JP2007052349A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パン／チルト動作直後の不要なオートフォーカス再起動によるボケの発生を低減する。
【解決手段】 フォーカス制御用マイコン１１２は、フォーカスを合わせた後フォーカス調整を停止する。この後撮像画像を構成する複数のブロック毎にフォーカスが合焦しているか否かを判定する。パン／チルト駆動したときには、フォーカスが合焦していたブロックが前記撮像画像内から全て外れたとき、或いは所定の個数以下残る状態となったとき、或いは所定の割合で外れたときに前記フォーカス調整手段のフォーカス調整を起動する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、撮像装置に関し、特にオートフォーカス機能を有する撮像装置に関する。

従来の自動焦点機能を有するカメラが知られている（例えば、特許文献１参照）。このビデオカメラは、高速でパン／チルト動作させる際に、オートフォーカスを動作不能にしてオートフォーカスが撮影画面の変化に過敏に反応して撮影画面が見苦しくなるのを防止している。

また、予め撮影位置のカメラポジションと合焦距離を記憶させておくことで瞬時にフォーカスレンズを目標の合焦位置に設定するカメラが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平０９−２０５５７４号公報 特開平０９−２０５５７３号公報

オートフォーカス機能を搭載した監視カメラでは、パン／チルト動作を行うと被写体迄の焦点距離が変わるため画角が変わり、オートフォーカス制御の評価値も変化し、評価値が所定値以上変化するとオートフォーカス動作が再起動する。このためパン／チルト動作毎にオートフォーカス動作が再起動し、画面が一瞬ボケてしまうという問題があった。

パン／チルト動作毎にオートフォーカス動作が再起動せず、画面が一瞬ボケてしまうことを低減した撮像装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、この発明においては、撮像素子から出力される撮像画像から、前記撮像画像のフォーカスを合わせた後フォーカス調整を停止するフォーカス調整手段と、前記フォーカス調整手段によって前記撮像画像のフォーカスが調整された後、前記撮像素子から出力される撮像画像を複数のブロックに分割し、このブロック毎にフォーカスが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段と、前記撮像素子が撮像するエリアを、前記撮像画像の前記ブロックの単位で変更する駆動手段と、前記フォーカス調整手段によりフォーカスを合わせた後、前記合焦判定手段によりフォーカスが合焦していたブロックが前記撮像画像内から全て外れたときに前記フォーカス調整手段のフォーカス調整を起動するフォーカス調整起動手段とを備えたことを特徴とする撮像装置を提供する。

また、上記の目的を達成するために、この発明においては、撮像素子から出力される撮像画像から、前記撮像画像のフォーカスを合わせた後フォーカス調整を停止するフォーカス調整手段と、前記フォーカス調整手段によって前記撮像画像のフォーカスが調整された後、前記撮像素子から出力される撮像画像を複数のブロックに分割し、このブロック毎にフォーカスが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段と、前記撮像素子が撮像するエリアを、前記撮像画像の前記ブロックの単位で変更する駆動手段と、前記フォーカス調整手段によりフォーカスを合わせた後、前記合焦判定手段によりフォーカスが合焦していたブロックが前記撮像画像内から所定の個数以下残る状態となったときに前記フォーカス調整手段のフォーカス調整を起動するフォーカス調整起動手段とを備えたことを特徴とする撮像装置を提供する。

また、上記の目的を達成するために、この発明においては、撮像素子から出力される撮像画像から、前記撮像画像のフォーカスを合わせた後フォーカス調整を停止するフォーカス調整手段と、前記フォーカス調整手段によって前記撮像画像のフォーカスが調整された後、前記撮像素子から出力される撮像画像を複数のブロックに分割し、このブロック毎にフォーカスが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段と、前記撮像素子が撮像するエリアを、前記撮像画像の前記ブロックの単位で変更する駆動手段と、前記フォーカス調整手段によりフォーカスを合わせた後、前記合焦判定手段によりフォーカスが合焦していたブロックが前記撮像画像内から所定の割合で外れたときに前記フォーカス調整手段のフォーカス調整を起動するフォーカス調整起動手段とを備えたことを特徴とする撮像装置を提供する。

なお、装置に係る本発明は方法に係る発明としても成立し、方法に係る本発明は装置に係る発明としても成立する。
また、装置または方法に係る本発明は、コンピュータに当該発明に相当する手順を実行させるための（あるいはコンピュータを当該発明に相当する手段として機能させるための、あるいはコンピュータに当該発明に相当する機能を実現させるための）プログラムとしても成立し、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体としても成立する。

