JP2000199845A - 自動合焦装置及び自動合焦方法 - Google Patents
自動合焦装置及び自動合焦方法Info
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- JP2000199845A JP2000199845A JP11000677A JP67799A JP2000199845A JP 2000199845 A JP2000199845 A JP 2000199845A JP 11000677 A JP11000677 A JP 11000677A JP 67799 A JP67799 A JP 67799A JP 2000199845 A JP2000199845 A JP 2000199845A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】測距検出器等を用いずに合焦したい画像エリア
に素早く合焦させることができる自動合焦装置を提供す
る。 【解決手段】本発明の自動合焦装置では、カラーイメー
ジセンサー１０３の撮像エリアの中で、撮影者が合焦さ
せたいエリア（ＡＦエリア）を設けておき、ある任意の
焦点レンズ１０１位置にて撮像したフレームの第一のＡ
Ｆエリア画像と、この任意点から焦点レンズ１０１を微
小移動して撮像したフレームの第二のＡＦエリア画像を
用意し、ＡＦ処理系１０４〜１１１により、これら第一
のＡＦエリア画像と第二のＡＦエリア画像の点像分布係
数を各々求め、絞り開口径情報と絞り面受光面距離情報
と第一のＡＦエリア画像の点像半径Ｒ１または第二のＡ
Ｆエリア画像の点像半径Ｒ２から合焦点までの距離を推
定し、Ｒ１とＲ２の大小関係及び焦点レンズの微小移動
方向から合焦点のある方向を推定する。
に素早く合焦させることができる自動合焦装置を提供す
る。 【解決手段】本発明の自動合焦装置では、カラーイメー
ジセンサー１０３の撮像エリアの中で、撮影者が合焦さ
せたいエリア（ＡＦエリア）を設けておき、ある任意の
焦点レンズ１０１位置にて撮像したフレームの第一のＡ
Ｆエリア画像と、この任意点から焦点レンズ１０１を微
小移動して撮像したフレームの第二のＡＦエリア画像を
用意し、ＡＦ処理系１０４〜１１１により、これら第一
のＡＦエリア画像と第二のＡＦエリア画像の点像分布係
数を各々求め、絞り開口径情報と絞り面受光面距離情報
と第一のＡＦエリア画像の点像半径Ｒ１または第二のＡ
Ｆエリア画像の点像半径Ｒ２から合焦点までの距離を推
定し、Ｒ１とＲ２の大小関係及び焦点レンズの微小移動
方向から合焦点のある方向を推定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルカメラ
（デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等）に
応用される自動合焦装置及び自動合焦方法に関する。
（デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等）に
応用される自動合焦装置及び自動合焦方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年のデジタルカメラ市場の激化に伴
い、低コスト化が必至となってきており、部品点数の削
減が重要課題となってきている。このような環境の中、
デジタルカメラの主要部品の一つにマイクロプロセッサ
（ＤＳＰを含む）があるが、最近のプロセッサは低価格
でありながらカメラのコントローラとしての処理能力を
十分に上回る性能に至っている。このため例えば、銀塩
カメラの測距モジュール（オートフォーカス（ＡＦ）セ
ンサー）部品の機能を、デジタルカメラでは撮像系＋デ
ジタル信号処理で代用する方向にある。そしてこのよう
な撮像系＋デジタル信号処理で代用するオートフォーカ
ス（ＡＦ）技術としては、主なものに「山登り法」や
「相関法」などの方式がある。また、ビデオカメラ用の
フォーカス制御装置において、合焦方法として点像（ボ
ケ）特性を用いたものも提案されている（特開平７−２
３２７４号公報、特開平７−２０９５７６号公報）。
い、低コスト化が必至となってきており、部品点数の削
減が重要課題となってきている。このような環境の中、
デジタルカメラの主要部品の一つにマイクロプロセッサ
（ＤＳＰを含む）があるが、最近のプロセッサは低価格
でありながらカメラのコントローラとしての処理能力を
十分に上回る性能に至っている。このため例えば、銀塩
カメラの測距モジュール（オートフォーカス（ＡＦ）セ
ンサー）部品の機能を、デジタルカメラでは撮像系＋デ
ジタル信号処理で代用する方向にある。そしてこのよう
な撮像系＋デジタル信号処理で代用するオートフォーカ
ス（ＡＦ）技術としては、主なものに「山登り法」や
「相関法」などの方式がある。また、ビデオカメラ用の
フォーカス制御装置において、合焦方法として点像（ボ
ケ）特性を用いたものも提案されている（特開平７−２
３２７４号公報、特開平７−２０９５７６号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般に知られている山
登り法によるＡＦ動作では、画像の取り込み位置でのＡ
Ｆ評価値（画像の高周波成分から算出）が得られるが、
このＡＦレンズ位置の前方あるいは後方のどの方向に、
また、どの程度の距離に合焦点が存在するのかを検出す
ることは困難である。このため、極大点を避けて合焦位
置を検出するには、レンズ移動範囲の全域のＡＦ評価値
が必要となることから、この全域分の撮影回数が必要と
なり、かつ合焦点位置まで戻す操作が加わり、正確な焦
点位置を得るまでに時間がかかるという問題がある。
登り法によるＡＦ動作では、画像の取り込み位置でのＡ
Ｆ評価値（画像の高周波成分から算出）が得られるが、
このＡＦレンズ位置の前方あるいは後方のどの方向に、
また、どの程度の距離に合焦点が存在するのかを検出す
ることは困難である。このため、極大点を避けて合焦位
置を検出するには、レンズ移動範囲の全域のＡＦ評価値
が必要となることから、この全域分の撮影回数が必要と
なり、かつ合焦点位置まで戻す操作が加わり、正確な焦
点位置を得るまでに時間がかかるという問題がある。
【０００４】また、自己相関法によるＡＦ動作では、２
つ以上の異なる光束について１つのフレームに撮像する
が、これは１フレーム分の取り込み画像からフォーカス
情報を得ることができる反面、同一データによる相関で
あるが故に、自己相関係数の原点位置（合焦点）におい
て非常に高いピーク値を示す結果となる。このため合焦
点近傍では、このピーク値によってＡＦ情報が埋もれて
しまい、検出が困難となることから、合焦点近傍では他
の方式に頼らざるおえないという問題がある。
つ以上の異なる光束について１つのフレームに撮像する
が、これは１フレーム分の取り込み画像からフォーカス
情報を得ることができる反面、同一データによる相関で
あるが故に、自己相関係数の原点位置（合焦点）におい
て非常に高いピーク値を示す結果となる。このため合焦
点近傍では、このピーク値によってＡＦ情報が埋もれて
しまい、検出が困難となることから、合焦点近傍では他
の方式に頼らざるおえないという問題がある。
【０００５】一方、相互相関法による動作では、２つの
異なる光束について、それぞれのＡＦエリアについて撮
像するが、これは２つの画像メモリを用意する必要があ
る反面、自己相関法のような、原点位置に非常に高いピ
ーク値を生じることはない。このことから、合焦点近傍
から遠方までこのピーク値に埋もれることなくフォーカ
ス情報を得ることができる。しかしながら相互相関法で
は、フォーカス情報を得るためにＡＦ用絞り板で２つの
異なる光束を用意する必要があり、撮影時にはこのＡＦ
用絞り板は不必要になるといった問題がある。また、Ａ
Ｆ用絞り板は開口部サイズが固定であり、イメージセン
サーで受光する光量を最適化することが困難といった問
題もある。
異なる光束について、それぞれのＡＦエリアについて撮
像するが、これは２つの画像メモリを用意する必要があ
る反面、自己相関法のような、原点位置に非常に高いピ
ーク値を生じることはない。このことから、合焦点近傍
から遠方までこのピーク値に埋もれることなくフォーカ
ス情報を得ることができる。しかしながら相互相関法で
は、フォーカス情報を得るためにＡＦ用絞り板で２つの
異なる光束を用意する必要があり、撮影時にはこのＡＦ
用絞り板は不必要になるといった問題がある。また、Ａ
Ｆ用絞り板は開口部サイズが固定であり、イメージセン
サーで受光する光量を最適化することが困難といった問
題もある。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、撮像光学系にＡＦのための絞り板等の細工を施すこ
となく、シンプルな構造の撮像光学系のみとし、現在の
