JP2006058421A - 自動焦点制御方法及び自動焦点制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のフォーカスエリアの合焦点を使ってフォーカス制御を行う場合に、光学系の偏心や撮像素子のアオリによって発生する合焦点の変化により、被写体のあるフォーカスエリアを誤認識し、周辺部に合焦することを防止する。
【解決手段】 隣接するフォーカスエリアの合焦点を二次微分し、二次微分した合焦点を絶対値加算して、隣接するフォーカスエリアの間の合焦点の変化の直線性を示す値を算出する。直線性が弱い場合には、何れかのフォーカスエリアに主要な被写体があると判断し、主要な被写体があるフォーカスエリアを特定し、特定されたフォーカスエリアの合焦点に合焦させる。直線性が強い場合には、何れのフォーカスエリアにも主要な被写体がないと判断し、中央付近のフォーカスエリアの合焦点に合焦させる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、画像の高周波成分を抽出して合焦の度合いを評価する評価値を取得して合焦点を求めるようにした自動焦点制御方法及び自動焦点制御装置に関するもので、特に、フォーカスエリアを複数に分割して主要な被写体に合焦できるようにしたものに係わる。

ディジタルカメラにおいては、合焦点では画像信号の高周波成分レベルが最大となることを利用して、画像信号の高周波成分レベルを抽出してＡＦ(Automatic Focus)評価値を得、このＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズの位置を合焦点として検索し、この合焦点の位置に合焦させるようにしている。

このようなオートフォーカス機構において、主要な被写体にピントが合うように、フォーカスエリアを複数に分割し、これらのフォーカスエリアの中で、主要な被写体のあるフォーカスエリアを特定し、この主要な被写体のあるフォーカスエリアの合焦点に合焦させるものが提案されている。この場合、従来では、複数のフォーカスエリアの合焦点のうち、最も近距離になるフォーカスエリアに主要な被写体のあるというアルゴリズムによりフォーカスエリアを特定している。

また、例えば特許文献１には、主被写体度を像の大きさと画面中心からの距離に比例して被写体距離に反比例する特性の算出式を用いて算出し、その結果に基づいて、ピント合わせを行う方法が記載されている。
特開平１０−１４２４９０号公報

ところが、ディジタルカメラの中には、製造上のバラツキにより、光学系の偏心や撮像素子に傾きがある（撮像素子のアオリ）があるものがある。このように、光学系の偏心や撮像素子のアオリのあるカメラを用いた場合には、画面の周辺部と画面の中心部とでは、合焦点が異なってくる。このため、被写体のない風景だけのような撮影シーンで、周辺部のフォーカスエリアの合焦点が中心部に比べて近距離を示すことがある。上述のように、複数のフォーカスエリアの合焦点のうち、最も近距離になるフォーカスエリアを主要な被写体のあるフォーカスエリアと特定して、合焦させるようにすると、周辺部のフォーカスエリアが中心部に比べて近距離示す場合には、周辺部に主要な被写体があると誤認識し、周辺部のフォーカスエリアで合焦してしまい、所謂片ボケが発生する。

また、特許文献１に示されるものでは、被写体距離に反比例する特質から、像面の傾き(片ボケ)に対して貧弱であり、傾き度によっては片ボケ部にピント合わせして、片ボケを助長するような結果を招く危険がある。

本発明は、上述の従来の課題を鑑み、複数のフォーカスエリアの合焦点を使ってフォーカス制御を行う場合に、光学系の偏心や撮像素子のアオリによって発生するフォーカスエリアの誤認識を防止し、光学系の偏心や撮像素子のアオリがある場合にも、周辺部のフォーカスエリアで合焦することがないようにした自動焦点制御方法及び自動焦点制御装置を提供することを目的とする。

請求項１に係わる自動焦点制御方法は、画像信号の高周波成分を抽出して合焦の度合いを評価する評価値を取得して合焦点を求めるようにした自動焦点制御方法であって、複数のフォーカスエリアを設定し、各フォーカスエリア毎にフォーカスレンズを移動させながら評価値を取得し、各フォーカスエリア毎に取得した評価値から各フォーカスエリア毎の合焦点を求め、各フォーカスエリア毎に求められた合焦点から、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を演算により算出し、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性が弱い場合には、何れかのフォーカスエリアに主要な被写体があると判断し、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性が強い場合には、何れのフォーカスエリアにも主要な被写体がないと判断するようにしたことを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１の自動焦点制御方法において、連続するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を求める演算は、各フォーカスエリアの合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算するものであることを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項１の自動焦点制御方法において、何れかのフォーカスエリアに主要な被写体があると判断した場合には、主要な被写体があるフォーカスエリアを特定し、特定されたフォーカスエリアの合焦点に合焦させるようにしたことを特徴とする。

請求項４の発明では、請求項１の自動焦点制御方法において、何れのフォーカスエリアにも主要な被写体がないと判断した場合には、中央付近のフォーカスエリアの合焦点に合焦させるようにしたことを特徴とする。

