(57)【要約】【課題】人物の顔の領域に基づいて山登り方式の合焦制御を行う場合よりも、合焦スピードを速くし、誤動作を少なくする。【解決手段】枠制御部８は、顔検出信号が入力されない時には、第一の枠設定部６１からの撮像画面の中心に位置する第一の枠内の輝度信号をセレクタ６４から出力させて、自動合焦制御させる。枠制御部８は、顔検出信号が入力され、かつ、人物の顔の領域を示す第二の枠と第一の枠の各一部が重なっていないときは、第三の枠設定部６３から出力される第三の枠内の輝度信号をセレクタ６４から出力させて、自動合焦制御させる。第三の枠は、第一の枠を第二の枠の一部に重なる位置にまで移動した枠で、人物の顔の輪郭部分が第三の枠の中央位置付近に含まれる。これにより、顔よりもコントラストの高い顔の輪郭部分の輝度情報に基づいた自動合焦制御ができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動自在なフォーカスレンズを透過した被写体からの入射光を光電変換して撮像信号を出力する撮像手段と、
前記撮像信号の画像領域の中央部分を含む一定の矩形領域を示す第一の枠を固定的に生成する第一の枠設定手段と、
前記撮像信号から人物の顔の領域を検出する顔検出手段と、
前記顔検出手段で検出した前記顔の領域を含む矩形領域を示す第二の枠を生成する第二の枠設定手段と、
移動自在で一定サイズの矩形領域を示す第三の枠を生成する第三の枠設定手段と、
前記第一の枠と前記第二の枠との少なくとも一部分が重なっているか否かを判定する枠重なり判定手段と、
前記枠重なり判定手段が前記第一の枠と前記第二の枠とが重なっていないと判定したときは、前記第三の枠の一部が前記第二の枠の一部に重なり合う位置まで移動したときの前記第三の枠を測距エリアとして設定し、前記枠重なり判定手段が前記第一の枠と前記第二の枠とが重なっていると判定したとき、又は前記顔検出手段が人物の顔の領域を検出できないときは、前記第一の枠を測距エリアとして設定する測距エリア設定手段と、
前記フォーカスレンズの位置を前記撮像手段の受光面に対して近接する方向又は離間する方向に移動制御して、前記測距エリア設定手段により設定した測距エリア内の前記撮像信号中の輝度信号のコントラストを示す所定の高周波数成分の積算値を極大にするフォーカスレンズ移動制御手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記測距エリア設定手段は、前記枠重なり判定手段が前記第一の枠と前記第二の枠とが重なっていないと判定したときは、前記第三の枠の中心部が前記第二の枠の枠周辺部位置付近まで移動したときの前記第三の枠を測距エリアとして設定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第三の枠設定手段は、前記第一の枠と同一サイズの前記第三の枠を生成することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に係り、特に自動合焦機能を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置の中には、被写体との距離が時々刻々と変化しても、常にピントの合った被写体画像を撮像できるように自動合焦機能（オートフォーカス機能）を備えたものが知られている。この自動合焦機能は、例えば、図６に示すように撮影画面の中央部に測距エリア１１を設け、その測距エリア１１の画像にピントが合うようにするものである。
【０００３】
しかし、上記の測距エリア１１は固定の枠であり、人物を撮影する場合、図６に示す撮影画面内の人物の顔１０に無関係に常に画面中央に設定されるため、人物の顔に自動合焦機能を働かせるためには、人物の顔１０が測距エリア１１内に位置するように構図を決めなくてはならない。特に動画撮影の場合に、人物が移動している場合などは構図の変更が必要となる。
【０００４】
そこで、撮像信号から人物の顔を検出し、検出した人物の顔の少なくとも一部を測距エリアとして自動合焦制御を行う撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の撮像装置によれば、自動合焦時も撮影時と同様に人物の顔にピントを合わせることにより、自動合焦機能を動作させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３-１０７３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１記載の撮像装置では、単純に人物の顔を検出して、この検出した人物の顔部分に測距エリアを設定しているため、人物の顔の画面全体に対する面積の割合が大きく、測距エリアとして定められたサイズを超えるような場合は、顔の中央部分でピントを合わせることになる。
