JP2974338B2 - Automatic focusing device - Google Patents

Automatic focusing device

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JP2974338B2
JP2974338B2 JP1233836A JP23383689A JP2974338B2 JP 2974338 B2 JP2974338 B2 JP 2974338B2 JP 1233836 A JP1233836 A JP 1233836A JP 23383689 A JP23383689 A JP 23383689A JP 2974338 B2 JP2974338 B2 JP 2974338B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はビデオカメラに係り、さらに詳しくはビデオ
カメラの自動焦点調節装置(AFシステム)に関するもの
である。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a video camera, and more particularly, to an automatic focusing device (AF system) for a video camera.

(従来の技術) 近年、ビデオカメラを始めとする映像機器の発展はめ
ざましく、あらゆる面で小型化、自動化、多機能化がは
かられ、その一環として、ほとんどのビデオカメラにお
いて自動焦点調節装置が標準的に装備されるに至ってい
る。
(Prior art) In recent years, video cameras and other video equipment have been remarkably developed, and miniaturization, automation, and multi-functionality have been achieved in all aspects. As part of this, an automatic focusing device has been used in most video cameras. It has become standard equipment.

自動焦点調節装置にも種々の方式があるが、特にビデ
オカメラは、静止画を撮影するスチルカメラと異なり、
移動する被写体に対して連続して焦点を合わせ続ける必
要があるため、動く被写体に対して合焦状態を保つため
の性能が重要である。
There are various types of automatic focusing devices, but video cameras are particularly different from still cameras that capture still images.
Since it is necessary to continuously focus on a moving subject, performance for maintaining a focused state on a moving subject is important.

そしてこのような観点から、自動焦点調節装置の性能
を見るポイントとして、安定性と即応性を上げることが
できる、安定性とはフォーカシングレンズが不必要に動
作しない事、すなわち合焦の状態から不必要にフォーカ
シングレンズが移動してボケを生じるような誤動作を起
こさないことを意味する。また即応性とは、フォーカシ
ングを行う場合、適切な方向判定、速度制御を行い、す
みやかに合焦状態へとフォーカシングレンズを動作させ
ることである。動画としての適切な自動焦点調節装置
は、この2点を適切にバランスさせ、画像の変化に対し
て適切な過度応答を実現させる必要がある。このために
は、現在の焦点状態が合焦であるか否かを知る情報およ
び確実なモータ方向、速度制御情報を得る必要がある。
From such a point of view, as a point of observing the performance of the automatic focusing apparatus, stability and responsiveness can be improved. Stability means that the focusing lens does not operate unnecessarily, that is, from the state of focusing. This means that the focusing lens does not move and does not cause a malfunction such as blurring. The quick response means that when performing focusing, appropriate direction determination and speed control are performed, and the focusing lens is promptly moved to a focused state. A suitable automatic focusing device for a moving image needs to properly balance these two points and realize an appropriate transient response to a change in an image. For this purpose, it is necessary to obtain information for knowing whether or not the current focus state is in focus and reliable motor direction and speed control information.

また近年のビデオカメラでは、被写体の距離等に関係
なく焦点調節を行えるとの理由から、画像信号中から焦
点状態に応じて変化する信号成分を抽出し、その信号に
基づいて焦点調節を行う方式が広く採用される傾向にあ
る。
In recent video cameras, a signal component that changes according to the focus state is extracted from an image signal, and the focus is adjusted based on the signal, because the focus can be adjusted irrespective of the distance of a subject or the like. Tend to be widely adopted.

(発明が解決しようとする問題点) 画像信号からこれらの情報を得る方式のAFシステムで
は、現在大別して2種の方式がある。
(Problems to be Solved by the Invention) Currently, there are roughly two types of AF systems of a type that obtains such information from an image signal.

一方は光路変調を行って焦点検出を行う変調方式、他
方は試行方式である。
One is a modulation method for performing focus detection by performing optical path modulation, and the other is a trial method.

前者の変調方式は、ピエゾ素子等でレンズあるいは撮
像素子等を周期的に振動して光路変調し、積極的に前ピ
ン、後ピン情報、合焦情報の判別情報を得るもので、確
実かつ高速に現在の合焦状態およびフォーカシングモー
タの駆動方向情報を得ることができる長所を有する反
面、ピエゾ素子およびその駆動回路等の付加により光像
的に複雑かつ高価となる短所を有する。
The former modulation method periodically oscillates a lens or an image sensor with a piezo element or the like to modulate the optical path and positively obtain front-pin, rear-pin information and focus information discrimination information. Although it has the advantage of being able to obtain information on the current in-focus state and the driving direction of the focusing motor, it has the disadvantage of being optically complex and expensive due to the addition of the piezo element and its drive circuit.

