(57)【要約】【課題】ＴＯＦ方式において測距を行う場合のように、ノイズの影響を受けることなく測距を行うことができるようにする。【解決手段】デジタルカメラ１を平行移動させつつ撮影を行い、複数の画像を取得する。距離算出部５１が、複数の画像に含まれる複数の被写体を認識し、複数の画像間において対応する被写体間の複数の画像内における変位量を算出し、変位量の大小関係に基づいてデジタルカメラ１から複数の被写体までの相対的な距離である被写体距離を算出する。【選択図】図１
2008147894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影により画像を取得する撮影手段を備え、画角を平行移動させつつ撮影を行う撮影装置であって、
前記画角を平行移動させつつ複数回の撮影を行うことにより複数の前記画像を取得するよう前記撮影手段を制御する制御手段と、
前記画像に含まれる複数の被写体を認識し、前記複数の画像間における対応する前記被写体間の前記複数の画像内における変位量を算出し、該変位量の大小関係に基づいて前記撮影手段から前記複数の被写体までの距離である被写体距離を算出する距離算出手段とを備えたことを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
前記撮影手段の平行移動量を取得する平行移動量取得手段をさらに備え、
前記距離算出手段は、前記撮影手段の平行移動量に基づいて前記複数の被写体の絶対的な被写体距離を算出する手段であることを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項３】
前記撮影手段を平行移動させる移動手段をさらに備え、
前記平行移動量取得手段は、前記移動手段による前記撮影手段の平行移動量を取得する手段であることを特徴とする請求項２記載の撮影装置。
【請求項４】
前記複数の被写体のうちの少なくとも１つの被写体の被写体距離の入力を受け付ける入力手段をさらに備え、
前記距離算出手段は、前記取得した被写体距離に基づいて前記被写体距離が入力された被写体以外の他の被写体の絶対的な被写体距離を算出する手段であることを特徴とする請求項１記載の撮影装置。
【請求項５】
前記複数の被写体に光を照射し、該光の該被写体による反射光を前記撮影手段により検出し、前記光が出射されてから前記反射光が前記撮影手段により検出されるまでの時間に基づいて前記複数の被写体の被写体距離を算出する光学的距離算出手段と、
前記距離算出手段により算出された被写体距離に基づいて、前記反射光を検出する際の前記撮影手段の露出を設定する露出設定手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の撮影装置。
【請求項６】
撮影により画像を取得する撮影手段を備え、画角を平行移動させつつ撮影を行う撮影装置における撮影方法であって、
前記画角を平行移動させつつ複数回の撮影を行うことにより複数の前記画像を取得するよう前記撮影手段を制御し、
前記画像に含まれる複数の被写体を認識し、
前記複数の画像間における対応する前記被写体間の前記複数の画像内における変位量を算出し、
該変位量の大小関係に基づいて前記撮影手段から前記複数の被写体までの距離である被写体距離を算出することを特徴とする撮影方法。
【請求項７】
撮影により画像を取得する撮影手段を備え、画角を平行移動させつつ撮影を行う撮影装置における撮影方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記画角を平行移動させつつ複数回の撮影を行うことにより複数の前記画像を取得するよう前記撮影手段を制御する手順と、
前記画像に含まれる複数の被写体を認識する手順と、
前記複数の画像間における対応する前記被写体間の前記複数の画像内における変位量を算出する手順と、
該変位量の大小関係に基づいて前記撮影手段から前記複数の被写体までの距離である被写体距離を算出する手順とを有することを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影により画像を取得する撮影手段から被写体までの被写体距離を算出する機能を備えた撮影装置および方法並びに撮影方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被写体を撮影して画像を取得する撮影装置において、被写体に向けて出射した近赤外線等の測距光が被写体により反射して戻ってくるまでの時間を計測することにより、撮影装置から被写体までの距離を測定して、距離画像を作成することが行われている。このように光の反射を用いて被写体までの距離の測定（測距）を行う方式はＴＯＦ（Time Of Flight）方式と称されるが、ＴＯＦ方式を用いる場合には、被写体からの反射光が得られなければ測距を行うことができない。また、反射光が得られたとしても、光量が小さいとノイズの影響が大きくなることから、正確な測距を行うことができない。例えば、被写体が撮影装置から遠い位置にある場合には十分な光量の反射光が得られないため、正確に測距を行うことができない。
