专利名称：摄像装置、摄像方法、集成电路、计算机程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及摄像装置，该摄像装置为了实现视场深度扩张，以在曝光时间中使对焦位置位移的方式进行摄像。
背景技术：
以往，存在如下摄像装置为了实现视场深度扩张，以在曝光时间中使对焦位置位移的方式进行摄像。该摄像装置以在曝光时间中使对焦位置在位移范围内位移的方式进行摄像(参照专利文献3等)。在先技术文献专利文献 专利文献I :西德专利第2301800号说明书(德国专利申请1973/1/15)专利文献2 日本特公平5-27084号公报专利文献3 :日本专利第3191928号公报专利文献4 :美国专利申请公开第2008/0013941号说明书专利文献5 日本专利第3084130号公报非专利文献非专利文献I E. R. Dowski and W. T. Cathey, “Extended depth of field throughwave-front coding”，Applied Optics, Vol. 34, No. 11, P. 1859-1866(1995)非专利文献2 :Α· Levin, R. Fergus, F. Durand and ff. T. Freeman, ” Image andDepth from a Conventional Camera with a Coded Aperture，，，ACMTransactions on Graphics, Vol. 26，No. 3，Article70, 70-1-70-9(2007)非专利文献3 :Η· Nagahara, S. Kuthirummal, C. ZhouandS. Nayar, ” FlexibleDepth of Field Photography，，，European Conference on ComputerVision (ECCV), Oct. 16th, Morning Session2: Computational Photography (2008)非专利文献4 :C. Tisse, H. P. Nguyen, R. Tesieres, M. Pyanet andF.Guichard, “Extended Depth-of-field (EDOF) using sharpness transport a crosscolour channels，，，Optical Engineering+Applications, Part of SPIE Optics+Photonics, Sessionl-Imaging in the Optical Design Process:Depth of Field(2008)非专利文献5 :W. ChiandN. George, “Computational imaging with thelogarithmic a sphere: theory”，Optical Society of America, Vol. 20, No. 12, December(2003)非专利文献6:Y. Takahashi and S. Komatsu, “Optimized free-form phase maskfor extension of depth of field in wave front-coded imaging，，，Optical Societyof America, Optics Letters, Vol. 33, No. 13, Julyl, (2008)非专利文献7 :高橋康久，尾花亮，小松進一，「々二 4 7' 7 口 >卜· - 一 7 >夕''用最適化位相板-軸外Q被写界深度拡張効果-」，0ptics&PhotonicsJapan2007 (日本光学会年次学術講演会)，予稿集，P.464-465(27pC2)，(2007)发明的概要发明所要解决的技术课题但是，对焦位置的位移范围有时变得不合适。
发明内容
