(57)【要約】【課題】ＡＦ制御において、合焦状態となるまでの時間短縮が求められている。【解決手段】ＡＦ処理部は、ＨＰＦから得られる信号をもとにコントラスト評価値を算出し（Ｓ１０）、モードに変化が無く前回合焦状態であるなら（Ｓ１２のＹ）、ＡＦ処理部は、コントラスト評価値が減少したか否かを判定する（Ｓ１４）。コントラスト評価値が減少した場合（Ｓ１４のＹ）、ＡＦ処理部は検出対象色の検出量を取得し（Ｓ１６）、検出対象色が増加したか否かを判定する（Ｓ１８）。検出対象色が増加している場合（Ｓ１８のＹ）、ＡＦ処理部は、フォーカスレンズの移動方向を至近方向と決定する（Ｓ２０）。検出対象色が減少している場合（Ｓ１８のＮ）、ＡＦ処理部は、フォーカスレンズの移動方向を無限遠方向と決定する（Ｓ２２）。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像ブロックと、自動焦点機構を含む機構ブロックと、前記撮像ブロックおよび機構ブロックを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
被写体の特徴量を検出する検出手段と、
検出された特徴量の増減に応じて焦点位置の探索方向を推定する推定手段と、
を含むことを特徴とするカメラ。
【請求項２】
前記制御部は合焦判定手段を備え、合焦の状態から非合焦の状態への移行が認められたとき、前記検出手段と推定手段による処理が起動されることを特徴とする請求項１に記載のカメラ。
【請求項３】
前記制御部は、前記被写体を追跡する手段を備え、前記検出手段は、追跡された被写体について特徴量を検出することを特徴とする請求項１または２に記載のカメラ。
【請求項４】
前記特徴量は前記被写体が有する特定色の領域面積であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のカメラ。
【請求項５】
前記特定色を指定する手段を更に含むことを特徴とする請求項４に記載のカメラ。
【請求項６】
合焦判定をするステップと、
合焦状態から非合焦状態への移行が認められたとき、所定の被写体の特徴量を検出するステップと、
検出された特徴量の増減に応じて焦点位置の探索方向を推定するステップと、
を含むことを特徴とする焦点調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焦点調整技術に関し、特にカメラに用いられる焦点調整技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銀塩フィルムカメラ、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等のカメラにおいては、焦点や露出を自動的に調整する技術が実現され、市販の多くのカメラに搭載されている。
【０００３】
カメラにおける自動焦点調整（以下、単に「ＡＦ」と略す）制御の手法として、撮像信号に含まれる高周波成分を抽出してコントラスト評価値を算出し、高コントラストが得られた際のレンズ位置に撮像レンズを制御することにより焦点調整を行う、いわゆる「山登り制御」がある。
【０００４】
この山登り制御を行うカメラは、焦点がずれると、フォーカス位置を前後に移動させ、再度、高コントラストが得られる位置を焦点位置として検出している。
【０００５】
焦点位置の検出精度を低下させる原因の一つに、ノイズやフリッカーによる焦点信号の変動があり、その焦点信号の変動の影響を取り除く技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−３１６４０１号公報（全文）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この特許文献１において提案されている技術は、焦点信号の増加減少判定と合焦判定とを、焦点信号の変動成分を含む閾値との比較において行う構成とすることで、ノイズやフリッカーによって生じる焦点信号の変動の影響を抑制し、合焦判定の精度の低下を抑制している。
【０００８】
ところで、同文献において提案されている技術では、上述の通り、ノイズなどの影響により合焦精度が低下することに関しては対策がなされているが、被写体が移動することで焦点がずれた際に再度焦点を合わせるための制御に関しては考慮されていない。
【０００９】
山登り制御を行うカメラにおいて、上述の通り、焦点がずれると、フォーカス位置を前後に移動させ、再度、高コントラストが得られる位置を焦点位置として検出している。撮影タイミングを逃さないためにも、焦点位置の検出は速やかになされることが望まれる。
