JP6516390B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、暗所での逆光シーンでは、照明光が直接映り込んで生じたスポット光等の高輝度(ハイライト)領域と周辺暗部のような低輝度領域との間のコントラスト差分は、本来合焦時に見られる被写体の輪郭成分のコントラスト差分より相対的に高くなる。そのため、特に、被写体からの微分信号成分が比較的少ないシーンにおいて、微分信号をそのままフォーカス信号(AF評価値)に用いると、スポット光の影響を強く受けることとなり、オートフォーカスの正常動作が難しくなる。即ち、照明のスポット光は、合焦位置からずれるほど広がって、輪郭も大きくなり、フォーカス信号を大きくする。
そこで、暗所での逆光シーンにおいて、如何に照明光等による高輝度領域と低輝度領域間の境界からの微分信号と、本来合焦時に見られる被写体の輪郭成分の微分信号とを区別し、AF評価値として加算判定を行うかが課題となる。
本発明の一実施形態に係る撮像装置は、AF評価値算出部に、高輝度領域判定部や帯域判定部を設けることで、照明光等による高輝度領域と低輝度領域間の境界によって形成された輪郭成分(低域のフォーカス微分信号成分)の検出を低減し、フォーカスすべき被写体の輪郭成分(高域のフォーカス微分信号成分)がAF評価値として最大となるような工夫により、フォーカス検波性能の向上が図れるものである。
本発明の一実施形態に係る撮像装置の制御構成について、図1を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。図1に示す撮像装置1は、例えばデジタルビデオカメラである。
本発明の一実施形態に係る撮像装置1は、ズームレンズ10と、フォーカスレンズ20と、絞り機構部30と、撮像素子40と、撮像素子制御部50と、A/D変換部60と、絞り駆動部70と、フォーカスレンズ駆動部80と、ズームレンズ駆動部90と、画像信号処理部100と、AF評価値算出部110と、表示部120と、CPU130と、記憶部140と、画像記録媒体150と、操作部160とから構成されている。
撮像素子40は、ズームレンズ10およびフォーカスレンズ20を介して入力された画像を電気信号(画像信号)に光電変換し、A/D変換部60に出力する。また、撮像素子40は、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の固体撮像素子である。
A/D変換部60は、撮像素子40がCCDの場合、撮像素子40からの画像信号(アナログ画像データ)に相関二重サンプリング処理を施すCDS(Correlated Double Sampling)、自動ゲイン制御を施すAGC(Automatic Gain Control)、A/D変換を施すADC(Analog Digital Conversion)からなる。
AF評価値算出部110は、画像信号処理部100より入力された輝度信号(Y)を基にAF(Automatic Focus)評価値を算出し、算出したAF評価値をCPU130に出力する。なお、詳細については後述する。
フォーカスレンズ駆動部80は、CPU130から供給される制御信号に従って、図示していないパルスモータを駆動して、フォーカスレンズ20を光軸方向に沿って移動させる。フォーカスレンズ駆動部80は、フォーカスレンズ20の位置を検出してCPU130に知らせることができる場合があるが、その絶対精度は低い。
ズームレンズ駆動部80は、CPU130から供給される制御信号に従って、図示していないパルスモータを駆動して、ズームレンズ10を光軸方向に沿って移動させる。
絞り駆動部70は、CPU130から供給される制御信号に従って、絞り機構部30を駆動し、例えば、絞り機構部30の絞り機構を光量に応じて開閉する。
なお、各駆動部70、80、90は、記憶部140よりCPU130にロードされたプログラムによって制御される。
次に、本発明の一実施形態に係る撮像装置1のAF評価値算出部110の制御構成について、図2を参照して説明する。図2は、本発明の一実施形態に係る撮像装置のAF評価値算出部の構成の一例を示すブロック図である。
本発明のAF評価値算出部110は、HPF(High-pass filter)111と、絶対値化処理部112と、高輝度領域判定部115と、帯域判定部116と、時間差分抽出部118と、加算判定部117と、同一フレーム内積分回路114と、フォーカスゲート信号生成部113とから構成されている。
