進行自動調焦控制的攝像設備以及攝像設備的控制方法
2023-06-15 17:19:16 3
專利名稱：進行自動調焦控制的攝像設備以及攝像設備的控制方法
技術領域：
本發明涉及諸如數位照相機等的攝像設備，尤其涉及進行自動調焦(AF)控制的攝像設備以及攝像設備的控制方法。
背景技術：
傳統地，諸如緊湊型數位照相機等的攝像設備使用攝像裝置進行基於對比度的焦點檢測。基於對比度的焦點檢測使用從攝像裝置輸出的圖像信號來實現精確的自動調焦控制。為此，提出了在數字單鏡頭反光照相機中，在基於相位差的焦點檢測之後的鏡向上之後，在同一焦點檢測區域中進行基於對比度的焦點檢測。如上所述，基於對比度的焦點檢測比基於相位差的焦點檢測實現了更精確的自動調焦控制。原因是在基於對比度的焦點檢測中，使用來自攝像裝置的輸出，而在基於相位差的焦點檢測中，焦點調節單元位於不同的光路上，並且校正由機械光路差和不同光瞳產生的像差。圖6是用於說明在所選擇的焦點檢測區域中進行調焦控制的情況下的操作的圖。 在圖中，橫軸表示照相機到被攝體的距離，並且在鏡向下狀態下的AF單元聚焦於所選擇的被攝體之後的鏡向上之後，在焦點位置前後進行焦點掃描以檢測對比度峰值。在圖中，箭頭 A表示透鏡的移動，箭頭B所表示的位置處的面部是目標焦點位置，並且波形C表示對比度評價值的峰值(PTL (專利文獻)1)。而且，提出了以下技術攝像裝置的部分像素設置有與其它像素不同的光學特性並且用於焦點檢測，以省略傳統的用於焦點檢測的二次光學系統(PTL (專利文獻)2)。引用列表專利文獻PTL 1 日本特開 2006-350188PTL 2 日本專利 359214
發明內容
技術問題然而，在上述PTL 1和PTL 2中，當在多個區域中、即多個點處進行焦點檢測時，在焦點檢測區域外獲得的未選擇的焦點檢測結果未有效率地用於調焦控制。此外，當進行調焦控制以使得相互接近的多個被攝體進入景深時，可能存在以下情況目標焦點位置處不存在被攝體並且不能進行基於對比度的焦點檢測，或者需要針對多個被攝體中的各被攝體進行基於對比度的焦點檢測。本發明提供一種可以通過使用多個點處的基於相位差的焦點檢測的結果來有效率地獲得在基於相位差的焦點檢測和基於對比度的焦點檢測中獲得的焦點位置之間的偏移的攝像設備和用於攝像設備的控制方法。問題的解決方案
因此，在本發明的第一方面中，提供一種攝像設備，包括攝像裝置，其包括攝像像素組和焦點檢測像素組；第一焦點檢測單元，用於基於所述焦點檢測像素組從不同光瞳獲得的一對圖像信號，獲得多個區域中的焦點位置；第二焦點檢測單元，用於檢測來自所述攝像像素組的圖像信號的對比度處於峰值的、調焦透鏡的焦點位置；判斷單元，用於從所述第一焦點檢測單元獲得的多個焦點位置判斷目標焦點位置；以及計算單元，用於在當前的焦點位置與所述目標焦點位置之間存在所述第一焦點檢測單元所檢測到的其它焦點位置的情況下，計算在所述調焦透鏡正在移動時所述第二焦點檢測單元在所述其它焦點位置處檢測到的對比度處於峰值的、所述調焦透鏡的焦點位置與所述其它焦點位置之間的偏移。因此，在本發明的第二方面中，提供一種用於攝像設備的控制方法，所述攝像設備包括具有攝像像素組和焦點檢測像素組的攝像裝置，所述控制方法包括第一焦點檢測步驟，用於基於所述焦點檢測像素組從不同光瞳獲得的一對圖像信號，獲得多個區域中的焦點位置；第二焦點檢測步驟，用於檢測來自所述攝像像素組的圖像信號的對比度處於峰值的、調焦透鏡的焦點位置；第一判斷步驟，用於從在所述第一焦點檢測步驟中獲得的多個焦點位置判斷目標焦點位置；第二判斷步驟，用於判斷在當前的焦點位置與所述目標焦點位置之間是否存在其它焦點位置；以及計算步驟，用於在所述第二判斷步驟中判斷為存在所述其它焦點位置的情況下，基於如下兩個焦點位置來計算焦點位置偏移基於在所述調焦透鏡正在移動時在所述第二焦點檢測步驟中在所述其它焦點位置處檢測到的對比度的峰值位置所獲得的焦點位置；以及根據在所述第一焦點檢測步驟中的散焦量所獲得的焦點位置。發明的有益效果根據本發明，可以通過使用多個點處的基於相位差的焦點檢測的結果來有效率地獲得在基於相位差的焦點檢測和基於對比度的焦點檢測中獲得的焦點位置之間的偏移。通過以下結合附圖的詳細說明，本發明的特徵和優點將變得更加明顯。