【０００７】
しかしながら、顔はコントラストが低いため、特許文献１記載の撮像装置のように、自動合焦制御のために公知の山登り制御を行うと、合焦スピードが遅い、誤動作などの不具合が発生することがある。
【０００８】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、合焦スピードを速くでき、また誤動作も低減し得る撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記の目的を達成するため、移動自在なフォーカスレンズを透過した被写体からの入射光を光電変換して撮像信号を出力する撮像手段と、撮像信号の画像領域の中央部分を含む一定の矩形領域を示す第一の枠を固定的に生成する第一の枠設定手段と、撮像信号から人物の顔の領域を検出する顔検出手段と、顔検出手段で検出した顔の領域を含む矩形領域を示す第二の枠を生成する第二の枠設定手段と、移動自在で一定サイズの矩形領域を示す第三の枠を生成する第三の枠設定手段と、第一の枠と第二の枠との少なくとも一部分が重なっているか否かを判定する枠重なり判定手段と、枠重なり判定手段が第一の枠と第二の枠とが重なっていないと判定したときは、第三の枠の一部が第二の枠の一部に重なり合う位置まで移動したときの第三の枠を測距エリアとして設定し、枠重なり判定手段が第一の枠と第二の枠とが重なっていると判定したとき、又は顔検出手段が人物の顔の領域を検出できないときは、第一の枠を測距エリアとして設定する測距エリア設定手段と、フォーカスレンズの位置を撮像手段の受光面に対して近接する方向又は離間する方向に移動制御して、測距エリア設定手段により設定した測距エリア内の撮像信号中の輝度信号のコントラストを示す所定の高周波数成分の積算値を極大にするフォーカスレンズ移動制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
この発明では、顔検出手段が人物の顔の領域を検出し、かつ、第一の枠と第二の枠とが重なっていないと判定したときは、第三の枠の一部が第二の枠の一部に重なる位置まで移動したときの第三の枠を測距エリアとして設定し、また、第一の枠と第二の枠とが重なっていると判定したときは、第一の枠を測距エリアとして設定することにより、顔の部分よりもコントラストの高い顔の輪郭部分を含む第三の枠又は第一の枠内の輝度情報に基づいて、自動合焦制御ができるため、従来よりも合焦スピードが速くなり、また誤動作も大幅に低減できる。
【００１１】
ここで、上記の測距エリア設定手段は、枠重なり判定手段が第一の枠と第二の枠とが重なっていないと判定したときは、第三の枠の中心部が第二の枠の枠周辺部位置付近まで移動したときの第三の枠を測距エリアとして設定する。また、上記の第三の枠設定手段は、第一の枠と同一サイズの第三の枠を生成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、合焦スピードが速く、また誤動作も大幅に低減でき、合焦制御の精度が高い撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００１４】
図１は、本発明になる撮像装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図に示すように、本実施の形態の撮像装置１００は、レンズ１で収束され、フォーカスレンズ２を透過した被写体（図示せず）からの入射光が受光面に結像されてこれを光電変換するＣＣＤ(電荷結合素子)等の撮像素子３と、撮像素子３から出力された撮像信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器４と、Ａ／Ｄ変換器４から出力されたディジタル信号形態の撮像信号に対して、所定の信号処理を行う信号処理部５と、自動合焦制御（ＡＦ）を行うためのフォーカス部６と、公知の方法で顔検出を行う顔検出部７と、後述する枠制御を行う枠制御部８と、信号処理部５の出力信号などの画像を表示する表示系９とからなる。
