JP2006011195A

JP2006011195A - オートフォーカス制御装置

Info

Publication number: JP2006011195A
Application number: JP2004190784A
Authority: JP
Inventors: Kunio Otsuka; 邦雄大塚
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】手ブレなどによるオートフォーカスデータの変動を検出した場合であっても、正しい合焦位置ではない位置で誤って合焦と判断したり、フォーカスレンズの移動速度を高速にしてしまうなど、オートフォーカス制御の動作安定性に欠けることがある。
【解決手段】信号比較による撮影状況判断演算部１４は、オートフォーカスブロック５からのオートフォーカスデータＡと、手ブレ周波数帯除去フィルタ１６からのオートフォーカスデータＢとを垂直同期信号に同期して入力として受け、それらの差分値（ＡーＢ）を垂直同期信号に同期して演算して、差分値の大きさ、差分値の符号及び同じ符号の差分値が連続する時間の計３つのパラメータを計測する。レンズ移動方向／速度演算部１５は、それらの計測値に基づき手ブレの可能性があるときには、山登り演算部１３の演算結果によるオートフォーカス制御の動作を制限するオートフォーカス制御信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明はオートフォーカス制御装置に係り、特にビデオカメラにおいて光学系による被写体像を自動的に焦点一致させて撮像素子に結像させるオートフォーカス制御装置に関する。

図４は従来のオートフォーカス制御装置の一例のブロック図を示す。このオートフォーカス制御装置は、ビデオカメラにおいて、撮像素子からの映像信号中の輝度信号から高域周波数成分を抽出して、その高域周波数成分のレベルに応じて撮像素子への入射光の焦点を自動的に調節する制御装置である。図４において、フォーカスレンズ１により集束された被写体からの入射光は、電荷結合素子（ＣＣＤ）からなる撮像素子２により光電変換された後、信号処理回路３に供給され、ここで相関２重サンプリング（ＣＤＳ）によるＳ／Ｎ改善、自動利得制御（ＡＧＣ）によるレベル調整及びＡ／Ｄ変換によるディジタル信号変換処理が行われる。

信号処理回路３から出力されたディジタル撮像信号は、Ｙ／Ｃ分離処理回路４に供給され、ここでカメラ信号処理されて例えば補色のデータが輝度信号Ｙと色信号Ｃとに変換され、かつ、分離されてそれぞれ並列に出力される一方、輝度信号Ｙはオートフォーカスブロック５へも出力される。オートフォーカスブロック５は、入力された輝度信号Ｙからフォーカスエリア発生器６により予め設定されたフォーカスエリアの範囲内の輝度信号のみを取り出し、高域成分抽出器７によりその高域周波数成分のみを抽出し、更に積算してオートフォーカスデータＡを得る。

このオートフォーカスデータＡは、オートフォーカスブロック５からテレビジョンの垂直同期信号の周期で出力されて、マイコンにより構成されたオートフォーカス演算ブロック８へ供給される。オートフォーカス演算ブロック８では、時々刻々と入力されるオートフォーカスデータＡを一時記憶し、山登り演算部９において縦軸を前記高域周波数成分のレベル、横軸をフォーカスレンズ１の位置としたときに得られる上に凸の形状の所謂山登り曲線の頂点の値が得られるような所謂山登り演算を行い、その演算結果をレンズ移動方向／速度演算部１０に供給してレンズモータドライバ１１によるフォーカスレンズ１の移動方向及び移動速度を制御する駆動信号を作成する。

すなわち、オートフォーカス演算ブロック８は、レンズモータドライバ１１及びレンズモータ（図示せず）を介してフォーカスレンズ１を移動させることによって生じるオートフォーカスデータＡの増減から、オートフォーカスデータＡが上記の山登り曲線の頂点の値（最大値）になるように、フォーカスレンズ１を撮像素子２の受光面に対して垂直方向に移動させることで、合焦点位置の検索を行っている。

