JP2004191814A - オートフォーカス装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】撮影モードや電子的なズーム処理のいかんに拘わらず、最適なオートフォーカス動作を行うことができるようにする。
【解決手段】ＣＣＤ撮像素子（１−２）から出力された映像信号の高周波成分をバンドパスフィルタ（１−１３，１−１４）で抽出するときに、映像信号の画素数に応じて、バンドパスフィルタ（１−１３，１−１４）を変更するようにして、映像信号の空間サンプリング周波数（高周波成分）が変化した場合でも、最適な帯域の周波数成分を抽出することができるようにする。
【選択図】 図１
【解決手段】ＣＣＤ撮像素子（１−２）から出力された映像信号の高周波成分をバンドパスフィルタ（１−１３，１−１４）で抽出するときに、映像信号の画素数に応じて、バンドパスフィルタ（１−１３，１−１４）を変更するようにして、映像信号の空間サンプリング周波数（高周波成分）が変化した場合でも、最適な帯域の周波数成分を抽出することができるようにする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号の高周波成分を用いて合焦動作を行うオートフォーカス装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、映像信号の高周波成分を用いて合焦動作を行うオートフォーカス装置では、映像信号から所定の高周波成分、実際にはノイズの影響を防ぐため、バンドパスフィルタにより抽出される所定の周波数成分を信号処理回路において抽出し、前記所定の周波数成分がなるべく大きな値になるようにレンズ制御を行っている。これは、ピントが合った状態ならば、画像の先鋭度が増し、高い周波数成分が相対的に増えるという現象を利用したものである。本方式のオートフォーカス装置は、映像信号処理回路内に周波数成分の抽出回路を持たせるだけでよいため、特に、安価な民生用のビデオカメラ装置に数多く採用されている。
【０００３】
ここで、上述したオートフォーカス動作を実現するために必要な所定の周波数成分とは、正確には、画面に表示される映像の空間周波数領域おける所定の空間周波数成分のことである。所定の空間周波数成分を抽出する際に重要となる空間サンプリング周波数は、映像の画素数によって変化する。
【０００４】
従来の動画記録のみを行ってきたビデオカメラ装置においては、ＣＣＤ撮像素子からテープ記録までの画像信号の画素数は、ビデオテープへの動画記録を行う上での様々なフォーマットの制約により、７６８Ｈ×５２５Ｖや、７２０Ｈ×４８０Ｖといったものであった。前者は、ＮＴＳＣのビデオフォーマットであり、後者はＣＶＣの記録フォーマットである。そのため、オートフォーカス装置においても、上記画素数の映像信号からオートフォーカス動作を行う上での最適な空間周波数成分を抽出するためのフィルタを構成していれば、十分満足のいくオートフォーカス動作が得られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、民生用のビデオカメラ装置においては、撮影した画像をビデオテープに動画記録するだけでなく、静止画像を撮影して画像メモリに記録するなどの、いわゆるディジタルカメラ機能を搭載した製品が提供されている。こうした静止画記録においては、画像の画素数に関するフォーマット上の制限はなく、静止画像の高画質化を実現するために静止画像の画素数は増加の一途をたどっている。例えば、総画素数１３０万画素の静止画を撮影した場合には、撮像素子から１２８０Ｈ×９６０Ｖの映像信号が提供される。
【０００６】
このとき、７６８Ｈ×５２５Ｖの映像信号からオートフォーカスのための最適な周波数成分を抽出するフィルタを用いて、１２８０Ｈ×９６０Ｖの映像信号から上記周波数成分を抽出してしまうと、画素数が約１.５倍となっているために空間サンプリング周波数も約１.５倍ということになり、オートフォーカス用の周波数成分も最適な成分の約１.５倍の周波数成分となってしまう。これは、所望のオートフォーカス動作が行えなくなってしまうという問題がある。すわなち、同じビデオカメラ装置での撮影にもかかわらず、動画撮影時と静止画撮影時ではオートフォーカスの精度が異なるものとなってしまう。
【０００７】
また、上述したように、画素数の大きな撮像素子を有することから、多画素の画像を縮小することにより電子的なワイド画面処理（ズーム処理）などを行うことが考えられるが、この場合においても画面表示に用いる画像は、元が多画素の画像であることから空間サンプリング周波数が上昇した状態であることに変わりはなく、同様にオートフォーカスに用いる最適な空間周波数成分が得られなくなり、所望のオートフォーカス動作が行えなくなってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は上述の問題点にかんがみてなされたもので、撮影モードや電子的なズーム処理のいかんに拘わらず、最適なオートフォーカス動作を行うオートフォーカス装置を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のオートフォーカス装置は、映像信号の周波数成分を用いて合焦動作を行うオートフォーカス装置であって、前記映像信号における所定の帯域の周波数成分を抽出する抽出手段と、前記映像信号の画素数に応じて、前記抽出手段で抽出される周波数成分の前記帯域を変更する変更手段とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のオートフォーカス装置は、上述の技術手段を有するので、動画撮影モードと静止画撮影モードで異なる画素数の映像信号が提供され、映像信号の空間サンプリング周波数が変化した場合でも、一定の周波数成分を抽出することが可能となる。これにより、映像信号の画素数によらず安定したオートフォーカス動作を提供することができる。また、電子的な画像の縮小処理などにおいても同様の効果がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明のオートフォーカス装置の実施形態について説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるオートフォーカス装置の概略構成図である。
