JP2016218106A - 撮像装置 - Google Patents

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明雄 西山
匡利 中村
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Abstract

【課題】追尾対象の被写体の動きに精度よく追従してAF領域を設定する撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、フレーム単位で連続して被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、撮像部により生成された撮像画像をリアルタイムに表示する表示部と、表示部にリアルタイムに表示される撮像画像に重畳して、自動合焦させる領域を示すAF枠を表示する制御部と、を備える。制御部は、以前のフレームの撮像画像N−2、N−1から特定の被写体の動きmを検出し、検出した動きmに基づいて、現フレームの撮像画像Nにおける特定の被写体の位置Pnを予測し、予測した位置に基づいて、表示部に表示される撮像画像においてAF枠を表示する。【選択図】図5

Description

本開示は、追尾対象の被写体の動きに追従してオートフォーカス領域を設定する撮像装置に関する。
従来、所望の被写体を追尾し、時々刻々と変化する被写体の位置に応じた位置に合焦動作を行うオートフォーカス(AF)領域を設定する撮像装置がある(例えば、特許文献1)。
特許文献1のカメラは、撮影画面内の色情報と輝度情報との少なくとも1つを用いて撮影画面内の追尾対象を含む候補領域を検出し、候補領域の大きさに基づき、候補領域に含まれる複数のフォーカスエリア(AF領域)の中から1つのフォーカスエリアを選択し、焦点調節の対象とするとともに、選択した1つのフォーカスエリアに対してAF枠を撮影画面内に表示している。このようにAF枠を表示することにより、大きな被写体に対してAF枠の表示位置(すなわち、フォーカスエリアの位置)が頻繁に切り替わることを低減している。
特開2014−016630号公報
特許文献1のカメラでは、現在撮影画面内に表示されているAF枠は、1つ前のフレームの画像に基づいて決定された位置に表示される。このため、現在の被写体の実際の位置と、AF枠の表示位置(すなわちAF領域の位置)とがずれてしまう場合がある。
本開示は、追尾対象の被写体の動きに精度よく追従してAF枠の表示位置を設定する撮像装置を提供する。
本開示の態様において、特定の被写体の動きに追従して自動合焦動作が可能な撮像装置が提供される。撮像装置は、フレーム単位で連続して被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、撮像部により生成された撮像画像をリアルタイムに表示する表示部と、表示部にリアルタイムに表示される撮像画像に重畳して、自動合焦させる領域を示すAF枠を表示する制御部と、を備える。制御部は、以前のフレームの撮像画像から特定の被写体の動きを検出し、検出した動きに基づいて、現フレームの撮像画像における特定の被写体の位置を予測し、予測した位置に基づいて、表示部に表示される撮像画像においてAF枠を表示する。
本開示の撮像装置は、追尾対象の被写体の位置を予測してAF枠を表示する。このため、追尾対象の被写体の動きに精度よく追従してAF枠を表示することができる。
本開示に係るデジタルカメラの構成を示す図 デジタルカメラの背面図 デジタルカメラにおけるAF枠を説明した図 実施の形態1における追尾AFの動作を示すフローチャート 追尾対象の予測位置に基づく追尾領域の設定を説明するための図 実施の形態2における追尾AFの動作を示すフローチャート
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者(ら)は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
以下、図面を用いて本開示に係る撮像装置の実施の形態を説明する。
(実施の形態1)
1.デジタルカメラの構成
本実施の形態1に係るデジタルカメラの電気的構成例について図1を用いて説明する。図1は、デジタルカメラ100の構成を示すブロック図である。デジタルカメラ100は、1又は複数のレンズからなる光学系110により形成された被写体像をCCD140で撮像する撮像装置である。
CCD140で生成された画像データは、画像処理部160で各種処理が施され、メモリカード200に格納される。以下、デジタルカメラ100の構成を詳細に説明する。
光学系110は、ズームレンズやフォーカスレンズ115を含む。ズームレンズを光軸に沿って移動させることにより、被写体像の拡大、又は縮小をすることができる。また、フォーカスレンズ115を光軸に沿って移動させることにより、被写体像のピントを調整することができる。