【００１０】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、カメラの焦点調整速度を向上させる技術を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様はカメラに関する。このカメラは、撮像ブロックと、自動焦点機構を含む機構ブロックと、撮像ブロックおよび機構ブロックを制御する制御部とを備え、制御部は、被写体の特徴量を検出する検出手段と、検出された特徴量の増減に応じて焦点位置の探索方向を推定する推定手段と、を含む。例えば、被写体が近づいた際に、特徴量が増えるのであれば、焦点位置を近づける方向を探索方向として推定し、その推定に基づいて自動焦点機構が制御されればよい。
【００１２】
制御部は合焦判定手段を備え、合焦の状態から非合焦の状態への移行が認められたとき、検出手段と推定手段による処理が起動されてもよい。制御部は、被写体を追跡する手段を備え、検出手段は、追跡された被写体について特徴量を検出してもよい。特徴量は被写体が有する特定色の領域面積であってもよい。また、特定色を指定する手段を更に含んでもよい。
【００１３】
本発明の別の態様は焦点調整方法に関する。この焦点調整方法は、合焦判定をするステップと、合焦状態から非合焦状態への移行が認められたとき、所定の被写体の特徴量を検出するステップと、検出された特徴量の増減に応じて焦点位置の探索方向を推定するステップと、を含む。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施の形態では、山登り制御によりＡＦ制御を行うデジタルスチルカメラ（以下、単に「カメラ」と略す）に関して説明する。図１は、山登り制御において合焦位置を求める際に利用する山登り曲線である。横軸はフォーカス位置Ｘを示し、縦軸はコントラスト評価値Ｖを示している。上述の通り、山登り制御では、撮像信号に含まれる高周波成分を抽出してコントラスト評価値Ｖを算出し、最も高いコントラスト評価値Ｖが得られた際のフォーカス位置Ｘにフォーカスレンズを制御することで、合焦位置を制御している。
【００１５】
本図では、フォーカス位置Ｘ１において最も高いコントラスト評価値Ｖａとなっており、このフォーカス位置Ｘ１が合焦位置となる。ところで、本図に示されるように、フォーカス位置Ｘが、合焦位置であるフォーカス位置Ｘ１から近い側、または遠い側いずれの方向に移動しても、コントラスト評価値Ｖが低くなる。一般に、この山登り制御では、コントラスト評価値Ｖが低下した場合、焦点がずれたと判断され、ＡＦ動作が開始する。
【００１６】
ところで、例えば、コントラスト評価値ＶがＶｂとなった場合、本図に示すように、フォーカス位置ＸとしてＸ２とＸ３の２点があり、被写体が近い側、遠い側のいずれの方向に移動したかの判断がつかない。従って、ＡＦ動作としては、一旦、いずれかの方向に移動し、その移動によってコントラスト評価値Ｖが高くなったか否かを確認する。コントラスト評価値Ｖが更に低くなっていれば、誤った方向にフォーカス位置Ｘを制御したと判断し、もう一方の方向へフォーカス位置Ｘを制御し直している。理論的には、正しい方向にフォーカス位置Ｘを制御できる確率は、５０％である。
【００１７】
そこで本実施の形態では、フォーカス位置の制御すべき方向を推定し、正しい方向にフォーカス位置を制御する確率を向上させるＡＦ制御技術を提案する。
【００１８】
図２は、本実施の形態に係るＡＦ制御機能を有するカメラ９０の構成を示す。レンズモジュール１０は、ズームレンズ１２と、フォーカスレンズ１４と、絞り１６とを備える。
【００１９】
撮像素子１８は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等であり、レンズモジュール１０によって結像された被写体の光像を赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの３成分の画像信号に光電変換し、ＣＤＳ回路２０へ出力する。ＣＤＳ回路２０は、相関二重サンプリング回路であり、画像信号のノイズ低減処理を行う。
【００２０】
ＡＧＣ回路２２は、ＣＤＳ回路２０でノイズ低減された画像信号のゲインを調整することで、画像信号のレベル調整を行う。このＡＧＣ回路２２までは、画像信号はアナログである。
【００２１】