【０００３】
このような場合、反射光の検出期間を長くすれば、測距に必要な十分な光量の反射光を受光することができる。しかしながら、反射光の検出期間を長くすると、被写体が撮影装置に近い場合には、反射光を受光する光検出素子が飽和しやすくなる。光検出素子が飽和すると、反射光の受光光量と光検出素子の出力信号とが対応しなくなるため、正確に測距を行うことができなくなる。
【０００４】
このため、光検出素子が生成した信号電荷を集積する検出期間を複数設定し、設定した複数の検出期間から、光検出素子において許容される電荷量を超えない範囲で、検出される電荷量が最大となる検出期間を選択し、検出した期間を用いて測距を行うことにより、ノイズの影響をできるだけ少なくして被写体までの距離を算出する手法が提案されている（特許文献１参照）。また、特許文献１においては、反射光から電荷を生成する領域の面積を変化させることにより、反射光の検出感度を高めるようにしている。
【特許文献１】特開２００６−８４４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＴＯＦ方式により測距を行う場合、特許文献１のような手法を用いても、やはりノイズの影響は避けられない。このため、ノイズの影響を受けることなく測距を行う手法が望まれている。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、ＴＯＦ方式において測距を行う場合のように、ノイズの影響を受けることなく測距を行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による撮影装置は、撮影により画像を取得する撮影手段を備え、画角を平行移動させつつ撮影を行う撮影装置であって、
前記画角を平行移動させつつ複数回の撮影を行うことにより複数の前記画像を取得するよう前記撮影手段を制御する制御手段と、
前記画像に含まれる複数の被写体を認識し、前記複数の画像間における対応する前記被写体間の前記複数の画像内における変位量を算出し、該変位量の大小関係に基づいて前記撮影手段から前記複数の被写体までの距離である被写体距離を算出する距離算出手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
なお、本発明による撮影装置においては、前記撮影手段の平行移動量を取得する平行移動量取得手段をさらに備えるものとし、
前記距離算出手段を、前記撮影手段の平行移動量に基づいて前記複数の被写体の絶対的な被写体距離を算出する手段としてもよい。
【０００９】
また、本発明による撮影装置においては、前記撮影手段を平行移動させる移動手段をさらに備えるものとし、
前記平行移動量取得手段を、前記移動手段による前記撮影手段の平行移動量を取得する手段としてもよい。
【００１０】
また、本発明による撮影装置においては、前記複数の被写体のうちの少なくとも１つの被写体の被写体距離の入力を受け付ける入力手段をさらに備えるものとし、
前記距離算出手段を、前記取得した被写体距離に基づいて前記被写体距離が入力された被写体以外の他の被写体の絶対的な被写体距離を算出する手段としてもよい。
【００１１】
また、本発明による撮影装置においては、前記複数の被写体に光を照射し、該光の該被写体による反射光を前記撮影手段により検出し、前記光が出射されてから前記反射光が前記撮影手段により検出されるまでの時間に基づいて前記複数の被写体の被写体距離を算出する光学的距離算出手段と、
前記距離算出手段により算出された被写体距離に基づいて、前記反射光を検出する際の前記撮影手段の露出を設定する露出設定手段とをさらに備えるものとしてもよい。
【００１２】
ここで、「光学的距離算出手段」は、上記ＴＯＦ方式により測距を行う手段である。
【００１３】
「露出を設定する」とは、露出時間を設定するものであってもよく、複数の被写体に照射する光の光量を設定するものであってもよい。
【００１４】
本発明による撮影方法は、撮影により画像を取得する撮影手段を備え、画角を平行移動させつつ撮影を行う撮影装置における撮影方法であって、
前記画角を平行移動させつつ複数回の撮影を行うことにより複数の前記画像を取得するよう前記撮影手段を制御し、
前記画像に含まれる複数の被写体を認識し、
前記複数の画像間における対応する前記被写体間の前記複数の画像内における変位量を算出し、
該変位量の大小関係に基づいて前記撮影手段から前記複数の被写体までの距離である被写体距離を算出することを特徴とするものである。
【００１５】