【００１５】
フォーカス部６は、信号処理部５によりディジタル信号形態の撮像信号を処理して得られた輝度信号に基づいて、第一の枠を設定する第一の枠設定部６１、第二の枠を設定する第二の枠設定部６２、及び第三の枠を設定する第三の枠設定部６３と、第一の枠設定部６１及び第三の枠設定部６３の各出力輝度信号のいずれか一つを選択するセレクタ６４と、セレクタ６４により選択された輝度信号のコントラストを示す所定の高周波数成分を抽出するコントラスト抽出部６５と、コントラスト抽出部６５により抽出された高周波数成分に基づいて公知の山登り制御を行う山登りＡＦ制御部６６と、山登りＡＦ制御部６６から出力された信号に基づいて、図示しない移動機構によりフォーカスレンズ２を合焦位置に移動させる駆動信号を生成して移動機構に供給するドライバ６７とからなる。
【００１６】
セレクタ６４で選択された方の第一の枠又は第三の枠は、撮像信号の画像と共に表示系９のビューファインダの撮像画面内に表示される。顔検出部７による顔検出動作は、前記特許文献１や他の特許文献（例えば、特開２００７−６５２９０号公報など）に記載されている公知の動作であるので、その詳細な説明は省略する。枠制御部８は、顔検出部７により検出された顔領域に基づいて、第一の枠設定部６１と第二の枠設定部６２と第三の枠設定部６３とを制御する。
【００１７】
次に、本実施の形態の動作について、図２のフローチャート、図３のタイミングチャート、図４、図５の表示画像を併せ参照して説明する。撮影開始により信号処理部５により被写体のディジタル撮像信号を信号処理して得られた輝度信号が第一の枠設定部６１、第二の枠設定部６２、第三の枠設定部６３、及び顔検出部７にそれぞれ供給される。顔検出部７は公知の顔検出動作を行って入力輝度信号の画面内に人物の顔が存在するときには、その顔領域を検出して得た顔検出信号を出力するが、人物の顔が存在しない時には、顔検出信号は出力しない。
【００１８】
枠制御部８は、顔検出部７から上記の顔検出信号が入力されるか否かを判断する（図２のステップＳ１）。枠制御部８は、顔検出信号が入力されない時には、第一の枠設定部６１からの第一の枠を自動合焦制御の測距エリアに設定する（図２のステップＳ２）。これにより、第一の枠内の輝度信号がセレクタ６４から出力され、後述するようにコントラスト抽出部６５、山登りＡＦ制御部６６及びドライバ６７と図示しないフォーカスレンズ移動機構とにより第一の枠内の輝度信号に基づく自動合焦制御を行わせる。
【００１９】
ここで、上記の第一の枠は、図４（Ａ）に１２で示すように、撮像画面の中心に位置する所定サイズの矩形領域であり、これは図６に示した測距エリア１１と同様に、位置及びサイズ固定の領域である。従って、ステップＳ２により、人物の顔が検出されない時には、従来と同様の撮像画面の中心に位置する第一の枠１２内の輝度情報に基づき、自動合焦制御が行われる。
【００２０】
一方、枠制御部８は、顔検出部７から顔検出信号が入力される時には、第一の枠設定部６１により設定された第一の枠（領域）と第二の枠設定部６２により設定された第二の枠（領域）とが重なっているか否かを判断する（図２のステップＳ３）。ここで、上記の第二の枠は、図４（Ｂ）に１３で示すように、撮像画面内の人物の顔１０の領域を示す、位置及びサイズ可変の矩形領域である。
【００２１】
すなわち、枠制御部８は、第一の枠設定部６１、第二の枠設定部６２、及び第三の枠設定部６３から、第一の枠、第二の枠、及び第三の枠のそれぞれの水平方向及び垂直方向の長さをそれぞれ示す幅の信号を入力として受け、その入力信号に基づいて、上記のステップＳ３の判定を行う。枠制御部８は、上記のステップＳ３の判定時には、水平同期信号の立ち上がり時点から第一の枠の水平方向の長さを示す信号が時間Ｈ１経過後に入力され、第二の枠の水平方向の長さＷを示す信号が時間Ｈ２経過後に入力され、第三の枠の水平方向の長さを示す幅の信号が時間Ｈ３経過後に入力された場合、次式
Ｈ１＋Ｗ＜Ｈ２        （１）
を満足するときは、第一の枠と第二の枠は重なっていないと判定する。また、次式
Ｈ１＋Ｗ＞Ｈ２        （２）
を満足するときは、第一の枠と第二の枠は重なっていると判定する。枠制御部８は、垂直方向も同様にして第一の枠と第二の枠は重なっているか否かの判定を行う。
【００２２】
