制御部8、被写体認識部9、焦点検出領域設定部10、焦点検出演算部11、レンズ駆動量演算部12、レンズ駆動制御部13、測光用レンズ15、測光センサ16、画像生成部17および制御装置18が設けられている。また、カメラボディの背面には、表示部19が設けられている。なお、センサ制御部8、被写体認識部9、焦点検出領域設定部10、焦点検出演算部11、レンズ駆動量演算部12、レンズ駆動制御部13および画像生成部17は、制御装置18の機能により実現されるものである。
Inside the camera body are a
撮像素子6は、複数の受光素子(光電変換素子)を有する受光素子アレイである。撮像素子6には、赤(R)、緑(G)および青(B)の受光素子が所定の配列パターンで配列されている。撮像素子6は、レンズ光学系1を介した光束を各受光素子において受光することで、レンズ光学系1によって結像される結像面の画像を撮像し、各受光素子の色情報や輝度情報に応じた受光信号を出力する。撮像素子6から出力された受光信号は、制御装置18の制御によって画像データに変換される。これにより、カメラにおいて撮像画像が取得される。撮像素子6には、たとえばCCDやCMOS等が使用される。なお、撮像素子6の撮像面の前には、赤外光をカットするための赤外カットフィルタや、画像の折り返しノイズを防止するための光学ローパスフィルタなどが配置されている。
The
焦点検出光学系7は、レンズ光学系1を介した光束を撮像素子6の各画素上に結像するための複数のマイクロレンズを二次元状に配列して構成されたマイクロレンズアレイであり、撮像素子6の前方に配置されている。図2は、撮像素子6と焦点検出光学系7の正面図である。図2に示すように、撮像素子6の有効画素範囲に対して、焦点検出光学系7の複数のマイクロレンズ71が二次元状に配列されている。図3は、図2の一部分を拡大した図である。図3に示すように、1つのマイクロレンズ71に対して複数の受光素子61が設けられている。この1つのマイクロレンズ71に対応する複数の受光素子61により、撮像素子6において1つの画素が構成される。このような構成により、撮像素子6は、レンズ光学系1からの光束をマイクロレンズ71を介して受光して、各受光素子61に対応する複数の受光信号を出力することができる。この受光信号に基づいて、撮像画像情報が取得されると共に、後述するようなデフォーカス量の演算が行われる。なお、図3では縦5個、横5個の合計25個の受光素子61で1つの画素を構成しているが、1つの画素を構成する受光素子61の数はこれに限定されない。
The focus detection
レンズ光学系1と焦点検出光学系7との間には、レンズ光学系1を通過した被写体からの入射光束をファインダー光学系へと反射するクイックリターンミラー2が配設されている。入射光束の一部はクイックリターンミラー2の半透過領域を透過し、焦点検出光学系7を介して撮像素子6へ導かれる。クイックリターンミラー2の半透過領域を透過しなかった入射光束は、クイックリターンミラー2によって反射される。
A
クイックリターンミラー2で反射された入射光束は、撮像素子6と光学的に等価な位置に設けられたファインダースクリーン3上に被写体像を結像する。ファインダースクリーン3上に結像された被写体像は、ペンタプリズム4および接眼レンズ5を通って撮影者の目へと導かれ、撮影者によって視認される。
The incident light beam reflected by the
ファインダースクリーン3上に結像された被写体像はまた、ペンタプリズム4および測光用レンズ15を通って測光センサ16へと導かれる。測光センサ16は、撮像素子6と同様に、赤(R)、緑(G)および青(B)の各受光素子が所定の配列パターンで配列されており、レンズ光学系1により結像される結像面の画像情報を撮像する。そして、各画素に対応する色情報や輝度情報に応じた測光信号を制御装置18へ出力する。制御装置18は、この測光センサ16からの測光信号に基づいて、結像面の明るさを検出することができる。
The subject image formed on the finder screen 3 is also guided to the
カメラが撮影を行う際には、クイックリターンミラー2が光路上から光路外へと移動され、レンズ光学系1を介した入射光束により撮像素子6上に被写体像が結像される。この被写体像を撮像素子6により撮像することで撮像画像情報が取得される。取得された撮像画像情報は、不図示のメモリーカードに記録される。こうしたクイックリターンミラー2の動作は、制御回路18により制御される。
When the camera performs shooting, the
なお、本実施形態のカメラでは、撮像素子6において1つの画素を構成する縦5個、横5個の合計25個の受光素子61(図3参照)にそれぞれ対応する色情報や輝度情報を、1画素分の撮像画像情報として記録する。すなわち、本実施形態のカメラにより取得される撮像画像情報は、1画素当たり複数の受光素子の情報を有している。この撮像画像情報に基づいて後述するような画像合成処理が行われることにより、任意の距離の像面にピントの合った撮像画像を合成することができる。
In the camera of the present embodiment, color information and luminance information respectively corresponding to a total of 25 light receiving elements 61 (refer to FIG. 3) of 5 vertical and 5 horizontal constituting one pixel in the
センサ制御部8は、カメラの動作状況に応じて撮像素子6のゲイン量や蓄積時間を制御し、撮像素子6の各受光素子から出力される受光信号を読み出す。センサ制御部8によって読み出された受光信号は、アナログデジタル変換処理によりデジタル信号に変換される。デジタル変換後の受光信号は、撮影前は被写体認識部9および焦点検出演算部11へ出力され、撮影時は所定の信号処理が施された後、撮像画像情報としてメモリーカードに記録される。
The
被写体認識部9は、センサ制御部8においてデジタル信号に変換された撮影前の撮像素子6からの受光信号に基づいて、レンズ光学系1による像のうちの特定の像を被写体として認識し、認識した被写体の位置、数、大きさなどを特定する。さらに、認識した被写体の中からいずれかを主要被写体として特定する。カメラが撮影を行うと、これらの被写体認識結果は、撮影時の被写体の様子を表す被写体情報の一部として、前述の撮像画像情報と対応付けてメモリーカードに記録される。被写体の認識には、予め登録されたテンプレート画像との類似度を算出し、類似度が所定値以上である画像領域を被写体の位置として検出するテンプレートマッチング等の手法を用いることができる。
