JP6518452B2 - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置及び撮像方法に関する。
撮像装置に備えられた撮影レンズの自動焦点検出(AF)の1つの方式として、コントラストAF方式が使用されている。コントラストAF方式は、撮影レンズによって形成された被写体像のコントラスト値を示すAF評価値を算出し、このAF評価値がピーク値となるようにフォーカスレンズの位置を制御する方式である。
一般に、コントラストAF方式では、低輝度被写体に対するAFの際に、AF評価値に対するノイズの影響が大きくなって合焦精度が低下する。そこで、例えば特許文献1において提案されているデジタルカメラは、低輝度被写体に対するAFの際には、撮像素子のフレームレートを低下させることで露出量を大きくしてAF評価値に対するノイズの影響を抑制するようにしている。
特開2004−289870号公報
ここで、フレームレートを低下させてしまうと、動きの速い被写体に対するAFの追従性が低下する。すなわち、フレームレートの低下はレンズスキャン速度の低下につながり、この結果として動きの速い被写体を捕捉することが困難になってAFの追従性が低下する。このように、低輝度被写体に対する合焦精度の向上のために単純にフレームレートを低下させてしまうと、かえって合焦精度の低下を招くおそれがある。
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、低輝度時であっても被写体等の動きの速さによらずに被写体を捕捉可能な撮像装置及びそれを用いた撮像方法を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明の第1の態様の撮像装置は、被写体の像を撮像する撮像素子の撮像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う撮像装置において、前記撮像信号から所定の信号成分を抽出して評価値を生成する評価値算出部と、前記評価値に基づいて前記焦点調節を行う制御部と、前記被写体又は前記撮像装置が移動しているか否かを判定する移動判定部とを具備し、前記制御部は、前記移動判定部によって前記被写体又は前記撮像装置が移動していると判定された場合に、前記撮像素子のフレームレートを第1のフレームレートから前記第1のフレームレートよりも大きい第2のフレームレートに変更し、前記フレームレートを前記第2のフレームレートに変更するのに伴って、合焦位置が存在する方向の判断を確定するための閾値を、より確定されにくくなる閾値に変更することを特徴とする。
前記の目的を達成するために、本発明の第2の態様の撮像装置は、被写体の像を撮像する撮像素子の撮像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う撮像装置において、前記撮像信号から所定の信号成分を抽出して評価値を生成する評価値算出部と、前記評価値に基づいて前記焦点調節を行う制御部と、前記被写体又は前記撮像装置が移動しているか否かを判定する移動判定部とを具備し、前記制御部は、前記移動判定部によって前記被写体又は前記撮像装置が移動していると判定された場合に、前記撮像素子のフレームレートを第1のフレームレートから前記第1のフレームレートよりも大きい第2のフレームレートに変更し、前記フレームレートを前記第2のフレームレートに変更するのに伴って、前記評価値のピークを検出するための閾値を、よりピークと判定されにくくする閾値に変更することを特徴とする。
前記の目的を達成するために、本発明の第の態様の撮像方法は、被写体の像を撮像する撮像素子の撮像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う撮像装置による撮像方法において、前記被写体又は前記撮像装置が移動しているか否かを判定することと、前記被写体又は前記撮像装置が移動していると判定された場合に、前記撮像素子のフレームレートを第1のフレームレートから前記第1のフレームレートよりも大きい第2のフレームレートに変更することと、前記フレームレートを前記第2のフレームレートに変更するのに伴って、合焦位置が存在する方向の判断を確定するための閾値を、より確定されにくくなる閾値に変更することと、前記撮像信号から所定の信号成分を抽出して評価値を生成することと、前記評価値に基づいて前記焦点調節を行うこととを具備することを特徴とする。
前記の目的を達成するために、本発明の第4の態様の撮像方法は、被写体の像を撮像する撮像素子の撮像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う撮像装置による撮像方法において、前記被写体又は前記撮像装置が移動しているか否かを判定することと、前記被写体又は前記撮像装置が移動していると判定された場合に、前記撮像素子のフレームレートを第1のフレームレートから前記第1のフレームレートよりも大きい第2のフレームレートに変更することと、前記撮像信号から所定の信号成分を抽出して評価値を生成することと、前記フレームレートを前記第2のフレームレートに変更するのに伴って、前記評価値のピークを検出するための閾値を、よりピークと判定されにくくする閾値に変更することと、前記評価値に基づいて前記焦点調節を行うこととを具備することを特徴とする。
本発明によれば、低輝度時であっても被写体等の動きの速さによらずに被写体を捕捉可能な撮像装置及びそれを用いた撮像方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る撮像装置のブロック図である。 本発明の一実施形態における撮像装置のAF動作のフローチャートである。 AF用露出設定処理を示すフローチャートである。 被写体・カメラ静動判定処理を示すフローチャートである。 図5(a)はフレームレート上昇P線図を示す図であり、図5(b)はフレームレート維持P線図を示す図である。 方向判断処理について示すフローチャートである。 AF評価値取得処理について示すフローチャートである。 方向判断閾値調整処理について示すフローチャートである。 ピーク検出処理について示すフローチャートである。 ピーク検出閾値調整処理について示すフローチャートである。 合焦位置算出処理について示すフローチャートである。 