また後者の試行方式は、フォーカシングモータを駆動
した結果、変化した画像信号からフォーカシングレンズ
の移動方向、合焦状態等のAF制御情報を得るもので、先
ずフォーカシングレンズを微小変移させる(試行する)
ことから試行方式と呼ばれている。これは変調方式のよ
うな複雑な構造を必要とせず低価格で実現できるが、フ
ォーカスの試行動作に時間がかかり、変調方式に比較し
て本質的に、画像の時間変化と、試行による変化の判別
が不可能となる確立が高くなるため、得られた制御情報
にあいまいさが多くなる。
In the latter trial method, AF control information such as the moving direction of the focusing lens and the in-focus state is obtained from a changed image signal as a result of driving the focusing motor. First, the focusing lens is slightly shifted (trial).
Therefore, it is called a trial method. This can be realized at a low price without the need for a complicated structure such as a modulation method, but the time required for the trial operation of the focus is longer than that of the modulation method. Since the probability that the determination becomes impossible increases, the ambiguity of the obtained control information increases.

このため、試行方向では、フォーカス制御情報を単純
な閾値と比較して制御する2値制御においては、一度合
焦した後の再起動判定を行った場合、誤判定が多く、合
焦しているにもかかわらずフォーカシングモータが再起
動して画像がボケることによる画質の劣化が顕著とな
る。
For this reason, in the trial direction, in the binary control in which the focus control information is compared with a simple threshold value and control is performed, if the restart determination is performed after the focus has been performed once, there are many erroneous determinations and the focus is achieved. Nevertheless, the deterioration of the image quality due to the blurring of the image due to the restart of the focusing motor becomes remarkable.

(問題点を解決するための手段) 本発明は上述の問題点を解決するためになされたもの
で、その特徴とするところは、撮像信号中より焦点状態
に応じて変化する第1の焦点信号と、該第1の焦点信号
より特性の急峻な第2の焦点信号を抽出する抽出手段
と、前記抽出手段より出力された前記第1及び第2の焦
点信号をそれぞれ微分して第1及び第2の微分信号を出
力する手段と、前記第1の焦点信号のレベルに応じて焦
点調節速度を、現在の焦点調節方向と前記第1の微分信
号の極性に基づいて焦点調節方向をそれぞれ制御し、合
焦近傍では前記第2の焦点信号のレベルに応じて焦点調
節速度を、現在の焦点調節方向と前記第2の微分信号の
極性に基づいて焦点調節方向をそれぞれ制御し、前記第
2の信号レベルが最大で前記第2の微分信号が実質的に
ゼロとなる位置を合焦点として検出する焦点制御手段と
を備え、前記焦点制御手段は、前記第1の焦点信号のレ
ベルが小さく、第1の微分信号のレベルが小さいとき、
高速で焦点調節を行うことを定義した第1のルールと、
前記第1の焦点のレベルが小さく、前記第1の微分信号
のレベルが大きく、第2の微分信号のレベルが小さいと
き中速で焦点調整速度を行うことを定義した第2のルー
ルと、前記第2の焦点信号のレベルが大きく、前記第2
の微分信号のレベルが大きいとき低速で焦点調節を行う
ことを定義した第3のルールとを備え、現在の第1及び
第2の焦点信号と第1及び第2の微分信号の状態が前記
各ルールを満足する確率を重心演算することによて、前
記焦点調節速度を決定するように構成された自動焦点調
節装置にある。
(Means for Solving the Problems) The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is characterized by a first focus signal that changes according to a focus state from an image pickup signal. Extracting means for extracting a second focus signal having a characteristic steeper than the first focus signal; and differentiating the first and second focus signals output from the extracting means to obtain first and second focus signals. Means for outputting a second differential signal, a focus adjustment speed according to the level of the first focus signal, and a focus adjustment direction based on the current focus adjustment direction and the polarity of the first differential signal. Controlling the focus adjustment speed in accordance with the level of the second focus signal in the vicinity of focusing, and controlling the focus adjustment direction based on the current focus adjustment direction and the polarity of the second differential signal. The second differential signal having a maximum signal level Focus control means for detecting a position where is substantially zero as a focal point, wherein the focus control means is configured such that when the level of the first focus signal is small and the level of the first differential signal is small,
A first rule that defines fast focusing, and
A second rule that defines that when the level of the first focus is low, the level of the first differential signal is high, and the level of the second differential signal is low, the focus adjustment speed is performed at a medium speed; The level of the second focus signal is large,
A third rule that defines that focus adjustment is performed at a low speed when the level of the differentiated signal is large, and the current state of the first and second focus signals and the state of the first and second differentiated signals is An automatic focus adjustment device is configured to determine the focus adjustment speed by calculating a center of gravity of a probability of satisfying a rule.

(実施例) 以下、本発明における自動焦点調節装置を各図を参照
しながら、その実施例について詳述する。
(Embodiment) Hereinafter, an embodiment of the automatic focusing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明のビデオカメラにおける自動焦点調節
の構成を示すブロツク図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of automatic focus adjustment in a video camera of the present invention.

同図において、フォーカシングレンズ101を通過した
入射光は、CCD等の撮像素子およびその信号処理回路か
らなる撮像ブロツク102を介して画像信号103として出力
される。画像信号103は、直接およびハイパスフィルタ1
04を介して信号処理回路105に入力される。信号処理回
路105では画像の合焦判定情報として高周波信号成分、
正規化エッジ信号およびこれらの複合信号が取り出され
る。
In FIG. 1, incident light that has passed through a focusing lens 101 is output as an image signal 103 via an image pickup block 102 including an image pickup device such as a CCD and a signal processing circuit thereof. The image signal 103 is output to the direct and high-pass filter 1
The signal is input to the signal processing circuit 105 via the line 04. In the signal processing circuit 105, a high-frequency signal component as focus determination information of the image,
The normalized edge signals and their composite signals are extracted.

