JP2023026185A - 撮像装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】 被写体の位置に応じて適切な露光領域を割り当てること。【解決手段】 被写体の像を撮像して画像を生成する撮像部102と、撮像部102の撮像面における画素ブロック毎に露光時間又はゲインを制御する制御部103と、画像における奥行き方向の距離に関する情報である奥行情報を取得する取得部104と、取得部104が取得した奥行情報に基づいて、画素ブロックのサイズを決定する決定部105と、を有することを特徴とする撮像装置。【選択図】 図1
Description
撮像装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体に関する。
従来、監視カメラやデジタルカメラにおいて、撮影される被写体に対して適切な露光条件を設定することで、黒つぶれや白飛びが抑制して視認性を向上する技術が提案されている。特許文献1では、画素ごとまたは領域ごとに露光条件を変更する技術が開示されている。
しかしながら特許文献1では、露光条件の設定を行う領域を示した明るさマップの生成方法について、撮影環境が考慮されていない。そのため、明るさマップの生成方法は、撮像装置のみに依って決定される。撮影環境とは、被写体までの距離であり、遠い距離にある被写体は小さく撮影され、距離が近くにある被写体は大きく撮影される。このとき、遠くの被写体ほど、その被写体に割り当たる露光領域の分割数の期待値が低下する。したがって、被写体までの距離によってはダイナミックレンジが低下してしまう。このように、撮影環境によって撮影される被写体に差があることがわかっている。また、画素数=明るさマップの分割数とすれば、画素ごとに高いダイナミックレンジでの撮影が可能となる。しかし、画素ごとに露光条件を設定するためには、画素数分だけ露光条件の演算処理を行い、撮像素子に反映する必要がある。これでは、演算量が増大してしまい、消費電力の増大やフレームレートの低下等の性能が悪化する。そのため、撮像装置として必要な性能を満たしながらも、被写体に対して適切なダイナミックレンジで撮影することが望まれている。
よって、本発明が解決しようとする課題は、被写体の位置に応じて適切な露光領域を割り当てることである。
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る撮像装置は、被写体の像を撮像して画像を生成する撮像部と、前記撮像部の撮像面における画素ブロック毎に露光時間又はゲインを制御する制御部と、前記画像における奥行き方向の距離に関する情報である奥行情報を取得する取得部と、前記取得部が取得した前記奥行情報に基づいて、前記画素ブロックのサイズを決定する決定部と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、被写体の位置に応じて適切な露光領域を割り当てることができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、後述する各実施形態の一部を適宜組み合わせて構成してもよい。
<実施形態1>
(機能構成)
図1は本実施形態に係る撮像装置100の機能構成を例示的に説明するブロック図である。図1に示す各機能ブロックのうち、ソフトウェアにより実現される機能については、各機能ブロックの機能提供するためのプログラムがROM(Read Only Memory)等のメモリに記憶される。そして、そのプログラムをRAM(Random Access Memory)に読み出してCPU(Central Processing Unit)が実行することにより実現される。ハードウェアにより実現される機能については、例えば、所定のコンパイラを用いることで、各機能ブロックの機能を実現するためのプログラムからFPGA上に自動的に専用回路を生成すればよい。FPGAとは、Field Programmable Gate Arrayの略である。また、FPGAと同様にしてゲートアレイ回路を形成し、ハードウェアとして実現するようにしてもよい。また、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)により実現するようにしてもよい。なお、図1に示した機能ブロックの構成は一例であり、複数の機能ブロックが1つの機能ブロックを構成するようにしてもよいし、いずれかの機能ブロックが複数の機能を行うブロックに分かれてもよい。
(機能構成)
