CN102591099A - 电子摄像机和焦距控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电子摄像机和焦距控制方法，其包括快门按钮。当将该快门按钮半按下时，根据从摄像器件输出的图像信号，判断景物的焦点值，根据该判断结果，设定聚焦透镜的移动起始位置。更具体地说，按照焦点值的判断结果，设定移动起始位置的校正量，将在将半按下的快门按钮设定在移动起始位置时透镜位置与校正量之间的差值的位置设定为移动起始位置。上述焦点值越高，上述校正量越小。上述聚焦透镜逐渐地从所设定的移动起始位置，朝向摄像器件移动，根据在每个步进从摄像器件输出的图像信号，指定焦点位置。

Description

电子摄像机和焦距控制方法

本发明是2001年7月26日申请的发明名称为“电子摄像机和焦距控制方法”的第01813603.3号发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电子摄像机和焦距控制方法。更具体地说，本发明涉及下述电子摄像机和焦距控制方法，该电子摄像机和焦距控制方法调整从聚焦透镜到图像传感器之间的距离。

背景技术

在普通的电子摄像机，比如，摄像机，数字静像摄像机，或类似物中，根据从摄像器件(图像传感器)输出的图像信号的高频分量，对焦距进行控制，其利用下述特征，即，针对景物的焦距越精确，景物的图像的对比度越高。

这样的焦距控制方法具有多项突出的优点，比如，(1)实质上没有视差，(2)甚至在场的深度较浅，或景物出现在越远距离处的情况下，仍可精确地使摄像机进行对焦。另外，上述方法无需配备额外的焦距控制用的特殊传感器，从机械方面来说，是非常简单的。

在于1991年3月25日公开的日本第68280/1991号(H04N5/232)文献中，公开了采用上述的焦距控制方法的自动聚焦摄像机的1个实例。该已有技术是通过电子静像摄像机进行描述的，该电子静像摄像机提供景物的静止图像，按照从景物距离的无限远侧端，到近侧端的每个预定步进，聚焦透镜移动。从在每个步进拍摄的图像信号提取高频分量，将所提取的高频分量的积分值，即，焦距评估值为最大值的位置作为焦点而检测。

但是，如果针对上述已有技术，采用下述的所谓的单步(oneshot)自动聚焦控制，在该控制中，与用于提供景物的静止图像用的键操作相对应，进行焦距控制，则当拍摄具有相互邻接的焦点的多个景物时，会花费时间进行焦距控制。也就是说，焦距评估值的检测总是从无限远侧开始，从而在于近侧端调整每个景物的焦距的场合，检测焦点会花费时间。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种新型的电子摄像机。

本发明的另一目的在于提供一种新的焦距控制方法。

本发明的还一目的在于提供下述电子摄像机，该电子摄像机能缩短检测焦点的所需时间。

本发明的又一目的在于提供下述焦距控制方法，该方法能够缩短检测焦点的所需时间。

本发明涉及一种电子摄像机，其调整从聚焦透镜到摄像器件的距离，该电子摄像机包括：判断机构，该判断机构用于在执行距离调整指令时，根据从上述摄像器件输出的图像信号，确定焦点值(focal level)；设定机构，该设定机构根据上述判断机构的判断结果，设定上述距离的初始值；减小机构，该减小机构用于将上述初始值用作参考值，逐渐地减小上述距离；最佳值设定机构，该最佳值设定机构用于在通过上述减小机构缩短的每个步进，根据从上述摄像器件输出的图像信号，将上述距离设定在最佳值。

当执行上述距离调整指令时，根据从摄像器件输出的图像信号，判断焦点值，根据判断结果，设定从聚焦透镜到摄像器件的距离的初始值。将上述设定的初始值作为参考值，逐渐地缩短从聚焦透镜到摄像器件的距离，根据在每个步进，从摄像器件输出的图像信号，将该距离设定为最佳值。

在设定从聚焦透镜到摄像器件的距离的初始值时，给出执行距离调整指令时的焦点值。也就是说，在开始距离调整时，上述距离的初始值伴随景物的焦点值而不同。于是，这样可以比总是从相同位置开始距离调整的已有技术短的时间，检测焦点值。