AD変換器106は、これらの信号をAD変換し、マイクロ
コンピユータ(以下マイコンと称す)107に供給する。
マイコン107は、これらの信号から、フォーカシングレ
ンズ駆動用のフォーカスモータMの駆動速度を決定し、
フォーカスドライバ108を介してフォーカシングレンズ1
01を制御する。またマイコン107は、フォーカスモータ
の駆動速度決定にあたり、補助情報として、被写界深度
を計算するため、ズームエンコーダ109、アイリスエン
コーダ110より、それぞれ焦点距離情報、絞り値情報の
を取り込み速度演算に使用する。これは焦点調節時にお
いて、被写界深度に応じてフォーカシングレンズの位置
敏感度が変化するからである。
The AD converter 106 AD-converts these signals and supplies the signals to a micro computer (hereinafter, referred to as a microcomputer) 107.
The microcomputer 107 determines the driving speed of the focus motor M for driving the focusing lens from these signals,
Focusing lens 1 via focus driver 108
Control 01. Also, the microcomputer 107 takes in the focal length information and the aperture value information from the zoom encoder 109 and the iris encoder 110 to calculate the depth of field as auxiliary information in determining the driving speed of the focus motor, and uses the information for the speed calculation. I do. This is because the position sensitivity of the focusing lens changes according to the depth of field during the focus adjustment.

信号処理回路105で取り出す高周波信号成分および正
規化エッジ信号のフォーカシングレンズ位置に対する変
化特性を第2図に示す。同図において、201は高周波信
号成分の変化特性、203は正規化エッジ信号の変化特性
を示す。ここで高周波成分はHPFによつて抽出された輝
度信号の高周波成分であり、正規化エッジ信号は、たと
えば本出願人の出願による特開昭62−103616号、特開昭
63−128878号等では詳細に述べられているように、HPF
を通過した高周波信号成分を微分した微分値をコントラ
ストで正規化することによつて得た被写体像のエッジ部
分の幅に相当する信号成分を演算したものである。
FIG. 2 shows the change characteristics of the high-frequency signal component and the normalized edge signal extracted by the signal processing circuit 105 with respect to the focusing lens position. In the figure, 201 indicates a change characteristic of a high-frequency signal component, and 203 indicates a change characteristic of a normalized edge signal. Here, the high-frequency component is a high-frequency component of the luminance signal extracted by the HPF, and the normalized edge signal is, for example, disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 62-103616 and 62-103616 filed by the present applicant.
As described in detail in JP-A-63-128878, HPF
The signal component corresponding to the width of the edge portion of the subject image obtained by normalizing the differential value obtained by differentiating the high-frequency signal component that has passed through with the contrast is calculated.

そして、これらの信号はいずれも合焦時にピークを形
成するため、フォーカス制御は基本的にこのピークへ向
けてフォーカシングレンズを駆動して山登り制御を行う
ことにより、実現される。
Since all of these signals form a peak at the time of focusing, focus control is basically realized by driving the focusing lens toward this peak and performing hill-climbing control.

高周波信号成分と正規化エッジ信号との違いは、合焦
点近傍におけるピークの急峻さにある。正規化エッジ信
号は、合焦近傍のみで急峻なピークを形成し、合焦点か
ら大きく離れた位置ではほとんど山を生じないため、確
実な合焦判定情報を持つ。それに対して高周波成分情報
は、はだらかなピークを形成し、画像が大ぼけの状態で
も、フォーカシングレンズの駆動方向の判定が可能とな
るように設定されている。
The difference between the high-frequency signal component and the normalized edge signal is the sharpness of the peak near the focal point. The normalized edge signal forms a steep peak only in the vicinity of the in-focus state, and has almost no peak at a position far away from the in-focus point, so that it has reliable in-focus determination information. On the other hand, the high-frequency component information is set so that a gentle peak is formed and the driving direction of the focusing lens can be determined even when the image is largely blurred.

205はフォーカシングレンズ101を無限遠方向へ移動さ
せた場合の正規化エッジ信号の微分値で、合焦点近傍で
ピークを形成する。この信号は後で述べるように、合焦
時におけるフォーカスモータの停止判定に使用される。
205 is a differential value of the normalized edge signal when the focusing lens 101 is moved toward infinity, and forms a peak near the focal point. This signal is used to determine whether to stop the focus motor at the time of focusing, as described later.

同図中、点線で示す202,204は各々被写界深度が深く
なった場合の高周波信号および正規化エッジ信号の特性
で、傾きが緩やかになつて平坦な特性になる。
In the figure, 202 and 204 indicated by dotted lines are the characteristics of the high-frequency signal and the normalized edge signal when the depth of field is deep, and have a gentle slope and a flat characteristic.

このため、被写界深度が深くなった場合、この傾き変
化に応じて、通常の特性曲線201,203に基づいて設定さ
れた制御データの補正を行う必要がある。
Therefore, when the depth of field becomes deep, it is necessary to correct the control data set based on the normal characteristic curves 201 and 203 according to the change in the inclination.

