JP5994904B2 - 焦点調節装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1には、レンズ鏡筒111と、焦点調節装置191を備える撮像装置100と、記憶媒体200との構成がブロック図で示されている。撮像装置100は、レンズ鏡筒111から入射される被写体像を撮像し、得られた画像を静止画又は動画の画像として、記憶媒体200に記憶させる。
レンズ鏡筒111は、焦点調整レンズ(以下、「AF(Auto Focus)レンズ
」という)112と、レンズ駆動部116と、AFエンコーダ117と、鏡筒制御部118を備える。なお、レンズ鏡筒111は、撮像装置100に着脱可能に接続されてもよいし、撮像装置100と一体であってもよい。
撮像装置100は、撮像部110と、画像処理部140と、表示部150と、バッファメモリ部130と、操作部180と、記憶部160と、CPU190と、通信部170と、焦点調節装置191とを備える。
焦点調節装置191は、撮像素子119が出力した電気信号に基づいて生成された画像から、被写体像のエッジを検出する。そして、焦点調節装置191は、検出したエッジにおける、軸上色収差による色ずれを解析する。ここで、軸上色収差とは、入射された光の波長(色)によってレンズの焦点距離が異なるという特性である。
ce(以下、「Ed」という)と、デフォーカス量参照値(Width of Subtraction,以下、「Wd」という)と、線広がり関数(Line Spread F
unction,以下、「LSF」という)との、3つがある。
図2には、AFレンズ112から被写体距離だけ離れた位置の被写体と、AFレンズ112と、撮像素子119の撮像面(図2では「撮像面」と示されている)と、錯乱円との関係が示されている。AFレンズ112は、被写体から入射される光を集光して、撮像素子119の光電変換面(撮像面)に被写体像を結像させる。ここで、被写体像に含まれる点像によって、撮像素子119の撮像面には、錯乱円が形成される。
)で表現されてもよい。
が考慮されていなくても、本発明の要旨は変わらない。
なお、各色チャネルの色成分量は、値「0〜255」(8ビット)で表現されてもよい。
図9には、エッジ位置13(図7を参照)近傍の色成分量が、階調断面図として示されている。ここで、縦軸は、R、G、B(色チャネル)毎の色成分量を示す。また、横軸は、軸Dにおける位置(図7を参照)を示す。人間の眼はGチャネルに対して感度が高いため、ここでは、一例として、Gチャネルで被写体像に合焦させる(ピントを合わせる)場合について説明する。
一方、後ピン状態であるRチャネルの勾配(傾き)は、合焦状態であるGチャネルの勾配よりも急となる。以下では、図9(A)において、Rチャネル及びGチャネルの色成分量を示す線の交点の右側にある区間であって、Gチャネルを示す線に勾配のある区間を区間「Δ1」とし、色成分量を示す線の交点の左側にある区間であって、Gチャネルを示す線に勾配のある区間を区間「Δ2」とする。なお、これらの区間の長さは、画素数で表現されてもよい。
EdRG=(Σ(R/G))/(Δ1)<1 … 式2
成分量の「比」を用いる代わりに、色成分量の「差」によって前ピン及び後ピンを検出するほうが、合焦状態の検出に有利である。
EdRG=(Σ(G−R))/(Δ2)<0 … 式4
EdBG=(Σ(B/G))/(Δ3)<1 … 式6
EdBG=(Σ(G−B))/(Δ4)<0 … 式8
図10には、エッジ位置13(図7を参照)近傍における「色成分量の差」が示されている。図10(A)には、軸Dにおける位置と、Rチャネルの色成分量及びGチャネルの色成分量の差と、の関係が示されている。ここで、縦軸は、Rの色成分量からGの色成分量を減算した色成分量差(=R−G)を示す。また、横軸は、軸Dにおける位置(図7を参照)を示す。なお、縦軸は、色成分量差の代わりに、Rの色成分量とGの色成分量との比(=R/G)であってもよい。
まず、レンズ性能を評価する指標のひとつに、MTF(Modulation Tra
nsfer Function)がある。このMTFは、被写体のコントラストをどの程
度忠実に再現できるかを、空間周波数特性として表現したものである。
ことで算出されてもよい。また、LSFは、隣接する画素同士の画素値(例えば、色成分量)の差に基づいて、算出されてもよい。そして、MTFは、LSFに離散フーリエ変換(Discrete Fourier Transform,DFT)が施されることで、
算出されてもよい。
なお、LSFは、LSFの特徴量の1つである半値幅、又はピーク値で表現されてもよい。
