JP5800611B2 - 撮影装置 - Google Patents
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Description
この特開昭62−11836号公報のカメラでは、撮影レンズである光学系に対して撮像素子の位置を変更して、立体被写体に対する合焦位置を変更しながら複数の画像を撮影し、それらの画像を合成して焦点深度の深い画像を得ている。
不自然さが無いようにするには、撮像素子の位置変化を小さくする必要があり、撮影画像の数が非常に多くなっていた。また、撮影画像の数を許容したとしても、遠近感を強調した不自然な画像なっていた。さらに、遠近感を歪補正画像処理したとしても、倍率の小さい部分の画像は、画像処理により、画質が悪化していた。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、近距離の被写体に対して、簡単に高画質で被写界深度の深い画像を撮影することが可能な撮影装置を提供することを目的とする。
以下の実施形態では、レンズ交換可能な一眼式電子カメラ(デジタルカメラ)への適用例で説明する。なお、本発明は、以下に説明する各実施形態の場合に限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。
本実施形態のカメラシステム10は、図1に示すように撮影レンズであるレンズユニット200とボディユニット100とから構成されている。
撮像装置としての本実施形態のカメラシステム10は、被写体の光学像を結像するための撮影レンズを備えたレンズユニット200と、例えば電荷結合素子(CCD)やCMOSセンサ等と称される撮像素子を用いて構成される撮像部117を有する撮像ユニット116を備えたボディユニット100とから構成されている。
以下の説明において、ボディユニット100から被写体に向かう方向を前方と称し、その反対方向を後方と称する。また、レンズユニット200内の撮影レンズを構成する光学系の光軸O1と一致する軸をZ軸とし、Z軸に直交する平面上において互いに直交する2つの軸をX軸(水平方向の軸)及びY軸(垂直方向の軸)とする。
図1に示すように、被写体の光学像を結像するために、レンズユニット200内には撮影レンズ202が配置されている。撮影レンズ202の結像位置には、例えば電荷結合素子(CCD)やCMOSセンサ等の結像された光学像を光電変換する撮像素子を用いて構成される撮像部117を配置して、カメラシステム10が構成されている。
また、カメラシステム10は、撮像部117を有するボディユニット100と、該ボディユニット100に着脱可能に装着され、撮影レンズ202を有するレンズユニット200と、によって構成されている。
また、ボディユニット100の動作は、ボディユニット100に配設されたカメラシステム10全体を制御する制御手段としてのボディ制御用マイクロコンピュータ(以下、“Bucom”と称する)101によって制御される。このBucom101は、後述するマクロ連続撮影(第2の実施形態では超深度撮影)を含む撮影動作の制御手段としての制御部101aの機能を持つ。
ボディユニット100にレンズユニット200を装着した状態において、Bucom101とLucom201は、通信コネクタ102を介して互いに通信可能に電気的に接続される。そして、Lucom201はBucom101に従属的に協働しながら稼動するように構成されている。また、通信コネクタ102を通して各ユニットに必要な電力はボディユニット100に設置された電源回路135から供給される。
また、撮影レンズ202は、フォーカスレンズ202aを光軸方向に動作することで、フォーカシングを行い、変倍レンズ202bの位置を光軸方向に移動させることで、焦点位置がほぼ一定で像倍率を変化させるズーミングをすることができる。ズーミングのときにフォーカスレンズ202aと変倍レンズ202bの両方を動作させても良い。
両レンズ202a、レンズ202bは、単一のレンズで構成されていても、複数のレンズから構成されていても勿論良い。
この着脱機構は例えばバヨネット形式であり、この構成により、カメラシステム10は、レンズユニット200を特性が異なる様々のレンズユニット200に交換して装着し、撮影することができる。例えば、高い像倍率の撮影が可能なマクロ撮影専用のレンズでも良いし、レンズユニット200とボディユニット100の間に装着されて、より高い像倍率の撮影を可能とするいわゆる中間リングを装着するようにしても良い。
また、レンズユニット200には、絞り203が配設されている。絞り203は、絞り駆動機構205内に設けられた図示しないステッピングモータ等のアクチュエータによって駆動される。
さらに、フォーカスレンズ202a、変倍レンズ202bの位置から算出される合焦距離、焦点距離、及び絞り値の情報と、絞り値や合焦距離や焦点距離から算出される被写界深度等のレンズユニット200の情報は、通信コネクタ102を介して、Bucom101に入力される。
撮像部117は、後述するようにこの撮像部117を移動する撮像部移動機構部159を介してボディユニット100内に保持されている。ここで、撮像部117は、上述したようにCCDやCMOSセンサ等の光電変換する機能を備えた撮像素子により構成されている。
なお本実施形態では、撮像部117の前側に、ローパスフィルタ等の光学フィルタ118及び防塵フィルタ119を配設して、撮像ユニット116を構成している。防塵フィルタ119の周縁部には、圧電素子120が取り付けられている。
防塵フィルタ119の前側には、一般にフォーカルプレーンシャッタと称される構造のシャッタ108が配設されている。また、ボディユニット100内には、シャッタ108の先幕と後幕を駆動するばねをチャージするシャッタチャージ機構112と、これら先幕と後幕の動きを制御するシャッタ制御回路113が設けられている。
なお、光学フィルタ118、防塵フィルタ119及びシャッタ108は、必要に応じて適宜に配設されるものであり、カメラシステム10はこれらを具備しない構成であってもよい。
画像処理部126は、SDRAM124やFlashROM125等の記憶領域を使用して、画像に対して所定の画像処理を行うように構成されている。