ここで正規化エッジ情報について説明する。第3図
(a)はエッジ部分の画像信号、同図(b)はその部分
波形である。301は被写体が高コントラストの場合、302
は低コントラストの場合の信号レベルを表わす波形であ
る。
Here, the normalized edge information will be described. FIG. 3A shows an image signal of an edge portion, and FIG. 3B shows a partial waveform thereof. 301 is 302 if the subject is high contrast
Is a waveform representing the signal level in the case of low contrast.

そして合焦判定に必要な情報は傾斜部の幅Δxであ
る。同図(b)の微分波形303について考えてみると、
その高さΔhはコントラストに依存する。したがつてそ
のピーク点を頂点とする山の部分の面績(S)304もコ
ントラストに依存する。この波形を三角形とみなせば、
面積Sは、 S=Δx・Δh で与えられ、したがつて Δx=S/Δh となり、コントラストに依存しないすなわち正規化され
たエッジ傾斜部の幅Δxが得られる。信号処理回路105
は、この演算処理を行うものあるが、回路自体は前述し
た先行例等を用いて実現することができるので、説明は
省略する。
The information required for the focus determination is the width Δx of the inclined portion. Considering the differentiated waveform 303 in FIG.
The height Δh depends on the contrast. Therefore, the face value (S) 304 of the mountain part having the peak point as the apex also depends on the contrast. Considering this waveform as a triangle,
The area S is given by S = Δx · Δh, so that Δx = S / Δh, and a width Δx of the edge slope that is independent of the contrast, that is, normalized, is obtained. Signal processing circuit 105
Performs this arithmetic processing, but since the circuit itself can be realized using the above-described prior example and the like, the description is omitted.

次に本発明における制御アルゴリズムの概略4図に示
す。基本的には制御ループは2つあり、step1でフォー
カスモータを移動制御し、step2で合焦判定を行い、合
焦ならstep4でモータを停止し、非合焦ならstep3へと進
んでゼロエスケープルーチンを介してstep1へ戻ってモ
ータの駆動制御を続けるように動作するフォーカスモー
タ制御ループと、step2で合焦と判定されて停止したフ
ォーカスモータを再び起動するため、合焦点を外れたか
否かを判定して再起動の判定を行うstep5による再起動
判定ループである。そして実際の制御動作は、いずれか
の制御ループを1フィールドに1回まわることになり、
各判定ルーチンの結果に応じてこれらのループ間を遷移
する。
Next, FIG. 4 schematically shows a control algorithm according to the present invention. Basically, there are two control loops. Control the movement of the focus motor in step 1, perform the focus determination in step 2, stop the motor in step 4 if it is in focus, proceed to step 3 if out of focus, and go to step 3 to perform the zero escape routine To return to step 1 via step 2 and continue the motor drive control, and to restart the focus motor that was determined to be in focus and stopped in step 2 This is a restart determination loop in step 5 in which a restart is determined. Then, in the actual control operation, one of the control loops is performed once in one field,
A transition is made between these loops according to the result of each determination routine.

step1に示すフォーカスモータ制御ルーチンについて
説明する。これは前述の如く第2図の信号波形の山登り
制御を行うものであるが、入力情報の信号である高周波
信号成分、正規化エッジ信号は、実際には被写体依存性
があり、その波形、レベルは被写体及びその環境等に応
じて変動する。このように、情報にあいまいさを含むた
め、本システムでは、フォーカシングモータ制御にファ
ジー推論による制御を使用する。このアルゴリズムを以
下に説明する。
The focus motor control routine shown in step 1 will be described. This performs hill-climbing control of the signal waveform in FIG. 2 as described above. However, the high-frequency signal component and the normalized edge signal, which are input information signals, actually have object dependence, and their waveforms and levels Fluctuates depending on the subject and its environment. As described above, since the information includes ambiguity, the present system uses control by fuzzy inference for controlling the focusing motor. This algorithm is described below.

理想的なフォーカスモータ速度制御は、第2図下部に
記したようなものであり、合焦点から離れた大ボケの状
態では高速、合焦に近くなれば中速→低速となり、合焦
点で停止することが望ましい。しかしこれらの速度分布
の環境は不明瞭である。
The ideal focus motor speed control is as shown in the lower part of FIG. 2. In the case of a large blur away from the focal point, the speed is high, and when the focus is close to the medium, the speed changes from medium speed to low speed, and the focus stops at the focal point. It is desirable to do. However, the environment of these velocity distributions is unclear.

ファジー推論におけるルールでは、この速度と、入力
情報との関係を第8図に示すtable1のようにルール化す
る。
In the rules in the fuzzy inference, the relationship between the speed and the input information is made into a rule as shown in table1 in FIG.

