(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体像を撮影する手段と、撮像素子の出力を輝度信号と色信号に処理する信号処理手段と、フォーカス調整手段とを有する撮像装置において、被写体の周波数成分によって変わるフォーカス調整用のＡＦ評価値生成ブロックを、信号処理回路中のエッジ強調ブロック後に設け、フォーカス制御を行なう時、エッジ強調ブロックのパラメータを複数組用意しておき、そのパラメータの組を変えて複数フレーム撮影し、得られる複数のＡＦ評価値のうち任意の２組のＡＦ評価値の差分を、フォーカス移動量の決定に使用することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、エッジ強調ブロックの強調成分の振幅、コアリング幅等のパラメータをＡＦ評価値取得時には、通常撮影時とは異なるパラメータを使用することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の撮像装置において、フォーカスの粗調整開始時にはフォーカス位置を至近位置もしくは無限位置に移動してから、ＡＦ動作を開始することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の撮像装置において、コアリングの幅を変えて、複数フレーム撮影して、撮影毎のＡＦ評価値を取得することによって、被写体情報の持っているノイズレベルを判定し、その情報を本撮影時に信号処理のエッジ強調係数等の各パラメータに反映するように構成したことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか１つに記載の撮像装置において、ＡＦ評価値取得時に、前記撮像素子の出力が小さい場合、エッジ強調ブロックのコアリング幅を広げるように制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置において、ＡＦ評価値取得時に、ＡＧＣのゲイン値によって、エッジ強調ブロックのコアリング幅を変えるように制御することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、デジタルカメラ等の撮像装置におけるオートフォーカスの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラ等の撮像装置（以下、単にカメラと称す）のＡＦ（オートフォーカス）は、できるだけ高速に動作することが求められる。従来、ＣＣＤを用いるカメラのＡＦ技術においては、ＡＦ評価値の取得用回路は、信号回路中のエッジ強調ブロックの前段にあるため、被写体と撮影光学系とで決定される画像データそのものの高周波成分の積分値をＡＦ評価値として使用し、その値が最大となるようにＡＦ処理をおこなっていた。この場合、撮影可能な最至近距離（以後単に至近という）から無限遠（以後単に無限という）までのレンズ移動範囲全域を一定間隔で粗調整して合焦点付近を探し、さらにその限定したエリアを微調整することで焦点合わせをする手法が一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方式のＡＦは、実使用的にＡＦ所用時間が長いという問題があった。
また、或る限界より輝度値の低い被写体を撮影した場合には、撮像素子の出力が小さくなり一般的にランダムノイズと呼ばれる暗電流ノイズが顕著となる。このような条件下では、合焦位置に対するＡＦ評価値の分布は複雑になり複数の極大値を持つためＡＦの合焦性は悪くなる。
エッジ強調回路ブロックより後にＡＦ評価値が取得できるようカメラを構成することで、エッジ強調パラメータに依存したＡＦ評価値を得ることができる。本発明は、この特徴を積極的に活用して、ＡＦ処理の高速化を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため請求項１に記載の発明では、被写体像を撮影する手段と、撮像素子の出力を輝度信号と色信号に処理する信号処理手段と、フォーカス調整手段とを有する撮像装置において、被写体の周波数成分によって変わるフォーカス調整用のＡＦ評価値生成ブロックを、信号処理回路中のエッジ強調ブロック後に設け、フォーカス制御を行なう時、エッジ強調ブロックのパラメータを複数組用意しておき、そのパラメータの組を変えて複数フレーム撮影し、得られる複数のＡＦ評価値のうち任意の２組のＡＦ評価値の差分を、フォーカス移動量の決定に使用することを特徴とする。