なお、本発明による撮影方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、画角を平行移動させつつ複数回の撮影を行うことにより複数の画像が取得され、複数の画像に含まれる複数の被写体が認識される。そして、複数の画像間における対応する被写体間の複数の画像内における変位量が算出される。ここで、被写体までの距離が小さい場合と大きい場合とでは、画角が平行移動した際には、前者の変位量は後者の変位量と比較して大きくなる。このため、ＴＯＦ方式のように光を用いることなく、変位量の大小関係に基づいて被写体距離を算出することができ、その結果、ノイズの影響を受けることなく測距を行うことができる。
【００１７】
また、撮影手段の平行移動量を取得して複数の被写体の絶対的な被写体距離を算出することにより、複数の被写体までの絶対的な被写体距離を取得することができる。
【００１８】
また、撮影手段を平行移動させ、平行移動される撮影手段の平行移動量を取得することにより、撮影手段の正確な移動量を用いて、複数の被写体までの絶対的な被写体距離を算出することができる。
【００１９】
また、複数の被写体のうちの少なくとも１つの被写体の被写体距離の入力を受け付けることにより、これを用いて、他の被写体の絶対的な被写体距離を算出することができる。
【００２０】
また、被写体に光を照射し、光の該被写体による反射光を撮影手段により検出し、光が出射されてからその反射光が撮影手段により検出されるまでの時間に基づいて被写体距離を算出するに際し、変位量に基づいて算出した被写体距離に基づいて反射光を検出する際の撮影手段の露出を設定することにより、ＴＯＦ方式にて測距を行う際に、反射光にノイズが含まれる可能性が高い、撮影手段から離れた位置にある被写体について、反射光を検出可能なように撮影手段の露出を制御することができる。したがって、被写体距離が大きい場合であっても、ＴＯＦ方式を用いて正確に測距を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による撮影装置を適用したデジタルカメラの構成を示す概略ブロック図である。図１に示すデジタルカメラ１は、動作モードスイッチ、上下左右ボタン、レリーズボタンおよび電源スイッチ等の操作系１０と、これらのスイッチ類の操作内容をＣＰＵ４２に伝えるためのインターフェース部分である操作系制御部１２とを有している。
【００２２】
光学系としては、レンズ２１を有している。レンズ２１は、被写体にピントを合わせるためのフォーカスレンズ、ズーム機能を実現するためのズームレンズ等の複数の機能別レンズにより構成され、レンズ駆動部２２により各機能別レンズの位置が調整される。
【００２３】
また、絞り２３は絞り駆動部２４によって駆動される。この絞り駆動部２４は絞り径の調整を行う。
【００２４】
シャッタ２５はメカニカルシャッタであり、シャッタ駆動部２６によって駆動される。シャッタ駆動部２６は、レリーズボタンの押下により発生する信号に応じて、シャッタ２５の開閉の制御を行う。
【００２５】
光学系の後方には撮像素子２７を有している。撮像素子２７は、距離および画像の双方を検出可能な距離画像ＣＭＯＳセンサからなるものであり、多数の受光素子からなる画素を２次元的に配列した光電面を有しており、光学系を通過した被写体光がこの光電面に結像し、光電変換される。光電面の前方には、各画素に光を集光するためのマイクロレンズアレイと、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のフィルタが規則的に配列されたカラーフィルタアレイとが配置されている。撮像素子２７は、撮像素子制御部２８から供給される垂直転送クロックおよび水平転送クロックに同期して、画素毎に蓄積された電荷を１ラインずつシリアルなアナログ撮像信号として出力する。各画素において電荷を蓄積する時間、すなわち、露出時間は、撮像素子制御部２８により制御される。
【００２６】
ここで、画素毎の露出時間の制御は、電子シャッタスピードを画素毎に変化させることにより制御することができる。例えば、露出時間を短くしたいときはシャッタスピードを速くし、露出時間を長くしたいときはシャッタスピードを遅くすればよい。また、撮像素子２７は撮像素子制御部２８により、あらかじめ定められた大きさのアナログ撮像信号が得られるようにゲインが調整されている。
【００２７】
また、撮像素子２７は、後述するようにＴＯＦ方式にて測距を行う際には、発光部４１が出射した測距光の被写体による反射光を撮像して反射光の撮像信号を取得する。なお、撮像素子２７は、ＴＯＦ方式にて測距を行う際には、後述する露出設定部５３により画素毎に設定された露出時間となるように、撮像素子制御部２８により制御される。
【００２８】
なお、本実施形態においては、レンズ２１、絞り２３、シャッタ２５および撮像素子２７が撮像系２０を構成する。
