焦点検出装置、撮像装置及び画像認識装置
【課題】オートフォーカスの処理を軽減すること。
【解決手段】焦点検出装置であって、光学系による像における特定の対象の像を繰り返し認識する認識手段と、光学系による像面内に設定された複数の焦点検出位置のそれぞれに対応する光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、認識手段によって認識された特定の対象の像の大きさが所定の大きさである場合に、該特定の対象の像に対応する複数の焦点検出位置に対して検出される複数の焦点状態に基づいて該複数の焦点状態を分類する分類手段と、分類手段によって分類された焦点状態のうちの少なくとも１つを選択する選択手段と、を備えることを特徴とする。
【解決手段】焦点検出装置であって、光学系による像における特定の対象の像を繰り返し認識する認識手段と、光学系による像面内に設定された複数の焦点検出位置のそれぞれに対応する光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、認識手段によって認識された特定の対象の像の大きさが所定の大きさである場合に、該特定の対象の像に対応する複数の焦点検出位置に対して検出される複数の焦点状態に基づいて該複数の焦点状態を分類する分類手段と、分類手段によって分類された焦点状態のうちの少なくとも１つを選択する選択手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置における焦点を検出する焦点検出装置、焦点検出装置を備える撮像装置及び画像認識装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、位相差検出法によるオートフォーカス（ＡＦ：Auto Focus）モジュールには、複数のＡＦエリアを備えるものが登場している。そして、オートフォーカスの対象となる被写体の画像を基準画像とし、光学系による画像の中から基準画像に類似する像の位置を検出することによって、被写体に対応するＡＦエリアを選択する技術が提案されている。
【０００３】
このとき、基準画像内における対象物の画像の大きさは、初期の基準画像内における対象物の画像の大きさに保たれるように基準画像を逐次更新している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８４７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術のように基準画像の大きさを更新する場合、基準画像に類似する像の範囲に含まれるＡＦエリアの数が増えてしまう。そのため、オートフォーカスの処理が増大してしまうという問題があった。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は、オートフォーカスの処理を軽減することを可能とする焦点検出装置、撮像装置及び画像認識装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、焦点検出装置であって、光学系による像における特定の対象の像を繰り返し認識する認識手段と、前記光学系による像面内に設定された複数の焦点検出位置のそれぞれに対応する前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、前記認識手段によって認識された前記特定の対象の像の大きさが所定の大きさである場合に、該特定の対象の像に対応する複数の前記焦点検出位置に対して検出される複数の前記焦点状態に基づいて該複数の焦点状態を分類する分類手段と、前記分類手段によって分類された前記焦点状態のうちの少なくとも１つを選択する選択手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様は、上記の焦点検出装置において、前記認識手段は、前記光学系による像のうち、繰り返し認識される第１の認識において前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記第１の認識の後の第２の認識における前記特定の対象の像とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様は、上記の焦点検出装置において、前記認識手段は、前記第１の認識において、前記分類手段による分類結果が１グループであった場合に、前記第２の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲を、前記第１の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲よりも狭くすることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様は、上記の焦点検出装置において、前記特定の対象の像を基準画像として記憶する記憶手段と、前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記基準画像として前記記憶手段に更新して記憶する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様は、撮像装置であって、上記の焦点検出装置と、前記光学系による像を撮像する撮像手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様は、画像装置であって、光学系による像における特定の対象の像を繰り返し認識する認識手段と、前記光学系による像面内に設定された複数の焦点検出位置のそれぞれに対応する前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、前記認識手段によって認識された前記特定の対象の像の大きさが所定の大きさである場合に、該特定の対象の像に対応する複数の前記焦点検出位置に対して検出される複数の前記焦点状態に基づいて該複数の焦点状態を分類する分類手段と、前記光学系による像のうち、繰り返し認識される第１の認識において前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記第１の認識の後の第２の認識における前記特定の対象の像とする制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様は、上記の画像認識装置において、前記認識手段は、前記第１の認識において、前記分類手段による分類結果が１グループであった場合に、前記第２の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲を、前記第１の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲よりも狭くすることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様は、上記の焦点検出装置において、前記特定の対象の像を基準画像として記憶する記憶手段を備え、前記制御手段は、前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記基準画像として前記記憶手段に更新して記憶させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、オートフォーカスにおけるデフォーカス量の検出処理に要する時間の増大を抑止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】撮像装置の機能構成を表す概略ブロック図である。
【図２】焦点検出装置の機能構成を表す概略ブロック図である。
【図３】位相差ＡＦ装置におけるＡＦエリアの具体例を表す図である。
【図４】被写体領域検出部による被写体領域の検出ブロックを表す図である。
【図５】被写体領域検出部によって検出される被写体領域の具体例を表す図である。
【図６】グルーピング処理において用いられる表である。
【図７】グルーピング処理において用いられる表である。
【図８】書換部による新たな被写体領域の設定処理の具体例を表す図である。
【図９】撮像装置の動作を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、撮像装置１の機能構成を表す概略ブロック図である。図１は、撮像装置１が一眼レフレックス・デジタルスチルカメラとして構成される場合の機能構成を表すが、撮像装置１は銀塩フィルムカメラやビデオカメラ等の各種撮像装置として構成されても良いし、レンズ交換式であるか否かを問わない。
【００１８】
撮像装置１は、撮影光学系１０１、クイックリターンミラー１０２、焦点板１０３、ペンタプリズム１０４、接眼レンズ１０５、撮像素子１０６、サブミラー１０７、位相差ＡＦ装置２０１、被写体情報記憶部２０２、被写体認識部２０３、デフォーカス量決定部２０４、書換部２０５、レンズ駆動用モーター１０９、測光用レンズ１１０、測光センサー１１１、操作部１１２を備える。
