JP6347581B2 - Focus detection apparatus and control method thereof - Google Patents
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本発明は、焦点検出装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a focus detection apparatus and a control method thereof .
カメラ等の撮像装置に搭載されるオートフォーカス(AF)方式の一つとして、位相差検出方式(以下、位相差AFという)がある。位相差AFでは、撮影レンズの射出瞳を通過した光束を二分割し、二分割した光束を一組の焦点検出用センサによりそれぞれ受光する。そして、その受光量に応じて出力される信号のずれ量、すなわち、光束の分割方向の相対的位置ずれ量(以下、像ずれ量という)を検出することで撮影レンズのピント方向のずれ量(以下、デフォーカス量という)を求める。 As one of autofocus (AF) methods mounted on an imaging apparatus such as a camera, there is a phase difference detection method (hereinafter referred to as phase difference AF). In the phase difference AF, the light beam that has passed through the exit pupil of the photographing lens is divided into two, and the two divided light beams are received by a set of focus detection sensors. Then, by detecting the shift amount of the signal output according to the received light amount, that is, the relative positional shift amount in the beam splitting direction (hereinafter referred to as the image shift amount), the shift amount in the focus direction of the photographing lens ( Hereinafter, the defocus amount is obtained.
特許文献1は、撮像素子の画素の光電変換部を二分割して瞳分割機能を付与し、二分割された光電変換部の出力を個別に処理することで焦点検出を行うとともに、二分割された光電変換部の合算出力を撮像信号として用いる焦点検出装置を開示している。また、特許文献2は、顔検出の結果に基づいて位相差検出方式のAFを行うとともに、撮影するシーン毎の顔の検出状態に応じて焦点検出領域を選択するカメラを開示している。
特許文献1が開示する焦点検出装置は、焦点検出を行うエリア(焦点検出領域)を撮像画角中のどの位置に設定するかについて考慮していない。撮像素子の画素の光電変換部を二分割する構成では、任意に焦点検出領域を設けることができるため、被写体に適した焦点検出領域の設定が必要である。また、特許文献2が開示するカメラは、被写体として顔が検出されている時、検出される顔が小さい時や、撮像画角中央にない時などには、顔や目の位置に焦点検出領域がない場合があり、位相差AFの結果を用いた焦点調節処理を実行できない。
The focus detection device disclosed in
本発明は、複数個に分割した光電変換部を有する撮像素子を用いて、主被写体の位置、大きさに応じた適切な焦点検出を行う焦点検出装置およびその制御方法の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a focus detection apparatus and a control method thereof that perform appropriate focus detection according to the position and size of a main subject using an image sensor having a photoelectric conversion unit divided into a plurality of parts.
本発明の一実施形態の焦点検出装置は、一つのマイクロレンズに対して複数の光電変換素子を有し、当該マイクロレンズが2次元状に配置された撮像素子であって、画像信号を出力する撮像素子と、撮影画角内の主被写体領域を検出する検出手段と、焦点検出に用いる画像信号を取得する焦点検出領域を設定する設定手段と、前記焦点検出領域の画像信号により得られる2像の像ずれ量に基づいて、焦点検出処理を実行する制御手段とを備え、前記焦点検出領域は、前記2像の像ずれ量を算出する際の像のシフト量分の範囲である探索領域と、前記主被写体領域の位置と大きさに基づいて設定される基準領域とを含み、前記主被写体領域の大きさが予め決められた大きさよりも大きい場合、前記探索領域は、前記予め決められた大きさ以下の場合よりも大きく、前記基準領域は、前記予め決められた大きさ以下の場合よりも前記主被写体領域の大きさに対する比率が小さい。 A focus detection apparatus according to an embodiment of the present invention is an imaging device that includes a plurality of photoelectric conversion elements for one microlens, and the microlenses are two-dimensionally arranged, and outputs an image signal. An image sensor, detection means for detecting a main subject area within a shooting angle of view, setting means for setting a focus detection area for acquiring an image signal used for focus detection, and two images obtained from image signals in the focus detection area Control means for executing a focus detection process based on the image shift amount of the image, and the focus detection area includes a search area that is a range corresponding to an image shift amount when calculating the image shift amount of the two images. A reference area set based on a position and a size of the main subject area , and when the size of the main subject area is larger than a predetermined size, the search area is the predetermined area Less than size Than if rather come large, the reference area has a smaller proportion to the size of the main subject region than in the case of less magnitude the predetermined.
本発明の一実施形態の焦点検出装置によれば、複数個に分割した光電変換部を有する撮像素子を用いて、主被写体の位置、大きさに応じた適切な焦点検出を行うことができる。 According to the focus detection apparatus of one embodiment of the present invention , it is possible to perform appropriate focus detection according to the position and size of the main subject using an imaging device having a plurality of photoelectric conversion units.
