JP6406868B2 - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置及び撮像方法に関し、撮影して得られた画像に基づいて自動焦点調節を行う撮像装置及び撮像方法に関する。
従来、ビデオカメラやデジタルスチルカメラにおけるオートフォーカス装置は、撮像素子等により、被写体像を光電変換して得られた映像信号より画面の鮮鋭度を示す焦点評価値を生成する。その焦点評価値が最大となるようにフォーカスレンズ位置を制御して、焦点調節を行うようにした方式が主流である。
しかしながら、人物を撮影する場合などでは、主被写体である人物よりも背景のコントラストが高い場合は、人物にピントが合わずに背景の方にピントが合ってしまう場合があった。
このような問題を解決すべく、顔検出機能を備えた撮像装置が知られている。例えば、検出された顔領域を含む焦点検出領域を設定し、AFを行う撮像装置が提案されている。
また、従来の焦点調整方式では、被写体が特定できないため多くの被写体で望ましい合焦動作が実現できるように、次のような制御を行っていた。即ち、焦点評価値が大きい場合は合焦である場合が多いとして応答性を落とすように、焦点評価値が小さい場合は非合焦である場合が多いとして応答速度を高めるような制御を行っていた。
このため、例えば、人間の顔のようなコントラストの低い被写体は、図8に示すように合焦であっても焦点評価値が低いため、合焦であっても応答速度を高めるような制御を行ってしまい安定性が損なわれる場合があった。
このような問題は、これまでもあったが、顔検出を行う撮像装置においては、特に焦点評価値を生成するための焦点検出領域を検出された顔に限定し、背景抜けを防止すべく他の被写体を含まないように設定する。よって、前述のような現象が顕著に表れるようになった。
このような問題に対して、駆動方向を決めるために所定量ずつフォーカスレンズを往復駆動させる微小駆動動作を用いる。決定した駆動方向に所定量ずつ焦点評価値が大きくなる方向にフォーカスレンズを駆動させる山登り動作とを用いる。微小駆動動作と山登り動作を用いて焦点調整を実施する焦点調整動作とする。
その焦点調整動作において、顔検出時には検出していない場合よりもそれぞれの動作おけるフォーカスレンズの駆動量を小さく設定する。
さらに、微小駆動時の焦点評価値が閾値よりも小さい場合には山登り動作に移行させる。
そして、顔検出時には検出していない場合よりもその閾値を小さくすることで、人間の顔のようにコントラストが低い被写体であっても焦点調整動作を安定化させる方法が提案されている。(特許文献1参照)
しかしながら、上記の特許文献1では次のような課題があった。すなわち、人間の顔はその輪郭や肌の色、目鼻立ちや髪形など、コントラストに対して支配的な要素には個人差がある。そのため、特許文献1を適用し、人間の顔が検出された場合であっても、検出されたコントラストが低い場合には大きくピントを動かす山登り動作に移行してしまい、背景にピントが合ってしまう可能性がある。
特登録5017195号公報
上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、人間の顔など個人差が存在するコントラストの低い対象物に対してピントを合わせる場合であっても、安定したピント追従を実現する撮像装置及び撮像方法を提供することである。
本発明は、前述した課題を解決するためになされたもので、撮像素子から出力された画像信号を用いて特定の被写体を検出する被写体検出手段と、前記被写体検出手段の検出結果に基づいて、焦点検出領域を設定する設定手段と、前記撮像素子から出力され画像信号を用いて前記焦点検出領域に含まれる被写体像のコントラストを示す焦点評価値を算出する評価値算出手段と、フォーカスレンズを移動させながら周期的に前記焦点評価値を得る際の前記焦点評価値を得るごとの前記フォーカスレンズの駆動量を第1の駆動量として当該フォーカスレンズを移動させ、前記焦点評価値の変化に基づいて焦点検出を行う第1の焦点検出動作と、前記フォーカスレンズを移動させながら周期的に前記焦点評価値を得る際の前記焦点評価値を得るごとの前記フォーカスレンズの駆動量を前記第1の駆動量よりも大きな第2の駆動量として前記フォーカスレンズを移動させ、前記焦点評価値の変化に基づいて焦点検出を行う第2の焦点検出動作とを制御する制御手段と、を有する撮像装置であって、前記制御手段は、前記特定の被写体が検出され、かつ前記焦点評価値が所定値よりも小さい場合、前記第2の焦点検出動作を用いずに前記第1の焦点検出動作を用いて焦点検出をい、前記特定の被写体が検出され、かつ前記焦点評価値が前記所定値以上の場合、前記第1の焦点検出動作及び前記第2の焦点検出動作を用いて焦点検出を行うように制御することを特徴とする。
本発明によれば、上述の構成を有しているため、人間の顔など個人差が存在するコントラストの低い対象物に対してピントを合わせる場合であっても、対象物の検出状況に応じ複数の焦点調整方式を適時切り替えることにより、安定したピント追従を実現する。
撮像装置のシステム全体の構成を示すブロック図である。 焦点調整動作の全体の流れを示すフローチャートである。 微小駆動動作の流れを示すフローチャートである。 山登り動作の流れを示すフローチャートである。 AF評価値監視処理の流れを示すフローチャートである。 AF領域設定処理の流れを示すフローチャートである。 焦点調整方式決定処理の流れを示すフローチャートである。 人の顔のコントラストの傾向を示した説明図である。 顔検出結果と焦点調整方式に関する説明図である。 焦点評価値とレンズ位置の関係を示した説明図である。 顔検出結果の信頼度と焦点調整方式に関する説明図である。 顔検出結果の信頼度を用いた場合の焦点調整方式決定処理の流れを示すフローチャートである。
本実施形態で用いられる方向判別を行う微小駆動動作は、フォーカスレンズを所定の閾値よりも小さい単位駆動量で移動させ、焦点評価値の変化に基づいて焦点検出を行う動作である。
本実施形態で用いられる合焦位置判別を行う山登り動作は、フォーカスレンズを前記所定の閾値以上の単位駆動量で移動させ、焦点評価値の変化に基づいて焦点検出を行う動作である。
