JP6000738B2 - 撮像装置及び撮像装置の合焦方向判定方法 - Google Patents
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Description
高速AFの代表的手法として位相差AF方式がある。従来の位相差AF方式では、撮像光学経路を分岐し、その分岐した経路に位相差検出用の専用センサを設け、その専用センサにより位相差情報を検出していた。一方、昨今では、専用センサを設けずに撮像素子(以下では適宜「撮像センサ」とも呼ぶ)のみで位相差を検出する手法が、種々提案されている。例えば、イメージャ内位相差方式やカラー位相差方式などがある。
2.1.撮像光学系の基本構成
次に、本実施形態の合焦方向判定手法について詳細に説明する。まず、第1実施形態について説明する。
次に、右瞳画像IR(x)と左瞳画像IL(x)を用いて合焦方向を判定する手法について説明する。
I’(x)=[IL’(x)+IR’(x)]/2 (2)
[I’(x0)−I’(x1)]<0 (3)
[I’(x0)−I’(x1)]>0 (4)
図4に、第1実施形態における撮像装置の構成例を示す。この撮像装置は、結像レンズLNS、光学フィルタFLT、撮像部10、位相差画像生成部20、合焦方向判定部60、フォーカス制御部80を含む。なお、本実施形態は図4の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略(例えばフォーカス制御部80)したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。
図5に、本実施形態の合焦方向判定手法を用いたフォーカス制御処理のフローチャートを示す。なお本実施形態の合焦方向判定手法は、フォーカス制御処理に限らず、例えば被写体の形状計測等に適用することが可能である。
3.1.撮像装置
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態では、RGB画像から5バンドの画像を推定し、その5バンドの画像のうち、右瞳に対応するバンドの画像から右瞳画像IRを生成し、左瞳に対応するバンドの画像から左瞳画像ILを生成する。なお、第1実施形態で説明した内容と同一の内容(例えば撮像光学系の基本構成や、合焦方向判定手法など)については、適宜説明を省略する。
3.3.1.バンド分割手法
次に、撮像画像から位相差画像を取得するためのマルチバンド推定処理について詳細に説明する。なお以下では、RGBベイヤ配列の撮像素子を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されず、カラーフィルタの透過率特性に重なり部分がある撮像素子でさえあればよい。
R=gR+rR R+rL R,
G=bL G+gG+rR G,
B=bR B+bL B+gB (9)
次に、図8(A)〜図9を用いて、画素値{R,G,B}から成分{bR B,bL B,gB}、{bL G,gG,rR G}、{gR,rR R,rL R}を推定する処理について説明する。
bL B+gB=(kB1/kB2)×bL G (10)
bL B’+gB’≒bL G=(kB2/kB1)×(bL B+gB) (11)
B’=(kB2/kB1)B (12)
bR B’=(kB2/kB1)×bR B,
bL B’+gB’≒bL G (13)
B’=bR B’+(bL B’+gB’)=bR B’+bL G,
G =bL G+(gG+rR G) (14)
B’−G=[bR B’+bL G]−[bL G+gG+rR G]
=bR B’−(gG+rR G) (15)
bL G=B’−bR B’ (16)
bR B’=未知数(支配変数)
bL G=B’−bR B’
gG+rR G=bR B’−(B’−G) (17)
eB=(B’/2−bR B’)2+(B’/2−bL G)2,
eG=(G/2−bL G)2+(G/2−(gG+rR G))2,
EBG=eB+eG (18)
0<αB≦1,0<αGb≦1 (19)
次に、画素値{G,R}から成分{(bL+g),rR,rL}を推定する処理について説明する。
gR+rR R=(kR2/kR1)×rR G (20)
gR’+rR R’≒rR G=(kR2/kR1)×(gR+rR R) (21)