画像処理部126は、いわゆるコントラスト検出方式によるオートフォーカスを行うために、フォーカスレンズ202aあるいは撮像部117を光軸方向に所定の振幅で振動(ウォブリングの動作)させて生成した複数の画像について、所定の領域(フォーカスエリア)におけるコントラスト値を算出して、遠距離側、近距離側のいずれに焦点位置があるのか検出する。
このように画像処理部126は、最大コントラストの状態を(撮影レンズ202が)焦点位置又は合焦点位置であるとして検出する焦点位置検出部又は合焦点位置検出部126aを有する。また、この合焦点位置検出部126aの検出信号によりBucom101は、撮影レンズ202を合焦点位置に設定する制御を行う合焦点位置設定部101bの機能を備える。
画像処理部126は、ボディユニット100の背面に配設された表示部を構成する液晶モニタ123が電気的に接続されており、液晶モニタ123に撮像部117の画像を(スルー画として)表示することができる。
また、画像処理部126は、記録メディア127に記録した複数の画像から所定のコントラストを有する画像領域(画像エリア)を切り出し、合成して1つの合成画像を生成する画像合成部126bの機能を有する。
これらのファインダを用いれば、後に述べるマクロ連続撮影(マクロ連写)又は超深度撮影の時に、撮影者(ユーザ)が被写体のピントが合っているかの確認や、撮影の異常を知らせる警告表示を確認することが出来る。
また、この液晶モニタ123は、後述するようにメニューの表示や、撮影モードの表示や、マクロ連写の場合において合焦用レンズとしてのフォーカスレンズ202aの位置を固定した後に、撮影装置としてのカメラシステム10を移動するようにガイド表示する場合のガイド表示等にも利用される。
不揮発性メモリ128は、カメラシステム10の制御に必要な所定の制御パラメータを記憶する、例えばEEPROMからなる記憶部である。不揮発性メモリ128は、Bucom101からアクセス可能に設けられている。
Bucom101には、カメラシステム10の動作状態を出力して表示するによってユーザへ告知するための動作表示用LED(又は動作表示用LCD)130と、カメラ操作スイッチ131と、内蔵されたストロボ132及び図示しない外部ストロボを駆動するストロボ制御回路133と、が接続されている。
さらに、該ボディユニット100内には、電源としての電池134と、該電池134の電圧を、当該カメラシステム10を構成する各回路ユニットが必要とする電圧に変換して供給する電源回路135が設けられ、また、外部電源から不図示のジャックを介して電流が供給されたときの電圧変化を検知する電圧検出回路(図示せず)も設けられている。
次に、本実施形態のカメラシステム10の手ブレ補正機能に用いられている駆動装置300を含む撮像部移動機構部159について説明する。
また、撮像部移動機構部159を構成する手ブレ補正用の駆動装置300は、X軸アクチュエータ163、Y軸アクチュエータ164を駆動源として用い、撮像部117を含む撮像ユニット116を搭載した移動枠166(ホルダ145)を移動対象物として構成される。
移動枠166は、複数のボール310(図2の310a−310c、図4の310b)を介して、フレーム167に複数のバネ174で押圧されることにより支持され、XY面内方向に自由に動くことができる。バネ174は、図1では引張コイルバネであるが、圧縮コイルバネ、板バネ、磁気バネ等、移動枠166をフレーム167に押圧する機構であれば形態は問わない。
図2は、本実施の形態の駆動装置300の構成例を示す概略正面図であり、図3は図2の駆動装置300をA−A線により、側面から見た側断面図である。図4は図2の駆動装置300をB−B線により、側面から見た側断面図である。図5(A)は図2における1つのVCM部(例えば図2における下方寄りの左側のもの)の概略構成を示す正面図と、図5(A)のC−C線で断面をとり、側面から見た側断面図である。
固定枠であるフレーム167は、ボディユニット100に固定されており、該フレーム167によって、撮像部117を保持する(移動枠166となる)ホルダ145がX軸方向、Y軸方向、Z軸回りの回転方向に移動可能に支持されている。
また、摺動板B316c、摺動板A315c(図示せず)は、図2における摺動板B316b、摺動板A315bと左右対称な位置に設けられている。
ここで最初にホルダ145をXY面内方向に駆動するアクチュエータであるVCMについて図5で説明する。図5(A)は基本的なVCMの正面図(移動枠166、ヨーク3aは不図示)、図5(B)は図5(A)のC−C線側断面図を示す。絶縁被覆された導電性の細線をトラック形状に巻いたコイルC1は移動枠166(ホルダ145)に接着等で固定されている。
板状の磁石2は、図5においては下側がN極、上側がS極となるようにY方向に着磁され、固定枠5(で示すフレーム167)に接着等で固定されている。また、磁性材で形成された板状のヨーク3a、3bが磁石2、コイルC1を挟んで移動枠166と固定枠5に接着等で固定され、磁石2あるいはコイルC1に電流が流れた時の磁力線が外部に漏れないように閉じた磁気回路を形成している。
次に図2、図3、4により、駆動装置300の駆動を説明する。駆動装置300では図5で説明したものと同様に構成されたVCM-XA320a、VCM-XB320b、VCM-YA321a、VCM-YB321b、が図3に示した様に配置されている。VCM-XA320a、VCM-XB320bはX方向の駆動力を発生するVCMであり、VCM-YA321a、VCM-YB321bはY方向の駆動力を発生するVCMである。
また、VCM-YA321aにおいては、図5のコイルC1,ヨーク3a、3b、磁石2は、コイルYA304a、ヨークYA305a(305a),磁石YA306aに対応し、VCM-YB321bにおいては、VCM-YA321aにおけるa,Aの代わりにb,Bを用いて示している。
また、Z軸回りの回転方向の駆動をする場合はVCM-YA321a、VCM-YB321bに異なる駆動力(場合によっては反対方向の駆動力)を与えることにより実現可能である。
図3に示すように撮像部117を構成するCCDチップ136は、固定板137の前面の中央位置にフレキシブル基板138と共に実装され、このフレキシブル基板138は接続部139a,139bにより背面側に屈曲されて主回路基板140の背面のコネクタ141a,141bと電気的に接続される。CCDチップ136の撮像面(前面)はスペーサ143を介して取り付けられた保護ガラス142により保護されている。
