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JP6987524B2 - 制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 - Google Patents
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制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、位相差検出方式によるフォーカス制御を行う撮像装置に関する。
従来から、被写体像を撮像するための撮像素子からの出力信号を用いて、位相差検出方式(撮像面位相差検出方式)による焦点検出を行う撮像装置が知られている。しかし、撮像面位相差検出方式を含む位相差検出方式では、人物の顔のような低コントラスト被写体を逆光などの低輝度状況で撮影する場合、高輝度や高コントラスト被写体を撮影する場合と比較して、得られる像信号が小さくなり、フォーカス制御の精度が低下する。
特許文献1には、デフォーカス量を算出する際に出力される評価値(フォーカス制御のために用いられる評価値)と予め設定された閾値とを比較して、デフォーカス量の信頼性を評価する撮像装置が開示されている。
特開2016−57546号公報
しかしながら、特許文献1に開示された撮像装置は、直接デフォーカス量の検出バラつきを算出しておらず、撮像装置の設定(絞り値など)や被写体(輝度やコントラスト)に応じて評価値が変化する。このため、低輝度または低コントラスト被写体の撮影の際に、評価値の精度が低下する場合がある。
そこで本発明は、低輝度または低コントラスト被写体を撮影する際にも高精度なフォーカス制御を行うことが可能な制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することを目的とする。
本発明の一側面としての制御装置は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号および第2信号を取得する取得手段と、前記第1信号および前記第2信号に対して帯域が互いに異なる複数のフィルタ処理を行い、各々のフィルタ処理後の周波数帯域の第1信号および第2信号に基づいて複数の像ずれ量および複数の信頼性を算出する算出手段と、前記複数の像ずれ量のそれぞれから算出された複数のデフォーカス量の差と、前記複数の信頼性の少なくとも一つとに基づいて、該複数のデフォーカス量の中から焦点調節に用いられるデフォーカス量を選択する制御手段とを有し、前記算出手段は、第1周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第1デフォーカス量を算出し、該第1周波数帯域よりも高い第2周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第2デフォーカス量および第2信頼性を算出し、前記算出手段は、前記第2周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号の相関変化量に関する前記第2デフォーカス量の標準偏差に基づいて、前記第2信頼性を算出し、前記制御手段は、前記第2信頼性が第1基準信頼性以上であって、かつ周期的なパターンを有する被写体が検出されない場合、前記焦点調節に用いられるデフォーカス量として前記第2デフォーカス量を選択する
本発明の他の側面としての撮像装置は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光する第1光電変換部および第2光電変換部を有する撮像素子と、前記制御装置とを有する。
本発明の他の側面としての制御方法は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号および第2信号を取得する取得ステップと、前記第1信号および前記第2信号に対して帯域が互いに異なる複数のフィルタ処理を行い、各々のフィルタ処理後の周波数帯域の第1信号および第2信号に基づいて複数の像ずれ量および複数の信頼性を算出する算出ステップと、前記複数の像ずれ量のそれぞれから算出された複数のデフォーカス量の差と、前記複数の信頼性の少なくとも一つとに基づいて、該複数のデフォーカス量の中から焦点調節に用いられるデフォーカス量を選択する選択ステップとを有し、前記算出ステップは、第1周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第1デフォーカス量を算出し、該第1周波数帯域よりも高い第2周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第2デフォーカス量および第2信頼性を算出するステップを有し、前記算出ステップは、前記第2周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号の相関変化量に関する前記第2デフォーカス量の標準偏差に基づいて、前記第2信頼性を算出するステップを有し、前記選択ステップは、前記第2信頼性が第1基準信頼性以上であって、かつ周期的なパターンを有する被写体が検出されない場合、前記焦点調節に用いられるデフォーカス量として前記第2デフォーカス量を選択するステップを有する。
本発明の他の側面としてのプログラムは、前記制御方法をコンピュータに実行させる。
本発明の他の側面としての記憶媒体は、前記プログラムを記憶している。
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
本発明によれば、低輝度または低コントラスト被写体を撮影する際にも高精度なフォーカス制御を行うことが可能な制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
