CN103379273A - 摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摄像装置，具有使透镜移动而进行对焦的自动对焦装置，该摄像装置的特征在于，具有：具有对比度信号生成部分的摄像机信号处理部分，该对比度信号生成部分从图像信号提取高频分量，根据提取的高频分量生成图像信号的对比度信号；控制部分，根据对比度信号进行对焦控制，控制部分进行IR截止滤光器的ON/OFF控制，并且，控制部分具有保持该IR截止滤光器的ON/OFF状态的设定值的记录部分，摄像机信号处理部分具有信号变换处理部分，根据设定值变换发送到对比度信号生成部分的图像信号的RGB的比例。由此，本发明提出的系统使得在IR截止滤光器OFF的情况下对拾取了大量的近红外光的图像进行自动对焦时，能够以不花费成本的方式进行最佳的焦点修正。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及摄像机等的摄像装置中的自动对焦(auto focus)控制。

背景技术

作为内置在数码摄像机等中的自动对焦的方法，已知有对比度方式和色差方式等。在对比度方式中，检测所拍摄的图像的对比度，对各个位置的对比度进行比较，由此来确定被拍摄体和透镜位置的焦点相一致的位置。在采用该方法时，需要检测出对比度达到最大值时的透镜位置。

此外，在色差方式中，利用光的R(红色)分量、G(绿色)分量和B(蓝色)分量的各个分量的透镜的焦点位置各不相同这一现象，根据各种颜色的高频分量的大小的比较结果来检测焦点对准位置(专利文献1)。

在摄像机中，通常使用红色LED(波长700nm)等作为辅助光的光源，所以焦点会因透镜的色差而变得模糊，因此，摄像机中的微处理器在红色LED发光时进行焦点修正，使得在闪光灯正式发光时焦点正好对准。在如上所述在昏暗的背景中拍摄静止图像时采用内置有AF辅助光的闪光灯的系统中，还已知有在利用自动对焦来进行对焦时，使AF辅助光(红色LED，波长700nm等)发光，由此来进行焦点修正的方法(专利文献2)。

透镜具有除了可见光以外还拾取近红外光的特点。不过，通过使用截止人的肉眼看不见的近红外光的滤光器，能够做到只将可见光反映在图像中。此时，由于绿色分量的波长是可见光中的位于中间部分的波长，并且所要拍摄的图像中的RGB的对比度通常也比较平均，所以通常以绿色分量为基准来进行焦点的调整。在以绿色分量为基准进行焦点调整的方法中，不直接使用原始的图像信号作为生成对比度信号时使用的图像信号，而是使用通过在原始图像信号的RGB分量中的各个分量分别乘以红色用的增益、绿色用的增益和蓝色用的增益而发生了变化的图像信号，通过将该变换时使用的绿色用的增益设定为大于红色用的增益和蓝色用的增益来增加绿色分量的比例。一般来说，作为其变换式，采用下式所示的变换式。

变换后的图像信号的红色分量的亮度＝红色用的增益×原始图像信号的红色分量的亮度……(1)

变换后的图像信号的绿色分量的亮度＝绿色用的增益×原始图像信号的绿色分量的亮度……(2)

变换后的图像信号的蓝色分量的亮度＝蓝色用的增益×原始图像信号的蓝色分量的亮度……(3)

亮度＝0.3R(红色的亮度的明亮程度)+0.59G(绿色的亮度的明亮程度)+0.11B(蓝色的亮度的明亮程度)……(4)

其中，通常将红色用的增益∶绿色用的增益∶蓝色用的增益的比例设定为＝0.3∶0.59∶0.11，作为红色用的增益，使用0.3这一比例，作为绿色用的增益，使用0.59这一比例，作为蓝色用的增益，使用0.11这一比例(或者使用分别乘以3倍而得到的0.9，1.77，0.33的比例)。并且，使用该变换后的图像信号来生成对比度信号，通过检测对比度信号达到最大值时的透镜位置来进行对焦。

采用上述方法时，由于不需要进行复杂的计算，所以能够缩短计算时间，因此很多透镜都采用了该方法。此外，由于人的灵敏度与绿色分量相接近，所以根据绿色进行对焦，还具有使得与人的灵敏度相吻合的含义。

