(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の有効画素領域の中からターゲットとする被写体を検出するターゲット検出手段と、
検出された前記ターゲットに対応する前記有効画素領域における読出し領域を設定する読出し領域設定手段と、
前記有効画素領域のうち前記読出し領域の画素信号のみを前記撮像素子から読み出すターゲット領域読出手段とを備え、
前記ターゲット検出手段において１つのターゲットのみが検出され、かつ前記読出し領域の大きさが所定の大きさよりも大きいときには、前記読出し領域内の部分的な領域を新たな読出し領域として再設定し、
前記ターゲット検出手段において複数のターゲットが検出されるときには、前記複数のターゲットに対応する各々の領域のうち、最も大きい領域と最も小さい領域を含む領域を前記読出し領域とする
ことを特徴とする撮像システム。
【請求項２】
前記ターゲット検出手段に顔検出手段が含まれることを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
【請求項３】
再設定される領域が、前記顔検出手段で検出される顔領域内の眼を中心とする部分的な領域であることを特徴とする請求項２に記載の撮像システム。
【請求項４】
前記ターゲットが検出されないとき、予め設定された領域を前記読出し領域とす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システム。
【請求項５】
前記読出し領域がオートフォーカスに用いられることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の撮像システム。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の撮像システムを備えたことを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項７】
撮像素子の有効画素領域の中からターゲットとする被写体を検出し、
検出された前記ターゲットに対応する前記有効画素領域における読出し領域を設定し、
前記有効画素領域のうち前記読出し領域の画素信号のみを前記撮像素子から読み出し、
前記ターゲット検出手段において１つのターゲットのみが検出され、かつ前記読出し領域の大きさが所定の大きさよりも大きいときには、前記読出し領域内の部分的な領域を新たな読出し領域として読み出し、
前記ターゲット検出手段において複数のターゲットが検出されるときには、前記複数のターゲットに対応する各々の領域のうち、最も大きい領域と最も小さい領域を含む領域を前記読出し領域とする
ことを特徴とする画素信号読出し方法。                                                 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子から画像信号を読み出す装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラのオートフォーカス（ＡＦ）では、コントラスト検出方式が一般的に用いられ、合焦された画像は撮影者が確認するために、カメラのディスプレイに一時的に表示される。しかし、通常カメラに設けられるディスプレイの大きさは、合焦画像全体を表示して合焦状態を確認するには十分な大きさではない。そのためディスプレイには、合焦画像内で合焦の程度が最も高い領域を拡大表示し、更にその中で最も合焦しているサブブロックを枠で囲い明示する構成が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２４２０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
オートフォーカスでは、高速な処理が求められるが、従来のコントラスト検出方式のオートフォーカスでは、実効画素領域全体を読み出して処理しているため高速な合焦を行うことができない。
【０００５】
本発明は、ターゲットとする領域の画像信号を撮像素子から高速に読み出すことを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像システムは、撮像素子の有効画素領域の中からターゲットとする被写体を検出するターゲット検出手段と、検出されたターゲットに対応する有効画素領域における読出し領域を設定する読出し領域設定手段と、有効画素領域のうち読出し領域の画素信号のみを撮像素子から読み出すターゲット領域読出手段とを備え、読出し領域の大きさが所定の大きさよりも大きいとき、読出し領域内の部分的な領域が新たな読出し領域として再設定され前記撮像素子から読み出されることを特徴としている。