【００１９】
撮影光学系１０１（光学系１０１ａ〜１０１ｃ）は、撮影対象となる被写体の像を撮像素子１０６の撮像面上に結像させる。光学系１０１ａ及び光学系１０１ｃは、レンズ鏡筒内に固定して設置される。光学系１０１ｂは、レンズ駆動用モーター１０９の動力によって光軸方向に移動可能な焦点調節レンズである。
【００２０】
クイックリターンミラー１０２は、露光前はペンタプリズム１０４に対して光を反射する。一方、クイックリターンミラー１０２は、露光時は上方に移動することによって焦点板１０３の下側に移動し、撮影光学系１０１を通過した光を撮像素子１０６で受光可能なようにする。また、クイックリターンミラー１０２は、中心付近がハーフミラーとして構成され、撮影光学系１０１を通過した光の一部を透過させる。
【００２１】
焦点板１０３は、クイックリターンミラー１０２によって反射された被写体からの光による被写体像を結像する。
ペンタプリズム１０４は、焦点板１０３上に結像した被写体像が左右反転するように光束を反射し、接眼レンズ１０５と測光用レンズ１１０で受光可能なようにする。
【００２２】
接眼レンズ１０５は、焦点板１０３上の像をペンタプリズム１０４を介して撮影者に観察可能とする。
【００２３】
撮像素子１０６は、ＣＭＯＳセンサー（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の受光素子が配列されて構成され、撮影光学系１０１を透過した被写体からの光を受光して電気信号に変換し撮像する。撮像素子１０６は、撮像面の前面に赤外光をカットするための赤外カットフィルタや、画像の折り返しノイズを防止するための光学的ローパスフィルタ等を備えても良い。
【００２４】
サブミラー１０７は、撮影光学系１０１及びクイックリターンミラー１０２のハーフミラー部分を透過した光を位相差ＡＦ装置２０１へ反射させる。
【００２５】
位相差ＡＦ装置２０１は、撮像装置１のボディ底面側に設置され、位相差検出方式に基づいてオートフォーカス処理を行う。具体的には、位相差ＡＦ装置２０１は、マスク、セパレーターレンズ、ＣＣＤセンサーユニット等を備えたいわゆるオートフォーカスモジュールを用いて構成される。位相差ＡＦ装置１１４は、撮影光学系１０１を直進する一対の光束を受光して得られる受光信号に基づいて、複数のＡＦエリアそれぞれにおけるデフォーカス量を算出する。位相差ＡＦ装置２０１は、デフォーカス量を算出する際、被写体認識部２０３によって検出された被写体領域に含まれるＡＦエリアについて、デフォーカス量を算出する。
【００２６】
被写体情報記憶部２０２は、被写体認識部２０３によるパターンマッチング処理において使用される被写体の基準画像を記憶する。
被写体認識部２０３は、被写体情報記憶部２０２に記憶される基準画像に基づいて、測光センサー１１１によって撮像された画像の中から基準画像に類似する画像を検出し、対象とする被写体を認識する。
【００２７】
具体的には、被写体認識部２０３は、被写体情報記憶部２０２に記憶される基準画像に基づいてパターンマッチング（正規化相関）処理し、画像内における被写体の像の位置または範囲（被写体領域）を検出する。尚、被写体認識部２０３は、測光センサー１１１によって撮像された画像から基準画像に対応する画像を検出する際に、基準画像と同じ大きさの領域よりも広い範囲を検出対象とするため、基準画像と同じ大きさの領域よりも広い範囲に類似する画像がある場合は、基準画像の大きさよりも大きい画像の領域を被写体領域として検出する。
【００２８】
また、被写体認識部２０３は、被写体領域を検出した後、所定の条件を満たす場合には新たに検出された被写体領域内の画像を新たな基準画像として被写体情報記憶部２０２に記憶された基準画像を書き換える。所定の条件を満たす場合とは、例えば、被写体領域の大きさが変わった場合や、被写体の向きが変化することなどによって類似度が低下した場合である。
【００２９】
デフォーカス量決定部２０４は、位相差ＡＦ装置２０１によって取得されたデフォーカス量に基づいて、レンズ駆動に用いられるデフォーカス量（レンズ駆動用デフォーカス量）を決定し、決定されたレンズ駆動用デフォーカス量に基づいてレンズ駆動用モーター１０９を制御する。
【００３０】
書換部２０５は、被写体認識部２０３によって決定された被写体領域が所定の大きさ（被写体領域用閾値）よりも大きい場合に、デフォーカス量決定部２０４のグルーピング処理の結果に基づいて、この決定された被写体領域よりも小さな大きさ（新領域設定値）の新たな被写体領域を設定する。そして、書換部２０５は、この新たな被写体領域に含まれる画像を新たな基準画像として被写体情報記憶部２０２の記憶内容を書き換える。
【００３１】
レンズ駆動用モーター１０９は、撮影光学系１０１の焦点調節レンズを光軸方向に駆動するためのアクチュエータであり、デフォーカス量決定部２０４によって決定されたレンズ駆動用デフォーカス量に従って駆動する。
測光用レンズ１１０は、ペンタプリズム１０４によって左右反転するように反射された焦点板１０３上の被写体像を測光センサー１１１上に結像する。
【００３２】
測光センサー１１１は、ＣＭＯＳセンサーやＣＣＤ等の複数の受光素子が配列されて構成され、測光用レンズ１１０を透過した光を受光して電気信号に変換し、撮像素子１０６によって撮像される被写体と同じ被写体像の画像信号を生成する。測光センサー１１１は、撮像された画像信号を被写体認識部２０３に対して出力する。
【００３３】
操作部１１２は、焦点を合わせる被写体に対応するオートフォーカスエリア（ＡＦエリア）を選択するための選択スイッチや、撮像モードを選択するためのモード選択スイッチや、撮像指示を入力するためのレリーズボタン等を有する。
【００３４】
図２は、位相差ＡＦ装置２０１、被写体情報記憶部２０２、被写体認識部２０３、デフォーカス量決定部２０４、書換部２０５の構成を詳細に表す図である。以下、位相差ＡＦ装置２０１、被写体情報記憶部２０２、被写体認識部２０３、デフォーカス量決定部２０４、書換部２０５をまとめて焦点検出装置という。
【００３５】
図３は、位相差ＡＦ装置２０１におけるＡＦエリアの具体例を表す図である。図３の場合、位相差ＡＦ装置２０１におけるＡＦエリアの数は５１であり、ＡＦエリア１〜ＡＦエリア５１まで存在する。デフォーカス量を取得する際、位相差ＡＦ装置２０１は、被写体認識部２０３によって検出された被写体領域に含まれるＡＦエリアについて、デフォーカス量を取得する。
【００３６】
図４は、被写体認識部２０３による被写体領域の検出ブロックを表す図である。図４では、横に２０個、縦に１４個の検出ブロックが並んでおり、被写体認識部２０３は検出ブロック単位で被写体領域を検出する。なお、図４において破線で表される複数の矩形は、位相差ＡＦ装置２０１におけるＡＦエリアを表す。また、一つの検出ブロックには、測光センサー１１１における複数の受光素子が対応づけられても良い。また、検出ブロックには、測光センサー１１１ではなく、撮像装置１に設けられた他の受光素子が対応付けられても良い。
【００３７】
図５は、被写体認識部２０３によって検出される被写体領域の具体例を表す図である。図５において、斜線によって表される矩形は、被写体認識部２０３によって決定された新たな被写体領域を表す。図５（ａ）では、画面中央の２×２の検出ブロックに被写体領域が存在する。この場合、位相差ＡＦ装置２０１は、被写体領域に含まれる中央の一つのＡＦエリア２６において、デフォーカス量の算出を行う。
【００３８】
図５（ｂ）では、図５（ａ）における被写体が撮像装置１に対して近づいており、画面中央の４×４の検出ブロックに被写体領域が存在する。この場合、位相差ＡＦ装置２０１は、被写体領域に含まれるＡＦエリア２０〜２２、２５〜２７、３０〜３２において、デフォーカス量の算出を行う。
【００３９】
図５（ｃ）、図５（ｄ）では、被写体がさらに撮像装置１に対して近づいており、それぞれ７×７の検出ブロック、９×９の検出ブロックに被写体領域が存在する。このように、撮像装置１から被写体までの距離が変化すると被写体の倍率が変化するため、被写体が近づく場合には被写体像は大きくなる。そのため、上述のような被写体認識部２０３によるパターンマッチング処理により、被写体領域の大きさが変化する。
【００４０】
被写体領域の大きさが拡大するにしたがって、位相差ＡＦ装置２０１がデフォーカス量の算出を行うＡＦエリアも増加する。そこで、焦点検出装置はグルーピング処理によってデフォーカス量の算出を行うＡＦエリアの数を制限する。なお、本説明においては、被写体領域に含まれるＡＦエリアの定義として、被写体領域内に少しでも重なるＡＦエリアとしているが、被写体領域内に５０％以上重なるＡＦエリアや、１００％重なるＡＦエリアのように定義されても良い。
【００４１】