また、このLPF118の前に防塵フィルタ119が配置され、両者間の開口146の周囲はシール材156によりシールされている。
防塵フィルタ119は、受け部材152、153の間に圧電素子120を配置し、受け部材152と圧電素子120に両面が当接し、前面側の押圧部材151により後方のホルダ145側に押圧した状態でネジ150により、ホルダ145に保持されている。なお、ホルダ145における防塵フィルタ119の後方(背面)部分は、防塵フィルタ119を受ける防塵フィルタ受け部148を形成する。
X軸加速度センサ171は、カメラシステム10のX軸方向の加速度を検出し、Y軸加速度センサ172は、カメラシステム10のY軸方向の加速度を検出する。防振制御回路162は、検出されたカメラシステム10の角速度、回転中心位置、加速度から、手ブレ補償量を演算し、撮像部117を、手ブレを補償するように駆動装置300により変位ないしは移動させる。
このようにして、手ブレが発生した場合に対して、その手ブレが撮像部117に与える影響を実質的に解消するように撮像部117を変位ないしは移動させる。
図6に示すようにZ軸加速度センサ173により検出されたZ軸方向の加速度信号は、防振制御回路162中の加速度検出回路162aにより加速度が検出される。
この加速度は積分器をもつ位置計算回路162bにより、積分されてカメラシステム10の移動する速度が計算(演算)され、さらに速度が積分器をもつ位置計算回路162cにより積分されてカメラシステム10の位置が計算(演算)される。
Z軸加速度センサ173の出力信号を用いることなく、画像処理部126が画像信号から撮影対象の画像のサイズの変化の有無を判定することにより、Z軸方向の移動を判定する判定部を形成するようにしても良い。
Z軸方向のカメラシステム10の速度と位置は、Bucom101に入力されて、後に述べる高画質で被写界深度が非常に深い画像を撮影するのに利用される。
以上のような構成を有する撮像部移動機構部159は、カメラシステム10の手ブレの動きに応じて撮像部117を移動させることによって、手ブレに起因する撮像部117により撮影対象の被写体像の手ブレにより影響を抑制する機能、いわゆる撮像素子シフト方式の手振れ補正部の機能を有する。
また、この手振れ補正部の手振れ補正機能によりZ軸方向以外のカメラシステム10のブレが補正されるため、Z軸方向の移動量は、より高精度で検出可能となる。さらに、撮影者(ユーザ)が像倍率の高い状態で被写体をフレーミングする場合でも、カメラシステム10の手ブレが補正されるので、容易にフレーミングすることが可能になる。
ボディユニット100の上面には、電源スイッチ131a、レリーズスイッチ131cが設けられ、背面の上部側の位置にメニューボタン131bが設けてある。また、メニューボタン131bを操作すると、図9(A)に示すように露出補正、ストロボ、ホワイトバランス(WBと略記)、マクロ等の項目を選択することができる。
そして、マクロ連写を行う場合には、図9(A)においてマクロを選択すると、図9(B)に示すようにマクロOFF,マクロ、マクロ連写の項目が表示されるので、マクロ連写を選択すると、マクロ連写の撮影モードに設定することができる。
また、図1の画像処理部126の合焦点位置検出部126aは、マクロ連写の撮影モードにおいては、最初のピント合わせ時において、フォーカスレンズ202aをZ軸方向(光軸方向)に移動した場合における、撮像部117により撮像した画像信号のコントラスト値が最大となる距離をピントが合った合焦点位置であると検出し、カメラ制御を行うBucom101は、フォーカスレンズ202aをその位置に固定して撮影レンズ202をその合焦点位置に固定する。つまり、Bucom101の合焦点位置設定部101bは、撮影レンズ202を所定の合焦点位置に設定する(制御を行う)。
また、記録部に記録された複数の画像は、一致度が最大となる位置で重ね合わせが行われ、合成画像が生成される。
Bucom101は、図10Aに示すようなカメラ制御の処理手順により、上述したマクロ連続撮影及び合成画像の生成の処理を行う。
以下、図10Aを参照して本実施形態の動作を説明する。
Bucom101は、最初のステップS1において撮影モードであるか否かの判定を行う。カメラシステム10の初期状態は撮影モードとなっているので、ステップS2においてBucom101は、撮像部117により撮像された画像を液晶モニタ123にスルー画として表示する。一方、ステップS1で撮影者が再生モードを選択した場合は、ステップS15の再生モードの判定に移行する。
次のステップS3においてBucom101は、マクロ連写の撮影モードが選択(設定)されているか否かの判定を行い、マクロ連写の撮影モードが選択されている場合には次のステップS4に進む。
図7を用いて説明すると、図7(A)よりも前の状態(カメラシステム10が図7(A)の場合よりも花11から離れた距離)において最初のピント合わせする。或いは後述する第2の実施形態において説明するように、図7(A)等において、ピント合わせして所定の合焦点位置に設定した後、一旦カメラシステム10を図7(A)に示す距離よりも離れた距離に設定して、花11に近づけるようにして(マクロ連写を行うようにして)も良い。
ユーザは、このガイド表示に従って、カメラシステム10を花11側にゆっくり近づける操作を行う。ステップS5の後のステップS6においてBucom101は、速度計算回路162b、位置計算回路162cにより、速度や位置が変化したか否かの判定結果を受けてカメラシステム10がZ方向にスキャン(走査)されたか否かを判定する。なお、図10A中においてはカメラシステムをカメラと略記する(後述する図10B,図15においても同様)。
次のステップS8においてBucom101は、画像処理部126が被写界深度以内の移動量において最大コントラスト値を検出したか否かを判定する。
図10Aの例では、ステップS4のピント合わせにおいて、設定した合焦点位置の状態におけるその被写界深度を算出し、その被写界深度以内の移動量で最大コントラスト値を検出する。このように被写界深度以内の移動量で最大コントラスト値を検出する場合に限らず、簡略的に最大コントラスト値を検出するようにしても良い。