また、撮像信号中のノイズにより生じるハンチング等の誤動作を低減するようにしたオートフォーカス制御装置も従来知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の従来のオートフォーカス制御装置は、撮像素子から出力される撮像信号と、その撮像信号を水平走査期間の整数倍の期間遅延した信号とを所定の比率で加算し、その加算信号中の所定周波数成分をフィルタで抽出し、そのフィルタ出力で光学系のフォーカスレンズを制御する構成である。これにより、ノイズを除去した撮像信号でオートフォーカス制御が行われる。

特開平６−１６５０１７号公報

ところで、図４のオートフォーカス演算ブロック８に入力されてくるオートフォーカスデータＡは、撮像素子２にて光電変換された１枚の画像中の高域周波数成分を抽出して積算したものが、テレビジョンの垂直同期信号に同期して連続的に入力されてきた信号である。従来のオートフォーカス制御は、フォーカスレンズ１をある移動速度で至近方向もしくは無限遠方向に動作させることで、上記のオートフォーカスデータＡの単位時間当りの変化量を測定し、オートフォーカスデータＡが増加を示していれば更に同じ方向にフォーカスレンズ１を移動させ、あるいは、減少していれば方向を反転させてフォーカスレンズ１を移動することにより、オートフォーカスデータＡが最大値となるようにフォーカスレンズ１の位置の移動を制御する。

また、オートフォーカスデータＡの増加、もしくは減少量に応じてフォーカスレンズ１の移動速度を速めたり遅くしたりすることで、合焦位置から遠く離れた位置からの移動は高速に制御し、合焦位置近傍においては低速に移動を制御することで、オートフォーカスの安定した動作を行おうとしている。

しかしながら、実際の撮影では、手持ち撮影時などに発生する手ブレなどによるビデオカメラ自体の振動によって、垂直同期信号に同期して刻々と入力されるオートフォーカスデータＡは、フォーカスレンズ１の移動や被写体の変化に関係なく変動することがある。しかし、図４に示した従来のオートフォーカス制御装置では、この場合でも前記と同様の処理を行うため、手ブレなどによるビデオカメラ自体の振動を要因とするオートフォーカスデータＡの変動を検出した場合であっても、フォーカスレンズ１の移動や被写体の変化による正常なオートフォーカスデータの変動と誤った判断を行い、正しい合焦位置ではない位置で誤って合焦と判断したり、また、オートフォーカスデータＡの増減量によりフォーカスレンズ１の動作スピードを制御している場合などは、合焦位置の近傍に位置しているにも拘らずフォーカスレンズ１の移動スピードを高速にしてしまうなど、オートフォーカス制御の動作安定性に欠けるなどの不具合を生じることがある。

一方、特許文献１記載の従来のオートフォーカス制御装置は、ノイズを除去した映像信号を用いてオートフォーカスを行うことにより、ハンチング等の誤動作の低減された安定なオートフォーカス制御動作が期待できるが、図４の信号処理回路３の出力ディジタル信号が供給されるディジタルローパスフィルタ及び差分フィルタからなるバンドパスフィルタの通過帯域を、フォーカスレンズが合焦位置近傍であるときには狭く、そうでないときには広くするように可変制御し、そのバンドパスフィルタの出力信号の水平ライン上のピーク値を保持し、複数の水平ラインのピーク値を加算して得た加算信号に基づいて焦点状態を制御する構成であり、通常４Ｈｚ以上の手ブレ信号成分を利用していないため、手ブレによるノイズの除去は殆どできず、そのため手ブレによりオートフォーカス動作が安定しないという問題がある。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、手ブレによる誤動作を防ぎ、オートフォーカス動作の安定性を向上し得るオートフォーカス制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、被写体からの入射光をフォーカスレンズにより撮像素子に結像し、その撮像素子により光電変換して得られた映像信号中の輝度信号からフォーカス検出領域の所定の高域周波数成分を抽出し、その抽出した高域周波数成分のレベルに関する第１のオートフォーカスデータが最大値となるように第１の演算部により演算を行ってオートフォーカス制御信号を生成し、そのオートフォーカス制御信号に基づき、フォーカスレンズを合焦位置に自動的に移動するオートフォーカス制御装置において、第１のオートフォーカスデータから手ブレの成分が多く含まれる周波数成分のデータを除去して、第２のオートフォーカスデータを出力するフィルタ手段と、第１のオートフォーカスデータと第２のオートフォーカスデータとの差分値を算出し、その差分値の大きさと、その差分値の符号と、その差分値が同じ符号で連続する時間の計３つのパラメータを輝度信号の垂直走査期間単位でそれぞれ計測する計測手段と、計測手段による計測結果と第１の演算部の演算結果とを入力として受け、計測結果から予め定めた判断基準に基づいて手ブレの可能性が高いとの判断結果が得られ、かつ、第１の演算部の演算結果により被写体の変化が予め定めた基準よりも小さいとの判断結果が得られたときには、第１の演算部の演算結果のみに基づいてフォーカスレンズの移動動作を行うよりも動作制限する信号をオートフォーカス制御信号として生成する信号生成手段とを有する構成としたことを特徴とする。

