JP2007174521A - 動画撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動画撮影において、構図変更中のフォーカスを安定させ、見苦しくならないようにする。
【解決手段】動画撮影中に構図の変更を検出すると、条件に応じて焦点調節を禁止する。例えば被写体距離が長いときには、被写界深度が深いため焦点調節を禁止しても大きくピンぼけとなることはないから、焦点調節を禁止する。一方、被写体距離が短いときには、被写界深度が浅いため焦点調節を禁止しない。焦点距離を禁止するとき、過焦点距離位置に合焦レンズを移動して固定してもよい。
【選択図】図６

Description

本発明は、ビデオカメラなどの動画撮影装置に関し、構図変更中のフォーカスを安定化させるものである。

動画撮影可能なカメラとして、ビデオカメラや動画撮影機能付きデジタルスチルカメラがある。いずれのカメラにおいても、動画撮影中は連続でＡＦ（オートフォーカス）動作を行うのが基本であり、被写体の動きにＡＦが追従するようになっている。手振れが検出された場合にＡＦを一時的に停止するビデオカメラ（例えば、特許文献１）もあるが、手振れ検出時以外はＡＦが常に行われる。

特開平５−３３６４２６号公報

しかしながら、例えば流し撮りなどで動画撮影中に構図を変更をすると、画面内における被写体の遠近状況が変化し、これにＡＦが追従しようとするため、構図変更中は絶えずフォーカスが不安定となり、後の動画観賞時に見苦しいと感ずることがある。

本発明に係る動画撮影装置は、動画撮影中に合焦レンズを駆動して焦点調節を行う焦点調節手段と、動画撮影中に構図の変更の有無を検出する検出手段と、検出手段が構図の変更を検出しているときは、焦点調節を禁止する制御手段とを具備する。
焦点調節を禁止するときは、いずれかの位置で合焦レンズを固定することになるが、構図変更が開始されたときの位置で固定してもよいし、過焦点距離位置で固定してもよい。また、構図変更が開始されたときの合焦レンズの位置に基づいて合焦レンズを固定する位置を決めてもよい。
被写体までの距離、撮影レンズの焦点距離、輝度情報のいずれかに基づいて焦点調節の禁止の有無を判定し、焦点調節を禁止しないと判断したときには、構図変更中であっても焦点調節を禁止しないようにしてもよい。
カメラ振れを検出するセンサの出力から構図変更の有無を検出してもよい。

本発明によれば、構図変更中のフォーカス状態を安定化させることができ、見苦しさを解消できる。

図１〜図６により本発明の一実施の形態を説明する。
図１は本実施形態におけるカメラのブロック図である。カメラは動画撮影可能なもので、ビデオカメラでもよいし、動画撮影機能付きデジタルスチルカメラでもよい。１００は、合焦レンズ１、像振れ補正レンズ２、不図示のズームレンズなどを含む撮影レンズであり、撮影レンズ１００の透過光束は、撮像素子３の受光面に結像される。撮像素子３は、受光面上に結像された被写体像の光強度に応じた電気的画像信号を出力する光電変換素子であり、出力された画像信号はアナログ信号処理部４でアナログ的な処理が施される。

アナログ信号処理部４で処理された画像信号は、Ａ／Ｄ変換器５によりデジタル信号に変換された後、デジタル信号処理部６にて種々のデジタル画像処理が施される。デジタル処理後の画像データは、記録・再生部１２を介して外部記憶媒体１５に記録される。ＬＣＤ７は、画像表示が可能なカラー液晶モニタであり、連続して撮像される画像をその画面に逐次更新表示することができる。これら一連の撮影処理および表示処理は、ＣＰＵ９により制御される。

またＣＰＵ９はＡＦ演算部を有し、コントラスト方式のＡＦ制御（焦点調節）を行う。コントラストＡＦは、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどで一般的に行われる方式で、像のボケの程度とコントラストとの間に相関があることに着目し、焦点が合ったときに像のコントラストが最大になることを利用して焦点合わせを行うものである。コントラストの大小は画像信号の高周波成分の大小により評価することができる。このためＣＰＵ９のＡＦ演算部は、撮像によって得られた画像信号から所定帯域の高周波成分を抽出するデジタルフィルタを有する。そして、デジタルフィルタにて抽出した高周波成分の絶対値を積分し、これを焦点評価値とする。撮影画面には、予め１箇所または複数箇所にＡＦエリアが設定されており、焦点評価値はそのＡＦエリアごとに演算される。

