JP6537288B2 - 焦点調節装置および焦点調節方法 - Google Patents

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Description

本発明は、被写体の中に点光源や高輝度光源が含まれる場合であっても精度よく焦点調節が可能な焦点調節装置および焦点調節方法に関する。
被写体の中に点光源が含まれていると、精度よくAF(Auto Focus)を行うことが困難である。そこで、そのような被写体であっても精度よくAFを行うことができる焦点調節装置が提案されている。例えば、特許文献1には、多分割エリアを設定し、そのエリア内の高輝度画素をカウントし、そのカウント値が一定以上のエリアは点光源被写体と判定し、多分割エリア内で、点光源の存在しないエリアでAFを行う焦点調節装置が提案されている。また、この焦点調節装置においては、パン・チルトといった姿勢変化を検出した場合に、再度、点光源判定からやり直すようにしている。
特開2013−097082号公報
前述の特許文献1における点光源の判定は、輝度の高いエリアの大きさを判定しておらず、黒い被写体の中の白い部分などを点光源として誤判定する恐れがあり、また、画素単位で高輝度エリアを検索するために処理時間がかかってしまう。また、特許文献1では、点光源が存在しないエリアでAFを行っているが、動画においては、点光源が動いている場合があり、またイルミネーション等、点光源の被写体そのものを撮影したい場合のAF精度に問題がある。さらに、特許文献で1は、パン・チルトを検出した場合には、点光源判定をやり直しており、動画におけるAF(以下、動画AF)などでは、頻繁に点光源判定を繰り返すことになり処理負担が大きく、またAFの安定性を損ねる要因にもなる。
このように、点光源被写体や高輝度光源(蛍光灯等の光源被写体)は、コントラストAF(山登りAF)を行う際に偽合焦しやく、苦手被写体の一つである。特に、動画AFにおいて、パンやチルトといったカメラ操作や、被写体の移動によって、被写体が逐次変化するため、光源被写体と非光源被写体がAF動作中に変化する可能性があり、どちらに対しても最適に焦点調節する必要があるが、従来の焦点調節装置は十分ではなかった。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、光源被写体を適切に判定し、光源被写体に対してAF制御の状態遷移を適切に行えるようにした焦点調節装置および焦点調節方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため第1の発明に係る焦点調節装置は、被写体像を撮像する撮像素子の撮像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う焦点調節装置において、上記撮像信号に基づいて点状の光源被写体を判別する点光源判別手段と、上記焦点調節装置の姿勢を検出して姿勢の安定性を判定する姿勢安定性判定手段と、上記撮像信号に基づいて被写体輝度に対応する測光値を出力する測光手段と、上記点光源判別手段の判別結果に基づいて、上記撮像信号を用いた焦点調節動作を行う焦点調節手段と、を具備し、上記点光源判別手段は、点状の光源被写体と判別して、その判別結果を保持している状態で、上記姿勢安定性判定手段の判定結果が不安定を示し、上記測光手段の出力する測光値が低輝度を示さないように変化した場合に、被写体点状光源であるかないかを再度判定する。
第2の発明に係る焦点調節装置は、上記第1の発明において、上記測光手段は、上記撮像信号について、第1の分割エリアと第1の分割エリアより面積の大きい第2の分割エリアを設定する分割エリア設定手段と、上記第1の分割エリアに対応する撮像信号に基づく第1の測光値と、上記第2の分割エリアに対応する撮像信号に基づく第2の測光値を算出する測光値算出手段と、を具備し、上記点光源判別手段は、上記第1の測光値の平均輝度値が所定輝度値よりも低く、かつ上記複数の第1の測光値のうちの最大値と平均値との差が所定値よりも大きく、かつ複数の上記第1の測光値のうちの最大値と最小値に応じて閾値を設定し、上記第2の測光値が上記閾値より低輝度を示している場合に、上記光源被写体が点光源被写体であると判別する。
の発明に係る焦点調節装置は、上記第1の発明において、上記フォーカスレンズを停止させて焦点検出を行う待機状態を有し、上記点光源判別手段は、上記待機状態において、点状の光源被写体と判別している状態で、上記測光手段の出力が低輝度を示さない状態が所定時間以上継続される場合に、点状の光源被写体ではないと判別する。
の発明に係る焦点調節方法は、被写体像を撮像する撮像素子の撮像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う焦点調節装置の焦点調節方法において、上記撮像信号に基づいて点状の光源被写体を判別して、その判別結果を保持し、上記焦点調節装置の姿勢を検出して姿勢の安定性を判定し、上記撮像信号に基づいて被写体輝度に対応する測光値を出力し、上記点光源判別の結果に基づいて、上記撮像信号を用いた焦点調節動作を行い、上記点光源被写体の判別にあたって、点状の光源被写体と判別している状態で、上記姿勢の安定性の判定結果が不安定を示し、上記測光値が低輝度を示さないように変化した場合に、被写体が点状光源であるかないかを再度判定する。
