JP5856897B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、カメラなどの撮像装置におけるオートフォーカス制御に関する。

デジタルビデオカメラなどに内蔵されるオートフォーカスの方法として、コントラスト方式や、色収差方式が知られている。コントラスト方式では、撮影された画像のコントラストを検出し、各位置でのコントラストを比較して、被写体と、レンズ位置の焦点が合致する位置を決めるものである。この方法を利用するには、コントラストが最大となるレンズの位置を検出する必要がある。

また、色収差方式では、光のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の成分ごとにレンズの焦点位置が異なることを利用して、各色の高周波成分の大きさの比較結果に基づいて合焦位置を検出するものである（特許文献１）。

ビデオカメラでは、通常赤色ＬＥＤ（波長７００nm）等が補助光光源として用いられているため、レンズの色収差によってピントがぼけてしまうことになり、カメラマイコンは赤色ＬＥＤ発光時にはストロボメイン発光時にジャストピントになるようピント補正を行う。このように暗い中での静止画撮影にＡＦ補助光を内蔵したストロボを用いるシステムでは、オートフォーカスによるピント合わせにＡＦ補助光（赤色ＬＥＤ、波長７００nm等）を発光させ、ピント補正を行うといった方法もある（特許文献２）。

レンズには、可視光以外にも、近赤外光を取り込む特徴がある。しかし、人間の目には見えない近赤外光を遮断するフィルタを使用することで、可視光のみを映像に反映することができる。その中で、緑成分は可視光の真ん中の波長であり、撮影しようとする映像もＲＧＢのコントラストが平均的であることが多いことから、緑成分を元にピント調整を行うことが多い。緑成分を元にピントの調整を行う方法は、コントラスト信号を生成する際に用いる映像信号として、元の映像信号をそのまま用いるのではない。元の映像信号のＲＧＢの各成分毎に赤用、緑用、青用のゲインをそれぞれ抱えることにより変化した映像信号を用い、この変換に用いる緑用のゲインを赤用、青用のゲインよりも大きくすることで、緑成分の割合を多くすることが行われている。一般的には、その変換式は次式であらわされる。

変換後の映像信号の赤成分の輝度＝赤用のゲイン×元の映像信号の赤成分の輝度
・・・（１）
変換後の映像信号の緑成分の輝度＝緑用のゲイン×元の映像信号の緑成分の輝度
・・・（２）
変換後の映像信号の青成分の輝度＝青用のゲイン×元の映像信号の青成分の輝度
・・・（３）
輝度＝０.３Ｒ（赤の輝度の明るさ）＋０.５９Ｇ（緑の輝度の明るさ）
＋０.１１Ｂ（青の輝度の明るさ） ・・・（４）
ここで、一般的には、赤用のゲイン：緑用のゲイン：青用のゲイン＝０.３：０.５９：０.１１の比率としており、赤用のゲインとしては０.３、緑用のゲインとしては０.５９、青用のゲインとしては０.１１が用いられる（あるいは、それぞれを３倍した０.９、１.７７、０.３３が用いられる）。そして、この変換後の映像信号を用いてコントラスト信号を生成し、コントラスト信号が最大となるレンズ位置を検出して合焦させる。

この方法を使うと複雑な計算をしなくて済むので、計算時間が早くなるため、多くのレンズに使用されている。また、緑でピントを合わせるのは、人の感度も緑成分に近いため、それに合わせるという意図もある。

特開２００９−１０３８００号公報 特開平１１−１７４５２１号公報

ＩＲカットフィルタ２７は、可視光を透過して、近赤外光（ＩＲ）をカットするフィルタである。ＩＲカットフィルタ２７をＯＦＦにすることで、近赤外光を取り込むので、カメラで捕らえる画像に赤成分が多くなる。しかしながら、このような方法でピント補正を行った場合は、ＩＲカットフィルタがＯＦＦの時（ＩＲカットフィルタをはずしたとき）は、赤成分が多くなるため、緑成分でピント補正を行うとピントが合わず、ぼけて見えることがある。その顕著な例が、ＩＲカットフィルタをはずしたときに顕著に現れる。

図２は、フォーカス位置のイメージ図である。緑成分の焦点位置はＲＧＢの真ん中であるため、通常の映像においては、緑の光を元に、焦点距離（Ｇ）４１の位置でピントを調整するとちょうど良い。しかし、ＩＲカットフィルタをはずした場合のような赤成分の多い画像を取り込む場合は、焦点距離（Ｒ）４０で、ピントを合わせるほうがよいが、従来方法では、焦点距離（Ｇ）４１にピントを合わせるようになっているため、ピントが合わず、ぼけて見えることになる。

