JP2001242371A

JP2001242371A - 自動焦点制御装置

Info

Publication number: JP2001242371A
Application number: JP2000051856A
Authority: JP
Inventors: Masaru Oikawa; 賢及川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】高速かつ高精度なワンショットＡＦを可能と
する。【解決手段】画像を取り込む（ステップ１）。取り込
まれた画像は、画像デジタル信号に変換され、ＲＧＢデ
ジタル信号に分離されゲイン調整され、輝度信号と色差
信号に変換された後、ＤＣＴ変換される（ステップ
２）。ただし、ＡＦ処理時にはＡＦエリアの画素分の輝
度信号しかＤＣＴ変換されない。ＣＰＵ６では、入力し
たＤＣＴ係数に基づいて、波数ごとのＤＣＴ係数の平均
値を算出し、波数昇順に整列させる（ステップ３）。つ
いで、この整列された平均値列から、最初の局所最小値
を持つ波数（第１局所最小値波数）を探索し、合焦指標
値として決定する（ステップ４）。この合焦指標値をも
とに、焦点レンズ制御部７に、焦点レンズ位置を合焦位
置まで駆動するよう指示する（ステップ５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラ、ス
チルビデオカメラ等の撮像素子の焦点制御を行う自動焦
点制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動焦点制御装置における合焦位
置決定方式には、赤外線や超音波を用いたアクティブＡ
Ｆ（自動合焦位置検出）方式や外光バッシブや山登りサ
ーボ等のパッシブＡＦ方式がある。特にデジタルスチル
カメラなどでは、特別な測距部品を必要としないパッシ
ブＡＦ方式が多く採用されている。

【０００３】パッシブＡＦ方式においては、近時ワンシ
ョットで合焦位置を検出するものとして、例えば特開平
６−１８１５３２号公報の「電子カメラの合焦位置検
出」がある。この合焦位置検出装置は、復元フィルタを
用いてワンショットで合焦位置を検出するもので、より
具体的には、光学撮像系の点像分布関数またはそれを変
換処理して得られる関数を焦点位置およびその前後のレ
ンズ位置で複数点求めて記憶した特性値記憶手段と、１
画面分またはその一部の撮像データを前記特性値記憶手
段に記憶された特性値によって前記複数点のレンズ位置
ごとに画像復元する画像復元手段と、該画像復元された
画像データからレンズ位置ごとの合焦位置の評価値を求
め各評価値を比較して合焦位置を推測する合焦位置推測
手段とを備えたことにより、合焦位置の検出をより早く
且つより正確に行うことを可能としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな画像復元を用いたワンショットＡＦ方式では、ＡＦ
精度を上げるために多数の復元フィルタを用意しなけれ
ばならず、復元フィルタデータを格納するＲＯＭ容量と
ＡＦ精度とのトレードオフの問題があった。また、復元
フィルタの数だけ復元処理をしなければならず、演算量
すなわちＡＦ合焦速度にも問題があった。

【０００５】本発明は、かかる点に対処してなされたも
ので、高速かつ高精度なワンショット合焦動作が可能な
自動焦点制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１の発
明は、被写体との距離に応じて撮像する焦点レンズ位置
を合焦位置に制御する自動焦点制御装置において、被写
体の画像を取り込む手段と、所定の焦点レンズ位置にて
取り込まれた画像データに対して合焦位置検出用のＡＦ
エリアについてＤＣＴ変換を行うＤＣＴ変換手段と、こ
のＤＣＴ変換手段からのＤＣＴ変換データに基づいて、
波数ごとのＤＣＴ係数の平均値を算出し、波数順に整列
されたＤＣＴ係数の平均値列から局所最小値を持つ波数
を探索し、探索された波数に基づいて合焦指標値を決定
する合焦指標値演算手段と、この合焦指標値演算手段か
らの合焦指標値に基づいて焦点レンズ位置を合焦位置に
駆動する制御信号を出力する手段とを具備することを特
徴とする。

【０００７】請求項１の発明においては、画像フレーム
内の被写体の合焦位置を検出するためのＡＦエリアの画
像データに対してＤＣＴ変換処理が施され、得られたＤ
ＣＴ変換データに基づいて波数ごとのＤＣＴ係数の平均
値が算出される。この波数ごとのＤＣＴ係数の平均値の
波数順の整列データを、小さい波数から走査することに
よって、順次平均値の局所最小値を持つと推定される波
数が局所最小値波数候補として抽出される。抽出された
局所最小値波数候補に基づいて、局所最小値を持つ最も
小さい波数、すなわち第１局所最小値波数が決定され、
これを合焦指標値として焦点レンズ位置が対応する合焦
位置に駆動される。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の自動焦点制
御装置において、前記合焦指標値演算手段が、画像フレ
ーム内に階層的に複数設けられたＡＦエリアの各画像デ
ータについて、波数順に整列されたＤＣＴ係数の平均値
列から局所最小値を持つ波数を探索して合焦指標値を求
め、得られた各ＡＦエリアの合焦指標値に基づいて最終
的な合焦指標値を決定することを特徴とする。

【０００９】請求項２の発明においては、通常のＡＦエ
リア（第１ＡＦエリア）のほかに、よりエリアを絞った
第２ＡＦエリア、…、第ｎＡＦエリアが階層的に設けら
れ、それぞれのＡＦエリアの画像データについて合焦指
標値が算出され、これらの合焦指標値に基づいて妥当な
合焦指標値が最終的に決定される。

【００１０】請求項３の発明は、請求項２の自動焦点制
御装置において、前記合焦指標値演算手段が、前記各Ａ
Ｆエリアの合焦指標値を比較可能に正規化し、これらの
正規化された合焦指標値が近似していれば、最大面積の
ＡＦエリアの合焦指標値を最終的な合焦指標値として出
力し、近似していなければ、最小面積のＡＦエリアの合
焦指標値を最終的な合焦指標値として出力することを特
徴とする。

