JP2011253099A

JP2011253099A - 焦点検出装置

Info

Publication number: JP2011253099A
Application number: JP2010127826A
Authority: JP
Inventors: Soichi Ueda; 壮一上田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2010-06-03
Filing date: 2010-06-03
Publication date: 2011-12-15

Abstract

【課題】オートフォーカス制御を行なうこと。
【解決手段】撮影画面内に設定された評価エリア内の画像から高輝度領域を抽出する抽出手段と、前記評価エリア内の画像から前記抽出手段によって抽出された前記高輝度領域内の画像を除外する除外手段と、前記除外手段により除外された後の前記評価エリア内の画像に基づいて、焦点検出を行う焦点検出手段とを備える。前記抽出手段は、前記評価エリア内の画像の高輝度画素を特定し、特定した前記高輝度画素を色相を加味してグループ化することによって、或いは、前記高輝度領域の面積の割合を加味して、前記評価エリア内の画像から前記高輝度領域を抽出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、焦点検出装置に関する。

次のようなオートフォーカス制御装置が知られている。このオートフォーカス制御装置は、コントラスト評価値による山登り制御によって自動焦点調節を行う（例えば、特許文献１）。

特許第３６９７７４５号公報

しかしながら、コントラスト評価値による山登り制御では、なるべく前側被写体に合焦するよう制御することが多い。このため、主要被写体の周辺(主に後方)に高輝度被写体が存在する場合には、この高輝度被写体に対するコントラスト評価値が大きくなってしまい、使用者の意図しない焦点距離に合焦してしまう可能性がある。

本発明による焦点検出装置は、撮影画面内に設定された評価エリア内の画像から高輝度領域を抽出する抽出手段と、評価エリア内の画像から抽出手段によって抽出された高輝度領域内の画像を除外する除外手段と、除外手段により除外された後の評価エリア内の画像に基づいて、焦点検出を行う焦点検出手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、使用者が意図した焦点距離に合焦させることができる。

カメラ１００の一実施の形態の構成を示すブロック図である。画像の具体例を示す図である。コントラスト評価値の算出例を示す第１の図である。ＡＦ制御の流れを示すフローチャート図である。水平ライン内の輝度の変化の具体例を示した図である。コントラスト評価値の算出例を示す第２の図である。ＡＦ評価エリア内を複数の詳細エリアに分割した場合の具体例を示す図である。

図１は、本実施の形態におけるカメラの一実施の形態の構成を示すブロック図である。カメラ１００は、操作部材１０１と、レンズ１０２と、撮像素子１０３と、制御装置１０４と、メモリカードスロット１０５と、モニタ１０６とを備えている。操作部材１０１は、使用者によって操作される種々の入力部材、例えば電源ボタン、レリーズボタン、ズームボタン、十字キー、決定ボタン、再生ボタン、削除ボタンなどを含んでいる。

レンズ１０２は、複数の光学レンズから構成されるが、図１では代表して１枚のレンズで表している。また、レンズ１０２を構成するレンズには、後述するＡＦ（ＡｕｔｏＦｏｃｕｓ／自動焦点調整）のためのＡＦレンズ（焦点調節用レンズ）が含まれる。撮像素子１０３は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサーであり、レンズ１０２により結像した被写体像を撮像する。そして、撮像によって得られた画像信号を制御装置１０４へ出力する。

制御装置１０４は、ＣＰＵ、メモリ、およびその他の周辺回路により構成され、カメラ１００を制御する。なお、制御装置１０４を構成するメモリには、ＳＤＲＡＭやフラッシュメモリが含まれる。ＳＤＲＡＭは、揮発性のメモリであって、ＣＰＵがプログラム実行時にプログラムを展開するためのワークメモリとして使用されたり、データを一時的に記録するためのバッファメモリとして使用される。また、フラッシュメモリは、不揮発性のメモリであって、制御装置１０４が実行するプログラムのデータや、プログラム実行時に読み込まれる種々のパラメータなどが記録されている。

本実施の形態では、制御装置１０４は、撮像素子１０３から入力された画像信号に基づいて所定の画像形式、例えばＪＰＥＧ形式の画像データ（以下、「本画像データ」と呼ぶ）を生成する。また、制御装置１０４は、生成した画像データに基づいて、表示用画像データ、例えばサムネイル画像データを生成する。制御装置１０４は、生成した本画像データとサムネイル画像データとを含み、さらにヘッダ情報を付加した画像ファイルを生成してメモリカードスロット１０５へ出力する。