【００２９】
被写体の撮影時において撮像素子２７から取り込まれたアナログ撮像信号は、アナログ信号処理部３０に入力される。アナログ信号処理部３０は、アナログ撮像信号のノイズを除去する相関２重サンプリング回路（ＣＤＳ）と、アナログ撮像信号のゲインを調節するオートゲインコントローラ（ＡＧＣ）と、アナログ撮像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ）とからなる。このデジタル信号に変換された画像データは、画素毎にＲ，Ｇ，Ｂの濃度値を持つＲＡＷ画像データである。なお、以降の説明において画像データおよび画像とは、ＴＯＦ方式により測距を行う際に取得される反射光の撮像信号から取得されるものではなく、被写体を撮影することにより取得されるものを表すこととする。
【００３０】
画像入力コントローラ３１は、アナログ信号処理部３０から入力されたＲＡＷ画像データをフレームメモリ３３に書き込む。
【００３１】
タイミングジェネレータ３２は、タイミング信号を発生させるものであり、このタイミング信号をシャッタ駆動部２６、撮像素子制御部２８、アナログ信号処理部３０に供給することにより、レリーズボタンの操作、シャッタ２５の開閉、撮像素子２７の電荷の取込み、およびアナログ信号処理部３０の処理の同期をとっている。
【００３２】
フレームメモリ３３は、画像データに対して後述の各種処理を行う際に使用する作業用メモリである。
【００３３】
メディア制御部３４は、記録メディア３５にアクセスして画像ファイルの書き込みと読み込みの制御を行う。
【００３４】
表示制御部３６は、撮影により取得した画像データの画像を液晶モニタ３７に表示させたり、記録メディア３５に保存されている画像データの画像を液晶モニタ３７に表示させたりするためのものである。
【００３５】
画像処理部３８は、画像データに対して、階調補正、シャープネス補正、色補正等の画質補正処理、ＲＡＷ画像データを輝度信号であるＹデータと、青色色差信号であるＣｂデータおよび赤色色差信号であるＣｒデータとからなるＹＣデータに変換するＹＣ処理を行う。
【００３６】
圧縮／伸長処理部３９は、画像処理部３８によって補正・変換処理が行われた画像の画像データに対して、例えば、ＪＰＥＧ等の圧縮形式で圧縮処理を行い、画像ファイルを生成する。また、圧縮／伸長処理部３９は、画像を再生する場合には、記録メディア３５から圧縮された画像ファイルを読み出して伸長処理を行う。伸長後の画像データは液晶モニタ３７に出力される。
【００３７】
内部メモリ４０は、デジタルカメラ１において設定される各種定数、およびＣＰＵ４２が実行するプログラム等を格納する。
【００３８】
発光部４１は、ＴＯＦ方式にて測距を行う際に、ＣＰＵ４２により制御されて、波長域が８５０ｎｍ程度の近赤外線からなる測距光を被写体に向けて出射する。被写体に向けて出射された測距光は被写体により反射して撮像素子２７により検出される。なお、発光部４１は、多数のＬＥＤを面状に配列したり、半導体レーザとレンズとの組み合わせにより構成することができる。
【００３９】
ＣＰＵ４２は、操作系１０および各種処理部からの信号に応じてデジタルカメラ１の本体各部を制御する。また、ＡＦ処理によりフォーカス位置を調整するよう撮像系２０を制御する。また、ＡＥ処理により適切な露出が得られるように撮像系２０を制御する。また、ＣＰＵ４２は、測距を行う際にレリーズボタンが押下されるまで、所定時間間隔にて連続して撮影を行うように撮像系２０を制御する。
【００４０】
ここで、第１の実施形態においては、被写体の測距を行うために、撮影者がデジタルカメラ１を平行移動しながら撮影を行う。平行移動量取得部５０は、デジタルカメラ１の平行移動量を取得する。ここで、平行移動量取得部５０は加速度センサを備えており、加速度センサによりデジタルカメラ１の平行移動量を検出してデジタルカメラ１の平行移動量を取得する。なお、平行移動量の取得は加速度センサを用いるものに限定されるものではなく、例えば、デジタルカメラ１の底面にイメージセンサを設けて所定時間間隔にて複数の画像を順次取得し、複数の画像間において共通する被写体の画像上における移動量を、デジタルカメラ１の平行移動量として算出することにより取得するものであってもよい。また、デジタルカメラ１にＧＰＳ測定装置を設けることによりデジタルカメラ１の平行移動量を取得するものであってもよい。また、撮影者が操作系１０から入力した平行移動量を取得するものであってもよい。
【００４１】