R’=(kR2/kR1)R (22)
gR’+rR R’≒rR G,
rL R’=(kR2/kR1)×rL R (23)
G =bL G+(gG+rR G),
R’=(gR’+rR R’)+rL R’=rR G+rL R’ (24)
G−R’=[bL G+gG+rR G)]−[rR G+rL R’]
=(bL G+gG)−rL R’ (25)
rR G=R’−rL R’ (26)
rL R’=未知数(支配変数),
rR G=R’−rL R’,
bL G+gG=rL R’+(G−R’) (27)
eG=(G/2−(bL G+gG))2+(G/2−rR G)2,
eG=(R’/2−rR G)2+(R’/2−(rL R’))2,
EGR=eG+eR (28)
0<αR≦1,0<αGr≦1 (29)
次に、上記で求めた値{bR B’,bL G,(gG+rR G)}、{rL R’,rR G,(bL G+gG)}を用いて、画素値Bを構成する成分{bR B,bL B}の値と、画素値Gを構成する成分{bL G,gG,rR G}の値と、画素値Rを構成する成分{rR R,rL R}の値とを算出する。
bR B=(kB1/kB2)×bR B’,
rL R=(kR1/kR2)×rL R’ (30)
bL B=B−(bR B+gB)≒B−bR B,
rR R=R−(rL R+gR)≒R−rL R (31)
bL G=G−(gG+rR G),
rR G=G−(gG+bL G) (32)
gG=G−(bL G+rR G) (33)
IR=(rR R,rR G,bR B),IL=(rL R,bL G,bL B) (34)
30 表示画像生成部、40 モニタ表示部、50 分光特性記憶部、
60 合焦方向判定部、70 マルチバンド推定部、80 フォーカス制御部、
82 位相差検出部、84 フォーカス制御量算出部、
86 フォーカスレンズ駆動制御部、90 データ圧縮部、100 データ記録部、
BD1〜BD5 第1〜第5バンド、Df、Dr デフォーカス位置、
Fa 減少領域、FB,FG,FR 第1〜第3透過率特性、
FL1 右瞳フィルタ、FL2 左瞳フィルタ、FLT 光学フィルタ、
FP フォーカス位置、I(x) 撮像画像、
IL(x) 左瞳画像、IR(x) 右瞳画像、
LNS 結像レンズ、PSFL,PSFR ポイントスプレッドファンクション
Ra 増加領域、bR,bL,g,rR,rL 第1〜第5バンドの成分値、
fL,fR 透過率特性、kB1,kB2 ゲイン、x 位置、δ 位相差
Claims (8)
- 第1被写体像と前記第1被写体像に対して視差を有する第2被写体像とを結像する撮像光学系と、
前記撮像光学系により結像された前記第1被写体像と前記第2被写体像とを撮像し、撮像画像を取得する撮像素子と、
前記撮像画像に基づいて、前記第1被写体像に対応する第1画像と前記第2被写体像に対応する第2画像とを生成する位相差画像生成部と、
前記撮像画像の画素値と、前記第1画像及び前記第2画像のうち少なくとも一方である比較画像の画素値とを比較することにより、前記撮像光学系の合焦方向を判定する合焦方向判定部と、
を含み、
前記合焦方向判定部は、
前記視差により前記第1画像と前記第2画像がずれる方向を視差方向とする場合に、前記撮像画像の画素値が前記視差方向に増加又は減少する領域を特定し、
前記特定した領域における前記撮像画像の画素値と前記比較画像の画素値との大小関係に基づいて、前記撮像光学系から見て被写体よりも近い位置にフォーカスが合った状態である後ピント状態であるか、前記撮像光学系から見て前記被写体よりも遠い位置にフォーカスが合った状態である前ピント状態であるかを判定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1において、
前記撮像光学系は、
前記第1被写体像を通過させる第1瞳と前記第2被写体像を通過させる第2瞳とを有し、
前記視差方向は、
前記第1瞳から前記第2瞳に向かう方向であり、
前記合焦方向判定部は、
前記撮像画像の画素値が前記視差方向に増加する領域において、前記第1画像の画素値が前記撮像画像の画素値よりも大きい場合には前記前ピント状態であると判定し、前記第1画像の画素値が前記撮像画像の画素値よりも小さい場合には前記後ピント状態であると判定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1において、