図1は本実施形態に係る撮像装置100の機能構成を例示的に説明するブロック図である。図1に示す各機能ブロックのうち、ソフトウェアにより実現される機能については、各機能ブロックの機能提供するためのプログラムがROM(Read Only Memory)等のメモリに記憶される。そして、そのプログラムをRAM(Random Access Memory)に読み出してCPU(Central Processing Unit)が実行することにより実現される。ハードウェアにより実現される機能については、例えば、所定のコンパイラを用いることで、各機能ブロックの機能を実現するためのプログラムからFPGA上に自動的に専用回路を生成すればよい。FPGAとは、Field Programmable Gate Arrayの略である。また、FPGAと同様にしてゲートアレイ回路を形成し、ハードウェアとして実現するようにしてもよい。また、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)により実現するようにしてもよい。なお、図1に示した機能ブロックの構成は一例であり、複数の機能ブロックが1つの機能ブロックを構成するようにしてもよいし、いずれかの機能ブロックが複数の機能を行うブロックに分かれてもよい。
本実施形態に係る撮像装置100は、撮像光学系101、撮像部102、制御部103、取得部104、決定部105、エンコーダ部106、ネットワークI/F107、システム制御部108を有する。
撮像光学系101は、被写体からの光を撮像素子101bの受光面に集光する。単数或いは複数のレンズを備え、例えばズームレンズ、フォーカスレンズおよびぶれ補正レンズ等を備える。
撮像部102は被写体の像を撮像して画像を生成する。撮像部102は、撮像素子102a、増幅部102b及び画像処理部102cを有する。
撮像部102は被写体の像を撮像して画像を生成する。撮像部102は、撮像素子102a、増幅部102b及び画像処理部102cを有する。
撮像素子102aは、撮像光学系101によって撮像面(受光面)に集光された被写体からの光を画素ごとに電気信号に変換して出力する。撮像素子102aは、撮像面の画素又は画素ブロック毎に露光時間又はゲインを設定・変更できる。ここでいう画素ブロックは1以上の画素から構成される画素の集合であり、各画素ブロックでそれぞれ露光時間又はゲインを異ならせて設定できる。画素ブロックはブロック状をしている必要はなく、どのような形状をしていてもよい。本実施形態では画素ブロックがブロック形状であるとして説明する。撮像素子102aは、光電変換素子からなる画素がマトリクス状に配列されたICチップである。例えば、CCD(Charge Coupled Device)センサ又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサである。撮像素子102aは、主に可視光に高い感度を有しており、画素毎に赤(R)、緑(G)、青(B)のいずれかに高い感度を有するが、赤外光にもある程度の感度を有している。そのため、太陽光が存在する時間帯、および赤外光照明によって照らされている場所等の赤外光で明るい被写体を鮮明に撮像することができる。
増幅部102bは、撮像素子102aから出力された電気信号を増幅して出力する。増幅部102bの信号増幅率(アナログゲイン)は撮像素子102aの画素又は画素ブロック毎に設定・変更できる。
画像処理部102cは、増幅部102bから出力されたアナログ信号である電気信号をデジタル信号へとA/D変換を行う。変換されたデジタル信号に対してさらにデモザイキング処理、ホワイトバランス処理、ガンマ処理等を含む信号処理を行ってデジタル画像を生成する。また、画像処理部102cは、画素又は画素ブロック毎のアナログゲインに基づいて、画素又は画素ブロック毎に対応する画像信号のデジタル値を増幅・減退させることによって明るさ補正を行う。生成されたデジタル画像はSRAMやDRAMといった揮発性メモリ、フラッシュメモリといった不図示の不揮発性メモリに一時的に保存される。この際、画像処理部102cは、例えばJPEGやH.264、H.265等の所定のフォーマットの画像ファイル、または動画ファイルをメモリへ出力される。また、画像処理部102cは画像の認識処理を行う。より具体的には、画像上の人体や車等の被写体を検出し、検出した被写体を囲う領域を取得する。人体検出とは、撮像された画像からエッジ検出を行い、検出されたエッジの形状が人体に近しい場合に、検出されたエッジの領域を人体と判定して人体検出する。また、画像処理部102cは性別や年齢といった属性情報も取得する。また人体に限らず、車などの被写体の種類によって必ずしも同じ大きさにはならならない被写体に対しても、その被写体種類に応じた属性情報を取得する。