絶対値化処理部112は、微分信号成分の大きさを抽出するため、HPF111から入力された微分信号(dY/dt)を絶対値化し、微分信号値(|dY/dt|)として加算判定部117、帯域判定部116および時間差分抽出部118に出力する。
高輝度領域判定部115は、画像信号処理部100から入力された輝度信号(Y)から、逆光シーンにおける高輝度領域と見なせる画素値の特徴を抽出して、高輝度領域の有無を判定し、高輝度領域情報を帯域判定部116に出力する。例えば、輝度が(飽和レベル付近の)第1所定値以上でかつ(水平方向の)隣接画素との差が第2所定値以下の画素の塊(ブロブ)であって、その周辺の輝度が第3所定値以下である場合に、高輝度領域と判定する。フォーカス移動中は、一度判定した高輝度領域を記憶し、記憶した領域周辺で第1所定値を少しずつ下げることで、非合焦に移動しても高輝度領域の検出を維持できるようにするとよい。
高輝度領域判定部115は、より多くのスポット光を高輝度領域として検出することが望ましいが、高輝度領域にスポット光以外のもの(被写体)が多少含まれても問題ない。また、現在の処理フレームでリアルタイムに高輝度領域を判定できない場合は、1つ前のフレームに基づく判定結果を出力してもよい。
時間差分抽出部118は、絶対値化処理部112から入力された微分信号値を1フレーム分記憶するメモリを有し、微分信号値のフレーム間の時間的変化量を抽出し、加算判定部117に出力する。この時間的変化量は、各高輝度領域の輪郭においてのみ抽出できれば十分であり、メモリは各高輝度領域付近のみを記録するようにしてもよい。
フォーカスゲート信号生成部113は、フォーカス検波エリアを示すフォーカスゲート信号を生成し、同一フレーム内積分回路114に出力する。
加算判定部117は、帯域判定部116からの帯域判定情報に基づいて、絶対値化処理部112から入力された微分信号値に対して、被写体に由来する高域の微分信号値は加算し、ハイライト領域の輪郭に由来する低域の微分信号値は加算しないよう制御する。
同一フレーム内積分回路114は、フォーカスゲート信号生成部113から入力されたフォーカスゲート信号に基づいて、加算判定部117から入力された同一フレーム内の微分信号値を積分し、フレーム期間毎にAF評価値としてCPU130に出力する。
次に、AF評価値算出部110の動作について、図2および図3を参照して説明する。
図3は、フォーカスレンズを所定のスピードで動かしながら暗所逆光シーンを撮像したときの画像例である。
図3(a)は撮像装置1が合焦時に暗所逆光シーンを撮像した画像500であって、501は照明光による高輝度領域を、502はフォーカスすべき所定の被写体を示している。図3(b)は図3(a)の画像500をHPF処理した微分画像510であって、511は照明光による高輝度領域と低輝度領域の境界により形成された輪郭成分を、512はフォーカスすべき所定の被写体502により形成された輪郭成分を示している。ここで、照明光と被写体は、撮像装置1からほぼ同じ距離に存在しているものとする。
また、図3(c)は撮像装置1が非合焦時に暗所逆光シーンを撮像した画像520であって、521は照明光による高輝度領域を示しており、図3(d)は図3(c)の画像520をHPF111により時間微分した画像530であって、531は照明光による高輝度領域と低輝度領域の境界により形成された輪郭成分を示している。
また、図3(e)は図3(c)よりも合焦位置から更に離れた非合焦時に暗所逆光シーンを撮像した画像540であって、541は照明光による高輝度領域を示しており、図3(f)は図3(e)の画像540をHPF111により時間微分した画像550であって、551は照明光による高輝度領域と低輝度領域の境界により形成された輪郭成分を示している。
このとき、CPU130にてフォーカスレンズ20のフォーカス位置情報の時間的変化量を検出すると同時に、照明光による高輝度領域と低輝度領域の境界により形成された輪郭成分の時間的変化量を検出すれば、両者の差分の相関関係から(単調増加である場合)暗所逆光シーンであると推定することができると考えられる。時間差分抽出部118がこれに係る処理を行う。
次に、本発明の一実施形態に係る撮像装置1のAF評価値算出部110での信号処理について、図4を参照して説明する。図4は、本発明の一実施形態に係る撮像装置のAF評価値算出部での信号処理を示すフローチャートである。
フォーカス検波エリア(1フレーム)において、1画素毎に輝度信号(Y)の画素値が最大値に到達しているか否かの判定を行い(ステップS101)、画素値が最大値に到達している場合(YES)、処理をステップS102に進め、画素値が最大値に到達していない場合(NO)、処理をステップS105に進める。