焦点レンズ位置およびその微小移動位置にて撮像したＡ
Ｆエリア画像２枚の各点像の大きさより、現在の焦点レ
ンズ位置から合焦位置までの距離と方向の情報を得るこ
とによって、測距検出器（ＡＦセンサーモジュール）無
しに合焦したい画像エリア（ＡＦエリア）に素早く合焦
させることができる自動合焦装置を提供すること、及び
その自動合焦装置における自動合焦方法を提供すること
を目的とする。
り、撮像光学系にＡＦのための絞り板等の細工を施すこ
となく、シンプルな構造の撮像光学系のみとし、現在の
焦点レンズ位置およびその微小移動位置にて撮像したＡ
Ｆエリア画像２枚の各点像の大きさより、現在の焦点レ
ンズ位置から合焦位置までの距離と方向の情報を得るこ
とによって、測距検出器（ＡＦセンサーモジュール）無
しに合焦したい画像エリア（ＡＦエリア）に素早く合焦
させることができる自動合焦装置を提供すること、及び
その自動合焦装置における自動合焦方法を提供すること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の自動合焦装置においては、撮像手段
（例えば、カラーイメージセンサー）の撮像エリアの中
で、撮影者が合焦させたいエリア（オートフォーカスエ
リア（以下、ＡＦエリアと言う））を設けておき、ある
任意の焦点レンズ位置にて撮像したフレームの第一のＡ
Ｆエリア画像と、この任意点から焦点レンズを微小移動
して撮像したフレームの第二のＡＦエリア画像を用意
し、これら第一のＡＦエリア画像と第二のＡＦエリア画
像の点像分布係数を各々求め、絞り開口径情報と絞り面
受光面距離情報と第一のＡＦエリア画像の点像半径Ｒ１
または第二のＡＦエリア画像の点像半径Ｒ２から合焦点
までの距離を推定し、Ｒ１とＲ２の大小関係及び焦点レ
ンズの微小移動方向から合焦点のある方向を推定する構
成とした。
め、請求項１記載の自動合焦装置においては、撮像手段
（例えば、カラーイメージセンサー）の撮像エリアの中
で、撮影者が合焦させたいエリア（オートフォーカスエ
リア（以下、ＡＦエリアと言う））を設けておき、ある
任意の焦点レンズ位置にて撮像したフレームの第一のＡ
Ｆエリア画像と、この任意点から焦点レンズを微小移動
して撮像したフレームの第二のＡＦエリア画像を用意
し、これら第一のＡＦエリア画像と第二のＡＦエリア画
像の点像分布係数を各々求め、絞り開口径情報と絞り面
受光面距離情報と第一のＡＦエリア画像の点像半径Ｒ１
または第二のＡＦエリア画像の点像半径Ｒ２から合焦点
までの距離を推定し、Ｒ１とＲ２の大小関係及び焦点レ
ンズの微小移動方向から合焦点のある方向を推定する構
成とした。
【０００８】請求項２記載の自動合焦装置においては、
請求項１の構成に加えて、第一、第二のＡＦエリア画像
から点像分布係数を求める手段として、該ＡＦエリア画
像に窓関数を乗算後、２次元フーリエ変換により、この
画像を周波数領域の振幅と位相に変換し、この全周波数
領域の各位相をゼロに置き換えた後、２次元逆フーリエ
変換することで点像分布係数を得る構成とした。
請求項１の構成に加えて、第一、第二のＡＦエリア画像
から点像分布係数を求める手段として、該ＡＦエリア画
像に窓関数を乗算後、２次元フーリエ変換により、この
画像を周波数領域の振幅と位相に変換し、この全周波数
領域の各位相をゼロに置き換えた後、２次元逆フーリエ
変換することで点像分布係数を得る構成とした。
【０００９】請求項３記載の自動合焦装置においては、
請求項１の構成に加えて、第一、第二のＡＦエリア画像
の点像分布係数から点像半径を推定する場合に、該点像
分布係数の原点ピーク値を元に求めたしきい値で切断し
た場合の断面積から点像半径を推定する構成とした。
請求項１の構成に加えて、第一、第二のＡＦエリア画像
の点像分布係数から点像半径を推定する場合に、該点像
分布係数の原点ピーク値を元に求めたしきい値で切断し
た場合の断面積から点像半径を推定する構成とした。
【００１０】請求項４記載の自動合焦装置においては、
請求項１の構成に加えて、第一、第二のＡＦエリア画像
から点像分布係数を求める過程において、ＡＦエリアデ
ータとして、撮像手段の出力から算出した輝度データを
用いる構成とした。
請求項１の構成に加えて、第一、第二のＡＦエリア画像
から点像分布係数を求める過程において、ＡＦエリアデ
ータとして、撮像手段の出力から算出した輝度データを
用いる構成とした。
【００１１】請求項５記載の自動合焦装置においては、
請求項１の構成に加えて、焦点位置近傍で山登り法を併
用し、その山登り法の評価値を、前記点像半径または点
像断面積あるいは点像分布係数の原点ピーク値から得る
構成とした。
請求項１の構成に加えて、焦点位置近傍で山登り法を併
用し、その山登り法の評価値を、前記点像半径または点
像断面積あるいは点像分布係数の原点ピーク値から得る
構成とした。
【００１２】請求項６記載の自動合焦装置においては、
請求項１の構成に加えて、初期レンズ位置として被写体
が無限遠または至近で合焦する位置にある場合、撮像し
たフレームのＡＦエリア画像１枚のみから点像分布係数
を求め、微小移動なしに、この点像半径から合焦点まで
の距離を推定する構成とした。
請求項１の構成に加えて、初期レンズ位置として被写体
が無限遠または至近で合焦する位置にある場合、撮像し
たフレームのＡＦエリア画像１枚のみから点像分布係数
を求め、微小移動なしに、この点像半径から合焦点まで
の距離を推定する構成とした。
【００１３】請求項７記載の自動合焦方法においては、
撮像手段の撮像エリアの中で、撮影者が合焦させたいエ
リア（オートフォーカスエリア（ＡＦエリア））を設け
ておき、ＡＦ動作を開始すると、ある任意の焦点レンズ
位置において１回目の撮影を行い、前記撮像手段でこれ
を受光し、ＡＦエリア内の画像（ＡＦエリア画像）の撮
像データを輝度の画像データに変換した後、この輝度の
画像データをメモリに取り込み、この画像データは前処
理として窓関数を乗算の後、２次元フーリエ変換によっ
て画像スペクトルに変換し、この画像スペクトルの位相
情報をゼロに置き換えた後に、２次元逆フーリエ変換に
よって点像分布係数を求め、その点像分布係数より点像
半径Ｒを求め、この点像半径Ｒと撮影絞り開口径Ｒ0 と
絞り面受光面距離Ｌ0 から前ピン時の焦点距離ＬF と後
ピン時の焦点距離ＬB を求めておき、次に、撮影１回目
の任意の焦点レンズ位置から前方あるいは後方に焦点レ
ンズ位置を微小移動した後に、２回目の撮影を行い、こ
の２回目の撮影データも１回目と同様の信号処理を行い
点像分布係数を求めた後、点像半径Ｒと各焦点距離Ｌ
F ，ＬB を求め、撮影１回目と２回目の各点像半径Ｒか
ら焦点方向を判別することにより、前ピンの時には焦点
距離ＬF を選択し、後ピンのときには焦点距離ＬB を選
択して、任意の焦点レンズ位置から焦点位置（合焦点）
までの距離と方向を決定し、焦点レンズを焦点位置へ移
動する。
撮像手段の撮像エリアの中で、撮影者が合焦させたいエ
リア（オートフォーカスエリア（ＡＦエリア））を設け
ておき、ＡＦ動作を開始すると、ある任意の焦点レンズ
位置において１回目の撮影を行い、前記撮像手段でこれ
を受光し、ＡＦエリア内の画像（ＡＦエリア画像）の撮
像データを輝度の画像データに変換した後、この輝度の
画像データをメモリに取り込み、この画像データは前処
理として窓関数を乗算の後、２次元フーリエ変換によっ
て画像スペクトルに変換し、この画像スペクトルの位相
情報をゼロに置き換えた後に、２次元逆フーリエ変換に
よって点像分布係数を求め、その点像分布係数より点像
半径Ｒを求め、この点像半径Ｒと撮影絞り開口径Ｒ0 と
絞り面受光面距離Ｌ0 から前ピン時の焦点距離ＬF と後
ピン時の焦点距離ＬB を求めておき、次に、撮影１回目
の任意の焦点レンズ位置から前方あるいは後方に焦点レ
ンズ位置を微小移動した後に、２回目の撮影を行い、こ
の２回目の撮影データも１回目と同様の信号処理を行い
点像分布係数を求めた後、点像半径Ｒと各焦点距離Ｌ
F ，ＬB を求め、撮影１回目と２回目の各点像半径Ｒか
ら焦点方向を判別することにより、前ピンの時には焦点
距離ＬF を選択し、後ピンのときには焦点距離ＬB を選
択して、任意の焦点レンズ位置から焦点位置（合焦点）
までの距離と方向を決定し、焦点レンズを焦点位置へ移
動する。
【００１４】ここで上記自動合焦方法において、点像分
布係数から点像半径Ｒを求める際には、２次元の点像分
布係数のピーク値から断面しきい値を算出した後、この
しきい値でスライスした場合の断面画素数Ｓを求め、こ
れを点像面積として、 Ｒ＝√（Ｓ／π） （π：円周率） から点像半径Ｒを求める（請求項８）。また、上記自動
合焦方法において、点像半径Ｒと撮影絞り開口径Ｒ0 と
絞り面受光面距離Ｌ0 から焦点距離を算出する際には、
前ピン時の焦点距離をＬF 、後ピン時の焦点距離をＬB
