JP5551526B2 - 撮影装置及び撮影装置の動作方法 - Google Patents

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Description

本発明は、動画撮影機能を有する撮影装置及び撮影装置の動作方法に関する。
デジタルカメラには様々な撮影条件を自動的に制御する機能があるが、中でも自動焦点調節機能(オートフォーカス機能)は操作性を向上する重要な機能の一つである。このため、自動焦点調節機能を改善する試みが行われている。一方、近年のデジタルカメラは静止画だけでなく動画も撮影可能である。
特開2004−135029号公報には、フォーカスレンズ位置を変えながら連続撮影を行う、いわゆるフォーカスブラケット撮影機能を有する、静止画を撮影するデジタルカメラが開示されている。フォーカスブラケット撮影では、オートフォーカス機能により決定された合焦位置を中心として、光学系の焦点位置を長い方向と短い方向とに、それぞれ数段階、変えながら複数の画像を連続撮影する。
一方、特開2009−100176号公報には、撮影画面中に遠方の被写体と近傍の被写体とがある場合に、高速オートフォーカス機能を用いて、遠方の被写体が合焦状態と遠方合焦画像と、近傍の被写体が合焦状態の近傍合焦画像とを交互に撮影し、それぞれの画像から2つの動画を得る方法が開示されている。
ここで、動画撮影では、被写体とカメラとの距離の変化が高速の場合には、オートフォーカス動作が被写体の移動に追従できない場合があった。これは、オートフォーカス機能では、例えば、合焦位置を探すために、フォーカスレンズ位置(焦点位置)を小刻みに変化する、いわゆる「山登り処理」を行っているために、合焦状態が検出されても、撮影を行うときには、被写体が移動しているためである。
特開2004−135029号公報 特開2009−100176号公報
本発明は、被写体に焦点のあった動画が撮影できる撮影装置及び撮影装置の動作方法を提供することを目的とする。
本発明の実施形態の撮影装置は、焦点調節をする移動可能なフォーカスレンズを有する光学系と、前記光学系を介して、所定フレームレートの1フレーム時間内に複数の画像を撮影する撮像手段と、前記撮像手段が前記1フレーム時間内に撮影する前記複数の画像の合焦状態が異なるように、前記フォーカスレンズの移動を制御する制御手段と、前記撮像手段が撮影する画像から特定の被写体を選択する被写体選択手段と、前記撮像手段が前記1フレーム時間内に撮影する前記複数の画像の中から、前記特定の被写体が合焦した合焦画像を抽出する画像抽出手段と、前記画像抽出手段が抽出する複数の前記合焦画像から、前記所定フレームレートの動画を生成する動画生成手段と、を具備し、
前記制御手段が、次のフレームの複数の画像の撮影時に、前のフレーム時間内に撮影した前記複数の画像のうち最後に撮影した画像が近焦点の場合には、前記フォーカスレンズを無限方向に移動させ、前記最後に撮影した画像が遠焦点の場合には、前記フォーカスレンズを至近方向に移動させるとともに、前記最後に撮影した画像と前記合焦画像との焦点位置の相違量に基づいて前記フォーカスレンズの移動速度を変化させる。
また、別の実施形態の撮影装置の動作方法は、被写体選択部が、撮像部が撮影する画像から特定の被写体を選択する工程と、制御手段が、焦点調節をする移動可能なフォーカスレンズを有する光学系及び前記撮像部を制御して、所定フレームレートの1フレーム時間内に合焦状態の異なる複数の画像を撮影する工程と、合焦状態判定手段が、前記1フレーム時間内に撮影された前記複数の画像の前記特定の被写体の合焦状態を判定する工程と、画像抽出手段が、前記複数の画像の中から合焦画像を抽出する工程と、動画生成手段が、前記画像抽出手段が抽出する複数の前記合焦画像から、所定フレームレートの動画を生成する工程と、を具備し、
前記制御手段が、次のフレームの複数の画像の撮影時に、前のフレーム時間内に撮影した前記複数の画像のうち最後に撮影した画像が近焦点の場合には、前記フォーカスレンズを無限方向に移動させ、前記最後に撮影した画像が遠焦点の場合には、前記フォーカスレンズを至近方向に移動させるとともに、前記最後に撮影した画像と前記合焦画像との焦点位置の相違量に基づいて前記フォーカスレンズの移動速度を変化させる