本実施形態における撮像装置のブロック図である。 (a)非撮像面位相差方式および(b)撮像面位相差方式の画素構成例を示す図である。 本実施形態における2像の相関変化量に関する評価値の説明図である。 本実施形態における標準偏差の閾値の算出方法のフローチャートである。 本実施形態における撮影処理のフローチャートである。 本実施形態における自動焦点検出処理のフローチャートである。 本実施形態におけるデフォーカス量の選択方法のフローチャートである。 本実施形態における振幅とデフォーカス量の標準偏差閾値との関係図である。 本実施形態における大Defから中Defへの引き継ぎ判定のフローチャートである。 本実施形態における中Defから小Defへの引き継ぎ判定のフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、図1を参照して、本実施形態における撮像装置について説明する。図1は、本実施形態における撮像装置1(レンズ交換式カメラシステム)のブロック図である。図1に示されるように、撮像装置1は、交換レンズ10(レンズ装置)とカメラ本体20(撮像装置本体)とを備えて構成されている。また、交換レンズ10の全体の動作を統括制御するレンズ制御部106と、カメラ本体20の全体の動作を統括制御するカメラ制御部212とが互いに情報を通信している。
まず、交換レンズ10の構成について説明する。交換レンズ10は、固定レンズ101、絞り102、フォーカスレンズ103、絞り駆動部104、フォーカスレンズ駆動部105、レンズ制御部106、および、レンズ操作部107を有する。固定レンズ101、絞り102、および、フォーカスレンズ103により撮像光学系が構成される。絞り102は、絞り駆動部104により駆動され、後述する撮像素子201への入射光量を制御する。フォーカスレンズ103は、フォーカスレンズ駆動部105により光軸OAに沿った方向(光軸方向)に駆動され、後述する撮像素子201に結像する焦点の調節(フォーカス制御)を行う。絞り駆動部104およびフォーカスレンズ駆動部105は、レンズ制御部106により制御され、絞り102の開口量、および、フォーカスレンズ103の光軸方向における位置を決定する。レンズ操作部107はユーザにより操作される。レンズ操作部107がユーザにより操作された場合、レンズ制御部106は、ユーザの操作に応じた制御を行う。レンズ制御部106は、後述するカメラ制御部212から受信した制御命令や制御情報に応じて絞り駆動部104やフォーカスレンズ駆動部105を制御するとともに、レンズ制御情報をカメラ制御部212に送信する。
続いて、カメラ本体20の構成について説明する。カメラ本体20は、交換レンズ10の撮像光学系を通過した光束から撮像信号(画像データ)を取得することが可能である。カメラ本体20は、バス21、撮像素子201、CDS/AGC/ADコンバータ202、画像入力コントローラ203、AF信号処理部204、表示制御部205、および、表示部206を有する。またカメラ本体20は、記録媒体制御部207、記録媒体208、SDRAM209、ROM210、フラッシュROM211、カメラ制御部212、AF制御部213、カメラ操作部214、および、タイミングジェネレータ215を有する。
撮像素子201は、CCDセンサやCMOSセンサなどを有し、撮像光学系を介して形成された被写体像(光学像)を受光面上に結像し、フォトダイオードによって入射光量に応じた信号電荷に変換する(被写体像を光電変換する)。各フォトダイオードに蓄積された信号電荷は、カメラ制御部212の指令に従い、タイミングジェネレータ215から与えられる駆動パルスに基づいて、信号電荷に応じた電圧信号として撮像素子201から順次読み出される。
ここで、図2を参照して、撮像素子201の画素構成について説明する。図2(a)は、撮像面位相差AF方式に対応していない画素の構成、図2(b)は、撮像面位相差AF方式に対応した画素の構成例を模式的に示している。図2(a)、(b)のいずれの画素構成でも、ベイヤー配列が用いられており、Rは赤のカラーフィルタを、Bは青のカラーフィルタを、Gr、Gbは緑のカラーフィルタをそれぞれ示している。撮像面位相差AFに対応する図2(b)の画素構成では、図2(a)に示される撮像面位相差AF方式に非対応の画素構成における1画素(実線で示される画素)内に、図2(b)の水平方向に2分割された2つのフォトダイオードA、Bが設けられている。フォトダイオードA、B(第1光電変換部、第2光電変換部)は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過した光束を受光する。このように、フォトダイオードAとフォトダイオードBは、撮像光学系の射出瞳の異なる領域を通過した光束を受光するため、B像信号はA像信号に対して視差を有している。また、上述の撮像用信号(A+B像信号)と一対の視差画像信号のうち、一方の像信号(A像信号またはB像信号)も視差を有する。なお、図2(b)に示される画素の分割方法は一例であり、図2(b)の垂直方向に分割した構成や、水平方向および垂直方向に2分割ずつ(合計4分割)した構成などの他の構成を採用してもよい。また、同じ撮像素子内において互いに異なる分割方法で分割された複数種類の画素が含まれてもよい。
撮像素子201は、撮像面位相差AFを行うため、図2(b)に示されるように、一つの画素に2つのフォトダイオードA、Bを含む。また撮像素子201は、撮像光学系からの光束をマイクロレンズ(不図示)で分離し、2つのフォトダイオードA、Bで結像することにより、撮像用信号および焦点検出用信号の2つの信号を取り出すことが可能である。2つのフォトダイオードA、Bの信号を加算した信号(A+B像信号)が撮像用信号である。一方、フォトダイオードA、Bのそれぞれの信号(A像信号およびB像信号の2つの像信号)が焦点検出用信号(撮像面位相差AF用の信号)である。AF信号処理部204は、焦点検出用信号に基づいて、2つの像信号に対して相関演算を行い、像ずれ量や各種の信頼性に関する情報を算出する。なお本実施形態では、1つのマイクロレンズに対して複数の光電変換部が配置され、瞳分割された光束が各光電変換部に入射される構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば焦点検出用画素の構成は、マイクロレンズ下に1つのPDを有し、遮光層により左右または上下を遮光することで瞳分割を行う構成でもよい。また、複数の撮像用画素の配列の中に一対の焦点検出用画素を離散的に配置し、その一対の焦点検出用画素から一対の像信号を取得する構成でもよい。