レンズ駆動部120は、光学系110に含まれる各種レンズを駆動させる。レンズ駆動部120は、例えばズームレンズを駆動するズームモータや、フォーカスレンズ115を駆動するフォーカスモータを含む。
絞り300は、ユーザの設定に応じて又は自動で、光の開口部の大きさを調整し、透過する光の量を調整する機構である。
シャッタ130は、CCD140に透過させる光を遮光するための手段である。シャッタ130は、光学系110及び絞り300とともに、被写体像を示す光学情報を制御する光学系部を構成する。
CCD140は、光学系110で形成された被写体像を撮像して、所定のフレームレートで画像データを生成する。CCD140は、カラーフィルタと、受光素子と、AGC(Auto Gain Controller)を含む。受光素子は、光学系110によって集光された光学的信号を電気信号に変換し、画像情報を生成する。AGCは、受光素子から出力された電気信号を増幅する。CCD140はさらに、露光、転送、電子シャッタなどの各種動作を行うための駆動回路等を含む。詳細については、後述する。
ADC(A/Dコンバータ)150は、CCD140で生成されたアナログ画像データをデジタル画像データに変換する。
画像処理部160は、CCD140で生成され、ADC(A/Dコンバータ)150により変換されたデジタル画像データに対して各種処理を施す。画像処理部160は、コントローラ180の制御にしたがい動作する。画像処理部160は、表示モニタ220に表示するための画像データを生成したり、メモリカード200に格納するための画像データを生成したりする。例えば、画像処理部160は、CCD140で生成された画像データに対して、ガンマ補正、ホワイトバランス補正、傷補正などの各種処理を行う。また、画像処理部160は、CCD140で生成された画像データを、H.264規格やMPEG2規格に準拠した圧縮形式等により圧縮する。画像処理部160は、DSP(Digital Signal Processor)やマイコンなどで実現可能である。
コントローラ180は、デジタルカメラ100の全体を制御する制御手段である。コントローラ180は、半導体素子などで実現可能である。コントローラ180は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現してもよい。コントローラ180は、マイコン、CPU、MPU、ASIC、FPGAなどで実現できる。
バッファ170は、画像処理部160及びコントローラ180のワークメモリとして機能する。バッファ170は、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、強誘電体メモリなどで実現できる。
カードスロット190は、メモリカード200を着脱可能である。カードスロット190は、機械的及び電気的にメモリカード200と接続可能である。
メモリカード200は、フラッシュメモリや強誘電体メモリなどを内部に含み、画像処理部160で生成された画像ファイル等のデータを格納可能である。
内蔵メモリ240は、フラッシュメモリや強誘電体メモリなどで構成される。内蔵メモリ240は、デジタルカメラ100全体を制御するための制御プログラム等を記憶している。
操作部材210は、ユーザからの操作を受け付けるユーザーインターフェースの総称である。操作部材210は、例えば、ユーザからの操作を受け付ける選択ボタンや決定ボタン、レバー、ダイヤル、タッチパネル等を含む。
表示モニタ220は、CCD140で生成した画像データが示す画像(ライブビュー画像)や、メモリカード200から読み出した画像データが示す画像(再生画像)を表示可能である。また、表示モニタ220は、デジタルカメラ100の各種設定を行うための各種メニュー画面等も表示可能である。表示モニタ220は、液晶表示デバイスや有機EL表示デバイスで構成される。
図2は、デジタルカメラ100の背面を示した図である。操作部材210は、図2に示すように、レリーズボタン211、選択ボタン213、決定ボタン214、動画記録ボタン217等を含む。操作部材210は、ユーザによる操作を受け付けると、コントローラ180に種々の指示信号を送信する。
レリーズボタン211は、二段押下式の押下ボタンである。レリーズボタン211がユーザにより半押し操作されると、コントローラ180はオートフォーカス制御(AF制御)やオート露出制御(AE制御)などを実行する。また、レリーズボタン211がユーザにより全押し操作されると、コントローラ180は、押下操作のタイミングに撮像された画像データを記録画像としてメモリカード200等に記録する。
