DE3780900T2

DE3780900T2 - Automatische fokussierungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE3780900T2
Application number: DE8787114650T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Baba; Yukichi Niwa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1987-10-07
Publication date: 1992-12-24
Anticipated expiration: 2007-10-08
Also published as: JPS6394213A; EP0263510B1; DE3780900D1; EP0263510A2; US4872058A; EP0263510A3; JP2535845B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Scharfeinstelleinrichtung für eine Videokamera, eine elektronische Kamera usw. zur automatischen Scharfeinstellung unter Anwendung eines von einem Bildsensor oder dergleichen erzeugten Videosignals.

Beschreibung des Standes der Technik

Es sind automatische Scharfeinstelleinrichtungen verschiedener Arten bekannt. Für eine Videokamera, eine elektronische Kamera oder ein ähnliches Gerät derjenigen Art, bei der ein Bildsensor verwendet wird, ist ein Verfahren zur Scharfeinstellung durch Messen der Schärfe des auf einer Bildaufnahmefläche geformten Bilds eines Objekts über ein aus dem Bildsensor erhaltenes Videosignal und durch Verstellen eines optischen Systems in eine Stellung bekannt, bei der ein maximaler Schärfegrad erreicht wird. Die Schärfe eines Objektbilds ist im Prinzip aus der Größe oder Kleinheit der Hochfrequenzkomponente eines Bildsignals ermitteibar. Die Hochfrequenzkomponente eines Bildsignals (oder Videosignals) wird mittels eines Hochpaßfilters oder einer Differenzierschaltung herausgegriffen. Dann wird ein Fokuspunkt dadurch eingestellt, daß ein optisches Fotoaufnahmesystem verstellt wird, bis die Hochfrequenzkomponente einen Spitzenwert erreicht. Bezüglich der automatischen Scharfeinstelleinrichtung dieser Art ist seit langem ein als "hill climbing servo method" bezeichnetes Verfahren bekannt, das ausführlich in "NHK GIJUTSU KENKYU", 1965, Band 17, No. 1 (Gesamtnummer 86), Seiten 21 bis 37 beschrieben ist. Eine grundlegende Schaltungsanordnung für diese Verfahren nach dem Stand der Technik ist in Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen gezeigt. Eine Torschaltung 12 greift aus einem von einem Bildsensor 10 erzeugten Bildsignal ein Signal heraus, das einem vorgegebenen Bereich (im allgemeinen einem mittigen Bereich einer Bildfläche) entspricht, der für das Messen des Schärfezustands der Bildfläche eingestellt ist. Aus dem von der Torschaltung 12 abgegebenen Signal greift ein Hochpaßfilter 14 eine Hochfrequenzkomponente heraus. Eine Spitzenwertdetektorschaltung 16 erfaßt den Spitzenwert der Hochfrequenzkomponente des Bildsignals für die Bildfläche (oder für ein Vollbild oder Halbbild). Eine Richtungsbestimmungsschaltung 18 bestimmt durch Vergleichen des von der Spitzenwertdetektorschaltung 16 erfaßten Spitzenwerts mit dem Spitzenwert der vorangehenden Bildfläche die Verstellrichtung eines optischen Bildaufnahmesystems 20. Die Richtungsbestimmungsschaltung 18 bewirkt durch Steuern einer Motortreiberschaltung 22 eine Drehung eines Motors 24 in der gleichen Richtung wie zuvor, wenn ermittelt wird, daß der erfaßte Spitzenwert gegenüber dem vorangehenden Spitzenwert angestiegen ist, bzw. in der Gegenrichtung, wenn ermittelt wird, daß der Spitzenwert gegenüber dem vorangehenden Spitzenwert abgefallen ist. Falls sich der Wert nicht wesentlich ändert, wird das Anhalten des Motors 24 bewirkt.
Das vorstehend angegebene herkömmliche Verfahren hat jedoch die folgenden Probleme ergeben. Weil der Schärfemeßbereich auf einen festgelegten Teil der Bildfläche eingestellt ist, besteht als erstes an dem erfaßten Wert der Hochfrequenzkomponente die Tendenz zu Schwankungen in großem Ausmaß, sobald durch Handverwackelung oder durch die Bewegung des Aufnahmeobjekts sich das Bild in den oder aus dem Schärfemeßbereich bewegt. Das optische System würde dann in einer falschen Richtung verstellt werden. Wenn ein Scharfeinstellungszustand erreicht ist, würde das optische System nicht anhalten und hin- und herbewegt werden. Als zweites vermischen sich manche andere Bilder als ein erwünschtes Objekt bild mit dem letzteren in dem Schärfemeßbereich. Falls solche anderen Bilder beispielsweise eine flackernde Lampe oder dergleichen enthalten, würde sich aus einem solchen Zustand gleichfalls eine fehlerhafte Scharfeinstellung ergeben.
Zum Ausschalten der Möglichkeit einer solchen fehlerhaften Funktion wurden in der vom gleichen Anmelder wie dem Anmelder der Erfindung am 23. Mai 1985 eingereichten US-Patentanmeldung Serienno. 737 163 eine automatisch Nachführmeßeinrichtung und eine automatische Nachführeinrichtung offenbart. Die offenbarten Einrichtungen sind zum Speichern der Merkmale eines Objekts (oder eines Hauptaufnahmeobjekts), zum Erfassen und ständigen Nachführen der Bewegung des Objekts und zum Ermöglichen der Einstellung eines Schärfemeßbereichs in ständiger Gegenübersetzung zu der Lage des Objekts gestaltet. Gemäß diesem Verfahren wird der Schärfemeßbereich der Bewegung des Objekts nachgeführt. Mit dem Verfahren wird dann irgendeine Fehlfunktion verhindert, die sich aus dem Verwackeln durch unruhige Hände, einem Bewegen des Objekts oder einem gleichzeitigen Vorliegen eines nicht erwünschten Objekts ergibt.