メモリカードスロット１０５は、記憶媒体としてのメモリカードを挿入するためのスロットであり、制御装置１０４から出力された画像ファイルをメモリカードに書き込んで記録する。また、メモリカードスロット１０５は、制御装置１０４からの指示に基づいて、メモリカード内に記憶されている画像ファイルを読み込む。

モニタ１０６は、カメラ１００の背面に搭載された液晶モニタ（背面モニタ）であり、当該モニタ１０６には、メモリカードに記憶されている画像やカメラ１００を設定するための設定メニューなどが表示される。また、制御装置１０４は、使用者によってカメラ１００のモードが撮影モードに設定されると、撮像素子１０３から時系列で取得した画像の表示用画像データをモニタ１０６に出力する。これによってモニタ１０６にはスルー画が表示される。

本実施の形態では、制御装置１０４は、撮影時にＡＦ（オートフォーカス／自動焦点調節）処理を実行して焦点調節を行う。例えば、制御装置１０４は、使用者によってレリーズボタンが半押しされるとＡＦ処理を実行して、単写時のＡＦ制御を行なう。この他にも、スルー画撮影時の常時ＡＦ制御、被写体追尾動作時のＡＦ制御、動画撮影時のＡＦ制御等を行うことも可能である。

ここでＡＦの方式には、例えばコントラスト方式や位相差方式があるが、本実施の形態では、コントラスト方式によってＡＦ処理を行う場合について説明する。なお、コントラスト方式による焦点調節とは、撮影画面内に設定された複数のオートフォーカスエリア（ＡＦ評価エリア）を対象として、焦点調節用のＡＦレンズを移動させながらコントラスト評価値を演算し、コントラスト評価値がピークとなるＡＦレンズの位置を合焦位置として検出することによって焦点調節を行う方法である。このコントラスト方式による焦点調節処理は公知の処理のため、詳細な説明は省略する。

このコントラスト方式による焦点調節では、ＡＦレンズを至近側から無限遠側に移動させながらＡＦ評価エリア内の最初のコントラスト評価値のピークを合焦位置として検出することにより、なるべく至近側に存在する被写体に合焦させるように制御を行なうことが多い。これは、主要被写体より後方に合焦することを避けるためである。しかし、主要被写体の周辺(主に後方)に光源等の高輝度被写体が存在する場合には、高輝度被写体からコントラスト評価値のピークが算出されて高輝度被写体に合焦してしまう可能性があり、使用者が意図しない焦点距離に合焦する場合がある。なお、高輝度被写体としては、スポットライト等の光源や窓ガラス等の反射物体等が挙げられる。

例えば、図２に示すように、後方の高輝度光源２ｂで照明された至近側にいる主要被写体２ａを撮影したい場合には、主要被写体２ａに合焦させる必要があるが、従来のコントラスト方式による焦点調節を行った場合には、後方にある高輝度光源２ｂに合焦してしまい、主要被写体２ａにピントを合わせることができない可能性があった。この図２に示す例では、至近側から無限遠側にＡＦレンズを移動させながら全域スキャンを行なった場合には、例えば図３に示すようにコントラスト評価値が算出される。この場合、上述したコントラスト方式による焦点調節によれば、本来合焦させたい主要被写体２ａから算出される評価値３ａよりも高輝度光源２ｂから算出される評価値３ｂの方が大きいため、後方にある高輝度光源２ｂにピントが合ってしまうことになる。本実施の形態では、このような問題点を解決するために、制御装置１０４は、以下のようにＡＦ制御を行なう。

図４は、本実施の形態におけるＡＦ制御の流れを示すフローチャートである。図４に示す処理は、上述した単写時のＡＦ制御、スルー画撮影時の常時ＡＦ制御、被写体追尾動作時のＡＦ制御、動画撮影時のＡＦ制御等のＡＦ制御が開始されると起動するプログラムとして、制御装置１０４によって実行される。

ステップＳ１０において、制御装置１０４は、撮像素子１０３から電子シャッターモードで取り込まれた画像のＡＦ評価エリア内の水平ライン、例えば１画素の水平ラインの画像の輝度を対象として、所定の値（例えば２００（８ｂｉｔ））以上の画素を検出し、検出した画素によって構成される検出領域の座標値を特定する。例えば、図２に示す例では、ＡＦ評価エリア２ｃ内に水平ライン２ｄを設定し、該水平ライン２ｄを対象として検出領域の座標値を特定する。また図５は、図２に示した画像内に設定された水平ライン２ｄ内の輝度の変化を示した図である。この図５では、横軸が水平ライン２ｄ内の水平方向の画素位置を示し、縦軸が輝度値を示している。そして、該水平ライン２ｄ内では、図５に示すように輝度値が変化しており、水平エッジ間領域として領域５ａと領域５ｂと領域５ｃとが検出された例を示している。なお、制御装置１０４は、ＡＦ評価エリア２ｃ内で水平ライン２ｄを上方または下方に１画素ずつ移動させながら検出領域の座標値を特定していき、ＡＦ評価エリア２ｃの全体に対して検出領域の座標値を特定する。その後、ステップＳ２０へ進む。