この発明では、第１のオートフォーカスデータから手ブレの成分が多く含まれる周波数成分を除去した第２のオートフォーカスデータと、第１のオートフォーカスデータとの差分値を算出し、その差分値の大きさと、その差分値の符号と、その差分値が同じ符号で連続する時間の計３つのパラメータを輝度信号の垂直走査期間単位でそれぞれ計測し、それら３つのパラメータのそれぞれについて、予め定めた判断基準に基づいて手ブレの可能性が高いか低いかの判断結果が得られることに着目し、その判断結果で第１の演算部の演算結果のみに基づいてフォーカスレンズの移動動作を行うときのオートフォーカス制御動作を修正し、手ブレの可能性があるときには動作制限する。

また、上記の目的を達成するため、本発明は上記の信号生成手段を、計測結果から予め定めた判断基準に基づいて手ブレの可能性が低いか又は無いとの判断結果が得られ、かつ、第１の演算部の演算結果により被写体の変化が予め定めた基準よりも大きいとの判断結果が得られたときには、第１の演算部の演算結果のみに基づいてフォーカスレンズの移動動作を行うよりも高速動作する信号をオートフォーカス制御信号として生成する機能を更に有することを特徴とする。

この発明では、計測結果から予め定めた判断基準に基づいて手ブレの可能性が低いか又は無いとの判断結果が得られ、かつ、第１の演算部の演算結果により被写体の変化が予め定めた基準よりも大きいとの判断結果が得られたときには、第１の演算部の演算結果のみに基づいてフォーカスレンズの移動動作を行うよりも高速動作する信号をオートフォーカス制御信号として生成する。

本発明によれば、第１のオートフォーカスデータと第２のオートフォーカスデータとの差分値の大きさと、その差分値の符号と、その差分値が同じ符号で連続する時間の計３つのパラメータの計測結果から予め定めた判断基準に基づいて手ブレの可能性が高いとの判断結果が得られ、かつ、第１の演算部の演算結果により被写体の変化が予め定めた基準よりも小さいとの判断結果が得られたときには、第１の演算部の演算結果のみに基づいてフォーカスレンズの移動動作を行うよりも動作制限するようにしたため、手ブレによるオートフォーカス制御の誤動作を防止でき、オートフォーカス制御の安定性を従来より向上できる。

また、本発明によれば、計測結果から予め定めた判断基準に基づいて手ブレの可能性が低いか又は無いとの判断結果が得られ、かつ、第１の演算部により被写体の変化が予め定めた基準よりも大きいとの判断結果が得られたときには、第１の演算部の演算結果のみに基づいてフォーカスレンズの移動動作を行うよりも高速動作する信号をオートフォーカス制御信号として生成するようにしたため、従来よりもより高速に合焦位置にフォーカスレンズを移動させることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明になるオートフォーカス制御装置の一実施の形態のブロック図を示す。同図中、図４と同一構成部分に同一符号を付し、その説明を省略する。図１において、オートフォーカスブロック５により生成された、フォーカスエリアの範囲内の輝度信号の高域周波数成分を積算したオートフォーカスデータＡは、マイクロコンピュータ（マイコン）により構成されているオートフォーカス演算ブロック１２に供給される一方、低域フィルタである手ブレ周波数帯除去フィルタ１６により、手ブレの成分が最も多く含まれる周波数帯域（例えば、約４Ｈｚ以上）のデータが除去されてオートフォーカスデータＢとされた後、オートフォーカス演算ブロック１２に供給される。なお、手ブレ周波数帯除去フィルタ１６もオートフォーカス演算ブロック１２と同じマイコンで構成される。