とすると、 ＬF＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0＋Ｒ） ＬB＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0−Ｒ） より各焦点距離ＬF ，ＬB を求める（請求項９）。さら
に上記自動合焦方法において、焦点方向の判別の際に
は、１回目に撮影したときの点像半径をＲ1 とし、２回
目に撮影したときの点像半径をＲ2 とすると、このＲ1
とＲ2 の大小関係及び焦点レンズの微小移動方向より焦
点方向を判別する（請求項１０）。
布係数から点像半径Ｒを求める際には、２次元の点像分
布係数のピーク値から断面しきい値を算出した後、この
しきい値でスライスした場合の断面画素数Ｓを求め、こ
れを点像面積として、 Ｒ＝√（Ｓ／π） （π：円周率） から点像半径Ｒを求める（請求項８）。また、上記自動
合焦方法において、点像半径Ｒと撮影絞り開口径Ｒ0 と
絞り面受光面距離Ｌ0 から焦点距離を算出する際には、
前ピン時の焦点距離をＬF 、後ピン時の焦点距離をＬB
とすると、 ＬF＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0＋Ｒ） ＬB＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0−Ｒ） より各焦点距離ＬF ，ＬB を求める（請求項９）。さら
に上記自動合焦方法において、焦点方向の判別の際に
は、１回目に撮影したときの点像半径をＲ1 とし、２回
目に撮影したときの点像半径をＲ2 とすると、このＲ1
とＲ2 の大小関係及び焦点レンズの微小移動方向より焦
点方向を判別する（請求項１０）。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の構成・動作を図面
を参照して詳細に説明する。最初に本発明による自動合
焦装置の原理について説明する。図２に示すように、図
の左側から右方向に入射した光は焦点レンズ（ＡＦレン
ズ）１０１を通り撮像用絞り１０２を通過した後、撮像
手段であるイメージセンサーでこれを受光する。このと
きフォーカス情報として必要なのは、図４に示すよう
に、撮影者が合焦したいエリア（ＡＦエリア）の撮像デ
ータであり、フレーム内の全てのデータは必要ない。こ
のため、イメージセンサーが画素データをランダムアク
セス可能なタイプであれば、転送対象がＡＦエリアのデ
ータのみとなり、転送時間が大幅に短縮される。この
後、図３に示すような、前ピン、合焦、後ピンのいずれ
かの状態で撮像したフレームの第一のＡＦエリア画像１
の点像分布係数と、この任意点から焦点レンズを微小移
動して撮像したフレームの第二のＡＦエリア画像２の点
像分布係数を各々求め、第一のＡＦエリア画像１の点像
半径Ｒ１または第二のＡＦエリア画像２の点像半径Ｒ２
から合焦点までの距離を推定し、Ｒ１とＲ２の大小関係
及び焦点レンズの微小移動方向から合焦点のある方向を
推定することにより、これらの画像が焦点位置からどの
程度、どの方向にズレているかが検出できる。
を参照して詳細に説明する。最初に本発明による自動合
焦装置の原理について説明する。図２に示すように、図
の左側から右方向に入射した光は焦点レンズ（ＡＦレン
ズ）１０１を通り撮像用絞り１０２を通過した後、撮像
手段であるイメージセンサーでこれを受光する。このと
きフォーカス情報として必要なのは、図４に示すよう
に、撮影者が合焦したいエリア（ＡＦエリア）の撮像デ
ータであり、フレーム内の全てのデータは必要ない。こ
のため、イメージセンサーが画素データをランダムアク
セス可能なタイプであれば、転送対象がＡＦエリアのデ
ータのみとなり、転送時間が大幅に短縮される。この
後、図３に示すような、前ピン、合焦、後ピンのいずれ
かの状態で撮像したフレームの第一のＡＦエリア画像１
の点像分布係数と、この任意点から焦点レンズを微小移
動して撮像したフレームの第二のＡＦエリア画像２の点
像分布係数を各々求め、第一のＡＦエリア画像１の点像
半径Ｒ１または第二のＡＦエリア画像２の点像半径Ｒ２
から合焦点までの距離を推定し、Ｒ１とＲ２の大小関係
及び焦点レンズの微小移動方向から合焦点のある方向を
推定することにより、これらの画像が焦点位置からどの
程度、どの方向にズレているかが検出できる。
【００１６】次に本発明の具体的な実施例について説明
する。図１は本発明の一実施例を示す図であって、デジ
タルカメラに搭載される自動合焦装置の撮像用光学系及
びＡＦ処理系の概略構成図である。オートフォーカス
（ＡＦ）に用いる撮像用光学系としては、その撮像用光
学系の中心軸上に、焦点レンズ（ＡＦレンズ）１０１、
撮像用絞り１０２、及び撮像手段であるカラーイメージ
センサー１０３を配置した構成であり、撮像用絞り１０
２は自動露出制御回路１１４によって開口径を制御され
る。ＡＦ処理系としては、カラーイメージセンサー１０
３の出力であるＲＧＢ（レッド（Ｒ）、グリーン
（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の三原色に対応した出力信号）等
の信号から輝度に変換する輝度変換演算器１０４、ＡＦ
エリア輝度成分の記憶用としての画像メモリ１０５、画
像境界の不連続部分の影響を低減する２次元の窓関数演
算器１０６、画像の周波数成分を求めるための２次元フ
ーリエ変換器１０７、画像から点像に変換するための位
相操作演算器１０８、画像の点像分布係数を求めるため
の２次元逆フーリエ変換器１０９、点像分布係数を格納
する係数メモリ１１０、及び点像分布係数から合焦位置
までの距離と方向を算出する演算器１１１を備え、さら
に、焦点レンズ１０１を光軸方向の前後に移動するため
の焦点レンズ駆動回路１１２と駆動機構（図示せず）等
を備えた構成となっている。
する。図１は本発明の一実施例を示す図であって、デジ
タルカメラに搭載される自動合焦装置の撮像用光学系及
びＡＦ処理系の概略構成図である。オートフォーカス
（ＡＦ）に用いる撮像用光学系としては、その撮像用光
学系の中心軸上に、焦点レンズ（ＡＦレンズ）１０１、
撮像用絞り１０２、及び撮像手段であるカラーイメージ
センサー１０３を配置した構成であり、撮像用絞り１０
２は自動露出制御回路１１４によって開口径を制御され
る。ＡＦ処理系としては、カラーイメージセンサー１０
３の出力であるＲＧＢ（レッド（Ｒ）、グリーン
（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の三原色に対応した出力信号）等
の信号から輝度に変換する輝度変換演算器１０４、ＡＦ
エリア輝度成分の記憶用としての画像メモリ１０５、画
像境界の不連続部分の影響を低減する２次元の窓関数演
算器１０６、画像の周波数成分を求めるための２次元フ
ーリエ変換器１０７、画像から点像に変換するための位
相操作演算器１０８、画像の点像分布係数を求めるため
の２次元逆フーリエ変換器１０９、点像分布係数を格納
する係数メモリ１１０、及び点像分布係数から合焦位置
までの距離と方向を算出する演算器１１１を備え、さら
に、焦点レンズ１０１を光軸方向の前後に移動するため
の焦点レンズ駆動回路１１２と駆動機構（図示せず）等
を備えた構成となっている。
【００１７】以上の構成をもとに本実施例の自動合焦装
置の基本動作について説明する。まず撮影者の操作によ
って、図示しないシャッターボタンが半押しの状態にな
ると、デジタルカメラの撮像用光学系はＡＦセンサーと
して作動する。またデジタルカメラの撮像用光学系で
は、焦点レンズ１０１と連動する撮像用絞り１０２を使
って、自動露出制御回路１１４により、外部からカラー
イメージセンサー１０３に入射する被写体の光量を常に
最適となるように露出制御する。この状態で、図４に示
すように、撮影者が合焦したいエリア（ＡＦエリア）を
撮像したデータが、画像データとしてカラーイメージセ
ンサー１０３から出力され、輝度変換演算器１０４を介
してＡＦエリア用の画像メモリ１０５へ転送される
（尚、本撮影用のフレームメモリ１１３はこの画像メモ
リ１０５とは別に設けられている）。このとき、カラー
イメージセンサー１０３からのＲＧＢ出力は、次式の輝
度変換演算により、輝度成分Ｙに変換される。 Ｙ＝0.299×Ｒ＋0.587×Ｇ＋0.114×Ｂ
置の基本動作について説明する。まず撮影者の操作によ
って、図示しないシャッターボタンが半押しの状態にな
ると、デジタルカメラの撮像用光学系はＡＦセンサーと
して作動する。またデジタルカメラの撮像用光学系で
は、焦点レンズ１０１と連動する撮像用絞り１０２を使
って、自動露出制御回路１１４により、外部からカラー
イメージセンサー１０３に入射する被写体の光量を常に
最適となるように露出制御する。この状態で、図４に示
