JP6552235B2 - 撮像装置、その制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
被写体検出は、CMOSやCCD等からなる撮像素子の情報に基づいて行うものが一般的である。その一方で、近年では、一眼レフカメラにおいて、被写界の輝度を測定するための測光センサにCMOSやCCD等からなる撮像素子を採用し、輝度を測定するためだけでなく、人物の顔等の検出を行うものが製品化されている。検出結果の情報を周知の位相差検出方式の焦点検出手段に送ることで、被写体に対して自動的に撮影レンズの焦点調節が可能となる。
また、測光用レンズの材料はプラスチックが一般的であり、温度変化等で測光センサ面上の結像性能が低下してしまうことがある。
そのため、測光用の光学素子及び測光センサを用いて被写体検出を行う場合、いかにして被写体検出の性能を向上させるかが課題となっている。
実際には撮像素子上の面内で像面湾曲等が発生するため、温度変化が生じていない状態でも、像面内の光軸からの距離(像高)に応じてR,G,Bの各原色信号に対する重み付けを変化させた方が好ましい。
(第1の実施形態)
図1は、実施形態に係る一眼レフカメラ(以下、カメラという)内部の概略構成を示す図である。
101はCPU(中央演算処理装置)であり、本カメラの動作を制御する。
105は撮影レンズ105aを含むレンズユニットであり、撮影被写界光を撮像センサ107上に結像させる。なお、図1では撮影レンズ105aを便宜的に1枚のレンズで表現するが、実際には複数のレンズから成り立っており、レンズを動かすことで焦点位置を調整することができる。106はレンズ制御部であり、CPU101からの指示により、撮影時においてレンズユニット105内の絞りやピント位置の調整等を行う。
117はファインダ視野枠であり、被写体光束の周辺部を遮光することによって撮像センサ107により撮像される領域(撮像領域)を撮影者に視認させるためのものである。114は高分子分散液晶(以降、PN液晶と称する)パネルであり、焦点検出ユニット119による焦点検出動作の状態表示や焦点検出領域を、光学ファインダを覗いている撮影者に知らしめるためのものである。118はファインダ内表示部であり、導光プリズム、ペンタプリズム120、接眼レンズ123を介して、絞り値やシャッタ速度等、カメラの各種撮影情報を撮影者に知らしめるためのものである。
121aは測光用プリズム、121bは測光用レンズ、122は測光用の撮像素子(以下、測光センサという)である。ピント板116に結像された被写界像の光路を測光用プリズム121aにより折り曲げて、該被写界像を測光用レンズ121bにより測光センサ122上に2次結像させる。
このように焦点検出領域が複数ある場合、撮影者が焦点検出領域を選択する方式が2種類ある(いわゆる任意選択と自動選択)。任意選択とは、撮影者が撮影範囲内のピントを合わせたい位置に対応する1つの焦点検出領域を任意に選択するものである。また、自動選択とは、各焦点検出領域の焦点状態の検出結果から所定のアルゴリズムに則り、焦点検出領域が自動的に選択されるものである。自動選択時の焦点検出動作として一般的なものは、各焦点検出領域において算出したデフォーカス量から、各領域の中で最も撮影者側(撮像装置側)に近い被写体や明暗差(コントラスト)が高い被写体にレンズユニット105の焦点位置合わせを行う。この自動選択動作を、通常の自動選択動作と呼ぶ。また、自動選択時の焦点検出動作の一つとして、後述する被写体検出結果に基づき、被写界中に人物がいる場合は、該人物の顔位置に対応する焦点検出領域のデフォーカス量に基づき、レンズユニット105のピント位置合わせを行うものがある。この被写体検出結果に基づく自動選択動作を、被写体検出優先自動選択動作と呼ぶ。
CPU101の内部には、不揮発性メモリであるEEPROM101aが構成される。CPU101には、ROM102、RAM103、データ格納部104、撮像センサ制御部108、画像処理部109、フォーカルプレーンシャッタ113、表示制御部110が接続される。CPU101には、さらに、測光センサ122、レンズ制御部106、焦点検出ユニット119、ピント板検出部132、レリーズSW140、DC/DCコンバータ142が各々接続される。
また、CPU101は、測光センサ122の蓄積時間とゲインコントロールや、R,G,Bの各原色信号から輝度信号や被写体検出用の信号の作成を行う。測光センサ122のアナログ電気信号は、CPU101によってA/D変換が行われ、各々8ビットのデジタル信号となる。CPU101は、測光センサ122から取得した、640×480画素(約30万画素)ベイヤーもしくはストライプ配列されたR,G,B各色のアナログ信号に対して、A/D変換を行ってデジタル信号として、一旦RAM103に保存する。デジタル信号として保存された測光センサ122の出力に基づいて、CPU101は、輝度信号や被写体検出用の信号の作成を行い、後述する被写体検出動作や露出制御動作を行う。
