(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影光学系による被写体像を撮像して画像情報を出力する撮像手段と、
前記画像情報に基づいて特定被写体の顔を含む特定被写体領域を検出する被写体検出手段と、
それぞれが前記顔の一部を含むように前記特定被写体領域を複数の部分領域に分割し、前記顔の一部を含む複数の部分領域のそれぞれにおいて焦点評価値を検出する焦点評価値検出手段と、
前記顔の一部を含む複数の部分領域のそれぞれにおいて、前記焦点評価値に対応する焦点調節位置を決定し、複数の前記焦点調節位置を用いて合焦位置を決定する位置決定手段と、
前記合焦位置を目標駆動位置として前記撮影光学系の焦点調節制御を行う焦点調節制御手段とを備え、
前記位置決定手段は、前記複数の焦点調節位置のうちの最も無限遠側の前記焦点調節位置と最も至近側の前記焦点調節位置との差が第１所定値より大きい場合には、前記複数の焦点調節位置のうち、前記複数の焦点調節位置の各々と前記複数の焦点調節位置の中央値との差が第２所定値より小さい前記焦点調節位置で検出した合焦位置を前記目標駆動位置として決定することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項２】
請求項１に記載のデジタルカメラにおいて、
前記位置決定手段は、前記複数の焦点調節位置のうち最も無限遠側の前記焦点調節位置と最も至近側の前記焦点調節位置との差が前記第１所定値より小さい場合には、前記複数の焦点調節位置のうち最も至近側の前記焦点調節位置、または前記複数の焦点調節位置の平均位置を前記合焦位置とすることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項３】
請求項２に記載のデジタルカメラにおいて、
前記位置決定手段は、前記複数の焦点調節位置のうちの最も無限遠側の前記焦点調節位置と最も至近側の前記焦点調節位置との差が前記第１所定値より大きい場合には、前記複数の焦点調節位置のうち、前記複数の焦点調節位置の各々と前記複数の焦点調節位置の中央値との差が前記第２所定値より小さい前記焦点調節位置のうち最も至近側の焦点調節位置、または、前記複数の焦点調節位置の各々と前記複数の焦点調節位置の中央値との差が前記第２所定値より小さい前記焦点調節位置の平均位置を前記合焦位置とすることを特徴とするデジタルカメラ。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
フォーカシングレンズを所定の間隔で少しずつ移動させながら焦点評価値を算出し（以下、ＡＦ(Auto focus；自動焦点調節)サーチという）、焦点評価値が最大となる位置を合焦位置として焦点調節を行うコントラスト検出方式自動焦点調節装置（以下、単にコントラスト方式ＡＦという）において、撮像画像を解析して人物の顔を認識し、顔領域の大きさに基づいて顔領域までの撮影距離を推定し、この推定撮影距離に基づいてＡＦサーチの開始点とするレンズ位置を決定するようにしたデジタルカメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】特開２００６−２０１２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、人物の顔はコントラストが低く、風景は高周波成分が多く含まれているためコントラストが高い。コントラスト方式ＡＦは焦点検出エリア内のコントラストの高さに大きく依存しているため、景勝地などで記念撮影を行う場合に背景の高周波部分が焦点検出エリアに含まれると、せっかく人物の顔を焦点検出エリア内に捕捉しても背景の方にピントが引っ張られてしまうことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明によるデジタルカメラは、撮影光学系による被写体像を撮像して画像情報を出力する撮像手段と、前記画像情報に基づいて特定被写体の顔を含む特定被写体領域を検出する被写体検出手段と、それぞれが前記顔の一部を含むように前記特定被写体領域を複数の部分領域に分割し、前記顔の一部を含む複数の部分領域のそれぞれにおいて焦点評価値を検出する焦点評価値検出手段と、前記顔の一部を含む複数の部分領域のそれぞれにおいて、前記焦点評価値に対応する焦点調節位置を決定し、複数の前記焦点調節位置を用いて合焦位置を決定する位置決定手段と、前記合焦位置を目標駆動位置として前記撮影光学系の焦点調節制御を行う焦点調節制御手段とを備え、前記位置決定手段は、前記複数の焦点調節位置のうちの最も無限遠側の前記焦点調節位置と最も至