JPWO2012073779A1 - 携帯端末、画像処理方法およびプログラム - Google Patents

携帯端末、画像処理方法およびプログラム Download PDF

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Abstract

本発明の携帯端末は、レンズを光軸方向に対して前後に移動させて被写体を撮影し、画角の異なる複数の画像を出力するカメラ部(11)と、カメラ部(11)から出力される複数の画像を記憶する記憶部(12)と、記憶部(12)が記憶する複数の画像について、いずれか1つの画像に画角が一致するように他の画像を補正する画角補正部(13)と、上記1つの画像および画角補正部(13)で補正された他の画像を出力する表示部(14)と、を有する。

Description

本発明は、カメラを有する携帯端末、画像処理方法、およびその方法を携帯端末に実行させるためのプログラムに関する。
特異点となる被写体に連続的にフォーカスを合わせ続けるコンティニュアス・オートフォーカス(以下では、AF−Cと表記する)という機能を備えたカメラが知られている。通常、デジタルカメラには、液晶パネルなどの表示部が設けられている。このようなデジタルカメラにAF−Cを実行させれば、撮影者は、表示部に出力される画像を見ることで、被写体を変えた場合や被写体が動いた場合にフォーカスが合っていることを確認できる。
AF−Cの動作は、大別すると、微小運動と合焦位置探索の2つのモードからなる。微小運動モードは、レンズを現在の位置を基準にして光軸方向の前後に微小に移動させながら撮影するものである。合焦位置探索モードは、微小運動によって撮影された複数の画像を解析することによりフォーカスが合っていないと判定された場合、フォーカスが合う位置にレンズを移動させるものである。
上記のデジタルカメラにAF−Cを実行させると、被写体の位置がレンズの光軸方向に対してほとんど変わっていない場合でも、合焦位置探索の必要があるか否かを判定するために、カメラは微小運動を行う。この場合、微小運動により光路が変化し、表示部に出力される画像の画角が変化する。その結果、表示部の画面には被写体が前後に揺れる動きが表示され、被写体が小さくなったり、大きくなったりする。そのため、画面を見ている撮影者に不快感を生じさせることになる。
レンズの移動に伴う画角変化を補正する方法の例が、特開平10−282396号公報(以下では、特許文献1と称する)および特開2008−160622号公報(以下では、特許文献2と称する)に開示されている。特許文献1には、複数枚のレンズとこれらのレンズの位置を検出する位置検出器とを備え、複数枚のレンズを個別に制御することで、画角の変化をなくすことを可能にしたレンズ駆動制御装置が開示されている。また、特許文献2には、複数枚のレンズとこれらのレンズの位置を検出する位置検出部とを備え、複数枚のレンズを個別に制御することで、出力画像の画角変動を抑制可能にした撮像装置が開示されている。
特許文献1に開示されたレンズ駆動制御装置はTV放送用カメラを対象としており、撮影することを主目的としたカメラに適用されるものである。また、特許文献1および特許文献2に開示された技術では、複数枚のレンズを個別に制御する構成と、各レンズの位置を検出するための位置検出部を必要とする構成である。
上述の特許文献に開示された技術を、小型化が要求される、携帯機器に搭載されるカメラにそのまま適用することは困難である。近年の携帯電話向けカメラなど、携帯機器に搭載されるカメラには、複数枚のレンズが設けられているものもあるが、小型化を図るため、複数枚のレンズを一緒に移動させる制御を行っており、複数枚のレンズを個別に制御する構成は設けられていない。
本発明の目的の一つは、上述したような技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、AF−Cが実行されていても、表示される画像の画角変化を抑制した携帯端末、画像処理方法、およびその方法を携帯端末に実行させるためのプログラムを提供することである。
本発明の一側面の携帯端末は、レンズを光軸方向に対して前後に移動させて被写体を撮影し、画角の異なる複数の画像を出力するカメラ部と、カメラ部から出力される複数の画像を記憶する記憶部と、記憶部が記憶する複数の画像について、いずれか1つの画像に画角が一致するように他の画像を補正する画角補正部と、その1つの画像および画角補正部で補正された他の画像を出力する表示部と、を有する構成である。
