CN1523437A - 照相机 - Google Patents

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Abstract

CPU驱动电机使变焦镜头从∞端移动至最近端而得出分别对应多个镜头位置的根据带通滤波器从摄像元件的摄像信号中除去第1截止频率以下成分的带域1的摄像信号的累计值、以及根据带通滤波器除去第2截止频率以下成分的带域2的摄像信号的累计值。CPU利用这些累计值得出每个带域的焦点评价值。CPU如果进一步认为带域1的最大评价值对应镜头的最近端位置，便判断出是否在最近端对焦。CPU将最近端的带域1的邻接差分、邻接差分比、以及最近端相邻的带域1的邻接差分用于判断。

Description

照相机
技术领域
本发明涉及一种自动变焦照相机。
背景技术
已知的照相机把摄像元件输出的摄像信号分别输入到具有不同的低频截止频率的2个高通滤波器，并基于分别从各高通滤波器输出的信号进行焦点检测。例如，特公平7-112254号公报中所记载的照相机，把各高通滤波器输出的信号分别进行累计且当各累计值的比(相对比)为规定值以上时判断为对焦状态。
上述的照相机假设焦点评价值的极大值在变焦镜头位置的移动范围，即最近端～∞(无限远)端之间，因此很难判断位于上述最近端及其附近的被摄物体的对焦状态。
发明内容
本发明提供一种能够正确地判断主要被摄物体的对焦状态的自动聚焦照相机。
本发明的照相机，具备：通过摄影镜头对被摄物体进行摄像的摄像元件；从摄像元件的变焦区域对应的像素的摄像信号中除去第1频率以下频率成分的第1滤波装置；从摄像信号中除去高于第1频率且低于第2频率的频率成分的第2滤波装置；生成能够移动变焦镜头的镜头驱动信号的镜头驱动信号生成装置；分别在每个变焦镜头的规定位置上运算被第1滤波装置除去频率成分后的第1摄像信号的累计值、以及被第2滤波装置除去频率成分后的第2摄像信号的累计值的评价值运算装置；基于被评价值运算装置运算出的第1摄像信号的累计值以及第2摄像信号的累计值中的任一方而运算对焦镜头位置的镜头位置运算装置；和基于变焦镜头规定位置中的第1摄像信号的累计值变化、以及第2摄像信号的累计值变化来判断被镜头位置运算装置算出的对焦位置真伪的判断装置。
当(a)第1摄像信号累计值的最大值对应的第1镜头位置和与第1镜头位置相邻的第2镜头位置之间的第1摄像信号累计值的变化、以及(b)第1镜头位置与第2镜头位置之间的第2摄像信号累计值的变化之比大于预先设定的判断阈值时，希望判断装置能把被镜头位置运算装置算出的对焦位置判断为真。
当(A)第1摄像信号累计值的最大值对应的第1镜头位置和与第1镜头位置相邻的第2镜头位置之间的第1摄像信号累计值的变化大于规定值，且(B)第1镜头位置与第2镜头位置之间的第1摄像信号累计值的变化与第1镜头位置与第2镜头位置之间的第2摄像信号累计值的变化之比大于预先设定的判断阈值时，希望判断装置能把被镜头位置运算装置算出的对焦位置判断为真。
在第1摄像信号累计值的最大值对应的第1镜头位置和与第1镜头位置相邻的第2镜头位置之间的第1摄像信号累计值的变化小于第1规定值的情况下，当第2镜头位置和与第2镜头位置相邻的第3镜头位置之间的第1摄像信号累计值的变化小于其值大于第1规定值的第2规定值时，希望判断装置能把被镜头位置运算装置算出的对焦位置判断成伪。
希望第1镜头位置最好是变焦镜头的移动范围中最近端所对应的位置。
附图说明
图1为对本发明的一种实施方式的自动变焦(AF)电子照相机的主要部分构成进行说明的框图。
图2为表示变焦镜头位置与焦点评价值之间关系的一个例子的图。