在先技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2009-103800号公报

专利文献2日本特开平11-174521号公报

IR截止滤光器27是使可见光通过并且对近红外光(IR)进行截止的滤光器。通过将IR截止滤光器27设定为OFF，能够拾取近红外光，所以摄像机所捕捉到的图像中的红色分量会增加。可是，如果通过这一方法来进行焦点的修正，则在IR截止滤光器处于OFF状态(除去了IR截止滤光器)时，由于红色分量会增加，所以在根据绿色分量进行焦点修正时，会发生因焦点对不准而使图像出现模糊的情况。该现象在拆除了IR截止滤光器的情况下变得尤为明显。

图2是对焦位置的示意图。由于绿色分量的焦点位置在RGB的中间，所以在通常的图像中，根据绿色光，在焦点距离(G)41的位置处进行焦点调整时，可以获得最佳的焦点。可是，在除去了IR截止滤光器的场合，在所拾取的图像中含有大量的红色分量的情况下，优选在焦点距离(R)40处进行对焦，而在现有的方法中，由于在焦点距离G(41)处进行对焦，所以会发生因焦点对不准而使图像出现模糊的情况。

此外，还存在成本和系统等方面的问题，有时会出现难以在自动对焦上采用辅助光等的情况。

发明内容

本发明提供一种系统，使得在IR截止滤光器OFF的情况下对拾取了大量的近红外光的图像进行自动对焦时，能够进行最佳的焦点修正。

为了解决上述课题，例如采用权利要求书中所记载的结构。本申请中包括多个解决上述课题的方案，而要举出其中一个方案时，则以权利要求1为其特征。

根据本发明，在IR截止滤光器OFF的情况下对拾取了大量的近红外光的图像进行自动对焦时，不需要增加设备，不需要进行大幅度的变更，只需对软件进行变更，就能够方便地变更为适当的焦点。

附图说明

图1是表示本实施方式所涉及的摄像装置的整体结构的方块图。

图2是表示本实施方式所涉及的对焦位置的示意图。

图3是表示聚焦透镜(focus lens)组的位置与第一对比度信号和第二对比度信号的信号大小之间关系的特性曲线图。

图4是表示本实施方式所涉及的对焦控制处理的处理步骤的流程图。

图5是表示第二实施例所涉及的对焦控制处理的处理步骤的流程图。

图6是变换前和变换后的对比度信号图。

具体实施方式

以下参照附图对实施例进行说明。

第一实施例

(1)本实施方式所涉及的摄像装置的结构

图1是本实施例的结构图的一例。摄像装置1具有透镜单元2，在由CCD等构成的摄像元件8的受光面上形成被拍摄体的光学图像，其中，透镜单元2具有对来自被拍摄体的光进行调整的变换透镜(Variator lens)组3、用来调整受光光量的光圈4、具有焦点调节功能的聚焦透镜组5以及IR截止滤光器27。此外，透镜单元2中还设置有由光电断路器等构成的透镜原点检测器6和温度检测器7。而且，透镜原点检测器6检测变换透镜组3的原点位置，并将检测结果作为透镜原点位置检测信息发送到高通滤波器处理部分16。另外，温度检测器7检测透镜单元2内的温度，并将检测结果作为透镜单元内温度信息发送到控制部分30。

摄像元件8对形成在受光面上的被拍摄体的光学图像进行光电转换，并将所得到的摄像信号发送到杂波去除部分9。此后，在杂波去除部分9中对该摄像信号进行规定的杂波去除处理，在自动增益控制处理部分(AGC：Auto Gain Controller)10中将该摄像信号放大到最适当的大小，并在模拟/数字变换部分11中将其变换为数字信号后，作为数字摄像信号发送到摄像机信号处理部分12。

在摄像机信号处理部分12中，由第一信号变换处理部分13对发送来的数字摄像信号进行信号处理，将数字摄像信号变换成依据NTSC(National Television Standards Committee，美国国家电视标准委员会)制式和PAL(Phase Alternating Line，逐行倒相)制式等的标准信号形式的图像信号后输出到外部。此外，在摄像机信号处理部分12中，由AE信号生成部分14根据图像信号生成信号大小与当前的拍摄图像的明亮度、透镜单元2的光圈4的开放程度以及自动增益控制的增益等相对应的自动光圈(auto iris)信号AE，并将其发送到控制部分30。

此外，摄像机信号处理部分12通过对比度信号生成部分15中的高通滤波器处理部分16提取所述由第一信号变换处理部分13生成的图像信号中的亮度信号的高频分量，并在积分器17中进行积分处理，由此来生成如图3所示的对比度信号VF。摄像机信号处理部分12进一步将如此获得的对比度信号VF发送到控制部分30中。