撮像素子201から読み出された撮像用信号および焦点検出用信号は、CDS/AGC/ADコンバータ202に入力され、リセットノイズを除去するための相関二重サンプリング、ゲインの調節、および、信号のデジタル化を行う。CDS/AGC/ADコンバータ202は、撮像用信号を画像入力コントローラ203に、焦点検出用信号(AF用信号)をAF信号処理部204にそれぞれ出力する。
画像入力コントローラ203は、CDS/AGC/ADコンバータ202から出力された撮像用信号を、画像データとしてSDRAM209に格納する。SDRAM209に格納された画像データは、バス21を介して、表示制御部205により表示部206に表示される。また、撮像用信号(画像データ)を記録するモードである場合、記録媒体制御部207は画像データを記録媒体208に記録する。バス21を介して接続されたROM210には、カメラ制御部212が実行する制御プログラムおよび制御に必要な各種データなどが格納されている。フラッシュROM211には、ユーザ設定情報などのカメラ本体20の動作に関する各種設定情報などが格納されている。
AF信号処理部204(取得手段204a)は、撮像素子201からの出力信号に対応する像信号、すなわちCDS/AGC/ADコンバータ202から出力されたAF用信号(一対の像信号としての第1信号(A像信号)および第2信号(B像信号))を取得する。またAF信号処理部204(算出手段204b)は、AF用信号に基づいて相関演算を行って像ずれ量を算出する。またAF信号処理部204(算出手段204b)は、AF用信号の信頼性情報(二像の一致度、二像の急峻度、コントラスト情報、飽和情報、および、キズ情報など)を算出する。AF信号処理部204により算出された像ずれ量および信頼性情報(信頼性、信頼性評価値)は、カメラ制御部212(AF制御部213)へ出力される。
カメラ制御部212は、AF信号処理部204から取得した像ずれ量および信頼性情報に基づいて、これらを算出する設定の変更をAF信号処理部204に通知する。例えば、像ずれ量が大きい場合に相関演算を行う領域を広げるような設定を行い、または、コントラスト情報に応じてバンドパスフィルタの種類を変更する。またカメラ制御部212(AF制御部213)は、AF信号処理部204から取得した像ずれ量から複数のデフォーカス量を算出する。またカメラ制御部212は、周期的なパターンを有する被写体を検出する検出部216(検出手段)を有する。
なお本実施形態は、撮像用信号(A+B像信号)および焦点検出用信号(AF用信号、すなわちA像信号およびB像信号)の2つの計3つの信号を撮像素子201から取り出しているが、これに限定されるものではない。撮像素子201の負荷を考慮し、例えば撮像用信号(A+B像信号)と2つの焦点検出用信号のうちの一方の信号(A像信号)の計2つの信号を取り出し、撮像用信号と焦点検出用信号との差分を取ることで、他方の焦点検出用信号(B像信号)を生成してもよい。
カメラ制御部212は、カメラ本体20の各部の全体と情報をやり取りして制御を行う。またカメラ制御部212は、カメラ本体20内の処理だけでなく、カメラ操作部214からの入力信号に応じて、電源のON/OFF、設定の変更、記録の開始、AF制御の開始、および、記録映像の確認など、ユーザが操作した種々のカメラ機能を実行する。また、前述のように、交換レンズ10内のレンズ制御部106と情報をやり取りし、交換レンズ10の制御命令や制御情報を送り、また交換レンズ10から情報を取得する。カメラ制御部212に設けられたAF制御部213は、本実施形態の特徴的な部分であり、被写体に対して合焦制御を行う。
次に、図5を参照して、本実施形態の撮影処理を説明する。図5は、撮影処理のフローチャートである。図5の各ステップは、主にカメラ制御部212の指令に基づいて各部により実行される。
まず、ステップS501において、カメラ制御部212は、撮影のための第1スイッチ(SW1)がオン状態であるか否かを判定する。SW1がオフ状態の場合、待ち状態であり、ステップS501の判定を繰り返す。一方、SW1がオン状態の場合、ステップS502へ進む。ステップS502において、AF制御部213およびAF信号処理部204は、自動焦点検出処理を行う。自動焦点検出処理の詳細については後述する。
続いてステップS503において、AF制御部213は焦点検出情報を取得し、ステップS502にて算出された焦点検出結果が合焦位置であるか否か、すなわち焦点検出結果が合焦範囲に入っているか否かを判定する。焦点検出結果が合焦範囲外である場合、ステップS504へ進む。ステップS504において、AF制御部213はレンズ駆動を行う。すなわちAF制御部213は、フォーカスレンズ103の駆動命令をレンズ制御部106へ送信する。これにより、AF制御部213は、ステップS502にて算出された焦点検出結果に基づいてフォーカスレンズ103を駆動するように制御する。
一方、ステップS503にて焦点検出結果が合焦範囲内である場合、ステップS505へ進む。ステップS505において、カメラ制御部212は、撮影のための第2スイッチ(SW2)がオン状態であるか否かを判定する。SW2がオフ状態の場合、ステップS507へ進む。ステップS507において、カメラ制御部212は、SW1がオン状態であるか否かを判定する。SW1がオン状態の場合、ステップS505へ戻る。一方、SW1がオフ状態の場合、本フロー(撮影処理)を終了する。ステップS505にてSW2がオン状態の場合、ステップS506へ進む。ステップS506において、カメラ制御部212は撮影準備処理を行う。続いてステップS508において、カメラ制御部212は、撮像した画像データの記録処理を行い、撮影処理を終了する。
次に、図6を参照して、図5のステップS502(自動焦点検出処理)について説明する。図6は、自動焦点検出処理のフローチャートである。図6の各ステップは、主に、AF制御部213およびAF信号処理部204により実行される。