ルール0は、ピーク(合焦時)のモータ停止ルール、
ルール1(7)は大ボケ時の高速山登りルール、ルール
2(8)は大ボケ時の高速逆転ルール、ルール3(9)
は中ボケ時の中速山登りルール、ルール4(10)は中ボ
ケ時の中速逆転ルール、ルール5(11)は合焦近傍の低
速山登りルール、ルール6(12)は合焦近傍の低速逆転
ルールである。ここで(7)〜(12)は、フォーカスモ
ータが至近側へと移動している場合のルールである。
Rule 0 is the peak (at the time of focusing) motor stop rule,
Rule 1 (7) is a high-speed hill-climbing rule for large blur, Rule 2 (8) is a fast reversal rule for large blur, Rule 3 (9)
Is the middle-speed hill-climbing rule during middle-blurring, Rule 4 (10) is the middle-speed reverse rule during middle-blurring, Rule 5 (11) is the low-speed hill-climbing rule near focus, and Rule 6 (12) is the low-speed near focus This is a reversal rule. Here, (7) to (12) are rules when the focus motor is moving to the closest side.

条件部(IF部)の式の左辺が、入力情報、右辺がその
メンバシップ関数である。
The left side of the expression of the conditional part (IF part) is the input information, and the right side is its membership function.

P−Small,P−Bigは正値、N−Small,N−Bigは負値を
表す。また出力部(Then部)の左辺は出力情報、右辺が
そのメンバシップ関数である。
P-Small, P-Big represents a positive value, and N-Small, N-Big represents a negative value. The left side of the output section (Then section) is output information, and the right side is its membership function.

ただし、入力情報のうち山登りルールのフォーカスモ
ータは、現在(この推論を行う直前の出力)のフォーカ
スモータ駆動方向、逆転ルールのフォーカスモータ′
は、フォーカスモータ出力から実際に逆転し、その結果
が入力情報に現われるまでの時間分を遅延させたフォー
カスモータ駆動方向である。この式の右辺は、フォーカ
スモータ駆動方向検出手段の精度に応じて、メンバシッ
プ関数によつて与えてもよいし、‘1',‘0'の2値で与
えてもよい。
However, among the input information, the focus motor of the hill-climbing rule is the focus motor drive direction of the current (output immediately before performing this inference), and the focus motor of the reverse rotation rule.
Is a focus motor driving direction in which the time from when the output actually reverses from the focus motor output until the result appears in the input information is delayed. The right side of this equation may be given by a membership function or may be given by two values of '1' and '0' according to the accuracy of the focus motor driving direction detecting means.

table1の入出力部に対応したメンバシップ関数の概形
を第5図(a),(b),(c)に示す。同図(a)は
正規化エッジ信号と高周波信号成分に関するメンバシッ
プ関数、同図(b)は正規化エッジ信号部分値と高周波
信号微分値に関するメンバシップ関数、同図(c)はフ
ォーカスモータの出力すなわち速度に関するメンバシッ
プ関数である。
FIGS. 5 (a), (b) and (c) show the outline of the membership function corresponding to the input / output section of table1. FIG. 3A shows a membership function relating to a normalized edge signal and a high-frequency signal component, FIG. 4B shows a membership function relating to a normalized edge signal partial value and a high-frequency signal differential value, and FIG. It is a membership function related to output, that is, speed.

ここで△,▲印の入力情報があつた場合を例にしてそ
の演算方法を説明する。ただしこの時、フォオカスモー
タは、無限遠方向へ動作しているものとする。
Here, the calculation method will be described by taking as an example the case where there is input information indicated by △ and ▲. However, at this time, it is assumed that the focus motor is operating in the infinity direction.

この場合適合するルールは、第8図のtable1より、ル
ール0,1,3である。ここでルール5が用いられていない
のは、ルール5の入力部における『正規化エッジ信号微
分値==P−Big』となる条件を満たしていないため、
入力部の条件に適合しないためである。そして条件部の
各式の入力値に対し、右辺のメンバシップ関数の交点
が、その式の評価値である。各ルールの各条件式は、こ
の場合&&(アンド)結合であるため、各式の中の最小
値が、その条件部の評価値となる。
In this case, the matching rules are rules 0, 1, and 3 from table1 in FIG. Here, the rule 5 is not used because the condition of “normalized edge signal differential value == P−Big” in the input part of the rule 5 is not satisfied.
This is because the condition of the input unit is not satisfied. The intersection of the membership function on the right side with respect to the input value of each expression in the condition part is the evaluation value of that expression. Since each conditional expression of each rule is && (and) combination in this case, the minimum value in each expression is the evaluation value of the conditional part.

たとえば、ルール1では、 (ルール1): フォーカスモータ==無限遠 →1 高周波信号 ==Small →0.5 高周波信号微分値==P−Small →0.4 となり、アンドをとつて、評価値=0.4となる。 For example, in rule 1, (rule 1): Focus motor == infinity → 1 High-frequency signal == Small → 0.5 High-frequency signal differential value == P−Small → 0.4, and the evaluation value = 0.4 by AND .

同様にして、 (ルール0): 正規化エッジ信号 ==Big→0.6 正規化エッジ信号微分値==Zo →0.3 となり、アンドをとつて、評価値=0.3となる。 Similarly, (Rule 0): Normalized edge signal == Big → 0.6 Normalized edge signal differential value == Zo → 0.3, and an AND is obtained to evaluate value = 0.3.