Da jedoch der Bewegung des Objekts allgemein durch Nutzung von Informationen über ein Bildsignal nachgeführt wird, macht das vorangehend angegebene Verfahren den Einsatz eines Speichers zum Speichern eines Merkmals des Objekts wie eines Musters des Objekts sowie einer schnellen Korrelationsrechenschaltung für das Berechnen des Bewegungsausmaßes des Objekts erforderlich. Dieses Verfahren nach dem Stand der Technik hat daher eine groß ausgelegte teuere Schaltungsanordnung erforderlich gemacht.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, eine automatische Scharfeinstelleinrichtung zu schaffen, die zum Lösen der vorstehend beschriebenen Probleme bei dem Stand der Technik gestaltet ist und die eine genaue Scharfeinstellung eines optischen Bildaufnahmesystems auf ein aufzunehmendes Objekt ermöglicht.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, eine automatische Scharfeinstelleinrichtung einfach zu gestalten, die eine genaue Scharfeinstellung eines optischen Bildaufnahmesystems auf ein aufzunehmendes Objekt ermöglicht.
Zum Lösen dieser Aufgabe enthält eine Scharfeinstelleinrichtung, die erfindungsgemäß zum Erfassen eines Fokuspunktes durch Entnehmen eines einem Schärfegrad entsprechenden Schärfesignals aus einem Videosignal gestaltet ist, das innerhalb eines Schärfemeßbereichs erhalten wird, der auf der Bildaufnahmefläche einer Bildaufnahmevorrichtung eingestellt ist, eine Spitzenwertdetektoreinrichtung zum Erfassen des Spitzenwerts des Schärfesignals, das einem innerhalb des Schärfemeßbereichs erreichten Schärfegrad entspricht, eine Lagedetektoreinrichtung zum Erfassen einer Fokusstelle, an der der Spitzenwert in dem Meßbereich auf der Bildaufnahmefläche erfaßt wird, und eine Lagesteuereinrichtung zum Steuern der Lage des Schärfemeßbereichs gemäß dem Ausgangssignal der Lagedetektoreinrichtung. Die auf die vorstehend beschriebene Weise gestaltete Einrichtung erfaßt zu Beginn einer Scharfeinstellung die Lage eines Scharfeinstellungsobjekts entweder innerhalb eines Bereichs, der durch die Bedienungsperson auf einer Bildfläche bestimmt ist, oder innerhalb eines mittigen Bereichs der Bildfläche und erzeugt ein Schärfesignal. Danach wird bei jeder Änderung der Bildfläche der Schärfemeßbereich auf einen Bereich geändert, in welchem auf einer vorangehenden Bildfläche die Lage des Scharfeinstellungsobjekts enthalten war, und das Schärfesignal für den neuen Schärfemeßbereich erzeugt. D.h., es wird jegliche Bewegung des Scharfeinstellungsobjekts überwacht und der Schärfemeßbereich der Bewegung des Objekts folgend geändert, so daß immer der Scharfeinstellungungszustand eines Aufnahmeobjektivs auf ein und dasselbe Objekt ermittelt werden kann. Dann wird die Richtung, in der das Aufnahmeobjektiv zu verstellen ist, je nach Anwendbarkeit von einem Schärfesignal ausgehend, das von einer einzigen Bildfläche erhalten wird, oder von dem Ergebnis des Vergleichs zwischen Schärfesignalen ausgehend bestimmt, die von aufeinanderfolgenden Bildflächen erhalten werden. Das optische System kann auf diese Weise zum Einbringen in einen Scharfeinstellungungszustand gesteuert werden.
Da der Schärfemeßbereich irgendeiner Lageänderung des Objekts nachgeführt wird, ist mit der erfindungsgemäßen Einrichtung eine große Verbesserung hinsichtlich einer fehlerhaften Funktion gewährleistet, die sich aus einer Bewegung des Objekts oder durch unruhige Hände ergibt. Ferner wird erfindungsgemäß die Bewegung des Objekts durch Nutzung eines Parameters erkannt, der einen Zustand der Scharfeinstellung auf das Objekt anzeigt. Diese Gestaltung vermeidet die Erfordernis irgendwelcher zusätzlicher Einrichtung für das Erfassen der Bewegung des aufzunehmenden Objekts und erlaubt daher eine Vereinfachung der baulichen Anordnung der Einrichtung.
Andere Ziele und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Blockdarstellung, die die herkömmliche automatische Scharfeinstelleinrichtung zeigt. Fig. 2 ist eine Blockdarstellung, die in Grundzügen die Gestaltung einer automatischen Scharfeinstelleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Fig. 3(a) bis 3(c) veranschaulichen die Art und Weise der Änderung eines Schärfemeßbereichs durch die Einrichtung nach Fig. 2. Fig. 4, 5, 6, 7 und 8 sind Ablaufdiagramme, die die Funktion eines in Fig. 2 gezeigten Mikroprozessors veranschaulichen.

Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Gemäß Fig. 2, die die Gestaltung des Ausführungsbeispiels in Blockdarstellung zeigt, ist ein Bildsensor 30 ein Flächenbildsensor in MOS-Ausführung, CCD-Ausführung oder dergleichen. Eine Torschaltung 32 läßt von einem vom Bildsensor 30 erzeugten Bildsignal einen Anteil hindurch, der innerhalb eines bestimmten Schärfemeßbereichs erhalten wird, der auf der Bildaufnahmefläche des Bildsensors angesetzt ist. Die Durchlaßperiode der Torschaltung 32 wird durch ein Steuersignal bestimmt, das von einer Torsteuerschaltung 34 erzeugt wird. Ein Hochpaßfilter (HPF) 36 greift aus dem von der Torschaltung 32 abgegebenen Signal eine Hochfrequenzkomponente heraus. Die Hochfrequenzkomponente kann statt mittels des Hochpaßfilters 36 durch eine Differenzierschaltung oder dergleichen herausgegriffen werden. Eine Spitzenwertdetektorschaltung 38 nimmt das Ausgangssignal des Hochpaßfilters 36 auf und erfaßt den Spitzenwert der Hochfrequenzkomponente des aus dem Schärfemeßbereich erhaltenen Bildsignalanteils. Ein Analog/Digital-Wandler (A/D) 40 setzt den aus der Spitzenwertdetektorschaltung 36 erhaltenen Spitzenwert in einen digitalen Wert um und führt den digitalen Wert einem Mikroprozessor 42 zu.
Der Mikroprozessor 42 steuert gemäß einer nachfolgend beschriebenen Routine die Torsteuerschaltung 34 derart, daß die Lage und die Größe des Schärfemeßbereichs durch Ändern der Durchlaßperiode der Torschaltung 32 eingestellt werden. Eine Taktsignalgeneratorschaltung 44 erzeugt ein Taktsignal, das zum Ansteuern des Bildsensors 30 und zum Festlegen der Betriebszeiten der Spitzenwertdetektorschaltung 38, des A/D- Wandlers 40 und eines Zählers 45 eingesetzt wird. Der Zähler 45 zählt die Impulse eines von der Taktsignalgeneratorschaltung 44 erzeugten Taktsignals und mißt einen Zeitabschnitt, der von einem Zeitpunkt an abläuft, an welchem eine Vertikalabtastung beginnt. Eine Spitzenwert-Lagedetektorschaltung 46 speichert vorübergehend durch ein Spitzenwerterfassungssignal 39, das von der Spitzenwertdetektorschaltung 38 auf das Erfassen eines Spitzenwerts hin erzeugt wird, denjenigen Zählwert des Zählers 45, der erhalten wird, wenn der Spitzenwert erfaßt wird. Der zwischengespeicherte Zählwert wird dem Mikroprozessor 42 zugeführt. Der Zählwert des Zählers 45, der erhalten wird, wenn der Spitzenwert erfaßt wird, stellt die Lage oder Stelle des Spitzenwerts auf der Bildfläche dar. Wenn die Vertikalabtastung beginnt, werden die Inhalte der Spitzenwertdetektorschaltung 38 und des Zählers 45 gelöscht.
Auf den Abschluß der Vertikalabtastung einer jeden Bildfläche hin werden von dem Mikroprozessor 42 ein Spitzenwert P (das Ausgangssignal des A/D-Wandlers 40) und eine Spitzenwertlage A (das Ausgangssignal der Spitzenwert-Lagedetektorschaltung 46) gelesen und aufgenommen. Der Mikroprozessor 42 steuert dann eine Motortreiberschaltung 49 in der Richtung zum Erhöhen des Spitzenwerts P und befiehlt zugleich der Torsteuerschaltung 34 eine Änderung der Durchlaßperiode der Torschaltung 32 (d.h., der Lage und Größe des Schärfemeßbereichs) entsprechend irgendeiner Änderung der Spitzenwertlage A. Gemäß dem Steuersignal aus dem Mikroprozessor 42 wird durch die Motortreiberschaltung 49 an einem zum Verstellen eines optischen Bildaufnahmesystems 47 gestalteten Motor 48 das Drehen in der befohlenen Richtung oder das Anhalten bewirkt.
Die Fig. 3(a) bis 3(c) zeigen das Ändern des Schärfemeßbereichs durch den Mikroprozessor 42 von einem Zustand auf einen anderen. D.h., die ganze Bildfläche ändert sich in der Aufeinanderfolge der Fig. 3(a), 3(b) und 3(c) von einem Zustand 50a auf einen Zustand 50b und ferner auf einen weiteren Zustand 50c.
Zu einem Anfangszeitpunkt für eine automatische Scharfeinstellung beginnt der Motor 48 anzutreiben oder zu drehen. Zugleich wird für das Festlegen der Scharfeinstellung auf ein Scharfeinstellungsobjekt ein normaler Schärfemeßbereich 52 gemäß Fig. 3(a) in geeigneter Größe im mittigen Teil der ganzen Bildfläche 50a eingestellt. Dann werden innerhalb des Schärfemeßbereichs der Spitzenwert Pa der Hochfrequenzkomponente des Bildsignals und die Lage Q des Spitzenwerts der Hochfrequenzkomponente erfaßt. Der Wert der Hochfrequenzkomponente des Bildsignals ist an demjenigen Teil groß an dem sich die Helligkeit an der Objektkontur oder dergleichen ändert. Daher ist die Spitzenwertlage Q ein Punkt auf der Kontur des Objekts und der Punkt Q verschiebt sich auf der nachfolgenden Bildfläche 50b entsprechend dem Verwackeln oder Zittern durch die Hände oder einer Bewegung des Objekts zu einem nahegelegenen Punkt Q'. Daher ändert der Mikroprozessor 42 den Schärfemeßbereich auf der nächsten Bildfläche 50b gemäß Fig. 3(b) auf einen kleineren Bereich 54 mit der Spitzenwertlage Q der vorangehenden Bildfläche als Mitte. Dann werden in dem kleineren Bereich 54 ein neuer Spitzenwert Pb und dessen Lage Q' erfaßt. Der Spitzenwert Pb wird mit dem vorangehenden Spitzenwert Pa verglichen. Entsprechend dem Vergleichsergebnis wird die Richtung bestimmt, in der der Motor 48 zu betreiben ist. In dieser Richtung wird das optische Bildaufnahmesystem 47 verstellt. Auf der nächsten Bildfläche 50c wird gemäß Fig. 3(c) der Schärfemeßbereich auf einen kleinen Bereich 56 eingestellt, der die Spitzenwertlage Q' in dessen Mitte hat. Dann werden in dem neu eingestellten Schärfemeßbereich 56 ein Spitzenwert Pc und dessen Lage Q" erfaßt.