請求項５の発明に係わる自動焦点制御装置は、撮像素子からの画像信号の高周波成分を抽出して合焦の度合いを評価する評価値を取得して合焦点を求めるようにした自動焦点制御装置であって、フォーカスレンズを移動させるレンズ駆動手段と、画像信号の高周波成分を抽出して合焦の度合いを評価する評価値を取得する評価値検出手段と、複数のフォーカスエリアを設定するフォーカスエリア設定手段と、各フォーカスエリア毎にフォーカスレンズを移動させながら評価値を取得する手段と、各フォーカスエリア毎に取得した評価値から各フォーカスエリア毎の合焦点を求める手段と、各フォーカスエリア毎に求められた合焦点から、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を演算により算出する手段と、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性が弱い場合には、各フォーカスエリアに主要な被写体があると判断し、主要な被写体があるフォーカスエリアを特定し、特定されたフォーカスエリアの合焦点に合焦させ、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性が強い場合には、各フォーカスエリアに主要な被写体がないと判断し、中央付近のフォーカスエリアの合焦点に合焦させる手段とを備えるようにしたことを特徴とする。

請求項６の発明では、請求項５の自動焦点制御装置において、各フォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を求める演算は、隣接するフォーカスエリアの合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算するものであることを特徴とする。

本発明によれば、画像信号の高周波成分を抽出して合焦の度合いを評価する評価値を取得し、複数のフォーカスエリアを設定し、各フォーカスエリア毎にフォーカスレンズを移動させながら評価値を取得し、各フォーカスエリア毎に取得した評価値から各フォーカスエリア毎の合焦点を求めている。そして、各フォーカスエリア毎に求められた合焦点から、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を演算により算出している。

すなわち、隣接するフォーカスエリアの合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算して、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を示す値を算出している。

そして、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性が弱い場合には、何れかのフォーカスエリアに主要な被写体があると判断し、主要な被写体があるフォーカスエリアを特定し、特定されたフォーカスエリアの合焦点に合焦させ、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性が強い場合には、何れのフォーカスエリアにも主要な被写体がないと判断し、中央付近のフォーカスエリアの合焦点に合焦させるようにしている。

これにより、光学系の偏心や撮像素子にアオリがあっても、被写体のあるフォーカスエリアを誤認識し、周辺部のフォーカスエリアで合焦してしまうことが防止できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用できるディジタルカメラの全体構成を示すブロック図である。図１において、１はズームレンズ、２はアイリス、３はフォーカスレンズである。

ズームレンズ１の位置は、ズームモータ５により移動可能とされている。アイリス２の開度は、アイリスモータ６により制御可能とされている。フォーカスレンズ３の位置は、フォーカスモータ７により制御可能とされている。ズームレンズ１、アイリス２、フォーカスレンズ３を介された被写体像光は、撮像素子４の受光面に結像される。

撮像素子４は、その受光面に結像された被写体像光を光電変換する。撮像素子４としては、ＣＣＤ(Charge Coupled Device) 撮像素子や、ＣＭＯＳ(Complementary MOS)撮像素子が用いられる。撮像素子の前面には、色フィルタが配列されている。色フィルタの配列の構成としては、Ｒ（赤）、Ｇ（碧）、Ｂ（青）の原色系フィルタを用いる場合と、Ｃｙ（シアン）、Ｍｇ（マゼンタ）、Ｙｅ（黄色）の補色系フィルタを用いる場合とがある。撮像素子４は、タイミング発生器８からのタイミング信号により駆動される。

撮像素子４の出力信号は、ＣＤＳ(Corelated Double Sampling)及びＡＧＣ(Automatic Gain Control)回路９を介して、Ａ／Ｄ(Analog to Digital)コンバータ１０に供給される。Ａ／Ｄコンバータ１０で画像信号がディジタル化される。Ａ／Ｄコンバータ１０の出力信号は、画像入力コントローラ１１を介して取り込まれる。

制御回路１５は、ディジタルカメラ全体の制御を行っている。制御回路１５には、シャッタースイッチ１６、ズームスイッチ１７、記録／再生スイッチ１８等から入力信号が与えられる。また、制御回路１５からは、ズームレンズ１を移動させるためのズーム駆動信号、フォーカスレンズ３を移動させるためのフォーカス駆動信号、アイリス２を開閉させるためのアイリス駆動信号、ＣＤＳ及びＡＧＣ回路のゲインを制御するためのゲイン制御信号が出力される。

ＡＦ(Automatic Focus)検出回路１９は、フォーカス制御を行うために、画像信号の高周波成分レベルを検出するものである。つまり、合焦点では、画像信号の高周波成分レベルが大きくなる。したがって、画像信号の高周波成分レベルを検出すれば、合焦状態が判断できる。ＡＦ検出回路１９により、画像信号の高周波成分レベルが検出され、この画像信号の高周波成分レベルが所定のフォーカスエリアの間積分されて、ＡＦ評価値が求められる。求められたＡＦ評価値が制御回路１５に供給される。制御回路１５は、このＡＦ評価値に応じて、モータドライバ２１を介してフォーカスモータ７にフォーカス駆動信号を与え、フォーカスレンズ３を合焦点の位置に制御する。なお、フォーカス制御については、後に詳述する。

