JP2007011199A - Imaging apparatus - Google Patents

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Takeshi Morofuji
剛 諸藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem in which an automatic focusing device using an image signal greatly depends on a subject, so that a subject with a low contrast is smooth and flat in the peak of a signal indicating the degree of sharpness, and as a result, the detection of the peak is sometimes very difficult. <P>SOLUTION: When it is judged that focusing is impossible, a focus lens drive speed, focus evaluation signal noise level, focus determination level, or determination period are changed step by step. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、TV会議システム、遠隔監視システム等に使用する、電動ズームレンズ、自動合焦機能、電動旋回雲台を備えた撮像装置に関するものである。   The present invention relates to an imaging apparatus including an electric zoom lens, an automatic focusing function, and an electric swivel head used for a TV conference system, a remote monitoring system, and the like.

テレビカメラでは、CCDやCMOSセンサなどの撮像素子に被写体像を所望の時間露光し、これより得られた画像信号をデジタル信号に変換して、YC処理などの所定の処理を施し、所定形式の画像信号を得ている。一般的に、被写体像の映像信号より画面の鮮鋭度を検出し、それが最大となるようにフォーカスレンズ位置を制御して合焦する方式が知られている。鮮鋭度の評価としては、映像信号へのBPF(バンドパスフィルタ)により得られる高周波成分の強度、あるいは微分により抽出される映像信号のボケ幅等の鮮鋭度を示す信号を用いる。これは、通常の被写体を撮影した場合には、ピントがぼけている状態では小さく、ピントが合うにつれて大きくなり、合焦時に極大値をとる。   In a television camera, a subject image is exposed to an image sensor such as a CCD or a CMOS sensor for a desired time, and an image signal obtained therefrom is converted into a digital signal, subjected to predetermined processing such as YC processing, and the like. An image signal is obtained. In general, a method is known in which the sharpness of the screen is detected from the video signal of the subject image, and the focus lens position is controlled so as to maximize the screen sharpness. For the evaluation of the sharpness, a signal indicating the sharpness such as the intensity of the high frequency component obtained by BPF (band pass filter) to the video signal or the blur width of the video signal extracted by differentiation is used. When a normal subject is photographed, this is small when the subject is out of focus, increases as the subject comes into focus, and takes a local maximum when focused.

従って、フォーカスレンズの制御としては、前記鮮鋭度が小さいときには大となる方向へ高速に駆動し、増加から減少へと切り替わる地点で反転、低速で駆動し、精度良く山の頂上でフォーカスレンズを停止させることで実現できる(図3(a))。これは山登りオートフォーカス方式として広く知られる技術である。
特開平06−014245号公報
Therefore, when controlling the focus lens, when the sharpness is small, the focus lens is driven at a high speed in a large direction, reversed at a point where the increase is reduced, and driven at a low speed, and the focus lens is accurately stopped at the top of the mountain. This can be realized (FIG. 3A). This is a technique widely known as a hill-climbing autofocus system.
Japanese Patent Laid-Open No. 06-014245

しかしながら、映像信号を利用した自動合焦装置では、被写体の依存性が強く、図3(b)で示すように、低コントラストの被写体では鮮鋭度信号の山自体がなだらかで起伏のないものとなり、頂上を検出することが非常に困難となり、合焦点を見つけられずにハンチングを起こす等の問題を生じる場合もある。   However, in the automatic focusing device using the video signal, the dependency of the subject is strong, and as shown in FIG. 3 (b), the sharpness signal mountain itself is gentle and has no undulation in the low contrast subject. It may be very difficult to detect the top, and there may be a problem such as hunting without finding a focal point.

また、監視用途に用いるカメラシステムにおいては、昼夜連続動作等、夜間などでコントラストが極端に低い、または存在しないシーンも多々あり、AF動作(合焦)不可能となってしまうこともある。   In addition, in a camera system used for surveillance purposes, there are many scenes where contrast is extremely low or nonexistent at night, such as continuous operation day and night, and AF operation (focusing) may be impossible.

本発明は、以上の点に着目して成されたもので、再起動条件に応じて、複数の合焦動作を切り替えることで、円滑、且つ確実なフォーカス動作が実現でき、また、夜間撮影モード(赤外カットフィルタ除去、白黒撮影等)への移行条件として、照度レベルに加えて、合焦判定レベルを加えることで、より適切な切り替えが可能となる撮像装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to the above points, and by switching a plurality of focusing operations according to restart conditions, a smooth and reliable focusing operation can be realized, and a night shooting mode can be realized. An object of the present invention is to provide an imaging device capable of performing more appropriate switching by adding a focus determination level in addition to an illuminance level as a transition condition to (infrared cut filter removal, black and white photography, etc.). .