前記撮像光学系は、
前記第1被写体像を通過させる第1瞳と前記第2被写体像を通過させる第2瞳とを有し、
前記視差方向は、
前記第1瞳から前記第2瞳に向かう方向であり、
前記合焦方向判定部は、
前記撮像画像の画素値が前記視差方向に減少する領域において、前記第1画像の画素値が前記撮像画像の画素値よりも大きい場合には前記後ピント状態であると判定し、前記第1画像の画素値が前記撮像画像の画素値よりも小さい場合には前記前ピント状態であると判定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記合焦方向判定部は、
前記視差方向における所定幅で前記撮像画像の画素値を平均した値を前記撮像画像の画素値から減算して、前記撮像画像の比較用画素値を求め、
前記所定幅で前記比較画像の画素値を平均した値を前記比較画像の画素値から減算して、前記比較画像の比較用画素値を求め、
前記撮像画像の比較用画素値と前記比較画像の比較用画素値とが一致する前記撮像画像上の位置を特定し、
前記特定した位置の間の領域を前記撮像画像の比較用画素値が前記増加又は減少する領域として特定し、
前記特定した領域において前記撮像画像の比較用画素値と前記比較画像の比較用画素値とを比較することにより前記大小関係を判定することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記合焦方向判定部が判定した前記合焦方向に基づいて、前記第1画像と前記第2画像との位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差に基づいて、前記撮像光学系を被写体にフォーカスさせる制御を行うフォーカス制御部と、
を含むことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記合焦方向判定部が判定した前記合焦方向に基づいて、前記第1画像と前記第2画像との位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差に基づいて、被写体の3次元情報を取得する3次元情報取得部と、
を含むことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至6のいずれかにおいて、
マルチバンド推定部を含み、
前記撮像光学系は、
前記撮像光学系の瞳を、第1瞳と、前記第1瞳とは透過波長帯域が異なる第2瞳とに分割する光学フィルタを有し、
前記撮像素子は、
第1透過率特性を有する第1色フィルタと、第2透過率特性を有する第2色フィルタと、第3透過率特性を有する第3色フィルタとを有し、
前記マルチバンド推定部は、
前記第1〜第3透過率特性の重なり部分及び非重なり部分に対応する第1〜第5バンドを設定し、前記撮像画像を構成する第1〜第3色の画素値に基づいて前記第1〜第5バンドの成分値を推定し、
前記位相差画像生成部は、
前記第1〜第5バンドのうち前記第1瞳の透過波長帯域に対応するバンドの成分値を前記第1画像として取得し、前記第1〜第5バンドのうち前記第2瞳の透過波長帯域に対応するバンドの成分値を前記第2画像として取得することを特徴とする撮像装置。 - 第1被写体像と前記第1被写体像に対して視差を有する第2被写体像とを結像し、
前記第1被写体像と前記第2被写体像とを撮像し、撮像画像を取得し、
前記撮像画像に基づいて、前記第1被写体像に対応する第1画像と前記第2被写体像に対応する第2画像とを生成し、
前記視差により前記第1画像と前記第2画像がずれる方向を視差方向とする場合に、前記撮像画像の画素値が前記視差方向に増加又は減少する領域を特定し、
前記特定した領域における前記撮像画像の画素値と、前記第1画像及び前記第2画像のうち少なくとも一方である比較画像の画素値との大小関係に基づいて、前記撮像光学系から見て被写体よりも近い位置にフォーカスが合った状態である後ピント状態であるか、前記撮像光学系から見て前記被写体よりも遠い位置にフォーカスが合った状態である前ピント状態であるかを判定することを特徴とする撮像装置の合焦方向判定方法。
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