JP2008199477A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】被写体に依存することなく精度と速度を向上させたAF制御が可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像エリア内に2次元的に配置された画素を画素単位で読み出し可能な撮像素子に測距エリアを設定し、この測距エリアから所定の間引き読み出し率で測距用画像を間引きながら読み出してAF評価値を算出する。1フレームの本画像を高速に読み出した残りの時間に、測距用画像は読み出され、AF評価値に基づいてフォーカスレンズを移動させてAF制御を行う。間引き読み出し率はAF制御の段階(合焦の度合い)に応じて変更される。測距用画像は測距エリアの水平方向および垂直方向に均一に間引かれる。
【選択図】図5
【解決手段】撮像エリア内に2次元的に配置された画素を画素単位で読み出し可能な撮像素子に測距エリアを設定し、この測距エリアから所定の間引き読み出し率で測距用画像を間引きながら読み出してAF評価値を算出する。1フレームの本画像を高速に読み出した残りの時間に、測距用画像は読み出され、AF評価値に基づいてフォーカスレンズを移動させてAF制御を行う。間引き読み出し率はAF制御の段階(合焦の度合い)に応じて変更される。測距用画像は測距エリアの水平方向および垂直方向に均一に間引かれる。
【選択図】図5
Description
本発明は、自動焦点制御機能を有するデジタルカメラ等の撮像装置に関する。
近年のデジタルカメラ関連の技術の分野における進歩は著しく、今やデジタルカメラは、従来のフィルム式カメラに置き換わるまでになっている。
デジタルカメラの特長としては、従来のフィルム式カメラが、撮影した画像を現像するまで確認できないのに対して、撮った画像をその場で確認できるため素人でも失敗が少ないという点がある。また、フィルムは1回使えば二度と使用できないが、デジタルカメラは撮影画像を着脱可能な半導体メモリ(以下、「メモリカード」と呼ぶ)に記録しており、記録した画像を消去すれば何度でも使えるのでコスト的にも有利である。さらに、撮影された画像はデジタル信号であるため画像の圧縮技術を使えば記録データ量を削減することができ、メモリカードの更なる効率的な使用が可能となる。
ところで、撮影時に多い失敗はフォーカスが合わずにピンボケの写真が撮れてしまうことである。最近のデジタルカメラには自動焦点制御機能(以下、「AF機能」と略記する)を有するものがほとんどである。フォーカスレンズを光軸方向に移動し、撮像素子から得られる撮影画像の高周波成分(AF評価値)が最も大きい位置にレンズを制御して合焦させるコントラスト検出方式が最も一般的である。しかしながら、AF評価値を求めるために、時間がかかり、せっかくのシャッターチャンスを逃してしまうといった問題があった。
この問題を解消するために、CMOSイメージセンサ等の固体撮像素子から1フレーム分の画像データを通常の速度よりも速い速度で読み出し、1フレーム期間内に空いた時間(ブランキング期間)を作り出す。そして、このブランキング期間を利用してAF用の測距用画像を取得することによって、撮像動作を止めることなく、AF制御を高速に行う方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、CCD撮像素子から読み出された画像データを垂直方向に走査線単位で間引き、間引かれた画像をAF用の測距用画像に利用することにより、AF制御を高速化する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2004−140479号公報
特開2003−348437号公報
しかしながら、特許文献1に開示された従来技術では、撮像エリア内の測距用画像を取得するエリア(以下、「測距エリア」と呼ぶ)の位置や枚数を撮影条件により変更する技術は開示されているが、測距用画像としては、常に測距エリアに含まれる全画素が読み出される。このために、AF制御の初期段階(合焦度合いが低い状態)等では、撮像素子から必要以上の画素が読み出されることになり、AF制御の更なる高速化の妨げになっている。
また、特許文献2に開示された従来技術では、AF制御の高速化のために測距用画像の間引き読み出しが行われているが、間引き読み出し率は常に同じである。このために、AF制御の初期段階では、AF評価値の精度が過剰であったり、逆にAF制御の最終段階(合焦度合いが高い状態)では、AF評価値の精度が不足したりして効率的なAF制御ができないという問題があった。また、測距用画像の間引きは走査線単位で行われているために、被写体の絵柄(水平周波数成分の少ない絵柄等)によってはAF精度に限界がり、十分な合焦ができないという問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、被写体に依存することなく精度と速度を向上させたAF制御が可能な撮像装置を提供することを目的とする。
上述したような課題を解決するために、本発明の撮像装置は、撮像エリア内に2次元的に配置された画素を画素単位で読み出し可能な撮像素子と、光軸方向に移動し、被写体の光学像を撮像素子に結像する光学系と、光学系を光軸方向に移動させて合焦させる自動焦点制御手段とを有する撮像装置であって、撮像素子からフレーム周期よりも短い時間で撮像エリア内の全画素を読み出す画像読み出し手段と、全画素を読み出した1フレーム周期の残りの期間(ブランキング期間)に、撮像エリア内に設けられた測距エリアから所定の間引き読み出し率で画素を間引いて測距用画像を読み出す測距用画像読み出し手段と、自動焦点制御のための合焦の度合いを評価する評価値を測距用画像から算出する評価値算出手段とを備えることを特徴とする。これにより、被写体に依存することなく精度と速度を向上させたAF制御が可能となる。
また本発明の撮像装置では、測距用画像読み出し手段は、合焦の度合いに応じて測距用画像の間引き読み出し率を変更するようにしてもよい。これにより、合焦の度合いに応じて必要十分な精度のAF評価値を取得することができ、AF制御の速度を向上できる。