また、コスト、システム等の問題もあり、オートフォーカスに補助光等を組み込むのは困難な場合もある。

本発明は、ＩＲカットフィルタがＯＦＦの時における近赤外光を多く取り入れた映像のオートフォーカスにおいて、最適なピント補正を行うシステムを提案する。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、請求項１を特徴とする。

ＩＲカットフィルタがＯＦＦの時における近赤外光を多く取り入れた映像のオートフォーカスにおいて、追加装置等の大幅な変更なく、ソフト変更のみで簡単に適切なピントに変えることができる。

本実施の形態による撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 本実施の形態によるフォーカス位置のイメージ図である。 フォーカスレンズ群の位置と第１及び第２のコントラスト信号の信号レベルとの関係を示す特性曲線図である。 変換前、変換後コントラスト信号を示す図である。 本実施の形態によるフォーカス制御処理の処理手順を示すフローチャートである。 実施例２によるフォーカス制御処理の処理手順を示すフローチャートである。

以下の実施例を、図面を用いて説明する。

（１）本実施の形態による撮像装置の構成
図１は、本実施例の構成図の例である。撮像装置１において、被写体からの光の調整を行うバリエータレンズ群３、受光光量を調整するための絞り４、ピント調節機能を備えるフォーカスレンズ群５、及びＩＲカットフィルタ２７を備えているレンズユニット２があり、被写体の光学像をＣＣＤなどから構成される撮像素子８の受光面に結像する。またレンズユニット２には、フォトインタラプタなどから構成されるレンズ原点検出器６及び温度検出器７が設けられている。そしてレンズ原点検出器６は、バリエータレンズ群３の原点位置を検出し、検出結果をレンズ原点位置検出情報としてハイパスフィルタ処理部１６に送信する。また温度検出器７は、レンズユニット２内の温度を検出し、検出結果をレンズユニット内温度情報として制御部３０に送信する。

撮像素子８は、受光面に結像された被写体の光学像を光電変換し、得られた撮像信号をノイズ除去部９に送出する。そしてこの撮像信号は、この後、ノイズ除去部９において所定のノイズ除去処理が施され、自動利得制御処理部（ＡＧＣ：Auto Gain Controller）１０において最適なレベルに増幅され、アナログ／ディジタル変換部１１においてディジタル変換された後、ディジタル撮像信号としてカメラ信号処理部１２に与えられる。

カメラ信号処理部１２は、供給されるディジタル撮像信号に対し、第１の信号変換処理部１３において、信号処理を行うことより、ディジタル撮像信号を、ＮＴＳＣ（National Television Standards Committee）規格やＰＡＬ（Phase Alternating Line）規格等の準拠した標準的な信号形式の映像信号に変換して外部に出力する。また、カメラ信号処理部１２は、ＡＥ信号生成部１４において、映像信号に基づき現在の撮影映像の明るさ、レンズユニット２の絞り４の開き具合及び自動利得制御のゲインなどに応じた信号レベルのオートアイリス信号ＡＥを生成し、これを制御部３０に送出する。

そしてカメラ信号処理部１２は、かかる第１の信号変換処理部１３により生成された映像信号のうちの輝度信号の高周波成分をコントラスト信号生成部１５にある、ハイパスフィルタ処理部１６を介して抽出し、積分器１７において積分処理することにより、図３に示すようなコントラスト信号ＶＦを生成する。そしてカメラ信号処理部１２は、このようにして得られたコントラスト信号ＶＦを制御部３０に送出する。

制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリなどの情報処理資源を備えて構成される。制御部３０は、内部メモリに格納されたオートアイリスデータ処理プログラム（ＡＥＰ）及びオートフォーカスデータ処理プログラム（ＡＦＰ）に基づいて、オートアイリス信号ＡＥにより認識される現在の撮影映像の明るさ、レンズユニット２の絞り４の開き具合及び自動利得制御のゲインなどに対する評価値であるオートアイリス評価値を算出すると共に、コントラスト信号ＶＦの値であるオートフォーカス評価値を取得する。

