攝像裝置、攝像系統(tǒng)及信號(hào)處理裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種攝像裝置、攝像系統(tǒng)及信號(hào)處理裝置。該攝像裝置包括：攝像元件，其包括被配置為基于通過(guò)攝像光學(xué)系統(tǒng)中相互不同的光瞳區(qū)域的光束來(lái)生成一對(duì)圖像信號(hào)的多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素；檢測(cè)單元，其被配置為基于所述攝像元件中焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的位置信息及與所述攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息，來(lái)檢測(cè)所述多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的基線長(zhǎng)度及光瞳分割方向；以及計(jì)算單元，其被配置為通過(guò)使用所述一對(duì)圖像信號(hào)來(lái)計(jì)算所述光瞳分割方向上的相位差。
【專(zhuān)利說(shuō)明】攝像裝置、攝像系統(tǒng)及信號(hào)處理裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用通過(guò)攝像光學(xué)系統(tǒng)中相互不同的光瞳區(qū)域的光束進(jìn)行焦點(diǎn)檢測(cè)的攝像裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]之前，已知使用相位差檢測(cè)方法的焦點(diǎn)檢測(cè)方法。在相位差檢測(cè)方法中，通過(guò)透鏡的出射光瞳的光束被分割，并且由一對(duì)焦點(diǎn)檢測(cè)傳感器接收分割的光束。然后，基于根據(jù)分割的光束的受光量而輸出的信號(hào)的位移量，即光束在分割方向上的相對(duì)位置位移量，來(lái)獲得實(shí)現(xiàn)對(duì)焦?fàn)顟B(tài)所需的透鏡的驅(qū)動(dòng)量。因此，由于當(dāng)由焦點(diǎn)檢測(cè)傳感器進(jìn)行一次累積時(shí)獲得散焦的量和方向，所以能夠高速進(jìn)行聚焦。
[0003]日本特開(kāi)第2000-156823號(hào)公報(bào)(第0075-0079段、圖3、圖4等)公開(kāi)了如下配置:在攝像元件的一部分受光元件(像素)中，受光部的感光區(qū)域(sensitive reg1n)相對(duì)于片上微透鏡的光軸偏心，以提供光瞳分割功能。這些像素被視為焦點(diǎn)檢測(cè)像素，并以預(yù)定的間隔布置在受光部的感光區(qū)域不偏心的攝像像素之間，以通過(guò)相位差方法進(jìn)行焦點(diǎn)檢測(cè)。由于布置了焦點(diǎn)檢測(cè)像素的區(qū)域是攝像像素的缺陷部分，因此通過(guò)使用從周邊攝像像素獲得的信息來(lái)對(duì)圖像信息插值。
[0004]日本特開(kāi)第2001-305415號(hào)公報(bào)(第0052-0056段、圖7、圖8等)公開(kāi)了如下配置:攝像元件中的一部分像素的受光部被分割以提供光瞳分割功能。此外，還公開(kāi)了如下配置:分割的受光部的輸出被分別處理以通過(guò)相位差方法進(jìn)行焦點(diǎn)檢測(cè)，并且分割的受光部的輸出被相加以用作攝像信號(hào)。
[0005]日本特開(kāi)第2010-140013號(hào)公報(bào)公開(kāi)了如下配置:考慮到光暈的影響在斜方向上將圖像相加，以便也能夠?qū)Ξ?huà)面周邊進(jìn)行焦點(diǎn)檢測(cè)。
[0006]然而，在日本特開(kāi)第2000-156823號(hào)公報(bào)、日本特開(kāi)第2001-305415號(hào)公報(bào)、日本特開(kāi)第2010-140013號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的各配置中，由于通過(guò)使用一維圖像進(jìn)行焦點(diǎn)檢測(cè)，在具有重復(fù)圖案的被攝體圖像中焦點(diǎn)檢測(cè)較弱，并且由于生成圖像時(shí)的相加方向以及被攝體中包括的斜線分量的影響而引起的誤差仍然存在。因此，尤其是，畫(huà)面周邊的焦點(diǎn)檢測(cè)精度劣化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種在避免由被攝體的形狀或光暈產(chǎn)生的影響的同時(shí)能夠進(jìn)行高精度焦點(diǎn)檢測(cè)的攝像裝置、攝像系統(tǒng)、信號(hào)處理裝置及非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。
[0008]作為本發(fā)明的一個(gè)方面的攝像裝置包括:攝像元件，其包括被配置為基于通過(guò)攝像光學(xué)系統(tǒng)中相互不同的光瞳區(qū)域的光束生成一對(duì)圖像信號(hào)的多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素；檢測(cè)單元，其被配置為基于所述攝像元件中焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的位置信息及與所述攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息，來(lái)檢測(cè)所述多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的基線長(zhǎng)度及光瞳分割方向；以及計(jì)算單元，其被配置為通過(guò)使用所述一對(duì)圖像信號(hào)來(lái)計(jì)算所述光瞳分割方向上的相位差。
[0009]作為本發(fā)明的另一方面的攝像系統(tǒng)包括攝像光學(xué)系統(tǒng)及攝像裝置。