本発明によれば、光源被写体を適切に判定し、光源被写体に対してAF制御の状態遷移を適切に行えるようにした焦点調節装置および焦点調節方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るカメラの主として電気構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、光源被写体の判定の概略を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、細分割測光エリアを示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおいて、粗分割測光エリアを示す図である。 本発明の一実施形態に係るカメラにおける状態遷移図を示し、(a)は被写体状態の状態遷移図であり、(b)はAF制御状態の状態遷移図を示す。 本発明の一実施形態に係るカメラにおける被写体状態の判定動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るカメラにおける光源被写体の判定動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るカメラにおける離脱の判定動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るカメラにおける被写体変化の判定動作を示すフローチャートである。
以下、本発明の一実施形態としてデジタルカメラに適用した例について説明する。このデジタルカメラは、被写体像を撮像する撮像素子の撮像信号に基づいてフォーカスレンズ移動させて焦点調節を行う。また、撮像素子からの撮像信号に基づいて、被写体像を本体の背面に配置した表示部にライブビュー表示する。撮影者はライブビュー表示を観察することにより、構図やシャッタタイミングを決定する。レリーズ操作時には、撮像信号に基づく画像データが記録媒体に記録される。記録媒体に記録された画像データは、再生モードを選択すると、表示部に再生表示することができる。
また、本実施形態においては、動画AF時には光源被写体が点光源であるか、高輝度光源であるか、通常被写体であるか、または不明であるかを判定する。なお、点光源としては夜景などの低輝度下での輝点を判定し、また高輝度光源としては室内の蛍光灯などの高輝度な被写体を判定する。そして、被写体のコントラストと合焦具合に応じて、サーチ状態、wob(ウォブリング、wobbling)状態、待機状態の3種類のAF制御状態のいずれかを選択して焦点調節を行う。なお、wob状態は、フォーカスレンズを光軸方向に、被写界深度内の微小量で前後動させながら、焦点評価値(コントラスト値)の変化によって合焦位置を検出する制御状態をいう。
図1は、本実施形態に係るカメラの主として電気的構成を示すブロック図である。このカメラは、システムコントローラ10、レンズ群21と、絞り22と、シャッタ23と、撮像素子24と、表示素子25と、タッチパネル26と、カメラ操作スイッチ27と、ジャイロセンサ回路28、焦点調整機構31と、絞り駆動回路32、シャッタ駆動機構33と、撮像素子IF回路34と、表示素子駆動回路35と、タッチパネル駆動回路36、フラッシュROM41と、SDRAM42と、記録メディア43とを備える。
レンズ群21は、焦点を調整するためのフォーカスレンズを含み、複数の光学レンズからなる。フォーカスレンズが光軸方向に移動することによって、撮像素子24上に形成される被写体の像のフォーカスが調整される。絞り22は、開口径が変化することによって、レンズ群21を介して撮像素子24に入射する光の量を調整する。レンズ群21及び絞り22等を含む光学系は、撮影装置1の本体に対して着脱可能な交換レンズとして構成されてもよい。
シャッタ23は、撮像素子24の前面に設けられ、被写体光束の通過/遮断を行うことにより、レンズ群21を介した撮像素子24への光の入射を制御する。撮像素子24は、例えばCCD又はCMOSを含む。撮像素子24は、レンズ群21によって形成された被写体像に基づいて、光電変換によって画像信号を作成する。
焦点調整機構31は、システムコントローラ10の制御下で、フォーカスを調整するために、レンズ群21に含まれるフォーカスレンズを光軸方向に移動させる。絞り駆動機構32は、システムコントローラ10の制御下で、絞り22の開口径を駆動する。シャッタ駆動機構33は、システムコントローラ10の制御下で、シャッタ23を駆動する。撮像素子IF回路34は、撮像素子から画像信号を読み取り、デジタル信号に変換した画像データをシステムコントローラ10に出力する。
表示素子25は、例えば液晶ディスプレイを含む。表示素子25は、ライブビュー画像や撮影した画像や操作画面など、各種画像を表示する。タッチパネル26は、表示素子25上に設けられており、ユーザによるタッチ入力を取得する。表示素子駆動回路35は、システムコントローラ10の制御下で、表示素子25による表示動作を制御する。タッチパネル駆動回路36は、システムコントローラ10の制御下で、タッチパネル26によるタッチ入力の取得を制御する。
カメラ操作スイッチ27は、例えばレリーズスイッチや録画ボタンや各種入力を行うための十字キー等を含む。カメラ操作スイッチ27は、ユーザによって操作されると、その操作状態をシステムコントローラ10に伝達する。
ジャイロセンサ回路28は、カメラの姿勢を検出する。ジャイロセンサ回路28は、カメラの姿勢に係る情報をシステムコントローラ10に伝達する。システムコントローラ10(特にCPU11)とジャイロセンサ回路28は、焦点調節装置(カメラ)の姿勢を検出して姿勢の安定性を判定する姿勢判定性判定手段として機能する(例えば、図9のS53、S55等参照)。
フラッシュROM41は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリであり、システムコントローラ10によって用いられ、カメラの動作を制御するためのプログラムコード41aや制御パラメータ41bを記録している。SDRAM42は、電気的に書き換え可能な揮発性メモリであり、システムコントローラ10による演算に用いられる記憶領域であるワークエリア42aが設けられている。記録メディア43は、カメラに対して着脱自在であり、カメラによって撮影された静止画のデータや動画ファイル43aを記録する。
システムコントローラ10は、Central Processing Unit(CPU)11と、AF制御回路12と、AE制御回路13と、画像処理回路14と、顔認識回路15と、動画記録回路16とを含む。なお、AF制御回路12、AE制御回路13、画像処理回路14、顔認識回路15、動画記録回路16等は、例えばApplication Specific Integrated Circuit(ASIC)等によって構成され得る。