例えば、撮像されたLSFが、ぼけ度合い「0」を示すLSFのプロファイルと一致(マッチ)した場合には、焦点調節装置191は、エッジが合焦状態であると判定してもよい。
焦点調節装置191(図1を参照)は、エッジ検出部192と、分布検出部193と、制御部194とを備える。エッジ検出部192は、撮像部110が出力した画像を構成する色成分(Rチャネル、Gチャネル、Bチャネル)毎に、被写体像のエッジを検出する。
= L1((Σ(R1/G1))/Δ)
+L2((Σ(R2/G2))/Δ)
+L3((Σ(R3/G3))/Δ) … 式11
図19には、被写体像を追尾する追尾動作における、焦点調節装置191の合焦駆動の手順を示すフローチャートが示されている。まず、撮像装置100のCPU190は、被写体像を追尾する追尾動作を実行するよう、焦点調節装置191を追尾モードに設定する(ステップS1)。また、CPU190は、追尾する対象である被写体像を焦点調節装置191に指定(設定)する(ステップS2)。これらの設定は、操作部180が受け付けたユーザの操作入力に基づいて、実行されてもよい。
sure、AE)処理、debayer(色補間)処理を実行させる。また、画像処理部140は、スルー画像を取得し、画像処理を実行する(ステップS5)。例えば、画像処理部140は、取得したスルー画像に対して、画像処理として、ホワイトバランス(White Balance、WB)調整処理、ノイズ低減(Noise Reductio
n、NR)処理、倍率色収差補正処理等を実行する。
ここで、エッジ検出部192は、例えば、パワーが強い(色成分量が多い)エッジを、追尾対象に設定してもよい。
エッジ検出部192は、Rチャネルのエッジ画像と、Gチャネルのエッジ画像とに基づいてゲイン(倍率)を算出し、Rチャネルのエッジに対してゲインを乗算する(図17などを参照)(ステップSb1)。
図21には、前ピン状態と判定された場合のスキャン領域と、後ピン状態と判定された場合のスキャン領域とが示されている。図21の中段には、前ピン状態及び後ピン状態の判定結果に基づかずに実行される「通常コントラストスキャン」において、AFレンズ112が、レンズ鏡筒111内に予め定められたレンズ可動域(至近〜無限)の全域を、コントラストスキャンしながら移動することが示されている。
例えば、撮影指示は、操作部180のシャッタボタンをユーザが操作することよって、操作部180からCPU190に出力される。
図23には、LSFに基づく合焦駆動の手順を示すフローチャートが示されている。撮像装置100のCPU190は、エッジに合焦(AF)させる領域として、スルー画像の中央に領域(中央エリア領域)を設定する(ステップSd1)。この設定は、操作部180が受け付けたユーザの操作入力に基づいて、実行されてもよい。
R)処理、を実行する(ステップSd4)。ここで、画像処理部140が取得したスルー画像は、撮像素子119が出力した電気信号が間引かれたことで、解像度が低下した画像であってもよい。このようにすれば、画像処理部140が実行する画像処理量を低減させることができる。さらに、画像処理部140は、画像処理を施したスルー画像を、表示部150に表示させる(ステップSd5)。
例えば、画像処理部140は、取得したスルー画像に対して、ホワイトバランス調整処理、ノイズ低減処理を実行する(ステップSd8)。
本発明の第2実施形態について図面を参照して詳細に説明する。第2実施形態では、分布検出部193が、後述する「デフォーカス−駆動パルステーブル」に基づいて、合焦位置(デフォーカス量)を予測する点が、第1実施形態と異なる。以下では、第1実施形態との相違点についてのみ説明する。
本発明の第3実施形態について図面を参照して詳細に説明する。第3実施形態では、分布検出部193が、画素ずらしによる画素値の差分データ(自己相関)を評価値として、デフォーカス量を算出する点が、第1及び2実施形態と異なる。以下では、第1及び2実施形態との相違点についてのみ説明する。
AFレンズ112の位置が最至近にある場合に、分布検出部193は、被写体像が前ピン状態であると判定したとする。そして、撮像装置100のCPU190は、焦点調節装置191が算出した方向指標(前ピン状態)とデフォーカス量に基づいて、撮像モードを「マクロ(接写)撮像モード」に切り替える。これにより、制御部194は、通常コントラストスキャンにおける至近よりも更に至近側にある「マクロ(接写)の至近域」にスキャン範囲を限定して、コントラストスキャンを実行する。
sponse))が用いられてもよい。
