JP5517819B2 - 撮像装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
また、AE機能をもつカメラにおいて、シャッタ速度と絞り値との組み合わせを定めた複数のプログラムラインを備え、マクロ撮影モードが選択されたときに、被写界深度を深くするプログラムラインを自動的に選択する構成が知られている(特許文献1参照)。
そこで本発明は、ズーム動作による主被写体以外の画像部分の変化が目立たないようにして、撮影画像の品位低下を防止することを目的とする。
前記制御手段は、前記オートズーム制御を行わない場合に第1のプログラム線図のデータを選択し、前記オートズーム制御を行う場合には前記第1のプログラム線図に比べて前記輝度の変化に対する前記絞り値の制御範囲が大きく被写界深度の浅い第2のプログラム線図のデータを選択する。
以下、図面を参照しつつ、本発明の第1実施形態を説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。本例では、被写体像を認識して所定の画角に固定する為のオートズーム機能を有するビデオカメラ等への適用について説明する。
撮影レンズを構成するレンズ群100(図には単レンズで簡略化して示す)には、被写体からの光を収束させ、焦点を合わせるためのAF(オートフォーカス)機構とズーム機構が組み込まれている。絞り部101は光量を調節し、AE(自動露出)制御を行い、後述する電子シャッタ時間(露光時間)及びゲインと併せて、取り込む画像を適切な輝度レベルに保つ役目をもつ。レンズドライバ102は可動レンズの駆動手段を構成し、後述のCPU(中央演算処理装置)によって制御され、絞り部101及び不図示のフォーカスレンズやズームレンズの移動を制御する。
撮像素子103は、CMOS(相補型金属酸化膜半導体)センサ等で構成され、レンズ群100を通った被写体からの光を電気信号に変換する。撮像素子103は後述のCPUにより制御される。AFE(アナログフロントエンド)部104は、撮像素子103が出力する電気信号から信号レベルを取り出す為のCDS(相関二重サンプリング)部、及びアナログ画素信号をデジタル信号に変換するA(アナログ)/D(デジタル)変換部を含む。
CPU108は撮像装置を構成する各部の制御を司っており、不図示のメモリに記憶されたプログラムを解釈して実行することにより後述の処理を行う。
カメラモードで電源が投入されると、CPU108はレンズドライバ102、撮像素子103、AFE部104、画像処理部105の各初期設定を行う。レンズ群100及び絞り部101を通して撮像素子103に結像する被写体像の光は該素子で電気信号に変換された後、AFE部104に出力される。ここでCPU108の制御下でCDS部及びA/D変換部により画素毎にサンプリングが行われ、変換後のデジタルデータが画像処理部105に送られる。
画像処理部105は、フレーム単位でホワイトバランス調整、輪郭強調補正、ノイズリダクション処理等の画像処理を行い、露出制御の輝度レベルを評価値として算出する。この評価値は、各画素の輝度レベルをフレーム単位で積分した値であり、フレーム内の位置に応じて重み付け等が行われる場合もある。
CPU108は画像処理部105から評価値のデータを受け取り、レンズドライバ102を介して絞り部101や可動レンズを制御する。つまり評価値が目標値となるように、レンズドライバ102が絞り部101や可動レンズを制御し、またCPU108は撮像素子103に制御信号を出力して、露光時間を制御するために電子シャッタ値を設定する。
本例では、被写体の輝度レベルが高い場合に絞り値がF8.0、シャッタ速度が1/500秒、ゲインが0dB(デシベル)とされ、被写体の輝度レベルが低くなるにつれて、領域Aに示すように、絞り値がF8.0からF4.0まで変化する。
更に被写体の輝度レベルが低くなると、図2(A)の領域Bに示すように絞り値がF4.0、ゲインが0dBのままで、シャッタ速度が1/500秒から1/60秒へと、徐々に長くなるように電子シャッタ制御が行われる。そして図2(A)の領域Cに示すように、更に輝度レベルが低くなると、シャッタ速度が1/60秒のままで絞り値がF4.0からF2.0まで変化する。更に暗くなると、図2(A)の領域Dに示すように、ゲインが0dBから20dBへと次第に上昇する。
このAE線図では、絞り部101を絞る程、レンズのMTF(Modulation Transfer Function)が劣化するので、MTFがそれほど劣化しない絞り値がF4.0程度の領域で電子シャッタによる露出制御が行われる。
またシャッタ速度が高速になるほど、ちらつきが目立ってくるので、F2.0乃至4.0までの領域Cではシャッタ制御を行わず、ゲインの上昇は、絞り開放(F2.0)でシャッタ速度が1/60秒になった時点から開始される。これは領域Cでゲインをかけるとノイズ特性が劣化する為であり、領域CからDに移行した時点からゲインを上げる制御が行われる。
