JP2009098303A - オートフォーカス装置、オートフォーカス方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】焦点の誤検出を防止して、オートフォーカスの精度を向上させる。
【解決手段】ＣＰＵ２３は、ＨＰＦ１１１側フォーカスカーブとＬＰＦ１１２側フォーカスカーブとを比較する。ＣＰＵ２３は、ＨＰＦ１１１側フォーカスカーブにおいて極大値があった場合、ＬＰＦ１１２側フォーカスカーブにおいて極大値がなければ、この極大値は、ノイズによるものと判定し、このレンズ位置を除外する。一方、ＬＰＦ１１２側フォーカスカーブにおいて極大値があれば、ＣＰＵ２３は、被写体にピントが合うレンズ位置と判定する。このように判定すると、ＣＰＵ２３は、レンズ１２がこのレンズ位置に移動するようにレンズ駆動回路１３を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オートフォーカス装置、オートフォーカス方法及びプログラムに関するものである。

山登り方式のオートフォーカス装置において、ノイズによる焦点の誤検出を防ぐようにしたオートフォーカス装置がある（例えば、特許文献１参照）。

このオートフォーカス装置は、画像信号から異なる周波数成分を検出して、この検出結果に基づいて、レンズ位置と焦点評価値との関係を示す特性曲線としての正規化フォーカスカーブを導出する。

この正規化フォーカスカーブは、焦点評価値が低くなるほど、よりピント（焦点）が合っているいることを示しており、焦点評価値が最も低くなるレンズ位置が合焦位置になる。

このオートフォーカス装置は、この正規化フォーカスカーブにおいて焦点評価値の変化量がゼロとなる谷を探索する。

また、このオートフォーカス装置は、焦点評価値にしきい値を設定して、しきい値未満の谷を探索する一方、しきい値以上の谷は、ノイズ等による谷と判定して、焦点の誤検出を防止している。
特開平９−１３３８５４号公報（第４−６頁、図１，５）

しかし、従来のオートフォーカス装置では、しきい値未満の焦点評価値においてノイズによる谷を検出した場合、この谷に対応するレンズ位置を合焦位置であると誤って判断するおそれがある。このため、従来のオートフォーカス装置では、焦点の誤検出の防止は不十分である。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、焦点の誤検出を防止することが可能なオートフォーカス装置、オートフォーカス方法及びプログラムを提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るオートフォーカス装置は、
被写体に焦点を合わせるためのレンズと、
前記レンズを移動させるレンズ駆動部と、
前記被写体を撮像して、被写体画像を形成する画像信号を取得する撮像部と、
このレンズ駆動部によって前記レンズを予め設定された複数のレンズ位置に順次移動させる毎に、前記撮像部を駆動させて画像信号を取得する画像信号取得手段と、
この画像信号取得手段によって取得された画像信号から、複数の周波数帯域の信号成分を抽出する抽出手段と、
この抽出手段によって抽出された信号成分から各周波数帯域のコントラスト評価値を取得し、これらコントラスト評価値の極大値の位置が共通するレンズ位置を合焦すべきレンズ位置として決定する決定手段とを備えることを特徴とする。

前記決定手段は、
前記抽出手段が抽出した複数の周波数帯域の信号成分に基づいて、抽出した周波数帯域毎に、前記被写体画像のコントラスト評価値を取得するコントラスト評価値取得手段と、
予め設定された複数のレンズ位置に前記レンズを移動するように前記レンズ駆動部を制御し、各レンズ位置毎に前記抽出手段が抽出した複数の周波数帯域と前記コントラスト評価値取得手段がそれぞれ取得した複数のコントラスト評価値との関係から、前記レンズ位置と前記コントラスト評価値との関係を示す関係情報を、抽出した前記周波数帯域毎に取得する関係情報取得手段と、
前記関係情報取得手段が前記周波数帯域毎に取得した複数の関係情報を比較し、比較結果に基づいて、前記被写体に焦点が合うレンズ位置を判別するレンズ位置判別手段と、を備え、
前記レンズ位置判別手段が判別したレンズ位置に前記レンズを移動させるように前記レンズ駆動部を制御して、前記被写体に前記レンズの焦点を合わせるフォーカス制御手段を備えてもよい。

前記抽出手段によって抽出された信号成分から各周波数帯域のフォーカスカーブを生成する生成手段を更に備え、
前記決定手段は、この生成手段によって生成されたフォーカスカーブに基づいてコントラスト評価値のピーク値が共通するレンズ位置を合焦すべきレンズ位置として決定するようにしてもよい。

前記複数の周波数帯域から特定の周波数帯域の組を選択する選択手段を更に備え、
前記抽出手段は、この選択手段によって選択された特定の周波数帯域の組で信号成分を抽出するようにしてもよい。

前記抽出手段は、
前記画像信号を第１のカットオフ周波数以上の信号成分を出力させるためのハイパスフィルタと、
前記画像信号を前記第１のカットオフ周波数より低い第２のカットオフ周波数以下の信号成分を出力させるためのローパスフィルタと、
を含むようにしてもよい。

フィルタ係数を複数選択するフィルタ係数選択手段を更に備えるとともに、
前記抽出手段は、
前記フィルタ係数選択手段によって複数選択されたフィルタ係数に基づいて順次フィルタリングすべき周波数帯域を切り換えて各周波数帯域の信号成分を抽出するようにしてもよい。

本発明の第２の観点に係るオートフォーカス方法は、
レンズ駆動部によって前記レンズを予め設定された複数のレンズ位置に順次移動させる毎に、前記撮像部を駆動させて画像信号を取得する画像信号取得ステップと、
この画像信号取得ステップにて取得された画像信号から、複数の周波数帯域の信号成分を抽出する抽出ステップと、
この抽出ステップにて抽出された信号成分から各周波数帯域のコントラスト評価値を取得し、これらコントラスト評価値の極大値の位置が共通するレンズ位置を合焦すべきレンズ位置として決定する決定ステップとからなることを特徴とする。

