CN101339348B - 摄像设备及摄像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有自动聚焦功能的摄像设备及其摄像方法，所述自动聚焦功能即使对于低亮度、低对比度环境下的被摄物体仍然能够以高精度合焦。摄像设备具有：摄像元件，接受穿过摄影透镜的被摄物体的光；透镜移动装置，使摄影透镜移动；自动焦点检测装置，根据从摄像元件获得的图像数据来确定焦点；其中，自动焦点检测装置根据以使用图像数据而计算出的AF评价值为基础而得到的平滑微分运算结果，来确定焦点位置。

Description

摄像设备及摄像方法

技术领域

本发明涉及一种具有对于被摄物体自动合焦的自动聚焦功能的摄像设备及其摄像方法，更具体地说，涉及一种即使对于低亮度、低对比度环境下的被摄物体仍然能够以高精度合焦的摄像设备及其摄像方法。

背景技术

通常的数字静态照相机等等的摄像设备中装载有自动聚焦(以下称为AF)设备，用来对于被摄物体自动合焦。作为AF设备采用的AF控制方法的一个例子，所知的有登山AF控制方法(例如，参照专利文献1)。该登山AF控制方法所采用的方式是：从摄像元件输出的影像信号求邻近像素的亮度差的积分值，把该积分值作为表示合焦程度的AF评价值。被摄物体处于合焦状态的情况下，由于影像信号中被摄物体的轮廓部分清晰，因此此影像信号中邻近像素间的亮度差变大。也就是，合焦状态下，AF评价值变大。反之，非合焦状态的情况下，由于被摄物体的轮廓部分模糊，因此此图像信号中邻近像素间的亮度差变小。也就是，非合焦状态下，AF评价值变小。AF设备在使透镜移动的同时，按照预定的定时，获取该透镜位置的影像信号，计算出AF评价值，确定AF评价值的最大值(AF评价值的峰值位置)，把透镜移动至AF评价值最大的位置并使其停止，从而能够对于被摄物体自动合焦。如此，登山AF控制方法能够通过检测出AF评价值的峰值位置来对于被摄物体合焦。

近年，提出了比登山AF控制方法精度更高且高速有实效的AF控制方法(例如，参见专利文献2)。专利文献2中记载的AF控制方法是：通过分别使用第一模式及第二模式，其中第一模式为以微小的间隔对AF评价值采样，第二模式为在接近合焦位置之前以粗间隔对AF评价值采样而在合焦位置附近以微小间隔对AF评价值采样，能够使AF处理高速化，并更加迅速地对被摄物体合焦。

然而，关于专利文献2记载的AF控制方法，在被摄物体处于低亮度环境及低对比度环境的情况下，由于影像信号中大量包含的噪声，导致需要耗时间来检测出AF评价值的峰值。即，由于反复执行AF处理直到检测出AF评价值的峰值为止，因此需要大量时间来达到合焦。因此，为了解决上述专利文献2记载的方法中的技术问题，提出了一种如下所述的方法：通过使用于影像信号的过滤器相应于亮度可变，去除影像信号的噪声，来减小AF评价值的偏差(例如，参见专利文献3)。

[专利文献1]特公昭39-5265号公报

[专利文献2]特许第3851027号公报

[专利文献3]特开2006-145964号公报

另一方面，近年的摄像设备所能够采用的摄像元件(CCD)在高像素化(高密化)方面改进，邻接像素间的亮度差与以往相比变小，因而在低亮度低对比度环境下，邻接像素间的亮度差变得微小。因此，在上述的以往的方法的情况下，由于影像信号中包含的噪声而产生的AF评价值的偏差，难以准确、高精度、且高速地确定合焦位置。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明鉴于上述问题而作出，目的是提供一种摄像设备，即使在影像信号的邻接像素间的亮度差微小的情况下，仍能够高精度地确定AF评价值的最大值，并且能够执行更稳定的AF控制。

解决技术问题所采用的技术手段

本发明的摄像设备具有：摄像元件，接受穿过摄影透镜的被摄物体的光；透镜移动装置，使所述摄影透镜移动；自动焦点检测装置，根据从所述摄像元件获得的图像数据来确定焦点；其中，所述自动焦点检测装置通过平滑微分运算来确定焦点位置，所述平滑微分运算利用使用所述图像数据而计算出的AF评价值。

而且，本发明的特征在于，所述AF评价值是对构成所述图像数据的邻接像素的亮度差进行积分所得的值，所述平滑微分运算计算出对邻接的AF评价值的差分进行加权累计所得的总计值，加权累计中采用的权重系数是与从AF评价值偏离的程度相应地增大的值。

而且，本发明的特征在于，通过使求加权累计的值的范围(运算中使用的值的个数)相应于摄影时设定的摄影模式(例如，通常及宏AF模式等等)、及获得焦点距离及AF评价值时的透镜位置移动量而可变，防止在背景侧合焦的状态(伪合焦)。

本发明实现的技术效果

根据本发明，在摄像设备中，通过对从被摄物体的图像数据计算出的AF评价值进行平滑微分，检测出合焦点，能够提供高速且高精度的自动聚焦功能。

而且，根据本发明，在摄像设备中，能够使在平滑微分运算中使用的AF评价值的范围根据摄影模式及焦点距离的差别而可变，从而能够在防止伪合焦的同时提供高速且高精度的自动聚焦功能。

