JP2006267261A - Automatic focusing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ビデオカメラ等の電子撮像装置に適用するオートフォーカス装置に関する。 The present invention relates to an autofocus device applied to an electronic imaging device such as a video camera.
近年、一般に普及しているビデオカメラ等の電子撮像装置には、被写体にレンズを向けると自動的に焦点が合うオートフォーカス制御機能が設けられている。 2. Description of the Related Art In recent years, an electronic imaging device such as a video camera that has been widely used is provided with an autofocus control function that automatically focuses when a lens is directed toward a subject.
オートフォーカス制御を行うための方法の1つとして山登り制御がある。山登り制御とは、撮像素子で得た輝度信号のうち、隣接するフレーム間で輝度値の変化の激しい高周波成分を抽出し、その成分から求められるフォーカス評価値が最大になるようにフォーカスレンズの位置を調整することをいう。フォーカス評価値とは、抽出された輝度値の高周波成分の振幅が検波されてデシタル信号に変換され、1フイールド分、あるいは1フレーム分というように、一定期間にわたり積算処理されることにより得られる値である。このようにして得られたフォーカス評価値は、被写体の合焦状態を表わすと考えられる。それは、輝度値の高周波成分は画像の変化の激しいところを反映したものであり被写体の輪郭部分であるエッジも当然含んでいると考えられるためである。この高周波成分から得られるフォーカス評価値が最も高い場合、レンズの焦点が正しく合って被写体の輪郭部分であるエッジがはっきりと形成される。一方、焦点のずれが大きくなるほど、フォーカス評価値は下がり、像のエッジは尖鋭度を欠き輪郭がぼけてくる。したがって、映像の輝度信号に含まれる高周波成分のフォーカス評価値の変化を調べることにより、合焦状態に近づきつつあるか、あるいは合焦状態から遠ざかりつつあるかを知ることができる。 One method for performing autofocus control is hill climbing control. The hill-climbing control is the extraction of the high-frequency component whose luminance value changes drastically between adjacent frames from the luminance signal obtained by the image sensor, and the position of the focus lens so that the focus evaluation value obtained from that component is maximized. Means to adjust. The focus evaluation value is a value obtained by detecting the amplitude of the high-frequency component of the extracted luminance value and converting it to a digital signal, and integrating it over a certain period, such as one field or one frame. It is. The focus evaluation value obtained in this way is considered to represent the focused state of the subject. This is because the high-frequency component of the luminance value reflects a place where the image changes drastically, and it is considered that the edge which is the contour portion of the subject is naturally included. When the focus evaluation value obtained from this high-frequency component is the highest, the lens is correctly focused and the edge that is the contour portion of the subject is clearly formed. On the other hand, as the focus shift increases, the focus evaluation value decreases, and the edge of the image lacks sharpness and the outline becomes blurred. Therefore, by examining the change in the focus evaluation value of the high-frequency component contained in the video luminance signal, it is possible to know whether the focus state is approaching or is moving away from the focus state.
従来のオートフォーカス機能付き撮像装置を図3に示す。従来のオートフォーカス機能付き撮像装置100では、まず、ユーザにより撮影が行われることにより、被写体光がレンズ200から入射され、CCD300で電気信号に変換される。変換された電気信号のうち、輝度信号(Y)が信号処理部400で抽出されてオートフォーカス装置500のオートフォーカスエリア抽出部501に送信され、オートフォーカスエリア設定部502によりあらかじめ設定された撮像画面内のオートフォーカスエリアに該当する輝度信号(Y)のみがバンドパスフィルタ503に送信される。バンドパスフィルタ503では、受信した輝度信号(Y)からあらかじめ設定された値以上の高周波成分のみが抽出され、フォーカス評価値作成部504でフォーカス評価値が作成される。作成されたフォーカス評価値の、フレームごとの最大値がフォーカス評価値最大値判定部505で判定され、レンズ駆動制御部600に送信される。レンズ駆動制御部600では、受信したフォーカス評価値が最大になるようにレンズ位置の駆動制御が行われる。以上の処理により、焦点が合った画像を得ることができる。
A conventional imaging device with an autofocus function is shown in FIG. In the conventional imaging apparatus 100 with an autofocus function, first, a subject is photographed so that subject light is incident from the
この従来の装置を応用したオートフォーカス装置が、特許文献1に記載されている。
しかし、このオートフォーカス機能付き撮像装置100では、オートフォーカスエリア内に被写体以外の高周波成分があった場合、この高周波帯域部分に焦点が合ってしまい、所望の被写体に合焦した画像を得ることができないという問題があった。 However, in this imaging apparatus 100 with an autofocus function, when a high-frequency component other than the subject is present in the autofocus area, the high-frequency band portion is focused and an image focused on the desired subject can be obtained. There was a problem that I could not.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、撮影した画像の中の、対象とする被写体に対してオートフォーカス処理が行われるオートフォーカス装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an autofocus device in which an autofocus process is performed on a target subject in a captured image.