次に、グルーピング処理について説明する。撮影画面内の５１個のＡＦエリア１〜５１のうち、被写体領域に含まれるＡＦエリアから得られるデフォーカス量をＸｉ（ｉ＝１〜Ｎ）とする。ここで、Ｎは有効データ数を表す。被写体領域に含まれる全てのＡＦエリアからデフォーカス量が検出されるとは限らず、焦点検出不能なＡＦエリアが存在したり、デフォーカス量が得られても信頼性判定の結果、信頼性なしとされる場合もある。
【００４２】
グルーピング処理において、デフォーカス量決定部２０４は、まずＮ個の有効なデータ、すなわちＮ個の信頼性のあるデフォーカス量の集合の分散ｖを式１によって求める。
【００４３】
【数１】
【００４４】
式１において、ＸaveはＮ個のデフォーカス量の平均値であり、Σはｉ＝１〜Ｎの総和を表す。次に、デフォーカス量決定部２０４は、Ｎ個のデフォーカス量の集合のバラツキ度合いを表す量として標準偏差σを式２によって求める。
【００４５】
【数２】
【００４６】
デフォーカス量決定部２０４は、この集合のバラツキ度合いを表す標準偏差σを用いて、Ｎ個のデフォーカス量Ｘｉ（ｉ＝１〜Ｎ）をグループ分けするためのデフォーカス幅Ｈを式３によって算出する。
【００４７】
【数３】
【００４８】
式３において、αは係数であり、通常は０．４〜０．６程度が適当である。
次に、デフォーカス量決定部２０４は、グループ分けデフォーカス幅Ｈを用いて、次のような手順によってグループ分けを行う。図６、図７は、グルーピング処理において用いられる表である。図６及び図７は、被写体領域に含まれるＡＦエリアが１１個である場合（例えばＡＦエリア１，２，４〜６，９〜１１，１４〜１６）を例に示す。まず、デフォーカス量決定部２０４は、図６に示すＮ個（この例では１１個）のデフォーカス量Ｘｉ（ｉ＝１〜１１）を、値が小さい順に並べて図７に示すような配列Ｙｉ（ｉ＝１〜１１）を求める。
【００４９】
次に、デフォーカス量決定部２０４は、配列Ｙｉの中の隣接する２個のデフォーカス量の差がグループ分けデフォーカス幅Ｈよりも大きい場合に、その２個のデフォーカス量の間にグループ分けの境界を設定する。すなわち、デフォーカス量決定部２０４は、式４の判定式が真となる場合に、デフォーカス量ＹiとＹi+1との間にグループ分けの境界を設定する。
【００５０】
【数４】
【００５１】
なお、このグループ分けの境界は、Ｎ個のデフォーカス量Ｙiの中に複数存在する場合もある。また、Ｎ個のデフォーカス量Ｙiの隣接する２個のデフォーカス量の差が全てデフォーカス幅Ｈ以下の場合は、Ｎ個全てのデフォーカス量Ｙiが同一グループに属するということになる。
【００５２】
図６、図７を用いて具体的にグループ分け手順を説明する。１１個のデフォーカス量Ｘｉの標準偏差σは式１及び式２から、σ＝０．１４８となる。係数αを０．５とすると、グループ分けデフォーカス幅Ｈは式３からＨ＝０．０７４となる。Ｎ個のデフォーカス量Ｘｉを小さい順に整列した配列Ｙi（図７）において、式４によりグループ分けの境界を判定すると、隣接するデフォーカス量の差がデフォーカス幅Ｈよりも大きくなるのは、Ｙ１とＹ２の間、Ｙ３とＹ４の間、Ｙ７とＹ８の間であり、これらの間に境界が設定される。この結果、配列Ｙi（図７）のＮ個のデフォーカス量は、（Ｙ１）、（Ｙ２、Ｙ３）、（Ｙ４、Ｙ５、Ｙ６、Ｙ７）、（Ｙ８、Ｙ９、Ｙ１０、Ｙ１１）の４グループに分けられる。デフォーカス量をＸｉで表すと、（Ｘ３）、（Ｘ６、Ｘ１０）、（Ｘ１、Ｘ４、Ｘ８、Ｘ７）、（Ｘ１１、Ｘ５、Ｘ９、Ｘ２）の４グループになる。
以上がグルーピング処理であり、焦点検出装置は、グルーピング処理の結果に基づいて、デフォーカス量を算出するＡＦエリアの数を制限する。
【００５３】
なお、ＡＦエリアをカメラが自動的に選択するモードが設定されている場合などには、デフォーカス量決定部２０４はレンズ駆動用デフォーカス量を決定する際に、グルーピング処理の結果を用いても良い。以下、グルーピング処理の結果に基づいてレンズ駆動用デフォーカス量を決定する処理について説明する。まず、デフォーカス量決定部２０４は、複数のデフォーカス量グループの中から最適なグループを選択する。例えば、デフォーカス量決定部２０４は、被写体を捕捉している可能性が高い最も至近側のデフォーカス量グループを最適グループに選択する。最適なグループの選択方法については他の方法が適用されても良い。
【００５４】
次に、デフォーカス量決定部２０４は、最適グループに属するデフォーカス量に基づいてレンズ駆動用デフォーカス量を決定する。例えば、デフォーカス量決定部２０４は、最適グループに属する複数のデフォーカス量の平均値をレンズ駆動用デフォーカス量として決定する。また、例えば、デフォーカス量決定部２０４は、最適グループに属する複数のデフォーカス量の平均値に最も近いデフォーカス量が検出されたＡＦアリアを合焦エリアとして設定し、合焦エリアのデフォーカス量をレンズ駆動用デフォーカス量として決定しても良い。最適グループに属する複数のデフォーカス量からレンズ駆動用デフォーカス量を決定する方法や合焦エリアを設定する方法については他の方法が適用されても良い。
【００５５】
図８は、書換部２０５による新たな被写体領域の設定処理の具体例を表す図である。図８（ａ）は、被写体認識部２０３によって決定された被写体領域の具体例を表す図である。図８（ｂ）は、書換部２０５によって設定された新たな被写体領域の具体例を表す図である。
【００５６】
書換部２０５は、被写体認識部２０３によって決定された被写体領域の大きさが被写体領域用閾値（例えば、８×８の検出ブロック）よりも大きい場合、グルーピング処理の結果に基づいて新たな被写体領域を設定する。具体的には、書換部２０５は、グルーピング処理によって生成された全グループの中から一部のグループを選択し、選択されたグループに属するＡＦエリアを含む、前回の被写体領域よりも狭い領域を、新たな被写体領域として設定する。より具体的には、書換部２０５は、被写体を捕捉している可能性が高い最も至近側のデフォーカス量のグループを選択し、選択されたグループのＡＦエリアに基づいて新たな被写体領域を設定する。そして、書換部２０５は、新たな被写体領域内の画像を新たな基準画像として被写体情報記憶部２０２に書き込む。
【００５７】
このとき、被写体領域閾値の大きさ及び新領域設定値の大きさとは一致しても良いし、新領域設定値の大きさが被写体領域閾値の大きさよりも小さく設定されても良い。また、被写体領域閾値及び新領域設定値によって表される領域は、正方形の領域であっても良いし、長方形の領域であっても良いし、他の幾何学平面図形の領域であっても良い。
【００５８】
図９は、撮像装置１の動作を表すフローチャートである。以下、図９を用いて撮像装置１の動作について説明する。まず、位相差ＡＦ装置２０１が、ＡＦ用センサ（ＣＣＤセンサーユニット）のゲインや蓄積時間を制御する（ステップＳ１０１）。次に、被写体認識部２０３が被写体領域を検出し、最新のデフォーカス量に基づいて新たな被写体領域を決定し、基準画像を更新する（ステップＳ１０２）。ただし、初期の動作の場合（被写体領域及びデフォーカス量が未知の場合）は、操作者が操作部１１２を操作し被写体領域の初期値を設定し、被写体認識部２０３が被写体領域の画像を基準画像として被写体情報記憶部２０２に書き込む。
【００５９】
次に、位相差ＡＦ装置２０１が、最新の被写体領域に含まれるＡＦエリアについてデフォーカス量を演算する（ステップＳ１０３）。位相差ＡＦ装置２０１は、最新の被写体領域に含まれる全てのＡＦエリアから蓄積情報を読み出しデフォーカス量を演算するまではステップＳ１０３の処理を繰り返し実行する（ステップＳ１０４−ＮＯ）。
【００６０】
最新の被写体領域に含まれる全てのＡＦエリアにおけるデフォーカス量の演算が終了すると（ステップＳ１０４−ＹＥＳ）、デフォーカス量決定部２０４が最新の被写体領域の大きさと被写体領域閾値の大きさとの大小を判定する（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０５の処理とステップＳ１０４の処理とは、実行される順番が逆であっても良い。被写体領域の大きさが被写体領域閾値の大きさ以上である場合（ステップＳ１０５−ＮＯ）、デフォーカス量決定部２０４が、グルーピング処理を行い（ステップＳ１０６）、最適グループを決定する（ステップＳ１０７）。次に、デフォーカス量決定部２０４がレンズ駆動用デフォーカス量を決定する（ステップＳ１０８）。例えば、デフォーカス量決定部２０４は、最適グループに含まれるＡＦエリアのデフォーカス量に基づいてレンズ駆動用デフォーカス量を決定する。次に、書換部２０５が、最適グループに基づいて新たな被写体領域を決定し（ステップＳ１０９）、被写体情報記憶部２０２に記憶される基準画像を書き換える（ステップＳ１１０）。
【００６１】
一方、被写体領域の大きさが被写体領域閾値の大きさ未満である場合（ステップＳ１０５−ＹＥＳ）、デフォーカス量決定部２０４は、被写体領域に含まれるＡＦエリアのデフォーカス量に基づいてレンズ駆動用デフォーカス量を決定する（ステップＳ１１１）。