【００１１】請求項３の発明においては、各ＡＦエリア
の合焦指標値が近似していれば、被写体はＡＦエリアの
サイズに影響されないと判断されるため、第１ＡＦエリ
アの合焦指標値がそのまま最終的な合焦指標値として採
用される。一方、各ＡＦエリアの合焦指標値が近似して
いなければ、被写体はＡＦエリアのサイズによっては背
景の影響が大きいと判断することができるため、エリア
サイズの最も小さな第ｎＡＦエリアの合焦指標値が最終
的な合焦指標値として採用される。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１の自動焦点制
御装置において、画像フレーム内に階層的に複数設けら
れたＡＦエリアの中から任意のＡＦエリアを選択するＡ
Ｆエリア選択手段を具備し、前記ＤＣＴ変換手段が前記
ＡＦエリア選択手段によって選択されたＡＦエリアの画
像データについてＤＣＴ変換を行うことを特徴とする。

【００１３】請求項４の発明においては、あらかじめ設
定されたエリアサイズの異なるＡＦエリアから撮影者が
被写体に応じて任意に選択することにより、被写体の大
きさに応じたＡＦエリアについてのみ合焦指標値算出処
理が行われ、高速かつ精度の高い焦点制御が可能とな
る。

【００１４】請求項５の発明は、被写体との距離に応じ
て撮像する焦点レンズ位置を合焦位置に制御する自動焦
点制御装置において、被写体の画像を取り込む手段と、
前回の撮影時の焦点レンズ位置のまま取り込まれた画像
データおよびその位置から微小駆動された焦点レンズ位
置にて取り込まれた画像データに対して、それぞれ所定
エリアについて高周波成分と低周波成分の比率を演算
し、焦点レンズ位置による前記比率の変化に基づいて、
現在の微小駆動された焦点レンズ位置から今回の被写体
の合焦位置への合焦方向を検出する合焦方向検出手段
と、前記現在の微小駆動された焦点レンズ位置にて取り
込まれた画像データに対して合焦位置検出用のＡＦエリ
アについてＤＣＴ変換を行うＤＣＴ変換手段と、このＤ
ＣＴ変換手段からのＤＣＴ変換データに基づいて、波数
ごとのＤＣＴ係数の平均値を算出する平均エネルギー演
算手段と、この平均エネルギー演算手段からの波数順に
整列されたＤＣＴ係数の平均値列から局所最小値を持つ
波数を探索し、探索された波数に基づいて合焦指標値を
決定する合焦指標値演算手段と、前記合焦方向検出手段
によって検出された合焦方向と前記合焦指標値演算手段
によって算出された合焦指標値に基づいて、焦点レンズ
位置を今回の被写体の合焦位置へ駆動する制御信号を出
力する手段とを具備することを特徴とする。

【００１５】請求項５の発明においては、合焦方向が検
出されることにより、焦点レンズ位置を撮影ごとに初期
位置に戻す必要がなくなり、前回の撮影時の合焦位置か
ら微小移動させた位置から、直ちに今回の被写体の合焦
位置に駆動され、より高速な焦点制御が可能となる。

【００１６】請求項６の発明は、請求項５の自動焦点制
御装置において、前記平均エネルギー演算手段からの波
数順に整列されたＤＣＴ係数の平均値列に基づいて、今
回の被写体の合焦位置が前記現在の微小駆動された焦点
レンズ位置の近傍か否を判定する概略合焦位置判定手段
と、この概略合焦位置判定手段によって今回の被写体の
合焦位置が前記現在の微小駆動された焦点レンズ位置の
近傍と判定されたとき、前記合焦指標値演算手段の処理
を停止し、焦点レンズ位置を前記合焦方向に徐々に移動
させて取り込んだ画像の高周波成分を逐一追跡する山登
り法によって今回の被写体の合焦位置を決定する制御手
段とを具備することを特徴とする。

【００１７】請求項６の発明においては、今回の被写体
の合焦位置が現在の焦点レンズ位置から近いときは、波
数順に整列されたＤＣＴ係数の平均値列には局所最小値
は現れないため、山登り法による焦点制御に切り替えら
れる。これにより、合焦ミスの少ない焦点制御が可能と
なる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明に
かかる自動焦点制御装置をデジタルスチルカメラに適用
した好適な実施の形態を説明する。

【００１９】図１は、本発明の第１の実施の形態にかか
るデジタルスチルカメラの構成を示すもので、大別し
て、被写体像をＣＣＤに結像するレンズ系１および絞り
２と、被写体像に応じた画像データを出力するフロント
エンド部３と、画像データの各種データ処理を行うイメ
ージプリプロセッサ（ＩＰＰ）部４と、ＣＰＵインタフ
ェース（Ｉ／Ｆ）５と、デジタルスチルカメラの各部の
動作を制御するＣＰＵ６と、ＣＰＵ６からの信号に従っ
てレンズ系１を駆動制御する焦点レンズ制御部７と、Ｃ
ＰＵ６からの信号に従って絞り２の絞り値（Ｆ値）を制
御する絞り制御部８とで構成されている。

【００２０】また、フロントエンド部３は、レンズ系１
により結像された被写体像を電気信号のアナログ画像信
号に変換して出力するＣＣＤ３１と、ＣＣＤ３１から入
力される電気信号のノイズ除去やゲイン調整を行う信号
処理部３２と、ＣＣＤ３１から信号処理部３２を介して
入力するアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換し
てＩＰＰ部４に出力するＡ／Ｄ変換部３３とで構成され
る。