この発明によれば、パン／チルトの量に応じてオートフォーカスの起動条件を制御しているので、パン／チルト動作直後の不要なオートフォーカス再起動によるボケの発生を低減することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態）
ビデオカメラなどの固体撮像装置においては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子が用いられている。ＣＣＤは、フォトダイオードのような光電変換素子を多数配列したもので、光電変換した電荷を蓄積する光電変換部と、蓄積した電荷を時系列に転送する転送部より構成される。光電変換部では、光量に応じた電荷が各画素のポテンシャル井戸に蓄積される。転送部では、蓄積した電荷を行単位（１ライン毎）で水平転送部に転送し、時系列に出力する。この操作を全行に対して行うことで、１画面分のデータを出力する。

撮像装置のオートフォーカスは、ＣＣＤから得られる映像信号に含まれる高域周波数の量によってフォーカスを調整している。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態における撮像装置は、レンズ１０１、撮像素子１０２、サンプル・ホールド回路１０３、ＡＧＣ回路１０４、Ａ／Ｄ変換器１０５、信号処理回路１０６、Ｄ／Ａ変換器１０７、エンコーダ１０８、バンドパスフィルタ１１１、フォーカス制御用マイコン１１２、フォーカス用モーター１１３、マイコン１２１、パンモーター１２２、チルトモーター１２３とで構成されている。

図１において、被写体から反射された光は、レンズ１０１を介して撮像素子１０２により撮像される。レンズ１０１は、フォーカス用モーター１１３により前後に駆動され、これにより撮像素子１０２上に結像される像のフォーカスが調整される。

撮像素子１０２は、撮像された光を電気信号に変換することにより得た電気信号を、サンプル・ホールド回路（以下Ｓ／Ｈ回路）１０３に入力する。なお、アイリス機能については本発明では関係していないため図示せず省略している。

サンプル・ホールド回路（以下、Ｓ／Ｈ回路と記す）１０３は、撮像素子１０２で光電変換によって生じた画素毎の電気信号からクランプパルスを用いて画素ごとにサンプル・ホールドすることにより映像信号を抽出する。Ｓ／Ｈ回路１０３は、このようにして得た映像信号をＡＧＣ回路１０４に入力する。

ＡＧＣ回路１０４は、所定の利得で映像信号を増幅した後、Ａ／Ｄ変換器１０５へ出力する。
Ａ／Ｄ変換器１０５は、アナログ映像信号からデジタル映像信号に変換し、信号処理回路１０６へ出力する。
信号処理回路１０６は、ガンマ、ディテール等の信号処理を施し、この信号処理を施した映像信号をＤ／Ａ変換器１０７へ出力する。また信号処理回路１０６は、ガンマ、ディテール等の信号処理を施す前の輝度信号（Ｙ）をバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと記す）１１１へ出力する。

Ｄ／Ａ変換器１０７は、デジタル映像信号からアナログ映像信号に変換し、エンコーダ１０８へ出力する。
エンコーダ１０８は、アナログ映像信号に同期信号等の各種の信号が付加されることにより所定のフォーマット、例えばＮＴＳＣエンコードし、外部へ出力する。
ＢＰＦ１１１は、映像信号の高域成分を抽出し、フォーカス制御用マイコン１１２へ出力する。例えば、ＢＰＦ１１１は、映像信号がＮＴＳＣフォーマットの場合、おおよそ１ＭＨｚ〜３ＭＨｚの帯域を通過するフィルタとする。

フォーカス制御用マイコン１１２は、映像信号の高域成分が高くなる、即ち、焦点が合致する方向にレンズ１０１を駆動するようフォーカス用モーター１１３を制御する。また、フォーカス制御用マイコン１１２は図２に示すように、１画面を縦４×横４の計１６ブロック（ブロックＡ１（Ａ列１行目のブロック）〜ブロックＤ４（Ｄ列４行目のブロック）の１６ブロック）に分割してブロック毎にフォーカスを計算し、例えばより多くのブロックで合焦する距離を撮像画面全体でのフォーカス距離としてフォーカスを合わせる制御を実行する。

なお、パン／チルトにより撮像可能な領域内において、パン／チルトの座標毎に焦点距離をフォーカス制御用マイコン１１２内のメモリ１１２ｍに記憶する。そしてオートフォーカス再開時には、撮像装置が撮像しているパン／チルトの座標毎に対する焦点距離を焦点距離メモリ１１２ｍから読出し、これを用いてオートフォーカスを開始する。これにより、フォーカス調整を、より早くすることができる。