図１において、１−１は結像光学レンズ、１−２はＣＣＤ撮像素子、１−３は第１のＣＣＤドライバ、１−４は第２のＣＣＤドライバ、１−５は第１のスイッチ、１−６はＡ／Ｄコンバータ、１−７は１Ｈラインメモリ、１−８は第２のスイッチ、１−９はカメラ信号処理部、１−１０はＣＶＣ動画記録部、１−１１はＪＰＥＧ静止画記録部、１−１２はローパスフィルタ、１−１３は第１のバンドパスフィルタ、１−１４は第２のバンドパスフィルタ、１−１５は第３のスイッチ、１−１６はＡＦ評価値検出部、１−１７はマイクロコンピュータ、１−１８は撮影モード入力部である。
【００１３】
図１を用いて、本発明の第１の実施形態におけるオートフォーカス装置の動作の説明を行う。本実施形態は、撮影モード入力部（１−１８）により設定される２種類の撮影モードをもつ。すなわち、動画撮影モードと静止画撮影モードである。
【００１４】
まず、動画撮影モードにおいては、第１のスイッチ（１−５），第２のスイッチ（１−８），第３のスイッチ（１−１５）は全て「Ｍｏｖｉｅ」側の接続となる。これにより、ＣＣＤ撮像素子（１−２）を駆動するＣＣＤドライバとしては、第１のＣＣＤドライバ（１−３）が選択され、カメラ信号処理部（１−９）への入力信号としては、１Ｈラインメモリ（１−７）からの出力信号が選択され、ＡＦ評価値検出部（１−１６）への入力信号としては、第１のバンドパスフィルタ（１−１３）からの出力信号が選択される。
【００１５】
すなわち、結像光学レンズ（１−１）を通じて、ＣＣＤ撮像素子（１−２）の受光面上に結像した光学像はＣＣＤ撮像素子（１−２）により光電変換されて、第１のＣＣＤドライバ（１−３）によりＣＣＤ出力信号として引き出される。ここで、ＣＣＤ撮像素子（１−２）の有効画素数は１２８０Ｈ×９６０Ｖであり、第１のＣＣＤドライバ（１−３）はＣＣＤ撮像素子（１−２）の有効画素のうち、上下の画素による画像を切り取り、１２８０Ｈ×４８０ＶのＣＣＤ信号を引き出すように動作する。
【００１６】
続いて、ＣＣＤ撮像素子（１−２）から引き出された１２８０Ｈ×４８０ＶのＣＣＤ信号は、Ａ／Ｄコンバータ（１−６）によりディジタル信号に変換されて、１Ｈラインメモリ（１−７）に入力される。この１Ｈラインメモリ（１−７）では、１２８０Ｈ×４８０ＶのＣＣＤ信号における水平ライン上の画素変換を行い、１２８０Ｈから７２０Ｈを切り出すように動作する。すなわち、１Ｈラインメモリ（１−７）からの出力は、７２０Ｈ×４８０ＶのＣＣＤ信号となる。
【００１７】
続いて、カメラ信号処理部（１−９）では、７２０Ｈ×４８０ＶのＣＣＤ信号によりカメラ信号処理を行う。こうして得られた信号は、ＣＶＣフォーマットに合致した７２０Ｈ×４８０Ｖの映像信号であり、ＣＶＣ動画記録部（１−１０）に動画像として記録される。
【００１８】
また、Ａ／Ｄコンバータ（１−６）から出力されたディジタルＣＣＤ信号は、ローパスフィルタ（１−１２）で色キャリア成分が除去され、続いて、第１のバンドパスフィルタ（１−１３）でＡＦ動作に必要な空間周波数成分が抽出される。この第１のバンドパスフィルタ（１−１３）は、７２０Ｈ×４８０Ｖの画像の空間サンプリング周波数で計算される最適な空間周波数成分を抽出するものであり、この空間周波数成分がＡＦ評価値検出部（１−１６）に入力されて、ＡＦ用の評価値が検出される。
【００１９】
続いて、ＡＦ評価値検出部（１−１６）で検出されたＡＦ用の評価値は、マイクロコンピュータ（１−１７）において読み取られ、この評価値に基づき結像光学レンズ（１−１）の焦点制御が行われる。
【００２０】
一方、静止画撮影モードにおいては、第１のスイッチ（１−５），第２のスイッチ（１−８），第３のスイッチ（１−１５）は全て「Ｓｔｉｌｌ」側の接続となる。これにより、ＣＣＤ撮像素子（１−２）を駆動するＣＣＤドライバとしては、第２のＣＣＤドライバ（１−４）が選択され、カメラ信号処理部（１−９）への入力信号としては、Ａ／Ｄコンバータ（１−６）からの出力信号が選択され、ＡＦ評価値検出部（１−１６）への入力信号としては、第２のバンドパスフィルタ（１−１４）からの出力信号が選択される。
【００２１】
すなわち、結像光学レンズ（１−１）を通じて、ＣＣＤ撮像素子（１−２）の受光面上に結像した光学像は光電変換されて、第２のＣＣＤドライバ（１−４）によりＣＣＤ出力信号として引き出される。ここで、第２のＣＣＤドライバ（１−４）はＣＣＤ撮像素子（１−２）の有効画素数である１２８０Ｈ×９６０Ｖの全てのＣＣＤ信号を引き出すように動作する。
【００２２】
続いて、ＣＣＤ撮像素子（１−２）から引き出された１２８０Ｈ×９６０ＶのＣＣＤ信号は、Ａ／Ｄコンバータ（１−６）によりディジタル信号に変換されて、そのままカメラ信号処理部（１−９）に入力される。
【００２３】
続いて、カメラ信号処理部（１−９）では、１２８０Ｈ×９６０ＶのＣＣＤ信号に対してカメラ信号処理を行う。こうして得られた信号は、ＪＰＥＧ静止画記録部（１−１１）で静止画として記録される。
【００２４】
また、Ａ／Ｄコンバータ（１−６）から出力されたディジタルＣＣＤ信号は、ローパスフィルタ（１−１２）で色キャリア成分が除去され、続いて、第２のバンドパスフィルタ（１−１４）でＡＦ動作に必要な空間周波数成分を抽出される。この第２のバンドパスフィルタ（１−１４）は、１２８０Ｈ×９６０Ｖの画像の空間サンプリング周波数で計算される最適な空間周波数成分を抽出するものであり、この空間周波数成分がＡＦ評価値検出部（１−１６）に入力されて、ＡＦ用の評価値が検出される。