オートフォーカス演算ブロック１２は、山登り演算部１３、信号比較による撮影状況判断演算部１４及びレンズ移動方向／速度演算部１５からなり、山登り演算部１３と信号比較による撮影状況判断演算部１４のそれぞれの演算結果に基づき、レンズ移動方向／速度演算部１５が駆動信号を生成してレンズモータドライバ１１に供給してレンズモータ（図示せず）を駆動制御することにより、フォーカスレンズ１を撮像素子２の受光面に対して垂直方向に速度及び方向を制御して移動させる。

ここで、上記の山登り演算部１３は、従来の山登り演算部９と同様に、レンズモータドライバ１１を介してフォーカスレンズ１を移動させることによって生じるオートフォーカスデータＡの増減から、オートフォーカスデータＡが最大値になるようにフォーカスレンズ１を移動させる山登り演算を行う。

一方、信号比較による撮影状況判断演算部１４は、オートフォーカスブロック５からのオートフォーカスデータＡと、手ブレ周波数帯除去フィルタ１６からのオートフォーカスデータＢとを垂直同期信号に同期して入力として受け、それらの差分値（ＡーＢ）を垂直同期信号に同期して演算して、（i）差分値の大きさ、（ii）差分値の符号、(iii)同じ符号の差分値が連続する時間、の計３つのパラメータを計測し、図２に示すような場合分けに基づいた撮影状況判断結果を得る。

図２は縦軸に差分値（Ａ−Ｂ）を示し、その差分値は０より上側が正の符号、下側が負の符号で、かつ、０より離れるほど絶対値が大であることを示し、また、横軸は同じ符号の差分値が連続した時間を示す。ここで、(i)の差分値の大きさに着目した場合、差分の大きさが小さければ手ブレなどのノイズ、大きければ被写体変化の可能性が高くなる。

すなわち、図３に示すように、オートフォーカスデータＡは小振幅の手ブレ信号成分が重畳した信号であるのに対し、オートフォーカスデータＢは手ブレ周波数成分が除去されており、合焦位置にあるときには、オートフォーカスデータＡの振幅中心レベルとオートフォーカスデータＢのレベルとが一致した状態にある。

また、図３に２０で示すように、被写体の変化が大きくて焦点がボケたためにフォーカスレンズ１を移動すると、手ブレ周波数帯除去フィルタ１６による信号処理の時間遅れにより、点線で示すオートフォーカスデータＡが大きく変化してから実線で示すオートフォーカスデータＢがそれに追随して大きく変化する。従って、オートフォーカスデータＡとＢの差分値の大きさが小さければ手ブレなどのノイズであり、差分値の大きさが大きければ、被写体変化の可能性が高いといえる。

また、(ii)の差分値の符号に着目した場合、差分値の符号がマイナスであれば、現在のレンズ移動方向が合焦位置から離れている方向、差分値の符号がプラスであれば現在のレンズ移動方向は合焦位置に近付いている方向であるといえる。すなわち、フォーカスレンズ１が移動して現在の焦点位置が合焦位置からずれる場合は、図３に２０で示すように、まず点線で示すオートフォーカスデータＡが変化してから実線で示すオートフォーカスデータＢがそれに追随して変化するので、オートフォーカスデータＡの方がオートフォーカスデータＢよりも値が小さく、上記差分値の符号は負になる。

一方、合焦位置からずれている状態からオートフォーカス動作により合焦位置に近付く場合も、図３に２１で示すように、まず点線で示すオートフォーカスデータＡが合焦位置方向へ変化してから実線で示すオートフォーカスデータＢがそれに追随して変化するので、オートフォーカスデータＡの方がオートフォーカスデータＢよりも値が大きく、上記差分値の符号は正になる。