附图说明

图1是示出本发明的摄像设备的示例的正面图；

图2是示出本发明的摄像设备的示例的上面图；

图3是示出本发明的摄像设备的示例的背面图；

图4是示出本发明的摄像设备的示例的功能模块图；

图5是本发明的摄像设备中AF处理区域的映像图；

图6是示出本发明的摄像设备的AF评价值获取定时等等的时序图；

图7是示出使用本发明的摄像设备执行的AF处理的示例的流程图；

图8是示出上述AF处理的详细处理流程的流程图；

图9是示出上述AF处理的详细处理流程的流程图；

图10包括图10A和图10B，示出在本发明的摄像设备的AF处理中所获取的AF评价值的变迁示例；

图11包括图11A和图11B，示出在本发明的摄像设备的AF处理中所计算出的平滑微分值的变迁示例；

图12是示出采用本发明的摄像设备执行的AF处理的另一示例的流程图；

图13是示出上述AF处理的详细处理流程的流程图；

图14是示出上述AF处理的详细处理流程的流程图；

图15是示出采用本发明的摄像设备执行的AF处理的又一示例的流程图；

图16是示出上述AF处理的详细处理流程的流程图；

图17是示出上述AF处理的详细处理流程的流程图；

图18包括图18A和图18B，示出在本发明的摄像设备的AF处理中所获取的AF评价值和平滑微分值的变迁示例；

图19包括图19A和图19B，示出在本发明的摄像设备的AF处理中所计算出的AF评价值和平滑微分值的变迁示例；

图20示出本发明的摄像设备的摄影模式和聚焦透镜伸缩量的关系；以及

图21示出本发明的摄像设备的焦点距离和聚焦透镜伸缩量的关系。

附图标号说明

7-2a    聚焦透镜

7-2b    聚焦电机

108     ROM

具体实施方式

下面，利用附图关于本发明的摄像设备的实施例进行说明。图1至图3示出本发明的摄像设备的外观构成示例。图1是正面图，图2是上侧平面图，图3是背面图。图1中，在作为摄像设备的壳体的照相机本体(CB)的正面，配置有闪光灯发光部分3、光学取景器4、遥控受光部分6、及包含摄影透镜的镜筒单元7，在照相机本体(CB)的一侧的侧面部分中，设置有存储卡装填室及电池装填室的盖2。在图2中，在照相机本体(CB)的上面，配置有点动按钮(切换器)SW1、模式拨盘SW2、及子屏液晶显示器(子屏LCD)(下文中，把“液晶显示器”称为“LCD”)1。在图3中，在照相机本体(CB)的背面，配置有光学取景器4、AF用LED(“LED”是发光二极管)8、闪光灯LED 9、LCD监视器10、电源切换器13、广角方向变焦切换器SW3、望远方向变焦切换器SW4、自拍定时器的设定及解除切换器SW5、菜单切换器SW6、上移动及闪光灯集合切换器SW7、右移动切换器SW8、显示器切换器SW9、下移动及宏切换器SW10、左移动及图像确认切换器SW11、认可(OK)切换器SW12、及快速存取切换器SW13。

下面，利用图4来说明本发明的摄像设备的功能模块。本发明的摄像设备的各种操作(处理)通过作为数字信号处理IC(集成电路)等等而构成的数字静态照相机处理器104(下文中，简单称为“处理器104”)来控制。处理器104包括第一CCD(电荷耦合器件)信号处理模块104-1、第二CCD信号处理模块104-2、CPU(中央处理单元)模块104-3、本地SRAM(SRAM：静态随机存取存储器)104-4、USB(通用串行总线)模块104-5、串行模块104-6、JPEG编码解码器(CODEC)模块104-7、尺寸改变(RESIZE)模块104-8、TV信号显示模块104-9、及存储卡控制模块104-10，上述各个模块通过总线相互连接。

在处理器104的外部，配置有存储RAW-RGB图像数据、YUV图像数据、及JPEG图像数据的SDRAM(同步随机存取存储器)103、RAM 107、内置存储器120、及存储控制程序的ROM 108，经由总线连接至处理器104。

镜筒单元7配备有：变焦光学系统7-1，具有变焦透镜7-1a；聚焦光学系统7-2，具有聚焦透镜7-2a；光圈单元7-3，具有光圈7-3a；机械快门单元7-4，具有机械快门7-4a。变焦光学系统7-1、聚焦光学系统7-2、光圈单元7-3、及机械快门单元7-4分别由变焦电机7-1b、作为聚焦透镜移动装置的聚焦电机7-2b、光圈电机7-3b、及机械快门电机7-4b来驱动。上述变焦电机7-1b、聚焦电机7-2b、光圈电机7-3b、及机械快门电机7-4b的各个电机的操作由受处理器104的CPU模块104-3控制的电机驱动器7-5来控制。

镜筒单元7的变焦透镜7-1a及聚焦透镜7-2a构成摄影透镜，用来在作为摄像元件的CCD 101的摄像面上形成被摄物体的光学图像，CCD 101把所述被摄物体的光学图像变换为电气的图像信号，输入至F/E-IC(前端IC)102。F/E-IC 102具有CDS(相关二重采样部分)102-1、AGC(自动增益控制部分)102-2、及A/D(模拟-数字)变换部分102-3，对所述图像信号分别施加预定的处理，变换为数字信号，输入至处理器104的第一CCD信号处理模块104-1。这些信号处理操作通过从处理器104的第一CCD信号处理模块104-1输出的VD及HD(垂直驱动及水平驱动)信号，经由TG(定时生成器)102-4而被控制。第一CCD信号处理模块104-1在对从CCD固态摄像元件101经由F/E-IC102输入的数字图像数据进行白平衡调整及γ(伽玛)调整等等的信号处理的同时，输出VD信号及HD信号。