[0010]作為本發(fā)明的另一方面的信號(hào)處理裝置包括:圖像信號(hào)生成單元，其被配置為基于通過(guò)攝像光學(xué)系統(tǒng)中相互不同的光瞳區(qū)域的光束生成一對(duì)圖像信號(hào)；檢測(cè)單元，其被配置為基于焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的位置信息及與所述攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息，來(lái)檢測(cè)焦點(diǎn)檢測(cè)部的基線長(zhǎng)度及光瞳分割方向；以及計(jì)算單元，其被配置為通過(guò)使用所述一對(duì)圖像信號(hào)來(lái)計(jì)算所述光瞳分割方向上的相位差。
[0011]作為本發(fā)明的另一方面的非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)了程序，所述程序使計(jì)算機(jī)執(zhí)行包括如下步驟的處理:基于通過(guò)攝像光學(xué)系統(tǒng)中相互不同的光瞳區(qū)域的光束生成一對(duì)圖像信號(hào)；基于焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的位置信息及與所述攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息，來(lái)檢測(cè)焦點(diǎn)檢測(cè)部的基線長(zhǎng)度及光瞳分割方向；以及通過(guò)使用所述一對(duì)圖像信號(hào)來(lái)計(jì)算所述光瞳分割方向上的相位差。
[0012]通過(guò)以下參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他特征及方面將變得清
λ.Μ
/E.ο

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是實(shí)施例1和2的各個(gè)中的攝像裝置的框圖。
[0014]圖2是本實(shí)施例(實(shí)施例1)中的攝像元件的像素的截面圖。
[0015]圖3是實(shí)施例2中的攝像元件的像素的截面圖。
[0016]圖4是實(shí)施例2中的攝像元件的像素陣列圖。
[0017]圖5A和圖5B是本實(shí)施例(實(shí)施例1)中的攝像元件的光瞳強(qiáng)度分布的圖。
[0018]圖6A和圖6B是例示從各實(shí)施例中的攝像元件觀察到的光暈的形狀的圖。
[0019]圖7是例示各實(shí)施例中的光瞳強(qiáng)度分布與光暈的形狀之間的關(guān)系的圖。
[0020]圖8是例示各實(shí)施例中的攝像元件(畫(huà)面)上的位置與光瞳分割狀態(tài)之間的關(guān)系的圖。
[0021]圖9是例示實(shí)施例1中的攝像裝置的拍攝流程的流程圖。
[0022]圖10是例示各實(shí)施例中格子圖案的被攝體存在于焦點(diǎn)檢測(cè)視場(chǎng)中的情形的圖。
[0023]圖1lA至圖1lD是例示各實(shí)施例中在斜方向上的光瞳分割與斜線之間的關(guān)系的圖。
[0024]圖12A和圖12B是描述實(shí)施例1中的相關(guān)計(jì)算方法的圖。
[0025]圖13A和圖13B是描述實(shí)施例2中的相關(guān)計(jì)算方法的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面，將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在各附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的組成部分，并且將省略其描述。
[0027]首先，參照?qǐng)D2，將描述本實(shí)施例中的攝像元件的像素的結(jié)構(gòu)。圖2是本實(shí)施例中的攝像元件的像素的截面圖。在圖2中，附圖標(biāo)記201表示微透鏡，附圖標(biāo)記202表示濾色器，附圖標(biāo)記203表示布線層(半導(dǎo)體布線層)，附圖標(biāo)記204和205表示光電轉(zhuǎn)換部。因此，針對(duì)一個(gè)微透鏡201提供兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換部204和205，并且因此能夠獲得光瞳被左右分割的圖像(A圖像和B圖像)。當(dāng)將光電轉(zhuǎn)換部204的輸出與光電轉(zhuǎn)換部205的輸出相加時(shí)，能夠獲得等同于正常像素輸出的輸出。在本實(shí)施例中，通過(guò)將光電轉(zhuǎn)換部204和205的輸出相加而獲得的像素值被用于生成攝像信號(hào)。
[0028]接下來(lái)，參照?qǐng)D5A和圖5B，將描述攝像元件的光瞳強(qiáng)度分布。圖5A是例示光電轉(zhuǎn)換部204的光瞳強(qiáng)度分布的圖,其中，橫軸表不光相對(duì)于像素的入射角，縱軸表不光電轉(zhuǎn)換的感光度(sensitivity)。如圖5A所示，以O(shè)度的入射角為基準(zhǔn)，在左側(cè)獲得強(qiáng)感光度。圖5B是由色濃度(color density)表現(xiàn)平面中的入射角及感光度的圖。圖5B中的點(diǎn)表示感光度的重心，并且因此光電轉(zhuǎn)換部204的感光度的重心相對(duì)于中心被偏移(移動(dòng))到左側(cè)。光電轉(zhuǎn)換部205的重心(未不出)相對(duì)于中心被偏移到右側(cè)。在本實(shí)施例中，基于這兩個(gè)重心(光電轉(zhuǎn)換部204和205的重心)之間的距離來(lái)確定基線長(zhǎng)度。
[0029]接下來(lái),參照?qǐng)D6A和圖6B,將描述光暈。圖6A是例示從攝像元件觀察到的透鏡的位置關(guān)系的圖，圖6B是例示光暈的形狀的圖。在圖6A中，附圖標(biāo)記601表示攝像元件的平面，附圖標(biāo)記606表示透鏡的后框架，附圖標(biāo)記605表示透鏡的前框架。從攝像元件的中心(攝像元件的中心位置)觀察到，透鏡的前框架、孔徑光闌以及透鏡的后框架被布置為圍繞光軸OA的同心圓，并且因此光束被具有最小半徑的孔徑光闌(孔徑光闌框架)遮擋。因此，在攝像元件的中心位置，孔徑光闌的形狀影響光量、光瞳重心的偏心率(偏移)等。