すように、撮影者が合焦したいエリア（ＡＦエリア）を
撮像したデータが、画像データとしてカラーイメージセ
ンサー１０３から出力され、輝度変換演算器１０４を介
してＡＦエリア用の画像メモリ１０５へ転送される
（尚、本撮影用のフレームメモリ１１３はこの画像メモ
リ１０５とは別に設けられている）。このとき、カラー
イメージセンサー１０３からのＲＧＢ出力は、次式の輝
度変換演算により、輝度成分Ｙに変換される。 Ｙ＝0.299×Ｒ＋0.587×Ｇ＋0.114×Ｂ
【００１８】そして、窓関数演算器１０６から係数メモ
リ１１０に至るＡＦ処理系で、輝度成分の画像データ系
列から点像分布係数を求める演算を行うが、ここではフ
ーリエ変換により求める方法を示す。まずフーリエ変換
を行う前に、ＡＦエリアの画像データｆ0(ｕ,ｖ)につい
て、画像境界の高周波成分の影響を低減するために以下
のようなハミング窓関数（図７参照）等の窓関数ｗ(ｕ,
ｖ) を乗じる。ここでは画像サイズがＮ×Ｎであり、π
は円周率である。 ｆ(ｕ,ｖ)＝ｗ(ｕ,ｖ)・ｆ0(ｕ,ｖ) 但し、ｗ(ｕ,ｖ)＝ｗ(ｕ)・ｗ(ｖ) ｗ(ｕ)＝0.54＋0.46・cos(2πｕ／Ｎ) ， -Ｎ/2≦ｕ≦
Ｎ/2 ｗ(ｖ)＝0.54＋0.46・cos(2πｖ／Ｎ) ， -Ｎ/2≦ｖ≦
Ｎ／２
リ１１０に至るＡＦ処理系で、輝度成分の画像データ系
列から点像分布係数を求める演算を行うが、ここではフ
ーリエ変換により求める方法を示す。まずフーリエ変換
を行う前に、ＡＦエリアの画像データｆ0(ｕ,ｖ)につい
て、画像境界の高周波成分の影響を低減するために以下
のようなハミング窓関数（図７参照）等の窓関数ｗ(ｕ,
ｖ) を乗じる。ここでは画像サイズがＮ×Ｎであり、π
は円周率である。 ｆ(ｕ,ｖ)＝ｗ(ｕ,ｖ)・ｆ0(ｕ,ｖ) 但し、ｗ(ｕ,ｖ)＝ｗ(ｕ)・ｗ(ｖ) ｗ(ｕ)＝0.54＋0.46・cos(2πｕ／Ｎ) ， -Ｎ/2≦ｕ≦
Ｎ/2 ｗ(ｖ)＝0.54＋0.46・cos(2πｖ／Ｎ) ， -Ｎ/2≦ｖ≦
Ｎ／２
【００１９】次にこのｆ（ｕ,ｖ)について２次元の離散
フーリエ変換（ＤＦＴ）を行い（実際には高速フーリエ
変換（ＦＦＴ）を行う）、周波数領域のデータＦ(Ｕ,
Ｖ)を得る。そして、周波数領域での点像分布係数をＨ
(Ｕ,Ｖ)と置き、このＨ(Ｕ,Ｖ)を求めるために周波数領
域にある画像データＦ(Ｕ,Ｖ)の各位相をゼロに置き換
える。すなわち、Ｆ(Ｕ,Ｖ)の振幅をＨ(Ｕ,Ｖ)の実部
に、またＨ(Ｕ,Ｖ)の虚部をゼロにする。 Ｒe{Ｈ(Ｕ,Ｖ)}＝｜Ｆ(Ｕ,Ｖ)｜ Ｉm{Ｈ(Ｕ,Ｖ)}＝０ 但し、｜Ｆ(Ｕ,Ｖ)｜＝√[Ｒe{Ｆ(Ｕ,Ｖ)}2＋Ｉm{Ｆ
(Ｕ,Ｖ)}2］ この結果を今度は２次元の逆離散フーリエ変換（ＩＤＦ
Ｔ）を行う（実際には高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）
を行う）ことにより、点像分布係数ｈ(ｕ,ｖ)が得られ
る。
フーリエ変換（ＤＦＴ）を行い（実際には高速フーリエ
変換（ＦＦＴ）を行う）、周波数領域のデータＦ(Ｕ,
Ｖ)を得る。そして、周波数領域での点像分布係数をＨ
(Ｕ,Ｖ)と置き、このＨ(Ｕ,Ｖ)を求めるために周波数領
域にある画像データＦ(Ｕ,Ｖ)の各位相をゼロに置き換
える。すなわち、Ｆ(Ｕ,Ｖ)の振幅をＨ(Ｕ,Ｖ)の実部
に、またＨ(Ｕ,Ｖ)の虚部をゼロにする。 Ｒe{Ｈ(Ｕ,Ｖ)}＝｜Ｆ(Ｕ,Ｖ)｜ Ｉm{Ｈ(Ｕ,Ｖ)}＝０ 但し、｜Ｆ(Ｕ,Ｖ)｜＝√[Ｒe{Ｆ(Ｕ,Ｖ)}2＋Ｉm{Ｆ
(Ｕ,Ｖ)}2］ この結果を今度は２次元の逆離散フーリエ変換（ＩＤＦ
Ｔ）を行う（実際には高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）
を行う）ことにより、点像分布係数ｈ(ｕ,ｖ)が得られ
る。
【００２０】尚、一例として、図８には合焦画像から得
た点像分布係数、図９にはボケ画像から得た点像分布係
数を示す。そして、この点像分布係数ｈ(ｕ,ｖ)から点
像半径Ｒを求めるために、例えば原点ピーク値の１／２
の高さの値で切断した場合の断面積Ｓについて、図５に
示すように、その断面画素数をカウントすることにより
求め、 Ｒ＝√(Ｓ／π) （π：円周率） より点像半径Ｒが得られる。
た点像分布係数、図９にはボケ画像から得た点像分布係
数を示す。そして、この点像分布係数ｈ(ｕ,ｖ)から点
像半径Ｒを求めるために、例えば原点ピーク値の１／２
の高さの値で切断した場合の断面積Ｓについて、図５に
示すように、その断面画素数をカウントすることにより
求め、 Ｒ＝√(Ｓ／π) （π：円周率） より点像半径Ｒが得られる。
【００２１】これによって、図６に示すような点像半径
とレンズ位置との関係より、演算器１１１で、絞り開口
径情報と絞り面受光面距離情報と第一のＡＦエリア画像
１の点像半径Ｒ１または第二のＡＦエリア画像２の点像
半径Ｒ２から合焦点までの距離を推定し、Ｒ１とＲ２の
大小関係及び焦点レンズ１０１の微小移動方向から合焦
点のある方向を推定できる。すなわち、焦点レンズ１０
１の現在位置と合焦位置までの距離と方向が求められる
ので、焦点レンズ駆動回路１１２により駆動機構（図示
せず）を制御して焦点レンズ１０１を合焦位置に速やか
に移動することができる。さらに焦点レンズ移動後、合
焦位置に到達したか否かを判断するために、もう一度、
ＡＦエリア部分について、その画像の点像半径を求めて
合焦したか否かを判断し、合焦位置に到達したと判断し
た場合には撮影待ちとなり、到達していないと判断した
場合には再度ＡＦ動作を繰り返す。
とレンズ位置との関係より、演算器１１１で、絞り開口
径情報と絞り面受光面距離情報と第一のＡＦエリア画像
１の点像半径Ｒ１または第二のＡＦエリア画像２の点像
半径Ｒ２から合焦点までの距離を推定し、Ｒ１とＲ２の
大小関係及び焦点レンズ１０１の微小移動方向から合焦
点のある方向を推定できる。すなわち、焦点レンズ１０
１の現在位置と合焦位置までの距離と方向が求められる
ので、焦点レンズ駆動回路１１２により駆動機構（図示
せず）を制御して焦点レンズ１０１を合焦位置に速やか
に移動することができる。さらに焦点レンズ移動後、合
焦位置に到達したか否かを判断するために、もう一度、
ＡＦエリア部分について、その画像の点像半径を求めて
合焦したか否かを判断し、合焦位置に到達したと判断し
た場合には撮影待ちとなり、到達していないと判断した
場合には再度ＡＦ動作を繰り返す。
【００２２】ＡＦ動作の回数については、焦点レンズ１
０１の移動開始位置が合焦位置の近傍である場合、ほぼ
ピントが合っている画像からフォーカス情報を得るため
に、点像分布係数は図８のように鋭いピークを示し、一
回のＡＦ動作で合焦位置の許容範囲内に到達する。ま
た、焦点レンズ１０１の移動開始位置が合焦位置から遠
い場合には、ボケ画像からフォーカス情報を得るため
に、点像分布係数は図９のように緩やかなピークを示
し、複数回のＡＦ動作で合焦位置の許容範囲内に到達す
る。そして、１回あるいは複数回のＡＦ動作の後、焦点
レンズ１０１が移動終了すると、被写体の本撮影の準備
完了となり、シャッターボタン全押し待ちの状態にな
る。
０１の移動開始位置が合焦位置の近傍である場合、ほぼ
ピントが合っている画像からフォーカス情報を得るため
に、点像分布係数は図８のように鋭いピークを示し、一
回のＡＦ動作で合焦位置の許容範囲内に到達する。ま
た、焦点レンズ１０１の移動開始位置が合焦位置から遠
い場合には、ボケ画像からフォーカス情報を得るため
に、点像分布係数は図９のように緩やかなピークを示
し、複数回のＡＦ動作で合焦位置の許容範囲内に到達す
る。そして、１回あるいは複数回のＡＦ動作の後、焦点
レンズ１０１が移動終了すると、被写体の本撮影の準備
完了となり、シャッターボタン全押し待ちの状態にな
る。
【００２３】この後、シャッターボタンが全押しされる
と、それに連動して一定時間シャッターが開き、被写体
からの光をカラーイメージセンサー１０３で受光する。
そして、カラーイメージセンサー１０３から出力される
ＲＧＢの撮像データは、それぞれのフレーム用画像メモ
リ（Ｒ／Ｇ／Ｂ）１１３に転送され、これらのデータは
図示しない画像処理系に転送され、ホワイトバランス等
の画像処理の後、保存またはモニタ表示される。
と、それに連動して一定時間シャッターが開き、被写体
からの光をカラーイメージセンサー１０３で受光する。
そして、カラーイメージセンサー１０３から出力される
ＲＧＢの撮像データは、それぞれのフレーム用画像メモ
リ（Ｒ／Ｇ／Ｂ）１１３に転送され、これらのデータは
図示しない画像処理系に転送され、ホワイトバランス等
の画像処理の後、保存またはモニタ表示される。
【００２４】また、合焦点近傍に達したら、山登り法の
ようにＡＦエリア画像の評価値を検出する手段を併用す
ることにより、この評価値の最大か最小となる点を合焦