【００６２】
ステップＳ１１０又はステップＳ１１１の処理の後、デフォーカス量決定部２０４が、レンズ駆動用デフォーカス量に基づいてレンズ駆動用モーター１０９の駆動を制御し、被写体に合焦させる（ステップＳ１１２）。そして、撮像装置１は操作部１１２のレリーズボタンが完全に押されるまではステップＳ１０１〜ステップＳ１１２の処理を繰り返し実行し（ステップＳ１１３−ＮＯ）、レリーズボタンが完全に押された場合には（ステップＳ１１３−ＹＥＳ）クイックリターンミラー１０２が移動し撮像素子１０６に対する露光が行われ、撮像が実行される（ステップＳ１１４）。
【００６３】
このように構成された撮像装置１では、被写体認識部２０３によって決定された最新の被写体領域が被写体領域閾値よりも大きい場合には、デフォーカス量決定部２０４が、グルーピング処理によって、デフォーカス量の演算対象となるＡＦエリアの数を削減する。そのため、オートフォーカスの処理を軽減することが可能となる。
【００６４】
すなわち、このように構成された撮像装置１では、書換部２０５が、グルーピング処理の結果に基づいて新たな被写体領域を決定し、新たな被写体領域に基づいた基準画像を被写体情報記憶部２０２に書き込む。そして、次回以降の処理では、被写体認識部２０３が書換部２０５によって書き換えられた基準画像に基づいて被写体領域を検出する。そのため、書換部２０５によって書き換えられる前の基準画像に基づいて被写体領域が検出される場合に比べて、検出される被写体領域の大きさが小さくなる。したがって、位相差ＡＦ装置２０１においてデフォーカス量の演算が実行されるＡＦエリアの数が少なくなり、デフォーカス量の検出処理に要する時間の増大を抑止することが可能となる。
【００６５】
また、このように構成された撮像装置１では、書換部２０５によって書き換えられる基準画像は、デフォーカス量決定部２０４によって合焦エリアとして決定された部分を含む画像である。そのため、被写体である可能性がより高い部分の画像が基準画像として書き換えられ、その後の被写体領域の検出精度が向上する。
【００６６】
＜変形例＞
基準画像は被写体情報の具体例であり、例えば被写体の画像上の特徴量（濃淡値、特徴点間の距離、周波数分布など）等の他の情報が被写体情報として被写体情報記憶部２０２によって記憶され、被写体認識部２０３によって用いられても良い。
【００６７】
被写体認識部２０３によって実行される自動追尾の処理は、既存の技術によって実現可能であり、被写体領域の大きさが変動するように構成された処理であれば、上述した処理とは異なる処理によって実現されても良い。
【００６８】
被写体領域の初期値は従来の技術に基づいてどのように決定されても良い。例えば、被写体領域を表す矩形が操作部１１２を用いて使用者によって設定され、被写体認識部２０３が、設定された矩形領域を被写体領域として決定し、矩形内の画像を基準画像として被写体情報記憶部２０２に書き込んでも良い。また、被写体に対応したＡＦエリアが操作部１１２を用いて使用者によって設定され、被写体認識部２０３が、設定されたＡＦエリアを含む所定の大きさの領域を被写体領域として決定し、この領域の画像を基準画像として被写体情報記憶部２０２に書き込んでも良い。また、使用者によって操作部１１２のレリーズボタンが半押し状態になった際の画面中央の２×２の検出ブロックを被写体認識部２０３が被写体として決定し、この領域の画像を基準画像として被写体情報記憶部２０２に書き込んでも良い。
【００６９】
被写体領域閾値は、検出ブロック単位の大きさとして定義されるのではなく、被写体領域に含まれるＡＦエリアの数として定義されても良い。この場合、図９のステップＳ１０６において、書換部２０５は被写体領域に含まれるＡＦエリアの数をカウントし、カウント結果が被写体領域閾値よりも少ない場合には（ステップＳ１０６−ＮＯ）ステップＳ１０７の処理を行い、カウント結果が被写体領域閾値以上である場合には（ステップＳ１０６−ＹＥＳ）ステップＳ１０８の処理を行う。
【００７０】
図９に表される処理の流れは一例であり、適宜順序が変更されても良い。
また、書換部２０５は、デフォーカス量決定部２０４によって選択された最適グループに含まれるＡＦエリアを最も多く含む所定の大きさの領域（例えば、４×４の検出ブロックや、７×７の検出ブロック）を、新たな被写体領域とし、この新たな被写体領域内の画像を新たな基準画像として被写体情報記憶部２０２に書き込むように構成されても良い。
また、図２に表される焦点検出装置は、被写体の像を繰り返し認識する画像認識装置として特定されても良い。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００７１】
１…撮像装置， １０１…撮影光学系， １０２…クイックリターンミラー， １０４…ペンタプリズム， １０６…撮像素子， １０７…サブミラー， １０８…焦点検出装置， １０９…レンズ駆動用モーター， １１１…測光センサー， ２０１…位相差ＡＦ装置， ２０２…被写体情報記憶部， ２０３…被写体認識部， ２０４…デフォーカス量決定部， ２０５…書換部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置における焦点を検出する焦点検出装置、焦点検出装置を備える撮像装置及び画像認識装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、位相差検出法によるオートフォーカス（ＡＦ：Auto Focus）モジュールには、複数のＡＦエリアを備えるものが登場している。そして、オートフォーカスの対象となる被写体の画像を基準画像とし、光学系による画像の中から基準画像に類似する像の位置を検出することによって、被写体に対応するＡＦエリアを選択する技術が提案されている。
【０００３】
このとき、基準画像内における対象物の画像の大きさは、初期の基準画像内における対象物の画像の大きさに保たれるように基準画像を逐次更新している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８４７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術のように基準画像の大きさを更新する場合、基準画像に類似する像の範囲に含まれるＡＦエリアの数が増えてしまう。そのため、オートフォーカスの処理が増大してしまうという問題があった。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は、オートフォーカスの処理を軽減することを可能とする焦点検出装置、撮像装置及び画像認識装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、焦点検出装置であって、光学系による像における特定の対象の像を繰り返し認識する認識手段と、前記光学系による像面内に設定された複数の焦点検出位置のそれぞれに対応する前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、前記認識手段によって認識された前記特定の対象の像の大きさが所定の大きさである場合に、該特定の対象の像に対応する複数の前記焦点検出位置に対して検出される複数の前記焦点状態に基づいて該複数の焦点状態を分類する分類手段と、前記分類手段によって分類された前記焦点状態のうちの少なくとも１つを選択する選択手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様は、上記の焦点検出装置において、前記認識手段は、前記光学系による像のうち、繰り返し認識される第１の認識において前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記第１の認識の後の第２の認識における前記特定の対象の像とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様は、上記の焦点検出装置において、前記認識手段は、前記第１の認識において、前記分類手段による分類結果が１グループであった場合に、前記第２の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲を、前記第１の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲よりも狭くすることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様は、上記の焦点検出装置において、前記特定の対象の像を基準画像として記憶する記憶手段と、前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記基準画像として前記記憶手段に更新して記憶する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