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JP4036503B2 - Ranging device - Google Patents
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JP4036503B2 - Ranging device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はカメラ等に用いられる測距装置に関し、より詳しくは、被写体の輝度分布を所定視差を持って検出し、得られた複数の像信号に従って被写体までの距離を測定する、いわゆるパッシブタイプの測距装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
被写体の像信号を得るためには、受光素子がアレイ状に並んだセンサアレイが一般に用いられるが、このセンサアレイの出力を処理する回路には所定のダイナミックレンジの制限があり、極端に明るいものと、極端に暗いものの両方から同時に正確な像信号を得ることはできない。
米国特許441061号や特開平5−264887号公報は、被写体の明るさにかかわらず、正確な像信号を得るための技術を開示している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の技術では、背景が明るく、被写体が暗い逆光のシーンなどではコントラストのある像信号が得られず、測距の結果が不正確となることがある。
【0004】
例えば、米国特許441061号は、センサアレイの出力電流の積分量が所定のレベルに達したときに積分を終了させるようにしているが、この場合、背景が明るく背景からの光を受光したセンサの出力が大きくなると、被写体の積分結果がまだ適当なレベルに達していなくとも積分を終了させてしまう。したがって、測距に利用する像信号は十分なコントラストとならない。
【0005】
また、特開平5−264887号公報はこのような問題を解決するために、逆光の検出時には積分時間を延長して計算している。しかし、単純に積分時間を長くすると、タイムラグが長くなったり、余分な計算が必要になって制御方法が複雑になってしまうという問題がある。
【0006】
本発明の測距装置はこのような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、単純な構成で逆光時にも被写体のコントラストを得ることができ、高速かつ正確な測距のできる測距装置を提供することにある。
【0007】
また、本発明の他の目的は、逆光シーンであるか否かにかかわらず、被写体の輝度分布の変化が大きく、回路のダイナミックレンジを越えて正しい像信号が得られないような場合でも、正しく距離測定ができる高精度な測距装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様に係る測距装置は、画面内の複数のエリアに存在する被写体の輝度分布を像信号として検出するための複数対のセンサアレイと、上記複数対のセンサアレイの出力信号を増幅積分する増幅積分手段と、上記増幅又は積分の感度特性を少なくとも2つの段階に切り換える積分増幅切換手段と、上記複数対のセンサアレイ毎の上記増幅積分手段の出力により積分状態を検出可能な像信号状態検出手段と、上記複数対のセンサアレイ毎の上記増幅積分手段の出力を切り換えて上記像信号状態検出手段に出力する切換手段と、上記複数対のセンサアレイ出力に基づく像信号位置に従って、上記被写体までの距離に関する情報を演算する演算制御手段とからなる測距装置において、上記演算制御手段は、上記増幅積分手段により上記増幅又は感度特性を、増幅率または感度がより低くなるように切り換えて増幅積分された上記複数対のセンサアレイの出力信号を、上記切換手段を切り換えて上記像信号状態検出手段が検出した結果に基づいて、最も低輝度を示す出力信号のセンサアレイを判別して選択した後、上記最も低輝度を示す出力信号のセンサアレイの上記増幅積分手段の出力を上記像信号状態検出手段が検出するように上記切換手段を設定するとともに、上記積分増幅切換手段により上記増幅又は感度特性を、増幅率または感度がより高くなるように切り換えさせ、上記増幅積分手段により同一被写体に対して上記選択したセンサアレイの出力信号を増幅積分させて、上記選択したセンサアレイについて得られた同一被写体の増幅又は感度特性の異なる像信号を、そのうちの無効データを除いて合成し、合成した像信号に基づいて上記被写体距離に関する情報を求める。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
まず、本発明の第1実施形態を説明する。図1は本発明の第1実施形態の構成を示す図である。図1において、1a,1bは一対の受光レンズであり、シーン8からの光を受光してセンサアレイ2a,2bに導くものである。センサアレイ2a,2bを構成する各センサには、被写体9の輝度分布に従って強弱の決まる光束が入射し、各々が入射光量に依存した光電流を出力する。アンプ(AMP)3はこれらの光電流を各々増幅して積分する。AMP3は、積分した電圧を増幅する形式のものを用いてもよい。ただし、このときの増幅率は、切換手段5によって切り換え可能な構成となっており、具体的には、光電流を電流増幅したり、積分コンデンサの容量を切り換えたり、積分後の電圧を電圧増幅するようにしてもよい。
【0012】
図2(a)は高輝度の被写体部分からの光を受光した場合の積分波形を示し、図2(b)は低輝度の被写体部分からの光を受光した場合の積分波形を示す図である。
【0013】
図2(a)は高輝度の場合なので、センサ出力の光電流は大きく、積分電圧が適正レベルに達する時間が図2(b)の低輝度の場合より短くてすむ。
ここで適正レベルとは、積分結果を読み出すための読み出し手段4のA/D変換の分解能や、AMP3のダイナミックレンジによって決まる電圧である。例えば、電源電圧が3Vのアンプなら、3V以上の増幅はできず、適正レベルは3V以下となる。また、読み出し手段4の分解能が10mVであり、かつそのA/Dコンバータが8ビットである場合は、255×10mV=2.55V以上の積分電圧は読みこみ不可能であり、適正レベルは、2.55Vとなる。
【0014】
図2(a)、(b)に示される積分電圧は、また、前述の増幅率切換え状態によっても変化する。同図に示すように、tINT の積分時間では、図2(a)の高輝度時は、増幅率の低い方が適正レベルになっているので、この増幅率を設定する場合を低感度モードと呼び、図2(b)の低輝度時は増幅率の高い方が適正レベルとなっているので、この場合を高感度モードと呼ぶ。
【0015】
つまり、低感度モードの場合は明るい被写体像が適正レベルでA/D変換でき、高感度モードの場合は、暗い被写体像が適正レベルでA/D変換できる。従って、図1のようなシーン8では、被写体9の背景が明るいので、図3(a)のように低感度モードでは背景が適正の像となり、高感度モードでは、図3(b)のように、人物が適正の像となる。もちろん、順光の場合はこの結果と反対となる。
【0016】
図1に戻って、積分制御用の比較手段(COMP)6は、全センサの出力の最大値や平均値をリアルタイムでモニタする回路である。また、読み出し手段4は、各センサの出力による像信号を読み出してCPU10に入力する。
【0017】
CPU10はワンチップマイコン等からなる演算制御回路であり、内蔵のタイマー7とCOMP6の出力によって、積分電圧と、積分時間の関係をモニタしながら、積分の制御を行う。また、CPU10は、読み出し手段4により入力された、2つのセンサアレイ2a,2b上の像位置のズレ量xに従って被写体9までの距離Lを算出する。
【0018】
2つの受光レンズの主点間距離を基線長Bとし、受光レンズ、センサアレイ間の距離をfとすると、
L=(B・f)/x
という関係が成立する。
【0019】
このような構成の測距装置において、上記COMP6が最大値検出のタイプであれば、この出力が前記した適正レベルに達した時、CPU10は積分終了の信号を出力して、読み出し手段4によって各センサのデータを読みこめば、図3(a)のような像信号が得られる。しかし、図1のシーンでは、被写体9の像が重要なので、図3(a)の状態では、被写体9の正確な測距はできない。また、上記COMP6が平均値検出のタイプであっても、被写体9としての人物の顔が影となって低輝度の場合、同様に人物の像を正確に取り込むことが困難となる。
【0020】
この影となった人物の顔の像をより正確に取り込むには、図2からわかるように、積分時間を長くして適正レベルの積分電圧を得る方法と、同じ積分時間でも感度を切り換える方法とがある。本実施形態では、感度切換の方を採用し、より短い時間で積分制御を行うことを意図している。
【0021】
図4は本発明の第1実施形態に係る積分制御の詳細を示すフローチャートである。