まずステップS601において、AF信号処理部204は、AF制御部213からの指令に基づいて、撮像素子201から取得した対の像信号(位相差信号)に対する相関演算を行い、相関量を算出する(焦点検出演算)。そしてAF制御部213は、AF信号処理部204から受け取った相関量が極小値となるシフト量Shiftである像ずれ量に基づいて、デフォーカス量を算出する。このときAF信号処理部204は、低域用・中域用・高域用の周波数帯域(第1、第2、第3周波数帯域)の異なる3種類のフィルタを用いた相関演算を行い、低域用・中域用・高域用の3種類のデフォーカス量を算出する。またAF信号処理部204は、AF制御部213からの指令に基づいて、対の像信号(位相差信号)の相関量をシフト量Shiftごとに算出する。AF制御部213は、AF信号処理部204から受け取ったシフト量Shiftごとの相関量の波形を生成する。
続いてステップS602において、AF制御部213は、2像の相関変化量を算出する。図3は、2像の相関変化量に関する評価値の説明図であり、撮像面位相差AFにおいてボケの度合が大きい状態から合焦点付近までフォーカスレンズ103を駆動する際の相関変化量を示すグラフである。図3において、横軸は被写体のボケの度合を示し、縦軸は相関変化量MAXDERを示している。相関変化量MAXDERは、以下の式(1)により算出することができる。
MAXDER(k)=(COR[k−3]−COR[k−1])−(COR[k−2]−COR[k]) … (1)
式(1)において、kは位置を特定するための整数の変数であり、COR[k]は位置kでの2像の相関量である。このときAF制御部213は、ステップS601と同様に、フィルタの周波数帯域が異なる低域用・中域用・高域用の3種類の相関変化量MAXDERを算出する。図3に示されるように、撮像面位相差AFではボケの度合が大きい状態から合焦点に近づくにつれて、相関変化量の値が大きくなることが分かる。
続いて、図6のステップS603において、AF制御部213は、相関変化量MAXDERに基づいてデフォーカス量の標準偏差Defocus3σを算出する。デフォーカス量の標準偏差Defocus3σは、以下の式(2)により算出することができる。
Defocus3σ=K×(A×MAXDER) … (2)
式(2)において、Kは像ずれ量をデフォーカス量に変換する変換係数であり、AとBは相関変化量MAXDERから像ずれ量の標準偏差に変換するための変換式の係数である。このときAF制御部213は、ステップS603にて算出された、周波数帯域の異なる低域用・中域用・高域用の3種類の相関変化量MAXDERを代入することにより、3種類のデフォーカス量の標準偏差Defocus3σを算出する。
続いてステップS604において、AF制御部213は、デフォーカス量の信頼性に関する情報を示す信頼性評価値Relを算出するため、算出されたデフォーカス量の標準偏差Defocus3σの閾値を算出する。本実施形態において、信頼性評価値Relは、信頼性の高い順に信頼性評価値Rel3、信頼性評価値Rel2、信頼性評価値Rel1、および、信頼性評価値Rel0の4段階で決定される。また本実施形態において、信頼性評価値Rel2を第1基準信頼性とし、信頼性評価値Rel0を第1の基準信頼性よりも低い第2基準信頼性とする。
信頼性評価値Rel3は、デフォーカス量の信頼性が高いために合焦可能な条件であるとする。信頼性評価値Rel2は、過去mフレーム分(過去の少なくとも一つのフレーム)のデフォーカス量と現在のフレームとを用いて算出された複数のデフォーカス量の加算平均値が所定値以下となる場合に合焦可能となる条件であるとする。信頼性評価値Rel1は算出されたデフォーカス量の方向が合っていることを意味し、信頼性評価値Rel0はデフォーカス量としての信頼性が最も低いことを意味し、それぞれ合焦できない条件であるとする。ただし本実施形態はこれに限定されるものではなく、信頼性評価値の設定数や条件を変更してもよい。
算出されたデフォーカス量の標準偏差Defocus3σが標準偏差閾値Def3σTH1よりも大きい場合、AF制御部213は信頼性評価値Rel0を選択する。算出されたデフォーカス量の標準偏差Defocus3σが標準偏差閾値Def3σTH2よりも大きく、かつ標準偏差閾値Def3σTH1以下の場合、AF制御部213は信頼性評価値Rel1を選択する。算出されたデフォーカス量の標準偏差Defocus3σが標準偏差閾値Def3σTH3より大きく、かつ標準偏差閾値Def3σTH2以下の場合、AF制御部213は信頼性評価値Rel2を選択する。その他の場合、AF制御部213は信頼性評価値Rel3を選択する。
ここで、図4を参照して、ステップS604にて標準偏差Defocus3σの閾値を算出する方法を説明する。図4は、標準偏差Defocus3σの閾値の算出方法のフローチャートである。図4の各ステップは、主に、AF制御部213により実行される。
まずステップS401において、AF制御部213は、標準偏差の閾値(標準偏差閾値Def3σTH1)を算出する。標準偏差閾値Def3σTH1として、予め決められた値が設定される。続いてステップS402において、AF制御部213は、標準偏差閾値Def3σTH2を算出する。標準偏差閾値Def3σTH2は、標準偏差閾値Def3σTH1よりも小さい値である。
続いてステップS403において、AF制御部213は、中域用のデフォーカス量に対する標準偏差閾値を算出しているか否かを判定し、かつ絞り値F(F値)が所定値F_TH以上であるか否かを判定する。両方の条件を満たす場合、ステップS404へ進む。一方、少なくとも一方の条件を満たさない場合、ステップS405へ進む。すなわち本実施形態において、AF制御部213は、絞り値が第1絞り値よりも大きい場合、第1基準信頼性(信頼性評価値Rel2)を変更する。より具体的には、AF制御部213は、絞り値が第1絞り値よりも大きい場合、第1基準信頼性を決定するための標準偏差の閾値(標準偏差閾値Def3σTH2)を変更する。
