JP2012255896A - 撮像装置、その焦点調整方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像信号より特定の周波数成分を抽出し、撮像信号のコントラストを示す焦点評価値を算出する焦点評価値算出手段と、焦点評価値を用いて合焦の程度を示す合焦度を算出する合焦度算出手段と、焦点評価値の一定期間毎の変化量を用いて焦点評価値の山の形状を予測する形状予測手段と、合焦度算出手段により算出される合焦度および形状予測手段による結果に基づいてフォーカスレンズの駆動速度を設定するフォーカス速度設定手段と、を有する。
【選択図】図5
Description
(第1の実施形態)
以下、本実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態ではスルー画像表示中に継続して実施されているAF動作に本発明を適用した例を示す。
まず、本実施形態に係る撮像装置1の全体構成について説明する。図1は、本実施形態に係る撮像装置1の構成を模式的に示すブロック図である。
図1に示すシステム制御部115は、例えばCPU、RAMおよびROMを有する。システム制御部115は、ROMに予め記憶されたプログラムに従い、RAMを作業領域として用いながら撮像装置1全体の動作を制御する。なお、後述する各処理は、コンピュータプログラム(ソフトウェア)として、主にシステム制御部115によって実行されるものとする。
また、システム制御部115は、AF処理部105が算出した焦点評価値に基づいて合焦位置を特定し、フォーカスレンズ制御部104を制御することでフォーカスレンズを移動させ、自動焦点調整(AF)処理を実施する。焦点評価値は、測距領域内のコントラストの指標となる数値である。
撮像素子108には、入射光を電気信号に変換する受光手段または光電変換手段が適用される。例えば、撮像素子108は、CCDやCMOSイメージャなどの光電変換素子からなり、入射した光を光電変換して撮像信号(画像信号)を生成し出力することができる。撮像処理部109は、CDS回路と非線形増幅回路とA/D変換部とを含む。CDS回路は、撮像素子108の出力ノイズを、相関二重サンプリング方式により除去する。非線形増幅回路は、CDS回路によりノイズが除去された撮像信号に対して信号増幅(ゲイン制御)を行う。A/D変換部は、アナログ信号である撮像信号をデジタル信号に変換する。撮像素子108と撮像処理部109とが、被写体を撮像することにより撮像信号を取得する撮像部として機能する。
VRAM(画像表示用メモリ)116は、撮像信号などを記録する。操作表示部117は、画像表示や操作補助のための表示やカメラ状態の表示を行うことができる。また、操作表示部117は、撮影時においては、撮影画面を表示することができる。メインスイッチ(メインSW)118は、撮像装置1の電源をON/OFFするためのスイッチである。第一のスイッチ(SW1)119は、AFやAE等の撮影スタンバイ動作(撮影準備動作)を行うためのスイッチである。第二のスイッチ(SW2)120は、第一のスイッチ119が操作された後に、撮像を行うためのスイッチである
次に、本実施形態の焦点調整動作の基本的な流れを説明する。
本実施形態の焦点調整動作は動画記録中および待機中に継続して実施される。
図2は焦点調整動作の大まかな流れを示すフローチャートである。図2に示す焦点調整動作の処理は、コンピュータプログラム(ソフトウェア)として、システム制御部115のROMなどに記憶される。そして、メインスイッチ118が操作されて電源が投入され、撮像装置1が起動した後に、主にシステム制御部115およびフォーカスレンズ制御部104が実行する。
まず、ステップS200において、フォーカスレンズ制御部104は、ウォブリング動作を実行する。なお、ウォブリング動作の詳細については後述する。ステップS201では、システム制御部115は、ステップS200の判定結果が合焦であるか否かを判定する。合焦していると判定された場合には(「Yes」の場合には)、ステップS205に進む。合焦していないと判定された場合には(「No」の場合には)、ステップS202に進む。
ステップS204では、システム制御部115は、ステップS203の山登り動作により焦点評価値の頂点を越え合焦点を検出できたか否かを判定する。ステップS204において、焦点評価値の頂点を越えたと判定されない場合には(「No」の場合には)、ステップS203に戻り、山登り動作を継続する。ステップS204において、焦点評価値の頂点を越えたと判定された場合には(「Yes」の場合には)、ステップS200に進み、フォーカスレンズ制御部104は、ウォブリング動作にて合焦位置に収束させる。