被写体が移動しており、かつ、撮像装置が手持ちされているときの低輝度AF時の撮像素子のフレームレートの設定について示すタイミングチャートである。 被写体が静止しており、かつ、撮像装置が例えば三脚に固定されているときの低輝度AF時の撮像素子のフレームレートの設定について示すタイミングチャートである。 変形例の方向判断処理を示すフローチャートである。 変形例のピーク検出処理を示すフローチャートである。 スキャン中フレームレート変更処理を示すフローチャートである。 スキャン動作中において被写体又は撮像装置の状態が変化するときの低輝度AF時の撮像素子のフレームレートの設定について示すタイミングチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る撮像装置のブロック図である。図1に示す撮像装置は、交換レンズとカメラボディとを有している。交換レンズは、カメラボディに装着される。これによって、交換レンズとカメラボディとは協働して動作する。なお、本実施形態における撮像装置は、必ずしもレンズ交換式の撮像装置でなくて良い。例えば、本実施形態における撮像装置は、レンズ一体型の撮像装置であっても良い。
交換レンズは、撮影レンズ100と、絞り101と、レンズ/絞り駆動モータ102と、モータドライブ回路103と、レンズ側CPU104とを有している。
撮影レンズ100は、被写体からの光束をカメラボディの撮像素子105に結像させるための光学系である。この撮影レンズ100は、フォーカスレンズを有している。フォーカスレンズは、光軸方向に移動することによって撮影レンズ100の焦点位置を調節する。絞り101は、開閉自在に構成され、撮影レンズ100から撮像素子105に入射する光束の量を制限する。レンズ/絞り駆動モータ102は、例えばステッピングモータであり、モータドライブ回路103からの駆動信号に従って撮影レンズ100のフォーカスレンズ及び絞り101をそれぞれ駆動する。
モータドライブ回路103は、レンズ側CPU104からの制御信号に従って撮影レンズ100のフォーカスレンズ又は絞り101を駆動するための駆動信号をレンズ/絞り駆動モータ102に入力する。
レンズ側CPU104は、交換レンズがカメラボディに装着された際にカメラ側CPU107と通信自在に接続される。このレンズ側CPU104は、カメラ側CPU107からの制御信号に従って交換レンズの各種の動作を制御する。
カメラボディは、撮像素子105と、撮像処理回路106と、カメラ側CPU107と、AF評価値算出回路108と、AE評価値算出回路109と、画像処理回路110と、メモリ111と、表示回路112と、表示装置113と、操作部114と、ジャイロセンサ115とを有している。
撮像素子105は、撮影レンズ100の光軸上に配置されている。撮像素子105は、画素を有している。画素は、2次元状に配置され、撮影レンズ100によって結像された被写体像に応じた電荷を生成する。この電荷は、撮像信号として読み出される。
撮像処理回路106は、撮像素子105の駆動及び撮像素子105の各画素からの撮像信号の読み出しを制御する。また、撮像処理回路106は、撮像信号に対して各種の処理を施す。この処理は、撮像信号に対するアナログノイズの除去、増幅といった処理を含む。また、この処理は、アナログ信号である撮像信号をデジタル信号である撮像データに変換する処理を含む。
制御部として機能するカメラ側CPU107は、カメラボディの全体の処理を制御する。カメラ側CPU107は、例えば撮像処理回路106に対して撮像素子105のフレームレートを設定する。また、カメラ側CPU107は、AF評価値算出回路108で算出されるAF評価値に基づいてAF動作を行う。また、カメラ側CPU107は、AE評価値算出回路109で算出されるAE評価値に基づいてAE動作を行う。さらに、カメラ側CPU107は、ジャイロセンサ115の出力に基づいてカメラボディが移動しているか否かを判定する。また、カメラ側CPU107は、動きベクトルに基づいて被写体が移動しているか否かを判定する。動きベクトルは、撮像素子105の水平方向と平行なx軸方向と撮像素子105の垂直方向と平行なy軸方向とのそれぞれについて検出される。
評価値算出部として機能するAF評価値算出回路108は、AF評価値を算出する。例えば、AF評価値算出回路108は、撮像データの高周波信号成分を抽出する。高周波信号成分は、例えばデジタルハイパスフィルタによって抽出される。そして、AF評価値算出回路108は、抽出した信号成分の撮像データを積算することによってAF評価値を算出する。なお、AF評価値は、撮像データの特定の1つの領域に対して算出されても良いし、特定の複数の領域に対して算出されても良いし、全域に対して算出されても良い。
AE評価値算出回路109は、AE評価値を算出する。例えば、AE評価値算出回路109は、撮像データから輝度データを求め、この輝度データを積算することによってAE評価値を算出する。なお、AE評価値は、撮像データの特定の1つの領域に対して算出されても良いし、撮像データの領域毎に算出されても良いし、全域の平均値として算出されても良い。
画像処理回路110は、撮像データを処理して表示用の画像データ又は記録用の画像データを生成する。この処理は、ホワイトバランス補正、階調補正、色補正といった処理を含む。また、記録用の画像データに対する処理は圧縮処理を含む。さらに、メモリ111に記録された記録用の画像データを再生する際には、画像処理回路110は、伸張処理を行う。
メモリ111は、カメラボディに着脱自在に構成された又はカメラボディに内蔵された電気的に書き換え可能な不揮発性メモリを有する。メモリ111には、画像処理回路110の処理によって得られた記録用の画像データが記録される。
表示回路112は、画像処理回路110の処理によって生成された表示用の画像データに基づいてライブビュー画像等の各種の画像を表示装置113に表示させる。また、表示回路112は、画像処理回路110の伸張処理によって得られた再生用の画像データに基づく画像を表示装置113に表示させる。表示装置113は、例えば液晶ディスプレイであり、各種の画像を表示する。
操作部114は、ユーザがカメラの操作をするための操作部材を有する。この操作部材は、例えば電源スイッチ、レリーズ釦、再生釦、メニュー釦である。操作部114は、これらの操作部材の操作状態を検出し、検出した操作状態に応じた信号を出力する。