従って、例えば、枠制御部８は、図３（Ａ）に示す水平同期信号の立ち上がり時点から同図（Ｂ）に示す第三の枠の水平方向の長さを示す信号が時間Ｈ３経過後に入力され、同図（Ｃ）に示す第二の枠の水平方向の長さＷを示す信号が時間Ｈ２経過後に入力され、同図（Ｄ）に示す第一の枠の水平方向の長さを示す幅の信号が時間Ｈ１経過後に入力された場合は、（１）式により第一の枠と第二の枠とが重なっていないと判定する。
【００２３】
また、水平同期信号の立ち上がり時点から図３（Ｅ）に示す第一の枠の水平方向の長さＷを示す信号が時間Ｈ１経過後に入力され、同図（Ｆ）に示す第二の枠の水平方向の長さを示す幅の信号が時間Ｈ２経過後に入力された場合は、（２）式により第一の枠と第二の枠とが重なっていると判定する。
【００２４】
図４（Ｄ）は撮像画面内において、第一の枠１２と人物の顔１０の領域を示す第二の枠１５とが重なっている場合を示し、この場合、枠制御部８は、第一の枠１２を自動合焦制御の測距エリアに設定する（図２のステップＳ４）。
【００２５】
一方、枠制御部８は、撮像画面内において、図４（Ｅ）に示すように、画面中央の第一の枠と人物の顔１０領域を示す第二の枠１６とが重なっていないとステップＳ３で判定したときは、第一の枠の位置に第三の枠を設定する（図２のステップＳ５）。ここで、図４（Ｅ）において、枠１７は、第一の枠１２と第三の枠とが重なっている状態の枠を示す。
【００２６】
ステップＳ５に続いて、枠制御部８の制御の下に、第三の枠設定部６３は、図４（Ｆ）に１８で示すように、撮像画面内において、第三の枠１８を点線で示す第一の枠１２の位置から人物の顔１０の領域を示す第二の枠１６に近付くように移動して、第三の枠１８の一部が第二の枠１０に重なるようにする（図２のステップＳ６）。すなわち、第三の枠１８は、第一の枠１２と同一サイズで位置可変の矩形領域である。
【００２７】
ステップＳ６に続いて、第三の枠設定部６３は、第二の枠１６と第三の枠１８との重なり値αが、上記の移動により所定の値βに達したか否かを判定する（図２のステップＳ７）。重なり値αが所定の値βに達するまで、上記のステップＳ６による第三の枠１８の移動を行う。
【００２８】
ステップＳ７では、図３のタイミングチャートにおいて、第三の枠設定部６３は、次式
Ｈ２＋Ｗ−Ｈ３＝α        （３）
により上記の重なり値αを計算する（ただし、α＞０）。続いて、第三の枠設定部６３は、（３）式のαの値が予め設定した値βに一致したときに、第三の枠の開始時点Ｈ３と設定する（図２のステップＳ８）。これにより、第二の枠の一部に第三の枠を重ならせることができる。
【００２９】
この場合は、第二の枠設定部６２からの枠の幅を示す信号は図３（Ｇ）に示され、第三の枠設定部６３からの枠の幅を示す信号は、図３（Ｈ）に示され、両者は値βだけ重なることになる。この結果、第三の枠１８は、図４（Ｆ）に示すように、第三の枠１８の中心部が第二の枠の枠周辺部位置付近（すなわち、顔１０の輪郭部分）まで移動される。
【００３０】
なお、以上は水平方向についての枠設定について説明したが、垂直方向についても水平同期信号が垂直同期信号になるだけで、基本的な動作は上記の水平方向の動作と同様であるので、その説明は省略する。
【００３１】
枠制御部８は、ステップＳ２又はＳ４で第一の枠を自動合焦制御の測距エリアとして設定した時は、第一の枠設定部６１から出力される第一の枠内の輝度信号をセレクタ６４で選択させてコントラスト抽出部６５に供給させる。また、枠制御部８は、ステップＳ３で第一の枠と第二の枠とが重なっていないと判定したときは、ステップＳ８で自動合焦制御の測距エリアとして設定した第三の枠設定部６３から出力される第三の枠内の輝度信号をセレクタ６４で選択させてコントラスト抽出部６５に供給させる。
【００３２】
コントラスト抽出部６５は、入力された輝度信号中のコントラストに対応して変化する所定の高周波数成分を抽出して山登りＡＦ制御部６６に供給する。ここで、フォーカスレンズ２が合焦位置にある場合は、被写体像の輪郭線が撮像素子３にくっきりと結像し、これに対応してコントラスト抽出部６５で抽出する上記の所定の高周波数成分が輝度信号中に最も多く含まれる。
【００３３】