Danach werden die Schärfemeßbereiche entsprechend Änderungen der Spitzenwertlage eingestellt. Verglichen mit dem anfänglichen Schärfemeßbereich 52 ist jeder der nachfolgenden Meßbereiche enger, da sie gerade nur einen begrenzten Bereich um die bekannte Spitzenwertlage herum abdecken, so daß die Berechnung zur Scharfeinstellungsermittlung und die Scharfeinstellungssteuerung prompt ausgeführt werden können. Ferner wird in Vorbereitung für Fälle, bei denen die Spitzenwertlagen Q, Q' und Q" zu einem Randbereich der Bildfläche verschoben sind, von vorneherein ein Nachführbereich 51 eingestellt. Falls die erfaßte Spitzenwertlage wiederholt aus dem Nachführbereich 51 heraus gelangt, wird daraus geschlossen, daß das Scharfeinstellungsobjekt durch einen Kameraschwenk oder dergleichen von einem Objekt auf ein anderes gewechselt hat. In diesem Fall wird der Schärfemeßbereich auf den anfänglichen Meßbereich 52 nach Fig. 3(a) zurückgestellt und die automatische Scharfeinstellung vom Anfang an wieder aufgenommen.
Der anfängliche Schärfemeßbereich kann zu Beginn eines Aufnahmevorgangs durch einen von der Bedienungsperson eingegebenen Befehl auf irgendeinen gewünschten Teil der Bildfläche 50a eingestellt werden. Mit der auf diese Weise gestalteten Einrichtung kann ein Scharfeinstellungsvorgang auf ein erwünschtes Objekt festgelegt werden, während die Kamera in einer festen Lage gehalten wird. Ferner wird die Kamera vorzugsweise mit irgendeiner Einrichtung zur Eingabe eines Befehls für das Zurückstellen oder das neue Beginnen einer Scharfeinstellung ausgestattet.
Die Fig. 4 bis 8 sind Ablaufdiagramme, die die Funktion des Mikroprozessors 42 veranschaulichen. Der Mikroprozessor 42 beginnt entweder nach dem Einschalten einer Stromversorgung oder im Ansprechen auf einen Befehl zum Beginnen einer Scharfeinstellung bei einem Schritt S-1 nach Fig. 4 zu arbeiten. Dann beginnt bei einem Schritt S-2 der Motor 48 einen Verstellvorgang in einer gewünschten Richtung. Es wird ein Zeitgeber eingeschaltet, der zum Ermitteln der Ankunft des optischen Bildaufnahmesystems 47 in dessen Endstellung vorgesehen ist, welche die Stellung für die Entfernung Unendlich oder für die kürzeste Entfernung ist. Der Zeitgeber beginnt den Ablauf der Zeit zu bemessen. Als nächstes wird bei einem Schritt S-3 ein normaler Schärfemeßbereich in dem mittigen Teil der Bildfläche eingestellt (der Bereich 52 nach Fig. 3(a)). Schritt S-4: Auf den Abschluß einer Vertikalabtastung hin werden der Spitzenwert P der Hochfrequenzkomponente und die Lage A des Spitzenwerts auf der betreffenden Bildfläche ausgelesen und aufgenommen. Schritt S-5: Der Spitzenwert P wird mit einem Rauschpegel Pmin verglichen. Im Falle von P ≥ Pmin zweigt der Programmablauf zu einem Schritt S-12 nach Fig. 5 ab. Im Falle von P < Pmin schreitet der Ablauf zu einem Schritt S-6 weiter, bei dem der Zeitgeber hinsichtlich der gemessenen Zeit überprüft wird.
Falls der Zeitgeber nicht den Ablauf einer Zeitspanne anzeigt, die für die Ankunft des optischen Bildaufnahmesystems 47 in der Stellung für die Entfernung Unendlich oder die kürzeste Entfernung ausreichend ist, kehrt der Programmablauf zu dem Schritt S-4 zurück. Falls der Ablauf der ausreichenden Zeit angezeigt ist, schreitet das Programm zu einem Schritt S-7 weiter. Schritt S-7: Die Drehrichtung des Motors 48 wird umgekehrt und der vorstehend genannte Zeitgeber wird rückgesetzt. Schritt S-8: Es werden wieder der Spitzenwert P und dessen Lage A aufgenommen. Schritt S-9: Es wird ermittelt, ob ein effektiver Spitzenwert P ermittelt wurde, der größer als der Rauschpegel Pmin ist. Im Falle von P > Pmin zweigt der Programmablauf auf gleiche Weise wie bei dem Schritt S-5 zu dem Schritt S-12 nach Fig. 5 ab. Im Falle von P < Pmin führt der Programmablauf zu einem Schritt S-10. Schritt S-10: Es wird an dem Zeitgeber die Anzeige des Ablaufens eines Zeitabschnitts überprüft, der für die Ankunft des optischen Bildaufnahmesystems 47 in der Endstellung (für die Entfernung Unendlich oder die kürzeste Entfernung) ausreichend ist. Wenn dies der Fall ist, bedeutet das, daß infolge unzureichender Beleuchtung oder aus anderen Gründen das Ermitteln irgendeines Scharfeinstellpunktes über den ganzen Verstellungsbereich des optischen Bildaufnahmesystems 47 nicht möglich ist. Schritt S-11: In diesem Fall wird eine Warnungsanzeige beispielsweise in einem Sucher hervorgerufen. Danach kehrt das Programm nach dem Abwarten des Ablaufens einer vorgegebenen Zeitdauer zu dem Schritt S- 1 zurück, um beispielsweise den Scharfeinstellungsvorgang wieder auszuführen.