ステップS206では、システム制御部115は、ステップS205において記憶された合焦状態での焦点評価値と最新の焦点評価値とを比較する、再起動判定を行う。ステップS207では、システム制御部115は、ステップS206における再起動判定の結果を用いて、再起動条件が成立したか否かを判定する。具体的には、ステップS205において記憶された合焦状態での焦点評価値と、最新の焦点評価値との差が所定のレベル以上である場合には、焦点調整動作の再起動条件が成立したと判定される。ステップS207において再起動条件が成立したと判定された場合には(「Yes」の場合には)、ステップS200に戻り、焦点調整動作を再開する。一方、再起動条件が成立したと判定されなかった場合には(「No」の場合には)、ステップS206に戻る。
その後、システム制御部115は、周期的に取得される焦点評価値に基づいて、再起動判定を繰り返す。すなわち、焦点評価値の変化の監視を継続する。
次に、ウォブリング動作について説明する。ウォブリング動作は、合焦位置や合焦位置の方向を特定するための低速なAF動作である。ウォブリング動作では、断続的にフォーカスレンズを所定の量ずつ移動させ、取得された焦点評価値の増減に基づいて合焦点や合焦点の存在する方向を特定する。ウォブリング動作は、第1の焦点調整手段による処理の一例に対応する。図3は、ウォブリング動作の処理を示すフローチャートである。
ステップS301では、システム制御部115は、ステップS300において取得した焦点評価値とそれよりも以前に取得した焦点評価値とが作り出す山の形状(グラフの曲線の形状)を判定する。具体的には、今回取得した焦点評価値と前回取得した焦点評価値とを比較し、所定のレベルの上昇または下降があるか否かを判定する。なお、ステップS301の形状判定で判定に用いられる焦点評価値は焦点評価値Hと焦点評価値Lを加算したものとする(以後、ウォブリング動作においては焦点評価値という)。システム制御部115は、焦点評価値がフォーカスレンズの現在の進行方向に対して下降した場合には、反転条件が成立したと判定する。なお、システム制御部115は、反転条件が成立した位置を所定の回数にわたって記憶する。記憶した反転条件が成立した位置は、後述するステップS302における判定に使用される。
一方、ステップS302において反転条件が成立していないと判定された場合には(「No」の場合には)、ステップS304に進む。ステップS304では、システム制御部115はフォーカスレンズ制御部104を制御し、フォーカスレンズ制御部104は、フォーカスレンズを、直前の進行方向と同じ方向に所定の距離だけ移動させる。
一方、ステップS305においてフォーカスレンズの移動方向が所定の回数にわたって同一であると判定されなかった場合には(「No」の場合には)、ステップS306に進む。
ステップS308では、システム制御部115は、フォーカスレンズが合焦位置にあると判定する。このように、焦点評価値の山の頂上近傍において、焦点評価値の上昇と下降とが互いに近いタイミングで現れた場合には、上記のような処理が実施されることになる。
以上のとおり、システム制御部115は、ウォブリング動作を実施する。
次に、山登り動作について説明する。山登り動作は、合焦位置を特定するためのウォブリング動作よりも高速なAF動作である。すなわち、山登り動作においては、連続的に所定速度でフォーカスレンズを移動させ、取得された焦点評価値の増減によって合焦位置を特定する。山登り動作は、第2の焦点調整手段による処理の一例に対応する。図4は、山登り動作の処理を示すフローチャートである。
次に、ステップS401では、システム制御部115は、フォーカス速度設定処理を実行する。詳細は後述するが、取得した焦点評価値や対応するレンズ位置に基づいて山登り動作におけるフォーカスレンズの駆動速度を決定し設定する。
以上のとおり、システム制御部115は、山登り動作を実施する。
次に、フォーカス速度設定処理について説明する。フォーカス速度設定処理とは、上述した山登り動作においてフォーカスレンズの駆動速度を焦点状態に応じて可変させることを目的とした、駆動速度を決定するための一連の処理である。図5は、フォーカス速度設定処理を示すフローチャートである。
次に、ステップS501では、システム制御部115は、焦点評価値と対応するレンズ位置を記憶する。ステップS502では、システム制御部115は、焦点評価値とレンズ位置とが作り出す山の形状(グラフの曲線の形状)に基づき、山のピーク位置(合焦点)を中心として、その近傍を複数の領域に分割し、現在のフォーカスレンズ位置がどの領域に属するかを判定する。詳細については後述する。
以上のとおり、システム制御部115はフォーカス速度設定処理を実施する。
次に、露出条件判定処理について説明する。図6は露出条件判定処理を示すフローチャートである。