上記目的を達成するための本発明のオートフォーカス装置は、被写体光がレンズ系により結像され、この結像された被写体光が撮像素子により光電変換された画像信号の輝度信号のうち、所定のフォーカスエリア内の輝度信号の高周波成分を抽出し、この高周波成分に応じてフォーカス評価値が最大になるようにレンズ系の位置を合焦位置に移動調整するようにしたものであり、光電変換された画像信号の画素から、予め設定された色の範囲内である画素を検出する検出部と、フォーカスエリア内の全ての画素の輝度信号を抽出する第1抽出部と、フォーカスエリア内にあり、かつ検出部において検出された画素の輝度信号のみを抽出する第2抽出部と、第1抽出部で抽出された輝度信号の高域成分を第1フォーカスデータとして抽出する第1フィルタと、第2抽出部で抽出された輝度信号の高域成分を第2フォーカスデータとして抽出する第2フィルタと、第1及び第2フォーカスデータが供給され、第2フォーカスデータが予め設定された閾値よりも高いときのみ第2フォーカスデータを選定する選定部と、選定された第1フォーカスデータまたは第2フォーカスデータから、フォーカス評価値を作成するフォーカス評価値作成部とを備え、レンズ系の位置を移動調整するようにしたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an autofocus device of the present invention forms an image of subject light by a lens system and outputs a predetermined signal out of luminance signals of an image signal obtained by photoelectrically converting the imaged subject light by an image sensor. The high-frequency component of the luminance signal in the focus area is extracted, and the position of the lens system is moved and adjusted to the focus position so that the focus evaluation value is maximized according to this high-frequency component. A detection unit that detects pixels within a preset color range from the pixels of the image signal, a first extraction unit that extracts luminance signals of all pixels in the focus area, and the focus area. And a second extraction unit that extracts only the luminance signal of the pixel detected by the detection unit, and a high-frequency component of the luminance signal extracted by the first extraction unit is extracted as the first focus data. A filter, a second filter for extracting a high frequency component of the luminance signal extracted by the second extraction unit as second focus data, and first and second focus data are supplied, and the second focus data is preset. A position of a lens system, comprising: a selection unit that selects second focus data only when higher than a threshold; and a focus evaluation value generation unit that generates a focus evaluation value from the selected first focus data or second focus data. It is characterized in that the movement is adjusted.
第1オートフォーカスデータを作成するために特定する色差信号のレベルの範囲とは被写体を特定するためのものであり、例えば人物であれば肌色のレベルの範囲を設定する。 The level range of the color difference signal specified for creating the first autofocus data is for specifying the subject. For example, in the case of a person, the range of the skin color level is set.
本発明のオートフォーカス装置によれば、撮影した画像の中から、色差信号レベルを利用して対象とする被写体を抽出してオートフォーカス処理が行われるため、所望の被写体に合焦した画像を得ることができる。 According to the autofocus device of the present invention, since the subject to be extracted is extracted from the photographed image using the color difference signal level and the autofocus process is performed, an image focused on the desired subject is obtained. be able to.