カメラ側CPU107とともに移動判定部として機能するジャイロセンサ115は、カメラボディに発生した角速度を検出するセンサである。このジャイロセンサ115は、カメラボディの垂直方向(撮像素子105のy軸と平行な方向とする)に沿ったy軸周りの角速度であるYaw方向の角速度とカメラボディの水平方向(撮像素子105のx軸と平行な方向とする)に沿ったx軸周りの角速度であるPitch方向の角速度とを少なくとも検出する。このジャイロセンサ115は、カメラボディの移動を検出するために用いられる。
次に、本実施形態に係る焦点検出装置の動作について説明する。図2は、本実施形態における撮像装置のAF動作のフローチャートである。撮像装置のAF動作は、前述したように主にカメラ側CPU107によって制御される。
ステップS101において、カメラ側CPU107は、ライブビュー表示を行う。ライブビュー表示において、カメラ側CPU107は、撮像処理回路106に対して制御信号を送信する。制御信号を受けて、撮像処理回路106は、撮像素子105の露出動作を開始させる。なお、ライブビュー表示時における撮像素子105のフレームレートは、例えば30fps、60fps、120fpsの何れかである。露出動作の終了後、撮像処理回路106は、撮像素子105の各画素からの撮像信号を読み出して撮像データを生成する。画像処理回路110は、撮像データを処理して表示用画像データを生成する。その後、カメラ側CPU107は、画像処理回路110で生成された表示用画像データに基づいて表示装置113にライブビュー画像を表示させるように表示回路112を制御する。
ステップS102において、カメラ側CPU107は、ユーザによって1stレリーズ入力がなされたか否かを判定する。1stレリーズ入力は、例えばレリーズ釦の半押し操作である。ステップS102において1stレリーズ入力がなされていないと判定された場合には、処理はステップS101に戻る。ステップS102において1stレリーズ入力がなされたと判定された場合には、処理はステップS103に移行する。
ステップS103において、カメラ側CPU107は、AF用露出設定処理を行う。AF用露出設定処理は、ステップS104以後のスキャン動作中の露出設定を行う処理である。以下、図3を参照してAF用露出設定処理について説明する。図3は、AF用露出設定処理を示すフローチャートである。
ステップS201において、カメラ側CPU107は、測光処理を行う。測光処理として、カメラ側CPU107は、AE評価値算出回路109において算出されたAE評価値により、ライブビュー表示中に取得される撮像データにおける被写体輝度を算出する。
ステップS202において、カメラ側CPU107は、被写体・カメラ静動判定処理を行う。被写体・カメラ静動判定処理は、被写体又はカメラボディが移動している状態であるか否かを判定する処理である。以下、被写体・カメラ静動判定処理について図4を参照して説明する。図4は、被写体・カメラ静動判定処理を示すフローチャートである。
ステップS301において、カメラ側CPU107は、カメラボディに発生している角速度の情報をジャイロセンサ115より取得する。
ステップS302において、カメラ側CPU107は、撮像データにおける被写体の動きベクトルを撮像データから検出する。動きベクトルは、ライブビュー表示に伴って逐次に生成される撮像データにおける被写体の移動量及び移動方向を例えばブロックマッチング法を用いて求めることによって検出される。
ステップS303において、カメラ側CPU107は、AF評価値の変化量を算出する。すなわち、カメラ側CPU107は、ライブビュー表示に伴って生成される撮像データからAF評価値算出回路108において算出されるAF評価値の変化量(例えば現在フレームと直前フレームとの間のAF評価値の差分絶対値和)を算出する。
ステップS304において、カメラ側CPU107は、AE評価値の変化量を算出する。すなわち、カメラ側CPU107は、ライブビュー表示に伴って生成される撮像データからAE評価値算出回路109において算出されるAE評価値の変化量(例えば現在フレームと直前フレームとの間のAE評価値の差分絶対値和)を算出する。
ステップS305において、カメラ側CPU107は、角速度の変化量(例えば現在フレームと直前フレームとの間の変化量)が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。ステップS305において角速度の変化量が大きくないと判定された場合に、処理はステップS306に移行する。ステップS305において角速度の変化量が大きいと判定された場合に、処理はステップS310に移行する。
ステップS306において、カメラ側CPU107は、動きベクトルの変化量(例えば現在フレームと直前フレームとの間の変化量)が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。ステップS306において動きベクトルの変化量が大きくないと判定された場合に、処理はステップS307に移行する。ステップS306において動きベクトルの変化量が大きいと判定された場合に、処理はステップS310に移行する。
ステップS307において、カメラ側CPU107は、AF評価値の変化量が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。ステップS307においてAF評価値の変化量が大きくないと判定された場合に、処理はステップS308に移行する。ステップS307においてAF評価値の変化量が大きいと判定された場合に、処理はステップS310に移行する。
ステップS308において、カメラ側CPU107は、AE評価値の変化量が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。ステップS308においてAE評価値の変化量が大きくないと判定された場合に、処理はステップS309に移行する。ステップS308においてAE評価値の変化量が大きいと判定された場合に、処理はステップS310に移行する。
ステップS309において、カメラ側CPU107は、静動判定フラグの値を“静”に設定する。その後、図4の処理は終了し、処理は図3のステップS203に移行する。静動判定フラグが静である状態とは、被写体とカメラボディの両方が静止していると考えられる状態である。