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その特徴とするところは、撮像面上に結像する光信号を電気信号に変換する撮像素子と、被写体像の光を前記撮像素子に導くためのレンズと、ズームレンズを駆動し撮像画角変更を行う撮像画角変更手段と、前記撮像素子から得られる映像信号から鮮鋭度に応じたフォーカス評価信号を抽出するフォーカス評価信号抽出手段と、前記フォーカス評価手段を用いてフォーカスレンズの駆動を行って合焦状態を得る合焦手段と、前記ズームレンズと前記フォーカスレンズの位置を用いて被写体までの距離を検出する被写体距離検出手段と、前記撮像素子への入射光量を検出する入射光量検出手段とを備えた撮像部と、前記撮像部の撮像方向を変化させる撮像方向変更手段とを有し、合焦不能と判定された場合、段階的に、フォーカスレンズ駆動速度、フォーカス評価信号のノイズレベル、合焦判定レベル、合焦判定期間の変更を行う機能を有し、また、合焦状態から合焦検出再起動を行う判定に、コントラスト変化に加えて、輝度変化、ズーム動作中、パンニング・チルティング動作中であることを使用する、再起動条件に応じて、複数の合焦動作を切り替える機能を有することを特徴とする撮像装置にある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is characterized by an imaging element that converts an optical signal imaged on an imaging surface into an electrical signal, and the imaging of the light of a subject image. A lens for guiding to the element, an imaging field angle changing means for driving the zoom lens to change the imaging field angle, and a focus evaluation signal extraction for extracting a focus evaluation signal corresponding to the sharpness from the video signal obtained from the imaging element Means, focus means for driving the focus lens using the focus evaluation means to obtain a focused state, and subject distance detecting means for detecting the distance to the subject using the positions of the zoom lens and the focus lens And an imaging light quantity detecting means for detecting the incident light quantity to the imaging device, and an imaging direction changing means for changing the imaging direction of the imaging part. If it is determined to be impossible, it has a function to change the focus lens drive speed, the noise level of the focus evaluation signal, the focus determination level, and the focus determination period step by step. Uses the brightness change, zoom operation, and panning / tilting operation in addition to contrast change for determination to perform restart, and has a function to switch multiple focusing operations according to restart conditions The imaging apparatus is characterized by the above.

具体的には、露出検出値の変化量、及びオートフォーカスのハンチング回数に応じて、フォーカシング・スピード、合焦検出スレッシュ、等を変更することで、合焦判定基準を緩和して行くことで合焦速度と精度とを両立させるものである。
1.サーチモードへの移行待機時間を、合焦度に応じて変化させる。低照度時、低コントラスト時のフォーカス速度低下に伴い、合焦判定時間を延長する。
2.ハンチングの度合いにより、フォーカシング・スピード、ノイズレベル、合焦検出スレッシュを適宜切り替えていくことで、合焦速度と低コントラスト合焦を両立させる。
3.複数のAFモードを持ち、ハンチング回数に応じて切り替える。
4.前回の合焦判定に応じて、AFモードを切り替える。
5.ハンチングカウンタのリセット条件として、AFからMFへの切り替え、ズーミング操作、パンニング・チルティング操作等の画角移動を追加する。
6.照度レベルに加え、合焦不可の判定で、赤外カットフィルタを外す(ナイトモードへの移行)。
を特徴とする。
Specifically, by changing the focusing speed, the focus detection threshold, etc. according to the amount of change in the exposure detection value and the number of autofocus huntings, the focus criteria can be relaxed. It achieves both the focal speed and accuracy.
1. The waiting time for shifting to the search mode is changed according to the degree of focus. The focus determination time is extended as the focus speed decreases at low illuminance and low contrast.
2. By appropriately switching the focusing speed, noise level, and focus detection threshold depending on the degree of hunting, both the focus speed and the low contrast focus are achieved.
3. Has multiple AF modes and switches according to the number of huntings.
4). The AF mode is switched according to the previous focus determination.
5. As a hunting counter reset condition, an angle of view movement such as switching from AF to MF, zooming operation, panning / tilting operation, etc. is added.
6). In addition to the illuminance level, the infrared cut filter is removed when the focus cannot be determined (shift to night mode).
It is characterized by.

本発明によれば、合焦不能判定に応じて段階的に、フォーカスレンズ駆動速度、フォーカス評価信号のノイズレベル、合焦判定レベル、判定期間の変更を行い、また、合焦状態からのAF再起動判定に、コントラスト変化に加えて、輝度変化、ズーム動作中、パンニング・チルティング動作中であることを使用し、再起動条件に応じて、複数の合焦動作を切り替えることで、円滑、且つ確実なフォーカス動作が実現できる。   According to the present invention, the focus lens drive speed, the noise level of the focus evaluation signal, the focus determination level, and the determination period are changed stepwise in accordance with the in-focus inability determination. In the start determination, in addition to the contrast change, brightness change, zoom operation, panning / tilting operation are used, and by switching a plurality of focusing operations according to the restart condition, smooth, and A reliable focus operation can be realized.

また、夜間撮影モード(赤外カットフィルタ除去、白黒撮影等)への移行条件として、照度レベルに加えて、合焦判定レベルを加えることで、より適切な切り替えが可能となる。   In addition to the illuminance level, as a condition for shifting to the night shooting mode (infrared cut filter removal, black and white shooting, etc.), more appropriate switching can be performed by adding a focus determination level.

以下、本発明の実施形態について、添付図を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るカメラシステムの主要構成を示すブロック図であり、同図において、101は第一群レンズを構成する固定の前玉レンズ、102は第二群レンズを構成するズームレンズで、ステッピングモータ117を介してズーム動作を行う。103はアイリス(絞り)、104は固定の第三群レンズ、105はフォーカスレンズで、ステッピングモータ119を介して焦点調節を行う。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of the camera system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 101 is a fixed front lens constituting the first group lens, and 102 is the second group. A zoom lens constituting the lens performs a zoom operation via a stepping motor 117. Reference numeral 103 denotes an iris (aperture), 104 denotes a fixed third group lens, and 105 denotes a focus lens, which perform focus adjustment via a stepping motor 119.