在此，本发明的目的在于，提供一种能够使对焦位置的位移范围合适的摄像装置、摄像方法、集成电路、程序。解决课题所采用的技术手段为达成上述目的，本发明的一个方式的摄像装置，为了实现视场深度扩张，以在曝光时间中使对焦位置位移的方式进行摄像，该摄像装置具备输入部，接受焦点距离的输·入；位移范围决定部，基于所述焦点距离，决定对焦位置的位移范围；以及摄像部，以在曝光时间中使对焦位置在所述位移范围内位移的方式进行摄像。另外，整体或具体的方式可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序、或记录介质来实现，也可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序、及记录介质的任意组合来实现。发明效果本发明的摄像装置能够使对焦位置的位移范围更适当。
图I是定义一般的摄像机的被摄体距离U与像面侧距离V的位置关系的图。图2是表示焦点距离为18mm时的被摄体距离u与像面侧距离V的关系的一例的图。图3是表示一般的摄像机的硬件构成的图。图4是表示摄像机控制部的构成等的图。图5是定义对焦范围与作为前侧DOF端的MOD (最短摄影距离)的图。图6是实施方式I的摄像装置的构成框图。图7是表示摄像机控制部等的构成的图。图8是表示某摄像机条件下的光圈和前侧DOF端(MOD)、像面侧距离的关系的图。图9是示意性地表示由一般的摄像机得到的离焦特性的图。图10是示意性地表示通过摄像机的聚焦透镜或摄像元件位移来使焦点位置位移时的离焦特性的图。图11是表示视场角、被摄体距离、被摄体的大小之间的关系的图。图12是表示最大视场角、焦点距离、摄像元件尺寸之间的关系的图。图13是表示实施方式I的焦点位置位移范围决定时的处理流程的图。图14是表示采用4/3系统的情况下的焦点距离与焦点位置位移距离的关系的图。图15是表示典型的小型数字摄像机的情况的、焦点距离与焦点位置位移距离的关系的图。图16是实施方式2的摄像装置的构成框图。图17是表示实施方式2的焦点位置位移范围决定时的处理流程的图。
图18是表示摄像机的构成的图。图19是摄像机中的处理的流程图。
具体实施例方式(得到本发明的一个方式的过程)本发明者发现，在“背景技术”栏中记载的摄像装置存在以下问题。S卩，还有上述对焦位置位移的摄像装置以外的通常的摄像机。通常的摄像机例如有数字摄像机、便携电话等。在通常的摄像机中设有缩放功能等，焦点距离有时变化。在此，在上述的摄像装置中，也可能设有与这样的缩放功能同样的缩放功能等，焦 点距离变化。因此，作为对焦位置位移的位移范围，当焦点距离为一方的距离时，合适的范围为一方的范围，焦点距离为另一方的距离时，合适的范围为另一方的范围，合适的范围是与焦点距离对应的范围。另一方面，在以往的文献中，作为位移范围，由该文献的作者根据自己的直觉等来选择能够充分发挥该作者的研究成果的范围。在以往的文献中，在说明作者的研究成果时，仅仅记载了将作者这样选择的范围作为位移范围。因此，在以往的摄像装置中，位移范围与焦点距离无关，是一定的。因此，由于焦点距离不同，该一定的范围有时不是与焦点距离对应的范围，位移范围变得不合适。为了解决该问题，本发明的一方式的摄像装置，为了实现视场深度扩张，以在曝光时间中使对焦位置位移的方式进行摄像，具备输入部，接受焦点距离的输入；位移范围决定部，基于所述焦点距离，决定对焦位置(对焦被摄体的影像所成像的位置)的位移范围(参照范围7r);及摄像部，以曝光时间中使对焦位置在所述位移范围内位移的方式进行摄像。由此，设置缩放功能等，即使焦点距离变化，也输入焦点距离(确定聚焦点距离的信息)。由此，基于该焦点距离，与该焦点距离对应的范围被决定为位移范围，能够避免位移范围变得不合适，而将位移范围设为合适的范围。另外，例如也可以是，进行控制以使对焦位置从位移范围的一端向另一端位移。另外，也可以是，所述位移范围决定部以所述位移范围的大小不超过由所述焦点距离决定的上限值的方式，来决定所述位移范围。由此，将位移范围的大小设为上限值以下，使对焦位置位移的速度变慢。由此，对焦位置处于包含在位移范围内的位置的时间变长，焦点和存在于与该位置对应的距离的被摄体一致的时间变长。由此，能够充分提高该被摄体的影像的画质。即，能够与焦点距离无关地充分提闻画质。另外，上述上限值例如是使上述被摄体的画质变得充分高的程度的较小的值。另外，所述上限值也可以包含与预先决定的大小(参照图11的P)的物体(人物等被摄像的物体)被摄像为规定的大小(参照图12的X)的位置(参照图11的距离d)对应的第I上限值(图14的四角点)。由此，第I上限值为式12的Λ vAIF等。由此，能够得到设定该Λ vAIF的上限值所带来的各效果。另外，所述上限值也可以包含用于满足预先决定的画质(参照后述的N)的第2上限值(参照菱形点、三角点、X印点)。由此，第2上限值为式4的Amm等。由此，能够得到设定该Anudi的上限值所带来的各效果。