ステップS404において、AF制御部213は、像信号の最大値と最小値との差分である振幅PB(輝度評価値)に応じて、標準偏差閾値Def3σTH2を可変にする。図8は、振幅PBと標準偏差閾値Def3σTH2との関係図である。図8において、横軸は振幅PBを示し、縦軸は標準偏差閾値Def3σTH2を示している。図8に示されるように、振幅PBがPB1よりも小さい場合、標準偏差閾値Def3σTH2はTh2_1である。振幅PBがPB1とPB2との間の値である場合、標準偏差閾値Def3σTH2はTh2_1とTh2_0との間で線形に変化する。振幅PBがPB2よりも大きい場合、標準偏差閾値Def3σTH2はTh2_0である。
このようにAF制御部213は、像信号(第1信号または第2信号)の輝度評価値に基づいて、第1基準信頼性(信頼性評価値Rel2)を決定するための標準偏差の閾値(Def3σTH2)を変更する。好ましくは、AF制御部213は、輝度評価値(PB)が第1輝度評価値(PB1)の場合、標準偏差の閾値を第1標準偏差閾値(Th2_0)に設定する。一方、AF制御部213は、輝度評価値が第1輝度評価値よりも低い第2輝度評価値(PB1)の場合、標準偏差の閾値を、第1標準偏差閾値よりも高い第2標準偏差閾値(Th2_1)に設定する。本実施形態において、輝度評価値は、像信号(第1信号または第2信号)の振幅であるが、これに限定されるものではなく、像信号の最大値もしくは最小値、または、被写体輝度であってもよい。振幅PBは、被写体輝度に応じて変化する値である。振幅PBが小さい場合には被写体輝度が低い。このため振幅PBが小さい場合、標準偏差閾値Def3σTH2を大きくすることにより、信頼性評価値Relを上げることができる。
ステップS405において、AF制御部213は、標準偏差閾値Def3σTH3を算出する。標準偏差閾値Def3σTH3は、標準偏差閾値Def3σTH2よりも小さい値である。これにより、小絞りにおける低輝度被写体の撮影時において合焦率を高めることが可能になる。
続いて、図6のステップS605において、AF制御部213は、算出されたデフォーカス量の信頼性を表す信頼性評価値Relを算出する。具体的には、AF制御部213は、ステップS604で算出した標準偏差閾値Def3σTH1、Def3σTH2、Def3σTH3に基づいて、ステップS601で算出した低域用・中域用・高域用の3種類のデフォーカス量に対する信頼性をそれぞれ算出する。
続いてステップS606において、AF制御部213は、ステップS601で算出した低域用・中域用・高域用の3種類のデフォーカス量とステップS605で算出した信頼性とに基づいて、1つのデフォーカス量を選択する。以降、低域用のフィルタを介して算出したデフォーカス量を大Def、中域用のフィルタを介して算出したデフォーカス量を中Def、高域用のフィルタを介して算出したデフォーカス量を小Defとする。
次に、図7を参照して、デフォーカス量の選択方法(図6のステップS606)について説明する。図7は、デフォーカス量の選択方法のフローチャートである。図7の各ステップは、主に、AF制御部213により実行される。
まずステップS701において、AF制御部213は、後述する大Def(第1デフォーカス量)から中Def(第2デフォーカス量)への引き継ぎ判定を行う。続いてステップS702において、AF制御部213は、大Defから中Defへの引き継ぎを行うことができたか否かを判定する。大Defから中Defへの引き継ぎを行うことができた場合、ステップS703へ進む。一方、大Defから中Defへの引き継ぎを行うことができなかった場合、ステップS707へ進む。
ステップS703において、AF制御部213は、後述する中def(第2デフォーカス量)から小def(第3デフォーカス量)への引き継ぎ判定を行う。続いてステップS704において、AF制御部213は、中Defから小Defへの引き継ぎを行うことができたか否かを判定する。中Defから小Defへの引き継ぎを行うことができた場合、ステップS705へ進む。一方、中Defから小Defへの引き継ぎを行うことができなかった場合、ステップS706へ進む。
ステップS705において、AF制御部213は、フォーカスレンズ103の駆動(フォーカス制御)に用いるデフォーカス量として小defを選択し、本フローを終了する。また、ステップS706において、AF制御部213は、フォーカス制御に用いるデフォーカス量として中Defを選択し、本フローを終了する。また、ステップS707において、AF制御部213は、フォーカス制御に用いるデフォーカス量として大defを選択し、本フローを終了する。
次に、図9を参照して、大Defから中Defへの引き継ぎ判定(図7のステップS701)について説明する。図9の各ステップは、主に、カメラ制御部212(AF制御部213または検出部216)により実行される。
まず、ステップS901において、AF制御部213は、中Defの信頼性(信頼性評価値)が信頼性評価値Rel2以上であるか否かを判定する。ステップS901の判定により、低コントラスト被写体であっても中Defに引き継ぐ可能性を高め、合焦率を高めることが可能である。中Defの信頼性が信頼性評価値Rel2以上である場合、ステップS902へ進む。一方、中Defの信頼性が信頼性評価値Rel2よりも小さい場合、ステップS903へ進む。
ステップS902において、カメラ制御部212(検出部216)は、周期的なパターンを有する被写体を検出したか否かを判定する。周期的なパターンを有する被写体は、デフォーカス量の信頼性が低くなる。このため、周期的なパターンを有する被写体を検出した場合、大Defから中Defへ引き継がないようにする。周期的なパターンを有する被写体の相関量を示す波形には、合焦点の候補となる相関量が極小となる部分が周期的に現れる。このため、このときの判定方法は、例えば合焦点の候補ごとに2像の相関変化量を算出し、算出された2像の相関変化量の差分と閾値とを比較することにより行われる。周期的なパターンを有する被写体が検出された場合、ステップS903へ進む。一方、周期的なパターンを有する被写体が検出されない場合、ステップS905へ進む。