本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
(実施例1)
図1は、本実施例の撮像装置の構成例を示す図である。撮像装置100は、被写体を撮影して、動画や静止画のデータをテープや固体メモリ、光ディスクや磁気ディスクなどの各種メディアに記録可能なビデオカメラやデジタルスチルカメラなどであるが、これらに限定されるものではない。撮像装置100内の各ユニットは、バス160を介して接続されている。また各ユニットは、メインCPU151(中央演算処理装置)により制御される。
This embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
Example 1
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the imaging apparatus according to the present embodiment. The
撮像装置100は、一つのマイクロレンズを共有する複数の光電変換素子を備えた撮像素子を用いて位相差方式の焦点検出を行う焦点検出装置を搭載している。すなわち、この撮像素子は、一つのマイクロレンズに対して撮像光学系の射出瞳の分割された異なる領域を通過した光束を光電変換して画像信号を生成する第1、第2の光電変換部を有する画素部を備える。なお、本実施例の焦点検出装置は、撮像光学系(撮影レンズ)を介して得られた光学像を取得可能に構成された撮像装置(撮像装置本体)と、撮像装置本体に着脱可能な撮像光学系とを備えて構成された撮像システムに適用される。ただし、本実施例は、これに限定されるものではなく、撮像光学系が一体的に設けられた撮像装置にも適用可能である。
The
撮影レンズ101(レンズユニット)は、固定1群レンズ102、ズームレンズ111、絞り103、固定3群レンズ121、および、フォーカスレンズ131を備えて構成される。絞り制御部105は、メインCPU151の指令に従い、絞りモータ104を介して絞り103を駆動することにより、絞り103の開口径を調整して撮影時の光量調節を行う。
The photographing lens 101 (lens unit) includes a fixed
ズーム制御部113は、ズームモータ112を介してズームレンズ111を駆動することにより、焦点距離を変更する。また、フォーカス制御部133は、フォーカスモータ132を介してフォーカスレンズ131を駆動することにより、焦点調節状態を制御する。フォーカスレンズ131は、焦点調節用レンズである。フォーカスレンズ131は、図1では単レンズで簡略的に示されているが、通常複数のレンズで構成される。これらの光学部材(撮影レンズ101)を介して撮像素子141上に結像する被写体像は、撮像素子141により電気信号に変換される。
The
撮像素子141は、被写体像(光学像)を電気信号に光電変換を行う光電変換素子である。撮像素子141は、横方向にm画素、縦方向にn画素の受光素子のそれぞれに、後述のように二つの光電変換素子(受光領域)が配置されている。撮像素子141上に結像されて光電変換された画像は、撮像信号処理部142により画像信号(画像データ)として整えられる。
The
位相差AF処理部135は、二つの光電変換素子(第1の光電変換素子、第2の光電変換素子)から個別に出力された画像信号(信号値)を用い、被写体からの光を分割して得られた像の分割方向における像ずれ量を検出(算出)する。つまり、位相差AF処理部135は、第1の光電変換素子および第2の光電変換素子のそれぞれから独立して得られた信号値を用いた相関演算を行って像ずれ量を算出する算出手段である。また、位相差AF処理部135は、検出した像ずれ量に基づいて撮影レンズ101のピント方向のずれ量(デフォーカス量)を算出するデフォーカス量算出手段である。なお、本発明の適用範囲は、撮像素子が備える光電変換素子が二つである場合に限定されない。本発明は、撮像素子が、2以上の任意の個数の光電変換素子を備える場合に適用可能である。
The phase difference
デフォーカス量は、像ずれ量に係数(換算係数)を掛けることにより算出される。なお、像ずれ量算出手段、デフォーカス量算出手段の各動作は、メインCPU151の指令に基づいて行われる。また、これらの動作の少なくとも一部をメインCPU151またはフォーカス制御部133で実行するように構成してもよい。また、位相差AF処理部135に送られる画像信号の領域は、メインCPU151によって決定される。
The defocus amount is calculated by multiplying the image shift amount by a coefficient (conversion coefficient). Each operation of the image shift amount calculation unit and the defocus amount calculation unit is performed based on a command from the
位相差AF処理部135は、算出されたずれ量(デフォーカス量)をフォーカス制御部133へ出力する。フォーカス制御部133は、撮影レンズ101のピント方向のずれ量に基づいてフォーカスモータ132を駆動する駆動量を決定する。フォーカス制御部133およびフォーカスモータ132によるフォーカスレンズ131の移動制御により、AF制御が実現される。本実施例の焦点検出装置は、上述したメインCPU151、撮像素子141、撮像信号処理部142、位相差AF処理部135によって実現される。
The phase difference
撮像信号処理部142から出力される画像データは、撮像制御部143に送られ、一時的にRAM(Random Access Memory)154に蓄積される。RAM154に蓄積された画像データは、画像圧縮解凍部153にて圧縮された後、画像記録媒体157に記録される。この処理と並行して、RAM154に蓄積された画像データは、画像処理部152に送られる。
Image data output from the imaging
画像処理部152は、第1の光電変換素子および第2の光電変換素子の加算信号を用いて得られた画像信号を処理する。画像処理部152は、例えば、画像データに対して最適なサイズへの縮小・拡大処理を行う。最適なサイズに処理された画像データは、モニタディスプレイ150に送られて画像表示される。したがって、操作者は、リアルタイムで撮影画像を観察することができる。なお、画像の撮影直後にはモニタディスプレイ150が所定時間だけ撮影画像を表示することで、操作者は撮影画像を確認することができる。また、メインCPU151は、一時的にRAM154に蓄積された画像データを参照し、撮影画角内の主被写体を検出する検出手段として機能する。メインCPU151は、例えば、公知の顔認識技術を用いて、顔領域を主被写体として検出する。
The
操作部156(操作スイッチ)は、操作者が撮像装置100への指示を行うために用いられる。操作部156から入力された操作指示信号は、バス160を介してメインCPU151に送られる。バッテリ159は、電源管理部158により適切に管理され、撮像装置100の全体に安定した電源供給を行う。フラッシュメモリ155は、撮像装置100の動作に必要な制御プログラムを記憶している。操作者の操作により撮像装置100が起動すると(電源OFF状態から電源ON状態へ移行すると)、フラッシュメモリ155に格納された制御プログラムがRAM154の一部に読み込まれる(ロードされる)。メインCPU151は、RAM154にロードされた制御プログラムに従って撮像装置100の動作を制御する。
The operation unit 156 (operation switch) is used for an operator to give an instruction to the
図2は、撮像装置の動作例を説明するフローチャートである。図2の各ステップは、メインCPU151の指示に基づいて行われる。
まず、撮像装置100の電源がONにされると、メインCPU151が演算(制御)を開始する(ステップS201)。続いて、撮像装置100のフラグや制御変数などを初期化する(ステップS202)。そして、メインCPU151は、フォーカスレンズ131などの光学部材(撮像光学部材)を初期位置に移動させる(ステップS203)。
FIG. 2 is a flowchart for explaining an operation example of the imaging apparatus. Each step in FIG. 2 is performed based on an instruction from the
First, when the power of the