そして制御部３０は、例えば撮像装置１の図示しないズームボタンが操作されたときには、これに応じて第１のモータ制御信号を生成し、これを第１のモータドライバ部１９に送出する。そうして、第１のモータドライバ部１９は、第１のモータ制御信号に基づいて第１のモータ２３を駆動することにより、バリエータレンズ群３をその光軸方向に移動させる。これによりズーム倍率がズームボタンの操作に応じた倍率に変更される。

またこのとき制御部３０は、レンズユニット２のレンズ原点検出器６から与えられるレンズ原点位置検出情報と、第１のモータ２３に設けられた図示しないロータリエンコーダから与えられる当該第１のモータ２３の出力軸の回転角度を表す角度情報と、に基づいて現在のズーム倍率を表すズーム倍率情報を生成する。そして、このズーム倍率情報と、オートフォーカス評価値と、レンズユニット２の温度検出器７から与えられるレンズユニット内温度情報と、に基づいて第３のモータ制御信号を生成し、これを第３のモータドライバ部２１に送出する。こうして、第３のモータドライバ部２１は、第３のモータ制御信号に基づいて第３のモータ２５を駆動することにより、フォーカスレンズ群５をその光軸方向に移動させる。これによりズーム倍率の変動に応じてフォーカスが調整される（オートフォーカス制御）。

さらに制御部３０は、オートアイリス評価値に基づいて第２のモータ制御信号を生成し、これを第２のモータドライバ部２０に送出する。こうして、第２のモータドライバ部２０は、第２のモータ制御信号に基づいて第２のモータ２４を駆動することにより、必要に応じて絞り４を開閉させる。これにより撮像画像の明るさに基づいてアイリスが調整される（オートアイリス制御）。

さらに制御部３０は、このようなオートアイリス評価値に基づいて、撮像素子８に対する露光時間を増減させるように電子シャッタ２８のシャッタ速度を制御することにより当該撮像素子８の受光面上に結像される被写体の光学像の光量調整を行うと共に、当該オートアイリス評価値に基づいて、自動利得制御処理部１０におけるゲイン調整を行う。

さらに制御部３０は、例えば撮像装置１の図示しないＩＲカットフィルタのＯＮ／ＯＦＦボタンが操作されたときには、これに応じて第４のモータ制御信号を生成し、これを第４のモータドライバ部２２に送出する。そうして、第４のモータドライバ部２２は、第４のモータ制御信号に基づいて第４のモータ２６を駆動することにより、ＩＲカットフィルタ２７を上下させる。これにより、ＩＲカットフィルタのＯＮ／ＯＦＦボタンの操作に応じたＩＲカットフィルタ２７が有り無しの状態に変更される。

（２）本実施の形態によるオートフォーカス制御方式
レンズ３に取り込まれる光は、可視光以外にも、近赤外光が多く含まれる、そのため、日中や、室内のような環境を撮影する場合に、そのような近赤外光を取り込んでしまうと、映像が赤みを帯びてしまう。そのために、近赤外光をカットするＩＲカットフィルタ２７を備えている。

前記ＩＲカットフィルタ２７のＯＮ／ＯＦＦの制御は制御部３０で行う。前記制御部３０には、前記ＩＲカットフィルタ２７のＯＮ／ＯＦＦの状態の設定値を保持する記録部２９があり、前記制御部３０からＩＲカットフィルタ２７の状態を、第２の信号変換処理部１８に送る。第２の信号変換処理部１８は、ＲＧＢの輝度の大きさの割合を変えることができる。第２の信号変換処理部１８は、ＩＲカットフィルタ２７のＯＮ／ＯＦＦの状態の設定値に基づいて、コントラスト信号生成部１５に送る映像信号のＲＧＢの割合を変換する。

具体的には、第２の信号変換処理部１８は、次の式により映像信号を変換する。

変換後の映像信号の赤成分の輝度＝赤用のゲイン×元の映像信号の赤成分の輝度
・・・（１）
変換後の映像信号の緑成分の輝度＝緑用のゲイン×元の映像信号の緑成分の輝度
・・・（２）
変換後の映像信号の青成分の輝度＝青用のゲイン×元の映像信号の青成分の輝度
・・・（３）
ＩＲカットフィルタ２７がＯＮである場合は、緑用のゲインを赤用のゲイン及び青用のゲインよりも大きくする。例えば、赤用のゲイン：緑用のゲイン：青用のゲイン＝０.３：０.５９：０.１１の比率とした場合、赤用のゲインとしては０.３、緑用のゲインとしては０.５９、青用のゲインとしては０.１１が用いられる（あるいは、それぞれを３倍した０.９、１.７７、０.３３が用いられる）。尚、この数値はあくまで一例であり、適宜変更することが可能である。赤用のゲイン：緑用のゲイン：青用のゲインの比率における緑用のゲインの比率としては、０.５以上であることが望ましい。