【００２５】
続いて、ＡＦ評価値検出部（１−１６）で検出されたＡＦ用の評価値は、マイクロコンピュータ（１−１７）において読み取られ、この評価値に基づき結像光学レンズ（１−１）の焦点制御が行われる。
【００２６】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態におけるオートフォーカス装置の概略構成図である。
図２において、２−１は結像光学レンズ、２−２はＣＣＤ撮像素子、２−３はＣＣＤドライバ、２−４はＡ／Ｄコンバータ、２−５はメモリ、２−６は補間処理部、２−７はカメラ信号処理部、２−８はＣＶＣ記録部、２−９はズーム倍率入力部、２−１０は設定制御部、２−１１はメモリ制御部、２−１２はローパスフィルタ、２−１３はＴＥ用バンドパスフィルタ、２−１４はＦＥ用バンドパスフィルタ、２−１５はＡＦ評価値検出部、２−１６はマイクロコンピュータである。
【００２７】
図３は、図２に示したＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）及びＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）の内部構成図である。図３に示すバンドパスフィルタの構成図は、ＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）とＦＥ用バンドパスフィルタとが同一の内部構成である。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態におけるオートフォーカス装置の動作の説明を行う。
結像光学レンズ（２−１）を通じて、ＣＣＤ撮像素子（２−２）の受光面上に結像した光学像はＣＣＤ撮像素子（２−２）により光電変換されて、ＣＣＤドライバ（２−３）から発生する駆動信号により、ＣＣＤ信号として掃き出される。ここで、ＣＣＤ撮像素子（２−２）の有効画素数は１２８０Ｈ×９６０Ｖであるが、ＣＣＤドライバ（２−３）は、常に１２８０Ｈ×９６０ＶのＣＣＤ信号の全てをＣＣＤ撮像素子（２−２）から掃き出させるように動作する。
【００２９】
続いて、ＣＣＤ撮像素子（２−２）から引き出された１２８０Ｈ×９６０ＶのＣＣＤ信号は、Ａ／Ｄコンバータ（２−４）によりディジタルＣＣＤ信号に変換され、その後、このディジタルＣＣＤ信号は、メモリ（２−５）において画素数変換される。
【００３０】
続いて、画素数変換されたディジタルＣＣＤ信号は、補間処理部（２-６）で信号補間処理されて、カメラ信号処理部（２−７）でガンマ補正、色信号処理などの所定の処理が行われた後、ＣＶＣ記録部（２−８）においてＣＶＣフォーマットによる動画像記録が行われる。
【００３１】
本実施形態では、メモリ（２−５）、メモリ制御部（２−１１）及び補間処理部（２−６）により、様々な倍率の電子ズーム処理を実現している。上述したように、メモリ（２−５）の入力においては、常に１２８０Ｈ×９６０ＶのＣＣＤ信号が入力されている。ここで、ＣＶＣ記録部（２−８）で記録される動画像は、ＣＶＣのフォーマットの７２０Ｈ×４８０Ｖであるため、メモリ（２−５）へは１２８０Ｈ×９６０ＶのＣＣＤ信号を全て信号書き込みして、メモリ（２−５）からの読み出し時に間引いて読み出すことにより、１２８０Ｈ×９６０Ｖの画像を７２０Ｈ×４８０Ｖの画像に縮小することが可能である。
【００３２】
また、例えば、メモリ（２−５）への書き込み時に１２８０Ｈ×９６０Ｖの画像から７２０Ｈ×４８０Ｖ分の範囲で切り出して書き込み、読み出し時にはその全て読み出せば等倍である。さらに、メモリ（２−５）への書き込み時に１２８０Ｈ×９６０Ｖの画像から４８０Ｈ×３２０Ｖの画像を切り出し、読み出し時に全て読み出し、かつ、補間処理部（２-６）において７２０Ｈ×４８０Ｖの画素サイズに補間処理すれば拡大画像が得られる。
【００３３】
電子ズーム処理の拡大率の指定は、ズーム倍率入力部（２−９）から行われ、設定制御部（２−１０）において、メモリ制御部（２−１１）が行う上述したメモリ（２−５）の書き込み、読み出しの制御方法を切り替えるように動作する。
【００３４】
上述した電子ズーム処理の例では、（１）１２８０Ｈ×９６０Ｖ→メモリ読み出し時に縮小→７２０Ｈ×４８０Ｖにする、（２）１２８０Ｈ×９６０Ｖ→メモリ書き込み時に切り出し→７２０Ｈ×４８０Ｖにする、（３）１２８０Ｈ×９６０Ｖ→メモリ書き込み時に切り出し→４８０Ｈ×３２０Ｖ→７２０Ｈ×４８０Ｖに補間する、３種類の動作例を説明したが、この３種類の動作例では画面表示したときの画像の空間サンプリング周波数はいずれも異なるものとなる。
【００３５】
そこで、本実施形態では、設定制御部（２−１０）により、ＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）とＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）で用いるフィルタの係数データをズーム倍率により書き換えるようにする。これにより、空間サンプリング周波数の変化に対応して、常に最適な周波数特性のバンドパスフィルタを提供することができる。ここで、「ＴＥ」と「ＦＥ」とは、それぞれ、Ｔｏｐ−Ｅｖａｌｕａｔｅ、Ｆｏｏｔ−Ｅｖａｌｕａｔｅの略で、ＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）は合焦点付近でのＡＦ動作用に用い、ＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）はボケ判定用に用いる。
【００３６】
