專利名稱：焦點調(diào)節(jié)設備和焦點調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焦點調(diào)節(jié)設備和焦點調(diào)節(jié)方法，尤其涉及一種例如在電子照相機中使用的自動調(diào)焦系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
專利文獻I公開了一種具有攝 像元件的功能并且二維地配置像素的固態(tài)攝像裝置。像素包括彼此相對偏移的微透鏡和光電轉(zhuǎn)換單元。在根據(jù)專利文獻I的固態(tài)攝像裝置中，在正常攝像操作中，通過將微透鏡和光電轉(zhuǎn)換單元之間的相對偏移的方向彼此不同的像素進行相加來形成圖像。在計算拍攝鏡頭的焦點位置的運算中，基于利用微透鏡和光電轉(zhuǎn)換單元之間的相對偏移的方向彼此不同的像素列所獲得的一對圖像，來計算拍攝鏡頭的焦點位置。通過針對該對圖像之間的相對圖像偏移量進行相關(guān)計算，來計算拍攝鏡頭的焦點位置。在如下狀態(tài)的相位差AF(自動調(diào)焦)模式中計算焦點位置的情況下，由于拍攝鏡頭所引起的漸暈而導致圖像信號的非對稱性(圖像的一致程度降低)，其中，該狀態(tài)是由拍攝鏡頭引起漸暈的狀態(tài)。因此，專利文獻2公開了如下技術(shù)，其中在該技術(shù)中，將特定圖像校正濾波器容納于攝像裝置中，并且該特定圖像校正濾波器是基于孔徑比、出射光瞳的位置和離焦量而變形的。根據(jù)該技術(shù)，將圖像校正濾波器應用于圖像信號，然后計算焦點位置。圖像校正濾波器是通過卷積積分而應用于圖像信號的。因此，將圖像校正濾波器的間距設置成等于圖像信號的間距。引f列表_5] 專利文獻專利文獻I :日本特開平4-267211專利文獻2 日本特開平5-12707
發(fā)明內(nèi)容
摶術(shù)問是頁在現(xiàn)有技術(shù)中，不管離焦量或F值如何，圖像校正濾波器的間距都是恒定的。因此，在濾波器長度較小的聚焦位置附近的區(qū)域中，由于例如混疊失真(aliasingdistortion)而無法獲得正確的濾波器形狀，因此焦點計算的精度降低。本發(fā)明的目的在于即使在由拍攝鏡頭引起漸暈的狀態(tài)下，也能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的焦點調(diào)節(jié)。問題的解決方案為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)特征，提供了一種焦點調(diào)節(jié)設備的焦點調(diào)節(jié)方法，所述焦點調(diào)節(jié)設備包括攝像部件，所述攝像部件包括第一像素組和第二像素組，所述第一像素組接收穿過用于形成被攝體圖像的攝像光學系統(tǒng)的第一光瞳區(qū)域的光束，并且所述第二像素組接收穿過與所述第一光瞳區(qū)域不同的第二光瞳區(qū)域的光束，所述焦點調(diào)節(jié)方法包括以下步驟校正步驟，用于使用具有與如下離焦量相對應的采樣間距的圖像校正信息，來校正基于來自所述第一像素組的輸出信號的第一圖像信號和基于來自所述第二像素組的輸出信號的第二圖像信號，其中，該離焦量是通過所述第一圖像信號和所述第二圖像信號之間的相對圖像偏移量而確定的；以及焦點調(diào)節(jié)步驟，用于基于作為所述校正步驟中進行的校正的結(jié)果所獲得的校正后的第一圖像信號和校正后的第二圖像信號之間的相對圖像偏移量而確定的離焦量，來進行用于調(diào)節(jié)所述攝像光學系統(tǒng)的焦點狀態(tài)的控制。本發(fā)明的有益.效果根據(jù)本發(fā)明，可以提高焦點調(diào)節(jié)精度。


圖I是攝像裝置的框圖。圖2示出用于說明攝像像素的圖。圖3示出用于說明焦點檢測像素的圖。圖4是示出分割光瞳的狀態(tài)的概念圖。圖5示出用于說明焦點檢測像素的光瞳強度分布的概念圖。圖6示出用于說明攝像元件的中央?yún)^(qū)域的焦點檢測像素的光瞳強度的概念圖。