ＡＥ(Automatic Exposure)及びＡＷＢ(Automatic White Balance)検出回路２０は、露光及びホワイトバランスを行うために、画像信号レベルを検出するものである。ＡＥ及びＡＷＢ検出回路２０により画像信号レベルが検出され、露光制御信号及びホワイトバランス制御信号が形成される。この露光制御信号及びホワイトバランス制御信号が制御回路１５に供給される。この露光制御信号に応じて、制御回路１５からアイリス駆動信号が出力されると共に、ゲイン設定信号が出力される。制御回路１５からのアイリス駆動信号がモータドライバ２２を介してアイリスモータ６に供給され、所定の信号レベルとなるように、アイリス２の開度が制御される。また、制御回路１５からのゲイン制御がＣＤＳ及びＡＧＣ回路９に供給され、所定の信号レベルとなるように、ＣＤＳ及びＡＧＣ回路９のゲインが制御される。また、ＡＥ及びＡＷＢ検出回路２０からのホワイトバランス制御信号に応じて、画像信号処理回路２４で３原色信号のゲインが制御される。

ズームスイッチ１７を操作することにより、ズームレンズ１を移動させることができる。すなわち、ズームスイッチ１７が操作されると、これに応じて、制御回路１５からズーム駆動信号が出力される。このズーム駆動信号がモータドライバ２３を介してズームモータ５に供給され、ズームレンズ１が移動される。

記録／再生スイッチ１８を操作することにより、記録モードと再生モードとが設定できる。記録モードに設定されているときには、撮像素子４の出力信号は、ＣＤＳ及びＡＧＣ回路９を介して、Ａ／Ｄコンバータ１０でディジタル化された後に、画像信号処理回路２４に供給される。画像信号処理回路２４で、ガンマ補正、エッジ強調、ホワイトバランス等の画像処理が行われる。この画像信号は、ビデオエンコーダ２５に供給される。ビデオエンコーダ２５で、コンポーネントカラービデオ信号が形成され、このカラービデオ信号がＶＲＡＭ（Video RAM）３０に展開される。このカラービデオ信号がＬＣＤ(Liquid Crystal Display)等の画像表示装置２９に供給され、画像表示装置２９に、撮影中のモニタ画像が映出される。

画像を撮影する場合には、シャッタースイッチ１６が押される。シャッタースイッチ１６が押されると、タイミング発生器８にシャッター信号が送られ、そのときの画像が撮像素子４に取り込まれる。そして、このときの１画面分の画像信号がメモリ１２に蓄積される。

メモリ１２に取り込まれた１画面分の画像信号は、画像信号処理回路２４で画像処理が施された後に、画像圧縮／伸長回路２６に供給される。画像圧縮／伸長回路２６で、画像データが圧縮符号化される。画像データの圧縮方式としては、例えば、ＪＰＥＧ(Joint Photographic Experts Group)が用いられる。ＪＰＥＧはＤＣＴ(Discrete Cosine Transform)を用いて画像圧縮するための規格である。なお、画像データの圧縮方式は、ＪＰＥＧに限定されるものではない。

圧縮符号化された画像信号は、メディアコントローラ３１を介して、記録メディア３２に供給され、記録メディア３２に記録される。記録メディア３２そていは、フラッシュメモリを使ったカード型の着脱自在のメモリが用いられる。なお、この例では、記録メディア３２としてメモリカードを使っているが、これに限定されるものではない。画像信号を内蔵の不揮発メモリに記録したり、磁気テープや磁気ディスク、光ディスク等に記録したりしてもよい。

再生時には記録／再生スイッチ１８が再生側に操作される。記録／再生スイッチ１８が再生側に操作されると、再生モードに設定される。再生モードでは、記録メディア３２の画像ファイルが開かれ、画像データが読み出される。記録メディア３２から読み出された画像データは、画像圧縮／伸長回路２６に供給される。画像圧縮／伸長回路２６により、画像信号の伸長処理が行われる。画像圧縮／伸長回路２６の出力がビデオエンコーダ２５に供給される。ビデオエンコーダ２５の出力信号が画像表示装置２９に供給され、画像表示装置２９に再生画像が映出される。

次に、本発明が適用されたディジタルカメラにおけるフォーカス制御について説明する。前述したように、本発明が適用されたディジタルカメラでは、オートフォーカス制御を行うために、ＡＦ検出回路１９が設けられている。ＡＦ検出回路１９により、画像信号の高周波成分レベルが検出され、この画像信号の高周波成分レベルが所定のフォーカスエリアの間積分されて、ＡＦ評価値が求められる。

フォーカスエリアは、図２に示すように、水平方向に複数のフォーカスエリアＡ０〜Ａ６に分割されている。このように、複数に分割されたフォーカスエリアＡ０〜Ａ６を用いてフォーカス制御を行う場合、通常、主要被写体にピントが合うように、複数のフォーカスエリアＡ０〜Ａ６の合焦点のうち、最も近距離になるフォーカスエリアを主要な被写体のあるフォーカスエリアと特定して、合焦させるようにしている。

