JP2006189634A - 焦点調節装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 点光源のようにラインピーク積分評価値が合焦点で小さくなる被写体であっても、確実に合焦できるようにすること。
【解決手段】 撮像手段により被写体を撮像して出力された撮像信号から、所定の周波数成分の輝度信号を抽出するバンドパスフィルタ(111)と、前記輝度信号に基づいて、合焦状態を示す合焦状態評価値を求める演算手段(112, 117)と、合焦状態評価値が最大になるように焦点調節制御を行う焦点調節制御手段と(101, 128, 129, 130)、合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度に応じて合焦状態評価値が取り得る最大値から合焦状態評価値を引いた値により合焦状態評価値を置き換える置き換え手段(128)とを有し、合焦状態評価値が置き換えられた場合には、置き換えられた合焦状態評価値を用いて焦点調節制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ビデオカメラ等の撮像装置に用いて好適な画像信号を用いた自動焦点調節装置及び方法に関する。

ビデオカメラ等の映像機器に用いられている自動焦点調節（ＡＦ）装置としては、ＣＣＤ等の撮像素子から得られる映像信号中の高周波成分を抽出し、この高周波成分が大きくなるようにフォーカシングレンズを駆動して焦点調節行う、いわゆるＴＶ―ＡＦ方式が知られている。

従来提案されているＴＶ−ＡＦ方式の評価値として水平ライン毎の評価値のピーク値を垂直方向に積分したラインピーク積分評価値がある。これは、積分効果でノイズに影響を受けにくい安定した評価値である。したがって、少しの焦点移動で敏感に信号が変化する場合においても、方向判定に適している（例えば、特許文献１参照）。

また、ＴＶ−ＡＦ方式で高輝度被写体に合焦できないという問題に関して、画面内の高輝度部を検出し、平均輝度成分を最小にするように焦点調節を行う方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平０７−２９８１２０号公報 特開平０９−０４６５６９号公報

上述したラインピーク積分評価値では、その値が大きくなるレンズ位置が必ずしも合焦点とならない場合が存在する。図１０は、通常の被写体の場合のラインピーク積分評価値とフォーカスレンズ位置の関係を示す図、図１１は、例えば夜景のような点光源を被写体とした場合のラインピーク積分評価値とフォーカスレンズ位置の関係を示す図である。通常の被写体ではラインピーク積分評価値が最大となるフォーカスレンズ位置が合焦点となることが分かる。一方、例えば夜景のような点光源を被写体とした場合、ラインピーク積分評価値の最大点が合焦点とならない。これは、合焦の度合いに応じて画像中の点光源の大きさが変化することによる。以下、図１２を参照して具体的に説明する。

図１２（ａ）及び（ｂ）は、例えば夜景のような点光源を被写体とした場合の合焦時の画像と非合焦時の画像の例をそれぞれ示す図である。図１２（ａ）に示すように合焦している時はそれぞれのラインのピーク値は大きいが被写体像が掛かるライン数が少なく、図１２（ｂ）に示すように非合焦になると画像中の点光源の大きさがぼやけて大きくなるため、それぞれのラインのピーク値は小さくなるが、被写体像が掛かるライン数が増えるためラインピーク積分評価値が増加してしまう。このように、ラインピーク積分評価値が大きくなるように焦点調節を行うと、点光源を被写体とした場合には合焦できないという問題を生じる。

このような問題に関して、上述したように、画面内の高輝度部を検出し、平均輝度成分を利用して焦点調節を行う方法も提案されているが、撮像素子の出力信号内の平均輝度成分レベルを利用するものであるから、画面内に高輝度部があるときに必ずしも平均輝度成分の最小位置が合焦位置とはならないという問題があった。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、点光源のようにラインピーク積分評価値が合焦点で小さくなる被写体であっても、確実に合焦できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の焦点調節装置は、撮像手段により被写体を撮像して出力された撮像信号から、所定の周波数成分の輝度信号を抽出するフィルタ手段と、前記フィルタ手段により抽出された輝度信号に基づいて、合焦状態を示す合焦状態評価値を求める演算手段と、前記合焦状態評価値が最大になるように焦点調節制御を行う焦点調節制御手段と、前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度に応じて前記合焦状態評価値が取り得る最大値から前記合焦状態評価値を引いた値により前記合焦状態評価値を置き換える置き換え手段とを有し、前記焦点調節制御手段は、前記置き換え手段により前記合焦状態評価値を置き換えた場合に、当該置き換えられた合焦状態評価値を用いて焦点調節制御を行う。