様は、撮像装置であって、上記の焦点検出装置と、前記光学系による像を撮像する撮像手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様は、画像装置であって、光学系による像における特定の対象の像を繰り返し認識する認識手段と、前記光学系による像面内に設定された複数の焦点検出位置のそれぞれに対応する前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、前記認識手段によって認識された前記特定の対象の像の大きさが所定の大きさである場合に、該特定の対象の像に対応する複数の前記焦点検出位置に対して検出される複数の前記焦点状態に基づいて該複数の焦点状態を分類する分類手段と、前記光学系による像のうち、繰り返し認識される第１の認識において前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記第１の認識の後の第２の認識における前記特定の対象の像とする制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様は、上記の画像認識装置において、前記認識手段は、前記第１の認識において、前記分類手段による分類結果が１グループであった場合に、前記第２の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲を、前記第１の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲よりも狭くすることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様は、上記の焦点検出装置において、前記特定の対象の像を基準画像として記憶する記憶手段を備え、前記制御手段は、前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記基準画像として前記記憶手段に更新して記憶させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、オートフォーカスにおけるデフォーカス量の検出処理に要する時間の増大を抑止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】撮像装置の機能構成を表す概略ブロック図である。
【図２】焦点検出装置の機能構成を表す概略ブロック図である。
【図３】位相差ＡＦ装置におけるＡＦエリアの具体例を表す図である。
【図４】被写体領域検出部による被写体領域の検出ブロックを表す図である。
【図５】被写体領域検出部によって検出される被写体領域の具体例を表す図である。
【図６】グルーピング処理において用いられる表である。
【図７】グルーピング処理において用いられる表である。
【図８】書換部による新たな被写体領域の設定処理の具体例を表す図である。
【図９】撮像装置の動作を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、撮像装置１の機能構成を表す概略ブロック図である。図１は、撮像装置１が一眼レフレックス・デジタルスチルカメラとして構成される場合の機能構成を表すが、撮像装置１は銀塩フィルムカメラやビデオカメラ等の各種撮像装置として構成されても良いし、レンズ交換式であるか否かを問わない。
【００１８】
撮像装置１は、撮影光学系１０１、クイックリターンミラー１０２、焦点板１０３、ペンタプリズム１０４、接眼レンズ１０５、撮像素子１０６、サブミラー１０７、位相差ＡＦ装置２０１、被写体情報記憶部２０２、被写体認識部２０３、デフォーカス量決定部２０４、書換部２０５、レンズ駆動用モーター１０９、測光用レンズ１１０、測光センサー１１１、操作部１１２を備える。
【００１９】
撮影光学系１０１（光学系１０１ａ〜１０１ｃ）は、撮影対象となる被写体の像を撮像素子１０６の撮像面上に結像させる。光学系１０１ａ及び光学系１０１ｃは、レンズ鏡筒内に固定して設置される。光学系１０１ｂは、レンズ駆動用モーター１０９の動力によって光軸方向に移動可能な焦点調節レンズである。
【００２０】
クイックリターンミラー１０２は、露光前はペンタプリズム１０４に対して光を反射する。一方、クイックリターンミラー１０２は、露光時は上方に移動することによって焦点板１０３の下側に移動し、撮影光学系１０１を通過した光を撮像素子１０６で受光可能なようにする。また、クイックリターンミラー１０２は、中心付近がハーフミラーとして構成され、撮影光学系１０１を通過した光の一部を透過させる。
【００２１】
焦点板１０３は、クイックリターンミラー１０２によって反射された被写体からの光による被写体像を結像する。
ペンタプリズム１０４は、焦点板１０３上に結像した被写体像が左右反転するように光束を反射し、接眼レンズ１０５と測光用レンズ１１０で受光可能なようにする。
【００２２】
接眼レンズ１０５は、焦点板１０３上の像をペンタプリズム１０４を介して撮影者に観察可能とする。
【００２３】
撮像素子１０６は、ＣＭＯＳセンサー（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の受光素子が配列されて構成され、撮影光学系１０１を透過した被写体からの光を受光して電気信号に変換し撮像する。撮像素子１０６は、撮像面の前面に赤外光をカットするための赤外カットフィルタや、画像の折り返しノイズを防止するための光学的ローパスフィルタ等を備えても良い。
【００２４】
サブミラー１０７は、撮影光学系１０１及びクイックリターンミラー１０２のハーフミラー部分を透過した光を位相差ＡＦ装置２０１へ反射させる。
【００２５】
位相差ＡＦ装置２０１は、撮像装置１のボディ底面側に設置され、位相差検出方式に基づいてオートフォーカス処理を行う。具体的には、位相差ＡＦ装置２０１は、マスク、セパレーターレンズ、ＣＣＤセンサーユニット等を備えたいわゆるオートフォーカスモジュールを用いて構成される。位相差ＡＦ装置１１４は、撮影光学系１０１を直進する一対の光束を受光して得られる受光信号に基づいて、複数のＡＦエリアそれぞれにおけるデフォーカス量を算出する。位相差ＡＦ装置２０１は、デフォーカス量を算出する際、被写体認識部２０３によって検出された被写体領域に含まれるＡＦエリアについて、デフォーカス量を算出する。
【００２６】
被写体情報記憶部２０２は、被写体認識部２０３によるパターンマッチング処理において使用される被写体の基準画像を記憶する。
被写体認識部２０３は、被写体情報記憶部２０２に記憶される基準画像に基づいて、測光センサー１１１によって撮像された画像の中から基準画像に類似する画像を検出し、対象とする被写体を認識する。
【００２７】
具体的には、被写体認識部２０３は、被写体情報記憶部２０２に記憶される基準画像に基づいてパターンマッチング（正規化相関）処理し、画像内における被写体の像の位置または範囲（被写体領域）を検出する。尚、被写体認識部２０３は、測光センサー１１１によって撮像された画像から基準画像に対応する画像を検出する際に、基準画像と同じ大きさの領域よりも広い範囲を検出対象とするため、基準画像と同じ大きさの領域よりも広い範囲に類似する画像がある場合は、基準画像の大きさよりも大きい画像の領域を被写体領域として検出する。
【００２８】
また、被写体認識部２０３は、被写体領域を検出した後、所定の条件を満たす場合には新たに検出された被写体領域内の画像を新たな基準画像として被写体情報記憶部２０２に記憶された基準画像を書き換える。所定の条件を満たす場合とは、例えば、被写体領域の大きさが変わった場合や、被写体の向きが変化することなどによって類似度が低下した場合である。
【００２９】
デフォーカス量決定部２０４は、位相差ＡＦ装置２０１によって取得されたデフォーカス量に基づいて、レンズ駆動に用いられるデフォーカス量（レンズ駆動用デフォーカス量）を決定し、決定されたレンズ駆動用デフォーカス量に基づいてレンズ駆動用モーター１０９を制御する。
【００３０】
書換部２０５は、被写体認識部２０３によって決定された被写体領域が所定の大きさ（被写体領域用閾値）よりも大きい場合に、デフォーカス量決定部２０４のグルーピング処理の結果に基づいて、この決定された被写体領域よりも小さな大きさ（新領域設定値）の新たな被写体領域を設定する。そして、書換部２０５は、この新たな被写体領域に含まれる画像を新たな基準画像として被写体情報記憶部２０２の記憶内容を書き換える。
【００３１】
レンズ駆動用モーター１０９は、撮影光学系１０１の焦点調節レンズを光軸方向に駆動するためのアクチュエータであり、デフォーカス量決定部２０４によって決定されたレンズ駆動用デフォーカス量に従って駆動する。
測光用レンズ１１０は、ペンタプリズム１０４によって左右反転するように反射された焦点板１０３上の被写体像を測光センサー１１１上に結像する。
【００３２】