位置と判定してもよい。この場合は、高周波成分検出用
のフィルタ回路を用意する代わりに、山登り法の評価値
を、上記実施例で述べた点像半径や点像断面積または点
像分布係数ピーク値から得ることができるため、従来の
ようなフィルタ回路は不要となる。
ようにＡＦエリア画像の評価値を検出する手段を併用す
ることにより、この評価値の最大か最小となる点を合焦
位置と判定してもよい。この場合は、高周波成分検出用
のフィルタ回路を用意する代わりに、山登り法の評価値
を、上記実施例で述べた点像半径や点像断面積または点
像分布係数ピーク値から得ることができるため、従来の
ようなフィルタ回路は不要となる。
【００２５】尚、上記の実施例の記述中では、デジタル
スチルカメラの場合について記述したが、本発明はその
原理上、任意の焦点レンズ位置及びその微小移動位置に
て合焦位置までの距離と方向が得られ、追跡サーボとし
て利用できるため、デジタルビデオカメラにも適用でき
る。
スチルカメラの場合について記述したが、本発明はその
原理上、任意の焦点レンズ位置及びその微小移動位置に
て合焦位置までの距離と方向が得られ、追跡サーボとし
て利用できるため、デジタルビデオカメラにも適用でき
る。
【００２６】また、点像分布係数を求める手段として、
２次元の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）または高速フーリ
エ変換（ＦＦＴ）によるデジタル信号処理を適用でき
る。これらの演算はカメラコントロール用プロセッサの
余剰能力を利用したり、またはＩＰＰ（イメージプリプ
ロセッサ）等の集積回路内に演算回路を設けてもよい。
窓関数については、計算を省くためにｗ(ｕ,ｖ) の一部
を表（データテーブル）としてメモリに記憶しておき、
係数乗算のみにしてもよい。
２次元の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）または高速フーリ
エ変換（ＦＦＴ）によるデジタル信号処理を適用でき
る。これらの演算はカメラコントロール用プロセッサの
余剰能力を利用したり、またはＩＰＰ（イメージプリプ
ロセッサ）等の集積回路内に演算回路を設けてもよい。
窓関数については、計算を省くためにｗ(ｕ,ｖ) の一部
を表（データテーブル）としてメモリに記憶しておき、
係数乗算のみにしてもよい。
【００２７】次に図１に示した自動合焦装置における具
体的な自動合焦方法の実施例について説明する。図１０
は本発明に係る自動合焦方法におけるＡＦ動作の全体の
流れを示すフローチャートである。最初に図１０のＡＦ
動作全体のフローチャートに沿って説明する。
体的な自動合焦方法の実施例について説明する。図１０
は本発明に係る自動合焦方法におけるＡＦ動作の全体の
流れを示すフローチャートである。最初に図１０のＡＦ
動作全体のフローチャートに沿って説明する。
【００２８】ＡＦ動作を開始すると、まず任意の焦点レ
ンズ位置において、１回目の撮影を行い（1101）、撮像
手段であるカラーイメージセンサー１０３でこれを受光
する。そしてＡＦエリア内の画像（ＡＦエリア画像）の
撮像データを前述の輝度変換演算器１０４によりＲＧＢ
から輝度Ｙの画像データに変換（1102）した後、輝度Ｙ
の画像データを画像メモリ１０５に取り込む（1103）。
この画像データは前処理として２次元の窓関数演算器１
０６により窓関数を乗算（1104）の後に、２次元フーリ
エ変換器１０７による２次元のフーリエ変換によって画
像スペクトルに変換される（1105）。ここで、位相操作
演算器１０８により画像スペクトルの位相情報をゼロに
置き換え（1106）、この後、２次元逆フーリエ変換器１
０９により２次元の逆フーリエ変換を行うことにより
（1107）、点像分布係数が得られる。この点像分布係数
が係数メモリ１１０に格納された後、さらに演算器１１
１により、点像分布係数より点像半径Ｒを求め（110
8）、この点像半径Ｒと撮影絞り開口径Ｒ0 、及び絞り
面受光面距離Ｌ0 から前ピン時の焦点距離ＬF と後ピン
時の焦点距離ＬB を求めておく（1109）。尚、点像半径
Ｒを算出する処理の詳細を図１１のフローチャートに、
また焦点距離を算出する処理の詳細を図１２のフローチ
ャートに示す。
ンズ位置において、１回目の撮影を行い（1101）、撮像
手段であるカラーイメージセンサー１０３でこれを受光
する。そしてＡＦエリア内の画像（ＡＦエリア画像）の
撮像データを前述の輝度変換演算器１０４によりＲＧＢ
から輝度Ｙの画像データに変換（1102）した後、輝度Ｙ
の画像データを画像メモリ１０５に取り込む（1103）。
この画像データは前処理として２次元の窓関数演算器１
０６により窓関数を乗算（1104）の後に、２次元フーリ
エ変換器１０７による２次元のフーリエ変換によって画
像スペクトルに変換される（1105）。ここで、位相操作
演算器１０８により画像スペクトルの位相情報をゼロに
置き換え（1106）、この後、２次元逆フーリエ変換器１
０９により２次元の逆フーリエ変換を行うことにより
（1107）、点像分布係数が得られる。この点像分布係数
が係数メモリ１１０に格納された後、さらに演算器１１
１により、点像分布係数より点像半径Ｒを求め（110
8）、この点像半径Ｒと撮影絞り開口径Ｒ0 、及び絞り
面受光面距離Ｌ0 から前ピン時の焦点距離ＬF と後ピン
時の焦点距離ＬB を求めておく（1109）。尚、点像半径
Ｒを算出する処理の詳細を図１１のフローチャートに、
また焦点距離を算出する処理の詳細を図１２のフローチ
ャートに示す。
【００２９】次に、焦点レンズ駆動回路１１２により、
撮影１回目の任意の焦点レンズ位置から前方あるいは後
方に焦点レンズ１０１の位置を微小移動（1111）した後
に、２回目の撮影を行う（1101）。この２回目の撮影デ
ータも１回目と同様の信号処理（1102〜1107）を行い点
像分布係数を求めた後、演算器１１１により、点像半径
Ｒを求め（1108）、各焦点距離ＬF ，ＬB を求める（11
09）。そして、撮影１回目と２回目の各点像半径Ｒから
焦点方向を判別（1112）することにより、前ピンの時に
は焦点距離ＬF を選択し、後ピンのときには焦点距離Ｌ
B を選択する。以上により、任意の焦点レンズ位置から
焦点位置（合焦点）までの距離と方向が得られるため、
焦点レンズ１０１を焦点位置（合焦点）へ移動する（11
13）ことができる。尚、焦点方向を判別する処理の詳細
を図１３のフローチャートに示しておく。
撮影１回目の任意の焦点レンズ位置から前方あるいは後
方に焦点レンズ１０１の位置を微小移動（1111）した後
に、２回目の撮影を行う（1101）。この２回目の撮影デ
ータも１回目と同様の信号処理（1102〜1107）を行い点
像分布係数を求めた後、演算器１１１により、点像半径
Ｒを求め（1108）、各焦点距離ＬF ，ＬB を求める（11
09）。そして、撮影１回目と２回目の各点像半径Ｒから
焦点方向を判別（1112）することにより、前ピンの時に
は焦点距離ＬF を選択し、後ピンのときには焦点距離Ｌ
B を選択する。以上により、任意の焦点レンズ位置から
焦点位置（合焦点）までの距離と方向が得られるため、
焦点レンズ１０１を焦点位置（合焦点）へ移動する（11
13）ことができる。尚、焦点方向を判別する処理の詳細
を図１３のフローチャートに示しておく。
【００３０】次に、図１１〜図１３のフローチャートに
ついて順に説明する。図１１は点像半径Ｒを算出する処
理の詳細を示すフローチャートであり、２次元の点像分
布係数の原点ピーク値を入力し（1201）、この原点ピー
ク値から断面しきい値を算出（1202）した後、このしき
い値でスライスした場合の断面画素数Ｓを求める（120
3）。この断面画素数Ｓはしきい値よりも値が大きい係
数画素をカウントすることにより容易に求まる（図５参
照）。この累積加算された断面画素数Ｓは点像面積に当
たるため、 Ｒ＝√（Ｓ／π） （π：円周率） （1204） から点像半径Ｒが求まる（1205）。
ついて順に説明する。図１１は点像半径Ｒを算出する処
理の詳細を示すフローチャートであり、２次元の点像分
布係数の原点ピーク値を入力し（1201）、この原点ピー
ク値から断面しきい値を算出（1202）した後、このしき
い値でスライスした場合の断面画素数Ｓを求める（120
3）。この断面画素数Ｓはしきい値よりも値が大きい係
数画素をカウントすることにより容易に求まる（図５参
照）。この累積加算された断面画素数Ｓは点像面積に当
たるため、 Ｒ＝√（Ｓ／π） （π：円周率） （1204） から点像半径Ｒが求まる（1205）。
【００３１】図１２は焦点距離を算出する処理の詳細を
示すフローチャートであり、図１の演算器１１１に点像
半径Ｒと絞り開口径Ｒ0 及び絞り面と受光面の距離（絞
り面受光面距離）Ｌ0 を入力し（1301〜1303）、この点