ＡＤ変換回路２４は、ＡＧＣ回路２２から出力されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換し、信号処理部２６に出力する。信号処理部２６は、ＲＧＢの画像信号を、輝度信号Ｙ（単に、「輝度Ｙ」ともいう）と、二つの色差信号ＣｂおよびＣｒ（以下、「色差信号Ｃｂ」を単に「色差Ｃｂ」ともいい、同様に、「色差信号Ｃｒ」を単に「色差Ｃｒ」ともいう）に変換し、それぞれ第１、第２、第３の信号線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を介して画像記録部４２に出力する。画像記録部４２は、操作部４０に含まれるシャッターが押下された際に、それらの信号を、所定のフォーマットに変換し、画像記録部４２が備える所定の記憶領域に保持する。なお、輝度信号Ｙの信号は、更にＨＰＦ２８に伝達され、また、二つの色差信号ＣｂおよびＣｒは、更に色検出部３０および色設定部３８に伝達される。
【００２２】
ＨＰＦ２８は、画像のコントラストを山登り制御で用いるコントラスト評価値として算出するために、輝度信号Ｙから高周波成分を抽出し、ＡＦ処理部３２に出力する。
【００２３】
色検出部３０は、二つの色差信号ＣｂおよびＣｒをもとに、ＡＦウインドウ内において、特徴色または操作部４０で設定される色設定色を検出し、ＡＦ処理部３２に出力する。特徴色は、予め設定されている色であり、被写体の色として、多く見られる、例えば、「肌色」等がある。操作部４０は、検出すべき色を、ユーザの指定を受けてキー入力等により設定する。ここで設定された色が色設定色である。
【００２４】
色設定部３８は、操作部４０において指定された色を色差Ｃｂ及びＣｒの２次元座標として設定し、ＡＦ処理部３２に出力する。図３が、指定された色設定色を色差Ｃｂ及びＣｒの２次元座標で示している。色差Ｃｂに関して、Ｃｂ＿ｍｉｎとＣｂ＿ｍａｘ、色差Ｃｒに関して、Ｃｒ＿ｍｉｎとＣｒ＿ｍａｘで囲まれた領域が、ＡＦ処理部３２の処理において用いられる色情報となる。なお、この色設定部３８による色の設定は、撮影に先立ち行われ必要があり、ユーザによる指定がない場合は、特徴色が検出すべき色として設定される。以下、この検出すべき色を、単に「検出対象色」ともいう。
【００２５】
図２に戻り、ＡＦ処理部３２は、フォーカスレンズ制御部３４に指示し、フォーカスレンズ駆動モータ３６を駆動させることでフォーカスレンズ１４を移動させながら、画像のコントラスト評価値を取得し、至近位置から無限遠位置で、コントラスト評価値が最も高い位置を合焦位置として算出する。また、ＡＦ処理部３２は、検出対象色をもとに、フォーカスレンズ１４を移動させる方向を決定する。なお、この移動方向を決定する処理は後述する。また、ＡＦ処理部３２は、一旦、合焦状態となった被写体を検出対象色に基づいて追尾する。なお追尾の対象は、例えば、操作部４０により、ユーザから指定されてもよい。例えば、カメラ９０が比較的大きな表示画面を備える場合、ユーザが表示画面に映る被写体を指などで指定することが想定でき、これは既知の技術で実現できる。
【００２６】
図４は、検出対象色の増減を利用してフォーカスレンズ１４の移動方向を推定する処理を含むＡＦ処理のフローチャートである。この処理は、ＡＦ処理が行われている期間、継続して起動している処理であり、例えば、シャッターが半押しされたときに起動する。
【００２７】
ＡＦ処理部３２は、ＨＰＦ２８から得られる輝度信号Ｙをもとにコントラスト評価値を取得し（Ｓ１０）、モードに変化が無く、かつ、前回合焦状態であったか否かを判定する（Ｓ１２）。ここで「モード」とは、例えば、「ＡＦモード」や、カメラ９０の動作に関するモードである。ＡＦモードは、ＡＦの設定、より具体的には、「ＡＦウインドウの設定」や、「検出対象色の設定」などである。これらの設定に変更があった場合、ＡＦ処理部３２は、後述の処理でコントラスト評価値の減少を判定できない。カメラ９０の「動作に関するモード」として、「記録モード」、「再生モード」、「ＰＣとの接続モード」などがある。記録モード以外のモードから記録モードに遷移した場合、遷移後の最初のＡＦでは、比較するデータが無い。この場合も、ＡＦ処理部３２は、コントラスト評価値の減少を判定できない。このような理由により、モードが変化したか否かの判定が必要となる。モードに変化が無く前回合焦状態であるなら（Ｓ１２のＹ）、ＡＦ処理部３２は、コントラスト評価値が減少したか否かを判定する（Ｓ１４）。
【００２８】