ステップS600では、システム制御部115は、現在設定されているゲイン量を取得する。この処理では、現在の露出条件のうち撮像処理部109における非線形増幅回路での信号増幅量(以下、ゲイン量という)を取得することにより行う。AE処理部103、システム制御部115によって実施される自動露出(AE)処理によりゲイン量は制御され、例えば、明るいシーンで撮像信号が所望の信号レベルを維持できる場合にはゲイン量は少なくてすむ。しかしながら、暗いシーンで所望の信号レベルを維持できない場合にはゲイン量は大きくなる傾向にある。
以上のとおり、システム制御部115は露出条件判定処理を実施する。
次に、形状予測処理について説明する。図7は形状予測処理を示すフローチャートである。形状予測処理では、焦点評価値の一定期間毎の変化量を用いて焦点評価値の山の形状を予測し、現在のレンズ位置を判定する。
まず、ステップS700では、システム制御部115は、予め図4のステップS400にて記憶されている焦点評価値およびそれに対応するレンズ位置を用いて、焦点評価値とレンズ位置とが作り出す山の形状に基づいて、その1次微分出力である山の傾きを求める。システム制御部115は、求めた山の傾きをDRAM113に記憶する。処理の詳細については後述する。
ステップS701では、システム制御部115は、焦点評価値の2次微分出力を求める。具体的には、システム制御部115は、ステップS700で求めた焦点評価値の山の傾きの出力に基づいて、山の傾きの変化をさらに算出する。処理の詳細については後述する。
以上のとおり、システム制御部115は形状予測処理を実施する。
次に、1次微分算出処理について説明する。図8は1次微分算出処理を示すフローチャートである。なお、1次微分算出処理に用いられる焦点評価値はより低い周波数成分によって算出された焦点評価値Lとする(以後、山登り動作においては焦点評価値という)。
以上のとおり、システム制御部115は1次微分算出処理を実施する。
次に、2次微分算出処理について説明する。図9は2次微分算出処理を示すフローチャートである。まず、ステップS900では、システム制御部115は、予め図8のステップS803にてDRAM113に記憶されている1次微分出力(D11)と対応するレンズ位置(P1)を取得する。
同様に、ステップS901では、システム制御部115は、一定時間前の1次微分出力(D12)と対応するレンズ位置(P2)を取得する。ステップS902では、システム制御部115は、ステップS900とステップS901で取得した1次微分出力の差とレンズ値の差とを求め除算する。ステップS903では、システム制御部115は、計算の結果によって求められた2次微分出力D2をDRAM113に記憶する。
以上のとおり、システム制御部115は2次微分算出処理を実施する。
次に、合焦度算出処理について説明する。図10は合焦度算出処理を示すフローチャートである。まず、ステップS1000では、システム制御部115は、最新の焦点評価値のうち高い周波数成分を抽出して算出した焦点評価値HをDRAM113より読み出す。同様に、ステップS1001では、システム制御部115は、最新の焦点評価値のうち低い周波数成分を抽出して算出した焦点評価値LをDRAM113より読み出す。
次に、ステップS1003では、システム制御部115は、ステップS1002で求めた合焦度をDRAM113に記憶する。ここで記憶された合焦度は後述するフォーカス速度設定処理にて用いられる。
以上のとおり、システム制御部115は合焦度算出処理を実施する。
次に、領域特定処理について説明する。図11は領域特定処理を示すフローチャートである。なお、領域特定処理では図13の下部で示した焦点評価値の1次、2次の微分出力の変化傾向に応じて「領域0」、「領域1」、「領域2」の3つの領域を特定することを目的とする。図13において、「領域0」は合焦点から外れた領域、「領域1」は合焦点に比較的近く、「領域2」は合焦点近傍を示している。
ステップS1105では、システム制御部115は、先に求めた1次微分出力D1を読み出しその絶対値がステップS1102もしくはステップS1103で決定した閾値よりも大きいか否かを判定する。閾値よりも大きい場合には(「Yes」の場合には)、ステップS1106に進み、システム制御部115は、先に求めた2次微分出力D2を読み出しその絶対値がステップS1102もしくはステップS1103で決定した閾値よりも大きいか否かを判定する。ステップS1105およびステップS1106の条件を満たす場合には、ステップS1107において、システム制御部115は、現在のレンズ位置が「領域1」に属すると判定し、その結果を記憶する。ステップS1108では、システム制御部115は、「領域1」にどのくらいの期間にレンズ位置があるかを判定するための継続回数をカウントアップして記憶する。なお、ステップS1106では上述した「領域1」の継続回数も判定しており、一定期間以上継続している場合には2次微分出力D2が閾値を下回ることを認めている。これは2次微分出力が1次微分出力のピーク付近で0に近づくように減少するためである。
以上のとおり、システム制御部115は領域特定処理を実施し、山登り動作中のレンズ位置が「領域0」、「領域1」、「領域2」のいずれに属するかを判定する。