バンドパスフィルタの周波数特性としては、ＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）の方が高く（空間周波数で約１.５ＭＨｚを中心として５００ｋＨｚ〜２.５ＭＨｚ程度の通過域）、ＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）の方が低い（空間周波数で約５００ｋＨｚを中心として１５０ｋＨｚ〜１.２ＭＨｚ程度の通過域）。図３に示したＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）及びＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）の内部構造については、いずれのバンドパスフィルタとも、片側５タップのＦＩＲ型フィルタとなっており、５個の乗算器（図中ＭＵＬ１〜ＭＵＬ５）に対して、外部から任意の係数（図中Ｃｏｅｆ１〜Ｃｏｅｆ５）を設定可能な構成となっている。したがって、ズーム倍率の変化により空間サンプリング周波数が変化したとしても、それに対応した係数を加えることにより、ＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）及びＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）の通過帯域を一定に保つことができる。
【００３７】
このようにして得られたＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）及びＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）からの評価用信号は、ＡＦ評価値検出部（２−１５）に送られ、オートフォーカス制御を行うための評価値を検出する。続いて、検出された評価値をマイクロコンピュータ（２−１６）で読み取り、結像光学レンズ（２−１）の制御を行い、オートフォーカス動作が実現される。
【００３８】
本発明の実施形態によれば、映像信号の画素数が変化するような場合、例えば、動画撮影モードと静止画撮影モードにおいて異なる画素数の映像信号が提供され、映像信号の空間サンプリング周波数が撮影モードによって変化してしまう場合、あるいは、電子的な画像の拡大・縮小処理などにより空間サンプリング周波数が変化してしまう場合においても、当該サンプリング周波数によらず、オートフォーカス動作に最適な帯域の空間周波数成分（高周波成分）を抽出することができ、安定したオートフォーカス動作を行うことができる。
【００３９】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００４０】
［実施態様１］ 映像信号の周波数成分を用いて合焦動作を行うオートフォーカス装置であって、
前記映像信号における所定の帯域の周波数成分を抽出する抽出手段と、
前記映像信号の画素数に応じて、前記抽出手段で抽出される周波数成分の前記帯域を変更する変更手段と
を有することを特徴とするオートフォーカス装置。
【００４１】
［実施態様２］ 複数の前記抽出手段を有し、前記変更手段は、当該複数の抽出手段の中から所望の抽出手段を選択して、前記所望の抽出手段を用いて前記帯域を変更することを特徴とする実施態様１に記載のオートフォーカス装置。
【００４２】
［実施態様３］ 前記抽出手段は、その係数が可変なディジタルフィルタにより構成されていることを特徴とする実施態様１または２に記載のオートフォーカス装置。
【００４３】
［実施態様４］ 前記抽出手段は、動画撮影モードにおける第１の周波数成分抽出手段と、静止画撮影モードにおける第２の周波数成分抽出手段とを備えており、前記変更手段は、前記第１の周波数成分抽出手段と前記第２の周波数成分抽出手段とのいずれか一方を選択して前記帯域を変更することを特徴とする実施態様１〜３のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【００４４】
［実施態様５］ 前記映像信号の画素数が変化する電子的なズーム処理を行う際に、前記変更手段は、前記ズーム処理のズーム倍率に応じて、前記帯域を変更することを特徴とする実施態様１〜４のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【００４５】
［実施態様６］ 前記周波数成分が高周波成分であることを特徴とする実施態様１〜５のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、撮影モードや電子的なズーム処理のいかんに拘わらず、オートフォーカス動作に最適な帯域の周波数成分を抽出することができ、安定したオートフォーカス動作を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるオートフォーカス装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態におけるオートフォーカス装置の概略構成図である。
【図３】図２に示したＴＥ用バンドパスフィルタ及びＦＥ用バンドパスフィルタの内部構成図である。
【符号の説明】
１−１ 結像光学レンズ
１−２ ＣＣＤ撮像素子
１−３ 第１のＣＣＤドライバ
１−４ 第２のＣＣＤドライバ
１−５ 第１のスイッチ
１−６ Ａ／Ｄコンバータ
１−７ １Ｈラインメモリ
１−８ 第２のスイッチ
１−９ カメラ信号処理部
１−１０ ＤＶＣ動画記録部
１−１１ ＪＰＥＧ静止画記録部
１−１２ ローパスフィルタ
１−１３ 第１のバンドパスフィルタ
１−１４ 第２のバンドパスフィルタ
１−１５ 第３のスイッチ
１−１６ ＡＦの評価値検出部
１−１７ マイクロコンピュータ
１−１８ 撮影モード入力部