また、本発明の焦点調節方法は、撮像手段により被写体を撮像して出力された撮像信号から、所定の周波数成分の輝度信号を抽出するフィルタステップと、前記フィルタステップにおいて抽出された輝度信号に基づいて、合焦状態を示す合焦状態評価値を求める演算ステップと、前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度に応じて前記合焦状態評価値が取り得る最大値から前記合焦状態評価値を引いた値により前記合焦状態評価値を置き換える置き換えステップと、前記合焦状態評価値が最大になるように焦点調節制御を行う焦点調節制御ステップとを有し、前記焦点調節制御ステップでは、前記置き換えステップで前記合焦状態評価値を置き換えた場合に、当該置き換えられた合焦状態評価値を用いて焦点調節制御を行う。

また、別の構成によれば、本発明の焦点調節装置は、撮像手段により被写体を撮像して出力された撮像信号から、所定の周波数成分の輝度信号を抽出するフィルタ手段と、前記フィルタ手段により抽出された輝度信号に基づいて、合焦状態を示す合焦状態評価値を求める演算手段と、前記合焦状態評価値が最大になるように焦点調節制御を行う第１の焦点調節制御手段と、前記合焦状態評価値が最小になるように焦点調節制御を行う第２の焦点調節制御手段と、前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度に応じて前記第１の焦点調節手段から前記第２の焦点調節制御手段に切り換わるように制御する制御手段とを有する。

また、本発明の別の焦点調節方法は、撮像手段により被写体を撮像して出力された撮像信号から、所定の周波数成分の輝度信号を抽出するフィルタステップと、前記フィルタステップにおいて抽出された輝度信号に基づいて、合焦状態を示す合焦状態評価値を求める演算ステップと、前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度に応じて、前記合焦状態評価値が最大になるように焦点調節制御を行う第１の焦点調節制御と、前記合焦状態評価値が最小になるように焦点調節制御を行う第２の焦点調節制御とを切り換えるステップとを有する。

更に、別の構成によれば、本発明の焦点調節装置は、撮像手段により被写体を撮像して出力された撮像信号から、所定の周波数成分の輝度信号を抽出するフィルタ手段と、前記フィルタ手段により抽出された輝度信号に基づいて、合焦状態を示す合焦状態評価値を求める演算手段と、前記合焦状態評価値が最大になるように焦点調節制御を行う第１の焦点調節制御手段と、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度が高くなるように焦点調節制御を行う第２の焦点調節制御手段と、前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度に応じて前記第１の焦点調節制御手段から前記第２の焦点調節制御手段に切り換わるように制御する制御手段とを有する。

また、本発明の別の焦点調節方法は、撮像手段により被写体を撮像して出力された撮像信号から、所定の周波数成分の輝度信号を抽出するフィルタステップと、前記フィルタステップにおいて抽出された輝度信号に基づいて、合焦状態を示す合焦状態評価値を求める演算ステップと、前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度に応じて前記合焦状態評価値が最大になるように焦点調節制御を行う第１の焦点調節制御から所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度が高くなるように焦点調節制御を行う第２の焦点調節制御に切り換わるように制御する制御ステップとを有する。

点光源のようにラインピーク積分評価値が合焦点で小さくなる被写体であっても、確実に合焦できるようになる。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態における自動焦点調節装置をビデオカメラ等の撮像装置に搭載した場合の構成を示すブロック図である。同図において、１０１はフォーカスレンズであり、レンズ駆動用モータ１３０によって、光軸方向に移動させて焦点合わせを行う。このフォーカスレンズを通った光は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子（以下、「ＣＣＤ」と記す。）１０２の撮像面上に結像されて、電気信号に光電変換される。

この光電変換された信号は読み出され、相関二重サンプリング／ゲイン制御回路（ＣＤＳ／ＡＧＣ）１０３で、サンプルホールドされると同時に最適なゲインで増幅され、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０４でデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器１０４から出力されたデジタル信号はカメラ信号処理回路１０５でテレビジョン（ＴＶ）信号のフォーマットに信号処理され、ＡＦ評価値生成のために輝度信号Ｙが出力される。

輝度信号Ｙはガンマ回路１０６に入力され、ガンマカーブでガンマ変換され、低輝度成分を強調され、高輝度成分を抑圧される。このガンマ回路１０６から出力される輝度信号Ｙに基づいて、Ｙ積分評価値、Ｙピーク評価値、ＴＥピーク評価値、ＴＥラインピーク積分評価値、ＴＥラインピーク積分評価値Ｈｉ、及びＭａｘ−Ｍｉｎ評価値の６種類のＡＦ評価値が生成される。なお、フォーカスレンズの駆動制御（焦点制御）は、これらの各評価値のうち、基本的にＴＥラインピーク積分評価値に基づいてその値が最大となるように行われ、他のＡＦ評価値は合焦状態や被写体が点光源かどうかの判別に用いられる。以下、各評価値について説明する。