控制部分30具有CPU(Central Processing Unit，中央处理器)和内置存储器等的信息处理资源。控制部分30根据存储在内置存储器中的自动光圈数据处理程序(AEP)和自动对焦数据处理程序(AFP)，计算通过自动光圈信号AE识别的当前的拍摄图像的明亮度、透镜单元2的光圈4的开放程度以及自动增益控制的增益等的评价值即自动光圈评价值，并且获取对比度信号VF的值即自动对焦评价值。

此外，例如在对摄像装置1的未图示的变焦按钮进行了操作时，控制部分30相应地生成第一电动机控制信号，并将其发送到第一电动机驱动部分19。并且，第一电动机驱动部分19根据第一电动机控制信号驱动第一电动机23，由此使变换透镜组3沿着其光轴方向移动。由此，将变焦倍率变更为与变焦按钮的操作相对应的倍率。

另外，此时，控制部分30根据从透镜单元2的透镜原点检测器6输入的透镜原点位置检测信息和从设置在第一电动机23的未图示的旋转编码器输入的表示该第一电动机23的输出轴的旋转角度的角度信息，生成表示当前的变焦倍率的变焦倍率信息。此外，控制部分30根据该变焦倍率信息、自动对焦评价值、从透镜单元2的温度检测器7输入的透镜单元内温度信息生成第三电动机控制信号，并将其发送到第三电动机驱动部分21中。这样，第三电动机驱动部分21根据第三电动机控制信号驱动第三电动机25，使聚焦透镜组5沿着其光轴方向移动。由此，根据变焦倍率的变动来调整焦点(自动对焦控制)。

进而，控制部分30根据自动光圈评价值生成第二电动机控制信号，并将其发送到第二电动机驱动部分20中。这样，第二电动机驱动部分20根据第二电动机控制信号驱动第二电动机24，由此根据需要使光圈4开闭。由此，根据拍摄图像的明亮度来调整光圈(自动光圈控制)。

此外，控制部分30根据上述自动光圈评价值控制电子快门28的快门速度，使摄像元件8的曝光时间增减，由此来调整形成在该摄像元件8的受光面上的被拍摄体的光学图像的光量，并且根据该自动光圈评价值，对自动增益控制处理部分10中的增益进行调整。

另外，例如在对摄像装置1的未图示的IR截止滤光器的ON/OFF(启用/禁用)按钮进行了操作时，控制部分30相应地生成第四电动机控制信号，并将其发送到第四电动机驱动部分22。并且，第四电动机驱动部分22根据第四电动机控制信号驱动第四电动机26，由此使IR截止滤光器27上下移动。由此，对应于IR截止滤光器的ON/OFF按钮的操作，将IR截止滤光器27变换为ON或者OFF状态。

(2)本实施方式所涉及的自动对焦控制方式

在透镜3拾取到的光中，除了可见光以外，还包括大量的近红外光。因此，在白天或者室内环境下进行拍摄时，这样的近红外光会被透镜3拾取，使得图像呈现红色。为此，设置了对近红外光进行截止的IR截止滤光器27。

所述IR截止滤光器27的ON/OFF的控制在控制部分30进行。所述控制部分30中设置有保持所述IR截止滤光器27的ON/OFF的状态的设定值的记录部分29，从所述控制部分30将IR截止滤光器27的状态发送到第二信号变换处理部分18。第二信号变换处理部分18能够改变RGB的亮度的大小比例。第二信号变换处理部分18根据IR截止滤光器27的ON/OFF的状态的设定值，对发送到对比度信号生成部分15的图像信号的RGB的比例进行变换。

具体来说是，第二信号变换处理部分18根据下式对图像信号进行变换。

变换后的图像信号的红色分量的亮度＝红色用的增益×原始图像信号的红色分量的亮度……(1)

变换后的图像信号的绿色分量的亮度＝绿色用的增益×原始图像信号的绿色分量的亮度……(2)

变换后的图像信号的蓝色分量的亮度＝蓝色用的增益×原始图像信号的蓝色分量的亮度……(3)

在IR截止滤光器27处于ON状态时，将绿色用的增益设定为大于红色用的增益和蓝色用的增益。例如，将红色用的增益∶绿色用的增益∶蓝色用的增益的比例设定为＝0.3∶0.59∶0.11时，作为红色用的增益，使用0.3这一比例，作为绿色用的增益，使用0.59这一比例，作为蓝色用的增益，使用0.11这一比例(或者使用分别乘以3倍而得到的0.9，1.77，0.33的比例)。上述数值只不过是一个示例，可以进行适当的变更。在红色用的增益∶绿色用的增益∶蓝色用的增益的比例中，绿色用的增益所占的比例优选在0.5以上。