在优选实施例中，按照焦点值的判定结果，设定上述距离的校正量，将执行上述距离调整指令时的距离与校正量之间的差值，设定为初始值。应注意到，最好按照焦点值的增加的比例，使上述校正量减少。

在检测图像信号的高频分量，并且通过对高频分量进行积分处理而评估的积分值的场合，可通过将上述积分值与极限值进行比较，判断上述焦点值。

在通过对图像的第1高频分量进行积分处理而评估第1积分值，并且通过对图像的第2高频分量进行积分处理而评估第2积分值的场合，可根据第1积分值和第2积分值的比例，对焦点值进行判断。另外，可根据第1积分值，第2积分值和上述比例中的至少1个，判断焦点值。

应注意到，上述第1高频分量最好为从第1高频频带宽度提取的分量，上述第2高频分量为从位于低于第1频带宽度的频带宽度侧的频带宽度，以及第1高频频带宽度提取的分量。

按照本发明，调整从聚焦透镜到摄像器件之间的距离的电子摄像机的焦距控制方法包括下述步骤：(a)当执行距离调整指令时，根据从上述摄像器件输出的图像信号，判断焦点值；(b)根据在上述步骤(a)获得的判断结果，设定上述距离的初始值；(c)将上述初始值作为参考值，逐渐地减小上述距离；(d)在通过上述步骤(c)缩短的每个步进，根据从上述摄像器件输出的图像信号，将上述距离设定为最佳值。

当执行距离调整指令时，根据从摄像器件送出的图像信号，判断焦点值，根据上述判断结果，设定从聚焦透镜到摄像器件的距离的初始值。将上述设定的值作为参考值，逐渐地缩短从聚焦透镜到摄像器件的距离，根据在每个步进从摄像器件输出的图像信号，将其设定为最佳值。于是，可以比总是从相同位置开始距离调整的已有技术短的时间，检测焦点。

当结合附图时，更加容易根据下面的本发明的具体描述，得出本发明的上述目的及优点。

附图说明

图1为表示本发明的一个实施例的方框图；

图2为表示图1的实施例的操作的一部分的流程图；

图3为表示图1的实施例的操作的另一部分的流程图；

图4为表示图1的实施例的操作的还一部分的流程图；

图5为表示图1的实施例的操作的又一部分的流程图；

图6为表示图1的实施例的操作的一部分的示意图；

图7为本发明的另一实施例的方框图；

图8为表示图7的实施例的操作的一部分的流程图；

图9为表示图7的实施例的操作的另一部分的流程图；

图10为表示透镜位置和焦距评估值之间的关系的曲线图；

图11为表示损失值和相对比例之间的关系的曲线图；

图12为表示本发明的还一实施例的操作的一部分的流程图。

具体实施方式

参照图1，本实施例的电子摄像机包括聚焦透镜1。景物的光学影像通过聚焦透镜1，射入到摄像器件(图像传感器)2的光接收表面。在该光接收表面上，通过光电转换，产生与光学影像相对应的原始图像信号。

如果通过模式切换开关16选择摄像机模式，则CPU13指示摄像器件2输出上述原始图像信号。在光接收表面上进行光电转换的原始图像信号逐个场地从摄像器件2输出。在供给信号处理电路4之前，通过A/D转换器3，将每个场的已输出的原始图像信号转换为数字信号。

上述信号处理电路4对已供给的原始图像信号，进行公知的自动曝光校正和自动白色平衡校正。也可通过图中未示出的光圈机构，对该曝光进行调整，并且对信号处理电路4中的原始图像信号提供增益，但是，上述的光圈机构的具体描述省略。

DRAM5依次逐个场地，存储从信号处理电路4输出的原始图像信号，将每个场的已存储的图像信号供给处理电路6。上述处理电路6对从DRAM5读取的每个场的原始图像信号，进行信号处理，比如，公知的彩色分离和其它的处理，以便产生复合图像信号，将已产生的复合图像信号供给监视器7。景物的实时运动图像(全部图像)显示于监视器7中。