また、本発明の画像処理方法は、レンズを含むカメラ部、記憶部、表示部、および制御部を有する携帯端末の制御部による画像処理方法であって、制御部は、カメラ部にレンズを光軸方向に対して前後に移動させて被写体を撮影させ、画角の異なる複数の画像を出力させ、制御部は、カメラ部から出力される複数の画像を記憶部に格納し、制御部は、記憶部に格納された複数の画像について、いずれか1つの画像に画角が一致するように他の画像を補正し、制御部は、その1つの画像および画角補正部で補正された他の画像を表示部に出力させるものである。
さらに、本発明のプログラムは、レンズを含むカメラ部、記憶部、表示部、および制御部を有する携帯端末の制御部に実行させるためのプログラムであって、カメラ部にレンズを光軸方向に対して前後に移動させて被写体を撮影させ、画角の異なる複数の画像を出力させ、カメラ部から出力される複数の画像を記憶部に格納し、記憶部に格納された複数の画像について、いずれか1つの画像に画角が一致するように他の画像を補正し、その1つの画像および画角補正部で補正された他の画像を表示部に出力させる処理を制御部に実行させるものである。
図1は本実施形態の携帯端末の一構成例を示すブロック図である。 図2は図1に示すカメラ部の一構成例を示すブロック図である。 図3は本実施形態の携帯端末の動作を示すフローチャートである。 図4Aは微小運動モードによって取得した画像と撮影時のレンズ位置との関係を説明するための図である。 図4Bは微小運動モードによって取得した画像の一例を示す図である。 図5は画角とレンズ位置との関係を示すグラフの一例を示す図である。 図6は図4Bに示した3つの画像を対象とする画角補正方法を説明するための図である。 図7は図3に示したステップ201の処理における画角補正方法の手順を示すフローチャートである。
本実施形態の携帯端末の構成を説明する。本実施形態では、本発明に関連する部分の構成を詳細に説明し、携帯電話の機能に関連する構成についての詳細な説明を省略する。
図1は本実施形態の携帯端末の一構成例を示すブロック図である。図2は図1に示すカメラ部の一構成例を示すブロック図である。
図1に示すように、本実施形態の携帯端末は、カメラ部11と、カメラ部11から出力される画像を記憶する画像メモリ部12と、画像メモリ部12が記憶する画像を出力する表示部14と、各部を制御する制御部16とを有する。制御部16は、カメラ部11の撮影による画像の画角を補正する画角補正部13と、カメラ部11の撮影による画像からフォーカスが合っているか否かを判定するフォーカス判定部15とを有する。以下に、各構成を詳細に説明する。
制御部16には、プログラムにしたがって処理を実行するCPU(Central Processing Unit)(不図示)と、プログラムを格納するためのメモリ(不図示)とが設けられている。プログラムには、フォーカスが合っているか否かを判定するための閾値が予め記述されている。CPUがプログラムを実行することで、画角補正部13およびフォーカス判定部15が携帯端末に仮想的に構成される。
図2に示すように、カメラ部11は、レンズ111と、レンズ111を光軸方向に移動させる駆動部112と、レンズ111を介して投写された画像を電気信号に変換する撮像素子113と、撮像素子113から出力される電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するA/D変換部114とを有する。図2には、凸型のレンズ111を1つ表示しているが、レンズ111は1つに限らず、複数枚のレンズが設けられていてもよく、また、レンズのタイプは凸型に限らない。
撮像素子113は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)、またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサである。A/D変換部114は、撮像素子113から受信する画像データをデジタル信号に変換して制御部16に送信する。