また本発明の撮像装置は、合焦の度合いが低い場合には、間引き読み出し率を小さくし、合焦の度合いが高くなるに伴って間引き読み出し率を大きくしてもよい。これにより、合焦の度合いが低い場合に、必要以上の測距用画像を読み出してAF速度を遅くすることがない。
また本発明の撮像装置では、測距用画像読み出し手段は、測距用画像の間引き読み出し率に応じて測距エリアの面積と間引き読み出し率の積が一定となるように測距エリアの面積を変更してもよい。これにより、合焦の度合いが進んでも測距用画像の読み出し速度を維持できて、AF制御が高速に行える。
また本発明の撮像装置は、測距エリアを複数のサブエリアに分割するサブアリア分割手段と、サブエリアに含まれる測距用画像から合焦の度合いを評価するサブエリア評価値を算出するサブエリア評価値算出手段をさらに備え、サブエリア評価値が最も大きいサブエリアの位置に、次に続く間引き読み出し率の大きい測距用画像の測距エリアを設定してもよい。これにより、合焦の度合いが進んで測距エリアの面積が小さくなっても、AF評価値の精度が確保できる。
また本発明の撮像装置では、測距用画像読み出し手段は、測距エリアから水平および垂直それぞれの方向に均一に画素を間引いて測距用画像を読み出してもよい。これにより、測距用画像の絵柄に依存せず良好なAF評価値の精度を確保できる。
また本発明の撮像装置では、測距用画像読み出し手段は、測距用画像を読み出す毎に測距エリアから読み出す画素の間引き位相を変化させてもよい。これにより、測距エリア全体から万遍なく測距用画像を読み出すことができ、AF評価値の精度が向上する。
また本発明の撮像装置では、測距用画像読み出し手段は、隣接する複数の画素からなるブロック単位で測距エリアから測距用画像を間引き読み出しするようにしてもよい。これにより、間引き読み出し率が小さくてもAF評価値の精度が確保できる。
本発明の撮像装置によれば、被写体に依存することなく精度と速度を向上させたAF制御が可能な撮像装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるAF機能付きデジタルカメラ100の機能を説明するための図であり、図1(a)はデジタルカメラ100の斜視図、図1(b)はデジタルカメラ100の背面図である。デジタルカメラ100は、レンズ鏡筒101、ビューファインダ102、レリーズ釦103、メモリカード挿入口105、メモリカード取り出し釦106を備えている。さらに背面には、液晶モニタ(以下、「LCD」と略記する)107、モード切り換えスイッチ108、十字操作キー109、MENUE釦110、SET釦111が備わっている。LCD107の中央部には測距枠104がある。
図1は、本発明の実施の形態1におけるAF機能付きデジタルカメラ100の機能を説明するための図であり、図1(a)はデジタルカメラ100の斜視図、図1(b)はデジタルカメラ100の背面図である。デジタルカメラ100は、レンズ鏡筒101、ビューファインダ102、レリーズ釦103、メモリカード挿入口105、メモリカード取り出し釦106を備えている。さらに背面には、液晶モニタ(以下、「LCD」と略記する)107、モード切り換えスイッチ108、十字操作キー109、MENUE釦110、SET釦111が備わっている。LCD107の中央部には測距枠104がある。
図1(a)、(b)を参照しながらデジタルカメラ100の動作について説明する。まず、撮影時には、モード切り換えスイッチ108でカメラモードに設定する。次に、MENUE釦110を操作してLCD107の画面上に各種撮影条件を設定するメニューを表示し、十字操作キー109で撮影条件を選択し、SET釦111で設定を完了する。そして、被写体に対してフォーカスを合わすための測距エリアを測距枠104で指定し、レリーズ釦103を半押しする。この時点からAF制御が開始され、合焦が完了するまでAF動作を繰り返す。その後、ビューファインダ102やLCD107でフレーミングを行った後、レリーズ釦103を全押しすると実際の撮影動作が行われ、メモリカード挿入口105から装着されたフラッシュメモリ等のメモリカード(図示せず)へ撮影画像が記録される。撮影後は、モード切り換えスイッチ108で再生モードに切り換えて、撮影された画像を再生してLCD107に表示させて確認することができる。また、メモリカード取り出し釦106を押して、メモリカードをカメラ本体の外へ取り出し、PC等に画像を取り込んで再生したり、編集や加工をして楽しむことができる。
図2は、本発明の実施の形態1におけるデジタルカメラ100の回路構成の一例を示すブロック図である。図2において、デジタルカメラ100は、ズームレンズ202とフォーカスレンズ203とを含んだ撮像レンズ群201、絞り204、撮像素子205、ズームレンズ制御駆動部206、フォーカスレンズ制御駆動部207、絞り制御駆動部208、撮像素子制御駆動部209、アナログ信号処理部210、A/D変換部211、デジタル信号処理部212、ゲート回路213、AF処理部214、バッファメモリ215、JPEG処理部216、カードI/F217、メモリカード218、LCDI/F219、LCD107、操作部220、タイミングジェネレータ(以下、「TGEN」と略記する)221、データバス222、マイクロコンピュータ(以下、「マイコン」と略記する)223を備えている。