焦点評価値は、像のコントラスト、換言すれば合焦レンズ１の焦点調節状態に応じて変化する量であり、合焦してコントラストが最大となったときに最大値（ピーク値）となる。そこで、焦点評価値がピークとなるレンズ位置を求め、その位置に合焦レンズ１をもたらすことで、ＡＦエリア内の被写体に合焦させることができる。以下、焦点評価値がピークとなるレンズ位置を求めて合焦レンズ１を駆動する動作をＡＦサーチと呼ぶ。

ＡＦサーチの手法としては、山登り方式が知られている。山登り方式では、フォーカスモータ１０により合焦レンズ１を移動させながら所定のサンプリングピッチごとに焦点評価値を演算し、演算のたびにその焦点評価値を前回サンプリング時の同評価値（記憶値）と比較する。今回の評価値が前回の評価値よりも増加していれば、ピークに近づいていることになるので、同方向に合焦レンズ１を移動させつつサンプリングを続ける。今回の評価値が前回の評価値よりも減少していれば、ピークから遠ざかっていることになるので、逆方向に合焦レンズ１を移動させる。かかる動作を繰り返すことで、最終的にピーク位置（山の頂上）に合焦レンズ１をもたらすことができる。

図２は合焦レンズ位置と焦点評価値との関係を示す図で、３つのＡＦエリア（Ａ１，Ａ２，Ａ３）を持つ例を示している。各々のエリアにおいて山の頂上部のレンズ位置Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３において合焦状態が最も良好となる。最終的にはこれら３つのレンズ位置のいずれかに合焦レンズ１を駆動することになるが、例えば至近優先のアルゴリズム（最も近くの被写体にピントを合わせる）であれば、この例ではＲ１に合焦レンズ１が駆動される。一方、撮影者が予じめいずれかのエリアを選択することも可能であり、その場合は選択されたエリアのピーク位置に合焦レンズ１が駆動される。

また本実施形態のカメラは、光学式手振れ補正装置を備えている。光学式手振れ補正は、手振れなどに起因するカメラの振れをジャイロなどのブレ検出センサ１１（図１）で検出し、その検出結果に基づいて像振れ補正レンズ２を光軸と直交する方向に駆動することで、像振れを補正するものである。ブレ検出センサ１１は２つ設けられ、一方はカメラのヨー方向の、他方はピッチ方向の角度ブレをそれぞれ検出する。

図１の像振れ補正ユニット８は、像振れ補正レンズ２の駆動源（例えば、ボイスコイルモータ）と、像振れ補正レンズ２の位置を検出するレンズ位置検出装置とを含む。これらの駆動源およびレンズ位置検出装置もヨー方向とピッチ方向に対応して２つずつ設けられる。

ＣＰＵ９は、ブレ検出センサ１１およびレンズ位置検出装置の出力に基づいて像振れ補正レンズ２の駆動量および駆動方向を演算し、その演算結果に基づくレンズ駆動信号を補正レンズ駆動源に送り、像振れ補正レンズ２を光軸と直交する２方向に駆動する。その結果、撮像素子３に結像される像の振れが軽減され、像の安定化が図られる。

なお像振れ補正は、上述のもの以外に、例えばブレ検出センサの出力に基づいて撮像素子を光軸と直交する方向に駆動したり、あるいは同出力に基づいて画像に補正処理を加えるなどの方法もある。

次に、動画撮影時におけるＡＦ制御について説明する。
図３は構図変更時の合焦レンズ１の挙動を示し、構図変更により時点Ｔ１で被写体距離が至近側に変化した例を示している。一般的なカメラでは、連続ＡＦモードでの動画撮影時に構図変更が行われると、図３のように合焦レンズが被写体距離の変化に追従しようとする。Ｐ１は当初の被写体距離における合焦位置、Ｐ２は変化後の被写体距離における合焦位置であり、構図変更前はレンズはＰ１位置にあって被写体に合焦している。