画像処理部126が最大コントラスト値を検出しない場合には、ステップS6の処理に戻り、画像処理部126が最大コントラスト値を検出した場合には、ステップS9に進む。
このステップS9においてBucom101の制御部101aは、図8に示すように最大コントラスト値を検出した画像を記録部としての記録メディア127に記録させると共に、その画像における最大コントラスト値と該最大コントラスト値の画像エリアの情報を記録メディア127に記録させる。
ステップS9の処理の後、ステップS6の処理に戻り、同様の動作を繰り返す。
また、図7(B)の状態からさらにユーザがカメラシステム10を花11側に距離D3まで近づけると、図7(C)に示すように距離D1となるパーツ11cに対してコントラスト値が図8に示すように最大となる。そして、最大コントラスト値を検出したタイミングにおいて、Bucom101の制御部101aは、その画像を記録メディア127に記録させると共に、その場合の最大コントラスト値も記録する。
次のステップS11においてBucom101は、画像処理部126が、記録メディア127に記録されたマクロ連写された複数の画像に対して、合成画像を生成させるように制御する。このステップS11において画像処理部126は、複数の画像における隣接して撮影された画像同士を一致度が最大となる位置で重ね合わせを行う。
また、ステップS12において画像処理部126は、画像エリア毎に最大コントラスト部分を採用して複数の画像から1つの合成画像を生成する。図7の例では、花11を撮影した場合、図7(A)で撮影記録した画像ではパーツ11a部分、図7(B)ではパーツ11b部分、図7(C)ではパーツ11c部分をそれぞれ採用して花11の合成画像を生成する。
レリーズ操作がされた場合には、ステップS14においてBucom101は、レリーズ撮影に対応して、撮影と記録の制御動作を行う。つまり、レリーズ操作がされたタイミングの画像を撮影画像として記録部に記録し、ステップS1の処理に戻る。また、ステップS13において、レリーズ操作がされない場合にも、ステップS1の処理に戻る。
また、ステップS1において撮影モードでない場合には、ステップS15においてBucom101は、再生モードが選択されているか否かの判定を行う。再生モードが選択されている場合には、ステップS16においてBucom101は、再生モードの制御動作を行った後、ステップS17に進む。
このように動作する本実施形態は、近距離の被写体に対して、カメラシステム10を近づけていく簡単な操作により、それぞれの距離において被写体の一部にそれぞれピントが合った複数の画像を順次記録する。そして、撮影後において一部にそれぞれピントが合った画像エリアを、一致度が最大となる位置で重ね合わせ、高画質で被写界深度が非常に深い合成画像を生成する。
また、本実施形態によれば、撮像装置としてのカメラシステム10を合焦点状態に固定した状態で、カメラシステム10を被写体側、つまり光軸方向又はZ軸方向に移動して、最大コントラストとなる状態で順次、撮影して撮影画像として記録するため、像倍率を殆ど一定に保った合焦点を含む撮影画像を簡単に取得できる。
なお、図10Aの処理手順の変形例として、図10Aにおける最大コントラストとなる位置で撮影画像として画像を記録する代わりに、図10Bのように実質的に被写界深度範囲以内となる所定の移動量の検出(判定)毎に画像を記録するように変更しても良い。
ステップS21の処理により、ユーザがカメラシステム10を被写体としての花11に近づけるZ方向とは異なる方向に手振れが発生しても、その手振れにより撮像部117による撮像に影響を及ぼすことを低減することができる。
ステップS21の後のステップS7においてBucom101は、画像処理部126に対してコントラスト検出を行わせると共に、マクロ連続撮影を行う動作を開始する。
ステップS22の判定結果に該当しない場合にはステップS6の処理に戻る。
一方、ステップS22の判定結果に該当する場合にはステップS23においてBucom101の制御部101aは、上記所定の移動量毎に、そのタイミングの画像を撮影画像として記録部としての記録メディア127に記録するように制御する。
この場合、コントラスト値も記録するようにしても良い。ステップS23の処理の後、ステップS6の処理に戻り、同様の処理を行う。その他の処理は図10Aとほぼ同様である。
本変形例によれば、手振れにより撮像に与える影響を低減できる。また、本変形例によれば、実質的に被写界深度以内において、所定の移動量毎に画像を記録するので、被写界深度範囲内において被写体(の各部)を確実に撮影することができる。
次に第1の実施形態と同様に、近距離の被写体に対して、高画質で被写界深度が深い画像を撮影することが可能な撮影装置を説明する。
本実施形態は、第1の実施形態とハードウェアの構成が殆ど同じであり、第1の実施形態のマクロ連写とは若干異なる処理手順により高画質で被写界深度が深い撮影を行う。
図11は本実施形態のカメラシステム10Bにより、例えば球形状の被写体400を撮影する概略図を示す。このカメラシステム10Bにおいては、図6におけるカメラシステム10におけるメニューボタン131bの位置に、撮影モード等を変更して撮影するモードスイッチ131b′が設けてある。
また、図6においても説明したようにボディユニット100内のZ軸加速度センサ173の加速度信号を加速度検出回路162aに入力して、カメラシステム10Bの加速度を検出する。
また、本実施形態は、図1−図5に示した構成により、マクロ連写モード(本実施形態では超深度モード又は超深度撮影モード)において、画像処理部126の合焦点位置検出部126aは、フォーカスレンズ202aをZ軸方向(光軸方向)に移動した場合における、撮像部117により撮像した画像信号のコントラスト値が最大となる距離を合焦点位置であると検出する。
また本実施形態においてはBucom101の制御部101aは、所定のコントラスト以上を有する状態において、検出部が撮影レンズ202の焦点深度以内の所定量の被写体に対する焦点位置移動を検出する毎に画像を撮影画像として順次記録するように制御する記録制御部の機能を持つ。