处理器104的CPU模块104-3控制声音记录电路115-1进行的声音记录操作。声音记录电路115-1根据CPU模块104-3的指令来记录由麦克风115-3变换并由麦克风放大器115-2增幅的声音信号。而且，CPU模块104-3还控制声音再现电路116-1的操作。声音再现电路116-1根据CPU模块104-3的指令，利用音频放大器116-2对适当的存储器中记录的声音信号进行增幅，输入至扬声器116-3，并从扬声器116-3再现声音。而且，CPU模块104-3通过控制闪光灯电路114使其运作，来使闪光灯发光部分3发出照明光。而且，CPU模块104-3还控制用来测量被摄物体距离的测距单元(未示出)的操作。

而且，本发明的摄像设备如后文所述基于所摄像的图像数据来进行AF控制，因此，由测距单元进行的被摄物体距离的测量即使不进行也可以，即使省略测距单元也可以。而且，也可以把测距单元获得的被摄物体距离的测量信息用于闪光灯电路114中的闪光灯发光控制。对于基于摄像的图像数据的合焦控制，也可以作为辅助手段来利用测距单元获得的被摄物体的距离的测量信息。

而且，CPU模块104-3与在处理器104的外部配置的从CPU(SUB-CPU)109连结，从CPU 109经由LCD驱动器111来控制由子屏LCD 1进行的显示。而且，从CPU 109与AF用LED 8、闪光灯LED 9、遥控受光部分6、上述切换器SW1至SW13组成的操作部分、及蜂鸣器113分别连结。

USB模块104-5与USB连接器122连结，串行模块104-6经由串行驱动电路123-1与RS-232C连接器连结。视频信号显示模块104-9经由LCD驱动器117与LCD监视器10连结，而且，TV信号显示模块104-9经由视频放大器118与视频插口119连结。存储卡控制模块104-10与存储卡槽121的卡接点连结，存储卡装填在该存储卡槽121中，与存储卡的接点接触，电气地连接。

下面，关于如上所述而构成的摄像设备的操作进行说明。通过把图1至图3所示的模式拨盘SW2设定在记录模式，相应摄像设备以记录模式来启动。相应摄像设备配备有多个记录模式，把这些记录模式汇总作为摄影模式。模式拨盘SW2的设定包括：CPU模块104-3通过从CPU 109来检测图4中操作按键单元(SW1至SW13)中包含的模式拨盘SW2的状态成为记录模式启动(ON)的情况；控制电机驱动器7-5；使镜筒单元7移动至可以摄像的位置。进一步，启动CCD 101、F/E-IC 102、及LCD监视器10等等各个部分的电源使操作开始。各个部分的电源启动，则取景器模式的操作开始。

取景器模式中，经由镜筒单元7的摄影透镜入射到作为摄像元件的CCD101的光变换为电气信号，作为RGB的模拟信号而输入到CDS 102-1，经由AGC102-2而传送至A/D变换器102-3。由A/D变换器102-3变换为数字信号的R、G、B各信号通过由处理器104内的第二CCD信号处理模块104-2所形成的YUV变换装置而变换为YUV图像数据，并记录至作为帧存储器的SDRAM 103中。而且，第二CCD信号处理模块104-2对RGB图像数据施加过滤处理等等的适当处理，将其变换为YUV图像数据。该YUV图像数据由CPU模块104-3读出，经由视频信号显示模块104-9，并经由视频放大器118及视频插口119传送至TV(电视)，或者经由LCD驱动器117而传送至LCD监视器10以供显示。此处理以1/30秒的间隔进行，从而实现每1/30秒进行更新的取景器模式的显示。

如果按下操作部分的点动按钮SW1，则根据第一CCD信号处理模块104-1所读入的数字RGB图像数据，计算出表示画面内的预定的至少一部分中的合焦程度的AF评价值及表示曝光状态的AE评价值。AF评价值作为特征数据而由CPU模块104-3读出，在作为自动焦点检测装置的功能的AF处理中使用。

处于合焦状态的被摄物体由于其边缘部分鲜明，因此相应图像数据中包含的空间频率的高频率成份变得最高。关于AF评价值，其值变大，该AF评价值是构成空间频率高的被摄物体图像数据的像素的邻近像素间的亮度差的积分值。因此，关于在使该聚焦透镜7-2a移动的同时断续获取的AF评价值的变迁量，由于成为反映图像数据中包含的高频率成份的值，因此，如下的聚焦透镜7-2a的位置成为合焦位置，在该位置，获取该AF评价值为极大值的图像数据。即，通过在AF评价值中检测出峰值位置，能够确定合焦位置。而且，考虑AF评价值的极大点(峰值位置)表现为多个的情况，在多个极大点(峰值位置)的情况下，峰值位置中AF评价值的大小及其周边位置的AF评价值的下降或上升的程度等等也要考虑，执行AF处理，以推定为可靠性最高的极大点(峰值位置)为合焦位置。

AF评价值能够从数字RGB图像数据内的一定范围(AF处理区域)计算出。图5示出取景器模式时在LCD显示的图像画面。在图5中，LCD 10的中心部分显示的框内是相应摄像设备中的AF处理区域。该AF处理区域设定为例如RGB图像数据的画面内的中央的水平方向的40％及垂直方向的30％的范围。

本发明的摄像设备具备的多个摄影模式的AF摄影范围彼此不同。例如，通常AF模式的AF摄影范围从1m起至无限远，宏AF模式的AF摄影范围从1cm起至无限远。AF模式的设定根据模式拨盘SW2来执行。

[实施例1]

关于使用本发明的摄像设备的摄像方法的实施例进行说明。本发明的摄像方法中的AF处理包括：在移动的聚焦透镜7-2a的预定的定时位置获取AF评价值；使用所获取的AF评价值来进行平滑微分运算；使用该平滑微分运算的结果(平滑微分值)来执行合焦状态的判断和合焦位置的确定。首先，关于AF评价值的平滑微分运算处理进行说明。