被写体に焦点のあった動画が撮影できる撮影装置及び撮影装置の動作方法を提供する。
実施形態のカメラの構成図である。 実施形態のカメラの動作の流れを説明するためのフローチャートである。 従来のカメラの焦点位置制御を説明するための図である。 実施形態のカメラの使用状態を説明するための図である。 実施形態のカメラの焦点位置制御を説明するための図である。
以下、実施形態の撮影装置である動画撮影可能なカメラ1について説明する。図1に示すように、カメラ1は、交換レンズ10とボディ20とを有する。カメラ1としては、レンズ交換式に限られるものではないが、以下の説明はカメラ1を例に説明する。
光学系である交換レンズ10は、狭義の光学系であるレンズ11と、操作部12と、駆動部13と、位置検出部14と、制御部15と、通信部16と、を具備する。レンズ11は複数の光学部材/絞り部等からなる例えばズームレンズである。使用者の操作は操作部12を介して制御部15に伝送され、駆動部13はレンズ11の絞り、フォーカスレンズ、およびズームレンズ等を駆動する。レンズ11の絞り状態、合焦状態、およびズーム状態は、位置検出部14によって検出される。
すなわち、交換レンズ10は、駆動部13の動作により焦点位置dが可変であり、後述するボディ20の制御部30の制御により、オートフォーカシング動作を行う。フォーカシング動作は例えばフォーカシングレンズ(不図示)を移動する機械的動作により行われる。
レンズ11の焦点位置等の状態は通信部16を介してボディ20に送信される。なお、カメラ1は図示した交換レンズ10以外の交換レンズも装着可能である。
ボディ20は、撮影手段である撮像部21と、制御手段である制御部30と、被写体選択手段である被写体選択部31と、合焦状態判定手段である合焦状態判定部35と、画像抽出手段である画像抽出部32と、被写体認識手段である被写体認識部34と、動画生成手段である動画生成部33と、撮影した画像を一時的に記憶する一時記憶部23Aと、記憶部23と、表示部28と、入力手段であるタッチパネル29および操作部26と、時計25と、通信部24と、を有する。
撮像部21は、レンズ11を介して被写体を撮影する固体撮像素子であるCCD21Aと、撮像信号を処理し、画像信号を出力する信号処理部21Bと、を有する。CCD21Aは、赤(R)、緑(G)および青(B)の3色の光を、それぞれ異なる素子で検出することでカラーの撮像信号を出力する。固体撮像素子としてはCOMS撮像素子等であってもよい。
制御部30は、1フレーム時間(ΔT)内に、交換レンズ10のフォーカスレンズを所定速度で至近方向または無限方向に移動するように制御する。すなわち、焦点位置dを所定速度で所定方向に変化する。以下、焦点位置dの近距離方向(至近方向)への移動を焦点位置dの減少、遠距離方向(無限方向)への移動を焦点位置dの増加、ということがある。
そして、撮像部21は、交換レンズ10のレンズ11を介して、1フレーム時間(ΔT)内に複数の画像を撮影する。例えば、撮像部21は、1フレーム時間(ΔT)である1/60秒の間に5枚の画像を撮影する。すなわち、撮像部21は、1/300秒に1枚の画像を連続的に撮影する。ΔTの間に撮影する画像数の上限はフレームレートおよびハードウエアの制限により決定され、下限は少なくともは2枚以上、好ましくは4枚以上である。
フレームレートは使用者の指定により決定されるが、互換性の観点から30フレーム/秒または60フレーム/秒が好ましい。一方、使用者が特殊効果動画を希望する場合またはハード的に制約がある場合等には、1フレーム/秒のような、いわゆるパラパラ漫画状態の動画であってもよい。
交換レンズ10がフォーカスレンズ位置を所定速度で連続して変化しているために、ΔTの間に連続撮影された5枚の画像は、合焦状態が異なる画像である。
被写体選択部31は、撮像部21が撮影する画像中から特定の被写体を選択する。例えば、被写体選択部31は、顔認識機能により画像中から人物60の顔61を検出し、顔61を特定の被写体として選択する。すなわち、特定の被写体とは、画像中で撮影者が注目している部分であり、合焦対象部分である。