CPU11は、フラッシュROM41に記録されたプログラムコード41aや制御パラメータ41bを用いて、各種演算を行う。
AF制御回路12は、オートフォーカス(AF)に係る各種演算を行い、焦点調整機構31等の動作を制御する。すなわち、AF制御回路12は、撮像素子24からの画像データの高周波成分に基づくAF評価値を算出し、このAF評価値がピークとなるように、焦点調節機構31等の動作を制御する。AF制御回路12とCPU11は、点光源判別手段の判別結果に基づいて、撮像信号を用いた焦点調節動作を行う焦点調節手段として機能する。
AE制御回路13は、露出の制御に係る各種演算を行い、絞り駆動機構32やシャッタ駆動機構33等の動作を制御する。すなわち、撮像素子24からの画像データに基づいて、被写体輝度を算出する。この算出した被写体輝度に基づいて、適正露光となる絞り値、シャッタ速度値、ISO感度等を算出し、絞り駆動機構32(絞り値制御)、シャッタ駆動機構33(シャッタ速度制御)、および撮像素子IF回路34(ISO感度)の制御を行う。AE制御回路13は、撮像信号に基づいて被写体輝度に対応する測光値を出力する測光手段として機能する。
また、AE制御回路13は、図2ないし図4を用いて後述する細分割測光エリア毎の輝度値や、粗分割測光エリア毎の輝度値を取得する。そして、細分割測光エリアの最大輝度値、最小輝度値、および平均輝度値を求める。また、粗分割測光エリアの最大輝度値および最小輝度値を求める。なお、細分割測光エリアおよび粗分割測光エリア毎の輝度値は、AE制御回路13以外にも、撮像素子IF回路34や画像処理回路14等において、求めるようしても勿論かまわない。従って、上述の測光手段は、撮像信号について、第1の分割エリア(細分割測光エリア)と第1の分割エリアより面積の大きい第2の分割エリア(粗分割測光エリア)を設定する分割エリア設定手段と、第1の分割エリアに対応する撮像信号に基づく第1の測光値と、第2の分割エリアに対応する撮像信号に基づく第2の測光値を算出する測光値算出手段を有する。
AE制御回路13とCPU11は、撮像信号に基づいて点状の光源被写体を判別する点光源判別手段として機能する(例えば、図7のS21、S23等参照)。この点光源判別手段は、点状の光源被写体と判別している状態で、姿勢安定性判定手段の判定結果が不安定を示し、測光手段の出力する測光値が低輝度を示さない場合に、被写体は点状光源でないと判定する(例えば、図8のS31Y、S33、S41等参照)。点光源判別手段は、第1の測光値と第2の測光値に基づいて、点光源被写体か否かを判別する(例えば、図7のS21参照)。点光源判別手段は、複数の第1の測光値(例えば、細分割測光エリアの測光値)のうちの最大値と最小値に応じて閾値を設定し(例えば、後述する式(2)参照)、第2の測光値(例えば、粗分割測光エリアの測光値)が閾値より低輝度を示す場合に、点光源被写体と判別する(例えば、図7のS21参照)。
また、本実施形態においては、フォーカスレンズを停止させて焦点検出を行い、また被写体変化を監視する待機状態を有しており(例えば、図5(b)を参照)、点光源判別手段は、待機状態において、点状の光源被写体と判別している状態で、測光手段の出力が低輝度を示さない状態が所定時間以上継続される場合に、点状の光源被写体ではないと判別する(例えば、図8のS31Y、S33、S39、S41参照)。
また、AE制御回路13とCPU11は、撮像信号に基づいて、点状の光源ではない光源を判別する非点光源判別手段としての機能を有し、この非点光源判別手段は、複数の第1の測光値のうちの最大値と平均値との差が所定値より大きい場合は(例えば、後述する式(3)を参照)、点状の光源被写体ではないと判別する(例えば、図7のS25、S27参照)。
画像処理回路14は、撮像素子24で生成され、撮像素子IF回路34を介して取得された画像データに対して画像処理を施す。顔認識回路15は、撮像素子24で撮影された被写体に含まれる顔を認識する顔認識処理を行う。動画記録回路16は、撮像素子24で生成され、撮像素子IF回路34を介して取得され、画像処理回路14で画像処理された動画のデータを記録メディア43に記録する。
まず、図2を用いて、本実施形態における光源判定方法の概略について説明する。本実施形態における光源被写体の判定は、多分割された測光エリア(以下、細分割測光エリア(図2(a)(c)(e)参照))とそれよりも大きく分割された測光エリア(以下、粗分割測光エリア(図2(b)(d)(f)参照))を用いて、点光源被写体か、高輝度光源被写体か、それ以外の被写体かの判定を行う。すなわち、図2(a)〜(f)は、撮像素子24によって撮像された被写体像を示し、図2(a)(c)(e)の各矩形のそれぞれは、細分割測光エリアを示し、図2(b)(d)(f)の各矩形のそれぞれは、粗分割測光エリアを示す。
例えば、図2(a)に示すように、細分割測光エリアの1つのエリアAS1が高輝度であり、図2(b)に示すように、細分割測光エリアAS1を含む粗分割測光エリアAL1が高輝度でない場合には、点光源と判定する。同様に、図2(c)に示すように、細分割測光エリアの1つのエリアAS2が高輝度であり、図2(d)に示すように、細分割測光エリアAS2を含む粗分割測光エリアAL2が高輝度でない場合には、点光源と判定する。
一方、図2(e)に示すように、細分割測光エリアの1つのエリアAS3が高輝度であり、図2(f)に示すように、細分割測光エリアAS3を含む粗分割測光エリアAL3が高輝度の場合には、非光源被写体と判定する(点光源でないと判定する)。
図3、4を用いて、多分割測光エリアの配置について説明する。図3は、細分割測光エリアの例を示す。図3において、各矩形が細分割測光エリアであり、細分割測光エリアの分割数が多いほど、より小さい点光源も検出しやすくなる。しかし、ソフトウエアの演算負荷が増えたり、またハードウエアの構成が複雑になる。そこで、これらの状況を勘案して分割数を決めればよい。図3に示す例では、16:9のアスペクト比に対して、18×15で分割している。また、細分割測光エリアは、撮影範囲を全てカバーするような配置が好ましい。