（１）Ｙ積分評価値
ガンマ回路１０６でガンマ変換された輝度信号Ｙは水平積分回路１０７に入力され、ＣＣＤ１０２により得られる１画面分の輝度信号Ｙの内、後述の枠生成回路１２７で設定された１画面内の所定領域を示すＡＦ枠内の輝度信号Ｙについて、水平ライン毎にＹ積分値を求める。水平積分回路１０７の出力は、垂直積分回路１０８によりＡＦ枠内で垂直方向に積分され、Ｙ積分評価値が生成される。

（２）Ｙピーク評価値
ガンマ回路１０６でガンマ変換された輝度信号Ｙはラインピークホールド回路１０９に入力され、ＡＦ枠内の輝度信号Ｙについて水平ライン毎にＹピーク値を求める。ラインピークホールド回路１０９の出力は、垂直ピークホールド回路１１０によりＡＦ枠内で垂直方向にピークホールドされ、Ｙピーク評価値が生成される。

（３）ＴＥピーク評価値
ガンマ回路１０６でガンマ変換された輝度信号Ｙはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１１によって所定の周波数成分（高周波成分）が抽出され、この出力としてＴＥ（Ｔｏｐ Ｅｖａｌｕａｔｅ）信号が水平ライン毎のピーク値を検出するためのラインピークホールド回路１１２へと入力される。ラインピークホールド回路１１２は、ＡＦ枠内で水平ライン毎にＴＥピーク値を求める。ＴＥピーク値は、垂直ピークホールド回路１１３によりＡＦ枠内で垂直方向にピークホールドされ、ＴＥピーク評価値が生成される。

（４）ＴＥラインピーク積分評価値Ｈｉ
ラインピークホールド回路１０９により求められた水平ライン毎のＹピーク値は、後述の制御マイコン１２８の制御により所定の閾値ｔｈが設定された比較器１１４に入力され、その比較結果に応じて切り替えスイッチ１１５が制御される。ラインピークホールド回路１１２から出力される各水平ラインのＴＥピーク値は切り換えスイッチ１１５に送られる。そして、水平ラインのＹピーク値のレベルが所定の閾値ｔｈより大きい場合に切り換えスイッチ１１５が閉じて、そのラインのＴＥピーク値が垂直積分回路１１６に送られて、ＡＦ枠内で垂直方向に加算される。これにより、本実施の形態の特長であるＴＥラインピーク積分評価値Ｈｉが生成される。

（５）ＴＥラインピーク積分評価値
ラインピークホールド回路１１２から出力されるＴＥピーク値は垂直積分回路１１７にも入力され、ＡＦ枠内で垂直方向に加算され、ＴＥラインピーク積分評価値が生成される。

（６）Ｍａｘ−Ｍｉｎ評価値
ガンマ回路１０６でガンマ変換された輝度信号Ｙは、更に、ライン最大値ホールド回路１２３及びライン最小値ホールド回路１２４にも入力され、輝度信号ＹのＡＦ枠内の１ラインそれぞれについて最大値及び最小値がホールドされる。これらホールドされた最大値及び最小値は、水平ライン毎に減算器１２５へと入力され、最大値Ｍａｘ−最小値Ｍｉｎなる減算が行われて、差が垂直ピークホールド回路１２６に入力される。この差は、垂直ピークホールド回路１２６ではＡＦ枠内で垂直方向にピークホールドされて、Ｍａｘ−Ｍｉｎ評価値が生成される。

枠生成回路１２７は、後述の制御マイコン１２８により設定された画面内の所定の位置にある信号を選択するためのＡＦ枠用のゲート信号を生成する。ゲート信号は、水平積分回路１０７、垂直積分回路１０８、１１６、１１７、ラインピークホールド回路１０９及び１１２、垂直ピークホールド回路１１０、１１３、１２６、ライン最大値ホールド回路１２３、及びライン最小値ホールド回路１２４の各回路に入力され、各ＡＦ評価値がＡＦ枠内の輝度信号Ｙで生成されるように、輝度信号Ｙが各回路に入力するタイミングが制御される。

制御マイコン１２８は、枠生成回路１２７に画面内の所定の位置を指定すると共に、各ＡＦ評価値を取り込み、各ＡＦ評価値を基にしてモータドライバ１２９を通じてモータ１３０を駆動することで、フォーカスレンズ１０１を光軸方向に移動させてＡＦ制御を行う。

次に制御マイコン１２８で行われるＡＦ制御について、図２〜図６を参照して詳しく説明する。

図２はＡＦ制御の全体動作を示すフローチャートであり、ステップＳ７０１で処理が開始されると、ステップＳ７０２で微小駆動動作を行う。ここで、ステップＳ７０２で行われる微小駆動動作について、図３を参照して説明する