次に、メインCPU151は、操作者により電源OFF操作が行われたか否か(電源OFF操作の有無)を判断する(ステップS204)。電源OFF操作が行われた場合は、処理がステップS205に進む。電源OFF操作が行われていない場合は、所定がステップS207に進む。ステップS205において、メインCPU151が、撮像装置100の電源をOFFにするため、撮像光学部材を初期位置へ移動し、各種フラグや制御変数のクリアなどの後処理を行う(ステップS205)。そして、撮像装置100の処理(制御)を終了する(ステップS206)。
Next, the
一方、ステップS207において、メインCPU151が焦点検出処理を行う。続いてフォーカス制御部133が、ステップS207の焦点検出処理にて決定された駆動方向、速度、および、位置でフォーカスレンズ131を駆動し、フォーカスレンズ131を所望の位置に移動させる(ステップS208)。
On the other hand, in step S207, the
次に、ステップS209において、撮像素子141が被写体像を光電変換する(撮像処理)。また、撮像信号処理部142が、光電変換された被写体像に所定の処理(画像処理)を施して画像信号を出力する。
Next, in step S209, the
次に、メインCPU151が、操作者により記録ボタン(操作部156)の押下がなされたか否かを検出し、記録中であるか否かを判断する(ステップS210)。記録中でない場合には、処理がステップS204へ戻る。記録中である場合には、ステップS211に進む。ステップS211において、撮像信号処理部142から出力された画像信号(画像データ)は、画像圧縮解凍部153により圧縮処理され、画像記録媒体157に記録される。そして、処理がステップS204へ戻り、上述の各ステップを繰り返す。
Next, the
図3は、撮像素子の構成例を説明する図である。
図3を参照して、本実施例における位相差検出方法について説明する。図3(A)は、瞳分割機能を有する撮像素子141の画素の構成(断面)を示す。光電変換素子30は、一画素につき二つの光電変換素子30−1(第1の光電変換素子)および光電変換素子30−2(第2の光電変換素子)に分割されており、瞳分割機能を有する。マイクロレンズ31(オンチップマイクロレンズ)は、光電変換素子30に効率よく光を集める機能を有し、光電変換素子30−1、30−2の境界に光軸が合うように配置されている。また、一つの画素の内部には、平坦化膜32、カラーフィルタ33、配線34、および、層間絶縁膜35が設けられている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the image sensor.
With reference to FIG. 3, the phase difference detection method in a present Example is demonstrated. FIG. 3A shows a configuration (cross section) of a pixel of an
図3(B)は、撮像素子141の一部の構成図(平面図)である。撮像素子141は、図3(A)に示される構成を有する一画素を複数配列することで形成される。また、撮像を行うため、各画素にはR(赤色)、G(緑色)、B(青色)のカラーフィルタ33が交互に配置され、四画素で一組の画素ブロック40、41、42を配列することで、所謂ベイヤー配列が構成されている。なお、図3(B)において、R、G、Bのそれぞれの下に示される「1」または「2」は、光電変換素子30−1、30−2のそれぞれを表す数値である。
FIG. 3B is a partial configuration diagram (plan view) of the
図3(C)は、撮像素子141の光学原理図である。図3(C)には、図3(B)中のA−A線で切断して得られた断面の一部を示す。撮像素子141は、撮影レンズ101の予定結像面に配置されている。マイクロレンズ31の作用により、光電変換素子30−1、30−2は、それぞれ、撮影レンズ101の瞳(射出瞳)の異なる位置(領域)を通過した一対の光束を受光するように構成されている。光電変換素子30−1は、主に、撮影レンズ101の瞳のうち、図3(C)中の右側位置を透過する光束を受光する。一方、光電変換素子30−2は、主に、撮影レンズ101の瞳の図3(C)中の左側位置を透過する光束を受光する。
FIG. 3C is an optical principle diagram of the
図4は、撮像素子から見た場合の、撮影レンズの瞳を示す図である。瞳50は、光電変換素子30−1の感度領域(A像瞳)51−1と、光電変換素子30−2の感度領域(B像瞳)51−2とを有する。符号52−1、52−2は、それぞれ、A像瞳およびB像瞳の重心位置である。
FIG. 4 is a diagram illustrating the pupil of the photographing lens when viewed from the image sensor. The
撮像装置100は、同一画素において同一色のカラーフィルタが配置された二つの光電変換素子の出力を加算することにより、画像信号を生成することが可能である。また、撮像装置は、焦点検出処理を行う場合、一画素ブロック内における光電変換素子30−1に対応する光電変換素子からの出力を積算することにより、一画素の焦点検出信号を取得する。そして、撮像装置100は、この信号を画素ブロック40、41、42のように横方向に連続して取得することによりA像信号を生成することが可能である。
The
同様に、撮像装置100は、一画素ブロック内における光電変換素子30−2に対応する光電変換素子からの出力を積算することにより、一画素の焦点検出信号を取得する。そして、撮像装置100は、この信号を横方向に連続して取得することによりB像信号を生成することが可能である。A像信号およびB像信号により、一対の位相差検出用信号が生成される。
Similarly, the
図5は、A像信号およびB像信号を説明する図である。この例では、A像信号とB像信号とをまとめて「像信号」とも記述する。図5において、縦軸は像信号のレベル、横軸は画素位置をそれぞれ示している。また、図5中のグラフ曲線W1はA像信号、グラフ曲線W2はB像信号をそれぞれ示している。生成した一対の位相差検出用信号の像ずれ量Xは、撮影レンズ101の結像状態(合焦状態、前ピン状態、または、後ピン状態)に応じて変化する。撮影レンズ101が合焦状態の場合、二つの像信号の像ずれ量は無くなる。一方、前ピン状態または後ピン状態の場合、異なる方向の像ずれ量が生じる。また像ずれ量は、撮影レンズ101により被写体像が結像している位置とマイクロレンズ上面との距離、いわゆるデフォーカス量と一定の関係を有する。
FIG. 5 is a diagram for explaining the A image signal and the B image signal. In this example, the A image signal and the B image signal are collectively described as an “image signal”. In FIG. 5, the vertical axis indicates the level of the image signal, and the horizontal axis indicates the pixel position. In FIG. 5, a graph curve W1 indicates an A image signal, and a graph curve W2 indicates a B image signal. The image shift amount X of the generated pair of phase difference detection signals changes according to the imaging state (focused state, front pin state, or rear pin state) of the
図6は、相関演算を説明する図である。
メインCPU151は、焦点検出領域に対応する第1、第2の光電変換部から、それぞれ、第1の像、第2の像を取得する。この例では、第1の像に係る像信号をA像信号、第2の像に係る像信号をB像信号とする。メインCPU151は、第2の像をシフトさせながら、第1の像と第2の像とを比較する。これにより、メインCPU151は、2像の相関値を算出し、算出された相関値に基づいて、当該2像の像ずれ量を算出する。メインCPU151は、相関値が最大になる位置同士の差を像ずれ量として算出する。したがって、相関演算には、二つの像信号を比較し、相関値を算出するための画素数と、シフト量分の画素数の和の画素数が必要である。以下では、相関値を算出するための画素の範囲を基準範囲と記述する。また、シフト量分の画素の範囲を探索範囲と記述する。
FIG. 6 is a diagram for explaining the correlation calculation.