本発明のオートフォーカス装置をオートフォーカス機能付き撮像装置1に適用した一実施形態を、図1を用いて説明する。
An embodiment in which the autofocus device of the present invention is applied to an
本実施形態のオートフォーカス機能付き撮像装置1は、レンズ2と、CCD3(Charge-Coupled Devices)と、信号処理部4と、オートフォーカス装置5と、レンズ駆動制御部6とを備える。
The
レンズ2は、撮像光を入射する。CCD3は、レンズ2から入射された撮像光を電気信号に変換する。信号処理部4は、CCD3で変換された電気信号を輝度信号(Y)と色差信号(R−Y、B−Y)とに分離し、それぞれオートフォーカス装置5に送信する。
The
オートフォーカス装置5は、被写体検出範囲設定部51と、色差信号比較部52と、スイッチ53と、直流信号生成部55と、オートフォーカスエリア設定部57と、第1オートフォーカスエリア抽出部58と、第2オートフォーカスエリア抽出部59と、第1バンドパスフィルタ60と、第2バンドパスフィルタ61と、オートフォーカスデータ選定部62と、フォーカス評価値作成部63と、フォーカス評価値最大値判定部64とを有する。
The
被写体検出範囲設定部51は、予めユーザにより入力された被写体を検出するための色差信号の領域である被写体検出範囲を保持する。この被写体検出範囲は、例えば人物の顔に焦点を合わせるのであれば肌色に設定する。
The subject detection
色差信号比較部52は、信号処理部4から受信した色差信号(R−Y、B−Y)と、被写体検出範囲設定部51から受信した被写体検出範囲の肌色検出レベルとを比較し、色差信号(R−Y、B−Y)が被写体検出範囲内であるかどうかを判定する。判定後、色差信号比較部52はその判定結果をスイッチ53に送信する。
The color difference
スイッチ53は、色差信号比較部52での比較の結果、色差信号が被写体検出範囲内であれば信号処理部4から送信される輝度信号(Y)側に切り替え、第1オートフォーカスエリア抽出部58に輝度信号(Y)を送信させる。また色差信号が被写体検出範囲外であれば直流信号生成部55側に切り替え、第1オートフォーカスエリア抽出部58に直流信号生成部55で生成された固定信号を送信させることにより、被写体検出範囲外の輝度信号(Y)を遮断する。
The
オートフォーカスエリア設定部57は、予めユーザにより入力されオートフォーカス処理を行う撮影画面内の範囲であるオートフォーカスエリアを示すデータを保持し、このデータを必要に応じて第1オートフォーカスエリア抽出部58および第2オートフォーカスエリア抽出部61に送信する。
The autofocus
第1オートフォーカスエリア抽出部58は、被写体検出範囲内の輝度信号(Y)または直流信号生成部55からの固定信号を受信し、オートフォーカスエリア設定部57から受信したオートフォーカスエリアに該当する被写体検出範囲内の輝度信号(Y)を抽出する。
The first autofocus
第2オートフォーカスエリア抽出部59は、信号処理部4から送信される全ての輝度信号(Y)を受信し、オートフォーカスエリア設定部57から受信したオートフォーカスエリアに該当する輝度信号(Y)を抽出する。
The second autofocus
第1バンドパスフィルタ60は、受信した被写体検出範囲内の輝度信号(Y)からさらに高周波成分のみを抽出し、抽出した信号を第1オートフォーカスデータとして作成しオートフォーカスデータ選定部62に送信する。
The first
第2バンドパスフィルタ61は、受信した輝度信号(Y)からさらに高周波成分のみを抽出し、抽出した信号を第2オートフォーカスデータとして作成しオートフォーカスデータ選定部62に送信する。
The second band pass filter 61 extracts only a high frequency component from the received luminance signal (Y), creates the extracted signal as second autofocus data, and transmits it to the autofocus
オートフォーカスデータ選定部62は、予めユーザにより入力された閾値を保持し、この閾値を基に第1オートフォーカスデータと第2オートフォーカスデータとのうちいずれか一方を選定する。
The autofocus
フォーカス評価値作成部63は、オートフォーカスデータ選定部62にて選定されたオートフォーカスデータからフォーカス評価値を作成する。
The focus evaluation
フォーカス評価値最大値判定部64は、フォーカス評価値作成部63で作成されたフォーカス評価値からフレームごとに最大値を判定する。
The focus evaluation value maximum
レンズ駆動制御部6は、フォーカス評価値最大値判定部64で判定されたフォーカス評価値が最大になるようにレンズ2の位置を駆動制御する。
The lens
次に、本実施形態の動作について図2のフローチャートを参照して説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
まず、ユーザにより撮影が行われることにより、撮像光がレンズ2から入射される(S1)。入射された撮像光は1フレームを構成する画素ごとにCCD3で電気信号に変換され、変換された電気信号が信号処理部4で輝度信号(Y)と色差信号(R−Y、B−Y)とに分離される(S2)。分解された電気信号のうちの色差信号(R−Y、B−Y)はオートフォーカス装置5の色差信号比較部52に送信され、被写体検出範囲設定部51から送信される被写体検出範囲の肌色検出レベルと比較される。比較されることにより、色差信号が被写体検出範囲内であるか否かが判定される(S3)。