構図変更（被写体距離の変化）に伴い、合焦レンズ１をＰ１からＰ２まで素早く直線的に駆動するのが理想的であるが、上述したコントラストＡＦでは、焦点評価値の変化により被写体距離の変化自体は察知できるものの、いずれの方向にどれだけ変化したかは直ぐには把握できない。そこで、合焦レンズ１を取り敢えずいれかの方向に駆動し、それによる焦点評価値の変化状況をもって合焦レンズ１の目標位置を探る。場合によっては、図示のごとくいったん無限遠に合焦レンズ１を戻してから改めてＡＦサーチを開始しなければならないこともあり、最終的に目標位置Ｐ２を見つけてその位置に合焦レンズ１をもたらす（時点Ｔ２）までは、図示のように合焦レンズ１が迷走状態となることがある。

合焦レンズ１が迷走すると、Ｔ１−Ｔ２間はフォーカスが極めて不安定となり、例えば当初は大きくぼけ、徐々に合焦状態に近づくが合焦状態を通り越して逆方向にぼけ、その後にようやく合焦するといったことも少なくない。そして、動画撮影においてはそのフォーカスが不安定な期間も映像として記録されるので、後で動画を見たときに非常に見苦しく感ずる。また、この間はフォーカス駆動音が絶えず発生し録音されるので、音による不快感をも感ずる。

上記の問題を解消するために本実施形態では、動画撮影における構図変更中は、条件に応じてＡＦサーチを禁止するようにした。ＡＦサーチの禁止とは、合焦レンズ１をいずれかの位置に固定し、ＡＦサーチを再起動しないことを意味する。

一般に動画撮影において、被写体距離が比較的長いときに構図変更を行うケースとしては、例えば景勝地などで周囲の全景（遠景）を撮影するためにカメラを横に振ったり、あるいは遠くを移動する物体を流し撮りするケースが多い。いずれの場合もピントを合わせるべき被写体が比較的遠くに存在するから、構図変更前に一度被写体にピントを合わせておけば、構図変更中に被写体距離が変わっても常に被写界深度の範囲内である可能性が高く、そうであれば構図変更中はＡＦサーチを禁止してもピンぼけとなることはない。

ここで、構図変更中であるか否かは、上述したブレ検出センサ１１の出力から判別できる。
図４は撮影時のブレ検出センサ１１の出力（手ぶれ信号）を示している。これは静止被写体を撮影しているとき、つまり構図が一定のときの出力例であり、手ぶれの周期は数Ｈｚ、角速度は毎秒数度の微振動である。一方、図５（ｂ）は流し撮りなどの構図変更を伴う撮影時の出力例で、構図変更開始から終了までは手振れ信号は大きくなる。図は一例を示したものであるが、一般的に構図変更中はこのように手振れ信号が大きくなることが判明している。

ブレ検出センサ１１によるブレ検出は、１ｋＨｚ程度の周期で行われる。これに対してＡＦサーチ中の焦点評価値演算は、動画記録のフレームレート（一般に３０フレーム／秒）に合わせて３０Ｈｚ程度と低いから、ブレ検出センサ１１の出力に基づいて構図変更開始からび終了までを十分な精度で検出できる。このように、像振れ補正で用いるブレ検出センサ１１で構図変更の有無を検出できるので、新たに構図変更検出手段を設けずに済む。

図５（ａ）は図５（ｂ）の波形とレンズ挙動とを同一時間軸で示す図で、実線Ｌ１は本実施形態におけ挙動を、破線Ｌ２は従来カメラにおける挙動を示している。本実施形態では、構図変更中には合焦レンズ１が固定されているので、フォーカスが安定し、またフォーカス駆動音も発生せず、後で動画を見たときに見苦しさや聞き苦しさを感ずることはない。

ところで、上述したように被写体距離が長いときは、構図変更中にＡＦサーチを禁止しても大きくピンぼけとなることはないが、被写体距離が短いときは被写界深度が浅いため、構図変更時にＡＦサーチを禁止してしまうと、被写体が何か判別できないほど大きくぼける可能性がある。この場合は、たとえＡＦが迷走状態となってもなるべく早く被写体に追従した方がよいので、被写体距離が短いときは構図変更中であっても従来どおりＡＦサーチを行う。

ＡＦサーチを禁止するか否かを決める被写体距離の閾値ｔｈは、一定値でもよいが、撮影レンズの焦点距離（ズーム状態）や被写体の輝度を加味して決めることが望ましい。例えば被写体が暗いときには、ピント外れはあまり目立たない（ただし、ＡＦの迷走は暗くても目立つ）ので、被写体距離がある程度短くてもＡＦサーチを禁止する。また焦点距離が長いときには被写界深度が浅くなるので、被写体距離がある程度長くてもＡＦサーチを禁止しない。