图3为对于通过CPU所进行的AF处理流程进行说明的流程图。
图4为表示当主要被摄物体存在于最近端对应位置(距离)时的变焦镜头位置与焦点评价值之间关系的一个例子的图。
图5为表示当主要被摄物体存在于从最近端对应位置偏照相机一侧时的变焦镜头位置与焦点评价值之间关系的一个例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1为对本发明的一种实施方式的自动变焦(AF)电子照相机的主要部分构成进行说明的框图。在图1中，电子照相机具有镜头单元1、摄像元件2、A/D转换器3、存储器4、图像处理电路5、控制电路8、CPU12、电机13、变焦控制机构14。
镜头单元1包括未图示的变焦镜头。变焦镜头调节焦点位置使得被摄物体通过镜头单元1在摄像元件2的摄像面上成像。通过电机13驱动变焦控制机构14使得变焦机构14在光轴方向上进退移动变焦镜头。电机13根据从CPU12输出的镜头驱动信号被驱动。
摄像元件2由例如二维CCD图像传感器等构成。摄像元件2摄录摄像面上的被摄物体后输出各像素所对应的摄像信号。从摄像元件2输出的摄像信号的信号级根据入射到各像素的光强不同而不同。如果被摄物体的亮度很高从而入射光超过了构成像素的光电二极管的饱和受光级，那么对应该像素而输出的摄像信号则作为饱和级信号输出。当入射光比光电二极管的饱和受光级更强时，摄像信号级与入射光等级无关，而作为饱和级输出。而且，摄像元件2也可以代替CCD而采用MOS传感器以及CID等构成。控制电路8生成对应于摄像元件2的定时信号而发送到摄像元件2。
由摄像元件2输出的摄像信号通过A/D转换器3转换成数字信号后存储在存储器4中。图像处理电路5以规定方式(例如，JPEG)对存储在存储器4中的图像数据进行压缩处理后把该图像数据存储到外部存储电路6中。图像处理电路5也可以进行读出外部存储电路6中存储的压缩数据而进行拉伸时的拉伸处理。外部存储电路6由例如存储卡等数据存储部件构成。
CPU12包括，AE/AWB电路7、带通滤波器(BPF)9A以及9B、累计电路10A、10B以及10C、和AF电路11。CPU12与控制电路8以及存储器4等相连，从而进行电子照相机的焦点检测(AF)和测光(AE)以及白平衡调整(AWB)等各种运算与照相机工作的指令控制。由未图示的操作部件给CPU12输入各种操作信号。CPU12根据由操作部件输入的操作信号而综合管理电子照相机的焦点检测控制、曝光控制、以及色彩平衡控制。
AE/AWB电路7可进行周知的曝光运算以及白平衡调整。白平衡调整处理是对存储在存储器4中的图像数据进行的。
带通滤波器9A以及9B是从分别存储在存储器4的图像处理前的图像数据中与焦点检测区域(变焦区域)对应的图像数据中抽出高频成分的滤波器。通过带通滤波器(BPF)9A、9B进行滤波处理后的图像数据与滤波处理前相比除去了低频成分特别是直流成分。带通滤波器9A具有第1低频截止频率，而带通滤波器9B具有高于第1低频截止频率的第2低频截止频率。在本实施方式中，把具有被带通滤波器9A除去了低频成分的图像数据的频率带域称作带域1，而把具有被带通滤波器9B除去了低频成分的图像数据的频率带域称作带域2。且具有滤波处理前的图像数据的频率带域称作带域3。
累计电路10A、10B以及10C对于分别包含在变焦区域中的像素进行图像数据的累计值运算。累计电路10A对带域1的图像数据进行累计。累计电路10B对带域2的图像数据进行累计。累计电路10C对带域3的图像数据进行累计。各累计电路为了累计高频成分的差分而累计图像数据的绝对值。根据累计电路10C中得出的累计值等价于照原样累计了摄像元件的摄像信号的值，且该累计值中包含表示被摄物体亮度的信息。因此，累计电路10C中得出的累计值可使用于需要亮度信息的运算等。