カメラシステム10Bの電源スイッチ131aがONになり、モードスイッチ131b′で超深度撮影モードが設定されると、ステップS41に示すようにZ軸加速度センサ173が動作し、Z方向位置の検出が開始する。
Z軸加速度センサ173の加速度信号は、防振制御回路162の加速度検出回路162aに入力され、A/D変換されたのち、オフセット補正(加速度0の時の電圧出力を0にする補正)とゲイン調整(出力電圧の大きさを調整)して加速度に対応する加速度信号が加速度検出回路162aから積分器をもつ速度計算回路162bに出力される。
速度計算回路162bでは加速度信号を積分器で積分した速度信号をBucom101と位置計算回路162cに出力する。積分器をもつ位置計算回路162cは速度信号を積分した位置信号をBucom101に出力する。
各グラフの縦軸は最終計算結果の加速度、速度、位置を示してあるが、図11の加速度検出回路162a、速度計算回路162b、位置計算回路162cの出力は対応した電圧信号となる。
次に図12を参照して、カメラシステム10Bの動作について説明する。モードスイッチ131b′の操作により超深度撮影モードに設定された状態で、電源スイッチ131aがONされると上述されたカメラシステム10BのZ方向位置の検出が開始される(電源スイッチ131aがONしてからモードスイッチ131b′を設定しても良い)。
この時、ステップS44に示すようにレンズユニット200の絞り値Fと、焦点距離fと、フォーカスレンズ202aの位置から計算された被写体距離Lから近距離側の被写界深度ΔL(近距離側の被写界深度は無限側の被写界深度より小さい数値となる)が計算される。
ステップS44においては、以下に説明する例えば第3撮影画像付近にAFさせた画像例で示している。
ΔL=x・f2/(δ・F・x+f2)
となる。
この状態で、ステップS45に示すようにカメラシステム10Bを被写体400から遠ざかる方向に移動し、ファインダ(ここでは電子ファインダ)上で被写体400にピントが合ってないことが確認できる位置でその移動を停止する(被写体400にフォーカスしない距離まで離す)。
そして、ユーザはステップS46に示すようにレリーズスイッチ131cを操作して2ndレリーズスイッチをONする。この操作を受けてBucom101は、検出部が所定量の移動を検出する毎に撮影画像を記録する制御を開始する。
画像記録と同時にその時のカメラシステムのZ方向位置をリセットして0とする。以後、近距離側の被写界深度ΔLだけカメラシステム10の位置がZ方向に変化したこと(つまり被写界深度の範囲内における所定量の合焦点位置移動)をZ軸加速度センサ173の検出値から計算されたときに撮影する(第2撮影画像の記録)。以後は同様に近距離側の被写界深度ΔL、カメラシステム10がZ方向に変位するごとに画像を撮影し、記録する。この繰り返しは2ndレリーズスイッチがOFFとなるまで繰り返す。
ここでFナンバーF=8、焦点距離f=100mm、被写体距離L=500mm、許容錯乱円径δ=0.033mmとしてある。近距離側の被写界深度ΔLは1.82mmとしてある。すると、ΔLの移動毎に被写体400を撮影すると、被写界深度範囲の約1/2が夫々重なった画像が得られる。
図12におけるステップS48に示すように撮影されて記録された一連の画像から所定の空間周波数、つまり高域側の空間周波数成分を抽出するバンドパスフィルタをかけて各画像のピントの合った領域を切り出す。
そして最後に撮影された画像の背景画像(撮影画像から被写体の超深度画像を切り取った画像)と被写体の超深度画像を合成して、ステップS49に示すように目的の合成画像を得る。
撮影画像から合成画像を生成する一連の画像処理は、カメラシステム10B内の画像処理部126で実施しても良いし、撮影記録された画像データを他のコンピュータに転送する等して、他のコンピュータ上で合成画像を生成するように行なっても勿論良い。
図15、図16はカメラシステム10Bによる動作を示すフローチャートである。より具体的には、図15はカメラシステム10Bにより、被写界深度が深い超深度画像を得るための撮影モードのフローチャートであり、図16は得られた複数の画像を用いて、超深度画像を合成する処理を示すフローチャートである。
そして、ステップS54においてBucom101は、操作スイッチにより超深度モードに設定されているか否かの判定を行う。超深度モードに設定されていない場合には、設定されたモードに対応した処理に移る。
一方、超深度モードに設定されている場合には、ステップS55においてBucom101は、加速度センサを起動させる。各加速度センサは動作を開始し、それぞれ加速度を検出する。特にZ軸加速度センサ173による加速度信号からステップS56において検出部を構成する位置計算回路162cは、カメラシステム10Bの位置を積分計算により算出する。
また、ステップS60においてレンズユニット200の絞り値Fと、焦点距離fと、フォーカスレンズ202aの位置から被写体距離Lが算出され、さらに被写体距離Lから近距離側の被写界深度ΔLが計算により算出される。
このようにして撮影レンズ202が所定の合焦点位置にセットされた後、ステップS61においてユーザは被写体400からカメラシステム10Bを離し、カメラシステム10Bの位置を合焦点位置の範囲外にセットする。ユーザは、ファインダ画像を見ることにより、ファインダ画像全体が不鮮明になっているかの判定により、合焦点位置の範囲外にセットしたか否かを識別できる。
なお、測距エリアは画像の全域でも良いし、画像の一部でも良い。さらに、測距エリアの設定は自動設定でも良いし、手動設定でも良い。自動設定の場合は、最初にAFをした測距エリアよりも広いエリアを設定する。または、カメラシステム10が被写体から変位した時にコントラスト最大値となるエリアを順次検出し、そのエリアに測距エリアを順次移動させていくのが良い。
2ndレリーズスイッチON後において、ステップS64に示すようにAEを行う。このステップS64におけるAEの露光値が、ステップS58のAEの場合の露光値から所定値以上、変化した場合は、再度その時の絞りのF値から近距離側の被写界深度ΔLを計算する。
次のステップS65においてユーザは把持したカメラシステム10Bを被写体400に接近させる操作を開始すると共に、図10BのステップS21の場合と同様に手振れ補正機能を起動する(動作状態にする)。