[0030]另一方面，在攝像元件上的對(duì)角位置附近的位置602處，除孔徑光闌之外，光束還被透鏡的前框架605及透鏡的后框架606遮擋。附圖標(biāo)記604表示通過(guò)將透鏡的前框架605及透鏡的后框架606投影在出射光瞳(出射光瞳平面603)上而形成的光暈形狀。在圖6B中，通過(guò)陰影部分表示光暈形狀604。從攝像元件上的對(duì)角位置附近的位置602觀察到，光暈形狀604被識(shí)別為檸檬狀形式。
[0031]接下來(lái)，參照?qǐng)D7，描述A圖像和B圖像的光瞳強(qiáng)度分布與光暈形狀之間的關(guān)系。圖7是例示光瞳強(qiáng)度分布與光暈形狀之間關(guān)系的圖，其中例示了在A圖像和B圖像的光瞳強(qiáng)度分布與光暈形狀604重疊的狀態(tài)下光能夠?qū)嶋H通過(guò)的區(qū)域的重心。在圖7中，附圖標(biāo)記701表示A圖像的重心，附圖標(biāo)記702表示B圖像的重心。
[0032]由于傾斜形成的檸檬狀光暈形狀604，僅在圖7的下側(cè)能夠接收到A圖像的光，并且僅在上側(cè)能夠接收到B圖像的光，因此重心701和702上下偏心(偏移)。換言之，盡管作為像素的結(jié)構(gòu)的光瞳強(qiáng)度分布被左右進(jìn)行光瞳分割，但實(shí)際上由光暈形狀604在斜方向上進(jìn)行光瞳分割。因此，由于在斜方向上分割光瞳，所以根據(jù)散焦量在斜方向上生成相位差。因此，即使僅在水平方向上檢測(cè)到相位差，也可能無(wú)法計(jì)算出正確的散焦量。
[0033]接下來(lái)，參照?qǐng)D8，將描述攝像元件(畫(huà)面)上的位置與光瞳分割狀態(tài)之間的關(guān)系。圖8是例示攝像元件(畫(huà)面)上的位置與光瞳分割狀態(tài)之間的關(guān)系的圖。在圖8中，例示了光瞳分割狀態(tài)，其中在光軸中心附近的位置801處光瞳被左右分割，因此如果正確地檢測(cè)到水平方向上的相位差，則能夠檢測(cè)到正確的散焦量。
[0034]盡管在位置803處光暈形狀是檸檬狀，但由于光瞳分割方向是水平方向，所以?xún)H需要檢測(cè)水平方向上的相位差。然而，由于光暈的影響，與位置801相比，位置803處的基線長(zhǎng)度更短。由于在位置802處在斜方向上分割光瞳，因此需要檢測(cè)斜方向上的相位差。在與位置802的方向相反的斜方向上分割位置804處的光瞳。因此,光瞳分割方向以及基線長(zhǎng)度根據(jù)攝像元件上的位置以及透鏡的出射窗(exit window)的狀態(tài)而改變。
[0035]接下來(lái)，參照?qǐng)D1lA至11D，將描述針對(duì)作為被攝體的斜方向上的線，在斜方向上分割光瞳的情況。圖1lA是相對(duì)于焦點(diǎn)檢測(cè)視場(chǎng)存在斜線的被攝體的情況的示例。附圖標(biāo)記1101表示焦點(diǎn)檢測(cè)視場(chǎng)，附圖標(biāo)記A表示作為A圖像投影的被攝體，附圖標(biāo)記B表示作為B圖像投影的被攝體。由于基線長(zhǎng)度是在斜方向上，所以A圖像和B圖像由于散焦而被投影為相互位移。A圖像與B圖像之間的位移距離(圖像位移量1102)不同于在焦點(diǎn)檢測(cè)視場(chǎng)中捕獲的圖像位移量1103。因此，在圖1lA所示的示例中，檢測(cè)到比實(shí)際圖像位移量1102大的圖像位移量1103。
[0036]圖1lB是如下示例，其中散焦和圖像位移量1102與圖1lA中的相同。然而，在圖1lB中，作為被攝體的斜線的角度與圖1lA中的不同。與圖1lA所示的被攝體相比，圖1lB所示的被攝體是在相反方向上的傾斜被攝體，因此檢測(cè)到的圖像位移量1103極小。圖1lC所示的被攝體是V形形式。圖1lD例示了在焦點(diǎn)檢測(cè)視場(chǎng)1104和1105中捕獲的圖1lC所示的V形被攝體的圖像。焦點(diǎn)檢測(cè)視場(chǎng)1104表示A圖像,焦點(diǎn)檢測(cè)視場(chǎng)1105表示B圖像。在圖1lD的狀態(tài)下，無(wú)法檢測(cè)出A圖像與B圖像相互一致的圖像位移量。
[0037]接下來(lái)，參照?qǐng)D10，將描述在垂直方向上對(duì)像素相加的情況下的問(wèn)題。圖10是例示在焦點(diǎn)檢測(cè)視場(chǎng)中存在格子圖案的被攝體的情形的圖。在圖10中，附圖標(biāo)記1001表示焦點(diǎn)檢測(cè)視場(chǎng)。附圖標(biāo)記1007、1008、1009及1010分別是由兩點(diǎn)虛線1002、1003、1004及1005表示的部分的圖像信號(hào)波形。圖像信號(hào)波形1007、1008、1009及1010中的各個(gè)包含邊緣部分(亮度邊緣)，因此能夠正確地檢測(cè)到光瞳分割圖像之間的相位差。附圖標(biāo)記1006是通過(guò)將焦點(diǎn)檢測(cè)視場(chǎng)中的信號(hào)相加并平均而獲得的圖像。附圖標(biāo)記1011是圖像1006的圖像信號(hào)波形。在將焦點(diǎn)檢測(cè)視場(chǎng)中的信號(hào)相加之前存在的亮度邊緣，在將信號(hào)相加之后的圖像信號(hào)波形1011中消失。
[0038]如參照?qǐng)D10和圖11所述，在本實(shí)施例中，取代一維圖像的相關(guān)計(jì)算，二維圖像的相關(guān)計(jì)算是適當(dāng)?shù)?。針?duì)二維圖像的相關(guān)計(jì)算，與一維圖像的相關(guān)計(jì)算類(lèi)似，使用差的絕對(duì)值的和的方法(稱(chēng)為SAD)實(shí)際用于運(yùn)動(dòng)向量檢測(cè)或圖像壓縮技術(shù)。因此，與軟件相比，該算法更適于硬件處理。本實(shí)施例檢測(cè)到斜方向上的相位差，因此使用與用于二維圖像的運(yùn)動(dòng)向量檢測(cè)的方法相同的方法。下文中，將描述本實(shí)施例的具體示例。
[0039][實(shí)施例1]