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号の高周波成分を用いて合焦動作を行うオートフォーカス装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、映像信号の高周波成分を用いて合焦動作を行うオートフォーカス装置では、映像信号から所定の高周波成分、実際にはノイズの影響を防ぐため、バンドパスフィルタにより抽出される所定の周波数成分を信号処理回路において抽出し、前記所定の周波数成分がなるべく大きな値になるようにレンズ制御を行っている。これは、ピントが合った状態ならば、画像の先鋭度が増し、高い周波数成分が相対的に増えるという現象を利用したものである。本方式のオートフォーカス装置は、映像信号処理回路内に周波数成分の抽出回路を持たせるだけでよいため、特に、安価な民生用のビデオカメラ装置に数多く採用されている。
【０００３】
ここで、上述したオートフォーカス動作を実現するために必要な所定の周波数成分とは、正確には、画面に表示される映像の空間周波数領域おける所定の空間周波数成分のことである。所定の空間周波数成分を抽出する際に重要となる空間サンプリング周波数は、映像の画素数によって変化する。
【０００４】
従来の動画記録のみを行ってきたビデオカメラ装置においては、ＣＣＤ撮像素子からテープ記録までの画像信号の画素数は、ビデオテープへの動画記録を行う上での様々なフォーマットの制約により、７６８Ｈ×５２５Ｖや、７２０Ｈ×４８０Ｖといったものであった。前者は、ＮＴＳＣのビデオフォーマットであり、後者はＣＶＣの記録フォーマットである。そのため、オートフォーカス装置においても、上記画素数の映像信号からオートフォーカス動作を行う上での最適な空間周波数成分を抽出するためのフィルタを構成していれば、十分満足のいくオートフォーカス動作が得られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、民生用のビデオカメラ装置においては、撮影した画像をビデオテープに動画記録するだけでなく、静止画像を撮影して画像メモリに記録するなどの、いわゆるディジタルカメラ機能を搭載した製品が提供されている。こうした静止画記録においては、画像の画素数に関するフォーマット上の制限はなく、静止画像の高画質化を実現するために静止画像の画素数は増加の一途をたどっている。例えば、総画素数１３０万画素の静止画を撮影した場合には、撮像素子から１２８０Ｈ×９６０Ｖの映像信号が提供される。
【０００６】
このとき、７６８Ｈ×５２５Ｖの映像信号からオートフォーカスのための最適な周波数成分を抽出するフィルタを用いて、１２８０Ｈ×９６０Ｖの映像信号から上記周波数成分を抽出してしまうと、画素数が約１.５倍となっているために空間サンプリング周波数も約１.５倍ということになり、オートフォーカス用の周波数成分も最適な成分の約１.５倍の周波数成分となってしまう。これは、所望のオートフォーカス動作が行えなくなってしまうという問題がある。すわなち、同じビデオカメラ装置での撮影にもかかわらず、動画撮影時と静止画撮影時ではオートフォーカスの精度が異なるものとなってしまう。
【０００７】
また、上述したように、画素数の大きな撮像素子を有することから、多画素の画像を縮小することにより電子的なワイド画面処理（ズーム処理）などを行うことが考えられるが、この場合においても画面表示に用いる画像は、元が多画素の画像であることから空間サンプリング周波数が上昇した状態であることに変わりはなく、同様にオートフォーカスに用いる最適な空間周波数成分が得られなくなり、所望のオートフォーカス動作が行えなくなってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は上述の問題点にかんがみてなされたもので、撮影モードや電子的なズーム処理のいかんに拘わらず、最適なオートフォーカス動作を行うオートフォーカス装置を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のオートフォーカス装置は、映像信号の周波数成分を用いて合焦動作を行うオートフォーカス装置であって、前記映像信号における所定の帯域の周波数成分を抽出する抽出手段と、前記映像信号の画素数に応じて、前記抽出手段で抽出される周波数成分の前記帯域を変更する変更手段とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のオートフォーカス装置は、上述の技術手段を有するので、動画撮影モードと静止画撮影モードで異なる画素数の映像信号が提供され、映像信号の空間サンプリング周波数が変化した場合でも、一定の周波数成分を抽出することが可能となる。これにより、映像信号の画素数によらず安定したオートフォーカス動作を提供することができる。また、電子的な画像の縮小処理などにおいても同様の効果がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明のオートフォーカス装置の実施形態について説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるオートフォーカス装置の概略構成図である。
図１において、１−１は結像光学レンズ、１−２はＣＣＤ撮像素子、１−３は第１のＣＣＤドライバ、１−４は第２のＣＣＤドライバ、１−５は第１のスイッチ、１−６はＡ／Ｄコンバータ、１−７は１Ｈラインメモリ、１−８は第２のスイッチ、１−９はカメラ信号処理部、１−１０はＣＶＣ動画記録部、１−１１はＪＰＥＧ静止画記録部、１−１２はローパスフィルタ、１−１３は第１のバンドパスフィルタ、１−１４は第２のバンドパスフィルタ、１−１５は第３のスイッチ、１−１６はＡＦ評価値検出部、１−１７はマイクロコンピュータ、１−１８は撮影モード入力部である。
【００１３】
図１を用いて、本発明の第１の実施形態におけるオートフォーカス装置の動作の説明を行う。本実施形態は、撮影モード入力部（１−１８）により設定される２種類の撮影モードをもつ。すなわち、動画撮影モードと静止画撮影モードである。
【００１４】