ステップS903において、AF制御部213は、大Defと中Defのデフォーカス量の差が予め設定した第1深度閾値(第1閾値)以下であるか否かを判定する。大Defと中Defのデフォーカス量の差が第1深度閾値以下である場合、ステップS904へ進む。一方、この差が第1深度閾値よりも大きい場合、ステップS906へ進む。第1深度閾値は、大Defから中Defへ適切に引き継ぐことができるように、例えば焦点深度の9倍の量に設定される。また、第1深度閾値を、焦点深度を基準として設定する(焦点深度よりも大きくする)ことにより、F値や焦点検出領域が変化しても一律の閾値を設定することができる。
ステップS904において、AF制御部213は、中Defの信頼性(第2信頼性)が大Defの信頼性(第1信頼性)以上であり、かつ、中Defの信頼性が信頼性評価値Rel0よりも高いか否かを判定する。これらの両方の条件を満たす場合、ステップS905へ進む。一方、少なくとも一方の条件を満たさない場合、ステップS906へ進む。
ステップS905において、AF制御部213は、大Defから中Defへの引き継ぎを行うことができると判定し、本フローを終了する。一方、ステップS906において、AF制御部213は、大Defから中Defへの引き継ぎを行うことができないと判定し、本フローを終了する。これにより、大ボケ状態から小ボケ状態へフォーカスレンズ103を移動させる過程において、大Defと中Defのデフォーカス量の差とそれぞれの信頼性とに基づいて、大Defから中Defへの引き継ぎを行うことが可能であるか否かを判定することができる。
また図9において、更に、絞り値(F値)が所定の絞り値(第2絞り値)よりも大きいか否かを判定するステップを追加してもよい。絞り値が所定の絞り値よりも大きい場合、AF制御部213は、焦点調節に用いられるデフォーカス量として中Defのデフォーカス量(第2デフォーカス量)を選択する。
次に、図10を参照して、中Defから小Defへの引き継ぎ判定(図7のステップS703)について説明する。図10の各ステップは、主に、AF制御部213により実行される。
まずステップS1001において、AF制御部213は、中Defと小Defのデフォーカス量の差が予め設定した第2深度閾値(第2閾値)以下であるか否かを判定する。中Defと小Defのデフォーカス量の差が第2深度閾値以下である場合、ステップS1002へ進む。一方、この差が第2深度閾値よりも大きい場合、ステップS1004へ進む。第2深度閾値は、中Defから小Defへ適切に引き継ぐことができるように、例えば焦点深度の3倍の量に設定される。また、第2深度閾値を、焦点深度を基準として設定する(焦点深度よりも大きくする)ことにより、F値や焦点検出領域が変化しても一律の閾値を設定することができる。また、第2深度閾値は、図9のステップS903の判定にて用いられる第1深度閾値よりも小さい値に設定される。これは、小Def→中Def→大Defと変化するにつれて、デフォーカス量の検出ばらつきが大きくなる結果、小Defと中Defの差よりも中Defと大Defの差の方が大きくなるためである。
ステップS1002において、AF制御部213は、小Defの信頼性(信頼性評価値)が中Defの信頼性以上であり、かつ、小Defの信頼性および中Defの信頼性の両方がそれぞれ信頼性評価値Rel0よりも高いか否かを判定する。これらの条件を全て満たす場合、ステップS1003へ進む。一方、少なくとも一つの条件を満たさない場合、ステップS1004へ進む。
ステップS1003において、AF制御部213は、中Defから小Defへの引き継ぎを行うことができると判定し、本フローを終了する。一方、ステップS1004において、AF制御部213は、中Defから小Defへの引き継ぎを行うことができないと判定し、本フローを終了する。これにより、小ボケ状態から合焦位置へフォーカスレンズ103を移動させる過程において、中Defと小Defのデフォーカス量の差とそれぞれの信頼性とに基づいて、中Defから小Defへの引き継ぎを行うことが可能であるか否かを判定することができる。
このように本実施形態において、制御装置は、AF信号処理部204(取得手段204a、算出手段204b)、および、AF制御部213(制御手段)を有する。取得手段は、撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号(A像信号)および第2信号(B像信号)を取得する。算出手段は、第1信号および第2信号に対して帯域が互いに異なる複数のフィルタ処理(バンドパスフィルタ処理)を行い、各々のフィルタ処理後の第1信号および第2信号に基づいて複数の像ずれ量および複数の信頼度を算出する。制御手段は、複数の像ずれ量のそれぞれから算出された複数のデフォーカス量の差と、複数の信頼度の少なくとも一つとに基づいて、複数のデフォーカス量の中から焦点調節(フォーカス制御)に用いられるデフォーカス量を決定する。算出手段は、第1周波数帯域の第1信号および第2信号に基づいて第1デフォーカス量(大Def)を算出する。また算出手段は、第1周波数帯域よりも高い第2周波数帯域の第1信号および第2信号に基づいて第2デフォーカス量(中Def)および第2信頼性(中Def信頼性)を算出する。制御手段は、第2信頼性が第1基準信頼性以上(信頼性評価値Rel2以上、すなわちRel2またはRel3)である場合、焦点調節に用いられるデフォーカス量として第2デフォーカス量を選択する(S901)。
好ましくは、制御装置は、周期的なパターンを有する被写体を検出する検出手段(検出部216)を有する。制御手段は、検出手段により周期的なパターンを有する被写体が検出されない場合、焦点調節に用いられるデフォーカス量として第2デフォーカス量を選択する(S902)。また好ましくは、算出手段は、第1信号および第2信号の相関変化量に関するデフォーカス量の標準偏差(Defocus3σ)に基づいて、信頼性を算出する。より好ましくは、算出手段は、デフォーカス量の標準偏差(Defocus3σ)と標準偏差の閾値(Defocus3σTH1、TH2、TH3)とを比較して信頼性を算出する。
