JP2006337855A

JP2006337855A - 撮像装置のオートフォーカス制御装置

Info

Publication number: JP2006337855A
Application number: JP2005164513A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Izumi; 弘幸泉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】良好なディジタルフィルタの出力を得るとともに、より確実なオートフォーカスの制御が可能な撮像装置のオートフォーカス制御装置を提供する。
【解決手段】撮像部１から入力された映像信号から輝度データに映像信号処理部２で変換処理し、ディジタルフィルタ部３Ａで抽出した周波成分データから検波部３Ｂで変換した検波出力レベル及び輝度平均値算出部３Ｃで算出した輝度平均値に応じて、記憶装置６から最適なディジタルフィルタの特性をもつコンフィグレーションデータを検出し、ディジタルフィルタ部３Ａの構成を動的再構成デバイスで変更することにより、最適化されたディジタルフィルタ部３Ａの出力に応じて、オートフォーカスレンズＬを合焦点に移動制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、監視カメラなどに用いる撮像装置に係り、特に撮像装置に搭載するオートフォーカス制御装置に関するものである。

撮像装置により得られる映像信号は、ボケがなく合焦点の状態では高周波成分が最大値となる。そこで、この原理を利用した撮像装置のオートフォーカス制御装置が知られている。この撮像装置のオートフォーカス制御装置は、映像信号から変換した輝度データを、帯域の異なる２種類のバンドパスフィルタ特性を有するディジタルフィルタによって、個々に分離するとともに、それぞれの分離出力から最適な検波出力レベルを選択して、オートフォーカス制御を行っている。これにより、確実なオートフォーカス制御を可能にしている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

ところで、撮像装置の映像信号の状態は多種多様であるため、このような撮像装置のオートフォーカス制御装置にあっては、バンドパスフィルタを構成するディジタルフィルタを複数搭載し、映像の状況に応じて最適なディジタルフィルタを選択し、所望のバンドパスフィルタ特性に近づける方法も考案されている。
特開平６−２４５１２６号公報（第３頁、図１）特開平５−６４０５７号公報（第５頁、図１）

従来の撮像装置のオートフォーカス制御装置において、多種多様な映像信号の状態に応じて、周波数成分のデータをより正確に算出するためには、バンドパスフィルタを構成するディジタルフィルタの種類を増やした方が有利になる。ところが、ディジタルフィルタの種類を増やすと、ディジタルフィルタを構成する回路の規模が増加し、コストがかさむため、複数のディジタルフィルタを搭載することは困難であった。

また、このオートフォーカス制御装置において、例えば高輝度の輝度レベルに対応したディジタルフィルタと、低輝度の輝度レベルに対応したディジタルフィルタとの２種類のディジタルフィルタが備えられている場合、映像信号の輝度レベルが高輝度のときには、高輝度に対応したディジタルフィルタの検波出力レベルしか使わない。このため、低輝度に対応したディジタルフィルタを動作するための消費電力が無駄になってしまうなどの問題を生じていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、撮像した映像信号の状態に応じて良好なディジタルフィルタの出力が得られ、延いては確実なオートフォーカスの制御が可能になる撮像装置の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。

本発明の撮像装置のオートフォーカス制御装置は、映像信号から輝度を算出処理する映像信号処理部と、前記映像信号処理部の輝度から周波数成分を抽出するためのディジタルフィルタを、動的再構成デバイスで構成するディジタルフィルタ部と、前記ディジタルフィルタ部で抽出した周波数成分データから検波出力レベルを検出する検波部と、前記映像信号処理部で算出の輝度の平均値を算出する輝度平均値算出部と、前記ディジタルフィルタ特性を決めるコンフィグレーションデータを格納する記憶装置と、前記検波部の検波出力レベル及び前記輝度平均値算出部の輝度平均値に応じて、最適なディジタルフィルタ特性を決めるコンフィグレーションデータを前記記憶装置から検出する主制御部と、前記検波部の検波出力レベルに応じてフォーカスレンズを制御するフォーカスレンズ制御部とを備え、前記主制御部は、前記検波出力レベル及び前記輝度平均値に応じて、前記記憶装置から最適なディジタルフィルタのコンフィグレーションデータを検出し、前記ディジタルフィルタ部を前記動的再構成デバイスで再構成するとともに、最適化された前記ディジタルフィルタ部の出力に応じて、前記フォーカスレンズ制御部を制御し、フォーカスレンズを合焦点に移動制御することを特徴としている。この構成により、撮像装置が撮像した映像信号の状態に応じて、最適なディジタルフィルタの特性を検出し、その特性に応じたディジタルフィルタを動的再構成デバイスで再構成することにより、良好なディジタルフィルタの出力が得られ、さらに確実なオートフォーカス制御が可能になる。