まず、S1は、積分開始に先立ち、AMP3を制御して低感度に設定するステップであり、ステップS2は積分開始、S3はCOMP6の出力に従って積分電圧が所定のレベルに達したか否かを判定するステップである。S4は、この積分時間を計時して、t1として記憶するステップである。ステップS3で所定のレベルに達していると判断されると、ステップS5にて積分を終了する。S6はこのようにして積分制御されたセンサアレイの出力を読み出し手段4によって読み出してCPU10に入力するステップである。
【0022】
次にステップS7で、このセンサデータによる図3のような像信号の形状を判定すれば、逆光状態か否かを判定することができる。逆光でなければ人物の顔は影になっておらず、正確な像信号が得られているはずなので、ステップS14に分岐して、センサデータより先に説明した2つの像のズレ量を検出し、距離を算出する。
【0023】
しかし、ステップS7において、中央部の輝度が周辺部の輝度より著しく低い場合など、逆光状態が検出された場合にはステップS8にすすみ、高感度モードを設定し、積分を開始する(ステップS9)。この時、ステップS3、S4のようなCOMP6の出力を用いた積分制御を行うと、先程と同じように、周辺の明るい所で積分が終了し、人物の像が得られない。そこで、ここでは制御方法を変更して、先にステップS4で求めたt1の期間の間、積分を繰り返して積分を終了する(ステップS10,S11,S12)。この時、先のCOMP6の出力は無視する。
【0024】
このような状態で、次のステップS13でセンサデータを読み出すと、積分時間は低感度のときと同じであるが、感度が高くなっている分、明るい背景のデータは飽和して、暗い人物のデータが図3(b)のように適正となる。この感度の差はゲイン化して8倍から16倍に設定するが、ステップS6で読み出されたセンサデータの変化の傾きなどから、ゲインを計算して、その値に従って切り換えを行うようにしてもよい。
【0025】
このように、本実施形態では、逆光であると判定された時には積分レベルをモニタする積分制御方式から、積分時間を一定にして感度を切り換える積分制御方式に切り換えるようにしている。これによって、逆光シーンにおけるより正確な測距が可能となる。また、積分時間を延長する方式では、仮にゲイン8倍相当の積分量を確保するには、8倍の積分時間が必要となり、測距に必要な時間が長くなってしまうが、本実施形態のような感度切換方式によれば、タイムラグがなくより高速の測距が可能となる。
【0026】
以下に、本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態は、図3(a)及び図3(b)に示すように、感度を切り換えて取得したセンサデータの両方を有効利用するために、得られた2つの波形を合成して1つの波形として測距に用いる。
【0027】
図5は本発明の第2実施形態を説明するための概念図である。図5(a)の波形は低感度モードであり、S1からS2の区間では被写体が暗すぎてセンサデータが0となっている。一方、図5(b)の波形は、同じ条件で高感度モードとなっており、S1からS2の区間のデータは0以上であるが、回路のダイナミックレンジやA/D変換のレンジの関係で、S1以下、S2以上のセンサデータは、飽和してしまっている。8bitのA/D変換の場合、255という値に固定されてしまう。そこで、図5(a)のデータに所定のオフセット値OFFを加算した上で図5(b)に示すデータと合成すれば図5(c)に示すような新しい波形が得られる。これによって暗い所から明るい所までに対応したセンサデータを得ることができる。図5(a)、図5(b)の像信号が8bitの時、このデータは16bitとなるが、これをCPU10において2で割って8bitデータとして扱ってもよい。
【0028】
上記した第2実施形態は、被写体の明暗の変化が大きすぎて、1回の積分のダイナミックレンジ内に収まらない時に特に有用である。図5(a)のS1,S2間のように全くデータのないエリアでは正確な測距ができず、測距に用いる像の一部が0だったり飽和していても正確な測距はできない。そこで、本実施形態のように、これらの0のデータや飽和のデータを補った形で測距することにより、より正確な測距を行なうことができる。
【0029】
図6(a)は本発明の第2実施形態に係る積分制御の詳細を示すフローチャートである。
ステップS20からS23は低感度を設定した時の積分及びセンサデータ読み出しのステップである。続くステップS24からS27までは高感度モードにおける積分とセンサデータの読み出しのステップである。上記のステップS23,S27で得られた像信号が図5(a)と図5(b)に示す像信号に相当するものである。
【0030】
ステップS28では、図5(a)のセンサデータが0となるエリアをS1〜S2を検出するステップであり、ステップS29は、図5(c)に示すオフセット値OFFを、図5(a)のセンサデータの0以外の部分に加算してCPU10のRAMに記憶し、ステップS30にて、図5(b)のS1〜S2間のセンサデータを上記RAMに記憶する。
【0031】
この場合、CPU10内のメモリ(RAM)には、例えばセンサNo.1から255に相当する記憶エリアに、図6(b)に示すような順番でセンサデータが記憶される。すなわち、RAMのS1番目までのアドレスには、図5(a)のデータにオフセット値OFFを加算したデータを記憶し、S2番目から、255番目のアドレスにも同時に図5(a)のデータにオフセット値OFFを加算したデータを入力する。さらに、RAMアドレスのS1とS2の間には相当する図5(b)のデータを入力する。そして、このRAM上のデータをグラフ化することによって、図5(c)の像信号が得られる。ここで図1のセンサアレイの一方のみのデータについて説明したが、もう一方のセンサアレイについても同様の処理を行う。このように各アドレスに並べられたRAM上のデータ列を用いて、像ズレ量を算出すれば、CPU10は被写体の距離を求めることができる(S31)。
【0032】
以上説明したように本実施形態によれば、各センサアレイの両方につき、各々2回の積分結果で得られた良好な像信号部分を選択して組み合わせ、像信号を合成した後に、像位置の検出を行うようにしたので、回路のダイナミックレンジを越えるような輝度変化のある被写体についても、正確な測距が可能となる。
【0033】
以下に本発明の第3実施形態を説明する。第3実施形態は前記した実施形態の測距装置を、いわゆるマルチAF(多点測距)機能付きのカメラに応用したものである。
【0034】
図7(a)は、画面の中央部に主要被写体が存在しないシーンを示しているが、この場合、画面中央部しか測距できないカメラの場合、風景にピントが合ってしまい、両側の人物はピンボケとなる。そこで、画面内の複数ポイントを測距できるように、センサ数の多い長いセンサアレイを用い、得られた像信号のどの部分を使用するかによって測距ポイントを切り換えられるように構成する。この構成については図9(a)を参照して後述する。
【0035】
このようなマルチ機能付きのカメラでは、いちいちファインダー内で、測距ターゲットマークに被写体を入れずに撮影することが多く、必ずしも先の測距用像信号部分に適正な信号が入っているとは限らない。例えば図7(a)の画面左側の測距エリアLでは、人物9aは一部木の陰に入っていて明暗の変化が大きく、なおかつ、測距エリアLの一部には、背景まで含まれてしまっている。この場合のセンサデータを図7(b)、(c)に示す。図7(b)は低感度モードによる積分制御、図7(c)は高感度モードによる積分制御を採用した場合を示している。しかし、図7(a)の測距エリアLに対応する図7(b)のエリアL内のIの部分にはデータがなく、かつ、図7(a)の測距エリアLに対応する図7(c)のエリアL内のJの部分は飽和してしまっていて適正なデータではない。
【0036】
そこで、これらのデータが欠落している部分をカメラ内蔵のCPUが各々の像データを組み合わせて補うように記憶することにより、図6(b)に示すような合成データがメモリ上に得られる。
【0037】
このようにして得られたCPUのRAM上にセンサNo.に従って配置されたデータをグラフにすると、図7(d)のようになり、Lのエリアには0であったり飽和したりした不適当なデータは存在せず、正確な測距が可能となる。
【0038】
このように、測距に適当な合成像信号を用いてL、C、Rの各ポイントを測距し、最も近い距離を示すポイントに対してピント合せを行なえば、人物9a、9bに対して合焦した写真撮影ができる。
【0039】
図8のフローチャート(ステップS101〜S107)は上記した処理を示している。
なお、図7(b)、(c)の各像データの取得は、感度切り換えによって行ったが、積分時間を変更して切り換え入力してもよい。
【0040】
以上説明したように本実施形態によるマルチAFカメラによれば、明暗差の大きい被写体に対しても正確な像信号が得られるので、各ポイントに対し正確な測距が可能となり、主要被写体の正確な選択、及びピント合せが可能となる。