【０００５】
請求項２に記載の発明では、請求項１の撮像装置において、エッジ強調ブロックの強調成分の振幅、コアリング幅等のパラメータをＡＦ評価値取得時には、通常撮影時とは異なるパラメータを使用することを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の撮像装置において、フォーカスの粗調整開始時にはフォーカス位置を至近位置もしくは無限位置に移動してから、ＡＦ動作を開始することを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の撮像装置において、コアリングの幅を変えて、複数フレーム撮影して、撮影毎のＡＦ評価値を取得することによって、被写体情報の持っているノイズレベルを判定し、その情報を本撮影時に信号処理のエッジ強調係数等の各パラメータに反映するように構成したことを特徴とする。
【０００７】
請求項５に記載の発明では、請求項１の撮像装置において、ＡＦ評価値取得時に、撮像素子の出力が小さい場合、エッジ強調ブロックのコアリング幅を広げるように制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の撮像装置において、ＡＦ評価値取得時に、ＡＧＣのゲイン値によって、エッジ強調ブロックのコアリング幅を変えるように制御することを特徴とする。
【０００９】
【作用】
請求項１では、ＡＦ処理時にコアリング幅、アパーチャゲイン、アパーチャリミットの組み合わせを変えた複数フレームから成る撮影をおこない、各フレームから得られるＡＦ評価値間の幅（差分）を使って次のフォーカス移動量を決定する。なお、ここでフォーカス移動というのは、撮像素子にレンズの焦点面を一致させるために、レンズと撮像素子の相対距離を変えることを意味する。すなわち、実際の移動はレンズであっても、撮像素子であっても構わないが、理解を容易にするため、説明ではすべてレンズ移動で代表することにする。
各エッジ強調パラメータから演算されるＡＦ評価値差分が所定の値より小さい場合には合焦点が遠いと判断して次の粗調整ポイントまでのレンズ移動量を大きくとり、ＡＦ評価値差分が所定の値より大きい場合には合焦点が近いと判断して次の粗調整ポイントまでのレンズ移動量を小さくとる。
請求項２では、ＡＦ処理時において設定するエッジ強調パラメータを、撮影画像にて使用される画質の最適化を考慮したパラメータ値とは大きく異なる値を使用し、合焦位置と非合焦位置において取得されるＡＦ評価値差分の変化を強調する。
請求項３では、ＡＦ開始を至近もしくは無限のいずれか一方の端から行う。
請求項４では、ＡＦ演算時において、コアリング幅とアパーチャゲインの組み合わせを変えた複数フレームのＡＦ評価値を得る。ＡＦ処理後の撮影において撮影直前に得られた複数フレームのＡＦ評価値から画質に最適なコアリング幅とアパーチャゲインを決定する
請求項５では、撮像素子の出力がＡＥ制御で設定している或る基準より低くなる場合には、コアリング幅を広げて暗電流ノイズの影響を軽減しＡＦ精度を維持する。
請求項６では、ＡＥ制御においてＡＧＣ設定値が大きくなるに従いコアリング幅を広くすることでＡＦ精度を維持する。
【００１０】
【実施例】
以下に実施例に従って本発明を説明する。
図１は撮像装置の一例としてデジタルカメラの例を示す図である。
図１において、符号１はレンズユニット（以下単にレンズという）、符号２はＣＣＤ等の撮像素子、符号３は撮像素子からの信号のサンプリング、ＡＧＣ処理、ＡＤ変換を含むＣＤＳＡＤ、符号４は画像データとしての信号処理回路ＤＳＰ、符号５はＡＤ変換後の生データを読み書きする画像データバッファメモリ、符号６は信号処理された画像データを読み書きする画像データ記録用メモリ、符号７はプログラム用メモリ、符号８はＣＰＵ、符号９は電源部をそれぞれ示す。。
ＣＰＵ８は、カメラの外部操作系の状態を検出して、ＤＳＰ４ほかに対して指示する機能とをもつ。
【００１１】
図１の動作例を説明する。ＣＣＤ２の出力信号は、ＣＤＳＡＤ３内でＡＧＣを経由してＡＤ変換されて、ＣＣＤ２の配列のまま、画像データバッファメモリ５に格納される。通常の静止画処理は、画像データバッファメモリ５からＣＣＤデータを読み出して輝度信号と色信号を生成し、ＪＰＥＧ処理を行い、画像データ記録用メモリ６に記録する。