圖7是攝像元件的驅(qū)動電路圖。圖8是示出從圖7所示的元件所獲得的圖像信號的圖。圖9示出用于說明圖像校正濾波處理的概念圖。圖10是根據(jù)離焦量改變間距的焦點計算處理的流程圖。圖11示出用于說明離焦狀態(tài)下入射至攝像元件的光束的概念圖。圖12是用于說明線擴散函數(shù)的圖。圖13示出用于說明在離焦量較大時根據(jù)線擴散函數(shù)獲得圖像校正濾波的處理的概念圖。圖14示出用于說明在離焦量較小時根據(jù)線擴散函數(shù)獲得圖像校正濾波的處理的概念圖。圖15示出用于說明根據(jù)與不同的F值相對應的線擴散函數(shù)獲得圖像校正濾波的處理的概念圖。圖16是根據(jù)F值和離焦量改變間距的焦點計算處理的流程圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考

本發(fā)明的實施例。第一實施例將參考圖I 14說明本發(fā)明的第一實施例。攝像裝置的結(jié)構(gòu)圖I是根據(jù)本實施例的攝像裝置的框圖。在圖I中，附圖標記101表示配置在拍攝鏡頭(攝像光學系統(tǒng))的一端并以能夠在光軸方向上往復移動的方式所保持的第一透鏡組。附圖標記102表示光圈快門，其中，該光圈快門通過調(diào)節(jié)該光圈快門的開口直徑來調(diào)節(jié)拍攝操作時的光量，并且還具有用于在拍攝靜止圖像的操作時調(diào)節(jié)曝光時間的快門的功能。附圖標記103表示拍攝鏡頭中所包括的第二透鏡組。光圈快門102和第二透鏡組103作為一體與第一透鏡組101的往復移動相協(xié)作地在光軸方向上往復移動以提供變倍功能(變焦功能)。附圖標記105表示拍攝鏡頭中所包括的第三透鏡組，并且通過在光軸方向上往復移動來進行焦點調(diào)節(jié)。附圖標記106表示作為用于減少拍攝圖像中的偽色和摩爾紋的光學兀件的光學低通濾波器。附圖標記107表不包括C-MOS傳感器和C-MOS傳感器的外圍電路的攝像元件。該攝像元件是二維單板顏色傳感器，其中，在包括水平方向上的m個像素和垂直方向上的η個像素的光接收像素陣列上，形成具有拜耳排列的片上原色馬賽克濾波器。附圖標記111表示通過轉(zhuǎn)動凸輪筒(未示出)使第一透鏡組101到第二透鏡組103的組件在光軸方向上往復移動從而進行 變倍處理的變焦致動器。附圖標記112表示通過控制光圈快門102的開口直徑來調(diào)節(jié)攝像光量并且還在拍攝靜止圖像的操作時進行曝光時間控制的光圈快門致動器。附圖標記114表不通過在光軸方向上往復移動第三透鏡組105來進行焦點調(diào)節(jié)的調(diào)焦致動器。附圖標記115表示用于在拍攝操作中對被攝體進行照明的電子閃光燈。優(yōu)選使用采用氙氣管的閃光燈裝置作為電子閃光燈。然而，代替地，還可以使用包括連續(xù)發(fā)光LED的照明裝置。附圖標記116表示AF輔助光單元，其中該AF輔助光單元通過透光透鏡向被攝體場投影具有預定開口圖案的掩模的圖像，以提高對暗環(huán)境下的被攝體或低對比度被攝體的焦點計算性能。附圖標記121表示控制攝像裝置的各種操作的CPU。CPU121包括計算單元、ROM、RAM、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、通信接口電路等，并且基于存儲在ROM中的預定程序來驅(qū)動攝像裝置中所包括的各種電路。因此，CPU 121進行包括AF、拍攝、圖像處理和記錄的一系列操作。附圖標記122表示與拍攝操作同步接通照明單元115的電子閃光燈控制電路。附圖標記123表示與焦點計算操作同步接通AF輔助光單元116的輔助光驅(qū)動電路。附圖標記124表示控制攝像元件107所進行的攝像操作并且在將該攝像操作所獲得的圖像信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后將轉(zhuǎn)換得到圖像信號發(fā)送至CPU 121的攝像元件驅(qū)動電路。附圖標記125表示對攝像元件107所拍攝的圖像進行諸如Y轉(zhuǎn)換、顏色插值和JPEG壓縮等的處理的圖像處理電路。附圖標記126表示基于焦點計算操作的結(jié)果來控制調(diào)焦致動器114以通過在光軸方向上往復移動第三透鏡組105進行焦點調(diào)節(jié)的調(diào)焦驅(qū)動電路。附圖標記128表示控制光圈快門致動器112以調(diào)節(jié)光圈快門102的開口的光圈快門驅(qū)動電路。附圖標記129表示根據(jù)用戶所進行的變焦操作來驅(qū)動變焦致動器111的變焦驅(qū)動電路。