圖1是用於說明根據本發明實施例的攝像設備的典型示意結構的框圖。圖2A和2B是用於說明攝像設備中的典型自動調焦控制的流程圖。圖3是示出在顯示單元上顯示的9個AF區域中各自的焦點位置的典型布局的圖。圖4A 4C是用於說明目標焦點位置判斷處理的圖。圖5A 5C是用於說明目標焦點位置判斷處理的圖。圖6是用於說明根據現有技術的在僅在所選擇的焦點檢測區域中進行調焦控制的情況下的操作的圖。圖7是示出在特定的行中包括焦點檢測傳感器的攝像裝置的典型像素配置的圖。圖8是示意性示出焦點檢測傳感器S 1的結構的圖。圖9是示意性示出焦點檢測傳感器S2的結構的圖。圖IOA和IOB是用於說明由於聚焦偏移而引起的圖像的相位偏移的圖。
具體實施例方式現在將參考附圖詳細說明本發明的實施例。
圖1是用於說明根據本發明實施例的攝像設備的典型示意結構的框圖。參考圖1，根據本實施例的攝像設備100具有用於對被攝體聚焦的調焦透鏡101、 用於控制調焦透鏡101的焦點位置的透鏡控制單元102、和用於控制入射光量的光圈103。 攝像設備100還具有包括CMOS或CXD等的攝像裝置104。攝像裝置104具有攝像像素組105、焦點檢測像素組106和光瞳分割光學系統 107。攝像像素組105具有在光接收面上設置有R、G和B的顏色濾波器的並且用於獲得攝像用的圖像信號的多個像素。焦點檢測像素組106具有位於多個焦點檢測區域、關於光軸對稱設置並且具有不同光學特性的多對焦點檢測傳感器(參見圖7 10B)。焦點檢測像素組106的視野由遮光層503和603限制(參見圖8和9)。光瞳分割光學系統107限制入射光線以使得可以針對焦點檢測像素組106的一對焦點檢測傳感器而關於光軸對稱地分割光瞳。更具體地，可以將至少一對焦點檢測傳感器設置在攝像裝置104的部分像素中。 圖7是示出在特定的行中包括焦點檢測傳感器的攝像裝置的典型像素配置的圖。參考圖7， 符號R、G和B表示在光線入射至的攝像裝置的入射面上分別設置有紅色濾波器、綠色濾波器和藍色濾波器的像素。符號Sl和S2表示具有不同光學特性的焦點檢測傳感器。圖8是示意性示出焦點檢測傳感器Sl的結構的圖。參考圖8，焦點檢測傳感器Sl 具有微透鏡501、平滑層502、遮光層503和光電轉換元件504。將微透鏡501設置在頂部， 並且平滑層502構成形成微透鏡501的平面。遮光層503具有相對於像素的光電轉換區域的中心偏心至一側的開口 503a，並且具有減少入射光線的功能。圖9是示意性示出焦點檢測傳感器S2的結構的圖。參考圖9，焦點檢測傳感器S2 與焦點檢測傳感器Sl 一樣具有微透鏡601、平滑層602、遮光層603和光電轉換元件604。 焦點檢測傳感器S2與焦點檢測傳感器Sl的不同之處在於遮光層603的開口 603a相對於像素的光電轉換區域的中心偏心至另一側。參考圖7，將包括焦點檢測傳感器Sl的行和包括焦點檢測傳感器S2的行設置得相互接近，並且它們形成基本上相同的圖像信號。當經由攝像光學系統將被攝體光聚焦在像素上時，來自包括焦點檢測傳感器Sl的行的圖像信號和來自包括焦點檢測傳感器S2的行的圖像信號相互一致。在被攝體光失焦的情況下，在來自包括焦點檢測傳感器Sl的行的圖像信號和來自包括焦點檢測傳感器S 2的行的圖像信號之間生成相位差。前方聚焦狀態和後方聚焦狀態下的相位差的方向相反。當從焦點檢測傳感器Sl和焦點檢測傳感器S2觀看攝像光學系統時，光瞳看上去關於光學中心被對稱分割。