また、ＡＦサーチの禁止によって合焦レンズ１は固定されることになるが、その固定する位置は構図変更開始時の位置でもよいし、あるいは合焦レンズ１を所定位置まで移動させてから固定してもよい。例えば、合焦レンズ１をある被写体に合焦させてから構図変更を開始したときは、当初の合焦位置で合焦レンズ１を固定してしまっても構わない。すなわち、ＡＦサーチを禁止するときは被写体距離が長いときであるから、当初のレンズ位置で構図変更後の被写体も被写界深度内に納まる可能性が高いからである。

一方、ＡＦサーチ中、つまり合焦レンズ１がまだ被写体に合焦しないうちに構図変更を開始したようなときは、構図変更開始時の位置で合焦レンズ１を固定すると被写界深度を大きく逸脱するおそれがある。特に、ＡＦサーチにおいて合焦レンズ１の目標位置がまだ判明していないときは、合焦レンズ１は合焦位置からかけ離れた位置にある可能性がある。よってこの場合は、合焦レンズ１を過焦点距離位置（パンフォーカス位置）に駆動してから固定するのが望ましい。過焦点距離は、レンズの焦点距離と絞り値とから一義的に得られる距離であり、この距離位置に合焦レンズ１をおくことで、遠側および近側とも被写界深度を深くとることができ、大きなピンぼけを防止できる。

ただし、ＡＦサーチ中であっても、合焦レンズ１の目標位置が既に判明している場合は、その目標位置に合焦レンズ１を駆動して固定することが望ましい。

図６は上記のＡＦ制御を実現するための処理手順の一例を示している。
このプログラムは、動画撮影時にＣＰＵ９により周期的にコールされ実行されるものである。ステップＳ１ではブレ検出センサ１１の出力を読み込み、構図変更中か否かを判定する。構図変更中でなければステップＳ１１でＡＦ禁止フラグを０に設定し、ステップＳ１２でＡＦサーチを実行する。この場合は、ＡＦサーチが禁止されないので、被写体が移動した場合にその動きにフォーカスが追従する。

ステップＳ１で構図変更中であると判定された場合は、ステップＳ２でＡＦ禁止フラグを判定する。ＡＦ禁止フラグが１のとき（既にＡＦサーチが禁止されているとき）は、ステップＳ８に進み、１でない場合はステップＳ３でＡＦサーチ中か否かを判定する。合焦レンズ１が合焦位置にある状態で構図変更を開始した場合はステップＳ３が否定され、ステップＳ７で合焦フラグを１に設定してステップＳ８に進む。

一方、合焦状態に至らない状態で構図変更を開始した場合はステップＳ３が肯定され、ステップＳ４で合焦目標位置（合焦レンズ１を駆動すべき位置）が既に判明しているか否かを判定する。合焦状態には至っていないものの合焦目標位置が既に判明している場合は、ステップＳ５で合焦フラグを１に設定し、合焦レンズ１を目標位置に移動させてステップＳ８に進む。合焦目標位置がまだ判明していないときには、ステップＳ６で合焦フラグを０に設定し、合焦レンズ１を現在の位置で停止してステップＳ８に進む。

ステップ８Ｓでは、現在のズーム状態（焦点距離）、輝度情報および現在の合焦レンズ位置Ｒを取得する。ズーム状態および合焦レンズ位置は所定のエンコーダから読み取り、輝度情報はＡＥ用測光センサの出力を読み取ればよい。ステップＳ９では、ズーム状態および輝度情報に基づいて、ＡＦサーチを禁止するか否かを決める被写体距離の閾値ｔｈを求める。上述した理由から、焦点距離が長いほどｔｈが長くなり、また輝度が暗いほどｔｈが短くなるようにする。例えば、ズーム状態と輝度情報とに閾値ｔｈを対応づけたテーブルをメモリに記憶させておき、そのテーブルから対応するｔｈを抽出するようにすればよい。

