專利名稱：攝像裝置以及拍攝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用了實現(xiàn)景深擴展的方式的攝像裝置中實現(xiàn)快門時滯的縮短的攝像裝置以及拍攝方法。
背景技術(shù)：
一般而言，對于實現(xiàn)景深擴展(以下，稱為ED0F)的方式，可以主要示出以下的三個方式。第一方式是指，將所謂相位板的光學(xué)元件插入在光學(xué)系統(tǒng)，從而使深度方向的模糊均勻。而且，該方式，針對得到的圖像，利用預(yù)先測定的模糊模式、或通過模擬而計算出的模糊模式，進行圖像復(fù)原處理。據(jù)此，該方式，生成EDOF圖像。該方式被稱為，Wavefront Coding (以下，稱為WFC)(參照非專利文獻1)。第二方式是指，通過設(shè)法光圈形狀，從而對圖像的每個部分區(qū)域高精度地進行距離測定。而且，該方式，針對各個部分區(qū)域，利用與預(yù)先測定的各個距離相對應(yīng)的模糊模式， 進行圖像復(fù)原處理。據(jù)此，該方式，生成EDOF圖像。該方式被稱為，Coded Aperture(以下， 稱為CA)(參照非專利文獻2)。第三方式是指，在曝光期間使聚焦透鏡或攝像元件變動，從而折疊一律對焦于深度方向的圖像(即，與在各個深度使模糊均勻同義)。而且，該方式，針對得到的圖像，利用預(yù)先測定的模糊模式、或通過模擬而計算出的模糊模式，進行圖像復(fù)原處理。據(jù)此，該方式， 生成EDOF圖像。該方式被稱為，F(xiàn)lexible DOF(以下，稱為F-D0F)(參照非專利文獻3)。除了上述的方式以外，還存在以下的方式等利用透鏡的軸上色差來進行深度推定或圖像的清晰度檢測，并且通過圖像處理來生成整體清晰的圖像(參照非專利文獻4)； 以及使用多重聚焦透鏡來使深度方向的模糊均勻，利用預(yù)先測定的模糊模式、或通過模擬而計算出的模糊模式，進行圖像復(fù)原處理(參照非專利文獻幻。但是，在原理上這樣的方式所具有的缺點是，與上述的三個方式相比EDOF效果小。進而，從前還存在所謂R)cal Stack的方式。該方式是指，拍攝對焦位置(焦點位置)不同的多幅圖像，從各個圖像中提取被認為對焦的區(qū)域。而且，該方式，通過合成提取的圖像，從而生成EDOF圖像。在該方式的情況下，由于需要拍攝多幅圖像，因此存在的問題是，需要對拍攝花費時間，以及消耗存儲量多。在所述的三個方式中的第一方式的WFC中，提出了各種各樣的種類的相位板。其中，最能夠得到EDOF效果的方式有，Cubic Phase Mask(以下，稱為CPM)、以及Free-Form Phase Mask (以下，稱為FPM)。從復(fù)原后的畫質(zhì)(偽影少)的觀點來看，F(xiàn)PM被視為有希望 (參照非專利文獻6)。但是，WFC共同的缺點是具有這樣的性質(zhì)，S卩，通過插入相位板，從而導(dǎo)致透鏡的光軸外的特性惡化(參照非專利文獻7)。具體而言，與來自正面的入射光相比，針對來自正面以外的入射光，不能得到相等的模糊均勻效果。據(jù)此，在圖像復(fù)原時，若以軸上的模糊模式來進行復(fù)原處理，則導(dǎo)致復(fù)原后的光軸外的畫質(zhì)劣化。所述的三個方式中的第二方式的CA，通過利用獨特的光圈形狀，從而提高距離測
4定精度。根據(jù)該方式本身具有的這樣的特性，拍攝后的圖像以及復(fù)原處理后得到的圖像的特定頻率成分被丟失。也就是說，該方式具有導(dǎo)致畫質(zhì)劣化的缺點。并且，該方式，一般而言，由于與光圈形狀無關(guān)而與通常的拍攝方法相比光量少，因此對黑暗的地方進行的拍攝不合適。所述的三個方式中的第三方式的F-DOF是，其中能夠得到最良好的畫質(zhì)的方式， EDOF效果也高。并且，由于軸外特性也依賴于透鏡特性本身，因此能夠容易提高性能。但是，由于即使在曝光中使焦點位置變動，也需要同一被攝體被折疊在同一圖像位置上，因此需要利用像方遠心透鏡，以作為光學(xué)上的條件。對于所述EDOF技術(shù)的應(yīng)用目的，歷史最長的是顯微鏡用途。在本用途的情況下， 由于能夠踏踏實實地拍攝靜物體，因此從前采用了 i^ocal Stack方式。但是，在該方式的情況下，由于如上所述需要勞力和時間，因此與F-DOF方式的想法一起，被公開在幾個文獻 (參照專利文獻1至4)。對于在顯微鏡用途上利用F-DOF的方法，公開在曝光中使作為被攝體的試料方變動的情況、以及使透鏡鏡筒變動的情況。而且，周知的是，在以曝光后的圖像復(fù)原處理為前提的情況下，若控制變動方法， 以總是使圖像的模糊均勻，則能夠適用使用了單一的模糊模式的圖像復(fù)原處理方法，因此合理的(參照專利文獻5)。為此，在要變動的對象是攝像元件的情況下，需要以等速度來變動它。并且，在使聚焦透鏡變動的情況下，也需要進行與攝像面以等速度變動相當(dāng)?shù)慕裹c位移(參照非專利文獻幻。對于變動模式，周知的是，可以是從遠方對焦端位置到近方對焦端位置，或與此相反。對于EDOF技術(shù)的其他的應(yīng)用目的，可以示出近些年搭載在移動電話等中的相機。 通過將EDOF技術(shù)利用于該相機，從而能夠?qū)崿F(xiàn)該相機的小型化。