また、CPU101は、レリーズSW140の操作に伴う撮影動作の指示や、各素子への電源の供給をコントロールするための制御信号をDC/DCコンバータ142に対して出力する。
データ格納部104は、CPU101によりJPEG圧縮された撮影画像データ、或いはアプリケーションより参照される各種付属データ等をファイル形式で格納しておくためのフラッシュメモリである。
撮像センサ制御部108は、撮像センサ107に転送クロック信号やシャッタ信号を供給するためのタイミングジェネレータ、センサ出力信号のノイズ除去やゲイン処理を行うための回路を含んでいる。撮像センサ制御部108は、さらに、アナログ信号を10ビットデジタル信号に変換するためのA/D変換回路、CPU101からの解像度変換指示に従って画素間引き処理を行うための回路等を含んでいる。
画像処理部109は、撮像センサ制御部108から出力された10ビットデジタル信号をガンマ変換、色空間変換、ホワイトバランス、AE、フラッシュ補正等の画像処理を行い、YUV(4:2:2)フォーマットの8ビットデジタル信号出力を行う。
電池141は、リチャージャブルの2次電池又は乾電池である。DC/DCコンバータ142は、電池141からの電源供給を受け、昇圧、レギュレーションを行うことにより複数の電源を作り出し、CPU101を初めとする各素子に必要な電圧の電源を供給する。DC/DCコンバータ142は、CPU101からの制御信号により、各々の電圧供給の開始、停止を制御できるようになっている。
測光センサ122は、少なくとも2種以上の波長域に感度を持つものであり、例えば画素ピッチが約6umの横640×縦480画素の高画素のCCDであって、ベイヤーもしくはストライプ配列にR、G、Bの3色のカラーフィルタが画素上に配置される。取得された測光センサ122の出力に対して、YUV変換処理を行うことで、被写界の輝度信号及び色差信号が取得可能であり、露出制御値演算に用いられる。また、取得された測光センサ122の出力に対して、適宜R,G,Bの各原色信号に対する重みを変更して合成することで、被写体検出に用いられる。
測光用レンズ121bは、例えば結像倍率0.15倍のレンズであり、図2に示すように、測光センサ122はファインダ視野枠117より少し内側を観察可能となっている(測光領域125)。測光領域125は、測光時には横20×縦20の粗い分割(1領域は32×24画素となる)で区切り、400画素の低画素のセンサとして用いる。横20×縦20の領域内の測光センサ122のRGBセンサ出力値を測光領域125内で一律に設定された重み付け係数を用いて重み付け演算することで輝度値を算出した後、各々の領域の和や平均値から被写界の輝度の検出が可能となっている。
測光センサ122から得られた横20×縦20分割分の被写界輝度値に対して、主要被写体に適正な露光を行うため、選択された焦点検出領域124を中心とした所定の重み付け演算によって露出制御値が算出される。露出制御動作は、算出された露出制御値に基づいて、レンズユニット105内の不図示の開口絞りの制御値及びフォーカルプレーンシャッタ113のシャッタ速度制御値を設定する。該制御値によって、被写体に対して適正な光量が撮像センサ107に到達し、所望の明るさの写真を撮影することができる。
本実施形態では、被写体検出の対象として、主に人物の顔を検知するものとして説明する。人物の顔を検出する手法としては、目や鼻、口等、顔の特徴部を抽出して顔か否かを判定する手法等、様々なものがあるが、本実施形態では、測光センサ122から得られた被写体検出用の情報から顔の特徴部を抽出し、顔検出を行うものとする。なお、本発明は被写体検出の対象や手法は限定されるものではなく、被写体検出用の情報を用いて被写体検出を行うものであればよい。
図4(a)は、測光用レンズ121bの結像状態を示す図である。図中のFr,Fg,Fbは、測光センサ122が有するR,G,B各色の主波長と対応した波長の光線の各々の結像位置を示す。波長の長さはB<G<Rであり、測光用レンズ121bは波長が短い光線ほど屈折率が高い特徴を有する。そのため、Gの結像位置Fgよりも測光用レンズ121bに近い側にBの結像位置Fbが、測光用レンズ121bから遠い側にRの結像位置Frが存在する(軸上色収差)。