The
焦点検出領域設定部10は、被写体認識部9による被写体の認識結果に基づいて、焦点検出演算部11によるデフォーカス量の検出対象とする焦点検出領域(焦点検出位置)を像面内に設定する。この焦点検出領域は、像面内の任意の位置に、任意の大きさで、任意の数だけ設定することができる。焦点検出領域設定部10による焦点検出領域の具体的な設定方法については、後で説明する。
The focus detection
焦点検出演算部11は、撮像素子6からセンサ制御部8を経由して出力された受光信号
のうち、焦点検出領域設定部10により設定された焦点検出領域に対応する画素に属する受光素子からの受光信号に基づいて、レンズ光学系1の焦点調節状態(レンズ光学系1による像面のずれ量)を示すデフォーカス量を検出する。このデフォーカス量の検出は、周知の瞳分割型位相差検出方式により、以下に説明するようにして行われる。
The focus
焦点検出演算部11によるデフォーカス量の検出方法を図4、5により説明する。図4は、焦点検出領域設定部10により設定された焦点検出領域に対応する画素を拡大した図である。像ずれ検出方向である焦点検出領域の長手方向の長さは、適宜決定する。図4は2列の画素列を焦点検出領域に対応する画素として選択した例を示すが、図5に示すように1列の画素列を焦点検出領域に対応する画素として選択してもよい。あるいは、3列以上の画素列を焦点検出領域に対応する画素として選択してもよい。焦点検出領域内のマイクロレンズに対応する複数の受光素子からの受光信号に基づいて、レンズ光学系1の異なる瞳領域を通過した対の光束による像のずれ量を示す焦点検出信号、すなわち対の焦点検出用信号列を生成する。
A method of detecting the defocus amount by the focus
図4および図5において、焦点検出演算部11は、マイクロレンズ下の黒塗りした受光素子の出力を、焦点検出用の一対の信号列である第1信号列{a(i)}と第2信号列{b(i)}(i=1,2,3,・・)として抽出する。
第1信号列{a(i)}=a(1)、a(2)、a(3)、・・・、
第2信号列{b(i)}=b(1)、b(2)、b(3)、・・・ ・・・(1)
なお、図4に示す例では、各マイクロレンズ下の3個の受光素子出力を加算するとともに、2列の焦点検出画素列の上下2個の画素出力を加算して信号列を生成する。また、斜め45度方向に焦点検出領域を設定する場合には、図5に示すように焦点検出用画素を決定して信号列を生成する。
4 and 5, the focus
First signal sequence {a (i)} = a (1), a (2), a (3),.
Second signal sequence {b (i)} = b (1), b (2), b (3), ... (1)
In the example shown in FIG. 4, the output of the three light receiving elements under each microlens is added, and the signal output is generated by adding the upper and lower two pixel outputs of the two focus detection pixel columns. Further, when the focus detection area is set in a 45-degree direction, a focus detection pixel is determined and a signal sequence is generated as shown in FIG.
焦点検出演算部11は、第1信号列{a(i)}と第2信号列{b(i)}を用いて周知の像ずれ演算を行い、デフォーカス量を算出する。まず、第1信号列{a(i)}と第2信号列{b(i)}から一対の像(信号列)の相関量C(N)を次式により求める。
C(N)=Σ|a(i)−b(j)| ・・・(2)
(2)式において、j−i=N(シフト数)、Σは上底がqL、下底がpLの総和演算を表す。
The focus
C (N) = Σ | a (i) −b (j) | (2)
In the equation (2), j−i = N (the number of shifts), Σ represents a summation operation in which the upper base is qL and the lower base is pL.
(2)式により得られた離散的な相関量C(N)からシフト量を求める。C(N)の中でシフト量Nのときに極小値を与える相関量をCoとし、シフト量(N−1)における相関量をCr、シフト量(N+1)における相関量をCfとする。これらの3個の相関量Cr、Co、Cfの並びから精密なシフト量Laを次式により求める。
DL=0.5×(Cr−Cf)、
E=max{Cf−Co、Cr−Co}、
Na=N+DL/E ・・・(3)
これに焦点検出面の位置に応じた補正量(定数const)を加え、焦点検出面上での像ずれ
量Δnを算出する。
Δn=Na+const ・・・(4)
The shift amount is obtained from the discrete correlation amount C (N) obtained by the equation (2). Let C be the correlation amount that gives the minimum value when the shift amount is N in C (N), Cr be the correlation amount at the shift amount (N−1), and Cf be the correlation amount at the shift amount (N + 1). A precise shift amount La is obtained from the arrangement of these three correlation amounts Cr, Co, Cf by the following equation.
DL = 0.5 × (Cr−Cf),
E = max {Cf-Co, Cr-Co},
Na = N + DL / E (3)
A correction amount (constant const) corresponding to the position of the focus detection surface is added to this to calculate an image shift amount Δn on the focus detection surface.
