JP2007133312A - カメラのピント調整装置及びピント調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラのピント調整に於ける個体差を低減し得るピント調整装置及びピント調整方法を提供する。
【解決手段】黒色領域２Ｂと白色領域２Ｗとを含むテストパターン１４を車載カメラ１２で撮像することによって得られる撮像映像の、各画素の輝度値を検出し、撮像映像内の黒色領域２Ｂと白色領域２Ｗとの境界部分に於いて、第１画素の輝度値と、第１画素から所定画素数離れた第２画素の輝度値との差分値を算出する。算出された差分値を予め定められた閾値と比較することによって、車載カメラ１２の合焦状態の良否を判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、カメラのピント調整装置及びそれに関連する技術に関するものである。

例えば、図４に示す如く、オートフォーカス機能を搭載していない車載カメラのようなカメラ４１に於いては、その組立段階でピント調整が必要とされ、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子４２を実装した状態で、図５に示すようなテストパターン４３を撮像して図６（ａ）に示す如く表示装置４４に表示させ、調整者がこれを視認しながら、手作業でアジャスタ部４５を回転させることでレンズユニット４６をレンズホルダ４７に対して光軸方向に前後移動させてカメラ４１のピント調整を行っていた。また、このときに限度見本を予め作製しておき、ピント調整の基準としてピント調整作業を行っている。

しかしながら、上述の従来技術に於いては、限度見本と比較しながらピント調整作業を行っても、調整者の個人間でバラツキが伴うのは勿論のこと、同じ調整者であっても個体差のバラツキが伴うことは避けることができない。

そこで、カメラ４１によって撮像された撮像映像を映像処理によってピント判定を行うようにすることが期待されている。具体的には、例えば、図６（ａ）に示す如く、枠で囲われた領域の映像６１ａに２値化処理を施して２値画像６２ａにし、エッジ抽出を行う。そこで、例えば、図６（ｂ）に示す如く、２値画像６２ｂから予め定められた数よりも多くのエッジが抽出されれば、即ち、白色部分と黒色部分とによって元の領域の映像６１ｂを略再現することができれば、ピント調整が完了したと判定するようにすることである。

しかしながら、テストパターン４３に示すようなパターンでは、放射状模様のテストパターン４３の中心点付近をカメラ４１で撮像する必要があるため、ピント判定を正確に行うためには、撮像位置のズレに対するマージンが少ない。また、抽出すべきエッジが撮像範囲に対して斜めになっているので、例えば、撮像範囲の水平方向に関する解像度と垂直方向に関する解像度が異なるレンズ系に於いては、エッジ抽出が困難であるという問題がある。

そこで、本発明の課題は、カメラのピント調整に於ける個体差を低減し得ると共に、方向により解像度の異なるレンズ系を有するカメラのピント調整にも有効なカメラのピント調整装置及びピント調整方法を提供することにある。

上記課題を解決すべく、第１の発明は、カメラのピント調整を行うピント調整装置であって、低輝度色領域と高輝度色領域とをテストパターン前記カメラで撮像することによって得られる撮像映像の、各画素の輝度値を検出する検出部と、前記撮像映像内の前記低輝度色領域と前記高輝度色領域との境界部分に於いて、第１画素の輝度値と、前記第１画素から所定画素数離れて位置する第２画素の輝度値との差分値を算出する算出部と、前記差分値と予め定められた閾値とを比較することによって、前記カメラの合焦状態の良否を判定する判定部とを備えるものである。

ここで第２の発明のように、前記カメラが、垂直方向に関する解像度が水平方向に関する解像度よりも高いレンズ系を有している場合には、前記テストパターンに於いては、前記垂直方向に対応する方向で前記低輝度色領域と前記高輝度色領域とが互いに隣接しているものであることが望ましい。

また第３の発明は、カメラのピント調整を行うピント調整方法であって、（Ａ）低輝度色領域と高輝度色領域とを含むテストパターンを前記カメラで撮像するステップと、（Ｂ）前記ステップ（Ａ）で得られた撮像映像の、各画素の輝度値を検出するステップと、（Ｃ）前記撮像映像内の前記低輝度色領域と前記高輝度色領域との境界部分に於いて、第１画素の輝度値と、所定画素数離れて前記第１画素に隣接する第２画素の輝度値との差分値を算出するステップと、（Ｄ）前記差分値と所定の閾値とを比較することによって、前記カメラの合焦状態の良否を判定するステップとを備える方法である。

第１の発明に因れば、カメラの合焦状態の良否を、低輝度色領域と高輝度色領域との境界部分を撮像した撮像映像に於いて、第１画素の輝度値と、前記第１画素から所定画素数離れて位置する第２画素の輝度値との差分値に基づいて判定するので、カメラの合焦状態の個体差を低減することが可能となる。

