JP6316534B2 - 撮像装置および撮像装置制御方法 - Google Patents
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Description
このような課題を解決し、被写界深度の深い画像を撮影するために、合焦位置の異なる複数の画像を撮影し、これらの画像から被写界深度の深い画像を生成する撮像装置が知られている。
また、特許文献2のデジタルスチルカメラにおいても、ピント位置が異なる画像間の画角の違いから生じる合成画像の劣化について記載されているが、撮影回数の最適化や被写体が動く場合のことは考慮されておらず、被写体が動く場合には合成画像が劣化することとなる。
合成画像におけるぼけ許容量を設定するぼけ許容量設定部を更に備え、前記ぼけ許容量設定部により設定されたぼけ許容量に応じて、前記カメラの被写界深度を決定することを特徴とする。
前記撮影合焦位置決定部は、前記カメラによって複数の撮影合焦位置で画像を撮影する場合には、1つの撮影合焦位置における前方被写界深度と、もう1つの撮影合焦位置における後方被写界深度が重複するように撮影合焦位置を決定することを特徴とする。
複数の画像から動きのある領域を特定する動き検出部を更に備え、前記撮影合焦位置決定部により決定される撮影合焦位置が複数ある場合には、前記動き検出部により動きのある領域を特定し、前記動きのある領域では、前記複数の撮影合焦位置で撮影された画像のうち、特定の1枚の画像を画像合成に用いることを特徴とする。
前記特定の1枚の画像として、撮影合焦位置が最も遠い画像以外の画像を使用することを特徴とする。
本発明は、画像を撮影するカメラを少なくとも1つ備える撮像装置を制御する制御装置であって、前記カメラにより撮像される被写体の位置検出を行う被写***置検出部により検出した被写***置に応じて、前記カメラの撮影合焦位置を決定する撮影合焦位置決定部を有し、前記撮影合焦位置決定部は、前記カメラにより撮影される複数の画像を合成する画像合成する際に、前記被写***置に対応する撮影合焦位置と異なる位置で、前記被写***置が前記カメラの被写界深度に含まれる位置を撮影合焦位置として決定することを特徴とする制御装置である。
本発明は、画像を撮影するカメラを少なくとも1つ備える撮像装置における撮像装置制御方法であって、前記カメラによって撮像する被写体の位置検出を行う被写***置検出ステップと、前記カメラによって撮像する被写体の位置検出を行う被写***置検出部により検出した被写***置に応じて、前記カメラの撮影合焦位置を決定する撮影合焦位置決定ステップと、前記カメラにより撮影される複数の画像を合成する画像合成ステップを有し、前記撮影合焦位置決定ステップは、前記カメラによって撮影される複数の画像のうち、少なくとも1つの画像の撮影合焦位置を、前記被写***置に対応する撮影合焦位置と異なる位置で、前記被写***置が前記カメラの被写界深度に含まれる位置を撮影合焦位置として決定することを特徴とする撮像装置制御方法である。
また、本発明は、コンピュータに、上記に記載の撮像装置制御方法を実行させるためのプログラムであっても良く、当該プログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体であっても良い。
以下、図面を参照して第1実施形態における撮像装置を説明する。図1は、本実施形態における撮像装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
撮像装置100は、カメラ101と、被写***置検出部102と、撮影合焦位置決定部103と、記憶部104と、ぼけ許容量設定部105と、位置合わせ部106と、画像合成部107とを有する。
カメラ101は、レンズを含む撮像光学系と、レンズを通った光を撮像素子で受け、デジタル信号に変換するセンサ(図示せず)とを有する。また、焦点位置調整機能を備え、撮影合焦位置決定部103からの指示に従い、レンズ位置を任意の距離にある被写体に合焦する位置に移動させることができる。
まず、ステップS11において、被写***置検出部102は、カメラ101によって得られた画像から近景被写***置を検出する。この際、カメラ101は、最短撮影距離から無限遠距離に向かって、レンズを動かしながら被写体に焦点の合う合焦位置を探索する。最短撮影距離は、レンズを動かしてカメラの焦点を合わせることが出来る被写体距離のうち、最もカメラから近い距離のことである。無限遠とは、カメラの光学系においてその距離以降焦点調節が不要となる距離のことを指し、無限遠距離は、無限遠に合焦するレンズ位置に対応する距離のことを指す。また、合焦位置は被写体に焦点が合った場合のレンズ位置であり、以降この合焦位置をカメラから焦点の合う被写体までの距離で表すものとする。