ステップＳ８０１で処理が開始されるとステップＳ８０２に進んで、最新の各種ＡＦ評価値を取得する。本実施の形態では、このステップＳ８０２におけるＡＦ評価値の取得方法に特徴があるが、このＡＦ評価値の取得方法に関しては、詳細に後述する。ステップＳ８０３では、ステップＳ８０２で取得したＡＦ評価値の内、ＴＥラインピーク積分評価値と前回取得したＴＥラインピーク積分評価値とを比較し、今回取得したＴＥラインピーク積分評価値が前回取得したＴＥラインピーク積分評価値より小さければステップＳ８０４へ進み、大きければステップＳ８０５へ進む。ステップＳ８０４ではフォーカスレンズ１０１を前回駆動した方向と逆方向に所定量駆動する。一方、ステップＳ８０５ではフォーカスレンズ１０１を前回駆動した方向と同じ方向に所定量駆動する。

図４は、レンズ制御動作の概念を示す図である。Ａの間にＣＣＤ１０２に蓄積された電荷に対するＡＦ評価値ＡがＴ_Ａで取り込まれ、Ｂの間にＣＣＤ１０２に蓄積された電荷に対するＡＦ評価値ＢがＴ_Ｂで取り込まれる。Ｔ_Ｂでは、ＡＦ評価値Ａ、Ｂを比較し、Ａ≦Ｂであれば前回と同じ方向に移動し、Ａ＞Ｂであれば逆方向にする。ここで、レンズの駆動量は一回の移動でフォーカスレンズ１０１の動きが、撮像信号をＴＶ画面等で見た時に分からないような量を焦点深度を基に決定する。

ステップＳ８０６においては、所定回数連続して合焦方向と判断される方向が同一かどうかを判断し、同一であればステップＳ８０７へ進み、同一でなければステップＳ８０８へ進む。ステップＳ８０７では方向が判別できたとして判別した方向を記憶し、図２のステップＳ７０２に戻る。一方、ステップＳ８０８においては、所定回数フォーカスレンズ１０１が所定範囲内で往復を繰り返しているかどうかを判断し、繰り返していればステップＳ８０９へ進み、合焦判別できたとして、図２のステップＳ７０２に戻る。また、所定回数、所定範囲内で往復を繰り返していなければ、そのまま図２のステップＳ７０２へ戻る。

次に、図２のステップＳ７０３へ進み、合焦判定を行う。ここでは上述したステップＳ８０９で合焦判別できているかどうかを判断し、判別できている場合にステップＳ７０９に進み、それ以外の場合はステップＳ７０４に進む。

ステップＳ７０４においては、ステップＳ８０７で方向判別ができている場合にステップＳ７０５へ進んで山登り駆動動作を行い、方向判別ができていない場合にはステップＳ７０２へ戻って微小駆動動作を繰り返す。ここで、ステップＳ７０５で行われる山登り駆動動作について、図５を参照して説明する。

ステップＳ１００１で処理が開始されると、ステップＳ１００２に進んで、図３のステップＳ８０２と同様にして最新の各種ＡＦ評価値を取得する。ステップＳ１００３においては、ステップＳ１００２で取得したＡＦ評価値の内、ＴＥラインピーク積分評価値と前回取得したＴＥラインピーク積分評価値とを比較し、今回取得したＴＥラインピーク積分評価値が前回取得したＴＥラインピーク積分評価値より大きければステップＳ１００４へ進み、小さければステップＳ１００５へ進む。ステップＳ１００４ではフォーカスレンズ１０１を前回駆動した方向と同じ方向に所定の速度で駆動し、図２のステップＳ７０５へ戻る。一方、ステップＳ１００５では、ＴＥラインピーク積分評価値がピークを越えて減少しているかどうかを判断し、ピークを越えて減少していればステップＳ１００６へ進んでピークを超えたとし、図２のステップＳ７０５に戻る。また、ＴＥラインピーク積分評価値がピークを越えて減少していなければステップＳ１００７へ進んで、フォーカスレンズ１０１を前回駆動した方向と逆方向に所定の速度で駆動し、図２のステップＳ７０５に戻る。

図６は、上記レンズ制御動作を示す図である。同図において、フォーカスレンズ位置Ｓから山登り駆動を開始したものとすると、無限方向にフォーカスレンズを動かした場合、Ａの位置ではピークを越えて減少しているのでこれまでに通過したフォーカスレンズ位置のどこかに合焦点があるとして山登り駆動動作を終了し（ステップＳ１００６）、微小駆動動作に移行する。一方、フォーカスレンズ位置Ｓから至近方向にフォーカスレンズを動かした場合、Ｂの位置ではピークが無く減少しているので方向を間違えたものとして反転し、山登り動作を続ける（ステップＳ１００７）。反転後、Ｃの位置では前回のＴＥラインピーク積分評価値よりも今回のＴＥラインピーク積分評価値の方が値が大きくなるので、引き続き反転後の方向、即ち、前回と同じ方向に山登り動作を続ける（ステップＳ１００４）。なお、一定時間あたりの移動量は上述した微小駆動よりも大きい移動量にする。