図4は、粗分割測光エリアの配置例を示す。粗分割測光エリアの分割数は、細分割測光エリアの分割よりも粗くするので、分割数は少なくなる。但し、あまり分割が粗いと、ただの白っぽい被写体を光源と判定してしまうので、適当な分割数にする。図4(a)は、3×5で、細分割測光エリアの18倍の大きさとしている。また、図4(b)に示す例では、粗分割測光エリアを、2×4で配置した例である。
また、粗分割測光エリアの配置は、図4(a)(b)に示した例以外にも、例えば、図4(c)に示すように、粗分割測光エリアがオーバーラップするようにしてもよい。図4(c)に示す例では、粗分割測光エリアAL4と粗分割測光エリアAL5のエリアの広さは同じであり、一部がオーバーラップしている。
次に、図5を用いて、状態遷移の概略について説明する。図5(a)は被写体状態の状態遷移図であり、図5(b)はAF制御状態の状態遷移図である。被写体状態の状態遷移と、AF制御状態の状態遷移は、並行して実施される。
動画では、カメラ操作や被写体の動き等により、被写体状態が逐次変化し、この変化する被写体に対して精度よく安定して追従することが動画AFに求められる。そこで、本実施形態においては、点光源や高輝度光源被写体に対して安定してAFを行うために、図5(a)に示すように、4つの状態を想定し、これらの状態の間で遷移し、それぞれの状態で最適な処理を行うようにしている。
各被写体状態の判定については、後述するが、概略、被写体の状態としては、高輝度光源、点光源、通常被写体、不明の4つの状態がある。被写体の状態として、不明または通常被写体にある際に、光源被写体判定の結果、高輝度光源と判定された場合には、状態遷移S1、S2に示すように、高輝度光源に遷移する。また、不明または通常被写体にある際に、光源被写体判定の結果、点光源と判定された場合には、状態遷移S3、S4に示すように、点光源に遷移する。
また、被写体状態として高輝度光源である場合に、高輝度光源被写体変化判定が成立すると、状態遷移S5が示すように、不明に遷移する。被写体状態として高輝度光源である場合に、高輝度光源離脱判定が成立すると、状態遷移S6が示すように、通常被写体に遷移する。
また、被写体状態として点光源である場合に、点光源被写体変化判定が成立すると、状態遷移S7が示すように、不明に遷移する。被写体状態として点光源である場合に、点光源離脱判定が成立すると、状態遷移S8が示すように、通常被写体に遷移する。
また、被写体状態として不明である場合に、不明の状態でNフレームが経過すると、状態遷移S9が示すように、通常被写体に遷移する。
図5(b)は、被写体状態の状態遷移と並行して行われるAF制御状態の状態遷移を示す。AF制御状態としては、サーチ状態、wob状態、待機状態の3種類がある。サーチ状態は、AF評価値のピークを検出するために、無限遠側と至近側の間でフォーカスレンズを移動させる状態である。また、wob状態は、前述したように、フォーカスレンズを光軸方向に、被写界深度内の微小量で前後動させる状態である。待機状態は、サーチもwobのいずれの制御も行わない状態である。
サーチ状態にある場合に、AF評価値に基づいて合焦位置に到達していることを検出した場合には、状態遷移S11に示すように、待機状態になる。また、サーチ状態にある場合に、AF評価値がピーク付近にあることを検出した場合には、状態遷移S12に示すように、wob状態になる。
wob状態にある場合に、AF評価値に基づいて、ピーク位置が遠いことを検出した場合には、状態遷移S13に示すように、サーチ状態になる。wob状態にある場合に、AF評価値に基づいて合焦位置に到達していることを検出した場合には、状態遷移14が示すように、待機状態になる。また、待機状態にある場合に、AF評価値に基づいて変化検出を行うと、状態遷移S15が示すように、wob状態になる。
次に、図6に示すフローチャートを用いて、被写体状態判定の動作について説明する。このフローは、CPU11がフラッシュROM41内のプログラムコード41aに基づいて、カメラ内の各回路や各機構等を制御することにより実行する。なお、図7〜図9に示すフローチャートも同様である。
被写体状態判定の全体フローは、撮像素子24から1フレーム分の画像データを入力すると起動される。起動されると、まず、細分割測光エリアの輝度を取得する(S1)。ここでは、AE制御回路13が、撮像素子24から読み出された画像データに基づいて、図2(a)(c)(e)または図3に示すような細分割測光エリア毎の輝度値を取得する。
細分割測光エリアの輝度を取得すると、次に、粗分割測光エリアの輝度を取得する(S3)。ここでは、AE制御回路13が、撮像素子24から読み出された画像データに基づいて、図2(b)(d)(f)または図4に示すような粗分割測光エリア毎の輝度値を取得する。
粗分割測光エリアの輝度を取得すると、次に、細分割測光エリアの最大・最小・平均輝度を取得する(S5)。ここでは、AE制御回路13またはCPU11が、ステップS1において取得した細分割測光エリアの輝度値に基づいて、最大輝度値、最小輝度値、および平均輝度値を求める。
細分割測光エリアの最大・最小・平均輝度を取得すると、次に、粗分割測光エリアの最大・最小輝度を取得する(S7)。ここでは、AE制御回路13またはCPU11が、ステップS3において取得した粗分割測光エリアの輝度値に基づいて、最大輝度値および最小輝度値を求める。
粗分割測光エリアの最大・最小輝度を取得すると、次に、被写体変化判定を行う(S9)。ここでは、点光源状態や高輝度光源状態の場合に、CPU11が被写体に変化があったか否かを判定する(図5(a)の状態遷移S5、S6参照)。なお、初期状態は不明状態であり、また不明状態の場合には、実質的に、この判定を行わない。この被写体変化判定の詳しい動作については、図9を用いて後述する。
被写体変化判定を行うと、次に、判定が実施可能か否かを判定する(S11)。ここでは、後述するステップS15、S19における判定を行うことが可能かを判定する。ここでは判定は、下記(1)〜(3)の条件のいずれかが成立すれば、実施可能と判定する。