Δn = Na + const (4)
次に焦点検出演算部11は、検出開角に依存する定数Kfを用いて次式により像ずれ量Δnからデフォーカス量Dfを算出する。
Df=Kf×Δn ・・・(5)
こうしてデフォーカス量Dfを算出することにより、焦点検出演算部11によるデフォーカス量の検出が行われる。カメラが撮影を行うと、各焦点検出領域に対して検出されたデフォーカス量と、対応する焦点検出領域の位置とが、前述の被写体情報の一部としてメモリーカードに記録される。
Next, the focus
Df = Kf × Δn (5)
By calculating the defocus amount Df in this manner, the focus
レンズ駆動量演算部12は、デフォーカス演算部10によって算出されたデフォーカス量に基づいて、レンズ光学系1が有する焦点調節レンズの駆動量を演算する。ここでは、焦点調節レンズの駆動位置の目標となるレンズ目標位置を演算することにより、レンズ駆動量の演算を行う。なお、レンズ目標位置は、当該デフォーカス量が0となる焦点調節レンズの位置に相当する。
The lens drive
レンズ駆動制御部13は、レンズ駆動量演算部12によって演算されたレンズ駆動量、すなわち焦点調節レンズに対するレンズ目標位置に基づいて、レンズ駆動用モータ14へ駆動制御信号を出力する。この駆動制御信号に応じて、レンズ駆動用モータ14が焦点調節レンズを駆動してレンズ目標位置へ移動させることにより、レンズ光学系1の焦点調節が行われる。
The lens
画像生成部17は、撮像素子6により取得されて不図示のメモリーカードに記録された撮像画像情報に基づいて、任意の距離の像面にピントの合った撮像画像を合成する。画像生成部17によって合成された撮像画像は表示部19に表示される。表示部19は、液晶ディスプレイ等の表示装置によって構成されており、制御装置18が行う表示制御に応じて、上記の合成撮像画像を含む様々な画像や映像を表示する。
The
画像生成部17による撮像画像の合成方法を図6により説明する。図6(a)は、レンズ光学系1による結像面からの距離(像面のずれ量)がhである像面paにピントが合った撮像画像を合成する方法を説明する図である。図6(a)において、像面paの符号20に示す像位置に対応するレンズ光学系1からの入射光束21〜25は、焦点検出光学系7(マイクロレンズ71)を通過した後、画素61a〜61eの受光素子a1,b2,c3,d4,e5においてそれぞれ受光される。したがって、メモリーカードに記録された撮像画像情報が表す各受光信号のうち、受光素子a1,b2,c3,d4およびe5の受光信号を選択し、それらの受光信号を合成することで、像面paの像位置20に対応する画素61cの画像信号を生成することができる。他の像位置についても同様にして受光信号を合成し、対応する画素の画像信号を生成することで、像面paにピントが合った撮像画像を合成することができる。
A method for synthesizing captured images by the
図6(b)は、レンズ光学系1による結像面からの距離(像面のずれ量)が0である像面pbにピントが合った撮像画像、すなわち結像面の撮像画像を合成する方法を説明する図である。図6(b)において、像面pbの符号30に示す像位置に対応するレンズ光学系1からの入射光束31〜35は、焦点検出光学系7(マイクロレンズ71)を通過した後、画素61cの受光素子c1,c2,c3,c4,c5においてそれぞれ受光される。したがって、メモリーカードに記録された撮像画像情報が表す各受光信号のうち、受光素子c1,c2,c3,c4およびc5の受光信号を選択し、それらの受光信号を合成することで、像面pbの像位置30に対応する画素61cの画像信号を生成することができる。他の像位置についても同様にして受光信号を合成し、対応する画素の画像信号を生成することで、像面pbにピントが合った撮像画像を合成することができる。
FIG. 6B synthesizes a captured image focused on the image plane pb whose distance from the imaging plane (image plane deviation) by the lens optical system 1 is 0, that is, a captured image of the imaging plane. It is a figure explaining a method. In FIG. 6B, incident light beams 31 to 35 from the lens optical system 1 corresponding to the image position indicated by
以上説明したように、結像面からの距離(像面のずれ量)に応じて受光信号を適宜選択して合成し、各画素の画像信号を生成することで、任意の距離の像面にピントの合った撮像画像が合成される。 As described above, the light reception signals are appropriately selected and synthesized in accordance with the distance from the image plane (image plane deviation amount), and the image signal of each pixel is generated. A focused image that is in focus is synthesized.
さらに、受光信号の選択対象とする受光素子の数を変更することで、像面の位置が同じであって絞りの大きさが異なる複数種類の撮像画像を合成することもできる。たとえば図6(a)、(b)の例において、各画素の中心にある1つの受光素子(画素61cでは、受光素子c3)の受光信号のみを選択すれば、絞り値が最小のときの撮像画像を合成する
ことができる。このとき合成される撮像画像は、全被写体にピントが合っているパンフォーカス画像である。ここから受光信号の選択対象とする受光素子の範囲を拡大してその数を増やすほど、絞り値が大きいときの撮像画像が合成される。
Furthermore, by changing the number of light receiving elements to be selected as light receiving signals, a plurality of types of captured images having the same image plane position and different aperture sizes can be combined. For example, in the examples of FIGS. 6A and 6B, if only the light reception signal of one light receiving element (in the
なお、上記の結像面からの距離(像面のずれ量)は、当該像面においてピントが合う被写体領域の焦点検出領域に対して焦点検出演算部11が検出するデフォーカス量に対応している。すなわち、前述のように撮影時に焦点検出演算部11によって検出され、被写体情報の一部として記録されるデフォーカス量は、撮像素子6からの受光信号をセンサ制御部8が得た際のレンズ光学系1による像面のずれ量を表している。
The distance from the image plane (image plane deviation amount) corresponds to the defocus amount detected by the focus
なお、図6(a),(b)では、画像合成対象とする像面の位置が結像面よりも前側(レンズ光学系1に近い位置)にある場合の撮像画像の合成方法を説明したが、画像合成対象とする像面の位置を結像面よりも後側(レンズ光学系1から遠い位置)とした場合にも、同様にして撮像画像を合成することができる。 In FIGS. 6A and 6B, the method for synthesizing the captured image when the position of the image plane to be image-combined is on the front side (position close to the lens optical system 1) from the imaging plane has been described. However, even when the position of the image plane that is the object of image synthesis is set behind the imaging plane (position far from the lens optical system 1), the captured image can be synthesized in the same manner.