同様にして、 (ルール3): フォーカスモータ==無限遠 →1 高周波信号 ==Small →0.5 高周波信号微分値==P−Small →0.4 正規化エッジ信号部分値==P−Small→0.7 となり、アンドをとつて、評価値=0.5となる。 Similarly, (Rule 3): Focus motor == infinity → 1 High frequency signal == Small → 0.5 High frequency signal differential value == P−Small → 0.4 Normalized edge signal partial value == P−Small → 0.7, By taking AND, the evaluation value = 0.5.

この例における出力は、第6図のようになる。すなわ
ち各ルールの出力のメンバシップ関数に、上述の条件部
の評価値を乗じたものが、斜線で示した部分である。実
際の出力は、これら斜線部の重心位置(↓印)となる。
The output in this example is as shown in FIG. That is, the value obtained by multiplying the membership function of the output of each rule by the evaluation value of the above-described condition part is the part indicated by the oblique lines. The actual output is the position of the center of gravity of these shaded portions (marked with ↓).

この演算について、さらに説明すると、本実施例にお
いては、各ルールの満たされる確立をメンバシップ関数
から求めた結果得られた実際の出力とは、フォーカスモ
ータの速度及び駆動方向である。
To explain this calculation further, in the present embodiment, the actual output obtained as a result of obtaining the establishment of the satisfaction of each rule from the membership function is the speed and the driving direction of the focus motor.

そして第5図(c)は、フォーカスモータ出力(速度
及び駆動方向)を表しているが、同時に、モータ停止領
域は合焦点であり、合焦点から離れるに従って、フォー
カスモータ速度が低速、中速、高速に推移し、且つ方向
も無限方向の至近方向に分かれることを示している。こ
れは山登り方式の自動焦点調節方法において、合焦点ら
離れるほど高速で駆動し、合焦点へと近づくにつれて減
速し、合焦点で停止させる制御に適合するものである。
FIG. 5 (c) shows the focus motor output (speed and driving direction). At the same time, the motor stop area is the focal point, and as the distance from the focal point increases, the focus motor speed becomes low, medium, It shows that the speed changes at a high speed and the direction is also divided into the infinite direction. This is suitable for the automatic focusing method of the hill-climbing method, in which the driving is performed at a higher speed as the distance from the focal point is increased, the speed is reduced as approaching the focal point, and the driving is stopped at the focal point.

ファジー推論は、周知のようにその各ルールに示され
る条件がメンバシップ関数上で満足される度合いすなわ
ち確率を演算し、これらを出力メンバシップ関数上で統
合することによって出力を得るものであり、「停止:0.
3」という演算結果が得られても、これ自体が停止処理
を直ちに実行するものではなく、フォーカスモータを停
止させる確率が0.3ということであり、したがって「停
止」の確率が0.3、「中速」の確率が0.5、「高速」の確
率が0.4で、これらを演算した結果、フォーカスモータ
の実際の駆動速度が得られるわけである。
Fuzzy inference, as is well known, computes the degree to which the conditions shown in each rule are satisfied on a membership function, that is, the probability, and obtains an output by integrating these on an output membership function. `` Stop: 0.
Even if the calculation result of `` 3 '' is obtained, the stop process itself is not immediately executed, and the probability of stopping the focus motor is 0.3, so the probability of `` stop '' is 0.3, `` medium speed '' Is 0.5, and the probability of "high speed" is 0.4. As a result of calculating these, the actual driving speed of the focus motor can be obtained.

よって、第6図上の重心位置は、複数のルールそれぞ
れの条件を満たす確率を、第5図(c)に示す出力メン
バシップ関数に代入し、各ルールを満たす確立の重心演
算を行うことにより、各ルールに決められた条件の反映
させる度合いを演算し、最終的なフォーカスモータ駆動
速度を決定したものである。
Therefore, the position of the center of gravity on FIG. 6 is obtained by substituting the probability of satisfying the condition of each of the plurality of rules into the output membership function shown in FIG. Is calculated by calculating the degree of reflection of the condition determined in each rule, and the final focus motor drive speed is determined.

なお、このような条件評価値、出力値の計算方法は、
各種のものが適用でき、上述の方法に限るものではな
い。
In addition, the calculation method of such a condition evaluation value and an output value is as follows.
Various types can be applied, and the present invention is not limited to the method described above.

以上のようなファジー推論による制御を行うことによ
り、入力情報に対し、なめらかなモータ速度および方向
制御による自然なフォーカス制御が可能となる。
By performing the control based on the fuzzy inference as described above, natural focus control can be performed on input information by smooth motor speed and direction control.

次に停止判定ルーチンについて述べる。前に述べたよ
うに正規化エッジ信号は、合焦近傍において急峻なピー
クを持つ。これにともない、その微分信号も合焦直前に
おいてピークを持つ(第2図中205)。step2による合焦
判定すなわち停止判定ルーチンは、このピーク波形を検
出し、その次に表れたゼロクロス点でフォーカシングモ
ータを停止させる。そして停止を判定した場合には、st
ep5に示す再起動判定ループに移行する。
Next, a stop determination routine will be described. As described above, the normalized edge signal has a sharp peak near the focus. Accordingly, the differentiated signal also has a peak immediately before focusing (205 in FIG. 2). The focus determination, ie, the stop determination routine in step 2, detects this peak waveform, and stops the focusing motor at the zero-cross point that appears next. And if it is determined to stop, st
Move to the restart judgment loop indicated by ep5.