測光センサー１１１は、ＣＭＯＳセンサーやＣＣＤ等の複数の受光素子が配列されて構成され、測光用レンズ１１０を透過した光を受光して電気信号に変換し、撮像素子１０６によって撮像される被写体と同じ被写体像の画像信号を生成する。測光センサー１１１は、撮像された画像信号を被写体認識部２０３に対して出力する。
【００３３】
操作部１１２は、焦点を合わせる被写体に対応するオートフォーカスエリア（ＡＦエリア）を選択するための選択スイッチや、撮像モードを選択するためのモード選択スイッチや、撮像指示を入力するためのレリーズボタン等を有する。
【００３４】
図２は、位相差ＡＦ装置２０１、被写体情報記憶部２０２、被写体認識部２０３、デフォーカス量決定部２０４、書換部２０５の構成を詳細に表す図である。以下、位相差ＡＦ装置２０１、被写体情報記憶部２０２、被写体認識部２０３、デフォーカス量決定部２０４、書換部２０５をまとめて焦点検出装置という。
【００３５】
図３は、位相差ＡＦ装置２０１におけるＡＦエリアの具体例を表す図である。図３の場合、位相差ＡＦ装置２０１におけるＡＦエリアの数は５１であり、ＡＦエリア１〜ＡＦエリア５１まで存在する。デフォーカス量を取得する際、位相差ＡＦ装置２０１は、被写体認識部２０３によって検出された被写体領域に含まれるＡＦエリアについて、デフォーカス量を取得する。
【００３６】
図４は、被写体認識部２０３による被写体領域の検出ブロックを表す図である。図４では、横に２０個、縦に１４個の検出ブロックが並んでおり、被写体認識部２０３は検出ブロック単位で被写体領域を検出する。なお、図４において破線で表される複数の矩形は、位相差ＡＦ装置２０１におけるＡＦエリアを表す。また、一つの検出ブロックには、測光センサー１１１における複数の受光素子が対応づけられても良い。また、検出ブロックには、測光センサー１１１ではなく、撮像装置１に設けられた他の受光素子が対応付けられても良い。
【００３７】
図５は、被写体認識部２０３によって検出される被写体領域の具体例を表す図である。図５において、斜線によって表される矩形は、被写体認識部２０３によって決定された新たな被写体領域を表す。図５（ａ）では、画面中央の２×２の検出ブロックに被写体領域が存在する。この場合、位相差ＡＦ装置２０１は、被写体領域に含まれる中央の一つのＡＦエリア２６において、デフォーカス量の算出を行う。
【００３８】
図５（ｂ）では、図５（ａ）における被写体が撮像装置１に対して近づいており、画面中央の４×４の検出ブロックに被写体領域が存在する。この場合、位相差ＡＦ装置２０１は、被写体領域に含まれるＡＦエリア２０〜２２、２５〜２７、３０〜３２において、デフォーカス量の算出を行う。
【００３９】
図５（ｃ）、図５（ｄ）では、被写体がさらに撮像装置１に対して近づいており、それぞれ７×７の検出ブロック、９×９の検出ブロックに被写体領域が存在する。このように、撮像装置１から被写体までの距離が変化すると被写体の倍率が変化するため、被写体が近づく場合には被写体像は大きくなる。そのため、上述のような被写体認識部２０３によるパターンマッチング処理により、被写体領域の大きさが変化する。
【００４０】
被写体領域の大きさが拡大するにしたがって、位相差ＡＦ装置２０１がデフォーカス量の算出を行うＡＦエリアも増加する。そこで、焦点検出装置はグルーピング処理によってデフォーカス量の算出を行うＡＦエリアの数を制限する。なお、本説明においては、被写体領域に含まれるＡＦエリアの定義として、被写体領域内に少しでも重なるＡＦエリアとしているが、被写体領域内に５０％以上重なるＡＦエリアや、１００％重なるＡＦエリアのように定義されても良い。
【００４１】
次に、グルーピング処理について説明する。撮影画面内の５１個のＡＦエリア１〜５１のうち、被写体領域に含まれるＡＦエリアから得られるデフォーカス量をＸｉ（ｉ＝１〜Ｎ）とする。ここで、Ｎは有効データ数を表す。被写体領域に含まれる全てのＡＦエリアからデフォーカス量が検出されるとは限らず、焦点検出不能なＡＦエリアが存在したり、デフォーカス量が得られても信頼性判定の結果、信頼性なしとされる場合もある。
【００４２】
グルーピング処理において、デフォーカス量決定部２０４は、まずＮ個の有効なデータ、すなわちＮ個の信頼性のあるデフォーカス量の集合の分散ｖを式１によって求める。
【００４３】
【数１】
【００４４】
式１において、ＸaveはＮ個のデフォーカス量の平均値であり、Σはｉ＝１〜Ｎの総和を表す。次に、デフォーカス量決定部２０４は、Ｎ個のデフォーカス量の集合のバラツキ度合いを表す量として標準偏差σを式２によって求める。
【００４５】
【数２】
【００４６】
デフォーカス量決定部２０４は、この集合のバラツキ度合いを表す標準偏差σを用いて、Ｎ個のデフォーカス量Ｘｉ（ｉ＝１〜Ｎ）をグループ分けするためのデフォーカス幅Ｈを式３によって算出する。
【００４７】
【数３】
【００４８】
式３において、αは係数であり、通常は０．４〜０．６程度が適当である。
次に、デフォーカス量決定部２０４は、グループ分けデフォーカス幅Ｈを用いて、次のような手順によってグループ分けを行う。図６、図７は、グルーピング処理において用いられる表である。図６及び図７は、被写体領域に含まれるＡＦエリアが１１個である場合（例えばＡＦエリア１，２，４〜６，９〜１１，１４〜１６）を例に示す。まず、デフォーカス量決定部２０４は、図６に示すＮ個（この例では１１個）のデフォーカス量Ｘｉ（ｉ＝１〜１１）を、値が小さい順に並べて図７に示すような配列Ｙｉ（ｉ＝１〜１１）を求める。
【００４９】
次に、デフォーカス量決定部２０４は、配列Ｙｉの中の隣接する２個のデフォーカス量の差がグループ分けデフォーカス幅Ｈよりも大きい場合に、その２個のデフォーカス量の間にグループ分けの境界を設定する。すなわち、デフォーカス量決定部２０４は、式４の判定式が真となる場合に、デフォーカス量ＹiとＹi+1との間にグループ分けの境界を設定する。
【００５０】
【数４】
【００５１】
なお、このグループ分けの境界は、Ｎ個のデフォーカス量Ｙiの中に複数存在する場合もある。また、Ｎ個のデフォーカス量Ｙiの隣接する２個のデフォーカス量の差が全てデフォーカス幅Ｈ以下の場合は、Ｎ個全てのデフォーカス量Ｙiが同一グループに属するということになる。
【００５２】
図６、図７を用いて具体的にグループ分け手順を説明する。１１個のデフォーカス量Ｘｉの標準偏差σは式１及び式２から、σ＝０．１４８となる。係数αを０．５とすると、グループ分けデフォーカス幅Ｈは式３からＨ＝０．０７４となる。Ｎ個のデフォーカス量Ｘｉを小さい順に整列した配列Ｙi（図７）において、式４によりグループ分けの境界を判定すると、隣接するデフォーカス量の差がデフォーカス幅Ｈよりも大きくなるのは、Ｙ１とＹ２の間、Ｙ３とＹ４の間、Ｙ７とＹ８の間であり、これらの間に境界が設定される。この結果、配列Ｙi（図７）のＮ個のデフォーカス量は、（Ｙ１）、（Ｙ２、Ｙ３）、（Ｙ４、Ｙ５、Ｙ６、Ｙ７）、（Ｙ８、Ｙ９、Ｙ１０、Ｙ１１）の４グループに分けられる。デフォーカス量をＸｉで表すと、（Ｘ３）、（Ｘ６、Ｘ１０）、（Ｘ１、Ｘ４、Ｘ８、Ｘ７）、（Ｘ１１、Ｘ５、Ｘ９、Ｘ２）の４グループになる。
以上がグルーピング処理であり、焦点検出装置は、グルーピング処理の結果に基づいて、デフォーカス量を算出するＡＦエリアの数を制限する。
【００５３】
なお、ＡＦエリアをカメラが自動的に選択するモードが設定されている場合などには、デフォーカス量決定部２０４はレンズ駆動用デフォーカス量を決定する際に、グルーピング処理の結果を用いても良い。以下、グルーピング処理の結果に基づいてレンズ駆動用デフォーカス量を決定する処理について説明する。まず、デフォーカス量決定部２０４は、複数のデフォーカス量グループの中から最適なグループを選択する。例えば、デフォーカス量決定部２０４は、被写体を捕捉している可能性が高い最も至近側のデフォーカス量グループを最適グループに選択する。最適なグループの選択方法については他の方法が適用されても良い。
【００５４】
次に、デフォーカス量決定部２０４は、最適グループに属するデフォーカス量に基づいてレンズ駆動用デフォーカス量を決定する。例えば、デフォーカス量決定部２０４は、最適グループに属する複数のデフォーカス量の平均値をレンズ駆動用デフォーカス量として決定する。また、例えば、デフォーカス量決定部２０４は、最適グループに属する複数のデフォーカス量の平均値に最も近いデフォーカス量が検出されたＡＦアリアを合焦エリアとして設定し、合焦エリアのデフォーカス量をレンズ駆動用デフォーカス量として決定しても良い。最適グループに属する複数のデフォーカス量からレンズ駆動用デフォーカス量を決定する方法や合焦エリアを設定する方法については他の方法が適用されても良い。
【００５５】
図８は、書換部２０５による新たな被写体領域の設定処理の具体例を表す図である。図８（ａ）は、被写体認識部２０３によって決定された被写体領域の具体例を表す図である。図８（ｂ）は、書換部２０５によって設定された新たな被写体領域の具体例を表す図である。