The
メインCPU151は、算出された像ずれ量に基づいて、撮影レンズ101のデフォーカス量を求める。そして、メインCPU151は、求めたデフォーカス量に基づいて、撮影レンズ101が合焦状態になるようなレンズ駆動量を算出し、算出したレンズ駆動量にしたがって焦点調節を行う。
The
図7は、相関演算により算出された像ずれ量からデフォーカス量への変換処理の例を説明する図である。
図7(A)は、撮影レンズ101および撮像素子141を含む光学系を示す。被写体70に対する予定結像面の位置p0の光軸OA上に、焦点検出面の位置p1がある。図7(B)は、焦点検出面の位置p1での像信号である。像ずれ量とデフォーカス量との関係は、光学系に応じて決定される。
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of conversion processing from the image shift amount calculated by the correlation calculation to the defocus amount.
FIG. 7A shows an optical system including the photographing
デフォーカス量は、像ずれ量Xに所定の係数K(換算係数)を掛けることにより算出することができる。係数Kは、A像瞳とB像瞳との重心位置に基づいて算出される。焦点検出面の位置p1が位置p2に移動した場合、位置p0、q2、q3の三角形と位置p0、q2’、q3’との三角形の相似に従って、像ずれ量が変化する。したがって、焦点検出面の位置p2でのデフォーカス量を算出することが可能である。メインCPU151は、デフォーカス量に基づいて、被写体に対して合焦状態を得るためのフォーカスレンズ131の位置を算出する。
The defocus amount can be calculated by multiplying the image shift amount X by a predetermined coefficient K (conversion coefficient). The coefficient K is calculated based on the barycentric positions of the A image pupil and the B image pupil. When the position p1 of the focus detection surface moves to the position p2, the image shift amount changes according to the similarity between the triangles at the positions p0, q2, and q3 and the triangles at the positions p0, q2 ', and q3'. Therefore, it is possible to calculate the defocus amount at the position p2 on the focus detection surface. Based on the defocus amount, the
図8は、焦点検出領域を説明する図である。
焦点検出領域は、撮像素子の画素部から焦点検出に用いる画像信号を読み出す対象となる領域である。メインCPU151は、焦点検出領域から読み出された画像信号により得られる2像の像ずれ量に基づいて、焦点検出処理を実行する制御手段として機能する。
FIG. 8 is a diagram illustrating the focus detection area.
The focus detection area is an area from which an image signal used for focus detection is read from the pixel portion of the image sensor. The
図8に示す焦点検出領域81は、顔認識による検出枠に基づいて設定される。具体的には、メインCPU151が、焦点検出領域を、検出された主被写体(顔)の位置と大きさとに基づいて設定する。これにより、顔が検出されている場合に、撮像画角80中の顔の位置に対して、焦点検出を行うことが可能となる。
A
図8(A)は、顔が小さく検出されている場合の焦点検出領域を示す。顔が小さく検出されている場合、被写体となる人物は、撮像装置から離れた位置にいることが想定されるので、確実に顔を捉えるように焦点検出領域を設定する必要がある。したがって、撮像装置は、焦点検出領域81の中心を、検出された顔の中心位置に合わせ、相関演算における基準領域82を顔枠と同様の大きさに設定する。
FIG. 8A shows a focus detection region when a face is detected small. When the face is detected small, it is assumed that the person who is the subject is at a position away from the imaging device, so it is necessary to set the focus detection area so as to capture the face reliably. Therefore, the imaging apparatus aligns the center of the
図8(B)は、顔が大きく検出されている場合の焦点検出領域を示す。顔が大きく検出されている場合、被写体となる人物は、撮像装置の近距離にいることが想定される。また、顔をアップで撮影する場合には、目に焦点を合わせるために、目を捉えるように焦点検出領域を設定する必要がある。したがって、撮像装置は、焦点検出領域81の中心を、検出された目の位置に合わせ、相関演算における基準領域82を小さく、探索領域83を大きく設定する。
FIG. 8B shows a focus detection area in the case where a large face is detected. When a large face is detected, it is assumed that the person who is the subject is at a short distance from the imaging apparatus. Further, when photographing a face up, it is necessary to set a focus detection area so as to catch the eye in order to focus on the eye. Therefore, the imaging apparatus sets the center of the
なお、撮像装置が、一画素の焦点検出信号を生成する際に、適切な範囲で縦方向にライン加算を行ってもよい。また、基準領域82、探索領域83を含む焦点検出領域81の大きさは、検出された顔の大きさによって可変となるが、上限、下限を設けるようにしてもよい。また、図8(A),(B)中に示すように、撮像画角80上において、複数の焦点検出領域を設定し、目あるいは顔に設けた焦点検出領域81の周囲に、補助となる焦点検出領域84を設定してもよい。また、本実施例は、右目に対する焦点検出領域の設定の説明を行ったが、左目に対しても同様である。
Note that when the imaging apparatus generates a focus detection signal for one pixel, line addition may be performed in the vertical direction within an appropriate range. The size of the
図9は、実施例1の焦点検出領域の設定処理を説明するフローチャートである。図9の各ステップは、メインCPU151により実行される。
まず、焦点検出領域設定が開始される(ステップS901)。メインCPU151が、基準領域Srを200画素、探索領域Ssを100画素として、焦点検出領域の大きさの初期値を代入する(ステップS902)。
FIG. 9 is a flowchart illustrating the focus detection area setting process according to the first embodiment. Each step in FIG. 9 is executed by the