也就是說，這是因為，根據(jù) EDOF效果，不具有自動聚焦機構(gòu)，也能夠得到全焦點圖像(對焦于所有的被攝體的圖像)的緣故。從本應(yīng)用目的的觀點來看，由于需要使聚焦透鏡或攝像元件變動的機構(gòu)，因此不采用所述方式中的F-DOF本身，而采用WFC或使用了軸上色差的方式等。進而，對于另一個應(yīng)用目的，可以考慮通常的數(shù)字靜態(tài)相機。對于這樣的數(shù)字靜態(tài)相機的近年的傾向，需要進一步簡單且失敗少的拍攝。EDOF技術(shù)，可以期待全焦點圖像的效果，即可以期待從對焦失敗解放的效果。對于本應(yīng)用目的要求，由于高畫質(zhì)、EDOF效果大、能夠任意地變更EDOF范圍、應(yīng)用通常的自動聚焦機構(gòu)就能夠?qū)崿F(xiàn)(不準(zhǔn)備特別的光學(xué)系統(tǒng)即可)、以及容易切換EDOF拍攝與通常拍攝等，因此所述方式中最佳方式是F-D0F。(現(xiàn)有技術(shù)文獻)(專利文獻)專利文獻1 :(西德國)專利第2301800號說明書(德國專利申請1973/1/15)專利文獻2 (日本)特公平5-27084號公報專利文獻3 (日本)專利第31919 號公報專利文獻4 (美國)專利申請公開第2008/0013941號說明書專利文獻5 (日本)專利第3084130號公報(非專利文獻)
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圖14是示出在曝光期間中使攝像元件1發(fā)生位移的攝像裝置600的結(jié)構(gòu)的圖。圖 14所示的攝像裝置600，取代使所述的聚焦透鏡20發(fā)生位移的攝像裝置500的聚焦透鏡位移控制部4、聚焦透鏡初始位置檢測部7、曝光/焦點位移同步管理部10、以及聚焦透鏡位置初始化部18，而包括攝像元件初始位置檢測部14、曝光/攝像元件位移同步管理部16、攝像元件位移控制部17、以及攝像元件位置初始化部19。也就是說，圖14所示的攝像裝置600，與使聚焦透鏡20移動的圖13所示的攝像裝置500不同，為了使對焦位置發(fā)生位移而使攝像元件1移動。對于其他的結(jié)構(gòu)以及工作，由于與圖13所示的攝像裝置500共同，因此，向?qū)?yīng)的構(gòu)成要素賦予同一符號，并省略詳細說明。并且，雖然圖中沒有示出，但是攝像裝置600還具備包含聚焦透鏡20的透鏡2。也就是說，采用F-DOF方式的攝像裝置500、600，在從按下快門按鈕之后到實際開始曝光為止的期間，需要使聚焦透鏡20或攝像元件的位置初始化。從快門時滯的縮小的觀點來看，與其他的EDOF方式相比，F(xiàn)-DOF非常不利?？扉T時滯是指，如圖16所示，從用戶指示曝光開始(即，按下快門按鈕)后，到實際開始曝光為止所需要的時間。快門時滯的詳細內(nèi)容是，在具有自動聚焦機構(gòu)的攝像機中，其對焦所需要的時間與其他的各種處理所需要的時間(稱為釋放時滯)的和。并且，對于釋放時滯的詳細內(nèi)容， 可以示出，在單鏡頭反光相機等存在鏡子的攝像機的情況下，其跳起所需要的時間，并且， 根據(jù)規(guī)定的曝光來收縮光圈葉片的工作所需要的時間等。而且，對于快門時滯，通常需要 100毫秒至幾秒，對此，釋放時滯為10至130毫秒左右，因此自動聚焦所需要的時間非常大。在F-DOF以外的方式(例如WFC和CA等)的情況下，為了得到全焦點圖像而不需要自動聚焦機構(gòu)本身，因此能夠省略對焦所需要的時間。其結(jié)果為，能夠大幅度地縮小快門時滯。對此，在采用了 F-DOF的攝像裝置500、600的情況下，如上所述，能夠進行全焦點圖像的拍攝、通常的自動聚焦拍攝、以及手動聚焦拍攝。與此相反，在曝光中需要，使聚焦透鏡 20或攝像元件1，從遠方對焦端位置移動到近方對焦端位置，或者，從近方對焦端位置移動到遠方對焦端位置。因此，在曝光開始之前需要，使聚焦透鏡20或攝像元件1移動到初始位置，即移動到遠方對焦端位置或近方對焦端位置。例如，假設(shè)以下的狀態(tài)，S卩，緊在進行通常的自動聚焦拍攝或手動聚焦拍攝后，對焦于某焦點位置。然后，在想要拍攝全焦點圖像的情況下，由于如上所述需要聚焦透鏡的初始化，因此不能立刻開始曝光?！愣?，能夠容易推測為，對用戶來說，EDOF技術(shù)，不僅提供從由全焦點圖像的拍攝的對焦失敗的解放這價值，還提供快門時滯的大幅度的縮小、即想要拍攝就能夠瞬間地開快門這優(yōu)點，這也成為大的價值之一。然而，在F-DOF方式的情況下存在的問題是，在以往的結(jié)構(gòu)中，由于以如上所述的順序來進行處理，因此不能得到后者的優(yōu)點。而且，在以往的顯微鏡用途和用于移動電話的小型相機(沒有自動聚焦機構(gòu))中不存在該問題，而在數(shù)字靜態(tài)相機、或按照其結(jié)構(gòu)的攝像機中才存在該問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決所述以往的問題，本發(fā)明的目的在于提供F-DOF的快門時滯也小的攝像裝置以及拍攝方法。用于解決問題的手段