次にstep4に示すゼロエスケープルーチンについて説
明する。前述のフォーカスモータ制御にルーチンのファ
ジー推論ルールは、多様な自然画像撮影時において、必
ずしも、ルールが1つ以上適合することを保証するもの
ではない。
Next, the zero escape routine shown in step 4 will be described. The fuzzy inference rules routinely used for the focus motor control described above do not necessarily guarantee that one or more rules are satisfied when capturing various natural images.

すなわち特殊な条件においては、フォオカスモータ制
御ループと中においてルールが適合せず、モータが停止
したままループを抜けだせなくなる可能性がある。ゼロ
エスケープルーチンは、このような場合、フォーカスモ
ータ速度=0を検出し、再起動判定ループへと移行させ
るものである。
That is, under special conditions, there is a possibility that the rule does not conform to the inside of the focus motor control loop, and the loop cannot be pulled out with the motor stopped. In such a case, the zero escape routine detects the focus motor speed = 0 and shifts to a restart determination loop.

step5の再起動判定ルーチンについて説明する。停止
判定ルーチンで合焦判定し、フォーカスモータを停止さ
せた場合、あるいはゼロエスケープルーチンで、ファジ
ー推論ルールが適合しないことを検出した場合、step5
の再起動判定ループへ移行する。この時、再起動判定ル
ーチンは、入力情報の変化により、画像の変化を検出し
た場合、合焦しているか否かをずっとチェックし、非合
焦と判定した場合には、再起動させ、step1へと制御を
移し、フォーカスモータ制御ループへ移行させる。なお
合焦しているか否かの判断は、フォーカスモータを微小
量移動させて試行動作を行い、フォーカシングレンズが
山のピークにいるか否かを判断して行う。
The restart determination routine of step 5 will be described. If the focus determination is performed in the stop determination routine and the focus motor is stopped, or if the zero escape routine detects that the fuzzy inference rule does not conform, step 5
Shifts to the restart determination loop. At this time, the restart determination routine continuously checks whether or not the image is in focus when detecting a change in the image due to a change in the input information, and restarts when it is determined that the image is out of focus. The control is shifted to and the control is shifted to the focus motor control loop. The determination as to whether or not the subject is in focus is performed by performing a trial operation by moving the focus motor by a very small amount, and determining whether or not the focusing lens is at the peak of the mountain.

以上述べたように、ファジー推論制御を含むオートフ
ォーカスアルゴリズムにより、フォーカシングレンズの
なめらかで且つ的確な速度設定、方向制御が可能とな
る。
As described above, the autofocus algorithm including the fuzzy inference control enables smooth and accurate speed setting and direction control of the focusing lens.

また、上述のシステムだは、フォーカス制御情報とし
て、高周波信号と正規化エッジ信号を使用したが、この
正規化エッジ信号を用いず、複数のハイパスフィルタ出
力の高周波信号を用いてもよい。
In the above-described system, the high-frequency signal and the normalized edge signal are used as the focus control information. However, the high-frequency signal output from a plurality of high-pass filters may be used without using the normalized edge signal.

この場合を構成例を第7図に示す。第1図と異なる点
は、異なる通過帯域特性のハイパスフィルタ701、702、
……を複数設け、信号処理回路105を不要とした点であ
る。A/Dコンバータ106は時分割で用いる。ハイパスフィ
ルタの特性は、カツトオフ周波数が高くなるほど、合焦
付近において急峻なピークを形成し、形状としては、正
規化エッジ信号に近いものになる。ただしダイナミツク
レンジは、はるかに大となる。推論アルゴリズムは、正
規化エッジ信号を用いたものと同様であり、それを急峻
なピークを持つ高周波信号成分に置き換えたものである
が、メンバシップ関数の設定は、それに合わせなければ
ならない。
FIG. 7 shows a configuration example in this case. The difference from FIG. 1 is that the high-pass filters 701, 702,
.. Are provided, and the signal processing circuit 105 is not required. The A / D converter 106 is used in a time division manner. As for the characteristics of the high-pass filter, as the cut-off frequency increases, a sharper peak is formed near the focus, and the shape becomes closer to a normalized edge signal. However, the dynamic range is much larger. The inference algorithm is the same as that using the normalized edge signal, and is replaced with a high-frequency signal component having a steep peak. However, the setting of the membership function must be adjusted to that.

このシステムでは、正規化エッジ信号を計算する信号
処理にIC105が不要である分、コスト的に有利である。
In this system, since the IC 105 is not necessary for signal processing for calculating a normalized edge signal, it is advantageous in cost.