このステップS65の直前に、制御手段を構成するBucom101がカメラシステム10Bを被写体400に接近させるようにユーザに対して操作に関するガイド表示を行うようにしても良い。
この閾値Ms以上か否かの判定は、カメラシステム10Bの変位速度(移動速度)と、シャッタータイムラグ(シャッタを切る信号が発生してから、シャッタが開き始めるまでの時間)と、近距離側の被写界深度ΔLとから、被写体400の最も近距離側にピントが撮影時に合うように行なう。
すなわち、被写体400のコントラストを検出したカメラシステム10Bの位置とシャッタを切ったカメラシステム10Bの位置は、これらの数値によって変化するので、合焦点の状態でのコントラストより低いコントラストに閾値Msを設定することになる。
ステップS66における判定においてコントラストが閾値Ms以上でない場合にはステップS65の処理に戻り、コントラストが閾値Ms以上の判定結果の場合にはステップS67に進む。
また、ステップS68において、基準位置情報L0が0にセットされる。なお、基準位置情報L0を第1撮影画像の取得時に行なうのは、カメラシステム10Bの位置情報の取得を撮影開始時に行なうことで、誤差の少ない状態でカメラシステム10Bの位置情報を取得するためである。
ステップS68の基準位置情報L0を0にセットした後の次のステップS69において位置情報Lが検出される。そして、次のステップS70において位置計算回路162cによる移動量の検出部は、近距離側の被写界深度ΔL(換言すると被写界深度範囲内の所定の移動量)に相当する移動量を検出したか否かの判定を行う。
ステップS71においてBucom101の制御部101aは、撮影情報(例えば撮影のコマ番号など)と撮影した画像を記録メディア127に記録するように制御する。記録メディア127には第2撮影画像が記録され、次のステップS72において基準位置情報L0がL0+ΔLに設定される。
そして、次のステップS73においてBucom101は、2ndレリーズスイッチがOFFにされたか否かの判定を行う。2ndレリーズスイッチがOFFにされていない場合には、ステップS69の処理に戻り、同様の動作を繰り返す。例えば、上述した第2撮影画像の記録後に、第3撮影画像、第4撮影画像、…と複数の撮影画像を順次記録する。
なお、撮影異常の発生は、例えば、カメラシステム10Bの移動速度が速すぎて画像撮影が間に合わずに、画像合成に必要な充分な画像が得られていない場合や、明らかに大きな手ブレが発生している場合(第1の実施形態で説明した手ブレ補正機構での検出値を評価すれば判定可能)には撮影異常となり、撮影終了後に警告(音とか表示)を出して、再撮影を指示(音声とか表示)する。
また、ステップS62の判定において測距エリア内に合焦点の被写体400が存在した場合にはステップS76において警告を行い、その警告後のステップS77においてBucom101は、2ndレリーズスイッチがOFFにされたか否かを判定する。2ndレリーズスイッチがOFFにされない場合には、ステップS61の処理に戻り、2ndレリーズスイッチがOFFにされた場合には、ステップS74に移る。
図15に示した超深度モードにより、被写界深度が非常に深い合成画像を生成するのに必要な複数枚の撮影画像を簡単な操作で取得することができる。なお、撮影して記録された各撮影画像は、それぞれ被写体400における一部の領域に対して被写界深度以内に設定されたものであるので、その一部の領域に対しては良好な画質、つまり高画質を有する。
合成画像の動作が開始すると、ステップS81aにおいて画像処理部126は、記録メディア127に記録されている第1撮影画像P(1)(図16中では撮影画像を単に画像と略記)をバッファメッモリに、ステップS81bにおいて画像処理部126は、第2撮影画像P(2)をバッファメッモリに、…、ステップS81nにおいて画像処理部126は、第n撮影画像P(n)をバッファメッモリに記録(転送)する。
次のステップS82において画像処理部126は、各撮影画像P(z)(ここで、z=1,2,…,n)の画像信号をバンドパスフィルタを通すバンドパスフィルタ処理をして、各撮影画像P(z)における合焦部分の画像領域Pb(z)を抽出して、バッファメモリに記録する。
この場合には、Nがn−1に一致しないため、ステップS85において画像処理部126は、画像領域Pb(N)とPb(N+1)の画像領域間の重なり領域を抽出する。
次のステップS86において画像処理部126は、抽出した画像領域Pb(N)とPb(N+1)の画像領域間の重なり領域を合わせて画像領域Pb(N)とPb(N+1)を合成し、合成したものを画像領域Pb(N+1)に上書きする。
次のステップS87において画像処理部126は、NをN+1(この場合にはNは2)にセットし、ステップS84の処理に戻る。そして、Nを2とした場合において、上述したステップS85−87の処理を同様に行う。このようにしてNがn−1までステップS85−S87の処理が繰り返される。
次のステップS89において画像処理部126は、上記合焦状態の被写体画像Pb(n−1)と第n−1撮影画像P(n−1)とを合成して、バッファメモリ又は記録メディアに合成画像として記録する。そして、図16の処理を終了、又は最初のステップS81aに戻り、他の撮影画像がある場合には同様の処理を行う。
このように動作することによって、超深度モードにより、撮影した複数枚の撮影画像から画質が良く、被写界深度が非常に深い合成画像を簡単に生成することができる。
カメラシステム10Bの電源が投入されると、Bucom101は動作を開始する。そして、図15の場合と同様にステップS101においてシステム起動時における初期設定、ステップS102のアクセサリの検出、ステップS103の操作スイッチの状態検出が行われる。
次のステップS104においてBucom101は再生ボタンがONされたか否かを判定する。再生ボタンがONされた場合には、ステップS105において再生の処理が行われる。
動画記録状態(スルー画が液晶モニタ123にでる状態)になり、ステップS108の動画記録状態か否かの判定がYESとなり、ステップS109以降の処理が行われる。そして、ループ処理により再びステップS106の動画ボタンONか否かの判定が行われる。