画像メモリ部12は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)およびSRAM(Static RAM)などの揮発性メモリであってもよく、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリであってもよい。画像メモリ部12は、カメラ部11で撮像された画像のデータおよび制御部16で補正された画像のデータを記憶する。表示部14は、制御部16から受け取る画像を出力する。
制御部16のフォーカス判定部15は、AF−Cを実行する旨の指示が入力されると、微小運動モードを一定時間毎にカメラ部11に実行させる。具体的には、フォーカス判定部15は、レンズ111を光軸方向に対して前後に移動させる旨の制御信号を駆動部112に送信し、A/D変換部114から受信する複数の画像データを画像メモリ部12に格納する。
また、フォーカス判定部15は、画像メモリ部12に格納された複数の画像データによる複数の画像について、コントラストの変化量が上記の閾値を越えているか否かを判定する。そして、フォーカス判定部15は、コントラストの変化量が閾値を越えている場合、レンズ111が合焦位置にないと判定し、コントラストの変化量が閾値以下である場合、レンズ111が合焦位置にあると判定する。フォーカス判定部15は、レンズ111が合焦位置にないと判定した場合、複数の画像のコントラストに基づいて、画像のコントラストが最大になる、レンズ111の位置を新たな合焦位置に決定し、合焦位置探索モードを実行する。具体的には、フォーカス判定部15は、決定した合焦位置にレンズ111を移動させる旨の制御信号を駆動部112に送信する。
コントラストの変化量の比較を、画像のどの部分で行うかは、予めプログラムに記述されている。コントラストの比較対象になる部分として、例えば、画像の中心付近であって予め決められた範囲であってもよく、画像を瞬時に解析することで人の顔を検出し、検出した顔を含む領域であってもよい。
また、比較対象となる「コントラスト」の値は、図2に示した撮像素子113の全ての画素で検出されるコントラストの値そのものではなく、比較対象として特定された領域において、隣同士の画素のコントラスト値の差を求め、その差の合計値としてもよい。これは、フォーカスが合っていると、隣同士の画素のコントラスト値の差が大きくなる傾向にあるという特性に基づいている。
フォーカス判定部15が駆動部112にレンズ111を合焦位置に移動させるための指示方法として、様々な方法が考えられる。ここでは、2つの方法を説明する。
2つの方法のうち、1つ目の方法を説明する。レンズ111を所定の距離だけ駆動部112に移動させる信号となるパルスの数とレンズ111の移動距離との関係を示す表が制御部16内のメモリ(不図示)に予め格納されている。フォーカス判定部15は、最後に駆動部112を動作させたときに駆動部112に送信したパルスの数の情報から、レンズ111の現在の位置を特定する。そして、フォーカス判定部15は、現在の位置と合焦位置との差分を算出し、その差分に相当するパルス数を上記の表から求め、その数のパルスを駆動部112に送信する。
続いて、2つ目の方法を説明する。微小運動モードの際、フォーカス判定部15は、レンズ111の位置を示す信号である位置信号を駆動部112から受信し、その位置信号と撮影された複数の画像のコントラストとに基づいて、位置信号に対するコントラストの変化を示すグラフを作成し、そのグラフを制御部16内のメモリ(不図示)に格納しておく。そして、フォーカス判定部15は、上記のグラフからコントラストが最大になるときの位置信号を求め、その位置信号とレンズ111を移動させる旨の指示とを含む制御信号を駆動部112に送信する。
次に、図1に示した画角補正部13の構成を説明する。画角補正部13は、A/D変換部114から複数の画像データが画像メモリ部12に新たに格納されると、複数の画像データによる複数の画像について、いずれか1つの画像に画角が一致するように他の画像を補正する。そして、画角補正部13は、基準となる1つ画像、および補正後の他の画像を表示部14に送信する。画角補正の際に基準となる1つの画像を、以下では、基本画像と称する。画角補正部13による、画像の補正方法の一例を、後で詳細に説明する。
なお、本実施形態では、CPUがプログラムを実行することで、画角補正部13およびフォーカス判定部15が携帯端末に仮想的に構成される場合で説明したが、画角補正部13およびフォーカス判定部15のそれぞれが、または、これらのうちの一部の機能が、ゲートアレイのような専用の集積回路で構成されていてもよい。
