JP6469026B2 - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像面位相差方式の自動焦点調節による焦点調節機構を有する撮像装置に関するものである。
カメラで撮影した画像に対して、PC(パーソナルコンピュータ)等で撮影後に現像処理を行うためには、RAW画像データが用いられる。RAW画像データとは、撮像素子の出力する画像データや、現像前の画像データであり、不可逆圧縮によりサイズを縮小することなく、可逆圧縮でメモリに保存される。特許文献1にはRAW画像の保存処理が開示されている。
撮像面位相差方式の自動焦点調節(以下、AFと略記する)では、撮像素子の画素を瞳分割し、分割画像の相関演算により焦点調節が行われる。瞳分割された分割画像は、焦点調節以外の用途で使用可能である。その際、通常の撮像された画像データとは別に分割画像データのままでRAW画像として保存する処理が行われる。
特開2014−53701号公報
瞳分割画像については、光線の入射角と撮像素子のフォトダイオードとの位置関係により、分割画像のそれぞれにシェーディングと呼ばれる光量低下が起こる場合がある。そのためシェーディング補正処理が行われる。シェーディングは画像の像高、レンズ固有の射出瞳距離、F値等の要因によって変わるので、撮影後に推測することが難しい。このため、シェーディング補正処理が十分に行われないと、撮影後に瞳分割画像を使用する際に画質の低下をもたらす可能性がある。
本発明は、撮像装置において、分割された瞳ごとの画像に対するシェーディング補正処理を撮影後に行えるようにすることを目的とする。
本発明に係る撮像装置は、複数のマイクロレンズと、各マイクロレンズに第1の光電変換部および第2の光電変換部を含む複数の光電変換部が対応する撮像素子と、前記第1の光電変換部の受光量に基づく第1の画像信号と、前記第1の光電変換部の受光量および前記第2の光電変換部の受光量に基づく第2の画像信号と、を生成する生成手段と、前記生成手段によって生成された前記第1および第2の画像信号と、前記第1の画像信号を補正するための前記撮像素子固有の第1の補正パラメータと、前記第2の光電変換部の受光量対応する第3の画像信号を補正するための前記撮像素子固有の第2の補正パラメータと、を関連づけてメモリに記録する記録制御手段と、を有する。
本発明によれば、撮像装置において、分割された瞳ごとの画像に対するシェーディング補正処理を撮影後に行うことができる。
本発明の実施形態におけるカメラシステムの構成例を示すブロック図である。 本実施形態における撮像面位相差方式の画素構成を示す図である。 本実施形態における撮影処理を示すフローチャートである。 本実施形態における静止画撮影処理を示すフローチャートである。 本実施形態におけるライブビュー静止画撮影処理を示すフローチャートである。 本実施形態における動画撮影処理を示すフローチャートである。 本実施形態における焦点検出処理を示すフローチャートである。 本実施形態における焦点検出枠の位置を示す図である。 本実施形態における焦点検出領域を示す図である。 本実施形態におけるシェーディング補正を示す図である。 本実施形態における補正値テーブルの構成を示す図である。 本実施形態における焦点検出領域から得られる像信号を示す図である。 本実施形態における相関量等のグラフを示す図である。 本実施形態における静止画の画像記録処理を示すフローチャートである。 本実施形態における静止画像ファイルの記録構成を示す図である。
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態では、レンズ装置10とカメラ本体部20からなるレンズ交換式カメラシステムの構成を例示する。レンズ制御部106はレンズ装置全体の動作を統括制御し、カメラ制御部212はカメラ全体の動作を統括制御する。レンズ制御部106とカメラ制御部212は互いに情報を通信し合う。
まず、レンズ装置10の構成について説明する。
固定レンズ101、絞り102、フォーカスレンズ103は撮影光学系を構成する光学部材である。固定レンズ101は第1群レンズである。絞り102は、絞り駆動部104によって駆動され、後述する撮像素子201への入射光量を制御する。フォーカスレンズ103はフォーカスレンズ駆動部105によって駆動され、焦点調節を行う。
レンズ制御部106は絞り駆動部104を制御して絞り102の開口量を決定し、フォーカスレンズ駆動部105を制御してフォーカスレンズ103の位置を決定する。レンズ制御部106は、カメラ制御部212から受信した制御命令や制御情報に応じて、各駆動部の制御を行い、またレンズ制御情報をカメラ制御部212に送信する。レンズ制御部106はレンズ操作部107からの操作入力信号に応じてレンズ装置10の制御を行う。
次に、カメラ本体部20の構成について説明する。
カメラ本体部20はレンズ装置10の撮影光学系を通過した光束から撮像信号を取得する。レンズ装置10の撮影光学系を通過した光束は、回動可能なクイックリターンミラー(以下、可動ミラーという)252に導かれる。可動ミラー252の中央部はハーフミラーになっており、可動ミラー252がダウンした際(図1の下側に位置する下降状態)に一部の光束が透過する。この透過した光束は位相差AFセンサ(不図示)へ導かれる。位相差AFセンサは自動焦点調節手段であるが、後述する撮像面位相差AFとは別の手段であり、本発明には関係ないので、その詳細な説明は省略する。
