JP5338118B2 - 相関演算装置、焦点検出装置および撮像装置 - Google Patents
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請求項2の発明による相関演算装置は、一次元上に配列された複数の第1電気信号データから構成される第1電気信号データ列と、一次元上に配列された複数の第2電気信号データから構成される第2電気信号データ列とを、一次元上で変位量を変えながら相対的に変位させ、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列との間の相関量を演算して前記相関量の極値が得られる前記変位量を求める相関演算装置であって、結像光学系を通過した光束による像を光電変換して、前記第1電気信号データ列を出力する第1の光電変換手段と、結像光学系を通過した光束による像を光電変換して、前記第2電気信号データ列を出力する第2の光電変換手段と、一次元上の所定位置の近傍における前記複数の第1電気信号データの内の4個のデータを成分とする4次元の第1ベクトルと、一次元上の前記所定位置に対応する位置の近傍における前記複数の第2電気信号データの内の4個のデータを成分とする4次元の第2ベクトルとから対応する2個のデータの組み合わせを成分とする2次元ベクトルを抽出し、該2次元ベクトルの外積演算の結果であるスカラー量に応じて局所的相関量を算出する外積演算手段と、前記所定位置を一次元上の所定区間に亘って移動させて前記外積演算手段による前記局所的相関量を積算して積算量を、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列との間の前記相関量として、算出する積算手段と、を備えることを特徴とする。
請求項5の発明による焦点検出装置は、一次元上に配列された複数の第1電気信号データから構成される第1電気信号データ列と、一次元上に配列された複数の第2電気信号データから構成される第2電気信号データ列とを、一次元上で変位量を変えながら相対的に変位させ、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列との間の相関量を演算して前記相関量の極値が得られる前記変位量を求める相関演算装置であって、一次元上の所定位置の近傍における前記複数の第1電気信号データの内の3個のデータを成分とする3次元の第1ベクトルと、一次元上の前記所定位置に対応する位置の近傍における前記複数の第2電気信号データの内の3個のデータを成分とする3次元の第2ベクトルとの間で外積演算を行って局所的相関量を算出する外積演算手段と、前記所定位置を一次元上の所定区間に亘って移動させて前記外積演算手段による前記局所的相関量を積算して積算量を、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列との間の前記相関量として、算出する積算手段と、を有する相関演算装置と、結像光学系の瞳の一対の部分領域を通る一対の光束を受光して前記一対の光束による像にそれぞれ対応する前記第1及び第2の電気信号データ列を出力する瞳分割像検出手段と、前記変位量に基づいて前記結像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、を備え、前記外積演算手段による前記外積演算は、二つの3次元ベクトルの成分(X1,X2,X3)、(Y1,Y2,Y3)の内の任意の二つの成分を(Xi,Xj)、(Yi,Yj)とした場合に、これらの成分間の外積演算結果である(Xi・Yj−Xj・Yi)を複数個含むことを特徴とする。
請求項6の発明による焦点検出装置は、一次元上に配列された複数の第1電気信号データから構成される第1電気信号データ列と、一次元上に配列された複数の第2電気信号データから構成される第2電気信号データ列とを、一次元上で変位量を変えながら相対的に変位させ、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列との間の相関量を演算して前記相関量の極値が得られる前記変位量を求める相関演算装置であって、一次元上の所定位置の近傍における前記複数の第1電気信号データの内の4個のデータを成分とする4次元の第1ベクトルと、一次元上の前記所定位置に対応する位置の近傍における前記複数の第2電気信号データの内の4個のデータを成分とする4次元の第2ベクトルとから対応する2個のデータの組み合わせを成分とする2次元ベクトルを抽出し、該2次元ベクトルの外積演算の結果であるスカラー量に応じて局所的相関量を算出する外積演算手段と、
前記所定位置を一次元上の所定区間に亘って移動させて前記外積演算手段による前記局所的相関量を積算して積算量を、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列
との間の前記相関量として、算出する積算手段と、を有する相関演算装置と、結像光学系の瞳の一対の部分領域を通る一対の光束を受光して前記一対の光束による像にそれぞれ対応する前記第1及び第2の電気信号データ列を出力する瞳分割像検出手段と、前記変位量に基づいて前記結像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、を備えることを特徴とする。
An=αn+2・αn+1+αn+2,
Bn=βn+2・βn+1+βn+2 ・・・(1)
(1)式において、n=1〜Nである。
P(n)=(An・Bn+d+k−Bn+k・An+d)2+(An・Bn-d+k−Bn+k・An-d)2+(An+d・Bn-d+k−Bn+d+k・An-d)2 ・・・(2)
P(n)=(|A×B|)2=(|A|・|B|・SINθ)2 ・・・(3)