複数のエッジが画像に存在する場合、焦点調節装置は、複数のエッジから優先順位に応じて上位のエッジを、予め定められたN個(Nは、1以上の整数)選択し、選択したエッジに基づいて焦点調節する(例えば、図19のステップS11を参照)。このように複数のエッジが画像に存在する場合において、焦点調節装置が焦点調節するためのエッジを選択する方法について、以下に説明する。
図36は、優先順位に応じて上位のエッジを選択する手順を示すフローチャートである。
エッジ検出部192は、複数のエッジを検出したとする(ステップSg1)。
分布検出部193は、エッジ検出部192により検出されたエッジの強度(パワー、色成分量)を検出する(ステップSg2)。
エッジ検出部192は、検出したエッジの強度に基づいて、優先順位が上位N個のエッジを選択する。例えば、エッジ検出部192は、色成分量が多いエッジを追尾対象に設定する(ステップSg3)。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。
Claims (11)
- 被写体を撮像する撮像部で生成された画像データから前記被写体に含まれるエッジを検出するエッジ検出部と、
前記エッジ検出部で検出されたエッジの複数の色成分量により合焦状態及び非合焦状態の分布を示すマップを作成する分布検出部と、
前記分布検出部で作成された前記マップにより、前記撮像部に光像を導くレンズを、前記撮像部の撮像面に合焦させる方向に移動させる制御部と、を備え、
前記マップは、前記エッジ検出部で検出されたエッジの複数の色成分量により得られた前記レンズを移動させる方向を示す指標と、前記エッジ検出部で検出されたエッジの複数の色成分量により得られたデフォーカス量に関する値と、が示される焦点調節装置。 - 前記マップには、前記エッジ検出部で検出されたエッジの複数の色成分量の比により得られた前記レンズを移動させる方向を示す指標と、前記エッジ検出部で検出されたエッジの複数の色成分量の比により得られたデフォーカス量に関する値と、が示される請求項1に記載の焦点調節装置。
- 前記マップには、前記エッジ検出部で検出されたエッジの複数の色成分量の差により得られた前記レンズを移動させる方向を示す指標と、前記エッジ検出部で検出されたエッジの複数の色成分量の差により得られたデフォーカス量に関する値と、が示される請求項1に記載の焦点調節装置。
- 前記分布検出部は、前記エッジ検出部により検出されたエッジのうち、色成分量が大きい順にエッジを選択する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の焦点調節装置。
- 前記分布検出部は、前記エッジ検出部により検出されたエッジ部分のうち、色成分のコントラストが高い順にエッジを選択する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の焦点調節装置。
- 前記分布検出部は、前記エッジ検出部により検出されたエッジのうち、エッジの色成分のコントラストが同じであって、信号対雑音比が異なるエッジが混在している場合、信号対雑音比が高い順にエッジを選択する請求項5に記載の焦点調節装置。
- 前記分布検出部は、前記エッジ検出部により検出されたエッジのうち、色成分の信号対雑音比が異なるエッジが混在している場合、信号対雑音比が相対的に低く且つコントラストが相対的に高いエッジと、信号対雑音比が相対的に高く且つコントラストが相対的に低いエッジとのうち少なくとも一方を選択する請求項5に記載の焦点調節装置。
- 前記分布検出部は、前記エッジ検出部により検出されたエッジのうち、2原色以上含まれ且つ色成分が同位相で変化するエッジを選択する請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の焦点調節装置。
- 前記分布検出部は、前記エッジに2原色含まれている場合、緑色成分を含むエッジを選択する請求項8に記載の焦点調節装置。
- 前記分布検出部は、前記エッジ検出部により検出されたエッジのうち、予め定められた幅以上に色成分が平坦であるエッジを選択する請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の焦点調節装置。
- 前記分布検出部は、前記エッジ検出部により検出されたエッジのうち、色成分の信号対雑音比に応じて定まる長さ以上のエッジを選択する請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の焦点調節装置。
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