还将从DRAM5读取的每个场的原始图像信号供给门电路9。焦点区域形成于屏幕的中心，上述门电路9在该焦点区域的内部，提取原始图像信号。亮度信号发生电路10根据已提取的原始图像信号，发生亮度信号。HPF11从已发生的亮度信号中提取高频分量。在每个场期间，通过数字积分器12，对该已提取的高频分量进行积分处理。将在每个场期间计算的积分值作为每个场的原始图像信号的焦距评估值，供给CPU13。

如果半按压快门按钮15，则上述CPU13按照后面将要描述的自动聚焦程序，驱动聚焦电动机(步进电动机)14。这样使聚焦透镜1逐渐地沿光轴方向移动，由此，改变从聚焦透镜1到摄像器件2的距离。

如果在将聚焦透镜1设定在焦点之后，则将上述快门按钮15完全按下，则上述CPU13指示摄像器件2进行初始曝光。该初始曝光在摄像器件2中进行，由此产生的原始图像信号从摄像器件2输出。然后，使上述摄像器件2处于非驱动状态。通过A/D转换器3，信号处理电路4和DRAM5，将基于上述初始曝光的原始图像信号供给处理电路6。根据已供给的原始图像信号，上述信号处理电路6按照YUV格式产生图像信号，对已产生的图像信号进行压缩处理，将已压缩的图像信号存储于闪存8中。

要注意到，当通过模式切换开关16选择再生模式时，从闪存8中读取上述已压缩的图像信号，并且通过处理电路6，将其转换为复合图像信号。将上述已转换的复合图像信号供给监视器7，由此，显示已再生的图像。

特别是，上述CPU13执行图2～图5所示的流程。首先，在图2中，在步骤S1，驱动上述摄像器件2，在步骤S3，判断是否发生竖向同步信号。在每个场的开始处，产生上述竖向同步信号，如果在步骤S3，判定为“是”，则分别在步骤S5，S7和S9进行曝光控制、白色平衡控制以及焦距评估值的提供。在步骤S9中提供的焦距评估值作为变量data而保存。在步骤S11，判断是否将上述快门按钮15半按下，如果判定为“否”，则返回到步骤S3进行处理。于是，如果对上述快门按钮15进行操作，则在每个场期间，进行步骤S5～S9的处理。将全部图像显示于监视器7中，两个场之前的，基于曝光的焦距评估值从数字积分器12输出。逐个场地对上述变量data进行更新。

如果将快门按钮15半按下，则从步骤S11转到步骤S13，以便进行AF控制。当完成AF控制时，在步骤S15和S17分别进行上述曝光控制和白色平衡控制，在步骤S19判断快门按钮15是否完全下压。如果将快门按钮15完全下压，则在步骤S21进行初始曝光，在步骤S23进行基于初始曝光的图像信号的存储处理。通过A/D转换器3，信号处理电路4和DRAM5，将通过初始曝光产生的原始图像信号供给处理电路6。在步骤S23，将存储指令供给处理电路6，由此，将基于初始曝光的压缩图像信号存储于闪存8中。

步骤13中所示的AF控制进行图3和图4所示的子程序。首先，在步骤S31，当删除变量afpos，变量det_cnt和变量data_max时，设定聚焦透镜1的当前位置信息。应注意到，聚焦透镜1的位置信息通过聚焦电动机14的驱动步进数表示。将在后面对变量det_cnt和变量data_max的作用进行描述。

在步骤S33，通过后面将要描述的AF开始位置处理，设定聚焦透镜1的移动起始位置，将聚焦透镜1设定在所设定的移动起始位置。在下一步骤S35，将聚焦透镜1的当前位置信息设定在变量dely_pos的初始值。上述变量dely_pos为用于下述目的的变量，该目的指针对摄像器件2曝光的场和根据该曝光对焦距评估值进行计算的场之间具有差别的情况，保持通过每个预定步进而移动的聚焦透镜1的位置，以及焦距评估值之间的相应关系。也就是说，如图6所示的那样，变量dely_pos为不表示当前透镜位置的变量，而是表示产生基于焦距评估值的原始图像信号时的透镜位置。