次に、フォーカス速度選択処理(通常照度)について説明する。図12はフォーカス速度選択処理(通常照度)を示すフローチャートである。
まず、ステップS1200では、システム制御部115は、図5のステップS503にて算出し記憶した合焦度をDRAM113より読み出す。ステップS1201では、システム制御部115は、図5のステップS502にて判定した形状予測処理の結果をDRAM113より読み出す。
一方、ステップS1202において、現在のレンズ位置が「領域2」に属していないと判定される場合には(「No」の場合には)、ステップS1203に進み、システム制御部115は、現在のレンズ位置が「領域1」に属しているか否かを判定する。
一方、ステップS1203において、現在のレンズ位置が「領域1」に属していない場合には(「No」の場合には)、ステップS1206に進み、システム制御部115は、フォーカスレンズの駆動速度を予め決められた高速に設定する。
以上のとおり、システム制御部115はフォーカス速度選択処理(通常照度)を実施する。
次に、フォーカス速度選択処理(低照度)について説明する。図14はフォーカス速度選択処理(低照度)を示すフローチャートである。
まず、ステップS1400では、システム制御部115は、図5のステップS503にて算出し記憶した合焦度をDRAM113より読み出す。ステップS1401では、システム制御部115は、図5のステップS502にて判定した形状予測処理の結果をDRAM113より読み出す。
一方、ステップS1402において、現在のレンズ位置が「領域2」に属していない場合には(「No」の場合には)、ステップS1404に進み、システム制御部115は、フォーカスレンズの駆動速度を予め決められた高速に設定する。
以上のとおり、システム制御部115はフォーカス速度選択処理(低照度)を実施する。
したがって、本実施形態によれば、撮像素子より得られる輝度信号にノイズ成分が多く含まれ、その影響を強く受ける状況であっても、その時点で信頼性の高い情報に基づいてフォーカスレンズの駆動速度を設定することで、安定した焦点調整動作が可能となる。
次に、第2の実施形態について、図17のフローチャートを参照して説明する。
第1の実施形態では、撮像処理部109における非線形増幅回路でのゲイン量に基づいて通常照度シーンであるか低照度シーンであるかを判定したが、他の露出条件により判定してもよい。第2の実施形態では、AE処理部103によって算出された被写体の明るさを示す被写体輝度を用いる例を示す。
次に、ステップS1701では、システム制御部115は、低照度シーンであるか否かを判定する。具体的には、システム制御部115は、被写体輝度の基準値とステップS1700で取得した被写体輝度とを比較し、現在の被写体輝度が基準値よりも小さいか否かを判定する。現在の被写体輝度が基準値よりも小さい場合には(「Yes」の場合には)、ステップS1702に進み、システム制御部115は、露出条件判定結果を「低照度」としてDRAM113に記憶する。
以上のとおり、システム制御部115は第2の実施形態の露出条件判定処理を実施する。
このように、露出条件判定処理では、低照度シーンであるか通常照度シーンであるかを判定しうる情報を用いればよく、第1の実施形態または第2の実施形態に限定されるものではない。なお、ゲイン量および被写体輝度の両方に基づいて低照度シーンであるか通常照度シーンであるかを判定してもよい。
次に、第3の実施形態について説明する。
第1の実施形態では、フォーカスレンズ速度選択処理において、「領域2」すなわち、合焦点近傍である場合には、駆動速度を予め決められた低速に設定するようにしている。これは、山登り動作を実施するに当たり合焦点を通り越してしまう量を抑えるためである。
第3の実施形態では、合焦点を通り越してしまう量をより抑えることを可能とする。具体的には、図12、図14で示したフォーカスレンズ速度選択処理において、それぞれの判定結果として所属領域が「領域2」と判定され、駆動速度を予め決められた低速に設定する際、この予め決められた低速を速度0(=停止)とするように変更する。
以下、ステップS1803から関連する部分の処理を説明する。
まず、ステップS1803では、フォーカスレンズ制御部104は、山登り動作を実施する。山登り動作は、焦点評価値が大きくなる方向に向けて、ウォブリングよりも高速でフォーカスレンズを移動させる動作である。
ステップS1804では、システム制御部115は、ステップS1803の山登り動作により焦点評価値の頂点を越え合焦点を検出できたか否かを判定する。ステップS1804において、焦点評価値の頂点を越えたと判定された場合には(「Yes」の場合には)、ステップS1800に進み、フォーカスレンズ制御部104は、細かい移動量で制御されるウォブリング動作にて合焦位置に収束させる。
Claims (9)