【０００７】
ターゲット検出手段は、例えば有効画素領域内でターゲットを自動追尾する。ターゲット検出手段には、例えば顔検出手段が含まれる。再設定される領域は、例えば顔検出手段で検出される顔領域内の眼を中心とする部分的な領域である。
【０００８】
また、ターゲット検出手段は、例えば有効画素領域内において複数のターゲットを検出し、複数のターゲットを全て含む領域が所定の大きさより大きいとき、複数のターゲットのうち一部のターゲットのみを含む領域が読出し領域として再設定される。ターゲット検出手段が有効画素領域内において複数のターゲットを検出するとき、複数のターゲットのうちの一部のターゲットのみを含む領域を読出し領域とする。また、一部のターゲットのみを含む領域は、複数のターゲットに対応する各々の領域のうち、最も大きい領域と最も小さい領域を含む領域からなる。
【０００９】
ターゲットが検出されないときには、例えば予め設定された領域を読出し領域とする。また、読出し領域は例えばオートフォーカスに用いられる。
【００１０】
本発明のデジタルカメラは、上記撮像システムを備えたことを特徴としている。
【００１１】
本発明の画素信号読出し方法は、撮像素子の有効画素領域の中からターゲットとする被写体を検出し、検出されたターゲットに対応する有効画素領域における読出し領域を設定し、有効画素領域のうち読出し領域の画素信号のみを撮像素子から読み出し、読出し領域の大きさが所定の大きさよりも大きいとき、読出し領域内の部分的な領域を新たな読出し領域として読み出すことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ターゲットとする領域の画像信号を撮像素子から高速に読み出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態のデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】フレームレートと読出し領域の関係について説明する図である。
【図３】大きさが小さい単独の顔領域が特定されるときに設定されるＣＡＦ領域を示す模式図である。
【図４】大きさが大きい単独の顔領域が特定されるときに設定されるＣＡＦ領域を示す模式図である。
【図５】複数の顔領域が特定されるときに設定されるＣＡＦ領域を示す模式図である。
【図６】本実施形態の画素信号読出し方法を利用したオートフォーカス処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態であるデジタルカメラの概略的な構成を示すブロック図である。
【００１５】
デジタルカメラ１０は、例えばデジタル一眼レフカメラである。レンズ群１１から入射した光は、絞り１２、カラーフィルタアレイ１３を通して撮像素子１４の撮像面で結像する。撮像素子１４は撮像素子ドライバ１５からの駆動信号に基づいて制御される。撮像素子１４で検出された画像信号は、画像信号処理回路１６へと送られ、従来周知の様々な画像信号処理が施された後、必要に応じてモニタ１７に表示される。
【００１６】
レンズ群１１におけるレンズの位置は、ＡＦ制御部１９により制御され、これによりオートフォーカス処理が実行される。また、絞り１２の開閉は、絞り制御部２０により制御される。なお、撮像素子ドライバ１５、ＡＦ制御部１９、絞り制御部２０は制御部２１からの指令に基づいて制御され、制御部２１は操作部２２からの信号に基づいて、後述するオートフォーカス処理を含む各種所定の処理を実行する。なお、操作部２２には、例えばレリーズスイッチ、ＡＦボタン、各種ダイヤルスイッチ、タッチパネル等が含まれる。
【００１７】
次に図２（ａ）、（ｂ）を参照して、本実施形態のコントラスト検出方式を用いたオートフォーカス（ＣＡＦ）におけるフレームレートと読出し領域の関係について説明する。
【００１８】
図２（ａ）は、撮像素子１４の実効画素領域（有効画素領域）に対応する領域Ａ１を示す模式図である。撮像素子１４からは、水平同期信号ＨＤの周期で領域Ａ１の水平方向各ラインの画素信号が順次読み出され、垂直同期信号ＶＤの周期で、領域Ａ１の全水平ラインの画素信号がライン毎に順次読み出される。すなわち、読み出し領域の水平方向画素数が水平同期信号ＨＤの周期で規定され、垂直方向画素数が垂直同期信号ＶＤの周期で規定されるとともに、フレームレートは垂直同期信号ＶＤの周期で規定される。
【００１９】
図２（ｂ）には、従来周知の顔検出処理により実効画素領域Ａ１内において検出される顔領域（括弧記号で四隅が囲まれる領域）と、顔領域を含む顔周辺の画像領域Ａ２が示される。顔検出を利用したＣＡＦ処理において実際に利用される画像は、顔領域や領域Ａ２の画像のみなので、実効画素領域Ａ１から一旦顔領域が特定されれば、顔領域や領域Ａ２以外の画像情報はＣＡＦ処理には不要である。したがって、本実施形態では、ＣＡＦ処理に実際に利用される画像領域の画素信号のみを撮像素子１４から読み出すことでＣＡＦ処理におけるフレームレートを高めＣＡＦ処理の高速化が図られる。