【0041】
また、像信号の欠落があったまま測距を行うと距離に誤差を生じる。誤差のある結果が一番近い距離を示す場合、例えば単純に最至近を選択するフローではこれを優先してピント合せを行なう場合など、写真は完全にピンボケとなってしまう。そこで、単純な最至近選択ではなく、測距ポイントを像信号に基づいて変化させるような工夫によって、測距精度を上げる応用技術がある。しかし、この場合にも用いられる像信号は本実施形態の方法により適正なデータが得られるので、こうした応用や工夫をより効果的に行なうことができる。
【0042】
以下に本発明の第4実施形態を説明する。マルチAFのカメラの積分制御としては、図9のような工夫も可能である。図9(a)は、先に説明した画面内のL、C、Rの複数ポイントを測距できる受光レンズ1、及びセンサアレイ2の構成を図示したものであり、ハード的な構成としては、L、C、Rのポイントごとに、積分最大検出のモニタ回路12a〜12cが取り付けられている。このモニタ回路12a〜12cはCPU10の制御の基に切換手段5によってその1つが選択され、選択されたモニタ回路の出力が比較手段(COMP)6に入力される。CPU10はCOMP6の比較結果に基づいて積分終了タイミングを決定する。その他の機能ブロックは、図1と同様なので図示を省略した。
【0043】
このような構成で、図9(b)のようなシーンを測距しようとしてモニタ12bを選択して中央のエリアCの部分で積分制御しようとすると、人物9aは影となっているので、背景の光で積分終了するため、図10(a)のような像信号が得られる。一方、モニタ12cを選択して左のエリアL(木の影)の積分制御を行うと図10(b)のようなセンサデータが得られる。この時は暗い木影の光を所定レベルまで積分するために積分時間が長くなり、中央のエリアCでは得られなかった影となっていた人物9aの像も得られている(図10(c))。
【0044】
つまり、中央の人物9aの影の像を得るためには、必ずしも中央のエリアCを選択して積分判定をすればよいわけではなく、場合によってはマルチAFの別のエリア(この場合は左のエリアL)を対象とした積分制御の方が好ましいケースがある。このようなシーンでは図11のような、フローにて各ポイントの測距を正しく行うことができる。
【0045】
まず、S40からS43では、主要被写体の存在確率の高い中央のエリアCのモニタ12bを用いて積分制御を行なう。すなわち、中央のエリアCを判定エリアとして積分を開始し、所定レベルに達した時点で積分を終了する。次に、得られたセンサデータを用いて3点について測距を行う(S44,S45)。この時、図10(a)のようなセンサデータが得られるが、左のエリアLでは像のデータがほとんどないので正確な測距はできない。このような場合、像信号のコントラストや、2つのセンサアレイ上の像の一致度を判定する。信頼性判定によって、不正確な測距結果は除去できるようにしておく。
【0046】
この信頼性判定の結果や例えば図10(a)のように中央のエリアCの中央部が0になっていたりして、センサデータが測距に不適当であるかどうかを、S46にて判定する。これらの結果より、もう一度積分しなおして像の取り込みを行った方が良いと判断されると、S47からS48に分岐し、最も暗い被写体のあるエリアを積分制御用の判定領域に設定する。
【0047】
この場合は図9(b)の左のエリアLが選択されて積分モニタ領域となる。S49からS53は、このようにして得られた積分結果のセンサデータを像信号として、S40からS45のステップと同様に3点の測距を行う。この場合も、信頼性判定によりL、C、Rの各エリアのセンサデータが測距に適正であるかを判定して、不適当な測距結果は除去できるようにしておく。
【0048】
S61は、被写体が存在する確率が特に高い中央のエリアのセンサデータ状態を判定し、図10(a)、(b)の中央のエリアCのように、ある部分のデータが0であったり、飽和している場合はS62でS63に分岐して、データを合成し(図5参照)、このセンサデータに従ってS64にて中央のエリアCの測距を行う。こうしてS45,S53,S64のステップで得られた測距データのうち、信頼性の低いものを除去し、S66にて最近選択してピント合せ距離を決定する。
【0049】
このように、本実施形態では、マルチAFの各ポイントの測距を、必ずしもその測距ポイントごとに積分制御した結果のセンサデータではなく、複数回の積分結果で測距に最適なセンサデータを選択して利用するようにしている。
【0050】
また、データが欠落している場合には上記複数回の積分制御の結果得られる複数のセンサデータを組み合わせて合成することにより、より正確な測距のできるマルチAFオートフォーカスカメラを提供できる。
【0051】
なお、本実施形態の考え方は、以上説明した2回の積分結果の合成像だけでなく、3回、4回の積分結果の合成像を用いた測距にも応用可能である。さらに、マルチAFは3点のタイプを説明したが、5点、7点等、測距ポイントを増加させても同様の考え方を適用することができる。
【0052】
次に本発明の第5実施形態を説明する。上記した実施形態では、センサアレイはセンサ数の多い長いものを3点測距用に用いたが、図12のようにL、C、R用に用意された各々3つのセンサアレイを用いてもよい。また、図11のフローでは7つの測距結果よりピント合せ距離を選択したが、図12に示した像信号状態検出手段22を用いてその時の像信号状態に従って、測距の前にその像信号で測距するか否かを判定して切り換えるようにしてもよい。
【0053】
まず、積分増幅切換手段5のスイッチ5aをX側に切り換えて低感度モードにてセンサ2aに基づく増幅積分動作を開始する。次に、切換手段23により読み出し手段4のスイッチ4aを切り換えて、像信号状態検出手段22により、L,C,Rの各々について像信号の状態を順次検出する。制御手段20は、この像信号状態検出手段22からの信号に基づいて最も暗い領域を判定する。すなわち、L、C、Rのいずれか1つを選択する。
【0054】
次に、積分増幅切換手段5のスイッチ5aをY側に切り換えて高感度モードにし、切換手段23によりスイッチ4aを切り換えて選択したセンサに合わせる。このような設定の後、再度の増幅積分動作を開始する。そして、測距手段21により測距を行なう。
【0055】
図13は、積分状態を切り換えることにより得られたセンサデータより新しいセンサデータを合成する動作をブロック的に図示したものである。これらの機能は実際には、ワンチップマイコン内のROMに書き込まれたプログラムの実行に従って実現されるものであるが、信号やデータの動きを視覚化するためにここでは各機能をブロック表示している。
【0056】
図13の1,2,3については各々、受光レンズ、センサアレイ、増幅積分手段として、すでに説明してある。増幅積分手段を切り換えての各センサアレイのセンサデータは、各々、記憶手段35のメモリ30a、30b、31a、31bに記憶される。これは、CPU内のRAMでもよいし、専用のメモリを利用してもよい。どのセンサのデータをどのアドレスに入れるかは、アドレス設定手段36によって制御される。
【0057】
30a,31bには、図5(a)に示すような低感度のデータが格納され、30b、31aには、図5(b)に示すような、より高感度のデータが格納される。低感度のデータに対してはオフセット加算部(OFF)32a,32bにて、図5で説明した増幅率等、積分特性の差異によるオフセット値が加算される。また、像信号判定手段33によってセンサデータが0の部分が検出され、アドレス設定手段36はこの部分に対応するアドレスを指定すると、合成データ用RAM34の当該アドレスに対応する領域には高感度データ用メモリ30b、31aのデータが転送されて記憶される。
【0058】
また、センサデータが0以外の部分については、低感度用メモリ30a、31bの記憶データにオフセット値を加算しつつ、RAM34上に転送する。この場合、センサ番号に従ってアドレスが設定されるので、最終的にRAM34には図5(c)に示すような合成データが格納される。このようにして得られた合成データは、回路のハード的なダイナミックレンジを越えたダイナミックレンジにて被写体の像を検出できるので、回路の設計自由度が大きくなり、かつ、明暗のコントラストの大きなシーンにおいても、正確な測距が可能となる。
【0059】
なお、合成データは、元のセンサデータが8bitの場合、16bitになるが、RAM34上に記憶する際に適当に除算を行なって圧縮する形で記憶してもよい。
【0060】
このように本実施形態では、測距ポイントの明暗に従って、そのポイントごとに最適の像データ状態で測距を行うので、各ポイント共、高精度の測距ができる。また、先に述べたデータ合成によって、2つの像データから新しい合成データを作ってから2つのセンサアレイの像の比較を行うので、輝度の切り換わりポイントなどでも誤差のない測距ができる。
【0061】