選択ボタン213は、上下左右方向に設けられた押下式ボタンである。ユーザは、選択ボタン213のいずれかの方向を押下することにより、カーソルを移動したり、表示モニタ220に表示される各種条件項目を選択したりすることができる。
決定ボタン214は、押下式ボタンである。デジタルカメラ100が撮影モードあるいは再生モードにあるときに、決定ボタン214がユーザにより押下されると、コントローラ180は表示モニタ220にメニュー画面を表示する。メニュー画面は、撮影/再生のための各種条件を設定するための画面である。決定ボタン214が各種条件の設定項目が選択されているときに押下されると、コントローラ180は、選択された項目の設定を確定する。
2.デジタルカメラの動作
本実施形態のデジタルカメラ100は、自動で合焦動作を行うオートフォーカスモードとマニュアル操作による合焦動作を行うマニュアルモードを有する。さらに、デジタルカメラ100は、オートフォーカスモードとして、特定の被写体に追従してオートフォーカスを行う追尾AFモードを有する。
図3は、表示モニタ220に表示される撮像画像(ライブビュー画像)の例を説明した図である。本実施形態のデジタルカメラ100は、追尾対象である特定の被写体10の動きに追従してAF領域を示すAF枠20を表示する。ここで、追尾対象となる特定の被写体は、例えば、表示モニタ220で表示された画像における特定の被写体に対して、ユーザがタッチやキー操作により指定することにより決定される。本実施形態のデジタルカメラ100は、追尾対象となる特定の被写体の動きベクトルから、撮像画像における特定の被写体の位置を予測し、その予測した位置に基づいてAF枠を決定する。これにより、AF枠の位置と追尾対象の実際の位置とのずれを低減できる。
以下、図4及び図5を参照して、デジタルカメラ100における追尾AF動作について説明する。図4は、デジタルカメラ100における追尾AF動作を示すフローチャートである。図5は、追尾対象である特定の被写体の予測位置に基づく追尾領域(AF枠の位置)の設定を説明するための図である。以下に説明する処理は、主としてデジタルカメラ100のコントローラ180により実行される。なお、以下では、時刻t(現フレームn)に対する追尾AF動作を説明する。また、追尾対象である特定の被写体はユーザにより既に指定されているとする。
コントローラ180は、現フレーム(フレームn)の1つ前のフレーム(フレームn−1)の撮像画像N−1における特定の被写体の位置と、2つ前のフレーム(フレームn−2)の撮像画像N−2における特定の被写体の位置とから動きベクトル(移動量)を算出し、算出結果を内蔵メモリ240に格納する(S11)。
次に、コントローラ180は、1つ前のフレーム(フレームn−1)の撮像画像N−1と2つ前のフレーム(フレームn−2)の撮像画像N−2とから算出された動きベクトル(移動量)の情報を内蔵メモリ240から読み出す(S12)。
コントローラ180は、取得した動きベクトル(移動量)に基づき、現フレームの撮像画像Nにおける特定の被写体の位置を予測する(S13)。
具体的には、下記式(1)により現フレーム撮像画像Nにおける特定の被写体の予測位置Pnを求める。
Pn(xn, yn)=Pn-1(xn-1, yn-1)+m(Δx, Δy) (1)
Pn-1:1フレーム前の撮像画像における特定の被写体の位置
m:2フレーム前の撮像画像における特定の被写体の位置(Pn-2)から1フレーム前の撮像画像における特定の被写体の位置(Pn-1)への動きベクトル
コントローラ180は、表示モニタ220に表示する画像(ライブビュー画像)において、撮像画像における予測位置Pnに対応する位置にAF枠20を表示する(S14)。
このように表示モニタ220に表示する画像において、過去のフレームの撮像画像から予測した位置Pnに対応する位置にAF枠を表示することで、表示モニタ220に表示された特定の被写体の位置とAF枠の位置のずれを低減することができる。よって、ユーザは、違和感を感じることなくAF枠を視認することができる。
その後、コントローラ180は、予測した位置Pnを中心として色情報に基づく追尾処理を行う(S15)。
具体的には、コントローラ180は、予測した位置Pnを中心とした所定の領域30において色情報に基づき特定の被写体10を検出する。このとき、コントローラ180は、表示モニタ220上の現フレームnの撮像画像において領域30に対応する位置にAF枠20を表示する。そして、コントローラ180は、領域20において色情報に基づき特定の被写体10を検出し、検出した特定の被写体10を含む所定の領域をAF領域に設定し、AF領域に含まれる画素の値に基づきコントラストAFを実施する。
このように、予測した位置Pnを中心にして追尾処理(特定の被写体の検出)を実施することにより、追尾対象が移動していると予想される領域において追尾処理が実施され、追尾対象の実際の位置により近い位置で追尾対象を検出することができる。また、追尾対象を見失う可能性も低減できる。よって、追尾の精度を向上することができる。