なお、本発明の合焦方法については、１画面を複数のブロックに分割して焦点を合わせている方法であれば、他の方法を用いてもよい。
マイコン１２１は、撮像装置全体を制御するマイコンであり、図1に示した各ブロックを制御することにより撮像装置全体をコントロールしている。
マイコン１２１は、ユーザーによって外部Ｉ／Ｆを介して入力された制御信号に応じて、パンモーター１２２またはチルトモーター１２３を制御し、撮像装置をパン／チルト方向に動かすことができる。例えばパンモーター１２２またはチルトモーター１２３はステッピングモーターから構成されている。

マイコン１２１は、例えば図２の画面上、ブロック単位でパン／チルト方向へ駆動を行う。このようにブロック単位で駆動させるには、パンモーター１２２／チルトモーター１２３を何度回転させればよいか、レンズの画角から予め求めておくことにより実現することができる。

次に、本発明のフォーカス制御動作を図３、図４、図７を用いて詳細に説明する。図３は撮像画面の例を示す図である。図４は本発明のフォーカス制御動作を説明するためのフローチャートである。図７は、フォーカス制御動作時の撮像画面の例を示す図である。

ステップＳ４０１〜Ｓ４０３迄はオートフォーカスが起動したときの処理である。
（ステップＳ４０１）： ある時点において図３に示すように撮像画面の左上部に静止している被写体が撮像されているとする。フォーカス制御用マイコン１１２は、フォーカスモーターを動かし、ブロック毎のＢＰＦの出力が最大となるフォーカスモーターの位置（＝合焦距離）をブロック毎に内蔵しているＲＡＭ等に記憶する。この結果、例えば各ブロックの合焦距離が、
ブロックＡ１の合焦距離＝９．８［ｍ］、ブロックＡ２の合焦距離＝９．８［ｍ］、ブロックＡ３の合焦距離＝９．７［ｍ］、ブロックＡ４の合焦距離＝１６［ｍ］、
ブロックＢ１の合焦距離＝９．８［ｍ］、ブロックＢ２の合焦距離＝９．８［ｍ］、ブロックＢ３の合焦距離＝９．３［ｍ］、ブロックＢ４の合焦距離＝１６［ｍ］、
ブロックＣ１の合焦距離＝９．８［ｍ］、ブロックＣ２の合焦距離＝９．７［ｍ］、ブロックＣ３の合焦距離＝９．０［ｍ］、ブロックＣ４の合焦距離＝２０［ｍ］、
ブロックＤ１の合焦距離＝３０［ｍ］、ブロックＤ２の合焦距離＝３０［ｍ］、ブロックＤ３の合焦距離＝∞［ｍ］、ブロックＤ３の合焦距離＝∞［ｍ］、であったものとする。

（ステップＳ４０２）： フォーカス制御用マイコン１１２は、各ブロックでの合焦距離の統計をとったり、更には画面中央の４つのブロックに、より重みを置くように重み付けして計算する等、所定の演算等を行うなどして画面全体としての合焦距離を決定する。ここでは、例えば画面全体での合焦距離を９．８［ｍ］と決定したものとする。

（ステップＳ４０３）： フォーカス制御用マイコン１１２は、ステップＳ４０２で決定した画面全体としての合焦距離である９．８［ｍ］に合うようフォーカス用モーター１１３を駆動する。この駆動後、オートフォーカス機能を停止する。

（ステップＳ４０４）： フォーカス制御用マイコン１１２は、この時点での各ブロックにおけるＢＰＦ１１１のレベル（評価値）を、フォーカス制御用マイコン１１２に内蔵しているＲＡＭ等に記憶する。

（ステップＳ４０５）： フォーカス制御用マイコン１１２は、ブロック毎に、合焦しているブロックであるかを決定する。例えば、フォーカス制御用マイコン１１２は、画面全体としての合焦距離±０．１［ｍ］（即ち、９．８±０．１［ｍ］）であれば当該ブロックは合焦しているブロックであると決定する。図３の例ではフォーカス制御用マイコン１１２は、ブロックＡ１〜Ａ３、ブロックＢ１〜Ｂ２、ブロックＣ１〜Ｃ２の計７つのブロックが合焦しているブロックであると決定する。