106はCCD、CMOSセンサ等の撮像素子、120は同期信号発生回路(Timing Generator)、107は自動利得制御回路(CDS/AGC)、108はA/D変換回路、109は信号処理回路、110はD/A変換回路、111はメモリ、112は温度検出回路、113はマイクロコンピュータ(コントローラ)、114は図2に示すような各々任意角度にパンニング、チルティング動作を行い得る電動旋回雲台、115はAE/AWBの評価値を検出する処理回路、116はAFの評価値を検出する処理回路である。   Reference numeral 106 denotes an image sensor such as a CCD or CMOS sensor, 120 denotes a synchronization signal generation circuit (Timing Generator), 107 denotes an automatic gain control circuit (CDS / AGC), 108 denotes an A / D conversion circuit, 109 denotes a signal processing circuit, and 110 denotes D / A conversion circuit, 111 is a memory, 112 is a temperature detection circuit, 113 is a microcomputer (controller), 114 is an electric swivel head that can perform panning and tilting operations at arbitrary angles as shown in FIG. Is a processing circuit for detecting an evaluation value of AE / AWB, and 116 is a processing circuit for detecting an evaluation value of AF.

以上の構成において、被写体像の光はレンズによって、撮像素子106の撮像面に結像され、電気信号に変換される。ここで、アイリス104が全開状態であり、且つ、輝度信号レベル(撮像素子106の受光量)が所定値に達しないときには、AGC回路107で被写体の明るさに応じた信号増幅が行われ、次にA/D変換回路108でデジタル信号に変換される。その後、映像信号は、信号処理回路109で、色分離、ホワイトバランス、ガンマ補正等の映像信号規格に準拠した適宜処理を施された後、D/A変換回路110で、適当なフォーマットのビデオ信号に変換され出力される。   In the above configuration, the light of the subject image is formed on the image pickup surface of the image pickup element 106 by the lens and converted into an electric signal. Here, when the iris 104 is fully opened and the luminance signal level (the amount of light received by the image sensor 106) does not reach a predetermined value, the AGC circuit 107 performs signal amplification in accordance with the brightness of the subject. The A / D conversion circuit 108 converts the signal into a digital signal. Thereafter, the video signal is appropriately processed in accordance with a video signal standard such as color separation, white balance, and gamma correction in the signal processing circuit 109, and then the video signal in an appropriate format is output in the D / A conversion circuit 110. Converted to output.

AF評価値検出処理回路116は映像信号中から、撮像面内に設定された所定の測距枠内に相当する映像信号をゲートするゲート回路、合焦検出を行うために必要な鮮鋭度を示す評価値としての高周波成分を抽出するためのBPF等により構成されている。また、AF評価値検出処理回路116で検出された鮮鋭度(フォーカス評価)信号は、AF、AE、AWB等のシステム全体を統括的に制御するコントローラ113へと供給される。   The AF evaluation value detection processing circuit 116 indicates a gate circuit for gating a video signal corresponding to a predetermined distance measurement frame set in the imaging surface from the video signal, and shows a sharpness necessary for performing focus detection. It is configured by a BPF or the like for extracting a high frequency component as an evaluation value. Further, the sharpness (focus evaluation) signal detected by the AF evaluation value detection processing circuit 116 is supplied to a controller 113 that controls the entire system such as AF, AE, and AWB.

図2は、パン、チルト、ズーム(PTZ)カメラの一例である。201が本体、202はパンニング画角移動方向を、203はチルティング画角移動方向を示し、204はカメラサーバである。   FIG. 2 is an example of a pan, tilt and zoom (PTZ) camera. Reference numeral 201 denotes a main body, 202 denotes a panning angle of view movement direction, 203 denotes a tilting angle of view movement direction, and 204 denotes a camera server.

合焦停止時の輝度、コントラスト値とAF再起動時の輝度変化量、コントラスト変化量に応じて、次回のAF再起動時の動作設定を行っている。例えば、サーチモードで開始か、微小駆動で開始か、等の変更を行っている。   The operation setting at the next AF restart is performed according to the brightness at the time of focusing stop, the contrast value, the brightness change amount at the AF restart, and the contrast change amount. For example, the start mode is changed in the search mode or the minute drive mode.

次に、本発明の自動焦点検出の基本的な動作について、図4のフローチャートを用いて説明する。   Next, the basic operation of the automatic focus detection of the present invention will be described using the flowchart of FIG.

ここでは合焦までにハンチングを発生することのない一般的な被写体の場合には通常AFモードを使用することになる(ステップ403)。しかし、コントラストが比較的低い場合には、ハンチング回数に応じて、あるいはフォーカス信号評価時のコントラストピーク値に応じて、合焦判定レベルを切り替えている(ステップ402)。   Here, in the case of a general subject that does not generate hunting before focusing, the normal AF mode is used (step 403). However, when the contrast is relatively low, the focus determination level is switched according to the number of times of hunting or according to the contrast peak value at the time of focus signal evaluation (step 402).