圖IOA和IOB是用於說明由於聚焦偏移而引起的圖像的相位偏移的圖。在圖IOA 和IOB中，由符號A和B分別表示與圖7中出現的焦點檢測傳感器Sl和焦點檢測傳感器S2 相對應的部分，並且為了便於說明，未示出用於攝像的RGB像素，並且並列排列焦點檢測傳感器。將來自被攝體上的特定點的光分割成通過與部分A相對應的光瞳而入射到部分A 的光線束(OLa)和通過與部分B相對應的光瞳而入射到部分B的光線束(ΦΙΛ)。因為這兩個光線束來自同一個點，因此只要將攝像光學系統聚焦在攝像裝置上就能到達同一微透鏡上的一個點(圖10A)。然而，例如，當攝像光學系統的焦點在攝像裝置之前的χ處時，兩個光線束偏移了光線的入射角的變化(圖10B)，並且當攝像光學系統的焦點在攝像裝置之後的χ處時，兩個光線束在反方向上偏移。由此，當攝像光學系統聚焦時，在行A中形成的圖像信號和在行B中形成的圖像信號相互一致，並且當攝像光學系統失焦時，在行A中形成的圖像信號和在行B中形成的圖像信號相互不一致。根據本實施例的攝像設備100還具有焦點檢測單元108、對比度檢測單元109、像素插值單元110、圖像處理單元111、顯示單元112、記錄單元113、操作單元114和照相機控制單元115。焦點檢測單元108通過進行相關計算來計算焦點檢測像素組106中的一對焦點檢測傳感器Sl和S2的像素行之間的圖像偏移量，以檢測焦點位置。對比度檢測單元109使用來自攝像像素組105的圖像信號來輸出對比度評價值。像素插值單元110根據附近的像素組對與焦點檢測像素組106中的像素的位置相對應的攝像用的圖像數據進行插值。圖像處理單元111對從攝像像素組105輸出的圖像信號進行伽瑪校正、白平衡調節、再採樣、預定圖像壓縮編碼。顯示單元112顯示從圖像處理單元111輸出的圖像數據， 並且記錄單元113記錄從圖像處理單元111輸出的圖像數據。操作單元114接收用戶的操作輸入。照相機控制單元115控制攝像設備100的整體操作，並且例如控制透鏡控制單元 102移動透鏡，並且根據來自對比度檢測單元109的輸出來進行基於對比度的AF。接著參考圖2A和2B，將說明根據本實施例的攝像設備100中的典型自動調焦控制。通過照相機控制單元115的CPU等根據存儲在未示出的ROM或HDD等中的並且載入 RAM中的程序來執行圖2A和2B中的各處理。在步驟Sll中，照相機控制單元115從焦點檢測像素組106讀取信號，並且進入步馬聚S12 ο在步驟S12中，照相機控制單元115使得焦點檢測單元108對如參考圖IOA和IOB 所述焦點檢測像素組106的一對焦點檢測傳感器Sl和S2從不同光瞳獲得的兩個圖像信號進行相關計算。結果，照相機控制單元115獲得焦點位置，並且進入步驟S13。在該情況下，例如，如圖3所示，照相機控制單元115在顯示單元112上顯示9個 AF區域中各自的焦點位置。在圖3所示的例子中，在左上、中心和右中處存在人臉，並且獲得其焦點位置。在步驟S13中，照相機控制單元115基於步驟S12中獲得的多個AF區域的焦點位置的信息來判斷目標焦點位置，並且進入步驟S14。現在將參考圖4A 4C說明目標焦點位置判斷處理。圖4A 4C示出畫面上存在的三個人之間的位置關係的典型的三個圖案，其中橫軸表示照相機到被攝體的距離，左邊表示無限距離，並且右邊表示最小被攝體距離。而且，箭頭A表示調焦透鏡101的移動，箭頭B所表示的位置處的面部是目標焦點位置，並且波形C表示對比度評價值的峰值。參考圖4A，因為三個人相距基本上相等的距離，因而判斷為這三個人是不相關的人，並且將最近的人或位於中間的人判斷為目標焦點位置。在該示例中，選擇最近的人。參考圖4B，因為三個人相對地相互靠近，因而可以判斷為這是集體照相，並且在該情況下，將全部三個人的焦點位置位於景深內的位置判斷為目標焦點位置。