像半径Ｒと絞り開口径Ｒ0 と絞り面受光面距離Ｌ0 か
ら、焦点距離を算出する。この際、前ピン時の焦点距離
をＬF 、後ピン時の焦点距離をＬB とすると、 ＬF＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0＋Ｒ） （1304-1） ＬB＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0−Ｒ） （1304-2） より各焦点距離ＬF ，ＬB が求まる（1305）。尚、上式
の関係を判り易くするために、図１４に前ピン時の焦点
距離算出方式の説明図を、図１５に後ピン時の焦点距離
算出方式の説明図を示す。
示すフローチャートであり、図１の演算器１１１に点像
半径Ｒと絞り開口径Ｒ0 及び絞り面と受光面の距離（絞
り面受光面距離）Ｌ0 を入力し（1301〜1303）、この点
像半径Ｒと絞り開口径Ｒ0 と絞り面受光面距離Ｌ0 か
ら、焦点距離を算出する。この際、前ピン時の焦点距離
をＬF 、後ピン時の焦点距離をＬB とすると、 ＬF＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0＋Ｒ） （1304-1） ＬB＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0−Ｒ） （1304-2） より各焦点距離ＬF ，ＬB が求まる（1305）。尚、上式
の関係を判り易くするために、図１４に前ピン時の焦点
距離算出方式の説明図を、図１５に後ピン時の焦点距離
算出方式の説明図を示す。
【００３２】図１３は焦点方向を判別する処理の詳細を
示すフローチャートであり、１回目に撮影したときの点
像半径をＲ1 とし、２回目に撮影したときの点像半径を
Ｒ2として図１の演算器１１１に入力すると（1401）、
このＲ1 とＲ2 の大小関係（1403）及び焦点レンズ１０
１の微小移動方向Ｄ（1402）より焦点方向を判別するこ
とができる。例えば、２回目の撮影時に焦点レンズ１０
１を微小距離だけ送り出した場合は、Ｒ1＞Ｒ2であれば
後ピン（1404）、Ｒ1＜Ｒ2であれば前ピン（1406）、Ｒ
1≒Ｒ2であれば合焦（1405）であることが判別できる。
また微小移動方向が逆の場合には、前ピンと後ピンが入
れ替わる（1404，1406）。
示すフローチャートであり、１回目に撮影したときの点
像半径をＲ1 とし、２回目に撮影したときの点像半径を
Ｒ2として図１の演算器１１１に入力すると（1401）、
このＲ1 とＲ2 の大小関係（1403）及び焦点レンズ１０
１の微小移動方向Ｄ（1402）より焦点方向を判別するこ
とができる。例えば、２回目の撮影時に焦点レンズ１０
１を微小距離だけ送り出した場合は、Ｒ1＞Ｒ2であれば
後ピン（1404）、Ｒ1＜Ｒ2であれば前ピン（1406）、Ｒ
1≒Ｒ2であれば合焦（1405）であることが判別できる。
また微小移動方向が逆の場合には、前ピンと後ピンが入
れ替わる（1404，1406）。
【００３３】以上、ＡＦ動作のフローチャートについて
説明したが、ここで示したものは撮影１回目と２回目の
双方で焦点距離の算出を行い、双方の結果をレンズ移動
に反映するフローとしたものである。しかし別の方法と
して、演算回数を削減するために撮影２回目の算出結果
のみでレンズ移動するようにしてもよい。
説明したが、ここで示したものは撮影１回目と２回目の
双方で焦点距離の算出を行い、双方の結果をレンズ移動
に反映するフローとしたものである。しかし別の方法と
して、演算回数を削減するために撮影２回目の算出結果
のみでレンズ移動するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の自
動合焦装置においては、撮像手段（例えば、カラーイメ
ージセンサー）の撮像エリアの中で、撮影者が合焦させ
たいエリア（ＡＦエリア）を設けておき、ある任意の焦
点レンズ位置にて撮像したフレームの第一のＡＦエリア
画像と、この任意点から焦点レンズを微小移動して撮像
したフレームの第二のＡＦエリア画像を用意し、これら
第一のＡＦエリア画像と第二のＡＦエリア画像の点像分
布係数を各々求め、絞り開口径情報と絞り面受光面距離
情報と第一のＡＦエリア画像の点像半径Ｒ１または第二
のＡＦエリア画像の点像半径Ｒ２から合焦点までの距離
を推定し、Ｒ１とＲ２の大小関係及び焦点レンズの微小
移動方向から合焦点のある方向を推定することにより、
撮像用光学系にＡＦのための絞り板等の付加機構なしに
速やかに焦点合わせを行うことができる。また、本発明
は、デジタルスチルカメラ以外に、追跡サーボとしてデ
ジタルビデオカメラにも適用することができる。
動合焦装置においては、撮像手段（例えば、カラーイメ
ージセンサー）の撮像エリアの中で、撮影者が合焦させ
たいエリア（ＡＦエリア）を設けておき、ある任意の焦
点レンズ位置にて撮像したフレームの第一のＡＦエリア
画像と、この任意点から焦点レンズを微小移動して撮像
したフレームの第二のＡＦエリア画像を用意し、これら
第一のＡＦエリア画像と第二のＡＦエリア画像の点像分
布係数を各々求め、絞り開口径情報と絞り面受光面距離
情報と第一のＡＦエリア画像の点像半径Ｒ１または第二
のＡＦエリア画像の点像半径Ｒ２から合焦点までの距離
を推定し、Ｒ１とＲ２の大小関係及び焦点レンズの微小
移動方向から合焦点のある方向を推定することにより、
撮像用光学系にＡＦのための絞り板等の付加機構なしに
速やかに焦点合わせを行うことができる。また、本発明
は、デジタルスチルカメラ以外に、追跡サーボとしてデ
ジタルビデオカメラにも適用することができる。
【００３５】請求項２記載の自動合焦装置においては、
請求項１の構成に加えて、第一、第二のＡＦエリア画像
から点像分布係数を求める手段として、該ＡＦエリア画
像に窓関数を乗算後、２次元フーリエ変換により、この
画像を周波数領域の振幅と位相に変換し、この全周波数
領域の各位相をゼロに置き換えた後、２次元逆フーリエ
変換することで点像分布係数を得ることにより、ＤＦＴ
（離散フーリエ変換）やＦＦＴ（高速フーリエ変換）が
適用できるため、ＤＳＰ等のデジタル集積回路を用いる
場合に適している。
請求項１の構成に加えて、第一、第二のＡＦエリア画像
から点像分布係数を求める手段として、該ＡＦエリア画
像に窓関数を乗算後、２次元フーリエ変換により、この
画像を周波数領域の振幅と位相に変換し、この全周波数
領域の各位相をゼロに置き換えた後、２次元逆フーリエ
変換することで点像分布係数を得ることにより、ＤＦＴ
（離散フーリエ変換）やＦＦＴ（高速フーリエ変換）が
適用できるため、ＤＳＰ等のデジタル集積回路を用いる
場合に適している。
【００３６】請求項３記載の自動合焦装置においては、
請求項１の構成に加えて、第一、第二のＡＦエリア画像
の点像分布係数から点像半径を推定する場合に、該点像
分布係数の原点ピーク値を元に求めたしきい値で切断し
た場合の断面積から点像半径を推定することにより、実
際のカメラの絞り開口部のように、点像断面が円形にな
らない多角形のような場合でも、円形近似した場合の点
像半径Ｒを求めることができる。
請求項１の構成に加えて、第一、第二のＡＦエリア画像
の点像分布係数から点像半径を推定する場合に、該点像
分布係数の原点ピーク値を元に求めたしきい値で切断し
た場合の断面積から点像半径を推定することにより、実
際のカメラの絞り開口部のように、点像断面が円形にな
らない多角形のような場合でも、円形近似した場合の点
像半径Ｒを求めることができる。
【００３７】請求項４記載の自動合焦装置においては、
請求項１の構成に加えて、第一、第二のＡＦエリア画像
から点像分布係数を求める過程において、ＡＦエリアデ
ータとして、撮像手段の出力から算出した輝度データを
用いることにより、各色別に点像分布係数を求めるとき
よりも少ない演算回数でＡＦ動作を行うことができる。
また、被写体がどんな色相のときにも対応することがで
きる。
請求項１の構成に加えて、第一、第二のＡＦエリア画像
から点像分布係数を求める過程において、ＡＦエリアデ
ータとして、撮像手段の出力から算出した輝度データを
用いることにより、各色別に点像分布係数を求めるとき
よりも少ない演算回数でＡＦ動作を行うことができる。
また、被写体がどんな色相のときにも対応することがで
きる。
【００３８】請求項５記載の自動合焦装置においては、
請求項１の構成に加えて、焦点位置近傍で山登り法を併
用し、その山登り法の評価値を、前記点像半径または点
像断面積あるいは点像分布係数の原点ピーク値から得る
ことにより、従来のように高周波成分抽出用フィルタを
別に設ける必要がない。
請求項１の構成に加えて、焦点位置近傍で山登り法を併
用し、その山登り法の評価値を、前記点像半径または点
像断面積あるいは点像分布係数の原点ピーク値から得る