本發(fā)明的方式之一涉及的攝像裝置，包括攝像元件；透鏡，使光聚光于所述攝像元件上而成像；初始對焦位置檢測部，檢測用于確定初始對焦位置的攝像元件與透鏡的位置關(guān)系，該初始對焦位置是在從用戶接受了曝光開始的指示的時刻的對焦位置；位移模式?jīng)Q定部，決定對焦位置的位移模式，以使曝光時間中的對焦位置，從根據(jù)所述初始對焦位置檢測部檢測出的攝像元件與透鏡的位置關(guān)系確定的初始對焦位置開始，至少通過預(yù)先規(guī)定的對焦范圍的最近端以及最遠端各一次后，再次返回到初始對焦位置；以及位移控制部， 根據(jù)在所述位移模式?jīng)Q定部決定的位移模式，使所述攝像元件以及所述透鏡之中的一方移動，以使得隨著曝光開始，對焦位置從初始對焦位置移動；隨著曝光結(jié)束，對焦位置再次到達初始對焦位置。根據(jù)所述的結(jié)構(gòu)，在F-DOF方式中，也不需要對對焦位置的初始化花費時間，因此能夠?qū)崿F(xiàn)快門時滯的大幅度的縮小。而且，對于通過最近端以及最遠端的順序，可以優(yōu)先哪一方。并且，對于通過最近端以及最遠端的次數(shù)，不僅限于各一次，而可以是多次。但是，優(yōu)選的是，通過最近端以及最遠端的次數(shù)一致。也可以是，該攝像裝置還包括曝光時間決定部，該曝光時間決定部，按照拍攝場景決定曝光時間。而且，也可以是，所述位移模式?jīng)Q定部，在所述曝光時間決定部決定的曝光時間越長，就越使表示曝光時間中的所述位移模式執(zhí)行幾次的往返次數(shù)增加。據(jù)此，即使曝光時間改變，實際上攝像元件或透鏡的位移速度也相同，因此，電動機等的驅(qū)動裝置的負擔(dān)變小。也可以是，所述位移模式?jīng)Q定部，決定對焦位置的位移模式，以使曝光時間中的對焦位置，從初始對焦位置開始，依次通過對焦范圍的最近端、對焦范圍的最遠端后，再次返回到初始對焦位置，以作為一個例子。也可以是，所述位移模式?jīng)Q定部，決定對焦位置的位移模式，以使曝光時間中的對焦位置，從初始對焦位置開始，依次通過對焦范圍的最遠端、對焦范圍的最近端后，再次返回到初始對焦位置，以作為其他的例子。根據(jù)所述的各個結(jié)構(gòu)，能夠保證從最近端到最遠端之間的一定的曝光量，能夠一邊具有F-DOF的EDOF效果，一邊實現(xiàn)快門時滯的大幅度的縮小。也可以是，所述位移控制部，通過使所述透鏡移動，從而使對焦位置發(fā)生位移，以作為一個例子。也可以是，所述位移控制部，通過使所述攝像元件移動，從而使對焦位置發(fā)生位移，以作為其他的例子。如此，作為使對焦位置發(fā)生變化的方法的具體例子，可以考慮使透鏡移動的方法， 和使攝像元件移動的方法。在此，在自動聚焦功能的攝像裝置中，通過采用使透鏡移動的方法，從而能夠?qū)⑹雇哥R移動的機構(gòu)與自動聚焦共享。也可以是，該攝像裝置，還包括點擴散函數(shù)存儲部，預(yù)先存儲復(fù)原用點擴散函數(shù)； 圖像復(fù)原處理部，針對所述攝像元件所生成的攝像數(shù)據(jù)，利用所述復(fù)原用點擴散函數(shù)進行圖像復(fù)原處理；以及攝像數(shù)據(jù)記錄部，記錄所述圖像復(fù)原處理部所復(fù)原的復(fù)原圖像。本發(fā)明的方式之一涉及的拍攝方法是攝像裝置拍攝圖像時的拍攝方法，該攝像裝置包括攝像元件以及透鏡，該透鏡使光聚光于所述攝像元件上而成像。具體而言，包括初始對焦位置檢測步驟，檢測用于確定初始對焦位置的所述攝像元件與所述透鏡的位置關(guān)系，該初始對焦位置是在從用戶接受了曝光開始的指示的時刻的對焦位置；位移模式?jīng)Q定步驟，決定對焦位置的位移模式，以使曝光時間中的對焦位置，從根據(jù)在所述初始對焦位置檢測步驟檢測出的所述攝像元件與所述透鏡的位置關(guān)系確定的初始對焦位置開始，至少通過預(yù)先規(guī)定的對焦范圍的最近端以及最遠端各一次后，再次返回到初始對焦位置；以及位移控制步驟，根據(jù)在所述位移模式?jīng)Q定步驟決定的位移模式，使所述攝像元件以及所述透鏡之中的一方移動，以使得隨著曝光開始，使對焦位置從初始對焦位置移動；隨著曝光結(jié)束，使對焦位置再次到達初始對焦位置。而且，本發(fā)明，除了可以以作為如上所述的攝像裝置以及拍攝方法來實現(xiàn)以外，也可以以作為使計算機執(zhí)行拍攝方法中包含的步驟的程序來實現(xiàn)，還可以以實現(xiàn)攝像裝置的功能的一部分的半導(dǎo)體集成電路(LSI)來實現(xiàn)。而且，也可以通過CD-ROM等的非暫時的計算機可讀取的記錄介質(zhì)以及互聯(lián)網(wǎng)等的傳輸介質(zhì)來分發(fā)程序。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，通過設(shè)法攝像元件或聚焦透鏡的曝光中的位移方法，從而能夠?qū)崿F(xiàn)作為F-DOF方式的缺點的快門時滯的大幅度的縮小。