另外，也可以是，所述上限值包括所述第I上限值和所述第2上限值，所述位移范围决定部在所述第I上限值大于所述第2上限值大的情况下(部分In)，将包括根据由所述输入部取得的被摄体的信息而得到的位置(参照位置Iyl)在内的范围(范围Iy)决定为所述位移范围。由此，第I上限值大于第2上限值，有时所决定的位移范围的大小不超过较小的第2上限值而相当小。即使存在这样的情况，在该情况下，将由取得的信息表示的、包含被摄体的位置在内的范围决定为位移范围，从而决定合适的位移范围。由此，在上述情况 下，能够决定合适的位移范围，更可靠地使决定的位移范围变得合适。另外，也可以是，所述输入部确定所述被摄体，所述视场深度扩张范围决定部具备对焦位置检测部，测定与确定的所述被摄体的距离，所述第I上限值大于所述第2上限值的情况下，将包含测定的所述距离的位置在内的范围决定为所述位移范围。由此，作为距离测定的功能，通过沿用自动聚焦中的距离测定的功能等，能够维持简单的构成。另外，也可以是，还具备曝光表；以及摄像机参数决定部，基于从所述曝光表取得的摄影环境的明亮度信息，决定快门速度、光圈值及iso (International Organizationfor Standardization)感度；所述位移范围决定部除了所述焦点距离之外,还基于所决定的所述快门速度、所述光圈值及所述ISO感度的至少I个来决定所述位移范围。由此，在决定位移范围时，还考察光圈值等，能够进一步提闻所决定的位移范围的精度。另外，也可以是，还具备信号处理部，进行复原处理，该复原处理用于提高从所述摄像部输出的摄像图像的清晰度。由此，在该摄像装置中，即使进行上述各处理，也由该摄像装置所具备的信号处理部进行复原处理，作为复原处理，能够进行与这些各处理适合的处理，使进行的处理更加合适。另外，存在对焦被摄体位置，该对焦被摄体位置是指，拍摄到无模糊而鲜明的影像的被摄体、即对焦被摄体所处的位置。例如，上述对焦位置是将来自对焦被摄体的光聚集到其位置上的一点，并在该位置上将对焦被摄体的影像成像的成像位置等。例如，该成像位置是由驱动器驱动的摄像元件所处的位置。也可以是，通过对焦位置在位移范围(大小Λ V的范围7r)内位移，与该对焦位置对应的上述对焦被摄体位置在与上述位移范围对应的被摄体侧范围(范围6r)内移动。这样，也可以是，摄像部通过对摄像装置的动作(摄像元件的位置等)进行控制，使上述对焦位置在上述的被摄体侧范围内移动。这样，对焦被摄体位置所移动的被摄体侧范围被设为与焦点距离对应的范围，能够将被摄体侧范围设为合适的范围。另外，所述第I上限值是根据所述焦点距离f、视场角Θ ^、被摄体的距离k、摄像元件的大小X，通过后述的式12确定的Avaif等。由此，第I上限值能够根据较简单的式子确定，使进行的处理较简单。此外，所述第2上限值是根据所述焦点距离f、视场深度扩大量N、光圈值Fn。、允许错乱圆径ε，通过后述的式4确定的Λ vmm等。由此，第2上限值也能够根据比较简单的式子确定，使进行的处理更加简单。此外，也可以是，所述位移范围决定部在所述第I上限值小于所述第2上限值的情况下(部分lm)，将从与无限远对应的位置(Λ V = O)到所述第I上限值的位置(四角点)为止的范围(例如图14的范围Ix)决定为所述位移范围，在所述第I上限值大于所述第2上限值的情况下(部分In)，将到所述第I上限值的位置为止的所述范围中的、包含根据被摄体的信息得到的上述位置(位置Iyl)在内的一部分(例如范围Iy)决定为所述位移范围，所述一部分的大小为所述第2上限值(Avmm)以下，并且所述一部分包含根据所述被摄体的信息得到的所述位置(位置lyl)。 由此，上述一部分的大小仅设为第2上限值以下，不需要计算第2上限值以外的其他上限值的多余处理等，能够简单地进行处理。此外，以下更加详细地说明得到本发明的一方式的过程。即，一般来说，作为实现视场深度扩张(以下称为EDOF (Extended Depth ofField))的方式,主要有以下3种方式。在第I种方式中,将被称为相位板的光学兀件插入光学系统，从而使深度方向的模糊均一化。然后，在该方式中，使用预先测定的模糊图案、或通过模拟计算出的模糊图案，对得到的图像进行图像复原处理。由此，在该方式中，生成EDOF图像。该方式被称为Wave front Coding (以下称为WFC)(参照前述的非专利文献I)。在第2种方式中，通过对光圈形状施加处理，对图像的部分区域的每一个进行高精度的距离测定。并且，在该方式中，使用与对各部分区域预先测定的各自的距离相应的模糊图案，来进行图像复原处理。