ここで第２の発明のように、前記カメラは、垂直方向に関する解像度が水平方向に関する解像度よりも高いレンズ系を有して、前記テストパターンに於いては、前記垂直方向に対応する方向で前記低輝度色領域と前記高輝度色領域とが互いに隣接していれば、高い解像度に対応する方向で前記カメラのピント調整を行うことができるので、カメラの合焦状態を確実に判定することが可能となる。

また第３の発明のように、低輝度色領域と高輝度色領域とを含むテストパターンを前記カメラで撮像するステップ（Ａ）と、前記ステップ（Ａ）で得られた撮像映像の、各画素の輝度値を検出するステップ（Ｂ）と、前記撮像映像内の前記低輝度色領域と前記高輝度色領域との境界部分に於いて、第１画素の輝度値と、所定画素数離れて前記第１画素に隣接する第２画素の輝度値との差分値を算出するステップ（Ｃ）と、前記差分値と所定の閾値とを比較することによって、前記カメラの合焦状態の良否を判定するステップ（Ｄ）とを備えた方法に因れば、カメラの合焦状態を確実に判定することが可能となる。

＜構成＞
図１に示す如く、本発明の実施形態に係る車載カメラのピント調整装置１０は、例えば、車載カメラ１２と、テストパターン１４と、検出部１６Ａと算出部１６Ｂと判定部１６Ｃとを有する映像処理部１６と、駆動制御部１８とを備えて構成されている。

尚、本発明は、必ずしも車載カメラに限定されるものではないが、本実施形態に於いては、一例として車載カメラについて説明する。

車載カメラ１２は、例えば、略円筒形のホルダ部１２Ａと、ホルダ部１２Ａの一端から挿入配置されたアナモルフィック光学系のレンズユニット１２Ｂと、ホルダ部１２Ａの他端から挿入配置されたＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の撮像素子１２Ｃとを有しており、予め定められた撮像範囲からの光をレンズユニット１２Ｂによって撮像素子１２Ｃの受光面上に結像して像を得るものである。

レンズユニット１２Ｂは、アジャスタ部１２Ｄによって、ホルダ部１２Ａに結合されている。アジャスタ部１２Ｄを回転させることで、ホルダ部１２Ａの軸方向に沿ってレンズユニット１２Ｂが移動する構成となっており、レンズユニット１２Ｂのピントが調整されるようになっている。また、アジャスタ部１２Ｄはその外周部に後述する駆動制御部１８によって従動回転可能なように従動歯車部１２Ｅを有している。

テストパターン１４は、例えば、図２（ａ）に示す如く、低輝度色（例えば、黒色）の領域である黒色領域２Ｂと、高輝度色（例えば、白色）の領域である白色領域２Ｗとが互いに隣接して縞状に配置されたものであって、両者はレンズユニット１２の解像度が高い方向、即ち、撮像映像中で垂直方向に並んでいる。アナモルフィック光学系のレンズユニット１２は、撮像映像中の垂直方向に関する解像度が水平方向に関する解像度よりも高いので、後述するようにピントの合焦状態の良否判定を行う際にはＡ−Ｂ方向（垂直方向）の輝度値の差分値に基づいて判定を行うことが望ましい。

尚、テストパターン１４は、必ずしも図２（ａ）に示す如く、黒色領域２Ｂの上下に白色領域２Ｗが配された図形である必要はなく、例えば、図２（ｂ）に示す如く、上下に黒色領域２Ｂと白色領域２Ｗが並んでいても構わないのは勿論である。

映像処理部１６は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶手段と協働して一般的なＣＰＵ内に於いて予め定められたソフトウェアプログラムによって動作する機能要素であり、図１に示す如く、検出部１６Ａと、算出部１６Ｂと、判定部１６Ｃを有し、車載カメラ１２から伝送された映像信号に基づいて各種の情報処理動作（制御動作も含む）を行うものである。

検出部１６Ａは、車載カメラ１２によって撮像された撮像映像の各画素について輝度値を検出し、算出部１６Ｂに送出するものである。

算出部１６Ｂは、検出部１６Ａから送出された輝度値に基づいて、例えば、黒色領域２Ｂの端部を表示している第１画素の輝度値と、第１画素から白色領域２Ｗへ向かって予め定められた画素数離れて（例えば、１画素挟んで）位置する第２画素の輝度値との差分値を算出し、判定部１６Ｃに送出するものである。尚、第１画素と第２画素の間に存在する画素数は必ずしも１画素である必要はなく、任意に設定可能であることは勿論である。