次に、本実施形態の携帯端末の動作を説明する。図3は本実施形態の携帯端末の動作を示すフローチャートである。
撮影者が携帯端末のカメラ部11を被写体に向け、携帯端末を操作して撮影準備の指示を携帯端末に入力すると、携帯端末は、カメラ部11を起動し、続いて、被写体にフォーカスが合っているか否かを判定するために、レンズ111を光軸方向に前後に動かしながら撮影する微小運動モードを実行する。そして、携帯端末は、微小運動モードでの撮影による画像の画角を補正して表示部14に出力する(ステップ201)。
ここで、微小運動モードによる画像の具体例を説明する。図4Aおよび図4Bは、微小運動モードによって取得した画像と撮影時のレンズ位置との関係を説明するための図である。図4Aは光軸方向に対するレンズの位置を示すグラフであり、図4Bはレンズ位置X1〜X3のそれぞれの位置で撮影されたときの画像を示す。図4AのJPは合焦位置を示す。
図4Aおよび図4Bを参照すると、レンズ位置X1で撮影されたときの画像の画角は、合焦位置よりもINF側のレンズ位置X2で撮影されたときの画像の画角よりも狭い。また、レンズ位置X1で撮影されたときの画像の画角は、合焦位置よりもマクロ側のレンズ位置X3で撮影されたときの画像の画角よりも広い。このように、一般的には、レンズ位置がマクロ側よりもINF側または無限遠(∞)側ほど画角は広くなる。画角とレンズ位置との関係を示すグラフの一例を図5に示す。図5に示すグラフの縦軸は画角の広さを示し、横軸はレンズ位置を示す。図5から、レンズ位置がINF側ほど、画角が広くなるのがわかる。
以下では、携帯端末によって、微小運動モードで取得した画像が図4Bに示す3つの画像であるものとして、図6および図7を参照して説明する。図6は図4Bに示した3つの画像を対象とする画角補正方法を説明するための図である。図7は図3に示したステップ201の処理における画角補正方法の手順を示すフローチャートである。
携帯端末は、微小運動モードにより、レンズ111を光軸方向に前後に移動させながら被写体を撮影し、画角の異なる3つの画像を取得する(ステップ211)。続いて、携帯端末は、3つの画像を画像メモリ部12に格納した後(ステップ212)、それら3つの画像のうち、画角が最も狭い画像を基本画像に特定する。図4Bに示した3つの画像のうち、レンズ位置X3で撮影されたときの画像(図6に示す画像A)が基本画像となる。
続いて、携帯端末の画角補正部13は、画像Aに画角が一致するように、他の画像を補正する(ステップ213)。具体的には、画角補正部13は、レンズ位置X1で撮影されたときの画像から、画像Aに画角が一致する領域をクリッピングし、その領域を画像Aの大きさに拡大したものを画像Bとする。図6において、一点鎖線で囲まれた範囲はクリッピング部分を示している。また、画角補正部13は、レンズ位置X2で撮影されたときの画像から、画像Aに画角が一致する領域をクリッピングし、その領域を画像Aの大きさに拡大したものを画像Cとする。
携帯端末は、画角が最も狭い画像を基本画像に特定することで、ステップ213の処理において、レンズ位置X1およびX2で撮影されたときの画像のそれぞれをクリッピングした後、画像Aの大きさに合わせる際、クリッピングした領域を画像Aの大きさに拡大するだけで済むという利点がある。
ステップ213の後、画角補正部13は、画像A、画像Bおよび画像Cを順次表示部14に送信し、これらの画像を順に表示部14に出力させる(ステップ214)。
一定時間毎に微小運動モードを行う度に、レンズ111が光軸方向に前後に移動しても、その度に図3および図7を参照して説明した画像処理を行うことで、複数の画像が連続して表示部14で表示されても、いずれの画像も画角が一致しているため、被写体が大きくなったり、小さくなったりすることがなく、撮影者に不快感を生じさせない。
次に、図3に示すステップ202において、携帯端末は、フォーカスが合っているか否かを判定するために、画像メモリ部12に格納された3つの画像データから、3つの画像のコントラストの変化量が閾値を越えているか否かを判定する(ステップ202)。ステップ202の判定の結果、コントラストの変化量が閾値を越えている場合、携帯端末は、レンズ111が合焦位置にないと判定する。そして、携帯端末は、3つの画像のコントラストに基づく、画像のコントラストとレンズ位置との関係から、コントラストが最大になるレンズ位置を新たな合焦位置に決定し、合焦位置探索モードを実行する(ステップ203)。ステップ203の処理の後、携帯端末は、ステップ201に戻る。