參考圖4C，因為兩個人相互靠近，因而判斷為他們是相關的人，並且因為另一個人遠離這兩個人，因而判斷為他/她是不相關的人。在該情況下，將相互靠近的兩個人位於景深內的位置判斷為目標焦點位置。在步驟S14中，照相機控制單元115判斷當前的焦點位置Dn和目標焦點位置Dt 之間是否存在其它焦點位置Dm，並且當焦點位置Dm存在時，照相機控制單元115進入步驟 S19，並且當焦點位置Dm不存在時，照相機控制單元115進入步驟S15。在步驟S19中，照相機控制單元115使得透鏡控制單元102沿著光軸移動調焦透鏡並且偏移焦點位置，並且進入步驟S20。在步驟S20中，照相機控制單元115使得對比度檢測單元109獲得在調焦透鏡101 正在移動時存在的焦點位置Dm處的被攝體的峰值位置，並且通過對峰值位置進行插值來獲得焦點位置Dmc，並且進入步驟S21。在步驟S21中，照相機控制單元115在焦點位置Dm處從焦點檢測像素組106讀取信號，並且以與上述方式相同的方式使得焦點檢測單元108再次獲得被攝體的焦點位置 Dmp，然後進入步驟S22。步驟S20和步驟S21中獲得的焦點位置必須僅處於在當前的焦點位置Dn和目標焦點位置Dt之間存在的焦點位置Dm的附近。而且，在步驟S21中，從基於相位差的AF的散焦量獲得焦點位置Dmp。在步驟S22中，照相機控制單元115使得焦點檢測單元108以與上述方式相同的方式在目標焦點位置Dt之前再次獲得被攝體的焦點位置Dt』，然後進入步驟S23。因為在目標焦點位置Dt的附近獲得焦點位置Dt』的值，因而可以進一步提高精確度。在步驟S23中，照相機控制單元115根據從步驟S20和步驟S21中獲得的焦點位置Dmc和Dmp計算偏移，校正步驟S22中獲得的焦點位置Dt』以獲得焦點位置Dt」，然後進入步驟SM。在步驟S24中，照相機控制單元115控制透鏡控制單元102在步驟S23中獲得的焦點位置Dt」處停止移動調焦透鏡101，並且結束處理。應當注意，可以在步驟S21和步驟 S24之間將步驟S22和步驟S23中的處理重複進行預定次數。步驟S19 S24中的操作與圖4A、4C和5B相對應。另一方面，在步驟S15中，照相機控制單元115使得透鏡控制單元102沿著光軸移動調焦透鏡101並且移動焦點位置，並且進入步驟S16。在步驟S16中，照相機控制單元115通過根據目標焦點位置Dt處的對比度檢測單元109的輸出而檢測峰值位置來獲得焦點位置Dc，並且進入步驟S17。在步驟S17中，照相機控制單元115使得透鏡控制單元102反轉調焦透鏡101的移動方向，並且進入步驟S18。在步驟S18中，照相機控制單元115使得透鏡控制單元102在步驟S16中獲得的焦點位置Dc處停止移動調焦透鏡101，並且結束處理。應當注意，步驟S15 S18中的操作與圖4B、5A和5C相對應。圖4B和5C示出目標焦點位置被設置為使得多個被攝體可以位於景深內的狀態，但是可以通過從一個被攝體獲得偏移來提供控制。如上所述，根據本實施例，使用多個點處的基於相位差的AF的結果來確定目標焦點位置，在移動透鏡的同時在存在被攝體的區域中進行基於對比度的AF，並且獲得焦點位
7置偏移。由此，可以省略用於在目標焦點位置處檢測峰值位置的調焦控制，並且可以節省在峰值的檢測之後反轉透鏡移動方向的時間。結果，可以通過使用多個點處的基於相位差的 AF的結果來有效率地獲得基於相位差的AF的焦點位置和基於對比度的AF的焦點位置之間的偏移。此外，即使在將不同距離處的多個被攝體控制在景深內時的目標焦點位置處不能進行基於對比度的AF的情況下，也可以使用目標焦點位置的附近的焦點位置，因此可以以高精度進行調焦控制。應當注意，本發明不限於上述實施例，但可以在不背離本發明的精神的情況下對上述實施例做出各種改變。