一方、可動ミラー252で反射した光は、マットスクリーン250に像を結び、ペンタプリズム251、接眼レンズ256をそれぞれ介して撮影者の目に到達する。また、可動ミラー252がアップした際(ペンタプリズム251側に矢印のように上昇した状態)には、レンズ装置10からの光束は、機械式シャッタであるフォーカルプレーンシャッタ258と、フィルタ259を介して撮像素子201に結像する。フォーカルプレーンシャッタ258は先幕および後幕を有し、レンズ装置10からの光束の透過と遮断を制御する。フィルタ259は赤外線や紫外線等をカットし、可視光線のみを撮像素子201へ導く機能と、光学ローパスフィルタとしての機能を有する。
撮影光学系を通過した光束は撮像素子201の受光面上に結像し、撮像素子201のフォトダイオードによって入射光量に応じた信号電荷に変換される。各フォトダイオードに蓄積された信号電荷は、カメラ制御部212の指令に従って撮像素子201から順次読み出される。つまり、タイミングジェネレータ215から与えられる駆動パルスに基づいて信号電荷に応じた電圧信号が取得される。
図2を参照して撮像素子201の画素構成を説明する。図2(A)は、瞳分割されていない場合の画素構成を参考として示す。図2(B)は、瞳分割されている場合の画素構成について、2分割の構成例を示す。R、G、Bは赤色、緑色、青色の色フィルタにそれぞれ対応する。図2(B)に示すように、撮像素子201は、撮像面位相差AFを行うために、1つの画素に対応する2つのフォトダイオードを有する。被写体からの光束はマイクロレンズで分離され、2つのフォトダイオードに結像することで、撮像信号とAF用像信号を取り出すことができる。2つのフォトダイオードの信号のうち、一方の信号を像信号Aとし、他方の信号を像信号Bとする。像信号Aと像信号Bを加算した信号、つまり像信号「A+B」は撮像信号として取得される。個々のフォトダイオードによる像信号Aと像信号BはAF用像信号として取得される。像信号Aと像信号Bに基づいて、後述するAF信号処理部204は2つの像信号に対して相関演算を行い、像ずれ量や各種信頼性情報を算出する。
図2(C)は画素部の断面構造を例示する。受光面の上側に入射光を集光するためのマイクロレンズ305が形成されている。光電変換部300として、2つの光電変換部301,302が形成されているが、分割数は任意に設定可能である。光電変換部301,302はそれぞれ焦点検出画素に対応する。光電変換部301,302は、p型層とn型層の間にイントリンシック層を挟んだpin構造フォトダイオード、またはイントリンシック層を省略したpn接合フォトダイオードの構成をもつ。マイクロレンズ305と、光電変換部301,302との間にカラーフィルタ306が形成される。必要に応じて、副画素ごとにカラーフィルタの分光透過率が変更されるか、あるいはカラーフィルタが省略される。画素部に入射した光は、マイクロレンズ305により集光され、カラーフィルタ306での分光後に、光電変換部301,302がそれぞれ受光する。光電変換部301,302では受光量に応じて電子とホールが対生成され、空乏層で分離された後、負電荷の電子はn型層(不図示)に蓄積される。一方、ホールは定電圧源(不図示)に接続されたp型層を通じて撮像素子外部へ排出される。光電変換部301,302のn型層に蓄積された電子は、転送ゲートを介して、静電容量部(FD)に転送され、電圧信号に変換されて画素信号として出力される。
図1にて、撮像素子201から読み出された撮像信号およびAF用像信号はCDS/AGC/ADコンバータ202に入力される。CDS/AGC/ADコンバータ202は、リセットノイズを除去する為の相関二重サンプリング、ゲインの調節、信号のデジタル化を行う信号処理部である。CDS/AGC/ADコンバータ202は処理した信号を画像入力コントローラ203に出力する。画像入力コントローラ203は、CDS/AGC/ADコンバータ202から出力された信号をSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)209に格納する。また画像入力コントローラ203はAF用像信号をAF信号処理部204に出力する。
SDRAM209から読み出された画像信号は、バス21を介して表示制御部205に送られる。表示制御部205は表示部206に画像を表示する制御を行う。また撮像信号の記録を行うモード時には、記録媒体制御部207が画像信号を記録媒体208に記録する処理を行う。表示制御部205と記録媒体制御部207はバス21に接続されている。
ROM(リード・オンリ・メモリ)210はバス21に接続されており、カメラ制御部212が実行する制御プログラムおよび制御に必要な各種データ等が記憶されている。フラッシュROM211はバス21に接続されており、ユーザ設定情報等のカメラ本体部20の動作に関する各種設定情報等を記憶している。
AF信号処理部204はAF用像信号を取得して画素加算、相関演算を行い、像ずれ量や信頼性情報を算出する。信頼性情報は、二像一致度、二像急峻度、コントラスト情報、飽和情報、キズ情報等である。AF信号処理部204は算出した像ずれ量と信頼性情報をカメラ制御部212へ出力する。カメラ制御部212は、取得した像ずれ量や信頼性情報に基づいて、これらを算出する設定の変更をAF信号処理部204に通知する。例えばカメラ制御部212は、像ずれ量が大きい場合に相関演算を行う領域を広く設定する処理や、コントラスト情報に応じてバンドパスフィルタの特性を変更する処理等を行う。相関演算の詳細については、図7と図9から図13を用いて後述する。