由此，在该方式中，生成EDOF图像。该方式被称为CodedAperture (以下称为CA)(参照非专利文献2)。在第3种方式中，通过在曝光时间中使聚焦透镜或摄像元件移动，将在深度方向上同样对焦的图像叠加(即，在各深度中使模糊均一化)。并且，在该方式中，使用预先测定的模糊图案、或通过模拟计算出的模糊图案，对得到的图像进行图像复原处理。由此，在该方式中，生成EDOF图像。该方式被称为Flexible DOF (以下称为F-D0F)(参照非专利文献3)。另外，除上述以外，还有如下的各方式等。即如下的方式利用透镜的轴上色差，进行深度推定或图像的锐度检测，并且通过图像处理得到全体清晰的图像(参照非专利文献
4)。此外，还有如下的方式使用多重焦点透镜使深度方向的模糊均一化，使用预先测定的模糊图案、或通过模拟计算出的模糊图案来进行图像复原处理(参照非专利文献5)。但是，在这些方式中，在原理上与上述3种方式相比，存在EDOF效果较小的缺点。此外，以往存在被称为Focal Stack的方式。在该方式中，对对焦位置(聚焦位置)相互不同的多张图像进行摄影，从各个图像提取被认为已对焦的区域的图像。并且，在该方式中，通过将提取的图像合成来生成EDOF图像。该方式的情况下，需要大量的摄像张数，所以存在摄像所需时间较长的问题，以及较大消耗存储量的问题。在前述的3方式中的第I种的WFC中，提出了各种相位板的种类。作为其中最能得到 EDOF 效果的种类，有 Cubic Phase Mask (以下称为 CPM)、及 Free-Form Phase Mask(以下称为FPM)。从复原后的画质(伪像的多少)的观点出发，FPM较为有优势(参照非专利文献6)。但是，作为WFC所共通的缺点，存在由于插入相位板而透镜的光轴外的特性恶化的性质(参照非专利文献7)。具体地说，与来自正面的入射光相比，对于来自正面以外的入射光，无法得到同样的模糊均一效果。因此，若在图像复原时通过轴上的模糊图案进行复原处理，则复原后的光轴外的画质劣化。此外，将EDOF性能较高的CPM或FPM等非对称形状的相位板作为透镜单元组装时，与组装对称形状的透镜的情况相比，通常具有难以进行偏心调整的问题。前述的3方式中的第2种的CA，通过使用变化的光圈形状来提高距离测定精度。由于该方式本身具有的该特性，摄影的图像及复原处理后得到的图像的特定频率成分丢失。即，在该方式中，存在画质劣化的缺点。此外，在该方式中，通常与光圈形状无关，光量比通常的摄影方法减少。因此，该方式不适于在较暗的地方摄影。前述的3方式中的第3种的F-DOF是3者中能够得到最好的画质的方式，EDOF效果也较高。此外，轴外特性也依存于透镜特性本身，所以容易提高性能。但是，作为光学条件，即使在曝光中使聚焦位置移动，也需要将同一被摄体层叠在同一图像位置上，所以需要使用像侧远心透镜。作为上述EDOF技术的用途，历史最久的是显微镜用途。本用途的情况下，由于能够慢慢地对静物体进行摄影，所以从很早以前便一直采用FocalStack方式。但是，在该方式的情况下，如前所述，要耗时耗力，所以在若干文献中公开了与F-DOF方式的想法结合使用的方式(参照专利文献I 4)。另外，作为在显微镜用途中使用F-DOF的方法，公开了在曝光中使作为被摄体的试件侧移动的情况和使透镜镜筒移动的情况。另外，在以曝光后的图像复原处理为前提时，为了使像的模糊始终均一，对移动方法进行控制。这样，能够应用使用单一的模糊图案的图像复原处理方法，所以被认为是合理的(参照专利文献5)。因此，移动的对象为摄像元件的情况下，需要使其以等速度移动。此夕卜，使聚焦透镜移动的情况下，也需要进行与摄像面以等速度移动相当的聚焦位移(参照非专利文献3)。作为移动的图案，已知可以是在里侧对焦端位置与近前侧对焦端位置之间移动的图案、或是与其相反地移动的图案的任一个。作为EDOF技术的其他用途，近年来，可以举出搭载于便携电话等的摄像机。通过将EDOF技术用于该摄像机，能够实现该摄像机的小型化。即，通过EDOF效果，不必具备自动聚焦机构，就能够得到全焦点图像(所有被摄体与焦点一致的图像)。另外，从本用途的观点出发，需要聚焦透镜或使摄像元件移动的机构，所以F-DOF本身不被采用，而采用WFC或使用轴上色差的方式等。此外，作为另一个用途，可以想到通常的数字静态摄像机。作为数字静态摄像机的近年来的趋势，要求更简单且更少失败的摄影。在EDOF技术中，期待能够得到全焦点图像，而从对焦错误中解放出来。此外，一般来说，作为想要扩张视场深度的例子，可以想到以下的例。