ステップS310において、カメラ側CPU107は、静動判定フラグの値を“動”に設定する。その後、図4の処理は終了し、処理は図3のステップS203に移行する。静動判定フラグが動である状態とは、被写体とカメラボディの少なくとも何れかが動いていると考えられる状態である。
ここで、図3の説明に戻る。ステップS203において、カメラ側CPU107は、静動判定フラグが動であり、かつ、被写体輝度が動体用低輝度限界以上であるか否かを判定する。動体用低輝度限界は、フレームレートを高くしてもAFに必要な露出量を確保できる被写体輝度の閾値である。この動体用低輝度限界としては、例えばAPEX値のBv−5が採用され得る。勿論、動体用低輝度限界は、Bv−5に限るものではなく、後で説明する低輝度動体捕捉モードのスキャン動作において維持されるべき撮像素子105のフレームレートの値によって変化し得るものである。ステップS203において静動判定フラグが動であり、かつ、被写体輝度が動体用低輝度限界以上であると判定された場合に、処理はステップS204に移行する。ステップS203において静動判定フラグが動でない又は被写体輝度が動体用低輝度限界以上でないと判定された場合に、処理はステップS206に移行する。
ステップS204において、カメラ側CPU107は、AFのモードの1つである低輝度動体捕捉モードを有効にする。低輝度動体捕捉モードは、低輝度のAF時において動きの速い被写体を捉えるのに有効なモードである。
ステップS205において、カメラ側CPU107は、AE動作として、図5(a)に示すフレームレート上昇P線図に従って露出パラメータとしての絞り値Av、露出時間Tv、感度Svを算出する。その後、処理はステップS208に移行する。フレームレート上昇P線図は、被写体輝度Bvの値によらずに撮像素子105のフレームレートをライブビュー表示時のフレームレートよりも高く維持できるようにしたP線図である。すなわち、フレームレート上昇P線図では、被写体輝度Bvの値が小さくなったとしても露出時間Tvの値は8以上(1/250秒以下)に維持される。したがって、撮像素子105のフレームレートは、ライブビュー表示時のフレームレートよりも高い値である例えば240fpsに維持され得る。このように、低輝度動体捕捉モードが有効になっている間は、撮像素子105のフレームレートを高くすることによって、高速に移動する被写体に対する補足性能の向上を図ることが可能である。
ステップS206において、カメラ側CPU107は、低輝度動体捕捉モードを無効にする。
ステップS207において、カメラ側CPU107は、AE動作として、図5(b)に示すフレームレート維持P線図に従って露出パラメータとしての絞り値Av、露出時間Tv、感度Svを算出する。その後、処理はステップS208に移行する。フレームレート維持P線図は、ライブビュー表示時の撮像素子105のフレームレートをなるべく維持できるようにしたP線図である。すなわち、フレームレート維持P線図では、基本的にはライブビュー表示時の露出時間Tvを維持しつつ、ライブビュー表示時の露出時間Tvを維持できないほどに被写体輝度Bvの値が小さくなると露出時間Tvの値が小さくなる。このように、低輝度動体捕捉モードが無効になっている間は、被写体輝度に応じて撮像素子105のフレームレートを変更することによって低輝度時の露出量を確保して合焦精度を向上させることができる。
ステップS208において、カメラ側CPU107は、絞り値Avの情報を制御信号としてレンズ側CPU104に送信する。また、カメラ側CPU107は、露出時間Tv、感度Svの情報を制御信号として撮像処理回路106に送信する。その後、図3の処理は終了し、処理は図2のステップS104に移行する。これ以後、露出動作は、ステップS208で設定された条件に従って行われる。
ここで、図2の説明に戻る。ステップS104において、カメラ側CPU107は、レンズ側CPU104に対してフォーカスレンズのスキャン駆動を開始させるように制御信号を送る。これを受けて、レンズ側CPU104は、所定方向(例えば至近方向)に所定量ずつフォーカスレンズの駆動を開始させるようにモータドライブ回路103に対して制御信号を送る。
ステップS105において、カメラ側CPU107は、方向判断処理を行う。方向判断処理は、スキャン駆動をすべき方向を判断するための処理である。以下、方向判断処理について説明する。図6は、方向判断処理について示すフローチャートである。
ステップS401において、カメラ側CPU107は、AF評価値取得処理を行う。AF評価値取得処理は、AF用のAF評価値を取得するための処理である。以下、AF評価値取得処理について図7を参照して説明する。図7は、AF評価値取得処理について示すフローチャートである。
ステップS501において、カメラ側CPU107は、AF評価値算出回路108からAF評価値を取得する。説明のために、以下においてはステップS501において取得されたAF評価値をAFvalと表記する。
ステップS502において、カメラ側CPU107は、AF評価値AFvalがスキャン駆動の開始後の初回のAF評価値であるか否かを判定する。ステップS502においてAF評価値AFvalがスキャン駆動の開始後の初回のAF評価値であると判定された場合に、処理はステップS503に移行する。ステップS502においてAF評価値AFvalがスキャン駆動の開始後の初回のAF評価値でないと判定された場合に、処理はステップS504に移行する。
ステップS503において、カメラ側CPU107は、AF評価値AFvalの値を基準評価値AFval_Baseの値として保存する。その後、処理はステップS504に移行する。
ステップS504において、カメラ側CPU107は、AF評価値の最大値AFval_Maxの値を更新するか否かを判定する。この判定は、AF評価値AFvalが最大値AFval_Maxよりも大きいか否かを判定することによって行われる。すなわち、AF評価値AFvalが最大値AFval_Maxよりも大きいと判定された場合には、最大値AFval_Maxの値を更新すると判定される。なお、スキャン駆動の開始後の最初のステップS504の判定では、必ず最大値AFval_Maxの値を更新すると判定されるように最大値AFval_Maxの初期値は設定されている。ステップS504においてAF評価値の最大値AFval_Maxの値を更新すると判定された場合には、処理はステップS505に移行する。ステップS504においてAF評価値の最大値AFval_Maxの値を更新しないと判定された場合には、図7の処理は終了し、処理は図6のステップS402に移行する。