撮像レンズ群201は、被写体像を撮像素子205上へ結像させるための光学系である。ズームレンズ202は、被写体を光学的に拡大して撮影するためのレンズであり、ズームレンズ制御駆動部206によって望遠、広角撮影に合わせて光軸上を移動する。フォーカスレンズ203は、被写体像の焦点を調整するためのレンズであり、フォーカスレンズ制御駆動部207によって撮像素子205上で常に焦点が合うように光軸上を移動する。絞り204は、周囲の明るさに基づいて最適な露光量を調整するための機構であり、絞り制御駆動部208によって開口量が制御される。撮像素子205は、撮像レンズ群201によって撮像された被写体像を光電変換して電気信号に変換する素子であり、撮像素子制御駆動部209により制御される。この撮像素子205はCMOS型イメージセンサ等のライン露光型の撮像素子であり、ライン単位で順次開閉動作するローリングシャッターにより露光が行われる。明るさ検出部(図示せず)等から検出された周囲の明るさから最適露出量が計算され、この最適露出になるように絞り204と露光時間が制御される。そして、露光期間(ローリングシャッターが開いている期間)に撮像素子205に蓄積された電荷は読み出されてアナログ画像信号として出力され、アナログ信号処理部210でゲイン調整、ガンマ処理等の所定のアナログ信号処理が施される。A/D変換部211は、アナログ信号処理部210から出力されるアナログ画像信号をデジタルの画像データに変換する。デジタル信号処理部212は、画像データに対して、ノイズ除去や輪郭強調等のデジタル処理を施す。
TGEN221は、マイコン223からの指示を受け、撮像素子205を駆動して撮像素子205から測距用画像信号を取り出すための駆動タイミングを発生させる。このTGEN221からのタイミング信号を受けて、撮像素子制御駆動部209は撮像素子205から測距エリア内の測距用画像を読み出す。この測距用画像の読み出し方法については後程詳しく説明するが、全画素すべて読み出す場合と一定の間引き読み出し率で間引く場合がある。間引き読み出しの場合は、上記TGEN221が間引き読み出し画素のタイミングを撮像素子制御駆動部209へ指示する。
ゲート回路213は、撮像素子205から読み出された画像信号から測距用画像を切り出して後段のAF処理部214へ出力する回路である。レリーズ釦103半押し時に測距枠104で指定した測距エリアで撮像素子205から測距用画像を読み出すが、この測距エリアに対応したゲート信号である。
AF処理部214は、上記測距用画像データの高周波成分を測距エリア全体に渡って積算し、合焦度合いを示すAF評価値を算出する。この算出結果はマイコン223に取り込まれて、AF制御に利用される。フォーカスレンズ制御駆動部207は、AF評価値が最大になる位置にフォーカスレンズ203を制御する。AF評価値の精度はAF制御の精度を決める大きな要因となり、測距用画像の読み出し速度はAF制御のスピードは決める大きな要因となる。
次に、バッファメモリ215は、複数枚の非圧縮画像を記憶できる容量を持ったSDRAM等から構成されたメモリであり、画像データはデジタル信号処理部212を経て一旦このバッファメモリ215へ格納される。JPEG処理部216は、バッファメモリ215に格納された画像データに対して記録時にはJPEG圧縮処理を施して圧縮データを生成し、再生時には圧縮データに対してJPEG伸張処理を施して元の非圧縮の画像データに戻すための処理回路である。メモリカード218は、例えばフラッシュメモリ等の着脱可能な半導体メモリカードであり、上記JPEG圧縮データがカードI/F217を介して記録保存される。
LCD107は液晶表示素子で構成された表示部であり、LCDI/F219を介して画像を表示する。撮影中は被写体を確認するためにスルー画像を表示するとともに、撮影後はバッファメモリ215に記憶された撮影画像、あるいはメモリカード218に記録された撮影画像をバッファメモリ215を経由して表示させて確認することができる。
操作部220は、前述したレリーズ釦103、モード切り換えスイッチ108、十字操作キー109、MENUE釦110、SET釦111等を1つの機能ブロックとして示したものであり、撮影者がデジタルカメラ100の撮影モードや各種撮影条件(露出、ズーム、フォーカス等)の設定を入力するため入力手段である。この操作部220によって入力された設定情報や操作のためのメニュー画面もLCD107へ表示される。
上記の各要素は、データバス222に接続されており、画像データ、JPEG圧縮データ、制御情報等がこのデータバス222を介して互いの要素間でやり取りされる。
マイコン223はデジタルカメラ100全体を一元的に管理しており、撮影者が操作部220で設定する各種撮影条件にしたがって、撮影、記録、再生、表示等の各動作を制御している。また、上述した通り、マイコン223には、AF処理部214の処理結果や他の種々の情報が入力されており、マイコン223はこれらの情報を総合して関連するブロックを制御する。
次に、図3を参照しながら測距用画像とAF評価値について説明する。図3(a)は、撮像エリア301と測距エリア302の関係を示した図である。測距エリア302は撮像エリア301の中の被写体の合焦させたい部分を指定するものであり、この測距エリア302で囲まれた測距用画像からAF制御用のAF評価値が計算される。本実施の形態では、測距エリア302を画面の中央部の1箇所に設定した例を示しているが、これは中央部に限定する必要はなく、撮影者が撮影時にLCD107の画面内に表示された測距枠104を使って任意に決めることができる。また測距エリア302は1つである必要はなく複数でももちろんかまわない。
撮像エリア301は、撮像素子205から1フレーム分の画像を読み出すエリアであり、垂直方向にN行(ライン)、水平方向にM列(画素列)のN×M個の画素から構成されている。NおよびMの値は撮像素子205に固有の値であり、これによって撮像画像の解像度が決まる。撮像エリア301内の全画素は、最上部のライン1から順番に下方に向けてラインNまで順次読み出されて1枚の画像が完成する。CMOS型イメージセンサの場合、画素単位でランダムな読み出しが可能であり、撮像エリア301の任意の位置の画素を単独で読み出すことができる。
本実施の形態では、図3(a)に示すように、測距用画像は、例えば(N/4)ライン×(M/4)画素からなる測距エリア302で切り出された画像である。図3(b)は測距エリア302内のラインi、画素列jに相当する画素x(i,j)を中心に一部の領域(25画素からなる領域)を拡大して示した図であり、測距用画像内の画素の構造を示している。実際には、撮像素子205からは、例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色に対応した信号が読み出されて1画素が形成されるが、説明を簡単にするために、ここでは画素の単位で信号が読み出されるとして説明する。測距用画像としては、例えば、Gの色信号のみを使ってもよいし、さらには、R、G、Bの各色信号から計算されたY信号(輝度信号)等を使ってもよい。