ところが、光学系の偏心や撮像素子にアオリがある場合には、主要被写体がない例えば風景のような撮影シーンで、周辺部のフォーカスエリアの合焦点が中心部に比べて近距離を示すことがある。上述のように、複数のフォーカスエリアＡ０〜Ａ６の合焦点のうち、最も近距離になるフォーカスエリアを主要な被写体のあるフォーカスエリアと特定して、合焦させるようにすると、周辺部のフォーカスエリアが中心部に比べて近距離示す場合には、周辺部に主要な被写体があると誤認識し、周辺部のフォーカスエリアで合焦してしまう。

そこで、本発明の実施形態では、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を示す値を演算により求めるようにしている。つまり、光学系の偏心や撮像素子にアオリがある場合には、隣接するフォーカスエリアから得られる合焦点は直線的に変化する。これに対して、主要な被写体の場合には、その被写体のあるフォーカスエリアから得られる合焦点のみが大きく異なる。したがって、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を示す値を求めれば、各フォーカスエリアから得られる合焦点の変化が光学系の偏心や撮像素子にアオリによるものか、主要な被写体によるものかが判断できる。

隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を示す値は、隣接するフォーカスエリアの合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算することにより求められる。すなわち、隣接する合焦点が直線的に変化する場合には、隣接するフォーカスエリアの合焦点を微分すると（隣接するフォーカスエリアの合焦点の差分をとる）、その値は殆ど同じになる。したがって、隣接するフォーカスエリアの合焦点を二次微分すれば（隣接するフォーカスエリアの合焦点の差分をとり、更に、その差分値の差分をとる）、その値は小さい値になる。

これに対して、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化が直線的でない場合には、隣接するフォーカスエリアの合焦点を微分しても、その値は殆ど同じ値にはなならず、隣接するフォーカスエリアの合焦点を二次微分しても、その値は小さい値にならない。

このことから、隣接するフォーカスエリアの合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算した値は、隣接するフォーカスエリアの間の合焦点の変化の直線性を示す値となる。この隣接するフォーカスエリアの合焦点を二次微分し、二次微分した合焦点を絶対値加算した値が小さければ、隣接するフォーカスエリアの間の合焦点の変化の直線性は強く、この値が大きければ、隣接するフォーカスエリアの間の合焦点の変化の直線性は弱い。

そして、この演算値から隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性が強いと判断されれば、主要な被写体は何れもフォーカスエリアにもないと判断し、中央のフォーカスエリアを使って合焦させ、この演算値から隣接するフォーカスエリアの直線性が弱いと判断されれば、主要な被写体が何れかのフォーカスエリアにあると判断して、その被写体のあるフォーカスエリアを特定し、特定されたフォーカスエリアの合焦点を使って合焦させるようにしている。

図３は、本発明が適用されたディジタルカメラにおけるＡＦ検出回路１９の構成を示すものである。

図３に示すように、ＡＦ検出回路１９は、ハイパスフィルタ５１と、レベル検波回路５２と、エリア積分回路５３とからなる。入力端子５０に撮像素子４の撮像出力から得られた画像信号が供給される。この画像信号がハイパスフィルタ５１に供給され、ハイパスフィルタ５１により、画像信号の高周波成分が抽出される。ハイパスフィルタ５１の出力信号がレベル検波回路５２に供給され、レベル検波回路５２により、画像信号の高周波成分レベルが検出される。レベル検波回路５２の出力信号がエリア積分回路５３に供給される。また、エリア積分回路５３には、端子５４からフォーカスエリア設定信号が供給される。エリア積分回路５３により、画像信号の高周波成分レベルが所定のフォーカスエリアの間積分される。この画像信号の高周波成分レベルを所定のフォーカスエリアの間積分した信号がＡＦ評価値として出力端子５５から出力される。

端子５４には、図２に示すような７つのフォーカスエリアＡ０〜Ａ６を設定するためのフォーカスエリア設定信号が供給される。これにより、各フォーカスエリアＡ０〜Ａ６毎に、ＡＦ評価値が得られる。合焦点では、画像信号の高周波成分レベルが最大となることから、各フォーカスエリアＡ０〜Ａ６毎に、ＡＦ評価値が最大となるフォーカスレンズ３の位置を検索することにより、各フォーカスエリアＡ０〜Ａ６毎の合焦点を求めることができる。

フォーカスレンズ３を位置制御させるフォーカスモータ７としては、ステップモータが用いられる。フォーカスモータ７としてステップモータを用いると、フォーカスモータ７にパルスを与える毎にフォーカスレンズ３がステップ的に移動するので、フォーカスレンズ３の位置をフォーカスモータ７に与えるパルス数により管理できる。