附圖標記131表示諸如IXD等的用于顯示與攝像裝置的拍攝模式有關(guān)的信息的顯示裝置。顯示裝置131還顯示拍攝操作之前的預覽圖像、拍攝操作之后的確認圖像和焦點計算操作期間的聚焦狀態(tài)顯示圖像。附圖標記132表示包括電源開關(guān)、釋放(拍攝觸發(fā)器)開關(guān)、變焦操作開關(guān)和拍攝模式選擇開關(guān)的操作開關(guān)組。附圖標記133表示用于存儲拍攝圖像的可拆卸的閃速存儲器。攝像像素的結(jié)構(gòu)圖2示出用于說明攝像像素的結(jié)構(gòu)的圖。圖2示出攝像像素的放大平面圖和放大斷面圖。在本實施例中，在四個像素(2行X2列)的像素陣列中，在兩個對角位置配置對G(綠色)光具有光譜靈敏度的攝像像素(G像素)。另外，在剩余的兩個位置配置對R(紅色)光具有光譜靈敏度的攝像像素(R像素)和對B (藍色)光具有光譜靈敏度的攝像像素(B像素)。換句話說，在本實施例中使用拜耳排列。在具有拜耳排列的像素之間，按照預定規(guī)則分散地配置下面將說明其結(jié)構(gòu)的焦點檢測像素。圖2 (a)是在攝像元件的中央?yún)^(qū)域以2行X 2列所配置的攝像像素的平面圖。在拜耳排列中，將G像素配置在對角位置處，并且將R像素和B像素配置在剩余的兩個位置處。周期性地配置包括2行X2列的結(jié)構(gòu)。圖2(b)是沿線A-A所截取的圖2(a)的斷面圖。附圖標記ML表示配置在各攝像像素的最前面位置處的片上微透鏡，附圖標記 CFR表示R(紅色)顏色濾波器，并且附圖標記CFG表示G(綠色)顏色濾波器。附圖標記H)表示C-MOS傳感器中所包括的光電轉(zhuǎn)換單元，并且附圖標記CL表示形成用于傳輸C-MOS傳感器中的各種信號的信號線的配線層。在攝像像素中，將片上微透鏡ML和光電轉(zhuǎn)換單元H)在結(jié)構(gòu)上配置成能夠盡可能有效地接收穿過拍攝鏡頭TL的光束。換句話說，拍攝鏡頭TL的出射光瞳EP (也稱為光瞳區(qū)域)和各光電轉(zhuǎn)換單元ro經(jīng)由相應的微透鏡ML而處于共軛關(guān)系，并且將各光電轉(zhuǎn)換單元設計成具有大的有效面積。盡管圖2(b)中示出了入射至R像素上的光束，但是G像素和B像素也具有類似的結(jié)構(gòu)。因此，與R、G和B攝像像素各自相對應的出射光瞳EP具有大的直徑，并且可以有效地接收來自被攝體的光束，從而提高了圖像信號的S/N比。焦點檢測像素的結(jié)構(gòu)圖3示出用于說明焦點檢測像素的結(jié)構(gòu)的圖。圖3示出用于在圖3(b)所示的X方向上分割拍攝鏡頭TL的光瞳的焦點檢測像素的放大平面圖和放大斷面圖。圖3(a)是包括攝像元件的中央?yún)^(qū)域處的焦點檢測像素的以2行X2列所配置的焦點檢測像素的平面圖。通常，觀察者的圖像識別特性對亮度信息敏感。因此，如果在獲取圖像信號時損失了 G像素，則容易感覺到圖像劣化。因此，G像素獲取亮度信息的主成分。另一方面，R像素和B像素是獲取顏色信息的攝像像素，并且觀察者對顏色信息不敏感。因此，即使當損失了用于獲取顏色信息的部分R像素或B像素時，也不容易覺察到圖像劣化。因此，在本實施例中，在以2行X2列所配置的攝像像素的陣列中，代替與R像素和B像素相對應的位置處的攝像像素，以特定比例排列焦點檢測像素，同時保留用作G像素的攝像像素。在圖3(a)中以SHA和SHB表示由此排列的焦點檢測像素。圖3 (b)是沿線B-B所截取的圖3 (a)的斷面圖。微透鏡ML和光電轉(zhuǎn)換單元H)具有與圖2(b)所示的攝像像素中的微透鏡ML和光電轉(zhuǎn)換單元H)相同的結(jié)構(gòu)。在本實施例中，不使用通過焦點檢測像素所獲得的信號來形成圖像。因此，代替顏色分離濾波器，設置透明膜CFW(白色膜)。為了在攝像元件處進行光瞳分割，配線層CL中所形成的開口部相對于微透鏡ML的中心線沿著X方向偏移。更具體地，焦點檢測像素SHA的開口部OPHA在-χ方向上偏移，因此焦點檢測像素SHA接收穿過圖3(b)的拍攝鏡頭TL的左側(cè)的出射光瞳區(qū)域EPHA的光束。類似地，像素SHB的開口部OPHB在+χ方向上偏移，因此像素SHB接收穿過圖3 (b)的拍攝鏡頭TL的右側(cè)的出射光瞳區(qū)域EPHB的光束。沿χ方向規(guī)則地排列多個焦點檢測像素SHA，并且將通過焦點檢測像素SHA所獲得的第一圖像信號定義為圖像信號A。