上記ステップS108の判定結果が動画記録状態である場合には、ステップS109においてAEを行い、ステップS110において動画撮影を行い、続くステップS111においてAFを行い、ステップS112において撮影した動画に対する画像処理を行い、ステップS113において記録部に画像を記録する。このステップS113の後、ステップS118の処理に移る。
1stレリーズスイッチONに変化した場合には静止画撮影を行う状態となり、ステップS115においてAEを行い、ステップS116において静止画の画像撮影を行い、撮影画像が液晶モニタ123による表示モニタに表示されるとともに、続くステップS117においてAFを行う。
続くステップS118において電源OFFの操作がされたか否かを判定し、電源OFFの操作がされていない場合にはステップS104の処理に戻る。
2ndレリーズスイッチONの場合にはステップS120において静止画を撮影し、ステップS121において画像処理部126は撮影した静止画に対する画像処理を行い、ステップS122において画像処理した静止画を記録してステップS118の処理に移る。
この静止画撮影は、1stレリーズがONのままであると、画像撮影の動作が継続し、表示モニタは表示を続行し、2ndレリーズがONされるごとに、静止画の撮影画像が1コマ撮影されて記録される。
一方、AF開始状態の場合には、ステップS133においてBucom101はウォブリングの処理を行うように制御する。このウォブリングは、撮影レンズ202を構成するフォーカスレンズ202a又は可動レンズを光軸方向に所定の周波数で、正弦波の駆動信号で振動させる。この動作によりコントラストが大きくなる方向の合焦点が存在する方向が分かる。
次のステップS134においてBucom101は、画像撮影を行ように制御し、その際ステップS135に示すように画像処理部126は、画像のコントラストを検出する。また、次のステップS136において画像処理部126は、検出されたコントラストがAFにおける許容差以内か否かを判定する。
一方、許容差以内の判定結果の場合には、ステップS138においてBucom101は、ウォブリングを停止させ、このAF動作を終了する。
本実施形態における超深度モードで撮影する場合と従来例による撮影方式とは図19に示すように異なる。
図19(A)は、近距離の被写体400に対して本実施形態のカメラシステム10Bにより、撮影レンズ202を所定の合焦点に設定して撮影する様子を示し、この場合実線で示す撮影状態においては、被写体400のカメラシステム10B側に近い位置(パーツ位置)400aがCCDチップ136の位置Paに結像する。
このように本実施形態による光学像を形成する位置Pa、Pbにおける光軸からの距離は、被写体400における光軸からのパーツ位置400a,400bまでの距離、つまり被写体のサイズを反映した関係を維持する。
図19(B)は従来例により被写体400を撮影する様子を示し、従来例においてはカメラシステムにおける撮影レンズ(を構成するフォーカスレンズ)を移動して撮影を行う。
一方、パーツ位置400aよりもカメラシステムから遠方側となるパーツ位置400bの位置にフォーカスさせると撮影レンズは点線で示す位置となり、パーツ位置400bは点線で示すようにCCDチップの位置Pb′に結像される。この場合、位置Pa′、Pb′は光軸からの距離が、被写体400における光軸からのパーツ位置400a,400bまでの距離を反映しない関係となってしまう。
これに対して、本実施形態のカメラシステム10B(第1の実施形態のカメラシステム10も同様)によれば、図19(A)において説明したように、被写体側のサイズを反映した状態、例えば像倍率を一定に保った状態で複数枚の画像を撮影するため、被写体のサイズを反映した合成画像を簡単に生成することができる。
従って、本実施形態によれば、近距離の被写体に対して、簡単に高画質で被写界深度が深い画像を複数撮影することができ、撮影された複数の画像から簡単に高画質で被写界深度が非常に深い合成画像を生成できる。また、手振れ補正により、撮像に及ぼす影響を低減することができる。
図20は第2の実施形態の変形例によるカメラシステム10Bのシーケンスを表す。本変形例のカメラシステム10Bの構成は、第2の実施形態と殆ど同じである。但し、本変形例においては、図1におけるレンズ駆動機構204が撮影レンズ202を構成する少なくとも一部のレンズを略光軸方向に、合焦点位置及び像倍率を一定に保つように移動させる合焦点位置移動部204cを形成する。
なお、撮影レンズ202側のみでなく、撮像部117又は撮像素子を光軸方向に移動して合焦点位置及び像倍率を一定に保つように移動させて合焦点位置移動部を構成しても良い。その他は、第2の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
但し、フォーカスレンズ202aを変位してフォーカシングすると、像の倍率(より正確には光軸と垂直方向の光学像の大きさを被写体の大きさで割った横倍率)が変化するので、像の横倍率が変化しないように、変倍レンズ202bを変位させてズーミングする構成にしている。
β=f/(((L―2・f)+((L−2・f)2−4・f2)1/2)/2)
具体的には、焦点距離f=100mm、被写体距離L=500mm〜510mm、としてフォーカスのみで焦点合わせした場合の像の横倍率変化を見ると、0.382倍〜0.366倍まで変化する。ここでズーミングにより像の横倍率βを補正する。例えば、焦点距離f=102mmとすれば、被写体距離L=510mmの時に、像の横倍率β=0.382倍となり、被写体距離L=500mmの時と同じになる。
このズーミングによる倍率変更を実施しない場合は、この例では倍率比を考えると画像の大きさが4%ほども異なり、画像合成が複雑になるばかりでなく、画質も低下してしまうことになる。しかし、この場合、各焦点位置で近距離側の被写界深度ΔLは変わることになり、被写体距離Lに応じて計算したΔL(L)を用いるのが良い。
また、ステップS60の後に、図15のステップS61の処理を行う代わりに、図20においては、ステップS91において画像処理部126(又はBucom101)は、像の横倍率βを計算した後、ステップS92においてフォーカシングにより焦点位置を移動し、ズーミングにより像の横倍率βに調整する。