AF电路11利用累计电路10A以及10B算出的累计值得出焦点评价值。图2为表示摄影镜头1内的未图示的变焦镜头位置与焦点评价值之间关系的一个例子的图。在图2中，横轴为变焦镜头的位置，而纵轴为焦点评价值。焦点评价值为最大的镜头位置D1是相对主要被摄物体的变焦镜头的对焦位置。
焦点评价值的运算，例如把变焦镜头从∞(无限远)端移动至最近端而进行。当AF电路11重复算出焦点评价值时的运算速度，可根据摄像元件2的摄像时间、滤波处理以及累计值运算所需的时间而决定。因此，把焦点评价值的每一个运算速度都转换成离散数据而进行图示从而能在图2中以黑点表示。AF电路11对包含焦点评价值的最大点的3点P1～P3进行所谓3点内插运算从而算出焦点评价值曲线的极大点所对应的镜头位置D1。镜头位置D1对应于经过最大点P2与点P3而倾斜度为α的直线以及经过点P1而倾斜度为-α的直线的交点。该镜头位置D1为能使根据摄像元件2摄录的被摄物体不发生边缘模糊且图像的对比度最大的位置。
本发明的特征在于，在以上的焦点检测处理中判断从∞端至最近端之间得出的焦点评价值的最大点是否为对焦位置即焦点评价值曲线的极大值。
对于以上在AF电子照相机的CPU12中进行的AF处理，参照图3的流程图进行说明。图3中的处理，根据例如从未图示的释放开关发出的半押操作信号输入到CPU12时开始。在步骤#1中，CPU12对处理中所需的信号进行初始化后进入步骤#2。
在步骤#2中，CPU12设定搜索位置后进入步骤#3。在本实施方式中，分别把搜索起始位置设定为∞端而搜索结束位置设定为最近端。而且，也可以把搜索起始位置设定为最近端而搜索结束位置设定为∞端。在步骤#3中，CPU12向电机13输出驱动信号，从而使变焦镜头(未图示)移动到搜索起始位置而进入步骤#4。
在步骤#4中，CPU12设定镜头移动速度后进入步骤#5。变焦镜头从搜索起始位置到搜索结束位置的移动时间，根据该移动速度而决定。若放慢镜头移动速度，图2中的图示数就会增多，若加快镜头移动速度，图示数便会减少。因此，镜头移动速度优选设定为构成焦点评价值曲线的“山”的图示数至少为3点以上。
在步骤#5中，CPU12分别得出累计电路10A以及10B的累计值后分别在AF电路11内存储表示变焦镜头位置相关的信息。然后，进入步骤#6。变焦镜头位置例如通过在变焦控制机构14中输入表示镜头位置的信息而得出。
在步骤#6中，CPU12向电机13输出驱动信号后进入步骤#7。由此，变焦镜头以上述镜头移动速度开始驱动。在步骤7中，CPU12判断变焦镜头位置是否为搜索结束端。CPU12在变焦镜头位置为搜索结束端时肯定步骤#7而进入步骤#8，而变焦镜头位置为未达到搜索结束端时否定步骤#7而返回到步骤#5。
根据以上步骤#5～步骤#7的处理，可以在变焦镜头位置从搜索起始端移动至搜索结束端期间得到表示焦点评价值曲线的多个焦点评价值。在这里，构成焦点评价值曲线的多个焦点评价值称作焦点评价值履历。焦点评价值履历可得出至少由带域1的图像数据的信息与带域2的图像数据的信息等2组。
在步骤#8中，CPU12判断出带域1的焦点评价值的最大值(最大评价值)是否大于预先设定的判断阈值。CPU12在最大评价值为判断阈值以上时肯定步骤#8而进入步骤#9，而最大评价值为小于判断阈值时则否定步骤#8而进入步骤#16。当进入步骤#9的情况是从被摄物体得到焦点检测处理所需要的对比度的情况，而进入步骤#16的情况是未从被摄物体得到焦点检测处理所需要的对比度的情况。