Die Fig. 5 zeigt eine Routine mit Schritten S-12 bis S-19 für das Ermitteln der Anstiegsrichtung des Spitzenwerts P der Hochfrequenzkomponente, der bei dem Schritt S-5 oder S-9 als größer als der Rauschpegel Pmin ermittelt wurde. Schritt S-13: Der Spitzenwert P wird vorübergehend als Variable Po festgehalten. Schritt S-14: Durch Abrufen eines Schritts S- 32 nach Fig. 8 wird ein Meßbereich eingestellt.
Bei den in Fig. 8 gezeigten Schritten S-32 bis S-41 wird bei dem Schritt S-33 die durch die Spitzenwert-Lagedetektorschaltung 46 erfaßte Spitzenwertlage A daraufhin überprüft, ob sie außerhalb des in Fig. 3(a) gezeigten Nachführbereichs 51 liegt. Mit IA ist ein Zähler bezeichnet, der bei dem Schritt S-34 die Anzahl von Bildflächen zählt, auf denen die Spitzenwertlage A als außerhalb des Nachführbereichs 51 liegend ermittelt wurde. Bei dem Schritt S-34 wird der Zähler IA rückgesetzt, falls die Spitzenwertlage A als innerhalb des Nachführbereichs 51 liegend ermittelt wird. Schritt S-35: Der Schärfemeßbereich wird für eine nächste Bildfläche gemäß Fig. 3(b) oder 3(c) auf den kleineren Meßbereich 54 oder 56 mit der erfaßten Spitzenwertlage A in dessen Mitte verändert. Schritt S-37: Falls bei dem Schritt S-33 die Spitzenwertlage A als außerhalb des Nachführbereichs 51 liegend ermittelt wird, wird durch Vergleich des Zählwerts des Zählers IA mit einem vorbestimmten Wert IAmax ermittelt, ob die Spitzenwertlage A über eine vorbestimmte Zeitdauer fortgesetzt außerhalb des Nachführbereichs 51 liegt. Falls das Vergleichsergebnis IA > IAmax ist, was anzeigt, daß die erfaßte Spitzenwertlage A über die vorbestimmte Zeitdauer außerhalb des Nachführbereichs 51 verbleibt, bedeutet dies, daß das aufzunehmende Objekt über eine lange Zeitdauer außerhalb des Bereichs 51 liegt. Daher wird angenommen, daß das anfängliche Objekt durch einen Kameraschwenk oder dergleichen auf ein anderes Objekt gewechselt hat. Schritte S-39, S-40 und S-41: In diesem Fall wird der Schärfemeßbereich auf den anfänglichen (oder normalen) Meßbereich 52 zurückgestellt, der in Fig. 3(a) gezeigt ist. Der Zähler IA wird rückgesetzt. Der Programmablauf kehrt zurück. Danach wird die Scharfeinstellung auf ein neues Objekt ausgeführt.
Falls bei dem Schritt S-37 das Vergleichsergebnis IA ≤ IAmax ist, was anzeigt, daß die vorangehend beschriebene vorbestimmte Zeitdauer noch nicht abgelaufen ist, schreitet das Programm zu dem Schritt S-38 weiter. Bei dem Schritt S-38 wird der Zählwert des Zählers IA um 1 erhöht. Schritte S-35 und S-36: Der Schärfemeßbereich wird auf einen Meßbereich um die erfaßte Spitzenwertlage A herum geändert. Der Programmablauf kehrt zurück.
Nachdem gemäß Fig. 5 der Schärfemeßbereich bei dem Schritt S-14 auf die vorstehend beschriebene Weise eingestellt wurde, gelangt das Programm zu einem Schritt S-15, bei dem der Spitzenwert P und dessen Lage A gelesen und aufgenommen werden. Schritt S-16: Es wird zwischen einer Erhöhung und einer Verminderung des Spitzenwerts P unterschieden. Falls P - Po > 0 ermittelt wird, was eine Erhöhung anzeigt, zweigt das Programm zu einem Schritt S-20 (Fig. 6) ab. Falls P - Po < 0 ermittelt wird, was eine Verminderung anzeigt, schreitet das Programm zu einem Schritt S-17 weiter, bei dem die Drehrichtung des Motors 48 umgekehrt wird, wonach dann das Programm zu dem Schritt S-20 fortschreitet. Falls bei dem Schritt S-16 keine wesentliche Änderung ermittelt wird, wird in den Schritten S-14, S-15 und S-16 fortgesetzt der Spitzenwert P überprüft. Schritt S-18: Zugleich wird der Zeitgeber überprüft, der die Einstellung des optischen Bildaufnahmesystems 47 anzeigt. Falls ermittelt wird, daß das optische Bildaufnahmesystem 47 seine Endstellung er reicht hat, schreitet das Programm zu einem Schritt S-19 weiter, bei dem der Motor 48 in Gegenrichtung gedreht wird und der Zeitgeber rückgesetzt wird. Danach kehrt das Programm zu dem Schritt S-12 zurück, um die vorstehend beschriebenen Schritte zu wiederholen.
Die Fig. 6 zeigt eine Routine mit Schritten S-20 bis S-25 für das Erfassen eines Scharfeinstellungspunktes bei dem Antrieb des Motors 48 in der Richtung zum Erhöhen des Spitzenwerts P der Hochfrequenzkomponente. Bei dem Schritt S-21 wird der Zeitgeber überprüft, um festzustellen, ob das optische Bildaufnahmesystem seine Endstellung erreicht hat. Wenn dies der Fall ist, schreitet das Programm zu einem Schritt S-26 (Fig. 7) weiter, um Prozesse auszuführen, die erforderlich sind, wenn das optische System scharf eingestellt ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird in den nachfolgenden Schritten S-22 bis S-25 die Spitzenwerterfassung fortgesetzt ausgeführt. Bei den Schritten S-22 bis S-24 werden die Prozesse auf gleiche Weise wie bei den Schritten S-13 bis S-15 nach Fig. 5 ausgeführt. Wenn der Spitzenwert P einen Maximalwert durchläuft und abzufallen beginnt, zweigt der Programmablauf zu dem Schritt S-26 nach Fig. 7 ab.