上記したように、本実施形態では、パッシブタイプの測距装置用センサアレイの積分制御時に、積分時のゲイン切換え機能や、測距可能な複数のエリアを切換える機能を併用するようにしたので、より正確かつ単純に被写体の像信号を得ることができ、これによって高精度の測距を可能となる。
【0062】
なお、上記した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が含まれている。
(1)
写真画面内の複数のエリアに存在する被写体像信号を、イメージセンサを用いて検出し、これを用いて上記複数のエリアの測距を行いピント合わせを行うマルチ測距機能付きカメラにおいて、
上記像信号を所定のダイナミックレンジ内に納めるために、上記イメージセンサの出力の積分又は増幅状態を切り換えるための積分増幅切換手段と、
上記被写体測距時に、上記積分増幅切換手段を少なくとも2段階で切り換える切換手段と、
各々の積分増幅状態において、上記複数エリアの上記像信号状態を判定して、上記複数エリアの測距結果から、上記ピント合わせ距離を選択する選択手段と、を具備するカメラ。
(2)
被写体の輝度分布を像信号として検出するセンサと、
このセンサの出力信号を増幅及び積分する増幅積分手段と、
上記増幅積分手段の感度特性を切り換える切換手段と、
上記増幅積分手段を駆動させて、上記増幅積分手段の出力が所定の値となる時間を計時した後、この計時結果に基づいて、上記増幅積分手段の感度を切り換えて上記増幅積分手段を再度駆動させる制御手段と、
上記増幅積分手段の出力信号に基づいて被写体距離を演算する演算手段と、
を有する測距装置。
(3)
異なる感度で駆動させた上記増幅積分手段の各出力信号を合成して合成信号を生成する合成手段を有し、この合成信号に基づいて被写体距離を演算する(1)の測距装置。
(4)
上記制御手段は、初めの上記増幅積分手段の駆動による出力が、この増幅積分手段のダイナミックレンジを超えている場合には、上記増幅積分手段の感度を高感度に切り換えて再度の増幅積分手段を駆動させる(2)又は(3)の測距装置。
(5)
上記制御手段は、主被写体が逆光状態であることを検出した場合には、上記増幅積分手段の感度を高感度に切り換えて再度の増幅積分手段を駆動させる(2)又は(3)の測距装置。
(6)
上記制御手段は、初めの増幅積分手段の駆動による出力に基づいて逆光状態の判定を行う(4)の測距装置。
(7)
被写体の輝度分布を像信号として検出するセンサと、
このセンサの出力信号を増幅及び積分する増幅積分手段と、
上記増幅積分手段の動作時間を切り換える切換手段と、
上記増幅積分手段を所定の時間、駆動させたときの出力信号と、上記切換手段により動作時間を切り換えて駆動させたときの出力信号とを合成して合成信号を生成する合成手段と、
この合成信号に基づいて被写体距離を演算する演算手段と、
を有する測距装置。
(8)
上記合成手段は、上記増幅積分手段からの一方の出力信号にオフセット値を加算し、両出力信号の有効データのみをメモリ上の所定のアドレスに書き込むことにより合成する(3)又は(7)の測距装置。
(9)
上記演算手段は、上記合成信号を縮小変換し、この変換信号に基づいて被写体距離を算出する(3)又は(7)の測距装置。
(10)
上記センサは、被写界の複数のエリアに存在する被写体の像信号を検出する(3)又は(7)の測距装置。
(11)
被写界の複数のエリアに存在する被写体の像信号を積分して検出するセンサアレイと、上記複数のエリアに相当する上記センサアレイのエリア毎に、上記積分状態を切り換えてモニタ可能なモニタ手段とを有するカメラの測距装置において、
上記センサアレイの所定のエリアに対する積分モニタ状態に従って得られた像信号のパターンに基づいて、上記積分動作を再度行う際の上記モニタ手段の切換状態を制御する制御手段を有することを特徴とする測距装置。
(12)
上記制御手段は、上記像信号パターンにより最も暗いエリアを判別し、このエリアに対して上記モニタ手段を切り換えて上記積分動作を再度行う(11)の測距装置。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、単純な構成で逆光時にも被写体のコントラストを得ることができ、高速かつ正確な測距のできる測距装置を提供することができる。
また、逆光シーンであるか否かにかかわらず、被写体の輝度分布の変化が大きく、回路のダイナミックレンジを越えて正しい像信号が得られないような場合でも、正しく距離測定ができる高精度な測距装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の構成を示す図である。
【図2】(a)は高輝度の被写体部分からの光を受光した場合の積分波形を示し、(b)は低輝度の被写体部分からの光を受光した場合の積分波形を示す図である。
【図3】(a)は低感度モード時の像信号の波形を示し、(b)は高感度モード時の像信号の波形を示す図である。
【図4】本発明の第1実施形態に係る積分制御の詳細を示すフローチャートである。
【図5】本発明の第2実施形態の概略を説明するための概念図である。
【図6】(a)は本発明の第2実施形態に係る積分制御の詳細を示すフローチャートであり、(b)はセンサデータがRAMに記憶された様子を示す図である。
【図7】本発明の第3実施形態の概略を説明するための図である。
【図8】本発明の第3実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図9】(a)は本発明の第4実施形態の構成を示し、(b)は撮影シーンを示す図である。
【図10】本発明の第4実施形態の概略を説明するための図である。
【図11】本発明の第4実施形態の動作を説明するための図である。
【図12】本発明の第5実施形態の構成を示す図である。
【図13】積分状態を切り換えることによって得られたセンサデータより新しいセンサデータを合成する動作をブロック的に図示した図である。
【符号の説明】
1a、1b…受光レンズ、
2a、2b…センサアレイ、
3…アンプ(AMP)、
4…読み出し手段、
5…切換手段、
6…比較手段(COMP)、
7…タイマー、
8…シーン、
9…被写体、
10…CPU。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a distance measuring device used for a camera or the like, and more specifically, a so-called passive type that detects a luminance distribution of a subject with a predetermined parallax and measures a distance to the subject according to a plurality of obtained image signals. The present invention relates to a distance measuring device.
[0002]
[Prior art]
In order to obtain an image signal of a subject, a sensor array in which light receiving elements are arranged in an array is generally used. However, a circuit that processes the output of the sensor array has a predetermined dynamic range and is extremely bright. And an accurate image signal cannot be obtained simultaneously from both extremely dark objects.
US Patent 4410 2 Japanese Laid-Open Patent Application No. 61 and Japanese Patent Laid-Open No. 5-264887 disclose a technique for obtaining an accurate image signal regardless of the brightness of the subject.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these conventional techniques, a contrast image signal cannot be obtained in a backlight scene with a bright background and a dark subject, and the result of distance measurement may be inaccurate.