应注意到，图6表示聚焦透镜1从透镜位置5，移动到透镜位置11，然后设定在作为焦点位置的透镜位置6处的情况。另外，标号5～10表示变量dely_pos，其指基于预先2个场产生的原始图像信号的焦距评估值。

在步骤S37和S39，判断是否产生竖向同步信号，如果两次产生竖向同步信号，则进行步骤S41。在该步骤S41，使聚焦透镜1按照预定量朝向近侧端移动。该预定量为相当于聚焦电动机13的几个步进。

在步骤S43，再次判断是否产生竖向同步信号，如果判定为“是”，则进行步骤S45，以便通过此时从数字积分器输出的焦距评估值，对变量data进行更新。在步骤S47，将该已更新的变量data与变量data_max进行比较。如果data大于(＞)data_max，则进行步骤S49，如果data等于或小于(≤)data_max，则进行步骤S51。

在步骤S49，将变量data设定为变量data_max，将变量dely_pos设定为变量afpos，删除变量det_cnt。另一方面，在步骤S51，将下述值与变量data进行比较，该下述值指从变量data_max中扣除预定值thr而获得的差值data_max-thr。然后，如果data_max-thr等于或小于(≤)data，则直接进行步骤S55。但是，如果上述data_max-thr大于(＞)data，则在进行步骤S55之前，使变量det_cnt增加。

在步骤S55，将上述变量det_cnt与预定值a进行比较，在步骤S57，判断聚焦透镜1的当前位置。然后，如果det_cnt小于(＜)a，则透镜位置尚未到达近侧端，在步骤S59，通过当前透镜位置信息，对上述变量dely_pos进行更新，在返回到步骤S43之前，在步骤S61，按照预定量，使聚焦透镜1朝向近侧端移动。只要在步骤S55判定为“是”，并且在步骤S57判定为“否”，则反复进行步骤S57，S59，S43～S53。另一方面，如果在步骤S55判定为“否”，或在步骤S57判定为“是”，则进行步骤S63，以便在结束AF处理之前，使聚焦透镜1移动到由变量afpos表示的位置。

这样使聚焦透镜1逐渐地从移动起始位置移动，通过CPU13给出在每个步进中从数字积分器12输出的焦距评估值。如果给出的焦距评估值大于当前最大焦距评估值，则将在产生与焦距评估值相对应的原始图像信号的时刻的透镜位置，临时确定为焦点位置。也就是说，每当删除较大的焦距评估值时，对临时确定的焦点位置进行更新。如果给出的焦距评估值小于预定范围内的当前最大焦距评估值的情况持续预定时间，则确定焦点位置，使聚焦透镜1移动到该确定的焦点位置。应注意到，在确定焦点位置时，可在获得最大焦距评估值的透镜位置的附近，进行爬山搜索(hill-climbing)控制。

步骤S33中给出的AF起始位置处理执行图5所示的流程。首先，在步骤S71，将计算移动起始位置用的变量start_cor设定为“0”。在步骤S73，S77和S81，将在于前面刚进行的步骤S9(如图2所示)的处理中获得的变量data与极限值a0，a1和a2进行比较，以便确定焦点值。如果data大于(＞)a0，则在步骤S75将变量start_cor设定为预定值b0，如果data大于(＞)a1，则在步骤S79将变量start_cor设定为预定值b1，如果data大于(＞)a2，则在步骤S83将变量start_cor设定为预定值b2。

在上述极限值a0，a1和a2之间，建立a0大于(＞)a1大于(＞)a2的关系，在预定值b0，b1，b2之间，建立b0大于(＞)b1大于(＞)b2的关系。于是，开始AF处理之前的焦距评估值较大，即，在开始AF处理之前的聚焦透镜1的焦点值越高，则所设定的变量start_cor的值越小。