次に、図２のステップＳ７０６において、ステップＳ１００６でＴＥラインピーク積分評価値のピークを越えたと判別された場合はステップＳ７０７へ進み、そうでない場合はステップＳ７０５へ戻って上述した山登り駆動を繰り返す。ステップＳ７０７では、山登り駆動中のＴＥラインピーク積分評価値がピークとなるフォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ１０１を戻す。ステップＳ７０８でＴＥラインピーク積分評価値がピークとなるフォーカスレンズ位置に戻ったと判断されるまで、ステップＳ７０７の処理を繰り返し、ピークとなるフォーカスレンズ位置に戻るとステップＳ７０２へ戻って再び微小駆動動作を行う。

次に、ステップＳ７０９からの合焦動作について説明する。ステップＳ７０３で合焦判定できたと判断されると、ステップＳ７０９において、ＴＥラインピーク積分評価値を保持する。次に、ステップＳ７１０で、図３のステップＳ８０２と同様にして最新の各種ＡＦ評価値を取得し、ステップＳ７１１では、ステップＳ７０９で保持したＴＥラインピーク積分評価値とステップＳ７１０で新たに取得したＴＥラインピーク積分評価値とを比較する。所定レベル以上差があれば、ＡＦ評価値の変動が大きいので再起動と判定してステップＳ７０２に戻って微小駆動動作を再開し、ステップＳ７１１で再起動と判定されなければステップＳ７１２へ進んでレンズを停止し、ステップＳ７１０へ戻って再起動判定を継続する。

以上説明したように、制御マイコン１２８は、微小駆動→山登り駆動→微小駆動→再起動判定を繰り返しながらフォーカスレンズ１０１を移動させ、ＴＥラインピーク積分評価値が大きくなるようにフォーカスレンズ１０１を制御する。

次に、ステップＳ７１０、ステップＳ８０２、ステップＳ１００２で行われるＡＦ評価値取得処理について、以下に詳細に説明する。

図１２を参照して上述したように、合焦状態に応じて大きさが変動する点光源のような被写体を撮影した場合、非合焦になるとそれぞれのラインのピーク値は小さいが被写体像が掛かるライン数が多くなるのに対し、合焦している時はそれぞれのラインのピーク値は大きくなるが被写体像が掛かるライン数が少なくなるのでラインピーク積分評価値は減少してしまう。このため、図１１に示すようにラインピーク積分評価値の最大点が合焦点とならず、ラインピーク積分評価値が大きくなるように焦点調節を行うと、合焦しないという問題を生じる。

しかし、図７に示す例のように点光源以外の被写体が含まれる場合には、（ａ）に示す合焦時には、（ｂ）に示す非合焦時の画像と比べて、点光源の被写体像が掛かる水平ライン数が減るが、その代わりに点光源以外の被写体により減った水平ラインにおいてもＴＥピーク値が得られるので、点光源の被写体像が掛かるライン数の変動による影響を受けず、ＴＥラインピーク積分評価値は合焦点で最大になる。

点光源被写体のＴＥラインピーク積分評価値と、ＴＥラインピーク積分評価値Ｈｉと、フォーカスレンズ位置との関係を図８に示す。図８のグラフによれば、非合焦時はＹピーク値も低下するので、Ｙピーク値が所定値より高い水平ラインのＴＥピーク値を積分するＴＥラインピーク積分評価値Ｈｉはほとんど無いが、合焦点に近づくにつれて徐々に大きくなり、ＴＥラインピーク積分評価値に占める割合も増えてくる。したがって、ＴＥラインピーク積分評価値ＨｉがＴＥラインピーク積分評価値に対して占める比率が高いほど、ＴＥラインピーク積分評価値における高輝度の被写体の寄与が高く（点光源被写体のみ）、且つ、合焦点でＴＥラインピーク積分評価値が小さくなる被写体の合焦点近傍であることを判別することができる。

本実施の形態では、上記の性質を利用して、被写体が点光源のみであって、現在のフォーカスレンズ位置が合焦点近傍であるかどうかを判断し、この判断結果に応じてＴＥラインピーク積分評価値を変更する。以下、図９のフローチャートを参照して、ＡＦ評価値取得処理の手順について説明する。