[0040]首先，參照?qǐng)D1，將描述散焦檢測(cè)裝置(攝像裝置)。圖1是本實(shí)施例中的攝像裝置100的框圖。在攝像裝置100中，附圖標(biāo)記101表示包括聚焦透鏡或孔徑光闌機(jī)構(gòu)的透鏡單元(攝像光學(xué)系統(tǒng))。在本實(shí)施例中，攝像裝置100 (攝像裝置主體)被配置為與透鏡單元101—體化，但是該實(shí)施例不限于此。本實(shí)施例還可以應(yīng)用于由攝像裝置主體以及在攝像裝置主體上可拆卸地安裝的透鏡單元構(gòu)成的攝像系統(tǒng)。
[0041]附圖標(biāo)記102表示具有例如圖2所示的像素結(jié)構(gòu)的攝像元件(圖像信號(hào)生成單元)，其對(duì)經(jīng)由攝像光學(xué)系統(tǒng)獲得的被攝體像(光學(xué)圖像)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。如上所述，攝像元件102包括基于通過(guò)透鏡單元101 (攝像光學(xué)系統(tǒng))中相互不同的光瞳區(qū)域(光瞳中的局部區(qū)域)的光束生成一對(duì)圖像信號(hào)的多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素。附圖標(biāo)記103表示將攝像元件102的輸出信號(hào)(模擬信號(hào))轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器。
[0042]附圖標(biāo)記104表示將來(lái)自作為A/D轉(zhuǎn)換器103的輸出信號(hào)的分割像素的圖像信號(hào)(A圖像信號(hào)和B圖像信號(hào))相加的圖像信號(hào)相加單元(AB圖像相加單元)。圖像信號(hào)相加單元104的輸出針對(duì)具有拜耳陣列等的典型攝像元件的輸出具有兼容性。附圖標(biāo)記105表示對(duì)從圖像信號(hào)相加單元104輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行預(yù)定信號(hào)處理的信號(hào)處理單元(圖像信號(hào)處理電路)。附圖標(biāo)記106表示記錄拍攝圖像(從信號(hào)處理單元105輸出的圖像信號(hào))的記錄介質(zhì)。
[0043]附圖標(biāo)記107表示分離并同步從A/D轉(zhuǎn)換器103以點(diǎn)順序方式發(fā)送的A圖像信號(hào)和B圖像信號(hào)的圖像信號(hào)分離單元(AB圖像分離單元)。附圖標(biāo)記108表示相關(guān)計(jì)算單元(計(jì)算單元)。相關(guān)計(jì)算單元108針對(duì)一個(gè)畫(huà)面累積從圖像信號(hào)分離單元107輸出的A圖像信號(hào)和B圖像信號(hào)(一對(duì)圖像信號(hào))，并針對(duì)焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行相關(guān)計(jì)算以計(jì)算圖像位移量。換言之，相關(guān)計(jì)算單元108通過(guò)使用一對(duì)圖像信號(hào)來(lái)計(jì)算光瞳分割方向(圖像位移方向)上的相位差。
[0044]附圖標(biāo)記109表示控制攝像裝置100的整個(gè)系統(tǒng)的微計(jì)算機(jī)(控制器)。微計(jì)算機(jī)109將AF視場(chǎng)位置(焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域)及光暈信息(與攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息)輸出到光瞳分割狀態(tài)檢測(cè)單元110。光瞳分割狀態(tài)檢測(cè)單元110基于該信息檢測(cè)(計(jì)算)基線長(zhǎng)度及光瞳分離角度(光瞳分割方向)，并且將基線長(zhǎng)度及光瞳分割角度輸出到微計(jì)算機(jī)109。微計(jì)算機(jī)109將與AF視場(chǎng)位置及位移搜索方向相關(guān)的信息輸出到相關(guān)計(jì)算單元108。相關(guān)計(jì)算單元108將基于該信息計(jì)算出的圖像位移量輸出到微計(jì)算機(jī)109。
[0045]附圖標(biāo)記110表示光瞳分割檢測(cè)單元(檢測(cè)單元)。光瞳分割檢測(cè)單元110基于攝像元件102中焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的位置信息以及與透鏡單元101相關(guān)的信息(光暈信息)，來(lái)檢測(cè)多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的基線長(zhǎng)度及光瞳分割方向。
[0046]接下來(lái)，參照?qǐng)D9，將描述使用本實(shí)施例的攝像裝置100拍攝圖像的流程(攝像裝置的控制方法)。圖9是例示使用攝像裝置100拍攝圖像的流程(拍攝序列)的流程圖。主要由微計(jì)算機(jī)109的指令進(jìn)行圖9的各步驟。
[0047]首先，在步驟S900中，攝像裝置100開(kāi)始拍攝序列，然后在步驟S901中進(jìn)行用于焦點(diǎn)檢測(cè)(AF)的曝光及捕獲。在該情況下，A/D轉(zhuǎn)換器103對(duì)由攝像元件102曝光的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。然后，由圖像信號(hào)分離單元107分離的A圖像信號(hào)和B圖像信號(hào)被輸入到相關(guān)計(jì)算單元108。在步驟S901中，圖像信號(hào)相加單元104、信號(hào)處理單元105及記錄介質(zhì)106不進(jìn)行操作。
[0048]接下來(lái)，在步驟S902中，微計(jì)算機(jī)109設(shè)置孔徑光闌、前框架及后框架的半徑、以及它們距傳感器(攝像元件102)的距離(即與透鏡單元101 (攝像光學(xué)系統(tǒng))相關(guān)的信息)。該信息由微計(jì)算機(jī)109計(jì)算，或者可選地可以由用戶(hù)設(shè)置。然后，微計(jì)算機(jī)109將孔徑光闌、前框架及后框架的半徑、以及它們距傳感器的距離(與攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息)傳送到光瞳分割狀態(tài)檢測(cè)單元110。在本實(shí)施例中，與攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息是基于攝像光學(xué)系統(tǒng)的尺寸(透鏡的孔徑光闌、前框架及后框架的半徑)以及它們距攝像元件102的距離的信息(出射窗信息)，但是本實(shí)施例不限于此。