ハンチング回数に応じて、ノイズスレッシュレベルの変更(ステップ405)、サーチモード切り替えレベルの変更(ステップ406)、合焦判定レベルの変更(407)を行った上で焦点検出を行う(ステップ408)。   In accordance with the number of times of hunting, the noise threshold level is changed (step 405), the search mode switching level is changed (step 406), and the focus determination level is changed (407), and then focus detection is performed (step 408).

上記、低コントラストAFモード1を行っても合焦不可の場合(ステップ401)には、低コントラストAFモード2に移行する。   If focusing is impossible even when the low contrast AF mode 1 is performed (step 401), the low contrast AF mode 2 is entered.

図3(a)に示すように鮮鋭度信号(フォーカス評価信号)が急峻な場合には、ノイズスレッシュレベルをNthreshold1に、サーチモード切り替えレベルをSthreshold1に設定してあればノイズスレッシュまでは高速に駆動し、サーチモード切り替えレベルまで徐々に減速し、増加から減少へと切り替わる地点で反転、低速で駆動し、精度良く山の頂上でフォーカスレンズを停止させることが可能となるが、図3(b)、(c)の鮮鋭度信号では所定の鮮鋭度信号レベルが得られず、ハンチングを生じることになる。次に、ノイズスレッシュレベルをNthreshold2に、サーチモード切り替えレベルをSthreshold3に設定したとすると、図3(b)、(c)でも合焦判定が可能となるが、高速にフォーカスを駆動する期間がどの信号でも短くなり結果的に合焦まで時間がかかることとなる。   As shown in FIG. 3A, when the sharpness signal (focus evaluation signal) is steep, if the noise threshold level is set to Nthreshold1 and the search mode switching level is set to Sthreshold1, driving up to the noise threshold is performed at high speed. Then, it is possible to gradually decelerate to the search mode switching level, reverse at a point where the increase and decrease are switched, and drive at a low speed to stop the focus lens at the top of the mountain with high accuracy. , (C), a predetermined sharpness signal level cannot be obtained, and hunting occurs. Next, assuming that the noise threshold level is set to Nthreshold2 and the search mode switching level is set to Sthreshold3, in-focus determination is possible in FIGS. 3B and 3C, but what is the period during which the focus is driven at high speed? Even the signal is shortened, and as a result, it takes time to focus.

通常、鮮鋭度信号(フォーカス評価信号)の正規化処理を行い、一定のスレッシュレベルで対応できるようにしているが、低照度下、被写体によって、正規化に破綻が生じてしまう。   Normally, normalization processing of a sharpness signal (focus evaluation signal) is performed so as to be able to cope with a certain threshold level. However, normalization may fail depending on the subject under low illumination.

また、元来、フォーカスレンズ駆動スピードは鮮鋭度信号に応じて変更しているが、高速に駆動した場合、撮像画像から取得できるフォーカスレンズ位置ポイントが荒くなり、結果的にSthreshold1以上の鮮鋭度信号が得られずに通過する場合も考えられる。   Originally, the focus lens drive speed is changed according to the sharpness signal. However, when driven at a high speed, the focus lens position point that can be acquired from the captured image becomes rough, resulting in a sharpness signal of threshold 1 or higher. It is also conceivable that the vehicle passes without being obtained.

よって、ハンチング回数に応じて、ノイズスレッシュレベルをNthreshold1→Nthreshold1、サーチモード切り替えレベルをSthreshold1→Sthreshold2→Sthreshold3、フォーカススピードをFspeed1→Fspeed2→Fspeed2と切り替えていくことで、鮮鋭度信号の山の頂上検出を制度よく行えることとなる。   Therefore, by changing the noise threshold level from Nthreshold1 to Nthreshold1, the search mode switching level from Sthrhold1 to Threshold2 to Threshold3, and the focus speed from Fspeed1 to Fspeed2 to Fspeed2 according to the number of times of hunting, the sharpness detection peak signal is detected. Can be done systematically.

次に、ハンチング回数を極力抑えるため、フォーカス駆動反転時に、鮮鋭度信号の極大、極小値に応じてノイズスレッシュレベル、サーチモード切り替えレベル、フォーカススピードの切り替えを行うことも有効である。   Next, in order to suppress the number of times of hunting as much as possible, it is also effective to switch the noise threshold level, the search mode switching level, and the focus speed in accordance with the maximum and minimum values of the sharpness signal when reversing the focus drive.

また、フォーカススピードを低速にした場合には鮮鋭度信号の山の頂上の検出にも時間がかかるため、判定期間の延長を行う。   In addition, when the focus speed is lowered, it takes time to detect the peak of the sharpness signal, so the determination period is extended.

このように構成した場合、ハンチング回数に応じて、コントラストの高い被写体はより早く合焦可能となり、低コントラストの被写体でも合焦近傍まで早く到達することになり、合焦までの時間を短縮できる こととなる。   When configured in this way, depending on the number of times of hunting, a high-contrast subject can be focused more quickly, and even a low-contrast subject can reach the in-focus vicinity quickly, and the time to focus can be reduced. It becomes.

次に、低照度・低コントラスト下での合焦停止状態や合焦不可による停止状態からのAF再起動までの本システムの動作について、図5のフローチャートを用いて説明する。   Next, the operation of this system from the focus stop state under low illuminance and low contrast or the AF restart from the stop state due to the inability to focus will be described with reference to the flowchart of FIG.