本実施形態では、増幅部102bおよび画像処理部102cが撮像素子102aと別体であるとして記載しているが、撮像素子102aが増幅部102bおよび画像処理部102cを含む構成としてもよい。
本実施形態では、撮像装置100が撮像光学系101を備えるように構成されているが、交換式レンズのように撮像光学系101が撮像装置100に着脱可能に備えられていてもよく、撮像装置100が常に撮像光学系101を備えている必要はない。
制御部103は、画素又は画素ブロック毎に露光時間やアナログゲイン等の露出を決定・制御する。制御部103は、画素毎の輝度又は画素ブロック毎の輝度に基づいて露出を決定・制御する。例えば、画素毎の輝度又は画素ブロック毎の輝度の平均値が出力可能なデータ諧調の中央値となる用意露光時間又はアナログゲインを決定し、決定された露光時間又はアナログゲインで撮像素子102aの露出を制御する。また、制御部103は撮像光学系101も制御する。より具体的には、光学ズーム倍率、F値、焦点距離などの光学制御を行う。
取得部104は画像処理部102cから出力された画像における奥行き方向の距離に関する情報である奥行情報を取得する。取得部104は撮像画角内における被写体までの距離の測定値又は推測値を二か所以上取得して、画像内における奥行情報を取得する。本実施形態では、予備撮像された画像から撮像されている特定の被写体までの距離を推測して奥行情報を取得する。特定の被写体とは、人体(顔)、車、信号機等の、ある程度被写体の大きさが決まっているものであり、特定の被写体の大きさは事前に不図示の記憶部又はネットワーク109を介して接続された不図示の情報処理装置が備える記憶装置に記憶されている。同様に、撮像画角の情報も不図示の記憶部あるいは不図示の情報処理装置が備える記憶装置に記憶される。撮像画角の情報は設計者が予め入力しておくことが望ましい。撮像光学系101が交換式レンズのように着脱可能である場合は、撮像光学系101から光学ズーム倍率やF値を含む光学情報を取得し、光学情報と撮像素子102aの大きさから撮像画角の情報を算出する。尚、取得部104は画像処理部102cで検出した被写体の検出領域も取得する。
撮像画角の情報及び特定の被写体の大きさから撮像画角における被写体までの距離を推測する。取得部104が被写体までの距離を測定してもよい。例えば、位相差AF(Auto Focus)のように複数の画素ブロックそれぞれから出力される輝度信号の位相差を算出し、画素ブロック毎の位相差に基づく測距方法によって被写体までの距離又は奥行情報を測定してもよい。またLiDAR(Light Detection And Ranging)等の距離センサによって被写体までの距離又は奥行情報を測定してもよい。尚、推測又は測定される被写体までの距離は撮像光学系101から被写体までの距離あるいは撮像素子102aから被写体までの距離である。
このようにして取得された二か所以上の被写体までの距離の差分から撮像画角における奥行情報を算出する。従って、奥行情報は二か所以上の被写体までの距離およびそれらの差分を含み、取得部104はこれらの奥行情報を算出・取得する。
決定部105は、取得部104が取得した奥行情報に基づいて、画素ブロックのサイズを決定する。具体的な決定方法は後述するが画素ブロックのサイズを決定することは、換言すれば撮像素子102aの撮像面の分割条件を決定することである。分割条件とは、撮像面を縦または横に何分割するか或いはどの程度の間隔で分割するか等の条件である。
エンコーダ部106は、画像処理部105にて処理された画像データをMоtiоn JpegやH264、H265等の所定のファイルフォーマットに符号化処理を行う。
ネットワークI/F107は、ネットワーク109を介して外部の情報処理装置や記憶装置との通信に利用されるインターフェースである。エンコーダ部106で符号化処理された画像データをネットワークI/F107を利用して外部の情報処理装置や記憶装置に送信する。情報処理装置からは、例えばカメラのパンニング・チルト・ズームの制御命令等をネットワークI/F107が受信する。
システム制御部108は、CPUおよびメモリを含み、撮像装置100の各構成要素を統括的に制御し、各種パラメータの設定を行う。このとき、システム制御部108は撮像装置100を構成する各部が協調して動作するように統括的に制御する。
ネットワーク109は、ネットワーク109上のローカルエリアネットワーク(LAN)であり、Ethernet(登録商標)等の通信規格を満足するルータ等から構成される。撮像装置100や不図示の情報処理装置とはLANケーブル等によって接続される。