ステップS505において、カメラ側CPU107は、AF評価値の最大値AFval_Maxの値をAF評価値AFvalの値に更新する。その後、図7の処理は終了し、処理は図6のステップS402に移行する。
ここで、図6の説明に戻る。ステップS402において、カメラ側CPU107は、方向判断閾値調整処理を行う。方向判断閾値調整処理は、スキャン駆動の方向判断を確定するための閾値を調整する処理である。以下、方向判断閾値調整処理について図8を参照して説明する。図8は、方向判断閾値調整処理について示すフローチャートである。
ステップS601において、カメラ側CPU107は、現在、低輝度動体捕捉モードを有効にしているか否かを判定する。ステップS601において低輝度動体捕捉モードを有効にしていると判定された場合には、処理はステップS602に移行する。ステップS601において低輝度動体捕捉モードを有効にしていないと判定された場合には、処理はステップS603に移行する。
ステップS602において、カメラ側CPU107は、方向判断閾値を厳格化方向の閾値に設定する。その後、図8の処理は終了し、処理は図6のステップS403に移行する。この設定は、後で説明する方向判断閾値を設定するための係数Dir_thを標準の閾値よりも大きくする設定である。例えば、ステップS602においては、係数Dir_thは30%に設定される。この値は一例であって適宜変更可能である。厳格化方向の閾値は、標準の閾値よりも大きければ良い。
ステップS603において、カメラ側CPU107は、方向判断閾値を標準の閾値に設定する。その後、図8の処理は終了し、処理は図6のステップS403に移行する。例えば、ステップS603においては、係数Dir_thは15%に設定される。この値は一例であって適宜変更可能である。
ここで、図6の説明に戻る。ステップS403において、カメラ側CPU107は、AF評価値AFvalと基準評価値AFval_Baseとの差が方向判断閾値−AFval×Dir_thよりも小さいか否かを判定する。ステップS403においてAF評価値AFvalと基準評価値AFval_Baseとの差が方向判断閾値−AFval×Dir_thよりも小さいと判定された場合に、処理はステップS404に移行する。ステップS403においてAF評価値AFvalと基準評価値AFval_Baseとの差が方向判断閾値−AFval×Dir_thよりも小さくないと判定された場合に、処理はステップS405に移行する。
ステップS404において、カメラ側CPU107は、逆方向へのフォーカスレンズのスキャン駆動を開始させるようにレンズ側CPU104に制御信号を送る。これを受けて、レンズ側CPU104は、フォーカスレンズの駆動方向を反転させるようにモータドライブ回路103に対して制御信号を送る。その後、図6の処理は終了し、処理は図2のステップS106に移行する。この場合、スキャン駆動の方向は、それまでの駆動方向の逆方向であると確定される。
ステップS405において、カメラ側CPU107は、AF評価値AFvalと基準評価値AFval_Baseとの差が方向判断閾値AFval×Dir_thよりも大きいか否かを判定する。ステップS403においてAF評価値AFvalと基準評価値AFval_Baseとの差が方向判断閾値AFval×Dir_thよりも大きいと判定された場合に、図6の処理は終了し、処理は図2のステップS106に移行する。この場合、スキャン駆動の方向は、それまでの駆動方向と同じであると確定される。ステップS403においてAF評価値AFvalと基準評価値AFval_Baseとの差が方向判断閾値AFval×Dir_thよりも大きくないと判定された場合に、処理はステップS406に移行する。
ステップS406において、カメラ側CPU107は、次のフレームにおいてAF評価値算出回路108においてAF評価値が算出されるまで待機する。AF評価値が算出されると、処理はステップS401に戻る。この場合、スキャン駆動の方向は、確定されていない。
本実施形態における方向判断処理では、低輝度動体捕捉モードが有効になっている間は方向判断の確定のための閾値が厳格化方向の閾値になる。このため、AF評価値AFvalが基準評価値AFval_Baseよりも大きく変化しないと方向判断が確定されない。これにより、低輝度のために大きなAF評価値を得られない場合であっても、AFの際のスキャン駆動の方向の誤判断が生じる可能性を低減することが可能である。このため、偽合焦を抑制することができる。
ここで、図2の説明に戻る。ステップS106において、カメラ側CPU107は、ピーク検出処理を行う。ピーク検出処理は、AF評価値のピークを検出するための処理である。以下、図9を参照してピーク検出処理を説明する。図9は、ピーク検出処理について示すフローチャートである。
ステップS701において、カメラ側CPU107は、AF評価値取得処理を行う。AF評価値取得処理は、図7を参照して説明した処理と同一である。したがって、説明を省略する。
ステップS702において、カメラ側CPU107は、ピーク検出閾値調整処理を行う。ピーク検出閾値調整処理は、AF評価値がピークであるか否かを判定するための閾値を調整する処理である。以下、ピーク検出閾値調整処理について図10を参照して説明する。図10は、ピーク検出閾値調整処理について示すフローチャートである。
ステップS801において、カメラ側CPU107は、現在、低輝度動体捕捉モードを有効にしているか否かを判定する。ステップS801において低輝度動体捕捉モードを有効にしていると判定された場合には、処理はステップS802に移行する。ステップS801において低輝度動体捕捉モードを有効にしていないと判定された場合には、処理はステップS803に移行する。
ステップS802において、カメラ側CPU107は、ピーク検出閾値を厳格化方向の閾値に設定する。その後、図10の処理は終了し、処理は図9のステップS703に移行する。この設定は、後で説明するピーク検出閾値を設定するための係数Peak_thを標準の閾値よりも大きくする設定である。ステップS802においては、例えば係数Peak_thは30%に設定される。この値は一例であって適宜変更可能である。厳格化方向の閾値は、標準の閾値よりも大きければ良い。