另外，沿χ方向同樣規(guī)則地排列多個焦點檢測像素SHB，并且將通過焦點檢測像素SHB所獲得的第二圖像信號定義為圖像信號B?？梢愿鶕?jù)通過基于圖像信號A和圖像信號B之間的相對圖像偏移量進行相關(guān)計算所計算出的離焦量來確定拍攝鏡頭的焦點位置。因此，可以基于焦點位置來調(diào)節(jié)拍攝鏡頭的焦點狀態(tài)。攝像元件的光瞳分割狀態(tài)的概念圖4是示出根據(jù)本實施例的攝像元件的光瞳分割狀態(tài)的概念圖。附圖標記TL表示拍攝鏡頭，附圖標記107表示攝像元件 ，附圖標記OBJ表示被攝體,并且附圖標記IMG表示圖像信號。如以上參考圖2所示的攝像元件中的攝像像素的平面圖和斷面圖所述，各攝像像素接收穿過拍攝鏡頭TL的整個出射光瞳區(qū)域EP的光束。另一方面，如以上參考用于沿圖3(a)所示的χ方向進行光瞳分割的焦點檢測像素的平面圖和斷面圖所述，焦點檢測像素具有光瞳分割功能。更具體地，圖3 (a)所示的像素SHA接收穿過+χ方向側(cè)的光瞳區(qū)域的光束、即穿過圖4的光瞳區(qū)域EPHA的光束。將焦點檢測像素分布在攝像元件107的整個區(qū)域上，從而可以在整個攝像區(qū)域上進行焦點計算。盡管以上說明了沿χ方向具有亮度分布的被攝體的結(jié)構(gòu)，但是通過沿y方向設置類似于上述結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)同樣可以獲得沿y方向具有亮度分布的被攝體的結(jié)構(gòu)。沒有引起漸暈時的光瞳強度分布和線擴散函數(shù)以下將出射光瞳區(qū)域內(nèi)的光束的強度分布簡稱為光瞳強度分布。圖5示出焦點檢測像素的光瞳強度分布和通過光瞳強度分布所獲得的線擴散函數(shù)。圖5(a)和5(b)分別示出焦點檢測像素SHA和焦點檢測像素SHB的特性。圖5中的χ軸和I軸分別對應于圖4中的χ軸和y軸。參考圖5，隨著顏色濃度的增大，光接收強度相應地增大。在圖3(a)中，為了便于說明，以彼此分開的方式示出焦點檢測像素SHA的出射光瞳區(qū)域EPHA和焦點檢測像素SHB的出射光瞳區(qū)域EPHB。然而，如圖5所示，由于開口部、即圖3 (b)所示的開口部OPHA和開口部OPHB處的衍射的影響，因而焦點檢測像素SHA和焦點檢測像素SHB的出射光瞳區(qū)域一定程度地擴大并部分重疊。圖5(c)是示出焦點檢測像素的線擴散函數(shù)的圖。線擴散函數(shù)是圖5(a)和5 (b)所示的光瞳強度分布在y方向上的投影。橫軸對應于圖5(a)和5(b)中的χ軸，并且縱軸示出線擴散函數(shù)的強度。原點O對應于拍攝鏡頭的光軸的位置。將通過從點光源發(fā)射并穿過光學系統(tǒng)的出射光瞳的光在成像面上所形成的點圖像的強度分布稱為點擴散函數(shù)。如果光學系統(tǒng)沒有像差，則認為點擴散函數(shù)是出射光瞳的形狀在成像面上的縮小投影。線擴散函數(shù)是點擴散函數(shù)的投影。因此，光瞳強度分布的投影是線擴散函數(shù)。如圖5(c)所示，攝像元件的中央?yún)^(qū)域的焦點檢測像素中，線擴散函數(shù)LSFa和LSFb相對于光軸大致相互對稱(具有大致相同的圖像形狀)。另外，線擴散函數(shù)LSFa和LSFb各自在χ軸方向上相對于χ軸方向上的重心具有大致對稱的形狀。引起漸暈時的光瞭強度分布和線擴散函數(shù)與圖5所示的光瞳強度分布相反，圖6示出在由拍攝鏡頭引起漸暈的情況下所獲得的光瞳強度分布和通過光瞳強度分布所獲得的線擴散函數(shù)。圖6 (a)和6(b)分別示出在由拍攝鏡頭引起漸暈的情況下焦點檢測像素SHA和焦點檢測像素SHB的光瞳強度分布的特性。在圖5所示的焦點檢測像素SHA和SHB的光瞳強度分布中，僅將以區(qū)域(Area) I表示的輪廓所包圍的區(qū)域用作焦點檢測像素SHA和SHB的光接收區(qū)域。圖6(c)是示出在由拍攝鏡頭引起漸暈的情況下的線擴散函數(shù)的圖。類似于圖5(c)，圖6(c)所示的線擴散函數(shù)是圖6(a)和6(b)所示的光瞳強度分布在y方向上的投影。橫軸對應于圖5(a)和5 (b)中的χ軸，并且縱軸示出線擴散函數(shù)的強度。原點O對應于拍攝鏡頭的光軸的位置。如圖6(c)所示，類似于圖5(c)，攝像元件的中央?yún)^(qū)域的焦點檢測像素的線擴散函數(shù)LSF/和L SFb'相對于光軸大致相互對稱。然而，如圖6 (a)和6 (b)所不，由于光瞳強度分布被區(qū)域I部分地剪切，因而線擴散函數(shù)LSF/和LSFb'各自在χ軸方向上相對于χ軸方向上的重心具有非對稱的形狀。使用攝像元件107和攝像元件驅(qū)動電路124的焦點檢測用的結(jié)構(gòu)