(動作説明)
図2、図3、図4及び図5を参照して本実施形態に係る撮像装置100の分割条件の決定方法について説明する。図2は、撮像装置100の制御方法の一例を示すフローチャートである。
図2、図3、図4及び図5を参照して本実施形態に係る撮像装置100の分割条件の決定方法について説明する。図2は、撮像装置100の制御方法の一例を示すフローチャートである。
ステップS201では、予備撮影を行い、被写体を撮影した画像を取得する。撮影された画像はシステム制御部108が有するメモリや不図示の不揮発性メモリにバッファとして一時的に格納される。
ステップS202では、撮影された画像を基に取得部104が奥行情報と画像処理部102cで検出した被写体の検出領域を取得する。
ステップS203では、取得部104が取得した奥行情報と被写体の検出領域とを基に撮像素子102aの撮像面の分割条件を決定部105が決定する。
ここで、図3、図4、図5を参照して、撮像面の分割条件の決定方法を説明する。図3は、ステップS201における予備撮像時の撮像素子102aの撮像面301の一例を示す図である。撮像面301内の格子線は画素ブロックの境界線を示しており、斜線部は画素ブロック302を示している。本実施形態では図3のように予備撮像時の撮像素子102a撮像面を10×10の画素ブロックに分割(水平方向に10分割、垂直方向に10分割)することを分割条件としているが、この例に限らず、予備撮像時の分割条件はどのような分割条件であってもよい。
図3において、画素ブロックは縦と横とにそれぞれ10個で合計100個となっている。制御部103は画素ブロック毎に露光時間又はゲインを算出するため、画素ブロックの数が増えるにつれて露光時間又はゲインを算出するための演算負荷が増える。
図4は、ステップS201の撮影された画像の一例を示している。予備撮像された画像である予備撮像画像401には、被写体402と被写体403とが写っている。各被写体の実空間上の大きさは同じであるが、撮像光学系101又は撮像素子102aの撮像面から各被写体までの距離(以降、どちらも被写体距離と呼称する)を比較すると、被写体403の被写体距離よりも被写体402の被写体距離が短い。従って、予備撮像画像401上の被写体402の大きさは被写体402よりも大きくなっている。従って、ステップS202で取得部104が取得する検出領域である検出領域404と検出領域405とでは、検出領域404の方が大きくなる。
取得部104が取得する奥行情報について説明する。奥行情報は画像の奥行方向の距離に関する情報である。本実施形態では取得部104が検出領域404と検出領域405の二か所の大きさに基づいて奥行方向の距離を推測している。この場合、検出領域404が検出領域405よりも大きいことから、被写体402の被写体距離よりも被写体403の被写体距離が長いことを推測している。ここから、取得部104は被写体402から被写体403にかけて被写体距離が長くなることを奥行情報として取得する。尚、特定の被写体の大きさ(あるいは検出領域)に加え、画像処理部102cで取得した年齢、性別などの属性情報を含む特定の被写体に関する情報を被写体情報と呼称する。本実施形態では、特定の被写体の大きさの情報に基づいて被写体距離を推測するが、年齢や性別などの属性情報を含む被写体情報に基づいて被写体距離を推測してもよい。本実施形態では二か所の被写体までの距離の差分から奥行情報を推測しているが、各画素ブロック間の距離情報に基づいて奥行情報を推測してもよい。
撮像装置に加速度センサおよびジャイロセンサまたはエンコーダを備えて、正位置状態や天吊り状態などの地面に対する撮像装置の状態を判断する。そこからジャイロセンサやエンコーダを用いてチルト角度を算出することによっても奥行情報を推測できる。
図5は、図4の検出領域404と検出領域405とから奥行情報を取得した様子を示している。奥行情報のイメージを矢印502で示している。矢印502の始点から終点にかけて奥行方向の距離が長くなり、矢印502に沿って奥行きがあることを示している。この奥行情報に基づいて、決定部105が画素ブロックのサイズを決定する。より具体的には、撮像素子102aの撮像面の分割条件を決定する。分割条件とは、撮像面のどの位置をどれだけ細かく(粗く)分割するかである。即ち、撮像面のどの位置にどの程度のサイズの画素ブロックを配置するかを決定する。本実施形態では、奥行情報を示す矢印502の始点から終点にかけて画素ブロックが小さくなるように画素ブロックの分割条件を決定している。従って、矢印502の始点から終点にかけて撮像面の水平方向又は垂直方向の分割間隔が細かくなるような分割条件を決定している。即ち、奥行方向の距離(被写体距離)が長くなるにつれて画素ブロックのサイズが小さくなるように画素ブロックのサイズを決定している。