ステップS803において、カメラ側CPU107は、ピーク検出閾値を標準の閾値に設定する。その後、図10の処理は終了し、処理は図9のステップS703に移行する。ステップS803においては、例えば係数Peak_thは15%に設定される。この値は一例であって適宜変更可能である。
ここで、図9の説明に戻る。ステップS703において、カメラ側CPU107は、AF評価値AFvalと最大値AFval_Maxとの差が−AFval_Max×Peak_thよりも小さいか否かを判定する。ステップS703においてAF評価値AFvalと最大値AFval_Maxとの差が−AFval_Max×Peak_thよりも小さいと判定された場合に、図9の処理は終了し、処理は図2のステップS107に移行する。このとき、AF評価値のピークが検出されたとする。ステップS703においてAF評価値AFvalと最大値AFval_Maxとの差が−AFval_Max×Peak_thよりも小さくないと判定された場合に、処理はステップS704に移行する。
ステップS704において、カメラ側CPU107は、次のフレームにおいてAF評価値算出回路108においてAF評価値が算出されるまで待機する。AF評価値が算出されると、処理はステップS701に戻る。この場合、AF評価値のピークは検出されていない。
本実施形態におけるピーク検出処理では、低輝度動体捕捉モードが有効になっている間はピーク検出のための閾値が厳格化方向の閾値になる。このため、AF評価値AFvalと最大値AFval_Maxの差が十分に小さくならないとピークが検出されない。これにより、低輝度のために大きなAF評価値を得られない場合であっても、AFの際のピークの誤検出の可能性を低減することが可能である。このため、偽合焦を抑制することができる。
ここで、図2の説明に戻る。ステップS107において、カメラ側CPU107は、合焦位置算出処理を行う。合焦位置算出処理は、AF評価値の真のピークに対応したフォーカスレンズの位置を算出する処理である。以下、合焦位置算出処理について図11を参照して説明する。図11は、合焦位置算出処理について示すフローチャートである。
ステップS901において、カメラ側CPU107は、現在、低輝度動体捕捉モードを有効にしているか否かを判定する。ステップS901において低輝度動体捕捉モードを有効にしていると判定された場合には、処理はステップS902に移行する。ステップS901において低輝度動体捕捉モードを有効にしていないと判定された場合には、処理はステップS903に移行する。
ステップS902において、カメラ側CPU107は、合焦位置の補間点数を多く設定する。その後、処理はステップS904に移行する。例えば、補間点数は、5点に設定される。この値は一例であって適宜変更可能である。補間点数が多くなるほど、合焦位置をより精度良く求めることが可能である。
ステップS903において、カメラ側CPU107は、合焦位置の補間点数を少なく設定する。その後、処理はステップS904に移行する。例えば、補間点数は、3点に設定される。この値は一例であって適宜変更可能である。
ステップS904において、カメラ側CPU107は、ピーク検出においてピークであることが検出されたAF評価値に対応するフォーカスレンズ位置の前後の補間点数分のフォーカスレンズ位置を用いた補間演算によって合焦位置を算出する。その後、図11の処理は終了し、処理は図2のステップS108に移行する。なお、補間演算としては、種々の演算が用いられる。例えば、ラグランジュ補間や最小二乗法等が補間演算として用いられる。
ここで、図2の説明に戻る。ステップS108において、カメラ側CPU107は、撮影レンズ100の焦点調節のためにフォーカスレンズを合焦位置まで駆動させるようにレンズ側CPU104に制御信号を送る。これを受けて、レンズ側CPU104は、フォーカスレンズを合焦位置まで駆動させるようにモータドライブ回路103に対して制御信号を送る。その後、図2の処理は終了する。
以上説明したように本実施形態によれば、被写体又は撮像装置の移動の大小に応じて低輝度AF時の撮像素子のフレームレートを設定している。以下、この動作をさらに説明する。
図12は、被写体が移動しており、かつ、撮像装置が手持ちされているときの低輝度AF時の撮像素子のフレームレートの設定について示すタイミングチャートである。なお、図12は、上から、1stレリーズ入力のタイミング、カメラボディの角速度(Yaw)の時間変化、カメラボディの角速度(Pitch)の時間変化、動きベクトル(x)の時間変化、動きベクトル(y)の時間変化、AF評価値の時間変化、AE評価値の時間変化、露出動作の変化(露出動作によって得られる画像のイメージ)、レンズ駆動状態の時間変化をそれぞれ示している。
被写体と撮像装置がともに移動している場合、図12に示すように、1stレリーズ入力によってスキャン動作が開始される直前の、カメラボディの角速度(Yaw)、カメラボディの角速度(Pitch)、動きベクトル(x)、動きベクトル(y)、AF評価値、AE評価値の全てが大きく変化すると考えられる。このような場合に、カメラ側CPU107は、低輝度動体捕捉モードを有効にして撮像素子105のフレームレートを上昇させる。これにより、動きの速い被写体を正確に捉えて精度の高いAFを行うことが可能である。なお、本実施形態では、被写体輝度が動体用低輝度限界よりも低い場合には、被写体又は撮像装置が移動している場合であっても、撮像素子105のフレームレートを上昇させないようにしている。これにより、スキャン動作中のAF評価値の取得に最低限必要な露出量を確保することが可能である。
図13は、被写体が静止しており、かつ、撮像装置が例えば三脚に固定されているときの低輝度AF時の撮像素子のフレームレートの設定について示すタイミングチャートである。
被写体と撮像装置がともに静止している場合、図13に示すように、1stレリーズ入力によってスキャン動作が開始される直前の、カメラボディの角速度(Yaw)、カメラボディの角速度(Pitch)、動きベクトル(x)、動きベクトル(y)、AF評価値、AE評価値は殆ど変化しない。このような場合に、カメラ側CPU107は、低輝度動体捕捉モードを無効にして撮像素子105のフレームレートを維持する。これにより、露出量を大きくして低輝度被写体に対する精度の高いAFを行うことが可能である。
[変形例]