（ステップＳ４０６）： マイコン１２１は、パンやチルト駆動をしたとき、このパンやチルト駆動した量をフォーカス制御用マイコン１１２へ通知する。
（ステップＳ４０６）： フォーカス制御用マイコン１１２は、ステップＳ４０６でマイコン１２１から通知されたパンやチルト駆動した量を用いて、ステップＳ４０５で合焦していると決定した全てのブロックが画面上から外れたか否かを決定する。フォーカス制御用マイコン１１２は、ステップＳ４０５で合焦していると決定した全てのブロックが画面上から外れたときには、再度オートフォーカスを起動するためにステップＳ４０１に戻り、フォーカスを調整する。

（ステップＳ４０７）： フォーカス制御用マイコン１１２は、常にＢＰＦ１１１から入力される輝度信号（Ｙ）をブロック毎に評価している。そしてフォーカス制御用マイコン１１２は、ステップＳ４０４にてＲＡＭ等に記憶した各ブロックにおけるＢＰＦ１１１のレベル（評価値）が、±３０％変化した場合には被写体が動いたと判断してステップＳ４０１へ戻り、変換していなければステップＳ４０６へ戻る。

なお、この図４のフローチャートの動作は、撮像装置の電源を切る等、撮像動作を終えたときに終了する。
更に図７を用いて説明を続ける。
図７（ａ）では、ステップＳ４０４においてブロックＡ１〜Ａ３、ブロックＢ１〜Ｂ２、ブロックＣ１〜Ｃ２の計７つのブロックが合焦しているブロックであるとフォーカス制御用マイコン１１２が決定する。

次に、ユーザーが画面下方向へ1ブロック分だけチルトダウンする制御信号がマイコン１２１に供給されるとこれをステップＳ４０６にて検出し、マイコン１２１は撮像装置を画面下方向へ1ブロック分だけチルトダウンする。マイコン１２１は、図７（ａ）から図７（ｂ）への推移に示すようにブロックＡ１、Ｂ１、Ｃ１が撮像画面から消え去り、画面内に残っているブロックＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｃ１の計４つのブロックが、ステップＳ４０４で合焦していたブロックであると判断する。

次に、ユーザーが画面下方向へ1ブロック分だけチルトダウンする制御信号がマイコン１２１に供給されるとこれをステップＳ４０６にて検出し、マイコン１２１は撮像装置を画面下方向へ1ブロック分だけチルトダウンする。マイコン１２１は、図７（ｂ）から図７（ｃ）への推移に示すように更にブロックＢ１〜Ｂ２が撮像画面から消え去り、画面内に残っているブロックＣ１のみが、ステップＳ４０４で合焦していたブロックであると判断する。

次に、ユーザーが画面下方向へ1ブロック分だけチルトダウンする制御信号がマイコン１２１に供給されるとこれをステップＳ４０６にて検出し、マイコン１２１は撮像装置を画面下方向へ1ブロック分だけチルトダウンする。マイコン１２１は、図７（ｃ）から図７（ｄ）への推移に示すように更にブロックＣ１が撮像画面から消え去り、画面内に残っているブロックは全てなくなったものと判断する。するとステップＳ４０１へ戻り、最初からフォーカス調整の処理を行う。

以上説明したようにこの発明によれば、一度フォーカスを合わせた後で、フォーカスが合焦していた領域が撮影領域として残っていればフォーカスを調整する作業はせず、外れた場合にフォーカス調整を再開するので、パン／チルト等の処理を行う度にフォーカスの微調整が行われることを防ぐことができる。

第１の実施形態の変形例として、パンモーター１２２またはチルトモーター１２３による駆動は、例えば図２の画面上、ブロック単位で行われるものとして説明した。もし、パンモーター１２２またはチルトモーター１２３による駆動がブロック単位よりも細かく駆動できる場合には、例えば、合焦としていたブロック中、全てのブロックにについてブロック毎に計算し、各ブロックの面積の５０％以上が画面から外れた場合に外れたものと決定してもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、図１と同じ構成であり、図４のステップＳ４０８についてのみ変更している。このため重複しているものについては説明を省略する。
この第２の実施形態では、図４のステップＳ４０８を図５のステップＳ５０１へ代え、ステップＳ４０５で合焦していると決定した全てのブロック中、所定のブロック個数（例えば１ブロック）以下のブロック数しか撮像画面内に残っていない状態となったきに、ステップＳ４０１へ戻り最初からフォーカス調整の処理を行ってもよい。