圖1是示出本發(fā)明的實施例1涉及的攝像裝置的概要結(jié)構(gòu)的方框圖。圖2是示出圖1的攝像裝置的工作的流程圖。圖3是示出本發(fā)明的實施例1涉及的攝像裝置的詳細結(jié)構(gòu)的方框圖。圖4是示出本發(fā)明的實施例1涉及的攝像裝置1的詳細結(jié)構(gòu)的方框圖。圖5是被攝體距離u與像面?zhèn)染嚯xν的位置關(guān)系的定義圖。圖6是示出被攝體距離u與像面?zhèn)染嚯xν的關(guān)系的一個例子的圖表。圖7是示出聚焦透鏡或攝像元件的位移模式的一個例子的圖。圖8是示出聚焦透鏡或攝像元件的位移模式的一個例子的圖。圖9是示出聚焦透鏡或攝像元件的位移模式的一個例子的圖。圖10是示出聚焦透鏡或攝像元件的位移模式的一個例子的圖。圖11是示出本發(fā)明的實施例2涉及的攝像裝置的詳細結(jié)構(gòu)的方框圖。圖12是示出本發(fā)明的實施例2涉及的攝像裝置的詳細結(jié)構(gòu)的方框圖。圖13是以往的攝像裝置的方框圖。圖14是以往的攝像裝置的方框圖。圖15是示出以往的聚焦透鏡或攝像元件的位移模式的一個例子的圖。圖16是快門時滯以及釋放時滯的關(guān)系的說明圖。
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的各個實施例。(實施例1)參照圖1至圖10說明本發(fā)明的實施例1中的攝像裝置。首先，參照圖1以及圖2說明本發(fā)明的實施例1涉及的攝像裝置1000的結(jié)構(gòu)以及工作。而且，圖1是示出攝像裝置1000的概要結(jié)構(gòu)的方框圖。圖2是示出攝像裝置1000 的工作的流程圖。如圖1所示，攝像裝置1000包括攝像元件110、透鏡120、初始對焦位置檢測部130、位移模式?jīng)Q定部140、以及位移控制部150。攝像元件110，將成像后的圖像變換為電信號來輸出。對于攝像元件110的具體例，沒有特別的限制，而可以采用例如CCD (Charge CoupledDevice Image knsor)、或 CMOS(Complementary Metal Oxide SemiconductorImage Sensor)等。透鏡120，使光聚光于攝像元件110上而成像。例如，透鏡120，由包含聚焦透鏡的多個透鏡構(gòu)成。初始對焦位置檢測部130檢測，作為在從用戶接受了曝光開始的指示的時刻的攝像裝置1000的對焦位置(也稱為“焦點位置”。以下相同。)的初始對焦位置(也稱為“焦點初始位置”。以下相同。)(Sll)。而且，對焦位置，由攝像元件110與透鏡120的位置關(guān)系(更詳細為距離)決定。也就是說，初始對焦位置檢測部130，實際上檢測用于確定初始對焦位置的攝像元件110與透鏡120的位置關(guān)系。位移模式?jīng)Q定部140，決定對焦位置的位移模式，以使曝光時間中的對焦位置，從根據(jù)初始對焦位置檢測部130檢測出的攝像元件110與透鏡120的位置關(guān)系確定的初始對焦位置開始，至少通過預(yù)先規(guī)定的對焦范圍的最近端以及最遠端各一次后，再次返回到初始對焦位置(S12)。而且，對于在此決定的位移模式，也可以先通過對焦范圍的最近端以及最遠端的哪一個。也就是說，也可以是如下位移模式，即，曝光時間中的對焦位置，從初始對焦位置開始，依次通過對焦范圍的最近端、對焦范圍的最遠端后，再次返回到初始對焦位置?；蛘?，也可以是如下位移模式，即，曝光時間中的對焦位置，從初始對焦位置開始，依次通過對焦范圍的最遠端、對焦范圍的最近端后，再次返回到初始對焦位置。進而，位移模式?jīng)Q定部140，決定表示在曝光時間中使位移模式執(zhí)行幾次的往返次數(shù)。而且，位移模式?jīng)Q定部140，在后述的曝光時間決定部決定的曝光時間越長，就越使該往返次數(shù)增加。例如，在曝光時間為IOms時的往返次數(shù)成為一次的情況下，在曝光時間為 20ms時，使往返次數(shù)成為兩次。據(jù)此，即使曝光時間改變，實際上攝像元件110或透鏡120 的位移速度也相同，因此，電動機等的驅(qū)動裝置的負擔(dān)變小。位移控制部150，為了根據(jù)位移模式?jīng)Q定部140所決定的位移模式來使對焦位置發(fā)生變化，而通過使攝像元件Iio以及透鏡120之中的一方移動，從而使兩者之間的距離 (相對位置)發(fā)生變化(SU)。具體而言，位移控制部150，使攝像元件110以及透鏡120之中的一方移動，以使得隨著曝光開始(在曝光開始的同時)，對焦位置從初始對焦位置移動；隨著曝光結(jié)束(在曝光結(jié)束的同時)，對焦位置再次到達初始對焦位置。而且，“在曝光開始(曝光結(jié)束)的同時”是指，不嚴(yán)格要求同時性，而從接收控制信號到驅(qū)動裝置驅(qū)動為止的時滯等的誤差是允許的。并且，位移控制部150，可以使攝像元件110移動，來使對焦位置發(fā)生位移，也可以使透鏡120移動，來使對焦位置發(fā)生位移。圖3是示出本發(fā)明的實施例1涉及的攝像裝置100的詳細結(jié)構(gòu)的圖。圖3所示的攝像裝置100包括攝像元件1、透鏡2、聚焦透鏡20、快門3、聚焦透鏡位移控制部4、快門開關(guān)指示部5、釋放接受部6、聚焦透鏡初始位置檢測部7、曝光時間決定部8、聚焦透鏡位移模式?jīng)Q定部9、曝光/焦點位移同步管理部10、圖像復(fù)原處理部11、PSF存儲部12、以及攝像數(shù)據(jù)記錄部13。