前記決定ステップは、
抽出した複数の周波数帯域の信号成分に基づいて、抽出した周波数帯域毎に、前記被写体画像のコントラスト評価値を取得するコントラスト評価値取得ステップと、
予め設定された複数のレンズ位置に前記レンズを移動するように前記レンズ駆動部を制御し、各レンズ位置毎に抽出した複数の周波数帯域とそれぞれ取得した複数のコントラスト評価値との関係から、前記レンズ位置と前記コントラスト評価値との関係を示す関係情報を、抽出した前記周波数帯域毎に取得する関係情報取得ステップと、
前記周波数帯域毎に取得した複数の関係情報を比較し、比較結果に基づいて、前記被写体に焦点が合うレンズ位置を判別するレンズ位置判別ステップと、を備え、
判別したレンズ位置に前記レンズを移動させるように前記レンズ駆動部を制御して、前記被写体に前記レンズの焦点を合わせるフォーカス制御ステップを備えてもよい。

本発明の第３の観点に係るプログラムは、
レンズとレンズ駆動部を備える撮像装置が有するコンピュータを、
前記レンズ駆動部によって前記レンズを予め設定された複数のレンズ位置に順次移動させる毎に、撮像して画像信号を取得する画像信号取得手段、
この画像信号取得手段によって取得された画像信号から、複数の周波数帯域の信号成分を抽出する抽出手段、
この抽出手段によって抽出された信号成分から各周波数帯域のコントラスト評価値を取得し、これらコントラスト評価値の極大値の位置が共通するレンズ位置を合焦すべきレンズ位置として決定する決定手段、
として機能させることを特徴とする。

前記決定手段は、
抽出した複数の周波数帯域の信号成分に基づいて、抽出した周波数帯域毎に、前記被写体画像のコントラスト評価値を取得するコントラスト評価値取得手段、
予め設定された複数のレンズ位置に前記レンズを移動するように前記レンズ駆動部を制御し、各レンズ位置毎に抽出した複数の周波数帯域とそれぞれ取得した複数のコントラスト評価値との関係から、前記レンズ位置と前記コントラスト評価値との関係を示す関係情報を、抽出した前記周波数帯域毎に取得する関係情報取得手段、
前記周波数帯域毎に取得した複数の関係情報を比較し、比較結果に基づいて、前記被写体に焦点が合うレンズ位置を判別するレンズ位置判別手段、を備え、
判別したレンズ位置に前記レンズを移動させるように前記レンズ駆動部を制御して、前記被写体に前記レンズの焦点を合わせるフォーカス制御手段を備えてもよい。

本発明によれば、焦点の誤検出を防止することができる。

以下、本発明の実施形態に係るオートフォーカス装置を図面を参照して説明する。尚、本実施形態では、このオートフォーカス装置を備えたデジタルカメラに適用して説明する。
（実施形態１）
実施形態１に係るデジタルカメラの構成を図１に示す。
実施形態１に係るデジタルカメラ１は、ＣＣＤ１１と、レンズ１２と、レンズ駆動回路１３と、Ａ／Ｄ変換器１４と、カラープロセス回路１５と、ＤＭＡコントローラ１６と、ＤＲＡＭ１７と、画像メモリ１８と、モニタ１９と、キー操作部２０と、ＲＯＭ２１と、ＲＡＭ２２と、ＣＰＵ２３と、バス２４と、を備える。

レンズ駆動回路１３と、カラープロセス回路１５と、ＤＭＡコントローラ１６と、画像メモリ１８と、モニタ１９と、ＣＰＵ２３とは、バス２４を介して接続される。

ＣＣＤ（Charge Coupled Device;電荷結合素子）１１は、被写体を撮像して、被写体画像を形成する画像信号を取得するものである。ＣＤＤ１１は、複数の光電変換素子（図示せず）を行列配置することによって構成される。

光電変換素子は、光を受光して、受光した光の信号を電気信号に変換する素子である。この１つの光電変換素子が１画素に対応し、各光電変換素子は、電気信号に変換した信号を画素信号として出力する。

ＣＣＤ１１は、このような複数の光電変換素子によって構成され、撮像して画素毎に画素信号が順次配列された画像信号として、ＲＧＢ（Ｒ；Red，Ｇ；Green，Ｂ；Blue）によるＲＡＷデータを取得する。

レンズ１２は、デジタルカメラ１の前面に設けられ、被写体にピントを合わせるためのものであり、撮影レンズ、フォーカスレンズ、（図示せず）、ズームレンズ（図示せず）によって構成される。

レンズ駆動回路１３は、レンズ１２を移動させるものである。レンズ駆動回路１３は、ＣＣＤ１１から、ピントが合うようにレンズ１２の位置を制御するためのレンズ制御信号が供給され、供給されたレンズ制御信号に基づいてピントが合う位置までレンズ１２を移動させる。

Ａ／Ｄ変換器（図中、「ＡＤ」と記す。）１４は、ＣＣＤ１１が出力したアナログのＲＡＷデータをデジタルのＲＡＷデータに変換する回路であり、変換したＲＡＷデータをカラープロセス回路１５に供給する。

カラープロセス回路１５は、Ａ／Ｄ変換器１４から出力されたデジタルのＲＡＷデータに対してカラープロセス処理を施すものである。

カラープロセス回路１５は、輝度データ変換部１０１と、信号処理部１０２と、フィルタ部１０３と、コントラスト評価値取得部１０４と、を備える。

輝度データ変換部１０１は、被写体画像を形成する画像信号として、ＲＡＷデータを輝度データと色差データとに変換するものである。輝度データ変換部１０１は、変換した輝度データを信号処理部１０２と、フィルタ部１０３と、に供給し、色差データを信号処理部１０２に供給する。

信号処理部１０２は、輝度データ及び色差データに対してホワイトバランス補正、γ補正等の処理を行うものである。信号処理部１２０は、処理を行ったデータをＤＭＡコントローラ１６に供給する。