(3)式において、θはベクトルAとBのなす角度である。
C(k)=ΣP(n)=Σ{(An・Bn+d+k−Bn+k・An+d)2+(An・Bn-d+k−Bn+k・An-d)2+(An+d・Bn-d+k−Bn+d+k・An-d)2}・・・(4)
x=kj+D/SLOP ・・・(5),
C(x)= C(kj)−|D| ・・・(6),
D={C(kj-1)−C(kj+1)}/2 ・・・(7),
SLOP=MAX{C(kj+1)−C(kj),C(kj-1)−C(kj)} ・・・(8)
DEF=KX・PY・x ・・・(9)
(9)式において、PYは検出ピッチであり、KXは一対の測距瞳の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数である。
以上説明した一実施の形態では、第1データ列において互いに近傍となるN個(Nは3以上)のデータを成分とするN次元の第1ベクトルと、第2データ列において互いに近傍となるN個のデータを成分とするN次元の第2ベクトルとの間で定義される外積演算により局所的相関量を求めるとともに、前記所定位置を1次元上の所定区間に亘って移動させて局所的相関演算量を積算し、この積算値を相関量とすることによって、歪みが生じた一対の像に対して高精度に像ズレ量の検出を行うことを可能にしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すような他の実施形態が可能である。
まず、第1データ列(A1〜AN)に対して第2データ列(B1〜BN)を相対的にシフト(シフト量k)させて相関量を演算するにあたり、第1データ列(A1〜AN)においてデータAnとその近傍のデータAn-d、An+d、An+2dからなるデータグループ(An-d、An、An+d、An+2d)、および第2データ列(B1〜BN)においてデータBn+kとその近傍のデータBn-d+k、Bn+d+k、Bn+2d+kからなるデータグループ(Bn-d+k、Bn+k、Bn+d+k、Bn+2d+k)との間の外積演算を行い、(10)式によりデータAnの近傍とBn+kの近傍との局所的相関量P(n)を演算する。なお、dは整数定数(=1,2,3,・・・)である。
P(n)=(An・Bn+d+k−Bn+k・An+d)2+(An・Bn-d+k−Bn+k・An-d)2+(An+d・Bn-d+k−Bn+d+k・An-d)2+(An+2d・Bn-d+k−Bn+2d+k・An-d)2+(An+2d・Bn+k−Bn+2d+k・An)2+(An+2d・Bn+d+k−Bn+2d+k・An+d)2 ・・・(10)
C(k)=ΣP(n)=Σ{(An・Bn+d+k−Bn+k・An+d)2+(An・Bn-d+k−Bn+k・An-d)2+(An+d・Bn-d+k−Bn+d+k・An-d)2+(An+2d・Bn-d+k−Bn+2d+k・An-d)2+(An+2d・Bn+k−Bn+2d+k・An)2+(An+2d・Bn+d+k−Bn+2d+k・An+d)2} ・・・(11)
(4)式に示す相関量の演算では、(2)式により算出する局所的相関量P(n)をそのまま積算する例を示したが、(12)式、(13)式に示すように外積演算に用いるデータに応じて正規化処理を行うことによって、一対の像の歪みの影響をさらに緩和することができる。
P(n)={(An・Bn+d+k−Bn+k・An+d)2+(An・Bn-d+k−Bn+k・An-d)2+(An+d・Bn-d+k−Bn+d+k・An-d)2}/{(An-d2+An2+An+d2)・(Bn-d+k2+Bn+k2+Bn+d+k2)} ・・・(12)
C(k)={ΣP(n)}/{(ΣAn2)・(ΣBn+k2)} ・・・(13)
撮像素子における焦点検出エリアの配置は図2に示す配置に限定されず、対角線方向やその他の位置に水平方向および垂直方向に焦点検出エリアを配置してもよい。
Claims (7)
- 一次元上に配列された複数の第1電気信号データから構成される第1電気信号データ列と、一次元上に配列された複数の第2電気信号データから構成される第2電気信号データ列とを、一次元上で変位量を変えながら相対的に変位させ、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列との間の相関量を演算して前記相関量の極値が得られる前記変位量を求める相関演算装置であって、
結像光学系を通過した光束による像を光電変換して、前記第1電気信号データ列を出力する第1の光電変換手段と、
結像光学系を通過した光束による像を光電変換して、前記第2電気信号データ列を出力する第2の光電変換手段と、
一次元上の所定位置の近傍における前記複数の第1電気信号データの内の3個のデータを成分とする3次元の第1ベクトルと、一次元上の前記所定位置に対応する位置の近傍における前記複数の第2電気信号データの内の3個のデータを成分とする3次元の第2ベクトルとの間で外積演算を行って局所的相関量を算出する外積演算手段と、
前記所定位置を一次元上の所定区間に亘って移動させて前記外積演算手段による前記局所的相関量を積算して積算量を、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列との間の前記相関量として、算出する積算手段と、を備え、
前記外積演算手段による前記外積演算は、二つの3次元ベクトルの成分(X1,X2,X3
)、(Y1,Y2,Y3)の内の任意の二つの成分を(Xi,Xj)、(Yi,Yj)とした場合に