近側の前記焦点調節位置との差が第１所定値より大きい場合には、前記複数の焦点調節位置のうち、前記複数の焦点調節位置の各々と前記複数の焦点調節位置の中央値との差が第２所定値より小さい前記焦点調節位置で検出した合焦位置を前記目標駆動位置として決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、焦点検出エリアに含まれる撮影者が意図しない被写体の影響を排除して偽合焦を防止でき、特定被写体に正確に合焦させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は一実施の形態のデジタルカメラの構成を示す図である。撮影レンズ１はフォーカシングレンズを備え、撮像素子２の撮像面に被写体像を結像する。撮影レンズ１のフォーカシングレンズは、フォーカスモーター１０により駆動される。フォーカスモーター１０には通常、ステッピングモーターが用いられ、ＣＰＵ９によりオープンループ制御のパルス駆動が行われる。
【０００８】
撮像素子２は、撮像面に結像された被写体像の光強度分布に応じた被写体像信号を出力する。アナログ信号処理部３は図示しないＣＤＳ回路、ＡＧＣ回路および色分離回路などを備え、撮像素子２から出力される被写体像信号を処理する。ＣＤＳ回路では被写体像信号が相関二重サンプリング(ＣＤＳ）処理され、ＡＧＣ回路では被写体像信号のレベル調整が行われる。Ａ／Ｄ変換器４は、アナログ信号処理部３から出力される処理後の被写体像信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理部５はγ補正回路、輝度信号および色差信号生成回路などの信号処理回路を備え、被写体像信号に各種処理を施す。
【０００９】
ＣＰＵ９はＡＥ演算部、ＡＦ演算部、ＡＷＢ演算部などを備え、カメラ全体のシーケンス制御、露出演算制御、焦点検出および焦点調節制御、ホワイトバランス制御などを行う。なお、従来のＡＦでは、図２に示すように撮影画面の中央とその上下左右５カ所に焦点検出エリア２１〜２５を設定し、これらの焦点検出エリア２１〜２５において撮影レンズ１の焦点評価値を演算し、演算結果に基づいてフォーカスモーター１０により撮影レンズ１のフォーカシングレンズを焦点調節駆動している。
【００１０】
バッファーメモリ１２は、撮像素子２で撮像された複数フレーム分のデータを記憶することができるフレームメモリであり、デジタル信号処理部５で一連の処理が施された画像データが格納される。顔認識演算部１１は、顔認識機能がユーザーにより選択された場合に、バッファーメモリ１２に保持されたスルー画表示用の静止画に対して顔認識演算処理を施し、静止画に顔の存在が検出された場合は、ＣＰＵ９に認識した顔検出エリアの位置と大きさの座標を出力する。図３に顔検出エリア２６の例を示す。
【００１１】
ＣＰＵ９は顔検出エリアの位置と大きさを入力し、図３に示すように顔検出エリア２６をコントラスト方式ＡＦの焦点評価値演算エリア、すなわち焦点検出エリアに設定する。顔検出エリア２６の位置と大きさの情報が更新された場合や、ユーザーによりレリーズボタンの半押し操作がなされた場合に、コントラスト方式ＡＦの焦点評価値演算シーケンスが開始される。コントラスト方式ＡＦは像のボケの程度とコントラストとの間に相関があり、焦点が合ったときに像のコントラストが最大になることを利用して焦点合わせを行う。コントラストの高低は、被写体像信号の高周波分を抽出するような評価関数を与え、その評価関数から得られるＡＦ評価値の大小により評価することができる。
【００１２】
焦点評価値のピークを探索する場合には、通常、フォーカシングレンズを無限遠側または至近側に所定量ずらし、そのときに算出される焦点評価値と移動前の焦点評価値とを比較する。移動後の焦点評価値が大きい場合は、より解像感（合焦度合い）が高まる傾向であると見なし、フォーカシングレンズをさらに同一方向に移動して同様の演算と比較を行う。一方、移動後の焦点評価値が小さい場合は、合焦度合いが低くなる傾向であると見なし、フォーカシングレンズを逆方向に移動して同様の演算と比較を行う。このような処理を繰り返し行う、いわゆる“山登り方式ＡＦ”によって焦点評価値が最大となる位置、すなわち合焦位置を探す。
【００１３】
上記のＡＦサーチとは異なるが、所定位置、例えば無限端から至近端までフォーカシングレンズを移動させつつ、所定間隔で焦点評価値を取得し、全範囲から焦点評価値の最大値を探索する、いわゆる“全域サーチ”を行ってもよい。
【００１４】