カメラの被写界深度Lfは(1)式のように示される。
Lf= L1+L2 …(1)
レンズの焦点距離をf、カメラのF値をF、レンズの許容錯乱円直径をδ、ぼけの許容量をp、カメラからの距離をlとすると、式(2)および(3)の関係がそれぞれ成り立つ。したがって、式(1)、式(2)、式(3)により、式(4)を求めることができる。
L1=δpFl2/(f2+δpFl) …(2)
L2=δpFl2/(f2−δpFl) …(3)
Lf=δpFl2/(f2+δpFl)+δpFl2/(f2−δpFl) …(4)
図4で説明した被写界深度を考慮し、撮影合焦位置決定部103は撮影合焦位置を決定する。ぼけ許容量設定部105により設定されたぼけ量に従い、前方被写界深度L1と後方被写界深度L2を、式(2)、式(3)より算出する。
このとき、位置D2における後方被写界深度L2は無限遠となり、これより遠方の被写体には焦点が合うため、この時点で処理を終了する。このようにして撮影合焦位置D1とD2とを決定する。
なお、ここでは前方被写界深度と被写***置DAが一致するように後方にずらしているが、必ずしも一致するまで移動しなくても良く、一定の範囲に収まるようにずらしても良い。また、各撮影回における被写界深度の重複についても、一定の範囲で重複を許すようにしても良い。また、撮影回数はここでは2回であるが、すべての被写体が各撮影のどれかの被写界深度に入るように撮影するため、レンズ仕様や被写体の位置に応じて適宜2回以上の撮影を行う。
ステップS14において、位置合わせ部106はステップS13で撮影された複数枚の画像をカメラ101から受け取ると共に、記憶部104から撮影合焦位置に対応した位置合わせ用パラメータを読み込む。そして、このパラメータに従い、ステップS15において、この各画像において、画像の拡大・縮小処理により位置合わせを行う。各撮影画像は撮影合焦位置が異なり撮影したレンズ位置が違うことから、画像の合焦状態と共に、画角が異なっている。撮影合焦位置がDI側に近づくほど画角が小さくなり、撮像される像が拡大される。そこで、この位置合わせ処理を行うことにより後述の画像合成部107における画像合成時に適切に合成することが可能となる。位置合わせ用パラメータは、各撮影合焦位置に応じてどのくらい画像の大きさが変わるかについて、例えばテーブル形式で記憶部104等に記憶されているものとし、位置合わせ用パラメータから基準画像に対する拡大・縮小率を算出することができる。基準画像とは撮影された複数枚の画像のうち基準とする1枚の画像を示す。ステップS15で、最も遠い画像を基準画像とすると、この画像と同じ大きさで像が写るようその他の画像は縮小処理される。
なお、位置合わせ処理は、上記の手法に限らず、例えば画像から特徴点を検出し、特徴点の位置の違いから基準画像に対する拡大・縮小率、あるいはアフィン変換や射影変換のパラメータを算出し位置合わせを行うようにしても良く、他の方法でも良い。連写画像に手振れなどによる画像全体のブレが存在する場合、拡大、縮小だけでは位置合わせが行えないことがあるため、その場合にはこれら他の方法を用いる。本発明の本質ではない為、詳細については説明を割愛する。
なお、合焦状態の判定方法、コントラスト値の評価手法はここに記載した以外にも様々な方法があり、そのいずれを用いても構わない。また、ここでは各画素でコントラスト値の評価を行ったが、領域ごとに行うようにしても良く、あらかじめ被写体領域を特徴点抽出等で特定しておき、被写体領域ごとに合焦状態の検出を行っても良い。
以上の処理により、図6(c)に示すように、被写体A、Bの両方に合焦した全焦点画像を得ることが可能となる。
また、近景被写***置と遠景被写***置を共に算出し、それに応じて適切なぼけ許容量を設定することにより、少ない撮影回数で画質を最適化することが可能となる。例えば、被写体Cの位置であるDCを検出して、設定したぼけ許容量で被写界深度を考慮して撮影合焦位置を決定すると、図8(a)に示すように、2回目の撮影合焦位置D4では、被写体Aを含んでいるが、焦点があっている領域内には他に被写体が存在していないと言う状況になる。
また、ここでは絞りについて記載していないが、絞りのあるカメラを用いても良く、その場合、絞りに応じて被写界深度が変わるが、基本的な動作については絞りのある場合も同様である。