ステップＳ１０では、検出した現在の合焦レンズ位置Ｒを閾値ｔｈと比較する。Ｒ＜ｔｈと判定された場合には、被写界深度が浅いので、構図変更中でもＡＦサーチを行うべくステップＳ１１に進む。一方、上述したように景勝地などで周囲の全景を撮影したり、遠くを移動する物体を流し撮りしているときはＲ≧ｔｈと判定される可能性が高く、この場合はステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、ＡＦ禁止フラグを判定し、既に１であればリターンし、１でなければステップＳ１４で１に設定してステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、合焦レンズ１をいずれの位置で固定するかを決めるために、合焦フラグを判定する。合焦フラグが０であれば、ＡＦサーチ中でまだ合焦目標位置すら判明していないので、ステップＳ１６で合焦レンズ１を過焦点距離位置（パンフォーカス位置）に駆動して固定し、リターンする。これにより、ピンぼけを最小限に抑制しつつＡＦの迷走を防止できる。

一方、ステップＳ１５で合焦フラグが１と判定された場合は、合焦レンズ１が既に目標位置（当初の合焦位置）にあるので、ステップＳ１７で合焦レンズ１を現在の位置で固定し、リターンする。この場合もピンぼけを最小限に抑制しつつ合焦レンズ１の迷走を防止できる。

なお以上では、ＡＦ禁止の可否を決めるにあたって写体距離と焦点距離と輝度とを加味したが、これらのうちいずれか１情報のみに基づいて決めてもよい。例えば、焦点距離が所定値以上のときにＡＦを禁止し、それ以外のときは許可するようにしてもよいし、被写体の輝度が所定値以下のときにＡＦを禁止し、それ以外のときは許可するようにしてもよい。あるいは、上記の条件を加味せず、構図変更中は無条件でＡＦサーチを禁止するようにしてもよい。

また、ＡＦサーチ禁止時のレンズ固定位置を決めるにあたってＡＦサーチ状況を加味したが、これを加味せず、無条件で所定値（例えば、構図変更開始時の位置、あるいは過焦点距離位置）に固定してもよい。

本発明の一実施形態におけるカメラのブロック図。 コントラストＡＦにおけるレンズ位置と焦点評価値との関係を示す図。 コントラストＡＦにおいて被写体距離が変化したときの合焦レンズの挙動を示す図。 ブレ検出センサの出力を示す波形図で、構図が一定のときの波形を示す。 構図を変更したときのブレ検出センサの出力波形と、合焦レンズの従来および実施形態における挙動とを同一時間軸で示す図。 実施形態におけるＡＦ制御を示すフローチャート。

符号の説明

１ 合焦レンズ
９ ＣＰＵ
１０ フォーカスモータ
１１ ブレ検出センサ

Claims (9)

1. 動画撮影中に合焦レンズを駆動して焦点調節を行う焦点調節手段と、
   動画撮影中に構図の変更の有無を検出する検出手段と、
   該検出手段が構図の変更を検出しているときは、前記焦点調節を禁止する制御手段とを具備することを特徴とする動画撮影装置。
2. 前記制御手段は、前記焦点調節を禁止するときは、構図変更が開始されたときの位置で前記合焦レンズを固定することを特徴とする請求項１に記載の動画撮影装置。
3. 前記制御手段は、前記焦点調節を禁止するときは、所定位置に合焦レンズを駆動して固定することを特徴とする請求項１に記載の動画撮影装置。
4. 前記所定位置は過焦点距離位置であることを特徴とする請求項３に記載の動画撮影装置。
5. 前記制御手段は、前記焦点調節を禁止するときは、構図変更が開始されたときの合焦レンズの位置に基づいて合焦レンズを固定する位置を決めることを特徴とする請求項１に記載の動画撮影装置。
6. 被写体までの距離に基づいて前記焦点調節の禁止の有無を判定する判定手段を更に備え、前記制御手段は、判定手段が焦点調節を禁止しないと判断したときには、構図変更中であっても前記焦点調節を禁止しないことを特徴とする請求項１に記載の動画撮影装置。
7. 撮影レンズの焦点距離に基づいて前記焦点調節の禁止の有無を判定する判定手段を更に備え、前記制御手段は、判定手段が焦点調節を禁止しないと判断したときには、構図変更中であっても前記焦点調節を禁止しないことを特徴とする請求項１に記載の動画撮影装置。
8. 被写体の輝度に基づいて前記焦点調節の禁止の有無を判定する判定手段を更に備え、前記制御手段は、判定手段が焦点調節を禁止しないと判断したときには、構図変更中であっても前記焦点調節を禁止しないことを特徴とする請求項１に記載の動画撮影装置。
9. 前記検出手段は、カメラ振れを検出するセンサの出力から前記構図変更の有無を検出することを特徴とする請求項１に記載の動画撮影装置。

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