判定部１６Ｃは、算出部１６Ｂによって算出された差分値と予め定められた閾値とを比較することによって、車載カメラ１２の合焦状態の良否を判定するものである。具体的には、例えば、第１画素の輝度値と第２画素の輝度値との差分値が１５０以上であれば合焦状態である、即ち、ピント調整が完了したと判定し、１５０未満であれば非合焦状態である、即ち、ピント調整が未完了であると判定するものである。

より具体的には、例えば、図３（ａ）または図３（ｂ）に示す如く、黒色領域２Ｂである輝度値５０以下の画素と白色領域２Ｗである輝度値２００以上の画素の間に、輝度値が５０より高く２００未満の画素が２画素以上ある場合には、ピントが未調整であると判定するものであり、例えば、図３（ｃ）に示す如く、１画素以下である場合には、ピント調整が完了したと判定するものである。

または、算出部１６Ｂが算出する差分値が１５０以上となるときの、第１画素と第２画素との間に存在する画素数が予め定められた画素数（この場合は、２画素）よりも少ない場合に、合焦状態である、即ち、ピント調整が完了したと判定し、２画素数以上が存在する場合には非合焦状態である、即ち、ピント調整が未完了であると判定するようにしても良い。

駆動制御部１８は、例えば、図１に示す如く、車載カメラ１２のアジャスタ部１２Ｄの従動歯車部１２Ｅと噛み合わせてアジャスタ部１２Ｄを回転させる駆動歯車部１８Ｃを備えた駆動部１８Ａと、駆動部１８Ａの回転駆動を制御する制御部１８Ｂとを備えて構成されている。

制御部１８Ｂは、判定部１６Ｃの判定に基づいて、ピントが合うように駆動部１８Ａを制御して駆動歯車部１８Ｃを回転させ、アジャスタ部１２Ｄを締結方向或いは弛緩方向に回転させることによりレンズユニット１２Ｂの撮像素子１２Ｃの受光面に対する軸方向の相対的な位置関係を調整（ピント調整）する。

尚、駆動制御部１８は、必ずしもピント調整装置１０に備えられている必要はなく、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示す如く、検出部１６Ａによって検出された輝度値を表示する表示部１６Ｄを備えて、調整者が表示部１６Ｄを確認しながら手作業でアジャスタ部１２Ｄを回転させても良い。この場合、判定部１６Ｃは、ピント調整が完了したと判定したときに音声出力部（図示省略）からの音声や表示部１６Ｄへの表示によって調整者にその旨を知らせることが必要である。

また、撮像素子１２Ｃによって撮像された撮像映像を表示部１６Ｄに表示させるようにすれば、レンズユニット１２Ｂの位置調整（ピント調整）が正常に行われているか否かを目視により確認することが可能となる。

＜動作＞
上記構成のピント調整装置１０の動作を説明する。

まず、図１に示す如く、車載カメラ１２の撮像素子１２Ｃと映像処理部１６を接続し、車載カメラ１２の従動歯車部１２Ｅとピント調整装置１０の駆動歯車部１８Ｃを噛み合わせて、車載カメラ１２の前方正面に配置されたテストパターン１４を撮像する（ステップ（Ａ））。

次に、検出部１６Ａに於いて、車載カメラ１２によって撮像された撮像映像の各画素の輝度値を検出する（ステップ（Ｂ））。

更に、算出部１６Ｂに於いて、撮像映像内の黒色領域２Ｂの端部を表示している第１画素の輝度値と、第１画素から白色領域２Ｗへ向かって、例えば、１画素挟んで位置する第２画素の輝度値との差分値を算出する（ステップ（Ｃ））。

そして、判定部１６Ｃに於いて、算出部１６Ｂによって算出された差分値と、予め定められた閾値とを比較することによって、車載カメラ１２の合焦状態の良否を判定する（ステップ（Ｄ））。例えば、差分値が１５０以上であれば合焦状態であると判定し、１５０未満であれば非合焦状態であると判定する。

ここで、車載カメラ１２が非合焦状態であれば、判定部１６Ｃに接続された制御部１８Ｂが駆動歯車部１８Ｃを制御して合焦状態となるように従動歯車部１２Ｅを回転させる。これによってアジャスタ部１２Ｄが軸方向に沿って移動し、レンズユニット１２Ｂの撮像素子１２Ｃの受光面に対する相対的な位置関係が調整される。その後、再び上記のステップ（Ａ）〜（Ｄ）を繰り返すことによって車載カメラ１２のピント調整を行う。