被写体認識部34は、被写体選択部31が選択した特定の被写体の特徴を解析し、画像中で位置および大きさ等が変化しても、常に特定の被写体を認識する。
合焦状態判定部35は、撮像部21が撮影する特定の被写体の画像の合焦状態を判定する。合焦状態の判定方法としては公知の方法、例えば、領域内の画像信号のコントラスト評価値等を用いることができる。さらに合焦状態判定部35は、ΔTの間に連続して撮影された複数の画像の合焦状態変化から、最後に撮影した画像の焦点位置dが、合焦位置に対して前側(近焦点)なのか、後側(遠焦点)なのかを判定する。そして、さらに合焦状態判定部35は、最後に撮影した画像と合焦状態であるコントラストが最も高い合焦画像との焦点位置差(Δd)等の相違量を算出する。
画像抽出部32は、1フレーム時間(ΔT)内に、撮像部21が撮影する複数の画像の中から、合焦状態判定部35の判定結果にもとづき、特定の被写体が合焦状態の1枚の合焦画像を抽出する。例えば、画像抽出部32は、ΔTの間に撮影された5枚の画像の中からコントラスト評価値が最大の1枚の画像を合焦画像として抽出する。
動画生成部33は、画像抽出部32が抽出した複数の合焦画像から、所定フレームレートの動画を生成する。例えば、動画生成部33は、画像抽出部32がΔT(1/60秒)に1枚の割合で抽出する合焦画像から、フレームレートが、1/ΔT(60)フレーム/秒の動画を生成する。
ここで、それぞれの合焦画像が撮影されるタイミング、すなわち、1/ΔTの中の最初の方であるか、最後の方であるかは、決まっていない。このため、動画生成部33により生成された動画は動画を構成する連続する2枚の画像の撮影間隔は、通常撮影された動画の画像と異なり、均一ではない。しかし、動画を鑑賞する人間が、この違いを認識することはない。なお、フレームレートが極端に遅い場合、例えば、1フレーム/秒の場合には、この差は認識されるが、演出効果として判断されるため、問題となることはない。
ここで、図2に示すように、ブランコに載っている人物60を撮影する場合を例に、実施の形態のカメラ1の動作について説明する。ブランコに載っている人物60はカメラ1に対して近づいたり遠ざかったりを繰り返す、そしてカメラ1と人物60との距離変化は、最近位置および最遠位置においては小さいが、その間の位置では加速度的に増加/減少する。
すなわち、図3および図4の実線で示すようにカメラ1と人物60との距離は、変化する。図3および図4において横軸は時間を、縦軸はカメラ1と人物60との距離D(太線)または距離に対応したレンズ11の焦点位置dを示している。そして、横軸に示した時間、T0〜T10は動画撮影のフレームレートに対応しており、黒丸の焦点位置の状態で、1枚の画像を撮影することを示している。黒丸が許容錯乱円に相当し、黒丸と太線とが交差していれば合焦状態である。なお、許容錯乱円の大きさは、例えば、標準的な視聴距離からテレビで視聴する場合に、いわゆるピンぼけ(アウトフォーカス)が目立たない値に設定される。また、図3および図4は説明等のために、フレームレートが1枚/秒のように極端に小さい場合である。
図3に示すように、公知のカメラのオートフォーカス制御(焦点調節制御)であっても、時間T0では、人物60が最近位置にいるため移動速度が遅く、破線で示したオートフォーカス制御された焦点位置dは、カメラ1と人物60との距離Dに対応しており、合焦状態の画像が撮影できる。しかし、時間T2、T3においては、人物60は遠ざかる速度が加速度的に増加するために、合焦状態が検出されても、撮影を行う時間T2、T3には、人物60が、より遠くに移動している。このため、人物60の位置Dと焦点位置dとの間に相違が生じるために、撮影された画像は、いわゆるピンぼけとなってしまう。同様に、時間T7、T8においては、人物60は近づく速度が加速度的に増加するために、合焦状態が検出されても、撮影を行う時間T7、T8には、人物60が、より近くに移動しているために、画像は、やはり、ピンぼけとなってしまう。