また、本発明の撮像装置のオートフォーカス制御装置は、前記撮像装置と接続する遠隔装置を備えるとともに、前記主制御部は、前記ディジタルフィルタに最適なディジタルフィルタ特性を算出できなかった場合に前記遠隔装置に最適なディジタルフィルタのコンフィグレーションを要求する手段を備え、かつ、前記遠隔装置は、前記撮像装置から送信される前記検波出力レベル及び前記輝度平均値により、最適なディジタルフィルタのコンフィグレーションのデータを検出し前記撮像装置へ送信する手段を備えることを特徴としている。

また、本発明の撮像装置のオートフォーカス制御装置は、前記撮像装置が、前記輝度平均値から動き情報を検出する動き検出部を備え、前記動き検出部で動きが検出されたときに前記オートフォーカスレンズの制御を停止することを特徴としている。

本発明によれば、映像信号からディジタルフィルタを経て検波された検波出力レベル及び輝度平均値に応じて、最適なディジタルフィルタ特性のコンフィグレーションデータを検出することができ、例えば１クロック期間などの短時間でその論理を再構成することができるデバイス(動的再構成デバイス)でディジタルフィルタの特性を切り換えるようにすることで、良好なディジタルフィルタの出力を得ることができるようになるとともに、より確実なオートフォーカス制御が可能になるという効果を有する撮像装置のオートフォーカス制御装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明のオートフォーカス制御装置を備えた監視カメラなどの撮像装置１０を示すものであり、この撮像装置１０は、撮像部１と、映像信号処理部２と、デジタルフィルタ部３Ａと、検波部３Ｂと、輝度平均値算出部３Ｃと、動き検出部３Ｄと、主制御４と、フォーカスレンズ制御部５と、記憶装置６と、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）部７とを備えており、この通信インターフェース部７を介して外部に設けた遠隔装置８により、撮像装置１０を遠隔操作するように構成されている。

撮像部１は、撮影した画像を映像信号に変換するＣＣＤ(電荷結合素子)などを備えており、出力が映像信号処理部２の入力に接続されている。

映像信号処理部２は、撮像手段１のＣＣＤによる映像信号から輝度データへの変換処理を行い、この輝度データが奇数ラインであるか偶数ラインであるかを判別するためのフラグをライン判定フラグとして生成するものであり、出力が、それぞれ、デジタルフィルタ部３Ａの入力と、輝度平均値算出部３Ｃの入力と、主制御部４の入力に接続されている。

ディジタルフィルタ部３Ａは、映像信号処理部２の輝度データから特定の周波数成分を抽出するためのバンドパスフィルタを「動的再構成（ダイナミック・リコンフィギュラブル）デバイス」で構成するものであり、入力が主制御部４の出力に接続されているとともに、出力が検波部３Ｂの入力に接続されている。

検波部３Ｂは、ディジタルフィルタ部３Ａで抽出した周波数成分データから１ライン中のピーク値を検出し、サンプリングされたライン数の分、加算平均値を求め、検波出力レベルデータとして出力するものであり、入力がディジタルフィルタ部３Ａの出力に接続されているとともに、入力が主制御部４の入力に接続されている。

輝度平均値算出部３Ｃは、映像信号処理部２の輝度データから輝度平均値を算出するものであり、入力が映像信号処理部２の出力及び動き検出部３Ｄの入力に接続されている。

動き検出部３Ｄは、輝度平均値算出部３Ｃの輝度平均値から画面全体の動きを検出するものであり、入力が輝度平均値算出部３Ｃの出力に接続されているとともに、出力が主制御部４の入力に接続されている。

主制御部４は、輝度平均値算出部３Ｃの輝度データ及び検波部３Ｂの検波出力レベルデータを参照してディジタルフィルタ部３Ａのバンドパスフィルタの特性を判定し、その特性に応じたコンフィグレーションデータを記憶装置６から検出したり、検波部３Ｂの検波出力レベルデータに応じてフォーカスレンズ制御部５を経たフォーカスレンズの位置調整を行ったりする。このため、主制御部４は、入力が映像信号処理部２の出力、検波部３Ｂの出力、輝度平均値算出部３Ｃの出力、動き検出部３Ｄの出力にそれぞれ接続されているとともに、出力がフォーカスレンズ制御部５の入力に接続されている。