まず、動画撮影モードにおいては、第１のスイッチ（１−５），第２のスイッチ（１−８），第３のスイッチ（１−１５）は全て「Ｍｏｖｉｅ」側の接続となる。これにより、ＣＣＤ撮像素子（１−２）を駆動するＣＣＤドライバとしては、第１のＣＣＤドライバ（１−３）が選択され、カメラ信号処理部（１−９）への入力信号としては、１Ｈラインメモリ（１−７）からの出力信号が選択され、ＡＦ評価値検出部（１−１６）への入力信号としては、第１のバンドパスフィルタ（１−１３）からの出力信号が選択される。
【００１５】
すなわち、結像光学レンズ（１−１）を通じて、ＣＣＤ撮像素子（１−２）の受光面上に結像した光学像はＣＣＤ撮像素子（１−２）により光電変換されて、第１のＣＣＤドライバ（１−３）によりＣＣＤ出力信号として引き出される。ここで、ＣＣＤ撮像素子（１−２）の有効画素数は１２８０Ｈ×９６０Ｖであり、第１のＣＣＤドライバ（１−３）はＣＣＤ撮像素子（１−２）の有効画素のうち、上下の画素による画像を切り取り、１２８０Ｈ×４８０ＶのＣＣＤ信号を引き出すように動作する。
【００１６】
続いて、ＣＣＤ撮像素子（１−２）から引き出された１２８０Ｈ×４８０ＶのＣＣＤ信号は、Ａ／Ｄコンバータ（１−６）によりディジタル信号に変換されて、１Ｈラインメモリ（１−７）に入力される。この１Ｈラインメモリ（１−７）では、１２８０Ｈ×４８０ＶのＣＣＤ信号における水平ライン上の画素変換を行い、１２８０Ｈから７２０Ｈを切り出すように動作する。すなわち、１Ｈラインメモリ（１−７）からの出力は、７２０Ｈ×４８０ＶのＣＣＤ信号となる。
【００１７】
続いて、カメラ信号処理部（１−９）では、７２０Ｈ×４８０ＶのＣＣＤ信号によりカメラ信号処理を行う。こうして得られた信号は、ＣＶＣフォーマットに合致した７２０Ｈ×４８０Ｖの映像信号であり、ＣＶＣ動画記録部（１−１０）に動画像として記録される。
【００１８】
また、Ａ／Ｄコンバータ（１−６）から出力されたディジタルＣＣＤ信号は、ローパスフィルタ（１−１２）で色キャリア成分が除去され、続いて、第１のバンドパスフィルタ（１−１３）でＡＦ動作に必要な空間周波数成分が抽出される。この第１のバンドパスフィルタ（１−１３）は、７２０Ｈ×４８０Ｖの画像の空間サンプリング周波数で計算される最適な空間周波数成分を抽出するものであり、この空間周波数成分がＡＦ評価値検出部（１−１６）に入力されて、ＡＦ用の評価値が検出される。
【００１９】
続いて、ＡＦ評価値検出部（１−１６）で検出されたＡＦ用の評価値は、マイクロコンピュータ（１−１７）において読み取られ、この評価値に基づき結像光学レンズ（１−１）の焦点制御が行われる。
【００２０】
一方、静止画撮影モードにおいては、第１のスイッチ（１−５），第２のスイッチ（１−８），第３のスイッチ（１−１５）は全て「Ｓｔｉｌｌ」側の接続となる。これにより、ＣＣＤ撮像素子（１−２）を駆動するＣＣＤドライバとしては、第２のＣＣＤドライバ（１−４）が選択され、カメラ信号処理部（１−９）への入力信号としては、Ａ／Ｄコンバータ（１−６）からの出力信号が選択され、ＡＦ評価値検出部（１−１６）への入力信号としては、第２のバンドパスフィルタ（１−１４）からの出力信号が選択される。
【００２１】
すなわち、結像光学レンズ（１−１）を通じて、ＣＣＤ撮像素子（１−２）の受光面上に結像した光学像は光電変換されて、第２のＣＣＤドライバ（１−４）によりＣＣＤ出力信号として引き出される。ここで、第２のＣＣＤドライバ（１−４）はＣＣＤ撮像素子（１−２）の有効画素数である１２８０Ｈ×９６０Ｖの全てのＣＣＤ信号を引き出すように動作する。
【００２２】
続いて、ＣＣＤ撮像素子（１−２）から引き出された１２８０Ｈ×９６０ＶのＣＣＤ信号は、Ａ／Ｄコンバータ（１−６）によりディジタル信号に変換されて、そのままカメラ信号処理部（１−９）に入力される。
【００２３】
続いて、カメラ信号処理部（１−９）では、１２８０Ｈ×９６０ＶのＣＣＤ信号に対してカメラ信号処理を行う。こうして得られた信号は、ＪＰＥＧ静止画記録部（１−１１）で静止画として記録される。
【００２４】
また、Ａ／Ｄコンバータ（１−６）から出力されたディジタルＣＣＤ信号は、ローパスフィルタ（１−１２）で色キャリア成分が除去され、続いて、第２のバンドパスフィルタ（１−１４）でＡＦ動作に必要な空間周波数成分を抽出される。この第２のバンドパスフィルタ（１−１４）は、１２８０Ｈ×９６０Ｖの画像の空間サンプリング周波数で計算される最適な空間周波数成分を抽出するものであり、この空間周波数成分がＡＦ評価値検出部（１−１６）に入力されて、ＡＦ用の評価値が検出される。
【００２５】
続いて、ＡＦ評価値検出部（１−１６）で検出されたＡＦ用の評価値は、マイクロコンピュータ（１−１７）において読み取られ、この評価値に基づき結像光学レンズ（１−１）の焦点制御が行われる。
【００２６】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態におけるオートフォーカス装置の概略構成図である。
図２において、２−１は結像光学レンズ、２−２はＣＣＤ撮像素子、２−３はＣＣＤドライバ、２−４はＡ／Ｄコンバータ、２−５はメモリ、２−６は補間処理部、２−７はカメラ信号処理部、２−８はＣＶＣ記録部、２−９はズーム倍率入力部、２−１０は設定制御部、２−１１はメモリ制御部、２−１２はローパスフィルタ、２−１３はＴＥ用バンドパスフィルタ、２−１４はＦＥ用バンドパスフィルタ、２−１５はＡＦ評価値検出部、２−１６はマイクロコンピュータである。
【００２７】
図３は、図２に示したＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）及びＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）の内部構成図である。図３に示すバンドパスフィルタの構成図は、ＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）とＦＥ用バンドパスフィルタとが同一の内部構成である。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態におけるオートフォーカス装置の動作の説明を行う。