而且，圖1的攝像元件110與圖3的攝像元件1相對應(yīng)，透鏡120與透鏡2相對應(yīng)，初始對焦位置檢測部130與聚焦透鏡初始位置檢測部7相對應(yīng)，位移模式?jīng)Q定部140與聚焦透鏡位移模式?jīng)Q定部9相對應(yīng)，位移控制部150與聚焦透鏡位移控制部4相對應(yīng)。圖4是示出本發(fā)明的實施例1中的攝像裝置200的詳細結(jié)構(gòu)的圖。對于其結(jié)構(gòu)和作用，除了省略的圖像復(fù)原處理部11以及PSF存儲部12以外，按照圖3。與圖3所示的攝像裝置100相比，攝像裝置200的特點是，將通過曝光而得到的圖像直接記錄到攝像數(shù)據(jù)記錄部13。這試圖著，不是在攝像裝置200內(nèi)實現(xiàn)圖像復(fù)原處理，而在此后的其他的裝置例如個人電腦、圖像瀏覽器、或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等內(nèi)實現(xiàn)圖像復(fù)原處理。對于其他的結(jié)構(gòu)，由于與圖 3的攝像裝置100共同，因此，在下面以攝像裝置100的結(jié)構(gòu)以及工作為中心來進行說明。在所述結(jié)構(gòu)的攝像裝置100中，在快門3為開狀態(tài)時，若通過透鏡2，被攝體的光學(xué)像成像于攝像元件1，則成像后的光學(xué)像，由攝像元件1變換為電信號。而且，通常，在使光學(xué)像成像時，為了對焦于所希望的被攝體，透鏡2由聚焦透鏡20以及其他的透鏡群構(gòu)成。 并且，聚焦透鏡20也可以由多個透鏡構(gòu)成。在釋放接受部6從用戶接受曝光開始指示的情況下，聚焦透鏡初始位置檢測部7 檢測聚焦透鏡20的當(dāng)前的對焦位置(初始對焦位置)。曝光時間決定部8，決定快門速度(曝光時間)以及光圈值等的拍攝參數(shù)。對于曝光時間，例如，像明亮?xí)r使曝光時間變短，黑暗時使曝光時間變長等那樣，可以按照周圍的亮度，由曝光時間決定部8決定，也可以接受用戶的指示(拍攝運動快的被攝體、或拍攝風(fēng)景等)來決定。聚焦透鏡位移模式?jīng)Q定部9，根據(jù)由聚焦透鏡初始位置檢測部7檢測的聚焦透鏡初始位置信息、以及在曝光時間決定部8決定的曝光時間信息，決定例如圖7至圖10所示的焦點位移模式。而且，聚焦透鏡位移模式?jīng)Q定部9，決定按照該焦點位移模式的聚焦透鏡 20的位移模式，向曝光/焦點位移同步管理部10通知該位移模式。曝光/焦點位移同步管理部10，根據(jù)該位移模式，對聚焦透鏡位移控制部4以及快門開關(guān)指示部5進行曝光開始以及曝光結(jié)束的同步管理。也就是說，曝光/焦點位移同步管理部10，在向快門開關(guān)指示部5發(fā)出曝光開始的指示的同時，指示聚焦透鏡位移控制部 4，根據(jù)在聚焦透鏡位移模式?jīng)Q定部9決定的位移模式，在曝光時間內(nèi)使聚焦透鏡20發(fā)生位移?？扉T開關(guān)指示部5，在發(fā)出曝光開始指示的情況下，立刻進行控制，以使快門3打開。并且，經(jīng)過規(guī)定的曝光時間之后，曝光/焦點位移同步管理部10，指示快門開關(guān)指示部 5結(jié)束曝光?？扉T開關(guān)指示部5，在發(fā)出曝光結(jié)束指示的情況下，立刻進行控制，以使快門3 關(guān)閉。并且，聚焦透鏡位移控制部4，根據(jù)在聚焦透鏡位移模式?jīng)Q定部9決定的位移模式，使聚焦透鏡20移動，以使得隨著曝光開始，對焦位置從焦點初始位置移動；隨著曝光結(jié)束， 對焦位置再次到達焦點初始位置。根據(jù)上述的順序，若使被攝體的光學(xué)像成像于攝像元件1上，則成像后的光學(xué)像， 由攝像元件1變換為電信號(圖像信號)，圖像信號被移向圖像復(fù)原處理部11。同時，由曝光/焦點位移同步管理部10，向圖像復(fù)原處理部11通知曝光結(jié)束以及進行了由F-DOF的焦點位移方式的拍攝。圖像復(fù)原處理部11，接受圖像信號后，從PSF存儲部12讀出用于復(fù)原的PSF數(shù)據(jù)， 進行圖像復(fù)原處理。具體而言，預(yù)先通過測定或模擬來求出由焦點位移的模糊模式，PSF存儲部12將其保持為PSF數(shù)據(jù)并且，對于圖像復(fù)原的方法，周知的是，Wiener Filter (維納濾波器)、LuCy-RiChardS0n等的各種方法，可以利用哪種方法。而且，圖像復(fù)原處理部11， 將復(fù)原后的圖像信號作為攝像數(shù)據(jù)來記錄到攝像數(shù)據(jù)記錄部13。如圖5所示，一般而言，若被攝體與透鏡2之間的距離為被攝體距離U，透鏡2與攝像元件1之間的距離為像面?zhèn)染嚯xv，焦點距離為f，則根據(jù)透鏡的公式，成立公式1的關(guān)系。(算式1)1/f=/u+1/v (公式 1)并且，在存在多個透鏡的情況下，考慮透鏡主點位置。圖6示出f為18 [mm]時的被攝體距離u與像面?zhèn)染嚯xν的關(guān)系，以作為一個例子。若聚焦透鏡20發(fā)生位移，則作為透鏡主點與攝像元件之間的距離的像面?zhèn)染嚯xν發(fā)生位移。在此，向聚焦透鏡20發(fā)出位移控制指示，以使焦點位置在攝像元件面以等速來發(fā)生位移，這意味著該像面?zhèn)染嚯xν的變化速度是一定的。