【００２１】ＩＰＰ部４は、フロントエンド部３からの
デジタル画像信号をＲ・Ｇ・Ｂの各成分（ＲＧＢデジタ
ル信号）に分離するＲＧＢ分離部４１と、分離したＲＧ
Ｂデジタル信号の各色成分のゲインを各々調整するＲＧ
Ｂゲイン調整部４２と、ＲＧＢゲイン調整部４２によっ
てゲイン調整されたＲＧＢデジタル信号をＹＵＶ信号
（輝度信号および色差信号）に変換するＹＵＶ変換部４
３と、変換されたＹＵＶ信号に対してＤＣＴ（Ｄｉｓｃ
ｒｅｔｅＣｏｓｉｎｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ）変換を
行うＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃ
ｅｓｓｏｒ）コア４４と、ＲＧＢデジタル信号からＡＷ
Ｂ（ＡｕｔｏＷｈｉｔｅＢａｌａｎｃｅ）のための
評価値を生成するＡＷＢ評価部４５と、ＹＵＶ信号のＹ
信号からＡＥ（ＡｕｔｏＥｘｐｒｏｓｕｒｅ）のため
の評価値を生成するＡＥ評価部４６とで構成される。

【００２２】ＣＰＵ６は、ＤＳＰコア４４からのＤＣＴ
係数に基づきワンショットＡＦ表価値（合焦指標値）を
算出しワンショットＡＦ制御を行うとともに、ＡＷＢ評
価部４５およびＡＥ評価部４６からの評価値に基づいて
ＡＷＢ制御およびＡＥ制御を行う。なお、ＤＳＰコア４
４は、画像圧縮（ＪＰＥＧ）のエンジンも兼ねている。

【００２３】次に、上記構成のデジタルスチルカメラの
ワンショットＡＦの基本動作を図２に従って説明する。
まず、現在の焦点レンズ位置において画像を取り込む
（ステップ１）。ここでは、画像フレームとして１２８
０×１０２４の画素数としている。取り込まれた画像
は、図１に示すフロントエンド部３にてＣＣＤ３１から
Ａ／Ｄ変換器３３を通じて画像デジタル信号に変換され
る。

【００２４】ついで、フロントエンド部３で得られた画
像デジタル信号は、ＩＰＰ部４にてＲＧＢ分離部４１に
よりＲＧＢデジタル信号に分離され、ＲＧＢゲイン調整
部４２によりゲイン調整され、ＹＵＶ変換部４３により
輝度信号と色差信号に変換された後、ＤＳＰコア４４に
よってＤＣＴ変換される（ステップ２）。すなわち、空
間成分から周波数成分に変換される。ただし、画像フレ
ームは１２８０×１０２４画素であるが、ＡＦ処理時に
はＡＦエリアである２５６×２５６画素分の輝度信号し
かＤＣＴ変換されない。変換されたＤＣＴ係数はＣＰＵ
インタフェース５を介してＣＰＵ６に出力される。

【００２５】ＣＰＵ６では、ＤＳＰコア４４から入力し
たＤＣＴ係数に基づいて、波数ごとのＤＣＴ係数の平均
値（すなわちＤＣＴ成分の平均エネルギー）を算出し、
波数昇順に整列させる（ステップ３）。なお、波数μお
よび同一の波数μ（整数）における平均エネルギーＥ
（μ）は、それぞれ次式で表される。

【００２６】

【数１】ただし、ｋ、ｌは２次元ＤＣＴにおける水平周波数およ
び垂直周波数、Ｎｍは同一の波数μを持つ要素数、Ｘ
（ｋ，ｌ）は（ｋ，ｌ）におけるＤＣＴ係数である。

【００２７】ついで、波数昇順に整列されたＤＣＴ成分
の平均エネルギーから、最初の局所最小値を持つ波数
（以下、第１局所最小値波数という。）を探索し、この
波数をデフォーカスパラメータすなわち合焦指標値とし
て決定する（ステップ４）。この合焦指標値をもとに、
対応する焦点レンズ位置すなわち合焦位置が特定され
る。ＣＰＵ６は、焦点レンズ制御部７に、焦点レンズ位
置を合焦位置まで駆動するよう指示する制御データを出
力し、これに応じて焦点レンズ制御部７は、焦点レンズ
位置を合焦位置まで駆動する（ステップ５）。

【００２８】次に、上記ステップ４における波数昇順に
整列されたＤＣＴ成分の平均エネルギーから合焦指標値
を求める方法を図３および図４に示す処理フローに従っ
て図５を参照して説明する。なお、図５は波数昇順に整
列されたＤＣＴ成分の平均エネルギーの一例を示す。

【００２９】合焦指標値としての第１局所最小値波数を
求めるため、まず波数のウィンドウ（注目する波数範
囲）を定める。ここでは、ウィンドウを半分に分けてそ
れぞれ便宜的に右ウィンドウ（図５中Ａで示す。）にお
いて、左ウィンドウ（図５中Ｂで示す。）と呼称し、そ
れぞれのウィンドウサイズすなわちウィンドウハーフサ
イズＷを４とする。これはそれぞれ注目する波数範囲が
４であることを意味する。さらに、ウィンドウ位置ＰＯ
Ｓ、波数μ、第１局所最小値波数候補μ１、第２局所最
小値波数候補μ２、合焦指標値ＩＤＸ、検索フラグの各
初期状態を設定する（ステップ１１）。

【００３０】ついで、ステップ１２以降、ループ１の処
理を実行する。このループ処理において、ウィンドウ位
置ＰＯＳに現在の波数μ、すなわち最初は波数０を設定
し（ステップ１３）、右ウィンドウ、左ウィンドウのそ
れぞれの両端間の平均エネルギーの変化の傾きを算出す
る（ステップ１４、１５）。図５において、右ウィンド
ウでの平均エネルギーの変化の傾きをＳＬＡ、左ウィン
ドウでの平均エネルギーの変化の傾きをＳＬＢで示す。