ステップＳ２０では、制御装置１０４は、ＡＦ評価エリア内の画像を取得し、取得したＡＦ評価エリア内の画像の色空間をＲＧＢからＸＹＺに変換し、さらにＬａｂに変換する。その後、制御装置１０４は、色空間をＬａｂに変換した後の各ＡＦ評価エリア内の画像に基づいて、次式（１）により色相演算を行なって色相角を算出する。
ｈ＝ｔａｎ^−１（ｂ^＊／ａ^＊）・・・（１）

その後、ステップＳ３０へ進み、制御装置１０４は、ステップＳ２０で算出した色相角に基づいて、ステップＳ１０で検出した検出領域内を対象として水平方向の色相成分のエッジを検出して、検出したエッジの座標を登録する。そして、制御装置１０４は、検出したエッジ間の色相が所定の範囲内で均一である場合、水平エッジ間領域として識別番号を付加し、上述したエッジの座標に関連付けて登録する。すなわち、制御装置１０４は、エッジ座標が隣り合う２つのエッジの色相を比較して、色相の差が所定の範囲内、例えば色相角で１５度以内である場合には、それらのエッジ間の色相は略均一であると判定してこれらを水平エッジ間領域としてグループ化し、各水平エッジ間領域に識別番号を付加する。

その後、ステップＳ４０へ進み、制御装置１０４は、ＡＦ評価エリア内の画像の全ての水平方向のラインに対してステップＳ１０〜ステップＳ３０の処理が完了したか否かを判断する。ステップＳ４０で否定判断した場合には、ステップＳ１０へ戻って処理を繰り返す。これに対して、ステップＳ４０で肯定判断した場合には、ステップＳ５０へ進む。

ステップＳ５０では、制御装置１０４は、ステップＳ３０で抽出した水平エッジ間領域ごとに、上下間での垂直方向のズレ量を演算する。その後、ステップＳ６０へ進み、制御装置１０４は、ステップＳ５０で算出した垂直方向のズレ量が所定の閾値以内、例えば５画素以内か否かを判断する。ステップＳ６０で肯定判断した場合には、ステップＳ７０へ進み、制御装置１０４は、ズレ量が所定の閾値以内の水平エッジ間領域のそれぞれに付加されている識別番号が同一グループとなるようにグループ化を行なう。これによって、ＡＦ評価エリア内に存在する水平方向の色相差が小さく、かつ垂直方向のズレ量が小さい高輝度被写体をグループ化することができる。その後、ステップＳ８０へ進む。一方、ステップＳ６０で否定判断した場合には、ステップＳ８０へ進む。

ステップＳ８０では、制御装置１０４は、ＡＦ評価エリア内の全ての水平方向のラインを対象とした垂直方向のズレ量の判定および識別番号のグループ化が完了したか否かを判断する。ステップＳ８０で否定判断した場合には、ステップＳ５０へ戻る。これに対して、ステップＳ８０で肯定判断した場合には、ステップＳ９０へ進む。

ステップＳ９０では、制御装置１０４は、ＡＦ評価エリア内におけるステップＳ７０でグループ化したグループ領域の占める割合、すなわちＡＦ評価エリアの面積に対するグループ領域の面積が占める割合を演算する。その後、ステップＳ１００へ進み、制御装置１０４は、ステップＳ９０で演算したグループ領域の占める割合が所定の閾値以内であるか否かを判断する。このときに用いる閾値は、例えばＡＦ評価エリアの大きさに対して１／５０〜１／４の範囲内の値とし、高輝度被写体の種類に応じて変更してもよい。ステップＳ１００で肯定判断した場合には、ステップＳ１１０へ進む。ステップＳ１１０では、制御装置１０４は、ＡＦ評価エリア内の画像のうち、グループ領域内の画像をコントラスト評価値の算出対象から除外して、ステップＳ１２０へ進む。