測距エリア302におけるAF評価値は、読み出された測距用画像の各画素のコントラスト値(空間的な高周波成分)を求めて、測距エリア302に含まれる全画素に渡って積算することで求まる。注目画素x(i,j)におけるコントラスト値は注目画素x(i,j)と水平方向または垂直方向に隣接する4画素との差分値で求められるので、AF評価値は、下記の式(1)で計算される。
AF評価値=Σ{x(i,j)−(x(i−1,j)+x(i+1,j)
+x(i,j−1)+x(i,j+1))/4} 式(1)
上記の式(1)のように、水平方向および垂直方向の両方向の隣接画素間の差分を計算するのは、仮に測距用画像がどちらか1方向のみに高周波成分が含まれている場合でも、確実に高周波成分を抽出し、AF評価値の精度を上げるためである。こうすることにより、被写体の絵柄に依存せずに正確なAF評価値を求めることができる。
+x(i,j−1)+x(i,j+1))/4} 式(1)
上記の式(1)のように、水平方向および垂直方向の両方向の隣接画素間の差分を計算するのは、仮に測距用画像がどちらか1方向のみに高周波成分が含まれている場合でも、確実に高周波成分を抽出し、AF評価値の精度を上げるためである。こうすることにより、被写体の絵柄に依存せずに正確なAF評価値を求めることができる。
ところで、上述したように、AF制御期間中常に測距エリア302に含まれる全画素を読み出してAF評価値を取得すれば、AF評価値の精度は向上する。しかしながら、CMOS型イメージセンサの場合、測距用画像の読み出し速度は、読み出し画素数によって決まるので、全画素を読み出すと撮像素子205からの読み出しに時間がかかり、AF制御の高速化が難しい。
一方、AF評価値の必要精度とAF制御段階(合焦の度合い)には密接な関係があり、AF制御段階が進む(合焦度が高くなる)ほどAF評価値は高い精度が必要になるが、AF制御が初期の粗い段階では、AF評価値の精度を上げてもAF制御の精度は必ずしも向上しない。これは、AF制御の初期段階では、合焦度が低いために、撮像素子205から読み出され測距画像の信号はローパスフィルタがかかった状態で、本来高周波成分を含んだ絵柄であっても、高い周波数成分は含まれないためである。すなわち、AF制御の段階に応じて最適なAF評価値の精度が存在する。
そこで、AF制御の初期段階では測距用画像を全画素読み出すのではなく、適当な率で間引いて読み出し、最終段階で全画素を読み出すようにすれば、高速なAF制御が可能となる。さらに、測距用画像を間引けば、式(1)の計算にかかる時間も短縮化されるので、更なるAF制御の高速化が図られることになる。測距用画像に含まれる高周波成分は場所(絵柄)により変化するので、測距用画像からできるだけ満遍なく画素が取り出せるように間引くのが望ましい。
次に、図4を参照しながら、AF制御(山登り制御)について説明する。図4は本発明の実施の形態1におけるフォーカスレンズ203の位置とAF評価値との関係の一例を示す図である。図4において、横軸はフォーカスレンズ203の位置、縦軸はAF評価値である。AF制御は、レリーズ釦103の半押しでスタートし、無限端(図面の左端)から至近端(図面の右端)の方向へフォーカスレンズを光軸に沿って一定量ずつ移動させ、移動後の位置で上記の式(1)で定義されたAF評価値を計算する。このフォーカスレンズの移動は、ステッピングモータやDCモータを使って行われる。例えば、図4において、フォーカスレンズの位置をP(−5)、P(−4)、P(−3)P(−2)、P(−1)、P(0)、P(+1)、P(+2)、P(+3)、P(+4)、P(+5)と移動させると、AF評価値はAF(−5)、AF(−4)、AF(−3)、AF(−2)、AF(−1)、AF(0)、AF(+1)、AF(+2)、AF(+3)、AF(+4)、AF(+5)と変化し、フォーカスレンズ位置P(0)を極大点とする山形となる。AF制御では、測距用画像の読み出し、AF評価値の計算、フォーカスレンズの移動の一連のサイクルを繰り返し、最終的にAF評価値が極大となるP(0)の位置にフォーカスレンズを移動させて合焦動作を完了する。したがって上記一連のサイクルをいかに短くできるかがAF制御速度を決めるポイントとなる。
本実施の形態では、図4に示すように、AF制御の全段階を合焦の度合いに応じて、初期段階、中間段階、最終段階の3段階に分けて各制御段階に必要な精度のAF評価値を取得するようにしている。すなわち、例えば、フォーカスレンズ位置がP(−5)、P(−4)にある合焦度が最も低い段階を初期段階、フォーカスレンズ位置がP(−3)、P(−2)にある合焦度が中程度の段階を中間段階、フォーカスレンズ位置がP(−1)、P(0)、P(+1)にある合焦度が最も高い段階を最終段階とする。
本実施の形態のAF制御は、初期段階、すなわち、フォーカスが合っていない状態では、測距用画像の間引き読み出し率を小さくして精度よりも速度を優先し、AF制御が進んでくるとともに、この間引き読み出し率を大きくして精度を優先するようにしたものである。このようにすることで、AF制御の速度と精度を両立させることができる。
次に、本発明の実施の形態1における測距用画像の読み出し動作について図5を参照しながら説明する。図5は、本実施の形態における3段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子205から読み出される測距用画像の関係を示した図である。本実施の形態では、フレーム周期の1/4の期間に高速に本画像を読み出し、残りのブランキング期間(フレーム周期の3/4)で測距用画像を読み出してAF制御を行う。そして、測距エリア302は固定したままで、AF制御段階に応じて測距用画像の間引き読み出し率を変更するものである。図5(a)は、画像の露光開始ラインと読み出しラインの関係を示す図であり、横軸は時間、縦軸はライン番号を示している。実線501が本画像の露光開始ライン(シャッターの開始位置)を示し破線502は読み出しラインを示している。対応するラインの露光開始点から読み出し点間の時間が露光時間507である。