[0049]接下來(lái)，在步驟S903中，微計(jì)算機(jī)109設(shè)置散焦量檢測(cè)區(qū)域(焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域)。然后，微計(jì)算機(jī)109將散焦檢測(cè)區(qū)域信息(與焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域相關(guān)的信息)傳送到相關(guān)計(jì)算單元108及光瞳分割狀態(tài)檢測(cè)單元110。
[0050]接下來(lái)，在步驟S904中，光瞳分割狀態(tài)檢測(cè)單元110基于攝像元件102中焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的位置信息以及與攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息，來(lái)檢測(cè)多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素(焦點(diǎn)檢測(cè)部)的基線長(zhǎng)度及光瞳分割方向。在本實(shí)施例中，焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的位置信息是焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的圖像高度信息(與畫(huà)面中高度相關(guān)的信息，即距攝像元件的中心(光軸中心)的高度)。因此，光瞳分割狀態(tài)檢測(cè)單元110通過(guò)使用出射窗信息及光瞳強(qiáng)度分布來(lái)計(jì)算基線長(zhǎng)度及光瞳分割方向。
[0051]具體地，光瞳分割狀態(tài)檢測(cè)單元110基于圖6所示的位置602以及與透鏡的前框架605及透鏡的后框架606相關(guān)的信息(與攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息)，通過(guò)幾何學(xué)計(jì)算來(lái)計(jì)算投影在出射光瞳面603上的光暈形狀604。然后，光瞳分割狀態(tài)檢測(cè)單元110利用光暈形狀604切割投影在出射光瞳面603上的光瞳強(qiáng)度分布，以求出感光度的重心。
[0052]當(dāng)基于A圖像和B圖像的光瞳強(qiáng)度分布獲得感光度的重心時(shí)，計(jì)算基線長(zhǎng)度及光瞳分割方向。換言之，基于多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的感光度的重心之間的距離計(jì)算多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的基線長(zhǎng)度，其中基于多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的光瞳強(qiáng)度分布以及與攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息確定多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的感光度的重心。光瞳分割方向是與連接多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的感光度的重心的線平行的方向。由光瞳分割狀態(tài)檢測(cè)單元110計(jì)算出的基線長(zhǎng)度及光瞳分割角度被輸出到微計(jì)算機(jī)109。
[0053]接下來(lái)，在步驟S905中，微計(jì)算機(jī)109指定相位位移方向(光瞳分割方向)，并且相關(guān)計(jì)算單元108通過(guò)使用一對(duì)圖像信號(hào)來(lái)檢測(cè)(計(jì)算)光瞳分割方向上的相位差。在這種情況下，微計(jì)算機(jī)109將光瞳分割方向(光瞳分割角度)設(shè)置給相關(guān)計(jì)算單元108，以指示相關(guān)計(jì)算單元108在光瞳分割方向上進(jìn)行搜索。相關(guān)計(jì)算單元108通過(guò)使用由微計(jì)算機(jī)109設(shè)置的光瞳分割角度來(lái)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。
[0054]參照?qǐng)D12A和圖12B，將描述使用光瞳分割方向(光瞳分割角度)的相關(guān)計(jì)算。圖12A和圖12B是描述本實(shí)施例中的相關(guān)計(jì)算方法的圖。在圖12A中，“A”是投影在A圖像視場(chǎng)(A圖像像素)上的V形被攝體，“B”是投影在B圖像視場(chǎng)(B圖像像素)的與被攝體A相同的被攝體。附圖標(biāo)記1101表示A圖像視場(chǎng)。圖12B是投影在A圖像視場(chǎng)1101上的提取圖像的圖。
[0055]傳統(tǒng)上，A圖像視場(chǎng)也用于B圖像。然而，在本實(shí)施例的相關(guān)計(jì)算中，在搜索與A圖像視場(chǎng)1101相對(duì)應(yīng)的部分的同時(shí)，針對(duì)圖12A中由虛線表示的視場(chǎng)依次進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，并且評(píng)價(jià)一致度。在本實(shí)施例中，B圖像視場(chǎng)相對(duì)于A圖像視場(chǎng)在斜方向上移動(dòng)，并且其方向是光瞳分割方向或者根據(jù)光瞳分割方向確定的方向。箭頭1102表不圖像根據(jù)光瞳分割實(shí)際上移動(dòng)的方向及距離。在本實(shí)施例中，沿箭頭1102的方向(光瞳分割方向)搜索一對(duì)圖像信號(hào)的一致度最高的地點(diǎn)。附圖標(biāo)記1201是與A圖像視場(chǎng)1101的一致度最高的B圖像視場(chǎng)。