距離算出部５１は、撮像系２０が取得した複数の画像に含まれる被写体を認識し、複数の画像間における被写体の変位量から被写体距離を算出する。まず、変位量の算出について説明する。距離算出部５１は、撮影により取得した画像からエッジを検出し、検出したエッジにより囲まれる領域を１つの被写体として認識する。図２は被写体の認識を説明するための図であり、図２（ａ）はエッジ検出前の画像、図２（ｂ）はエッジ検出後の画像を示す。図２に示すように、エッジ検出により、後方にある２本の木、その前にある２台の車および最前にある人物がそれぞれ１つの被写体Ｈ１〜Ｈ５として認識される。
【００４２】
また、距離算出部５１は、所定時間間隔にて取得された２つの画像間において、被写体Ｈ１〜Ｈ５同士を対応づける。具体的には、被写体Ｈ１〜Ｈ５内の同一部分の画素同士を対応づける。そして、対応づけた被写体間の変位量を算出する。ここで、デジタルカメラ１が平行移動した場合、被写体までの距離が小さい場合と大きい場合とでは、前者の変位量は後者の変位量と比較して大きくなる。図３および図４は変位量の違いを説明するための図である。図３に示すように２つの同一の被写体Ｈ１１，Ｈ１２がデジタルカメラ１の画角内に存在する場合において、デジタルカメラ１が位置Ｐ１から位置Ｐ２に平行移動すると、デジタルカメラ１の画角は実線に示すものから破線に示すものに平行移動する。
【００４３】
ここで、図４に示すように、デジタルカメラ１が位置Ｐ１にあるときに取得された画像Ｇ１１と、位置Ｐ２にあるときに取得された画像Ｇ１２とを比較する。デジタルカメラ１の画角内において、被写体Ｈ１１は被写体Ｈ１２よりもデジタルカメラ１の近くにあるため、撮影により取得された２つの画像Ｇ１１、Ｇ１２間においては、被写体Ｈ１２上の画素の移動量Ｖ１２は、被写体Ｈ１１上の画素の移動量Ｖ１１よりも大きいものとなる。
【００４４】
したがって、移動前後の画像Ｇ１１，Ｇ１２上における被写体Ｈ１１および被写体Ｈ１２の移動量Ｖ１１，Ｖ１２を、被写体Ｈ１１，Ｈ１２のデジタルカメラ１からの相対的な距離である被写体距離Ｌｒとして算出することができる。例えば、図５に示すようにデジタルカメラ１の移動前後の画像Ｇ１，Ｇ２においては、２本の木Ｈ１，Ｈ２、２台の自動車Ｈ３，Ｈ４および人物Ｈ５の被写体距離Ｌｒは、Ｈ５＜Ｈ４＜Ｈ３＜Ｈ１，Ｈ２となるため、被写体Ｈ１〜Ｈ５の移動量Ｖ１〜Ｖ５の関係は、Ｖ５＞Ｖ４＞Ｖ３＞Ｖ１，Ｖ２となる。したがって、２本の木Ｈ１，Ｈ２、２台の自動車Ｈ３，Ｈ４および人物Ｈ５のデジタルカメラ１からの相対的な被写体距離Ｌｒ１〜Ｌｒ５は、Ｌｒ５＞Ｌｒ４＞Ｌｒ３＞Ｌｒ１，Ｌｒ２となる。
【００４５】
一方、本実施形態においては、平行移動量取得部５０によりデジタルカメラ１の平行移動量が取得されている。したがって、デジタルカメラ１の平行移動量から画角内の被写体の絶対的な被写体距離Ｌａを算出することができる。以下、絶対的な被写体距離Ｌａの算出について説明する。
【００４６】
図６は絶対的な被写体距離の算出を説明するための図である。図６において、ｄは焦点距離、ｂ１はデジタルカメラ１の移動前における撮像素子２７の光電面ＧＳ１上における撮像素子２７の中心から被写体Ｈまでの距離、ｂ２はデジタルカメラ１の移動後における撮像素子２７の光電面ＧＳ２上における撮像素子２７の中心から被写体Ｈまでの距離、ｃ＝ｃ１＋ｃ２はデジタルカメラ１の平行移動量である。したがって、デジタルカメラ１の移動前後における被写体Ｈの変位量はｂ１＋ｂ２となる。
【００４７】
ここで、移動前のデジタルカメラ１における撮像素子２７と被写体Ｈとを結ぶ線分Ｌ０上において、レンズ２１から被写体Ｈまでの距離をｘ、撮像素子２７からレンズ２１までの距離をｙ、線分Ｌ０が撮像素子２７の光電面となす角度をθとすると、絶対的な被写体距離Ｌａは下記の式（１）により表される。
【００４８】
Ｌａ＝ｘ・ｓｉｎθ      （１）
ここで、ｘ：ｙ＝ｃ：ｂ１＋ｂ２であるため、ｘ＝ｃ・ｙ／（ｂ１＋ｂ２）となる。また、ｙ＝√（ｂ１２＋ｄ２）、θ＝ａｒｃｔａｎ（ｄ／ｂ１）である。したがって、絶対的な被写体距離Ｌａは下記の式（２）により算出することができる。
【００４９】
Ｌａ＝ｃ・√（ｂ１２＋ｄ２）・ａｒｃｔａｎ（ｄ／ｂ１）／（ｂ１＋ｂ２）  （２）
距離算出部５１は、連続して撮影される２枚の画像間における被写体の変位量および上記式（２）に基づいて、絶対的な被写体距離Ｌａを移動前の画像における画素毎に算出する。これにより、図７に示すように、被写体距離Ｌａに応じて被写体の色を変更した距離画像Ｌｇ０を生成することができる。なお、図７においてはハッチングが密であるほど被写体距離Ｌａが大きいことを表している。
【００５０】
ここで、距離算出部５１は、算出した被写体距離Ｌａをデジタルカメラ１の移動前に取得した画像の各画素と対応づけてフレームメモリ３３に一時的に記憶する。ここで、本実施形態においては、所定時間間隔にて撮影が行われるため、撮影が行われて新たな画像が取得される毎に、距離算出部５１が被写体距離Ｌａを算出し、新たに算出した被写体距離Ｌａをフレームメモリ３３に上書きする。
【００５１】