図４は、フォーカスレンズ３の位置とフォーカスモータ７に与えるパルス数との関係の一例を示すものである。図４において、横軸はフォーカスレンズ３の位置を示し、縦軸はパルス数を示している。フォーカスレンズ３が初期位置の無限遠の位置（Ｆａｒ）にあるときには、パルス数は例えば「０」になる。フォーカスレンズ３を最近距離の位置（ＭＯＤ(minimum object distance)）まで移動させると、パルス数は例えば「１２０」となる。図４に示すように、フォーカスレンズ３の位置はフォーカスモータ７に与えられるパルス数と対応した関係にあり、フォーカスモータ７に与えられたパルス数が分かれば、そのときのフォーカスレンズ３の位置が一義的に決まる。

各フォーカスエリアＡ０〜Ａ６の合焦点は、フォーカスモータ７により、フォーカスレンズ３を無限遠の位置（Ｆａｒ）から最近距離の位置（ＭＯＤ）までステップ的に移動させ、その間に、ＡＦ評価値を取り込み、ＡＦ評価値が最大となるレンズ位置を検索することにより取得できる。

例えば、フォーカスモータ７によりフォーカスレンズ３を無限遠の位置（Ｆａｒ）から最近距離の位置（ＭＯＤ）までステップ的に移動させ、その間に、ＡＦ評価値を取り込んだときに、図５に示すようなＡＦ評価値が得られたとする。図５において、横軸はフォーカスレンズ３の位置（フォーカスモータ７に与えられたパルス数）を示し、縦軸はＡＦ評価値を示す。この場合には、パルス数が３０の位置で、ＡＦ評価値が最大となる。よって、パルス数が３０の位置が合焦点となる。

ここで、合焦点となるフォーカスレンズ３の位置をｘ_aとし、被写体までの距離をｘ_ｂ、レンズの焦点距離をｆとすると、（ｘ_a×ｘ_ｂ）は、ｆ^２に略等しく、合焦点となるフォーカスレンズ３の位置は、被写体の距離と反比例の関係にある。

図６は、本発明が適用されたオートフォーカス制御の全体処理を示すフローチャートである。図６に示すように、先ず、フォーカスレンズ３が初期位置である無限遠の位置（Ｆａｒ）に移動される（ステップＳ１）。そして、各フォーカスエリアＡ０〜Ａ６毎に、ＡＦサーチが行われる（ステップＳ２）。

ＡＦサーチでは、図７に示すように、フォーカスモータ７により、フォーカスレンズ３が無限遠の位置（Ｆａｒ）から最近距離の位置（ＭＯＤ）まで、ステップ的に移動される（ステップＳ２１）。その間に、各位置でのＡＦ評価値が取り込まれる（ステップＳ２２）。無限遠の位置（Ｆａｒ）から最近距離の位置（ＭＯＤ）までＡＦ評価値の取り込みが終了したかどうかが判断され（ステップＳ２３）、取り込みが終了していなければ、ステップＳ１１にリターンされる。ステップＳ２３で、無限遠の位置（Ｆａｒ）から最近距離の位置（ＭＯＤ）までＡＦ評価値の取り込みが終了したと判断されたら、ＡＦ評価値が最も大きくなるフォーカスレンズ３の位置（フォーカスモータ７に与えられたパルス数）がそのフォーカスエリアでの合焦点として、取り込まれる（ステップＳ２４）。

図６において、ステップＳ２で、ＡＦサーチを行い、各エリアＡ０〜Ａ６での合焦点が検索されたら、各エリアＡ０〜Ａ６での合焦点が呼び出される（ステップＳ３）。そして、各エリアＡ０〜Ａ６での合焦点を用いて、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を示す値AFsaddが演算により求められる（ステップS４）。隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を示す値AFsaddは、前述したように、各フォーカスエリアＡ０〜Ａ６の合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算することにより行われる。

つまり、図８に示すように、フォーカスエリアＡ０〜Ａ６のうち隣接するフォーカスエリアの合焦点の差分により微分値が求められる（ステップＳ３１）。更に、隣接するフォーカスエリアの合焦点の微分値の差分により二次微分値が求められる（ステップＳ３２）。求められた二次微分値が絶対値加算され、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を示す値AFsaddが求められる（ステップＳ３３）。

図６において、ステップＳ４で、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を示す値AFsaddが求められたら、この隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線的性を示す値AFsaddが所定の値Ｐより小さいかどうかが判断される（ステップS５）。

隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を示す値AFsaddが所定の値Ｐより小さければ、直線性が強いことを示し、この場合には、何れのフォーカスエリアＡ０〜Ａ６にも、主要な被写体はないと判断される（ステップＳ６）。そして、この場合には、光学系の偏心や撮像素子にアオリによる合焦点の変化により片ボケが生じないように、中央のフォーカスエリアＡ３の合焦点、又は中央部分のフォーカスエリアＡ２、Ａ３、Ａ４の合焦点の平均位置に、合焦される（ステップＳ７）。

隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を示す値AFsaddが所定の値Ｐより大きければ、直線性が弱いことを示し、何れかのフォーカスエリアＡ０〜Ａ６に、主要な被写体があると判断される（ステップＳ８）。そして、この場合には、フォーカスエリアＡ０〜Ａ６の中から、被写体のあるフォーカスエリアが特定される（ステップＳ９）。被写体のあるフォーカスエリアは、例えば各フォーカスエリアＡ０〜Ａ６の間の合焦点の中で、最も近距離のものに被写体があるというアルゴリズムにより特定できる。そして、特定されたフォーカスエリアの合焦点に、合焦される（ステップＳ１０）。