而且，如圖6所示，即使像面?zhèn)染嚯xν以等速度來發(fā)生位移，也不是作為被攝體側(cè)的焦點面與透鏡主點之間的距離的被攝體距離u以等速度來發(fā)生位移。并且，圖7至10的縱軸是像面?zhèn)染嚯xν。也就是說，需要注意的是，曝光時間與被攝體距離u的關(guān)系，針對曝光時間與像面?zhèn)染嚯xν的關(guān)系，大小相反。也就是說，被攝體距離u側(cè)的最近端以及最遠端，針對像面?zhèn)鹊淖罱艘约白钸h端，大小相反。在圖7中，使焦點位置從焦點初始位置位移到針對被攝體側(cè)的最近端，到達最近端之后，立刻折返來位移到最遠端。到達最遠端之后，再次立刻折返來位移到焦點初始位置。原則上使位移時的速度為一定的速度，決定該位移速度，從而在曝光時間決定部8決定的曝光時間內(nèi)往返一次。原則上使速度為一定，這是因為，為了以一律的復(fù)原用PSF來進行圖像復(fù)原處理， 而需要針對被攝體距離方向而得到均勻的模糊的緣故。為了得到均勻的模糊，而需要使像面?zhèn)鹊奈灰茷橐欢?，來使最近端至最遠端的曝光量為一定。圖8示出使圖7的位移模式在曝光時間內(nèi)往返三次的情況。如此，即使往返整數(shù)次，也能夠使最近端至最遠端的曝光量為一定。圖9示出向與圖7的位移模式相反的方向發(fā)生位移的位移模式的例子。使焦點位置從焦點初始位置位移到針對被攝體側(cè)的最遠端，到達最遠端之后，立刻折返來位移到最近端。到達最近端之后，再次立刻折返來位移到焦點初始位置。原則上位移時的速度為一定的速度，決定該位移速度，從而在曝光時間決定部8決定的曝光時間內(nèi)往返一次。如此， 即使使最近端以及最遠端的順序相反，也能夠使最近端至最遠端的曝光量為一定。圖10示出使圖9的位移模式在曝光時間內(nèi)往返三次的情況。如此，即使使相反的位移模式往返整數(shù)次，也能夠使最近端至最遠端的曝光量為一定。但是，像作為以往的位移模式的圖15或作為本申請的實施例1涉及的位移模式的圖7至10那樣，在以一定的速度來位移的情況下，實際上，嚴(yán)格地說，與中心部的曝光量相比，最近端以及最遠端的曝光量不一定。根據(jù)一般的透鏡具有的散焦模式可知，周知的是， 具有以下的模式，即，在對焦位置得到最鮮明的圖像，另一方面，在其前后，其距離越大，鮮明度就逐漸降低。由于在最近端以及最遠端，位移被中止，因此，不能得到由從沒有位移的一側(cè)的散焦模式的、鮮明度的貢獻。其結(jié)果為，在最近端以及最遠端的鮮明度，比在中心部的鮮明度稍微低。為了補償此，也可以進行控制，以使在最近端以及最遠端的位移速度，比在中心部的位移速度低。在此情況下，應(yīng)該注意，使位移往返整數(shù)次的時間，與曝光時間一致。這樣的結(jié)構(gòu)的攝像裝置100、200進行如上控制，從而能夠保持F-DOF方式具有的高畫質(zhì)性、EDOF效果大、EDOF范圍的任意設(shè)定性、EDOF拍攝與通常拍攝的切換容易性等，并且，能夠?qū)崿F(xiàn)快門時滯的大幅度的縮小。(實施例2)參照圖11以及圖12說明，本發(fā)明的實施例2中的攝像裝置。圖11是示出本發(fā)明的實施例2中的攝像裝置300的詳細結(jié)構(gòu)的圖。圖11所示的攝像裝置300包括攝像元件1、快門3、快門開關(guān)指示部5、釋放接受部6、曝光時間決定部8、 圖像復(fù)原處理部11、PSF存儲部12、攝像數(shù)據(jù)記錄部13、攝像元件初始位置檢測部14、攝像元件位移模式?jīng)Q定部15、曝光/攝像元件位移同步管理部16、以及攝像元件位移控制部17。而且，圖1的攝像元件110與圖11的攝像元件1相對應(yīng)，透鏡120與透鏡2相對應(yīng)，初始對焦位置檢測部130與攝像元件初始位置檢測部14相對應(yīng)，位移模式?jīng)Q定部140 與攝像元件位移模式?jīng)Q定部15相對應(yīng)，位移控制部150與攝像元件位移控制部17相對應(yīng)。 并且，雖然圖中沒有示出，但是攝像裝置300還具備包含聚焦透鏡20的透鏡2。在所述結(jié)構(gòu)的攝像裝置300中，在釋放接受部6從用戶接受曝光開始指示的情況下，攝像元件初始位置檢測部14檢測攝像元件1的當(dāng)前的位置(初始位置)。曝光時間決定部8，決定快門速度以及光圈值等的拍攝參數(shù)。對于曝光時間，例如， 像明亮?xí)r使曝光時間變短，黑暗時使曝光時間變長等那樣，可以按照周圍的亮度，由曝光時間決定部8決定，也可以接受用戶的指示(拍攝運動快的被攝體、或拍攝風(fēng)景等)來決定。曝光/攝像元件位移同步管理部16，指示曝光開始，對攝像元件位移控制部17以及快門開關(guān)指示部5進行曝光開始以及曝光結(jié)束的同步管理。也就是說，曝光/焦點位移同步管理部10，在向快門開關(guān)指示部5發(fā)出曝光開始的指示的同時，指示攝像元件位移控制部17，根據(jù)在攝像元件位移模式?jīng)Q定部15決定的位移模式，在曝光時間內(nèi)使攝像元件1 發(fā)生位移。而且，將攝像元件1的位移速度設(shè)為等速?？扉T開關(guān)指示部5，在發(fā)出曝光開始指示的情況下，立刻進行控制，以使快門3打開。并且，經(jīng)過規(guī)定的曝光時間之后，曝光/攝像元件位移同步管理部16，指示快門開關(guān)指示部5結(jié)束曝光。