Die Fig. 7 zeigt eine Verarbeitungsroutine mit Schritten S- 26 bis S-31, die im Falle eines Scharfeinstellungszustands auszuführen sind. Bei dem Schritt S-27 werden der Antrieb des Motors 48 und die Funktion des Zeitgebers abgeschaltet. Schritte S-28 bis S-31: Während der Spitzenwert P auf dem Wert Po gehalten wird, wird der erfaßte Spitzenwert P fortgesetzt überprüft, um zu ermittelt, ob er sich gegenüber dem Wert Po geändert hat. Falls eine Änderung ermittelt wird, wird angenommen, daß das optische System aus der Scharfeinstellung herausgekommen ist, und der Programmablauf kommt zu dem Schritt S-1 zurück, um die Scharfeinstellung erneut auszuführen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Bildschärfe bewertet und der Schärfemeßbereich entsprechend einem einzigen Spitzenwert und dessen Lage auf der ganzen Bildfläche geändert. Es ist jedoch natürlich möglich, diese Gestaltung durch Ansetzen einer Vielzahl von Spitzenwerten anstelle des einen Spitzenwerts zu verändern. Beispielsweise kann die Gestaltung folgendermaßen geändert werden: Der Spitzenwert der Hochfrequenzkomponente und dessen Lage werden für jede Horizontalabtastungszeile in dem Schärfemeßbereich erfaßt; als Schärfewert für das Bild wird ein Mittelwert der auf diese Weise erhaltenen Spitzenwerte angesetzt; dann wird für eine nächste Bildfläche entweder der Schärfemeßbereich auf einen Bereich geändert, der alle die Spitzenwerte überdeckt, oder es wird um diese Spitzenwerte für jede Horizontalabtastung herum ein Bereich neu eingestellt. Zum Lesen und Aufnehmen der Vielzahl von Spitzenwerten und deren Lagen wird das Spitzenwerterfassungssignal 39, das von der Spitzenwertdetektorschaltung 38 der Spitzenwert-Lagedetektorschaltung 46 zugeführt wird, auch dem Mikroprozessor 42 als Lesestartsignal zugeführt.
Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel ist derart gestaltet, daß die in der Horizontalabtastrichtung erhaltene Hochfrequenzkomponente erfaßt wird. Daher können die in Fig. 3(b) und 3(c) gezeigten Schärfemeßbereiche 54 und 56 aus ihrer quadratischen Form in eine vertikal langgestreckte Form verändert werden. Ferner sollte angemerkt werden, daß die in Fig. 3(a) bis 3(c) dargestellten Schärfemeßbereiche zur Verdeutlichung vergrößert dargestellt sind.
Das in Fig. 2 gezeigte Tiefpaßfilter 34 kann durch eine Schaltung ersetzt werden, die den Absolutwert einer Differenz zwischen den Signalwerten von horizontal benachbarten Bildelementen und den Absolutwert einer Differenz zwischen den Signalwerten von vertikal benachbarten Bildelementen ermittelt. Diese Abwandlung ermöglicht es, daß die Einrichtung nicht nur die Hochfrequenzkomponente in der Horizontalabtastrichtung, sondern auch die Hochfrequenzkomponente in der Vertikalabtastrichtung erfaßt. Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird als Beispiel ein Zeitgeber für die Ermittlung verwendet, ob das optische Bildaufnahmesystem 47 in seiner Endstellung steht. Die Verwendung des Zeitgebers für diesen Zweck kann jedoch durch einen Mikroschalter ersetzt werden, der an der Endstellung des optischen Systems derart angeordnet ist, daß er entsprechend der Einstellung des optischen Systems in die oder aus der Endstellung öffnet oder schließt.
Ferner kann das direkte Einsetzen des Spitzenwerts P der Hochfrequenzkomponente dadurch ersetzt werden, daß ein Wert eingesetzt wird, der durch Normieren des Wertes P mit einer in dem Schärfemeßbereich erhaltenen mittleren Helligkeit erzielt wird. Durch diese Abänderung können nachteilige Auswirkungen von Änderungen der Beleuchtungszustände und dergleichen ausgeschaltet werden. Ferner ist es möglich, ein Schärfemeßverfahren für das Erhalten eines Schärfesignals aus einem zeitlich differenzierten Signal des Bildsignals in einem Vollbild oder einem Halbbild anzuwenden.
Erfindungsgemäß wird der Schärfemeßbereich der Bewegung eines Objektbilds nachfolgend verändert. Die erfindungsgemäße Gestaltung verhindert fehlerhafte Funktionen, die durch eine Bewegung des aufzunehmenden Objekts oder durch unruhige Hände verursacht sind. Ferner wird die Bewegung des Objekts unter Nutzung eines Parameters erfaßt der einen Zustand der Scharfeinstellung auf das Objekt anzeigt. Dies vermeidet die Erfordernis irgendeiner zusätzlichen Anordnung für das Erfassen der Bewegung des Objekts und erlaubt damit eine Vereinfachung der strukturellen Gestaltung der Einrichtung.
Es enthält somit eine automatische Scharfeinstellungeinrichtung, die zu einer Scharfeinstellung durch Erfassen des Spitzenwerts einer Hochfrequenzkomponente eines Videosignals, das aus einem Schärfemeßbereich erhalten wird, der auf der Bildaufnahmefläche eines Bildsensors eingestellt wird, und durch Verstellen eines optischen Bildaufnahmesystems zu einem Erhöhen des erfaßten Spitzenwerts gestaltet ist, eine Spitzenwert-Lagedetektorschaltung, die eine Stelle auf der Bildaufnahmefläche lokalisiert, an der der Spitzenwert der Hochfrequenzkomponente des Videosignals erfaßt wird, und eine Torsteuerschaltung, die die Lage des Schärfemeßbereichs entsprechend der durch die Spitzenwert-Lagedetektorschaltung lokalisierten Lage des erfaßten Spitzenwerts verändert.