また、中心部のGの結像位置Fgに対して、像高がHだけ離れた周辺部では、Gの結像位置Fgは光軸方向にdだけずれた位置に結像する(像面湾曲)。像高がHだけ離れた周辺部においても、結像位置Fr,Fg,Fbの関係は中心部での関係と同様に、Gの結像位置Fgよりも測光用レンズ121bに近い側にBの結像位置Fbが、測光用レンズ121bから遠い側にRの結像位置Frが存在する。
輝度信号を作成するときには、測光センサ122の有するGの信号に重み付けを行って演算を行うのが一般的である。そこで、測光センサ122の中心部に測光用レンズ121bのGの結像位置Fgが一致するように、測光センサ122と測光用レンズ121bとの位置関係が不図示の保持部材等によって保たれているものとする。
結像状態IPは、各色の結像位置における結像性能に対する割合を示すものである。例えば像高が0の場合、つまり光軸中心では、前述したようにGの結像位置Fgと測光センサ122の中心部が一致するので、IPgが100%となる。そして、像高が高くなるにつれて、IPgが下がっていく。
IPrに関しては、像高0のとき、Rの結像位置Frと測光センサ122の中心部が一致していないため約75%となる。そして、像高が高くなるにつれて、IPrが上がっていき、像高Hでは、Rの結像位置Frと測光センサ122の周辺部がほぼ一致するので、IPrが約100%なる。
IPbに関しては、像高0のとき、IPr同様、約75%となる。そして、IPrと異なり、像高が高くなるにつれて、IPrが下がって行く。
以上が測光用レンズ121bの結像性能と測光センサ122の説明となるが、測光用レンズ121bの結像性能と被写体検出手段の精度の関係については、後に詳細な説明を行う。
まず、図5を参照して、測光用の光学素子及び測光用の撮像素子を用いて被写体検出を行う場合の問題について説明する。図5は、被写界中に人物がいる場合の被写体検出後の自動焦点検出が行われた状態を示し、図5(a)は人物が被写界中央部にいる場合、図5(b)は人物が被写界周辺部にいる場合である。
SW1保持後にCPU101の指示に基づき、測光センサ122が蓄積を開始し、R,G,B各色の信号を所定の比率で演算し、被写体検出用の信号を作成した後に、特徴部を検出することで、被写界中に人物がいるか否かの判定を行う。
ここでは、各色の解像力と被写体検出の精度の説明を行うため、便宜上、Gのみで演算を行うこととする。図4(b)で説明したように、測光センサ122上のGの結像状態IPgは中心部で100%であり、像高が高くなるにつれて、IPgは低下する特徴を有する。そのため、被写体検出を行うための被写体検出用の信号で作成される画像は、中央部で解像力が高く、像高が高くなるにつれて、解像力が低下していく画像となる。
図5(a)に示すように人物が被写界中央部にいる場合、解像力が高い領域で被写体検出が行われるため、人物の検出が可能となり、人物の顔近傍に焦点検出領域124が設定され、人物の顔にピントが合った写真が撮影できることとなる。一方、図5(b)に示すように人物が被写界周辺部にいる場合、解像力が低い領域で被写体検出が行われるため、人物の検出ができず、前述した通常の自動焦点検出動作が行われる。そのため、人物ではなく被写界中のコントラストが高い領域に焦点検出領域124が設定され、人物の顔にピントが合わなくなってしまう。
図6(a)は、図4(b)で説明した測光センサ122上のR,G,B各色の結像状態に基づいて決定される、各像高でのR,G,B各色の重み付け係数Wr,Wg,Wbの例を示す。ここでは、図7に示すように測光領域125を像高0からHを3分割し、像高0、1/3・H、2/3・H、HでのR,G,B各色の重み付け係数Wr,Wg,Wbを示す。各色の重み付け係数は、
Wr=IPr/(IPr+IPg+IPb)
Wg=IPg/(IPr+IPg+IPb)
Wb=IPb/(IPr+IPg+IPb)
で決定されるものとする。なお、重み付け係数の算出方法に限定されるものではない。
CPU101は、測光センサ122の座標と3領域との関係から、どの重み付け係数をかけて被写体検出用の信号を作成するかの選択を行う。像高に応じてR,G,B各色の重み付け係数Wr,Wg,Wbを設定することにより、R,G,B各色の信号の加算比率を変えて、解像力が高い信号により重みが多くかかった被写体検出用の信号の作成が可能となる。これにより、前述した軸上色収差や像面湾曲といった収差を有する測光用レンズ121の結像性能でも、周辺部での被写体検出性能の低下を抑制することができる。
ステップS1で、カメラの不作動状態から不図示の電源スイッチをONにすると撮影動作が開始される。なお、レンズユニット105の焦点検出動作は、自動選択動作が選択されていることとする。
ステップS3で、CPU101の制御下で測光センサ122が蓄積を開始し、取得された測光センサ122のアナログ信号はCPU101によってデジタル信号に変換後、VRAM103に一時的に保存される。