First, focus detection area setting is started (step S901). The
次に、メインCPU151が、顔検出処理の結果として、顔の検出位置Xf、顔の検出大きさSfを取得する(ステップS903)。なお、顔が複数検出されている場合には、顔認識の結果に基づき、主被写体となる顔に対して、位置と大きさを取得するようにする。そして、メインCPU151が、顔の大きさが所定値(閾値)より大きいか否かを判断する(ステップS904)。
Next, the
顔の大きさSfが所定値より大きい場合、メインCPU151が、目の位置Xeを取得する(ステップS905)。そして、メインCPU151が、基準領域Srを100画素、探索領域Ssを200画素と設定し直す(ステップS906)。つまり、メインCPU151は、基準領域の範囲を、上記ステップS902で設定した範囲の大きさより小さく設定する。また、メインCPU151は、探索領域の範囲を、上記ステップS902で設定した範囲の大きさより大きく設定する。続いて、焦点検出領域をXe−(Sr+Ss)/2〜Xe+(Sr+Ss)/2の範囲に設定し(ステップS907)、処理を終了する(ステップS912)。
When the face size Sf is larger than the predetermined value, the
一方、ステップ904の判断処理において、顔の大きさSfが所定値より小さい場合、メインCPU151が、基準領域Srを顔の大きさSfとする(ステップS908)。この例では、メインCPU151は、基準領域Srを顔の大きさと等しい大きさとするが、メインCPU151は、基準領域Srを顔の大きさ以上の大きさとしてもよい。続いて、メインCPU151が、基準領域Srが所定値より大きいか否かを判断する(ステップS909)。この例では、上記所定値を100画素とする。
On the other hand, if it is determined in step 904 that the face size Sf is smaller than the predetermined value, the
基準領域Srが100画素以下である場合には、メインCPU151が、基準領域Srに100画素を代入する(ステップS910)。すなわち、メインCPU151は、基準領域を下限値に設定する。そして、処理がステップS911に進む。
When the reference area Sr is 100 pixels or less, the
基準領域Srが100画素より大きい場合は、メインCPU151が、焦点検出領域をXf−(Sr+Ss)/2〜Xf+(Sr+Ss)/2の範囲に設定する(ステップS911)。すなわち、メインCPU151は、焦点検出領域の中心を顔の中心の位置に設定する。なお、本実施例中の数値は一例である。
When the reference area Sr is larger than 100 pixels, the
図10は、本実施例における焦点検出処理を説明するフローチャートである。図10の各ステップは、メインCPU151、位相差AF処理部135およびフォーカス制御部133により実行され、図2中のステップS207に相当する。
FIG. 10 is a flowchart for explaining the focus detection process in this embodiment. Each step in FIG. 10 is executed by the
まず、焦点検出が開始される(ステップS1001)。続いて、メインCPU151が、図9を参照して説明した焦点検出領域の設定を行う(ステップS1002)。そして、撮像素子141が電荷を蓄積する(ステップS1003)。
First, focus detection is started (step S1001). Subsequently, the
次に、メインCPU151が、電荷の蓄積が完了したか否かを判断する(ステップS1004)。撮像素子141の電荷蓄積が完了していない場合は、処理がステップS1003に戻る。電荷の蓄積が完了した場合、メインCPU151が、図8に示される焦点検出領域81について、像信号の画素値読み出しを行う(ステップS1005)。
Next, the
次に、メインCPU151が、焦点検出領域81にある所定画素数分の読み出しが完了したか否かを判断する(ステップS1006)。所定画素数分の読み出しが完了していない場合は、処理がステップS1005に戻る。所定画素数分の読み出しが完了した場合は、処理がステップS1007に進む。
Next, the
次に、フォーカス制御部133が、取得した像信号に対して前補正処理を行う(ステップS1007)。前補正処理は、読み出した像信号に対する補正処理と、平均化フィルタ、エッジ強調フィルタなどの像信号のフィルタ処理とを含む。
Next, the
そして、メインCPU151が、相関演算を行い、相関が最も高くなるシフト量を算出する(ステップS1008)。具体的には、メインCPU151が、焦点検出領域81内のA像信号およびB像信号の画素をシフトさせながら相関値を演算し、相関値が最大になる位置同士の差を像ずれ量Xとして算出する。相関値を算出する際、二つの像信号を重ねて、それぞれ対応する信号同士を比較し、小さい方の値の累積を取得する。なお、大きい方の値の累積を取得してもよい。また、これらの値の差分を取得してもよい。累積は、相関を指し示す指標となり、小さい方の値の累積を取得した場合には、この値が最も大きいときが相関の高いときである。
Then, the
なお、大きい方の値の累積を取得した場合、または差分を取得した場合、この値が最も小さいときが相関の高いときとなる。相関が最も高くなるシフト量を算出した後、そのシフト量と前後のシフト量での相関値を用いて、補間演算を行い、1シフト以内の補間値を算出する。このシフト量と補間値との和が像ずれ量Xとなる。このように、像ずれ量算出手段としてのメインCPU151、フォーカス制御部133、または、位相差AF処理部135は、第1の光電変換素子および第2の光電変換素子のそれぞれから独立して得られた信号値を用いた相関演算を行って像ずれ量を算出する。
When the accumulation of the larger value is acquired or when the difference is acquired, the time when this value is the smallest is the time when the correlation is high. After calculating the shift amount with the highest correlation, an interpolation operation is performed using the correlation value between the shift amount and the preceding and subsequent shift amounts, and an interpolation value within one shift is calculated. The sum of the shift amount and the interpolation value is the image shift amount X. As described above, the
次に、メインCPU151が、算出した像ずれ量Xの信頼性を評価する(ステップS1009)。信頼性は、像信号のコントラストや二つの像信号の一致度などに基づいて算出される。続いて、メインCPU151が、信頼性が所定の閾値よりも大きいか、つまり信頼性できる像ずれ量Xが得られたか否かを判断する(ステップS1010)。信頼性が閾値よりも大きい場合は、メインCPU151が、ずれ量Xに補正後の係数Kを掛けることにより(Def=K×Xの関係式により)、デフォーカス量Defを算出する(ステップS1011)。そして、焦点検出処理を終了する。信頼性が閾値以下である場合、つまり信頼性のある像ずれ量を検出できなかった場合は、メインCPU151は焦点検出を行わない。
Next, the
図11は、本実施例の焦点制御処理を説明するフローチャートである。
焦点制御方法が開始されると、メインCPU151が、所定の演算を行う。そして、フォーカス制御部133が、メインCPU151の指示にしたがって、フォーカスモータ132の制御を行う。図11に示される各ステップは、メインCPU151およびフォーカス制御部133により実行され、図2中のステップS208に相当する。
FIG. 11 is a flowchart for explaining the focus control process of this embodiment.