ステップＳ１２０１でＡＦ評価値取得処理が開始されると、ステップＳ１２０２において、各種ＡＦ評価値（１）〜（６）を取得する。本実施の形態では、得られたＡＦ評価値に基づいて、点光源被写体の合焦点近傍かどうかの判別を行う。まず、ステップＳ１２０３において、ＴＥラインピーク積分評価値とＴＥラインピーク積分評価値Ｈｉを比較することにより、ＴＥラインピーク積分評価値に対する高輝度の被写体の寄与が大きいかどうかを判定する。高輝度の被写体の寄与が少ない、即ち、ＴＥラインピーク積分評価値ＨｉがＴＥラインピーク積分評価値に対して占める比率が所定値よりも小さい場合には、点光源では無いか、または点光源であっても合焦点近傍ではないと判断してそのまま処理を終了し、図２〜図６の処理ではステップＳ１２０２で取得したＡＦ評価値を用いる。一方、高輝度の被写体を含む水平ライン数の比率が大きい場合にはステップＳ１２０４に進む。

上述したように、点光源の被写体は特に合焦点近傍で高輝度、高コントラストであるので、ステップＳ１２０４ではＹピーク評価値、Ｍａｘ−Ｍｉｎ評価値が所定値より大きいかどうかを判別する。さらに、被写体が点光源のみの場合、画面全体は暗いのでＹ積分評価値が小さいかどうかを判別する。これらの判別を行うことで、被写体が点光源であるかどうかをより確実に判定することができる。いずれも真であると判定されると、点光源であると判断してステップＳ１２０５に進み、いずれかが偽であると判定されると、点光源ではないと判断してそのまま処理を終了する。

このように、ステップＳ１２０３及びＳ１２０４の判定により、ラインピーク積分評価値が凹になっている点光源等の被写体の合焦点近傍（図８の凹の部分）かどうかの判定を行う。

ステップＳ１２０４でＹＥＳの場合にはステップＳ１２０５に進み、ＴＥラインピーク積分評価値のデータサイズの最大値（例えば12bitなら、111111111111(2進)=4095(10進)）から、実際のＴＥラインピーク積分評価値を引いた値を新たなＴＥラインピーク積分評価値とする。即ち、

（ＴＥラインピーク積分評価値）＝（ＴＥラインピーク積分評価値のデータサイズの最大値）−（ＴＥラインピーク積分評価値）
このようにして置き換えた後のＴＥラインピーク積分評価値を用いて、図２〜図６で説明した評価値が大きくなるような焦点調節制御を行えば、置き換え前のＴＥラインピーク積分評価値が小さくなるように焦点調節制御されることになる。図２〜図６の制御をプログラムで行う場合には、被写体に応じたプログラムの変更を最小にすることができ、ＲＯＭの節減ができる。

なお、図９のステップＳ１２０３及びステップＳ１２０４で被写体が点光源であって、合焦近辺であると判断された場合に、ＴＥラインピーク積分評価値が小さくなるように焦点調節制御するプログラムを独立に設計し、プログラムを切り替えるようにしても、本発明の動作を実現することができる。

また、図９のステップＳ１２０３及びステップＳ１２０４で被写体が点光源であって、合焦付近であると判断された場合に、ＴＥラインピーク積分評価値ＨｉがＴＥラインピーク積分評価値に対して占める比率が大きくなるように焦点調節制御するように設計し、プログラムを切り替えるようにしても、本発明の動作を実現することができる。

以上のように、ＴＥラインピーク積分評価値の内、ＡＦ枠内において、高輝度の被写体を含む水平ラインのみのＴＥラインピーク積分評価値を求め、ＡＦ枠内の全てのＴＥラインピーク積分評価値と比較することで、点光源の被写体の合焦点近傍を判定することができる。また、Ｙピーク評価値及びＭａｘ−Ｍｉｎ評価値が所定値より大きく、Ｙ積分評価値が小さいことを確認することにより、被写体が点光源であることを更に確実に判定することができる。以上のようにして点光源の合焦点近傍と判定された場合は、ＴＥラインピーク積分評価値が小さくなるように焦点調節制御することで、合焦点でＴＥラインピーク積分評価値が小さくなるような被写体にも合焦することができる。

なお本実施の形態では、水平ラインのＹピーク値によりＴＥピーク値を積分する水平ラインを選択する場合を示したが、これ以外の異なる輝度信号Ｙの条件（例えば水平ラインのＹ積分値、Ｍａｘ−Ｍｉｎ評価値等）により、評価値を積分する水平ラインを選択しても構わない。