快門開關(guān)指示部5，在發(fā)出曝光結(jié)束指示的情況下，立刻進行控制，以使快門3關(guān)閉。并且，攝像元件位移控制部17，根據(jù)在攝像元件位移模式?jīng)Q定部15決定的位移模式，使攝像元件1移動，以使得隨著曝光開始， 對焦位置從焦點初始位置移動；隨著曝光結(jié)束，對焦位置再次到達焦點初始位置。根據(jù)上述的順序，若使被攝體的光學(xué)像成像于攝像元件1上，則成像后的光學(xué)像， 由攝像元件1變換為電信號(圖像信號)，圖像信號被移向圖像復(fù)原處理部11。同時，由曝光/攝像元件位移同步管理部16，向圖像復(fù)原處理部11通知曝光結(jié)束以及進行了由F-DOF
13的攝像元件位移方式的拍攝。除此以外的結(jié)構(gòu)，按照圖3的使聚焦透鏡20發(fā)生位移的情況。圖12是示出本發(fā)明的實施例2中的攝像裝置400的詳細結(jié)構(gòu)的圖。對于攝像裝置400的結(jié)構(gòu)和作用，除了省略的圖像復(fù)原處理部11以及PSF存儲部12以外，按照圖11。 與圖11所示的攝像裝置300相比，攝像裝置400的特點是，將通過曝光而得到的圖像直接記錄到攝像數(shù)據(jù)記錄部13。這試圖著，不是在攝像裝置400內(nèi)實現(xiàn)圖像復(fù)原處理，而在此后的其他的裝置例如個人電腦、圖像瀏覽器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等內(nèi)實現(xiàn)圖像復(fù)原處理。攝像元件位移模式?jīng)Q定部15，根據(jù)由攝像元件初始位置檢測部14檢測的攝像元件初始位置、以及在曝光時間決定部8決定的曝光時間信息，決定例如圖7至圖10所示的焦點位移模式。而且，攝像元件位移模式?jīng)Q定部15，決定按照該焦點位移模式的攝像元件1 的位移模式，向曝光/焦點位移同步管理部10通知該位移模式。而且，在使攝像元件1發(fā)生位移的情況下，根據(jù)圖5明確，若不使透鏡2的位置發(fā)生位移，則焦點位移模式成為攝像元件1自己的位移模式本身。曝光/攝像元件位移同步管理部16，根據(jù)該位移模式，對攝像元件位移控制部17及快門開關(guān)指示部5進行曝光開始以及結(jié)束的同步管理。對于攝像元件1的位移模式，按照實施例1所示的圖7至圖10的模式。與實施例 1的結(jié)構(gòu)相比，區(qū)別在于攝像元件1本身發(fā)生位移，而位移模式是共同的。這樣的結(jié)構(gòu)的攝像裝置300、400進行如上控制，從而能夠保持F-DOF方式具有的高畫質(zhì)性、EDOF效果大、EDOF范圍的任意設(shè)定性、EDOF拍攝與通常拍攝的切換容易性等，并且，能夠?qū)崿F(xiàn)快門時滯的大幅度的縮小。以上，說明了本發(fā)明的實施例涉及的攝像裝置，但是，本發(fā)明不僅限于該實施例。并且，所述實施例涉及的攝像裝置中包含的多個處理部中的至少一部分，被實現(xiàn)為作為集成電路的LSI。可以將它們分別單芯片化，也可以將它們單芯片化，使得包含一部分或全部。并且，集成電路化不僅限于LSI，而可以以專用電路或通用處理器來實現(xiàn)。也可以利用在制造LSI后能夠編程的FPGA (Field Programmable feiteArray 現(xiàn)場可編程門陣列)、或可重構(gòu)LSI內(nèi)部的電路單元的連接或設(shè)定的可重構(gòu)處理器。并且，也可以是，通過CPU等的處理器執(zhí)行程序，從而實現(xiàn)本發(fā)明的實施例涉及的攝像裝置的功能的一部分。并且，本發(fā)明可以是所述程序，也可以是記錄有所述程序的非暫時的計算機可讀取的記錄介質(zhì)。并且，當(dāng)然，能夠通過互聯(lián)網(wǎng)等的傳輸介質(zhì)來分發(fā)所述程序。并且，也可以組合所述實施例涉及的攝像裝置、以及其變形例的功能中的至少一部分。并且，在上述利用了的數(shù)字都是為了具體說明本發(fā)明而示出的例子，本發(fā)明不僅限于以例子來示出的數(shù)字。進而，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)所進行的本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠想到的各種變形也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。工業(yè)實用性本發(fā)明涉及的攝像裝置以及拍攝方法，通過設(shè)法攝像元件或聚焦透鏡的曝光中的變動方法，從而能夠?qū)崿F(xiàn)作為F-DOF方式的缺點的快門時滯的大幅度的縮小。