【００２０】
すなわち、図２（ｂ）に示されるように、例えば領域Ａ２の画素信号みの読み出しでは、実効画素領域Ａ１よりも垂直・水平画素数が少ない分、水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤの周期を短くでき、フレームレートを高くできる。なお、図２（ａ）、（ｂ）において、水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤの長さは、時間的な長さに直接対応するものではなく、垂直同期信号ＶＤの周期には、水平同期信号ＨＤの周期が水平ライン数分含まれる。
【００２１】
次に図３〜図５を参照して、本実施形態のＣＡＦ処理における画像信号の読出し動作の概要について説明する。
【００２２】
図３〜図５の左側には、顔検出処理における顔領域の代表的な３つの検出パターンがそれぞれ示される。各図において、検出される顔領域は括弧記号で四隅が囲まれる領域として示される。また、各図の右側には、各態様において本実施形態のＣＡＦ処理で撮像素子１４からの読出し領域（ＣＡＦ領域）が示される。
【００２３】
図３は、図２の場合に対応したもので、顔検出処理で一人の顔のみが検出され、検出された顔領域、あるいは顔領域を囲む領域Ａ２（顔領域よりも僅かに大きい領域）の実効画素領域（有効画素領域）Ａ１に占める割合が比較的低い場合（例えば５０％未満）に対応する。このような場合には、領域Ａ２の大きさは十分に小さく、ＣＡＦ処理で十分に高いフレームレートが確保できると判断されるので、領域Ａ２がＣＡＦ領域として設定される。なお、領域Ａ２は、例えば検出された顔領域を所定の拡大率（縦横異なる値でもよい）で四方に拡大した領域である。拡大率は通常１以上であるが１以下であってもよい。
【００２４】
図４は、一人の顔のみが実効画素領域（有効画素領域）Ａ１内で検出されるが、顔領域、あるいは顔領域を囲む領域Ａ３（顔領域よりも僅かに大きい領域）の実効画素領域（有効画素領域）Ａ１に占める割合が比較的高い場合（例えば５０％以上）に対応する。図４では、特に領域Ａ３が領域Ａ１に等しい場合が示される。このような場合、領域Ａ３をＣＡＦ領域に設定すると、ＣＡＦ処理において十分高いフレームレートを確保できない。したがって、このような場合、本実施形態では、領域Ａ３の中から更に、眼を中心とする領域Ａ４を特定し、領域Ａ４をＣＡＦ領域として設置する。
【００２５】
図５は、実効画素領域（有効画素領域）Ａ１内で複数の顔領域Ｆ１〜Ｆ３が検出された場合に対応する。このような場合に、顔領域Ｆ１〜Ｆ３の全てを含む領域をＣＡＦ領域とすると、図４の場合と同様にＣＡＦ領域が大きすぎ、ＣＡＦ処理において十分高いフレームレートが確保できない。したがって、本実施形態では、複数の顔領域のうちの一部の顔領域のみを含む領域をＣＡＦ領域に設定する。例えば、図５では、顔領域Ｆ１〜Ｆ３においてその大きさ（面積や画素数）を比較し、最も大きい顔領域（Ｆ１）と最も小さい顔領域（Ｆ３）を含む矩形領域Ａ５がＣＡＦ領域として設定される（例えば、Ｆ１、Ｆ３を含む最小の矩形領域）。
【００２６】
これは、最も大きい顔領域が、通常カメラに最も近くにある顔であると考えられ、最も小さい顔領域が、最も遠くにあると考えられるからであり、両者を含む領域のコントラストを参照して合焦を行えば、奥行き方向において両者の間にあると考えられる他の顔に対しても十分な合焦が得られる。
【００２７】
次に図６のフローチャートを参照して、本実施形態における高速ＣＡＦ処理（あるいは自動ＣＡＦ処理）における手順について説明する。
【００２８】
図６に示される処理は、モニタにライブビューが表示されているときに実行される。ステップＳ１００においてＡＦ開始要求が検出されると、本実施形態の高速ＣＡＦ処理が開始される。なお、図６では、高速ＣＡＦ処理が顔検出処理を利用したコンティニュアスＡＦモードで使用される場合を例示する。すなわち、ステップＳ１００では、例えば顔検出処理を利用したコンティニュアスＡＦモードが選択されたときにオートフォーカス（ＡＦ）開始要求があったか否かが判断される。
【００２９】
ステップＳ１０２では、顔検出処理において顔が検出された否かが判断される。顔が検出されたと判断される場合には、ステップＳ１０４において、検出された顔が複数であるか否かが判断される。複数の顔が検出されていれば、ステップＳ１０６において、図５を参照して説明した、最も大きい顔領域（Ｆ１）と最も小さい顔領域（Ｆ３）が含まれる矩形領域Ａ５がＣＡＦ領域に設定され、ステップＳ１０８において、設定されたＣＡＦ領域に対応するフレームレートに切り替えられる。