本実施形態では撮像信号および2つのAF用像信号(像信号Aと像信号B)、つまり合計3つの信号を撮像素子201から取り出しているが、この方法に限定されない。撮像素子201の負荷を考慮し、例えば撮像信号と一方のAF用像信号を取り出し、画像入力コントローラ203内で撮像信号とAF用像信号の差分を取る方法がある。例えば像信号「A+B」と像信号Aを取得して、像信号「A+B」から像信号Aを減算して像信号Bを取得することができる。
カメラ制御部212は、カメラ本体部20内の処理だけでなく、カメラ操作部214からのユーザ操作入力に応じて各種のカメラ機能の動作を実行する。例えば、電源のON/OFF、設定の変更、静止画/動画記録の開始、AF制御の開始、記録映像の確認等の処理が実行される。また、カメラ制御部212は、レンズ装置10のレンズ制御部106と情報を送受し合う。カメラ制御部212は可動レンズの制御命令や制御情報をレンズ制御部106へ送信し、またレンズ制御部106からレンズ装置10の情報を取得する。
カメラ操作部214はユーザが操作する各種のスイッチやボタン類を備える。例えば、レリーズスイッチは、押し込み量に応じて第1スイッチ(SW1)および第2スイッチ(SW2)が順にオン状態となる2段階のスイッチである。レリーズスイッチを約半分押し込んだときにSW1がオンし、レリーズスイッチを最後まで押し込んだときにSW2がオンする。
次に、図1のカメラ本体部20における基本的な動作について説明する。図3はカメラ本体部20の撮影処理の手順を示すフローチャートである。
S301ではカメラ本体部20の初期化処理が実行され、S302へ進む。S302でカメラ制御部212は撮影モードを判断する。撮影モードとして、静止画撮影モード、ライブビュー静止画撮影モード、動画撮影モードを例示する。判断結果が静止画撮影モードである場合にS303へ進み、ライブビュー静止画撮影モードである場合にS304へ進み、動画撮影モードである場合にS305へ進む。
S303では静止画撮影処理が行われ、S304ではライブビュー静止画撮影処理が行われ、S305では動画撮影処理が行われる。S303、S304、S305の各処理の詳細については後述する。S303、S304、またはS305の処理後、S306に処理を進める。
S306でカメラ制御部212は、撮影処理が停止されていないかどうかを判断する。撮影処理が停止されていないときにはS307へ進み、停止されたときには撮影処理を終了する。撮影処理が停止されたときとは、カメラの電源が切断されたときや、カメラのユーザ設定処理、撮像された静止画像や動画像の確認のための再生処理等のように、撮影以外の動作が行われたときである。
S307でカメラ制御部212は、撮影モードが変更されたかどうかを判断する。撮影モードが変更された場合、S301へ処理を戻し、初期化処理後に変更された撮影モードの処理が実行される。また撮影モードが変更されていない場合にはS302へ処理を戻し、現在の撮影モードの処理を継行する。
図4を参照して、図3のS303の静止画撮影処理について説明する。
S401でカメラ制御部212は、カメラ操作部214のレリーズスイッチの第1スイッチSW1がオン操作されたかどうかを判別する。SW1がオン操作された場合、S402に処理を進める。SW1がオン操作されるまでS401の処理が繰り返されて待機処理を続ける。
S402にてカメラ制御部212はフォーカルプレーンシャッタ258を開く制御を行う。S403で測光処理が行われる。被写体からの光束はレンズ装置10を通過し、可動ミラー252で反射した後、ペンタプリズム251を通過して不図示の測光回路に到達し、測光処理が行われる。あるいはレンズ装置10を通って可動ミラー252を透過し、撮像素子201に到達した光を測光する方法でもよい。
S404で焦点検出処理が行われる。カメラ制御部212およびAF信号処理部204は、図1の撮像素子201の焦点検出画素を用いて焦点検出処理を行う。撮像面位相差検出によってデフォーカス情報を取得する処理の詳細については、図7を用いて後述する。
S405でカメラ制御部212は、S404の焦点検出結果に基づき、レンズ制御部106にレンズ駆動量の信号を送信する。レンズ制御部106は送信されたレンズ駆動量の信号に基づいてフォーカスレンズ駆動部105を制御する。フォーカスレンズ駆動部105はフォーカスレンズ103を合焦位置へ移動させる。
S406でカメラ制御部212は、カメラ操作部214のレリーズスイッチの第2スイッチSW2がオン操作されたかどうかを判別する。SW2がオン操作された場合、S407へ処理を進める。SW2がオン操作されるまでS406の処理が繰り返されて待機処理を続ける。
S407でカメラ制御部212は、可動ミラー252を制御してミラーアップ状態とする。S408でカメラ制御部212は、S403での測光結果に基づく絞り値情報をレンズ制御部106へ送信する。レンズ制御部106は絞り駆動部104を制御して、設定された絞り値まで絞り込みが行われる。S409でカメラ制御部212はフォーカルプレーンシャッタ258を再度開く制御を行う。すでにフォーカルプレーンシャッタ258は開いた状態であるため、いったん閉じて撮像素子201を蓄積開始してから再度開く動作が行われる。あるいは、フォーカルプレーンシャッタ258を、S410で閉じる予定の後幕と同じ速度タイミングカーブで制御し、撮像素子201の各ラインをリセット解除して蓄積開始することで、電子的にシャッタを開ける制御を行ってもよい。これは、いわゆる電子先幕シャッタといわれる公知技術である。
S410でカメラ制御部212はフォーカルプレーンシャッタ258を閉じて、次回の動作に備えてフォーカルプレーンシャッタ258のチャージ動作を行う。所定時間が経過した後、S411でカメラ制御部212は画像入力コントローラ203に対して撮像素子201から画像信号を読み出し、静止画を取得する。S412でカメラ制御部212は、キズ補正、現像処理、ホワイトバランス調整、画像圧縮等の各種画像処理を行う。