在IR截止滤光器27处于OFF状态时，将红色用的增益设定为大于绿色用的增益和蓝色用的增益。例如，将红色用的增益∶绿色用的增益∶蓝色用的增益的比例设定为＝0.59∶0.3∶0.11。例如，作为红色用的增益，使用0.59这一比例，作为绿色用的增益，使用0.3这一比例，作为蓝色用的增益，使用0.11这一比例(或者使用分别乘以3倍而得到的1.77，0.9，0.33的比例)。上述数值只不过是一个示例，可以进行适当的变更。在红色用的增益∶绿色用的增益∶蓝色用的增益的比例中，红色用的增益所占的比例优选在0.5以上。通过将蓝色用的增益设定为小于红色用的增益(蓝色用的增益＜红色用的增益)，能够与人的眼睛的灵敏度相吻合。相反，如果将蓝色用的增益设定为大于红色用的增益(蓝色用的增益＞红色用的增益)，则图像会变成不自然的黑白图像。不过，在对焦方面，两种设定方法都不存在问题。此外，在IR截止滤光器27处于OFF状态时，由于人们希望看到的是包括大量红外部分的图像，所以，即使设定成绿色用的增益＜蓝色用的增益、蓝色用的增益＜绿色用的增益也没有问题。

对比度信号生成部分15根据发送来的变换后的图像信号生成对比度信号VF。

图6表示变换前和变换后的对比度信号VF。在将红色分量的比例和绿色分量的比例设定为大于其他颜色分量的比例的场合，变换后的对比度信号VF成为最大值时的透镜的位置与变换前的对比度信号VF成为最大值时的透镜的位置不同。

图4是表示本实施方式所涉及的对焦控制处理的处理步骤的流程图。在电源接通后，在进行自动对焦控制处理时，从控制部分30将记录在记录部分29中的IR截止滤光器27的ON/OFF的设定值发送到摄像机信号处理部分12的第二信号变换处理部分18中。此后，在步骤SP1中，根据IR截止滤光器的ON/OFF的设定值进行不同的处理，在IR截止滤光器27处于ON状态时，以增加绿色分量的比例的方式(在通过第二信号变换处理部分18进行变换时，将绿色用的增益设定为大于红色用的增益和蓝色用的增益)进行自动对焦(SP2)。当IR截止滤光器27在摄像装置起动期间变成了OFF状态时，以增加红色分量的比例的方式(在通过第二信号变换处理部分18进行变换时，将红色用的增益设定为大于绿色用的增益和蓝色用的增益)进行自动对焦(SP3)。

如上所述，在IR截止滤光器27处于OFF状态时，能够以接近输入的颜色分量的颜色进行焦点调整，所以能够获得适当的焦点位置，图像不容易发生模糊。

第二实施例

在本实施例中，对采用白平衡模式(白平衡模式是将颜色修正为接近肉眼观察到的颜色的模式)时的自动对焦的示例进行说明。

即使光的种类(太阳光、白炽灯和日光灯)发生了变化，人的眼睛也能够将白色识别为白色，将红色识别为红色。可是，在摄像机中，所拍摄的被拍摄体的颜色会随着光的种类的变化而变化。将颜色修正为与该种情况下眼睛所看见的颜色相近的颜色的功能被称为“白平衡”，摄像机上装载有这种功能。

该白平衡模式中具有白炽灯、水银灯、钠灯和太阳光。在所述白平衡模式中，在选择了白炽灯或钠灯的情况下，透镜3所拾取的光中含有大量的红色分量。因此，即使IR截止滤光器27处于ON状态，也优选根据红色分量进行自动对焦。

由所述控制部分30控制白平衡模式，同时，记录部分29除了保持第一实施例中的设定值以外，还将所述白平衡模式的状态作为设定值进行保持。在作为所述白平衡模式的状态选择了白炽灯或钠灯的情况下，将表示该状态的设定值发送到第二信号变换处理部分18中。此时，在所述第二信号变换处理部分18中，无论IR截止滤光器27是处于ON状态还是OFF状态，均将红色用的增益设定为大于绿色用的增益和蓝色用的增益。例如，将红色用的增益∶绿色用的增益∶蓝色用的增益的比例设定为＝0.59∶0.3∶0.11。例如，作为红色用的增益，使用0.59这一比例，作为绿色用的增益，使用0.3这一比例，作为蓝色用的增益，使用0.11这一比例(或者使用分别乘以3倍而得到的1.77，0.9，0.33的比例)。上述数值只不过是一个示例，可以进行适当的变更。在红色用的增益∶绿色用的增益∶蓝色用的增益的比例中，红色用的增益所占的比例优选在0.5以上。