図２にＤＳＰ４内の本発明に基づく構成図を示す。レンズユニット１、ＣＣＤ２，ＣＤＳＡＤ３からなる撮像系１２から入力され、一旦、画像データバッファメモリ５に格納された画像データは、読み出されてＤＳＰ４内にて輝度信号４２と色信号４３に分離される。ＡＦ評価値取得部４５はエッジ強調４４の後段に接続される。エッジ強調４４の各種パラメータは、あらかじめプログラム用メモリ７内のＥＥＰＲＯＭ７１内に保持されている値を使用する。ＡＦ評価値はＤＳＰ４内の図示しないレジスタに書込まれる。
メモリコントロール部４６、システムコントロール部４７、通信・音声・カード制御部４８、ＪＰＥＧ圧縮・伸張回路４９、ＤＭＡ５０等は従来からＤＳＰ回路に用いられているものなので、説明は省略する。
【００１２】
図３にＡＦ評価値の取得手段を図示する。図４にＡＦ評価値を算出する範囲の一例を示す。
先に図４の説明をする。画像面１００の中に焦点を合わせるべき範囲、すなわちＡＦ評価値算出範囲１０１を定める。この範囲をＡＦ評価値枠と呼ぶ。ＡＦ評価値枠の設定は任意であるが、画面中心を含む範囲に設定するのが好ましい。ＡＦ評価値枠を回路的に定める手段が後述のＡＦ評価値枠発生回路４５４である。
図２のＤＳＰ４内部で画像データは輝度信号４２と色信号４３に分離された後、輝度信号４２は、エッジ強調回路４４を通過して、図３に示すＡＦ評価値取得部４５内のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４５１に供給される（図ではＹ信号と表示）。ハイパスフィルタ４５１により輝度信号の高周波成分が抽出され、この輝度信号４２の高域成分レベルが検出され、ゲート回路４５２に供給される。ゲート回路４５２ではＡＦ評価値枠発生回路４５４からＡＦ評価値枠１０１を設定するためのウインドウ信号を受け取って、ＡＦ評価値枠１０１に対応する所定タイミングの検波出力が取り出され積分回路４５３に供給される。積分回路４５３では輝度信号４２の高域成分レベルを積分してＡＦ評価値が求められる。
【００１３】
図５はエッジ強調の信号処理過程を示す図である。
図５において、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す波形▲１▼、▲２▼、▲３▼は図５（ａ）に示すΔt遅延回路５０１、５０２を通過する前後の各点での映像信号（輝度信号）の一部の波形を表す。これらの信号から図５（ｅ）に示す▲２▼−▲１▼と図５（ｆ）に示す▲２▼−▲３▼の演算およびその結果の加算処理（図５（ｇ））によって図５（ｈ）に示すエッジ抽出信号が得られる。この抽出信号に対して後述の図６で示すアパーチャ処理を行い、▲２▼の信号に加算（図５（ｉ））をすることで、図５（ｊ）に示すように最終的にエッジ強調された映像信号を得る。
【００１４】
図６はアパーチャ処理の原理を示す図である。
図において横軸（ｉｎｐｕｔと表示）は入力信号のレベル、縦軸（ｏｕｔｐｕｔと表示）は出力信号のレベルを表す。矢印で示す範囲６０１はコアリング幅、グラフの傾斜部６０２はアパーチャゲイン、出力の上限６０３はアパーチャリミットである。アパーチャ処理とは、上記コアリング幅６０１、アパーチャゲイン６０２、アパーチャリミット６０３で構成される関数により、図５（ｈ）に示すエッジ抽出信号に対して、エッジ強調の度合いを決定することである。コアリング幅６０１の役割は、エッジ強調によって信号のノイズ成分も強調されることを避けるために、この幅より小さな入力信号をノイズとみなしてカットすることである。アパーチャリミット６０３はエッジ強調成分の最大振幅を決める役割をする。ＡＦ評価時は、これらの値を通常の撮影時とは異なって、故意にエッジを強調するような値を選んで、ＡＦ評価値差分が大きく出るようにする。
【００１５】
図７はレンズの位置によるＡＦ評価値の典型的な分布を示す。コントラストと輝度が充分にある被写体を撮影すると図示のように、或る位置においてピークをもつ分布となる。このピーク位置が合焦点であり、ＣＣＤＡＦは至近から無限もしくは無限から至近までレンズ位置を走査することでＡＦ評価値のピークを探して画像の焦点を合せている。
【００１６】
図８に実施例を図示する。例としてここではＣＣＤＡＦの走査方向を至近から無限とし、一つのレンズ位置で異なる３組のエッジ強調パラメータを設定する。図の横軸ｘは、レンズの焦点深度を考慮した所定の微少移動量を１ステップとしたステップ数を表し、粗調整の時はレンズを複数ステップ分一度に移動させる。