圖7是示出包括圖I所示的攝像元件107和攝像元件驅(qū)動電路124的焦點計算結(jié)構(gòu)的示意圖。在圖7中，為了便于理解，省略了 A/D轉(zhuǎn)換器。攝像元件107包括多個焦點檢測像素901,其中，焦點檢測像素901包括具有以上參考圖3所述的結(jié)構(gòu)的焦點檢測像素901a和焦點檢測像素901b。焦點檢測像素901a對應于焦點檢測像素SHA，并且焦點檢測像素901b對應于焦點檢測像素SHB。攝像元件107還包括用于對通過拍攝鏡頭所形成的被攝體圖像進行光電轉(zhuǎn)換的攝像像素。攝像元件驅(qū)動電路124包括合成單元902和連結(jié)單元903。攝像元件驅(qū)動電路124在攝像元件107的攝像面上定義多個分區(qū)(區(qū)域)CST，以使得每一個分區(qū)CST包括多個焦點檢測像素901。攝像元件驅(qū)動電路124可以根據(jù)需要改變分區(qū)CST的大小、配置和數(shù)量等。合成單元902進行通過對來自攝像元件107中定義的各分區(qū)CST中所包括的焦點檢測像素901a的輸出信號進行合成來獲得針對單個像素的第一合成信號的處理。合成單元902還進行通過對來自各分區(qū)CST中所包括的焦點檢測像素901b的輸出信號進行合成來獲得針對單個像素的第二合成信號的處理。連結(jié)單元903進行如下處理通過在各個分區(qū)CST中連結(jié)與第一合成信號相對應的焦點檢測像素來獲得第一連結(jié)信號的處理；以及通過連結(jié)第二合成信號來獲得第二連結(jié)信號的處理。因此，對于各個焦點檢測像素901a和901b，獲得了通過連結(jié)數(shù)量與分區(qū)的數(shù)量相同的焦點檢測像素所獲得的連結(jié)信號。CPU121基于第一連結(jié)信號和第二連結(jié)信號來計算拍攝鏡頭的離焦量。因此，將來自與同一光瞳分割方向相對應的各分區(qū)中所配置的焦點檢測像素的輸出信號合成在一起。因此，即使在各焦點檢測像素901的亮度較小時，也可以可靠地檢測被攝體的亮度分布。
_7] 攝像元件107輸出的圖像信號圖8示出通過圖7所示的焦點檢測像素901、合成單元902和連結(jié)單元903所形成的并被發(fā)送至CPU 121的成對的圖像信號。在圖8中，橫軸示出與所連結(jié)的信號相對應的像素排列的方向，并且縱軸示出信號的強度。圖像信號430a是通過焦點檢測像素901a所形成的信號，并且圖像信號430b是通過焦點檢測像素901b所形成的信號。拍攝鏡頭的焦點位置處于離焦狀態(tài)，因此，圖像信號430a向左偏移，并且圖像信號430b向右偏移?？梢酝ㄟ^基于圖像信號430a和430b之間的圖像偏移量進行相關(guān)計算來確定拍攝鏡頭的焦點位置的偏移量。因此，可以進行焦點調(diào)節(jié)。在根據(jù)本實施例的焦點計算操作中，如以上參考圖6所述，由于拍攝鏡頭所引起的漸暈，因而各線擴散函數(shù)相對于重心均具有非對稱的形狀。因此，通過焦點檢測像素所獲得的圖像信號A和圖像信號B各自也是非對稱的。換句話說，圖像的一致程度降低。在相位差焦點檢測方法中，如果圖像的一致程度低(如果圖像非對稱)，則無法精確地計算圖像偏移量。因此，根據(jù)本實施例，通過校正圖像信號的非對稱性來解決該問題。圖像信號的非對稱性現(xiàn)在將說明引起圖像信號的非對稱性的原因和用于校正該非對稱性的方法。當f(x，y)是被攝體的光強度分布，并且g(x，y)是各圖像信號的光強度分布時，下面的關(guān)系(卷積積分)成立。[數(shù)學式I]
CO DD
在上述等式中，將h(a，b)稱為點擴散函數(shù)，其是表示被攝體由于圖像形成系統(tǒng)而劣化的狀態(tài)的傳遞函數(shù)。因此，需要獲知點擴散函數(shù)以確定在焦點計算中要使用的一對圖像信號。在使用圖像偏移方法的焦點計算中，計算該對圖像信號在一階方向上的圖像偏移量。因此，代替作為二階函數(shù)的點擴散函數(shù)，可以利用作為一階函數(shù)的線擴散函數(shù)來評價與焦點計算有關(guān)的圖像系統(tǒng)。因此，可以通過f(x)代替被攝體的光強度分布，并且可以通Sg(X)代替各圖像信號的光強度分布。因此，可以通過使用線擴散函數(shù)L(a)按照如下改寫上述等式(I)。[數(shù)學式2]