また、上述した焦点制御のためには、全ての水平ラインのＴＥラインピーク積分評価値と所定Ｙピーク値以上の水平ラインのＴＥラインピーク積分評価値Ｈｉの比率が分かれば良いので、所定Ｙピーク値以上の水平ラインのＴＥラインピーク積分評価値と所定Ｙピーク値以下の水平ラインのＴＥラインピーク積分評価値を求める構成としても良いし、全ての水平ラインのＴＥラインピーク積分評価値と所定Ｙピーク値以下の水平ラインのＴＥラインピーク積分評価値を求める構成にしても良い。

あるいは、複数のＢＰＦの出力に基づいてそれぞれ積分評価値を求めることができるようなシステムにした場合、あるＢＰＦの出力に基づく全ての水平ラインの積分評価値と所定Ｙピーク値以上の水平ラインの積分評価値の比率に基づいて、異なるＢＰＦの積分評価値を小さくするように制御を切り替えても構わない。

また、上記実施の形態では、ラインピーク値を積分した値に基づいて焦点制御を行う場合について説明したが、ライン積分値を垂直方向に積分した値に基づいて焦点制御を行うようにしても構わない。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インターフェイス機器、カメラヘッドなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなど）に適用してもよい。

また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。ここでプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯなどが考えられる。また、ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）やＷＡＮ（ワイド・エリア・ネットワーク）などのコンピュータネットワークを、プログラムコードを供給するために用いることができる。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。

本発明の実施の形態における自動焦点調節装置をビデオカメラ等の撮像装置に搭載した場合の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるＡＦ制御の全体動作を示すフローチャートである。 図２のステップＳ７０２で行われる微小駆動動作を示すフローチャートである。 微小駆動におけるレンズ制御動作の概念を示す図である。 図２のステップＳ７０５で行われる山登り駆動動作を示すフローチャートである。 山登り駆動におけるレンズ制御動作の概念を示す図である。 画像に点光源以外の被写体が含まれている場合の合焦時及び非合焦時の画像及び各水平ラインの輝度信号のピーク値の概念を示す図である。 本発明の実施の形態における点光源被写体のＴＥラインピーク積分評価値と、ＴＥラインピーク積分評価値Ｈｉと、フォーカスレンズ位置との関係とを示す図である。 本発明の実施の形態におけるＡＦ評価値取得処理をしめすフローチャートである。 従来の通常の被写体のラインピーク積分評価値と、フォーカスレンズ位置との関係とを示す図である。 従来の点光源被写体のラインピーク積分評価値と、フォーカスレンズ位置との関係とを示す図である。 画像に含まれる被写体が点光源である場合の合焦時及び非合焦時の画像及び各水平ラインの輝度信号のピーク値の概念を示す図である。

符号の説明

１０１ フォーカスレンズ
１０２ 撮像素子
１０３ 相関二重サンプリング／ゲイン制御回路
１０４ アナログ／デジタル変換器
１０５ カメラ信号処理回路
１０６ ガンマ回路
１０７ 水平積分回路
１０８、１１６、１１７ 垂直積分回路
１０９、１１２ ラインピークホールド回路
１１０、１１３、１２６ 垂直ピークホールド回路
１１１ バンドパスフィルタ
１１４ 比較器
１１５ 切り換えスイッチ
１２３ ライン最大値ホールド回路
１２４ ライン最小値ホールド回路
１２５ 減算器
１２７ 枠生成回路
１２８ 制御マイコン
１２９ モータドライバ
１３０ レンズ駆動用モータ

Claims (13)