以上説明したように、本発明の実施形態では、隣接するフォーカスエリアＡ０〜Ａ６の合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算して、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を示す値AFsaddを算出し、この隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を示す値AFsaddが所定の値Ｐより小さいかどうかにより、主要な被写体があるかどうかを判断している。隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を示す値AFsaddが所定の値Ｐより小さい場合（直線性が強い場合）には、何れのフォーカスエリアＡ０〜Ａ６にも主要な被写体がないと判断され、光学系の偏心や撮像素子にアオリによる合焦点の変化により片ボケが生じないように、中央のフォーカスエリアの合焦点に、合焦される。隣接するフォーカスエリアＡ０〜Ａ６の間の合焦点の変化の直線性を示す値AFsaddが所定の値Ｐより大きい場合（直線性が弱い場合）には、主要な被写体があると判断され、主要な被写体に合焦するように、被写体のあるフォーカスエリアが特定され、特定されたフォーカスエリアの中央のフォーカスエリアの合焦点に、合焦される。このため、光学系の偏心や撮像素子にアオリがあるような場合でも、周辺部にピントが合って、片ボケが生じるということがない。

このことについて図９〜図１１を用いて説明する。図９（Ａ）は、主要な被写体１０１のある画面を撮影したものである。図９（Ｂ）は、主要な被写体がなく、風景だけのような画面を、光学系の偏心や撮像素子にアオリがないカメラで撮影したものである。図９（Ｃ）は、主要な被写体がなく、風景だけのような画面を、光学系の偏心や撮像素子にアオリのあるディジタルカメラで撮影したものである。

図１０（Ａ）は、図９（Ａ）に示したような主要な被写体１０１のある画面を撮影した場合の、各フォーカスエリア毎の合焦点を示すものである。図１０（Ｂ）は、図９（Ｂ）に示したような主要な被写体のない画面を光学系の偏心や撮像素子にアオリがないカメラで撮影した場合の、各フォーカスエリア毎の合焦点を示すものである。図１０（Ｃ）は、図９（Ｃ）に示したような主要な被写体のない画面を光学系の偏心や撮像素子にアオリのあるカメラで撮影した場合の、各フォーカスエリア毎の合焦点を示すものである。

図１０（Ａ）に示すように、主要な被写体１０１のある画面を撮影した場合には、各フォーカスエリアＡ０〜Ａ６の合焦点は、被写体１０１のあるフォーカスエリアＡ４、Ａ５、Ａ６の付近から、大きく変化する。

図１０（Ｂ）に示すように、主要な被写体のない画面を撮影した場合には、
光学系の偏心や撮像素子にアオリがなければ、各フォーカスエリアＡ０〜Ａ６の合焦点は略等しくなる。

図１０（Ｃ）に示すように、主要な被写体のない画面を撮影した場合には、光学系の偏心や撮像素子にアオリがあると、各フォーカスエリアＡ０〜Ａ６の合焦点は直線的に変化する。

図１１（Ａ）は、主要な被写体１０１のある画面を撮影した場合の、隣接するフォーカスエリアの合焦点の直線性を示す値を求めるための演算処理を示すものである。図１１（Ａ）に示すように、フォーカスエリアＡ０での合焦点は７８パルス、フォーカスエリアＡ１での合焦点は８０パルス、フォーカスエリアＡ２での合焦点は７６パルス、フォーカスエリアＡ３での合焦点は８２パルス、フォーカスエリアＡ４での合焦点は１０６パルス、フォーカスエリアＡ５での合焦点は１１６パルス、フォーカスエリアＡ６での合焦点は１１２パルスである。

隣接するフォーカスエリアＡ０〜Ａ６の合焦点を微分すると、（８０−７８＝２）、（７６−８０＝−４）、（８２−７６＝６）、（１０６−８２＝２４）、（１１６−１０６＝１０）、（１１２−１１６＝−４）となる。

更に微分すると、（−４−２＝−６）、（６−（−４）＝１０）、（２４−６＝１８）、（１０−２４＝−１４）、（−４−１０＝−１４）となる。

この二次微分した合焦点の絶対値をとって累積加算すると、（６＋１０＋１８＋１４＋１４＝６２）となる。このように、主要な被写体があるようなシーンを撮影したと場合には、隣接するフォーカスエリアの合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算した値は「６２」と大きな値になる。

隣接するフォーカスエリアの合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算した値が大きい場合（直線性が弱い場合）には、主要な被写体があると判断され、主要な被写体があるフォーカスエリアが特定される。主要なフォーカスエリアの特定には、複数のフォーカスエリアの合焦点のうち、最も近距離になるフォーカスエリアを主要な被写体のあるとするアルゴリズムが用いられる。このアルゴリズムから、この場合、フォーカスエリアＡ５が被写体のあるフォーカスエリアと特定され、フォーカスエリアＡ５の合焦点を使って合焦制御が行われる。