S413ではカメラ制御部212はレンズ制御部106へ絞りを開放するよう指示する。レンズ制御部106は絞り駆動部104を制御して絞りを開放する。S414でカメラ制御部212は可動ミラー252を駆動制御し、ミラーダウン状態とする。S415で記録媒体制御部207は、読み出された画像信号を記録媒体208へ記録する処理を行う。記録処理の詳細については、図14を用いて後述する。
図5を参照して、図3のS304のライブビュー静止画撮影処理について説明する。
図5のS1402、S1404からS1406の処理は、図4のS402からS405の各処理と同様であり、図5のS1408からS1415の処理は、図4のS408からS415の各処理と同様である。よって、以下では主に相違点を説明する。
S1401でカメラ制御部212は可動ミラー252を駆動制御し、ペンタプリズム251側にアップした状態にする。S1402でフォーカルプレーンシャッタ258が開いて、S1403に進む。S1403でカメラ制御部212は撮像素子201に結像した光像から光電変換された画像信号の画像処理を行う。表示制御部205は表示部206に画像を表示することで、ライブビュー表示が行われる。
S1404での測光結果にしたがい、絞り値、シャッタ速度、撮像素子のセンサゲインを用いて適正露出制御が行われる。S1405の焦点検出処理の詳細については図7を用いて後述する。S1406でレンズ駆動量に基づきフォーカスレンズの駆動制御が行われてS1407に進む。S1407でカメラ制御部212は、レリーズスイッチの第2スイッチSW2がオン操作されたかどうかを判別する。SW2がオン操作された場合、S1408へ移行する。またSW2がオン操作されていない場合、S1403に移行してライブビュー表示を続行する。
S1408でカメラ制御部212は、焦点検出結果による絞り値情報をレンズ制御部106へ送信する。レンズ制御部106は絞り駆動部104を制御し、設定された絞り値まで絞り込みが行われる。そしてS1409からS1415の処理が実行される。S1415の記録処理の詳細については図14を用いて後述する。
次に図6を参照して、図3のS305の動画撮影処理について説明する。
S501でカメラ制御部212は可動ミラー252を駆動制御し、ペンタプリズム251側にアップした状態にする。S502でカメラ制御部212はフォーカルプレーンシャッタ258を開く。これでレンズ装置10を通過した光束は撮像素子201に到達可能な状態となる。
S503でカメラ制御部212は、カメラ操作部214の動画記録スイッチの操作状態を判定する。動画記録スイッチがオン操作された場合、S504に処理を進める。動画記録スイッチがオン操作されていない場合にはライブビュー表示のままで、S503の処理が繰り返されて待機処理を続ける。
S504で動画情報の記録処理が行われる。S505でカメラ制御部212は焦点検出処理を行う。その詳細については図7を用いて後述する。S506ではAF処理が実行され、S505で検出されたデフォーカス量に基づいてフォーカスレンズ103の駆動が行われる。S507でカメラ制御部212は動画記録スイッチの操作状態を判定する。動画記録スイッチがオフ操作された場合、S508へ進み、動画記録スイッチがオフ操作されていない場合にはS504へ戻り、動画記録を続行する。S508ではカメラ制御部212は動画記録を終了し、フォーカルプレーンシャッタ258を閉じる。S509でカメラ制御部212は可動ミラー252を駆動制御し、ミラーダウン状態にする。
図7および図8を参照して、撮像面位相差AF機能を用いた焦点検出について詳細に説明する。図7は、カメラ制御部212およびAF信号処理部204による焦点検出処理の流れを示すフローチャートである。図8は撮像素子201における焦点検出可能な測定位置(測距点)の配置例を示す。図8では撮像素子201で撮像可能な画素部分710にて、複数の枠711を示している。枠711はそれぞれ、撮像面位相差AF機能を用いて焦点検出可能な焦点検出位置を示す。本実施形態ではユーザの利便性を考慮して31枠を例示する。撮像素子201により撮像された画像にしたがって、動画撮影モードでは表示部206の表示画面に動画像が表示される。その際、焦点検出位置を表示する場合には複数の枠711が表示部206の表示画面に合わせて表示される。
図7のS601では、撮影者が任意に設定した焦点検出範囲から像信号を取得する処理が行われる。S602では、取得された像信号の加算処理が行われる。S601およびS602の詳細については図9を用いて後述する。S603では、S602で加算された像信号のシェーディング補正処理が行われる。シェーディング補正処理については図10を用いて後述する。
S604では像信号から相関量が算出される。算出処理の詳細については図12を用いて後述する。S605では、S604で算出された相関量から相関変化量が算出される。S606では、S605で算出された相関変化量からピントずれ量が算出される。S605およびS606の算出処理の詳細については図13を用いて後述する。これらの処理は、焦点検出領域の数だけ行われる。S607で焦点検出領域ごとにピントずれ量をデフォーカス量に変換する処理が行われた後、焦点検出処理を終了する。