これによって、ＡＦ評価エリアの大きさに対して、グループ化されたグループ領域が小さい場合には、そのグループ領域は、主要被写体以外の高輝度被写体から検出されたエッジに基づく高輝度領域である可能性が高いため、このようなグループ領域内の画像を精度高くＡＦ評価対象から除外することができる。一方、ＡＦ評価エリアの大きさに対して検出されたグループ領域が大きい場合には、そのグループ領域は、主要被写体以外の高輝度被写体から検出されたエッジに基づく領域ではない可能性が高いため、このようなグループ領域内の画像はＡＦ評価対象として残して、ＡＦの精度を向上させることができる。

一方、ステップＳ１００で否定判断した場合には、ステップＳ１２０へ進む。ステップＳ１２０では、制御装置１０４は、ＡＦ評価エリア内の画像のうち、ステップＳ１１０で除外したグループ領域以外の画像を対象としてコントラスト評価値を算出する。その後、ステップＳ１３０へ進み、制御装置１０４は、ＡＦレンズを次の焦点距離に移動させてステップＳ１０へ戻る。制御装置１０４は、ＡＦレンズが無限遠端に到達するまで、上述したステップＳ１０からステップＳ１３０の処理を繰り返すことにより、各焦点距離におけるＡＦ評価値、すなわちコントラスト評価値を算出し、ＡＦ評価値が最大となるＡＦレンズの位置を合焦位置として特定する。

このように、あらかじめＡＦ評価エリア内の画像から高輝度被写体が存在している可能性が高い範囲（高輝度領域）内の画像を除外して、コントラスト評価値を算出することにより、図３に示したコントラスト評価値算出例は、図６に示すように変化する。すなわち、この図６に示すように、図３で検出されていた高輝度光源２ｂから算出される評価値３ｂは除去され、主要被写体２ａから算出された評価値６ａがコントラスト評価値のピークとして算出されることになる。これにより、ＡＦレンズを至近側から無限遠側に移動させながら焦点調節を行った場合に、使用者が予期しない高輝度被写体に合焦してしまうことを防ぐことができる。

以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）制御装置１０４は、ＡＦ評価エリア内から高輝度被写体が存在している可能性が高い範囲（高輝度領域）内の画像を除外してコントラスト評価値を算出し、ＡＦ処理を行なうようにした。これによって、使用者が予期しない高輝度被写体に合焦してしまうことを防ぐことができる。

（２）制御装置１０４は、ＡＦ評価エリア内の水平ラインごとに検出領域を特定し、これを垂直方向のズレ量に基づいてグループ化することにより、高輝度被写体が存在している可能性が高い範囲を特定するようにした。これによって、高輝度被写体が存在している可能性が高い範囲を精度高く特定することができる。

（３）制御装置１０４は、図４のステップＳ９０で演算したグループ領域の占める割合が所定の閾値以内である場合に、該グループ領域内の画像をＡＦ評価エリア内の画像から除外するようにした。これによって、ＡＦ評価エリアの大きさに対して、グループ化されたグループ領域が小さい場合には、そのグループ領域は、主要被写体以外の高輝度被写体から検出されたエッジに基づく領域である可能性が高いことを加味して、高輝度被写体が存在している可能性が高い範囲を精度高く除外することができる。

―変形例―
なお、上述した実施の形態のカメラは、以下のように変形することもできる。
（１）上述した実施の形態では、制御装置１０４は、図４のステップＳ１２０において、ＡＦ評価エリア内の画像のうち、ステップＳ１１０で除外したグループ領域以外の画像を対象としてコントラスト評価値を算出することにより、ＡＦ評価エリア内の画像から高輝度被写体が存在している可能性が高い範囲内の画像を除外してコントラスト評価値を算出する例について説明した。しかしながら、制御装置１０４は、ＡＦ評価エリア内から多数の高輝度領域を検出した場合は、ＡＦ評価エリア内を細分化した詳細な評価エリアにおいて孤立した領域をコントラスト評価値の算出対象から除外するようにしてもよい。

具体的には、制御装置１０４は、図７（ａ）に示す画像内のＡＦ評価エリア７ａ内を、図７（ｂ）に示すように複数の詳細エリアに分割することにより、ＡＦ評価エリア７ａ内を細分化する。そして、制御装置１０４は、ＡＦ評価エリア７ａ内に設定した詳細エリアの中から、孤立した高輝度な詳細エリアを孤立点として特定し、該孤立点をコントラスト評価値の算出対象から除外する。ここでは、詳細エリアｋ０が孤立点であるか否かを判定する方法について説明する。