【００３１】続いて、算出された各ウィンドウでの変化
の傾きＳＬＡ、ＳＬＢの正負により（ステップ１６、１
７）、局所最小値を探索する（ステップ１９〜２３）。
すなわち、左ウィンドウでの変化の傾きＳＬＢが負であ
って、かつ右ウィンドウでの傾きＳＬＡが負であれば、
局所最小値波数に近付いていると判断し、現在の波数μ
をウィンドウのずらし量分ここでは１だけ増やして（ス
テップ２０）、その波数μの値に応じてウィンドウハー
フサイズＷを調整した後（ステップ２１、２２）、ステ
ップ１２に戻って、ウィンドウのずらし作業（ステップ
１３）と左右各ウィンドウでの変化の傾きＳＬＡ、ＳＬ
Ｂの算出（ステップ１４、１５）を続ける。

【００３２】一方、左ウィンドウでの変化の傾きＳＬＢ
が負であって、かつ右ウィンドウでの傾きＳＬＡが正で
あれば、局所最小値波数にかかりつつあるか通過しよう
としていると判断し、検索フラグが初期設定された１で
あれば（ステップ１８）、その時の波数μを第１局所最
小値波数候補μ１としてレジスタに保持し、かつ第１局
所最小値波数候補μ１の検索が終了したことを示すため
に検索フラグを２に変更する（ステップ１９）。

【００３３】この後さらに、次の局所最小値を上記と同
様にして探索し、左ウィンドウでの変化の傾きＳＬＢが
負であって、かつ右ウィンドウでの傾きＳＬＡが正であ
れば、検索フラグが２のため（ステップ１８）、その時
の波数μを第２局所最小値波数候補μ２としてレジスタ
に保持する（ステップ２４）。なお。ステップ２１、２
２では、局所最小値波数探索時に局所最小値波数とは関
係のないトラップを局所最小値波数と誤認するケースを
極力排除するために、ウィンドウサイズを走査する波数
によって変化させるようにしている。

【００３４】以上の第１および第２局所最小値波数候補
探索フローを図５の波数−平均エネルギープロファイル
に適用すると、第１局所最小値波数候補μ１と第２局所
最小値波数候補μ２が図示のごとく抽出される。この両
者をもとに、ステップ２５、２６にて合焦指標値として
の第１局所最小値波数を決定する。すなわち、第１局所
最小値波数候補μ１と第２局所最小値波数候補μ２がそ
れぞれ第１局所最小値波数と第２局所最小値波数であれ
ばよいが、時として各々第２局所最小値波数と第３局所
最小値波数、あるいは局所最小値とは関係ないトラップ
と第２局所最小値波数がμ１とμ２として抽出されてい
たりする。このために、μ１とμ２の比を調べ、その比
から推定されるカテゴリに分けて（ステップ２５）、最
終的に合焦指標値としての第１局所最小値波数を決定す
る（ステップ２６）。そして、この合焦指標値をもとに
焦点レンズが合焦位置へと駆動される。

【００３５】上記の説明からも明らかなように、第１の
実施の形態によれば、第１局所最小値波数および第２局
所最小値波数の候補をそれぞれ探索し、得られた各局所
最小値波数候補の妥当性を判断することにより、最も確
かな第１局所最小値波数を決定し、これを合焦指標値と
して焦点制御を行っているので、合焦ミスの少ない精度
の高い焦点制御が可能となる。

【００３６】次に、本発明の第２の実施の形態を図６を
参照して説明する。第１の実施の形態では、１２８０×
１０２４画素の画像フレームのうち、２５６×２５６画
素分をＡＦエリアとしてその合焦指標値を求めたが、本
実施の形態では、図１に示す構成において、図６（ａ）
に示すように、１２８０×１０２４画素の画像フレーム
１００の中央部に２５６×２５６画素の第１ＡＦエリア
１０１を、さらにその内部に１２８×１２８画素の第２
ＡＦエリア１０２を設けて、各々のＡＦエリアごとに合
焦指標値を算出し、各ＡＦエリアの合焦指標値を比較し
て最終合焦指標値を決定するよう構成される。

【００３７】すなわち、図１において、ＣＰＵ６は、Ｄ
ＳＰコア４４にて第１ＡＦエリア１０１の画像データか
ら変換されたＤＣＴ係数を入力し、波数ごとの平均エネ
ルギーを演算して、波数昇順に整列させたＤＣＴ成分の
平均エネルギーから、図３および図４に示す処理フロー
に従って第１ＡＦエリア１０１での合焦指標値を探索す
る。さらに、第２ＡＦエリア１０２の画像データに対応
するＤＣＴ係数に基づいて、同様に波数ごとの平均エネ
ルギーを演算し、第２ＡＦエリア１０２での合焦指標値
を探索する。ついで、得られた２つの合焦指標値を比較
して最終合焦指標値を決定する。

【００３８】なお、ここでは第１ＡＦエリア１０１と第
２ＡＦエリア１０２のそれぞれの合焦指標値を求める例
を説明したが、本実施の形態はこのような２階層のＡＦ
エリアに限らず、図６（ｂ）に示すように、第２ＡＦエ
リア１０２内にさらに第３ＡＦエリア１０３を設けて、
３階層以上のＡＦエリアから合焦指標値を求めるように
してもよい。

【００３９】上記の説明からも明らかなように、第２の
実施の形態によれば、ＡＦエリアを階層化して、それぞ
れのＡＦエリアで合焦指標値を求めるようにしたので、
１つのＡＦエリアで求めた合焦指標値が正しいか否を確
認することができ、より合焦ミスの少ない精度の高い焦
点制御が可能となる。

【００４０】次に、本発明の第３の実施の形態として、
第２の実施の形態における多階層ＡＦエリアの各合焦指
標値から最終的な合焦指標値を決定する方法を図６〜図
１０を参照して説明する。図７および図８は被写体例で
あり、これらの被写体例を図６に示すＡＦエリアを持つ
デジタルスチルカメラで撮像した時の合焦指標値のデー
タ例を図９および図１０に示す。