OOg(x) = I f(x - a)L{a)da(2)
-QO另外，可以將點擴散函數(shù)和線擴散函數(shù)之間的關(guān)系表示為下面給出的等式(3)。[數(shù)學式3]
OO/-'(/,)= \ h(a'h、cib(3)
J如上所述，點擴散函數(shù)是通過從點光源發(fā)射的并穿過光學系統(tǒng)的出射光瞳的光在成像面上所形成的點圖像的強度分布，并且如果光學系統(tǒng)沒有像差，則該點擴散函數(shù)被認為是出射光瞳的形狀在成像面上的縮小投影。因此，光瞳強度分布可以代替點擴散函數(shù)h(a，b)。另外，通過等式(3)顯而易見，可以將線擴散函數(shù)當作光瞳強度分布的投影。因此，在以上參考圖5和6的說明中，將線擴散函數(shù)作為光瞳強度分布的投影進行說明。通過等式(2)顯而易見，根據(jù)本實施例，通過將被攝體圖像分別與參考圖6所述的非對稱的線擴散函數(shù)LSF/和LSFb'進行卷積，獲得了一對圖像信號。因此，該對圖像信號也是非對稱的。如上所述，如果相關(guān)計算中所使用的圖像信號是非對稱的，則焦點位置計算的精度降低。通過校正該對圖像信號的非對稱性并提高圖像的一致程度，可以有效地提高焦點位置計算的精度。用于校正圖像信號的非對稱性的方法現(xiàn)在將說明用于校正圖像信號的非對稱性的方法。參考圖7，將通過焦點檢測像素901a所獲得的圖像信號稱為圖像信號A，并且將通過焦點檢測像素901b所獲得的圖像信號稱為圖像信號B。如上所述，圖像信號A和B的非對稱性是由非對稱的線擴散函數(shù)LSF/和L SFb'的卷積積分所引起的。圖9示出用于說明為消除圖像信號的非對稱性所進行的圖像校正濾波處理的概念圖。在圖9所示的各圖中，橫軸示出像素排列的方向，并且縱軸示出圖像信號的強度。圖9(a)示出被攝體的光強度分布Obj。圖9 (b)和9 (c)分別示出焦點檢測像素SHA和SHB的線擴散函數(shù)LSFAx和LSFBx。圖9 (d)和9 (e)分別示出通過被攝體的光強度分布Obj分別與線擴散函數(shù)LSFAx和LSFBx進行卷積積分所獲得的圖像信號A(ImgA)和圖像信號B(ImgB)。圖9(f)示出通過圖像信號A(ImgA)與用作圖像校正濾波器的圖像信號B的線擴散函數(shù)LSFBx進行卷積積分所獲得的校正后的圖像RelmgA。圖9 (g)示出通過圖像信號B (ImgB)與用作圖像校正濾波器的圖像信號A的線擴散函數(shù)LSFAx進行卷積積分所獲得的校正后的圖像RelmgB。如圖9(f)和9 (g)所示，校正后的圖像具有相同形狀。現(xiàn)在將說明校正后的圖像具有相同形狀的原因。通過以上給出的等式(2)來計算圖像信號A(ImgA)。當k(x)是通過圖像信號A(ImgA)與線擴散函數(shù)LSFBx進行卷積積分所獲得的校正后的圖像ReImgA時，可以按照如下計算k (χ)。
[數(shù)學式4]
GOk(x) 二 j g(,r - b)LB (h)db
CO <X)= J J f\x-a-b)LA(a)daLB{b)db
-OO -CO OO OD= J Jf(x-a-b)LA(a)LB{b)dadb(4)
-*· — )可以類似地按照如下計算校正后的圖像RelmgB。[數(shù)學式5]
CO (X)/c(a-) = J J /'(.Y - α - />)Λ , (t/)/, B (h)dadb(5)
—CO —30通過以上給出的等式(6)和(7)顯而易見,ReImgA和RelmgB彼此相等。因此,可以通過使用ReImgA和ReImgB進行相關(guān)計算來計算圖像偏移量。焦點計算的流程現(xiàn)在將參考圖10的流程圖說明根據(jù)第一實施例的焦點計算的流程。通過CPU 121進行圖10的流程圖的操作。在步驟S001，獲取用于確定由拍攝鏡頭所引起的漸暈的狀態(tài)的鏡頭信息。在步驟S002，針對各焦點檢測像素讀取存儲在CPU 121的ROM中的光瞳強度分布，并且使用光瞳強度分布和步驟SOOl所獲得的與拍攝鏡頭所引起的漸暈有關(guān)的信息來計算線擴散函數(shù)。在步驟S003，計算步驟S002中所獲得的線擴散函數(shù)的重心以確定基線長度。