在步骤#9中，CPU12进行3点内插运算从而算出带域1的焦点评价值履历曲线的极大点所对应的镜头位置D1。具体讲，搜索带域1的焦点评价值履历的最大值AFva11[MaxLpos]，并利用最大值AFva11[MaxLpos]以及与其两侧相邻的3点而进行3点内插运算。在图2的例子中，点P2对应最大值AFva11[MaxLpos]。而且，当最大值AFva11[MaxLpos]所对应的镜头位置(最大评价位置)为最近端时，把最大评价位置设为镜头位置D1。CPU12算出镜头位置D1后进入步骤#10。
在步骤10中，CPU12判断出最大评价位置是否为最近端。CPU12在最大评价位置为最近端时肯定步骤#10而进入步骤#12，而最大评价位置不是最近端时否定步骤#10而进入步骤#11。当进入步骤#11时，可认为已判断出了极大点即算出的镜头位置D1为对焦位置。当进入步骤#12时，则认为还未判断出极大点，从而算出的镜头位置D1也并非是对焦位置。
在步骤11中，CPU12向电机13输出镜头驱动信号，从而把变焦镜头(未图示)从搜索结束位置移动至镜头位置D1而结束图3中的处理。
在步骤#12中，CPU12根据以下方式算出“带域2的焦点评价值变化”以及“带域1的焦点评价值变化”之比RR。CPU12算出带域1的最大评价值AFva11[MaxLpos]与1个相邻(∞侧)评价值AFva11[MaxLpos-1]间的邻接差分SL1。CPU12算出带域2的最大评价值AFva12[MaxLpos]与1个相邻(∞侧)评价值AFva12[MaxLpos-1]间的邻接差分SL2。CPU12进一步算出邻接差分比RR＝SL2/SL1。CPU12算出比RR后进入步骤#13。而且，邻接差分比RR不取绝对值而连同符号一起算出。
在步骤13中，CPU12判断出邻接差分SL1的大小即带域1的带域1的焦点评价值变化(倾斜度)是否小于预先设定的判断阈值(例如1000)。CPU12在邻接差分的绝对值|SL1|≤1000成立时肯定步骤#13而进入步骤#15，而当|SL1|≤1000不成立时则否定步骤#13而进入步骤#14。当进入步骤#15的情况是最大评价值AFva11[MaxLpos]可能在焦点评价履历曲线的极大值至规定范围内的情况。当进入步骤#14的情况是需要进一步进行处理的情况。
在步骤#14中，CPU12判断出邻接差分比RR是否大于预先设定的判断阈值(例如，+0.45)。CPU12在RR≥+0.45成立时肯定步骤#14而进入步骤#11，而当RR≥+0.45不成立时则否定步骤#14而进入步骤#16。当进入步骤#11的情况是可认为算出的镜头位置D1为对焦位置的情况(真判断)。当进入步骤#16的情况是不能认为算出的镜头位置D1是对焦位置的情况(伪判断)。
在步骤#15中，CPU12算出带域1的最大评价值AFva11[MaxLpos]的1个相邻(∞侧)评价值AFva11[MaxLpos-1]与2个相邻(∞侧)评价值(Max-2)Lposl间的邻接差分SL3。CPU12进一步判断出邻接差分SL3的大小即带域1的带域1的焦点评价值变化(倾斜度)是否大于预先设定的判断阈值(例如1500)。CPU12在邻接差分的绝对值|SL3|≥1500成立时肯定步骤#15而进入步骤#11，而当|SL3|≥1500不成立时则否定步骤#15而进入步骤#16。当进入步骤#11的情况是可认为算出的镜头位置D1为对焦位置的(真判断)情况。当进入步骤#16的情况是不能认为算出的镜头位置D1为对焦位置的(伪判断)情况。