図9は、焦点検出処理で取り扱う焦点検出範囲、つまり像信号を取得する領域の一例を表した図である。左右方向をx軸方向とし、上下方向をy軸方向と定義する。図9(A)は撮像素子201の画素アレイ上の焦点検出範囲を示す。画素アレイ1501にて、焦点検出範囲1502を例示する。相関演算に必要なシフト領域1503を併せて示す。領域1504は焦点検出範囲1502で示す領域とシフト領域1503を合わせた領域であり、相関演算を行う為に必要な領域である。x軸方向の座標を図中のp、q、s、tでそれぞれ表す。座標pからqまでの範囲が領域1504を表し、座標sからtまでの範囲が焦点検出範囲1502である。各領域のy軸方向の高さについては、説明をわかりやすくするため、1ライン分とする。領域1511で示すように複数のライン分のエリアについて焦点検出を行う場合には、事前に画素信号を縦方向に加算する処理が行われる(図7:S602)。相関量の加算処理については後述する。
図9(B)は、焦点検出範囲1502を5つに分割した場合を例示する図である。一例として、本実施形態では、分割された焦点検出領域を単位としてピントずれ量を算出し、焦点検出を行うものとして説明する。焦点検出範囲1502を5分割した場合の各焦点検出領域を領域1505から1509で示す。複数の焦点検出領域の中から最も信頼できる領域での焦点検出結果が選択され、当該領域で算出したピントずれ量が用いられる。分割によって、図8の各焦点検出領域に割り当ててもよいし、各分割領域を必要な長さに連結することによって視野長を調整することもできる。
図9(C)は、図9(B)の焦点検出領域1505から1509を連結した場合の、仮の焦点検出領域1510を示す図である。つまり、焦点検出領域1510は、焦点検出領域1505から1509を連結した領域であり、複数の焦点検出領域を連結した領域から算出したピントずれ量が用いられる。
図8で示した焦点検出枠に合わせて焦点検出処理が実行される。例えば、図9(C)に示す領域1511は、図8の左上に示す最初の焦点検出枠711に対応する。なお、焦点検出領域の配置の仕方、領域の大きさ等について、本実施形態の例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
図10を参照して、図9で設定した焦点検出領域から取得した像信号に対するシェーディング補正処理について説明する。図10(A)は画像例を示し、ライン901から画像信号が取り出されるものとする。左右方向をX軸方向とし、上下方向をY軸方向と定義する。図10(B)は、ライン901上でのX座標に対応する輝度分布902を例示する。横軸はX座標を表し、縦軸は輝度を表す。像信号Aと像信号Bとの加算結果を、輝度分布902のグラフで示す。
図10(C)は、像信号Aと像信号Bの輝度分布を例示する。横軸はX座標を表し、縦軸は輝度を表す。マイクロレンズに対応する各画素は、図2で説明したように分割されており、左右の像高によって入射光量が変わる。像信号Aについて輝度分布903Aのグラフで示し、像信号Bについて輝度分布903Bのグラフで示している。このようなシェーディングが発生して輝度分布に影響があると、後述する相関演算の精度が低下する可能性がある。そこでシェーディング補正が行われる。また像信号A、像信号Bを取得した後に、PC等の外部機器で使用する際にも、以下のシェーディング補正を行うことで利用しやすくなる。
図11は、シェーディング補正値がカメラ制御部212にどのように記録されているかを示す図である。図11(A)は像高を3×3に9分割した例を示す。シェーディング補正値は像高によって変わるため像高に応じた分のデータが必要である。つまり、この例では像高1から像高9にて撮像素子201に対応する補正値が各別に保持される。この場合、隣接する像高の間でシェーディング補正値はつながっていることが必要である。
図11(B)は補正値テーブルの構成例を示す。補正値Aは像信号Aに対応し、補正値Bは像信号Bに対応する。つまり、シェーディング補正値は、像信号Aと像信号Bでそれぞれ異なるので、別個に使用する必要がある。また図11(A)で示したように像高によって補正値が変化することから、像高1から像高9にそれぞれ対応する補正値が各別に保持される。さらには、シェーディング補正値は絞り102のF値(絞り値)や、レンズ装置10の射出瞳距離PO値によっても変わるので、その分についてすべて保持しておくことが必要である。レンズ交換式カメラシステムでは、カメラ本体部20に装着されるレンズ装置10に応じてシェーディング補正値が選択される。
具体的には、シェーディング補正値は下記式で表される。
C0:0次の補正定数
Cn:n次の補正係数(n:自然数)
Z:実際の画像に対する補正値
X:画像上のX座標
Z=C0+C1・X (1)
(1)式は補正値を1次式で表しているが、これは例示である。下記の2次式、
Z=C0+C1・X+C2・X^2 (2)
あるいは、さらに高次の式で表してもよく、像高間を滑らかにつなぐことができる。
図11(B)に例示する補正値テーブルに関して分解能は有限であり、詳細な補正情報を保持するほどデータ量が膨大になることに留意すべきである。そこで補間処理等が行われる。像高に関しては滑らかにつなぐことができればよいが、F値、PO値に関しては、中間的なF値、PO値を下記式で補間演算して係数を求めることができる。
F:実際のF値
Fa:テーブルに保持されている、開放側に隣接するF値
Fc:テーブルに保持されている、絞る側に隣接するF値
PO:実際のPO値
POa:テーブルに保持されている、小さい側に隣接するPO値
POb:テーブルに保持されている、大きい側に隣接するPO値
C0a:Fa、POaでの補正値(テーブル値)
C0b:Fa、PObでの補正値(テーブル値)
C0c:Fc、POaでの補正値(テーブル値)
C0d:Fc、PObでの補正値(テーブル値)
とするとき、