光学的距離算出部５２は、レリーズボタンが押下されると、発光部４１が被写体に向けて測距光を出射してから、撮像素子２７の各画素が測距光の被写体による反射光を検出するまでの時間を測定して、光学的な被写体距離Ｌｏを算出する。例えば上記特許文献１に記載されたように、発光部４１から出射される光の強度が一定周期で周期的に変化するように強度変調し、強度変調した光の反射光を撮像素子２７が受光することにより得られるアナログ撮像信号から、測距光に対する反射光の位相差を検出し、検出した位相差を用いて測距光が出射されてから測距光の反射光が検出されるまでの時間を算出し、算出した時間と光速とから光学的な被写体距離Ｌｏを算出する。
【００５２】
なお、算出した被写体距離Ｌｏは、撮像素子２７の各画素と対応づけられて、距離画像として記録メディア３５に記録される。
【００５３】
露出設定部５３は、ＴＯＦ方式による測距を行う際に、距離算出部５１が算出した絶対的な被写体距離Ｌａに基づいて、撮像素子２７の各画素における露出時間を設定する。具体的には、撮像素子２７の光電面上の各画素において、被写体距離Ｌａが大きい被写体に対応する画素ほどシャッタスピードを遅くすることにより露出時間を長くして、より多くの電荷が検出されるように露出時間を設定する。なお、設定した露出時間は撮像素子制御部２８に出力され、露出設定部５３が設定した露出時間に基づいて撮像素子制御部２８が撮像素子２７の露出時間を制御する。これにより、反射光の強度が弱くなる、被写体距離Ｌａが大きい被写体についても、十分な光量に相当する電荷を検出することができる。
【００５４】
一方、被写体距離Ｌａが小さい被写体に対応する画素については、シャッタスピードを速くして露出時間を短くすることにより、飽和しないように電荷を検出する。
【００５５】
なお、距離算出部５１が被写体距離Ｌａを算出する際に使用する画像の輝度を算出することにより、反射率が低い被写体（例えば暗い被写体）をあらかじめ求めておき、反射率が低い被写体に対応する撮像素子２７の画素について露出時間を長くしてより多くの電荷が検出されるようにしてもよい。これにより、反射光の強度が弱くなる暗い被写体についても、正確に反射光を検出して測距を行うことができる。
【００５６】
次いで、第１の実施形態において行われる処理について説明する。図８は第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。操作系１０から撮影の指示が入力されることによりＣＰＵ４２が処理を開始し、撮像系２０により所定時間間隔にて撮影を行う（ステップＳＴ１）。次いで、距離算出部５１が撮影時間が隣接する２枚の画像の被写体を認識し（ステップＳＴ２）、２枚の画像における被写体を対応づけ（ステップＳＴ３）、対応づけた被写体間の変位量を算出する（ステップＳＴ４）。
【００５７】
一方、平行移動量取得部５０はデジタルカメラ１の平行移動量を取得し（ステップＳＴ５）、距離算出部５１は、デジタルカメラ１の平行移動量と算出した変位量とから上記式（２）に基づいて、絶対的な被写体距離Ｌａを算出し（ステップＳＴ６）、被写体距離Ｌａを撮像素子２７の各画素と対応づけて内部メモリ４０に一時的に記憶する（ステップＳＴ７）。なお、すでに被写体距離Ｌａが内部メモリ４０に記憶されている場合には、新たな被写体距離Ｌａを上書きする。
【００５８】
続いて、ＣＰＵ４２はレリーズボタンが押下されたか否かを判定し（ステップＳＴ８）、ステップＳＴ８が否定されるとステップＳＴ１に戻り、ステップＳＴ１以降の処理を繰り返す。ステップＳＴ８が肯定されると、露出設定部５３が内部メモリ４０に記憶された被写体距離Ｌａを画素毎に読み出し（ステップＳＴ９）、被写体距離Ｌａに基づいて撮像素子２７における画素毎に露出時間を設定する（ステップＳＴ１０）。そして、撮像素子２７の全画素の露出時間を設定したか否かを判定し（ステップＳＴ１１）、ステップＳＴ１１が否定されるとステップＳＴ９に戻り、ステップＳＴ９以降の処理を繰り返す。ステップＳＴ１１が肯定されると、光学的距離算出部５２が発光部４１から測距光を出射してＴＯＦ方式による測距を行い（ステップＳＴ１２）、光学的な被写体距離Ｌｏを取得し（ステップＳＴ１３）、処理を終了する。なお、取得された被写体距離Ｌｏは、各画素と対応づけられて距離画像として記録メディア３５に記録される。
【００５９】
このように、第１の実施形態においては、ＴＯＦ方式のように光を用いることなく、デジタルカメラ１を平行移動させ、平行移動されるデジタルカメラ１の平行移動量と、所定時間間隔にて撮影される画像に含まれる対応する被写体の変位量とに基づいて被写体距離Ｌａを算出するようにしたため、ノイズの影響を受けることなく測距を行うことができる。
【００６０】