作为第1个例子，可以想到将运动较快的被摄体拍摄为看起来似乎停止的情况。这种情况下，必须加快快门速度并打开光圈，所以有时与摄影者的意图相比，视场深度变浅。作为第2个例子，在对运动较慢的被摄体进行摄影的情况下，可以想到如下的情况。即，在摄影环境较暗时，设定为不发生手抖的下限值的快门速度，并且必须打开光圈。这种情况下，与摄影者的意图相比，视场深度也变浅。图I是定义一般的摄像机的被摄体距离U与像面侧距离V的位置关系的图。图2是表示焦点距离为18mm时的被摄体距离u与像面侧距离V的关系的一例的图。作为第3个例子，有微距摄影的情况等、对位于近距离的被摄体进行摄影的情况。为了满足图I的关系，考虑被摄体成像在摄像元件上的状况。图2表示这时的u与V的关系的一例。可以认为视场深度的宽度在图2的横轴、即像面侧的距离上为某一定的范围。若在 图2的横轴上一定的范围内考虑，则对于近距离被摄体、例如处于40cm的位置时的被摄体、和远距离被摄体、例如处于2m的位置时的被摄体，在被摄体侧的视场深度宽度存在如下的关系。即，可知40cm的情况的视场深度宽度变得非常窄。这样，在对花 昆虫等进行微距摄影的情况下，对焦范围变得非常窄，所以存在想要扩张视场深度的需求。在本用途中，存在以下的要求。即，要求高画质。此外，要求能够任意变更EDOF效果的大小和EDOF范围。此外，要求通过应用通常的自动聚焦机构就能够实现(不需要准备特别的光学系统即可)。此外，要求容易地进行EDOF摄影与通常摄影的切换。由于存在这些要求，上述方式中最优越的是F-D0F。使用图3、图4说明实现F-DOF所需的构成。图3表示与F-DOF实现有关的摄像机9的构成例。该摄像机9具备曝光表901、用户输入部902、摄像机控制部903、透镜904、光圈905、快门906、摄像元件907、信号处理部908、图像记录部909。另外，在后述的图4中，示出了实现FDOF动作的图3的摄像机控制部903内的构成等。如后所述，摄像机控制部903具备摄像机参数决定部9a、像面位移控制 摄像部9b、ED0F范围指定部9c。此外，如该图4所示，信号处理部908具备图像复原处理部9d、复原PSF存储部9e。在典型的摄影时的操作例中，用户在摄影之前架设摄像机并决定视场角，并预先指定进行EDOF的范围，然后使快门处于半按状态。用户输入部902始终存储用户最近指示的EDOF范围。用于指定EDOF范围的输入方法不特别指定。用户将快门半按后，用户输入部902检测半按这一情况。然后，检测该时点的、由用户指示的指示视场角，决聚焦点距离。另外，作为用来由用户决定视场角的输入机构，有各种机构。例如，对附属于透镜镜筒的缩放环进行操作的机构、或对附属于摄像机主体的缩放杆进行操作的机构等。决定的焦点距离信息被发送至摄像机控制部903。另外，在一部分摄像机中有固聚焦点，但不限于此。图4是表示摄像机控制部903和信号处理部908的具体构成例的图。由曝光表901接受传感检测到的摄影环境(表示该摄影环境的信息)。由摄像机参数决定部9a决定与该摄影环境相应的合适的摄像机参数。摄像机参数是指快门速度、光圈值、ISO感度。另外，在手动曝光的情况下，向用户提示与由曝光表901提示的曝光对应的、摄像机参数的候补，并通过用户输入部902由用户进行决定摄像机参数的输入。然后，若检测到由用户按下了快门，则EDOF范围指定部9c读出存储的EDOF范围，最终决定实际进行EDOF的范围。然后，基于由摄像机参数决定部9a决定的快门速度及光圈值信息、由EDOF范围指定部9c决定的EDOF范围信息，像面位移控制·摄像部9b进行如下的控制。在该控制中，向光圈905指示所决定的光圈值，并向快门906指示所决定的快门速度。由此，向摄像元件907指示之后进行摄像，以使对焦位置在所决定的EDOF范围内以所决定的快门速度位移。另外，在曝光时间中位移的部分可以不是摄像元件907，可以是构成透镜904的一部分的聚焦透镜组。只要控制为使像面侧的焦点位置的位移距离以大致等速变化即可。另夕卜，使摄像元件907位移的情况下，焦点位置的位移距离与摄像元件907的位移距离一致。另一方面，使聚焦透镜组位移的情况下，焦点位置的位移距离未必与聚焦透镜组的位移距离一致，所以需要注意。该关系性能够由透镜设计数据唯一地决定，所以预先取得关系性的信息。摄像后，像面位移控制 摄像部9b将摄影的图像发送至图像复原处理部9d。该图像复原处理部9d从复原PSF存储部9e读入预先记录的复原PSF。然后，图像复原处理部·9d使用读入的复原PSF，对摄影的图像进行图像复原处理，从而生成全焦点图像。