[0004]
For example, U.S. Pat. 2 In 61, the integration amount of the output current of the sensor array reached a predetermined level. sometimes Integration is terminated, but in this case, if the output of the sensor that receives light from the background with a bright background is increased, the integration is terminated even if the integration result of the subject has not yet reached an appropriate level. . Therefore, the image signal used for distance measurement does not have sufficient contrast.
[0005]
In order to solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-264887 calculates by extending the integration time when detecting backlight. However, if the integration time is simply increased, there is a problem that the time lag becomes longer or extra calculation is required and the control method becomes complicated.
[0006]
The distance measuring device of the present invention has been made paying attention to such a problem, and the object of the distance measuring device is to provide a high-speed and accurate distance measurement with a simple configuration that can obtain the contrast of a subject even in backlight. An object of the present invention is to provide a distance measuring apparatus capable of performing the above.
[0007]
Also, another object of the present invention is to correctly correct even when the luminance distribution of the subject is large and the correct image signal cannot be obtained beyond the dynamic range of the circuit regardless of whether it is a backlight scene or not. An object of the present invention is to provide a highly accurate distance measuring device capable of measuring a distance.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a distance measuring device according to a first aspect of the present invention provides a plurality of pairs of sensor arrays for detecting luminance distributions of subjects existing in a plurality of areas in a screen as image signals. And above Amplifying and integrating means for amplifying and integrating the output signals of a plurality of pairs of sensor arrays, and switching the sensitivity characteristics of the amplification or integration to at least two stages Integral amplification Switching means; The image signal state detection means that switches the output of the amplification integration means for each of the plurality of pairs of sensor arrays and the image signal state detection means that can detect the integration state by the output of the amplification integration means for each of the plurality of pairs of sensor arrays. Switching means for outputting to the means; In the distance measuring apparatus comprising calculation control means for calculating information related to the distance to the subject in accordance with image signal positions based on the output of the plurality of pairs of sensor arrays, the calculation control means is controlled by the amplification integration means. The result of detecting the output signal of the plurality of pairs of sensor arrays obtained by switching and amplifying and integrating the amplification or sensitivity characteristics so that the amplification factor or sensitivity is lower, and detecting the image signal state detecting means by switching the switching means The image signal state detection means detects the output of the amplification integration means of the sensor array of the output signal showing the lowest luminance after the sensor array of the output signal showing the lowest luminance is selected and selected based on The switching means is set as described above, and the amplification or sensitivity characteristic is switched by the integral amplification switching means so that the amplification factor or sensitivity is higher, and the selected sensor is selected for the same subject by the amplification integration means. Image signals with different amplification or sensitivity characteristics of the same subject obtained for the selected sensor array by amplifying and integrating the output signal of the array , The data is synthesized by removing the invalid data, and information on the subject distance is obtained based on the synthesized image signal.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numerals 1a and 1b denote a pair of light receiving lenses that receive light from the scene 8 and guide it to the sensor arrays 2a and 2b. Each sensor constituting the sensor arrays 2a and 2b is incident with a light beam whose intensity is determined according to the luminance distribution of the subject 9, and outputs a photocurrent depending on the amount of incident light. The amplifier (AMP) 3 amplifies and integrates these photocurrents. As the AMP3, a type that amplifies the integrated voltage may be used. However, the amplification factor at this time can be switched by the switching means 5. Specifically, the photocurrent is amplified by current, the capacitance of the integration capacitor is switched, or the voltage after integration is amplified by voltage. You may make it do.
[0012]
FIG. 2A shows an integrated waveform when light from a high-luminance subject portion is received, and FIG. 2B shows an integrated waveform when light from a low-luminance subject portion is received. .
[0013]
Since FIG. 2A is a case of high luminance, the photocurrent of the sensor output is large, and the time for the integrated voltage to reach an appropriate level can be shorter than in the case of the low luminance of FIG.
Here, the appropriate level is a voltage determined by the resolution of the A / D conversion of the reading means 4 for reading the integration result and the dynamic range of the AMP3. For example, if the power supply voltage is an amplifier of 3V, amplification of 3V or more cannot be performed, and the appropriate level is 3V or less. When the resolution of the reading means 4 is 10 mV and the A / D converter is 8 bits, an integral voltage of 255 × 10 mV = 2.55 V or more cannot be read, and the appropriate level is 2 .55V.
[0014]
The integrated voltages shown in FIGS. 2A and 2B also change depending on the above-described gain switching state. As shown in the figure, t INT In the integration time of FIG. 2A, when the luminance is high in FIG. 2A, the lower amplification factor is at an appropriate level. Therefore, the case where this amplification factor is set is referred to as a low sensitivity mode, and FIG. When the luminance is low, the higher amplification factor is an appropriate level, and this case is called a high sensitivity mode.
[0015]
That is, a bright subject image can be A / D converted at an appropriate level in the low sensitivity mode, and a dark subject image can be A / D converted at an appropriate level in the high sensitivity mode. Therefore, in the scene 8 as shown in FIG. 1, since the background of the subject 9 is bright, the background is appropriate in the low sensitivity mode as shown in FIG. 3A, and in the high sensitivity mode as shown in FIG. 3B. In addition, a person becomes a proper image. Of course, the result is opposite in the case of front light.
[0016]
Returning to FIG. 1, the comparison means (COMP) 6 for integral control is a circuit that monitors the maximum value and average value of the outputs of all sensors in real time. Further, the reading unit 4 reads an image signal output from each sensor and inputs it to the CPU 10.
[0017]
The CPU 10 is an arithmetic control circuit composed of a one-chip microcomputer or the like, and controls the integration while monitoring the relationship between the integration voltage and the integration time by the outputs of the built-in timer 7 and COMP 6. Further, the CPU 10 calculates the distance L to the subject 9 according to the shift amount x of the image positions on the two sensor arrays 2a and 2b input by the reading unit 4.
[0018]
If the distance between the principal points of the two light receiving lenses is the base line length B, and the distance between the light receiving lens and the sensor array is f,
L = (B · f) / x
The relationship is established.
[0019]
In the distance measuring apparatus having such a configuration, if the COMP 6 is a maximum value detection type, when the output reaches the above-described appropriate level, the CPU 10 outputs an integration end signal and the reading means 4 outputs each signal. If the sensor data is read, an image signal as shown in FIG. However, since the image of the subject 9 is important in the scene of FIG. 1, the subject 9 cannot be accurately measured in the state of FIG. Even if the COMP 6 is an average value detection type, if the face of the person as the subject 9 is shadowed and has a low luminance, it is difficult to accurately capture the person image.
[0020]
As shown in FIG. 2, in order to capture the shadow image of a person's face more accurately, as shown in FIG. 2, there is a method of obtaining a proper level of integration voltage by extending the integration time, and a method of switching sensitivity even at the same integration time. There is. In the present embodiment, the sensitivity switching is adopted, and the integration control is intended to be performed in a shorter time.
[0021]
FIG. 4 is a flowchart showing details of the integral control according to the first embodiment of the present invention.
First, S1 is a step of controlling the AMP3 to set a low sensitivity prior to the start of integration. The step S2 starts the integration, and S3 determines whether or not the integration voltage has reached a predetermined level according to the output of the COMP6. It is a step to do. S4 is a step of measuring the integration time and storing it as t1. If it is determined in step S3 that the predetermined level has been reached, the integration is terminated in step S5. S6 is a step of reading out the output of the sensor array subjected to integration control in this way by the reading means 4 and inputting it to the CPU 10.
[0022]
Next, in step S7, if the shape of the image signal as shown in FIG. 3 based on the sensor data is determined, it can be determined whether or not the backlight is in the backlit state. If it is not backlit, the face of the person is not shadowed and an accurate image signal should be obtained. Therefore, the process branches to step S14 to detect the amount of deviation between the two images described before the sensor data. Calculate the distance.