こうしてピント調整が完了すると、ホルダ部１２Ａとレンズユニット１２Ｂをネジ（図示省略）によって固定すると共に、アジャスタ部１２Ｄを回り止めしてピントを固定する。

以上のように、このピント調整装置１０に因れば、車載カメラ１２の合焦状態の良否を、黒色領域２Ｂと白色領域２Ｗとの境界部分を撮像した撮像映像に於いて、第１画素の輝度値と、前記第１画素から所定画素数離れて位置する第２画素の輝度値との差分値に基づいて判定するので、車載カメラ１２の合焦状態の個体差を低減することが可能となる。

また、このピント調整装置１０で使用するテストパターン１４が、図５に示したテストパターン４３のように放射状模様ではないので、撮像位置のズレを気にすることなくピント調整装置１０に車載カメラ１２をセットすることが可能となる。

ここで、車載カメラ１２は、垂直方向に関する解像度が水平方向に関する解像度よりも高いレンズユニット１２Ｂを有して、テストパターン１４に於いては、前記垂直方向に対応する方向で黒色領域２Ｂと白色領域２Ｗとが互いに隣接していれば、高い解像度に対応する方向で車載カメラ１２のピント調整を行うことができるので、車載カメラ１２の合焦状態を確実に判定することが可能となる。

また、黒色領域２Ｂと白色領域２Ｗとを含むテストパターン１４を車載カメラ１２で撮像するステップ（Ａ）と、前記ステップ（Ａ）で得られた撮像映像の、各画素の輝度値を検出するステップ（Ｂ）と、前記撮像映像内の黒色領域２Ｂと白色領域２Ｗとの境界部分に於いて、第１画素の輝度値と、所定画素数離れて前記第１画素に隣接する第２画素の輝度値との差分値を算出するステップ（Ｃ）と、前記差分値と所定の閾値とを比較することによって、車載カメラ１２の合焦状態の良否を判定するステップ（Ｄ）とを備えた方法に因れば、車載カメラ１２の合焦状態を確実に判定することが可能となる。

本発明の実施形態に係るピント調整装置を示す図である。 （ａ）本発明の実施形態に係るピント調整装置のテストパターンを示す図である。（ｂ）テストパターンの変形例を示す図である。 （ａ）ピント未調整時の輝度分布を示す図である。（ｂ）ピント調整中の輝度分布を示す図である。（ｃ）ピント調整完了時の輝度分布を示す図である。 従来の車載カメラのピント調整を説明する図である。 車載カメラのピント調整に使用するテストパターンの一例を示す図である。 （ａ）図５のテストパターンを用いた車載カメラのピント調整時の撮像映像とその映像処理結果を示す図である。（ｂ）図５のテストパターンを用いた車載カメラのピント調整後の撮像映像とその映像処理結果を示す図である。

符号の説明

１０ ピント調整装置
１２ 車載カメラ
１４ テストパターン
１６ 映像処理部
１６Ａ 検出部
１６Ｂ 算出部
１６Ｃ 判定部

Claims (3)

1. カメラのピント調整を行うピント調整装置であって、
   低輝度色領域と高輝度色領域とを含むテストパターンを前記カメラで撮像することによって得られる撮像映像の、各画素の輝度値を検出する検出部と、
   前記撮像映像内の前記低輝度色領域と前記高輝度色領域との境界部分に於いて、第１画素の輝度値と、前記第１画素から所定画素数離れて位置する第２画素の輝度値との差分値を算出する算出部と、
   前記差分値と予め定められた閾値とを比較することによって、前記カメラの合焦状態の良否を判定する判定部と
   を備える、ピント調整装置。
2. 請求項１記載のピント調整装置であって、
   前記カメラは、垂直方向に関する解像度が水平方向に関する解像度よりも高いレンズ系を有しており、
   前記テストパターンに於いては、前記垂直方向に対応する方向で前記低輝度色領域と前記高輝度色領域とが互いに隣接している、ピント調整装置。
3. カメラのピント調整を行うピント調整方法であって、
   （Ａ）低輝度色領域と高輝度色領域とを含むテストパターンを前記カメラで撮像するステップと、
   （Ｂ）前記ステップ（Ａ）で得られた撮像映像の、各画素の輝度値を検出するステップと、
   （Ｃ）前記撮像映像内の前記低輝度色領域と前記高輝度色領域との境界部分に於いて、第１画素の輝度値と、所定画素数離れて前記第１画素に隣接する第２画素の輝度値との差分値を算出するステップと、
   （Ｄ）前記差分値と所定の閾値とを比較することによって、前記カメラの合焦状態の良否を判定するステップと
   を備える、ピント調整方法。

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