3.効果、等
以上のように、本実施形態のデジタルカメラ100は、特定の被写体の動きに追従して自動合焦動作が可能である。デジタルカメラ100は、フレーム単位で連続して被写体を撮像して撮像画像を生成するCCD140と、CCD140により生成された撮像画像をリアルタイムに表示する表示モニタ220と、表示モニタ220にリアルタイムに表示される撮像画像に重畳して、自動合焦させる領域を示すAF枠20を表示するコントローラ180と、を備える。コントローラ180は、以前のフレームの撮像画像N−1、N−2から特定の被写体10の動きを検出し、検出した動きに基づいて、現フレームの撮像画像Nにおける特定の被写体10の位置Pnを予測し、予測した位置Pnに基づいて、表示モニタ220に表示される撮像画像においてAF枠20を表示する。
以上のように、デジタルカメラ100は、過去のフレームの画像から算出した動きベクトルに基づき、現フレームの画像における特定の被写体の位置を予測し、予測した位置Pnに基づきAF枠20を表示する。これにより、表示モニタ220に表示された特定の被写体の位置とAF枠の位置のずれを低減することができる。
また、コントローラ180は、予測した位置Pnに基づいた領域30において、追従動作のために特定の被写体10を検出してもよい。これにより、追尾対象が移動していると予想される領域において追尾動作が実施されるため、追尾対象の実際の位置により近い位置で追尾対象を検出することができる。また、追尾対象を見失う可能性も低減できる。よって、追尾の精度を向上することができる。
(実施の形態2)
実施の形態1では、動きベクトルに基づき必ず特定の被写体の位置を予測した。しかし、特定の被写体の動きに規則性がない場合、実施の形態1の方法では、必ずしも精度のよい追従が実現されるとは限らない。本実施形態では、所定回数連続して同じ移動量が検出された場合にのみ、特定の被写体の位置を予測するようにする。
以下、図6のフローチャートを参照して本実施形態のデジタルカメラ100の動作を説明する。なお、デジタルカメラ100の構成については実施の形態1で説明したとおりである。
コントローラ180は、連続する2つのフレーム(たとえば、フレームn−1とフレームn−2、フレームn−2とフレームn−3、・・・フレームn−5とフレームn−6)の撮像画像における特定の被写体の位置から動きベクトル(移動量)を算出し、算出結果を内蔵メモリ240に格納する(S20)。
次に、コントローラ180は、内蔵メモリ240から、以前に求めた所定数(例えば、5)の動きベクトルの情報を取得する(S21)。ここでは、フレームn−1とフレームn−2、フレームn−2とフレームn−3、・・・フレームn−5とフレームn−6のそれぞれの組から算出した動きベクトルの情報を取得する。
コントローラは、取得した動きベクトルの情報に基づき、所定回数(例えば5回)連続して同じ移動量が検出されたか否かを判断する(S22)。ここで、各移動量が正確に一致する場合のみならず、移動量のばらつきが所定の範囲内になる場合も、移動量が同じであると判断してもよい。例えば、各移動量と移動量の平均値との差が所定値以内になる場合、移動量が同じであると判断してもよい。
所定回数連続して同じ移動量が検出されたことは、特定の被写体が一定の速度(移動量)で移動していると考えられる。よって、所定回数連続して同じ移動量が検出された場合(S22でYES)、コントローラ180は、前回のフレームにおいて求めた動きベクトル(移動量)に基づき、現フレームの撮像画像における特定の被写体の位置を予測する(S23)。予測位置は前述の式(1)により求められる。
そして、コントローラ180は、表示モニタ220に表示する画像(ライブビュー画像)において予測位置Pnに対応する位置にAF枠20を表示し(S24)、かつ、予測した位置Pnを中心として色情報に基づく追尾処理を行う(S25)。
一方、同じ移動量が所定回数連続しては検出されなかったことは、特定の被写体が一定の速度(移動量)で移動していないと考えられ、動きベクトルの信頼性が低いと考えられる。よって、同じ移動量が所定回数連続しては検出されなかった場合(S22でNO)、動きベクトルに基づく位置予測は行わない。すなわち、コントローラ180は、表示モニタ220に表示する画像において、1フレーム前の色追尾により検出された特定の被写体の位置に対応する位置にAF枠を表示する(S26)。また、コントローラ180は、撮像画像全体から色情報に基づく特定の被写体の検出を行う(S27)。
本実施形態によれば、特定の被写体が一定の速度(移動量)で移動していると考えられる可能性が高い場合にのみ、動きベクトルを用いて特定の被写体の位置を予測するため、予測の精度を高めることができ、より精度よい追尾動作が実現できる。