图像复原处理例如是使用理查德森-露西法或维纳滤波器法的处理。具体地说，预先测定基于聚焦位移的模糊图案，或者通过模拟求得。该模糊图案作为PSF数据保持在复原PSF存储部9e中。此外，作为图像复原处理所使用的方法，除了上述维纳滤波器法(Wiener Filter)、露西-理查德森法(Lucy-Richardson)以外还有各种方法，可以使用任一方法。图像记录部109将复原的图像信号作为摄像数据记录。这样，在各种EDOF方式中，作为数字静态摄像机用途，FDOF方式较有优势。另一方面，对这些摄像机来说，缩放功能非常重要。虽然有将摄像的图像直接扩大 缩小的数字缩放、和通过透镜配置的控制来使焦点距离变化的光学缩放，但是基本上画质劣化较少的光学缩放被通常采用。通过光学缩放使焦点距离变化时，视场深度本身也变化。在此，设焦点距离为f、透镜的光圈值SFn。、允许错乱圆径为ε。另外，在考虑以像素等倍观看由数字摄像机摄像的图像的情况下，也可以将允许错乱圆径ε考虑为摄像元件的单元间隔尺寸。另外，这种情况下，规定为“在对焦状态下每I像素都不模糊”。设将里侧的视场深度端置于无限远时的、近前侧视场深度端为MOD时，已知存在如下的式I的关系。数I
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2}: P图5是定义对焦范围于作为前侧DOF端的MOD (最短摄影距离Minimum ObjectDistance)的图。具体地说，是该图5这样的示意。在此，ε由摄像机的种类决定，光圈值Fn。由明亮度 被摄体等的摄影条件决定。在此可知，若按照用户的摄影意图使焦点距离f变化(也就是使视场角变化)，则MOD也变化。通常，在某焦点距离f时，用户若想得到期望的M0D，则按照式I的关系，用户或摄像机对光圈值Fn。进行变更。但是，如上述背景技术中的记载，存在如下的用户需求为了得到期望的MOD而不想变更Fn。，也就是说，希望与期望的MOD无关地，由被摄体速度或明亮度等条件来自由地设定Fn。。
一般来说，已知在EDOF中，越大幅扩大视场深度范围，越增大视场深度扩大量(视场深度扩大幅度)，则越大地受到噪音的影响。即，视场深度扩大量和图像的S/N比(画质)存在折衷的关系，视场深度扩大量越大，画质越低。在WFC、CA、和基于透镜色差方式、多重焦点透镜方式的EDOF中，通过对光学元件施以处理，实现EDOF效果。因此，无法按照用户的要求自由地变更EDOF范围。另一方面，能够将视场深度扩大幅度保持为由设计决定的一定的程度。另一方面，FDOF与其他方式不同，具有能够自由变更EDOF范围的灵活性，但是考虑上述的折衷关系，为了使S/N比(画质)不过低，需要设定视场深度扩大幅度。也就是说，存在制约条件。此外，作为FDOF特有的制约，存在驱动器的能力的问题。FDOF在曝光时间中需要 高速扫描驱动。由于该驱动器的能力不同，制约条件也可能变化。此外，优选为在考虑了这些制约条件的基础上根据状况来进行限定EDOF范围的控制，但是对于由什么样的用户交互来限定EDOF范围，就能够被用户无不适感地接受，到目前为止并没有文献记载。本发明的一方式的前述的摄像装置解决这样的以往的课题。即，根据本摄像装置，通过与用户的交互，能够无不适感地进行基于F-DOF的EDOF范围限定。此外，在本摄像装置中，在采用实现视场深度扩张的方式的摄像装置中，即使变更焦点距离，也能够没有破绽地实现有效的视场深度扩张。此外，通过本摄像装置的构成，在改变焦点距离来进行摄影时，能够考虑到必要的制约条件的变化，例如在具有缩放功能的摄像机中，也能够实现基于FDOF的视场深度扩大。此外，通过本摄像装置的构成，除了上述的各效果之外，能够以包含用户想要对焦的对象物的方式来扩大视场深度。此外，通过本摄像装置的构成，作为本摄像装置的输出，能够输出将视场深度扩张后的鲜明的图像。此外，根据本摄像装置，在使用具有焦点距离变化的缩放功能的摄像机进行摄像时，考虑必要的制约条件的变化来进行控制，从而实现基于FDOF的视场深度扩大。以下，参照