[0023]
However, if a backlight condition is detected in step S7, such as when the brightness at the center is significantly lower than the brightness at the periphery, the process proceeds to step S8, the high sensitivity mode is set, and integration is started (step S9). . At this time, if the integration control using the output of COMP6 as in steps S3 and S4 is performed, the integration ends at a bright place in the vicinity as before, and a person image cannot be obtained. Therefore, here, the control method is changed, and the integration is repeated for the period of t1 previously obtained in step S4 to complete the integration (steps S10, S11, S12). At this time, the output of the previous COMP 6 is ignored.
[0024]
In such a state, when the sensor data is read out in the next step S13, the integration time is the same as in the case of the low sensitivity, but the bright background data is saturated and the dark person's data is saturated as the sensitivity is increased. The data is appropriate as shown in FIG. This sensitivity difference is gained and set from 8 times to 16 times. However, the gain may be calculated from the slope of the change in the sensor data read out in step S6, and switching may be performed according to the value. Good.
[0025]
As described above, in the present embodiment, when it is determined that the light is backlit, the integral control method that monitors the integration level is switched to the integral control method that switches the sensitivity while keeping the integration time constant. This enables more accurate distance measurement in a backlight scene. Further, in the method of extending the integration time, in order to secure an integration amount equivalent to 8 times the gain, 8 times of integration time is required, and the time required for ranging becomes longer. According to such a sensitivity switching method, there is no time lag and higher-speed ranging is possible.
[0026]
The second embodiment of the present invention will be described below. In the second embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, in order to effectively use both sensor data acquired by switching the sensitivity, two obtained waveforms are combined and It is used for ranging as one waveform.
[0027]
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a second embodiment of the present invention. The waveform in FIG. 5A is the low sensitivity mode, and the sensor data is 0 in the section from S1 to S2 because the subject is too dark. On the other hand, the waveform in FIG. 5B is in the high sensitivity mode under the same conditions, and the data in the section from S1 to S2 is 0 or more, but it is related to the dynamic range of the circuit and the range of A / D conversion. , S1 and below, S2 and above are saturated. In the case of 8-bit A / D conversion, the value is fixed to 255. Therefore, if a predetermined offset value OFF is added to the data of FIG. 5A and then combined with the data shown in FIG. 5B, a new waveform as shown in FIG. 5C is obtained. Thus, sensor data corresponding to a dark place to a bright place can be obtained. When the image signals in FIGS. 5A and 5B are 8 bits, the data is 16 bits. However, the CPU 10 may divide the data by 2 and handle it as 8 bits data.
[0028]
The second embodiment described above is particularly useful when the change in brightness of the subject is too large and does not fall within the dynamic range of one integration. Accurate distance measurement cannot be performed in an area where there is no data such as between S1 and S2 in FIG. 5A, and accurate distance measurement cannot be performed even if a part of the image used for distance measurement is zero or saturated. . Therefore, as in the present embodiment, it is possible to perform more accurate distance measurement by measuring the distance in a form supplemented with these zero data and saturation data.
[0029]
FIG. 6A is a flowchart showing details of the integral control according to the second embodiment of the present invention.
Steps S20 to S23 are steps of integration and sensor data reading when low sensitivity is set. Subsequent steps S24 to S27 are steps of integration and reading of sensor data in the high sensitivity mode. The image signals obtained in the above steps S23 and S27 correspond to the image signals shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b).
[0030]
Step S28 is a step of detecting areas S1 and S2 in which the sensor data in FIG. 5A is 0, and step S29 is an offset value OFF shown in FIG. The sensor data is added to a portion other than 0 and stored in the RAM of the CPU 10, and the sensor data between S1 and S2 in FIG. 5B is stored in the RAM in step S30.
[0031]
In this case, the memory (RAM) in the CPU 10 has, for example, a sensor No. Sensor data is stored in a storage area corresponding to 1 to 255 in the order shown in FIG. That is, data obtained by adding the offset value OFF to the data in FIG. 5A is stored in the addresses up to S1 in the RAM, and the data in FIG. 5A is also stored in the addresses from S2 to 255 at the same time. Input data with offset value OFF added. Further, the corresponding data in FIG. 5B is input between the RAM addresses S1 and S2. Then, the image signal of FIG. 5C is obtained by graphing the data on the RAM. Although only one data of the sensor array of FIG. 1 has been described here, the same processing is performed for the other sensor array. If the image shift amount is calculated using the data string on the RAM arranged at each address in this way, the CPU 10 can obtain the distance of the subject (S31).
[0032]
As described above, according to the present embodiment, for each of the sensor arrays, after selecting and combining the good image signal portions obtained by the integration results twice, combining the image signals, Since detection is performed, accurate ranging is possible even for a subject whose luminance changes beyond the dynamic range of the circuit.
[0033]
The third embodiment of the present invention will be described below. In the third embodiment, the distance measuring device of the above-described embodiment is applied to a camera having a so-called multi-AF (multi-point distance measuring) function.
[0034]
FIG. 7A shows a scene in which the main subject does not exist in the center of the screen. In this case, in the case of a camera that can measure the distance only in the center of the screen, the landscape is in focus, and the people on both sides It becomes out of focus. Therefore, a long sensor array with a large number of sensors is used so that a plurality of points in the screen can be measured, and the distance measuring points can be switched depending on which part of the obtained image signal is used. This configuration will be described later with reference to FIG.
[0035]
Such a camera with a multi-function often shoots without placing the subject in the distance measurement target mark in the viewfinder, and it is not necessarily the case that an appropriate signal is included in the previous distance image signal part. Not exclusively. For example, in the distance measurement area L on the left side of the screen in FIG. 7A, the person 9a is partly behind the tree and changes greatly in brightness, and part of the distance measurement area L includes the background. It has been. Sensor data in this case is shown in FIGS. 7B and 7C. FIG. 7B shows a case where integration control by the low sensitivity mode is adopted, and FIG. 7C shows a case where integration control by the high sensitivity mode is adopted. However, there is no data in the portion I in the area L in FIG. 7B corresponding to the distance measuring area L in FIG. 7A, and the figure corresponds to the distance measuring area L in FIG. The portion J in the area L of 7 (c) is saturated and is not appropriate data.
[0036]
Therefore, by storing such missing data in such a manner that the camera built-in CPU supplements each image data by combining them, synthesized data as shown in FIG. 6B is obtained on the memory.
[0037]
On the CPU RAM obtained in this way, the sensor No. If the data arranged according to is graphed, it becomes as shown in FIG. 7D, and there is no inappropriate data that is 0 or saturated in the area L, and accurate distance measurement is possible. .
[0038]
As described above, when the L, C, and R points are measured using the composite image signal suitable for distance measurement and the point indicating the closest distance is focused, the persons 9a and 9b are detected. You can shoot in focus.
[0039]
The flowchart (steps S101 to S107) in FIG. 8 shows the above-described processing.
In addition, although acquisition of each image data of FIG.7 (b), (c) was performed by sensitivity switching, you may change and change integration time and may input.
[0040]
As described above, according to the multi-AF camera according to the present embodiment, an accurate image signal can be obtained even for a subject having a large contrast, so that accurate ranging can be performed for each point, and the accuracy of the main subject can be accurately determined. Can be selected and focused.
[0041]
In addition, if distance measurement is performed with a missing image signal, an error occurs in the distance. If the result with an error indicates the closest distance, for example, if the focus is given priority in the flow of selecting the closest distance, the photograph will be completely out of focus. Therefore, there is an application technique that raises the distance measurement accuracy by changing the distance measurement point based on the image signal, instead of simply selecting the closest distance. However, since appropriate data can be obtained from the image signal used in this case by the method of the present embodiment, such application and device can be more effectively performed.