在步驟S004，讀取來自焦點檢測位置處的焦點檢測像素的圖像信號，并且生成圖像信號A和B。在步驟S005，使用步驟SOOl中所獲得的鏡頭信息和光瞳強度分布來估計步驟S004中所生成的圖像信號A和B的明暗，并且進行明暗校正。在步驟S006，使用存儲在CPU 121的ROM中的暗度值，對步驟S004中所生成的圖像信號A和B進行暗度校正。在步驟S007，使用步驟S006中所獲得的暗度校正之后的圖像信號A和B，通過相關(guān)計算來確定圖像偏移量。然后，根據(jù)圖像偏移量和步驟S003中所確定的基線長度，來確定臨時離焦量。在步驟S008，CPU 121判斷步驟S007中所計算出的臨時離焦量是否處于特定閾值所限定的預設范圍內(nèi)。如果判斷為臨時離焦量大于或等于預設閾值，則在不改變圖像校正濾波器的間距(作為圖像校正信息的線擴散函數(shù)的采樣間距)的情況下，處理進入步驟soil。如果判斷為臨時離焦量小于預設閾值，則處理進入步驟S009，以計算圖像校正濾波器的新的間距。因此，除改變圖像校正濾波器的形狀以外，還根據(jù)臨時離焦量來改變圖像校正濾波器的間距?，F(xiàn)在將說明這樣做的原因。如果離焦量較大，則濾波器長度也較大，并且可以相對精確地表示圖像校正濾波器的形狀。因此，可以通過圖像校正處理器來降低圖像信號的非對稱性，并且可以精確地計算離焦量。另一方面，如果離焦量較小，則濾波器長度也較小，并且與離焦量較大的情況下的間距相等的圖像校正濾波器的間距將會太大。因此，發(fā)生混疊失真，并且無法精確地表示步驟S002中所獲得的線擴散函數(shù)的形狀。結(jié)果，即使進行圖像校正處理，也無法降低圖像信號的非對稱性，并且無法精確地計算離焦量。因為上述原因，優(yōu)選地，根據(jù)離焦量來改變圖像校正濾波器的間距。由此，同樣改變了圖像信號的間距。當步驟S007中所計算出的臨時離焦量小于閾值時，進行步驟S009和S010。在步驟S009，基于步驟S007中所計算出的臨時離焦量來計算圖像校正濾波器的間距。在步驟S010，根據(jù)步驟S009中所計算出的圖像校正濾波器的間距，對圖像信號進行諸如線性插值或樣條插值等的插值處理。在步驟SOlI，CPU 121計算圖像校正濾波器。在步驟S012，通過圖像信號與步驟SOll中所計算出的圖像校正濾波器進行卷積積分來獲得校正后的圖像信號。在步驟S013，類似于步驟S007，使用步驟S012中計算出的校正后的圖像信號，通過相關(guān)計算來計算圖像偏移量。然后，根據(jù)圖像偏移量和步驟S003中所確定的基線長度來獲得離焦量。因此，焦點計算處理的流程結(jié)束。圖像校正濾波器的確定現(xiàn)在將參考圖11 14說明用于計算圖像校正濾波器的方法。首先，將參考圖11說明用于確定圖像校正濾波器的寬度的方法。圖11示出離焦狀態(tài)下入射至攝像元件107的光束。圖11(a)示出前焦點狀態(tài)下的光束，并且圖11(b)示出后焦點狀態(tài)下的光束。附圖標記Zaf表示攝像元件107的平面和光瞳面Me之間的距離，附圖標記Raf表示圖6所示的區(qū)域I在χ方向上的寬度，并且附圖標記Def表示離焦量。通過圖11(a)顯而易見,在前焦點狀態(tài)下,線擴散函數(shù)LSFa/在光瞳面Me上具有寬度Raf，并且該寬度在攝像元件107的平面上減小成Wf。由于圖像是在前焦點狀態(tài)下形成的，因而線擴散函數(shù)LSFa/處于左右方向上反轉(zhuǎn)的狀態(tài)?？紤]到Def在前焦點狀態(tài)下為負值這一情況，可以通過下面的等式來計算寬度Wf。[數(shù)學式6]
權(quán)利要求
1.一種焦點調(diào)節(jié)設備，包括 攝像部件，其包括第一像素組和第二像素組，所述第一像素組接收穿過用于形成被攝體圖像的攝像光學系統(tǒng)的第一光瞳區(qū)域的光束，并且所述第二像素組接收穿過與所述第一光瞳區(qū)域不同的第二光瞳區(qū)域的光束； 校正部件，用于使用具有與如下離焦量相對應的采樣間距的圖像校正信息，來校正基于來自所述第一像素組的輸出信號的第一圖像信號和基于來自所述第二像素組的輸出信號的第二圖像信號，其中，該離焦量是通過所述第一圖像信號和所述第二圖像信號之間的相對圖像偏移量而確定的；以及 