本发明的各实施方式。另外，以下说明的各实施方式都只示出本发明的一具体例。以下的实施方式所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、步骤、步骤的顺序等仅为一例，不意图限定本发明。此外，对于以下的实施方式的构成要素中的、表示最上位概念的独立权利要求所未记载的构成要素，作为任意的构成要素来说明。(实施方式I)参照图6 15说明本发明的实施方式I中的摄像装置。图6是表示本实施方式I中的摄像机(摄像装置)I的基本构成的图。图6所示的摄像机I的基本构成与前述的摄像机9的构成相同，以图3为基础。另夕卜，对于摄像机I中的与摄像机9相同的部分适当省略说明。图7是表示本实施方式I中的摄像机控制部103的具体构成的图。摄像机控制部103具备摄像机参数决定部11、位移范围制约有无判定部12、由位移范围决定部13构成的视场深度扩张范围决定部103j、像面位移控制 摄像部14。另外，信号处理部108的具体构成·动作以图4的信号处理部908中描述的构成·动作为基础。由曝光表101接受传感检测到的摄影环境(的信息)，由摄像机参数决定部11决定与摄影环境相应的合适的摄像机参数。在此，摄像机参数除了快门速度、光圈值、ISO感度之外，还包含焦点距离。焦点距离由用户输入部102指示。对于摄像机参数决定部11中的其他部分，以前述的图4的摄像机参数决定部9a的记载为基础。然后，若检测到由用户按下了快门，则位移范围制约有无判定部12基于从摄像机参数决定部11输出的焦点距离、光圈值、ISO感度信息，基于后述的判断流程，判定使焦点位置(例如摄像元件的位置)位移的范围的制约的有无。位移范围决定部13基于由位移范围制约有无判定部12判定的制约条件,决定聚焦点位置的位移范围。具体地说，决定使摄像元件107或透镜104的一部分(例如聚焦透镜组等)位移多少，决定该位移的位移范围。 另外，如在前述的摄像机9中所述，在使摄像元件107位移的情况下，像面侧的焦点位置的位移距离与像面侧的摄像元件107的位移距离一致。另一方面，在使聚焦透镜组位移的情况下，焦点位置的位移距离与聚焦透镜组的位移距离未必一致，所以需要注意。该关系性能够由透镜设计数据唯一地决定，所以预先取得该关系性的信息。基于由摄像机参数决定部11决定的快门速度及光圈值信息和由位移范围决定部13决定的焦点位置的位移范围信息，像面位移控制·摄像部5向光圈105指示所决定的光圈值，并向快门106指示所决定的快门速度，向摄像元件107 (驱动摄像元件107的驱动器等)指示之后，使摄像机I进行摄像，以在决定的位移范围内以决定的快门速度位移。另外，如前所述，在曝光时间中位移的部分可以不是摄像元件107，而是构成透镜104的一部分的聚焦透镜组。使像面侧的焦点位置的位移距离以大致等速变化的方式进行控制即可。以下说明位移范围制约有无判定部12中的、用于判定使焦点位置位移的范围的制约的有无的判断流程。通常，在某焦点距离f时，用户若想要得到期望的M0D，按照下述式2的关系，由用户或摄像机来变更光圈值Fn。。但是，如前所述，为了得到期望的MOD，存在如下的用户需求不想变更Fn。，也就是说，与期望的MOD无关，希望通过被摄体的移动速度或明亮度等条件来自由地设定Fn。。在此，通过EDOF将视场深度扩张时的、扩张后的近前侧视场深度端MODeiwf能够通过下式记述。数2= J1
22 Fms透镜的光圈值Fno由用户根据摄影状况设定，N是表示视场深度扩大的等级的数字，在此简称为 EDOF 步骤数。这样，MODedof (f，N) = MODedof Cf,O)/2 八(N/2) = MDOF Cf)/2八(N/2)。另外，在此，a八b表示a的b次方。图8表示将EDOF步骤数N与Fn。的关系汇总而成的图。作为处于图的左侧2列的关系进行定义，例如对于以F2. 8得到的视场深度，通过EDOF能够得到与F90. 5同等的视场深度的情况下，该EDOF效果表现为从13减去3而得到的的10级量的效果。这样，EDOF步骤数N与光圈级数等价，这意味着，实际上不进行收敛而通过EDOF得到与通过进行N级收敛得到的视场深度扩张同等的效果。不扩大视场深度的情况下，N = O(参照前述的MOD = M0DEIWF(f，0))，扩大视场深度的情况下，N为正的数。即，视场深度扩张后的与近前侧视场深度端的距离如前所述，为MODedqf Cf, N) = MODedof (f，0)/2八(N/2)。该式中的MODeiwf (f，0)是N = O时的不进行视场深度扩张的情况下的与近前侧视场深度端的距离。即，与近前侧视场深度端的距离通过视场深度扩张而成为1/2 '(N/2)倍，从而被设为仅1/2 a (N/2)倍这样的更小的距离。因此，该距离被缩短，而缩短的缩短幅度由该N等级决定为1/2八(N/2)倍的幅度。通过新追加N这一变量，在式3中可知，f、Fm、M0DEDQF的设定自由度变高。另外，在图8的表的第3列，示出了焦点距离f为18mm、摄像元件的单元尺寸(允许错乱圆)为I. 5um 时的MOD (MODedof)0在此，若将满足图I的关系的被摄体侧的距离u和像面侧的距离V的透镜的焦点距离设为f，则从透镜的公式可知，以下的式3成立。数3