【００５６】
書換部２０５は、被写体認識部２０３によって決定された被写体領域の大きさが被写体領域用閾値（例えば、８×８の検出ブロック）よりも大きい場合、グルーピング処理の結果に基づいて新たな被写体領域を設定する。具体的には、書換部２０５は、グルーピング処理によって生成された全グループの中から一部のグループを選択し、選択されたグループに属するＡＦエリアを含む、前回の被写体領域よりも狭い領域を、新たな被写体領域として設定する。より具体的には、書換部２０５は、被写体を捕捉している可能性が高い最も至近側のデフォーカス量のグループを選択し、選択されたグループのＡＦエリアに基づいて新たな被写体領域を設定する。そして、書換部２０５は、新たな被写体領域内の画像を新たな基準画像として被写体情報記憶部２０２に書き込む。
【００５７】
このとき、被写体領域閾値の大きさ及び新領域設定値の大きさとは一致しても良いし、新領域設定値の大きさが被写体領域閾値の大きさよりも小さく設定されても良い。また、被写体領域閾値及び新領域設定値によって表される領域は、正方形の領域であっても良いし、長方形の領域であっても良いし、他の幾何学平面図形の領域であっても良い。
【００５８】
図９は、撮像装置１の動作を表すフローチャートである。以下、図９を用いて撮像装置１の動作について説明する。まず、位相差ＡＦ装置２０１が、ＡＦ用センサ（ＣＣＤセンサーユニット）のゲインや蓄積時間を制御する（ステップＳ１０１）。次に、被写体認識部２０３が被写体領域を検出し、最新のデフォーカス量に基づいて新たな被写体領域を決定し、基準画像を更新する（ステップＳ１０２）。ただし、初期の動作の場合（被写体領域及びデフォーカス量が未知の場合）は、操作者が操作部１１２を操作し被写体領域の初期値を設定し、被写体認識部２０３が被写体領域の画像を基準画像として被写体情報記憶部２０２に書き込む。
【００５９】
次に、位相差ＡＦ装置２０１が、最新の被写体領域に含まれるＡＦエリアについてデフォーカス量を演算する（ステップＳ１０３）。位相差ＡＦ装置２０１は、最新の被写体領域に含まれる全てのＡＦエリアから蓄積情報を読み出しデフォーカス量を演算するまではステップＳ１０３の処理を繰り返し実行する（ステップＳ１０４−ＮＯ）。
【００６０】
最新の被写体領域に含まれる全てのＡＦエリアにおけるデフォーカス量の演算が終了すると（ステップＳ１０４−ＹＥＳ）、デフォーカス量決定部２０４が最新の被写体領域の大きさと被写体領域閾値の大きさとの大小を判定する（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０５の処理とステップＳ１０４の処理とは、実行される順番が逆であっても良い。被写体領域の大きさが被写体領域閾値の大きさ以上である場合（ステップＳ１０５−ＮＯ）、デフォーカス量決定部２０４が、グルーピング処理を行い（ステップＳ１０６）、最適グループを決定する（ステップＳ１０７）。次に、デフォーカス量決定部２０４がレンズ駆動用デフォーカス量を決定する（ステップＳ１０８）。例えば、デフォーカス量決定部２０４は、最適グループに含まれるＡＦエリアのデフォーカス量に基づいてレンズ駆動用デフォーカス量を決定する。次に、書換部２０５が、最適グループに基づいて新たな被写体領域を決定し（ステップＳ１０９）、被写体情報記憶部２０２に記憶される基準画像を書き換える（ステップＳ１１０）。
【００６１】
一方、被写体領域の大きさが被写体領域閾値の大きさ未満である場合（ステップＳ１０５−ＹＥＳ）、デフォーカス量決定部２０４は、被写体領域に含まれるＡＦエリアのデフォーカス量に基づいてレンズ駆動用デフォーカス量を決定する（ステップＳ１１１）。
【００６２】
ステップＳ１１０又はステップＳ１１１の処理の後、デフォーカス量決定部２０４が、レンズ駆動用デフォーカス量に基づいてレンズ駆動用モーター１０９の駆動を制御し、被写体に合焦させる（ステップＳ１１２）。そして、撮像装置１は操作部１１２のレリーズボタンが完全に押されるまではステップＳ１０１〜ステップＳ１１２の処理を繰り返し実行し（ステップＳ１１３−ＮＯ）、レリーズボタンが完全に押された場合には（ステップＳ１１３−ＹＥＳ）クイックリターンミラー１０２が移動し撮像素子１０６に対する露光が行われ、撮像が実行される（ステップＳ１１４）。
【００６３】
このように構成された撮像装置１では、被写体認識部２０３によって決定された最新の被写体領域が被写体領域閾値よりも大きい場合には、デフォーカス量決定部２０４が、グルーピング処理によって、デフォーカス量の演算対象となるＡＦエリアの数を削減する。そのため、オートフォーカスの処理を軽減することが可能となる。
【００６４】
すなわち、このように構成された撮像装置１では、書換部２０５が、グルーピング処理の結果に基づいて新たな被写体領域を決定し、新たな被写体領域に基づいた基準画像を被写体情報記憶部２０２に書き込む。そして、次回以降の処理では、被写体認識部２０３が書換部２０５によって書き換えられた基準画像に基づいて被写体領域を検出する。そのため、書換部２０５によって書き換えられる前の基準画像に基づいて被写体領域が検出される場合に比べて、検出される被写体領域の大きさが小さくなる。したがって、位相差ＡＦ装置２０１においてデフォーカス量の演算が実行されるＡＦエリアの数が少なくなり、デフォーカス量の検出処理に要する時間の増大を抑止することが可能となる。
【００６５】
また、このように構成された撮像装置１では、書換部２０５によって書き換えられる基準画像は、デフォーカス量決定部２０４によって合焦エリアとして決定された部分を含む画像である。そのため、被写体である可能性がより高い部分の画像が基準画像として書き換えられ、その後の被写体領域の検出精度が向上する。
【００６６】
＜変形例＞
基準画像は被写体情報の具体例であり、例えば被写体の画像上の特徴量（濃淡値、特徴点間の距離、周波数分布など）等の他の情報が被写体情報として被写体情報記憶部２０２によって記憶され、被写体認識部２０３によって用いられても良い。
【００６７】
被写体認識部２０３によって実行される自動追尾の処理は、既存の技術によって実現可能であり、被写体領域の大きさが変動するように構成された処理であれば、上述した処理とは異なる処理によって実現されても良い。
【００６８】
被写体領域の初期値は従来の技術に基づいてどのように決定されても良い。例えば、被写体領域を表す矩形が操作部１１２を用いて使用者によって設定され、被写体認識部２０３が、設定された矩形領域を被写体領域として決定し、矩形内の画像を基準画像として被写体情報記憶部２０２に書き込んでも良い。また、被写体に対応したＡＦエリアが操作部１１２を用いて使用者によって設定され、被写体認識部２０３が、設定されたＡＦエリアを含む所定の大きさの領域を被写体領域として決定し、この領域の画像を基準画像として被写体情報記憶部２０２に書き込んでも良い。また、使用者によって操作部１１２のレリーズボタンが半押し状態になった際の画面中央の２×２の検出ブロックを被写体認識部２０３が被写体として決定し、この領域の画像を基準画像として被写体情報記憶部２０２に書き込んでも良い。
【００６９】
被写体領域閾値は、検出ブロック単位の大きさとして定義されるのではなく、被写体領域に含まれるＡＦエリアの数として定義されても良い。この場合、図９のステップＳ１０６において、書換部２０５は被写体領域に含まれるＡＦエリアの数をカウントし、カウント結果が被写体領域閾値よりも少ない場合には（ステップＳ１０６−ＮＯ）ステップＳ１０７の処理を行い、カウント結果が被写体領域閾値以上である場合には（ステップＳ１０６−ＹＥＳ）ステップＳ１０８の処理を行う。
【００７０】
図９に表される処理の流れは一例であり、適宜順序が変更されても良い。
また、書換部２０５は、デフォーカス量決定部２０４によって選択された最適グループに含まれるＡＦエリアを最も多く含む所定の大きさの領域（例えば、４×４の検出ブロックや、７×７の検出ブロック）を、新たな被写体領域とし、この新たな被写体領域内の画像を新たな基準画像として被写体情報記憶部２０２に書き込むように構成されても良い。
また、図２に表される焦点検出装置は、被写体の像を繰り返し認識する画像認識装置として特定されても良い。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００７１】
１…撮像装置， １０１…撮影光学系， １０２…クイックリターンミラー， １０４…ペンタプリズム， １０６…撮像素子， １０７…サブミラー， １０８…焦点検出装置， １０９…レンズ駆動用モーター， １１１…測光センサー， ２０１…位相差ＡＦ装置， ２０２…被写体情報記憶部， ２０３…被写体認識部， ２０４…デフォーカス量決定部， ２０５…書換部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系による像における特定の対象の像を繰り返し認識する認識手段と、