【００４１】図９（ａ）は、図７に示す被写体を図６
（ａ）に示す２階層のＡＦエリアを持つデジタルスチル
カメラで撮像した時の合焦指標値のデータ例である。こ
の例では、図１に示すＣＰＵ６は、まず前述したように
第１ＡＦエリア１０１の合焦指標値と第２ＡＦエリア１
０２の合焦指標値を算出する。ついで、第２ＡＦエリア
の合焦指標値（ＩＤＸ２）を、そのままでは第１ＡＦエ
リアの合焦指標値（ＩＤＸ１）と比較できないため、第
１ＡＦエリア１０１の画素サイズ相当に換算した値ＩＤ
Ｘ２´に正規化する。この段階で、ＩＤＸ１とＩＤＸ２
´を比較し、両者がほぼ一致しているか判断する。ここ
では、ＩＤＸ１＝５３、ＩＤＸ２´＝４８であり、ほぼ
一致しているとみなし、第１ＡＦエリアの合焦指標値を
最終的な合焦指標値ＩＤＸ＝５３として決定する。これ
を基に、焦点レンズが合焦位置へと駆動される。

【００４２】図９（ｂ）は、図７に示す被写体を図６
（ｂ）に示す３階層のＡＦエリアを持つデジタルスチル
カメラで撮像した時の合焦指標値のデータ例である。こ
の例では、第１ＡＦエリア１０１の合焦指標値（ＩＤＸ
１）と第２ＡＦエリア１０２の合焦指標値（ＩＤＸ２）
と第３ＡＦエリア１０３の合焦指標値（ＩＤＸ３）が算
出され、第２ＡＦエリアの合焦指標値と第３ＡＦエリア
の合焦指標値がそれぞれ第１ＡＦエリア１０１の画素サ
イズ相当に換算した値ＩＤＸ２´、ＩＤＸ３´に正規化
されている。ここにおいて、ＣＰＵ６では、ＩＤＸ１、
ＩＤＸ２´、ＩＤＸ３´を比較し、３点の値がほぼ一致
しているか判断する。ここでは、ＩＤＸ１＝５３、ＩＤ
Ｘ２´＝４８、ＩＤＸ３´＝５６であり、ほぼ一致して
いるとみなし、第１ＡＦエリアの合焦指標値を最終的な
合焦指標値ＩＤＸ＝５３として決定する。これを基に、
焦点レンズが合焦位置へと駆動される。

【００４３】以上は、正規化された合焦指標値がいずれ
もほぼ一致する場合の例であるが、被写体がＡＦエリア
のサイズに影響してくるような場合、例えば図８に示す
ような被写体においては、各ＡＦエリアの正規化された
合焦指標値が一致しないことがある。図１０（ａ）は、
図８に示す被写体を図６（ａ）に示す２階層のＡＦエリ
アを持つデジタルスチルカメラで撮像した時の合焦指標
値のデータ例で、第１ＡＦエリア１０１の合焦指標値Ｉ
ＤＸ１＝９２、第２ＡＦエリア１０２の合焦指標値ＩＤ
Ｘ２＝２６、第２ＡＦエリアの正規化された合焦指標値
ＩＤＸ２´＝５２となっている。ＩＤＸ１＝９２とＩＤ
Ｘ２´＝５２は、ほぼ一致しているとはみなせないた
め、第２ＡＦエリアの正規化された合焦指標値ＩＤＸ２
´＝５２を最終的な合焦指標値ＩＤＸとして決定する。
これは、合焦指標値が一致しないときは、第１ＡＦエリ
ア１０１のサイズが被写体よりも大きくて背景の影響を
受けている場合が多く、エリアサイズを絞ったときの合
焦指標値の方が的確に被写体を捕らえていると考えられ
るためである。

【００４４】また、図１０（ｂ）は、図８に示す被写体
を図６（ｂ）に示す３階層のＡＦエリアを持つデジタル
スチルカメラで撮像した時の合焦指標値のデータ例で、
第１ＡＦエリア１０１の合焦指標値ＩＤＸ１＝９２、第
２ＡＦエリア１０２の合焦指標値ＩＤＸ２＝２６、第２
ＡＦエリアの正規化された合焦指標値ＩＤＸ２´＝５
２、第３ＡＦエリア１０３の合焦指標値ＩＤＸ３＝１
４、第３ＡＦエリアの正規化された合焦指標値ＩＤＸ３
´＝５６となっている。ＩＤＸ２´＝５２とＩＤＸ３´
＝５６はほぼ一致しているが、ＩＤＸ１＝９２はこれら
に一致しているとはみなされない。そこで、図１０
（ａ）の場合と同様に、エリアサイズを絞ったときの合
焦指標値の方が的確に被写体を捕らえていると判断し
て、第３ＡＦエリアの正規化された合焦指標値ＩＤＸ３
´＝５６を最終的な合焦指標値ＩＤＸとして決定する。

【００４５】上記の説明からも明らかなように、第３の
実施の形態によれば、ＡＦエリアを階層化して、各ＡＦ
エリアで演算された合焦指標値が一致するか否かで、ど
のＡＦエリアの合焦指標値を最終的な合焦指標値とする
か決定するようにしたので、より被写体を的確に捕らえ
た焦点制御を行うことができる。

【００４６】次に、本発明の第４の実施の形態を図６、
図８および図１１を参照して説明する。本実施の形態
は、図１に示す構成において、階層的に設けられた複数
のＡＦエリアのうち任意のＡＦエリアを選択するＡＦエ
リア選択手段（図示せず）を付加し、このＡＦエリア選
択手段によって選択されたＡＦエリアの合焦指標値を最
終的合焦指標値として決定するよう構成される。