、これらの成分間の外積演算結果である(Xi・Yj−Xj・Yi)を複数個含むことを特徴とする相関演算装置。 - 一次元上に配列された複数の第1電気信号データから構成される第1電気信号データ列と、一次元上に配列された複数の第2電気信号データから構成される第2電気信号データ列とを、一次元上で変位量を変えながら相対的に変位させ、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列との間の相関量を演算して前記相関量の極値が得られる前記変位量を求める相関演算装置であって、
結像光学系を通過した光束による像を光電変換して、前記第1電気信号データ列を出力する第1の光電変換手段と、
結像光学系を通過した光束による像を光電変換して、前記第2電気信号データ列を出力する第2の光電変換手段と、
一次元上の所定位置の近傍における前記複数の第1電気信号データの内の4個のデータを成分とする4次元の第1ベクトルと、一次元上の前記所定位置に対応する位置の近傍における前記複数の第2電気信号データの内の4個のデータを成分とする4次元の第2ベクトルとから対応する2個のデータの組み合わせを成分とする2次元ベクトルを抽出し、該2次元ベクトルの外積演算の結果であるスカラー量に応じて局所的相関量を算出する外積演算手段と、
前記所定位置を一次元上の所定区間に亘って移動させて前記外積演算手段による前記局所的相関量を積算して積算量を、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列
との間の前記相関量として、算出する積算手段と、を備えることを特徴とする相関演算装置。 - 請求項1または請求項2に記載の相関演算装置において、
前記外積演算手段は、前記局所的相関量を、前記外積演算に用いた前記第1電気信号データと前記第2電気信号データにより正規化する正規化手段を有することを特徴とする相関演算装置。 - 請求項1または請求項2に記載の相関演算装置において、
前記積算手段は、前記積算値を、前記外積演算に用いた前記第1電気信号データと前記第2電気信号データにより正規化する正規化手段を有することを特徴とする相関演算装置。 - 一次元上に配列された複数の第1電気信号データから構成される第1電気信号データ列と、一次元上に配列された複数の第2電気信号データから構成される第2電気信号データ列とを、一次元上で変位量を変えながら相対的に変位させ、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列との間の相関量を演算して前記相関量の極値が得られる前記変位量を求める相関演算装置であって、
一次元上の所定位置の近傍における前記複数の第1電気信号データの内の3個のデータを成分とする3次元の第1ベクトルと、一次元上の前記所定位置に対応する位置の近傍における前記複数の第2電気信号データの内の3個のデータを成分とする3次元の第2ベクトルとの間で外積演算を行って局所的相関量を算出する外積演算手段と、
前記所定位置を一次元上の所定区間に亘って移動させて前記外積演算手段による前記局所的相関量を積算して積算量を、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列との間の前記相関量として、算出する積算手段と、を有する相関演算装置と、
結像光学系の瞳の一対の部分領域を通る一対の光束を受光して前記一対の光束による像にそれぞれ対応する前記第1及び第2の電気信号データ列を出力する瞳分割像検出手段と、
前記変位量に基づいて前記結像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、を備え、
前記外積演算手段による前記外積演算は、二つの3次元ベクトルの成分(X1,X2,X3
)、(Y1,Y2,Y3)の内の任意の二つの成分を(Xi,Xj)、(Yi,Yj)とした場合に
、これらの成分間の外積演算結果である(Xi・Yj−Xj・Yi)を複数個含むことを特徴とする焦点検出装置。 - 一次元上に配列された複数の第1電気信号データから構成される第1電気信号データ列と、一次元上に配列された複数の第2電気信号データから構成される第2電気信号データ列とを、一次元上で変位量を変えながら相対的に変位させ、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列との間の相関量を演算して前記相関量の極値が得られる前記変位量を求める相関演算装置であって、
一次元上の所定位置の近傍における前記複数の第1電気信号データの内の4個のデータを成分とする4次元の第1ベクトルと、一次元上の前記所定位置に対応する位置の近傍における前記複数の第2電気信号データの内の4個のデータを成分とする4次元の第2ベクトルとから対応する2個のデータの組み合わせを成分とする2次元ベクトルを抽出し、該2次元ベクトルの外積演算の結果であるスカラー量に応じて局所的相関量を算出する外積演算手段と、
前記所定位置を一次元上の所定区間に亘って移動させて前記外積演算手段による前記局所的相関量を積算して積算量を、前記第1電気信号データ列と前記第2電気信号データ列
との間の前記相関量として、算出する積算手段と、を有する相関演算装置と、
結像光学系の瞳の一対の部分領域を通る一対の光束を受光して前記一対の光束による像にそれぞれ対応する前記第1及び第2の電気信号データ列を出力する瞳分割像検出手段と、
前記変位量に基づいて前記結像光学系の焦点調節状態を検出する焦点検出手段と、を備えることを特徴とする焦点検出装置。 - 請求項5または請求項6に記載の焦点検出装置と、
マイクロレンズと光電変換部から成る撮像用画素と焦点検出用画素が配列された撮像素子とを備え、
前記瞳分割像検出手段は、前記焦点検出用画素の出力に基づいて前記第1及び第2の電気信号データ列を生成することを特徴とする撮像装置。
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