[0042]
The fourth embodiment of the present invention will be described below. For the integration control of the multi-AF camera, a device as shown in FIG. 9 can be used. FIG. 9A illustrates a configuration of the light receiving lens 1 and the sensor array 2 that can measure a plurality of points of L, C, and R in the screen described above. As a hardware configuration, For each of the points L, C, and R, monitor circuits 12a to 12c for detecting the maximum integration are attached. One of the monitor circuits 12 a to 12 c is selected by the switching means 5 under the control of the CPU 10, and the output of the selected monitor circuit is input to the comparison means (COMP) 6. The CPU 10 determines the integration end timing based on the comparison result of COMP6. Other functional blocks are the same as in FIG.
[0043]
In such a configuration, when the monitor 12b is selected to measure the distance as shown in FIG. 9B and integration control is performed in the central area C, the person 9a becomes a shadow. Since the integration is completed with the light of, an image signal as shown in FIG. 10A is obtained. On the other hand, when the monitor 12c is selected and integral control of the left area L (tree shadow) is performed, sensor data as shown in FIG. 10B is obtained. At this time, since the dark tree shadow light is integrated to a predetermined level, the integration time becomes long, and an image of the person 9a that has been a shadow that could not be obtained in the central area C is also obtained (FIG. 10 (c). )).
[0044]
That is, in order to obtain a shadow image of the central person 9a, it is not always necessary to select the central area C and perform integration determination. In some cases, another area of the multi AF (in this case, the left There are cases where integral control for area L) is preferred. In such a scene, distance measurement of each point can be performed correctly in the flow as shown in FIG.
[0045]
First, in S40 to S43, integration control is performed using the monitor 12b in the central area C where the existence probability of the main subject is high. That is, the integration is started using the central area C as a determination area, and the integration is terminated when a predetermined level is reached. Next, distance measurement is performed for three points using the obtained sensor data (S44, S45). At this time, sensor data as shown in FIG. 10A is obtained, but since there is almost no image data in the left area L, accurate distance measurement cannot be performed. In such a case, the contrast of the image signal and the degree of coincidence of the images on the two sensor arrays are determined. An inaccurate distance measurement result can be removed by reliability determination.
[0046]
As a result of the reliability determination, for example, as shown in FIG. 10A, the central portion of the central area C is 0, and it is determined in S46 whether the sensor data is inappropriate for distance measurement. To do. From these results, if it is determined that it is better to perform integration once again to capture an image, the process branches from S47 to S48, and the area with the darkest subject is set as a determination area for integration control.
[0047]
In this case, the area L on the left in FIG. 9B is selected and becomes an integral monitor region. In S49 to S53, the sensor data of the integration result obtained in this way is used as an image signal, and distance measurement is performed at three points in the same manner as in steps S40 to S45. Also in this case, it is determined by the reliability determination whether the sensor data in each of the L, C, and R areas is appropriate for distance measurement, so that an inappropriate distance measurement result can be removed.
[0048]
S61 determines the sensor data state of the central area where the probability that the subject exists is particularly high, and the data in a certain part is 0 as in the central area C of FIGS. 10 (a) and 10 (b). If saturated, the process branches to S63 in S62, and the data are synthesized (see FIG. 5), and the distance of the center area C is measured in S64 according to the sensor data. Of the distance measurement data obtained in steps S45, S53, and S64 in this manner, the data with low reliability is removed, and the focus distance is selected recently in S66.
[0049]
As described above, in the present embodiment, the sensor data that is optimal for distance measurement is not necessarily obtained as a result of integration control of each AF point for each distance measurement point, but the integration results for a plurality of times. Select and use.
[0050]
In addition, when data is missing, a plurality of sensor data obtained as a result of the plurality of integration controls are combined and combined to provide a multi-AF autofocus camera capable of more accurate distance measurement.
[0051]
The concept of this embodiment can be applied not only to the composite image of the two integration results described above but also to distance measurement using the composite image of the integration results of three times and four times. Furthermore, although the multi-point type has been described with respect to the multi-AF, the same concept can be applied even when the number of distance measurement points is increased, such as 5 points or 7 points.
[0052]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the embodiment described above, a long sensor array having a large number of sensors is used for three-point distance measurement. However, as shown in FIG. 12, three sensor arrays prepared for L, C, and R may be used. Good. In the flow of FIG. 11, the focusing distance is selected from the seven distance measurement results, but the image signal is detected before the distance measurement according to the image signal state at that time using the image signal state detection means 22 shown in FIG. It may be switched by determining whether or not to measure the distance.
[0053]
First, the switch 5a of the integral amplification switching means 5 is switched to the X side, and the amplification integration operation based on the sensor 2a is started in the low sensitivity mode. Next, the switch 4a of the reading unit 4 is switched by the switching unit 23, and the state of the image signal for each of L, C, and R is sequentially detected by the image signal state detection unit 22. The control means 20 determines the darkest area based on the signal from the image signal state detection means 22. That is, one of L, C, and R is selected.
[0054]
Next, the switch 5a of the integral amplification switching means 5 is switched to the Y side to enter the high sensitivity mode, and the switch 4a is switched by the switching means 23 to match the selected sensor. After such setting, another amplification integration operation is started. Then, the distance measuring means 21 performs distance measurement.
[0055]
FIG. 13 is a block diagram illustrating an operation for synthesizing new sensor data from the sensor data obtained by switching the integration state. These functions are actually realized according to the execution of the program written in the ROM in the one-chip microcomputer. Here, in order to visualize the movement of signals and data, each function is displayed as a block here. Yes.
[0056]
13 have already been described as a light receiving lens, a sensor array, and amplification integration means. The sensor data of each sensor array after switching the amplification integration means is stored in the memories 30a, 30b, 31a, 31b of the storage means 35, respectively. This may be a RAM in the CPU, or a dedicated memory may be used. Which sensor data is put in which address is controlled by the address setting means 36.
[0057]
Low-sensitivity data as shown in FIG. 5A is stored in 30a and 31b, and higher-sensitivity data as shown in FIG. 5B is stored in 30b and 31a. For low-sensitivity data, offset addition units (OFF) 32a and 32b add offset values due to differences in integration characteristics such as the amplification factor described in FIG. When the image signal determination unit 33 detects a portion where the sensor data is 0 and the address setting unit 36 designates an address corresponding to this portion, the area corresponding to the address of the synthesized data RAM 34 has a high sensitivity data region. Data in the memories 30b and 31a is transferred and stored.
[0058]
In addition, when the sensor data is other than 0, the offset value is added to the data stored in the low-sensitivity memories 30a and 31b and transferred to the RAM 34. In this case, since the address is set according to the sensor number, finally the synthesized data as shown in FIG. The synthesized data obtained in this way can detect the subject image in a dynamic range that exceeds the hardware dynamic range of the circuit, increasing the degree of freedom in circuit design and providing a scene with high contrast between light and dark. In this case, accurate distance measurement is possible.
[0059]
The composite data is 16 bits when the original sensor data is 8 bits, but may be stored in a form that is compressed by appropriate division when stored on the RAM 34.
[0060]
As described above, according to the present embodiment, since distance measurement is performed in the optimum image data state for each point according to the brightness of the distance measurement point, highly accurate distance measurement can be performed for each point. In addition, since new combined data is created from two image data by the above-described data combining and the images of the two sensor arrays are compared, distance measurement can be performed without error even at the point where the luminance is switched.
[0061]
As described above, in the present embodiment, when integrating the sensor array for the passive type distance measuring device, the gain switching function at the time of integration and the function of switching a plurality of areas that can be measured are used together. The image signal of the subject can be obtained more accurately and simply, and this enables high-precision distance measurement.
[0062]
The specific embodiment described above includes an invention having the following configuration.
(1)
In a camera with a multi-ranging function that detects object image signals existing in a plurality of areas in a photo screen using an image sensor, performs distance measurement of the plurality of areas using this, and focuses.