フィルタ部１０３は、輝度データ変換部１０１から輝度データが供給され、２つの周波数帯域を選択して、供給された画像信号から複数の周波数帯域の信号成分を選択して出力するものであり、ＨＰＦ１１１とＬＰＦ１１２とを備える。

ＨＰＦ１１１は、輝度データ変換部１０１が供給した輝度データから、ＨＰＦ１１１用のカットオフ周波数よりも低い周波数の信号成分を除去し、高い周波数帯域の信号成分を出力するフィルタである。

ＬＰＦ１１２は、輝度データ変換部１０１が供給した輝度データから、ＬＰＦ１１２用のカットオフ周波数よりも高い周波数の信号成分を除去し、低い周波数帯域の信号成分を出力するフィルタである。

ＨＰＦ１１１は、ＬＰＦ１１２は、ＣＰＵ２３から、それぞれ、フィルタ係数が供給され、供給されたフィルタ係数に基づいて、カットオフ周波数を含めたフィルタ特性を設定し、フィルタ処理を行う。

コントラスト評価値取得部１０４は、フィルタ部１０３が出力した２つの周波数帯域の信号成分に基づいて、選択した周波数帯域毎に、被写体画像のコントラスト評価値を取得するものであり、積分処理部１２１，１２２と、積分制御部１２３と、を備える。

積分処理部１２１は、ＨＰＦ１１１が出力した信号成分の値を積分し、積分処理部１２２は、ＬＰＦ１１２が出力した信号成分の値を積分するものである。

輝度データの積分値は、隣接画素間のコントラストの総和であり、この輝度データの積分値をコントラスト評価値として、積分処理部１２１は、ＨＰＦ１１１側コントラスト評価値を取得し、積分処理部１２２は、ＬＰＦ１１２側コントラスト評価値を取得する。

積分処理部１２１，１２２は、それぞれ、取得したＨＰＦ１１１側コントラスト評価値、ＬＰＦ１１２側コントラスト評価値をＤＭＡコントローラ１６に供給する。

積分制御部１２３は、積分処理部１２１，１２２が、それぞれ、積分する積分領域を制御するためのものである。

ＤＭＡコントローラ１６は、積分処理部１２１，１２２がそれぞれ出力したＨＰＦ１１１側コントラスト評価値、ＬＰＦ１１２側コントラスト評価値、信号処理部１０２から供給されたデータをＤＲＡＭ１７にＤＭＡ転送するものである。

ＤＲＡＭ１７は、バッファメモリとして使用されるものであり、画像信号、ＨＰＦ１１１側コントラスト評価値、ＬＰＦ１１２側コントラスト評価値を一時記憶する。画像メモリ１８は、画像信号を記憶するものである。

キー操作部２０は、デジタルカメラ１に備えられた電源ボタン、シャッタボタン等（いずれも図示せず）の操作を受け付けるものである。

電源ボタンは、デジタルカメラ１の電源をオン、オフするためのボタンであり、シャッタボタンは、撮影を行うためのボタンである。

シャッタボタンは、２段階のストローク操作で動作するように構成されている。第１のストロークは、一般に「半押し」、「ハーフシャッタ」と呼ばれる状態のストロークであり、ＡＦ（Auto Focus）処理、ＡＥ（Automatic Exposure）処理を実行してピント合わせと露出とを設定するためのストロークである。

第２のストロークは、「全押し」と呼ばれる状態のストロークであり、第１のストロークでロックされた合焦状態と露出状態とで撮影を行うためのストロークである。キー操作部２０は、受け付けた操作情報、データ等をＣＰＵ２３に供給する。

モニタ１９は、画像等を表示するためのものであり、デジタルカメラ１の背面に配置される。

ＲＯＭ（Read Only Memory）２１は、プログラムデータ等を記憶するメモリであり、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２は、ＣＰＵ２３がプログラム等を実行するのに必要なデータを記憶するためのメモリである。

ＣＰＵ（Central Processing Unit）２３は、デジタルカメラ１の各部を制御するものであり、ＲＯＭ２１に記憶されたプログラムデータに基づいて各処理を実行する。

ＣＰＵ２３は、キー操作部２０から供給された操作情報に基づいて各部を制御する。
具体的に、ＣＰＵ２３は、キー操作部２０から電源ボタンが押下された旨の操作情報が供給されてデジタルカメラ１の電源をオン、オフする。

ＣＰＵ２３は、キー操作部２０からシャッタボタンが半押しされた旨の操作情報が供給されると、ＡＦ処理を行う。ＣＰＵ２３は、山登り式のＡＦ制御を行う。

即ち、ＣＰＵ２３は、カラープロセス回路１５のＨＰＦ１１１，ＬＰＦ１１２に、それぞれ、フィルタ係数を供給する。

ＣＰＵ２３は、予め設定された複数のレンズ位置にレンズ１２が移動するようにレンズ駆動回路１３を制御する。ＲＯＭ２１は、予め設定された複数のレンズ位置を予め記憶し、ＣＰＵ２３は、ＲＯＭ２１からこのレンズ位置情報を読み出してレンズ駆動回路１３を制御する。

ＣＰＵ２３は、レンズ１２が各レンズ位置に移動する毎に、低解像度撮影を行うようにＣＣＤ１１を制御する。

レンズ１２が各レンズ位置に移動する毎に、積分処理部１２１，１２２が、それぞれ、積分処理を実行すると、ＣＰＵ２３は、ＤＲＡＭ１７に一時記憶されたＨＰＦ１１１側コントラスト評価値、ＬＰＦ１１２側コントラスト評価値を、ＤＭＡコントローラ１６、バス２４を介して取得する。