CCD型イメージセンサの場合は、撮像エリアに含まれる全画素を同時に露光し、信号を読み出すグローバルシャッターが可能であるが、CMOS型イメージセンサの場合は、各ライン毎に時間がずれていくローリングシャッター動作となる。このために、図5(a)に示すように撮像エリアの最上部のライン1と最下部のラインNでは時間がずれてしまう。測距用画像の露光および読み出しは、この本画像の露光および読み出し期間に重ならないように行う必要がある。測距用画像の読み出し期間503、504、505は、図4における3つのAF制御段階に対応しており、それぞれの読み出し期間内の実線と破線のペア群は、それぞれ測距用画像の露光開始ラインおよび読み出しラインである。
図5(b)、(c)、(d)はそれぞれ読み出し期間503、504、505に対応した測距用画像である。以下、説明を簡単にするために測距エリア302は9ライン×9画素から構成されているとする。
図5に示すように、本実施の形態では、読み出し期間503、504、505において則距用画像の間引き読み出し率を1/16、1/4、1と変化させる。測距用画像を間引かずに読み出す場合の読み出し時間をTとすると(図5(d)の場合)、測距用画像の読み出し時間は間引き読み出し率に比例して大きくなり、それぞれT/16、T/4、Tとなる。このように、焦点が合っていないAF制御の初期段階に対応する読み出し期間503では、測距用画像を最も粗く間引いて読み出すことによりAF制御を高速に行い、フォーカスレンズを微調整するAF制御の最終段階に対応する読み出し期間505では測距エリア302の全画素を使ってAF評価値を求める。すなわち、AF評価値に要求される精度に応じて画素の間引き読み出し率を変化させることによってAF精度を保ちながら高速化を図ることができる。
間引き読み出しが行われた測距用画像のAF評価値の計算では、上述した式(1)において隣接画素間の距離をそれぞれ4画素、2画素とすればよい。読み出し期間503および読み出し期間504でのAF評価値はそれぞれ下記の式(2)、式(3)で計算される。
AF評価値=Σ{x(i,j)−(x(i−4,j)+x(i+4,j)
+x(i,j−4)+x(i,j+4))/4} 式(2)
AF評価値=Σ{x(i,j)−(x(i−2,j)+x(i+2,j)
+x(i,j−2)+x(i,j+2))/4} 式(3)
このように、AF制御段階に応じて測距用画像の間引き読み出し率を変化させれば、測距用画像を間引かない場合に比べてAF制御を高速化できる。しかも、測距用画像の間引きを従来例のようにライン単位に行うのではなく、画素単位にしかも水平方向、垂直方向に均等に測距エリア302全体に渡って読み出すために、被写体の絵柄等によるAF評価値のばらつきを少なくすることができる。
+x(i,j−4)+x(i,j+4))/4} 式(2)
AF評価値=Σ{x(i,j)−(x(i−2,j)+x(i+2,j)
+x(i,j−2)+x(i,j+2))/4} 式(3)
このように、AF制御段階に応じて測距用画像の間引き読み出し率を変化させれば、測距用画像を間引かない場合に比べてAF制御を高速化できる。しかも、測距用画像の間引きを従来例のようにライン単位に行うのではなく、画素単位にしかも水平方向、垂直方向に均等に測距エリア302全体に渡って読み出すために、被写体の絵柄等によるAF評価値のばらつきを少なくすることができる。
(実施の形態2)
次に、測距エリア302と間引き読み出し率の両方をAF制御段階に応じて変更する実施の形態2について図6を参照しながら説明する。本実施の形態が、実施の形態1と異なる点は、実施の形態1が3段階のAF制御段階に対応した3つの各測距用画像の読み出し期間における測距エリア302の面積が固定であったのに対し、本実施の形態では、測距用画像の間引き読み出し率に応じて測距エリア302の面積も変更するものである。図6は、本実施の形態における3段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子205から読み出される測距用画像の関係を示した図である。図6(a)において、実線521が本画像の露光開始ラインを示し、破線522は読み出しラインを示している。測距用画像の読み出し期間523、524、525の実線と破線のペア群は、それぞれ測距用画像の露光開始ラインおよび読み出しラインである。図6(b)、(c)、(d)は、それぞれ読み出し期間523、524、525に対応した測距用画像である。読み出し期間523、524、525での測距用画像の間引き読み出し率がそれぞれ1/16、1/4、1と変化するのに応じて、「面積×間引き読み出し率」が常に一定になるように測距エリア302の面積を変更している。ただし、本実施の形態では、測距エリア302の中心位置は固定である。このようにすれば、各AF制御段階の測距用画像の読み出し時間を最小時間(T/16)にできるので、実施の形態1よりAF制御をさらに高速に行える。
次に、測距エリア302と間引き読み出し率の両方をAF制御段階に応じて変更する実施の形態2について図6を参照しながら説明する。本実施の形態が、実施の形態1と異なる点は、実施の形態1が3段階のAF制御段階に対応した3つの各測距用画像の読み出し期間における測距エリア302の面積が固定であったのに対し、本実施の形態では、測距用画像の間引き読み出し率に応じて測距エリア302の面積も変更するものである。図6は、本実施の形態における3段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子205から読み出される測距用画像の関係を示した図である。図6(a)において、実線521が本画像の露光開始ラインを示し、破線522は読み出しラインを示している。測距用画像の読み出し期間523、524、525の実線と破線のペア群は、それぞれ測距用画像の露光開始ラインおよび読み出しラインである。図6(b)、(c)、(d)は、それぞれ読み出し期間523、524、525に対応した測距用画像である。読み出し期間523、524、525での測距用画像の間引き読み出し率がそれぞれ1/16、1/4、1と変化するのに応じて、「面積×間引き読み出し率」が常に一定になるように測距エリア302の面積を変更している。ただし、本実施の形態では、測距エリア302の中心位置は固定である。このようにすれば、各AF制御段階の測距用画像の読み出し時間を最小時間(T/16)にできるので、実施の形態1よりAF制御をさらに高速に行える。