低照度・低コントラストAF停止状態の場合(ステップ501)、撮像素子106の入射光量(輝度)変化が所定値以上であればステップ509へ進み、所定値以下であればステップ504へ進む。   In the low illumination / low contrast AF stop state (step 501), if the incident light amount (brightness) change of the image sensor 106 is not less than a predetermined value, the process proceeds to step 509, and if not, the process proceeds to step 504.

ここでの輝度変化検出は、例えば想定される輝度変化から適当な時間間隔を算出しメモリ上の輝度履歴と比較し、所定値以上であればハンチングカウンタのクリアし(ステップ509)、AF再起動を行い(ステップ510)、低照度によるAF停止フラグの解除を行う。また、パンイング・チルティング(ステップ504)、ズーミング(ステップ505)等の画角変更時にもハンチングカウンタのクリアし(ステップ509)、AF再起動を行い(ステップ510)、低照度によるAF停止フラグの解除を行う。   For example, the luminance change is detected by calculating an appropriate time interval from the assumed luminance change, comparing it with the luminance history in the memory, and clearing the hunting counter if it exceeds the predetermined value (step 509), and restarting AF (Step 510), the AF stop flag due to low illuminance is canceled. In addition, the hunting counter is cleared (step 509) when the angle of view is changed, such as panning / tilting (step 504), zooming (step 505), and AF restart is performed (step 510). Release.

合焦不能による停止状態の場合(ステップ502)には、合焦位置から大きく外れている場合が考えられ、その状態では、輝度変化、コントラストの大なる変化は期待できない。よって、再起動判定輝度レベル(ステップ507)、コントラストレベル(ステップ508)を低く入力し、小さな変化でAF再起動が起きるように設定する。   In the case of a stop state due to the inability to focus (step 502), it is conceivable that the focus position is greatly deviated, and in that state, a change in luminance and a large change in contrast cannot be expected. Therefore, the restart determination luminance level (step 507) and the contrast level (step 508) are input low and set so that AF restart occurs with a small change.

つまり、大幅な輝度変化、コントラスト変化が観測された場合には、照明の投射、被写体が画面内に入った等の状況の変化が考えられるので、通常のAFモードでの再起動を行えば良いが、輝度変化、コントラスト変化が小さい場合などは、低コントラストAFモードでの再起動が適切である。これらは、非照明時の合焦不能での停止時からのAF再起動等には非常に有効である。   In other words, if a significant change in brightness or contrast is observed, changes in the situation, such as illumination projection or the subject entering the screen, can be considered, so restarting in the normal AF mode is sufficient. However, when the luminance change and the contrast change are small, restarting in the low contrast AF mode is appropriate. These are very effective for restarting AF after stopping when focusing is impossible during non-illumination.

なお、低コントラストAFモード2は、例えば、BPFの特性を低コントラスト重視のものに切り替え、サーチ動作時に収集したフォーカス評価信号の中で最大となる位置を摘出しその前後に設定したフォーカス駆動制限範囲内を、フォーカスレンズを所定の送り量で送り動作させながら、鮮鋭度信号(フォーカス評価ア品号)を評価しピーク値を検出する等、微小コントラストを検出できるモードである。   In the low contrast AF mode 2, for example, the BPF characteristics are switched to those that emphasize low contrast, and the maximum position in the focus evaluation signal collected during the search operation is extracted and set before and after the focus drive restriction range. This is a mode in which a minute contrast can be detected, for example, a sharpness signal (focus evaluation product number) is evaluated and a peak value is detected while the focus lens is moved at a predetermined feed amount.

AFの合焦不能により、ハンチングを繰り返していればモータ等メカニカル機構の劣化を速め、ピントの外れた位置で止めてしまえば、輝度変化、鮮鋭度(フォーカス評価値)の変化量が極めて微小となり、AF再起動のタイミングを誤ることに通じかねないので、最適なポイントにピントを置くことは非常に重要である。   Due to the inability to focus on AF, if the hunting is repeated, the mechanical mechanism such as a motor is accelerated, and if stopped at an out-of-focus position, the amount of change in brightness and sharpness (focus evaluation value) becomes extremely small. Since it may lead to erroneous AF restart timing, it is very important to focus on the optimal point.

これらの判定は図5のフローチャートに示すように各々が単独での判定もあるが、実際の適用においては複数の条件がそろった場合など、適用機種、条件、環境などにより変更していくこととなる。   These determinations may be performed independently as shown in the flowchart of FIG. 5, but in actual application, when multiple conditions are met, change depending on the applicable model, conditions, environment, etc. Become.

(第2の実施形態)
図1は、本発明の第2の実施形態に係るカメラシステムの主要構成を示すブロック図であり、同図において、101は第一群レンズを構成する固定の前玉レンズ、102は第二群レンズを構成するズームレンズで、ステッピングモータ117を介してズーム動作を行う。103はアイリス(絞り)、104は固定の第三群レンズ、105はフォーカスレンズで、ステッピングモータ119を介して焦点調節を行う。
(Second Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of a camera system according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 1, 101 is a fixed front lens constituting the first group lens, and 102 is the second group. A zoom lens constituting the lens performs a zoom operation via a stepping motor 117. Reference numeral 103 denotes an iris (aperture), 104 denotes a fixed third group lens, and 105 denotes a focus lens, which perform focus adjustment via a stepping motor 119.