ところで、検出された顔検出エリアを焦点検出エリア２６（図３参照）としてコントラスト方式ＡＦを行うと、図４に実線で示すようなフォーカシングレンズの位置に対する焦点評価値の特性曲線が得られる場合がある。上述したように、背景の被写体には高周波成分が多く含まれるため、背景のみの焦点評価値の特性曲線は図４に破線で示す特性曲線になる。一方、人の顔はコントラスト変化（空間周波数変化）が小さいため、人物のみの焦点評価値の特性曲線は図４に一点鎖線で示すような特性曲線になる。ところが、図３に示すように、焦点検出エリア２６内において低コントラストの人の顔と高コントラストな背景などが重なっている、つまり遠近競合している場合には、撮影条件によっては図４に実線で示すように、背景の特性曲線（破線）と人物の特性曲線（一点鎖線）とが合成された焦点評価値の特性曲線になってしまうことがある。
【００１５】
このような焦点評価値の特性曲線に基づいて合焦探索を行うと、本来の主要被写体である人物の位置（図４に示すレンズ位置Ｌ２）ではなく、レンズ位置Ｌ３を目標駆動位置としてレンズ駆動を行ってしまう。これではせっかく顔検出機能により焦点検出エリアを設定したにも関わらず、人物に正しく合焦していないピンボケ写真となってしまう。
【００１６】
また、他の理由により合焦位置が正しく検出できない場合もある。光学系の構成によっては焦点調節可動範囲内における焦点距離変動が大きい場合がある。例えば、撮影光学系が無限遠端における合焦状態と至近端における合焦状態とで実際の焦点距離の差が大きい場合、つまり至近側へ合焦点を移動させるために撮影光学系を被写体方向へ繰り出すほど、焦点距離が短く（ワイド寄りに）なる光学系でその変動量が比較的大きい鏡筒を用いた場合である。
【００１７】
この場合の様子を図５に示す。図中に破線で示すような焦点評価値の特性曲線となるはずが、図中に実線で示すような焦点評価値の特性曲線となってしまう場合がある。これは、特に人物の顔はコントラストが低く、サーチ中に人物より至近側へフォーカシングレンズが移動し、実質焦点距離が短く（ワイドに）なり、人の顔近くにある背景（高周波被写体）が入り込んだ場合にこのような現象となり、この場合、正しい合焦位置Ｌ１ではなく、至近側にぼけてしまう位置Ｌ２を合焦位置と誤認してしまう。
【００１８】
これらの問題に対処するために、一実施の形態では、検出された顔検出エリアを複数の顔領域に分割し、各分割顔領域における焦点評価値の特性曲線を求める。これは、分割した各顔領域間の合焦位置の差は大きくないという前提に立っている。ここで、複数個算出された合焦位置を統計的に観測し、大きく外れた値は上述したような現象により正しい合焦位置を検出できていない状態とし、合焦位置決定候補から除外する。
【００１９】
図６に、顔検出エリア２６（図３参照）を横方向に４個の顔領域２６ａ〜２６ｄに分割した例を示す。この例では、顔検出エリア２６から５個の焦点評価値を求める。すなわち、顔検出エリアを４分割した各顔領域２６ａ〜２６ｄの焦点評価値と、これらの４個の顔領域２６ａ〜２６ｄを合算した領域、つまり顔検出エリア２６そのものの焦点評価値である。
【００２０】
これらの顔領域２６ａ〜２６ｄと顔検出エリア２６において焦点評価値から求めた合焦位置に対して図７に示す判定処理を行う。まず、顔領域２６ａ〜２６ｄと顔検出エリア２６の合焦位置、つまりコントラストが最大の位置を求める。図７のステップ１において、最も無限遠側となった顔領域と最至近側となった顔領域の合焦位置の差を求める。これは、結像面からの距離換算でもよいが、この一実施の形態のフォーカシングレンズはステッピングモーターで駆動制御されるので、基準位置からの相対パルス量どうしの差でも構わない。この無限遠側の顔領域と最至近側の顔領域の合焦位置の差が予め設定したしきい値ｔｈ１より大きいかどうかを判定する。
【００２１】
ステップ１で無限遠側の顔領域と最至近側の顔領域の合焦位置の差がしきい値ｔｈ１以上の場合は、上述した不具合現象が発生しているものと見なしてステップ２へ進み、しきい値ｔｈ１未満の場合はステップ３へ進む。まず、合焦位置の差がしきい値ｔｈ１以上の場合は、単一の被写体である人物の顔を分割して各顔領域で合焦位置探索を行ったにも拘わらず、顔領域ごとの合焦位置のバラツキが大きい場合である。このため、統計処理などを施して他の合焦位置と大きくずれた顔領域の影響を排除する必要がある。
【００２２】
ステップ２において、各顔領域２６ａ〜２６ｄと顔検出エリア２６の合焦位置と、それらの合焦位置の中央値（メジアン）との差δｎを次式により求める。
δｎ＝｜ＡＦｎ−median[ＡＦ]｜  ・・・（１）
（１）式において、ＡＦｎは顔領域２６ａ〜２６ｄと顔検出エリア２６の合焦位置、median[ＡＦ]は顔領域２６ａ〜２６ｄと顔検出エリア２６の合焦位置の中央値である。