フォーカスレンズ制御部５は、検波出力レベルデータに基づいてフォーカスレンズＬの移動動作を制御するものであり、入力が主制御部４の出力に接続されている。

記憶装置６には、数フレーム分の輝度平均値、検波出力レベルデータ、動きデータ、及び動的再構成デバイスを書き換えるためのコンフィグレーションデータなどを保存するための記憶媒体(メモリ、ハードディスク、メモリカードなど)が搭載されており、主制御４に接続されている。

通信インターフェース部７は、無線やＬＡＮなどのネットワークを介して遠隔装置８との通信手段を備えており、主制御部４に接続されている。

遠隔装置８は、撮像装置１０の記憶装置６に保存されていない多種多用のバンドパスフィルタ特性をもつコンフィグデータがデータベースとして格納されているデータベース部８Ａを有しているとともに、撮像装置１０から得た輝度平均値及び検波出力レベルデータに応じて、最適なバンドパスフィルタの特性をもつコンフィグデータをデータベース部８Ａから検出し、撮像装置１０へ送信するための手段も有している。

次に、ディジタルフィルタ部３Ａについて、詳細に説明する。
このディジタルフィルタ部３Ａは、動的再構成デバイスで構成されており、動作中に論理の書き換えが可能である。また、この「動的再構成デバイス」には、論理を実現する論理ブロックと、論理を構成するためのコンフィグレーションデータ(以下、「コンフィグデータ」と略す)を格納するコンフィグデータ格納メモリ(以下、「コンフィグメモリ」３１と略す)が搭載されており、コンフィグメモリ３１に格納されたコンフィグデータを論理ブロックにロードすることにより、論理の動的再構成を実現する。さらに、この動的再構成デバイスは、ディジタルフィルタを構成する回路又はディジタルフィルタ部３Ａの動作中に、１クロック期間内で論理の再構成を行うことが可能である。

以上のように構成された本実施形態のオートフォーカス制御装置を備える撮像装置１０をコントロールする主制御部４の処理フローについて、図１〜図３を用いて説明する。
（１）１フレーム分の輝度データに対して、輝度平均算出部３Ｃで輝度平均値を算出し、１フレーム前の輝度平均値と今のフレームの輝度平均値との比較を行い、さらに動き検出部３Ｄで、画面全体の動きデータを検出する（第１ステップＳ１）。

（２）次に、画面全体に動きが検出されているか否かを、第１ステップＳ１の動きデータで判定する(第２ステップＳ２)。ここで、動きが検出された場合には、オートフォーカス制御が正しく行われないため、主制御部４は、オートフォーカス制御を一旦停止させる（第３ステップＳ３）。

（３）一方、第２ステップＳ２で動きが検出されなかった場合には、初めに、ユーザによって設定された高輝度判定しきい値で、第１ステップＳ１の輝度平均値が高輝度であるかを判定する(第４ステップＳ４)。
（４）第４ステップＳ４で、輝度平均値算出部３Ｃの輝度平均値が高輝度と判定された場合には、高輝度に対応した高周波成分を抽出するためのバンドパスフィルタ特性(４ＭＨｚ〜１ＭＨｚ通過)及び低周波成分を抽出するためのバンドパスフィルタ特性(４ＭＨｚ〜３００ｋＨｚ通過)を構成するコンフィグデータを記憶装置６から読出し、ＲＡＭ４Ａへ一時的に保存する(第５ステップＳ５)。

（５）一方、第４ステップＳ４で輝度平均値算出部３Ｃの輝度平均値が低輝度と判定された場合には、低輝度に対応した高周波成分を抽出するためのバンドパスフィルタ特性(２ＭＨｚ〜１ＭＨｚ通過)及び低周波成分を抽出するためのバンドパスフィルタ特性(１ＭＨｚ〜１００ｋＨｚ通過)を構成するコンフィグデータを記憶装置６から読み出し、ＲＡＭ４Ａへ一時的に保存する(第６ステップＳ６)。
（６）次に、主制御部４は、映像信号処理部２からのライン判定フラグにより、輝度データが奇数ラインであるか偶数ラインであるかを判定する（第７ステップＳ７）。そして、主制御部４が、この第７ステップＳ７で、奇数ラインの輝度データであると判定した場合には、第４ステップＳ４の結果に応じて保存されたＲＡＭ４Ａから、高周波成分を抽出するためのバンドパスフィルタ特性(高輝度：４ＭＨｚ〜１ＭＨｚ、低輝度：２ＭＨｚ〜１ＭＨｚ)のコンフィグデータを読み出し、ディジタルフィルタ部３Ａのコンフィグメモリ３１に格納する。これにより、ディジタルフィルタ部３Ａは、高周波成分を抽出するためのバンドパスフィルタ特性を動的再構成デバイスで構成することができ、輝度データから高周波成分データを抽出する（第８ステップＳ８）。
（７）次に、第８ステップＳ８で抽出した高周波成分データから１ライン中のピーク値を検出し、サンプリングされたライン数の分、加算平均値を求め、高周波検波出力レベルとして出力する。この高周波検波出力レベルは、フォーカスレンズＬの位置によって、図３の高周波検波出力レベル特性αに示すような急峻な特性を持つ変化が現れる。この急峻な特性は、被写体とのニアピン時に偏重しやすく、フォーカス精度を向上できる（第９ステップＳ９）。