(実施の形態3)
次に、実施の形態3について図7、図8を参照しながら説明する。実施の形態3が実施の形態2と異なる点は、測距エリア302の位置を測距用画像の読み出し期間毎に変化させることである。図7は、本実施の形態における3段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子205から読み出される測距用画像の関係を示した図である。図7(a)において、実線541が本画像の露光開始ラインを示し、破線542は読み出しラインを示している。測距用画像の読み出し期間543、544、545の実線と破線のペア群は、それぞれ測距用画像の露光開始ラインおよび読み出しラインである。図7(b)、(c)、(d)は、それぞれ読み出し期間543、544、545に対応した測距用画像である。読み出し期間543、544、545での測距エリアA、B、Cの位置が変化する。図8はこの位置を変える方法についての説明図であり、図8(a)、(b)、(c)はそれぞれ読み出し期間543、544、545での測距エリアA、B、Cの位置を示す。図8において、まず読み出し期間543の測距エリアAを次の読み出し期間544の測距エリアBの大きさからなる4個のサブエリアD、E、F、Gに分割する。そして、各画素のコントラスト値を各サブエリア単位で積算して各サブエリア毎のAF評価値を計算し、最もAF評価値の大きいサブエリア(例えば、サブエリアF)が選択される。次の、読み出し期間544での測距エリアBはサブエリアFの位置になるとともに、この測距エリアBはH、I、J、Kの4個のサブエリアに分割されて、同様に各サブエリア毎のAF評価値が計算される。そして、AF評価値の最も大きいサブエリア(例えば、サブエリアH)が選択され、次の、読み出し期間545での測距エリアCはサブエリアHの位置になる。こうすることにより、常にAF評価値の高い部分(高周波成分が多く含まれている部分)を含む位置に測距エリアを設定できるのでAF制御の精度をより向上させることができる。
次に、実施の形態3について図7、図8を参照しながら説明する。実施の形態3が実施の形態2と異なる点は、測距エリア302の位置を測距用画像の読み出し期間毎に変化させることである。図7は、本実施の形態における3段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子205から読み出される測距用画像の関係を示した図である。図7(a)において、実線541が本画像の露光開始ラインを示し、破線542は読み出しラインを示している。測距用画像の読み出し期間543、544、545の実線と破線のペア群は、それぞれ測距用画像の露光開始ラインおよび読み出しラインである。図7(b)、(c)、(d)は、それぞれ読み出し期間543、544、545に対応した測距用画像である。読み出し期間543、544、545での測距エリアA、B、Cの位置が変化する。図8はこの位置を変える方法についての説明図であり、図8(a)、(b)、(c)はそれぞれ読み出し期間543、544、545での測距エリアA、B、Cの位置を示す。図8において、まず読み出し期間543の測距エリアAを次の読み出し期間544の測距エリアBの大きさからなる4個のサブエリアD、E、F、Gに分割する。そして、各画素のコントラスト値を各サブエリア単位で積算して各サブエリア毎のAF評価値を計算し、最もAF評価値の大きいサブエリア(例えば、サブエリアF)が選択される。次の、読み出し期間544での測距エリアBはサブエリアFの位置になるとともに、この測距エリアBはH、I、J、Kの4個のサブエリアに分割されて、同様に各サブエリア毎のAF評価値が計算される。そして、AF評価値の最も大きいサブエリア(例えば、サブエリアH)が選択され、次の、読み出し期間545での測距エリアCはサブエリアHの位置になる。こうすることにより、常にAF評価値の高い部分(高周波成分が多く含まれている部分)を含む位置に測距エリアを設定できるのでAF制御の精度をより向上させることができる。
(実施の形態4)
次に、実施の形態4について図9を参照しながら説明する。実施の形態4が実施の形態2と異なる点は、実施の形態2が1フレーム期間に測距用画像の間引き読み出し率を3段階に切り換えたが、本実施の形態では、フレーム毎に間引き読み出し率を変えるものである。図9は、本実施の形態における3段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子205から読み出される測距用画像の関係を示した図である。図9(a)において、実線600、603、606は本画像の露光開始ラインを示し、破線601、604、607は読み出しラインを示している。測距用画像の読み出し期間602、605、608の実線と破線のペア群は、それぞれ測距用画像の露光開始ラインおよび読み出しラインである。また、図9(b)、(c)、(d)は、それぞれ読み出し期間602、605、608に対応した測距用画像である。読み出し期間が3フレームに跨っている以外は実施の形態2と同様であるので説明は省略する。このようにすることにより、撮像素子205の画像読み出し速度があまり速くない場合、あるいはAF制御に時間がかかる場合にも容易に対応できる。本実施の形態では、1フレーム毎に測距用画像の間引き読み出し率を変える例を説明したが、これに限定されず、複数フレーム毎に測距用画像の間引き読み出し率を変えてもよい。