【００４７】例えば、図８に示す被写体を図６（ａ）に
示す２階層のＡＦエリアを持つデジタルスチルカメラで
撮像する際に、図示しないＡＦエリア選択手段によって
第２ＡＦエリア１０２が選択されている場合、ＣＰＵ６
では、第１ＡＦエリア１０１の合焦指標値（ＩＤＸ１）
は算出せず、第２ＡＦエリア１０２の合焦指標値（ＩＤ
Ｘ２）のみ算出し、この合焦指標値（ＩＤＸ２）を第１
ＡＦエリア１０１の画素サイズに換算して正規化し、得
られた合焦指標値（ＩＤＸ２´）を最終的な合焦指標値
（ＩＤＸ）として出力する。この合焦指標値データ例を
図１１（ａ）に示す。

【００４８】また、図８に示す被写体を図６（ｂ）に示
す３階層のＡＦエリアを持つデジタルスチルカメラで撮
像し、かつＡＦエリア選択手段によって第３ＡＦエリア
１０３が選択されている場合、ＣＰＵ６では、第３ＡＦ
エリア１０３の合焦指標値（ＩＤＸ３）のみ算出し、こ
の合焦指標値（ＩＤＸ３）を第１ＡＦエリア１０１の画
素サイズに換算して正規化し、得られた合焦指標値（Ｉ
ＤＸ３´）を最終的な合焦指標値（ＩＤＸ）として出力
する。この合焦指標値データ例を図１１（ｂ）に示す。

【００４９】上記の説明からも明らかなように、第４の
実施の形態によれば、撮影者が撮影対象に応じてＡＦエ
リアを指定することで、他のＡＦエリアの合焦指標値を
算出し、比較して最終合焦指標値としていずれかを選択
するという動作をカットすることができ、高速なワンシ
ョット合焦動作が可能となる。

【００５０】次に、本発明の第５の実施の形態を図１２
を参照して説明する。本実施の形態は、図１に示す構成
において、焦点レンズ位置を現在位置から次の撮像の合
焦位置へ移動させるための合焦方向を検出する機能を設
けている。

【００５１】合焦指標値はデフォーカス量を表わすスカ
ラー量であり、合焦方向の情報を含まないため、通常は
合焦方向が一意に定まるように、撮像ごとに焦点レンズ
位置を初期焦点レンズ位置、例えば無限遠位置に戻して
から合焦位置へ駆動している。しかしながら、合焦方向
を検出することができれば、合焦撮像後、直ちに次の撮
像の合焦位置へ焦点レンズを駆動することができる。そ
のため、本実施の形態では、ＣＰＵ６において、ＤＣＴ
係数の高周波成分と低周波成分の比を利用して合焦方向
の検出を行っている。

【００５２】本実施の形態の合焦方向の検出方法を図１
２を参照して詳しく説明する。まず、ある被写体に合焦
させ（Ａ点）、撮像した後、さらにカメラを別の被写体
に向けた場合を想定する。このとき、焦点レンズ位置は
前の被写体距離に合焦したままになっているので、次の
被写体が同じ距離近辺でない限りボケている。この時点
で画像を取り込み、ＡＦエリアの画像データに対しＤＣ
Ｔ変換を施す。得られたＤＣＴ係数から次式で定義され
る低周波成分Ｓｌｆ、高周波成分Ｓｈｆを算出する。

【００５３】

【数２】

【００５４】式３、式４に示すように、低周波成分Ｓｌ
ｆおよび高周波成分Ｓｈｆは、各々低周波域、高周波域
と定めた範囲における平均エネルギーである。ここにお
いて、合焦方向評価値Dir として次式で定義される量を
算出する。なお、Ａ点における合焦方向評価値をDir Ａ
とする。

【００５５】

【数３】

【００５６】次に、Ａ点からわずかに離れたＢ点に焦点
レンズ位置を駆動し、再度画像を取り込み、同様にして
Ｂ点における合焦方向評価値をDir Ｂを算出する。ここ
において、Dir ＡとDir Ｂを比較する。Ａ点からＢ点へ
の移動方向が合焦位置へ近付くものであれば、低周波成
分Ｓｌｆが減少して高周波成分Ｓｈｆが増加するため、
Dir Ａ＞Dir Ｂとなる。逆に、Ａ点からＢ点への移動方
向が合焦位置から遠ざかるものであれば、低周波成分Ｓ
ｌｆが増加して高周波成分Ｓｈｆが減少するため、Dir
Ａ＜Dir Ｂとなる。

【００５７】図１２は、Ａ点からＢ点への移動が合焦点
から遠ざかる例を示す。図１２（ａ）に示すように、合
焦方向評価値はDir Ａ＜Dir Ｂであり、Ａ点からＢ点へ
の駆動方向（図１２（ｃ）中１１０）のとは反対方向
（同１１１）に駆動する必要があることを示している。
これにより、合焦方向の検出が可能である。

【００５８】なお、合焦方向の検出に２５６×２５６画
素のＡＦエリアをそのまま使用しているが、高速化のた
めにさらにサブサンプリングして、１２８×１２８画素
や６４×６４画素にして使用してもよい。また、周波数
成分を得る手段として、ＤＣＴ変換の代わりに、デジタ
ルフィルタ等を用いてもよい。

【００５９】ＣＰＵ６は、上記の方法で合焦方向を検出
した後、Ｂ点で撮像した画像について、図１２（ｂ）に
示すように、ＤＣＴ成分の波数ごとの平均エネルギーに
基づいて合焦指標値を求め、この合焦指標値と合焦方向
から焦点レンズをＢ点から合焦点までの駆動させる制御
信号を焦点レンズ制御部７に出力する。なお、合焦指標
値を求めるためのＤＣＴ変換は、合焦方向検出のために
ですでに行っているので、再度処理する必要がない。

【００６０】上記の説明からも明らかなように、第５の
実施の形態によれば、合焦方向と合焦指標値を求めるこ
とができ、図１２（ｃ）に矢印で示すように、焦点レン
ズを撮像ごとに初期焦点レンズ位置にもどすことなく、
直ちに次の撮像の合焦位置へ駆動することができ、高速
でかつ精度の高い合焦動作が可能となる。