106はCCD、CMOSセンサ等の撮像素子、120は同期信号発生回路(Timing Generator)、107は自動利得制御回路(CDS/AGC)、108はA/D変換回路、109は信号処理回路、110はD/A変換回路、111はメモリ、112は温度検出回路、113はマイクロコンピュータ(コントローラ)、114は図2に示すように、各々任意角度にパンニング、チルティング動作を行える電動旋回雲台、115はAE/AWBの評価値を検出する処理回路、116はAFの評価値(鮮鋭度)を検出する処理回路である。   Reference numeral 106 denotes an image sensor such as a CCD or CMOS sensor, 120 denotes a synchronization signal generation circuit (Timing Generator), 107 denotes an automatic gain control circuit (CDS / AGC), 108 denotes an A / D conversion circuit, 109 denotes a signal processing circuit, 110 denotes D / A conversion circuit, 111 is a memory, 112 is a temperature detection circuit, 113 is a microcomputer (controller), 114 is an electric swivel head that can perform panning and tilting operations at arbitrary angles, as shown in FIG. Is a processing circuit for detecting an AE / AWB evaluation value, and 116 is a processing circuit for detecting an AF evaluation value (sharpness).

以上の構成において、被写体像の光はレンズ群によって、撮像素子106の撮像面に結像され、電気信号に変換される。ここで、アイリス104が全開状態であり、且つ、輝度信号レベル(撮像素子106の受光量)が所定値に達しないときには、AGC回路107で被写体の明るさに応じた信号増幅が行われ、その後、A/D変換回路108でデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換された映像信号は、信号処理回路109で、色分離、ホワイトバランス、ガンマ補正等の映像信号規格に準拠した適宜処理を施された後、D/A変換回路110で、適当なフォーマットのビデオ信号に変換され出力される。   In the above configuration, the light of the subject image is formed on the imaging surface of the imaging element 106 by the lens group and converted into an electrical signal. Here, when the iris 104 is fully open and the luminance signal level (the amount of light received by the image sensor 106) does not reach a predetermined value, the AGC circuit 107 performs signal amplification according to the brightness of the subject, and thereafter The A / D conversion circuit 108 converts the digital signal. The video signal converted into the digital signal is appropriately processed in accordance with a video signal standard such as color separation, white balance, and gamma correction in the signal processing circuit 109, and then is appropriately processed in the D / A conversion circuit 110. It is converted into a format video signal and output.

ここで、AF評価値検出処理回路116は映像信号中から、撮像面内に設定された所定の測距枠に相当する映像信号をゲートするゲート回路、合焦検出を行うために必要な鮮鋭度を示す評価値としての高周波成分を抽出するためのBPF、等により構成されている。また、AF評価値検出処理回路116で検出された鮮鋭度(フォーカス評価)信号は、AF、AE、AWB等のシステム全体を統括的に制御するコントローラ113へと供給される。   Here, the AF evaluation value detection processing circuit 116 is a gate circuit that gates a video signal corresponding to a predetermined distance measuring frame set in the imaging surface from the video signal, and a sharpness necessary for performing focus detection. BPF for extracting a high frequency component as an evaluation value indicating Further, the sharpness (focus evaluation) signal detected by the AF evaluation value detection processing circuit 116 is supplied to a controller 113 that controls the entire system such as AF, AE, and AWB.

例えば、駐車場での監視においては、夜間撮影を行っている場合、車の出入りにより、ヘッドライト等の光が入ることとなり、モード切り替え判定に支障が生じる。   For example, when monitoring at a parking lot, when taking a picture at night, light such as a headlight enters when a car enters and leaves, which hinders mode switching determination.

そこで、動態検出で動く物体がなく、また、数分程度の輝度平均値が最も低い時点を基準とし、それに対する輝度平均値の上昇検出から、赤外カットフィルタの挿入する手段が考えられる。   In view of this, there can be considered a means for inserting an infrared cut filter based on the detection of an increase in the luminance average value with reference to a point in time when there is no moving object by dynamic detection and the luminance average value is the lowest for several minutes.

次に、本発明のナイトモード移行の基本的な動作について、図6のフローチャートを用いて説明する。   Next, the basic operation of the night mode transition of the present invention will be described using the flowchart of FIG.

まず、撮像素子106の入射光量(輝度)を評価し、所定値以下であればステップ601へ進み、所定値以上であれば終了する。次に、コントラスト信号を評価し、所定値以下であればステップ602へ進み、所定値以上であれば終了する。輝度、コントラスト判定で、ナイトモード(赤外カットフィルタの除去、白黒モード)へ移行する(ステップ603)。なお移行後は、適したAF動作を行うため、鮮鋭度信号(フォーカス評価信号)検出用BPFの特性切り替え(ステップ604)、AFモードの切り替え(ステップ605)を行う。   First, the amount of incident light (brightness) of the image sensor 106 is evaluated, and if it is equal to or smaller than a predetermined value, the process proceeds to step 601 and if it is equal to or larger than the predetermined value, the process ends. Next, the contrast signal is evaluated. If it is equal to or smaller than the predetermined value, the process proceeds to step 602, and if it is equal to or larger than the predetermined value, the process is terminated. Transition to night mode (removal of infrared cut filter, black and white mode) is made in luminance and contrast determination (step 603). After the transition, in order to perform a suitable AF operation, the characteristic switching of the sharpness signal (focus evaluation signal) detection BPF (step 604) and the AF mode switching (step 605) are performed.