(発明の効果) 以上述べたように、本発明における自動焦点調節装置
によれば、画像信号からフォーカス制御情報を得るAFシ
ステムにおいて、焦点調節の速度制御において、複数の
焦点評価値を組み合わせて焦点状態を細かく判定し、段
階的に焦点状態を調節するようにしたので、あらゆる状
況に対して常に最適な焦点調節速度を設定することがで
き、応答性がよく、誤動作のない、信頼性、安定性の高
い自動焦点調節動作を実現することができる。
(Effect of the Invention) As described above, according to the automatic focus adjustment apparatus of the present invention, in an AF system that obtains focus control information from an image signal, focus control is performed by combining a plurality of focus evaluation values in speed control of focus adjustment. The focus state is adjusted step by step by judging the state in detail, so that the optimal focus adjustment speed can always be set for any situation, with good responsiveness, no malfunction, reliability, and stability. A highly automatic focusing operation can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明における自動焦点調節装置の構成を説明
するためのブロツク図、 第2図は焦点(フォーカス)状態に応じて変化する焦点
制御信号の特性図、 第3図は正規化エッジ信号の説明図 第4図は本発明における制御のアルゴリズムを示すフロ
ーチャート、 第5図は本発明におけるファジー推論制御ルールのメン
バシップ関数を示す図、 第6図はファジー推論による出力演算例を説明するため
の図、 第7図は本発明における他の実施例を示すブロツク図で
ある。 第8図は本発明における速度制御アルゴリズムにおける
ルール設定テーブルを示す図である。
FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of an automatic focus adjusting apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a characteristic diagram of a focus control signal which changes according to a focus state, and FIG. 3 is a normalized edge signal. FIG. 4 is a flowchart showing an algorithm of control in the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a membership function of a fuzzy inference control rule in the present invention. FIG. 6 is a diagram for explaining an example of an output operation by fuzzy inference. FIG. 7 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing a rule setting table in the speed control algorithm according to the present invention.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 5/232 G02B 7/11 G03B 3/00 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H04N 5/232 G02B 7/11 G03B 3/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】撮像信号中より焦点状態に応じて変化する
第1の焦点信号と、該第1の焦点信号より特性の急峻な
第2の焦点信号を抽出する抽出手段と、 前記抽出手段より出力された前記第1及び第2の焦点信
号をそれぞれ微分して第1及び第2の微分信号を出力す
る手段と、 前記第1の焦点信号のレベルに応じて焦点調節速度を、
現在の焦点調節方向と前記第1の微分信号の極性に基づ
いて焦点調節方向をそれぞれ制御し、合焦点近傍では前
記第2の焦点信号のレベルに応じて焦点調節速度を、現
在の焦点調節方向と前記第2の微分信号の極性に基づい
て焦点調節方向をそれぞれ制御し、前記第2の信号レベ
ルが最大で前記第2の微分信号が実質的にゼロとなる位
置を合焦点として検出する焦点制御手段とを備え、 前記焦点制御手段は、前記第1の焦点信号のレベルが小
さく、第1の微分信号のレベルが小さいとき、高速で焦
点調節を行うことを定義した第1のルールと、前記第1
の焦点信号のレベルが小さく、前記第1の微分信号のレ
ベルが大きく、第2の微分信号のレベルが小さいとき中
速で焦点調節速度を行うことを定義した第2のルール
と、前記第2の焦点信号のレベルが大きく、前記第2の
微分信号のレベルが大きいとき低速で焦点調節を行うこ
とを定義した第3のルールとを備え、現在の第1及び第
2の焦点信号と第1及び第2の微分信号の状態が前記各
ルールを満足する確率を重心演算することによって、前
記焦点調節速度を決定するように構成されていることを
特徴とする自動焦点調節装置。
1. An extracting means for extracting a first focus signal which changes according to a focus state from an image pickup signal, a second focus signal having a characteristic which is steeper than the first focus signal, and Means for differentiating the output first and second focus signals, respectively, to output first and second differential signals; and adjusting the focus adjustment speed according to the level of the first focus signal.
The focus adjustment direction is controlled based on the current focus adjustment direction and the polarity of the first differential signal, and the focus adjustment speed is adjusted according to the level of the second focus signal near the focal point, and the current focus adjustment direction is adjusted. And a focus for controlling the focus adjustment direction based on the polarity of the second differential signal and the polarity of the second differential signal, and detecting a position where the second signal level is maximum and the second differential signal is substantially zero as a focal point. A first rule that defines that high-speed focus adjustment is performed when the level of the first focus signal is low and the level of the first differential signal is low, and The first
A second rule defining that the focus adjustment speed is performed at a medium speed when the level of the focus signal is low, the level of the first differential signal is high, and the level of the second differential signal is low; A third rule that defines that the focus adjustment is performed at a low speed when the level of the focus signal is high and the level of the second differential signal is high, and the current first and second focus signals and the first rule are defined. An automatic focus adjustment device configured to determine the focus adjustment speed by calculating the center of gravity of the probability that the state of the second differential signal satisfies each of the rules.
【請求項2】請求項(1)において、 現在の第1及び第2の焦点信号と第1及び第2の微分信
号の状態が、前記各ルールをいずれも満足しないとき、
前記焦点制御手段による前記重心演算による制御を中止
する手段を備えていることを特徴とする自動焦点調節装
置。
2. The method according to claim 1, wherein when the current states of the first and second focus signals and the first and second differential signals do not satisfy any of the rules,
An automatic focus adjusting device, comprising: means for stopping the control by the focus control by the focus control means.
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