(1)被写体状態が不明である。
(2)被写体状態が通常被写体状態で、且つ一定期間が経過している。
(3)被写体状態が点光源か高輝度光源状態、且つ待機フェーズ、且つ一定期間が経過している。
なお、ここで、一定期間が経過しているとは、被写体状態が設定されていから、予め決められたNフレームの画像データが読み出されている場合をいう。撮像素子24は、所定時間間隔で読み出されている。
ステップS11における判定の結果、判定の実施が可能であれば、次に、通常被写体状態または不明状態であるか否かの判定を行う(S13)。初期状態は不明状態であり、また、後述するステップS15における光源被写体判定において、被写体状態が点光源、高輝度光源、または通常被写体のいずれかが設定される。このステップにおいては、設定されている被写体状態に基づいて判定する。
ステップS13における判定の結果、通常被写体状態または不明状態であった場合には、次に、光源被写体判定を行う(S15)。ここでは、ステップS5、S7において求めた細分割測光エリア内や粗分割測光エリア内の最大・最小輝度値等を用いて、点光源であるか、高輝度光源であるか、通常被写体であるか否かを判定する。この光源被写体判定の詳しい動作については、図7を用いて後述する。
ステップS13における判定の結果、通常被写体状態および不明状態のいずれでもない場合には、次に、待機状態(図5(b)参照)か否かを判定する(S17)。ここでは、AF制御状態に基づいて、判定する。
ステップS17における判定の結果、待機状態であった場合には、離脱判定を行う(S19)。合焦状態となり待機状態に入っている場合に、被写体像の中が点光源でなくなった場合、または高輝度光源でなくなった場合に、この状態が所定時間の間、続くと、点光源状態または高輝度光源状態を離脱し、通常被写体状態に状態遷移する。この離脱判定の詳しい動作については、図8を用いて後述する。
ステップS11における判定の結果、判定が実施可能でない場合、またはステップS17における判定の結果、待機状態でない場合、またはステップS15における光源被写体判定を行うと、またはS17における離脱判定を行うと、被写体状態判定のフローを終了する。そして、撮像素子24から次のフレームの画像データを入力すると、再び、被写体状態の判定を開始する。なお、本実施形態においては、毎フレームごとに、被写体状態の判定を行うようにしているが、数フレーム毎に、被写体状態の判定を行うようにしてもよい。
次に、図7に示すフローチャートを用いて、ステップS15における光源被写体判定について説明する。光源被写体判定のフローに入ると、まず、点光源か否かを判定する(S21)。点光源であるか否かは、下記(11)〜(13)の3つの条件を満たした場合、すなわわち、AND条件を満たすときに、点光源被写体と判定する。
(11) 低輝度時
本実施形態においては、細分割測光エリアの平均輝度が例えばBV0より低いとき低輝度時と判定する。
(12) 面内の輝度差が大きいとき
本実施形態においては、下記式(1)、すなわち、細分割測光エリアの最大輝度(BVmax)から細分割測光エリアの平均輝度(BVave)を減算し、この減算値が2.5段より大きい場合に、面内輝度差が大きいときと判定する。なお、2.5段は例示であり、面内の輝度差が大きいと判定できる値であれば、この値よりも大きくても小さくても良い。
BVmax−BVave>2.5 ・・・(1)
(13) 高輝度のエリアが小さいとき
本実施形態においては、粗分割測光エリア内に光源被写体判定輝度THを超えるエリアがない場合に、高輝度エリアが小さいと判定する。ここで、光源被写体判定輝度THは、下記式(2)より算出する。
TH=BVmin+(BVmax−BVmin)×0.8 ・・・(2)
なお、ここで、BVminは細分割測光エリアの最小輝度値であり、BVmaxは細分割測光エリアの最大輝度値である。
上記(2)式は、最大輝度値BVmaxと最小輝度値BVminの差が大きいほど、光源被写体判定輝度THを低くしている。これによって、細分割測光エリア内でTHを超えたことを検出しやすくし、粗分割測光エリア内でTHを下回ったことを検出し難くしている。逆光時には、輝度差が大きくなる傾向にあり(屋外の明かりや太陽などの輝度値Bvは、点光源の輝度値Bvよりもかなり高くなる)、逆光時に光源被写体判定とならないようにしている。
ステップS21における判定の結果、上述の条件(11)〜(13)の全てを満たす場合には、点光源と判定され、被写体状態=点光源状態とする(S23)。
一方、ステップS21における判定の結果、上述の条件(11)〜(13)の何れかを満たさない場合には、次に、高輝度光源か否かの判定を行う(S25)。高輝度光源であるか否かは、下記(21)および(22)の2つの条件を満たした場合、すなわわち、AND条件を満たすときに、高輝度光源被写体と判定する。
(21) 面内の輝度差が大きいとき
本実施形態においては、下記式(3)、すなわち、細分割測光エリアの最大輝度(BVmax)から細分割測光エリアの平均輝度(BVave)を減算し、この減算値が3.5段より大きい場合に、面内輝度差が大きいときと判定する。なお、3.5段は例示であり、面内の輝度差が大きいと判定できる値であれば、この値よりも大きくても小さくても良いが、上記(1)の判定用の段数(上記例では、2.5)より、大きいほうが好ましい。
BVmax−BVave>3.5 ・・・(3)
(22) 高輝度のエリアが小さいとき
この条件は、上述の(13)の条件と同じであり、粗分割測光エリア内に光源被写体判定輝度THを超えるエリアがない場合に、高輝度エリアが小さいと判定する。ここで、光源被写体判定輝度THは、上記式(2)と同じである。
TH=BVmin+(BVmax−BVmin)×0.8 ・・・(2)
ステップS25における判定の結果、上述の条件(21)および(22)の全てを満たす場合には、高輝度光源と判定され、被写体状態=高輝度光源状態とする(S27)。