对比度信号生成部分15根据发送来的变换后的图像信号生成对比度信号VF。

图5是表示第二实施例所涉及的对焦控制处理的处理步骤的流程图。在控制部分30中判断IR截止滤光器是处于ON状态还是处于OFF状态(SP4)。在判断为处于ON状态时，以增加绿色分量的方式(在通过第二信号变换处理部分18进行变换时，将绿色用的增益设定为大于红色用的增益和蓝色用的增益)进行自动对焦(SP5)。在判断为处于OFF状态时，以增加红色分量的比例的方式(在通过第二信号变换处理部分18进行变换时，将红色用的增益设定为大于绿色用的增益和蓝色用的增益)进行自动对焦(SP6)。即使IR截止滤光器处于ON状态，如果处于白平衡模式，例如选择了白炽灯或钠灯(SP7)，则以增加红色分量的比例的方式(在通过第二信号变换处理部分18进行变换时，将红色用的增益设定为大于绿色用的增益和蓝色用的增益)进行自动对焦(SP6)。

如此，在会拾取大量的红色分量的白炽灯或钠灯的环境下，以增加红色分量的方式进行自动对焦，能够获得适当的焦点位置，图像不容易发生模糊。

符号说明

1   摄像装置

2   透镜单元

5   聚焦透镜组

6   透镜原点检测器

7   温度检测器

8   摄像元件

9   杂波去除部分

10  自动增益控制处理部分(AGC：Auto Gain Controller)

11  模拟/数字变换部分

12  摄像机信号处理部分

13     第一信号变换处理部分

14     AE信号生成部分

15     对比度信号生成部分

16     高通滤波器处理部分

17     积分器

18     第二信号变换处理部分

19～22 电动机驱动部分

27     IR截止滤光器

VF     对比度信号

Claims (6)

1.一种摄像装置，具有使透镜移动而进行对焦的自动对焦装置，所述摄像装置的特征在于，还具有：

摄像机信号处理部分，所述摄像机信号处理部分具有对比度信号生成部分，所述对比度信号生成部分从图像信号提取高频分量，并根据所提取的所述高频分量生成所述图像信号的对比度信号；以及

控制部分，所述控制部分根据所述对比度信号进行对焦控制，

所述控制部分进行IR截止滤光器的ON/OFF控制，并且，所述控制部分具有保持所述IR截止滤光器的ON/OFF状态的设定值的记录部分，

所述摄像机信号处理部分具有信号变换处理部分，所述信号变换处理部分根据所述设定值变换发送到所述对比度信号生成部分的图像信号的RGB的比例。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，

所述摄像机信号处理部分具有基于所述设定值变换发送到所述对比度信号生成部分的图像信号的RGB的比例的信号变换处理部分，

在IR截止滤光器处于OFF状态时，将所述RGB的比例设定为红色分量的比例大于绿色分量和蓝色分量的比例。

3.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于，

在IR截止滤光器处于ON状态时，将所述绿色分量的比例设定为大于所述红色分量和所述蓝色分量的比例。

4.根据权利要求2所述的摄像装置，其特征在于，

在IR截止滤光器处于ON状态时，将所述RGB的比例设定为B＜R＜G，在IR截止滤光器处于OFF状态时，将所述RGB的比例设定为G＜B＜R。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的摄像装置，其特征在于，

所述信号变换处理部分对变换前的图像信号的红色分量、绿色分量、蓝色分量的亮度分别乘以红色用的增益、绿色用的增益、蓝色用的增益，由此对发送到所述对比度信号生成部分的图像信号的RGB的比例进行变换。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的摄像装置，其特征在于，

所述控制部分控制白平衡模式，并且所述记录部分还将白平衡模式的状态作为所述设定值进行保持，

在选择了所述白平衡模式的情况下，无论所述IR截止滤光器是处于ON状态还是处于OFF状态，均将所述红色用的增益设定为大于所述绿色用的增益和所述蓝色用的增益。

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