これに対して、図4に示すように、実施の形態のカメラ1では、撮像部21は、時間T0からT1の1フレーム時間(ΔT)内に焦点位置dを所定速度で連続して増加、すなわち無限方向に変化しさせながら5枚の画像(T01〜T05)を撮影する。このうち、1枚目に撮影した画像(T01)が合焦画像である。そして、最後に撮影された画像(T05)が、遠焦点画像であるために、制御部30は、次の時間T1からT2の1フレーム時間(ΔT)内は、焦点位置dをを所定速度で連続して減少、すなわち至近方向に変化しさせながら、5枚の画像を撮影する。
なお、時間T0からT1の1フレーム時間(ΔT)内において撮影された画像の中で、2枚目以降の画像(T02〜T05)は、1枚目の画像(T01)よりも合焦状態の悪い画像である。しかし、合焦状態の異なる複数の画像から、最も良い合焦状態の画像を抽出するために必要な画像である。また、フォーカスレンズの制御等には誤差があるため、より良い合焦画像を得るために必要な画像である。
そして、図4に示すように、時間T1からT2の1フレーム時間(ΔT)内では、合焦画像はT14である。同様に、画像抽出部32により、合焦画像として、T24、T34、T44、T51、T63、T72、T82、T95が選択されていく。撮影終了後に、動画生成部33は撮影された全画像の中から抽出された合焦画像のみを用いて動画を生成する。合焦画像から構成された動画は、アウトフォーカス状態になることがない。
以上の説明のように、カメラ1では、ΔTの間に合焦状態の異なる複数の画像を連続して撮影し、その中から最も良い合焦状態の画像である合焦画像を抽出して動画を生成するために被写体に焦点のあった動画が撮影できる。
なお、ボディ20の各構成要素は、それぞれ独立したハードウエアではなく、例えば、制御部30等の構成要素は、図示しないROM等の記憶部または記憶媒体に記憶されたプログラムがCPUに読み込まれて、それぞれの構成要素の機能を実行するものであってもよい。すなわち、CPUが制御部30を構成し、制御部30が、その機能としてそれぞれの構成要素の機能を有していてもよい。
次に、図2のフローチャートに従い、カメラ1の処理の流れについて説明する。
<ステップS10>電源ON
カメラ1の電源がONの場合(Yes)に、S11以降の動作が開始する。
<ステップS11>ブラケット動画モード?
撮影動作モードが、ブラケット動画モードの場合(Yes)には、S13からの処理が行われる。ブラケット動画モードでない場合(No)には、ステップS12から他の撮影モード処理が行われる。
<ステップS13>スルー画像表示
レンズ11を介した被写体の光学像がCCD(21A)にて撮像され、画像が表示部28に表示される。
<ステップS14>特定の被写体検出
被写体選択部31は、撮像部21が撮影する画像から、撮影時に合焦状態とするターゲットである特定の被写体を選択する。被写体選択部31は、例えば、顔認識機能等により人物60の顔61を自動選択してもよいし、表示部28に表示された画像から使用者がタッチパネル29を介して選択するようにしてもよい。
被写体選択部31により選択された特定の被写体は、被写体認識部34により、その特徴が解析され、以降の処理において、画像中で位置および大きさ等が変化しても、常に認識される。
そして、以降の説明のように、カメラ1では、特定の被写体が合焦状態の動画、が得られるように制御が行われる。
<ステップS15>撮影開始
操作部26のシャッタボタンが連続して押圧操作されることにより、動画撮影が開始される。
<ステップS16>フォーカスレンズ無限方向移動
制御部30は、交換レンズ10の制御部15を介して駆動部13がレンズ11のフォーカスレンズが所定速度で連続的に無限方向に移動するように制御する。なお、最初の1フレーム時間(ΔT)内における撮影では、初期焦点位置は通常のオートフォーカス機能により設定された値とし、変化速度は所定の初期値とし、移動方向は、無限方向ではなく、至近方向でもよい。すなわち、最初の1フレーム内で撮影される複数の画像から合焦画像が得られない場合もあってもよい。
<ステップS17>画像撮影
撮像部21により1枚の画像が撮影される。
<ステップS18>仮記憶
撮影された画像は、一時記憶部23Aに記憶される。
<ステップS19>合焦状態判定
合焦状態判定部35は、撮像部21が撮影した画像の合焦状態を判定する。
<ステップS20>所定時間経過?