これに対して、従来では、隣接するフォーカスエリアの合焦点の直線性を示す値を求めるための演算処理を行わずに、複数のフォーカスエリアの合焦点のうち、最も近距離になるフォーカスエリアを主要な被写体のあるとするアルゴリズムから、被写体のあるフォーカスエリアが特定される。図９（Ａ）に示すような主要な被写体１０１がある場合には、フォーカスエリアＡ５が最も近距離にあるので（図１０（Ａ）参照）、従来の方法でも、フォーカスエリアＡ５が被写体のあるフォーカスエリアと特定され、フォーカスエリアＡ５の合焦点が使われることになる。

図１１（Ｂ）は、主要な被写体のない画面を、光学系の偏心や撮像素子にアオリがないカメラで撮影した場合の、各フォーカスエリアの合焦点の直線性を示す値を求めるための演算処理を示すものである。図１１（Ｂ）に示すように、フォーカスエリアＡ０での合焦点は８０パルス、フォーカスエリアＡ１での合焦点は７８パルス、フォーカスエリアＡ２での合焦点は８４パルス、フォーカスエリアＡ３での合焦点は８２パルス、フォーカスエリアＡ４での合焦点は８０パルス、フォーカスエリアＡ５での合焦点は８２パルス、フォーカスエリアＡ６での合焦点は８０パルスである。

連続するフォーカスエリアＡ０〜Ａ６の合焦点を微分すると、（７８−８０＝−２）、（８４−７８＝６）、（８２−８４＝−２）、（８０−８２＝−２）、（８２−８０＝２）。（８０−８２＝−２）となる。

更に微分すると、（６−（−２）＝８）、（−２−６＝−８）、（−２−（−２）＝０）、（２−（−２）＝４）、（−２−２＝−４）となる。

この二次微分した合焦点の絶対値をとって累積加算すると、（８＋８＋０＋４＋４＝２４）となる。このように、主要な被写体がない場合には、複数のフォーカスエリアＡ０〜Ａ６の合焦点を二次微分し、この二次微分した複数のフォーカスエリアの合焦点を絶対値加算した値は「２４」と小さい値となる。

隣接するフォーカスエリアＡ０〜Ａ６の合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算した値が小さい場合（直線性が弱い場合）には、主要な被写体はないと判断され、中央のフォーカスエリアＡ３の合焦点、又は中央付近にあるフォーカスエリアＡ２、Ａ３，Ａ４の合焦点の平均を使って合焦制御が行われる。

これに対して、従来では、隣接するフォーカスエリアの合焦点の直線性を示す値を求めるための演算処理を行わずに、複数のフォーカスエリアの合焦点のうち、最も近距離になるフォーカスエリアを主要な被写体のあるとするアルゴリズムから、被写体のあるフォーカスエリアが特定される。図９（Ｂ）に示すような場合には、フォーカスエリアＡ２が最も近距離になるので（図１０（Ｂ）参照）、従来の方法では、フォーカスエリアＡ２が被写体のあるフォーカスエリアと特定され、フォーカスエリアＡ２の合焦点が使われることになる。本発明では、フォーカスエリアＡ３の合焦点、又は中央付近にあるフォーカスエリアＡ２、Ａ３，Ａ４の合焦点の平均を使ってフォーカス制御が行われる。しかしながら、どちらの合焦点も、その値は殆ど同じである。よって、図９（Ｂ）に示すように、光学系の偏心や撮像素子にアオリがないカメラで撮影した場合には、本発明による方法でも、従来の方法でも、合焦点は殆ど同じになる。

図１１（Ｃ）は、主要な被写体のない画面を、光学系の偏心や撮像素子にアオリがあるカメラで撮影した場合の、隣接するフォーカスエリアの合焦点の直線性を示す値を求めるための演算処理を示すものである。図１１（Ｃ）に示すように、フォーカスエリアＡ０での合焦点は８０パルス、フォーカスエリアＡ１での合焦点は８４パルス、フォーカスエリアＡ２での合焦点は９６パルス、フォーカスエリアＡ３での合焦点は１００パルス、フォーカスエリアＡ４での合焦点は１０４パルス、フォーカスエリアＡ５での合焦点は１１２パルス、フォーカスエリアＡ６での合焦点は１１６パルスである。

隣接するフォーカスエリアＡ０〜Ａ６の合焦点を微分すると、（８４−８０＝４）、（９６−８４＝１２）、（１００−９６＝４）、（１０４−１００＝４）、（１１２−１０４＝８）、（１１６−１１２＝４）となる。

更に微分すると、（１２−４＝８）、（４−１２＝−８）、（４−４＝０）、（８−４＝４）、（４−８＝−４）となる。

この二次微分した合焦点の絶対値をとって、累積加算すると、（８＋８＋０＋４＋４＝２４）となる。このように、主要な被写体がない場合には、光学系の偏心や撮像素子にアオリがある場合でも、隣接するフォーカスエリアの合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算した値は「２４」と小さな値になる。