ステップS4で、CPU101の制御下、ステップS3においてVRAM103に保存された測光センサ122のデジタル信号から、被写体検出用の信号の作成が行われる。この際、図6(b)に示すように、像高に応じて設定されたWr、Wg、Wbを重み付け係数が用いられる。そして、作成された被写体検出用の画像から目や鼻、口等、顔の特徴部を抽出して、顔等の被写体検出を行う。
ステップS6で、顔検出優先焦点検出動作が行われる。すなわち、CPU101の制御下、ステップS4において検出した顔の座標が焦点検出ユニット119に送られ、顔近傍に対して焦点検出動作が行われる。
一方、ステップS7で、通常の自動焦点検出動作が行われる。すなわち、CPU101の制御下、焦点検出領域124の各点において算出したデフォーカス量から、各領域の中で最も撮影者側(撮像装置側)に近い被写体や明暗差(コントラスト)が高い被写体に焦点検出動作が行われる。
ステップS9で、CPU101は、レリーズSW140がSW2まで押し込まれたか否かを判定する。SW2がONである場合、ステップS10に進み、CPU101は、シャッタ制御部、絞り駆動部、撮像センサ制御部108に各々信号を送信して、公知の撮影動作を行う。SW2がONでない場合は、ステップS2に戻る。
次に、第2の実施形態を説明する。以下では、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。カメラの構成は第1の実施形態で説明したとおりであり、ここではその説明を省略する。
第1の実施形態では、像高に応じてR,G,Bの各原色信号に対する重み付けを変化させて、被写体検出用の信号を作成するようにした。それに対して、第2の実施形態では、一律の重み付けで、複数の被写体検出用の信号を作成する。
例えば、図6(b)に示すTable.1(像高hが0≦h<1/3・H)の重み付け係数を用いて被写体検出用の画像を作成し、かつ、Table.3(像高hが2/3・H≦h<H)の重み付け係数を用いて被写体検出用の画像を作成する。そして、この2枚の被写体検出用の画像に対して被写体検出動作を行い、被写体検出を行う。Table.1の重み付け係数を用いて作成した被写体検出用の画像は、中央部の解像力が高い画像として取得される。また、Table.3の重み付け係数を用いて作成した被写体検出用の画像は、周辺部の解像力が高い画像として取得される。これにより、中央部と周辺部共に解像力が高い画像で被写体検出を行うことができる。
ステップS1〜S4は、図8のステップS1〜S4と同じである。
ステップS4−1で、CPU101の制御下、ステップS3においてVRAM103に保存された測光センサ122のデジタル信号から、図6(b)に示すTable.1のWr、Wg、Wbを重み付け係数とした被写体検出用の信号の作成が行われる。そして、作成された被写体検出用の画像から目や鼻、口等、顔の特徴部を抽出して、顔等の被写体検出を行う。
ステップS4−2で、CPU101の制御下、ステップS3においてVRAM103に保存された測光センサ122のデジタル信号から、図6(b)に示すTable.3のWr、Wg、Wbを重み付け係数とした被写体検出用の信号の作成が行われる。そして、作成された被写体検出用の画像から目や鼻、口等、顔の特徴部を抽出して、顔等の被写体検出を行う。
ステップS5で、CPU101は、ステップS4−1及びステップS4−2において行われた被写体検出の結果から、顔が検出できたか否かを判定する。顔が検出できた場合はステップS7に進み、顔が検出できなかった場合はステップS8に進む。以降のステップS7〜S10は、図8のステップS7〜S10と同じである。
(その他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
Claims (8)
- 互いに異なる波長の光線に対応する複数のカラーフィルタを備えた第1の撮像素子と、
前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する信号を所定の比率で加算する加算手段と、
前記加算手段から出力された信号を用いて、複数の焦点検出領域で被写体の検出を行う被写体検出手段とを備え、
前記第1の撮像素子の第1の領域における前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する光線の結像位置と、前記第1の撮像素子の第2の領域における前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する光線の結像位置は異なり、前記第1の領域と前記第2の領域とのそれぞれは、前記複数の焦点検出領域のいずれかに対応し、