【００６１】次に、本発明の第６の実施の形態を図１３
を参照して説明する。第６の実施の形態では、第５の実
施の形態と比較して、ＣＰＵ６の自動焦点処理におい
て、次の撮像の合焦位置が現在の焦点レンズ位置から近
いか否を判定し、近い場合は合焦位置を求める方法を変
更している。

【００６２】まず、図１３（ａ）において、第５の実施
の形態と同様に、焦点レンズ位置が前回の被写体の合焦
位置であるＡ点とそこからわずかに離れたＢ点での今回
の被写体の画像データについて、周波数成分による合焦
方向評価値Dir ＡとDir Ｂを算出し、Dir ＡとDir Ｂの
比較により合焦方向を検出する。

【００６３】ついで、図１３（ｂ）において、Ｂ点での
ＤＣＴ成分の波数ごとに整列された平均エネルギーの特
性から、今回の被写体の合焦点についてＢ点からどのぐ
らい離れているかの概略位置の判定を行う。すなわち、
ある適当な値に設定されたしきい値Ｅth（例えば１００
０）に注目し、波数を走査していき、平均エネルギーが
しきい値Ｅthを下回る最初の波数μ0 を調べ、この波数
μ0 があるしきい値μth（例えば１００）以上ならば、
合焦点は現在の焦点レンズ位置（Ｂ点）に近いと判断す
る。逆に、μth以下ならば合焦点は現在の焦点レンズ位
置（Ｂ点）から遠いと判断する。図１３（ｂ）は、合焦
点が現在の焦点レンズ位置（Ｂ点）に近い場合の平均エ
ネルギーの特性を実線で、遠い場合の平均エネルギーの
特性を破線で示している。

【００６４】ここで、図１３（ｂ）に破線で示すよう
に、波数μ0 がしきい値μth以下のとき、合焦点が現在
の焦点レンズ位置から遠いと判断し、この平均エネルギ
ー特性における第１局所最小値波数を合焦指標値とする
第１の実施の形態で述べた方法で合焦位置を決定する。
一方、図１３（ｂ）に実線で示すように、波数μ0 がし
きい値μth以上のときは、合焦点が現在の焦点レンズ位
置に近いと判断し、焦点レンズ位置を徐々に変えて撮像
した画像の高周波数成分を逐一追跡していく山登り法に
よって合焦位置を決定する。すなわち、ＣＰＵ６は、入
力されるＤＣＴ成分に基づき、高周波成分積算値を算出
し、その積算値が最大となる焦点レンズ位置を山登り法
によって求めてこれを合焦位置として焦点制御する。こ
れは、合焦点が現在の焦点レンズ位置に近い場合、波数
ごとの平均エネルギー特性に局所最小値が現れにくくな
ってしまう不具合を防止するためである。

【００６５】上記の説明からも明らかなように、第６の
実施の形態によれば、合焦点が現在の焦点レンズ位置に
近いかどうかを判断して、遠いときのみ波数ごとの平均
エネルギー特性の局所最小値を探索する合焦方法を採用
することにより、本来合焦できるケースであるのに、局
所最小値を探索するアルゴリズムが誤った判断、例えば
合焦不可とみなし、常焦点に焦点レンズを設定してしま
い、甘いピントになってしまうというような事態を避け
ることができ、常に高速で精度の高い焦点制御を行うこ
とができる。

【００６６】なお、上記本発明の実施の形態で述べた画
像フレームやＡＦエリアサイズ、形状、配置、しきい値
等は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を変
更しない範囲で適宜変更可能である。

【００６７】また、本発明の自動焦点制御装置は、ビデ
オカメラ、スチルビデオカメラ等の撮像素子を用いた画
像入力機器に広く適用可能である。

【００６８】

【発明の効果】上記したように、請求項１の発明によれ
ば、ＤＣＴ変換処理された画像データについて算出され
る波数ごとのＤＣＴ係数の平均値の整列データから、第
１局所最小値波数を探索し、これを合焦指標値として焦
点制御を行っているので、高速でかつ精度の高い合焦が
可能となる。

【００６９】請求項２の発明によれば、通常のＡＦエリ
ア（第１ＡＦエリア）とそのエリアの内側により面積の
小さいＡＦエリア（第２ＡＦエリア）というようにＡＦ
エリアの階層を少なくとも２層以上設け、その各々のＡ
Ｆエリアについて合焦指標値を算出しているので、合焦
ミスの少ない精度の高い合焦が可能となる。

【００７０】請求項３の発明によれば、ＡＦエリアを階
層化して、各ＡＦエリアで演算された合焦指標値が近似
するか否かで、どのＡＦエリアの合焦指標値を最終的な
合焦指標値とするか決定するようにしたので、より被写
体を的確に捕らえた合焦ミスの少ない精度の高い焦点制
御を行うことができる。

【００７１】請求項４の発明によれば、階層的に設けら
れた複数のＡＦエリアの中から撮影者が被写体に応じて
最適なＡＦエリアを選択できるようにしているので、他
のＡＦエリアの合焦指標値を算出し、比較して最終合焦
指標値としていずれかを選択するという動作をカットす
ることができ、高速で精度の高い焦点制御が可能とな
る。

【００７２】請求項５の発明によれば、合焦方向を検出
することにより、焦点レンズを撮像ごとに初期焦点レン
ズ位置にもどすことなく、直ちに次の撮像の合焦位置へ
駆動することができ、高速でかつ精度の高い焦点制御が
可能となる。

【００７３】請求項６の発明によれば、合焦位置が現在
の焦点レンズ位置に近いかどうかにより、ＤＣＴ係数の
波数ごとの平均値列から求めた合焦指標値に基づく焦点
制御と、山登り法による焦点制御を切り替えて用いるこ
とにより、高速かつ合焦ミスの少ない精度の高い合焦が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動焦点制御装置を適用したデジタル
スチルカメラの構成例を示すブロック図である。