权利要求
1.一种摄像装置，为了实现视场深度扩张，以在曝光时间中使对焦位置位移的方式进行摄像，该摄像装置具备 输入部，接受焦点距离的输入； 位移范围决定部，基于所述焦点距离，决定对焦位置的位移范围 '及 摄像部，以在曝光时间中使对焦位置在所述位移范围内位移的方式进行摄像。
2.如权利要求I所述的摄像装置， 所述位移范围决定部以使所述位移范围的大小不超过由所述焦点距离决定的上限值的方式，决定所述位移范围。
3.如权利要求2所述的摄像装置， 所述上限值包含第I上限值，该第I上限值与将预先决定的大小的物体摄像为规定的大小的位置对应。
4.如权利要求3所述的摄像装置， 所述上限值包含第2上限值，该第2上限值用于满足预先决定的画质。
5.如权利要求4所述的摄像装置， 所述上限值包含所述第I上限值和所述第2上限值， 所述位移范围决定部，在所述第I上限值大于所述第2上限值的情况下，将包含根据由所述输入部取得的被摄体的信息得到的位置在内的范围决定为所述位移范围。
6.如权利要求5所述的摄像装置， 所述输入部确定所述被摄体， 所述视场深度扩张范围决定部具备对焦位置检测部，测定与确定的所述被摄体的距离， 在所述第I上限值大于所述第2上限值的情况下，将包含测定的所述距离在内的位置的范围决定为所述位移范围。
7.如权利要求I 6中任一项所述的摄像装置，还具备 曝光表；及 摄像机参数决定部，基于从所述曝光表取得的摄影环境的明亮度信息，决定快门速度、光圈值及ISO感度； 所述位移范围决定部除了所述焦点距离之外，还基于决定的所述快门速度、所述光圈值及所述ISO感度的至少I个来决定所述位移范围。
8.如权利要求I 7中任一项所述的摄像装置，还具备 信号处理部，进行复原处理，该复原处理用于提高从所述摄像部输出的摄像图像的清晰度。
9.如权利要求3 6中任一项所述的摄像装置， 根据所述焦点距离f、视场角Θ ^、被摄体的距离k、摄像元件的大小X，所述第I上限值是由下式确定的ΔνΑΙ[Γ。
数I
10.如权利要求4 6中任一项所述的摄像装置， 根据所述焦点距离f、视场深度扩大量N、光圈值Fn。、允许错乱圆径ε，所述第2上限值是由下式确定的AvNUm。
数2
11.如权利要求5所述的摄像装置， 所述位移范围决定部， 在所述第I上限值小于所述第2上限值的情况下，将从与无限远对应的位置到所述第I上限值的位置为止的范围决定为所述位移范围， 在所述第I上限值大于所述第2上限值的情况下，将到所述第I上限值的位置为止的所述范围中的一部分决定为所述位移范围， 所述一部分的大小为所述第2上限值以下，并且所述一部分为包含根据所述被摄体的信息得到的所述位置的部分。
12.—种摄像方法，为了实现视场深度扩张，以在曝光时间中使对焦位置位移的方式进行摄像，该摄像方法包括以下步骤 输入步骤，接受焦点距离的输入； 位移范围决定步骤，基于所述焦点距离，决定对焦位置的位移范围 '及 摄像步骤，以在曝光时间中使对焦位置在所述位移范围内位移的方式进行摄像。
13.一种集成电路，具备 位移范围决定部，基于由摄像装置所具备的输入部接受的输入所示的焦点距离，决定对焦位置的位移范围，该摄像装置为了实现视场深度扩张，以在曝光时间中使对焦位置位移的方式进行摄像；及 摄像控制部，使所述摄像装置以在曝光时间中使对焦位置在所述位移范围内位移的方式进行摄像。
14.一种计算机程序，使计算机执行以下步骤， 位移范围决定步骤，基于由摄像装置所具备的输入部接受的输入所示的焦点距离，决定对焦位置的位移范围，该摄像装置为了实现视场深度扩张，以在曝光时间中使对焦位置位移的方式进行摄像 '及 摄像控制步骤，使所述摄像装置以在曝光时间中使对焦位置在所述位移范围内位移的方式进行摄像。
全文摘要
摄像机(1)具备用户输入部(102)，通过与用户的交互，无不适感地进行基于F-DOF的EDOF范围限定，接受焦点距离的输入；范围决定部(13x)，基于焦点距离，决定对焦位置的位移范围；摄像部(14x)，以在曝光时间中使对焦位置在所述位移范围内位移的方式进行摄像。
文档编号G03B7/08GK102884784SQ20128000129
公开日2013年1月16日 申请日期2012年3月14日 优先权日2011年3月14日
发明者河村岳, 小仓康伸 申请人:松下电器产业株式会社