一方、ステップS25における判定の結果、上述の条件(21)および(22)の何れかを満たさない場合には、通常被写体状態と判定され、被写体状態=通常被写体状態とする(S29)。
ステップS23、S27、またはS29において、被写体状態を設定すると、元のフローに戻る。
次に、図8に示すフローチャートを用いて、ステップS19(図6参照)における離脱判定について説明する。この離脱判定は、図5(b)に示すAF制御状態が待機状態に入った場合に、一定周期(例えば、撮像素子24から1フレーム分の画像データが読み出されるたび、またはNフレーム毎)で判定する。この離脱判定のフローでは、後述する離脱カウンタがTHa回以上カウントアップしたときに、点光源状態または高輝度光源状態から離脱して通常被写体状態に遷移する。なお、この離脱カウンタは待機状態に入った際に、リセットされる。
離脱判定のフローに入ると、まず、点光源状態か否かを判定する(S31)。点光源状態は、ステップS23において設定されている。このステップでは、現在、点光源状態に設定されているか否かを判定する。
ステップS31における判定の結果、点光源状態であった場合には、次に、点光源におけるカウントアップ条件を満たしているか否かを判定する(S33)。ここでは、低輝度でないという条件が成り立つときに、離脱カウンタをインクリメントする。本実施形態においては、細分割測光エリアの平均輝度(BVave)がBv1以上の場合に低輝度でないと判定する。上述のステップS21の点光源の場合の判定条件(11)より、1段分だけ明るい値にすることにより、ヒステリシスを持たせることができる。
ステップS31における判定の結果、点光源状態でない場合、すなわち高輝度光源状態の場合には、次に、高輝度光源状態におけるカウントアップ条件を満たしているか否かを判定する(S35)。ここでは、面内の輝度差が小さいという条件が成り立つときに、離脱カウンタをインクリメントする。これは、光源被写体判定における高輝度光源被写体の判定条件に上述の(21)に記載の面内の輝度差が大きいという条件があるためである。
本実施形態においては、下記式(4)に示すように、細分割測光エリアの最大輝度(BVmax)から細分割測光エリアの平均輝度(BVave)を減算し、この減算値が2.8段以下の場合に、面内輝度差が小さいと判定する。なお、2.8段は例示であり、面内の輝度差が小さいと判定できる値であれば、この値よりも大きくても小さくても良い。本実施形態においては、上述のステップS25の点光源の場合の判定条件(21)における判定条件より、0.7段(3.5−2.8)暗い値にすることにより、ヒステリシスを持たせている。
BVmax−BVave≦2.8 ・・・(4)
ステップS33またはS35における判定の結果、カウントアップ条件を満たすと、離脱カウンタのカウントアップを行う(S37)。なお、点光源状態の場合と、高輝度光源状態の場合が混合されてカウントアップされることはなく、別個にカウントアップされる。このカウントアップを行うと、または、ステップS33またはS35における判定の結果、カウントアップ条件を満たしていない場合には、カウンタ値が判定値THaを超えたか否かを判定する(S39)。
ステップS39における判定の結果、カウンタ値が判定値THaを超えていた場合には、被写体状態を通常被写体状態に設定する(S41)。点光源状態または高輝度光源状態で待機状態となり、ステップS33またはS35における判定の結果が所定回数、続いた場合には、点光源状態または高輝度光源状態を離脱し、通常被写体状態になったと設定する。
一方、ステップS39における判定の結果、カウンタ値が判定値THaを超えていない場合には、被写体状態をそのままとする(S43)。この結果、被写体状態は、点光源状態または高輝度光源状態が維持される。
ステップS41またはS43において被写体状態を設定すると、元のフローに戻る。
次に、図9に示すフローチャートを用いて、ステップS9(図6参照)における被写体変化判定について説明する。なお、初期状態で被写体変化判定を行う場合には、被写体状態は、「不明」であることから、ステップS51における判定の結果、図9に示すフローを実質的には実行されない(S51:不明)。
被写体状態が点光源や高輝度光源の場合には、S19における離脱判定のみでは、待機フェーズでしか、その状態を離脱することができない。これでは、手持ち撮影等で頻繁にカメラを動かすような場合に、一度、点光源や高輝度光源と判定してしまうと、延々とその状態を継続してしまう。
そこで、パンやチルトを検出し、被写体変化判定の条件を満たした場合には、点光源や高輝度光源を判定した被写体から別の被写体に移ったと想定し、被写体状態を「不明」にする。また、このとき、AF制御状態をwob状態に遷移させ、ウォブリング駆動を開始させる。図9のフローにおいては、被写体変化判定にあたって、点光源状態の場合と高輝度光源状態の場合で、判定内容を変えて行う。
被写体変化判定のフローに入ると、まず、点光源状態か否かを判定する(S51)。点光源状態は、ステップS23において設定されている。このステップでは、現在、点光源状態に設定されているか否かを判定し、点光源状態の場合はS53に移行し、高輝度光源状態の場合はS55に移行する。また通常被写体または不明の場合は、何も実行せずリターンに移行する。
ステップS51における判定の結果、点光源状態の場合には、次に、パンかチルトが大であって、且つ低輝度でないかを判定する(S53)。この判定は、点光源状態の場合に毎フレーム、判定する。このステップでは、ジャイロセンサ回路28からの検知信号に基づいて、カメラが所定量以上に左右に振られたパン、または所定量以上に上下に振られたチルトが有ったか否かを判定する。さらに、輝度値が所定値より低くないかを判定する。この判定では、細分割測光エリアの平均輝度値BVaveがBV1以上の場合に低輝度でないと判定する。