そこで、山登りＡＦ制御部６６は、入力される所定の高周波数成分の積算値が極大になるように、制御信号を生成してドライバ６７を介してフォーカスレンズ移動機構（図示せず）を制御してフォーカスレンズ２を、撮像素子３の受光面に対して近接する方向又は離間する方向に移動制御する公知の動作を行う。すなわち、山登りＡＦ制御部６６は、フォーカスレンズ２をある距離だけ一定方向に移動してその時の上記の高周波数成分の積算値を記憶し、続いて、フォーカスレンズ２を同じ方向にある距離移動してその時の上記の高周波数成分の積算値を記憶して先に記憶した値と比較し、後者の値が大きいときにはフォーカスレンズ２を先ほど同じ方向に更にある距離移動して上記と同様の動作を行う。
【００３４】
そして、山登りＡＦ制御部６６は、上記の動作を繰り返し、今回の高周波数成分の記憶積算値が前回の高周波数成分の記憶積算値よりも小さくなった時には、高周波数成分の積算値の極大値が現れたと判断し、その時のフォーカスレンズ２の位置が合焦位置近傍にあるとする。
【００３５】
このように、本実施の形態によれば、例えば、図５（Ａ）に示すように、人物の顔２０の撮像画面全体に対する面積の割合が大きく、測距エリアとして定められた第一の枠１２のサイズを超えるような撮像を行った時は、第一の枠１２と人物の顔２０を検出して得られた第二の枠２１とが重なっていると判定されるので、第一の枠１２の輝度情報に基づいてピントを合わせることになる。従って、この場合は、従来はコントラストの低い顔の中心部分にピントが合うように自動合焦制御を行っていたが、本実施の形態では、このときの第一の枠１２は顔２０の輪郭部分を含む位置にあり、第一の枠１２の輝度情報は、顔２０の中心部分よりもコントラストが高いので、従来よりも合焦スピードが速くなり、また誤動作も大幅に低減できる。従って、本実施の形態によれば、人物が時々刻々と変化する動画撮影などに適用して好適である。
【００３６】
また、図５（Ｂ）に示すように、人物の顔２２の撮像画面全体に対する面積の割合がかなり小さく、測距エリアとして定められた第一の枠１２のサイズよりも小さい場合は、本実施の形態では、第一の枠１２と人物の顔２２を検出して得られた第二の枠２３とが重なっていないと判定されるので、第三の枠２４の輝度情報に基づいてピントを合わせることになる。従って、本実施の形態では、このときの第三の枠２４は、顔２２の輪郭部分を含む位置にあり、第三の枠２４の輝度情報は、顔２２の中心部分よりもコントラストが高いので、従来よりも合焦スピードを速くでき、また誤動作も大幅に低減でき、合焦制御の精度向上が期待できる。また、第三の枠２４は、顔２２の面積に対応した測距エリアに基づいて合焦制御のための輝度情報を得る従来装置の測距エリアよりも大きいので、従来に比べて測距のために十分な量の輝度情報が得られる。これにより、本実施の形態は、より正確な合焦制御を期待できる。
【００３７】
なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、第三の枠のサイズは第一の枠のサイズと同一として説明したが、任意の値に予め設定することも可能である。また、本発明は、図２のフローチャートの動作をコンピュータにより実行させるコンピュータプログラムも包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の撮像装置の一実施の形態のブロック図である。
【図２】図１の動作説明用フローチャートである。
【図３】図１の要部の動作説明用タイミングチャートである。
【図４】図１の要部の動作説明用の撮像画面の画像例を示す図（その１）である。
【図５】図１の要部の動作説明用の撮像画面の画像例を示す図（その２）である。
【図６】従来の撮像装置の動作を説明する画像例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
２  フォーカスレンズ
３  撮像素子
５  信号処理部
６  フォーカス部
７  顔検出部
８  枠制御部
９  表示系
１２  第一の枠
１３、１５、１６、２０、２３  第二の枠
１４、１８、２４  第三の枠
１７  第一の枠と第三の枠とが重なった状態の枠
６１  第一の枠設定部
６２  第二の枠設定部
６３  第三の枠設定部
６４  セレクタ
６５  コントラスト抽出部
６６  山登りＡＦ制御部
６７  ドライバ
１００  撮像装置
【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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