以下、図面を参照して第2実施形態における撮像装置を説明する。図9は、本実施形態における撮像装置の一構成例を示す機能ブロック図である。なお、実施形態1と同様の機能を有するものには同一の番号を付している。
撮像装置200は、カメラ101と、被写***置検出部102と、撮影合焦位置決定部103と、記憶部104と、ぼけ許容量設定部105と、位置合わせ部106と、動き検出部201と、画像合成部202と、を有する。
カメラ101は、レンズを含む撮像光学系と、レンズを通った光を撮像素子で受け、デジタル信号に変換するセンサ(図示せず)とを有する。また、焦点位置調整機能を備え、後述する撮影合焦位置決定部からの指示に従い、レンズ位置を任意の距離にある被写体に合焦する位置に移動させることができる。
被写***置検出部102は、カメラ101により取得される画像から被写体の位置を検出する。この被写***置検出部102による検出結果に従い、撮影合焦位置決定部103は記憶部104に記憶された撮影合焦位置に関する情報を参照し、撮影合焦位置を決定する。記憶部104はぼけ許容量や撮影合焦位置に関する各種パラメータを記憶している。ぼけ許容量設定部105は、ユーザーからの指示に従い撮影する画像のぼけに関する許容量を設定する。位置合わせ部106は、合焦位置を変えて撮影した画像の画角を補正する位置合わせ処理を行う。動き検出部201は、各撮影合焦位置で撮影した画像を比較し、動きのある領域を特定する。画像合成部107は、各画像を解析し領域毎被写体にピントの合った画像を抽出し、合成することにより被写界深度の深い全焦点画像を生成する。その際、動き領域とそれ以外の領域で異なる手法で画像の合成を行う。
ステップS21において近景被写***置を検出し、ステップS22において撮影合焦位置を決定し、ステップS23においてカメラ101で決められた各撮影合焦位置で複数回撮影を行う。実施形態1における図5に示したものと同様の位置に被写体A、被写体Bが存在し、D1とD2の撮影合焦位置を決定し、カメラ101によって画像を撮影するものとする。そして、ステップS24で位置合わせ用パラメータを読み込み、ステップS25において位置合わせ処理を行う。
動きのある領域に関しては、ステップS28において、領域Cで合成に用いる画像を、撮影した複数枚の画像から特定の1枚を選択する。そして、ステップS29においてその画像を合成する。動きのある領域に対してこのような処理を行う必要がある理由は、図12(a)に示すように、図11(a)、図11(b)に示した画像をそのまま合焦状態のみで判定して合成すると2重像になり画質が劣化するためである。図11(b)の被写体Aはぼけていてコントラスト値は低いが、映っている位置が異なるため、図11(a)において無地でコントラスト値が極端に低い領域と比較すると、図11(b)のコントラスト値が優先して合成されてしまう。このように、動きのある領域を特定して、合成する画像を限定することで2重像となるような画質劣化を防ぎ、良好な全焦点画像を得ることが可能となる。
可能性が高いため、近景の画像を使うという方法がある。遠景は風景や建物など、動かない被写体が多いため、近景を使うことで動いている被写体にも合焦した全焦点画像が合成できる可能性が高い。また、各画像において動きのある領域におけるコントラスト値の合計を算出して比較しても良い。最もピントの合った画像において、コントラスト値の合計が高くなる可能性が高いためである。これにより、被写体がカメラからどれくらいの位置にあるかに限らず、高精度で焦点の合った画像を特定できる。また、ユーザーによって複数枚の画像から特定の1枚を選択できるようにしても良い。例えば、動きのある領域が存在することが検知された場合、合成前にユーザーにそのことを通知し、複数枚の画像から動き領域で使用する画像を選択させる方法がある。これにより、ユーザーの嗜好に合った画像を生成することが可能となる。この場合、撮影した複数枚の画像から選択させるのではなく、各画像をそれぞれ合成した画像を提示し、その中から適切な画像を選択するようにしても良い。
このように動きのある領域を特定し、合成方法を切り替えることにより、動きのある被写体であっても、図12(b)に示すように画質の良い全焦点画像を生成することが可能となる。
なお、ここでは図11に示すように、動く被写体は水平方向に移動した例を示しているが、実際の撮影においては動き方も被写体によって違い、動物などでは画像によって撮影されている形状も大きく異なる可能性がある。そのような場合においても、本手法を用いて動きのある領域全てに対して特定の画像を用いる処理を行うことにより、破綻のない全焦点画像を生成することが可能となる。