（８）一方、第７ステップＳ７で偶数ラインの輝度データであると判定された場合には、第４ステップＳ４の結果に応じて保存されたＲＡＭ４Ａから、低周波成分を抽出するためのバンドパスフィルタ特性(高輝度：２ＭＨｚ〜３００ｋＨｚ、低輝度：１ＭＨｚ〜１００ｋＨｚ)のコンフィグデータを読み出し、ディジタルフィルタ部３Ａのコンフィグメモリ３１に格納する。これにより、ディジタルフィルタ部３Ａは、低周波成分を抽出するためのバンドパスフィルタ特性を動的再構成デバイスで構成することができ、輝度データから低周波成分データを抽出する（第１０ステップＳ１０）。
（９）そして、第１０ステップＳ１０で抽出した低周波成分データから１ライン中のピーク値を検出し、サンプリングされたライン数の分、加算平均値を求め、低周波検波出力レベルとして出力する。この低周波検波出力レベルは、フォーカスレンズＬの位置によって、図３の低周波検波出力レベル特性βに示すように、緩やかな特性を持つ変化が現われる。この緩やかな特性は、比較的高周波成分の少ない映像でも、合焦点の方向が判定できる（第１１ステップＳ１１）。

（１０）次に、主制御部４は、第９ステップＳ９で生成した高周波検波出力レベルに応じて、オートフォーカス制御部５を経てフォーカスレンズＬを制御する。即ち、図３の高周波検波出力レベルαの頂点である高周波検波出力レベル最大値α１に到達するようにフォーカスレンズＬを移動させる（第１２ステップＳ１２）。

（１１）ここで、もし、フォーカスレンズＬが、図３のフォーカスレンズ位置Ａからフォーカスレンズ位置Ｂへ目一杯移動しても、検波出力レベルがスレッシュしきい値を下回わらない場合は、高周波検波出力レベルでフォーカス制御を継続する。一方、そうでない場合は、高周波検波出力レベルでのフォーカスレンズ制御が困難とみなされる（第１３ステップＳ１３）。
即ち、この第１３ステップＳ１３で高周波検波出力レベルによるフォーカス制御が困難とみなされた場合、第１１ステップＳ１１で生成された低周波検波出力レベルを用いて、オートフォーカス制御部５を経てフォーカスレンズＬを制御し、図３の低周波検波出力レベル特性βの頂点である低周波検波出力レベル最大値β１に到達するように移動させる（第１４ステップＳ１４）。

（１２）ここで、さらに、第１３ステップＳ１３と同様の判別を行なう（第１５ステップＳ１５）。即ち、フォーカスレンズＬが、図３のフォーカスレンズ位置Ａからフォーカスレンズ位置Ｂへ目一杯移動しても、検波出力レベルがスレッシュしきい値を下回らない場合は、低周波検波出力でフォーカス制御を継続する。
（１３）一方、検波出力レベルがスレッシュしきい値を下回る場合は、低周波検波出力レベルでのフォーカスレンズ制御が困難とみなされる。即ち、第１５ステップＳ１５で、低周波検波出力レベルによるフォーカス制御が困難とみなされた場合、通信Ｉ／Ｆ部７を経て遠隔装置８へ、高周波検波出力レベル、低周波検波出力レベル、輝度平均値のそれぞれの数フレーム分のデータを送信する。一方、遠隔装置８では、受信したこれらのデータを参照し、例えば撮像装置８に搭載されていない４ＭＨｚ〜２ＭＨｚの周波成分を抽出するバンドパスフィルタ特性のコンフィグデータをデータベース８Ａから検出し、撮像装置８へ送付する（第１６ステップＳ１６）。
（１４）次に、第１６ステップＳ１６で受信した４ＭＨｚ〜２ＭＨｚのバンドパスフィルタ特性のコンフィグデータを、主制御部４のＲＡＭ４Ａへ保存する。さらに、主制御部４のＲＡＭ４Ａで保存された４ＭＨｚ〜２ＭＨｚのバンドパスフィルタ特性のコンフィグデータをディジタルフィルタ部３Ａのコンフィグメモリ３１に格納することで、４ＭＨｚ〜２ＭＨｚの周波成分を抽出するバンドパスフィルタ特性を動的再構成デバイスで再構成し、映像信号処理部２の輝度データから４ＭＨｚ〜２ＭＨｚの周波成分データを抽出する（第１７ステップＳ１７）。
（１５）さらに、第１７ステップＳ１７で抽出した４ＭＨｚ〜２ＭＨｚの周波成分データから１ライン中のピーク値を検出し、サンプリングされたライン数の分、加算平均値を求め、４ＭＨｚ〜２ＭＨｚの周波検波出力レベルとして出力する（第１８ステップＳ１８）。
（１６）最後に、主制御部４は、特定の周波検波出力レベルを用いて、オートフォーカス制御部５を経てフォーカスレンズＬを最適な位置に移動させる（第１９ステップＳ１９）。