在步骤S85，表示移动起始位置信息的变量start_pos预先设定在表示景物距离的无限远侧端的值。上述变量start_pos变为无限远侧端的最小值，以及近侧端的最大值。在下一步骤S87，判断变量start_cor的值，如果该start_cor不与(≠)0相对应，则在步骤S89，判断表示当前透镜位置的值与变量start_cor的差值。如果该差值大于表示无限远侧端的值，则在步骤S91，在进行步骤S93之前，将该差值设定为变量start_pos。另一方面，如果在步骤S87或步骤S89判定为“否”，则直接进行步骤S93。在步骤S93，使聚焦透镜1移动到变量start_pos所表示的位置，在该动作结束时，结束AF起始位置处理。

于是，如果上述变量start_cor为0，或上述差值(＝当前位置信息-start_cor)大于或小于表示无限远侧端的值，则该无限远侧端的值变为移动起始位置。与此相对，如果上述变量start_cor表示预定值b0，b1或b2，则上述差值大于表示无限远侧端的值，将上述差值所表示的位置作为移动起始位置。于是，在开始AF处理前的焦点值越高，则越将聚焦透镜更靠近近侧端设定。

参照图7～11，另一实施例的电子静像摄像机基本上与图1～6所示的电子静像摄像机相同，从而相同的部分的重复性的描述尽可能地省略。

将从亮度信号发生电路10输出的亮度信号供给HPF11，以及HPF11’。上述HPF11’的截止频率低于HPF11的截止频率。于是，HPF11’的通频带宽度大于HPF11的通频带宽度。应注意到，将通过HPF11提取的高频分量定义为第1高频分量，将通过HPF11’提取的高频分量定义为第2高频分量。

第1高频分量和第2高频分量分别通过数字积分器12进行积分处理。与上述的实施例相同，逐个场地进行上述积分处理，由此，对每个场的焦距评估值进行评估。将通过对第1高频分量进行积分处理而获得的焦距评估值定义为第1焦距评估值，将通过对第2高频分量进行积分处理而获得的焦距评估值定义为第2焦距评估值。

第1焦距和第2焦距评估值伴随聚焦透镜1的位置，象图10所示的那样变化。第1焦距或第2焦距评估值变为焦点位置处的最大值，但是，上述HPF11’的截止频率小于HPF11的截止频率，从而第2焦距评估值比第1焦距评估值更平稳地变化。

上述CPU13进行图8所示的步骤S9a～S9c，以代替图2所示的步骤S9，进行图9所示的步骤S73’，S75’，S77’，以代替图5所示的步骤S73，S77，S79。

首先，参照图8，当在步骤S7，彩色平衡控制完成时，在步骤S9a和S9b，从数字积分器12给出第1焦距评估值和第2焦距评估值。将第1焦距评估值作为变量data1保存，将第2焦距评估值作为data2保存。在步骤S9c，按照公式(1)，计算相对比例，如果计算该相对比例，则进行步骤S11。

相对比例＝K*data1/data2...(1)

K：常数

参照图9，在步骤S73’，S77’，将上述相对比例与极限值C0，C1和C2进行比较之前，在步骤71将变量start_cor设定为“0”。如果上述相对比例大于(＞)C0，则进行步骤S75。如果上述相对比例大于(＞)C1，则进行步骤S79。如果上述相对比例大于(＞)C2，则进行步骤S81。如果不满足任何条件，则进行步骤S85。应注意到，在上述极限值C0，C1和C2之间，建立C0大于(＞)C1大于(＞)C2的关系。

在焦点位置，第1焦距评估值和第2焦距评估值为最大值，但是，特定数值(最大值)按照景物的情况而变化。与此相对，由上述比例表示上述相对比例不按照景物的情况而大幅度地变化。如果景物的亮度变化，则比如，第1焦距评估值和第2焦距评估值大幅度地变化，但是，上述相对比例的变化量较小。于是，上述相对比例和损失值(loss level)(与焦点位置的偏差量)之间的关系相对任何的景物，具有图10所示的特征。也就是说，相对损失值，上述相对比例呈现单调的减小特征。这样可适当地确定与景物的情况无关的焦点值。