焦點調(diào)節(jié)部件，用于基于通過作為所述校正部件進行的校正的結(jié)果所獲得的校正后的第一圖像信號和校正后的第二圖像信號之間的相對圖像偏移量而確定的離焦量，來調(diào)節(jié)所述攝像光學系統(tǒng)的焦點狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的焦點調(diào)節(jié)設備，其特征在于，在所述校正部件中，與通過所述第一圖像信號和所述第二圖像信號之間的相對圖像偏移量而確定的離焦量是第一離焦量的情況相比，在所述離焦量是第二離焦量的情況下，所述圖像校正信息的采樣間距較小，其中，所述第二離焦量小于所述第一離焦量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的焦點調(diào)節(jié)設備，其特征在于，所述圖像校正信息包括與通過所述第一圖像信號和所述第二圖像信號之間的相對圖像偏移量而確定的離焦量相對應的線擴散函數(shù)，以及 通過所述第一像素組所獲得的第一圖像信號和與所述第二光瞳區(qū)域相對應的第二線擴散函數(shù)的卷積積分來生成校正后的第一圖像信號，并且通過所述第二像素組所獲得的第二被攝體圖像和與所述第一光瞳區(qū)域相對應的第一線擴散函數(shù)的卷積積分來生成校正后的第二圖像信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的焦點調(diào)節(jié)設備，其特征在于，基于所述攝像光學系統(tǒng)的漸暈信息和光瞳強度分布的信息來計算所述圖像校正信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的焦點調(diào)節(jié)設備，其特征在于，所述圖像校正信息是用于提高圖像的一致程度的信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的焦點調(diào)節(jié)設備，其特征在于，在所述校正部件中，與拍攝鏡頭的F值是第一值的情況相比，在所述拍攝鏡頭的F值是第二值的情況下，所述 圖像校正信息的采樣間距較小，其中，所述第二值大于所述第一值。
7.一種焦點調(diào)節(jié)設備的焦點調(diào)節(jié)方法，所述焦點調(diào)節(jié)設備包括攝像部件，所述攝像部件包括第一像素組和第二像素組，所述第一像素組接收穿過用于形成被攝體圖像的攝像光學系統(tǒng)的第一光瞳區(qū)域的光束，并且所述第二像素組接收穿過與所述第一光瞳區(qū)域不同的第二光瞳區(qū)域的光束，所述焦點調(diào)節(jié)方法包括以下步驟 校正步驟，用于使用具有與如下離焦量相對應的采樣間距的圖像校正信息，來校正基于來自所述第一像素組的輸出信號的第一圖像信號和基于來自所述第二像素組的輸出信號的第二圖像信號，其中，該離焦量是通過所述第一圖像信號和所述第二圖像信號之間的相對圖像偏移量而確定的；以及 焦點調(diào)節(jié)步驟，用于基于作為所述校正步驟中進行的校正的結(jié)果所獲得的校正后的第一圖像信號和校正后的第二圖像信號之間的相對圖像偏移量而確定的離焦量，來進行用于調(diào)節(jié)所述攝像光學系統(tǒng)的焦點狀態(tài)的控制。
8.一種使計算機執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求7所述的焦點調(diào)節(jié)方法的步驟的程序。
9.一種存儲有根據(jù)權(quán)利要求8所述的程序的計算機可讀存儲介質(zhì)。
全文摘要
為了在發(fā)生由于拍攝透鏡所引起的漸暈的情況下實現(xiàn)精確的調(diào)焦操作，用于校正第一圖像信號和第二圖像信號時所使用的圖像校正信息的采樣間距根據(jù)離焦量而改變，從而基于圖像信號校正之后的校正后的第一圖像信號和校正后的第二圖像信號之間的相對圖像偏移量來進行用于形成被攝體圖像的攝像光學系統(tǒng)的調(diào)焦操作，其中，所述第一圖像信號是從用于接收穿過攝像光學系統(tǒng)的第一光瞳區(qū)域的光的第一像素組的輸出信號所獲得的，并且所述第二圖像信號是從用于接收穿過與第一光瞳區(qū)域不同的第二光瞳區(qū)域的光的第二像素組的輸出信號所獲得的。
文檔編號G03B13/36GK102713713SQ20098016195
公開日2012年10月3日 申請日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者玉木嘉人 申請人:佳能株式會社