摄像装置和图像校正方法以及图像处理装置和图像处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对摄像元件的像素输出进行处理的摄像装置和使用该摄像装置的图 像校正方法以及图像处理装置和图像处理方法，其中，所述摄像元件将一部分像素用作相 位差方式的相位差检测用元件来检测焦点状态。
【背景技术】
[0002] 与将摄像元件的一部分像素用作相位差检测用元件来检测焦点状态的摄像装置 相关的提案在例如日本特许第3592147号公报中有记载。日本特许第3592147号公报中， 将摄像元件的一部分像素设定为相位差检测像素，使穿过相对于摄影镜头的光轴中心而对 称的不同的瞳孔区域的被摄体光束在多个相位差检测像素上成像，通过检测该被摄体光束 间的相位差来检测摄影镜头的焦点状态。
[0003] 这里，相位差检测像素例如将一部分区域遮光，使得穿过摄影镜头的不同的瞳孔 区域的被摄体光束的一方能够被接受。因此，相位差检测像素是不能直接作为图像来使用 的缺陷像素。因此，日本特开2010-062640号公报中公开的摄像装置通过对相位差检测像 素的像素输出进行增益调整或者使用周边的像素进行插值，能够用于记录或者显示。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特许第3592147号公报
[0007] 专利文献2 :日本特开2010-062640号公报
【发明内容】
[0008] 发明要解决的课题
[0009] 但是，向相位差检测像素入射的光的量除了根据入射的光的角度、在相位差检测 像素上形成的遮光膜的位置而不同之外，还根据像高而不同。进而，向相位差检测像素入射 的光的角度还根据摄影镜头等光学系统的制造偏差或者配置于摄像元件的前面的微型透 镜的制造偏差而不同。为了提高增益调整的精度，期望准确地检测每个相位差检测像素的 光量的下降量，根据检测的下降量来设定增益调整量。
[0010] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种摄像装置和使用该摄像装 置的图像校正方法以及图像处理装置和图像处理方法，在对来自具有相位差检测像素的摄 像元件的像素输出进行处理的摄像装置中，能够进一步抑制相位差检测像素导致的画质的 下降。
[0011] 用于解决课题的手段
[0012] 本发明的第1方式的摄像装置具备：摄像元件，其在摄像像素的一部分中设有用 于进行焦点检测的相位差检测像素；以及光轴位置估计处理部，其根据所述相位差检测像 素的像素输出与所述摄像像素的像素输出来估计用于在所述摄像元件的摄像面上形成被 摄体的像的光学系统的光轴位置，所述光轴位置估计处理部具有：关系计算部，其根据所述 相位差检测像素的像素输出与该相位差检测像素的附近的摄像像素的像素输出来计算所 述相位差检测像素的像素输出与像高的关系；以及光轴位置计算部，其根据对在相位差的 检测方向上排列的成对的所述相位差检测像素分别计算出的所述关系来计算光轴位置。
[0013] 本发明的第2方式的图像校正方法具备如下步骤：根据在摄像像素的一部分中设 有用于进行焦点检测的相位差检测像素的摄像元件的所述相位差检测像素的像素输出与 该相位差检测像素的附近的摄像像素的像素输出，计算所述相位差检测像素的像素输出与 像高的关系；根据对在相位差的检测方向上排列的成对的所述相位差检测像素分别计算出 的所述关系来计算光学系统的光轴位置；将计算出的所述光轴位置存储到存储部中；以及 通过存储在所述存储部中的所述光轴位置的信息，对来自所述摄像像素与所述相位差检测 像素的像素输出中的所述光学系统的光学特性的影响进行校正。
[0014] 发明效果
[0015] 根据本发明，能够提供一种摄像装置和使用该摄像装置的图像校正方法以及图像 处理装置和图像处理方法，在对来自具有相位差检测像素的摄像元件的像素输出进行处理 的摄像装置中，能够进一步抑制相位差检测像素导致的画质的下降。
【附图说明】
[0016] 图1是示出作为本发明的一个实施方式的摄像装置的一例的数码相机的结构的 框图。
[0017] 图2是示出图像处理部的详细结构的图。
[0018] 图3是示出光轴位置估计处理部的详细结构的图。
[0019] 图4是示出摄像元件的像素排列的图。
[0020] 图5A是示出摄像像素中的像的成像状态的图。
[0021] 图5B是示出相位差检测像素中的像的成像状态的图。
[0022] 图6是示出摄像装置的动态图像记录动作的处理的流程图。
[0023] 图7A是用于说明有关电平变化检测处理、频率变化检测处理、图案变化检测处理 的第1图。
[0024] 图7B是用于说明有关电平变化检测处理、频率变化检测处理、图案变化检测处理 的第2图。
[0025] 图8A是示出相位差检测像素的像素输出与像高的关系的第1图。
[0026] 图8B是示出相位差检测像素的像素输出与像高的关系的第2图。
[0027] 图9是用于说明有关变形例2的关系式计算处理的图。
[0028] 图10是在调整时估计光轴位置的情况的流程图。
【具体实施方式】