また、ＴＯＦ方式にて測距を行う際に、算出した被写体距離Ｌａを用いて、反射光にノイズが含まれる可能性が高い、撮像系２０から離れた位置にある被写体についても、反射光を検出可能なように撮像素子２７の各画素の露出時間を制御するようにしたため、被写体距離が大きい場合であっても、ＴＯＦ方式を用いて正確に測距を行うことができる。
【００６１】
なお、上記第１の実施形態においては、平行移動量取得部５０がデジタルカメラ１の移動量を取得して絶対的な被写体距離Ｌａを算出しているが、撮影画角内に含まれる少なくとも１つの被写体の被写体距離を操作系１０から入力することによっても、撮影画角内に含まれるすべての被写体の絶対的な被写体距離Ｌａを算出することができる。以下、この手法による被写体距離Ｌａの算出について説明する。
【００６２】
まず、距離算出部５１により相対的な被写体距離Ｌｒを算出した後に、相対的な被写体距離Ｌｒを用いた距離画像を生成して液晶モニタ３７に表示する。図９は液晶モニタ３７に表示された距離画像を示す図である。図９に示すように距離画像Ｌｇ１においては、操作系１０の操作により、距離算出部５１が認識した被写体を選択することが可能となっている。例えば、上下左右ボタンを押下して輪郭を強調する被写体Ｈ１〜Ｈ５を変更することにより、被写体を選択可能となっている。ここで、図９においては被写体Ｈ５が選択された状態を示している。なお、液晶モニタ３７にタッチパネルを設け、撮影者が直接またはタッチペンを用いてタッチパネルに触れることにより、被写体を選択するようにしてもよい。
【００６３】
このように被写体を選択した状態において、撮影者が自ら測定したデジタルカメラ１から被写体までの距離を操作系１０を用いて入力する。具体的には、操作系１０の操作により、図１０に示すように距離入力ウィンドウ６０を液晶モニタ３７に表示し、ここに操作系１０を用いて数値を入力することにより、選択した被写体までの距離を入力する。
【００６４】
そして、距離算出部５１は入力された距離を用いて、すべての被写体の絶対的な被写体距離Ｌａを算出する。ここで、上述したように被写体の絶対的な被写体距離Ｌａは式（１）、（２）により算出することができるため、入力した被写体の絶対的な被写体距離をＬａ２、算出したい被写体距離をＬａ３とすると、Ｌａ２，Ｌａ３は下記の式（３）、（４）に示す関係を有する。
【００６５】
Ｌａ２＝ｃ・ｙ２・ｓｉｎθ２／（ｂ２１＋ｂ２２）  （３）
Ｌａ３＝ｃ・ｙ３・ｓｉｎθ３／（ｂ３１＋ｂ３２）  （４）
式（３）、（４）の両辺同士を除算すると、
Ｌａ２／Ｌａ３＝ｙ２・ｓｉｎθ２・（ｂ３１＋ｂ３２）／
（ｙ３・ｓｉｎθ３・（ｂ２１＋ｂ２２））      （５）
となる。ｙ２，ｙ３，θ２、θ３、ｂ２１，ｂ２２，ｂ３１，ｂ２２は既知であるため、Ｌａ２が分かればＬａ３を算出することができる。これにより、少なくとも１つの被写体についての絶対的な被写体距離が分かれば、他のすべての被写体の絶対的な被写体距離Ｌａを算出することができる。したがって、第１の実施形態においては、このようにして被写体距離Ｌａを算出するようにしてもよい。なお、この場合、平行移動量取得部５０は不要となる。
【００６６】
次いで、本発明の第２の実施形態について説明する。図１１は本発明の第２の実施形態による撮影装置を適用したデジタルカメラの構成を示す概略ブロック図である。なお、第２の実施形態において第１の実施形態と同一の構成については同一の参照番号を付与し、詳細な説明は省略する。第２の実施形態によるデジタルカメラ１Ａは、デジタルカメラ１自体を平行移動させる移動部５５を備え、移動部５５により駆動されるデジタルカメラ１Ａの平行移動量を平行移動量取得部５０において取得するようにした点が第１の実施形態と異なる。
【００６７】
図１２は移動部５５の具体的な構成を示す図である。図１２に示すように、移動部５５は十分な幅を有する２輪のタイヤ７１と、タイヤを駆動する不図示のモータとを備える。そしてモータを駆動することによりタイヤ７１を回転させて、例えば図１２における矢印Ａ方向にデジタルカメラ１Ａを平行移動させる。なお、タイヤ７１は４輪であってもよい。
【００６８】
ここで、第２の実施形態においては、平行移動量取得部５０により上記第１の実施形態と同様にデジタルカメラ１Ａの平行移動量を取得してもよいが、例えばモータの回転数を検出し、タイヤ７１の半径とモータの回転数とからデジタルカメラ１Ａの平行移動量を算出するようにしてもよい。この場合、加速度センサ、ＧＰＳ装置および２次元センサ等のセンサが不要となる。
【００６９】
このように第２の実施形態においては、移動部５５によりデジタルカメラ１Ａを平行移動するようにしたため、撮影者が移動しながら撮影を行わなくてもよくなり、その結果、撮影者の負担を軽減することができる。
【００７０】
なお、上述したようにタイヤ７１によりデジタルカメラ１Ａを移動する場合、モータを使用することなく、手動でタイヤ７１を転がしながらデジタルカメラ１Ａを移動してもよい。この場合、デジタルカメラ１Ａが１０ｃｍ移動する毎にビープ音を発する等してデジタルカメラ１Ａの移動量を撮影者に知らせるようにしてもよい。