次に、実施の形態4について図9を参照しながら説明する。実施の形態4が実施の形態2と異なる点は、実施の形態2が1フレーム期間に測距用画像の間引き読み出し率を3段階に切り換えたが、本実施の形態では、フレーム毎に間引き読み出し率を変えるものである。図9は、本実施の形態における3段階の測距用画像の読み出し期間とそれぞれの期間に撮像素子205から読み出される測距用画像の関係を示した図である。図9(a)において、実線600、603、606は本画像の露光開始ラインを示し、破線601、604、607は読み出しラインを示している。測距用画像の読み出し期間602、605、608の実線と破線のペア群は、それぞれ測距用画像の露光開始ラインおよび読み出しラインである。また、図9(b)、(c)、(d)は、それぞれ読み出し期間602、605、608に対応した測距用画像である。読み出し期間が3フレームに跨っている以外は実施の形態2と同様であるので説明は省略する。このようにすることにより、撮像素子205の画像読み出し速度があまり速くない場合、あるいはAF制御に時間がかかる場合にも容易に対応できる。本実施の形態では、1フレーム毎に測距用画像の間引き読み出し率を変える例を説明したが、これに限定されず、複数フレーム毎に測距用画像の間引き読み出し率を変えてもよい。
(実施の形態5)
次に、実施の形態5について図10を参照しながら説明する。実施の形態5が実施の形態4と異なる点は、実施の形態4は撮像素子205から格子状に間引き画素を読み出したのに対し、本実施の形態では市松状に読み出すとともに毎回間引き位相を変えることである。図10(a)は、本実施の形態における測距用画像の読み出し方法について説明した図である。本実施の形態では、1フレームに間引き読み出し率1/4で4回測距用画像を読み出す例を示す。図10(a)において、実線561は本画像の露光開始ラインを示し、破線562は読み出しラインを示している。図10(b)、(c)、(d)、(e)は4つの読み出し期間564、565、567、568に撮像素子205から読み出される測距用画像を示している。このように、測距用画像の間引きを市松状に行い、読み出し期間毎に間引き位相を変えることで、AF評価値計算に利用する画素を測距エリア302内で万遍なく取り出すことができ、画像の絵柄による精度のばらつきを除くことができる。図10に示すように、4回読み出すとすべての位置の画素が読み出されることになる。図10には示していないが、間引き読み出し率が1/2の場合には、2回の測距用画像の読み出しで間引き位相が元に戻ることになる。
次に、実施の形態5について図10を参照しながら説明する。実施の形態5が実施の形態4と異なる点は、実施の形態4は撮像素子205から格子状に間引き画素を読み出したのに対し、本実施の形態では市松状に読み出すとともに毎回間引き位相を変えることである。図10(a)は、本実施の形態における測距用画像の読み出し方法について説明した図である。本実施の形態では、1フレームに間引き読み出し率1/4で4回測距用画像を読み出す例を示す。図10(a)において、実線561は本画像の露光開始ラインを示し、破線562は読み出しラインを示している。図10(b)、(c)、(d)、(e)は4つの読み出し期間564、565、567、568に撮像素子205から読み出される測距用画像を示している。このように、測距用画像の間引きを市松状に行い、読み出し期間毎に間引き位相を変えることで、AF評価値計算に利用する画素を測距エリア302内で万遍なく取り出すことができ、画像の絵柄による精度のばらつきを除くことができる。図10に示すように、4回読み出すとすべての位置の画素が読み出されることになる。図10には示していないが、間引き読み出し率が1/2の場合には、2回の測距用画像の読み出しで間引き位相が元に戻ることになる。
(実施の形態6)
次に、実施の形態6について図11を参照しながら説明する。実施の形態6が実施の形態4と異なる点は、実施の形態4は撮像素子205から水平方向、垂直方向にそれぞれ均等に1/2に間引いて測距画像を読み出している。これに対して本実施の形態では、隣接4画素を1つのグループとしてグループ単位で間引くようにしたものである。図11は、本実施の形態における測距用画像の読み出し方法について説明した図である。図11(a)において、実線581は本画像の露光開始ラインを示し、破線582は読み出しラインを示している。図11(b)は読み出し期間583に撮像素子205から読み出される測距用画像を示している。このように、測距用画像の間引き読み出しを画素単位ではなく、隣接画素を含むグレープ単位で行うことにより、読み出された測距用画像には必ず隣接画素が存在しているので、間引かれた測距画像であってもAF評価値の精度を向上することができる。測距用画像の間引き読み出し率は同じであるので、測距用画像の読み出し速度は同様に向上する。なお、本実施の形態の説明では、隣接4画素を1グループとしたが、これに限定されるものではなく、任意の数の隣接画素から1グループを構成してもよい。ただし、被写体の絵柄の影響を少なくするためには各グループが測距エリア302にできるだけ一様に分布させることが望ましい。
次に、実施の形態6について図11を参照しながら説明する。実施の形態6が実施の形態4と異なる点は、実施の形態4は撮像素子205から水平方向、垂直方向にそれぞれ均等に1/2に間引いて測距画像を読み出している。これに対して本実施の形態では、隣接4画素を1つのグループとしてグループ単位で間引くようにしたものである。図11は、本実施の形態における測距用画像の読み出し方法について説明した図である。図11(a)において、実線581は本画像の露光開始ラインを示し、破線582は読み出しラインを示している。図11(b)は読み出し期間583に撮像素子205から読み出される測距用画像を示している。このように、測距用画像の間引き読み出しを画素単位ではなく、隣接画素を含むグレープ単位で行うことにより、読み出された測距用画像には必ず隣接画素が存在しているので、間引かれた測距画像であってもAF評価値の精度を向上することができる。測距用画像の間引き読み出し率は同じであるので、測距用画像の読み出し速度は同様に向上する。なお、本実施の形態の説明では、隣接4画素を1グループとしたが、これに限定されるものではなく、任意の数の隣接画素から1グループを構成してもよい。ただし、被写体の絵柄の影響を少なくするためには各グループが測距エリア302にできるだけ一様に分布させることが望ましい。