When the focus control method is started, the
まず、焦点制御が開始される(ステップS1101)。続いて、フォーカス制御部133が、図10を参照して説明した焦点検出処理で算出されたデフォーカス量を取得する(ステップS1102)。そして、フォーカス制御部133が、デフォーカス量に基づいて、フォーカスレンズ131の駆動量(レンズ駆動量)を算出する(ステップS1103)。レンズ駆動量の算出には、レンズ駆動方向と速度の算出も含まれる。
First, focus control is started (step S1101). Subsequently, the
次に、メインCPU151が、デフォーカス量の絶対値が所定値以下であるか否かを判断する(ステップS1104)。デフォーカス量の絶対値が所定値以下ではない場合は、メインCPU151が、フォーカスレンズ131の位置は合焦位置(合焦点)でないと判断して、処理がステップS1105に進む。そして、メインCPU151が、ステップS1103で算出されたレンズ駆動量に従って、フォーカスレンズ131を駆動して(ステップS1105)、処理が終了する。以後、図2に示されるフローチャートが示す処理に従って、焦点検出とフォーカスレンズ駆動を繰り返す。
Next, the
一方、デフォーカス量の絶対値が所定値以下である場合は、メインCPU151が、フォーカスレンズ位置は合焦点にあると判断する。そして、メインCPU151が、レンズ駆動を停止し(ステップS1106)、ステップS1107に進む。以後、図2に示されるフローチャートが示すに従って焦点検出を行い、デフォーカス量が再び所定値を超えた場合にはフォーカスレンズ131を駆動する。
On the other hand, when the absolute value of the defocus amount is equal to or less than the predetermined value, the
以上のように、本実施例の焦点検出装置を備える撮像装置は、撮像画角に顔が検出されている場合、顔の位置に合わせて焦点検出領域(基準領域、探索領域)を設定する。これにより、主被写体となる顔が撮像画角中のどの位置にいても、焦点検出を行うことが可能となり、主被写体に対して、位相差AFの結果を用いることにより、焦点調節の高速化が可能である。また、顔の大きさに応じて、基準領域、探索領域の大きさを可変とすることにより、顔が小さい場合には、顔を焦点検出領域として、顔が大きい場合には、目を焦点検出領域として撮影状況に応じて適応的に切り替えることが可能である。 As described above, the imaging apparatus including the focus detection apparatus according to the present exemplary embodiment sets the focus detection area (reference area and search area) according to the face position when a face is detected at the imaging angle of view. As a result, focus detection can be performed at any position in the imaging angle of view of the face as the main subject, and the speed of focus adjustment can be increased by using the phase difference AF result for the main subject. Is possible. In addition, by changing the size of the reference area and the search area according to the size of the face, the face is the focus detection area when the face is small, and the focus of the eyes is detected when the face is large. The area can be switched adaptively according to the shooting situation.
(実施例2)
実施例2では、撮像装置が、顔検出枠の位置、大きさおよび検出された顔の目の間隔に基づいて、焦点検出領域を設定する。なお、実施例2において、実施例1と同一の内容については、同一の符号を用いてその説明を省略する。
(Example 2)
In the second embodiment, the imaging apparatus sets the focus detection region based on the position and size of the face detection frame and the detected eye distance of the face. In the second embodiment, the same contents as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
前述した図9中のステップS904では、顔の大きさSfが所定よりも大きい場合は、右目あるいは左目の位置に焦点検出領域の位置を合わせ、探索領域Ssを大きくとるように設定される。しかし、例えば図12(A)に示すように、顔の大きさが所定よりも大きい場合でも、検出された顔の大きさによっては、一方の目の焦点検出領域がもう一方の目にかかってしまう場合がある。メインCPU151がこの焦点検出領域に対して相関演算を行うと、相関の対象が右目か左目か分からなくなってしまう。そこで、実施例2では、第1の目に焦点検出領域の中心を設定すると焦点検出領域が第2の目にかかってしまう場合には、メインCPU151が以下の処理を実行する。メインCPU151は、図12(B)に示すように、第1、第2の目の双方が焦点検出領域に入るように基準領域82を再設定するとともに、焦点検出領域の中心を検出された顔に合わせる。
In step S904 in FIG. 9 described above, when the face size Sf is larger than a predetermined value, the position of the focus detection area is aligned with the position of the right eye or the left eye, and the search area Ss is set to be large. However, as shown in FIG. 12A, for example, even when the face size is larger than a predetermined size, the focus detection area of one eye covers the other eye depending on the size of the detected face. May end up. When the
図13は、実施例2における焦点検出領域の設定処理を説明するフローチャートである。図13のステップS1301〜S1304は、図9のステップS901〜S904とそれぞれ同様である。 FIG. 13 is a flowchart illustrating focus detection region setting processing according to the second embodiment. Steps S1301 to S1304 in FIG. 13 are the same as steps S901 to S904 in FIG.