First, imaging is performed by the user, and imaging light is incident from the lens 2 (S1). The incident imaging light is converted into an electric signal by the
判定の結果はスイッチ53に送信され、スイッチ53は受信した色差信号(R−Y、B−Y)が被写体検出範囲内であれば信号処理部4から送信される輝度信号(Y)側の端子54に接続され、被写体検出範囲内の輝度信号(Y)が第1オートフォーカスエリア抽出部58に送信される(S4)。また、色差信号(R−Y、B−Y)が被写体検出範囲外であれば直流信号生成部55側の端子56に切り替えられて接続され、直流信号生成部55からの固定信号が第1オートフォーカスエリア抽出部58に送信されることにより被写体検出範囲外の輝度信号(Y)が遮断される(S5)。
The result of the determination is transmitted to the
第1オートフォーカスエリア抽出部58にて被写体検出範囲内の輝度信号(Y)が受信された場合、オートフォーカスエリア設定部57により設定された撮像画面内のオートフォーカスエリアに該当する輝度信号(Y)のみが第1バンドパスフィルタ60に送信される(S6)。第1バンドパスフィルタ60では、受信した輝度信号(Y)から予め設定された値以上の高周波成分のみが抽出され、抽出された信号が第1オートフォーカスデータとしてオートフォーカスデータ選定部62に送信される(S7)。
When the luminance signal (Y) within the subject detection range is received by the first autofocus
一方、第2オートフォーカスエリア抽出部59では信号処理部4から送信される全ての輝度信号(Y)が受信され(S8)、オートフォーカスエリア設定部57により設定された撮像画面内のオートフォーカスエリアに該当する輝度信号(Y)のみが第2バンドパスフィルタ61に送信される(S9)。第2バンドパスフィルタ61では、受信した輝度信号(Y)から予め設定された値以上の高周波成分のみが抽出され、抽出された信号が第2オートフォーカスデータとしてオートフォーカスデータ選定部62に送信される(S10)。
On the other hand, the second autofocus
オートフォーカスデータ選定部62では、色差信号(R−Y、B−Y)が被写体検出範囲内であったかどうかにより第1オートフォーカスデータが作成されているかどうか判定される(S11)。色差信号(R−Y、B−Y)が被写体検出範囲内であり第1オートフォーカスデータが作成されている場合は、保持している閾値と第1オートフォーカスデータの輝度レベルとが比較されることにより、第1オートフォーカスデータと第2オートフォーカスデータとから一方が選定される(S12)。このとき、撮影開始時など第1オートフォーカスデータが被写体として確定される閾値より低いときは第2オートフォーカスデータが選定され、閾値より高くなり被写体として確定されたときは第1オートフォーカスデータが選定される。選定されたオートフォーカスデータはフォーカス評価値作成部に送信される。一方、色差信号(R−Y、B−Y)が被写体検出範囲外であり第1オートフォーカスデータが作成されなかったと判定されたときは、第2オートフォーカスデータがフォーカス評価値作成部に送信される(S13)。
The autofocus
選定された第1オートフォーカスデータまたは第2オートフォーカスデータから、フォーカス評価値がフォーカス評価値作成部63で作成される(S14)。作成されたフォーカス評価値の、フレームごとの最大値がフォーカス評価値最大値判定部64で判定され(S15)、レンズ駆動制御部6に送信される。レンズ駆動制御部6では、受信したフォーカス評価値が最大となるようにレンズ2の位置が駆動制御されることにより(S16)、合焦状態になる。
A focus evaluation
以上の処理により、山登り方式のオートフォーカス装置において、肌色検出エリアの肌色が閾値より低いときはフォーカスエリア全体の輝度信号から得られた評価値でオートフォーカス処理を行い、肌色検出エリアの肌色が閾値より高いときはフォーカスエリア内であり且つ閾値より高い部分(肌色部分のみ)の輝度信号から得られた評価値でオートフォーカス処理を行うため、高い精度で所望の被写体に合焦した画像を得ることができる。 With the above processing, in the hill-climbing autofocus device, when the skin color of the skin color detection area is lower than the threshold value, the auto focus process is performed with the evaluation value obtained from the luminance signal of the entire focus area, and the skin color of the skin color detection area is set to the threshold value. When it is higher, autofocus processing is performed with the evaluation value obtained from the luminance signal in the focus area and higher than the threshold (only the flesh color part), so an image focused on the desired subject can be obtained with high accuracy Can do.