これにより極僅かの合焦しているブロックしか残っていない場合に、画面全体でなかなかフォーカスを合わせる処理が行われないことを防ぐことができる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、図１と同じ構成であり、図４のステップＳ４０８についてのみ変更している。このため重複しているものについては説明を省略する。
この第３の実施形態では、図４のステップＳ４０８を図６のステップＳ６０１へ代え、ステップＳ４０５で合焦していると決定した全てのブロック中、所定の割合（例えば９０％）以上のブロック数しか撮像画面内に残っていない状態となったきに、ステップＳ４０１へ戻り最初からフォーカス調整の処理を行ってもよい。

これにより極僅かの合焦しているブロックしか残っていない場合に、画面全体でなかなかフォーカスを合わせる処理が行われないことを防ぐことができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

本発明の撮像装置の構成を説明するためのブロック図。 撮像画面内のブロックを説明するための図。 撮像画面の例を示す図。 本発明の第１の実施形態のフォーカス制御動作を説明するためのフローチャート。 本発明の第２の実施形態のフォーカス制御動作を説明するためのフローチャート。 本発明の第３の実施形態のフォーカス制御動作を説明するためのフローチャート。 フォーカス制御動作時の撮像画面の例を示す図。

符号の説明

１０１…レンズ、１０２…撮像素子、１０３…サンプル・ホールド回路、１０４…ＡＧＣ回路、１０５…Ａ／Ｄ変換器、１０６…信号処理回路、１０７…Ｄ／Ａ変換器、１０８…エンコーダ、１１１…バンドパスフィルタ、１１２…フォーカス制御用マイコン、１１３…フォーカス用モーター、１２１…マイコン、１２２…パンモーター、１２３…チルトモーター。

Claims (5)

1. 撮像素子から出力される撮像画像から、前記撮像画像のフォーカスを合わせた後フォーカス調整を停止するフォーカス調整手段と、
   前記フォーカス調整手段によって前記撮像画像のフォーカスが調整された後、前記撮像素子から出力される撮像画像を複数のブロックに分割し、このブロック毎にフォーカスが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段と、
   前記撮像素子が撮像するエリアを、前記撮像画像の前記ブロックの単位で変更する駆動手段と、
   前記フォーカス調整手段によりフォーカスを合わせた後、前記合焦判定手段によりフォーカスが合焦していたブロックが前記撮像画像内から全て外れたときに前記フォーカス調整手段のフォーカス調整を起動するフォーカス調整起動手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 撮像素子から出力される撮像画像から、前記撮像画像のフォーカスを合わせた後フォーカス調整を停止するフォーカス調整手段と、
   前記フォーカス調整手段によって前記撮像画像のフォーカスが調整された後、前記撮像素子から出力される撮像画像を複数のブロックに分割し、このブロック毎にフォーカスが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段と、
   前記撮像素子が撮像するエリアを、前記撮像画像の前記ブロックの単位で変更する駆動手段と、
   前記フォーカス調整手段によりフォーカスを合わせた後、前記合焦判定手段によりフォーカスが合焦していたブロックが前記撮像画像内から所定の個数以下残る状態となったときに前記フォーカス調整手段のフォーカス調整を起動するフォーカス調整起動手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
3. 撮像素子から出力される撮像画像から、前記撮像画像のフォーカスを合わせた後フォーカス調整を停止するフォーカス調整手段と、
   前記フォーカス調整手段によって前記撮像画像のフォーカスが調整された後、前記撮像素子から出力される撮像画像を複数のブロックに分割し、このブロック毎にフォーカスが合焦しているか否かを判定する合焦判定手段と、
   前記撮像素子が撮像するエリアを、前記撮像画像の前記ブロックの単位で変更する駆動手段と、
   前記フォーカス調整手段によりフォーカスを合わせた後、前記合焦判定手段によりフォーカスが合焦していたブロックが前記撮像画像内から所定の割合で外れたときに前記フォーカス調整手段のフォーカス調整を起動するフォーカス調整起動手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
4. 撮像エリア毎の焦点距離を予め記憶する記憶手段を有し、
   前記フォーカス調整手段は、前記フォーカス調整起動手段によりフォーカス調整を起動した後、前記記憶手段からの焦点距離を用いてフォーカス調整を開始することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 更に、撮像画像から被写体の動きを検出する動き検出手段を有し、
   前記フォーカス調整起動手段は、前記動き検出手段により動きが検出されたときにも前記フォーカス調整手段のフォーカス調整を起動することを特徴とする請求項４記載の撮像装置。

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