制御装置18は、マイコンやメモリ等によって構成されており、上記のセンサ制御部8、被写体認識部9、焦点検出領域設定部10、焦点検出演算部11、レンズ駆動量演算部12、レンズ駆動制御部13および画像生成部17の各機能を実現するための処理を実行したり、カメラの動作制御を行ったりする。また、これらの処理や制御において必要な情報を一時的に記憶する。
The
本実施形態のカメラにおいて制御装置18により実行される処理のフローチャートを図8および9に示す。図8は、撮影時に実行される撮影処理のフローチャートであり、図9は、任意の距離の像面にピントの合った撮像画像を合成して表示する際に実行される画像合成処理のフローチャートである。
8 and 9 show flowcharts of processing executed by the
図8の撮影処理のフローチャートについて説明する。ステップS10において、制御装置18は、カメラに設けられた不図示のレリーズボタンがユーザによって半押し操作されたか否かを判定する。レリーズボタンの半押し操作がされると、制御装置18は次のステップS20へ進む。
A flowchart of the photographing process in FIG. 8 will be described. In step S10, the
ステップS20において、制御装置18は、カメラの撮影条件を設定する。ここでは、測光センサ16から出力される測光信号に基づいて検出された結像面の明るさや、予め設定された撮影モードの種類などに基づいて、撮影時のISO感度、シャッタースピードおよび絞り値を設定することにより、撮影条件の設定を行う。
In step S20, the
ステップS30において、制御装置18は、被写体認識部9により被写体を認識する。ここでは前述のように、テンプレートマッチング等の手法を用いて、撮像素子6からの受光信号が表すレンズ光学系1による像のうち特定の像を被写体として認識し、その被写体の位置、数、大きさ、主要被写体などを特定する。
In step S <b> 30, the
ステップS40において、制御装置18は、焦点検出領域設定部10により、ステップS30における被写体の認識結果に基づいて、レンズ光学系1による像面内に焦点検出領域を設定する。ここでは、以下に説明するように焦点検出領域の設定を行う。
In step S <b> 40, the
図7は、ステップS40における焦点検出領域の設定方法を説明するための図である。図7(a)は、撮像素子6からの受光信号が表す像の例を示している。このような像に対して被写体認識部9がステップS30で行う被写体認識により、たとえば図7(b)の符号41〜45に示す複数の被写体領域に像面が区分される。被写体領域41は、図7(a)の像において主要被写体と認識された像面中央付近に位置する車両に対応する領域であ
る。なお、どの被写体を主要被写体とするかは、各被写体の位置関係や大きさ等に基づいて決定することができる。また、被写体領域42は背景に、被写体領域43は主要被写体車両の右側を走行している他の車両に、被写体領域44は主要被写体車両の周辺の路面に、被写体領域45は主要被写体車両の前方の路面にそれぞれ対応している。
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of setting the focus detection area in step S40. FIG. 7A shows an example of an image represented by a light reception signal from the
焦点検出領域設定部10はステップS40において、被写体領域41〜45に対して、その大きさに応じた数の焦点検出領域を図7(c)に示すようにそれぞれ設定する。すなわち、比較的小さな被写体領域41、43および44には、焦点検出領域41a、43aおよび44aをそれぞれ1つずつ設定する。また、これらの被写体領域よりも大きな被写体領域42には、2つの焦点検出領域42a,42bを設定し、さらに大きな被写体領域45には、3つの焦点検出領域45a,45bおよび45cを設定する。なお、これらの焦点検出領域の設定位置は、当該被写体領域内でなるべくバランスの取れた位置とするのが好ましい。たとえば、焦点検出領域41a、43aおよび44aは、被写体領域41、43および44の重心位置にそれぞれ設定する。また、焦点検出領域42a,42bは、被写体領域42を二等分した各領域の重心位置にそれぞれ設定し、焦点検出領域45a,45bおよび45cは、被写体領域45を三等分した各領域の重心位置にそれぞれ設定する。
In step S40, the focus detection
以上説明したように、焦点検出領域設定部10は、被写体認識部9によって区分された各被写体領域の大きさに応じて、各被写体領域に設定する焦点検出領域の数を変更する。なお、焦点検出領域の設定数を変更するか否かは、被写体領域の大きさが像面に占める割合に応じて決定することができる。たとえば、被写体領域の大きさが像面に対して15%未満であれば、焦点検出領域の設定数を1とする。また、15%以上30%未満であれば焦点検出領域の設定数を2とし、30%以上であれば焦点検出領域の設定数を3とする。ここで挙げた被写体領域の大きさの割合と焦点検出領域の設定数との関係はあくまで一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
As described above, the focus detection
あるいは、各被写体領域に対応する像のコントラストに基づいて焦点検出領域の設定位置および設定数を決定してもよい。たとえば、各被写体領域で所定値以上のコントラストを有する像の位置に対して、焦点検出領域をそれぞれ設定する。このとき、被写体領域の大きさに関わらず、コントラストが所定値以上である全ての位置に対して焦点検出領域を設定してもよいし、被写体領域の大きさに応じて設定可能な焦点検出領域の上限数を決めてもよい。このようにすれば、設定された焦点検出領域に対して信頼性の高いデフォーカス量を検出することができる。 Alternatively, the set position and number of focus detection areas may be determined based on the contrast of the image corresponding to each subject area. For example, a focus detection area is set for each position of an image having a contrast of a predetermined value or more in each subject area. At this time, regardless of the size of the subject area, the focus detection area may be set for all positions where the contrast is equal to or greater than a predetermined value, or a focus detection area that can be set according to the size of the subject area. You may decide the upper limit number. In this way, it is possible to detect a highly reliable defocus amount for the set focus detection region.