このステップS92の処理後に、図15の場合と同様にステップS62−S64の処理を行う。
このステップS67の処理後に、図15のステップS68の処理の代わりに、ステップS94においてBucom101は、被写体距離Lを基準位置情報L0に設定する。また、次のステップS95においてBucom101は、ステップS92と同様の処理を行う。このステップS95の後のステップS96において位置検出部は被写体距離Lを検出し、さらに画像処理部126はΔLを算出する。
このステップS96の処理後に、図15の場合と同様に、ステップS70の処理を行う。ステップS70においてL−L0がΔLに一致しない場合には、ステップS94の処理に戻り、逆にL−L0がΔLに一致する場合には、ステップS71の処理に進む。
また、ステップS71の後にステップS72,S73の処理を行い、ステップS73において2ndレリーズスイッチがOFFにされない場合には、ステップS96の処理に戻り、逆に2ndレリーズスイッチがOFFにされた場合には、ステップS74の処理に進む。このステップS74以降の処理は図15と同様である。
なお、図20の超深度モードにより撮影した撮影画像に対しては、図16に示した処理により、高画質で被写界深度が非常に深い合成画像を生成することができる。
上述した実施形態、変形例においては、所定の被写界深度ΔLごとに画像撮影を実施すると説明していたが、カメラシステム10、10Bの最大連射撮影コマ数で2ndレリーズスイッチがOFFになるまで撮影した後に、近距離側の被写界深度ΔLごとの画像を抜き出して記録するような撮影画像記録方法を採用しても良い。
上述したように第1又は第2の実施形態等において、被写界深度が非常に深い合成画像を生成することができることを説明したが、(近距離側の被写界深度ΔLのように)被写界深度範囲内の所定の移動量ΔL′の移動毎に記録した撮影画像の枚数(又はΔL′のトータルの移動量の大きさ)がある閾値以上の場合には、複数の撮影画像における一部の撮影画像のサイズを補正して合成画像を生成するようにしても良い。例えば、画像処理部126に、撮影画像のサイズを補正するサイズ補正部126c(図1参照)を設けても良い。なお、サイズ補正部126cを画像合成部126b内に設けるようにしても良い。また、サイズ補正部126cを画像処理部126の外部に設けるようにしても良い。
具体的には、最初に被写体距離Lで、撮影レンズ202の焦点距離fで記録した撮影画像のサイズ補正を行わない基準サイズ1(最初の撮影画像を基準サイズとする場合に限定されない)とし、2番目に記録した撮影画像のサイズを、被写体距離L+ΔL′の場合として結像したものとなるように補正する(つまり1―ΔL′/Lのサイズに補正する)。
また、合成画像を生成する場合、ユーザがサイズ補正を行うか否かを選択できるようにしても良い。なお、サイズ補正を行う場合、上記の値のように補正する場合に限定されるものでなく、例えばj番目に記録した撮影画像のサイズを補正する場合、補正パラメータをkとして1―k・(j―1)・ΔL′/Lのように補正しても良い。ここで、kは1を含む範囲、例えば0.5<k<2程度にしても良い。
上述した各実施形態又は変形例における処理手順の各ステップは、その性質に反しない限り、実行順序を変更したり、複数同時に実行し、あるいは異なった順序で実行してもよい。
また、上述した各実施形態、変形例等を部分的に組み合わせる等して構成される実施形態も本発明に属する。
Claims (10)
- 位置が変更可能な合焦用レンズを含む撮影レンズと、上記撮影レンズを介して得た光学像を画像信号に変換する撮像部と、を有する撮影装置において、
上記撮影レンズの光軸方向に対する撮影装置の移動を判定する移動判定部と、
上記光軸方向への移動時に、上記合焦用レンズの位置を固定して上記撮影レンズを被写界深度範囲以内の所定の合焦点位置に設定した状態で、上記撮像部で得られる同じ像倍率の画像を連続的に記録する記録部と、
を具備することを特徴とする撮影装置。 - さらに、表示部を有し、
上記合焦用レンズの位置固定後に、上記表示部に上記撮影装置の移動のためのガイド表示を行うことを特徴とする請求項1に記載の撮影装置。 - 上記移動判定部は、加速度センサ、または、上記画像信号の変化を判定する判定部により構成されることを特徴とする請求項1に記載の撮影装置。
- 上記移動判定部により、上記撮影装置が上記撮影レンズの上記被写界深度範囲以内での所定の移動量を判定する毎に、上記撮像部で得た画像を上記記録部に記録するように制御する制御部を有することを特徴とする請求項1に記載の撮影装置。
- ユーザが上記撮影装置を手で把持して上記光軸方向に移動する場合における上記光軸方向とは異なる方向への手振れを補正する手振れ補正部を有することを特徴とする請求項1に記載の撮影装置。
- 撮影レンズにより形成される被写体の光学像を電子画像に変換する撮像部と、
光学像の合焦点位置を設定する合焦点位置設定部と、
上記合焦点位置設定部により設定された合焦点位置を保持して、上記撮影レンズの略光軸方向に、像倍率を一定に保ちながら移動した場合における合焦点位置の移動量を検出する検出部と、
を備え、
上記検出部が被写界深度範囲以内の所定量の合焦点位置移動を検出する毎に撮影した画像を複数記録することを特徴とする撮影装置。 - 上記撮影した複数の同じ像倍率の各画像から所定のコントラストとなる画像領域を切り出し、合成した合成画像を生成する画像合成部を備えることを特徴とする請求項6に記載の撮影装置。
- 上記検出部は、上記被写体に対して上記撮影装置を略光軸方向に変位させた場合における前記撮影装置の移動量を検出することを特徴とする請求項6に記載の撮影装置。
- さらに、上記撮影レンズを構成する少なくとも一部のレンズを略光軸方向に、前記合焦点位置及び前記像倍率を一定に保つように移動させる合焦点位置移動部を備えることを特徴とする請求項6に記載の撮影装置。
- 上記画像合成部は、合成画像を生成する場合、上記撮影した複数の画像における一部の画像のサイズ補正を行うサイズ補正部を備えることを特徴とする請求項7に記載の撮影装置。
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