一方、ステップ202の判定の結果、コントラストの変化量が閾値以下である場合、携帯端末は、レンズ111が合焦位置にあると判定し、ステップ201に戻る。
なお、図7を参照して説明した動作手順では、基本画像を画像Aに特定する場合を説明したが、図4Bに示した、レンズ位置X1で撮影されたときの画像を基本画像にしてもよい。AF−Cでは、一定時間毎に微小運動モードが実行されるが、次の微小運動モードを開始する前、レンズ111の位置が合焦位置にある可能性が高いからである。
本実施形態の携帯端末では、AF−Cを実行する際、レンズを移動させながら複数の画像を取得し、複数の画像の画角の変化に対する画像の差分を抽出し、画角が一致するように画像を補正することで、レンズの微小移動に伴った画角の変化を抑制することが可能となる。そのため、複数枚のレンズを個別に制御する構成を必要としないため、携帯電話などの携帯機器向けカメラに対する小型化の要求に応えることが可能となる。また、AF−Cの実行中に表示部に出力される画像の画角の変化が抑制されるため、表示部を見ている撮影者に不快感を生じさせない。
また、複数の画像に対して画角を一致させる補正を行う際に、マクロ端側の画像を基本画像として、基本画像に画角を一致させる画像処理を他の画像に行えば、マクロ端から∞端までのレンズ移動の画角の変化を補正することができる。本実施形態の画像処理方法を、AF−Cの微小運動における画角の変化だけでなく、通常のAFの際に起こり得る、画像の揺れの防止対策に、適用することも可能である。
本実施形態の画像処理方法に類似する技術として、動画の手ブレ補正技術がある。「手ブレ」とは、カメラを保持する撮影者の手が固定されずに震えることを意味し、手ブレが発生しているときに撮影された被写体の画像の画角がフレーム間でずれてしまうという問題がある。手ブレ補正技術は、撮影する画像の全てに対して、外周から内側に所定幅のマージンを設定し、連続するフレームのそれぞれについて、マージン分を除いた、同じ画角の領域をクリッピングして出力または記録するものである。
手ブレ補正技術では、フレーム間で同じ領域をクリッピングするのみで、画像の拡大処理を行わないため、レンズの光軸方向の移動に伴う、画角の変化を補正することはできない。また、本実施形態の画像処理方法は、画像データの差分の抽出という点では、手ブレ補正技術による差分検出技術と同様に、特異点を抽出する方法に相当すると言える。しかし、本実施形態では、基本画像との差分に対して画角の変化分のための拡大処理または縮小処理のみを行うだけで、フレーム間の特異点が重なるため、手ブレ補正技術よりも容易である。
本発明を、撮像素子を含むカメラと画像処理機能とを備えた、携帯電話機、PHS(Personal Handyphone System)、およびPDA(Personal Digital Assistants)等の携帯端末に適用することが可能である。また、本発明のプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。
なお、上述の実施形態では、本実施形態の画像処理方法を詳しく説明するために、図1に示す機能ブロック図にフォーカス判定部15を表示したが、本実施形態の画像処理方法のうち最も特徴となる処理を携帯端末に実行させるには、図1に示す構成のうち、カメラ部11、画像メモリ部12、画角補正部13および表示部14を携帯端末が備えていればよい。
本発明の効果の一例として、AF−Cのような、レンズの微小運動に対して、レンズを複雑に制御しなくても、表示部に出力される画像の画角の変化を抑制できる。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
なお、この出願は、2010年12月1日に出願された日本出願の特願2010−268240の内容が全て取り込まれており、この日本出願を基礎として優先権を主張するものである。
11 カメラ部
12 画像メモリ部
13 画角補正部
14 表示部
15 フォーカス判定部
16 制御部
111 レンズ
112 駆動部
113 撮像素子

Claims (10)

  1. レンズを光軸方向に対して前後に移動させて被写体を撮影し、画角の異なる複数の画像を出力するカメラ部と、
    前記カメラ部から出力される前記複数の画像を記憶する記憶部と、