ここで、上記説明では被写体認識部9によって区分された被写体領域41〜45の全てに対して焦点検出領域を設定する例を挙げたが、所定の設定条件を満たさない被写体領域には焦点検出領域を設定しないこととしてもよい。たとえば、像のコントラストが上記の所定値未満である被写体領域や、大きさが所定値未満である被写体領域などを、焦点検出領域の設定対象から除外することができる。このようにすれば、正しいデフォーカス量が検出できないおそれがある被写体領域に対しては焦点検出領域が設定されないため、デフォーカス量の検出精度の低下を防ぐことができる。
Here, in the above description, the example in which the focus detection area is set for all of the
ステップS50において、制御装置18は、焦点検出演算部11により、ステップS40で設定した各焦点検出領域に対するデフォーカス量をそれぞれ検出する。このデフォーカス量の検出は、前述のように撮像素子6からの受光信号のうち、設定した焦点検出領域に対応する画素に属する受光素子からの受光信号に基づいて行われる。なお、ここで検出されるデフォーカス量は、当該焦点検出領域に対応する被写体に対するレンズ光学系1の焦点調節状態を示すものである。すなわち、当該焦点検出領域に対応する被写体にピントが合った像面の、レンズ光学系1による結像面に対するずれ量を表している。
In step S50, the
ステップS60において、制御装置18は、ステップS50で検出したデフォーカス量に基づいて、レンズ駆動量演算部12によりレンズ光学系1の焦点調節を行う。ここでは、検出したデフォーカス量のうち主要被写体に対応する焦点検出領域のデフォーカス量に基づいて、その主要被写体にピントが合うようにレンズ駆動量が演算される。そして、レンズ駆動量演算部12からレンズ駆動用モータ14へ駆動制御信号を出力し、レンズ駆動用モータ14が焦点調節レンズを駆動することにより、レンズ光学系1の焦点調節が行われる。
In step S60, the
ステップS70において、制御装置18は、カメラに設けられた不図示のレリーズボタンがユーザによって全押し操作されたか否かを判定する。レリーズボタンの全押し操作が行われていなければステップS10へ戻り、前述したような処理を繰り返す。レリーズボタンの全押し操作が行われると、制御装置18は次のステップS80へ進む。
In step S70, the
ステップS80において、制御装置18は撮影を行う。このとき前述のように、クイックリターンミラー2を光路上から光路外へと移動して、レンズ光学系1を介した入射光束により結像される被写体像を撮像素子6により撮像し、1画素当たり複数の受光素子の情報を有する撮像画像情報を取得する。
In step S80, the
ステップS90において、制御装置18は被写体情報を取得する。ここでは、ステップS70でレリーズボタンの全押し操作が検出される直前のステップS30〜S50の実行結果に基づいて、前述のような被写体情報を取得する。この被写体情報には、撮影時の被写体認識結果、焦点検出領域およびデフォーカス量の各情報が含まれる。
In step S90, the
ステップS100において、制御装置18は、ステップS80で取得した撮像画像情報と、ステップS90で取得した被写体情報とを、互いに関連付けて不図示のメモリーカードに記録する。ステップS100を実行したら、制御装置18は図8のフローチャートを終了する。以上説明したようにして撮影処理が行われる。
In step S100, the
次に、図9の画像合成処理のフローチャートについて説明する。画像合成処理は、カメラに設けられた不図示の操作ボタンの操作により、ユーザが画像の合成をカメラに対して指示したときに行われる。ステップS110において、制御装置18は、図8のステップS100でメモリーカードに記録された撮像画像情報を読み出して、その撮像画像情報に基づく初期画像を表示部19に再生表示する。ここでは、読み出した撮像画像情報の中から、撮像素子6の各画素の中心にある受光素子による受光信号の情報を選択し、その受光信号情報が表す画像を初期画像として表示する。この初期画像は前述のように、全被写体にピントが合っているパンフォーカス画像である。あるいは、図6(b)で説明したようにして受光信号を選択し、その受光信号情報が表す画像を初期画像として表示してもよい。この場合の初期画像は、図8のステップS60において主要被写体にピントが合うように焦点調節されたレンズ光学系1による結像面に対応する撮像画像、すなわち像面のずれ量が0の撮像画像である。
Next, a flowchart of the image composition process in FIG. 9 will be described. The image composition process is performed when the user instructs the camera to compose an image by operating an operation button (not shown) provided on the camera. In step S110, the
ステップS120において、制御装置18は、撮像画像の合成を行う際のピント合わせ位置をステップS110で表示した初期画像において設定する。ここでは、たとえばカメラに設けられた不図示の操作ボタンの操作によりユーザが初期画像上の任意の位置を指定すると、その位置をピント合わせ位置に設定する。あるいは、初期画像上のいずれの位置をカメラが自動的に選択し、ピント合わせ位置に設定してもよい。
In step S120, the
ステップS130において、制御装置18は、ステップS110で読み出された撮像画像情報と関連付けてメモリーカードに記録された被写体情報の中から、ステップS120
で設定したピント合わせ位置に対応する被写体情報を抽出する。すなわち、設定されたピント合わせ位置に対して、対応する被写体領域の位置、数、大きさなどの情報を抽出する。さらに、その被写体領域に対して設定された焦点検出領域と、その焦点検出領域に対して検出されたデフォーカス量の情報を抽出する。
In step S130, the
The subject information corresponding to the focus position set in is extracted. That is, information such as the position, number, and size of the corresponding subject area is extracted with respect to the set focus position. Further, information on the focus detection area set for the subject area and the defocus amount detected for the focus detection area is extracted.