一方、ステップS51における判定の結果、点光源状態でない場合であって、高輝度光源状態の場合には、次に、パンかチルトが大であるか否かを判定する(S55)。高輝度光源状態は、ステップS25において設定されている。この判定は、高輝度光源状態の場合に毎フレーム、判定する。このステップでは、ステップS53と同様に、ジャイロセンサ回路28からの検知信号に基づいて、カメラが所定量以上に左右に振られたパン、または所定量以上に上下に振られたチルトが有ったか否かを判定する。
ステップ53における判定の結果、パン・チルト大、且つ低輝度でなかった場合、またはステップS55における判定の結果、パン・チルト大であった場合には、被写体状態=不明とする(S59)。これらの判定結果がYesの場合には、点光源状態または高輝度光源状態から、被写体状態が変化したことから、被写体状態を「不明」とする。「不明」とされた場合は、前述の図6のステップS9に戻り、ステップS15において、光源被写体判定を行い、点光源状態、高輝度光源状態、または通常被写体状態のいずれかの被写体状態を設定する(図7)。
一方、ステップS53における判定の結果、パン・チルトが大、かつ低輝度でないがNoであった場合には、被写体状態はそのままとし(S57)、同様に、ステップS55における判定の結果、パン・チルトが大がNoであった場合にも、被写体状態はそのままとする(S59)。
ステップS57、S59、S61で被写体状態を設定すると、またはステップS51における判定の結果、被写体状態が「不明」であった場合には、被写体変化判定のフローを終了し、元のフローに戻る。
次に、光源被写体対策処理について説明する。前述した図6ないし図9に示すフローにより、AFを行うにあたって、苦手被写体である点光源や高輝度光源を検出することができる。このような苦手被写体を検出した場合には、下記(31)〜(33)のようなAF制御を行う。下記(31)〜(33)の一部を採用してもよいし、全部を採用してもよい。全ての処理を実行した方がより効果的である。
(31) 点光源用、高輝度光源用のHPP(ハイパスフィルタ)カットオフ周波数係数を設定する。
ハイパスフィルタのカットオフ周波数を、現在設定されている周波数の2倍の周波数を設定する。例えば、ハイパスフィルタがHPF1、HPF2の2種類が設けられている場合には、それぞれ、設定するカットオフ周波数の最大値をクリップするようにしてもよい。
(32) AFエリアサイズを大きくする。
AF制御回路12は、撮像素子24からの画像データの中から所定エリアについてAF評価値を算出し、AF制御を行う。苦手被写体である点光源被写体や高輝度光源被写体の場合には、このエリアの大きさを変更する。
(33) AF評価値に2乗の輝度補正を行う。
すなわち、AF評価値を、下記式(5)によって、補正する。
ここで、
AFval_correct_ilm:光源被写体向けにAfval_rawを補正した値
Afva_raw:AFエリア内のコントラスト評価値を積算した値
Y_nor:AFエリア内の輝度値を正規化する値であり固定値のパラメータ
Y_now:AFエリア内の輝度評価値を積算した値
area_siza_nor:AFエリアの画素数を正規化する値であり、固定値のパラメータ
area_size:AFエリアの画素数
K:補正係数であり、固定値のパラメータ、工場出荷段階で書き込まれる
上記それぞれのHPFカットオフ周波数係数、AFエリアサイズ、輝度補正、補正係数等は、点光源被写体と高輝度光源被写体に対して、それぞれ最適な設定に変更してもよいし、また同一であってもよい。
また、前述した図6ないし図9に示すフローにより、被写体状態が通常被写体状態または不明の場合には、下記の(41)〜(43)のようなAF制御を行う。
(41) 通常のハイパスフィルタのカットオフ周波数係数を設定する。
(42) AFエリアのサイズを元に戻す。
(43) 全エリアのAF評価値の2乗補正を解除する。
以上説明したように、本発明の一実施形態においては、点状の光源被写体と判別している状態で(例えば、図9のS51に点光源状態と判定)、姿勢の安定性の判定結果が不安定を示し、測光値が低輝度を示さない場合に(例えば、図9のS53Y)、被写体は点状光源でないと判定している(例えば、図9のS59)。これにより、夜景を撮影する際などにパンやチルトといった操作をしても、安定して点状光源との判定を継続することができ、光源被写体に対してAF制御の安定性を向上させることができる。
また、本発明の一実施形態においては、撮像素子からの撮像信号について、第1の分割エリア(例えば、細分割測光エリア)と第1の分割エリアより面積の大きい第2の分割エリア(例えば、粗分割測光エリア)を設定し(例えば、図2ないし図4参照)し、第1の分割エリアに対応する撮像信号に基づく第1の測光値と、第2の分割エリアに対応する撮像信号に基づく第2の測光値を算出し(例えば、図6のS1、S3参照)、第1の測光値と第2の測光値に基づいて、点光源被写体か否かを判別している(例えば、図7のS21)。このため、画素単位で高輝度エリアを検索して点光源を判定するのに比べ、より少ない処理時間で点光源被写体を効率良く的確に判定することができる。
また、本発明の一実施形態においては、複数の第1の測光値のうちの最大値と最小値に応じて閾値を設定し、第2の測光値が閾値より低輝度を示す場合に、点光源被写体と判別している(例えば、式(2)、図7のS21)。その撮影シーンの中での面内の最大輝度値と最小輝度値で判定閾値を算出するため、その撮影シーンに最適な閾値で判定することができ、点光源被写体を的確に判定することができる。
また、本発明の一実施形態においては、複数の第1の測光値のうちの最大値と平均値との差が所定値より大きい場合は、点状の光源被写体ではないと判別している(例えば、式(1)、図7のS25等)。このため、点状の光源被写体でない場合も的確に判定することができる。
また、本発明の一実施形態においては、フォーカスレンズを停止させて焦点検出を行う待機状態において(例えば、図5(b)、図6のS17)、点状の光源被写体と判別している状態で(例えば、図8のS31Y)、被写体輝度が低輝度を示さない状態が所定時間以上継続される場合に(例えば、図8のS33、S39Y)、点状の光源被写体ではないと判別している(例えば、図8のS41)。このように所定時間以上の継続を判定するため、待機状態の場合に、点状の光源被写体でなくなった場合に、頻繁に判定が変わることがなく、安定して的確に判定することができる。