本実施形態では、人体検出を例に挙げて説明したが。2枚以上の連続した予備画像から輝度の差分を取り、動体検出を行って検出領域を算出したり、機械学習によって検出領域を導いたりしてもよい。
また、奥行情報は不図示のクライアント装置或いは撮像装置100に設けられたユーザからの入力を受け付ける受付部(表示部または操作部)からユーザが入力してもよい。例えば、ユーザが不図示のディスプレイに表示された画像に対しタッチ・ドラッグ操作(あるいはマウスによるクリックドラッグ操作)をすることによって、ドラッグ操作の始点と終点から矢印502と同様に分割条件を決定しても良い。ドラッグの向きは逆でもよく、始点と終点をタップ選択する等、変形が可能である。加えて、ユーザが入力した奥行情報に対し、取得部104が取得した奥行情報の方向又は差分量で補正してもよい。
本実施形態に係る撮像装置100の構成によれば、被写体の位置に応じて適正な画素ブロック(露光領域)を割り当てることができる。
本実施形態では、実空間の距離が長くなるに従って画素ブロックが小さくなるように画素ブロックの大きさを決定するとしている。しかし、所定の値よりも小さい被写体については画素ブロックをどれだけ小さくしても、被写体が占める画素の割合が足りずに画像認識できない場合がある。そのため、所定の値より被写体距離や被写体の大きさが小さい領域については、画素ブロックが小さくならないようにすることが望ましい。これにより認識可能な被写体のみに適正な画素ブロックのサイズを割り上げることができる。また、撮像素子102aの撮像面全体の画素ブロック数に上限を設けてもよい。これにより、画素ブロックが必要以上に増加してしまうことを防止でき、画素ブロック毎に行われる露光時間又はゲインの演算の負荷に対して上限を与えることができる。
<その他の実施形態>
本発明は、上述の実施形態1の1以上の機能を実現するプログラムを読み出し実行する処理によって実現可能である。このプログラムは、ネットワークまたは記憶媒体を介してシステム又は装置に供給され、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサによって読み出され、実行される。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
本発明は、上述の実施形態1の1以上の機能を実現するプログラムを読み出し実行する処理によって実現可能である。このプログラムは、ネットワークまたは記憶媒体を介してシステム又は装置に供給され、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサによって読み出され、実行される。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
100 撮像装置
101 撮像光学系
102 撮像部
103 制御部
104 取得部
105 決定部
101 撮像光学系
102 撮像部
103 制御部
104 取得部
105 決定部
Claims (20)
- 被写体の像を撮像して画像を生成する撮像部と、
前記撮像部の撮像面における画素ブロック毎に露光時間又はゲインを制御する制御部と、
前記画像における奥行き方向の距離に関する情報である奥行情報を取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記奥行情報に基づいて、前記画素ブロックのサイズを決定する決定部と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記決定部は、前記奥行情報が示す前記奥行き方向の距離が大きくなるにつれて前記画素ブロックのサイズが小さくなるように前記画素ブロックのサイズを決定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記奥行情報は、前記撮像部の撮像面と前記被写体との距離又は撮像光学系と被写体との距離であることを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
- 前記取得部は、前記画像から前記被写体の奥行情報を推測することによって前記奥行情報を取得することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記取得部は複数の前記画素ブロック毎に輝度信号の位相差を算出し、前記画素ブロック毎の位相差に基づいて前記奥行情報を取得することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記被写体の種類、前記被写体の大きさ及び前記被写体の前記奥行情報を紐づけて記憶された記憶部をさらに有し、