- 被写体を撮像することによって撮像部により取得される撮像信号に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する撮像装置であって、
前記撮像信号より特定の周波数成分を抽出し、前記撮像信号のコントラストを示す焦点評価値を算出する焦点評価値算出手段と、
前記焦点評価値を用いて合焦の程度を示す合焦度を算出する合焦度算出手段と、
前記焦点評価値の一定期間毎の変化量を用いて焦点評価値の山の形状を予測する形状予測手段と、
前記合焦度算出手段により算出される合焦度および前記形状予測手段による結果に基づいて前記フォーカスレンズの駆動速度を設定するフォーカス速度設定手段と、を有することを特徴とする撮像装置。 - 被写体を撮像するときの露出条件を検出する露出条件検出手段を有し、
前記フォーカス速度設定手段は、前記露出条件検出手段によって検出された露出条件に応じて、前記駆動速度を設定するときの判断基準となる前記合焦度と前記形状予測手段による結果との優先順位を切り替えて、前記フォーカスレンズの駆動速度を設定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記合焦度算出手段は、前記焦点評価値算出手段によって前記撮像信号より抽出された周波数の高い信号成分と周波数の低い信号成分とを用いて正規化することで合焦度を算出することを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。
- 前記形状予測手段は、前記焦点評価値の1次、2次微分出力を求め、それぞれの微分出力の変化に基づいて焦点状態を予測することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の撮像装置。
- 前記露出条件検出手段によって検出される露出条件は、前記撮像信号のレベルを一定にするためのゲイン量であり、
前記フォーカス速度設定手段は、前記ゲイン量が所定の値よりも大きくなった場合に、前記合焦度よりも前記形状予測手段による結果を優先して、前記フォーカスレンズの駆動速度を設定することを特徴とする請求項2乃至4の何れか1項に記載の撮像装置。 - 前記露出条件検出手段によって検出される露出条件は、被写体の明るさを示す被写体輝度であり、
前記フォーカス速度設定手段は、前記被写体輝度が所定の明るさよりも暗くなった場合に、前記合焦度よりも前記形状予測手段による結果を優先して、前記フォーカスレンズの駆動速度を設定することを特徴とする請求項2乃至4の何れか1項に記載の撮像装置。 - 断続的にフォーカスレンズを動かした後、焦点評価値を取得し、合焦点を検出する第1の焦点調整手段と、
連続的にフォーカスレンズを動かしながら焦点評価値を取得し、合焦点を検出する第2の焦点調整手段と、
前記第2の焦点調整手段により合焦点を検出するとき、前記フォーカス速度設定手段により駆動速度が0に設定された場合には、前記第1の焦点調整手段による焦点調整動作に切り替える切り替え手段と、を有することを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の撮像装置。 - 被写体を撮像することによって撮像部により取得される撮像信号に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する撮像装置の焦点調整方法であって、
前記撮像信号より特定の周波数成分を抽出し、前記撮像信号のコントラストを示す焦点評価値を算出する焦点評価値算出ステップと、
前記焦点評価値を用いて合焦の程度を示す合焦度を算出する合焦度算出ステップと、
前記焦点評価値の一定期間毎の変化量を用いて焦点評価値の山の形状を予測する形状予測ステップと、
前記合焦度算出ステップにより算出される合焦度および前記形状予測ステップによる結果に基づいて前記フォーカスレンズの駆動速度を設定するフォーカス速度設定ステップと、を有することを特徴とする焦点調整方法。 - 被写体を撮像することによって撮像部により取得される撮像信号に基づいてフォーカスレンズの位置を制御する撮像装置の焦点調整のためのプログラムであって、
前記撮像信号より特定の周波数成分を抽出し、前記撮像信号のコントラストを示す焦点評価値を算出する焦点評価値算出ステップと、
前記焦点評価値を用いて合焦の程度を示す合焦度を算出する合焦度算出ステップと、
前記焦点評価値の一定期間毎の変化量を用いて焦点評価値の山の形状を予測する形状予測ステップと、
前記合焦度算出ステップにより算出される合焦度および前記形状予測ステップによる結果に基づいて前記フォーカスレンズの駆動速度を設定するフォーカス速度設定ステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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