[0056]圖12B例示了投影在A圖像視場(chǎng)1101及與A圖像視場(chǎng)1101的一致度最高的B圖像視場(chǎng)1201中的各個(gè)上的圖像。使用到達(dá)一致度最高的地點(diǎn)前后的相關(guān)量來(lái)獲得以子像素為單位的相位差，與已知的相位差方法類(lèi)似。相關(guān)計(jì)算單元108將根據(jù)基線長(zhǎng)度確定的系數(shù)乘以如上所述獲得的相位差，由此能夠計(jì)算散焦量(圖像位移量)。
[0057]接下來(lái)，在圖9的步驟S906中，微計(jì)算機(jī)109確定針對(duì)整個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域(焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域)的相位差檢測(cè)是否完成。當(dāng)針對(duì)整個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的相位差檢測(cè)未完成時(shí)，流程返回到步驟S903，并且重復(fù)步驟S903至S906。另一方面，當(dāng)在步驟S906中確定針對(duì)整個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的相位差檢測(cè)完成時(shí)，即當(dāng)獲得圖像位移量時(shí)，流程進(jìn)行到步驟S907。
[0058]在步驟S907中，微計(jì)算機(jī)109針對(duì)被攝體(主被攝體)檢測(cè)焦點(diǎn)位置并移動(dòng)透鏡單元101以進(jìn)行聚焦控制。換言之，微計(jì)算機(jī)109 (控制器)進(jìn)行聚焦控制，使得由相關(guān)計(jì)算單元108計(jì)算出的圖像位移量減小。接下來(lái)，在步驟S908中，微計(jì)算機(jī)109控制圖像信號(hào)相加單元104、信號(hào)處理單元105以及記錄介質(zhì)106等以拍攝圖像。
[0059]結(jié)果，在本實(shí)施例中，基于光學(xué)條件計(jì)算光暈的影響、基線長(zhǎng)度以及光瞳分割方向。然后，根據(jù)計(jì)算出的光暈的影響、基線長(zhǎng)度以及光瞳分割方向確定相位位移檢測(cè)方向，以進(jìn)行相位差檢測(cè)。
[0060][實(shí)施例2]
[0061]接下來(lái)，將描述本發(fā)明的實(shí)施例2中的散焦檢測(cè)裝置(攝像裝置)。首先，參照?qǐng)D3，將描述本實(shí)施例中的攝像元件的像素的結(jié)構(gòu)。圖3是本實(shí)施例中的攝像元件的像素的截面圖。附圖標(biāo)記201表示微透鏡，附圖標(biāo)記202表示濾色器，附圖標(biāo)記203表示布線層。附圖標(biāo)記301表示用于生成正常圖像信號(hào)的像素(攝像像素)。附圖標(biāo)記303表示用于生成焦點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)的像素(焦點(diǎn)檢測(cè)像素)。附圖標(biāo)記302表示將布線層203延伸到像素的上部以遮擋光的遮光部。對(duì)于圖3所示的像素303，光僅通過(guò)右側(cè)的開(kāi)口部305進(jìn)入像素303，并且因此像素303處于在像素303的左側(cè)不具有感光度的狀態(tài)，在該狀態(tài)下光瞳偏心(偏移)。
[0062]圖4是本實(shí)施例中從攝像元件的前側(cè)觀察到的像素陣列圖。附圖標(biāo)記301表示正常像素(攝像像素)，附圖標(biāo)記303和304表示生成焦點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)的像素(焦點(diǎn)檢測(cè)像素)。本實(shí)施例的攝像元件與實(shí)施例1的不同在于光瞳分割像素(焦點(diǎn)檢測(cè)像素)被分散布置。在本實(shí)施例中，與實(shí)施例1類(lèi)似，存在光暈產(chǎn)生的影響，并且因此光瞳分割狀態(tài)根據(jù)圖像高度或透鏡的位置或尺寸而改變。
[0063]接下來(lái)，參照?qǐng)D13A和圖13B，將描述本實(shí)施例中的相關(guān)計(jì)算。圖13A和圖13B是描述本實(shí)施例中的相關(guān)計(jì)算方法的圖。圖13A例示了分散布置的焦點(diǎn)檢測(cè)像素以及在A圖像像素和B圖像像素上投影的V形被攝體。附圖標(biāo)記1301表示A圖像像素的視場(chǎng)。本實(shí)施例中的視場(chǎng)(圖像)具有二維(二維圖像)。然而，在本實(shí)施例中，由于焦點(diǎn)檢測(cè)像素被分散布置，所以實(shí)際上獲得的A圖像和B圖像中的各個(gè)是像針對(duì)攝像圖像的縮小圖像一樣的小圖像。
[0064]圖13B例示了本實(shí)施例中的搜索方向。在本實(shí)施例中，當(dāng)搜索B圖像視場(chǎng)的相對(duì)于A圖像視場(chǎng)的一致度高的地點(diǎn)時(shí)，取代使用之前計(jì)算的光瞳分割方向，在縱向和橫向上的固定寬度的組合是搜索范圍。換言之，本實(shí)施例的相關(guān)計(jì)算單元108 (計(jì)算單元)沿第一方向以及與第一方向不同的第二方向搜索一對(duì)圖像信號(hào)的一致度最高的地點(diǎn)，以進(jìn)行二維相關(guān)計(jì)算，并且由此計(jì)算相位差及相位差的方向。
[0065]通過(guò)使用該搜索方法，能夠以時(shí)分的方式使用與運(yùn)動(dòng)向量檢測(cè)電路共同的電路。因此，能夠縮小電路的規(guī)模。此外，例如，由于能夠在獲得圖9中的步驟S904的計(jì)算結(jié)果之前開(kāi)始搜索，因此能夠通過(guò)進(jìn)行并行計(jì)算來(lái)縮少計(jì)算時(shí)間。