Fr=(Fc−F)/(Fc−Fa) (3)
POr=(POb−PO)/(POb−POa) (4)
とおくと、0次の補正定数C0を求める式は、
C0=C0a+Fr・(C0c―C0a)+POr・(C0b−C0a)+Fr・POr・(C0a−C0b−C0c+C0d) (5)
となる。1次の補正係数C1についても同様に計算することができる。
シェーディング補正処理では、図10(C)に示す特性に対して逆変換となるパラメータが用意される。以下では、像中のX座標に関し、像信号A用の補正値をZaと表記し、像信号B用の補正値をZbと表記する。各補正値は下記式で表される。
Za=C0a+C1a・X (6)
Zb=C0b+C1b・X (7)
C0a、C0bはそれぞれ、像信号A用、像信号B用の0次の補正定数である。C1a、C1bはそれぞれ、像信号A用、像信号B用の1次の補正係数である。
図10(D)にグラフ線を例示する。横軸はX座標を表し、縦軸は補正値を表す。グラフ線904Aは補正値Zaを示し、X座標値の増加につれて補正値が増加する。グラフ線904Bは補正値Zbを示し、X座標値の増加につれて補正値が減少する。補正値Zaを図10(C)に示す輝度分布903Aに対して乗算し、また補正値Zbを図10(C)に示す輝度分布903Bに対して乗算する処理が行われる。これにより、像信号Aと像信号Bはいずれも、図10(B)に示す輝度分布902に近い像信号となるように補正される。図10(D)のグラフ線904Aと904Bに例示する補正値のデータは、撮像素子201のフォトセンサの特性に応じて、図11(B)の補正値テーブルとして用意される。工場での個体ごとに調整値として補正値テーブルデータをカメラ本体部20の記憶部に保持してもよい。
図12を参照して、シェーディング補正後の像信号を用いた相関量の算出処理について説明する。図12は、図9で設定された焦点検出領域から取得した後、図10で説明したシェーディング補正を行った後の像信号を例示する。横方向にX座標を示し、縦方向に像信号のレベルを示す。図9と同様に、焦点検出範囲をsからtで表す。pからqで示す範囲は、シフト量を踏まえた焦点検出演算に必要な範囲である。またxからyで示す範囲は、分割された1個分の焦点検出領域を表す。図9と同様に5分割された各焦点検出領域1505から1509を例示する。
図12(A)は、シフト処理前の像信号を表した波形図である。実線1601は像信号Aを表し、破線1602は像信号Bを表す。図12(B)は、図12(A)に示す像信号波形に対し、プラス方向にシフトした場合の図である。また図12(C)は、図12(A)に示す像信号波形に対し、マイナス方向にシフトした場合の図である。相関量を算出する際には、それぞれ矢印の方向に像信号波形(1601、1602参照)を1ビットずつシフトさせる処理が行われ、続いて相関量(CORと記す)が算出される。
まず、像信号Aと像信号Bを1ビットずつシフトしていき、その時の像信号Aと像信号Bとの差分の絶対値の和が算出される。シフト数を整数の変数iで表し、X軸方向の位置変数kを用いて像信号AをA[k]、像信号BをB[k]と表記する。最小シフト数は、図12中の「p−s」であり、最大シフト数は図12中の「q−t」である。またxは焦点検出領域の開始座標であり、yは焦点検出領域の終了座標である。シフト数iでの相関量COR[i]は、下記式(8)によって算出することができる。
Figure 0006469026
さらに、ここで縦方向に加算してもよい。図9では画素信号を縦方向に加算する例について説明した。それ以外の例としてここでは、図9(C)の領域1510について相関量COR[i]が算出された場合を想定する。実際に焦点検出したい領域が領域1511であった場合、ラインごとに相関量COR[i]を算出して、それらを加算する処理が行われる。加算処理後の相関量を用いて以下の処理に移行する。
図13を参照して、相関変化量、ピントずれ量の算出処理を説明する。図13(A)は相関量を例示する波形図である。横方向にシフト数iを示し、縦方向に相関量を示す。グラフ線1701は相関量波形を表し、範囲1702、1703は極値周辺を示している。この中で相関量が小さい方ほど、A像とB像の一致度が高いものとする。具体的には範囲1702の方が、範囲1703よりもA像とB像の一致度が高い。続いて相関変化量(ΔCORと記す)の算出法について説明する。
まず、図13(A)の相関量波形から、1つおきのシフト間隔での相関量の差から相関変化量ΔCORが算出される。シフト数i、最小シフト数「p−s」、最大シフト数「q−t」として、下記式(9)によって相関変化量ΔCOR[i]が算出される。
Figure 0006469026
図13(B)は相関変化量ΔCORを例示する波形図である。横方向にシフト数iを示し、縦方向に相関変化量ΔCORを示す。グラフ線1801は相関変化量波形を表し、範囲1802、1803では相関変化量ΔCORがプラスからマイナスに変化している。相関変化量ΔCORが0となる位置をゼロクロス点と呼ぶ。範囲1802内のゼロクロス点において、A像とB像の一致度が最も高く、その時のシフト量がピントずれ量となる。ゼロクロス点に対応するシフト量は実数値である。
図13(C)は、図13(B)の範囲1802を拡大して示す図であり、グラフ線1901は相関変化量ΔCORを示すグラフ線1801の一部分である。この図を用いて、ピントずれ量(PRDと記す)の算出法について説明する。