次に、AFでの合焦不能と低照度判定でナイトモード移行を行う場合の基本的な動作について、図7のフローチャートを用いて説明する。   Next, the basic operation in the case of performing the night mode transition with the AF inability to focus and the low illumination determination will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、撮像素子106の入射光量(輝度)を評価し、所定値以下であればステップ701へ進み、所定値以上であれば終了する。次に、低照度AFモードで、合焦判定できたかを評価し、合焦停止でなければステップ702へ進み、そうであれば終了する。輝度、合焦判定で、ナイトモード(赤外カットフィルタの除去、白黒モード)へ移行する(ステップ703)。なお、移行後は適したAF動作を行うため、鮮鋭度信号(フォーカス評価信号)演算用BPFの特性切り替え(ステップ704)、AFモードの切り替え(ステップ705)を行う。   First, the amount of incident light (brightness) of the image sensor 106 is evaluated. If it is equal to or smaller than a predetermined value, the process proceeds to step 701, and if it is equal to or larger than the predetermined value, the process ends. Next, it is evaluated whether or not the focus is determined in the low illumination AF mode. If the focus is not stopped, the process proceeds to step 702, and if it is, the process is terminated. Based on the brightness and focus determination, the mode shifts to the night mode (removal of the infrared cut filter, monochrome mode) (step 703). After the transition, in order to perform a suitable AF operation, the characteristic switching of the sharpness signal (focus evaluation signal) calculation BPF (step 704) and the AF mode switching (step 705) are performed.

なお、AFモード2では、例えば、BPFの特性を低コントラスト重視のものに切り替え、フォーカス制限範囲内を、フォーカスレンズを最小送り量で送り動作させながら、鮮鋭度を評価し、ピーク値を検出する等、コントラストの微小変動を検出できるモードである。   In AF mode 2, for example, the BPF characteristic is switched to one that emphasizes low contrast, and the sharpness is evaluated and the peak value is detected while the focus lens is moved at the minimum feed amount within the focus limit range. In this mode, a minute change in contrast can be detected.

次に、ナイトモードからの復帰についての基本的な動作について、図8のフローチャートを用いて説明する。   Next, a basic operation for returning from the night mode will be described with reference to the flowchart of FIG.

ナイトモードの場合(ステップ801)、単位時間当たりの輝度変化量を評価し所定変化量以下の場合にはステップ802へ進み、変化量が所定値以上の場合には、車のヘッドライトや懐中電灯などである場合が大であるので除外する。次に輝度信号の平均値を求める(ステップ803)。輝度平均値の中で最小の平均値を求める(ステップ804)。輝度平均値の中で最小の平均値と現在の輝度信号平均値と比較し(ステップ805)、所定置以上の差が発生していれば、ナイトモードを解除する(ステップ806)。   In the night mode (step 801), the amount of change in luminance per unit time is evaluated. If the amount of change is less than or equal to the predetermined amount, the process proceeds to step 802. If the amount of change is greater than or equal to the predetermined value, the headlight or flashlight of the car It is excluded because it is large. Next, the average value of the luminance signal is obtained (step 803). The minimum average value among the luminance average values is obtained (step 804). The minimum average value among the luminance average values is compared with the current luminance signal average value (step 805). If a difference of a predetermined value or more has occurred, the night mode is canceled (step 806).

上記のような検出方法であればナイトモード時に外部赤外照明と非連動であった場合でも対応可能であり、非常に有効である。   The detection method as described above is very effective because it can be used even when it is not linked to external infrared illumination in the night mode.

本発明の第1の実施例を説明するためのブロック図Block diagram for explaining a first embodiment of the present invention 本発明を説明するためのパン、チルト、ズームカメラの外観図External view of pan, tilt and zoom camera for explaining the present invention オートフォーカス鮮鋭度(評価信号)を説明するための図Diagram for explaining autofocus sharpness (evaluation signal) 本発明の第1の実施例を説明するためのフローチャートFlowchart for explaining the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例を説明するためのフローチャートFlowchart for explaining the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例を説明するためのフローチャートFlowchart for explaining the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施例を説明するためのフローチャートFlowchart for explaining a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施例を説明するためのフローチャートFlowchart for explaining a second embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

101 前玉レンズ
102 ズームレンズ
103 アイリス(絞り)
104 固定の第三群レンズ
105 フォーカスレンズ
106 撮像素子
107 自動利得制御回路(CDS/AGC)
108 A/D変換回路
109 信号処理回路
110 D/A変換回路
111 メモリ
112 温度検出回路
113 マイクロコンピュータ(コントローラ)
114 電動旋回雲台
115 処理回路
116 処理回路
117 ステッピングモータ
119 ステッピングモータ
120 同期信号発生回路(Timing Generator)
201 本体
202 パンニング画角移動方向
203 チルティング画角移動方向
204 カメラサーバ
101 Front lens 102 Zoom lens 103 Iris (aperture)
104 Fixed third group lens 105 Focus lens 106 Image sensor 107 Automatic gain control circuit (CDS / AGC)
108 A / D conversion circuit 109 Signal processing circuit 110 D / A conversion circuit 111 Memory 112 Temperature detection circuit 113 Microcomputer (controller)
114 electric swivel head 115 processing circuit 116 processing circuit 117 stepping motor 119 stepping motor 120 synchronization signal generation circuit (Timing Generator)
201 Body 202 Panning angle of view movement direction 203 Tilting angle of view movement direction 204 Camera server