本実施形態における振幅は、フォーカスレンズの単位時間当たりの駆動量である。
(実施例1)
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
<撮像装置の全体構成>
まず、本発明の実施形態にかかる撮像装置1の全体的な構成について説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる撮像装置1の構成を模式的に示したブロック図である。システム制御部115は、例えばCPU、RAMおよびROMを有する。
そして、システム制御部115は、ROMにあらかじめ記憶されたプログラムに従い、RAMを作業領域として用いながら、本発明の実施形態にかかる撮像装置1の全体の動作を制御する。なお、後述する各処理は、コンピュータプログラム(ソフトウェア)として、主にシステム制御部115によって実行されるものとする。
また、システム制御部115は、AF処理部105が算出した焦点評価値に基づいて合焦位置を特定し、フォーカスレンズ制御部104を制御することでフォーカスレンズを移動させ、自動焦点調整(AF)処理を実施する。焦点評価値は、測距領域内のコントラストの指標となる数値である。
撮像光学系としての撮像レンズ100は、ズーム機能を備える従来一般の撮像レンズが適用できる。ズームレンズ制御部101は、焦点距離を変化させるズームレンズの駆動を制御する。絞り・シャッター制御部102は、光量を制御する絞りとシャッターの駆動を制御する。フォーカスレンズ制御部104は、撮像素子108上に焦点を合わせるためにフォーカスレンズの駆動を制御する。なお、ズームレンズ制御部101、絞り・シャッター制御部102とフォーカスレンズ制御部104は、レンズなどの光学要素、絞り・シャッターといった機構、これらを駆動するために必要な各種装置(いずれも図略)を含む。
各種装置には、前記光学要素や前記機構を駆動するためのアクチュエータや、このアクチュエータを制御する回路や、D/A変換器などが含まれる。発光装置(ストロボ)106は、外部に向けて光を発することにより被写体輝度を調整する。EF処理部107は、システム制御部115から「フラッシュオン」の信号を受けると、発光装置(ストロボ)106を制御して発光させる。システム制御部115は、発光装置(ストロボ)106を発光させる必要があると判断した場合には、EF処理部107に「フラッシュオン」の信号を送る。
撮像素子108には、入射光を電気信号に変換する受光手段又は光電変換手段が適用される。たとえば、撮像素子108は、CCDやCMOSイメージャなどの光電変換素子からなり、入射した光を光電変換して画像信号(画像信号)を生成し出力することができる。
撮像処理部109は、CDS回路と非線形増幅回路とA/D変換部とを含む。CDS回路は、撮像素子108の出力ノイズを、相関二重サンプリング方式により除去する。非線形増幅回路は、CDS回路によりノイズが除去された画像信号に対して信号増幅(ゲイン制御)を行う。A/D変換部は、アナログ信号である画像信号をデジタル信号に変換する。撮像素子108と撮像処理部109とが、被写体を撮像することにより画像信号を取得する「撮像部」として機能する。
画像処理部110は、画像信号(すなわち画像データ)のガンマ補正や輪郭補正などの所定の画像処理を実施する。また、画像処理部110は、WB処理部111の制御に基づき、画像信号のホワイトバランス処理を行う。フォーマット変換部112は、供給された画像信号を、画像記録部114(後述)における記録媒体への記録や、操作表示部117(後述)における表示に適した形式に変換する。
DRAM113は、高速な内蔵メモリ(たとえば、ランダムアクセスメモリ)である。DRAM113は、画像信号を一時的に記憶できる記憶手段としての高速バッファに使用される。また、DRAM113は、画像信号の圧縮や伸張における作業用メモリなどとして使用される。画像記録部114は、画像信号を記録できる。画像記録部114は、メモリカードなどの記録媒体とそのインターフェースからなる。
AE処理部103は、撮像部(=撮像素子108および撮像処理部109)より得られた画像信号に基づき、被写体の明るさに応じた測光値を算出する。すなわち、AE処理部103と撮像処理部109は、被写体撮像時の露出条件を検出する「露出条件検出部」として機能する。また、AE処理部103は、被写体輝度が低い場合などに、画像信号を増幅させて適正露出を維持するための信号増幅量(ゲイン量)を決定する。換言すると、AE処理部103は、画像信号を適正な露出に補正するための信号増幅量(ゲイン量)を決定する。
そして、システム制御部115は、AE処理部103が算出した測光値に基づいて、絞りシャッター制御部102と撮像処理部109の非線形増幅回路とを制御する。このようにシステム制御部115は、露光量を自動的に調整する。換言すると、システム制御部115は、「露出条件検出部」が検出した露出条件を用いて、自動露出(AE)処理を実施する。
AF処理部105は、入力された画像信号を受けて、AF領域として指定された画面の一部分の領域に相当する画像データの高周波成分をバンドパスフィルタ(BPF)等を介して抽出する。
更に累積加算等の演算処理を行い高域側の輪郭成分量等に対応する焦点評価値信号を算出する。
また、AF領域は中央部分あるいは画面上の任意の部分の一箇所である場合や、中央部分あるいは画面上の任意の部分とそれに隣接する複数箇所である場合、離散的に分布する複数箇所である場合などがある。
なお、本実施例中では後述する顔検出部121の検出結果に応じて、顔が検出された場合には検出された顔の領域に応じてAF領域を設定し、そうでない場合は画面中央に所定サイズのAF領域が設定されるものとする。このように、AF処理部105より得られた焦点検出領域に含まれる被写体像のコントラストを示す焦点評価値に基づいてシステム制御部115はフォーカスレンズ制御部115を制御し自動焦点調整(AF)処理を実施する。
システム制御部115は評価値算出手段として機能する。
VRAM(画像表示用メモリ)116は、画像信号などを記録できる。操作表示部117は、画像表示や操作補助のための表示やカメラ状態の表示を行うことができる。また、操作表示部117は、撮影時においては、撮影画面を表示することができる。