更に、(iii)の同じ符号の差分値が連続する時間に着目した場合、図３に示すように、符号が変化する周期が短ければ短いほどオートフォーカスデータＡの変化は、手ブレなどによるノイズの影響の可能性が高く、周期が長くなれば被写体変化、もしくはレンズ移動による変化の可能性が高い。

そこで、本実施の形態は以上の点に着目し、レンズ移動方向／速度演算部１５は、基本的には山登り演算部１３により得られた演算結果に基づいたレンズ移動方向／速度判断を行うが、これを上記の３つのパラメータの計測結果に基づき、信号比較による撮影状況判断演算部１４により得られた判断結果を補助的に用いて修正をして、図２に示すような場合分けに基づいた撮影状況判断結果を得て、その判断結果に基づいたオートフォーカス制御信号を生成する。

すなわち、図２において、ケース０（ｃａｓｅ０）は、山登り演算部１３により被写体変化なしとの判断結果が得られ、かつ、信号比較による撮影状況判断演算部１４により同じ符号の連続時間が極めて小であるとの判断結果が得られた場合であり、このときはレンズ移動方向／速度演算部１５は、フォーカスレンズ１を停止するオートフォーカス制御信号を生成する（レンズ動作停止）。

また、図２のケース１（ｃａｓｅ１）は、信号比較による撮影状況判断演算部１４において、同じ符号の連続時間が短いと判定された場合である。このケース１では、山登り演算部１３により被写体変化小との判断結果が得られ、かつ、信号比較による撮影状況判断演算部１４において更に前記差分値（Ａ−Ｂ）の値が小であるとの計測結果が得られたときには、手ブレの可能性が高いとの判断結果が得られ、それに基づきレンズ移動方向／速度演算部１５は、前記差分値（Ａ−Ｂ）の符号に関係なく、山登り演算部１３のみにより生成されるオートフォーカス制御信号よりも、フォーカスレンズ１の移動量を小としたオートフォーカス制御信号を生成する（レンズ動作制限）。

また、上記のケース１において、山登り演算部１３により被写体変化中との判断結果が得られ、かつ、信号比較による撮影状況判断演算部１４において更に前記差分値（Ａ−Ｂ）の値が中程度の負の値であるとの計測結果が得られたときには、手ブレの可能性が低いとの判断結果が得られ、それに基づきレンズ移動方向／速度演算部１５は、山登り演算部１３の判断に基づいたオートフォーカス制御信号を生成する（レンズ動作制限なし）。

また、上記のケース１において、山登り演算部１３により被写体変化大との判断結果が得られ、かつ、信号比較による撮影状況判断演算部１４において更に前記差分値（Ａ−Ｂ）の値が負の大なる値であるとの計測結果が得られたときには、手ブレの可能性がないとの判断結果が得られるので、レンズ移動方向／速度演算部１５は、山登り演算部１３のみにより生成されるオートフォーカス制御信号よりも、フォーカスレンズ１の移動速度をより大としたオートフォーカス制御信号を生成する（レンズ高速動作）。

また、図２のケース２（ｃａｓｅ２）は、信号比較による撮影状況判断演算部１４において、同じ符号の連続時間が比較的長いと判定された場合であり、図２のケース３（ｃａｓｅ３）は、信号比較による撮影状況判断演算部１４において、同じ符号の連続時間が長いと判定された場合であり、いずれのケースも手ブレの可能性は無いと判断される。従って、上記のケース２及び３では、レンズ移動方向／速度演算部１５は、被写体変化が中以下の場合は山登り演算部１３の判断のみに基づいたオートフォーカス制御信号を生成する（レンズ動作制限なし）。

また、上記のケース２及び３では、レンズ移動方向／速度演算部１５は、山登り演算部１３により被写体変化大との判断結果が得られたときは、山登り演算部１３により生成されるオートフォーカス制御信号よりも、フォーカスレンズ１の移動速度をより大としたオートフォーカス制御信号を生成する（レンズ高速動作）。