Claims (6)

撮像面上に結像する光信号を電気信号に変換する撮像素子と、被写体像の光を前記撮像素子に導くためのレンズと、ズームレンズを駆動し撮像画角の変更を行う撮像画角変更手段と、前記撮像素子から得られる映像信号から鮮鋭度に応じたフォーカス評価信号を抽出するフォーカス評価信号抽出手段と、前記フォーカス評価信号抽出手段の出力に応じてフォーカスレンズの駆動を行って合焦状態を得る合焦手段と、前記撮像素子への入射光量を検出する入射光量検出手段とを有し、合焦不可能と判定された場合、段階的に、フォーカスレンズ駆動速度、フォーカス評価信号ノイズレベル、合焦判定レベル、または判定期間の変更を行う機能を有することを特徴とする撮像装置。   An image sensor that converts an optical signal formed on the imaging surface into an electrical signal, a lens that guides light of the subject image to the image sensor, and a zoom lens that changes the image angle of view by driving the zoom lens A focus evaluation signal extracting means for extracting a focus evaluation signal corresponding to the sharpness from the video signal obtained from the image sensor, and driving the focus lens in accordance with the output of the focus evaluation signal extracting means for focusing. A focusing unit that obtains a state; and an incident light amount detection unit that detects an incident light amount to the image sensor. If it is determined that focusing cannot be performed, the focus lens driving speed and focus evaluation signal noise are gradually increased. An imaging apparatus having a function of changing a level, a focus determination level, or a determination period. 該合焦不可能の判定手段として、所定時間とフォーカス駆動方向反転回数を用いることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein a predetermined time and the number of inversions of the focus drive direction are used as the in-focus inability determination unit. フォーカス駆動速度に応じて、該所定判定時間を変更する手段を有することを特徴とする請求項2記載の撮像装置。   3. The imaging apparatus according to claim 2, further comprising means for changing the predetermined determination time in accordance with a focus drive speed. 前記撮像部の撮像方向を変更し得る撮像方向変更手段を有し、合焦状態から合焦検出再起動を行う判定に、コントラスト変化に加えて、該入射光量検出手段、該撮像画角変更手段出力、該撮像方向変更手段出力に応じて、合焦動作を再起動することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。   In addition to the change in contrast, in addition to the change in contrast, the incident direction changing unit has an imaging direction changing unit that can change the imaging direction of the imaging unit, and in addition to the change in contrast, the incident light amount detecting unit and the imaging field angle changing unit 2. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the focusing operation is restarted according to the output and the imaging direction changing means output. 該入射光量検出手段、該撮像画角変更手段出力、該撮像方向変更手段出力に応じて、複数の焦点検出動作を切り替えて合焦手段を再起動する機能を有することを特徴とする請求項4記載の撮像装置。   5. A function of switching a plurality of focus detection operations and restarting the focusing means according to the incident light amount detection means, the output of the imaging field angle change means, and the output of the imaging direction change means. The imaging device described. 撮像面上に結像する光信号を電気信号に変換する撮像素子と、被写体像の光を前記撮像素子に導くためのレンズと、ズームレンズを駆動し撮像画角変更を行う撮像画角変更手段と、前記撮像素子への撮像光路中に着脱自在に配置され該光信号中の赤外光を遮断する赤外成分除去手段と、前記撮像素子から得られる映像信号から鮮鋭度に応じたフォーカス評価信号を抽出するフォーカス評価信号抽出手段と、前記フォーカス評価信号抽出手段の出力に応じてフォーカスレンズを駆動して合焦状態を得る合焦手段と、前記ズームレンズと前記フォーカスレンズの位置情報を用いて被写体までの距離を検出する被写体距離検出手段と、前記撮像素子への入射光量を検出する入射光量検出手段と、被写体の動きを検出する動体検出手段とを備えた撮像部とを有し、該フォーカス評価信号抽出手段と該入射光量検出手段と該動体検出手段との出力に応じて該赤外成分除去手段の着脱を行う機能を有することを特徴とする撮像装置。   An imaging element that converts an optical signal formed on the imaging surface into an electrical signal, a lens that guides light of a subject image to the imaging element, and an imaging field angle changing unit that drives the zoom lens to change the imaging field angle And an infrared component removing unit that is detachably disposed in the imaging optical path to the imaging device and blocks infrared light in the optical signal, and focus evaluation according to sharpness from the video signal obtained from the imaging device Using focus evaluation signal extraction means for extracting a signal, focusing means for driving a focus lens in accordance with the output of the focus evaluation signal extraction means to obtain a focused state, position information on the zoom lens and the focus lens An object distance detecting means for detecting the distance to the object, an incident light quantity detecting means for detecting the incident light quantity to the image sensor, and a moving object detecting means for detecting the movement of the object. Has the door, imaging apparatus characterized by having a function of removing or inserting a the infrared component removing means according to the output of the said focus evaluation signal extracting means and the incident light quantity detecting means and the animal body detecting means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8854534B2 (en) 2011-09-09 2014-10-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Image processing apparatus, focus adjusting method, and camera module

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