把以按照预定定时从移动的聚焦透镜7-2a获取的被摄物体图像数据为基准而获取的AF评价值作为X[0]，把在X[0]的a个之前获取的AF评价值作为X[-a]，把在X[0]的a个之后获取的AF评价值作为X[a]，把关于各个AF评价值的权重系数作为b1、b2、…，在此情况下，平滑微分值Y[0]能够通过Y[0]＝∑[i＝0→a](X[i]-X[-i])×bi而求得。

示出上述的平滑微分运算式的具体示例。在使用当时的AF评价值(X[0])的前后3个评价值来求得平滑微分值Y[0]的情况下，成为Y[0]＝(X[1]-X[-1])×1+(X[2]-X[-2])×2+(X[3]-X[-3])×3。因此，关于权重系数(bi＝1，2，3…)，以接近当时的AF评价值X[0]的AF评价值(例如，X[1])为小系数，以远的AF评价值(例如，X[3])为较大的系数。即，与当时值(X[0])的相关程度越小则值越大，具体的系数值不限于上述示例。

如此，本发明的摄像方法中的AF控制方法包括：基于与聚焦透镜7-2a的移动相应地获取的AF评价值的相关性来求得上述的平滑微分值，从而确定AF评价值的极值，检测出合焦位置。

上述的运算式中，采用当时的AF评价值X[0]的前后3个AF评价值来执行平滑微分运算，然而，用于平滑微分运算的AF评价值的个数不限于此。所希望的是，把执行平滑微分运算的范围(下文称为“平滑微分范围”)作为参数使其可变，使用根据该参数而指定的个数N，利用前后N个AF评价值来执行平滑微分运算。

而且，为了进行平滑微分运算，需要多个AF评价值。因此，在AF处理刚刚开始之后及即将到达聚焦透镜7-2a的驱动终止范围之前的AF评价值获取定时，不能进行平滑微分运算。因此，AF处理开始之后，等待获取能够开始平滑微分运算的个数的AF评价值，然后，开始平滑微分运算处理。或者，为了补足进行平滑微分运算处理所需要的AF评价值的个数，使用已经获取完毕的AF评价值进行推测并插值，来开始平滑微分运算处理。

下面，关于AF处理时聚焦透镜7-2a的驱动定时和AF评价值的获取定时的关系进行说明。聚焦透镜7-2a的驱动根据与1次的VD信号相对应的预定聚焦驱动量来执行。关于聚焦驱动量，在例如聚焦电机7-2b是脉冲电机的情况下，驱动脉冲数目与其相应。与VD信号的脉冲的下降沿相对应，按照预定的脉冲率，通过与预定的驱动脉冲数目相对应地驱动聚焦透镜7-2a，完成1次的聚焦透镜驱动。与下一到来的VD信号脉冲的下降沿相对应，再次执行预定的聚焦驱动。如此，使VD信号(即帧周期)与聚焦驱动同步。

图6是时序图，示出在以120fps的帧率执行图像数据的读入的情况下的VD信号和聚焦透镜7-2a的聚焦驱动定时、电子快门中电荷扫除脉冲(SUB)的定时、以及曝光定时。在图6中，如果产生1次VD信号，则将其作为触发来以预定次数产生用来驱动聚焦透镜7-2a的脉冲(在图6中为2次)，聚焦透镜7-2a与和此驱动脉冲相对应的驱动量相应地移动。而且，以VD信号为触发来以预定次数产生电荷扫除脉冲，与SUB数目相对应，执行CCD 101中带电电荷的扫除处理。而且，在前述电荷扫除处理终止后执行曝光处理。根据曝光处理，把被摄物体的影像作为图像数据读入，使用该图像数据来获取AF评价值。上述驱动脉冲数目可变，与焦点距离、聚焦透镜伸缩量(聚焦驱动范围)相对应地变化。如此，本发明的AF处理与VD信号同步，在聚焦透镜7-2a的驱动范围内执行。

使用图7的流程图来关于使用上述平滑微分处理的AF处理进行说明。图7中，各个操作步骤以S71、S72、…的形式来标记。如使用图6所说明的，由于与VD信号同步地执行AF处理，则首先等待处理，直到检测出VD信号的下降沿(S71)。检测出VD信号的下降沿之后，与预定脉冲数目相对应地驱动聚焦电机7-2b，移动聚焦透镜7-2a(S72)。在移动聚焦透镜7-2a之后获取影像信号，按照基于该影像信号的图像数据，计算出AF评价值(S73)。判断AF评价值的获取数目是否足以用于平滑微分运算(是否满足平滑微分范围)  (S74)，如果AF评价值获取数目没有达到平滑微分范围，则处理返回S71(S74的否(NO))。

所获取的AF评价值如果达到平滑微分范围(S74的是(YES))，则使用上述的平滑微分运算式来计算出平滑微分值(S75)。重复上述处理，直到到达聚焦透镜7-2a的驱动范围终止位置(S76的否)。聚焦透镜7-2a到达终止位置的情况下(S76的是)，使用如上所述所计算出的平滑微分值执行合焦位置检测处理(S77)，基于合焦位置检测处理的结果来执行NG(不行)判断处理(S78)，把聚焦透镜7-2a移动至根据NG判断处理所设定的合焦位置，终止相应的AF处理(S79)。下面关于合焦位置检测处理(S77)、NG判断处理(S78)的细节进行说明。