以上のように、通常モード時にはレンズ特性及び電子シャッタ特性、ゲイン特性を考慮してAE制御が行われる。尚、通常の被写体(晴天時や曇天時等の室外)の明るさは、EV12乃至14であり、図2(A)の領域Bに相当する。
図示しない操作手段により被写体認識機能がオン状態に設定されると、CPU108は画像処理部105に対して被写体認識モードの設定処理を行う。尚、本実施形態の被写体認識モードにおいては、フレーム単位の画像を画像処理部105が解析し、人物等の顔を主被写体として識別する顔検出を行う。主被写体とは撮像する被写体の主たる部位を意味する。画像処理部105は、撮像した画像信号から主被写体の像を認識する認識手段として顔検出部105a(図1参照)を備える。
画像処理部105はAFE部104からフレーム毎に出力される画像データを受け取り、顔検出部105aが画像を解析して顔検出を行う。ここで、主被写体である顔が検出されない場合には次のフレームの画像解析が行われ、以後、この処理は顔が検出されるまで続行する。顔検出部105aが人物等の顔を検出すると、表示部107の表示する撮影画像には、検出された部分にてビットマップ処理等で枠が表示される。
更にCPU108はAE線図を、図2(A)に示す第1のプログラム線図(以下、通常AE線図という)から、図2(B)に示す第2のプログラム線図(以下、オートズームAE線図という)に変更する。
このようにオートズームAE線図は、通常AE線図に比べて、絞り値の制御範囲(領域A参照)が大きく被写界深度の浅いプログラム線図である。
オートズームを働かせない通常の顔検出機能では、主被写体が動いた場合に、カメラから主被写体までの距離の変化に応じて検出枠の大きさが変化する。すなわち、主被写体がカメラに近づけば検出枠は大きくなり、主被写体がカメラから遠ざかれば検出枠は小さくなる。オートズームモード時には、CPU108は顔検出によって現時点のフレームで得られた検出枠のサイズと、既に記憶された検出枠のサイズを比較する。現時点の検出枠のサイズが、記憶済みの検出枠のサイズよりも大きい場合、CPU108はレンズドライバ102を介してズーム制御を行い、焦点距離を短くする方向、即ちワイド側にズームレンズを制御する。また、現時点の検出枠が、記憶済みの検出枠よりも小さい場合、CPU108はレンズドライバ102を介してズーム制御を行い、焦点距離を長くする方向、即ちテレ側にズームレンズを制御する。
以上のようにオートズーム機能では、フレーム単位で検出された検出枠と、事前の設定処理で記憶された検出枠とが比較され、比較結果に応じてズーム制御が行われる。これにより、フレーム毎に得られる検出枠の大きさが、所定の検出枠の大きさになるように制御され、主被写体の大きさを一定のサイズに固定することができる。
図3のように、主被写体がカメラに近づき、また離れるといった運動を頻繁に繰り返す被写体の場合、ズーム位置がワイド側の位置とテレ側の位置との間で変化を繰り返すことになる。このため、図3に示すように背景画像も頻繁に変わり、動画像の品位が低下する虞がある。
本実施形態では図2(B)に示すオートズームAE線図のように、絞り部101を図2(A)の通常AE線図よりも開き気味に制御する。よって、被写界深度が通常よりも浅くなって、焦点距離が異なる画像周辺部で解像度が低くなり、ボケ味を増す作用が働くので、ズーム動作による背景画像の変化が目立たなくなる。これにより動画像の品位を損なわずに撮影を行うことができる。
また画像処理部105が主被写体の解像度検出部を備える場合、該検出部は主被写体の検出枠内での解像度を示す周波数成分毎のヒストグラムを抽出する。CPU108は解像度のレベル値を閾値と比較し、比較結果に応じて絞り部101を制御する。この場合、ヒストグラムの示す解像度のレベル値が閾値以下に低下して主被写体部分の解像度が足りないとCPU108が判断した場合、レンズドライバ102に制御信号が送出され、解像度が閾値を超えるまで絞り部101を絞る制御が行われる。なお、閾値については検出枠の大きさや明るさ、周波数帯域等に応じて可変に設定することができ、実際の画像解析結果等に基づいて定められる。
次に本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態に係る撮像装置の構成は第1実施形態の場合と同様であるため、既に使用した符号を用いることにより、それらの説明を割愛する。
カメラモードで電源投入が行われると、CPU108は各部の初期設定を行い、一連のカメラ制御動作を開始させる。通常の撮影モード時には、CPU108は図2(A)の通常AE線図に基づいて露出制御を行う。
オートズーム機能がオン状態に設定された場合、CPU108は画像処理部105に対して被写体認識モードに設定する。画像処理部105はフレーム単位の画像を解析し、人物等の顔を識別する顔検出モードとする。顔検出部105aは、AFE部104が出力する画像データを受け取って、フレーム毎に人物等の顔検出を行う。顔が検出されると表示部107は検出された部分にビットマップ処理等で枠を表示する。
ユーザはズーム操作等で検出枠を所望の大きさに調整した後、主被写体の大きさを設定するためのボタン(不図示)を操作する。その時点からズーム制御により、主被写体の検出枠の大きさが一定のサイズに保たれる。