1 オートフォーカス機能付き撮像装置
2 レンズ
3 CCD
4 信号処理部
5 オートフォーカス装置
6 レンズ駆動制御部
51 被写体検出範囲設定部
52 色差信号比較部
53 スイッチ
54 CCDから送信される輝度信号側の端子
55 直流信号生成部
56 直流信号生成部側の端子
57 オートフォーカスエリア設定部
58 第1オートフォーカスエリア抽出部
59 第2オートフォーカスエリア抽出部
60 第1バンドパスフィルタ
61 第2バンドパスフィルタ
62 オートフォーカスデータ選定部
63 フォーカス評価値作成部
64 フォーカス評価値最大値判定部
1 Imaging device with
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記光電変換された画像信号の画素から、予め設定された色の範囲内である画素を検出する検出部と、
前記フォーカスエリア内の全ての画素の輝度信号を抽出する第1抽出部と、
前記フォーカスエリア内にあり、かつ前記検出部において検出された画素の輝度信号のみを抽出する第2抽出部と、
前記第1抽出部で抽出された輝度信号の高域成分を第1フォーカスデータとして抽出する第1フィルタと、
前記第2抽出部で抽出された輝度信号の高域成分を第2フォーカスデータとして抽出する第2フィルタと、
前記第1及び第2フォーカスデータが供給され、前記第2フォーカスデータが予め設定された閾値よりも高いときのみ前記第2フォーカスデータを選定する選定部と、
前記選定された第1フォーカスデータまたは前記第2フォーカスデータから、前記フォーカス評価値を作成するフォーカス評価値作成部と、
を備え、前記レンズ系の位置を移動調整するようにしたことを特徴とするオートフォーカス装置。
The subject light is imaged by the lens system, and the high-frequency component of the luminance signal in a predetermined focus area is extracted from the luminance signal of the image signal obtained by photoelectrically converting the imaged subject light by the image sensor. In the autofocus device that adjusts the position of the lens system to the in-focus position so that the focus evaluation value is maximized according to the component,
A detection unit for detecting a pixel within a preset color range from pixels of the photoelectrically converted image signal;
A first extraction unit for extracting luminance signals of all pixels in the focus area;
A second extraction unit that extracts only a luminance signal of a pixel within the focus area and detected by the detection unit;
A first filter that extracts, as first focus data, a high frequency component of the luminance signal extracted by the first extraction unit;
A second filter for extracting a high frequency component of the luminance signal extracted by the second extraction unit as second focus data;
A selection unit that selects the second focus data only when the first and second focus data are supplied and the second focus data is higher than a preset threshold;
A focus evaluation value creating unit that creates the focus evaluation value from the selected first focus data or the second focus data;
An autofocus device characterized in that the position of the lens system is moved and adjusted.
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