Claims

1. Scharfeinstellungsmeßeinrichtung für das Erfassen eines Fokuspunktes durch Erhalten eines einem Schärfegrad entsprechenden Schärfesignals aus einem Videosignal, das aus einem Schärfemeßbereich erhalten wird, der auf der Bildaufnahmefläche einer Bildaufnahmevorrichtung eingestellt ist, enthaltend:

(a) eine Spitzenwertdetektoreinrichtung zum Erfassen des Spitzenwerts des einem Schärfegrad entsprechenden Schärfesignals, das aus dem Schärfemeßbereich erhalten wird,

(b) eine Lagedetektoreinrichtung zum Ermitteln einer Stelle, an der der Spitzenwert in dem Schärfemeßbereich auf der Bildaufnahmefläche erfaßt wird, und

(c) eine Lagesteuereinrichtung zum Steuern der Lage des Schärfemeßbereichs entsprechend dem Ausgangssignal der Lagedetektoreinrichtung.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Fokuspunkt- Einstellvorrichtung aufweist, die eine Scharfeinstellung durch Verstellen eines optischen Bildaufnahmesystems in der Richtung zum Erhöhen des durch die Spitzenwertdetektoreinrichtung erfaßten Spitzenwerts ausführt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, in der die Spitzenwertdetektoreinrichtung den Spitzenwert der Hochfrequenzkomponente eines Videosignals erfaßt das aus dem Schärfemeßbereich erhalten wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, in der die Spitzenwertdetektoreinrichtung und die Lagedetektoreinrichtung bei jeder Vertikalabtastung an der Bildaufnahmefläche den Spitzenwert der Hochfrequenzkomponente und die erfaßte Lage desselben in dem Schärfemeßbereich erfassen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, in der die Lagesteuereinrichtung den Schärfemeßbereich in eine derartige Lage versetzt daß die durch die Lagedetektoreinrichtung ermittelte Spitzenwertstelle in den mittigen Teil des Schärfemeßbereichs gelegt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, in der die Lagesteuereinrichtung die Größe des Schärfemeßbereichs verändert sowie die Lage des Schärfemeßbereichs auf der Bildaufnahmefläche steuert.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, in der die Lagesteuereinrichtung die Größe des Schärfemeßbereichs nach dem Versetzen des durch die Lagedetektoreinrichtung ermittelten Schärfemeßbereichs in eine neue Lage verringert.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, in der die Lagesteuereinrichtung zu Beginn einer Scharfeinstellungsmessung den Schärfemeßbereich in einer vorbestimmten Größe in dem mittigen Teil der Bildaufnahmefläche als Normal-Schärfemeßbereich einstellt.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, in der auf der Bildaufnahmefläche ein Begrenzungsbereich zum Begrenzen des Versetzungsbereichs des Schärfemeßbereichs eingestellt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 6, in der die Lagesteuereinrichtung den Schärfemeßbereich auf den Normal-Schärfemeßbereich zurück einstellt, wenn die erfaßte Stelle des aus dem Schärfemeßbereich erhaltenen Spitzenwerts auf der Bildaufnahmefläche über mehr als eine vorbestimmte Zeitdauer außerhalb des Begrenzungsbereichs geblieben ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 3, in der die Lagesteuereinrichtung den Schärfemeßbereich nicht versetzt, wenn der in dem Schärfemeßbereich erhaltene Spitzenwert unterhalb eines vorbestimmten Pegels liegt.

