JP6467289B2 - 撮像装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の例示的な実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明では、本発明を撮像装置の一例としてのデジタルカメラに適用した例について説明する。しかしながら、本発明は撮像機能を有する任意の装置や機器に適用可能であり、このような装置や機器としては例えば携帯電話機、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、ゲーム機などがあるが、これらに限定されない。
図1は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ100のうち、焦点検出動作に係る主な構成要素の例を模式的に示した図である。なお、焦点検出動作は図1に示していない、一般的なデジタルカメラが有する構成要素の1つ以上が用いられてもよい。撮影光学系101は、画角を変更するための変倍レンズとその駆動機構、焦点光学系であるフォーカスレンズ102とその駆動機構、絞りとその駆動機構を含む。撮影光学系101はデジタルカメラ100から着脱可能な構成であってもよい。撮影光学系101からの入射光はCCDもしくはCMOSイメージセンサである撮像素子103により電気信号(画像信号)に変換される。後述するように、撮像素子103は像面位相差AFを実施可能な構成を有している。
図2は、撮像素子103における撮像画素と焦点検出画素の配置例を模式的に示す図であり、撮像画素が横4画素×縦4画素配列された領域を代表的に示している。撮像素子103は、撮影光学系101の瞳領域を瞳分割方向に分割して、異なる瞳部分領域を通過した光束に基づく複数の画像信号を生成可能に構成されている。具体的には、各撮像画素の光電変換領域が水平方向(瞳分割方向)に2分割されており、各光電変換領域が焦点検出用画素として機能する。従って、図2においては、焦点検出画素が横8画素×縦4画素配列された領域とも言うことができる。
以下、本実施形態の撮像素子により取得される第1焦点検出信号と第2焦点検出信号のデフォーカス量と像ずれ量の関係について説明する。
図5(b)に、デフォーカス量と第1焦点検出信号と第2焦点検出信号間の像ずれ量の概略関係図を示す。撮像面800に撮像素子103(不図示)が配置され、図4、図5(a)と同様に、結像光学系の射出瞳が、第1瞳部分領域501と第2瞳部分領域502に2分割される。
以下、本実施形態における撮像面位相差AFについて説明する。
本実施形態の撮像面位相差AFでは、第1焦点検出信号と第2焦点検出信号を相対的にシフトさせて信号の一致度を表す相関量を計算し、相関(信号の一致度)が良くなるシフト量から像ずれ量を検出する。撮像信号のデフォーカス量が増加すると第1焦点検出信号と第2焦点検出信号間の像ずれ量が増加する関係性から、像ずれ量をデフォーカス量に変換して焦点検出を行う。
S10において、制御部110はモードダイヤル1041によって「星空撮影モード」が選択されているか否かを判定する。ここでは簡単のため、モードダイヤル1041が「星空撮影モード」か「通常モード」を選択可能であるものとするが、他の撮影モードを選択可能であってよい。
S102で制御部110は、撮像素子103の空間分解能より低い分解能を有する画像信号を取得する第1の読み出しモードで撮像素子103の読み出しを行うように信号読み出し部105に設定する。第1の読み出しモードでは、撮像素子103の読み出し(水平)方向に隣接する同色画素を3画素ずつ加算する加算処理と、読み出し方向と直交する(垂直)方向には3行ごとに読み出す(1行読み出して2行飛ばす)間引き処理とを行う。第1の読み出しモードでは水平および垂直方向のそれぞれで読み出し画素数が1/3になるため、読み出し時間が短縮できる。信号読み出し部105は、第1の読み出しモードを実現するタイミング信号を生成して撮像素子103に供給し、画像信号を読み出す。なお、水平方向の加算と垂直方向の間引きは、信号読み出し部105で実行してもよい。この場合、読み出し画素数は減少しないが、後段の処理負荷は軽減できる。
ここで、第1焦点検出信号と第2焦点検出信号の瞳ずれによるシェーディングについて説明する。図9は、結像光学系の射出瞳距離Dlと撮像素子の設定瞳距離Dsとの差が像高の大きな(光軸から離れて位置する)画素における瞳分割に与える影響を模式的に示した図である。
次に本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態における星空撮影モード用のデフォーカス算出処理(第2のデフォーカス算出処理)の別の例に該当するため、デジタルカメラの構成など、第1実施形態と同じ構成や処理についての説明は省略する。具体的には、図7(b)のS210で実行する、瞳分割方向と異なる方向(ここでは垂直方向)における加算処理の別の例に該当する。
S310で信号読み出し部105は、読み出し行番号Nを1に、列内ピーク値であるSPを0に初期化する。
S320で信号読み出し部105は、N行目の信号であるSNを取得する。この信号は撮像素子103から読み出してもよいし、信号読み出し部105内のバッファメモリに格納されているものであってもよい。
S350で信号読み出し部105は、SN(1≦N≦4)の加算処理(加算平均処理)を実行し、この列についての処理を終了する。加算結果はΣSN/4である。S350が実行されるのは、この列には加算処理対象の行のいずれにも高輝度画素が存在しない場合だけであり、4行分の暗い空の部分の信号が加算(平均)される。一方、いずれかの行に高輝度画素が存在すれば、列内ピーク値SPを加算結果として用いる。
S370で信号読み出し部105は、現在のSPをSNで置き換える(更新する)。
S390で信号読み出し部105は、Nに1を加えて処理をS320に戻す。
次に本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態における星空撮影モード用のデフォーカス算出処理(第2のデフォーカス算出処理)の別の例に該当するため、デジタルカメラの構成など、第1実施形態と同じ構成や処理についての説明は省略する。