Integral amplification switching means for switching the integration or amplification state of the output of the image sensor in order to fit the image signal within a predetermined dynamic range;
Switching means for switching the integral amplification switching means in at least two stages during the subject distance measurement;
And a selection unit that determines the image signal states of the plurality of areas in each integral amplification state and selects the focusing distance from the distance measurement results of the plurality of areas.
(2)
A sensor for detecting the luminance distribution of the subject as an image signal;
Amplifying and integrating means for amplifying and integrating the output signal of the sensor;
Switching means for switching sensitivity characteristics of the amplification integrating means;
After driving the amplification integration means and measuring the time when the output of the amplification integration means becomes a predetermined value, the sensitivity of the amplification integration means is switched based on the time measurement result, and the amplification integration means is driven again. Control means for causing
A computing means for computing a subject distance based on an output signal of the amplification integrating means;
Ranging device having
(3)
A distance measuring apparatus according to (1), comprising combining means for combining the output signals of the amplification and integration means driven at different sensitivities to generate a combined signal, and calculating a subject distance based on the combined signal.
(4)
The control means switches the sensitivity of the amplification integration means to high sensitivity and switches the amplification integration means again when the output of the first drive of the amplification integration means exceeds the dynamic range of the amplification integration means. The distance measuring device of (2) or (3) to be driven.
(5)
When the control means detects that the main subject is in the backlight state, the sensitivity of the amplification integration means is switched to high sensitivity and the amplification integration means is driven again (2) or (3) distance measurement apparatus.
(6)
The distance measuring apparatus according to (4), wherein the control means determines a backlight state based on an output obtained by driving the first amplification integration means.
(7)
A sensor for detecting the luminance distribution of the subject as an image signal;
Amplifying and integrating means for amplifying and integrating the output signal of the sensor;
Switching means for switching the operating time of the amplification integrating means;
Combining means for combining the output signal when the amplification integration means is driven for a predetermined time and the output signal when the operation time is switched by the switching means to generate a combined signal;
A computing means for computing the subject distance based on the combined signal;
Ranging device having
(8)
The synthesizing unit adds the offset value to one of the output signals from the amplification integrating unit, and synthesizes by writing only valid data of both output signals to a predetermined address on the memory (3) or (7) Distance measuring device.
(9)
The distance measuring apparatus according to (3) or (7), wherein the arithmetic means performs reduction conversion on the combined signal and calculates a subject distance based on the converted signal.
(10)
The distance measuring device according to (3) or (7), wherein the sensor detects image signals of a subject existing in a plurality of areas of the object scene.
(11)
A sensor array that integrates and detects image signals of subjects existing in a plurality of areas of the object field, and a monitoring means that can monitor by switching the integration state for each area of the sensor array corresponding to the plurality of areas. In a camera distance measuring device having
Measurement means comprising control means for controlling a switching state of the monitoring means when the integration operation is performed again based on an image signal pattern obtained in accordance with an integration monitoring state for a predetermined area of the sensor array. Distance device.
(12)
The distance measuring device according to (11), wherein the control means determines the darkest area based on the image signal pattern, switches the monitoring means to the area, and performs the integration operation again.
[0063]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the contrast of a to-be-photographed object can be obtained even at the time of backlight with a simple structure, and the ranging apparatus which can perform a high-speed and accurate ranging can be provided.
Regardless of whether the scene is backlit or not, even if the luminance distribution of the subject is large and a correct image signal cannot be obtained beyond the dynamic range of the circuit, high-accuracy measurement is possible that enables accurate distance measurement. A distance device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 2A shows an integrated waveform when light from a high-luminance subject portion is received, and FIG. 2B shows an integrated waveform when light from a low-luminance subject portion is received. .
3A is a diagram showing a waveform of an image signal in a low sensitivity mode, and FIG. 3B is a diagram showing a waveform of an image signal in a high sensitivity mode.
FIG. 4 is a flowchart showing details of integration control according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining an outline of a second embodiment of the present invention.
FIG. 6A is a flowchart showing details of integration control according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a diagram showing how sensor data is stored in a RAM.
FIG. 7 is a diagram for explaining an outline of a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the third exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 9A shows the configuration of the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 9B shows a shooting scene.
FIG. 10 is a diagram for explaining an outline of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a fifth exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram illustrating an operation of synthesizing new sensor data from sensor data obtained by switching the integration state.
[Explanation of symbols]
1a, 1b ... light receiving lens,
2a, 2b ... sensor array,
3 ... Amplifier (AMP),
4 Reading means,
5 ... switching means,
6 ... Comparison means (COMP),
7 ... Timer,
8 ... scene,
9 ... Subject,
10: CPU.

Claims (1)

画面内の複数のエリアに存在する被写体の輝度分布を像信号として検出するための複数対のセンサアレイと、
記複数対のセンサアレイの出力信号を増幅積分する増幅積分手段と、
上記増幅又は積分の感度特性を少なくとも2つの段階に切り換える積分増幅切換手段と、
上記複数対のセンサアレイ毎の上記増幅積分手段の出力により積分状態を検出可能な像信号状態検出手段と、
上記複数対のセンサアレイ毎の上記増幅積分手段の出力を切り換えて上記像信号状態検出手段に出力する切換手段と、
上記複数対のセンサアレイ出力に基づく像信号位置に従って、上記被写体までの距離に関する情報を演算する演算制御手段とからなる測距装置において、
上記演算制御手段は、上記増幅積分手段により上記増幅又は感度特性を、増幅率または感度がより低くなるように切り換えて増幅積分された上記複数対のセンサアレイの出力信号を、上記切換手段を切り換えて上記像信号状態検出手段が検出した結果に基づいて、最も低輝度を示す出力信号のセンサアレイを判別して選択した後、上記最も低輝度を示す出力信号のセンサアレイの上記増幅積分手段の出力を上記像信号状態検出手段が検出するように上記切換手段を設定するとともに、上記積分増幅切換手段により上記増幅又は感度特性を、増幅率または感度がより高くなるように切り換えさせ、上記増幅積分手段により同一被写体に対して上記選択したセンサアレイの出力信号を増幅積分させて、上記選択したセンサアレイについて得られた同一被写体の増幅又は感度特性の異なる像信号を、そのうちの無効データを除いて合成し、合成した像信号に基づいて上記被写体距離に関する情報を求めることを特徴とする測距装置。
A plurality of pairs of sensor arrays for detecting the luminance distribution of a subject existing in a plurality of areas in the screen as an image signal ;
An amplifier integrating means for amplifying integrating the output signal of the upper Symbol pairs of sensor arrays,
Integral amplification switching means for switching the sensitivity characteristic of amplification or integration to at least two stages;
An image signal state detection means capable of detecting an integration state by an output of the amplification integration means for each of the plurality of pairs of sensor arrays;
Switching means for switching the output of the amplification integration means for each of the plurality of pairs of sensor arrays and outputting the output to the image signal state detection means;
In a distance measuring device comprising calculation control means for calculating information related to the distance to the subject according to image signal positions based on the plurality of pairs of sensor array outputs,
The arithmetic control means switches the switching means for the output signals of the plurality of pairs of sensor arrays which are amplified and integrated by switching the amplification or sensitivity characteristics by the amplification integration means so that the amplification factor or sensitivity is lower. Based on the detection result of the image signal state detection means, the sensor array of the output signal showing the lowest luminance is discriminated and selected, and then the amplification integration means of the sensor array of the output signal showing the lowest luminance is selected. The switching means is set so that the image signal state detection means detects the output, and the amplification or sensitivity characteristic is switched by the integral amplification switching means so that the amplification factor or sensitivity is higher, and the amplification integration Obtained for the selected sensor array by amplifying and integrating the output signal of the selected sensor array for the same subject by means The different image signals amplification or sensitivity characteristics one subject was synthesized with the exception of invalid data of which, combined distance measuring apparatus and obtaining the information related to the object distance based on the image signal.
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