以下、本実施形態の変形を説明する。例えば、前述した実施形態では、フレームレートの変更は、スキャン動作の開始前に行われる。これに対し、フレームレートの変更は、スキャン動作中に行われても良い。以下、このような変形例について説明する。なお、以下では前述の実施形態と異なる部分について主に説明する。
図14は、変形例の方向判断処理を示すフローチャートである。図14の処理は、図6の代わりに行われる処理である。なお、図14において、図6と同一の処理については図6と同一のステップ番号を付している。
ステップS410において、カメラ側CPU107は、スキャン中フレームレート変更処理を行う。スキャン中フレームレート変更処理は、スキャン駆動中のフレームレートを動的に変更するための処理である。スキャン中フレームレート変更処理については後で詳しく説明するものとし、ここではスキャン中フレームレート変更処理によってフレームレートが設定されたものとして説明を続ける。ステップS411のスキャン中フレームレート変更処理の後、処理はステップS401に移行する。ステップS401以後の処理は図4と同じである。したがって、説明を省略する。
図15は、変形例のピーク検出処理を示すフローチャートである。図15の処理は、図9の代わりに行われる処理である。なお、図15において、図9と同一の処理については図9と同一のステップ番号を付している。
ステップS710において、カメラ側CPU107は、スキャン中フレームレート変更処理を行う。スキャン中フレームレート変更処理については後で詳しく説明するものとし、ここではスキャン中フレームレート変更処理によってフレームレートが設定されたものとして説明を続ける。ステップS710のスキャン中フレームレート変更処理の後、処理はステップS701に移行する。ステップS701以後の処理は図9と同じである。したがって、説明を省略する。
図16は、スキャン中フレームレート変更処理を示すフローチャートである。ステップS1001において、カメラ側CPU107は、測光処理を行う。測光処理は、ステップS201と同様にして行われる。
ステップS1002において、カメラ側CPU107は、被写体・カメラ静動判定処理を行う。この処理は、図4と同様にして行われる。ただし、ステップS1002における被写体・カメラ静動判定処理の終了後には、処理は図16のステップS1003に移行する。
ステップS1003において、カメラ側CPU107は、静動判定フラグが動であり、かつ、被写体輝度が動体用低輝度限界以上であるか否かを判定する。ステップS1003において静動判定フラグが動であり、かつ、被写体輝度が動体用低輝度限界以上であると判定された場合に、処理はステップS1004に移行する。ステップS1003において静動判定フラグが動でない又は被写体輝度が動体用低輝度限界以上でないと判定された場合に、処理はステップS1006に移行する。
ステップS1004において、カメラ側CPU107は、AFのモードの1つである低輝度動体捕捉モードを有効にする。
ステップS1005において、カメラ側CPU107は、AF評価値取得のためのAE動作として、図5(a)に示すフレームレート上昇P線図に従って露出パラメータとしての絞り値Av、露出時間Tv、感度Svを算出する。なお、この時の被写体輝度Bvは、前回のAF評価値を取得する際のAF用の領域の画素信号より生成する。その後、処理はステップS1008に移行する。
ステップS1006において、カメラ側CPU107は、低輝度動体捕捉モードを無効にする。
ステップS1007において、カメラ側CPU107は、AF評価値取得のためのAE動作として、図5(b)に示すフレームレート維持P線図に従って露出パラメータとしての絞り値Av、露出時間Tv、感度Svを算出する。その後、処理はステップS1008に移行する。
ステップS1008において、カメラ側CPU107は、絞り値Avの情報を制御信号としてレンズ側CPU104に送信する。また、カメラ側CPU107は、露出時間Tv、感度Svの情報を制御信号として撮像処理回路106に送信する。その後、図16の処理は終了する。これ以後、露出動作は、ステップS1008で設定された条件に従って行われる。
以上説明したように本変形例によれば、スキャン動作中においても撮像素子のフレームレートが変更される。以下、この動作をさらに説明する。
図17は、スキャン動作中において被写体又は撮像装置の状態が変化するときの低輝度AF時の撮像素子のフレームレートの設定について示すタイミングチャートである。
スキャン動作の開始時においては、被写体と撮像装置がともに静止したとする。このとき、図17に示すように、1stレリーズ入力によってスキャン動作が開始される直前の、カメラボディの角速度(Yaw)、カメラボディの角速度(Pitch)、動きベクトル(x)、動きベクトル(y)、AF評価値、AE評価値は殆ど変化しない。このような場合に、カメラ側CPU107は、低輝度動体捕捉モードを無効にして撮像素子105のフレームレートを維持する。これにより、露出量を大きくして低輝度被写体に対する精度の高いAFを行うことが可能である。
一方、スキャン動作中に被写体又は撮像装置の移動が判断された場合、図17に示すように、1stレリーズ入力によってスキャン動作が開始される直前の、カメラボディの角速度(Yaw)、カメラボディの角速度(Pitch)、動きベクトル(x)、動きベクトル(y)、AF評価値、AE評価値の全てが大きく変化すると考えられる。このような場合に、カメラ側CPU107は、低輝度動体捕捉モードを有効にして撮像素子105のフレームレートを上昇させる。これにより、動きの速い被写体を正確に捉えて精度の高いAFを行うことが可能である。
以上説明した本変形例によれば、スキャン動作中にも撮像素子のフレームレートを設定するようにすることで、低輝度被写体に対するより精度の高いAFを行うことが可能である。
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。例えば、前述した実施形態では、AF動作中のレンズ駆動をスキャン駆動としている。これに対し、AF動作中のレンズ駆動をウォブリング駆動としても前述した実施形態の手法は適用され得る。