星空シーンのように輝度の低いシーンの場合、1回のデフォーカス算出処理では信頼性の高い相関量が算出できないことも想定される。そのため、上述の実施形態の例えばS150において、焦点検出部108が、相関量の最大値と最小値の差分などに基づいて信頼性を判定するように構成してもよい。そして、信頼性が低い(例えば上述の差分が閾値以下)場合、信頼性が高いと判断されるまで、次のフレームに対して実行したデフォーカス算出処理で得られた相関量を累積することができる。複数フレームにわたる相関量の加算を行った場合、一般的なシーンではフレーム間における被写体の動きなどによって相関量の精度が低下する場合があるが、星空シーンのように被写体の動きが穏やかな場合には十分な精度が得られる。
Claims (14)
- 撮影光学系の瞳領域を瞳分割方向に分割して、異なる瞳部分領域を通過した光束に基づく複数の画像信号を生成可能な撮像素子と、
前記撮像素子から画像信号を取得する取得手段と、
前記画像信号に基づく1対の焦点検出信号を生成する生成手段と、
前記1対の焦点検出信号の相関量に基づいて前記撮影光学系のデフォーカス量を算出する算出手段と、
前記デフォーカス量に基づいて前記撮影光学系の焦点調節を行う駆動手段と、を有する撮像装置であって、
前記生成手段が、少なくとも前記瞳分割方向において前記撮像素子の空間分解能に等しい分解能を有し、前記瞳分割方向と異なる方向において間引きが行われていない画像信号に基づいて前記1対の焦点検出信号を生成する第1の焦点検出モードと、
前記生成手段が、前記瞳分割方向および前記異なる方向において前記撮像素子の空間分解能より低い分解能を有する画像信号に基づいて前記1対の焦点検出信号を生成する第2の焦点検出モードと、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記第2の焦点検出モードにおいて前記生成手段は、前記異なる方向に加算処理または間引き処理された画像信号に基づいて前記1対の焦点検出信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第1の焦点検出モードにおいて前記生成手段は、前記異なる方向に、前記第2の焦点検出モードよりも多くの信号を加算処理した画像信号に基づいて前記1対の焦点検出信号を生成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像装置。
- 前記第1の焦点検出モードにおける前記加算処理は閾値以上のピーク値を有さない複数の画素信号に対して適用され、閾値以上のピーク値がある場合には該ピーク値を加算処理後の画素信号とすることを特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
- 前記第1の焦点検出モードにおいて前記生成手段は、前記異なる方向に加算処理されていない画像信号に基づいて前記1対の焦点検出信号を生成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像装置。
- 前記第1の焦点検出モードにおいて、前記算出手段は、前記1対の焦点検出信号または前記相関量のうち、信頼性が高いと判定されたものを用いて前記デフォーカス量を算出することを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。
- 前記信頼性が、前記1対の焦点検出信号または前記相関量の最大値に基づいて判定されることを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。
- 設定されている撮影モードに応じて、前記第1の焦点検出モードと前記第2の焦点検出モードの一方を選択する選択手段をさらに有することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記撮影モードが、ユーザによって設定されたものであることを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。
- 前記撮影モードが、シーン判別結果によって設定されたものであることを特徴とする請求項8に記載の撮像装置。
- 前記撮影モードが、低輝度の背景に点状の高輝度被写体が散在する領域が画面もしくは焦点検出領域の所定の割合以上を占めるシーンを撮影するための撮影モードであることを特徴とする請求項8から請求項10のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記撮影モードが、星空シーン、夜景シーンのいずれかを撮影するための撮影モードであることを特徴とする請求項8から請求項11のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 撮影光学系の瞳領域を瞳分割方向に分割して、異なる瞳部分領域を通過した光束に基づく複数の画像信号を生成可能な撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
取得手段が、前記撮像素子から画像信号を取得する取得工程と、
生成手段が、前記画像信号に基づく1対の焦点検出信号を生成する生成工程と、
算出手段が、前記1対の焦点検出信号の相関量に基づいて前記撮影光学系のデフォーカス量を算出する算出工程と、
駆動手段が、前記デフォーカス量に基づいて前記撮影光学系の焦点調節を行う駆動工程と、を有し、
前記生成工程が、
第1の焦点検出モードにおいて、少なくとも前記瞳分割方向において前記撮像素子の空間分解能に等しい分解能を有し、前記瞳分割方向と異なる方向において間引きが行われていない画像信号に基づいて前記1対の焦点検出信号を生成する工程と、
第2の焦点検出モードにおいて、前記瞳分割方向および前記異なる方向において前記撮像素子の空間分解能より低い分解能を有する画像信号に基づいて前記1対の焦点検出信号を生成する工程と、
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 - 撮像装置が有するコンピュータを、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の撮像装置の各手段として機能させるためのプログラム。
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