前記光学系による像面内に設定された複数の焦点検出位置のそれぞれに対応する前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
前記認識手段によって認識された前記特定の対象の像の大きさが所定の大きさである場合に、該特定の対象の像に対応する複数の前記焦点検出位置に対して検出される複数の前記焦点状態に基づいて該複数の焦点状態を分類する分類手段と、
前記分類手段によって分類された前記焦点状態のうちの少なくとも１つを選択する選択手段と
を備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記認識手段は、前記光学系による像のうち、繰り返し認識される第１の認識において前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記第１の認識の後の第２の認識における前記特定の対象の像とすることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の焦点検出装置において、
前記認識手段は、前記第１の認識において、前記分類手段による分類結果が１グループであった場合に、前記第２の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲を、前記第１の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲よりも狭くすることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の焦点検出装置において、
前記特定の対象の像を基準画像として記憶する記憶手段と、
前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記基準画像として前記記憶手段に更新して記憶する制御手段と
を備えることを特徴とする焦点検出位置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
前記光学系による像を撮像する撮像手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
光学系による像における特定の対象の像を繰り返し認識する認識手段と、
前記光学系による像面内に設定された複数の焦点検出位置のそれぞれに対応する前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
前記認識手段によって認識された前記特定の対象の像の大きさが所定の大きさである場合に、該特定の対象の像に対応する複数の前記焦点検出位置に対して検出される複数の前記焦点状態に基づいて該複数の焦点状態を分類する分類手段と、
前記光学系による像のうち、繰り返し認識される第１の認識において前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記第１の認識の後の第２の認識における前記特定の対象の像とする制御手段と
を備えたことを特徴とする画像認識装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像認識装置において、
前記認識手段は、前記第１の認識において、前記分類手段による分類結果が１グループであった場合に、前記第２の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲を、前記第１の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲よりも狭くすることを特徴とする画像認識装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の焦点検出装置において、
前記特定の対象の像を基準画像として記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記基準画像として前記記憶手段に更新して記憶させることを特徴とする画像認識装置。
【請求項１】
光学系による像における特定の対象の像を繰り返し認識する認識手段と、
前記光学系による像面内に設定された複数の焦点検出位置のそれぞれに対応する前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
前記認識手段によって認識された前記特定の対象の像の大きさが所定の大きさである場合に、該特定の対象の像に対応する複数の前記焦点検出位置に対して検出される複数の前記焦点状態に基づいて該複数の焦点状態を分類する分類手段と、
前記分類手段によって分類された前記焦点状態のうちの少なくとも１つを選択する選択手段と
を備えることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記認識手段は、前記光学系による像のうち、繰り返し認識される第１の認識において前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記第１の認識の後の第２の認識における前記特定の対象の像とすることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の焦点検出装置において、
前記認識手段は、前記第１の認識において、前記分類手段による分類結果が１グループであった場合に、前記第２の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲を、前記第１の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲よりも狭くすることを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の焦点検出装置において、
前記特定の対象の像を基準画像として記憶する記憶手段と、
前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記基準画像として前記記憶手段に更新して記憶する制御手段と
を備えることを特徴とする焦点検出位置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の焦点検出装置と、
前記光学系による像を撮像する撮像手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
光学系による像における特定の対象の像を繰り返し認識する認識手段と、
前記光学系による像面内に設定された複数の焦点検出位置のそれぞれに対応する前記光学系の焦点状態を検出する焦点検出手段と、
前記認識手段によって認識された前記特定の対象の像の大きさが所定の大きさである場合に、該特定の対象の像に対応する複数の前記焦点検出位置に対して検出される複数の前記焦点状態に基づいて該複数の焦点状態を分類する分類手段と、
前記光学系による像のうち、繰り返し認識される第１の認識において前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記第１の認識の後の第２の認識における前記特定の対象の像とする制御手段と
を備えたことを特徴とする画像認識装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像認識装置において、
前記認識手段は、前記第１の認識において、前記分類手段による分類結果が１グループであった場合に、前記第２の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲を、前記第１の認識において前記特定の対象の像として認識する範囲よりも狭くすることを特徴とする画像認識装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の焦点検出装置において、
前記特定の対象の像を基準画像として記憶する記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記分類手段によって同一のグループに分類された前記焦点状態に対応する前記焦点検出位置に応じた範囲の像を、前記基準画像として前記記憶手段に更新して記憶させることを特徴とする画像認識装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２８６５９５（Ｐ２０１０−２８６５９５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３９１９１（Ｐ２００９−１３９１９１）
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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