ステップS140において、制御装置18は、ステップS130で抽出した被写体情報が示すデフォーカス量に基づいて、撮像画像を合成する像面の位置を決定する。なお、複数のデフォーカス量の情報が被写体情報として抽出された場合は、それらの平均値、最小値、最大値などを代表デフォーカス量として算出し、撮像画像を合成する像面の位置を決定してもよい。
In step S140, the
ステップS150において、制御装置18は、撮像画像を合成する際の絞りを設定する。この絞りの設定は、たとえばカメラに設けられた不図示の操作ボタンをユーザが操作することによって行われる。あるいは、カメラが自動的に絞りを設定してもよい。
In step S150, the
ステップS160において、制御装置18は、画像生成部17により、ステップS140で決定した像面位置に対応する撮像画像を表示するための画像信号を生成する。ここでは、決定した像面位置における像面のずれ量に対応する、ステップS130で抽出した被写体情報が示すデフォーカス量に基づいて、図6で説明したような方法により、撮像画像情報が表す各画素の受光素子による受光信号のうちの一部を選択する。このとき、ステップS150で設定した絞りに応じて、受光信号の選択対象とする受光素子の数を決定する。こうして選択した受光信号に基づいて画像信号を生成することにより、ピント合わせ位置に設定された被写体にピントの合った撮像画像が合成される。
In step S160, the
ステップS170において、制御装置18は、ステップS160で生成された画像信号に基づく撮像画像を表示部19に再生表示する。ステップS170を実行したら、制御装置18は図9のフローチャートを終了する。以上説明したようにして画像合成処理が行われる。
In step S170, the
以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果を奏することができる。 According to the embodiment described above, the following operational effects can be achieved.
(1)制御装置18は、図8の撮影処理において、撮像素子6からの受光信号を得た際のレンズ光学系1による像面のずれ量を示すデフォーカス量を検出する(ステップS50)。また、図9の画像合成処理において、ピント合わせ位置に対応する被写体情報を抽出し(ステップS130)、抽出した被写体情報におけるデフォーカス量に基づいて、撮像画像情報としてメモリーカードに記録された撮像素子6の各受光素子からの複数の受光信号の一部を図6に示すようにして選択し、選択した該一部の受光信号に基づいて画像信号を生成する(ステップS160)。こうして画像信号を生成することで撮像画像の合成を行うようにしたので、撮影データから撮影後に任意の距離にある被写体にピントの合った像面の画像を合成する際に、画像合成の対象とする像面を迅速に設定することができる。
(1) In the photographing process of FIG. 8, the
(2)制御装置18は、レンズ光学系1による像面内に焦点検出領域を設定することで、ステップS50でデフォーカス量を検出する対象とする像面内の位置を特定する(ステップS40)。ステップS160では、こうして焦点検出領域として特定された像面内の位置に対するデフォーカス量に基づいて、複数の受光信号の一部を選択する。このようにしたので、像面内の適切な位置に対してデフォーカス量を検出し、撮像画像の合成を行うことができる。
(2) The
(3)制御装置18は、レンズ光学系1による像のうちの特定の像を被写体として認識する(ステップS30)。こうして認識された被写体の位置に対してステップS40で設定
された焦点検出領域のデフォーカス量を、ステップS50において検出する。したがって、像面内の被写体に対するデフォーカス量を自動的に検出することができる。
(3) The
(4)制御装置18は、ステップS30において、認識した被写体に基づいてレンズ光学系1による像面を複数の被写体領域に区分する。こうして区分された各被写体領域に対してステップS40で設定された焦点検出領域のデフォーカス量を、ステップS50において検出する。このようにしたので、複数の被写体が像面内にある場合に、それぞれの被写体に対するデフォーカス量を確実に検出することができる。
(4) In step S30, the
(5)制御装置18は、ステップS30で区分された被写体領域の大きさが像面の所定割合以上である場合に、その被写体領域に対してステップS40で設定された複数の焦点検出領域にそれぞれ対応する複数のデフォーカス量を、ステップS50において検出する。したがって、像面内に占める領域の割合に応じて適切な数のデフォーカス量を検出することができる。
(5) When the size of the subject area divided in step S30 is equal to or larger than a predetermined ratio of the image plane, the
(6)制御装置18はまた、撮像素子6からの受光信号に基づくレンズ光学系1の像のうち所定値以上のコントラストを有する像の位置に対して、ステップS40において焦点検出領域を設定し、ステップS50においてデフォーカス量を検出してもよい。このようにすれば、信頼性の高いデフォーカス量を検出することができる。
(6) The
(7)制御装置18は、ステップS50で検出されたデフォーカス量に基づいてレンズ光学系1の焦点調節を行う(ステップS60)。こうして焦点調節が行われたレンズ光学系1からの光束を受光した撮像素子6により出力され、撮像画像情報として記録された受光信号に基づいて、ステップS160において画像信号を生成する。このようにしたので、撮影時にレンズ光学系1の焦点調節を適切に行うことができる。
(7) The
なお、上記実施の形態では、ステップS30において撮像素子6から出力される受光信号に基づいて被写体を認識しているが、測光センサ16から出力される測光信号に基づいて被写体を認識してもよい。あるいは、撮像素子6や測光センサ16とは別に被写体認識用の撮像素子をカメラ内に設け、これを用いて撮像した画像情報に基づいて被写体を認識してもよい。
In the above embodiment, the subject is recognized based on the light reception signal output from the
また、図9のフローチャートに示す画像合成処理を上記実施の形態で説明したカメラ以外の画像合成装置において行うようにしてもよい。この場合、画像合成処理を実行するためのプログラムは、CD−ROMなどの記録媒体やインターネットなどの電気通信回線を通じて画像合成装置に提供することができる。図10は、パーソナルコンピュータを画像合成装置として使用する例を示している。パーソナルコンピュータ100は、CD−ROM101を介してプログラムの提供を受ける。あるいは、パーソナルコンピュータ100は通信回線104との接続機能を有し、サーバ103から上記のプログラムを提供されることとしてもよい。通信回線104は、インターネット、パソコン通信などの通信回線、あるいは専用通信回線などである。サーバ103は、通信回線104を介してプログラムをパーソナルコンピュータ100に送信する。すなわち、プログラムを搬送波上のデータ信号に変換して、通信回線101を介して送信する。このように、プログラムは、記録媒体や搬送波などの種々の形態のコンピュータ読み込み可能なコンピュータプログラム製品として供給できる。
Further, the image composition processing shown in the flowchart of FIG. 9 may be performed by an image composition device other than the camera described in the above embodiment. In this case, a program for executing the image composition process can be provided to the image composition apparatus through a recording medium such as a CD-ROM or an electric communication line such as the Internet. FIG. 10 shows an example in which a personal computer is used as an image composition device. The