ＩＲカットフィルタ２７がＯＦＦである場合は、赤用のゲインを緑用のゲイン及び青用のゲインよりも大きくする。例えば、赤用のゲイン：緑用のゲイン：青用のゲイン＝０.５９：０.３：０.１１の比率とする。例えば、赤用のゲインとしては０.５９、緑用のゲインとしては０.３、青用のゲインとしては０.１１が用いられる（あるいは、それぞれを３倍した１.７７、０.９、０.３３が用いられる）。尚、この数値はあくまで一例であり、適宜変更することが可能である。赤用のゲイン：緑用のゲイン：青用のゲインの比率における赤用のゲインの比率としては、０.５以上であることが望ましいが、青用のゲイン＜赤用のゲインとすることで、人の目の感度にあわせることができる。逆に青用のゲイン＞赤用のゲインとすると、不自然な白黒の映像になる。しかし、ピントあわせに関してはいずれの場合でも問題はない。また、ＩＲカットフィルタがＯＦＦの場合は、人が見たいものは赤外部分を多く含む映像であるため、緑用のゲイン＜青用のゲイン、青用のゲイン＜緑用のゲインでも、問題はない。

コントラスト信号生成部１５は、送られた変換後の映像信号を元に、コントラスト信号ＶＦを生成する。

図４は、変換前および変換後のコントラスト信号ＶＦを示したものである。赤成分の割合および緑成分の割合を他の成分より大きくした場合の変換後のコントラスト信号ＶＦが最大となるレンズの位置は、変換前のコントラスト信号ＶＦが最大となるレンズ位置とは異なる位置となる。

図５は、本実施の形態によるフォーカス制御処理の処理手順を示すフローチャートである。電源が投入されると、このオートフォーカス制御処理は、制御部３０から、記録部２９に記録されたＩＲカットフィルタ２７のＯＮ／ＯＦＦの設定値が、カメラ信号処理部１２の第２の信号変換処理部１８に送られる。そして、ステップＳＰ１においてＩＲカットフィルタのＯＮ／ＯＦＦの設定値に応じて分岐し、ＩＲカットフィルタ２７がＯＮなら、緑成分の割合を多くして（第２の信号変換処理部１８で変換するときに緑用のゲインを赤用のゲイン及び青用のゲインよりも大きくして）オートフォーカスを行う（ＳＰ２）。撮像装置の起動中にＩＲカットフィルタ２７がＯＦＦになった場合、赤成分の割合を多くして（第２の信号変換処理部１８で変換するときに赤用のゲインを緑用のゲイン及び青用のゲインよりも大きくして）オートフォーカスを行う（ＳＰ３）。

以上のように、ＩＲカットフィルタ２７がＯＦＦの時に、入ってくる色成分に近い色でピント調整を行えるため、適切なピント位置が得られ、映像がぼけにくくなる。

本実施例では、見た目に近い色に補正するホワイトバランスモードを採用した場合におけるオートフォーカスの例を説明する。

人間の目は、光の種類（太陽光・白熱灯・蛍光灯）が変わっても、白は白、赤は赤として認識される。しかし、カメラでは、光の種類により撮影した被写体の色が変化してしまう。このような時に見た目に近い色に補正する機能をホワイトバランスといい、カメラの機能として搭載されている。

その前記ホワイトバランスモードには、白熱灯、水銀灯、ナトリウム灯、太陽光がある。前記モードにおいて、白熱灯、またはナトリウム灯を選択した場合、レンズ３には赤成分の光が多く取り込まれているということになる。そのため、ＩＲカットフィルタ２７がＯＮ時であっても、赤成分を元にオートフォーカスを行うほうが良い。