ピントずれ量PRDは、整数部分βと小数部分αに分けられる。横軸(i軸)上のk−1での相関変化量をA点で表し、kでの相関変化量をE点で表す。B点はA点から横軸への垂線の足を表す。点Cは線分AEと横軸との交点であり、その横軸上の座標はk−1+αである。点Dは、点Eから、点Aおよび点Bを通る直線への垂線の足を表し、その横軸上の座標はk−1である。小数部分αは、図中の三角形ABCと三角形ADEとの相似関係から、下記式(10)によって算出することができる。
Figure 0006469026
整数部分βは、図13(C)中の点Cから、下記式(11)によって算出できる。
β=k−1 (11)
以上により、αとβの和からピントずれ量PRDが算出される。PRDからレンズ駆動量を算出するには、係数を乗算してデフォーカス量にする必要がある。この係数はカメラシステムやレンズに依存する変換係数であり、既知の方法により決定される。
次に図14を参照して、図4のS415に示す静止画の画像記録処理について説明する。
S801でカメラ制御部212は、現在の画像記録モードを判断する。画像記録モードとして2種類のモードを例示して説明する。第1の記録モードは通常の圧縮された画像信号の記録モードであり、この場合、S802に移行する。S802では、それぞれの画素の像信号Aと像信号Bを加算し、図2に示すベイヤー配列での画像信号として扱い、現像処理、JPEG方式等の圧縮処理が行われて、ファイルに記録する処理が実行される。JPEGは“Joint Photographic Experts Group”の略号である。
一方、第2の記録モードは、画像加工前のRAWデータを記録するRAW記録モードであり、この場合にはS811に進む。記録媒体制御部207はS811で像信号Aの記録処理を行い、S812で像信号Bの記録処理を行う。像信号Aと像信号Bについては現像処理や、不可逆圧縮を行わずにそのまま記録媒体208へファイルとして出力される。図15を参照して具体例を説明する。
図15は、ファイルに保存される像信号の構成を例示する。このファイルは記録媒体制御部207が記録媒体208に書き込むファイルである。図15(A)は像信号Aと像信号B、シェーディング補正の補正値Aと補正値Bを1つのファイルにまとめて保存する例を示す。また図15(B)は像信号Aと像信号Bを第1のファイルに保存し、シェーディング補正の補正値A、補正値Bを第2のファイルに保存する例を示す。
図15(B)の場合、2つのファイルの関連がわかっていないとファイル保存後にPC等で画像処理する際に問題がある。そこで以下の実施例がある。
・例1
以下のように2つのファイル名のベース部分を同一にし、拡張子で区別する方法。
DSC0001.RAW:像信号Aおよび像信号Bの情報を含むファイル
DSC0001.SHD:補正値Aおよび補正値Bの情報を含むファイル
・例2
像信号Aおよび像信号Bを記録した第1のファイルに、補正値Aおよび補正値Bを記録した第2のファイルのファイル名を格納する方法。または、像信号Aおよび像信号Bを記録した第1のファイルのファイル名を、補正値Aおよび補正値Bを記録した第2のファイルに格納する方法。
・例3
像信号Aおよび像信号Bを記録した第1のファイルのファイル名と、補正値Aおよび補正値Bを記録した第2のファイルのファイル名の両方を保持するインデックスファイルを別に記録する方法。インデックスファイルは、例えばDSC0001.RAWとDSC0001.SHDの各ファイル名を含む第3のファイルである。
また図15(D)は、像信号「A+B」と一方の像信号Aを1つのファイルに記録する例を示す。例えば像信号「A+B」がファイルに記録され、次に像信号Aがファイルに記録される。像信号Bは、利用者が必要とする際に事後処理にて像信号「A+B」から像信号Aを減算することで生成可能である。シェーディング補正値については1つのファイルに保存してもよいし、別のファイルに保存してもよい。
図14のS813で記録媒体制御部207は指定された像高の補正値Aの記録処理を行い、S814では指定された像高の補正値Bの記録処理を行う。図15(C)は、図15(A)のファイル構成1や、図15(B)のファイル構成2に記した補正値Aおよび補正値Bの構成を例示する。図15(C)は、図11で説明した補正値テーブルの構成を簡略化して示した図であるため、その詳細については説明を省略する。
S815は、すべての像高の補正値が記録されたか否かの判定処理である。図11(A)の構成であれば、9個分すべての像高の補正値がファイルに記録された場合、S816に処理を進める。まだ記録されていない補正値がある場合には、S813に移行して処理を続行する。
S816は、複数のファイルの記録において、ファイル関係を特定するための記録処理が実行される。この処理は、図15(B)のように、像信号のファイルと補正値のファイルを別のファイルとして記録する場合に実行される。つまり、2つのファイルを関連付けるための情報やファイルを記録する処理が実行された後、静止画の画像記録処理を終了する。
本実施形態では、撮像面位相差AF処理を行う撮像装置において、図14、図15で説明した通り、像信号にシェーディング補正値を付加することにより、撮影時点でしかわからない補正値を取得できる。撮影後にシェーディング補正値を用いて、分割された瞳ごとの画像に対するシェーディング補正を行うことができる。図11(B)に例示する補正値テーブルは必要な補正値のみを含むので、ファイルサイズを小さくすることが可能である。また、瞳分割された画像にそれぞれ対応するシェーディング補正値をファイルに保存する処理が行われる。図10(C)に示す例のように、像信号Aまたは像信号Bでは、片側が暗くなり、単体で画像として用いるには品位が低下する。像信号ごとの補正値を用いたシェーディング補正によって、像信号のみでもシェーディング補正された画像を充分に使用できる。この画像は、ステレオ写真、リフォーカス処理、ゴースト除去処理等で使用可能である。