【００１７】
図９は図８の処理を示す流れ図である。図９を参照しながら図８の説明をする。
カメラの第一レリーズ、すなわち半押し状態の押圧をＣＰＵが検出してＡＦが開始されると(図９-901)、まずレンズは初期位置である至近へレンズを移動し(図９-902)、この位置から粗調整を開始する。初期位置ｘ＝０では比較すべき相手のＡＦ評価値がまだないので、とりあえず３フレームの撮影を行い、各フレーム毎にエッジ強調パラメータＡＰ（１）〜ＡＰ（３）を設定し、それぞれＡＦ評価値ａｆ０（１）〜ａｆ０（３）を取得する(図９-906〜908)。なおここでパラメータＡＰ（１）〜ＡＰ（３）はエッジ強調の度合いを比較するとＡＰ（１）＜ＡＰ（２）＜ＡＰ（３）なる関係を有するものとする。また、エッジ強調パラメータは３組に限定するものではない。必要に応じて２組にしてもよいし、もっと多くしてもよい。３フレーム分の演算が終わったらＡＦ評価値差分ＡＦ（０）＝ａｆ０（３）−ａｆ０（１）を求めておく。ただし、ＡＦ評価値差分は、ここに挙げた例に限らず、任意の２つのＡＦ評価値を用いることができる。一般的に、初期位置は合焦点までは遠いため無条件で定数αを設定し、γ＝αとする（図９-911、905）。ｘ＝ｘ＋γと置き直して同様の演算を繰り返す。
【００１８】
ある時点で、例えば図８のｘ＝ｕ点になったとする。ｕ点において得られたＡＦ評価値はａｆｕ（１）〜ａｆｕ（３）であり、ＡＦ評価値差分はＡＦ（ｕ）である。前回の演算によって得られているＡＦ評価値差分はｕ−γ点におけるＡＦ（ｕ−γ）である。このときのγは、前述のαである場合と、後述のβである場合とがある。これらのＡＦ評価値差分は初期位置から増加関数的に増えてきているが、もしこれらの大小関係が逆転したら、そのときはレンズが合焦位置を通り過ぎたことを意味する。その場合は最終の微調整（図９-913）に進む。大小関係が逆転していなければ、ＡＦ（ｕ）がしきい値ａより大きいかどうかを調べる（図９-903）。ただし、ａはここでは予め定められた所定のしきい値とするが、ａｆｕ（１）〜ａｆｕ（３）のいずれか１つの値に依存した値にすることもできる。ＡＦ（ｕ）がａより小さければ、次の粗調整位置ｕ＋γ点までの移動量はステップ数にしてαステップ、すなわちγ＝αが設定される(図９-905〜906)。
【００１９】
図８のｖ点ではｕ点と同様の処理をおこなうが、合焦点に近いため高周波成分が多く、パラメータの組み合わせに対するＡＦ評価値の変化量が多くなりＡＦ（ｖ）＝ａｆｖ（３）−ａｆｖ（１）＞ａとなるためβなる定数（α＞β）を設定し、次の粗調整位置ｖ＋γ点までの移動量はβステップすなわちγ＝βとなる。ここまでの一連の処理でＡＰ（２）は実質的に使用していないが、静止画撮影時に最適なエッジ強調パラメータを決定するために、ａｆｘ（１）〜ａｆｘ（３）特性を参照する際に使用される。
コアリング幅を変えた３つのパラメータの組、すなわち、ＡＰ（１）＜ＡＰ（２）＜ＡＰ（３）なる関係の３つのパラメータの組を、ＡＦ時に使用して、通常は静止画用として中ぐらいの強調度を有するＡＰ（２）を使用して画像処理を行う。しかし、ＡＦ時に得られた被写体情報によって、ＡＰ（２）がノイズ成分に埋もれる危険性があるとき、すなわち、至近もしくは無限位置と合焦位置とにおけるＡＦ評価値の差が、予め設定した閾値より小さい場合は、よりコアリング幅の大きいＡＰ（３）を使用して画像処理をするように変更する。パラメータの組が３個より多い場合、必要に応じて、順次コアリングの幅の大きいパラメータの組に変更していくことができる。なお、上記のほかにも、後述のように、撮像素子の出力が小さいためＡＧＣを高めに設定しているときには、自動的にＡＰ（３）を使用することにしてもよい。
【００２０】
図１０は典型的な被写体のＡＦ評価値の分布と共に、輝度値の低い被写体に対するＡＦ評価値の分布について示している。低輝度被写体は撮像素子の暗電流ノイズによる影響が顕著になるため、ＡＦ評価値の絶対値は低くかつ複数のピークを持つ傾向がある。このためＡＦ処理速度は遅くなり、ＡＦ精度は悪くなる。
このような被写体に対する対策を以下に示す。
【００２１】
図１１、１２、１３はＡＧＣによってコアリング幅を変化させる例を示す図である。