メインスイッチ(メインSW)118は、本発明の実施形態にかかる撮像装置の電源をON/OFFするためのスイッチである。第一のスイッチ(SW1)119は、AFやAE等の撮影スタンバイ動作(撮影準備動作)を行うためのスイッチである。第二のスイッチ(SW2)120は、第一のスイッチ119が操作された後に、撮像を行うためのスイッチである。
121は顔検出部で、画像信号のより被写体の形状、位置、サイズ等の特徴点を抽出し、その結果より所定のアルゴリズムに則って人間の顔としての信頼度を算出し、信頼度の高いものを主たる被写体として選定する。その際に、選定された被写体の大きさや位置、信頼度などが顔検出部121の出力として得られるものとする。なお、公知の検出アルゴリズムとして、例えば、画像データで表される各画素の階調色から肌色領域を抽出し、予め用意する顔の輪郭プレートとのマッチング度で顔を検出する方法がある。
更に、抽出された目、鼻、口等の顔の特徴点からパターン認識を行う方法等が知られている。
しかし、本発明は検出アルゴリズムにより限定されるものではなく、どのような方法を用いても構わない。
以上が本発明の実施形態にかかる撮像装置1の全体的な構成である。
<基本動作>
次に、本実施例における焦点調整動作の全体の流れについて図2のフローチャートを用いて説明する。
本実施例中での焦点調整動作は動画記録中および待機中に継続して実施されるものとする。また、本実施例中におけるフローチャートはコンピュータプログラム(ソフトウェア)として、システム制御部115のROMに保持される。そして、メインスイッチ118が操作されることで電源が投入され、本発明の実施形態にかかる撮像装置1が起動した後に、主にシステム制御部115により実行されるものとする。
次にステップS200では微小駆動動作を実施する。微小駆動動作とは、断続的に細かくフォーカスレンズを往復移動させ、得られた焦点評価値の変化より合焦位置の方向および合焦位置を特定する焦点調整方法である。詳細については後述する。S201、S202ではステップS200の実行結果として、次にどの状態に遷移すべきかを判断する。
具体的にはステップS201では後述するAF評価値監視処理へ遷移するか否か、ステップS202では後述する山登り動作へ遷移するか否かを判断する。ステップS201でAF評価値監視処理に遷移すると判断された場合はステップS206に進み、ステップS200で特定した合焦位置もしくは非合焦として中断したレンズ位置での焦点評価値を記憶し、後述するAF評価値監視処理で使用する。ステップS202で山登り動作に遷移すると判断された場合はステップS203に進むが、該当しない場合はステップS200に戻り微小駆動動作を継続する。
次にステップS203では山登り動作を実施する。山登り動作とは、焦点評価値(AF評価値)が大きくなる方向に連続的にフォーカスレンズを移動させ、得られた複数の焦点評価値の変化より合焦位置を特定する焦点調整方法である。
詳細については後述する。ステップS204、S205ではステップS203の実行結果として、次にどの状態に遷移すべきかを判断する。具体的にはステップS204では先に述べた微小駆動動作へ遷移するか否か、ステップS205ではAF評価値監視処理へ遷移するか否かを判断する。ステップS204で微小駆動動作へ遷移すると判断された場合は先に述べたステップ200に戻る。
ステップS205でAF評価値監視処理に遷移すると判断された場合はステップS206に進み、ステップS203で非合焦として中断したレンズ位置での焦点評価値を記憶し、後述するAF評価値監視処理で使用する。一方で、ステップS205に該当しない場合はステップS203に戻り山登り動作を継続する。
次にステップS207のAF評価値監視処理について説明する。AF評価値監視処理とは、予め記憶しておいた焦点評価値と周期的に得られる焦点評価値を比較し、その変化を監視する処理である。詳細については後述する。
ステップS208ではステップS207の実行結果として、次にどの状態に遷移すべきかを判断する。ステップS208で微小駆動動作へ遷移すると判断された場合は先に述べたステップ200に戻る。一方で、ステップS208に該当しない場合はステップS207に戻り、AF評価値監視処理を継続する。
以上説明したとおり、本発明の実施形態にかかる撮像装置1のシステム制御部115は、AF動作として先に述べた微小駆動動作、山登り動作と、焦点評価値監視とを継続的に実施する。そして、様々なシーンの変化に応じて合焦状態を維持するようにフォーカスレンズを制御する。
<微小駆動動作>
次に微小駆動動作について図3のフローチャートを用いて説明する。
微小駆動動作とは、断続的に細かくフォーカスレンズを往復移動させ、得られた焦点評価値の変化より合焦位置の方向および合焦位置を特定する焦点調整方法である。微小駆動動作はピント変化が緩やかである点が特徴であり、合焦まで速度よりもピント変化の安定性を重視した制御である。そのため微小駆動動作の1制御あたりの駆動量は後述する山登り動作と比較して小さく設定されるものとする。
つまり、本発明の山登り動作のウォブリング(往復動作)の振幅は、方向判別動作(微小駆動動作)のウォブリングの振幅よりも大きい。
焦点評価値が所定値よりも小さくかつ被写体が検出された場合に行われる微小駆動動作の振幅は、焦点評価値が所定値以上の場合に行われる山登り動作の振幅よりも大きい。
まず、ステップS300では、AF処理部105にて焦点評価値を算出するための焦点検出領域としてのAF領域の設定を行う。詳細は後述するが、顔検出部121にて顔が検出されている場合には検出された顔にAF領域を設定し、顔が検出されていない場合には画面中央の所定サイズの領域に焦点検出領域としてのAF領域を設定する。次にステップS301にてシステム制御部115は、AF処理部105から焦点評価値を取得する。
次にステップS302では微小駆動の駆動量を決定する。本実施ではレンズ位置や絞りの状態、焦点評価値に応じて決められるものとし、被写界深度が深い時や、焦点評価値が小さくボケていると考えられるときは駆動量を大きくするようにしている。