除了下述方面，另一实施例的电子静像摄像机与图7～图11所示的电子静像摄像机类似，省略类似部分的重复性的描述，该下述方面指进行图12所示的步骤S79”，S77”和S81”的步骤，以代替图5所示的步骤S73，S77和S79。

在步骤73”，判断data1是否大于(＞)a0，上述相对比例大于(＞)c0，在步骤S77”，判断data1是否大于(＞)a1，上述相对比例是否大于(＞)c1，在步骤S81”，判断data1是否大于(＞)a2，上述相对比例是否大于(＞)c2。然后，如果在步骤S73”判定为“是”，则进行步骤S75，如果在步骤S77”判定为“是”，则进行步骤S79，如果在步骤S81”判定为“是”，则进行步骤S 83，如果在步骤S81”判定为“否”，则进行步骤S85。应注意到，本实施例中的极限值a0，a1和a2与图5所示的步骤S73，S77和S81所采用的a0，a1和a2极限值相同。

在本实施例中，第1焦距评估值和上述相对比例用于判断焦点值，由此，可适当地确定聚焦透镜的移动起始位置。

应注意到，在上述实施例中，使聚焦透镜沿光轴方向移动。但是，可使摄像器件沿光轴方向移动，以便代替聚焦透镜移动的方式，或同时还使聚焦透镜移动。另外，可将CCD型，或CMOS型的摄像器件用作摄像器件。

虽然对本发明进行了具体图示和描述，但是显然，本发明仅仅是通过图示和实例给出的，其不应受到任何限制。

Claims (4)

1.一种电子摄像机，该电子摄像机具有CPU、通过上述CPU而控制其光轴方向的位置的聚焦透镜、输出图像信号的摄像器件、从上述图像信号提取亮度信号的亮度信号发生回路、从上述亮度信号提取高频分量的HPF、以及通过将上述高频分量进行积分而输出焦距评估值并输入到上述CPU的数字积分器，上述CPU基于上述焦距评估值进行AF控制，其特征在于，在该电子摄像机中：

在指示开始上述AF控制时，上述CPU对应由上述数字积分器输出的焦距评估值，设定上述聚焦透镜的移动起始位置；

上述CPU使上述聚焦透镜的位置移动到所述移动起始位置；

上述CPU将上述聚焦透镜一边从上述移动起始位置分阶段移动，一边对应基于各阶段图像信号而输出的焦距评估值，确定焦点位置；而且

上述CPU将上述聚焦透镜配置到上述确定的焦点位置。

2.根据权利要求1所述的电子摄像机，其特征在于：

上述移动开始位置按如下方式设定：根据在发出开始上述AF控制指令时的上述聚焦透镜和上述摄像器件之间的距离，按照与上述数字积分器输出的焦距评估值相对应的校正量而设定。

3.根据权利要求2所述的电子摄像机，其特征在于：

上述数字积分器输出的焦距评估值越高，上述校正量越减少。

4.一种电子摄像机的焦距控制方法，该电子摄像机具有聚焦透镜、输出图像信号的摄像器件、从上述图像信号提取亮度信号的亮度信号发生回路、从上述亮度信号提取高频分量的HPF、以及通过将上述高频分量进行积分而输出焦距评估值的数字积分器，基于该焦距评估值进行AF控制，其特征在于，包括下述步骤：

(a)移动起始位置设定步骤，在该移动起始位置设定步骤中，在指示开始AF控制时，对应由上述数字积分器输出的焦距评估值而设定上述聚焦透镜的移动起始位置；

(b)移动步骤，在该移动步骤中，将上述聚焦透镜的位置移动到所述移动起始位置；

(c)焦点位置确定步骤，该焦点位置确定步骤将上述聚焦透镜一边从上述移动起始位置分阶段移动，一边对应基于各阶段图像信号而输出的焦距评估值确定焦点位置；

(d)配置步骤，将上述聚焦透镜配置到由上述焦点位置确定步骤确定的焦点位置。

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