以上説明したように、本発明の撮像装置によれば、AF制御において、AF制御の各段階(合焦の度合い)に応じて測距用画像の間引き読み出し率を変更することにより、AF制御の精度を維持しつつ、高速化が可能となる。
なお、上記説明では、AF制御の段階を3段階として説明したが、これに限定されるものではなく、この段階は適宜決めればよい。
また、AF制御の方法としては山登り方式に限定されるものではなく、サンプリング方式等他の方式でもかまわない。
また、上記説明では、3段階の間引き読み出し率を1/16、1/4、1としたが、これに限定されるものではなく間引き読み出し率は、適宜決めればよい。
本発明は、自動焦点制御機能を有するデジタルカメラ等の撮像装置に利用することが可能である。
100 デジタルカメラ
101 レンズ鏡筒
102 ビューファインダ
103 レリーズ釦
104 測距枠
105 メモリカード挿入口
106 メモリカード取り出し釦
107 LCD
108 モード切り換えスイッチ
109 十字操作キー
110 MENUE釦
111 SET釦
201 撮像レンズ群
202 ズームレンズ
203 フォーカスレンズ
204 絞り
205 撮像素子
206 ズームレンズ制御駆動部
207 フォーカスレンズ制御駆動部
208 絞り制御駆動部
209 撮像素子制御駆動部
210 アナログ信号処理部
211 A/D変換部
212 デジタル信号処理部
213 ゲート回路
214 AF処理部
215 バッファメモリ
216 JPEG処理部
217 カードI/F
218 メモリカード
219 LCDI/F
220 操作部
221 TGEN
222 データバス
223 マイコン
101 レンズ鏡筒
102 ビューファインダ
103 レリーズ釦
104 測距枠
105 メモリカード挿入口
106 メモリカード取り出し釦
107 LCD
108 モード切り換えスイッチ
109 十字操作キー
110 MENUE釦
111 SET釦
201 撮像レンズ群
202 ズームレンズ
203 フォーカスレンズ
204 絞り
205 撮像素子
206 ズームレンズ制御駆動部
207 フォーカスレンズ制御駆動部
208 絞り制御駆動部
209 撮像素子制御駆動部
210 アナログ信号処理部
211 A/D変換部
212 デジタル信号処理部
213 ゲート回路
214 AF処理部
215 バッファメモリ
216 JPEG処理部
217 カードI/F
218 メモリカード
219 LCDI/F
220 操作部
221 TGEN
222 データバス
223 マイコン
Claims (8)
- 撮像エリア内に2次元的に配置された画素を画素単位で読み出し可能な撮像素子と、
光軸方向に移動し、被写体の光学像を前記撮像素子に結像する光学系と、
前記光学系を光軸方向に移動させて合焦させる自動焦点制御手段とを有する撮像装置であって、
前記撮像素子からフレーム周期よりも短い時間で前記撮像エリア内の全画素を読み出す画像読み出し手段と、
前記全画素を読み出した1フレーム周期の残りの期間(ブランキング期間)に、前記撮像エリア内に設けられた測距エリアから所定の間引き読み出し率で画素を間引いて測距用画像を読み出す測距用画像読み出し手段と、
前記自動焦点制御のための前記合焦の度合いを評価する評価値を前記測距用画像から算出する評価値算出手段とを備えることを特徴とする撮像装置。 - 前記測距用画像読み出し手段は、前記合焦の度合いに応じて前記測距用画像の前記間引き読み出し率を変更することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 前記合焦の度合いが低い場合には、前記間引き読み出し率を小さくし、前記合焦の度合いが高くなるに伴って前記間引き読み出し率を大きくしていくことを特徴とする請求項2記載の撮像装置。
- 前記測距用画像読み出し手段は、前記測距用画像の間引き読み出し率に応じて前記測距エリアの面積と前記間引き読み出し率の積が一定となるように前記測距エリアの面積を変更することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の撮像装置。
- 前記測距エリアを複数のサブエリアに分割するサブエリア分割手段と、前記サブエリアに含まれる前記測距用画像から前記合焦の度合いを評価するサブエリア評価値を算出するサブエリア評価値算出手段をさらに備え、前記サブエリア評価値が最も大きいサブエリアの位置に、次に続く前記間引き読み出し率の大きい前記測距用画像の前記測距エリアを設定することを特徴とする請求項4記載の撮像装置。
- 前記測距用画像読み出し手段は、前記測距エリアから水平および垂直それぞれの方向に均一に画素を間引いて前記測距用画像を読み出すことを特徴とする請求項1〜5いずれか1項記載の撮像装置。
- 前記測距用画像読み出し手段は、前記測距用画像を読み出す毎に前記測距エリアから読み出す画素の間引き位相を変化させることを特徴とする請求項6記載の撮像装置。
- 前記測距用画像読み出し手段は、隣接する複数の画素からなるブロック単位で前記測距エリアから前記測距用画像を間引き読み出しすることを特徴とする請求項1〜5いずれか1項記載の撮像装置。
Priority Applications (1)
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JP2007034797A JP2008199477A (ja) | 2007-02-15 | 2007-02-15 | 撮像装置 |
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