さらに、顔検出部121にて顔が検出されている場合で、かつ焦点評価値が予め決定した閾値よりも小さい場合には、閾値よりも大きい場合と比較して、一回の微小駆動動作における駆動量(振幅量)を大きくする。これは、一般的に人間の顔はコントラストが低い傾向にあり、ピントがあった状態であっても焦点評価値が低く出力される傾向があるためである。これらを考慮し駆動量を大きくすることにより、焦点評価値のレベル差が生じやすい状況を作り出すことで合焦点付近での焦点調整動作を安定させる効果が期待できる。
次にステップS303にて現在の焦点評価値が直前の焦点評価値+変化閾値Aよりも大きいか否かを判断する。ここで変化閾値Aとは焦点評価値が明確に上昇したと判断するための閾値であり、実際の焦点評価値の増加量に加えノイズ成分によるばらつきを考慮して設定する。ステップS303にて条件が成立し、焦点評価値の上昇傾向を検出した場合には、ステップS304に進み方向特定カウンタを増加する。
この方向特定カウンタとは、合焦位置の方向を特定する際に使用し、その値が大きくなるほど合焦位置に向け安定して焦点評価値が上昇していることを示している。次にステップS305にてステップS302で決定した駆動量分だけ現在の位置からフォーカスレンズを移動させる。その際、移動方向は直前の方向と同一である。一方で、ステップS303にて焦点評価値が条件を満たさない場合は、ステップS306に進む。
ステップS306では現在の焦点評価値が直前の焦点評価値−変化閾値Aよりも大きいか否かを判断する。これはステップS303とは反対に焦点評価値の減少傾向を検出する。条件を満たす場合にはステップS308に進み、方向特定カウンタをクリアする。
そして、ステップS309にて直前の方向とは逆方向に向かってステップS302で決定した駆動量分だけ現在の位置からフォーカスレンズを移動させる。ステップS306にて条件を満たさない場合はステップS307に進み、直前の方向と同一方向に向かってステップS302で決定した駆動量分だけ現在の位置からフォーカスレンズを移動させる。この場合、明示的な焦点評価値の増減が検出できないため、方向特定カウンタの操作は行わない。
次に、ステップS310にて所定回数同一エリア内で往復したかを判断する。例えば、図10の領域Aのように合焦位置の近傍まで収束してきた場合、微小駆動動作で合焦位置を通り過ぎると焦点評価値が減少し、次の制御タイミングで反転することになる。
このような動作を継続することで最終的に合焦位置をまたいで往復動作することになる。そして、所定回数同一エリア内で往復していればステップS316に進み「合焦」と判断する。この判断がなされた場合、次の状態をAF評価値監視処理に設定する。一方で、条件を満たさないと判断された場合は、ステップS311に進み、方向特定カウンタが所定値以上かを判断する。所定値以上の場合はステップS315に進み「方向特定」と判断する。この判断がなされた場合、次の状態を山登り動作に設定する。
したがって、微小駆動動作は合焦位置を特定するだけではなく、合焦位置の方向を特定する方向判別動作としても機能する。この方向判別結果を山登り動作に反映することにより無駄な反転動作の少ない時間的にも見た目的にも良好な焦点調整が可能となる。
一方で、条件を満たさないと判断された場合はステップS312に進み、一連の微小駆動動作の処理が所定回数実施されたか、またステップS301で取得した合焦度が所定の閾値に対して低いか否かを判断する。例えば、図10の領域Cのように焦点評価値の変化が乏しい状況で、所定回数以内に合焦位置やその方向が特定できない場合が考えられる。これはサーチ範囲が広く合焦位置に対して現在位置が離れすぎているために探しきれないか、サーチ範囲外に実際の合焦位置が存在する場合が考えられる。
これは、微小駆動動作を継続しても合焦位置とその方向を探し出すことが困難であるため、その場合はステップS314に進み「非合焦」と判断する。この判断がなされた場合、次の状態を山登り動作に設定する。一方で、条件を満たさないと判断された場合はステップS313に進み、微小駆動動作の継続を判断する。
この判断がなされた場合、次の状態は変更せず微小駆動動作を継続して実施する。ステップS310からステップS316までの処理では、周期的に得られる焦点評価値の変化を検出し、それに基づいて微小駆動動作における判定結果を出力する。その判定結果を基にステップS317の焦点調整方式決定処理が実施されるが、詳細は後述する。
以上が本発明の実施形態にかかる撮像装置1の微小駆動動作である。
<山登り動作>
次に山登り動作について図4のフローチャートを用いて説明する。
山登り動作とは、焦点評価値(AF評価値)が大きくなる方向に連続的にフォーカスレンズを移動させ、得られた複数の焦点評価値の変化より合焦位置を特定する焦点調整方法である。山登り動作は効率良く広い範囲の焦点評価値をサンプリングする点が特徴であり、より合焦まで速度を重視した制御である。そのため山登り動作の1制御あたりの駆動量(振幅量)は先に説明した微小駆動動作と比較して大きく設定されるものとする。
まずステップS400では、AF処理部105にて焦点評価値を算出するためのAF領域の設定を行う。詳細は後述するが、顔検出部121にて顔が検出されている場合には検出された顔にAF領域(被写体検出領域)を設定し、顔が検出されていない場合には画面中央の所定サイズの領域にAF領域を設定する。
次にステップS401にて顔検出部121にて顔が検出されているか否かを判断する。顔が検出されていた場合にはステップS402に進みフォーカスレンズを停止させる。次にステップS403にて次に遷移する状態を微小駆動動作に設定し処理を終了する。
一方で、ステップS401にて顔が検出されていない場合にはステップS404に進み、焦点評価値と対応したフォーカスレンズ位置を取得する。ステップS405では山登り動作におけるフォーカスレンズの移動速度を決定する。本実施では、レンズ位置や絞りの状態、焦点評価値に応じて決められものとし、被写界深度が深い時や、焦点評価値が小さくボケていると考えられるときはフォーカスレンズの移動速度を大きくするようにしている。
ステップS406にてフォーカスレンズが停止中であるか否かを判断する。フォーカスレンズが停止中であるのは、微小駆動動作から山登り動作に遷移した直後もしくは山登り動作中にフォーカスレンズがサーチ範囲の端に到達した場合のいずれかである。