前記加算手段は、前記第1の撮像素子の前記第1の領域と前記第2の領域で、前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する光線の結像位置に応じて前記所定の比率を変更することを特徴とする撮像装置。 - 前記加算手段は、前記第1の撮像素子の前記第1の領域では、前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する信号のうち、第1のカラーフィルタに対応する信号の比率を他の信号の比率より大きく設定し、前記第1の撮像素子の前記第2の領域では、前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する信号のうち、第2のカラーフィルタに対応する信号の比率を他の信号の比率より大きく設定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記領域は像高で分けられており、
前記第2の領域は前記第1の領域よりも像高が高い領域であり、前記第2のカラーフィルタに対応する光線の波長は、前記第1のカラーフィルタに対応する光線の波長よりも長いことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 - 前記第1の撮像素子とは異なる第2の撮像素子を有し、
前記第1の撮像素子は測光センサであり、前記第2の撮像素子は記録のための画像を出力する撮像センサであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第1の撮像素子に被写界像を導く測光用レンズを有することを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
- 前記加算手段は、前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する信号を、前記第1の撮像素子内で一律となる比率で加算して、被写界の輝度を測定するための信号を出力す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。
- 互いに異なる波長の光線に対応する複数のカラーフィルタを備えた第1の撮像素子を有する撮像装置の制御方法において、
前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する信号を所定の比率で加算する加算工程と、
前記加算工程で出力された信号を用いて、複数の焦点検出領域で被写体の検出を行う被写体検出工程とを備え、
前記第1の撮像素子の第1の領域における前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する光線の結像位置と、前記第1の撮像素子の第2の領域における前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する光線の結像位置は異なり、前記第1の領域と前記第2の領域とのそれぞれは、前記複数の焦点検出領域のいずれかに対応し、
前記加算工程では、前記第1の撮像素子の前記第1の領域と前記第2の領域で、前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する光線の結像位置に応じて前記所定の比率を変更することを特徴とする撮像装置の制御方法。 - 互いに異なる波長の光線に対応する複数のカラーフィルタを備えた第1の撮像素子を有する撮像装置を制御するためのプログラムであって、
前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する信号を所定の比率で加算する加算処理と、
前記加算処理で出力された信号を用いて、複数の焦点検出領域で被写体の検出を行う被写体検出処理とをコンピュータに実行させ、
前記第1の撮像素子の第1の領域における前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する光線の結像位置と、前記第1の撮像素子の第2の領域における前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する光線の結像位置は異なり、前記第1の領域と前記第2の領域とのそれぞれは、前記複数の焦点検出領域のいずれかに対応し、
前記加算処理では、前記第1の撮像素子の前記第1の領域と前記第2の領域で、前記複数のカラーフィルタのそれぞれに対応する光線の結像位置に応じて前記所定の比率を変更することを特徴とするプログラム。
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