このように、本実施形態によれば、映像信号からディジタルフィルタを経て検波された周波検波出力レベル及び輝度平均値に応じて、最適なディジタルフィルタ特性のコンフィグレーションデータを検出し、動的再構成デバイスでディジタルフィルタの特性を切り換えるようにすることで、良好なディジタルフィルタの出力を得ることができるようになるとともに、より確実なオートフォーカス制御が可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。

以上のように、本発明にかかる撮像装置のオートフォーカス制御装置は、映像信号からディジタルフィルタを経て検波された検波出力レベル及び輝度平均値に応じて、最適なディジタルフィルタ特性のコンフィグレーションデータを検出し、動的再構成デバイスでディジタルフィルタの特性を切り換えるようにすることで、良好なディジタルフィルタの出力を得るとともに、より確実なオートフォーカス制御が可能になるという効果を有し、監視カメラなど撮像装置のオートフォーカス制御装置等として有用である。

本発明の実施形態に係る撮像装置のオートフォーカス制御装置の構成を示すブロック図その撮像装置のオートフォーカス制御装置の動作説明を示すフロー図そのオートフォーカス制御装置における検波出力レベルの特性を示す説明図

符号の説明

１撮像部
２映像信号処理部
３Ａディジタルフィルタ部
３Ｂ検波部
３Ｃ輝度平均値算出部
３Ｄ動き検出部
４主制御部
５フォーカスレンズ制御部
６記憶装置
７通信インターフェース部
８遠隔装置
１０撮像装置
α 高周波検波出力レベル特性
α１高周波検波出力レベル最大値
β 低周波検波出力レベル特性
β１低周波検波出力レベル最大値
γ スレッシュしきい値

Claims

映像信号から輝度を算出処理する映像信号処理部と、
前記映像信号処理部の輝度から周波数成分を抽出するためのディジタルフィルタを、動的再構成デバイスで構成するディジタルフィルタ部と、
前記ディジタルフィルタ部で抽出した周波数成分データから検波出力レベルを検出する検波部と、
前記映像信号処理部で算出の輝度の平均値を算出する輝度平均値算出部と、
前記ディジタルフィルタ特性を決めるコンフィグレーションデータを格納する記憶装置と、
前記検波部の検波出力レベル及び前記輝度平均値算出部の輝度平均値に応じて、最適なディジタルフィルタ特性を決めるコンフィグレーションデータを前記記憶装置から検出する主制御部と、
前記検波部の検波出力レベルに応じてフォーカスレンズを制御するフォーカスレンズ制御部とを備え、
前記主制御部は、前記検波出力レベル及び前記輝度平均値に応じて、前記記憶装置から最適なディジタルフィルタのコンフィグレーションデータを検出し、前記ディジタルフィルタ部を前記動的再構成デバイスで再構成するとともに、最適化された前記ディジタルフィルタ部の出力に応じて、前記フォーカスレンズ制御部を制御し、フォーカスレンズを合焦点に移動制御する撮像装置のオートフォーカス制御装置。
前記撮像装置と接続する遠隔装置を備えるとともに、
前記主制御部は、前記ディジタルフィルタに最適なディジタルフィルタ特性を算出できなかった場合に前記遠隔装置に最適なディジタルフィルタのコンフィグレーションを要求する手段を備え、かつ、
前記遠隔装置は、前記撮像装置から送信される前記検波出力レベル及び前記輝度平均値により、最適なディジタルフィルタのコンフィグレーションのデータを検出し前記撮像装置へ送信する手段を備える
請求項１に記載の撮像装置のオートフォーカス制御装置。
前記撮像装置は、前記輝度平均値から動き情報を検出する動き検出部を備え、前記動き検出部で動きが検出されたときに前記オートフォーカスレンズの制御を停止する請求項１に記載の撮像装置のオートフォーカス制御装置。