次に、ステップS101で輝度信号の画素値が最大値に到達している場合には、最大画素値の画素に隣接する画素の画素値も最大画素値であるか(画素値の差分が零)、つまり、最大画素値が連続しているか否かの判定を行い(ステップS102)、該当していれば(YES)、暗所逆光シーンでの照明光による高輝度領域の特徴として抽出する。
通常の自動露光制御では、オートフォーカス検出対象となっている画素領域における輝度信号の画素値の積算値は適正値(適正な映像出力レベル)に設定されていることが多いため、最大画素値(明部・高輝度領域)と検出画素全体の加算平均値との間に一定の差が生じることから、両者の画素値を比較し、画素値の差分が一定以上か否かを判定し(ステップS103)、該当する場合、高輝度領域と低輝度領域が併存していることになり、逆光シーンでの照明光による高輝度領域と周辺暗部の低輝度領域が存在する輝度分布であるものと判断する。
つまり、“フォーカス位置が合焦点から非合焦点に移動しているとき、低輝度領域側のフォーカス微分信号値の変化量が常に正(単調増加)である”の判断は、フォーカス位置のピーク位置(合焦位置)情報とフォーカス位置の変化量情報から、合焦位置に接近しているか、または合焦位置から遠ざかっているかの判断を行う。
なお、ピーク位置(合焦位置)情報の取得手段については、AF実行前に高輝度領域側のフォーカス微分信号値のフレーム内積分値がピークとなるときにフォーカス位置情報として一度CPU130側に記録させておく。
更に、帯域判定部116にて低輝度領域寄りであると判定された場合(ステップS106)、当該フォーカス微分信号値はAF評価値としては無効な値として扱い加算対象から除外する(ステップS107)。一方、該当しない場合は、従来通り、フォーカス検波エリア内であれば、AF評価値として加算した後(ステップS105)、同一フレーム内積分回路114で同一フレーム内のフォーカス微分信号値を積分し、フレーム期間毎にAF評価値としてCPU130に出力される(ステップS108)。
なお、上記したように、CPU130では、フォーカスレンズ20の位置を所定のAFサンプリング範囲内で変化させ、1フレーム毎に、AF評価値算出部110から入力されたAF評価値をフォーカスレンズ位置情報と共に記憶し、記憶したAF評価値の中から、最大AF評価値検出手段130aで検出した最大AF評価値を合焦点とみなして、フォーカスレンズ駆動部80を介して合焦時のフォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ20を移動させる。
Claims (3)
- フォーカスレンズにより結像された被写体像を撮像素子にて光電変換し、得られた画像信号に含まれる輝度信号の高周波数成分を取得し、取得した輝度信号を時間微分して生成したフォーカス微分信号からフォーカス微分信号値を求め、当該フォーカス微分信号値を1フレーム期間内で積分してAF評価値を算出するAF評価値算出部と、当該AF評価値算出部から入力されたAF評価値を基にして、当該AF評価値が最大となるよう前記フォーカスレンズの位置を動作制御する制御部とを備えた撮像装置において、
前記AF評価値算出部は、
各画素値の特徴を抽出し、暗所での逆光シーンか否かを判断する高輝度領域判定部と、
被写体の輪郭成分の帯域判定を行う帯域判定部と、を有し、
前記帯域判定部では、前記高輝度領域判定部が暗所での逆光シーンと判断した場合に、逆光による高輝度領域と低輝度領域の境界により形成された輪郭成分での低輝度領域側のフォーカス微分信号値を前記積分の対象から除外し、フォーカスすべき被写体の輪郭成分での高輝度領域側のフォーカス微分信号値のみを前記積分の対象として前記AF評価値を算出することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置において、前記高輝度領域判定部は、前記フォーカスレンズの位置情報の時間的変化量と、前記逆光による高輝度領域と低輝度領域の境界により形成された輪郭成分の時間的変化量との差分の相関関係に基づいて、暗所での逆光シーンか否かを判断することを特徴とする撮像装置。
- 請求項1または2に記載の撮像装置において、前記制御部は、前記AF評価値算出部から入力された前記AF評価値を前記フォーカスレンズの位置情報と合わせて記憶する記憶部を有することを特徴とする撮像装置。
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