そこで、ステップS407では現在のレンズ位置が端であるか否かを判断する。ステップS407で端と判断された場合にはステップS409に進み、進行方向を端とは反対方向に設定してフォーカスレンズの移動を開始する。一方で、ステップS407にて条件を満たさない場合にはステップS408に進む。ステップS408の条件に該当するのは微小駆動動作から山登り動作に遷移した直後の場合であり、微小駆動動作における進行方向を引き継いでフォーカスレンズの移動を開始する。
次にステップS410にて所定回数だけ端に到達したかを判断する。少なくともサーチ範囲の両方の端に到達し合焦位置が特定できない場合、サーチ範囲全域が図10の領域Cのように焦点評価値の変化が乏しい状況が考えられ、合焦位置はフォーカスレンズのサーチ範囲外に存在することが考えられる。
そのような条件で山登り動作を継続した場合、大きなピント変動が繰り返されるため、この状態を回避すべくステップS410の条件を満たす場合はステップS411に進みフォーカスレンズを停止させる。そしてステップS412にて山登り動作における判定結果を「非合焦」とし、次に遷移する状態をAF評価値監視処理に設定する。一方で、ステップS410の条件を満たさない場合にはステップS413に進む。
ステップS413では現在の焦点評価値と直前の焦点評価値を比較し、現在の値が直前の値よりも大きいか否かを判断する。現在の値が直前の値よりも大きい場合はステップS414に進み山登り動作としては判定結果を「継続」とし、山登り動作の処理を引き続き実行する。つまり、図10の領域Bにて実際の合焦位置の方向に正しく山登り動作を実施している場合など、焦点評価値の増加傾向が検出できる場合にはその方向に向けて山登り動作が実施されることになる。
一方、ステップS413にて条件が成立しない場合には、ステップS415に進む。ステップS415では焦点評価値がピークを越えて減少したか否かを判断する。具体的には図10の領域Bから領域Aに向けて山登り動作を実施する場合などが該当し、この場合はステップS416に進み、フォーカスレンズを停止させる。その後、ステップS417にて山登り動作の判定結果を「合焦」とし、次に遷移する状態を微小駆動動作に設定する。そしてステップS418にてフォーカスレンズを焦点評価値のピークの位置に移動させる。
一方で、ステップS415にて条件が成立しない場合にはステップS419に進む。具体的には図10の領域Bにて合焦位置とは反対方向に山登り動作が実施された場合が該当し、ステップS419ではフォーカスレンズの移動方向を反転し移動させる。そしてステップS420にて山登り動作の判定結果を「継続」とし、山登り動作の処理を引き続き実行する。ステップS410からステップS420までの処理は、周期的に得られる焦点評価値の変化を検出し、それに基づいて山登り動作における判定結果を出力する。
以上が本発明の実施形態にかかる撮像装置1の山登り動作である。
<AF評価値監視処理>
次にAF評価値監視処理について図5のフローチャートを用いて説明する。
AF評価値監視処理とは、予め記憶された焦点評価値に対して現在の焦点評価値が変動したか否かを検出するための処理である。
まず、ステップS500では、AF処理部105にて焦点評価値を算出するためのAF領域の設定を行う。詳細は後述するが、顔検出部121にて顔が検出されている場合には検出された顔にAF領域を設定し、顔が検出されていない場合には画面中央の所定サイズの領域にAF領域を設定する。
次にステップS501で焦点評価値を取得する。ステップS502では図2のステップS206で記憶した焦点評価値と最新の焦点評価値とを比較し焦点評価値の変動が大きいかを判定する。焦点評価値が大きく変動していればステップS503へ進み次に遷移すべき状態を微小駆動動作に設定する。ステップS502にて焦点評価値が変動していなければステップS504に進み、AF評価値監視処理を継続するため次に遷移すべき状態をAF評価値監視処理に設定する。このように図2のステップS206からステップS208における処理の流れが示す通り、焦点評価値の変動が小さく安定している場合にはAF評価値監視処理が周期的に継続して実施されることになる。
以上が本発明の実施形態にかかる撮像装置1のAF評価値監視処理である。
<AF領域設定処理>
次にAF領域設定処理について図6のフローチャート用いて説明する。
AF領域設定処理とは、AF処理部105に入力される画像信号に基づいて、画面の一部分の領域に相当し、焦点評価値の算出対象となる画像データの領域を設定する処理である。
まず、ステップS600では、顔検出部121での顔検出結果を取得する。次にステップS601にてステップS600で取得した検出結果で顔が検出されているか否かを判断する。ステップS601にて顔が検出されていないと判断される場合にはステップS603に進み画面中央の所定サイズにAF領域を設定する。
一方で、ステップS601で顔が検出されていると判断される場合にはステップS602に進む。ステップS602ではステップS600で取得した顔検出部121の顔検出結果に基づき、検出された顔の領域にAF領域を設定する。
このように、本実施例では顔の検出状況に応じてAF領域の設定が切り替わるようになっている。
以上が本発明の実施形態にかかる撮像装置1のAF領域設定処理である。
<焦点調整方式決定処理>
次に焦点調整方式決定処理について図7のフローチャートを用いて説明する。
焦点調整方式決定処理とは、次に遷移すべき状態と顔検出部121による顔検出結果より焦点調整動作に用いる焦点調整方法を適時切り替える処理である。
まずステップS700にて顔検出部121での顔検出結果を取得する。次にステップS701にてステップS700で取得した検出結果で顔が検出されているか否かを判断する。ステップS701にて顔が検出されていないと判断される場合にはそのまま処理を終了する。一方で、ステップS701にて顔が検出されている場合にはステップS702に進む。
ステップS702では現在の焦点評価値が予め決めた所定値よりも小さいか否かを判断する。ステップS702にて現在の焦点評価値が所定値よりも小さい場合にはステップS703に進む。一方で、ステップS702にて現在の焦点評価値が所定値以上の場合にはそのまま処理を終了する。