上記のレンズ移動方向／速度演算部１５により生成されたオートフォーカス制御信号は、レンズモータドライバ１１に駆動信号として供給され、レンズモータドライバ１１によりオートフォーカス制御信号に応じて図示しないレンズモータの回転方向及び回転速度を制御させ、フォーカスレンズ１を撮像素子２の受光面に対して垂直方向に速度及び方向を制御して移動させる。

このように、本実施の形態によれば、レンズ移動方向／速度演算部１５は、山登り演算部１３により得られた演算結果に基づいたレンズ移動方向／速度判断を、信号比較による撮影状況判断演算部１４により得られた判断結果で修正し、その判断結果に基づいたオートフォーカス制御信号を生成するようにしたため、手ブレの可能性が高いときには従来よりも、よりフォーカスレンズ１の移動量を小さくすることにより、合焦位置の近傍に位置しているにも拘らずフォーカスレンズ１の移動速度を高速にしてしまうなどの現象を排除でき、これによりオートフォーカス制御の動作の安定性を向上できる。

また、手ブレの可能性が低いか無いときには、従来よりも、よりフォーカスレンズ１の移動量及び移動速度を大きくすることにより、フォーカスレンズ１を従来より短時間で合焦位置にまで移動制御することができる。

本発明の一実施の形態のブロック図である。本発明の一実施の形態におけるオートフォーカス制御状態の分類と条件設定例を示す図である。図１中の２つのオートフォーカスデータの信号変化説明図である。従来の一例のブロック図である。

符号の説明

１フォーカスレンズ
２撮像素子
３信号処理回路
４Ｙ／Ｃ分離処理回路
５オートフォーカスブロック
６フォーカスエリア発生器
７高域成分抽出器
１１レンズモータドライバ
１２オートフォーカス演算ブロック
１３山登り演算部
１４信号比較による撮影状況判断部
１５レンズ移動方向／速度演算部
１６手ブレ周波数帯除去フィルタ
Ａ，Ｂオートフォーカスデータ

Claims

被写体からの入射光をフォーカスレンズにより撮像素子に結像し、その撮像素子により光電変換して得られた映像信号中の輝度信号からフォーカス検出領域の所定の高域周波数成分を抽出し、その抽出した前記高域周波数成分のレベルに関する第１のオートフォーカスデータが最大値となるように第１の演算部により演算を行ってオートフォーカス制御信号を生成し、そのオートフォーカス制御信号に基づき、前記フォーカスレンズを合焦位置に自動的に移動するオートフォーカス制御装置において、
前記第１のオートフォーカスデータから手ブレの成分が多く含まれる周波数成分のデータを除去して、第２のオートフォーカスデータを出力するフィルタ手段と、
前記第１のオートフォーカスデータと前記第２のオートフォーカスデータとの差分値を算出し、その差分値の大きさと、その差分値の符号と、その差分値が同じ符号で連続する時間の計３つのパラメータを前記輝度信号の垂直走査期間単位でそれぞれ計測する計測手段と、
前記計測手段による計測結果と前記第１の演算部の演算結果とを入力として受け、前記計測結果から予め定めた判断基準に基づいて手ブレの可能性が高いとの判断結果が得られ、かつ、前記第１の演算部の演算結果により前記被写体の変化が予め定めた基準よりも小さいとの判断結果が得られたときには、前記第１の演算部の演算結果のみに基づいて前記フォーカスレンズの移動動作を行うよりも動作制限する信号を前記オートフォーカス制御信号として生成する信号生成手段と
を有することを特徴とするオートフォーカス制御装置。
前記信号生成手段は、前記計測結果から予め定めた判断基準に基づいて手ブレの可能性が低いか又は無いとの判断結果が得られ、かつ、前記第１の演算部の演算結果により前記被写体の変化が予め定めた基準よりも大きいとの判断結果が得られたときには、前記第１の演算部の演算結果のみに基づいて前記フォーカスレンズの移動動作を行うよりも高速動作する信号を前記オートフォーカス制御信号として生成する機能を更に有することを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス制御装置。