結像光学レンズ（２−１）を通じて、ＣＣＤ撮像素子（２−２）の受光面上に結像した光学像はＣＣＤ撮像素子（２−２）により光電変換されて、ＣＣＤドライバ（２−３）から発生する駆動信号により、ＣＣＤ信号として掃き出される。ここで、ＣＣＤ撮像素子（２−２）の有効画素数は１２８０Ｈ×９６０Ｖであるが、ＣＣＤドライバ（２−３）は、常に１２８０Ｈ×９６０ＶのＣＣＤ信号の全てをＣＣＤ撮像素子（２−２）から掃き出させるように動作する。
【００２９】
続いて、ＣＣＤ撮像素子（２−２）から引き出された１２８０Ｈ×９６０ＶのＣＣＤ信号は、Ａ／Ｄコンバータ（２−４）によりディジタルＣＣＤ信号に変換され、その後、このディジタルＣＣＤ信号は、メモリ（２−５）において画素数変換される。
【００３０】
続いて、画素数変換されたディジタルＣＣＤ信号は、補間処理部（２-６）で信号補間処理されて、カメラ信号処理部（２−７）でガンマ補正、色信号処理などの所定の処理が行われた後、ＣＶＣ記録部（２−８）においてＣＶＣフォーマットによる動画像記録が行われる。
【００３１】
本実施形態では、メモリ（２−５）、メモリ制御部（２−１１）及び補間処理部（２−６）により、様々な倍率の電子ズーム処理を実現している。上述したように、メモリ（２−５）の入力においては、常に１２８０Ｈ×９６０ＶのＣＣＤ信号が入力されている。ここで、ＣＶＣ記録部（２−８）で記録される動画像は、ＣＶＣのフォーマットの７２０Ｈ×４８０Ｖであるため、メモリ（２−５）へは１２８０Ｈ×９６０ＶのＣＣＤ信号を全て信号書き込みして、メモリ（２−５）からの読み出し時に間引いて読み出すことにより、１２８０Ｈ×９６０Ｖの画像を７２０Ｈ×４８０Ｖの画像に縮小することが可能である。
【００３２】
また、例えば、メモリ（２−５）への書き込み時に１２８０Ｈ×９６０Ｖの画像から７２０Ｈ×４８０Ｖ分の範囲で切り出して書き込み、読み出し時にはその全て読み出せば等倍である。さらに、メモリ（２−５）への書き込み時に１２８０Ｈ×９６０Ｖの画像から４８０Ｈ×３２０Ｖの画像を切り出し、読み出し時に全て読み出し、かつ、補間処理部（２-６）において７２０Ｈ×４８０Ｖの画素サイズに補間処理すれば拡大画像が得られる。
【００３３】
電子ズーム処理の拡大率の指定は、ズーム倍率入力部（２−９）から行われ、設定制御部（２−１０）において、メモリ制御部（２−１１）が行う上述したメモリ（２−５）の書き込み、読み出しの制御方法を切り替えるように動作する。
【００３４】
上述した電子ズーム処理の例では、（１）１２８０Ｈ×９６０Ｖ→メモリ読み出し時に縮小→７２０Ｈ×４８０Ｖにする、（２）１２８０Ｈ×９６０Ｖ→メモリ書き込み時に切り出し→７２０Ｈ×４８０Ｖにする、（３）１２８０Ｈ×９６０Ｖ→メモリ書き込み時に切り出し→４８０Ｈ×３２０Ｖ→７２０Ｈ×４８０Ｖに補間する、３種類の動作例を説明したが、この３種類の動作例では画面表示したときの画像の空間サンプリング周波数はいずれも異なるものとなる。
【００３５】
そこで、本実施形態では、設定制御部（２−１０）により、ＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）とＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）で用いるフィルタの係数データをズーム倍率により書き換えるようにする。これにより、空間サンプリング周波数の変化に対応して、常に最適な周波数特性のバンドパスフィルタを提供することができる。ここで、「ＴＥ」と「ＦＥ」とは、それぞれ、Ｔｏｐ−Ｅｖａｌｕａｔｅ、Ｆｏｏｔ−Ｅｖａｌｕａｔｅの略で、ＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）は合焦点付近でのＡＦ動作用に用い、ＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）はボケ判定用に用いる。
【００３６】
バンドパスフィルタの周波数特性としては、ＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）の方が高く（空間周波数で約１.５ＭＨｚを中心として５００ｋＨｚ〜２.５ＭＨｚ程度の通過域）、ＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）の方が低い（空間周波数で約５００ｋＨｚを中心として１５０ｋＨｚ〜１.２ＭＨｚ程度の通過域）。図３に示したＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）及びＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）の内部構造については、いずれのバンドパスフィルタとも、片側５タップのＦＩＲ型フィルタとなっており、５個の乗算器（図中ＭＵＬ１〜ＭＵＬ５）に対して、外部から任意の係数（図中Ｃｏｅｆ１〜Ｃｏｅｆ５）を設定可能な構成となっている。したがって、ズーム倍率の変化により空間サンプリング周波数が変化したとしても、それに対応した係数を加えることにより、ＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）及びＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）の通過帯域を一定に保つことができる。
【００３７】