ステップS703では次に遷移すべき状態が山登り動作か否かを判断し、次に遷移すべき状態が山登り動作でない場合は処理を終了する。一方で、次に遷移すべき状態が山登り動作である場合には次のステップS704に進む。ステップS704では次に遷移すべき状態を微小駆動動作に変更して処理を終了する。
つまり、顔検出部121により顔が検出された状態でかつ焦点評価値が所定量よりも小さい場合、次に山登り動作を実行しようとする場合には、意図的にピント変化の安定性を重視した微小駆動動作に処理を切り替え、山登り動作を実行することを抑制する。図9は本発明を適用した場合の焦点評価値の形状と顔検出の状況及び焦点調整方式の関係について、顔以外の通常被写体の場合(図9(a))と顔の場合(図9(b))に分けて示したものである。
本発明を適用した場合、図9(a)の顔以外の通常被写体および顔であってもコントラストの高い場合は、図2から図7のフローチャートに従い微小駆動動作と山登り動作を適時併用しながら焦点検出時の焦点調整が実施される。具体的には顔が検出されないか検出されていても焦点評価値が所定値よりも大きい状態であれば焦点調整方式として微小駆動動作と山登り動作の両方が使用可能である。図9(a)の上図は焦点評価値の形状と焦点調整動作について説明したものであるが、一例として次のような動きとなる。
1)で微小駆動動作を実施し合焦位置の方向を特定する。
2)で山登り動作を実施し大まかな合焦位置を特定する。
3)で合焦位置を通り過ぎた位置から合焦位置にフォーカスレンズを戻す。
4)で合焦位置付近で微小駆動動作を実施し合焦位置を特定する。
一方で、図9(b)の顔が検出されコントラストが低い場合も、図2から図7のフローチャートに従い微小駆動動作(ウォブリング動作)と山登り動作を適時併用しながら焦点調整が実施される。しかしながら、コントラストが高い顔もしくは顔以外の通常被写体の場合とは異なる動きとなる。
具体的には、コントラストが高い顔もしくは顔以外の通常被写体の場合であれば追従速度と安定性の両立を図るべく焦点調整方式として微小駆動動作と山登り動作の両方が使用可能である。
しかしながら、顔が検出され焦点評価値が所定値よりも小さい状態であればピント変化の安定性を重視した微小駆動動作のみが使用可能である。
図9(b)の上図は焦点評価値の形状と焦点調整動作について説明したものであるが、一例として次のような動きとなる。
1)で微小駆動動作を実施し合焦位置の方向を特定する。ただし、顔検出領域では山登り動作の実施条件であっても微小駆動を継続して実施する。
2)合焦位置付近においても微小駆動動作を実施し合焦位置を特定する。
このように顔の検出状況に応じて焦点調整時の動作が切り替わる。顔検出部121の検出アルゴリズムは先に述べたとおりいくつかの方法が考えられる。
しかし、本実施例では検出アルゴリズムは撮像素子108より得られる画像信号に基づいて判断がなされることを想定しており、顔検出部121の検出結果には焦点調整の影響も含まれていると考えられる。
すなわち、顔が検出されているということは検出するために必要な特徴点情報の抽出が可能であり、少なくともある程度のコントラストが存在するシーンであることが推測される。
一方で、顔が検出されないということは、顔が存在しない、もしくは顔を検出する際の特徴点が抽出できないほどボケているシーンであることが推測される。
このことから、本発明を適用することにより顔が検出されているシーンでは、人間の顔という特定の被写体が存在し、かつその被写体のコントラストが他の通常被写体よりも低い傾向にあると判断する。
よって、焦点調整方式として微小駆動動作主体の安定性重視の制御を実施する。
その一方で、顔が検出されていない場合には、人間の顔以外の通常被写体か、顔があった場合であっても認識できないほどボケていると判断する。
そして、焦点調整方式として微小駆動動作と山登り動作を状況に合わせて適時切り替えることで追従速度と安定性の両立を図った制御を実施することになる。
以上が本発明の実施形態にかかる撮像装置1の焦点調整方式決定処理である。
以上説明したように、本発明によれば、人間の顔など個人差が存在するコントラストの焦点評価値が所定値よりも低い対象物に対してピントを合わせる場合であっても、対象物の検出状況に応じ複数の焦点調整方式を適時切り替える。
よって、安定したピント追従を実現することが可能となる。
(実施例2)
以下に、本発明の第二の実施形態について、図11、図12を用いて説明する。
実施例1では顔検出部121での顔検出結果(顔検出/顔未検出)に応じて使用する焦点調整方式を切り替える例を示したが、実施例2では顔検出部121での顔検出結果に加えて、検出された顔の確からしさを示す顔検出信頼度を利用する例を示す。
実施例2では図6のAF領域設定処理の流れおよび図9の顔検出結果と焦点調整方式に関する部分以外の構成は実施例1と共通であるため説明は省略し、相違点となる焦点調整方式決定処理について詳細を説明する。
<焦点調整方式決定処理>
実施例2における焦点調整方式決定処理について図11および図12のフローチャート用いて説明する。
焦点調整方式決定処理とは、次に遷移すべき状態と顔検出部121による顔検出結果より焦点調整動作に用いる焦点調整方法を適時切り替える処理である。
まずステップS1200にて顔検出部121での顔検出結果の確からしさを示す顔検出信頼度を取得する。本実施例では顔が未検出の場合は「0」、顔が検出されている場合であってもその確からしさに応じて、「低」、「中」、「高」と合計4段階の出力が得られるものとし、大小関係は次のようになる。
高>中>低>0(大きいほど人間の顔としての信頼性が高い)
次にステップS1201にてステップS1200で取得した検出信頼度を比較し、信頼度が「中」以上か否かを判断する。ステップS1201にて信頼度が「中」未満の場合はそのまま処理を終了する。一方で、ステップS1201にて顔が検出されている場合にはステップS1202に進む。ステップS1202では次に遷移すべき状態が山登り動作か否かを判断し、次に遷移すべき状態が山登り動作でない場合は処理を終了する。一方で、次に遷移すべき状態が山登り動作である場合には次のステップS1203に進む。ステップS1203では次に遷移すべき状態を微小駆動動作に変更して処理を終了する。