所定時間、例えば、1フレーム時間(ΔT)である1/60秒よりも、僅かに短い時間である1/65秒が経過するまで(No)、ステップS16からの処理が繰り返される。すなわち、撮像部21は1フレーム時間(ΔT)内に複数の画像を撮影する。なお、(1/60秒−1/65秒)の時間は、ステップS21の画像抽出処理等に、要する時間を確保するためである。
<ステップS21>合焦画像抽出
画像抽出部32は、撮像部21が1フレーム時間(ΔT)内に撮影した複数の画像の中から、最もコントラストの大きい画像を合焦画像として抽出する。なお、一時記憶部23Aに記憶した画像は合焦画像を残して消去してもよいし、記憶部23に動画が記憶されるまで保存しておいてもよい。
<ステップS22>撮影終了?
操作部26のシャッタボタンの押圧操作が解除される(YES)まで、撮影処理が継続する。
<ステップS23>近焦点?
合焦状態判定部35は最後に撮影した画像が、近焦点なのか、遠焦点なのかを判定するとともに、合焦画像との相違量Δdを算出する。
近焦点であった場合(YES)には、次の1フレーム時間(ΔT)は、ステップS16からの処理が繰り返し行われ、近焦点ではなく遠焦点であった場合(NO)には、ステップS24からの処理が繰り返し行われる。
<ステップS24〜S31>遠焦点撮影
遠焦点であった場合(S23:NO)には、ステップS24において、フォーカスレンズが所定速度で至近方向に移動するように制御が行われる。ここで、焦点位置の変化速度は、ステップS23で合焦状態判定部35が判定した合焦画像との相違量(Δd)にもとづいて制御部30が制御を行う。
すなわち、相違量(Δd)が大きかった場合には、制御部30は、焦点位置の変化速度、具体的にはフォーカシングレンズの駆動速度を早くし、相違量(Δd)が小さかった場合には変化速度を小さくする。また所定の閾値をもとに、閾値未満では、制御部30は、変化速度が維持されるように制御してもよい。
<ステップS32>動画生成
ステップS22またはS30において、撮影終了(YES)、例えば、シャッタボタンの押圧操作が解除された場合には、動画生成部33は、画像抽出部32が抽出した複数の合焦画像から所定のフレームレートの動画を生成する。
<ステップS33>動画記憶
動画生成部33が生成した動画は記憶部23に記憶される。なお、記憶部23に記憶した動画は表示部28に表示することができる。
なお、上記例では、制御部30は直前の1フレーム時間に撮影した複数の画像のうち、最後に撮影した画像の情報にもとづいて、次の1フレーム時間の制御を行っていた。これに対して、制御部30は直前の1フレーム時間(ΔT)に撮影した複数の画像のうち2枚以上の画像にもとづいて制御を行ってもよい。さらに制御部30は直前の1フレーム時間に撮影した複数の画像だけでなく、それよりも前の1フレーム時間に撮影した画像等も含めて、より多くの画像にもとづいて制御を行ってもよい。
また、撮影した画像を全て一時記憶部23Aに記憶しておき、画像抽出部32が撮影終了後に合焦画像を抽出してもよい。この場合には、撮影中には、1フレーム時間に撮影した複数の画像のうち、合焦状態判定部35は、少なくとも1枚の画像について合焦状態を判定し、制御部30は、フレーム間での合焦状態の変化をもとに焦点位置の変化速度/変化方向を決定する。
以上の説明のようにカメラ1及びカメラ1の動作方法では、被写体が高速に移動しても被写体に焦点のあった動画が撮影できる。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。