このようにして得られたＴＥ用バンドパスフィルタ（２−１３）及びＦＥ用バンドパスフィルタ（２−１４）からの評価用信号は、ＡＦ評価値検出部（２−１５）に送られ、オートフォーカス制御を行うための評価値を検出する。続いて、検出された評価値をマイクロコンピュータ（２−１６）で読み取り、結像光学レンズ（２−１）の制御を行い、オートフォーカス動作が実現される。
【００３８】
本発明の実施形態によれば、映像信号の画素数が変化するような場合、例えば、動画撮影モードと静止画撮影モードにおいて異なる画素数の映像信号が提供され、映像信号の空間サンプリング周波数が撮影モードによって変化してしまう場合、あるいは、電子的な画像の拡大・縮小処理などにより空間サンプリング周波数が変化してしまう場合においても、当該サンプリング周波数によらず、オートフォーカス動作に最適な帯域の空間周波数成分（高周波成分）を抽出することができ、安定したオートフォーカス動作を行うことができる。
【００３９】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００４０】
［実施態様１］ 映像信号の周波数成分を用いて合焦動作を行うオートフォーカス装置であって、
前記映像信号における所定の帯域の周波数成分を抽出する抽出手段と、
前記映像信号の画素数に応じて、前記抽出手段で抽出される周波数成分の前記帯域を変更する変更手段と
を有することを特徴とするオートフォーカス装置。
【００４１】
［実施態様２］ 複数の前記抽出手段を有し、前記変更手段は、当該複数の抽出手段の中から所望の抽出手段を選択して、前記所望の抽出手段を用いて前記帯域を変更することを特徴とする実施態様１に記載のオートフォーカス装置。
【００４２】
［実施態様３］ 前記抽出手段は、その係数が可変なディジタルフィルタにより構成されていることを特徴とする実施態様１または２に記載のオートフォーカス装置。
【００４３】
［実施態様４］ 前記抽出手段は、動画撮影モードにおける第１の周波数成分抽出手段と、静止画撮影モードにおける第２の周波数成分抽出手段とを備えており、前記変更手段は、前記第１の周波数成分抽出手段と前記第２の周波数成分抽出手段とのいずれか一方を選択して前記帯域を変更することを特徴とする実施態様１〜３のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【００４４】
［実施態様５］ 前記映像信号の画素数が変化する電子的なズーム処理を行う際に、前記変更手段は、前記ズーム処理のズーム倍率に応じて、前記帯域を変更することを特徴とする実施態様１〜４のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【００４５】
［実施態様６］ 前記周波数成分が高周波成分であることを特徴とする実施態様１〜５のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、撮影モードや電子的なズーム処理のいかんに拘わらず、オートフォーカス動作に最適な帯域の周波数成分を抽出することができ、安定したオートフォーカス動作を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるオートフォーカス装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態におけるオートフォーカス装置の概略構成図である。
【図３】図２に示したＴＥ用バンドパスフィルタ及びＦＥ用バンドパスフィルタの内部構成図である。
【符号の説明】
１−１ 結像光学レンズ
１−２ ＣＣＤ撮像素子
１−３ 第１のＣＣＤドライバ
１−４ 第２のＣＣＤドライバ
１−５ 第１のスイッチ
１−６ Ａ／Ｄコンバータ
１−７ １Ｈラインメモリ
１−８ 第２のスイッチ
１−９ カメラ信号処理部
１−１０ ＤＶＣ動画記録部
１−１１ ＪＰＥＧ静止画記録部
１−１２ ローパスフィルタ
１−１３ 第１のバンドパスフィルタ
１−１４ 第２のバンドパスフィルタ
１−１５ 第３のスイッチ
１−１６ ＡＦの評価値検出部
１−１７ マイクロコンピュータ
１−１８ 撮影モード入力部
Claims (6)
- 映像信号の周波数成分を用いて合焦動作を行うオートフォーカス装置であって、
前記映像信号における所定の帯域の周波数成分を抽出する抽出手段と、
前記映像信号の画素数に応じて、前記抽出手段で抽出される周波数成分の前記帯域を変更する変更手段と
を有することを特徴とするオートフォーカス装置。 - 複数の前記抽出手段を有し、前記変更手段は、当該複数の抽出手段の中から所望の抽出手段を選択して、前記所望の抽出手段を用いて前記帯域を変更することを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
- 前記抽出手段は、その係数が可変なディジタルフィルタにより構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のオートフォーカス装置。
- 前記抽出手段は、動画撮影モードにおける第１の周波数成分抽出手段と、静止画撮影モードにおける第２の周波数成分抽出手段とを備えており、前記変更手段は、前記第１の周波数成分抽出手段と前記第２の周波数成分抽出手段とのいずれか一方を選択して前記帯域を変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
- 前記映像信号の画素数が変化する電子的なズーム処理を行う際に、前記変更手段は、前記ズーム処理のズーム倍率に応じて、前記帯域を変更することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
- 前記周波数成分が高周波成分であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
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