【００３０】
ステップＳ１１０では、ステップＳ１０８で設定されたフレームレートの下、設定されたＣＡＦ領域からのみ画像信号が読み出される。すなわち、ＡＦ制御部１９（図１参照）と協働して順次撮像されるＣＡＦ領域の画像のコントラストを比較して従来周知のＣＡＦ処理が実行される。ステップＳ１１０のＣＡＦ処理が完了するとステップＳ１１２において、合焦されたＣＡＦ領域の画像がモニタ１７（図１参照）に拡大して表示される。
【００３１】
その後、ステップＳ１１４では、レリーズスイッチがオンされたか否かが判定される。レリーズスイッチがオンされていれば、本処理は終了し、通常の撮像処理が開始される。一方、レリーズスイッチがオンされていなければ、処理はステップＳ１００に戻り、ＣＡＦ開始要求があるまで待機する。
【００３２】
ステップＳ１０４において顔が複数ない場合、すなわち１つの顔しか検出されなかった場合は、ステップＳ１１６において、検出された顔領域あるいは顔領域を囲む領域Ａ２が実効画素領域（有効画素領域）Ａ１において占める割合が算出され、所定値（例えば５０％）よりも大きいか否かが判定される。
【００３３】
検出された顔領域あるいは顔領域を囲む領域Ａ２の占める割合が所定値よりも大きい場合には、ステップＳ１１８において、図４を参照して説明したように、検出された顔領域の中から眼を中心とする矩形領域Ａ４がＣＡＦ領域に設定される。その後ステップＳ１０８において、ＣＡＦ領域に設定された矩形領域Ａ４に対応するフレームレートに切り替えられ、ステップＳ１１０において、設定されたＣＡＦ領域の画像信号のみを撮像素子１４から読み出してＣＡＦ処理が行われ、ステップＳ１１２においてＣＡＦ処理で得られた合焦画像がモニタ１７に拡大表示される。そして、ステップＳ１１４においてレリーズスイッチがオンされたと判定されるまでステップＳ１００からの処理が繰り返される。
【００３４】
一方、ステップＳ１１６において、検出された顔領域あるいは顔領域を囲む領域Ａ２が実効画素領域（有効画素領域）Ａ１に占める割合が、所定値（例えば５０％）よりも小さいと判定されると、ステップＳ１２０において、図３を参照して説明したように、顔領域を含み、それよりも僅かに大きい矩形領域Ａ２がＣＡＦ領域として設定される。その後ステップ１０８において、ＣＡＦ領域に設定された矩形領域Ａ２に対応するフレームレートに切り替えられ、上述したステップＳ１１０以下の処理が同様に実行される。
【００３５】
また、ステップＳ１０２において、顔が検出されなかったと判定された場合には、ステップＳ１２２において、実効画素領域（有効画素領域）Ａ１内において、その割合が上記所定値よりも小さい予め設定された領域（例えばＣＡＦ領域として最小の領域）がＣＡＦ領域に設定される。ステップＳ１０８では、この領域に対応したフレームレートに切り替えられ、ステップＳ１１０以下の処理が同様に実行される。
【００３６】
以上のように本実施形態によれば、コントラスト検出方式のオートフォーカスにおいて、ターゲット領域の自動選択を行いながらもＣＡＦ領域を常に実効画素領域よりも小さい領域に設定することができ、オートフォーカスに利用される画像を高いフレームレートで撮像素子から読み出すことが可能になるので、高速なフォーカシング処理を実現できる。
【００３７】
なお、本実施形態では、オートフォーカスを例に説明を行ったが、本発明を自動露出に利用することも可能である。また、自動検出されるターゲットは、顔に限らず、ペットやユーザが指定する別の被写体であってもよい。また、本実施形態では、顔領域から眼を中心とする領域が再度ＣＡＦ領域として検出されたが、口など眼以外の顔領域における特徴的な部分を中心にＣＡＦ領域の再設定を行ってもよく、ターゲットが顔以外であれば、設定されるターゲットにおける特徴的な部分が選択される。
【００３８】
また、本実施形態では、一眼レフを例に説明を行ったが、本発明が適用されるデジタルカメラは、一眼レフに限定されるものではなく、例えば携帯電話などを含むデジタルカメラ機能を備える様々な装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  デジタルカメラ
１１  レンズ群
１２  絞り
１３  カラーフィルタアレイ
１４  撮像素子
１５  撮像素子ドライバ
１６  画像信号処理回路
１７  モニタ
１９  ＡＦ制御部
２０  絞り制御部
２１  制御部
２２  操作部
【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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