ことにより、従来のように高周波成分抽出用フィルタを
別に設ける必要がない。
【００３９】請求項６記載の自動合焦装置においては、
請求項１の構成に加えて、初期レンズ位置として被写体
が無限遠または至近で合焦する位置にある場合、撮像し
たフレームのＡＦエリア画像１枚のみから点像分布係数
を求め、微小移動なしに、この点像半径から合焦点まで
の距離を推定することにより、移動方向が片方向のみと
なるため、レンズ初期位置から合焦点近傍までをワンシ
ョットで動作することができる。
請求項１の構成に加えて、初期レンズ位置として被写体
が無限遠または至近で合焦する位置にある場合、撮像し
たフレームのＡＦエリア画像１枚のみから点像分布係数
を求め、微小移動なしに、この点像半径から合焦点まで
の距離を推定することにより、移動方向が片方向のみと
なるため、レンズ初期位置から合焦点近傍までをワンシ
ョットで動作することができる。
【００４０】請求項７記載の自動合焦方法においては、
撮像手段の撮像エリアの中で、撮影者が合焦させたいエ
リア（オートフォーカスエリア（ＡＦエリア））を設け
ておき、ＡＦ動作を開始すると、ある任意の焦点レンズ
位置において１回目の撮影を行い、前記撮像手段でこれ
を受光し、ＡＦエリア内の画像（ＡＦエリア画像）の撮
像データを輝度の画像データに変換した後、この輝度の
画像データをメモリに取り込み、この画像データは前処
理として窓関数を乗算の後、２次元フーリエ変換によっ
て画像スペクトルに変換し、この画像スペクトルの位相
情報をゼロに置き換えた後に、２次元逆フーリエ変換に
よって点像分布係数を求め、その点像分布係数より点像
半径Ｒを求め、この点像半径Ｒと撮影絞り開口径Ｒ0 と
絞り面受光面距離Ｌ0 から前ピン時の焦点距離ＬF と後
ピン時の焦点距離ＬB を求めておき、次に、撮影１回目
の任意の焦点レンズ位置から前方あるいは後方に焦点レ
ンズ位置を微小移動した後に、２回目の撮影を行い、こ
の２回目の撮影データも１回目と同様の信号処理を行い
点像分布係数を求めた後、点像半径Ｒと各焦点距離Ｌ
F ，ＬB を求め、撮影１回目と２回目の各点像半径Ｒか
ら焦点方向を判別することにより、前ピンの時には焦点
距離ＬF を選択し、後ピンのときには焦点距離ＬB を選
択して、任意の焦点レンズ位置から焦点位置（合焦点）
までの距離と方向を決定し、焦点レンズを焦点位置へ移
動するので、撮像用光学系にＡＦのための絞り板等の付
加機構なしに速やかに焦点合わせを行うことができる。
撮像手段の撮像エリアの中で、撮影者が合焦させたいエ
リア（オートフォーカスエリア（ＡＦエリア））を設け
ておき、ＡＦ動作を開始すると、ある任意の焦点レンズ
位置において１回目の撮影を行い、前記撮像手段でこれ
を受光し、ＡＦエリア内の画像（ＡＦエリア画像）の撮
像データを輝度の画像データに変換した後、この輝度の
画像データをメモリに取り込み、この画像データは前処
理として窓関数を乗算の後、２次元フーリエ変換によっ
て画像スペクトルに変換し、この画像スペクトルの位相
情報をゼロに置き換えた後に、２次元逆フーリエ変換に
よって点像分布係数を求め、その点像分布係数より点像
半径Ｒを求め、この点像半径Ｒと撮影絞り開口径Ｒ0 と
絞り面受光面距離Ｌ0 から前ピン時の焦点距離ＬF と後
ピン時の焦点距離ＬB を求めておき、次に、撮影１回目
の任意の焦点レンズ位置から前方あるいは後方に焦点レ
ンズ位置を微小移動した後に、２回目の撮影を行い、こ
の２回目の撮影データも１回目と同様の信号処理を行い
点像分布係数を求めた後、点像半径Ｒと各焦点距離Ｌ
F ，ＬB を求め、撮影１回目と２回目の各点像半径Ｒか
ら焦点方向を判別することにより、前ピンの時には焦点
距離ＬF を選択し、後ピンのときには焦点距離ＬB を選
択して、任意の焦点レンズ位置から焦点位置（合焦点）
までの距離と方向を決定し、焦点レンズを焦点位置へ移
動するので、撮像用光学系にＡＦのための絞り板等の付
加機構なしに速やかに焦点合わせを行うことができる。
【００４１】請求項８記載の自動合焦方法においては、
請求項７の自動合焦方法において、点像分布係数から点
像半径Ｒを求める際には、２次元の点像分布係数のピー
ク値から断面しきい値を算出した後、このしきい値でス
ライスした場合の断面画素数Ｓを求め、これを点像面積
として、 Ｒ＝√（Ｓ／π） （π：円周率） から点像半径Ｒを求めることにより、実際のカメラの絞
り開口部のように、点像断面が円形にならない多角形の
ような場合でも、円形近似した場合の点像半径Ｒを容易
に求めることができる。
請求項７の自動合焦方法において、点像分布係数から点
像半径Ｒを求める際には、２次元の点像分布係数のピー
ク値から断面しきい値を算出した後、このしきい値でス
ライスした場合の断面画素数Ｓを求め、これを点像面積
として、 Ｒ＝√（Ｓ／π） （π：円周率） から点像半径Ｒを求めることにより、実際のカメラの絞
り開口部のように、点像断面が円形にならない多角形の
ような場合でも、円形近似した場合の点像半径Ｒを容易
に求めることができる。
【００４２】請求項９記載の自動合焦方法においては、
請求項７の自動合焦方法において、点像半径Ｒと撮影絞
り開口径Ｒ0 と絞り面受光面距離Ｌ0 から焦点距離を算
出する際には、前ピン時の焦点距離をＬF 、後ピン時の
焦点距離をＬB とすると、 ＬF＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0＋Ｒ） ＬB＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0−Ｒ） より各焦点距離ＬF ，ＬB を求めることにより、容易に
前ピン時、後ピン時の焦点距離を算出することができ
る。
請求項７の自動合焦方法において、点像半径Ｒと撮影絞
り開口径Ｒ0 と絞り面受光面距離Ｌ0 から焦点距離を算
出する際には、前ピン時の焦点距離をＬF 、後ピン時の
焦点距離をＬB とすると、 ＬF＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0＋Ｒ） ＬB＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0−Ｒ） より各焦点距離ＬF ，ＬB を求めることにより、容易に
前ピン時、後ピン時の焦点距離を算出することができ
る。
【００４３】請求項１０記載の自動合焦方法において
は、請求項７の自動合焦方法において、焦点方向の判別
の際には、１回目に撮影したときの点像半径をＲ1 と
し、２回目に撮影したときの点像半径をＲ2 とすると、
このＲ1 とＲ2 の大小関係及び焦点レンズの微小移動方
向より焦点方向を判別することにより、容易に焦点方向
を判別することができる。
は、請求項７の自動合焦方法において、焦点方向の判別
の際には、１回目に撮影したときの点像半径をＲ1 と
し、２回目に撮影したときの点像半径をＲ2 とすると、
このＲ1 とＲ2 の大小関係及び焦点レンズの微小移動方
向より焦点方向を判別することにより、容易に焦点方向
を判別することができる。
【図１】本発明の一実施例を示す図であって、デジタル
カメラに搭載される自動合焦装置の撮像用光学系及びＡ
Ｆ処理系の概略構成図である。
カメラに搭載される自動合焦装置の撮像用光学系及びＡ
Ｆ処理系の概略構成図である。
【図２】本発明による自動合焦装置の原理を示す説明図
である。
である。
【図３】前ピン時、合焦時、後ピン時のＡＦエリア画像
と点像分布係数及び微小移動時の点像分布係数の例を示
す図である。
と点像分布係数及び微小移動時の点像分布係数の例を示
す図である。
【図４】フレーム内の撮影者が合焦したいエリア（ＡＦ
エリア）の例を示す図である。
エリア）の例を示す図である。
【図５】点像分布係数の原点ピーク値を元に求めたしき
い値で切断した場合の断面積から点像半径を推定する場
合の説明図である。
い値で切断した場合の断面積から点像半径を推定する場
合の説明図である。
【図６】点像半径とレンズ位置との関係を示す図であ
る。
る。
【図７】窓関数のパターン例を示す図である。
【図８】合焦画像から得た点像分布係数のパターン例を
示す図である。
示す図である。
【図９】ボケ画像から得た点像分布係数のパターン例を
示す図である。
示す図である。
【図１０】本発明に係る自動合焦方法におけるＡＦ動作
の全体の流れを示すフローチャートである。
の全体の流れを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の自動合焦方法における点像半径Ｒを
算出する処理の詳細を示すフローチャートであ
算出する処理の詳細を示すフローチャートであ
【図１２】本発明の自動合焦方法における焦点距離を算
出する処理の詳細を示すフローチャートである。