顔の大きさSfが所定値より大きい場合、ステップS1305において、メインCPU151が、右目の位置Xe1および左目の位置Xe2を取得する(ステップS1305)。なお、撮像画角80中、右方をXの正の方向とし、Xe2>Xe1とする。
When the face size Sf is larger than the predetermined value, in step S1305, the
次に、メインCPU151が、基準領域Srを100画素、探索領域Ssを200画素に設定し直す(ステップS1306)。そして、メインCPU151が、右目の位置にあわせた焦点検出領域が左目を含んでいないかを判断する(ステップS1307)。具体的には、メインCPU151は、Xe1+(Sr+Ss)/2<Xe2 であるかを判断する。Xe1+(Sr+Ss)/2<Xe2 である場合は、メインCPU151が、右目の位置あわせた焦点検出領域が左目を含んでいないと判断し、処理がステップS1308に進む。Xe1+(Sr+Ss)/2≧Xe2 である場合は、メインCPU151が、右目の位置にあわせた焦点検出領域が左目を含んでいると判断し、処理がステップS1309に進む。
Next, the
ステップS1308において、メインCPU151が、焦点検出領域をXe−(Sr+Ss)/2〜Xe+(Sr+Ss)/2の範囲に設定し(ステップS1308)、処理を終了する(ステップS1315)。
In step S1308, the
また、ステップS1309において、メインCPU151が、基準領域Srを(Xe2−Xe1)+α、探索領域Ssを150画素に再設定する(ステップS1309)。ここで、Xe2−Xe1は被写体となる顔の目の間隔を表しており、αは基準領域Srを目の間隔より少し大きめに設定するためのマージンである。続いて、メインCPU151が、焦点検出領域をXf−(Sr+Ss)/2〜Xf+(Sr+Ss)/2の範囲に再設定する(ステップS1314)。これにより、一方の目に中心を合わせると焦点検出領域がもう一方の目を含んでしまう場合に、目が2つとも入るように基準領域82を再設定し、焦点検出領域の中心を検出された顔に合わせることが可能となる。
In step S1309, the
一方、ステップ1304において、顔の大きさSfが所定値より小さい場合において実行される処理(ステップS1311〜S1314の処理)は、図9のステップS908〜S911の処理とそれぞれ同様である。なお、本実施例中の数値は一例である。 On the other hand, the processing executed in step 1304 when the face size Sf is smaller than the predetermined value (the processing in steps S1311 to S1314) is the same as the processing in steps S908 to S911 in FIG. In addition, the numerical value in a present Example is an example.
この例では、顔検出時に目の位置も検出できるものとして説明を行ったが、これに限定されるものではなく、メインCPU151が、顔の大きさから目の位置を推定してもよい。また、メインCPU151が、得られる像信号から目の位置を推定してもよい。
In this example, the description has been given on the assumption that the eye position can also be detected at the time of face detection. However, the present invention is not limited to this, and the
以上のように、本実施例では、検出された顔の目の間隔に基づいて焦点検出領域を設けることにより、相関演算の際の、相関の対象を明確にすることが可能である。 As described above, in this embodiment, by providing the focus detection area based on the detected distance between the eyes of the face, it is possible to clarify the correlation target in the correlation calculation.
上記各実施例において、主被写体は顔検出によって検出された顔とし、顔の位置、大きさに基づいて焦点検出領域を設定する方法について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ペットやその他の物体など、認識技術による被写体検出が可能であって、その位置、大きさが検出可能であれば、本発明は適用可能である。 In each of the above embodiments, a method has been described in which the main subject is a face detected by face detection, and the focus detection area is set based on the position and size of the face. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied if a subject such as a pet or other object can be detected by a recognition technique and its position and size can be detected.
上記各実施例によれば、二分割された光電変換部を用いて撮像および焦点検出が可能な焦点検出装置において、撮像画角に顔が検出されている場合、顔の位置、大きさ、あるいは目の間隔に合わせて焦点検出領域を設定する。これにより、主被写体となる顔が撮像画角中のどの位置にいても、焦点検出を行うことが可能となる。このため上記各実施例によれば、主被写体に対して焦点検出することが可能な焦点検出装置、撮像装置、撮像システム、および、焦点検出方法を提供することができる。 According to each of the above embodiments, in the focus detection device capable of imaging and focus detection using the two-divided photoelectric conversion unit, when a face is detected at the imaging angle of view, the position of the face, the size, or A focus detection area is set according to the interval between eyes. As a result, focus detection can be performed at any position in the imaging angle of view of the face that is the main subject. Therefore, according to each of the embodiments described above, it is possible to provide a focus detection device, an imaging device, an imaging system, and a focus detection method capable of performing focus detection on the main subject.
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 As mentioned above, although the preferable Example of this invention was described, this invention is not limited to these Examples, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
(その他の実施例)
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
(Other examples)
The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, or the like) of the system or apparatus reads the program. It is a process to be executed. In this case, the program and the storage medium storing the program constitute the present invention.