ＣＰＵ２３は、レンズ位置に取得したＨＰＦ１１１側コントラスト評価値とＬＰＦ１１２側コントラスト評価値とを対応付けてＲＡＭ２２に記憶する。

ＣＰＵ２３は、このレンズ位置に取得したＨＰＦ１１１側コントラスト評価値とＬＰＦ１１２側コントラスト評価値とから、関係情報として、図２（ａ）に示すようなレンズ位置とＨＰＦ１１１側コントラスト評価値との関係を示すフォーカスカーブ、図２（ｂ）に示すようなレンズ位置とＬＰＦ１１２側コントラスト評価値との関係を示すフォーカスカーブを取得する。

ＨＰＦ１１１はＨＰＦ１１１用のカットオフ周波数よりも高い高周波成分を通過させるため、ＨＰＦ１１１側フォーカスカーブは、図２（ａ）に示すように急峻なカーブとなる。ＣＰＵ２３は、ピント合わせが容易なため、このＨＰＦ１１１側フォーカスカーブに基づいて、被写体のピント合わせを行う。

この図２（ａ）に示すように、高周波成分のノイズがなければ、ＨＰＦ１１１側フォーカスカーブに現れる極大値は、被写体にピントがあったときの極大値だけになる。

一方、被写体画像にノイズがあると、輝度データは隣接画素間で大きく変化する。このため、ＨＰＦ１１１側フォーカスカーブには、被写体にピントがあったときの極大値の他に、ノイズによる極大値が現れる。これが被写体に対する焦点の誤検出の原因となる。

これに対して、ＬＰＦ１１２がＬＰＦ１１２用のカットオフ周波数よりも高い高周波成分を濾波するため、ＬＰＦ１１２側フォーカスカーブは、図２（ａ）に示すように、ＨＰＦ１１１側フォーカスカーブと比較してなだらかなカーブとなる。

一方、ＬＰＦ１１２が高周波成分をカットするため、ＬＰＦ１１２側フォーカスカーブには、ノイズがあったとしても極大値は現れなくなり、極大値は、被写体にピントがあったときの極大値だけになる。ＣＰＵ２３は、このような両フォーカスカーブの特徴を利用して、被写体にピントが合うレンズ位置を判別する。

次に実施形態１に係るデジタルカメラ１の動作を説明する。
ＣＰＵ２３は、ＲＯＭ２１からレンズ位置判別処理のプログラムデータを読み出し、図３に示すフローチャートに従い、このレンズ位置判別処理を実行する。

ＣＰＵ２３は、取得したＨＰＦ１１１側フォーカスカーブと、ＬＰＦ１１２側フォーカスカーブと、を比較する（ステップＳ１１）。

ＣＰＵ２３は、ＨＰＦ１１１側フォーカスカーブに極大値があるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ＨＰＦ１１１側フォーカスカーブに極大値がないと判定した場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、ＣＰＵ２３は、このレンズ位置判別処理を終了させる。

ＨＰＦ１１１側フォーカスカーブに極大値があると判定した場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２３は、ＬＰＦ１１２側フォーカスカーブにおいて、同じレンズ位置に極大値があるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

ＬＰＦ１１２側フォーカスカーブにおいて、同じレンズ位置に極大値がないと判定した場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、ＣＰＵ２３は、この極大値はノイズによって現れた極大値と判定する（ステップＳ１４）。

ＣＰＵ２３は、このように判定すると、このレンズ位置を被写体にピントが合うレンズ位置から除外し、さらに、ＨＰＦ１１１側フォーカスカーブに極大値があるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

一方、ＬＰＦ１１２側フォーカスカーブにおいて、同じレンズ位置に極大値があると判定した場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２３は、このレンズ位置が被写体にピントが合うレンズ位置と判別する（ステップＳ１５）。そして、ＣＰＵ２３は、このレンズ位置判別処理を終了させる。

次に、このレンズ位置判別処理を具体的に説明する。
ＣＰＵ２３は、図４に示すようなＨＰＦ１１１側フォーカスカーブ、ＬＰＦ１１２側フォーカスカーブを取得した場合、ＣＰＵ２３は、この両フォーカスカーブを比較する（ステップＳ１１の処理）。

極大値を探索することにより、ＣＰＵ２３は、レンズ位置ｘ１においてＨＰＦ１１１側フォーカスカーブに極大値があると判定し（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、ＬＰＦ１１２側フォーカスカーブには極大値がないと判定する（ステップＳ１３；Ｎｏ）。

この場合、ＣＰＵ２３は、このレンズ位置ｘ１における極大値は、ノイズによって現れた極大値と判別し（ステップＳ１４の処理）、次の極大値を判別する（ステップＳ１２）。

次の極大値を探索することにより、ＣＰＵ２３は、レンズ位置ｘ２においてＨＰＦ１１１側フォーカスカーブに極大値があると判定し（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、ＬＰＦ１１２側フォーカスカーブにも極大値があると判定する（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）。

従って、ＣＰＵ２３は、この極大値は、被写体にピントが合ったときの極大値であり、このレンズ位置ｘ２が被写体にピントが合うレンズ位置であると判別する（ステップＳ１５の処理）。

ＣＰＵ２３は、さらに、極大値を探索し、レンズ位置ｘ３においてＨＰＦ１１１側フォーカスカーブに極大値があると判定し（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、ＬＰＦ１１２側フォーカスカーブには極大値がないと判定する（ステップＳ１３；Ｎｏ）。

このため、ＣＰＵ２３は、このレンズ位置ｘ３における極大値は、ノイズによって現れた極大値と判定し（ステップＳ１４の処理）、次の極大値を判別する（ステップＳ１２）。極大値は、もうないため（ステップＳ１２；Ｎｏ）、ＣＰＵ２３は、このレンズ位置判別処理を終了させる。

ＣＰＵ２３は、このようなレンズ位置判別処理を実行し、レンズ１２の位置が、レンズ位置判別処理を実行したときに得られた位置ｘ２となるように、レンズ駆動回路１３を制御する。