コントラスト評価値が減少していない場合（Ｓ１４のＮ）、Ｓ１０のステップに戻る。また、Ｓ１２のステップで、モードに変化がある場合や、前回合焦状態でないなら（Ｓ１２のＮ）、移動方向の推定は不可能として、後述するＳ２４のステップにスキップする。
【００２９】
コントラスト評価値が減少した場合（Ｓ１４のＹ）、ＡＦ処理部３２は検出対象色の検出量を取得し（Ｓ１６）、検出対象色が増加したか否かを判定する（Ｓ１８）。検出対象色が増加している場合（Ｓ１８のＹ）、ＡＦ処理部３２は、フォーカスレンズ１４の移動方向を至近方向と決定する（Ｓ２０）。検出対象色が減少している場合（Ｓ１８のＮ）、ＡＦ処理部３２は、フォーカスレンズ１４の移動方向を無限遠方向と決定する（Ｓ２２）。
【００３０】
続いて、Ｓ２０またはＳ２２のステップで決定された移動方向の通知を受けて、ＡＦ処理部３２は、ＡＦ動作として、その方向にフォーカスレンズ１４を移動開始させて所定のタイミングで画像を複数枚取得する（Ｓ２４）。このとき、ＡＦ処理部３２は、ＡＦ動作として、フォーカスレンズ１４の移動量に検出対象色の検出量を反映させてもよい。なお、ＡＦ処理部３２は、移動方向が誤りであると判断した場合、直ちに移動方向を反転させる。また、Ｓ１２のステップで、モードに変化がある場合や、前回合焦状態でない場合（Ｓ１２のＮ）、ＡＦ処理部３２は、ＡＦ動作として、予め設定されている方向にフォーカスレンズ１４を移動開始させて所定のタイミングで画像を複数枚取得する（Ｓ２４）。
【００３１】
続いて、ＡＦ処理部３２は、取得した画像をもとに、それぞれの画像に対し、コントラスト評価値を取得し、図１に示したような山登り曲線を利用して、合焦状態となったか否かを判定する（Ｓ２６）。合焦状態と判定されると（Ｓ２６のＹ）、ＡＦ処理部３２は、ＡＦ動作を停止するとともに、合焦状態となった旨を、例えば、音などでユーザに通知し（Ｓ２８）、この一連のフローは終了する。また、非合焦状態と判定されると（Ｓ２６のＮ）、ＡＦ処理部３２は、処理を行わず、この一連のフローは終了する。なお、このＳ１０からＳ２８に示した処理は、シャッターが半押しされている期間、継続して実行される。
【００３２】
なお、上述の各実施の形態で示した構成は、レンズモジュール１０、撮像素子１８、及びフォーカスレンズ駆動モータ３６を除き、ハードウェア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、上述の実施の形態ではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。従って、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又はそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００３３】
以上、本実施の形態によると、山登り制御を行うＡＦ制御において、被写体の検出対象色の増減から被写体が近い側もしくは遠い側のいずれの方向に移動したかを推定でき、フォーカス位置の移動方向を正しく設定できる。これによって、合焦状態までの時間を短縮することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、カメラの焦点調整を速やかに行うことが期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】山登り制御において合焦位置を求める際に利用する山登り曲線を示す図である。
【図２】実施の形態に係るＡＦ制御機能を有するカメラの構成図である。
【図３】検出対象色の色情報を色差Ｃｂ及びＣｒの２次元座標で示した図である。
【図４】検出対象色の増減を利用してフォーカスレンズの移動方向を推定する処理を含むＡＦ制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１０  レンズモジュール、  １２  ズームレンズ、  １４  フォーカスレンズ、  １６  絞り、  １８  撮像素子、  ２０  ＣＤＳ回路、  ２２  ＡＧＣ回路、  ２４  ＡＤ変換回路、  ２６  信号処理部、  ２８  ＨＰＦ、  ３０  色検出部、  ３２  ＡＦ処理部、  ３４  フォーカスレンズ制御部、  ３６  フォーカスレンズ駆動モータ、  ３８  色設定部、  ４０  操作部、  ９０  カメラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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