在步骤16中，CPU12向电机13输出镜头驱动信号，从而把变焦镜头(未图示)从搜索结束位置移动至预先设定的默认位置而结束图3中的处理。将变焦镜头移动到默认位置上的情况是被摄物体的对比度很低而无法算出镜头位置的情况以及不能认为算出的镜头位置是正确的对焦位置(焦点评价值履历曲线的极大点所对应的镜头位置)的情况。
总结以上说明的实施方式。
(1)利用变焦区域所对应的摄像信号算出焦点评价值的自动变焦电子照相机根据以下方式进行焦点检测处理。，从摄像信号中除去第1截止频率以下的低频成分的带域1的摄像信号的累计值、以及除去大于第1截止频率的第2截止频率以下的低频成分的带域2的摄像信号的累计值可以通过把变焦镜头从∞端移动至最近端而分别对应多个镜头位置而得出。照相机利用这些累计值得出每个带域的焦点评价值。如果带域1的最大评价位置与变焦镜头的最近端对应(肯定步骤#10的判断)，照相机则进一步判断是否是正确的对焦位置(步骤#12～#15)。由此，特别是能够正确地检测出是否在最近端对焦。
对上述(1)进行详细说明。图4为表示，当主要被摄物体存在于最近端对应位置(距离)时的变焦镜头位置与焦点评价值之间关系的一个例子的图。在图4中图示了从∞端至最近端之间7点(RP1～RP7)的焦点评价值数据。曲线41为带域1的焦点评价值履历曲线，曲线42为带域2的焦点评价值履历曲线，而曲线43为对应邻接差分比RR的曲线。在图4的例子中，可以把带域1的最大评价位置(点RP7所对应的镜头位置)当作对焦位置(对焦镜头位置)。图5为表示，当主要被摄物体存在于从最近端对应位置偏照相机一侧时的变焦镜头位置与焦点评价值之间关系的一个例子的图。在图5中曲线51为带域1的焦点评价值履历曲线，曲线52为带域2的焦点评价值履历曲线，而曲线53为对应邻接差分比RR的曲线。在图5的例子中，带域1的最大评价位置(点RP7所对应的镜头位置)与对焦位置不同。这样，会有焦点评价值履历的最大值并非一定为对焦位置的情况出现。本发明的照相机可在如图5的情况下把最近端判断为非对焦位置。
(2)通过2系统的判断处理(步骤#13和#14、以及步骤#13和#15)可以判断出是否在最近端对焦。当最近端的邻接差分SL1(图4中的点RP7以及RP6的级别差)很大，且最近端的邻接差分比RR(图4中的曲线43的值)为判断阈值以上时，步骤#13和#14的处理进行对焦判断(进入步骤#11)。邻接差分比RR具有，其值在对焦位置上变大而远离对焦位置就变小的性质。邻接差分比RR进一步具有，在带域1以及带域2双方的焦点评价值很小的状态下，由噪声影响导致正负的符号变化的性质。通常当邻接差分SL1很大时，多为构成焦点评价值履历曲线中“山”的倾斜途中的情况，因而仅由邻接差分SL1大小是很难判断对焦位置。在本发明中根据把具有上述性质的邻接差分比RR值包含在判断处理中，使得能够在图4所示的状态下正确地判断出最近端为对焦位置(真对焦)。
(3)当最近端的邻接差分SL1(图5中的点RP7以及RP6的级别差)很大，且最近端相邻的邻接差分SL3(图5中的点RP6以及RP5的级别差)小于判断阈值时，步骤#13和#15中的处理进行非对焦判断(进入步骤#16)。通常如果逐渐远离焦点评价值履历曲线的极大点，邻接差分SL1变小且进而相邻的邻接差分SL3也变小。与此相反，若在焦点评价值履历的极大点的附近，只有邻接差分SL1变小而相邻的邻接差分SL3则变大。在本发明中根据把邻接差分SL1以及邻接差分SL3的双值包含在判断处理中，使得能够在图5所示的状态下判断出最近端为非对焦位置(伪对焦)。
上述的步骤#13、#14以及#15中作出肯定判断的条件，不限于上述的各个判断阈值，也可以适当地变更。