本実施形態によれば、大ボケ状態から合焦位置へフォーカスレンズを移動させる過程で、大ボケ状態では合焦位置の方向を判定し、合焦位置近傍では精度の高いデフォーカス量を適用することで、合焦精度の向上およびAF時間の短縮が可能になる。また、非合焦状態での撮影シーンを減らし、画像がボケたまま合焦してしまう弊害を防ぎつつ、精度良く合焦できる撮影シーンを増やすことが可能となる。
(その他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
各実施形態によれば、低輝度または低コントラスト被写体を撮影する際にも高精度なフォーカス制御を行うことが可能な制御装置、撮像装置、制御方法、プログラム、および、記憶媒体を提供することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
204a 取得手段
204b 算出手段
213 AF制御部(制御手段)

Claims (18)

  1. 撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号および第2信号を取得する取得手段と、
    前記第1信号および前記第2信号に対して帯域が互いに異なる複数のフィルタ処理を行い、各々のフィルタ処理後の周波数帯域の第1信号および第2信号に基づいて複数の像ずれ量および複数の信頼性を算出する算出手段と、
    前記複数の像ずれ量のそれぞれから算出された複数のデフォーカス量の差と、前記複数の信頼性の少なくとも一つとに基づいて、該複数のデフォーカス量の中から焦点調節に用いられるデフォーカス量を選択する制御手段と、を有し、
    前記算出手段は、第1周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第1デフォーカス量を算出し、該第1周波数帯域よりも高い第2周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第2デフォーカス量および第2信頼性を算出し、
    前記算出手段は、前記第2周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号の相関変化量に関する前記第2デフォーカス量の標準偏差に基づいて、前記第2信頼性を算出し、
    前記制御手段は、前記第2信頼性が第1基準信頼性以上であって、かつ周期的なパターンを有する被写体が検出されない場合、前記焦点調節に用いられるデフォーカス量として前記第2デフォーカス量を選択する、ことを特徴とする制御装置。
  2. 前記第1基準信頼性は、過去のフレームと現在のフレームとを用いて算出された複数のデフォーカス量の加算平均値が所定値以下となる場合に合焦可能となるための基準信頼性であることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
  3. 記被写体を検出する検出手段を更に有することを特徴とする請求項1または2に記載の制御装置。
  4. 前記制御手段は、前記第1デフォーカス量と前記第2デフォーカス量との差が第1閾値よりも大きい場合、前記第1デフォーカス量を、前記焦点調節に用いられるデフォーカス量として選択することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の制御装置。
  5. 前記算出手段は、前記第1周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第1信頼性を算出し、
    前記制御手段は、
    前記第2信頼性が前記第1信頼性よりも高く、かつ、該第2信頼性が第2基準信頼性よりも高い場合、前記焦点調節に用いられるデフォーカス量として前記第2デフォーカス量を選択し、
    前記第2信頼性が前記第1信頼性よりも低い場合、または、該第2信頼性が前記第2基準信頼性よりも低い場合、前記焦点調節に用いられるデフォーカス量として前記第1デフォーカス量を選択し、
    前記第2基準信頼性は、前記第1基準信頼性よりも低いことを特徴とする請求項4に記載の制御装置。
  6. 前記算出手段は、前記第2周波数帯域よりも高い第3周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第3デフォーカス量および第3信頼性を算出し、
    前記制御手段は、前記第2デフォーカス量と前記第3デフォーカス量との差が第2閾値よりも大きい場合、前記焦点調節に用いられるデフォーカス量として該第2デフォーカス量を選択することを特徴とする請求項5に記載の制御装置。
  7. 前記制御手段は、
    前記第3信頼性が前記第2信頼性よりも高く、かつ、前記第2信頼性および前記第3信頼性のそれぞれが前記第2基準信頼性よりも高い場合、前記焦点調節に用いられるデフォーカス量として前記第3デフォーカス量を選択し、
    前記第3信頼性が前記第2信頼性よりも低い場合、または、前記第2信頼性もしくは前記第3信頼性が前記第2基準信頼性よりも低い場合、前記焦点調節に用いられるデフォーカス量として前記第2デフォーカス量を選択することを特徴とする請求項6に記載の制御装置。
  8. 前記制御手段は、絞り値が第1絞り値よりも大きい場合、前記第1基準信頼性を変更することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の制御装置。
  9. 前記算出手段は、前記デフォーカス量の前記標準偏差と該標準偏差の閾値とを比較して前記信頼性を算出することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の制御装置。
  10. 前記制御手段は、絞り値が第1絞り値よりも大きい場合、前記第1基準信頼性を決定するための前記標準偏差の閾値を変更することを特徴とする請求項に記載の制御装置。
  11. 前記制御手段は、前記第1信号または前記第2信号の輝度評価値に基づいて、前記第1基準信頼性を決定するための前記標準偏差の閾値を変更することを特徴とする請求項または10に記載の制御装置。
  12. 前記制御手段は、
    前記輝度評価値が第1輝度評価値の場合、前記標準偏差の閾値を第1標準偏差閾値に設定し、