[0029] 以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0030] 图1是示出作为本发明的一个实施方式的摄像装置的一例的数码相机（以下，简 称为照相机）的结构的框图。这里，在图1中，带箭头的实线示出了数据流，带箭头的虚线 示出了控制信号流。
[0031] 图1所示的照相机1具有：摄影镜头11、光圈13、机械快门15、驱动部17、操作 部19、摄像元件21、摄像控制电路23、A-AMP 25、模拟数字转换器（ADC) 27、CPU (Central Processing Unit :中央处理单元）29、图像处理部31、焦点检测电路33、视频编码器35、 显不部37、总线39、DRAM(Dynamic Random Access Memory:动态随机存取存储器）41、 R0M(Read Only Memory:只读存储器）43、记录介质45。
[0032] 摄影镜头11是由用于使来自被摄体100的像形成于摄像元件21上的单个或者多 个透镜而构成的光学系统。摄影镜头11既可以是单焦点镜头也可以是变焦镜头。
[0033] 光圈13配置在摄影镜头11的光轴上，其口径构成为可变。光圈13限制穿过摄影 镜头11的来自被摄体100的光束的量。机械快门15配置于光圈13的后方，构成为可自由 开闭。机械快门15通过调节其开放时间来调节来自被摄体100的被摄体光束向摄像元件 21的入射时间（摄像元件21的曝光时间）。作为机械快门15,能够采用公知的焦平面快 门、透镜快门等。驱动部17基于来自CPU 29的控制信号来进行摄影镜头11的焦点调节、 光圈13的开口径控制、以及机械快门15的开闭控制。
[0034] 操作部19包含电源按钮、释放按钮、再现按钮、菜单按钮这样的各种操作按钮以 及触摸屏等各种操作部件。操作部19检测各种操作部件的操作状态，并将表示检测结果的 信号输出至CPU 29。通过本实施方式的操作部19,能够选择照相机1的摄影模式。用户通 过对操作部19中包含的作为操作部件的摄影模式转盘进行操作，能够从静止图像摄影模 式与动态图像摄影模式中的任意一个来选择照相机1的摄影模式。静止图像摄影模式是用 于拍摄静止图像的摄影模式，动态图像摄影模式是用于拍摄动态图像的摄影模式。这里示 出了通过转盘来进行选择的例子，但是也可以在例如菜单画面上对例如触摸屏进行操作来 选择摄影模式。
[0035] 摄像元件21配置在摄影镜头11的光轴上的机械快门15的后方并且通过摄影镜 头11而使被摄体光束成像的位置上。摄像元件21构成为二维地配置有构成像素的光电二 极管。构成摄像元件21的光电二极管产生与受光量对应的电荷。在光电二极管中产生的电 荷被蓄积在与各光电二极管连接的电容器中。蓄积在该电容器中的电荷被作为图像信号读 出。此外，在构成像素的光电二极管的前面配置有例如拜耳排列的滤色器。拜耳排列具有 在水平方向上交替配置R像素与G(Gr)像素的行以及交替配置G(Gb)像素与B像素的行。 本实施方式中的摄像元件21具有多个不同的电荷的读出方式。蓄积在摄像元件21中的电 荷根据来自摄像控制电路23的控制信号而被读出。本实施方式中的摄像元件21具有用于 获取记录或者显示用的图像的摄像像素以及用于进行焦点检测的相位差检测像素。作为相 位差检测像素而使用的像素与其他的像素不同，一部分区域被遮光。有关摄像元件21的详 细情况在后面进行详细说明。
[0036] 摄像控制电路23根据来自CPU 29的控制信号，对摄像元件21的读出方式进行设 定，根据设定的读出方式控制来自摄像元件21的图像信号的读出。来自摄像元件21的像 素数据的读出方式根据照相机1的动作状态而被设定。例如，在对来自摄像元件21的像素 数据的读出要求实时性的情况下（例如实时取景显示时或者动态图像记录时），为了能够 高速地进行像素数据的读出，而将来自多个相同颜色像素的像素数据混合读出，或者将特 定像素的像素数据间除读出。另一方面，相比于实时性而更要求画质的情况下（例如静止 图像的记录时），通过不进行混合读出或者间除读出而读出全部像素的像素数据来维持分 辨率。
[0037] A-AMP 25对从摄像元件21输出的图像信号进行模拟增益调整。ADC 27是模拟数 字转换器，将通过A-AMP 25进行了模拟增益调整的图像信号转换为数字形式的图像信号 (像素数据）。以下，在本说明书中，将多个像素数据的集合记作摄像数据。
[0038] CPU 29根据后述的ROM 43中存储的程序来进行照相机1的整体控制。
[0039] 图像处理部31对摄像数据实施各种图像处理而生成图像数据。例如图像处理部 31在记录静止图像时，实施静止图像记录用的图像处理来生成静止图像数据。同样地，图像 处理部31记录动态图像时，实施动态图像记录用的图像处理来生成动态图像数据。进而， 图像处理部31在实时取景显示时，实施显示用的图像处理来生成显示用图像数据。关于这 样的图像处理部31的详细结构在后面进行详细说明。
[0040] 焦点检测电路33获取来自相位差检测像素的像素数据，基于获取的像素数据使 用公知的相位差方式来计算相对于摄影镜头11的对焦位置的