通常のＡＥ（自動露出）制御では自動利得制御ＡＧＣを被写体輝度に応じて、数段階切替える制御を盛り込んでいる。通常輝度の被写体に対しては撮像素子の暗電流ノイズの影響は少ないため図１１に示すように比較的狭いコアリング幅１を設定する。被写体輝度がある基準より暗くなるとＡＥ制御においてＡＧＣの設定値をあげるが、これに伴いノイズの影響が発生してくる。このため図１２に示すようにコアリング幅を広げることでノイズの影響によるＡＦ精度の悪化を回避する（コアリング幅２）。更に被写体輝度が下がり、ＡＧＣの設定値があがると、図１３に示すようにコアリング幅を更に広げる（コアリング幅３）。これらの幅は、回路固有のノイズによって決めるべきものなので、最適値がどの辺になるかは、設計上の問題となる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、エッジ強調後のＡＦ評価値を得ることでＡＦ処理の高速化を実現することができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、通常の静止画において使用されないパラメータを使用することでＡＦ処理の高精度化を実現することができる。
請求項３に記載の発明によれば、エッジ強調後のＡＦ評価値から次の粗調整をおこなう位置を適切に変化させることで粗調整の高速化を実現し、更に続いて行われる微調整範囲も狭くすることができるので微調整の高速化も実現することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、静止画撮影時においてエッジ強調パラメータの選択を被写体に応じて変えることができるため、最適な記録画像を得ることができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、低輝度被写体時にコアリング幅を広げることでノイズの影響を軽減し、精度の高いＡＦ処理を実現することができる。
請求項６に記載の発明によれば、請求項５の制御をＡＧＣの設定によって切替えることで、精度の高いＡＦ処理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像装置の一例としてデジタルカメラの例を示す図である。
【図２】ＤＳＰ内の本発明に基づく構成を示す図である。
【図３】ＡＦ評価値の取得手段を示す図である。
【図４】ＡＦ評価値を算出する範囲の一例を示す図である。
【図５】エッジ強調の信号処理過程を示す図である。
【図６】アパーチャ処理の原理を示す図である。
【図７】レンズの位置によるＡＦ評価値の典型的な分布を示す図である。
【図８】本発明の実施例を示す図である。
【図９】図８の処理を示す流れ図である。
【図１０】輝度値の低い被写体に対するＡＦ評価値の分布を示す図である。
【図１１】ＡＧＣによってコアリング幅を変化させる例を示す図である。
【図１２】ＡＧＣによってコアリング幅を変化させる例を示す図である。
【図１３】ＡＧＣによってコアリング幅を変化させる例を示す図である。
【符号の説明】
１      レンズ
２      撮像素子
４      ＤＳＰ
５      画像データバッファメモリ
６      画像データ記録用メモリ
８      ＣＰＵ
１２      撮像系
４１      入力処理部
４２      輝度信号
４３      色信号
４４      エッジ強調ブロック
４５      ＡＦ評価値取得部
１０１      ＡＦ評価値算出範囲
４５１      ハイパスフィルタ
４５２      ゲート回路
４５３      積分回路
４５４      ＡＦ評価値枠発生回路
５０１、５０２      Δｔ遅延回路
６０１      コアリング幅
６０２      アパーチャゲイン
６０３      アパーチャリミット
【図１】
0003902492.tif 000002
【図２】
0003902492.tif 000003
【図３】
0003902492.tif 000004
【図４】
0003902492.tif 000005
【図５】
0003902492.tif 000006
【図６】
0003902492.tif 000007
【図７】
0003902492.tif 000008
【図８】
0003902492.tif 000009
【図９】
0003902492.tif 000010
【図１０】
0003902492.tif 000011
【図１１】
0003902492.tif 000012
【図１２】
0003902492.tif 000013
【図１３】
0003902492.tif 000014