出する処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の自動合焦方法における焦点方向を判
別する処理の詳細を示すフローチャートである。
別する処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の自動合焦方法における前ピン時の焦
点距離算出方式の説明図である。
点距離算出方式の説明図である。
【図１５】本発明の自動合焦方法における前ピン時の焦
点距離算出方式の説明図である。
点距離算出方式の説明図である。
１：第一のＡＦエリア画像 ２：第二のＡＦエリア画像 １０１：焦点レンズ（ＡＦレンズ） １０２：撮像用絞り １０３：カラーイメージセンサー（撮像手段） １０４：輝度変換演算器 １０５：画像メモリ １０６：窓関数演算器 １０７：２次元フーリエ変換器 １０８：位相操作演算器 １０９：２次元逆フーリエ変換器 １１０：係数メモリ １１１：演算器 １１２：焦点レンズ駆動回路 １１３：フレームメモリ １１４：自動露出制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H011 AA03 BA31 BA51 BB03 BB04 BB06 2H051 AA00 BA45 BA47 CB22 CE10 CE12 CE14 CE26 CE27 DA02 DA26 DB01 EB04 FA48 2H054 AA01 5C022 AA13 AB12 AB21 AB26 AB28 AB30 AC42 AC54 AC69 AC74 AC80
Claims (10)
- 【請求項１】デジタルカメラの撮像用光学系における自
動合焦装置において、 撮像手段の撮像エリアの中で、撮影者が合焦させたいエ
リア（オートフォーカスエリア（以下、ＡＦエリアと言
う））を設けておき、ある任意の焦点レンズ位置にて撮
像したフレームの第一のＡＦエリア画像と、この任意点
から焦点レンズを微小移動して撮像したフレームの第二
のＡＦエリア画像を用意し、これら第一のＡＦエリア画
像と第二のＡＦエリア画像の点像分布係数を各々求め、
絞り開口径情報と絞り面受光面距離情報と第一のＡＦエ
リア画像の点像半径Ｒ１または第二のＡＦエリア画像の
点像半径Ｒ２から合焦点までの距離を推定し、Ｒ１とＲ
２の大小関係及び焦点レンズの微小移動方向から合焦点
のある方向を推定することを特徴とする自動合焦装置。 - 【請求項２】請求項１記載の自動合焦装置において、第
一、第二のＡＦエリア画像から点像分布係数を求める手
段として、該ＡＦエリア画像に窓関数を乗算後、２次元
フーリエ変換により、この画像を周波数領域の振幅と位
相に変換し、この全周波数領域の各位相をゼロに置き換
えた後、２次元逆フーリエ変換することで点像分布係数
を得ることを特徴とする自動合焦装置。 - 【請求項３】請求項１記載の自動合焦装置において、第
一、第二のＡＦエリア画像の点像分布係数から点像半径
を推定する場合に、該点像分布係数の原点ピーク値を元
に求めたしきい値で切断した場合の断面積から点像半径
を推定することを特徴とする自動合焦装置。 - 【請求項４】請求項１記載の自動合焦装置において、第
一、第二のＡＦエリア画像から点像分布係数を求める過
程において、ＡＦエリアデータとして、撮像手段の出力
から算出した輝度データを用いることを特徴とする自動
合焦装置。 - 【請求項５】請求項１記載の自動合焦装置において、焦
点位置近傍で山登り法を併用し、その山登り法の評価値
を、前記点像半径または点像断面積あるいは点像分布係
数の原点ピーク値から得ることを特徴とする自動合焦装
置。 - 【請求項６】請求項１記載の自動合焦装置において、初
期レンズ位置として被写体が無限遠または至近で合焦す
る位置にある場合、撮像したフレームのＡＦエリア画像
１枚のみから点像分布係数を求め、微小移動なしに、こ
の点像半径から合焦点までの距離を推定することを特徴
とする自動合焦装置。 - 【請求項７】デジタルカメラの撮像用光学系における自
動合焦方法において、 撮像手段の撮像エリアの中で、撮影者が合焦させたいエ
リア（オートフォーカスエリア（ＡＦエリア））を設け
ておき、ＡＦ動作を開始すると、ある任意の焦点レンズ
位置において１回目の撮影を行い、前記撮像手段でこれ
を受光し、ＡＦエリア内の画像（ＡＦエリア画像）の撮
像データを輝度の画像データに変換した後、この輝度の
画像データをメモリに取り込み、この画像データは前処
理として窓関数を乗算の後、２次元フーリエ変換によっ
て画像スペクトルに変換し、この画像スペクトルの位相
情報をゼロに置き換えた後に、２次元逆フーリエ変換に
よって点像分布係数を求め、その点像分布係数より点像
半径Ｒを求め、この点像半径Ｒと撮影絞り開口径Ｒ0 と
絞り面受光面距離Ｌ0 から前ピン時の焦点距離ＬFと後
ピン時の焦点距離ＬB を求めておき、次に、撮影１回目
の任意の焦点レンズ位置から前方あるいは後方に焦点レ
ンズ位置を微小移動した後に、２回目の撮影を行い、こ
の２回目の撮影データも１回目と同様の信号処理を行い
点像分布係数を求めた後、点像半径Ｒと各焦点距離Ｌ
F ，ＬB を求め、撮影１回目と２回目の各点像半径Ｒか
ら焦点方向を判別することにより、前ピンの時には焦点
距離ＬFを選択し、後ピンのときには焦点距離ＬB を選
択して、任意の焦点レンズ位置から焦点位置（合焦点）
までの距離と方向を決定し、焦点レンズを焦点位置へ移
動することを特徴とする自動合焦方法。 - 【請求項８】請求項７記載の自動合焦方法において、点
像分布係数から点像半径Ｒを求める際には、２次元の点
像分布係数のピーク値から断面しきい値を算出した後、
このしきい値でスライスした場合の断面画素数Ｓを求
め、これを点像面積として、 Ｒ＝√（Ｓ／π） （π：円周率） から点像半径Ｒを求めることを特徴とする自動合焦方
法。 - 【請求項９】請求項７記載の自動合焦方法において、点
像半径Ｒと撮影絞り開口径Ｒ0 と絞り面受光面距離Ｌ0
から焦点距離を算出する際には、前ピン時の焦点距離を
ＬF、後ピン時の焦点距離をＬB とすると、 ＬF＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0＋Ｒ） ＬB＝Ｌ0Ｒ／（Ｒ0−Ｒ） より各焦点距離ＬF ，ＬB を求めることを特徴とする自
動合焦方法。 - 【請求項１０】請求項７記載の自動合焦方法において、
焦点方向の判別の際には、１回目に撮影したときの点像
半径をＲ1 とし、２回目に撮影したときの点像半径をＲ
2 とすると、このＲ1 とＲ2 の大小関係及び焦点レンズ
の微小移動方向より焦点方向を判別することを特徴とす
る自動合焦方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11000677A JP2000199845A (ja) | 1999-01-05 | 1999-01-05 | 自動合焦装置及び自動合焦方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11000677A JP2000199845A (ja) | 1999-01-05 | 1999-01-05 | 自動合焦装置及び自動合焦方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000199845A true JP2000199845A (ja) | 2000-07-18 |
Family
ID=11480390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11000677A Pending JP2000199845A (ja) | 1999-01-05 | 1999-01-05 | 自動合焦装置及び自動合焦方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000199845A (ja) |
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| CN110763161A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-02-07 | 安徽大学 | 一种基于强度传输方程的三维重构数据采集系统 |
| JP2020060602A (ja) * | 2018-10-04 | 2020-04-16 | キヤノン株式会社 | 焦点調整装置およびその制御方法ならびにプログラム |
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- 1999-01-05 JP JP11000677A patent/JP2000199845A/ja active Pending
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