なお、本発明の一実施形態においては、点状光源や高輝度光源等の判定にあたって、1つ又は複数の条件で判定しているが、判定条件は、実施形態に記載のものに追加してもよく、また一部を省略してもよい。
また、本発明の一実施形態においては、撮影のための機器として、デジタルカメラを用いて説明したが、カメラとしては、デジタル一眼レフカメラでもコンパクトデジタルカメラでもよく、ビデオカメラ、ムービーカメラのような動画用のカメラでもよく、さらに、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assist)、パーソナルコンピュータ(PC)、タブレット型コンピュータ、ゲーム機器等に内蔵されるカメラでも構わない。いずれにしても、光学像を撮像素子によって光電変換し、この信号に基づいてフォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う機器であれば、本発明を適用することができる。
また、本明細書において説明した技術のうち、主にフローチャートで説明した制御に関しては、プログラムで設定可能であることが多く、記録媒体や記録部に収められる場合もある。この記録媒体、記録部への記録の仕方は、製品出荷時に記録してもよく、配布された記録媒体を利用してもよく、インターネットを介してダウンロードしたものでもよい。
また、特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず」、「次に」等の順番を表現する言葉を用いて説明したとしても、特に説明していない箇所では、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
本発明は、上記実施形態にそのまま限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素の幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
10・・・システムコントローラ、11・・・CPU、12・・・AF制御回路、13・・・AE制御回路、14・・・画像処理回路、15・・・顔認識回路、16・・・動画記録回路、21・・・レンズ群、22・・・絞り、23・・・シャッタ、24・・・撮像素子、25・・・表示素子、26・・・タッチパネル、27・・・カメラ操作スイッチ、28・・・ジャイロ、31・・・焦点調節機構、32・・・絞り駆動機構、33・・・シャッタ駆動機構、34・・・撮像素子IF回路、35・・・表示素子駆動回路、36・・・タッチパネル駆動回路、41・・・フラッシュROM、41a・・・プログラムコード、41b・・・制御パラメータ、42・・・SDRAM、42a…ワークエリア、43・・・記録メディア

Claims (4)

  1. 被写体像を撮像する撮像素子の撮像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う焦点調節装置において、
    上記撮像信号に基づいて点状の光源被写体を判別する点光源判別手段と、
    上記焦点調節装置の姿勢を検出して姿勢の安定性を判定する姿勢安定性判定手段と、
    上記撮像信号に基づいて被写体輝度に対応する測光値を出力する測光手段と、
    上記点光源判別手段の判別結果に基づいて、上記撮像信号を用いた焦点調節動作を行う焦点調節手段と、
    を具備し、
    上記点光源判別手段は、点状の光源被写体と判別して、その判別結果を保持している状態で、上記姿勢安定性判定手段の判定結果が不安定を示し、上記測光手段の出力する測光値が低輝度を示さないように変化した場合に、被写体が点状光源であるかないかを再度判定することを特徴とする焦点調節装置。
  2. 上記測光手段は、
    上記撮像信号について、第1の分割エリアと第1の分割エリアより面積の大きい第2の分割エリアを設定する分割エリア設定手段と、
    上記第1の分割エリアに対応する撮像信号に基づく第1の測光値と、上記第2の分割エリアに対応する撮像信号に基づく第2の測光値を算出する測光値算出手段と、
    を具備し、
    上記点光源判別手段は、上記第1の測光値の平均輝度値が所定輝度値よりも低く、かつ上記複数の第1の測光値のうちの最大値と平均値との差が所定値よりも大きく、かつ複数の上記第1の測光値のうちの最大値と最小値に応じて閾値を設定し、上記第2の測光値が上記閾値より低輝度を示している場合に、上記光源被写体が点光源被写体であると判別することを特徴とする請求項1に記載の焦点調節装置。
  3. 上記フォーカスレンズを停止させて焦点検出を行う待機状態を有し、
    上記点光源判別手段は、上記待機状態において、点状の光源被写体と判別している状態で、上記測光手段の出力が低輝度を示さない状態が所定時間以上継続される場合に、点状の光源被写体ではないと判別することを特徴とする請求項1に記載の焦点調節装置。
  4. 被写体像を撮像する撮像素子の撮像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う焦点調節装置の焦点調節方法において、
    上記撮像信号に基づいて点状の光源被写体を判別して、その判別結果を保持し、
    上記焦点調節装置の姿勢を検出して姿勢の安定性を判定し、
    上記撮像信号に基づいて被写体輝度に対応する測光値を出力し、
    上記点光源判別の結果に基づいて、上記撮像信号を用いた焦点調節動作を行い、
    上記点光源被写体の判別にあたって、点状の光源被写体と判別している状態で、上記姿勢の安定性の判定結果が不安定を示し、上記測光値が低輝度を示さないように変化した場合に、被写体が点状光源であるかないかを再度判定する、
    ことを特徴とする焦点調節方法。
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