【００２３】
上記差δｎが所定のしきい値ｔｈ２より大きいものは、合焦位置が他の顔領域の合焦位置から大きくずれた顔領域であるとして合焦位置選択候補から除外し、残りの顔領域の合焦位置の内の最至近の合焦位置を目標駆動位置に決定する。なお、残りの顔領域の合焦位置の平均位置を目標駆動位置としてもよい。また、このしきい値ｔｈ１、ｔｈ２は被写界深度程度にするのが望ましいが、実際の撮影光学系の焦点距離（ズーム位置）や各種撮影条件などに応じて可変となるようにテーブル値で保持しておく。
【００２４】
一方、最も無限遠側となった顔領域と最至近側となった顔領域の合焦位置の差がしきい値ｔｈ１未満の場合は、ステップ３において、各顔領域の合焦位置のバラツキが小さいので、従来通り顔領域間の合焦位置探索を行い、最至近の合焦位置を目標駆動位置に決定する。なお、複数の合焦位置の平均位置を目標駆動位置としてもよい。
【００２５】
ステップ４において、フォーカスモーター１０により決定された目標駆動位置にフォーカシングレンズを移動して焦点調節を行う。
【００２６】
なお、上述した一実施の形態では顔検出エリアの分割数を４個とする例を示したが、顔検出エリアの分割数は４個に限定されない。また、上述した一実施の形態では、各顔領域の合焦位置とそれらの合焦位置の中央値（メジアン）との差が所定のしきい値以上の顔領域を合焦位置選択候補から除外する例を示したが、除外する顔領域の決定手法は上記中央値に基づく手法に限定されず、平均値や他の統計的手法を用いても同様な効果が得られる。
【００２７】
上述した一実施の形態では特定の被写体として人物の顔を検出し、撮像画像中の特定被写体の領域、すなわち人物の顔領域を認識する例を示したが、特定被写体は人物の顔に限定されず、撮影対象とする主要被写体のパターンを記憶することによって種々の被写体を特定被写体とすることが可能である。
【００２８】
このように、一実施の形態によれば、撮影レンズ１による画像を撮像素子２により撮像して画像情報を出力し、この画像情報に基づいて特定の被写体（人物の顔）を認識して撮像画像の中の特定被写体の領域（顔検出エリア２６）を検出する。そして、特定被写体の領域（顔検出エリア２６）を複数の領域（顔領域２６ａ〜２６ｄ）に分割し、複数の分割領域（顔領域２６ａ〜２６ｄ）のそれぞれにおいて撮影レンズ１の合焦位置を検出するとともに、複数の分割領域（顔領域２６ａ〜２６ｄ）で検出された複数の合焦位置に基づいて最終的な合焦位置を決定し、最終的な合焦位置を目標駆動位置として撮影レンズ１の焦点調節を行うようにした。これにより、焦点検出エリアに人物などの特定被写体を捕捉しても、焦点検出エリアに背景などの高コントラストな被写体が含まれていると、高コントラストな被写体に引っ張られて人物などの特定被写体に正確に合焦できないという不具合が防止され、特定被写体に正確に合焦させることができる。
【００２９】
また、一実施の形態によれば、複数の分割領域（顔領域２６ａ〜２６ｄ）で検出された複数の合焦位置の内の、最も無限遠側の合焦位置と最至近側の合焦位置との差が所定値ｔｈ１以上の場合には、各分割領域（顔領域２６ａ〜２６ｄ）の合焦位置と複数の分割領域（顔領域２６ａ〜２６ｄ）の合焦位置の中央値との差が所定値ｔｈ２以上の分割領域を除く残りの分割領域の合焦位置に基づいて最終的な合焦位置（目標駆動位置）を決定するようにしたので、焦点検出エリアに含まれる撮影者が意図しない被写体を除外して特定被写体に正確に合焦させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一実施の形態の構成を示す図
【図２】従来の焦点検出エリアの配置例を示す図
【図３】一実施の形態の顔認識機能を用いた焦点検出エリアの設定例を示す図
【図４】焦点検出エリアに低コントラストな人物の顔と高コントラストな背景とが存在する場合の、フォーカシングレンズ位置に対する焦点評価値の特性曲線を示す図
【図５】撮影光学系の焦点距離が変化する場合のフォーカシングレンズ位置に対する焦点評価値の特性曲線を示す図
【図６】一実施の形態の顔認識による焦点検出エリアの分割例を示す図
【図７】一実施の形態のフォーカシングレンズの目標駆動位置決定処理を示すフローチャート
【符号の説明】
【００３１】
１  撮影レンズ
２  撮像素子
９  ＣＰＵ
１０  フォーカスモーター
１１  顔認識演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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