そして、ＣＰＵ２３は、レンズ１２がこの位置ｘ２まで移動し、キー操作部２０から、シャッタボタンが全押しされた旨の操作情報が供給されると、撮影を行う。

ＣＰＵ２３は、撮影を行った結果、信号処理部１０２が処理した輝度信号及び色差信号による画像データを、ＤＲＡＭ１７から、ＤＭＡコントローラ１６、バス２４を介して取得する。

ＣＰＵ２３は、正確にピント合わせを行った結果、取得した画像データを画像メモリ１８に記憶するとともに、この画像データに基づく画像をモニタ１９に表示させる。

以上説明したように、本実施形態１によれば、ＣＰＵ２３は、ＨＰＦ１１１側フォーカスカーブとＬＰＦ１１２側フォーカスカーブとを比較し、ＨＰＦ１１１側フォーカスカーブ及びＬＰＦ１１２側フォーカスカーブに極大値が現れたときのレンズ位置を被写体にピントが合うレンズ位置と判別するようにした。

従って、ノイズの影響によってＨＰＦ１１１側フォーカスカーブに極大値が現れたとしても、このノイズによる焦点の誤検出を防止することができ、オートフォーカスの精度がより向上する。

（実施形態２）
実施形態２に係るデジタルカメラは、フィルタを１つにして焦点の誤検出を防止するようにしたものである。

実施形態２に係るデジタルカメラ１の構成を図５に示す。
実施形態２に係るデジタルカメラ１のフィルタ部１０３は、図５に示すように、クロック信号生成部１３１と、制御信号生成部１３２と、輝度データ処理部１３３と、フィルタ１３４と、フィルタ切替部１３５と、係数切替制御部１３６と、を備える。

クロック信号生成部１３１は、輝度データ変換部１０１と輝度データ処理部１３３との処理タイミングを同期させるためのクロック信号ＣＬＫを生成するものである。

クロック信号生成部１３１は、生成したクロック信号ＣＬＫを輝度データ変換部１０１と輝度データ処理部１３３と制御信号生成部１３２と係数切替制御部１３６とに供給する。

輝度データ変換部１０１は、クロック信号生成部１３１から供給されたクロック信号ＣＬＫに従って輝度データＹinのデータ列を、輝度データ処理部１３３に供給する。

制御信号生成部１３２は、輝度データ処理部１３３の処理タイミングを制御するための制御信号Ｓcを生成するものである。制御信号生成部１３２は、クロック信号生成部１３１から供給されたクロック信号ＣＬＫを分周して制御信号Ｓcを生成し、生成した制御信号Ｓcを輝度データ処理部１３３に供給する。

輝度データ処理部１３３は、輝度データ変換部１０１から輝度データが供給され、輝度データＹinのデータ配列を変換する処理を行うものであり、図６（ａ）に示すようにフリップフロップ回路２０１を備える。

フリップフロップ回路２０１は、入力された輝度データＹinのデータ配列を変換して、輝度データ列Ｙoutを出力するものである。

フリップフロップ回路２０１は、入力端子Ｐinと、出力端子Ｐoutと、クロック信号入力端子Ｐclkと、制御信号入力端子Ｐscと、を有している。

入力端子Ｐinは、輝度データ変換部１０１の出力端に接続されて輝度データ変換部１０１から輝度データＹinのデータ列が供給される端子である。

クロック信号入力端子Ｐclkは、クロック信号ＣＬＫが供給される端子であり、制御信号入力端子Ｐscは、制御信号Ｓcが供給される端子である。

フリップフロップ回路２０１の入力端子Ｐinには、クロック信号生成部１３１から供給されたクロック信号ＣＬＫのタイミングで輝度データＹinが、順次、供給される。各輝度データＹinは、ＣＣＤ１１が画素毎に順次出力した画素信号に対応するデータである。

フリップフロップ回路２０１は、図６（ｂ）に示す変換表に従い、制御信号Ｓcの信号レベルが「０」のとき、前のクロック信号ＣＬＫの周期における輝度データＹinを輝度データＹoutとして出力する。

また、フリップフロップ回路２０１は、制御信号Ｓcの信号レベルが「１」のとき、現在のクロック信号ＣＬＫの周期における輝度データＹinを輝度データＹoutとして出力する。

フリップフロップ回路２０１は、このように、図６（ｂ）に示す変換表に従い、入力された輝度データＹ１１，Ｙ１２，Ｙ１３，・・・から、２個毎に、輝度データＹ１１，Ｙ１３，・・・を選択し、選択した輝度データＹ１１，Ｙ１３，・・・を２個連続させて、輝度データＹ１１，Ｙ１１，Ｙ１３，Ｙ１３，・・・のデータ列に変換する。

フィルタ１３４は、フィルタ切替部１３５からフィルタ係数が供給され、供給されたフィルタ係数に基づいて周波数帯域を選択し、輝度データ処理部１３３が出力した画像信号から選択した周波数帯域の信号成分を出力するものである。

そして、フィルタ１３４は、フィルタ係数が切り替えられることによって、ＨＰＦ１１１，ＬＰＦ１１２として機能する。

フィルタ１３４は、図７に示すように、遅延器２１１〜２１５と、乗算器２２１〜２２５と、加算器２３１と、によって構成される。

遅延器２１１〜２１５は、入力データを１クロックだけ遅延させるものであり、遅延器２１１の入力端は、輝度データ処理部１３３の出力端に接続され、遅延器２１２〜２１５の入力端は、それぞれ、遅延器２１１〜２１４の出力端に接続されている。

乗算器２２１〜２２５は、それぞれ、遅延器２１２〜２１５の出力データに、係数選択部２５１〜２５５から供給されたフィルタ係数を乗算する。

加算器２３１は、乗算器２２１〜２２５の出力データを加算し、加算したデータを積分処理部１２１，１２２に供給するものである。

フィルタ切替部１３５は、ＨＰＦ用、ＬＰＦ用の２種類のフィルタ係数を予め記憶し、係数切替制御部１３４から係数選択信号Selが供給される毎に、記憶した２種類のフィルタ係数を、順次、切り替えてフィルタ１３４に供給するものである。