以下、図面を参照して第3実施形態における撮像装置を説明する。図13は、本実施形態における撮像装置の一構成例を示す機能ブロック図である。なお、実施形態1と同様の機能を有するものには同一の番号を付している。
撮像装置300は、被写体に向かって左の位置にある第1カメラ301、右の位置にある第2カメラ302と、被写***置検出部102と、撮影合焦位置決定部303と、記憶部104と、ぼけ許容量設定部105と、位置合わせ部304と、視差算出部305、画像合成部306とを有する。
カメラ301、302は、レンズを含む撮像光学系と、レンズを通った光を撮像素子で受け、デジタル信号に変換するセンサ(図示せず)とを有する。また、焦点位置調整機能を備え、後述する撮影合焦位置決定部からの指示に従い、レンズ位置を任意の距離にある被写体に合焦する位置に移動させることができる。第1カメラ301と第2カメラ302は水平方向(撮影画像においては横手方向)に並べて光軸が平行になるよう配置されているものとする。
本実施形態に示すように、二眼カメラにおいても実施形態1と同様、検出した被写***置に応じて、被写界深度を考慮して撮影合焦位置を決定することで効率的に全焦点画像を生成するための画像を取得することが出来る。実施形態1と同様の被写体を撮影する場合、図15に示すように、第1カメラ301での撮影合焦位置をD1に、第2カメラ302の撮影合焦位置をD2にするようにすれば良い。なお、第1カメラの撮影合焦位置をD2、第2カメラの撮影合焦位置をD1にしても良い。
画像合成部306は、この視差マップを用いて各画像から焦点の合った領域を特定し、画像の合成を行う(ステップS43)。視差マップは、距離情報を示していて、カメラから近い被写体ほど視差が大きく、遠い被写体ほど小さくなる。よって、視差情報を用いることで、各被写体がどの撮影画像で焦点が合っているかを特定できる。最もカメラから遠い位置に焦点が合うように撮影した画像を基準画像として視差を算出し、基準画像でぼけている被写体に対しては、最も焦点の合っている画像を特定し、その画像から視差情報をキャンセルして同一位置になるよう合成を行うことにより、二眼カメラにおいても鮮明な全焦点画像を生成することが可能となる。
本発明の構成要素は、任意に取捨選択が可能である。
本発明の撮像装置は、デジタルカメラなどの撮像装置に限られず、撮像機能が組み込まれた情報処理装置に適用することができる。例えば、本発明は、第一のカメラおよび第二のカメラを少なくとも備える情報処理装置(例えば、コンピュータ、携帯端末、タブレット端末、スマートフォンなど)にも適用することができる。
あるいは、画像を撮影するカメラを少なくとも1つ備える撮像装置を制御する制御装置、集積回路、等であっても良い。
また、上述した実施形態における撮像装置の一部、または全部をハードウェア構成で実現してもよく、典型的には集積回路であるLSIとして実現しても良い。撮像装置の各機能ブロックは個別にチップ化しても良いし、一部、または全部を集積してチップ化しても良い。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
例えば、画像を撮影するカメラを少なくとも1つ備える撮像装置を制御する集積回路やリモコン装置など制御装置であって、カメラにより撮像される被写体の位置検出を行う被写***置検出部により検出した被写***置に応じて、前記カメラの撮影合焦位置を決定する撮影合焦位置決定部を有し、前記撮影合焦位置決定部は、前記カメラにより撮影される複数の画像を合成する画像合成する際に、前記被写***置に対応する撮影合焦位置と異なる位置で、前記被写***置が前記カメラの被写界深度に含まれる位置を撮影合焦位置として決定することを特徴とする制御装置であっても良い。
101 カメラ
102 被写***置検出部
103 撮影合焦位置決定部
104 記憶部
105 ぼけ許容量設定部
106 位置合わせ部
107 画像合成部
201 動き検出部
202 画像合成部
301 第一カメラ
302 第二カメラ
303 撮影合焦位置決定部
304 位置合わせ部
305 視差算出部
306 画像合成部
Claims (8)
- 画像を撮影するカメラを少なくとも1つ備える撮像装置であって、
前記カメラにより撮像される被写体の位置検出を行う被写***置検出部と、
前記被写***置検出部により検出した被写***置に応じて、前記カメラの撮影合焦位置を決定する撮影合焦位置決定部と、