上記のパーソナルコンピュータ100には、図8の撮影処理をカメラの制御装置18が実行することによって撮像画像情報および被写体情報が記録された記録媒体102が装填される。パーソナルコンピュータ100は、CD−ROM101またはサーバ103から提供されたプログラムを実行することにより、撮像画像情報および被写体情報を記録媒体
102から読み出し、読み出された撮像画像情報および被写体情報に基づいて図9の画像合成処理を実行することで、任意の像面位置にピントの合った撮像画像を合成してディスプレイに表示する。
The above-described
以上説明した実施の形態および各種の変形例は、あくまで本発明の実施の形態の一例である。したがって、発明を解釈する際、上記の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係には何ら限定も拘束もされない。また、発明の特徴が損なわれない限り、本発明は上記の記載内容に限定されるものでもない。 The embodiment and various modifications described above are merely examples of the embodiment of the present invention. Therefore, when interpreting the invention, the correspondence between the above described items and the items described in the claims is not limited or restricted. In addition, the present invention is not limited to the above description unless the features of the invention are impaired.
1 レンズ光学系
6 撮像素子
7 焦点検出光学系
9 被写体認識部
10 焦点検出領域設定部
11 焦点検出演算部
12 レンズ駆動量演算部
13 レンズ駆動制御部
17 画像生成部
18 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lens
Claims (13)
前記複数のマイクロレンズに対して複数の受光素子を有し、光学系からの光束を前記マイクロレンズを介して受光して複数の受光信号を出力する受光素子アレイと、
前記受光信号を用いて前記光学系による像面のずれ量を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記像面のずれ量を用いて、前記光学系による結像面からの距離を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された前記距離に対応する前記受光信号を用いて、前記決定手段により決定された前記距離にピントが合った画像信号を生成する画像生成手段と、を備えることを特徴とする画像生成装置。 A microlens array in which a plurality of microlenses are arranged; and
A light receiving element array having a plurality of light receiving elements for the plurality of micro lenses, receiving a light beam from an optical system via the micro lens, and outputting a plurality of light receiving signals;
Detecting means for detecting a shift amount of the image plane by the optical system using the received light signal;
Determining means for determining a distance from the image plane by the optical system, using a deviation amount of the image plane detected by the detecting means;
Using the light receiving signal corresponding to the distance determined by said determining means, characterized in that it comprises an image generating means for generating an image signal in focus on the distance that is determined by said determining means Image generation device.
ユーザが撮影画像上の所定位置を選択するための選択手段を有し、
前記決定手段は、前記検出手段により検出された前記像面のずれ量のうち、前記選択手段により選択された前記所定位置に対応する像面のずれ量を用いて前記光学系による結像面からの距離を決定することを特徴とする画像生成装置。 The image generation apparatus according to claim 1,
The user has a selection means for selecting a predetermined position on the captured image,
The determining means uses a deviation amount of the image plane corresponding to the predetermined position selected by the selection means, out of the deviation amounts of the image plane detected by the detection means, from the image plane formed by the optical system. An image generation apparatus characterized by determining a distance of the image.
特定被写体を認識する認識手段を有し、
前記決定手段は、前記検出手段により検出された前記像面のずれ量のうち、前記選択手段により選択された前記所定位置にある前記特定被写体に対応する前記像面のずれ量を用いて前記光学系による結像面からの距離を決定することを特徴とする画像生成装置。 The image generation apparatus according to claim 2,
Having a recognition means for recognizing a specific subject,
The determination means uses the deviation amount of the image plane corresponding to the specific subject at the predetermined position selected by the selection means among the deviation amounts of the image plane detected by the detection means. An image generation apparatus characterized by determining a distance from an image plane by a system.