[0066]優(yōu)選地，微計(jì)算機(jī)109 (確定單元)進(jìn)行二維相關(guān)計(jì)算以檢測(cè)相位差，然后確定相位差的方向是否與光瞳分割方向一致。在本實(shí)施例中，與一維相關(guān)計(jì)算相比，進(jìn)行二維相關(guān)計(jì)算能夠減少錯(cuò)誤檢測(cè)概率，并且更優(yōu)選地，通過(guò)使用光瞳分割狀態(tài)(光瞳分割方向)來(lái)檢測(cè)錯(cuò)誤檢測(cè)的產(chǎn)生。因此，在本實(shí)施例中，將通過(guò)使用二維相關(guān)計(jì)算檢測(cè)的相位差與光瞳分割狀態(tài)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，以進(jìn)行錯(cuò)誤確定。
[0067]雖然參照示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的示例性實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)對(duì)所附權(quán)利要求的范圍給予最寬的解釋?zhuān)允蛊浜w所有這些變型例以及等同結(jié)構(gòu)和功能。
[0068]例如，盡管在各實(shí)施例中SAD (差的絕對(duì)值的和)被用作相關(guān)計(jì)算方法，但是各實(shí)施例不限于此，并且即使當(dāng)使用能夠檢測(cè)相位差的不同類(lèi)型的相關(guān)值時(shí)也能夠獲得類(lèi)似的效果。盡管作為散焦檢測(cè)的結(jié)果，各實(shí)施例中的方法被用作驅(qū)動(dòng)聚焦透鏡以在被攝體上聚焦的、所謂自動(dòng)聚焦功能的一部分，但是也可以用于獲得距離地圖，結(jié)果是，其可以適用于針對(duì)各個(gè)獲得的距離的光度測(cè)定法或比色法(colorimetry)等。此外，在各實(shí)施例中，盡管由攝像裝置進(jìn)行相關(guān)計(jì)算方法，但各實(shí)施例不限于此，并且該方法還可以適用于通過(guò)使用諸如處理拍攝的圖像數(shù)據(jù)的個(gè)人計(jì)算機(jī)等的后處理裝置(信號(hào)處理裝置)來(lái)制作距離地圖的技術(shù)。例如，微計(jì)算機(jī)109 (控制器)基于圖像位移量將與被攝體的深度方向相關(guān)的信息添加到圖像。
[0069]在各實(shí)施例中，攝像元件被用作生成一對(duì)圖像信號(hào)的圖像信號(hào)生成單元來(lái)進(jìn)行光瞳分割，但是各實(shí)施例不限于此。例如，即使在針對(duì)來(lái)自一個(gè)攝像透鏡的光束使用中繼透鏡進(jìn)行分光及光瞳分割的系統(tǒng)中，也能夠獲得與各實(shí)施例相同的效果。在各實(shí)施例中，通過(guò)幾何學(xué)計(jì)算來(lái)檢測(cè)光瞳分割狀態(tài)(光瞳分割方向)，并且即使當(dāng)使用之前計(jì)算出的與透鏡的控制相對(duì)應(yīng)的表格，也能夠獲得類(lèi)似的效果。
[0070](其他實(shí)施例)
[0071]本發(fā)明的實(shí)施例還可以通過(guò)讀出并執(zhí)行記錄在存儲(chǔ)介質(zhì)(例如，非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì))上的用于執(zhí)行本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)上述實(shí)施例的功能的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的系統(tǒng)或裝置的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以及通過(guò)由系統(tǒng)或裝置的計(jì)算機(jī)通過(guò)例如從存儲(chǔ)介質(zhì)中讀出并執(zhí)行用于執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)上述實(shí)施例的功能的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)可包括中央處理單元(CPU)、微處理單元(MPU)、或其他電路中的一個(gè)或多個(gè)，并且可以包括獨(dú)立計(jì)算機(jī)或獨(dú)立計(jì)算機(jī)處理器的網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令可通過(guò)例如網(wǎng)絡(luò)或存儲(chǔ)介質(zhì)提供給計(jì)算機(jī)。存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括例如硬盤(pán)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、分布式計(jì)算系統(tǒng)的存儲(chǔ)器、光盤(pán)(例如壓縮盤(pán)(⑶)、數(shù)字通用光盤(pán)(DVD)或藍(lán)光盤(pán)(BD) ?)、閃存設(shè)備以及存儲(chǔ)卡等中的一個(gè)或多個(gè)。
[0072]根據(jù)上述各實(shí)施例，能夠提供在避免由被攝體形狀或光暈產(chǎn)生的影響的同時(shí)能夠進(jìn)行高精度焦點(diǎn)檢測(cè)的攝像裝置、攝像系統(tǒng)、信號(hào)處理裝置及非易失性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。
【權(quán)利要求】