图8是示出合焦位置检测处理(图7的S77)的详细的处理流程的流程图。首先，从计算出的平滑微分值搜索接近0的值(S81)。在平滑微分值中没有接近0的值的情况下(S82的否)，作为合焦NG(S86)，终止合焦位置检测处理。在平滑微分值中具有接近0的值的情况下(S82的是)，执行周边值判断处理(S83)。周边值判断处理(S83)判断接近0的平滑微分值的周边的平滑微分值相对于接近0的平滑微分值是否单调下降或者单调上升。即，判断是否在接近0的平滑微分值之前获取的平滑微分值相对于接近0的平滑微分值单调上升，而且，是否在接近0的平滑微分值之后获取的平滑微分值相对于接近0的平滑微分值单调下降(S84)。判断的结果如果是单调下降及单调上升(S84的是)，则判断合焦认可(0K)(S85)，如果不是这样(S84的否)，则判断合焦NG(S86)，终止合焦位置检测处理。

图9是示出NG判断处理(图7的S78)的详细处理流程的流程图。合焦位置检测处理(图7的S77)中如果合焦OK(S91的是)，则确定把与该平滑微分值相对应的聚焦透镜7-2a的位置作为合焦位置(S92)，如果合焦NG(S91的否)，则确定把NG位置(例如，超焦点距离)作为合焦位置(S93)。

在图10A、图10B和图11A、图11B示出在上述AF处理中与VD信号同步地获取的AF评价值、及以AF评价值为基础计算出的平滑微分值的示例。图10A、图10B以坐标图示出在针对同一被摄物体的AF处理中在光量彼此不同的环境下计算出的AF评价值的变迁的示例，纵轴表示AF评价值的大小，横轴表示聚焦透镜7-2a的位置。图10A是LV10的情况，图10B是LV8的情况。即，图10B关于在比图10A光量少(暗)的环境下获取的AF评价值。因此，邻接像素间的亮度差微小，因而，噪声的影响大，AF评价值中产生偏差，表现出多个峰值位置。AF评价值的峰值位置(极大值)如果如图10A所示在一处，则可以将其设定为合焦位置，在如图10B所示多个峰值位置的情况下，不能够简单地把任何一个位置判断为合焦位置。

图11A、图11B是示出图10A、图10B所示的AF评价值的平滑微分值的坐标图。在图11A、图11B中，横轴与图10A、图10B相同，示出聚焦透镜7-2a的位置，纵轴示出平滑微分值的大小。图11A是以图10A所示的AF评价值的变迁为基础的平滑微分值。图11B示出以图10B所示的AF评价值的变迁为基础的平滑微分值。图11A和图11B中，聚焦透镜7-2a的位置到“5”之前(平滑微分值能够获取4个以上之前)，由于未获取预定数目的AF评价值，因此未计算出平滑微分值。关于获取预定数目的AF评价值之后计算出的平滑微分值，随着聚焦透镜7-2a的移动，平滑微分值向增大方向变迁，在某点其符号从负反转为正。在图11A、图11B中，从聚焦透镜7-2a的位置为5开始，开始平滑微分运算，在从7到8之间，符号反转。该反转点相应于AF评价值的极大值。如此，根据先前所示的运算式而计算出的平滑微分值的符号反转的位置，即平滑微分值为0的位置，成为AF评价值的极大点。

如上文说明的，通过检测出平滑微分值的符号反转的AF评价值的获取位置，能够确定合焦位置，通过使聚焦透镜7-2a移动至该合焦位置，能够执行AF处理。

[实施例2]

下面关于使用本发明的摄像设备的摄像方法的另一实施例进行说明。由于本实施例中聚焦透镜7-2a的驱动方法和平滑微分值的计算方法与实施例1相同，因此着重说明不同的处理。

图12是示出实施例2的AF处理流程的流程图。各个操作步骤按S121、S122…的形式标记。首先，执行信号等待处理，直到检测出VD信号的下降沿(S121)，以检测出VD信号的下降沿为触发，与预定的脉冲量相应地驱动聚焦电机7-2b，移动聚焦透镜7-2a(S122)。在移动聚焦透镜7-2a之后，执行曝光处理，获取影像信号，根据基于该影像信号的图像信号，来计算出AF评价值(S123)。判断AF评价值的获取数目是否足以进行平滑微分运算(是否满足平滑微分范围)(S124)，如果AF评价值获取数目未达到平滑微分范围，则处理返回S121(S124的否)。

在获取了预定个数的AF评价值的情况下(S124的是)，使用已经说明的运算式来计算出平滑微分值(S125)。

根据所计算出的平滑微分值来执行合焦位置检测处理，判断合焦位置是否检测出(S126)。在检测出合焦位置的情况下(S126的是)，转为执行NG判断处理(S128)，在未检测出合焦位置的情况下(S126的否)，判断聚焦透镜是否到达驱动范围终止位置(S127)，在聚焦透镜到达终止位置的情况下(S127的是)，转为执行NG判断处理(S128)，在聚焦透镜未到达驱动终止位置的情况下，转为执行VD信号等待(S121)。

下面关于上述合焦位置检测处理(S126)及NG判断处理(S128)的细节进行说明。图13是示出合焦位置检测处理(图12的S126)的详细处理流程的流程图。首先，判断计算出的平滑微分值是否大致为0(S131)。在平滑微分值不是大致为0的情况下(S131的否)，作为合焦NG(S135)，相应处理终止。所计算出的平滑微分值如果大致为0(S131的是)，则执行周边值判断处理(S132)。周边值判断处理(S132)判断大致为0的平滑微分值的周边的平滑微分值相对于大致为0的平滑微分值是否单调下降或者单调上升。即，判断是否在大致为0的平滑微分值之前获取的平滑微分值相对于大致为0的平滑微分值单调上升，或者，是否在大致为0的平滑微分值之后获取的平滑微分值相对于大致为0的平滑微分值单调下降，判断的结果如果单调下降或者单调上升(S133的是)，则判断合焦OK(S134)，判断的结果如果不是单调下降或者单调上升(S133的否)，则判断合焦NG(S135)，合焦位置检测处理终止。