フィルタ切替部１３５は、図７に示すように、係数記憶部２４１と、係数選択部２５１〜２５５と、によって構成される。

係数記憶部２４１は、２種類のフィルタ係数として、ＨＰＦ係数１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅと、ＬＰＦ係数２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅと、を予め記憶するものである。

ＨＰＦ係数１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅは、ＨＰＦ１１１のフィルタ特性を設定するフィルタ係数である。ＬＰＦ係数２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅは、ＬＰＦ１１２のフィルタ特性を設定するフィルタ係数である。

係数選択部２５１〜２５５は、ＨＰＦ係数１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ又はＬＰＦ係数２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを選択するものであり、選択したＨＰＦ係数１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ又はＬＰＦ係数２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを、それぞれ、フィルタ１３４の乗算器２２１〜２２５に供給する。

係数切替制御部１３６は、係数選択部２５１〜２５５がＨＰＦ係数１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ又はＬＰＦ係数２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを選択するように、係数選択信号Selを係数選択部２５１〜２５５に供給して、２種類のフィルタ係数の切り替え制御を行うものである。

係数切替制御部１３６は、クロック信号生成部１３１から供給されたクロック信号ＬＫに同期して係数選択信号Selを係数選択部２５１〜２５５に供給することにより、輝度データ処理部１３３から輝度データＹoutが供給される毎に、係数選択信号Selを係数選択部２５１〜２５５に供給する。

次に実施形態２に係るデジタルカメラ１の動作を説明する。
図８に示すように、ＣＣＤ１１は、画素信号を画素毎に、水平読み出し方向に、順次、読み出し、読み出した画素信号を、Ａ／Ｄ変換器１４を介して輝度データ変換部１０１に供給する。

輝度データ変換部１０１は、この画素信号から、輝度データＹin＝Ｙ１１，Ｙ１２，Ｙ１３，Ｙ１４，・・・を生成し、クロック信号生成部１３１から供給されたクロック信号ＣＬＫのタイミングに同期して、生成した輝度データＹinを、順次、輝度データ処理部１３３に供給する。

輝度データ処理部１３３は、図６（ｂ）に示す変換表に従い、輝度データ変換部１０１から供給された輝度データＹinのデータ列を変換する。

図９に示すように、周期Ｔ１では、制御信号Ｓcの信号レベルは「１」となる。このため、フリップフロップ回路２０１は、図６（ｂ）に示す変換表に従い、今のクロック信号ＣＬＫの周期Ｔ１における輝度データＹin＝Ｙ１１を出力する。

周期Ｔ２では、制御信号Ｓcの信号レベルが「０」となるため、フリップフロップ回路２０１は、図６（ｂ）に示す変換表に従い、前のクロック信号ＣＬＫの周期Ｔ１における輝度データＹin＝Ｙ１１を輝度データＹoutとして出力する。

周期Ｔ３では、制御信号Ｓcの信号レベルが「１」となるため、フリップフロップ回路２０１は、今のクロック信号ＣＬＫの周期Ｔ２における輝度データＹin＝Ｙ１３を輝度データＹoutとして出力する。

周期Ｔ４では、制御信号Ｓcの信号レベルが「０」となるため、フリップフロップ回路２０１は、図６（ｂ）に示す変換表に従い、前のクロック信号ＣＬＫの周期Ｔ１における輝度データＹin＝Ｙ１３を輝度データＹoutとして出力する。

このようにして、フリップフロップ回路２０１は、入力された輝度データＹin＝Ｙ１１，Ｙ１２，Ｙ１３，・・・を、輝度データＹout＝Ｙ１１，Ｙ１１，Ｙ１３，Ｙ１３，・・・のデータ列に変換する。

係数切替制御部１３６は、周期Ｔ１のクロック信号ＣＬＫの立ち上がりに同期して、係数選択信号Selを、それぞれ、係数選択部２５１〜２５５に供給する。

係数選択部２５１〜２５５は、それぞれ、係数切替制御部１３６から係数選択信号Selが供給されと、係数記憶部２４１から、ＨＰＦ係数１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅを読み出し、読み出したＨＰＦ係数１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅをフィルタ１３４の乗算器２２１〜２２５に供給する。

フィルタ１３４は、乗算器２２１〜２２５にＨＰＦ係数１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅが供給されることにより、ＨＰＦ１１１として機能し、輝度データＹ１１のＨＰＦ側信号成分を積分処理部１２１に供給する。

係数切替制御部１３６は、周期Ｔ２のクロック信号ＣＬＫの立ち上がりに同期して、係数選択信号Selを係数選択部２５１〜２５５に供給する。

係数選択部２５１〜２５５は、それぞれ、係数切替制御部１３６から係数選択信号Selが供給されと、係数記憶部２４１から、ＬＰＦ係数２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを読み出し、読み出したＬＰＦ係数２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅをフィルタ１３４の乗算器２２１〜２２５に供給する。

フィルタ１３４は、乗算器２２１〜２２５にＬＰＦ係数２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅが供給されることにより、ＬＰＦ１１２として機能し、輝度データＹ１１のＬＰＦ側信号成分を積分処理部１２２に供給する。

係数切替制御部１３６は、周期Ｔ３のクロック信号ＣＬＫの立ち上がりに同期して、係数選択信号Selを係数選択部２５１〜２５５に供給する。

係数選択部２５１〜２５５は、それぞれ、係数切替制御部１３６から係数選択信号Selが供給されと、係数記憶部２４１から、ＨＰＦ係数１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅを読み出し、読み出したＨＰＦ係数１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅをフィルタ１３４の乗算器２２１〜２２５に供給する。

フィルタ１３４は、乗算器２２１〜２２５にＨＰＦ係数１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅが供給されることにより、ＨＰＦ１１１として機能し、輝度データＹ１３のＨＰＦ側信号成分を積分処理部１２１に供給する。