【図２】本発明にかかる自動焦点制御装置のワンショッ
トＡＦの基本動作を示すフロー図である。

【図３】本発明の自動焦点制御装置の第１の実施の形態
における合焦指標値算出方法を示すフロー図（その１）
である。

【図４】本発明の自動焦点制御装置の第１の実施の形態
における合焦指標値算出方法を示すフロー図（その２）
である。

【図５】波数昇順に整列されたＤＣＴ成分の平均エネル
ギーの一例を示す図である。

【図６】ＡＦエリアを２階層（ａ）と３階層（ｂ）にし
た例を示す図である。

【図７】被写体例を示す図である。

【図８】被写体例を示す図である。

【図９】合焦指標値のデータ例を示す図である。

【図１０】合焦指標値のデータ例を示す図である。

【図１１】合焦指標値のデータ例を示す図である。

【図１２】本発明の自動焦点制御装置の第５の実施の形
態の動作を説明する図である。

【図１３】本発明の自動焦点制御装置の第６の実施の形
態の動作を説明する図である。

【符号の説明】

１レンズ系３フロントエンド部４イメージプリプロセッサ（ＩＰＰ）部６ＣＰＵ７焦点レンズ制御部４４ＤＳＰコア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体との距離に応じて撮像する焦点レ
ンズ位置を合焦位置に制御する自動焦点制御装置におい
て、被写体の画像を取り込む手段と、所定の焦点レンズ位置にて取り込まれた画像データに対
して合焦位置検出用のＡＦエリアについてＤＣＴ変換を
行うＤＣＴ変換手段と、このＤＣＴ変換手段からのＤＣＴ変換データに基づい
て、波数ごとのＤＣＴ係数の平均値を算出し、波数順に
整列されたＤＣＴ係数の平均値列から局所最小値を持つ
波数を探索し、探索された波数に基づいて合焦指標値を
決定する合焦指標値演算手段と、この合焦指標値演算手段からの合焦指標値に基づいて焦
点レンズ位置を合焦位置に駆動する制御信号を出力する
手段とを具備することを特徴とする自動焦点制御装置。
【請求項２】請求項１記載の自動焦点制御装置におい
て、前記合焦指標値演算手段が、画像フレーム内に階層的に
複数設けられたＡＦエリアの各画像データについて、波
数順に整列されたＤＣＴ係数の平均値列から局所最小値
を持つ波数を探索して合焦指標値を求め、得られた各Ａ
Ｆエリアの合焦指標値に基づいて最終的な合焦指標値を
決定することを特徴とする自動焦点制御装置。
【請求項３】請求項２記載の自動焦点制御装置におい
て、前記合焦指標値演算手段が、前記各ＡＦエリアの合焦指
標値を比較可能に正規化し、これらの正規化された合焦
指標値が近似していれば、最大面積のＡＦエリアの合焦
指標値を最終的な合焦指標値として出力し、近似してい
なければ、最小面積のＡＦエリアの合焦指標値を最終的
な合焦指標値として出力することを特徴とする自動焦点
制御装置。
【請求項４】請求項１記載の自動焦点制御装置におい
て、画像フレーム内に階層的に複数設けられたＡＦエリアの
中から任意のＡＦエリアを選択するＡＦエリア選択手段
を具備し、前記ＤＣＴ変換手段が前記ＡＦエリア選択手段によって
選択されたＡＦエリアの画像データについてＤＣＴ変換
を行うことを特徴とする自動焦点制御装置。
【請求項５】被写体との距離に応じて撮像する焦点レ
ンズ位置を合焦位置に制御する自動焦点制御装置におい
て、被写体の画像を取り込む手段と、前回の撮影時の焦点レンズ位置のまま取り込まれた画像
データおよびその位置から微小駆動された焦点レンズ位
置にて取り込まれた画像データに対して、それぞれ所定
エリアについて高周波成分と低周波成分の比率を演算
し、焦点レンズ位置による前記比率の変化に基づいて、
現在の微小駆動された焦点レンズ位置から今回の被写体
の合焦位置への合焦方向を検出する合焦方向検出手段
と、前記現在の微小駆動された焦点レンズ位置にて取り込ま
れた画像データに対して合焦位置検出用のＡＦエリアに
ついてＤＣＴ変換を行うＤＣＴ変換手段と、このＤＣＴ変換手段からのＤＣＴ変換データに基づい
て、波数ごとのＤＣＴ係数の平均値を算出する平均エネ
ルギー演算手段と、この平均エネルギー演算手段からの波数順に整列された
ＤＣＴ係数の平均値列から局所最小値を持つ波数を探索
し、探索された波数に基づいて合焦指標値を決定する合
焦指標値演算手段と、前記合焦方向検出手段によって検出された合焦方向と前
記合焦指標値演算手段によって算出された合焦指標値に
基づいて、焦点レンズ位置を今回の被写体の合焦位置へ
駆動する制御信号を出力する手段とを具備することを特
徴とする自動焦点制御装置。
【請求項６】請求項５記載の自動焦点制御装置におい
て、前記平均エネルギー演算手段からの波数順に整列された
ＤＣＴ係数の平均値列に基づいて、今回の被写体の合焦
位置が前記現在の微小駆動された焦点レンズ位置の近傍
か否を判定する概略合焦位置判定手段と、この概略合焦位置判定手段によって今回の被写体の合焦
位置が前記現在の微小駆動された焦点レンズ位置の近傍
と判定されたとき、前記合焦指標値演算手段の処理を停
止し、焦点レンズ位置を前記合焦方向に徐々に移動させ
て取り込んだ画像の高周波成分を逐一追跡する山登り法
によって今回の被写体の合焦位置を決定する制御手段と
を具備することを特徴とする自動焦点制御装置。