其它實施例還可以利用讀出並且執行記錄在存儲器裝置上的程序以進行上述實施例的功能的系統或設備的計算機(或者CPU或MPU等裝置)和通過下面的方法實現本發明的方面， 其中，利用系統或設備的計算機通過例如讀出並且執行記錄在存儲器裝置上的程序以進行上述實施例的功能來進行上述方法的步驟。為此，例如，通過網絡或者通過用作存儲器裝置的各種類型的記錄介質(例如，計算機可讀介質)將該程序提供給計算機。儘管已經參考典型實施例說明了本發明，但是應該理解，本發明不限於所公開的典型實施例。所附權利要求書的範圍符合最寬的解釋，以包含所有這類修改、等同結構和功能。附圖標記列表100攝像設備101調焦透鏡102透鏡控制單元105攝像像素組106焦點檢測像素組107光瞳分割光學系統108焦點檢測單元109對比度檢測單元110像素插值單元111圖像處理單元115照相機控制單元
權利要求
1.一種攝像設備，包括攝像裝置，其包括攝像像素組和焦點檢測像素組；第一焦點檢測單元，用於基於所述焦點檢測像素組從不同光瞳獲得的一對圖像信號， 獲得多個區域中的焦點位置；第二焦點檢測單元，用於檢測來自所述攝像像素組的圖像信號的對比度處於峰值的、 調焦透鏡的焦點位置；判斷單元，用於從所述第一焦點檢測單元獲得的多個焦點位置判斷目標焦點位置；以及計算單元，用於在當前的焦點位置與所述目標焦點位置之間存在所述第一焦點檢測單元所檢測到的其它焦點位置的情況下，計算在所述調焦透鏡正在移動時所述第二焦點檢測單元在所述其它焦點位置處檢測到的對比度處於峰值的、所述調焦透鏡的焦點位置與所述其它焦點位置之間的偏移。
2.根據權利要求1所述的攝像設備，其特徵在於，還包括校正單元，所述校正單元用於基於所述計算單元所計算出的焦點位置之間的偏移，校正所述第一焦點檢測單元在所述目標焦點位置的附近所獲得的焦點位置。
3.根據權利要求1所述的攝像設備，其特徵在於，在當前的焦點位置與所述目標焦點位置之間不存在其它焦點位置的情況下，所述第二焦點檢測單元在所述目標焦點位置的附近檢測來自所述攝像像素組的圖像信號的對比度處於峰值的、所述調焦透鏡的位置。
4.一種用於攝像設備的控制方法，所述攝像設備包括具有攝像像素組和焦點檢測像素組的攝像裝置，所述控制方法包括第一焦點檢測步驟，用於基於所述焦點檢測像素組從不同光瞳獲得的一對圖像信號， 獲得多個區域中的焦點位置；第二焦點檢測步驟，用於檢測來自所述攝像像素組的圖像信號的對比度處於峰值的、 調焦透鏡的焦點位置；第一判斷步驟，用於從在所述第一焦點檢測步驟中獲得的多個焦點位置判斷目標焦點位置；第二判斷步驟，用於判斷在當前的焦點位置與所述目標焦點位置之間是否存在其它焦點位置；以及計算步驟，用於在所述第二判斷步驟中判斷為存在所述其它焦點位置的情況下，基於如下兩個焦點位置來計算焦點位置偏移基於在所述調焦透鏡正在移動時在所述第二焦點檢測步驟中在所述其它焦點位置處檢測到的對比度的峰值位置所獲得的焦點位置；以及根據在所述第一焦點檢測步驟中的散焦量所獲得的焦點位置。
全文摘要
一種攝像設備，可以通過使用多個點處的基於相位差的焦點檢測的結果，有效率地獲得在基於相位差的焦點檢測和基於對比度的焦點檢測中檢測到的焦點位置之間的偏移。獲得基於從不同光瞳獲得的一對圖像信號的多個區域中的焦點位置。檢測攝像用的圖像信號的對比度處於峰值的調焦透鏡的焦點位置。從多個焦點位置判斷目標焦點位置。在當前的焦點位置和目標焦點位置之間存在其它焦點位置的情況下，計算在調焦透鏡正在移動時在其它焦點位置處檢測到的對比度處於峰值的調焦透鏡的焦點位置與該其它焦點位置之間的偏移。
文檔編號G02B7/28GK102472882SQ201080033778
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月22日 優先權日2009年7月27日
發明者江川全 申請人:佳能株式會社