CPU108は、算出したズーム倍率の時間変化率が、所定の閾値(Hedと記す)よりも大きい場合(He>Hed)、AE線図を図2(B)のオートズームAE線図に変更し、絞り部101を開き気味に制御する。
図4は焦点距離の時間的変化を例示したグラフであり、縦軸に焦点距離(ズーム位置)をとり、横軸に時間を示す。焦点距離f1[mm]の位置Aから、ズーム位置がワイド側からテレ側に動き始めると、経過時間T1[秒]のカウントが開始する。時間T1が経過して、位置Bで焦点距離がf2となり、今度はズーム位置がテレ側からワイド側に変化する。位置Aから位置Bまでの間のズーム倍率の時間変化率He[倍/秒]は、下式により算出される。
CPU108は、「He>Hed」と判定した場合、図2(B)のオートズームAE線図に変更し、前述したように絞り部101を開き気味に制御する。
図4で位置Bから位置Cに変化する場合には、ズーム位置がテレ側からワイド側に変化し、焦点距離はf2からf3[mm]に変化する。この場合、f2>f3であるので、He=(f3/f2)/T2[倍/秒]であり、前記と同様にHeとHedとの比較結果に応じてAE線図の変更や選択が行われる。
本実施形態では、AE線図の切替制御に関してズームの動き、つまり移動量や継続時間を所定の閾値と比較してAE線図を切り替える例を示した。これに限らず、検出枠の大きさが変化した場合にその変化率(速度)が所定の閾値を超えたか否かに応じてAE線図を切り替えてもよい。尚、ズームの移動量が小さい場合には背景画像の動きは小さくなるので、背景画像がボケない通常AE線図で制御することが好ましい。
101 絞り部
102 レンズドライバ
103 撮像素子
105 画像処理部
105a 顔検出部
108 CPU
Claims (6)
- 被写体の部位である主被写体を認識して該主被写体の像が一定の大きさとなるように撮影レンズを駆動してオートズーム制御を行う撮像装置であって、
前記被写体を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子によって得た画像信号から前記主被写体の像を認識する認識手段と、
前記撮影レンズ及び絞り部を駆動する駆動手段と、
前記被写体の輝度に応じてシャッタ速度及び絞り値を定めた露出制御用のプログラム線図を変更して前記撮像素子及び前記駆動手段を制御し、前記認識手段により認識された前記主被写体の像の大きさに基づいて前記撮影レンズのズーム制御を行う制御手段を備え、
前記制御手段は、前記オートズーム制御を行わない場合に第1のプログラム線図のデータを選択し、前記オートズーム制御を行う場合には前記第1のプログラム線図に比べて前記輝度の変化に対する前記絞り値の制御範囲が大きく被写界深度の浅い第2のプログラム線図のデータを選択することを特徴とする撮像装置。 - 前記制御手段はズーム倍率の時間変化率を算出し、該時間変化率が閾値を越える場合に前記第2のプログラム線図のデータを選択することを特徴とする、請求項1記載の撮像装置。
- 前記制御手段は、焦点距離の変化に基づいて前記撮影レンズのズーム位置を算出し、その移動量が閾値以下である状態が予め定められた時間以上に亘って継続した場合、前記第2のプログラム線図から前記第1のプログラム線図に変更することを特徴とする、請求項1又は2記載の撮像装置。
- 前記制御手段は前記第2のプログラム線図のデータを選択した場合、シャッタ速度を固定値として前記被写体の輝度が低下するにつれて前記絞り部を絞り開放の状態まで開いて露出制御を行うことを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項記載の撮像装置。
- 前記制御手段は、前記第2のプログラム線図のデータを選択しており、かつ前記主被写体の解像度が閾値以下である場合、該解像度が閾値を超えるまで前記駆動手段を介して前記絞り部を絞る制御を行うことを特徴とする、請求項4記載の撮像装置。
- 被写体の部位である主被写体を認識して該主被写体の像が一定の大きさとなるように撮影レンズを駆動してオートズーム制御を行う撮像装置の制御方法であって、
前記被写体を撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで得た画像信号から前記主被写体の像を認識する認識ステップと、
前記被写体の輝度に応じてシャッタ速度及び絞り値を定めた露出制御用のプログラム線図を変更して、前記認識ステップで認識された前記主被写体の像の大きさに基づいて前記撮影レンズのズーム制御を行う制御ステップを有し、
前記制御ステップにて前記オートズーム制御を行わない場合に第1のプログラム線図のデータを選択し、前記オートズーム制御を行う場合には前記第1のプログラム線図に比べて前記輝度の変化に対する前記絞り値の制御範囲が大きく被写界深度の浅い第2のプログラム線図のデータを選択することを特徴とする撮像装置の制御方法。
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