【００７１】
また、移動部５５を、図１３に示すように撮像系２０のみをエンドレスベルト７２に取り付け、不図示のモータにより駆動される一対のローラ７３Ａ，７３Ｂによりエンドレスベルト７２を矢印Ｂ方向に回転駆動して撮像系２０のみを矢印Ｃ方向に移動させるものとしてもよい。
【００７２】
また、図１４に示すように、複数（ここでは３つ）のミラー７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃをモータ７６の駆動により回動自在に設け、撮像系２０の光軸Ｘ上に位置するミラーを切り替えることにより、実質的に撮像系２０を移動させつつ撮影した場合と同様に複数の画像を取得することができる。例えば、図１４に示すようにミラー７５Ａを光軸Ｘ上に位置させて撮影を行った後に、ミラー７５Ｂ、ミラー７５Ｃの順に光軸Ｘ上に位置するミラーを切り替えることにより、実質的にデジタルカメラ１Ａを矢印Ｄ方向に移動させた場合と同様に複数の画像を取得することができる。この場合、ミラー７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃを撮像系２０の光軸Ｘ上に位置させたときに撮影が行われて画像が取得される。なお、デジタルカメラ１Ａの平行移動量は、各ミラー７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃの間隔を用いることとなる。
【００７３】
なお、上記第１および第２の実施形態においては、露出設定部５３が撮像素子２７の各画素の露出時間を設定しているが、露出時間を変更することなく、被写体距離Ｌａが大きい被写体の反射光が撮像素子２７に検出されるように、発光部４１の発光量を増加させるようにしてもよい。
【００７４】
また、上記第１および第２の実施形態においては、発光部４１、光学的距離算出部５２および露出設定部５３を用いてＴＯＦ方式による測距を行っているが、図１５に示す第３の実施形態によるデジタルカメラ１Ｂに示すように、発光部４１、光学的距離算出部５２および露出設定部５３を省略し、距離算出部５１が算出した被写体距離Ｌａを用いて距離画像を生成する機能のみを有するものとしてもよい。
【００７５】
また、平行移動量取得部５０を設けることなく、距離算出部５１により相対的な被写体距離Ｌｒのみを算出するようにしてもよい。
【００７６】
以上、本発明の実施形態に係るデジタルカメラについて説明したが、コンピュータを、上記の距離算出部５１、光学的距離算出部５２および露出設定部５３に対応する手段として機能させ、図８に示すような処理を行わせるプログラムも本発明の実施形態の１つである。また、そのようなプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体も、本発明の実施形態の１つである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態による撮影装置を適用したデジタルカメラの構成を示す概略ブロック図
【図２】被写体の認識を説明するための図
【図３】変位量の違いを説明するための図（その１）
【図４】変位量の違いを説明するための図（その２）
【図５】デジタルカメラの移動前後の画像を示す図
【図６】絶対的な被写体距離の算出を説明するための図
【図７】距離画像を示す図
【図８】第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャート
【図９】液晶モニタに表示された距離画像を示す図
【図１０】距離入力ウィンドウが表示された状態を示す図
【図１１】本発明の第２の実施形態による撮影装置を適用したデジタルカメラの構成を示す概略ブロック図
【図１２】移動部の構成を示す図
【図１３】移動部の他の構成を示す図
【図１４】実質的に撮像系を移動させつつ撮影するデジタルカメラの構成を示す図
【図１５】本発明の第３の実施形態による撮影装置を適用したデジタルカメラの構成を示す概略ブロック図
【符号の説明】
【００７８】
１，１Ａ，１Ｂ    デジタルカメラ
１０    操作系
２０    撮像系
２１    レンズ
２３    絞り
２５    シャッタ
２７    撮像素子
３８    画像処理部
４０    内部メモリ
４１    発光部
４２    ＣＰＵ
５０    平行移動量取得部
５１    距離算出部
５２    光学的距離算出部
５３    露出設定部
５５    移動部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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