前記制御部３０は、ホワイトバランスモードを制御するとともに、記録部２９は、実施例１における設定値に加え、前記ホワイトバランスモードの状態も設定値として保持する。前記ホワイトバランスモードの状態として白熱灯、またはナトリウム灯が選択されている場合、その状態を示す設定値を第２の信号変換処理部１８に送る。その場合、前記第２の信号変換処理部１８において、ＩＲカットフィルタ２７のＯＮ／ＯＦＦの状態にかかわらず、赤用のゲインを緑用のゲイン及び青用のゲインよりも大きくする。例えば、赤用のゲイン：緑用のゲイン：青用のゲイン＝０.５９：０.３：０.１１の比率とする。例えば、赤用のゲインとしては０.５９、緑用のゲインとしては０.３、青用のゲインとしては０.１１が用いられる（あるいは、それぞれを３倍した１.７７、０.９、０.３３が用いられる）。尚、この数値はあくまで一例であり、適宜変更することが可能である。赤用のゲイン：緑用のゲイン：青用のゲインの比率における赤用のゲインの比率としては、０.５以上であることが望ましい。

コントラスト信号生成部１５は、送られた変換後の映像信号を元に、コントラスト信号ＶＦを生成する。

図６は、実施例２によるフォーカス制御処理の処理手順を示すフローチャートである。制御部３０でＩＲカットフィルタがＯＮ又はＯＦＦのいずれの状態であるか判定する（ＳＰ４）。ＯＮの場合、緑成分を多くして（第２の信号変換処理部１８で変換するときに緑用のゲインを赤用のゲイン及び青用のゲインよりも大きくして）オートフォーカスを行う（ＳＰ５）。ＯＦＦの場合は、赤成分を多くして（第２の信号変換処理部１８で変換するときに赤用のゲインを緑用のゲイン及び青用のゲインよりも大きくして）オートフォーカスを行う（ＳＰ６）。但し、ＩＲカットフィルタがＯＮの状態でも、ホワイトバランスモードで、例えば白熱灯、またはナトリウム灯を選択した（ＳＰ７）場合、赤成分を多くして（第２の信号変換処理部１８で変換するときに赤用のゲインを緑用のゲイン及び青用のゲインよりも大きくして）オートフォーカスを行う（ＳＰ６）。

このように、赤成分を多く取り込む、白熱灯、またはナトリウム灯環境下では、赤成分を多くしてオートフォーカスを行うことにより、適切なピント位置が得られ、映像がぼけにくくなる。

１ 撮像装置
２ レンズユニット
５ フォーカスレンズ群
６ レンズ原点検出器
７ 温度検出器
８ 撮像素子
９ ノイズ除去部
１０ 自動利得制御処理部（ＡＧＣ：Auto Gain Controller）
１１ アナログ／ディジタル変換部
１２ カメラ信号処理部
１３ 第１の信号変換処理部
１４ ＡＥ信号生成部
１５ コントラスト信号生成部
１６ ハイパスフィルタ処理部
１７ 積分器
１８ 第２の信号変換処理部
１９〜２２ モータドライバ部
２７ ＩＲカットフィルタ
ＶＦ コントラスト信号

Claims (3)

1. レンズを移動して焦点を合わせるオートフォーカス装置を備えた撮像装置において、
   高周波成分を映像信号から抽出し、抽出した前記高周波成分に基づいて前記映像信号の
   コントラスト信号を生成するコントラスト信号生成部を有するカメラ信号処理部と、
   前記コントラスト信号に基づいてフォーカス制御を行う制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、ＩＲカットフィルタのＯＮ／ＯＦＦの制御を行うとともに、前記制御部
   は、前記ＩＲカットフィルタのＯＮ／ＯＦＦの状態の設定値を保持する記録部を備え、
   前記カメラ信号処理部は、前記設定値に基づいて前記コントラスト信号生成部に送る映
   像信号のＲＧＢの割合を変換する信号変換処理部を備え、
   前記ＩＲカットフィルタがＯＮの場合は、前記ＲＧＢの割合をＢ＜Ｒ＜Ｇ、ＩＲカットフィルタがＯＦＦの場合は、前記ＲＧＢの割合をＧ＜Ｂ＜Ｒであることを特徴とすることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記信号変換処理部は、変換前の映像信号の赤成分、緑成分、青成分の輝度にそれぞれ
   赤用のゲイン、緑用のゲイン、青用のゲインをかけることで前記コントラスト信号生成部
   に送る映像信号のＲＧＢの割合を変換することを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記制御部は、ホワイトバランスモードを制御するとともに、前記記録部は、前記設定
   値としてホワイトバランスモードの状態も設定値として保持し、
   前記ホワイトバランスモードの状態として白熱灯、またはナトリウム灯が選択されている場合、前記ＩＲカットフィルタのＯＮ／ＯＦＦの状態にかかわらず、前記赤用のゲインを前記緑用のゲイン及び前記青用のゲインよりも大きくすることを特徴とする撮像装置。