CPU12利用暂时存储在存储器4中的图像数据进行了滤波处理以及累计处理，但也可以依次输入从A/D转换器3输出的数据而进行滤波处理以及累计处理。
在上述的说明中，当带域1的最大评价位置为对应于变焦镜头的最近端(肯定步骤#10的判断)时进行步骤#12～#15的处理。代替这种方法，也可以省略(跳跃)步骤#10而进入步骤#12。
在步骤#9中，CPU12算出了带域1的焦点评价值履历曲线的极大点所对应的镜头位置D1。代替这种方法，也可以利用带域2的焦点评价值履历曲线而算出对应该极大点的镜头位置。
在步骤#11中，移动变焦镜头的同时也可以通过LED等显示出表示对焦的状态。
在步骤#16中，移动变焦镜头的同时也可以通过LED等显示出表示非对焦的状态。
不限于电子照相机，也可以在银盐照相机的焦点检测装置中适用本发明。
如上所述，本发明的照相机可以在每个变焦镜头的位置上分别求出通过不同滤波器的摄像信号的累计值，从而基于产生双方累计值的镜头位置之间的变化判断出对焦状态。由此，例如，可以判断主要被摄物体从最近端接近照相机一侧时等的非对焦状态。
在不离开本发明精神和范围的前体下，可以对上述实施方式进行各种修改。

Claims (5)

1.一种照相机，具备：
通过摄影镜头对被摄物体进行摄像的摄像元件；
从所述摄像元件的变焦区域对应像素的摄像信号中除去第1频率以下的频率成分的第1滤波装置；
从所述摄像信号中除去高于所述第1频率的第2频率以下的频率成分的第2滤波装置；
生成移动变焦镜头的镜头驱动信号的镜头驱动信号生成装置；
分别在每个所述变焦镜头的规定位置上运算出通过所述第1滤波装置除去所述频率成分后的第1摄像信号的累计值、以及通过第2滤波装置除去所述频率成分后的第2摄像信号的累计值的评价值运算装置；
基于由所述评价值运算装置算出的所述第1摄像信号的累计值以及所述第2摄像信号的累计值的任一方算出对焦镜头位置的镜头位置运算装置；和
基于所述变焦镜头的规定位置之间的所述第1摄像信号的累计值变化、以及所述第2摄像信号的累计值变化判断出，由所述镜头位置运算装置算出的对焦位置的真伪的判断装置。
2.根据权利要求1所述的照相机，
当(a)所述第1摄像信号累计值的最大值对应的第1镜头位置和与所述第1镜头位置相邻的第2镜头位置之间的所述第1摄像信号累计值的变化、以及(b)所述第1镜头位置与所述第2镜头位置之间的所述第2摄像信号累计值的变化之比大于预先设定的判断阈值时，所述判断装置将所述镜头位置运算装置算出的对焦位置判断为真。
3.根据权利要求1所述的照相机，
当(A)所述第1摄像信号累计值的最大值对应的第1镜头位置和与所述第1镜头位置相邻的第2镜头位置之间的所述第1摄像信号累计值的变化大于规定值，且(B)所述第1镜头位置与所述第2镜头位置之间的所述第1摄像信号累计值的变化与所述第1镜头位置与所述第2镜头位置之间的所述第2摄像信号累计值的变化之比大于预先设定的判断阈值时，所述判断装置把所述镜头位置运算装置算出的对焦位置判断为真。
4.根据权利要求1所述的照相机，
在所述第1摄像信号累计值的最大值对应的第1镜头位置和与所述第1镜头位置相邻的第2镜头位置之间的所述第1摄像信号累计值的变化小于第1规定值的情况下，当所述第2镜头位置和与所述第2镜头位置相邻的第3镜头位置之间的所述第1摄像信号累计值的变化小于其值大于所述第1规定值的第2规定值时，所述判断装置把所述镜头位置运算装置算出的对焦位置判断成伪。
5.根据权利要求2至权利要求4的任一项所述的照相机，
所述第1镜头位置是对应所述变焦镜头的移动范围的最近端的位置。
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