    前記輝度評価値が前記第1輝度評価値よりも低い第2輝度評価値の場合、前記標準偏差の閾値を、前記第1標準偏差閾値よりも高い第2標準偏差閾値に設定することを特徴とする請求項11に記載の制御装置。
  13. 前記輝度評価値は、前記第1信号もしくは前記第2信号の振幅、最大値、最小値、または、被写体輝度であることを特徴とする請求項11または12に記載の制御装置。
  14. 前記制御手段は、絞り値が第2絞り値よりも大きい場合、前記焦点調節に用いられる前記デフォーカス量として前記第2デフォーカス量を選択することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の制御装置。
  15. 撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束を受光する第1光電変換部および第2光電変換部を有する撮像素子と、
    前記第1光電変換部および前記第2光電変換部からの出力信号のそれぞれに対応する第1信号および第2信号を取得する取得手段と、
    前記第1信号および前記第2信号に対して帯域が互いに異なる複数のフィルタ処理を行い、各々のフィルタ処理後の周波数帯域の第1信号および第2信号に基づいて複数の像ずれ量および複数の信頼性を算出する算出手段と、
    前記複数の像ずれ量のそれぞれから算出された複数のデフォーカス量の差と、前記複数の信頼性の少なくとも一つとに基づいて、該複数のデフォーカス量の中から焦点調節に用いられるデフォーカス量を選択する制御手段と、を有し、
    前記算出手段は、第1周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第1デフォーカス量を算出し、該第1周波数帯域よりも高い第2周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第2デフォーカス量および第2信頼性を算出し、
    前記算出手段は、前記第2周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号の相関変化量に関する前記第2デフォーカス量の標準偏差に基づいて、前記第2信頼性を算出し、
    前記制御手段は、前記第2信頼性が第1基準信頼性以上であって、かつ周期的なパターンを有する被写体が検出されない場合、前記焦点調節に用いられるデフォーカス量として前記第2デフォーカス量を選択する、ことを特徴とする撮像装置。
  16. 撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号および第2信号を取得する取得ステップと、
    前記第1信号および前記第2信号に対して帯域が互いに異なる複数のフィルタ処理を行い、各々のフィルタ処理後の周波数帯域の第1信号および第2信号に基づいて複数の像ずれ量および複数の信頼性を算出する算出ステップと、
    前記複数の像ずれ量のそれぞれから算出された複数のデフォーカス量の差と、前記複数の信頼性の少なくとも一つとに基づいて、該複数のデフォーカス量の中から焦点調節に用いられるデフォーカス量を選択する選択ステップと、を有し、
    前記算出ステップは、第1周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第1デフォーカス量を算出し、該第1周波数帯域よりも高い第2周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第2デフォーカス量および第2信頼性を算出するステップを有し、
    前記算出ステップは、前記第2周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号の相関変化量に関する前記第2デフォーカス量の標準偏差に基づいて、前記第2信頼性を算出するステップを有し、
    前記選択ステップは、前記第2信頼性が第1基準信頼性以上であって、かつ周期的なパターンを有する被写体が検出されない場合、前記焦点調節に用いられるデフォーカス量として前記第2デフォーカス量を選択するステップを有する、ことを特徴とする制御方法。
  17. 撮像光学系の互いに異なる瞳領域を通過する光束に対応する第1信号および第2信号を取得する取得ステップと、
    前記第1信号および前記第2信号に対して帯域が互いに異なる複数のフィルタ処理を行い、各々のフィルタ処理後の周波数帯域の第1信号および第2信号に基づいて複数の像ずれ量および複数の信頼性を算出する算出ステップと、
    前記複数の像ずれ量のそれぞれから算出された複数のデフォーカス量の差と、前記複数の信頼性の少なくとも一つとに基づいて、該複数のデフォーカス量の中から焦点調節に用いられるデフォーカス量を選択する選択ステップと、をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    前記算出ステップは、第1周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第1デフォーカス量を算出し、該第1周波数帯域よりも高い第2周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号に基づいて第2デフォーカス量および第2信頼性を算出するステップを有し、
    前記算出ステップは、前記第2周波数帯域の前記第1信号および前記第2信号の相関変化量に関する前記第2デフォーカス量の標準偏差に基づいて、前記第2信頼性を算出するステップを有し、
    前記選択ステップは、前記第2信頼性が第1基準信頼性以上であって、かつ周期的なパターンを有する被写体が検出されない場合、前記焦点調節に用いられるデフォーカス量として前記第2デフォーカス量を選択するステップを有する、ことを特徴とするプログラム。
  18. 請求項17に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
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