前記カメラにより撮影される複数の画像を合成する画像合成部と、
合成画像におけるぼけ許容量を設定するぼけ許容量設定部と、を備え、
前記撮影合焦位置決定部は、前記カメラによって撮影される複数の画像の撮影合焦位置のうち、前記被写***置に対応する撮影合焦位置と隣接する撮影合焦位置を、前記ぼけ許容量設定部が設定した前記ぼけ許容量に応じて、当該ぼけ許容量が大きいほど前記被写***置に対応する撮影合焦位置から離れるように決定し、
前記カメラが前記複数の画像を撮影するための撮影回数を、前記ぼけ許容量設定部が設定した前記ぼけ許容量に応じて、当該ぼけ許容量が大きいほど前記撮影回数が少なくなるように決定することを特徴とする撮像装置。 - 前記撮影合焦位置決定部は、
前記被写***置検出部によって検出される被写***置が遠景被写***置である場合には、前記遠景被写***置が前記カメラの後方被写界深度に含まれるよう撮影合焦位置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。 - 前記撮影合焦位置決定部は、
前記被写***置検出部によって検出される被写***置が近景被写***置である場合には、前記近景被写***置が前記カメラの前方被写界深度に含まれるよう撮影合焦位置を決定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。 - 複数の画像から動きのある領域を特定する動き検出部を更に備え、
前記撮影合焦位置決定部により決定される撮影合焦位置が複数ある場合には、
前記動き検出部により動きのある領域を特定し、
前記動きのある領域では、前記複数の撮影合焦位置で撮影された画像のうち、特定の1枚の画像を画像合成に用いることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の撮像装置。 - 前記特定の1枚の画像として、撮影合焦位置が最も遠い画像以外の画像を使用することを特徴とする請求項4に記載の撮像装置。
- 画像を撮影するカメラを少なくとも1つ備える撮像装置における撮像装置制御方法であって、
前記カメラによって撮像する被写体の位置検出を行う被写***置検出ステップと、
前記カメラによって撮像する被写体の位置検出を行う被写***置検出部により検出した被写***置に応じて、前記カメラの撮影合焦位置を決定する撮影合焦位置決定ステップと、
前記カメラにより撮影される複数の画像を合成する画像合成ステップと、
合成画像におけるぼけ許容量を設定するぼけ許容量設定ステップとを有し、
前記撮影合焦位置決定ステップは、前記カメラによって撮影される複数の画像の撮影合焦位置のうち、前記被写***置に対応する撮影合焦位置と隣接する撮影合焦位置を、前記ぼけ許容量設定ステップにおいて設定した前記ぼけ許容量に応じて、当該ぼけ許容量が大きいほど前記被写***置に対応する撮影合焦位置から離れるように決定し、
前記カメラが前記複数の画像を撮影するための撮影回数を、前記ぼけ許容量設定ステップにおいて設定した前記ぼけ許容量に応じて、当該ぼけ許容量が大きいほど前記撮影回数が少なくなるように決定することを特徴とする撮像装置制御方法。 - コンピュータに、請求項6に記載の撮像装置制御方法を実行させるためのプログラム。
- 画像を撮影するカメラを少なくとも1つ備える撮像装置であって、
前記カメラにより撮像される被写体の位置検出を行う被写***置検出部と、
前記被写***置検出部により検出した被写***置に応じて、前記カメラの撮影合焦位置
を決定する撮影合焦位置決定部と、
前記カメラにより撮影される複数の画像を合成する画像合成部と、
複数の画像から動きのある領域を特定する動き検出部と、を備え、
前記撮影合焦位置決定部は、前記カメラによって撮影される複数の画像のうち、少なくとも1つの画像の撮影合焦位置を、前記被写***置に対応する撮影合焦位置と異なる位置で、前記被写***置が前記カメラの被写界深度に含まれる位置を撮影合焦位置として決定し、
前記撮影合焦位置決定部により決定される撮影合焦位置が複数ある場合には、
前記動き検出部により動きのある領域を特定し、
前記動きのある領域では、前記複数の撮影合焦位置で撮影された画像のうち、特定の1枚の画像を画像合成に用い、
前記特定の1枚の画像として、撮影合焦位置が最も遠い画像以外の画像を使用することを特徴とする撮像装置。
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