12. Einrichtung nach Anspruch 2, in der die Fokuspunkt- Einstellvorrichtung das optische Bildaufnahmesystem bis zu dem Ende eines Verstellbereichs des optischen Systems steuert und verstellt, wenn der durch die Spitzenwertdetektoreinrichtung erfaßte Spitzenwert unterhalb eines vorbestimmten Pegels liegt, und den Fokuspunkt-Einstellvorgang beendet, wenn der Spitzenwert über den ganzen Verstellbereich unter dem vorbestimmten Pegel verbleibt.

13. Einrichtung nach Anspruch 1, in der die Spitzenwertdetektoreinrichtung eine Spitzenwertdetektorschaltung enthält, die jedesmal ein Spitzenwerterfassungssignal erzeugt, wenn der Spitzenwert der Hochfrequenzkomponente des durch Abtasten der Bildaufnahmefläche erhaltenen Videosignals erfaßt wird, die Lagedetektoreinrichtung einen Zähler, der für jede Vertikalabtastung der Bildaufnahmefläche rückgesetzt wird, und eine Spitzenwert-Lagedetektorschaltung enthält, die im Ansprechen auf das Spitzenwerterfassungssignal den Zählwert des Zählers als Lageinformation abgibt, und die Lagesteuereinrichtung eine Torsteuerschaltung, die durch Ändern des Durchlaßbereichs des Videosignals den Schärfemeßbereich an der Bildaufnahmefläche steuert, und einen Mikroprozessor enthält, der die Torsteuerschaltung gemäß dem Ausgangssignal der Spitzenwertdetektorschaltung und demjenigen der Spitzenwert-Lagedetektorschaltung steuert.

14. Einrichtung zum Nachführen mit einem auf einer Bildaufnahmefläche abgebildeten Objekt, enthaltend:

a) eine Spitzenwertdetektoreinrichtung zum Erfassen des Spitzenwerts einer Hochfrequenzkomponente, die in einem Nachführbereich erhalten wird, der auf der Bildaufnahmefläche eingestellt ist,

b) eine Lagedetektoreinrichtung zum Erfassen einer Stelle, an der auf der Bildaufnahmefläche in dem Nachführbereich der Spitzenwert erfaßt ist, und

c) eine Lagesteuereinrichtung zum Steuern der Lage des Nachführbereichs gemäß dem Ausgangssignal der Lagedetektoreinrichtung.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, in der der Nachführbereich auch als Schärfemeßbereich verwendet ist, in welchem der Grad der Scharfeinstellung auf ein aufzunehmendes Objekt erfaßt wird.

16. Einrichtung nach Anspruch 14, in der die Spitzenwertdetektoreinrichtung den bei jeder Vertikalabtastung der Bildaufnahmefläche erhaltenen Spitzenwert der Hochfrequenzkomponente erfaßt und die Lagedetektoreinrichtung bei jeder Vertikalabtastung die Lage des Spitzenwerts auf der Bildaufnahmefläche erfaßt.

17. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 16, in der die Lagesteuereinrichtung die Lage des Nachführbereichs auf eine durch die Lagedetektoreinrichtung erfaßte Spitzenwerterfassungsstelle verändert.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, in der die Lagesteuereinrichtung die Größe des Nachführbereichs verändert.

19. Einrichtung nach Anspruch 17, in der auf der Bildaufnahmefläche ein Nachführgrenzbereich für das Begrenzen der Versetzung des Nachführbereichs eingestellt ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, in der die Lagesteuereinrichtung zu Beginn des Nachführvorgangs der Einrichtung den Nachführbereich als Anfangsbereich einer vorbestimmten Größe in dem mittigen Teil der Bildaufnahmefläche einstellt.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, in der die Lagesteuereinrichtung den Nachführbereich auf den anfänglichen Bereich einstellt, falls die erfaßte Lage des Spitzenwerts auf der Bildaufnahmefläche über mehr als eine vorbestimmte Zeitdauer außerhalb des Nachführgrenzbereichs verbleibt.

22. Einrichtung zum Erfassen einer Bewegung eines aufzunehmenden Objekts, enthaltend:

a) eine Spitzenwertdetektoreinrichtung zum Erfassen des Spitzenwerts eines einen Zustand der Scharfeinstellung auf das Objekt anzeigenden Schärfesignals, das in einem auf einer Bildaufnahmefläche eingestellten Meßbereich erhalten wird,

b) eine Lagedetektoreinrichtung zum Erfassen einer Stelle, an der der Spitzenwert auf der Bildaufnahmefläche erfaßt wird, und

c) eine Bewegungsermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Bewegung des Objekts aus Änderungen des Ausgangssignals der Lagedetektoreinrichtung.

23. Einrichtung nach Anspruch 22, die ferner eine Versetzungseinrichtung zum Versetzen des Meßbereichs zu der mittels der Lagedetektoreinrichtung erfaßten Stelle des Spitzenwerts aufweist.

24. Einrichtung nach Anspruch 22 oder 23, in der die Spitzenwertdetektoreinrichtung und die Lagedetektoreinrichtung jedesmal in Betrieb gesetzt sind, wenn an der Bildaufnahmefläche eine Vertikalabtastung ausgeführt wird.