また、実施例1の図4のステップS401では顔検出部121による顔の検出の有無を判断していたが、実施例2ではステップS401を拡張し、図12と同様に顔検出信頼度が「中」以上か否かを判断するように変更する。
つまり、実施例2の構成では顔検出部121により顔が検出され、その際の顔検出信頼度が所定値以上の状態で、次に山登り動作を実行しようとする場合には、意図的に微小駆動動作に処理を切り替え、山登り動作を実行することを抑制する。図11は実施例2を適用した場合の焦点評価値の形状、顔検出結果とその信頼度、焦点調整方式の関係について示したものである。
本発明を適用した場合、図11に示すように顔が検出されていても信頼度が「中」未満の場合は微小駆動と山登り動作を適時併用しながら焦点調整を実施する。一方で、顔が検出され、その際の信頼度が「中」以上の場合には山登り動作の実施条件であっても微小駆動を継続して実施する。動作の一例として次に示すような動きとなる。
1)で微小駆動動作を実施し合焦位置の方向を特定する。
2)で山登り動作を実施し大まかな合焦位置を特定する。
3)顔検出結果で顔が検出され、顔検出信頼度が「中」以上である場合には山登り動作を停止し、微小駆動動作に切り替えて合焦位置の特定を継続する。
4)で合焦位置付近で微小駆動動作を実施し合焦位置を特定する。
このように、被写体検出手段及び被写体の信頼度を判定する判定手段として機能する顔検出部121による顔の検出の有無だけではなく、確からしさを示す情報を焦点調整方式の切り替え条件として利用する構成とする。よって、例えば、撮影シーンや撮影モードなど、撮影する状況に応じて顔検出信頼度の閾値を切り替えることで、焦点調整方式の切り替えを状況に応じてより細かく判断することが可能となる。そして、焦点調整方式として微小駆動動作と山登り動作を適時切り替えることで追従速度と安定性の両立を図った制御を実現することが可能となる。
また、本実施例では顔検出信頼度を4段階で表現したが、本発明はこれに限定されるものではなく、より細かく数値で表現することも可能である。そのため顔検出信頼度の値に応じて、微小駆動動作や山登り動作の駆動条件や合焦判定の閾値等を切り替えるような制御も考えられる。
たとえば、顔検出信頼度に応じて微小駆動でのフォーカスレンズの駆動量をさらに細かく設定することも可能である。具体的には顔検出信頼度に応じて微小駆動の振幅量を下記のように設定する。
顔検出信頼性:高>中>低
微小駆動の振幅量:小<中<大
上記のように微小駆動における振幅量を顔検出信頼度に応じて設定することにより、合焦位置から離れた顔検出信頼性が低い領域ほど微小駆動の振幅量が大きく設定され、ピント追従の応答性を優先した制御が実施される。一方で合焦点近傍で顔検出信頼性が高い領域では振幅量が小さく設定され、ピント変化が緩やかな安定性を優先した制御が実施される。したがって、微小駆動動作においてピント追従の応答性と安定性の両立を図ることが可能となる。
以上が本発明の第二の実施形態にかかる撮像装置1の焦点調整方式決定処理である。
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。また、上述の実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線/無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、OSに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光/光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記憶し、接続のあったクライアントコンピュータはがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。
100 撮影レンズ
104 フォーカスレンズ制御部
105 AF処理部
108 撮像素子
109 撮像処理部
121 顔検出部
115 システム制御部

Claims (13)

  1. 撮像素子から出力された画像信号を用いて特定の被写体を検出する被写体検出手段と、
    前記被写体検出手段の検出結果に基づいて、焦点検出領域を設定する設定手段と、
    前記撮像素子から出力され画像信号を用いて前記焦点検出領域に含まれる被写体像のコントラストを示す焦点評価値を算出する評価値算出手段と、
    フォーカスレンズを移動させながら周期的に前記焦点評価値を得る際の前記焦点評価値を得るごとの前記フォーカスレンズの駆動量を第1の駆動量として当該フォーカスレンズを移動させ、前記焦点評価値の変化に基づいて焦点検出を行う第1の焦点検出動作と、前記フォーカスレンズを移動させながら周期的に前記焦点評価値を得る際の前記焦点評価値を得るごとの前記フォーカスレンズの駆動量を前記第1の駆動量よりも大きな第2の駆動量として前記フォーカスレンズを移動させ、前記焦点評価値の変化に基づいて焦点検出を行う第2の焦点検出動作とを制御する制御手段と、を有する撮像装置であって、
    前記制御手段は、前記特定の被写体が検出され、かつ前記焦点評価値が所定値よりも小さい場合、前記第2の焦点検出動作を用いずに前記第1の焦点検出動作を用いて焦点検出をい、前記特定の被写体が検出され、かつ前記焦点評価値が前記所定値以上の場合、前記第1の焦点検出動作及び前記第2の焦点検出動作を用いて焦点検出を行うように制御することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記第1の焦点検出動作は、前記フォーカスレンズを前記第1の駆動量で往復移動させて焦点検出を行う動作であることを特徴とする請求項に記載の撮像装置。
  3. 前記特定の被写体の信頼度を判定する判定手段を備え、
    前記判定手段にて判定された信頼度が所定値よりも高い場合前記制御手段は、前記第2の焦点検出動作を用いずに前記第1の焦点検出動作を用いて焦点検出を行うように制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