前記取得部は前記画像から画像認識によって被写体の種類を特定し、前記被写体の種類と大きさとに基づいて、前記被写体の前記奥行情報を前記記憶部から取得することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。 - 前記取得部は距離センサであり、前記取得部が取得する奥行情報は該距離センサと被写体との距離であることを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
- 前記奥行情報は前記画素ブロック間の奥行き方向の距離の差分量を含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記奥行情報の入力を受け付ける受付部を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 被写体の像を撮像して画像を生成する撮像工程と、
撮像面における画素ブロック毎に露光時間又はゲインを制御する制御工程と、
前記画像における奥行き方向の距離に関する情報である奥行情報を取得する取得工程と、
前記取得工程で取得した前記奥行情報に基づいて、前記画素ブロックのサイズを決定する決定工程と、
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 - 前記決定工程では、前記奥行情報が示す前記奥行き方向の距離が大きくなるにつれて前記画素ブロックのサイズが小さくなるように前記画素ブロックのサイズを決定することを特徴とする請求項10に記載の撮像装置の制御方法。
- 前記奥行情報は、前記撮像面と前記被写体との距離又は撮像光学系と被写体との距離であることを特徴とする請求項10又は11に記載の撮像装置の制御方法。
- 前記取得工程では、前記画像から前記被写体の奥行情報を推測することによって前記奥行情報を取得することを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の撮像装置の制御方法。
- 前記取得工程では複数の前記画素ブロック毎に輝度信号の位相差を算出し、前記画素ブロック毎の位相差に基づいて前記奥行情報を取得することを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載の撮像装置の制御方法。
- 前記取得工程は前記画像から画像認識によって被写体の種類を特定し、前記被写体の種類と大きさとに基づいて、前記被写体の種類、前記被写体の大きさ及び前記被写体の前記奥行情報を紐づけて記憶された記憶部から前記被写体の前記奥行情報を取得することを特徴とする請求項10又は11に記載の撮像装置の制御方法。
- 前記取得工程では、距離センサが測定した該距離センサと被写体との距離を前記奥行情報として取得することを特徴とする請求項10又は11に記載の撮像装置の制御方法。
- 前記奥行情報は前記画素ブロック間の奥行き方向の距離の差分量を含むことを特徴とする請求項10乃至16のいずれか1項に記載の撮像装置の制御方法。
- 前記奥行情報の入力を受け付ける受付工程を有することを特徴とする請求項10乃至17のいずれか1項に記載の撮像装置の制御方法。
- 請求項10乃至18のいずれか1項に記載の撮像装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項10乃至18のいずれか1項に記載の撮像装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2021131937A JP2023026185A (ja) | 2021-08-13 | 2021-08-13 | 撮像装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2021131937A JP2023026185A (ja) | 2021-08-13 | 2021-08-13 | 撮像装置、制御方法、プログラム及び記憶媒体 |
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2021
- 2021-08-13 JP JP2021131937A patent/JP2023026185A/ja active Pending
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