图14是示出NG判断处理(图12的S128)的详细处理流程的流程图。在合焦位置检测处理(图12的S126)中，如果合焦OK(S141的是)，则确定与该平滑微分值相对应的聚焦透镜7-2a的位置为合焦位置(S142)，如果合焦NG(S141的否)，则确定NG位置(例如，超焦点距离)为合焦位置(S143)。

按照上述实施例2，每次当计算出平滑微分值时，由于执行合焦位置检测处理，因此，到透镜驱动终止位置为止，不驱动聚焦透镜7-2a，在途中能够终止AF处理。

[实施例3]

下面关于使用本发明的摄像设备的摄像方法的又一实施例进行说明。本实施例中，使平滑微分处理相应于由模式拨盘SW2所指定的摄影模式而可变。省略与上述实施例1、2重复的部分的说明，着重说明不同的部分。

首先，使用图15的流程图来关于本实施例的AF处理进行说明。各个操作步骤按照S150、S151…的形式来标记。首先，根据当时的摄影模式，执行设定平滑微分范围的处理(S150)。在设定平滑微分范围之后，执行等待处理，直到检测出VD信号的下降沿为止(S151)。检测出VD信号的下降沿之后，与预定脉冲数目相对应地驱动聚焦电机7-2b，移动聚焦透镜7-2a(S152)。在移动聚焦透镜7-2a之后，获取影像信号，根据基于该影像信号的图像数据来计算出AF评价值(S153)。判断AF评价值的获取数目是否足以进行平滑微分运算(是否满足平滑微分范围)(S154)，如果AF评价值获取数目未达到平滑微分范围，则处理返回S151(S154的否)。

如果所获取的AF评价值达到平滑微分范围(S154的是)，则根据该平滑微分范围，使用在实施例1中所说明的平滑微分运算式来执行平滑微分运算(S155)。反复执行上述处理，直到达到聚焦透镜7-2a的驱动范围终止位置(S156的否)。在聚焦透镜7-2a达到终止位置的情况下(S156的是)，使用在上文中描述的所计算出的平滑微分值来执行合焦位置检测处理(S157)，基于合焦位置检测处理的结果来执行NG判断处理(S158)，把聚焦透镜7-2a移动至根据NG判断处理所设定的合焦位置，终止相应的AF处理(S159)。

如此，实施例3的AF处理与实施例1的AF处理相比，在执行AD信号等待处理之前，根据相应摄像设备的摄影模式来设定平滑微分范围，执行与所设定的平滑微分范围相对应的平滑微分处理。下面，说明平滑微分参数设定处理(S150)的更详细的处理流程，合焦位置检测处理(S157)、NG判断处理(S158)是与实施例1中的合焦位置检测处理(S77)、NG判断处理(S78)相同的处理，因此省略详细说明。

图16是示出平滑微分参数设定处理(图15的S150)的详细处理流程的流程图。首先，获取根据模式拨盘SW2指定的当时的摄影模式(S161)。然后，判断所获取的摄影模式是否是“通常AF模式”(S162)。摄影模式如果是通常AF模式(S162为是)，则设定通常AF模式用的平滑微分范围(在此把通常AF模式用平滑微分范围定为3)。摄影模式如果不是通常AF模式(S162为否)，则相应摄像设备由于设定为宏AF模式，因此设定宏AF模式用的平滑微分范围(在此，把宏AF模式用平滑微分范围定为2)。使用如此设定的平滑微分范围，执行上文说明的AF处理。

下面，关于上述的不同摄影模式下变更平滑微分范围的效果进行说明。如已经说明的，聚焦透镜7-2a按照与1次的VD信号相对应的聚焦电机7-2b的预定驱动量来移动。在此，以聚焦电机7-2b作为脉冲电机来说明。

关于与1次的VD信号相对应的驱动脉冲数目(聚焦驱动量)，与通常AF模式相比，在宏AF模式的情况下，设定得更多。例如，通常AF模式时为2个脉冲，宏AF模式时为6个脉冲。这是因为，如图20所示，取决于摄影模式，聚焦透镜伸缩量不同。在图20中，通常AF模式时的聚焦透镜伸缩量为30个脉冲，宏AF模式时的聚焦透镜伸缩量为200个脉冲。如此，与通常AF模式时相比，宏AF模式时的情况下，与1次的VD信号相对应的聚焦透镜7-2a的移动量大，因此邻接AF评价值的变迁量也变大。

基于这样的条件，在宏AF模式时的平滑微分运算中，假定设定了与通常AF模式时的平滑微分运算相同的平滑微分范围(例如，平滑微分范围为3)，则使用与前后18个脉冲量相应的AF评价值来执行平滑微分运算，造成AF评价值间的相关性变得过强及AF评价值的变迁过于平均化的问题。

关于此问题，使用图18A、图18B及图19A、图19B进行说明。图18A和图19A示出从在同一摄影条件下所摄影的图像数据获取的AF评价值的变迁，图18B和图19B示出使用上述AF评价值的平滑微分值的变迁，图18A、图18B是平滑微分范围为“3”的情况，图19A、图19B是平滑微分范围为“2”的情况。在图18A、图18B和图19A、图19B中，横轴示出聚焦透镜7-2a的位置，图18A和图19A的纵轴示出AF评价值，图18B和图19B的纵轴示出平滑微分值。