前記受光素子アレイから出力された前記複数の受光信号に関連付けて、前記検出手段によって検出された前記像面のずれ量を記憶する記憶手段と、を有することを特徴とする画像生成装置。 The image generation apparatus according to claim 1 ,
An image generating apparatus , comprising: a storage unit that stores a shift amount of the image plane detected by the detection unit in association with the plurality of light reception signals output from the light receiving element array .
特定被写体を認識する認識手段を有し、
前記記憶手段は、前記受光素子アレイから出力された前記複数の受光信号に関連付けて、前記認識手段によって認識された前記特定被写体に関する情報を記憶することを特徴とする画像生成装置。 The image generation apparatus according to claim 4,
Having a recognition means for recognizing a specific subject,
The image generation apparatus , wherein the storage unit stores information on the specific subject recognized by the recognition unit in association with the plurality of light reception signals output from the light receiving element array .
ユーザが撮影画像上の所定位置を選択するための選択手段を有し、
前記検出手段は、前記光学系による像面上の複数のエリアのそれぞれに対応する複数のずれ量を検出し、
前記記憶手段は、前記受光素子アレイから出力された前記複数の受光信号に関連付けて、前記検出手段によって検出された前記複数のずれ量を記憶し、
前記決定手段は、前記記憶手段に記憶された前記複数のずれ量のうち、前記選択手段により選択された前記所定位置に対応するずれ量を用いて前記光学系による結像面からの距離を決定することを特徴とする画像生成装置。 In the image generation device according to claim 4 or 5 ,
The user has a selection means for selecting a predetermined position on the captured image,
The detecting means detects a plurality of shift amounts corresponding to a plurality of areas on the image plane by the optical system;
The storage means stores the plurality of shift amounts detected by the detection means in association with the plurality of light reception signals output from the light receiving element array,
The determining unit determines a distance from the imaging plane by the optical system using a shift amount corresponding to the predetermined position selected by the selection unit among the plurality of shift amounts stored in the storage unit. An image generation apparatus characterized by:
前記認識手段は、認識した前記特定の像に基づいて前記光学系による像面を複数領域に区分し、
前記検出手段は、前記認識手段によって区分された前記領域に対する前記像面のずれ量を検出することを特徴とする画像生成装置。 The image generation apparatus according to claim 5 ,
The recognizing unit divides the image plane by the optical system into a plurality of regions based on the recognized specific image,
The image generation apparatus according to claim 1, wherein the detection unit detects a deviation amount of the image plane with respect to the region divided by the recognition unit.
前記検出手段は、前記認識手段によって区分された前記領域の大きさが前記像面の所定割合以上である場合に、前記領域に対して複数の前記像面のずれ量を検出することを特徴とする画像生成装置。 The image generation apparatus according to claim 7 .
The detection means detects a plurality of shift amounts of the image plane with respect to the area when the size of the area divided by the recognition means is equal to or larger than a predetermined ratio of the image plane. An image generating device.
前記検出手段により検出された前記像面のずれ量に基づいて前記光学系の焦点調節制御を行う焦点調節制御手段を備え、Focus adjustment control means for performing focus adjustment control of the optical system based on the amount of deviation of the image plane detected by the detection means,
前記受光素子アレイは、前記焦点調節制御手段により焦点調節制御がされた状態で、前記光学系からの光束を受光して前記受光信号を出力することを特徴とする撮像装置。The imaging device, wherein the light receiving element array receives a light beam from the optical system and outputs the light reception signal in a state where focus adjustment control is performed by the focus adjustment control unit.
前記複数のマイクロレンズに対して複数の受光素子を有し、光学系からの光束を前記マイクロレンズを介して受光して複数の受光信号を出力する受光素子アレイと、
前記光学系による像面内のずれ量を検出する対象とする位置を特定する特定手段と、
前記特定手段によって特定された前記位置に対する前記像面のずれ量を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出されたずれ量に基づいて前記複数の受光信号の一部を選択し、選択した該一部の受光信号に基づいて画像信号を生成する画像生成手段と、を備えることを特徴とする画像生成装置。 A microlens array in which a plurality of microlenses are arranged; and
A light receiving element array having a plurality of light receiving elements for the plurality of micro lenses, receiving a light beam from an optical system via the micro lens, and outputting a plurality of light receiving signals;
A specifying means for specifying a target position for detecting a shift amount in an image plane by the optical system;
Detecting means for detecting a shift amount of the image plane with respect to the position specified by the specifying means;
Image generating means for selecting a part of the plurality of received light signals based on the amount of deviation detected by the detecting means and generating an image signal based on the selected received light signals. An image generating apparatus.
前記受光信号を得た際の前記光学系による像面のずれ量を検出し、前記検出された前記像面のずれ量を用いて、前記光学系による結像面からの距離を決定し、Detecting the amount of deviation of the image plane by the optical system when obtaining the received light signal, using the detected amount of deviation of the image plane, determining the distance from the imaging plane by the optical system,
前記決定された前記距離に対応する前記受光信号を用いて、前記決定された前記距離にピントが合った画像信号を生成することを特徴とする画像生成方法。An image generation method, wherein an image signal focused on the determined distance is generated using the received light signal corresponding to the determined distance.
前記光学系による像のうちの特定の像を認識することにより、前記像面のずれ量を検出する対象とする位置を特定し、By recognizing a specific image among the images by the optical system, the position to be detected is determined as a target for detecting the shift amount of the image plane,
前記特定された位置に対する前記像面のずれ量に基づいて前記複数の受光信号の一部を選択し、該一部の受光信号に基づいて画像信号を生成する画像生成方法。An image generation method of selecting a part of the plurality of light reception signals based on the amount of deviation of the image plane with respect to the specified position and generating an image signal based on the part of the light reception signals.
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