本実施形態によれば、撮影時しかわからないレンズの絞り、焦点検出位置、射出瞳距離等の設定による補正値を取得して記録し、撮影後に、分割された瞳ごとの画像にシェーディング補正を行うことができる。
10 レンズ装置
20 カメラ本体部
102 絞り
103 フォーカスレンズ
106 レンズ制御部
201 撮像素子
204 AF信号処理部
207 記録媒体制御部
208 記録媒体
212 カメラ制御部

Claims (12)

  1. 複数のマイクロレンズと、各マイクロレンズに第1の光電変換部および第2の光電変換部を含む複数の光電変換部が対応する撮像素子と、
    前記第1の光電変換部の受光量に基づく第1の画像信号と、前記第1の光電変換部の受光量および前記第2の光電変換部の受光量に基づく第2の画像信号と、を生成する生成手段と、
    前記生成手段によって生成された前記第1および第2の画像信号と、前記第1の画像信号を補正するための前記撮像素子固有の第1の補正パラメータと、前記第2の光電変換部の受光量に対応する第3の画像信号を補正するための前記撮像素子固有の第2の補正パラメータと、を関連づけてメモリに記録する記録制御手段と、
    を有することを特徴とする撮像装置。
  2. 前記メモリには、複数の撮像条件に対応して前記第1および第2の補正パラメータがそれぞれ設定されたテーブルが記録されており、
    前記記録制御手段は、
    前記生成手段によって前記第1および第2の画像信号が生成されたとき、前記メモリに記録されたテーブルから、生成された画像信号の得られた撮像条件の前記第1および第2の補正パラメータを選択し、前記第1および第2の画像信号に関連づけて前記メモリに記録することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記記録制御手段は、前記第1および第2の画像信号と、前記第1および第2の補正パラメータを含む1つのファイルを生成し、前記メモリに記録することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
  4. 前記記録制御手段が生成する前記ファイルには前記第3の画像信号を含まないことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
  5. 前記記録制御手段によって前記メモリに記録された前記第1および第2の補正パラメータは、画像信号に基づく画像内の複数の領域についてそれぞれ対応するパラメータが記録されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。
  6. 前記第1の補正パラメータは、前記第1の画像信号におこる前記撮像素子固有の光量低下を補正するためのパラメータであり、前記第2の補正パラメータは、前記第3の画像信号におこる前記撮像素子固有の光量低下を補正するためのパラメータであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。
  7. 前記第1および第2の補正パラメータは、前記第1および第3の画像信号におこるシェーディングを補正するためのパラメータであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。
  8. 前記第1および第2の補正パラメータは、前記撮像素子、前記撮像素子に被写体からの光束を導く光学系の射出瞳距離およびF値に応じて決まることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。
  9. 前記記録制御手段は、前記第2の画像信号を含み、前記第1の画像信号および前記第1および第2の補正パラメータを含まない画像ファイルを生成し、前記メモリに記録するモードをもつことを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
  10. 前記第1および第2の補正パラメータをそれぞれ用いて、前記第1の画像信号および前記第の画像信号をそれぞれ補正する補正手段を有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の撮像装置。
  11. 前記補正手段によって前記第1および第2の補正パラメータを用いて補正された前記第1の画像信号および前記第の画像信号を用いて相関演算により焦点検出を行い、検出結果に基づいて焦点調節を行う制御手段を備えることを特徴とする請求項10に記載の撮像装置。
  12. 複数のマイクロレンズと、各マイクロレンズに複数の光電変換部が対応する撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
    生成手段が、前記複数の光電変換部のうち、第1の光電変換部の受光量に基づく第1の画像信号と、前記複数の光電変換部のうち、前記第1の光電変換部および前記第1の光電変換部と異なる第2の光電変換部の受光量に基づく第2の画像信号とを生成するステップと、
    前記生成手段によって生成された前記第1および第2の画像信号と、前記第1の画像信号を補正するための前記撮像素子固有の第1の補正パラメータと、前記第2の光電変換部の受光量に基づく第3の画像信号を補正するための前記撮像素子固有の第2の補正パラメータと、を関連づけてメモリに記録するステップと、
    を有することを特徴とする制御方法。
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