また、前述した実施形態による各処理は、コンピュータとしてのCPU等に実行させることができるプログラムとして記憶させておくこともできる。この他、メモリカード、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の外部記憶装置の記憶媒体に格納して配布することができる。そして、CPU等は、この外部記憶装置の記憶媒体に記憶されたプログラムを読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されることにより、前述した処理を実行することができる。
さらに、前記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、前述したような課題を解決でき、前述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
100 撮影レンズ、101 絞り、102 レンズ/絞り駆動モータ、103 モータドライブ回路、104 レンズ側CPU、105 撮像素子、106 撮像処理回路、107 カメラ側CPU、108 AF評価値算出回路、109 AE評価値算出回路、110 画像処理回路、111 メモリ、112 表示回路、113 表示装置、114 操作部、115 ジャイロセンサ

Claims (7)

  1. 被写体の像を撮像する撮像素子の撮像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う撮像装置において、
    前記撮像信号から所定の信号成分を抽出して評価値を生成する評価値算出部と、
    前記評価値に基づいて前記焦点調節を行う制御部と、
    前記被写体又は前記撮像装置が移動しているか否かを判定する移動判定部と、
    を具備し、
    前記制御部は、前記移動判定部によって前記被写体又は前記撮像装置が移動していると判定された場合に、前記撮像素子のフレームレートを第1のフレームレートから前記第1のフレームレートよりも大きい第2のフレームレートに変更し、前記フレームレートを前記第2のフレームレートに変更するのに伴って、合焦位置が存在する方向の判断を確定するための閾値を、より確定されにくくなる閾値に変更することを特徴とする撮像装置。
  2. 被写体の像を撮像する撮像素子の撮像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う撮像装置において、
    前記撮像信号から所定の信号成分を抽出して評価値を生成する評価値算出部と、
    前記評価値に基づいて前記焦点調節を行う制御部と、
    前記被写体又は前記撮像装置が移動しているか否かを判定する移動判定部と、
    を具備し、
    前記制御部は、前記移動判定部によって前記被写体又は前記撮像装置が移動していると判定された場合に、前記撮像素子のフレームレートを第1のフレームレートから前記第1のフレームレートよりも大きい第2のフレームレートに変更し、前記フレームレートを前記第2のフレームレートに変更するのに伴って、前記評価値のピークを検出するための閾値を、よりピークと判定されにくくする閾値に変更することを特徴とする撮像装置。
  3. 前記制御部は、前記フレームレートを前記第2のフレームレートに変更するのに伴って、前記評価値のピークに相当する前記フォーカスレンズの位置を補間演算によって求めるために用いられるレンズ位置の数を増加させるように変更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。
  4. 前記制御部は、前記焦点調節を行っている間に前記移動判定部によって前記被写体又は前記撮像装置が移動していると判定された場合に、前記フレームレートを前記第1のフレームレートから前記第2のフレームレートに変更して前記評価値を取得し続け、前記第1のフレームレートで取得した撮像信号から生成される評価値と前記第2のフレームレートで取得した撮像信号から生成される評価値とに基づいて前記評価値のピークを検出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。
  5. 前記撮像信号に基づいて前記被写体の輝度を検出する輝度検出部をさらに具備し、
    前記制御部は、前記輝度検出部で検出された前記輝度が所定の閾値以下の場合には、前記移動判定部によって前記被写体又は前記撮像装置が移動していると判定された場合であっても、前記撮像素子のフレームレートを第1のフレームレートから前記第2のフレームレートに変更しないことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
  6. 被写体の像を撮像する撮像素子の撮像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う撮像装置による撮像方法において、
    前記被写体又は前記撮像装置が移動しているか否かを判定することと、
    前記被写体又は前記撮像装置が移動していると判定された場合に、前記撮像素子のフレームレートを第1のフレームレートから前記第1のフレームレートよりも大きい第2のフレームレートに変更することと、
    前記フレームレートを前記第2のフレームレートに変更するのに伴って、合焦位置が存在する方向の判断を確定するための閾値を、より確定されにくくなる閾値に変更することと、
    前記撮像信号から所定の信号成分を抽出して評価値を生成することと、
    前記評価値に基づいて前記焦点調節を行うことと、
    を具備することを特徴とする撮像方法。
  7. 被写体の像を撮像する撮像素子の撮像信号に基づいてフォーカスレンズを移動させて焦点調節を行う撮像装置による撮像方法において、
    前記被写体又は前記撮像装置が移動しているか否かを判定することと、
    前記被写体又は前記撮像装置が移動していると判定された場合に、前記撮像素子のフレームレートを第1のフレームレートから前記第1のフレームレートよりも大きい第2のフレームレートに変更することと、
    前記撮像信号から所定の信号成分を抽出して評価値を生成することと、
    前記フレームレートを前記第2のフレームレートに変更するのに伴って、前記評価値のピークを検出するための閾値を、よりピークと判定されにくくする閾値に変更することと、
    前記評価値に基づいて前記焦点調節を行うことと、
    を具備することを特徴とする撮像方法。
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