在被摄物体和背景的合焦位置接近的情况下，如图18A和图19A所示，AF评价值的峰值接近。在这样的状态下把平滑微分范围定为3来执行平滑微分运算的结果如图18B所示。如图18B所示，平滑微分值的极值(0位置)不在被摄物体而在背景侧检测出。对于同一图像数据以AF评价值的变迁为基础且把平滑微分范围定为2来执行平滑范围运算的结果如图19B所示。如图19B所示，针对被摄物体，能够检测出平滑微分值的极值(0位置)。

宏AF模式下，如已经说明的，与通常AF模式相比，由于聚焦驱动量大，因此，被摄物体和背景的AF评价值的峰值容易接近。因此，如上所述，把平滑微分范围定为2以便弱化AF评价值的相关性，通过比通常AF模式时的平滑微分范围更窄地设定，能够防止伪合焦。

[实施例4]

下面说明基于上述实施例3的再一实施例。本实施例中AF处理和聚焦透镜7-2a的驱动方法、平滑微分值的计算方法与上述实施例3相同。在此，关于不同的处理进行说明。

图17是示出平滑微分参数设定处理(图15的S150)的另一详细处理流程的流程图。首先，获取当时的摄影设定(S171)。摄影设定包括通过SW3和SW4而可变的焦点距离，以平衡位置为“Mean(中值)”，移向(zoom in)状态为“Tele(远)”，移离(zoom out)状态为“Wide(宽)”。

判断获取的焦点距离是否在中值以下(S172)。在焦点距离在中值以下的情况下(S172的是)，设定宽侧平滑微分范围(S173)。在此，宽侧平滑微分范围为3。焦点距离不在中值以下的情况下(长焦点的情况)(S172的否)，设定远侧平滑微分范围(S174)。在此，远侧平滑微分范围为2，采用如此设定的平滑微分范围，执行上文说明的AF处理。

下面，关于根据焦点距离的差别来变更平滑微分范围的效果进行说明。如同已经说明的，聚焦电机7-2b与1次的VD信号相对应来执行预定的驱动，聚焦透镜7-2a据此来移动。在此，以聚焦电机7-2b为脉冲电机的情况来进行说明。

如图21所示，聚焦透镜伸缩量根据焦点距离而不同，焦点距离在从宽侧到远侧之间具有从30个脉冲到350个脉冲的幅度。与1次的VD信号相对应的驱动脉冲数目(聚焦驱动量)在远侧(与中值相比为长焦点)比在宽侧(中值以下)多，例如，设定为在宽侧2个脉冲在远侧6个脉冲。

如此，与焦点距离在宽侧的状态下相比，焦点距离在远侧的状态下，驱动脉冲数目更大，因此，与1次的VD信号相对应的聚焦透镜7-2a移动量更大，因而邻接AF评价值的变迁量也更大。因此，在远状态的情况下，假定设定与中值以下的状态相同的平滑微分范围(例如，平滑微分范围为3)，如果执行平滑微分运算，则使用与前后18个脉冲量相应的AF评价值来执行平滑微分运算，AF评价值间的相关性变得过强，AF评价值的变迁过于平均化，平滑微分值的极值(0附近)不能正确检测出，造成伪合焦。

为了防止这样的伪合焦，在被摄物体和背景的AF评价值峰值接近的远状态下，把平滑微分范围设定为2，AF评价值间的相关性的比例变低。在本实施例中，作为用来使平滑微分范围的设定可变的判断，根据聚焦伸缩量来使用焦点状态，然而，也可以以聚焦伸缩量为阈值，来进行平滑微分范围的可变判断。

而且，在上述实施例1至上述实施例4的任意一个中，关于使用相同的平滑微分运算式的示例进行了说明，然而，平滑微分运算式不限于此，而是还可以替换为其它的微分式。而且，在任意一个结构中，根据从AF评价值执行平滑微分运算的结果，能够以AF评价值的极值的附近为合焦位置，因此，不受由低亮度及低对比度造成的AF评价值的偏差的影响，能够实现精度高的AF处理。

本领域技术人员能够理解，根据上述教导，可以进行多种另外的修改和改变。因此应当理解，在所附权利要求的范围内，可以以此处具体描述的方式之外的方式来实施本专利说明书的公开内容。

而且，在本说明书及所附权利要求的范围内，不同的示例性实施例的元件和/或特征可以相互组合以及/或者相互替换。

而且，本发明的上述及其它示例性特征的任意一个可以以设备、方法、系统、计算机程序、或计算机程序产品的形式来实施。例如，上述方法可以以系统或装置的形式实施，所述系统或装置包括但不限于用来执行附图所示方法的任意一个结构。

示例性实施例如此描述，显而易见的是，其可以变化为多种方式。这样的变化不应被认为偏离了本发明的精神和范围，本领域技术人员显而易见的是，所有这样的改变意图包含在所附权利要求的范围内。

工业实用性

本发明能够应用于可装载于带有照相机的携带机器的摄像设备及其摄像方法等等。

Claims (22)

1.一种摄像设备，包括：

摄像元件，接受穿过摄影透镜的被摄物体的光；

透镜移动装置，使所述摄影透镜移动；

自动焦点检测装置，根据从所述摄像元件获得的图像数据来确定焦点；

其中，所述自动焦点检测装置通过平滑微分运算来确定焦点位置，所述平滑微分运算使用根据所述图像数据而计算出的AF评价值，所述AF评价值是对构成所述图像数据的邻接像素的亮度差求积分所得的值，且