這樣的結(jié)構(gòu)，例如有用于民用或工業(yè)用攝像裝置(數(shù)字靜態(tài)相機)等的領(lǐng)域。符號說明1、110攝像元件2、120 透鏡20聚焦透鏡3 快門4聚焦透鏡位移控制部5快門開關(guān)指示部6釋放接受部7聚焦透鏡初始位置檢測部8曝光時間決定部9聚焦透鏡位移模式?jīng)Q定部10曝光/焦點位移同步管理部11圖像復(fù)原處理部12PSF 存儲部13攝像數(shù)據(jù)記錄部14攝像元件初始位置檢測部15攝像元件位移模式?jīng)Q定部16曝光/攝像元件位移同步管理部17攝像元件位移控制部18聚焦透鏡位置初始化部19攝像元件位置初始化部100、200、300、400、500、600、1000 攝像裝置130初始對焦位置檢測部140位移模式?jīng)Q定部150位移控制部
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，包括 攝像元件；透鏡，使光聚光于所述攝像元件上而成像；初始對焦位置檢測部，檢測用于確定初始對焦位置的所述攝像元件與所述透鏡的位置關(guān)系，該初始對焦位置是在從用戶接受了曝光開始的指示的時刻的對焦位置；位移模式?jīng)Q定部，決定對焦位置的位移模式，以使曝光時間中的對焦位置，從根據(jù)所述初始對焦位置檢測部檢測出的所述攝像元件與所述透鏡的位置關(guān)系確定的初始對焦位置開始，至少通過預(yù)先規(guī)定的對焦范圍的最近端以及最遠端各一次后，再次返回到初始對焦位置；以及位移控制部，根據(jù)在所述位移模式?jīng)Q定部決定的位移模式，使所述攝像元件以及所述透鏡之中的一方移動，以使得隨著曝光開始，對焦位置從初始對焦位置移動；隨著曝光結(jié)束，對焦位置再次到達初始對焦位置。
2.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，該攝像裝置還包括曝光時間決定部，該曝光時間決定部，按照拍攝場景決定曝光時間， 所述位移模式?jīng)Q定部，在所述曝光時間決定部決定的曝光時間越長，就越使表示曝光時間中的所述位移模式執(zhí)行幾次的往返次數(shù)增加。
3.如權(quán)利要求1或2所述的攝像裝置，所述位移模式?jīng)Q定部，決定對焦位置的位移模式，以使曝光時間中的對焦位置，從初始對焦位置開始，依次通過對焦范圍的最近端、對焦范圍的最遠端后，再次返回到初始對焦位置。
4.如權(quán)利要求1或2所述的攝像裝置，所述位移模式?jīng)Q定部，決定對焦位置的位移模式，以使曝光時間中的對焦位置，從初始對焦位置開始，依次通過對焦范圍的最遠端、對焦范圍的最近端后，再次返回到初始對焦位置。
5.如權(quán)利要求1至4的任一項所述的攝像裝置，所述位移控制部，通過使所述透鏡移動，從而使對焦位置發(fā)生位移。
6.如權(quán)利要求1至4的任一項所述的攝像裝置，所述位移控制部，通過使所述攝像元件移動，從而使對焦位置發(fā)生位移。
7.如權(quán)利要求1至6的任一項所述的攝像裝置， 該攝像裝置，還包括點擴散函數(shù)存儲部，預(yù)先存儲復(fù)原用點擴散函數(shù)；圖像復(fù)原處理部，針對所述攝像元件所生成的攝像數(shù)據(jù)，利用所述復(fù)原用點擴散函數(shù)進行圖像復(fù)原處理；以及攝像數(shù)據(jù)記錄部，記錄所述圖像復(fù)原處理部所復(fù)原的復(fù)原圖像。
8.一種拍攝方法，該拍攝方法是攝像裝置拍攝圖像時的拍攝方法，該攝像裝置包括攝像元件以及透鏡，該透鏡使光聚光于所述攝像元件上而成像，所述拍攝方法包括初始對焦位置檢測步驟，檢測用于確定初始對焦位置的所述攝像元件與所述透鏡的位置關(guān)系，該初始對焦位置是在從用戶接受了曝光開始的指示的時刻的對焦位置；位移模式?jīng)Q定步驟，決定對焦位置的位移模式，以使曝光時間中的對焦位置，從根據(jù)在所述初始對焦位置檢測步驟檢測出的所述攝像元件與所述透鏡的位置關(guān)系確定的初始對焦位置開始，至少通過預(yù)先規(guī)定的對焦范圍的最近端以及最遠端各一次后，再次返回到初始對焦位置；以及位移控制步驟，根據(jù)在所述位移模式?jīng)Q定步驟決定的位移模式，使所述攝像元件以及所述透鏡之中的一方移動，以使得隨著曝光開始，使對焦位置從初始對焦位置移動；隨著曝光結(jié)束，使對焦位置再次到達初始對焦位置。
全文摘要
攝像裝置(1000)包括攝像元件(110)；透鏡(120)；初始對焦位置檢測部(130)，檢測用于確定初始對焦位置的攝像元件(110)與透鏡(120)的位置關(guān)系，該初始對焦位置是在從用戶接受了曝光開始的指示的時刻的對焦位置；位移模式?jīng)Q定部(140)，決定對焦位置的位移模式，以使曝光時間中的對焦位置，從根據(jù)攝像元件(110)與透鏡(120)的位置關(guān)系確定的初始對焦位置開始，至少通過預(yù)先規(guī)定的對焦范圍的最近端以及最遠端各一次后，再次返回到初始對焦位置；以及位移控制部(150)，根據(jù)位移模式，使攝像元件(110)以及透鏡(120)之中的一方移動，以使得隨著曝光開始，對焦位置從初始對焦位置移動；隨著曝光結(jié)束，對焦位置再次到達初始對焦位置。
文檔編號H04N5/232GK102308242SQ20108000677
公開日2012年1月4日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者河村岳 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社