(他の実施の形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態1で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
(1)色情報に基づき特定の被写体を検出する場合、特定の被写体のサイズの変化も認識することができる。特定の被写体のサイズが小さくなっている場合、特定の被写体がデジタルカメラ100から遠ざかっていると考えられる。よって、上記の実施形態において、特定の被写体のサイズの変化に基づき、式(1)におけるmの値を補正してもよい。具体的には、特定の被写体のサイズが小さくなっている場合、mの値をより小さくなるように補正してもよい。
(2)上記の実施形態においては、図4のフローチャートのステップS15、S25、S27において色情報に基づく被写体の追尾処理を行ったが、色情報に代えて、
または色情報に加えて、輝度情報に基づき被写体の追尾を行っても良い。もしくは、色情報に代えてまたは色情報に加えて、動きベクトルに基づき被写体の追尾を行っても良い。または、色情報、輝度情報、動きベクトルを適宜組み合わせて被写体の追尾を行っても良い。
(3)上記の実施形態では、コントローラ180が動きベクトルの演算を行う例を説明したが、コントローラ180とは別に動きベクトルの演算を行う専用のプロセッサを設けても良い。これにより、コントローラ180の負荷を軽減でき、より高速な処理が期待できる。
(4)上記の実施形態では、撮像装置の一例としてデジタルカメラを用いて説明したが、撮像装置はこれに限定されない。本開示の思想は、デジタルビデオカメラ、スマートフォン、ウェアラブルカメラ等の動画が撮影できる種々の撮像装置に対して適用することができる。
(5)上記の実施形態では、画像センサをCCDで構成したが、画像センサはこれに限定されない。画像センサはNMOSイメージセンサやCMOSイメージセンサで構成してもよい。
(6)上記の実施形態の思想は、レンズ交換式カメラ及びレンズ一体型カメラの双方に対して適用できる。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示は、動画を撮影できる撮像装置に対して適用可能である。具体的には、デジタルビデオカメラ、スマートフォン、ウェアラブルカメラ等の動画が撮影できる種々の撮像装置に対して適用することができる。
10 被写体(追尾対象)
20 AF枠
100 デジタルカメラ
110 光学系
115 フォーカスレンズ
120 レンズ駆動部
130 シャッタ
140 CCD
150 A/Dコンバータ
160 画像処理部
170 バッファ
180 コントローラ
190 カードスロット
200 メモリカード
210 操作部材
220 表示モニタ
240 内蔵メモリ
300 絞り

Claims (5)

  1. 特定の被写体の動きに追従して自動合焦動作が可能な撮像装置であって、
    フレーム単位で連続して被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、
    前記撮像部により生成された撮像画像をリアルタイムに表示する表示部と、
    前記表示部にリアルタイムに表示される撮像画像に重畳して、自動合焦させる領域を示すAF枠を表示する制御部と、を備え、
    前記制御部は、以前のフレームの撮像画像から特定の被写体の動きを検出し、検出した動きに基づいて、現フレームの撮像画像における前記特定の被写体の位置を予測し、前記予測した位置に基づいて、前記表示部に表示される撮像画像において前記AF枠を表示する、
    撮像装置。
  2. 前記制御部は、前記特定の被写体の動きに追従した自動合焦動作のために、前記予測した位置に基づいた領域において前記特定の被写体の検出動作を行う、請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記制御部は、所定回数連続して算出した動きベクトルが示す移動量の差が所定範囲内に収まる場合にのみ、前記特定の被写体の位置を予測する、請求項1または2に記載の撮像装置。
  4. 前記制御部は、現フレームより1フレーム前の撮影画像と2フレーム前の撮影画像とから動きベクトルを検出し、前記動きベクトルに基づいて、現フレームの撮像画像における前記特定の被写体の位置を予測する、請求項1に記載の撮像装置。
  5. 前記制御部は、前記撮像画像の色情報及び/または動きベクトルに基づいて前記特定の被写体の検出を行うことにより、前記特定の被写体の動きに追従した自動合焦動作を行う、請求項1から4のいずれかに記載の撮像装置。
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