101 撮影レンズ
135 位相差AF処理部
151 CPU
101
Claims (9)
撮影画角内の主被写体領域を検出する検出手段と、
焦点検出に用いる画像信号を取得する焦点検出領域を設定する設定手段と、
前記焦点検出領域の画像信号により得られる2像の像ずれ量に基づいて、焦点検出処理を実行する制御手段とを備え、
前記焦点検出領域は、前記2像の像ずれ量を算出する際の像のシフト量分の範囲である探索領域と、前記主被写体領域の位置と大きさに基づいて設定される基準領域とを含み、
前記主被写体領域の大きさが予め決められた大きさよりも大きい場合、前記探索領域は、前記予め決められた大きさ以下の場合よりも大きく、前記基準領域は、前記予め決められた大きさ以下の場合よりも前記主被写体領域の大きさに対する比率が小さいことを特徴とする焦点検出装置。 An image sensor that has a plurality of photoelectric conversion elements for one microlens, and the microlens is two-dimensionally arranged, and outputs an image signal;
Detecting means for detecting a main subject area within a shooting angle of view;
Setting means for setting a focus detection region for acquiring an image signal used for focus detection;
Control means for executing a focus detection process based on an image shift amount of two images obtained from an image signal of the focus detection area;
The focus detection area includes a search area that is a range corresponding to an image shift amount when calculating an image shift amount between the two images, and a reference area that is set based on the position and size of the main subject area. Including
If the size of the main subject region is larger than the size that is determined in advance, the search region, the rather larger can than below the predetermined magnitude, the reference region size the predetermined A focus detection apparatus characterized in that a ratio with respect to the size of the main subject region is smaller than that in the case of the following .
撮影画角内の主被写体領域を検出する検出手段と、
焦点検出に用いる画像信号を取得する焦点検出領域を設定する設定手段と、
前記焦点検出領域の画像信号により得られる2像の像ずれ量に基づいて、焦点検出処理を実行する制御手段とを備え、
前記焦点検出領域は、前記2像の像ずれ量を算出する際の像のシフト量分の範囲である探索領域と、前記主被写体領域の位置と大きさに基づいて設定される基準領域とを含み、
前記主被写体領域の大きさが予め決められた大きさよりも大きい場合、前記探索領域は、前記予め決められた大きさ以下の場合よりも大きく、前記基準領域は、前記予め決められた大きさ以下の場合よりも前記主被写体領域の大きさに対する比率が小さいことを特徴とする焦点検出装置。 An imaging device having a plurality of pixels capable of photoelectrically converting a light beam that has passed through different pupil regions of the imaging optical system and outputting a pair of focus detection signals;
Detecting means for detecting a main subject area within a shooting angle of view;
Setting means for setting a focus detection region for acquiring an image signal used for focus detection;
Control means for executing a focus detection process based on an image shift amount of two images obtained from an image signal of the focus detection area;
The focus detection area includes a search area that is a range corresponding to an image shift amount when calculating an image shift amount between the two images, and a reference area that is set based on the position and size of the main subject area. Including
If the size of the main subject region is larger than the size that is determined in advance, the search region, the rather larger can than below the predetermined magnitude, the reference region size the predetermined A focus detection apparatus characterized in that a ratio with respect to the size of the main subject region is smaller than that in the case of the following .
撮影画角内の主被写体領域を検出する検出工程と、
焦点検出に用いる画像信号を取得する焦点検出領域を設定する設定工程と、
前記焦点検出領域の画像信号により得られる2像の像ずれ量に基づいて、焦点検出処理を実行する制御工程とを備え、
前記焦点検出領域は、前記2像の像ずれ量を算出する際の像のシフト量分の範囲である探索領域と、前記主被写体領域の位置と大きさに基づいて設定される基準領域とを含み、
前記主被写体領域の大きさが予め決められた大きさよりも大きい場合、前記探索領域は、前記予め決められた大きさ以下の場合よりも大きく、前記基準領域は、前記予め決められた大きさ以下の場合よりも前記主被写体領域の大きさに対する比率が小さいことを特徴とする焦点検出装置の制御方法。 A method of controlling a focus detection apparatus having an image sensor that has a plurality of photoelectric conversion elements for one microlens, and the microlens is two-dimensionally arranged and outputs an image signal. There,
A detection step of detecting a main subject area within a shooting angle of view;
A setting step for setting a focus detection region for acquiring an image signal used for focus detection;
A control step of performing a focus detection process based on an image shift amount of two images obtained from an image signal of the focus detection region,
The focus detection area includes a search area that is a range corresponding to an image shift amount when calculating an image shift amount between the two images, and a reference area that is set based on the position and size of the main subject area. Including
If the size of the main subject region is larger than the size that is determined in advance, the search region, the rather larger can than below the predetermined magnitude, the reference region size the predetermined A control method for a focus detection apparatus, wherein a ratio to the size of the main subject area is smaller than that in the case of the following .
撮影画角内の主被写体領域を検出する検出工程と、
焦点検出に用いる画像信号を取得する焦点検出領域を設定する設定工程と、
前記焦点検出領域の画像信号により得られる2像の像ずれ量に基づいて、焦点検出処理を実行する制御工程とを備え、
前記焦点検出領域は、前記2像の像ずれ量を算出する際の像のシフト量分の範囲である探索領域と、前記主被写体領域の位置と大きさに基づいて設定される基準領域とを含み、
前記主被写体領域の大きさが予め決められた大きさよりも大きい場合、前記探索領域は、前記予め決められた大きさ以下の場合よりも大きく、前記基準領域は、前記予め決められた大きさ以下の場合よりも前記主被写体領域の大きさに対する比率が小さいことを特徴とする焦点検出装置の制御方法。 A method for controlling a focus detection apparatus including an imaging element having a plurality of pixels capable of photoelectrically converting a light beam that has passed through different pupil regions of an imaging optical system and outputting a pair of focus detection signals,
A detection step of detecting a main subject area within a shooting angle of view;
A setting step for setting a focus detection region for acquiring an image signal used for focus detection;
A control step of performing a focus detection process based on an image shift amount of two images obtained from an image signal of the focus detection region,
The focus detection area includes a search area that is a range corresponding to an image shift amount when calculating an image shift amount between the two images, and a reference area that is set based on the position and size of the main subject area. Including
If the size of the main subject region is larger than the size that is determined in advance, the search region, the rather larger can than below the predetermined magnitude, the reference region size the predetermined A control method for a focus detection apparatus, wherein a ratio to the size of the main subject area is smaller than that in the case of the following .
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