係数切替制御部１３６は、周期Ｔ４のクロック信号ＣＬＫの立ち上がりに同期して、係数選択信号Selを係数選択部２５１〜２５５に供給する。

係数選択部２５１〜２５５は、それぞれ、係数切替制御部１３６から係数選択信号Selが供給されと、係数記憶部２４１から、ＬＰＦ係数２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを読み出し、読み出したＬＰＦ係数２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅをフィルタ１３４の乗算器２２１〜２２５に供給する。

フィルタ１３４は、乗算器２２１〜２２５にＬＰＦ係数２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅが供給されることにより、ＬＰＦ１１２として機能し、輝度データＹ１３のＬＰＦ側信号成分を積分処理部１２２に供給する。

このようにして、フィルタ１３４は、輝度データＹ１１，Ｙ１３，・・・・のＨＰＦ側信号成分を、順次、積分処理部１２１に供給する。

また、フィルタ１３４は、輝度データＹ１１，Ｙ１３，・・・・のＬＰＦ側信号成分を、順次、積分処理部１２２に供給する。

従って、積分処理部１２１，１２２は、それぞれ、同じ輝度データＹ１１，Ｙ１３，・・・・に基づくデータが供給され、供給されたデータに基づいてＨＰＦ側コントラスト評価値、ＬＰＦ側コントラスト評価値を取得する。

以上説明したように、本実施形態２によれば、ＨＰＦ係数、ＬＰＦ係数を切り替えることにより、フィルタ１３４をＨＰＦ１１１、ＬＰＦ１１２として機能させるようにした。
従って、１つのフィルタ１３４により焦点の誤検出を防止することができる。

また、輝度データ処理部１３３は、入力された輝度データＹinから、２個毎に輝度データを選択し、選択した輝度データを２個連続させて、輝度データＹinのデータ列に変換するようにした。

従って、同じ輝度データＹoutに基づくデータを、積分処理部１２１，１２２に供給することができ、ＣＰＵ２３は、フィルタ１３４が１つであってもＨＰＦ側フォーカスカーブとＬＰＦ側フォーカスカーブとを正確に比較することができる。

尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態１では、カラープロセス回路１５のフィルタ部１０３は、ＨＰＦ１１１、ＬＰＦ１１２を備えるようにした。しかし、フィルタは、これに限られるものではなく、フィルタ部１０３は、例えば、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）を備えるようにしてもよい。

上記実施形態２では、入力画像の水平サイズを１／２とし、輝度データ処理部１３３（フリップフロップ回路２０１）は、輝度データＹinから、２個毎に輝度データを選択し、選択した輝度データを２個連続させて、輝度データのデータ列に変換するようにした。
しかし、入力画像の水平サイズを１／ｎ（但し、ｎは自然数）としてもよく、輝度データ処理部１３３は、輝度データＹinから、ｎ個毎に輝度データを選択し、選択した輝度データをｎ個連続させて、輝度データのデータ列に変換するようにしてもよい。このようにすることにより、フィルタ１３４をｎ種類のフィルタ１３４として機能させることができる。

上記実施形態１，２では、オートフォーカス装置をデジタルカメラに適用した場合について説明した。しかし、上記オートフォーカス装置は、デジタルカメラだけでなく、例えば、プロジェクタに適用することもできる。

この場合、ＣＣＤ１１は、スクリーンに投影された投影像を被写体として撮像し、オートフォーカス装置は、被写体にピントが合うように、プロジェクタの投影レンズの位置を制御する。

さらに、適用例として、上記オートフォーカス装置を、ＡＦ制御機能を有する顕微鏡、露光装置等に適用することができる。

また、上記実施形態では、プログラムが、それぞれメモリ等に予め記憶されているものとして説明した。しかし、オートフォーカス装置を、全体装置の全部又は一部として動作させ、あるいは、上述の処理を実行させるためのプログラムを、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto Optical disk）などのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、これを別のコンピュータにインストールし、上述の手段として動作させ、あるいは、上述の工程を実行させてもよい。

さらに、インターネット上のサーバ装置が有するディスク装置等にプログラムを格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、コンピュータにダウンロード等するものとしてもよい。

本発明の実施形態１に係るデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 フォーカスカーブを示す図であり、（ａ），（ｂ）は、それぞれ、ＨＰＦ側、ＬＰＦ側フォーカスカーブを示す。 図１に示すＣＰＵが実行するレンズ位置判別処理を示すフローチャートである。 ＨＰＦ側にノイズによる極大値を有するフォーカスカーブを示す図である。 本発明の実施形態２に係るカラープロセス回路の構成を示すブロック図である。 図５に示す輝度データ処理部を示す図であり、（ａ）は、輝度データ処理部の構成を示し、（ｂ）は、輝度データ処理部がデータ列を変換するための変換表を示す。 図５に示すフィルタとフィルタ切替部との構成を示すブロック図である。 図５に示すカラープロセス回路の動作を示す図である。 フィルタ部の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１・・・デジタルカメラ、１１・・・ＣＣＤ、１５・・・カラープロセス回路、２３・・・ＣＰＵ、１０３・・・フィルタ部、１０４・・・コントラスト評価値取得部、１１１・・・ＨＰＦ、１１２・・・ＬＰＦ、１２１，１２２・・・積分処理部、１３３・・・輝度データ処理部、１３４・・・フィルタ、１３６・・・係数切替制御部

Claims (10)