所述平滑微分运算通过下式来求平滑微分值，

Y[0]＝∑[i＝0→a](X[i]-X[-i])×bi

其中Y[0]是平滑微分值，i是正数，a是总计范围，X[i]是AF评价值，bi是与从AF评价值偏离的程度相应地变大的加权系数。

2.按照权利要求1所述的摄像设备，其中，

所述平滑微分运算是对AF评价值的变迁量乘以系数所得的值进行总计的运算。

3.按照权利要求1所述的摄像设备，其中，

所述平滑微分运算中所使用的系数与从求平滑微分值的时刻的AF评价值偏离的程度相应地变大。

4.按照权利要求1所述的摄像设备，还包括：

摄影条件设定装置，能够在至少包括对一般的被摄物体摄影的通常摄影模式、及对接近的被摄物体摄影的宏模式在内的多个摄影条件中选择，

其中，所述自动焦点检测装置相应于根据所述摄影条件设定装置所设定的摄影条件，来确定成为平滑微分运算的运算对象的AF评价值的总计范围。

5.按照权利要求1所述的摄像设备，其中，

所述自动焦点检测装置按照所述摄影透镜的焦点距离，来确定成为平滑微分运算的对象的AF评价值的总计范围。

6.按照权利要求4所述的摄像设备，其中，

所述自动焦点检测装置按照根据所述摄影条件而可变的摄影透镜的移动步长量，来确定成为平滑微分运算的对象的AF评价值的总计范围。

7.按照权利要求1所述的摄像设备，其中，

在根据对所述AF评价值进行平滑微分运算所得的结果而确定的焦点位置处于摄影透镜驱动范围内的情况下，所述自动焦点检测装置把该AF评价值获取时的摄影透镜位置确定为焦点位置。

8.按照权利要求7所述的摄像设备，其中，

所述自动焦点检测装置在获取所述摄影透镜驱动范围内的AF评价值之后执行平滑微分运算，确定焦点位置。

9.按照权利要求1所述的摄像设备，其中，

在所述摄影透镜在驱动范围内移动的过程中，所述自动焦点检测装置执行平滑微分运算，确定焦点位置。

10.按照权利要求1所述的摄像设备，其中，

当在摄影透镜驱动范围内不能确定焦点位置的情况下，所述自动焦点检测装置把摄影透镜的超焦点位置作为焦点位置。

11.按照权利要求10所述的摄像设备，其中，

所述透镜移动装置把摄影透镜移动至所述自动焦点检测装置确定的焦点位置。

12.一种使用摄像设备来执行的摄像方法，所述摄像设备包括：

摄像元件，接受穿过摄影透镜的被摄物体的光；

透镜移动装置，使所述摄影透镜移动；

自动焦点检测装置，根据从所述摄像元件获得的图像数据来确定焦点，

所述摄像方法包括：

步骤，使所述自动焦点检测装置利用所述图像数据来计算出AF评价值；

步骤，使用所述AF评价值来执行平滑微分运算；

步骤，根据所述平滑微分运算的结果，来确定所述摄影透镜的焦点位置，

其中，所述AF评价值是对构成所述图像数据的邻接像素的亮度差求积分所得的值；

所述平滑微分运算通过下式来求平滑微分值，

Y[0]＝∑[i＝0→a](X[i]-X[-i])×bi

其中Y[0]是平滑微分值，i是正数，a是总计范围，X[i]是AF评价值，bi是与从AF评价值偏离的程度相应地变大的加权系数。

13.按照权利要求12所述的摄像方法，其中，

所述平滑微分运算是对AF评价值的变迁量乘以系数所得的值进行总计的运算。

14.按照权利要求12所述的摄像方法，其中，

所述平滑微分运算中所使用的系数与从求平滑微分值的时刻的AF评价值偏离的程度相应地变大。

15.按照权利要求12所述的摄像方法，

其中，所述摄像设备还包括摄影条件设定装置，该摄影条件设定装置能够在至少包括对一般的被摄物体摄影的通常摄影模式、及对接近的被摄物体摄影的宏模式在内的多个摄影条件中选择，

所述摄像方法还包括：

步骤，利用所述摄影条件设定装置来设定摄影条件；

步骤，使所述自动焦点检测装置获取由所述摄影条件设定装置设定的摄影条件；

步骤，按照所述摄影条件，确定成为平滑微分运算的运算对象的AF评价值的总计范围。

16.按照权利要求12所述的摄像方法，还包括步骤：

使所述自动焦点检测装置按照所述摄影透镜的焦点距离，来确定成为平滑微分运算的对象的AF评价值的总计范围。

17.按照权利要求15所述的摄像方法，还包括步骤：

使所述自动焦点检测装置按照根据所述摄影条件而可变的摄影透镜的移动步长量，来确定成为平滑微分运算的对象的AF评价值的总计范围。

18.按照权利要求12所述的摄像方法，还包括步骤：

在根据对所述AF评价值进行平滑微分运算所得的结果而确定的焦点位置处于摄影透镜驱动范围内的情况下，使所述自动焦点检测装置把该AF评价值获取时的摄影透镜位置确定为焦点位置。

19.按照权利要求18所述的摄像方法，还包括步骤：

使所述自动焦点检测装置在获取所述摄影透镜驱动范围内的AF评价值之后执行平滑微分运算，确定焦点位置。

20.按照权利要求12所述的摄像方法，还包括步骤：

在所述摄影透镜在驱动范围内移动的过程中，使所述自动焦点检测装置执行平滑微分运算，确定焦点位置。

21.按照权利要求12所述的摄像方法，还包括步骤：

当在摄影透镜驱动范围内不能确定焦点位置的情况下，使所述自动焦点检测装置把摄影透镜的超焦点位置作为焦点位置。

22.按照权利要求21所述的摄像方法，还包括步骤：

使所述透镜移动装置把摄影透镜移动至所述自动焦点检测装置确定的焦点位置。

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