    前記記憶部が記憶する前記複数の画像について、いずれか1つの画像に画角が一致するように他の画像を補正する画角補正部と、
    前記1つの画像および前記画角補正部で補正された前記他の画像を出力する表示部と、
    を有する携帯端末。
  2. 請求項1記載の携帯端末において、
    前記1つの画像は、前記複数の画像のうち画角が最も狭い画像である、携帯端末。
  3. 請求項2記載の携帯端末において、
    前記画角補正部は、
    前記他の画像を補正する際、前記複数の画像のうち、前記レンズが被写体に最も近づいたときに撮影された画像を前記1つの画像に特定し、該1つの画像と画角が一致するように前記他の画像の画角を決定し、決定した画角の範囲を前記1つの画像と同等の大きさに拡大する、携帯端末。
  4. 請求項1から3のいずれか1項記載の携帯端末において、
    前記記憶部が記憶する複数の画像のコントラストの変化量が予め決められた閾値を越えているか否かによって、前記レンズが合焦位置にあるか否かを判定するフォーカス判定部をさらに有し、
    前記フォーカス判定部は、
    前記複数の画像のコントラストの変化量が前記閾値を越えている場合、該複数の画像のコントラストに基づいて、画像のコントラストが最大になるレンズの位置を新たな合焦位置に決定する、携帯端末。
  5. レンズを含むカメラ部、記憶部、表示部、および制御部を有する携帯端末の制御部による画像処理方法であって、
    前記制御部は、前記カメラ部に前記レンズを光軸方向に対して前後に移動させて被写体を撮影させ、画角の異なる複数の画像を出力させ、
    前記制御部は、前記カメラ部から出力される複数の画像を前記記憶部に格納し、
    前記制御部は、前記記憶部に格納された複数の画像について、いずれか1つの画像に画角が一致するように他の画像を補正し、
    前記制御部は、前記1つの画像および前記画角補正部で補正された前記他の画像を前記表示部に出力させる、画像処理方法。
  6. 請求項5記載の画像処理方法において、
    前記1つの画像は、前記複数の画像のうち画角が最も狭い画像である、画像処理方法。
  7. 請求項6記載の画像処理方法において、
    前記制御部が前記他の画像を補正する際、
    前記制御部は、前記複数の画像のうち、前記レンズが被写体に最も近づいたときに撮影された画像を前記1つの画像に特定し、
    前記制御部は、前記1つの画像と画角が一致するように前記他の画像の画角を決定し、決定した画角の範囲を前記1つの画像と同等の大きさに拡大する、画像処理方法。
  8. 請求項5から7のいずれか1項記載の画像処理方法において、
    前記制御部は、前記記憶部に格納された複数の画像のコントラストの変化量が予め決められた閾値を越えているか否かによって、前記レンズが合焦位置にあるか否かを判定し、
    前記制御部は、判定の結果、前記複数の画像のコントラストの変化量が前記閾値を越えている場合、該複数の画像のコントラストに基づいて、画像のコントラストが最大になるレンズの位置を新たな合焦位置に決定する、画像処理方法。
  9. レンズを含むカメラ部、記憶部、表示部、および制御部を有する携帯端末の制御部に実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記カメラ部に前記レンズを光軸方向に対して前後に移動させて被写体を撮影させ、画角の異なる複数の画像を出力させ、
    前記カメラ部から出力される複数の画像を前記記憶部に格納し、
    前記記憶部に格納された複数の画像について、いずれか1つの画像に画角が一致するように他の画像を補正し、
    前記1つの画像および前記画角補正部で補正された前記他の画像を前記表示部に出力させる処理を前記制御部に実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  10. 請求項9記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
    前記1つの画像は、前記複数の画像のうち画角が最も狭い画像である、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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