隣接するフォーカスエリアの合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算した値が小さい場合には、主要な被写体はないと判断され、中央のフォーカスエリアＡ３の合焦点、又は中央付近にあるフォーカスエリアＡ２、Ａ３，Ａ４の合焦点の平均を使ってフォーカス制御が行われる。

これに対して、従来では、隣接するフォーカスエリアの合焦点の直線性を示す値を求めるための演算処理を行わずに、複数のフォーカスエリアの合焦点のうち、最も近距離になるフォーカスエリアを主要な被写体のあるとするアルゴリズムから、フォーカスエリアが特定される。図９（Ｃ）に示すような画面の場合には、フォーカスエリアＡ６が最も近距離になるので（図１０（Ｃ）参照）、従来の方法では、フォーカスエリアＡ６が被写体のあるフォーカスエリアと特定され、フォーカスエリアＡ６の合焦点が使われることになる。このため、画面の周辺部にピントが合い、中央の部分がピントが外れるような、所謂片ボケの状態となる。本発明では、フォーカスエリアＡ３の合焦点、又は中央付近にあるフォーカスエリアＡ２、Ａ３，Ａ４の合焦点の平均を使ってフォーカス制御が行われる。このため、画面の中央の部分でピントが合うようになる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

本発明は、ディジタルカメラやディジタルビデオカメラのフォーカス制御に用いて好適である。

本発明が適用されたディジタルビデオカメラの全体構成を示すブロック図である。 本発明が適用されたディジタルビデオカメラにおけるフォーカスエリアの説明図である。 本発明が適用されたディジタルビデオカメラにおけるＡＦ検出回路の一例のブロック図である。 フォーカスレンズの位置とパルス数との関係を説明したグラフである。 ＡＦ評価値の説明に用いるグラフである。 本発明が適用されたオートフォーカス制御の説明に用いるフローチャートである。 本発明が適用されたオートフォーカス制御の説明に用いるフローチャートである。 本発明が適用されたオートフォーカス制御の説明に用いるフローチャートである。 各撮影画面におけるオートフォーカス制御の説明図である。 各撮影画面における評価値の説明に用いるグラフである。 隣接するフォーカスエリアの合焦点の直線性を示す値を求めるための演算処理の説明図である。

符号の説明

３ フォーカスレンズ
４ 撮像素子
７ フォーカスモータ
８ タイミング発生器
１２ メモリ
１５ 制御（回路）
１９ ＡＦ検出（回路）
２４ 画像信号処理回路

Claims (6)

1. 画像信号の高周波成分を抽出して合焦の度合いを評価する評価値を取得して合焦点を求めるようにした自動焦点制御方法であって、
   複数のフォーカスエリアを設定し、各フォーカスエリア毎にフォーカスレンズを移動させながら評価値を取得し、
   各フォーカスエリア毎に取得した評価値から各フォーカスエリア毎の合焦点を求め、
   各フォーカスエリア毎に求められた合焦点から、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を演算により算出し、
   隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性が弱い場合には、何れかのフォーカスエリアに主要な被写体があると判断し、
   隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性が強い場合には、何れのフォーカスエリアにも主要な被写体がないと判断する
   ようにしたことを特徴とする自動焦点制御方法。
2. 前記連続するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を求める演算は、各フォーカスエリアの合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算するものであることを特徴とする請求項１に記載の自動焦点制御方法。
3. 前記何れかのフォーカスエリアに主要な被写体があると判断した場合には、主要な被写体があるフォーカスエリアを特定し、特定されたフォーカスエリアの合焦点に合焦させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の自動焦点制御方法。
4. 前記何れのフォーカスエリアにも主要な被写体がないと判断した場合には、中央付近のフォーカスエリアの合焦点に合焦させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の自動焦点制御方法。
5. 撮像素子からの画像信号の高周波成分を抽出して合焦の度合いを評価する評価値を取得して合焦点を求めるようにした自動焦点制御装置であって、
   フォーカスレンズを移動させるレンズ駆動手段と、
   画像信号の高周波成分を抽出して合焦の度合いを評価する評価値を取得する評価値検出手段と、
   複数のフォーカスエリアを設定するフォーカスエリア設定手段と、
   各フォーカスエリア毎にフォーカスレンズを移動させながら評価値を取得する手段と、
   各フォーカスエリア毎に取得した評価値から各フォーカスエリア毎の合焦点を求める手段と、
   各フォーカスエリア毎に求められた合焦点から、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を演算により算出する手段と、
   隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性が弱い場合には、各フォーカスエリアに主要な被写体があると判断し、主要な被写体があるフォーカスエリアを特定し、特定されたフォーカスエリアの合焦点に合焦させ、隣接するフォーカスエリアの合焦点の変化の直線性が強い場合には、各フォーカスエリアに主要な被写体がないと判断し、中央付近のフォーカスエリアの合焦点に合焦させる手段と
   を備えるようにしたことを特徴とする自動焦点制御装置。
6. 前記各フォーカスエリアの合焦点の変化の直線性を求める演算は、隣接するフォーカスエリアの合焦点を二次微分し、この二次微分した合焦点を絶対値加算するものであることを特徴とする請求項５に記載の自動焦点制御装置。
   
   

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