1.一種攝像裝置，該攝像裝置包括: 攝像元件，其包括被配置為基于通過(guò)攝像光學(xué)系統(tǒng)中相互不同的光瞳區(qū)域的光束生成一對(duì)圖像信號(hào)的多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素； 檢測(cè)單元，其被配置為基于所述攝像元件中焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的位置信息及與所述攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息，來(lái)檢測(cè)所述多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的基線長(zhǎng)度及光瞳分割方向；以及 計(jì)算單元，其被配置為通過(guò)使用所述一對(duì)圖像信號(hào)來(lái)計(jì)算所述光瞳分割方向上的相位差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于: 所述焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的位置信息包括所述焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的圖像高度信息，并且所述與所述攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息包括基于所述攝像光學(xué)系統(tǒng)的尺寸以及距所述攝像元件的距離的出射窗信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于: 基于根據(jù)所述多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素中光瞳強(qiáng)度分布以及所述與所述攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息而確定的所述多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的感光度的重心的距離，來(lái)計(jì)算所述多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的基線長(zhǎng)度。
4.根據(jù)權(quán)利要求 3所述的攝像裝置，其特征在于: 所述光瞳分割方向是與連接所述多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的感光度的重心的線平行的方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的攝像裝置，其特征在于: 所述計(jì)算單元將根據(jù)所述基線長(zhǎng)度確定的系數(shù)乘以所述相位差來(lái)計(jì)算圖像位移量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的攝像裝置，所述攝像裝置還包括: 控制器，其被配置為進(jìn)行聚焦控制，使得由所述計(jì)算單元計(jì)算出的所述圖像位移量減小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于: 所述計(jì)算單元沿所述光瞳分割方向搜索所述一對(duì)圖像信號(hào)的一致度最高的地點(diǎn)，來(lái)計(jì)算所述相位差。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其特征在于: 所述計(jì)算單元沿第一方向及與所述第一方向不同的第二方向搜索所述一對(duì)圖像信號(hào)的一致度最高的地點(diǎn)來(lái)進(jìn)行二維相位計(jì)算，以計(jì)算所述相位差及所述相位差的方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的攝像裝置，所述攝像裝置還包括: 確定單元，其被配置為確定所述相位差的方向是否與所述光瞳分割方向一致。
10.一種攝像系統(tǒng)，該攝像系統(tǒng)包括: 攝像光學(xué)系統(tǒng)； 攝像元件，其包括被配置為基于通過(guò)攝像光學(xué)系統(tǒng)中相互不同的光瞳區(qū)域的光束生成一對(duì)圖像信號(hào)的多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素； 檢測(cè)單元，其被配置為基于所述攝像元件中焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的位置信息及與所述攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息，來(lái)檢測(cè)所述多個(gè)焦點(diǎn)檢測(cè)像素的基線長(zhǎng)度及光瞳分割方向；以及 計(jì)算單元，其被配置為通過(guò)使用所述一對(duì)圖像信號(hào)來(lái)計(jì)算在所述光瞳分割方向上的相位差。
11.一種信號(hào)處理裝置，該信號(hào)處理裝置包括:圖像信號(hào)生成單元，其被配置為基于通過(guò)攝像光學(xué)系統(tǒng)中相互不同的光瞳區(qū)域的光束生成一對(duì)圖像信號(hào)； 檢測(cè)單元，其被配置為基于焦點(diǎn)檢測(cè)區(qū)域的位置信息及與所述攝像光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的信息，來(lái)檢測(cè)焦點(diǎn)檢測(cè)部的基線長(zhǎng)度及光瞳分割方向；以及 計(jì)算單元，其被配置為通過(guò)使用所述一對(duì)圖像信號(hào)來(lái)計(jì)算在所述光瞳分割方向上的相位差。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于: 所述計(jì)算單元將根據(jù)所述基線長(zhǎng)度確定的系數(shù)乘以所述相位差來(lái)計(jì)算圖像位移量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的信號(hào)處理裝置，所述信號(hào)處理裝置還包括: 控制器，其被配置為基 于圖像位移量，將與被攝體的深度方向相關(guān)的信息添加至圖像。
【文檔編號(hào)】H04N5/235GK104052919SQ201410088224
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月11日
【發(fā)明者】小川武志 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社