制御装置１０４は、詳細エリアｋ０〜ｋ８のコントラスト評価値に基づいて、詳細エリアｋ０が、周囲の詳細エリアｋ１〜ｋ８から孤立しているかどうかを判定する。具体的には、制御装置１０４は、詳細エリアｋ０のコントラスト評価値が、次式（２）に示す条件を満たす場合には、該詳細エリアｋ０は周囲の詳細エリアｋ１〜ｋ８に対して孤立している、すなわち詳細エリアｋ０は孤立点であると判定し、この場合は、詳細エリアｋ０はコントラスト評価値の算出対象から除外される。なお、次式（２）におけるａは１以上の値をとり、これらは固定値であってもよいし、画像全体の輝度レベルによって変化する変数であってもよい。
詳細エリアｋ０のコントラスト評価値＞ｍａｘ（詳細エリアｋ１のコントラスト評価値〜詳細エリアｋ９のコントラスト評価値）×ａ・・・（２）

制御装置１０４は、上記処理をＡＦ評価エリア７ａ内の全ての詳細エリアを対象として実行することによって孤立点を特定し、該孤立点をＡＦ評価エリア７ａ内から除外して、残りの詳細エリアのコントラスト評価値の総和をＡＦ評価エリア７ａのコントラスト評価値として算出する。これによって、ＡＦ評価エリア７ａ内に複数の高輝度領域が存在する場合に、光源等の高輝度被写体である可能性が高い領域を精度高く検出して、その領域をコントラスト評価値の算出対象から除外することができる。

なお、ＡＦ評価エリア７ａ内から孤立点として特定された詳細エリアを除外し、残りの詳細エリアのコントラスト評価値の総和をＡＦ評価エリア７ａのコントラスト評価値として算出すると、コントラスト評価値の算出に用いる詳細エリアの数が焦点距離ごとに変化してしまう。すなわち、焦点距離ごとの基準（母数）が変化してしまう。よって、制御装置１０４は、孤立点を除外した後の有効な詳細エリアの個数を考慮し、単位エリア基準でコントラスト評価値を算出することが望ましい。

（２）上述した実施の形態では、撮影画面内に設定されたＡＦ評価エリアを焦点調節用の評価エリアとし、ＡＦ評価エリア内の画像から高輝度被写体が含まれる可能性が高い範囲内の画像を除外して、焦点調節を行う例について説明した。しかしながら、本発明は、ＡＦ評価エリア以外の他の評価エリアを評価対象から除外する場合にも適用することができる。例えば、ＡＥ（自動露出），ＡＷＢ（オートホワイトバランス）を行なうための評価エリア内の画像から、高輝度被写体が含まれる可能性が高い範囲の画像を除外する場合にも本発明を適用可能である。

（３）上述した実施の形態では、制御装置１０４は、高輝度被写体が含まれる可能性が高い範囲内の画像を自動的に除外する例について説明した。しかしながら、制御装置１０４は、ＡＦ評価エリア内の高輝度被写体が含まれる可能性が高い範囲を画面上に強調表示して使用者に通知し、その範囲をコントラスト評価値の算出対象から除外するか否かを使用者に選択させるようにしてもよい。

（４）上述した実施の形態では、本発明をカメラ１００に適用する場合について説明した。しかしながら、撮影機能を備えた他の撮像装置、例えばカメラ付き携帯電話機やビデオカメラ等にも本発明は適用可能である。

なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。また、上述の実施の形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。

１００カメラ、１０１操作部材、１０２レンズ、１０３撮像素子、１０４制御装置、１０５メモリカードスロット、１０６モニタ

Claims

撮影画面内に設定された評価エリア内の画像から高輝度領域を抽出する抽出手段と、
前記評価エリア内の画像から前記抽出手段によって抽出された前記高輝度領域内の画像を除外する除外手段と、
前記除外手段により除外された後の前記評価エリア内の画像に基づいて、焦点検出を行う焦点検出手段とを備えることを特徴とする焦点検出装置。
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記抽出手段は、前記評価エリア内の画像の高輝度画素を特定し、特定した前記高輝度画素を色相を加味してグループ化することによって、前記評価エリア内の画像から前記高輝度領域を抽出することを特徴とする焦点検出装置。
請求項１または２に記載の焦点検出装置において、
前記除外手段は、前記評価エリアの面積に対する前記高輝度領域の面積の割合を加味して、前記評価エリア内の画像から前記高輝度領域内の画像を除外することを特徴とする焦点検出装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の焦点検出装置において、
前記除外手段は、前記評価エリア内を複数の詳細エリアに分割し、前記複数の詳細エリアの中から周囲の詳細エリアに対して孤立している詳細エリアを除外することを特徴とする焦点検出装置。