  4. 前記特定の被写体の信頼度を判定する判定手段を備え、
    前記判定手段にて判定された信頼度が第1の信頼度である場合、前記信頼度が前記第1の信頼度よりも低い第2の信頼度である場合に比べて、前記第1の焦点検出動作を用いた焦点検出における前記第1の駆動量が小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
  5. 前記特定の被写体が検出され、かつ前記焦点評価値が所定値よりも小さい場合に行われる前記第1の焦点検出動作おける前記第1の駆動量は、前記特定の被写体が検出され、かつ前記焦点評価値が所定値以上の場合に行われる前記第1の焦点検出動作おける前記第1の駆動量よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の撮像装置。
  6. 撮像素子から出力された画像信号を用いて特定の被写体を検出する被写体検出手段と、
    前記被写体検出手段の検出結果に基づいて、焦点検出領域を設定する設定手段と、
    前記撮像素子から出力され画像信号を用いて前記焦点検出領域に含まれる被写体像のコントラストを示す焦点評価値を算出する評価値算出手段と、
    フォーカスレンズを往復移動させ、前記焦点評価値の変化に基づいて焦点検出を行う第1の焦点検出動作と、前記フォーカスレンズを前記焦点評価値が大きくなる方向に移動させて焦点検出を行う第2の焦点検出動作を制御する制御手段と、を有する撮像装置であって、
    前記制御手段は、前記特定の被写体が検出され、かつ前記焦点評価値が所定値よりも小さい場合、前記第2の焦点検出動作を用いずに前記第1の焦点検出動作を用いて焦点検出をい、前記特定の被写体が検出され、かつ前記焦点評価値が前記所定値以上の場合、前記第1の焦点検出動作及び前記第2の焦点検出動作を用いて焦点検出を行うように制御することを特徴とする記載の撮像装置。
  7. 前記特定の被写体の信頼度を判定する判定手段を備え、
    前記判定手段にて判定された信頼度が所定値よりも高い場合に、前記制御手段は、前記第2の焦点検出動作を用いずに前記第1の焦点検出動作を用いて焦点検出を行うように制御することを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
  8. 前記特定の被写体の信頼度を判定する判定手段を備え、
    前記判定手段にて判定された信頼度が第1の信頼度である場合、前記信頼度が前記第1の信頼度よりも低い第2の信頼度である場合に比べて、前記第1の焦点検出動作を用いた焦点検出における前記フォーカスレンズの往復移動の振幅が小さいことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
  9. 前記特定の被写体が検出され、かつ前記焦点評価値が所定値よりも小さい場合に行われる前記第1の焦点検出動作における前記フォーカスレンズの往復移動の振幅は、前記特定の被写体が検出され、かつ前記焦点評価値が所定値以上の場合に行われる前記第1の焦点検出動作における前記フォーカスレンズの往復移動の振幅よりも大きいことを特徴とする請求項6乃至8の何れか一項に記載の撮像装置。
  10. 前記特定の被写体は顔であることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の撮像装置。
  11. 撮像素子から出力された画像信号を用いて特定の被写体を検出する被写体検出工程と、
    前記被写体検出工程の検出結果に基づいて、焦点検出領域を設定する設定工程と、
    前記撮像素子から出力され画像信号を用いて前記焦点検出領域に含まれる被写体像のコントラストを示す焦点評価値を算出する評価値算出工程と、
    フォーカスレンズを移動させながら周期的に前記焦点評価値を得る際の前記焦点評価値を得るごとの前記フォーカスレンズの駆動量を第1の駆動量として当該フォーカスレンズを移動させ、前記焦点評価値の変化に基づいて焦点検出を行う第1の焦点検出動作と、前記フォーカスレンズを移動させながら周期的に前記焦点評価値を得る際の前記焦点評価値を得るごとの前記フォーカスレンズの駆動量を前記第1の駆動量よりも大きな第2の駆動量として前記フォーカスレンズを移動させ、前記焦点評価値の変化に基づいて焦点検出を行う第2の焦点検出動作とを制御する制御工程と、を有する撮像方法であって、
    前記制御工程では、前記焦点評価値が所定値よりも小さく、かつ前記特定の被写体が検出された場合、前記第2の焦点検出動作を用いずに前記第1の焦点検出動作を用いて焦点検出をい、前記特定の被写体が検出され、かつ前記焦点評価値が前記所定値以上の場合に前記第1の焦点検出動作及び前記第2の焦点検出動作を用いて焦点検出を行うように制御することを特徴とする撮像方法。
  12. 撮像素子から出力された画像信号を用いて特定の被写体を検出する被写体検出工程と、
    前記被写体検出工程の検出結果に基づいて、焦点検出領域を設定する設定工程と、
    前記撮像素子から出力され画像信号を用いて前記焦点検出領域に含まれる被写体像のコントラストを示す焦点評価値を算出する評価値算出工程と、
    フォーカスレンズを往復移動させ、前記焦点評価値の変化に基づいて焦点検出を行う第1の焦点検出動作と、前記フォーカスレンズを前記焦点評価値が大きくなる方向に移動させて焦点検出を行う第2の焦点検出動作を制御する制御工程と、を有する撮像方法であって、
    前記制御工程では、前記特定の被写体が検出され、かつ前記焦点評価値が所定値よりも小さい場合、前記第2の焦点検出動作を用いずに前記第1の焦点検出動作を用いて焦点検出をい、前記特定の被写体が検出され、かつ前記焦点評価値が前記所定値以上の場合、前記第1の焦点検出動作及び前記第2の焦点検出動作を用いて焦点検出を行うように制御することを特徴とする撮像方法。
  13. コンピュータにより請求項11又は12に記載の撮像方法を実行させるためのプログラム。
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