1…カメラ、10…交換レンズ、11…レンズ、12…操作部、13…駆動部、14…位置検出部、15…制御部、16…通信部、20…ボディ、21…撮像部、21B…信号処理部、23…記憶部、23A…一時記憶部、24…通信部、25…時計、26…操作部、28…表示部、29…タッチパネル、30…制御部、31…被写体選択部、32…画像抽出部、33…動画生成部、34…被写体認識部、35…合焦状態判定部、60…人物、61…顔

Claims (5)

  1. 焦点調節をする移動可能なフォーカスレンズを有する光学系と、
    前記光学系を介して、所定フレームレートの1フレーム時間内に複数の画像を撮影する撮像手段と、
    前記撮像手段が前記1フレーム時間内に撮影する前記複数の画像の合焦状態が異なるように、前記フォーカスレンズの移動を制御する制御手段と、
    前記撮像手段が撮影する画像から特定の被写体を選択する被写体選択手段と、
    前記撮像手段が前記1フレーム時間内に撮影する前記複数の画像の中から、前記特定の被写体が合焦した合焦画像を抽出する画像抽出手段と、
    前記画像抽出手段が抽出する複数の前記合焦画像から、前記所定フレームレートの動画を生成する動画生成手段と、を具備し、
    前記制御手段が、次のフレームの複数の画像の撮影時に、前のフレーム時間内に撮影した前記複数の画像のうち最後に撮影した画像が近焦点の場合には、前記フォーカスレンズを無限方向に移動させ、前記最後に撮影した画像が遠焦点の場合には、前記フォーカスレンズを至近方向に移動させるとともに、前記最後に撮影した画像と前記合焦画像との焦点位置の相違量に基づいて前記フォーカスレンズの移動速度を変化させることを特徴とする撮影装置
  2. 前記制御手段が、前記相違量がより大きい場合には、前記移動速度をより大きくすることを特徴とする請求項1に記載の撮影装置。
  3. 前記制御手段が、前記相違量が所定の閾値より小さかった場合には、前記移動速度を変化させないことを特徴とする請求項1に記載の撮影装置。
  4. 前記所定のフレームレートが、30フレーム/秒または60フレーム/秒であることを特徴とする請求項3に記載の撮影装置。
  5. 被写体選択部が、撮像部が撮影する画像から特定の被写体を選択する工程と、
    制御手段が、焦点調節をする移動可能なフォーカスレンズを有する光学系及び前記撮像部を制御して、所定フレームレートの1フレーム時間内に合焦状態の異なる複数の画像を撮影する工程と、
    合焦状態判定手段が、前記1フレーム時間内に撮影された前記複数の画像の前記特定の被写体の合焦状態を判定する工程と、
    画像抽出手段が、前記複数の画像の中から合焦画像を抽出する工程と、
    動画生成手段が、前記画像抽出手段が抽出する複数の前記合焦画像から、所定フレームレートの動画を生成する工程と、を具備し、
    前記制御手段が、次のフレームの複数の画像の撮影時に、前のフレーム時間内に撮影した前記複数の画像のうち最後に撮影した画像が近焦点の場合には、前記フォーカスレンズを無限方向に移動させ、前記最後に撮影した画像が遠焦点の場合には、前記フォーカスレンズを至近方向に移動させるとともに、前記最後に撮影した画像と前記合焦画像との焦点位置の相違量に基づいて前記フォーカスレンズの移動速度を変化させることを特徴とする撮影装置の動作方法。
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