1. 撮像手段により被写体を撮像して出力された撮像信号から、所定の周波数成分の輝度信号を抽出するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段により抽出された輝度信号に基づいて、合焦状態を示す合焦状態評価値を求める演算手段と、
   前記合焦状態評価値が最大になるように焦点調節制御を行う焦点調節制御手段と、
   前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度に応じて前記合焦状態評価値が取り得る最大値から前記合焦状態評価値を引いた値により前記合焦状態評価値を置き換える置き換え手段とを有し、
   前記焦点調節制御手段は、前記置き換え手段により前記合焦状態評価値を置き換えた場合に、当該置き換えられた合焦状態評価値を用いて焦点調節制御を行うことを特徴とする焦点調節装置。
2. 撮像手段により被写体を撮像して出力された撮像信号から、所定の周波数成分の輝度信号を抽出するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段により抽出された輝度信号に基づいて、合焦状態を示す合焦状態評価値を求める演算手段と、
   前記合焦状態評価値が最大になるように焦点調節制御を行う第１の焦点調節制御手段と、
   前記合焦状態評価値が最小になるように焦点調節制御を行う第２の焦点調節制御手段と、
   前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度に応じて前記第１の焦点調節手段から前記第２の焦点調節制御手段に切り換わるように制御する制御手段と
   を有することを特徴とする焦点調節装置。
3. 撮像手段により被写体を撮像して出力された撮像信号から、所定の周波数成分の輝度信号を抽出するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段により抽出された輝度信号に基づいて、合焦状態を示す合焦状態評価値を求める演算手段と、
   前記合焦状態評価値が最大になるように焦点調節制御を行う第１の焦点調節制御手段と、
   所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度が高くなるように焦点調節制御を行う第２の焦点調節制御手段と、
   前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度に応じて前記第１の焦点調節制御手段から前記第２の焦点調節制御手段に切り換わるように制御する制御手段と
   を有することを特徴とする焦点調節装置。
4. 前記フィルタ手段は、高周波成分の輝度信号を抽出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の焦点調節装置。
5. 前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度が所定程度以上であるかどうかを判断する判断手段を更に有し、
   当該判断手段により所定程度以上であると判断された場合、前記置き換え手段は、前記合焦状態評価値が取り得る最大値から前記合焦状態評価値を引いた値により前記合焦状態評価値を置き換えることを特徴とする請求項１に記載の焦点調節装置。
6. 前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度が所定程度以上であるかどうかを判断する判断手段を更に有し、
   当該判断手段により所定程度以上であると判断された場合、前記制御手段は、前記切り換えを行うことを特徴とする請求項２または３に記載の焦点調節装置。
7. 前記撮像手段から出力された撮像信号に基づいて、前記撮像手段により撮像された画像の明るさを示す第１の評価値を算出する第１の算出手段と、
   前記撮像手段から出力された撮像信号の内、各水平ラインの最も明るい信号と最も暗い信号の差の最大値を示す第２の評価値を算出する第２の算出手段と、
   前記撮像手段から出力された撮像信号の内、画像内で最も明るい信号を示す第３の評価値を検出する検出手段と、
   の内、少なくともいずれかを更に含み、
   前記判断手段は、前記第１の評価値が予め設定された値よりも低いか、前記第２の評価値が予め設定された値よりも大きいか、及び前記第３の評価値が予め設定された値よりも大きいかを更に判断し、いずれか１つでも条件を満たさない場合に、所定程度以上ではないと判断することを特徴とする請求項５または６に記載の焦点調節装置。
8. 前記演算手段は、前記フィルタ手段により抽出された輝度信号の内、各水平ライン毎に最大の輝度信号を求め、求めた全ての水平ラインの最大の輝度信号を積分し、積分した値を前記合焦状態評価値とすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の焦点調節装置。
9. 撮像手段により被写体を撮像して出力された撮像信号から、所定の周波数成分の輝度信号を抽出するフィルタステップと、
   前記フィルタステップにおいて抽出された輝度信号に基づいて、合焦状態を示す合焦状態評価値を求める演算ステップと、
   前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度に応じて前記合焦状態評価値が取り得る最大値から前記合焦状態評価値を引いた値により前記合焦状態評価値を置き換える置き換えステップと、
   前記合焦状態評価値が最大になるように焦点調節制御を行う焦点調節制御ステップとを有し、
   前記焦点調節制御ステップでは、前記置き換えステップで前記合焦状態評価値を置き換えた場合に、当該置き換えられた合焦状態評価値を用いて焦点調節制御を行うことを特徴とする焦点調節方法。
10. 撮像手段により被写体を撮像して出力された撮像信号から、所定の周波数成分の輝度信号を抽出するフィルタステップと、
    前記フィルタステップにおいて抽出された輝度信号に基づいて、合焦状態を示す合焦状態評価値を求める演算ステップと、
    前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度に応じて、前記合焦状態評価値が最大になるように焦点調節制御を行う第１の焦点調節制御と、前記合焦状態評価値が最小になるように焦点調節制御を行う第２の焦点調節制御とを切り換えるステップと
    を有することを特徴とする焦点調節方法。
11. 撮像手段により被写体を撮像して出力された撮像信号から、所定の周波数成分の輝度信号を抽出するフィルタステップと、
    前記フィルタステップにおいて抽出された輝度信号に基づいて、合焦状態を示す合焦状態評価値を求める演算ステップと、
    前記合焦状態評価値の内、所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度に応じて前記合焦状態評価値が最大になるように焦点調節制御を行う第１の焦点調節制御から所定輝度以上の輝度信号が寄与する程度が高くなるように焦点調節制御を行う第２の焦点調節制御に切り換わるように制御する制御ステップと
    を有することを特徴とする焦点調節方法。
12. 請求項９乃至１１のいずれかに記載の焦点調節方法を実現するためのプログラムコードを有することを特徴とする情報処理装置が実行可能なプログラム。
13. 請求項１２に記載のプログラムを記憶したことを特徴とする情報処理装置が読み取り可能な記憶媒体。

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