1. 被写体に焦点を合わせるためのレンズと、
   前記レンズを移動させるレンズ駆動部と、
   前記被写体を撮像して、被写体画像を形成する画像信号を取得する撮像部と、
   このレンズ駆動部によって前記レンズを予め設定された複数のレンズ位置に順次移動させる毎に、前記撮像部を駆動させて画像信号を取得する画像信号取得手段と、
   この画像信号取得手段によって取得された画像信号から、複数の周波数帯域の信号成分を抽出する抽出手段と、
   この抽出手段によって抽出された信号成分から各周波数帯域のコントラスト評価値を取得し、これらコントラスト評価値の極大値の位置が共通するレンズ位置を合焦すべきレンズ位置として決定する決定手段と、
   を備えることを特徴とするオートフォーカス装置。
2. 前記決定手段は、
   前記抽出手段が抽出した複数の周波数帯域の信号成分に基づいて、抽出した周波数帯域毎に、前記被写体画像のコントラスト評価値を取得するコントラスト評価値取得手段と、
   予め設定された複数のレンズ位置に前記レンズを移動するように前記レンズ駆動部を制御し、各レンズ位置毎に前記抽出手段が抽出した複数の周波数帯域と前記コントラスト評価値取得手段がそれぞれ取得した複数のコントラスト評価値との関係から、前記レンズ位置と前記コントラスト評価値との関係を示す関係情報を、抽出した前記周波数帯域毎に取得する関係情報取得手段と、
   前記関係情報取得手段が前記周波数帯域毎に取得した複数の関係情報を比較し、比較結果に基づいて、前記被写体に焦点が合うレンズ位置を判別するレンズ位置判別手段と、を備え、
   前記レンズ位置判別手段が判別したレンズ位置に前記レンズを移動させるように前記レンズ駆動部を制御して、前記被写体に前記レンズの焦点を合わせるフォーカス制御手段を備えた、
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
3. 前記抽出手段によって抽出された信号成分から各周波数帯域のフォーカスカーブを生成する生成手段を更に備え、
   前記決定手段は、この生成手段によって生成されたフォーカスカーブに基づいてコントラスト評価値のピーク値が共通するレンズ位置を合焦すべきレンズ位置として決定することを特徴とする請求項１に記載のオートフォーカス装置。
4. 前記複数の周波数帯域から特定の周波数帯域の組を選択する選択手段を更に備え、
   前記抽出手段は、この選択手段によって選択された特定の周波数帯域の組で信号成分を抽出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
5. 前記抽出手段は、
   前記画像信号を第１のカットオフ周波数以上の信号成分を出力させるためのハイパスフィルタと、
   前記画像信号を前記第１のカットオフ周波数より低い第２のカットオフ周波数以下の信号成分を出力させるためのローパスフィルタと、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
6. フィルタ係数を複数選択するフィルタ係数選択手段を更に備えるとともに、
   前記抽出手段は、
   前記フィルタ係数選択手段によって複数選択されたフィルタ係数に基づいて順次フィルタリングすべき周波数帯域を切り換えて各周波数帯域の信号成分を抽出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
7. レンズ駆動部によって前記レンズを予め設定された複数のレンズ位置に順次移動させる毎に、前記撮像部を駆動させて画像信号を取得する画像信号取得ステップと、
   この画像信号取得ステップにて取得された画像信号から、複数の周波数帯域の信号成分を抽出する抽出ステップと、
   この抽出ステップにて抽出された信号成分から各周波数帯域のコントラスト評価値を取得し、これらコントラスト評価値の極大値の位置が共通するレンズ位置を合焦すべきレンズ位置として決定する決定ステップと、
   からなることを特徴とするオートフォーカス方法。
8. 前記決定ステップは、
   抽出した複数の周波数帯域の信号成分に基づいて、抽出した周波数帯域毎に、前記被写体画像のコントラスト評価値を取得するコントラスト評価値取得ステップと、
   予め設定された複数のレンズ位置に前記レンズを移動するように前記レンズ駆動部を制御し、各レンズ位置毎に抽出した複数の周波数帯域とそれぞれ取得した複数のコントラスト評価値との関係から、前記レンズ位置と前記コントラスト評価値との関係を示す関係情報を、抽出した前記周波数帯域毎に取得する関係情報取得ステップと、
   前記周波数帯域毎に取得した複数の関係情報を比較し、比較結果に基づいて、前記被写体に焦点が合うレンズ位置を判別するレンズ位置判別ステップと、を備え、
   判別したレンズ位置に前記レンズを移動させるように前記レンズ駆動部を制御して、前記被写体に前記レンズの焦点を合わせるフォーカス制御ステップを備えた、
   ことを特徴とする請求項７に記載のオートフォーカス方法。
9. レンズとレンズ駆動部を備える撮像装置が有するコンピュータを、
   前記レンズ駆動部によって前記レンズを予め設定された複数のレンズ位置に順次移動させる毎に、撮像して画像信号を取得する画像信号取得手段、
   この画像信号取得手段によって取得された画像信号から、複数の周波数帯域の信号成分を抽出する抽出手段、
   この抽出手段によって抽出された信号成分から各周波数帯域のコントラスト評価値を取得し、これらコントラスト評価値の極大値の位置が共通するレンズ位置を合焦すべきレンズ位置として決定する決定手段、
   として機能させることを特徴とするプログラム。
10. 前記決定手段は、
    抽出した複数の周波数帯域の信号成分に基づいて、抽出した周波数帯域毎に、前記被写体画像のコントラスト評価値を取得するコントラスト評価値取得手段、
    予め設定された複数のレンズ位置に前記レンズを移動するように前記レンズ駆動部を制御し、各レンズ位置毎に抽出した複数の周波数帯域とそれぞれ取得した複数のコントラスト評価値との関係から、前記レンズ位置と前記コントラスト評価値との関係を示す関係情報を、抽出した前記周波数帯域毎に取得する関係情報取得手段、
    前記周波数帯域毎に取得した複数の関係情報を比較し、比較結果に基づいて、前記被写体に焦点が合うレンズ位置を判別するレンズ位置判別手段、を備え、
    判別したレンズ位置に前記レンズを移動させるように前記レンズ駆動部を制御して、前記被写体に前記レンズの焦点を合わせるフォーカス制御手段を備えた、
    ことを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
    

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